DẠY HỌC MỘT SỐ CHỦ ĐỀ STEM PHẦN PHI KIM NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ VÀ SÁNG TẠO CHO HỌC SINH Trần Trung Ninh1 Trần Thế Sang2 Đoàn Thanh Tường3 Tóm tắt Tổ chức dạy học các chủ đề STEM đã[.]
DẠY HỌC MỘT SỐ CHỦ ĐỀ STEM PHẦN PHI KIM NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ VÀ SÁNG TẠO CHO HỌC SINH Trần Trung Ninh1 Trần Thế Sang2 Đồn Thanh Tường3 Tóm tắt Tổ chức dạy học chủ đề STEM thu hút quan tâm trường học phổ thông, thầy, cô, nhà khoa học giáo dục năm gần Thông qua giải vấn đề chủ đề STEM, học sinh có hội phát triển lực cốt lõi lực chuyên môn Bài viết trình bày cấu trúc lực giải vấn đề sáng tạo: quy trình thiết kế tổ chức hoạt động dạy học chủ đề STEM để phát triển lực giải vấn đề sáng tạo Đã thiết kế tổ chức dạy học hai chủ đề STEM thực nghiệm hai trường THPT Đắk lắk Thành phố Hồ Chí Minh Sau thu thập kết quả, xử lí phân tích thống kê, nhận thấy: Có tiến lực giải vấn đề (GQVĐ) sáng tạo (ST) thông qua chủ đề STEM dạy học thực nghiệm Từ khóa: Dạy học STEM; lực giải vấn đề sáng tạo; học sinh THPT; Đắk Lắk; Thành phố Hồ Chí Minh Mở đầu Trong kỷ XX, Mỹ nước dẫn đầu giới giáo dục, khoa học, cơng nghệ từ có ưu tuyệt đối kinh tế, quân Tuy nhiên, ngày nhiều nước cho thấy học sinh họ có bước tiến vượt bậc trội so với học sinh Mỹ kì thi PISA Phần Lan, Hàn Quốc, Hong Kong hay Singapore Sự thụt lùi giáo dục đe dọa đến vị trí lãnh đạo kinh tế, Quân Mỹ phạm vi toàn cầu Một bước quan trọng Mỹ cải cách giáo dục để tìm lại vị phát triển giáo dục STEM Hiện Việt Nam, STEM giáo dục STEM nói riêng chưa nghiên cứu sâu Các viết, tài liệu giáo dục STEM Việt Nam có cơng trình nghiên cứu bàn sở lí luận giáo dục STEM vận dụng vào dạy học mơn Đặc biệt, chủ đề dạy học STEM mơn Hóa học cịn hạn chế Khoa Hóa học – Trường Đại học Sư phạm Hà Nội; Điện thoại: 0912488601 Trường THPT Gia định – Thành phố Hồ Chí Minh Khoa Hóa học - Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Phần 1: NHỮNG VẤN ĐỀ VỀ ĐỔI MỚI GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO GIÁO VIÊN 189 Bài viết trình bày sơ lược giáo dục STEM, quy trình dạy học mơn Hóa học theo định hướng giáo dục STEM Từ đó, xây dựng chủ đề “Thiết bị lọc làm giảm hàm lượng axit nước” chương trình Hóa học vơ lớp 10 theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển lực giải vấn đề sáng tạo (NLGQVĐ&ST) cho HS Nội dung nghiên cứu 2.1 Giáo dục STEM gì? STEM viết tắt từ tiếng Anh: Science (Khoa học), Technology (Cơng nghệ), Engineering (Kĩ thuật) Math (Tốn học) Giáo dục STEM trang bị cho người học kiến thức kĩ liên quan đến lĩnh vực Khoa học, Cơng nghệ, Kĩ thuật Tốn học [2] Các kiến thức kĩ lồng ghép, tích hợp bổ trợ cho giúp HS phát triển NLGQVĐ&ST, tạo sản phẩm hữu ích sống ngày STEM chất dạy học tích hợp liên mơn, tùy vào đối tượng khác mà mục tiêu giáo dục STEM khác Với HS phổ thông, việc theo học chủ đề STEM cịn có ảnh hưởng tích cực tới khả lựa chọn nghề nghiệp tương lai Khi học tình thực tiễn, nhiều thách thức hội, HS chủ động, sáng tạo học tập, từ khuyến khích em có định hướng rõ ràng chọn nghề nghiệp tương lai 2.2 Mơ hình giáo dục STEM Mơ hình giáo dục STEM qua dạy học mơn Khoa học, Tốn học, Kĩ thuật, Công nghệ phổ biến giới năm gần đây, đặc biệt Mỹ nước công nghiệp phát triển Anh, Đức, Nhật, Pháp, Hàn Quốc,… nội dung học tập môn học thiết kế thành chủ đề STEM Hiện nay, giáo dục STEM nhằm giải vấn đề cung cấp nhân lực trình độ cao cho ngành kinh tế, khoa học, kĩ thuật [4]; Mục đích quan trọng dạy học STEM phát triển lực học sinh nhằm giải vấn đề thực tiễn sống, đáp ứng nhu cầu người học phù hợp với bối cảnh người học 2.2.1 Chủ đề STEM dạy nhiều môn học Chủ đề STEM dạng tích hợp kiến thức từ nhiều mơn học nhằm giải vấn đề thực tiễn sống Các GV dạy mỗi môn học khác khai thác yếu tố STEM khác theo góc độ riêng mơn phụ trách 2.2.2 Chủ đề STEM nhiều môn phối hợp Chủ đề STEM dạng phức tạp, có liên kết kiến thức mơn chặt chẽ Các môn học phối hợp với để dạy học nội dung có tính chất bổ trợ nhau, đảm bảo HS học môn tiền đề, điều kiện kiến thức, kĩ để em học môn [4] Giáo dục STEM vận dụng phương pháp học tập chủ yếu dựa thực hành hoạt động trải nghiệm [5] Các phương pháp giáo dục tiến bộ, linh hoạt học qua dự án 190 KỶ YẾU HỘI THẢO QUỐC TẾ LẦN THỨ NHẤT VỀ ĐỔI MỚI ĐÀO TẠO GIÁO VIÊN - chủ đề, học qua hoạt động trải nghiệm đặc biệt phương pháp học qua thực hành áp dụng giáo dục STEM 2.3 Quy trình dạy học mơn Hóa học theo định hướng giáo dục STEM Từ kinh nghiệm quốc tế tiếp cận giáo dục STEM từ thực tế nội dung chương trình sách giáo khoa mơn Hóa học chương trình giáo dục phổ thông Việt Nam, đề xuất quy trình chung dạy học mơn Hóa học theo định hướng giáo dục STEM gồm bước cụ thể sau (hình 1): Hình Quy trình dạy học mơn Hóa học theo định hướng giáo dục STEM 2.4 Một số chủ đề giáo dục STEM mơn Hóa học 10 Trong chương trình Hóa học 10 thiết kế tổ chức dạy học số chủ đề STEM sau: - Thiết kế mơ hình cấu tạo ngun tử; - Thiết kế bảng tuần hồn ngun tố Hóa học thông minh; - Xác định hàm lượng vitamin C loại trái iot; - Quá trình tạo oxi Rong chó; - Thiết kế mơ hình máy tạo oxi cho hồ cá; - Thiết bị lọc làm giảm hàm lượng axit nước; - Chế tạo hệ thống tên lửa sử dụng nguyên liệu đời sống thực tiễn; - Thiết kế hệ thống theo dõi tốc độ phản ứng lên men đường Bài giới thiệu chủ đề STEM “Thiết bị lọc làm giảm hàm lượng axit nước” 2.4.1 Lí chọn chủ đề “Thiết bị lọc làm giảm hàm lượng axit nước” Nước đóng vai trị quan trọng đời sống sản xuất Trong đó, nước mưa nguồn nước đảm bảo cho việc sử dụng hàng ngày, nhiên nguồn nước mưa bị ô nhiễm nghiêm trọng Đặc biệt mưa axit ngày xuất nhiều gây hậu nghiêm trọng Chính vậy, bên cạnh việc hạn chế nguồn gây ô nhiễm cần phải tìm biện pháp để xử lý nước mưa axit để người sử dụng Việc sử dụng thiết bị lọc nước để có nguồn nước điều cần thiết, 191 Phần 1: NHỮNG VẤN ĐỀ VỀ ĐỔI MỚI GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO GIÁO VIÊN nhiên giá thành thiết bị lọc thị trường cao, đó, HS hồn tồn áp dụng kiến thức học để chế tạo hệ thống lọc nước sử dụng gia đình Bên cạnh việc sử dụng nguyên vật liệu gần gũi đời sống để chế tạo hệ thống lọc nước, chủ đề giáo dục em việc sử dụng tiết kiệm tài nguyên bảo vệ môi trường 2.4.2 Mục tiêu STEM chủ đề “Thiết bị lọc làm giảm hàm lượng axit nước” S (Khoa học) T (Cơng nghệ) E (Kỹ thuật) M (Tốn học) + Hóa học: Nêu tính + Sử dụng phần + Lựa chọn xếp + Tính tốn hợp lý số chất lớp vật liệu mềm imindmap để nguyên vật liệu hợp lượng vật liệu tạo ảnh hưởng trực tiếp thiết kế sơ đồ tư lý để đạt hiệu thành sản phẩm để đảm đến việc lọc nước làm giảm nhằm hệ thống hóa lọc phù hợp bảo hiệu kinh tế hàm lượng axit; dự đoán kiến thức + Vận dụng kiến + Sử dụng phù hợpcác để lựa chọn nguyên liệu + Tra cứu biện pháp thử nghiệm phù hợp dựa vào tính thơng tin cần thiết cho (đúng biện pháp, liều chất dự án Internet lượng, thao tác) thức toán học để thiết kế vẽ thực sản phẩm + Sinh học: Trình bày + Sử dụng trang ảnh hưởng từ độ pH tương tác trực tuyến để nước sức khỏe phục vụ việc học người mơi trường, từ đề xuất phương án xử lý phù hợp + Khoa học mơi trường: Hình thành phát triển thói quen sử dụng vật liệu tái chế để tạo sản phẩm phục vụ đời sống, bảo vệ môi trường 2.4.3 Tiến hành hoạt động giáo dục STEM Hoạt động 1: Thiết kế vẽ thiết bị thuyết trình, thảo luận Thời gian Hoạt động GV Hoạt động HS - Đưa yêu cầu vẽ thiết kế - Lắng nghe, ghi chú, lựa chọn nguyên vật liệu để HS thực phù hợp cho sản phẩm nhóm - GV theo dõi việc thực vẽ, - Suy nghĩ vẽ để phù hợp với yêu cầu 15 phút kịp thời tháo gỡ vướng mắc chủ đề Thực vẽ dựa dụng cụ nhóm chất GV chuẩn bị sẵn - GV duyệt vẽ thiết kế - Trao đổi với GV khó khăn, vướng mắc để nhóm sau nhóm hồn thành hướng dẫn giải đáp Hồn chỉnh vẽ báo cáo với GV 192 KỶ YẾU HỘI THẢO QUỐC TẾ LẦN THỨ NHẤT VỀ ĐỔI MỚI ĐÀO TẠO GIÁO VIÊN Hoạt động 2: Chế tạo thiết bị lọc nước Hoạt động GV Thời gian Hoạt động HS - Cung cấp số nguyên liệu có sẵn - Thử nghiệm với vẽ nhóm, sử dụng cho HS 15 phút cơng cụ đo lường để ghi nhận kết - Quan sát, theo dõi trình làm - Ghi chép tất kết vào phiếu hoạt động việc nhóm HS hỗ trợ cần nhóm Hoạt động 3: Áp dụng thử nghiệm thiết bị lọc nước Thời gian Hoạt động GV Hoạt động HS - GV hướng dẫn nhóm tiến hành - HS tiến hành đo pH dung dịch trước sau đo pH dung dịch thu trước lọc, ghi lại kết 15 phút sau lọc - Thực thao tác đo ghi lại kết lần - GV đơn đốc, nhắc nhở nhóm - Các nhóm chưa hồn thành xong sản phẩm chưa thực xong sản phẩm nhanh chóng thực theo hướng dẫn GV Hoạt động Báo cáo kết quả, đánh giá (15 phút) Thời gian Hoạt động GV Hoạt động HS - Hướng dẫn nhóm lên trình bày - Các nhóm thuyết trình sản phẩm kết sản phẩm kết 15 phút - Các HS khác xung phong đặt câu hỏi cho - Hướng dẫn nhóm đặt câu hỏi, sản phẩm dự đốn giải thích ngun nhân dẫn - HS xung phong dự đốn nguyên nhân dẫn đến đến kết kết - Đánh giá sơ sản phẩm kết Hình Bản thiết kế thiết kế thiết bị Hình Thiết bị lọc nước Hình Thử nghiệm lọc nước lọc nước nhóm thiết bị tự chế 2.5 Kết thực nghiệm sư phạm Trong năm học 2017 -2018, tiến hành thực nghiệm sư phạm trường THPT TP Hồ Chí Minh tỉnh Đắk Lắk, thực nghiệm 02 chủ đề STEM đề xuất “Thiết bị lọc làm giảm hàm lượng axit nước”; chủ đề “Chế tạo hệ thống tên lửa sử dụng nguyên liệu đời sống thực tiễn”; Thực nghiệm sư phạm với tham gia 02 GV (Nguyễn Thị Thu Thủy Trần Thế Sang) 71 HS 02 lớp TN Đã tiến hành đánh giá NL GQVĐ ST HS thông qua bảng kiểm quan sát (dành cho GV) sau dạy thực nghiệm xây 193 Phần 1: NHỮNG VẤN ĐỀ VỀ ĐỔI MỚI GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO GIÁO VIÊN dựng 02 đề kiểm tra trước sau tác động vừa để đánh giá kết học tập, vừa đánh giá NL GQVĐ &ST HS Bảng 1: Bảng đánh giá tiến NLGQVĐ&ST lớp TN trước tác động sau tác động Bài kiểm tra TTĐ Tiêu chí số Bài kiểm tra STĐ Điểm TBTC Số HS đạt điểm Số HS đạt điểm Điểm TBTC 1 33 33 2.39 52 18 2.72 17 51 2.20 31 40 0 2.44 32 28 1.63 30 37 2.37 32 28 1.63 30 37 2.37 5 32 28 1.51 28 42 2.38 17 47 1.14 16 37 18 1.97 0 26 45 0.37 23 34 13 1.17 27 32 12 1.21 44 20 1.77 Điểm trung bình tiêu chí 1.51 Điểm trung bình tiêu chí 2.15 Độ lệch chuẩn 0,63 Độ lệch chuẩn 0,49 Phép kiểm chứng t-test độc lập p= 0,67.10-5 Mức độ ảnh hưởng ES = 1,01 Độ tin cậy SpearMan – Brown: 0,88 Độ tin cậy SpearMan – Brown: 0,90 Phân tích mức độ tiến tiêu chí cho thấy: - Các tiêu chí (Phân tích tình chủ đề STEM) tiêu chí (Phát nêu tình có vấn đề chủ đề STEM) có tiến chậm Điều giải thích tiêu chí tiêu chí khơng khó, hầu hết em có khả phân tích tình phát tình có vấn đề tốt trước thực nghiệm phương pháp - Tiêu chí (Thu thập làm rõ thơng tin có liên quan đến vấn đề cần giải chủ đề STEM), tiêu chí (Đề xuất phân tích số giải pháp để giải vấn đề chủ đề STEM, lựa chọn giải pháp phù hợp nhất) nhóm tiêu chí có mức độ tiến nhanh tương đương Kết giải thích tiêu chí có mối liên hệ với nhau, từ việc thu thập thông tin liên quan đến vấn đề cần giải quyết, HS đề xuất giải pháp để giải vấn đề, từ lựa chọn giải pháp phù hợp để tiến hành thực - Tiêu chí (Thực đánh giá giải pháp GQVĐ chủ đề STEM) tiêu chí có tiến rõ rệt nhất, tiêu chí khơng khó, hầu hết em chưa quan tâm đến việc đánh giá giải pháp đề ra, nên sau thực nghiệm, GV hướng dẫn, em tiến hẳn việc thực đánh giá giải pháp - Các tiêu chí (Xác định làm rõ ý tưởng chủ đề STEM; phân tích độ tin cậy ý tưởng), tiêu chí (Phát vấn đề GQVĐ chủ đề STEM) tiêu chí (Nghiên cứu để thay đổi giải pháp GQVĐ có thay đổi kiện chủ đề STEM) điểm TBTC 194 KỶ YẾU HỘI THẢO QUỐC TẾ LẦN THỨ NHẤT VỀ ĐỔI MỚI ĐÀO TẠO GIÁO VIÊN sau tác động thấp so với tiêu chí khác xét mức độ tiến so với trước tác động nhanh Điều giải thích lẽ trước HS không tự xác định vấn đề, ý tưởng mà hầu hết tập trung vào việc giải vấn đề mà GV đặt Sau thực nghiệm, GV hướng dẫn, tạo hội khuyến khích sáng tạo, HS người đặt vấn đề nghiên cứu để giải vấn đề cách tốt Từ số liệu bảng thống kê điểm TB NL GQVĐ ST tham số kiểm tra trước sau tác động (bảng 1) cho thấy điểm TBNL kiểm tra STĐ cao TTĐ, với xác suất xảy ngẫu nhiên < 5% chứng tỏ chênh lệch điểm TB có ý nghĩa cao, việc tác động biện pháp phát triển NL GQVĐ ST có hiệu Bên cạnh giá trị độ tin cậy Spearman - Brown điểm số thu từ kiểm tra TTĐ(0,88) STĐ (0,90) lớn 0,7 cho thấy liệu đáng tin cậy Hệ số ảnh hưởng ES = 1,1 mức lớn, chứng tỏ nghiên cứu nhân rộng Sự tiến tiêu chí NL GQVĐ &ST kiểm tra trước Sự tiến NL GQVĐ&ST kiểm tra trước sau sau tác động lớp TN tác động lớp TN Hình Biểu đồ tiến NLGQVĐ&ST lớp TN Theo biểu đồ tiến NLGQVĐ, lực GQVĐ&ST lớp TN sau tác động tăng dần trình rèn luyện, thể hình bên trái, đồ thị biểu diễn tiêu chí lên; hình bên phải đường biểu diễn điểm TB tiêu chí lớp TN sau tác động nằm phía cao so với lớp TN trước tác động Dựa vào tham số thống kê phân tích số liệu cho thấy kết NL GQVĐ& ST HS lớp TN cải thiện rõ rệt qua lần TN, mức độ ảnh hưởng tác động lớn Từ kết luận dạy học STEM có hiệu khả thi, áp dụng rộng rãi dạy học Hóa học nói chung, dạy học chương trình Hóa học lớp 10 THPT nói riêng Kết luận Giáo dục STEM định hướng giáo dục cần thiết bối cảnh Việt Nam nay, thúc đẩy đào tạo Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật Tốn học kích thích sáng tạo, đam mê, khám phá khoa học, đáp ứng nhu cầu phát triển đất nước Với chủ đề STEM, “Thiết bị lọc làm giảm hàm lượng axit nước” tạo niềm tin, hứng thú phát triển lực giải vấn đề sáng tạo cho HS Điều làm cho môn ... thành chủ đề STEM Hiện nay, giáo dục STEM nhằm giải vấn đề cung cấp nhân lực trình độ cao cho ngành kinh tế, khoa học, kĩ thuật [4]; Mục đích quan trọng dạy học STEM phát triển lực học sinh nhằm giải. .. giải vấn đề thực tiễn sống, đáp ứng nhu cầu người học phù hợp với bối cảnh người học 2.2.1 Chủ đề STEM dạy nhiều mơn học Chủ đề STEM dạng tích hợp kiến thức từ nhiều môn học nhằm giải vấn đề thực... Hóa học vô lớp 10 theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển lực giải vấn đề sáng tạo (NLGQVĐ&ST) cho HS Nội dung nghiên cứu 2.1 Giáo dục STEM gì? STEM viết tắt từ tiếng Anh: Science (Khoa học) ,