Ly nqa xây dựng và thực hiện một số chủ đề dạy học stem cơ bản vật lí trung học phổ thông

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NINH BÌNH TRƯỜNG THPT NHO QUAN A  SÁNG KIẾN XÂY DỰNG VÀ THỰC HIỆN MỘT SỐ CHỦ ĐỀ DẠY HỌC STEM CƠ BẢN VẬT LÍ TRUNG HỌC PHỔ THƠNG Bộ mơn: Vật lí Tên tác giả: Nguyễn Phong Cầm – Tổ trưởng CM Trương Thị Thu Hường – Giáo viên Vật lí Nguyễn Thị Hồng Loan – Giáo viên Vật lí Hồng Đình Trung – Giáo viên Vật lí Đơn vị: Trường THPT Nho Quan A Năm học 2021 - 2022 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc ĐƠN YÊU CẦU CƠNG NHẬN SÁNG KIẾN Kính gửi : Hội đồng chấm Sáng kiến - Trường THPT Nho Quan A - Sở Giáo dục Đào tạo tỉnh Ninh Bình Chúng gồm: TT Họ tên Ngày tháng Nơi Chức vụ Trình Tỷ lệ năm sinh cơng độ CM (%) đóng tác góp Nguyễn Phong Cầm 05/09/1979 TTCM Thạc sỹ 25 Trương Thị Thu 08/10/1989 Giáo Đại Học 25 THPT Hường viên Nho Nguyễn Thị Hồng 24/06/1988 Giáo Thạc sỹ 25 Quan Loan viên A Hoàng Đình Trung Giáo Đại Học 25 viên Tên sáng kiến, lĩnh vực áp dụng - Tên sáng kiến: “ XÂY DỰNG VÀ THỰC HIỆN MỘT SỐ CHỦ ĐỀ DẠY HỌC STEM CƠ BẢN VẬT LÍ TRUNG HỌC PHỔ THƠNG” - Lĩnh vực áp dụng: Giảng dạy mơn Vật lí - cấp học THPT Nội dung a Giải pháp cũ thường làm: - Trong dạy học vật lí làm thí nghiệm hoạt động đặc trưng mơn Tuy nhiên, chương trình giáo dục hành tập trung chủ yếu vào kiến thức lý thuyết mà trọng đến kĩ thực hành, chưa giúp người học vận dụng kiến thức ứng dụng vào thực tế - Phương pháp dạy học truyền thống lấy giáo viên làm trung tâm Giáo viên người thuyết trình, diễn giải kho tàng tri thức học sinh lắng nghe, ghi chép học thuộc Phương pháp cho phép học sinh đạt mức độ tái nên mang tính thụ động nhiều Do chưa sâu vào phát triển lực phẩm chất người học *Ưu điểm Đối với giáo viên: Giải pháp cũ thường làm giáo viên khơng phải nhiều thời gian công sức để tìm hiểu, sưu tầm tư liệu, chuẩn bị nội dung phục vụ cho giảng Hầu hết giáo viên cần truyền tải nội dung sách giáo khoa Đối với học sinh: Học theo phương pháp học sinh tập trung vào kiến thức có sẵn sách giáo khoa, học sinh khơng nhiều thời gian chuẩn bị cho học * Nhược điểm Dạy học theo phương pháp trên, học sinh có hứng thú động lực học tập, học sinh dễ tiếp thu cách thụ động mà khơng phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo thân Giờ học trở nên buồn tẻ kiến thức thiên lý thuyết Bởi khơng có nhiều hội thực hành, nên học sinh khó áp dụng kiến thức học vào thực tiễn b Giải pháp cải tiến: Phương pháp giáo dục STEM giúp người học không bị nhàm chán với lý thuyết khô cứng, củng cố thêm kiến thức thực tiễn cần thiết trang bị cho người học khả vận dụng linh hoạt kiến thức vào đời sống Đây kỹ cần thiết hệ trẻ kỷ nguyên Trong tiết học STEM, tình thực tế đưa đề tài dự án Để giải vấn đề, học sinh phải tìm hiểu, nghiên cứu kiến thức mơn học liên quan, ngồi phải trực tiếp trải nghiệm, quan sát, phân tích đánh giá vấn đề để đưa kết luận * Ưu điểm: Giáo viên tổ chức cho học sinh hoạt động thực hành để khám phá tri thức vận dụng để củng cố rèn luyện kỹ thân Học sinh đóng vai trị chủ động học Các em tự thực hiện, nghiên cứu, áp dụng phương pháp để giải vấn đề Giúp hình thành cho người học phẩm chất tính độc lập, tinh thần chịu trách nhiệm tính sáng tạo Mỗi tiết học trở nên sinh động hơn, học sinh có hứng thú động lực học tập, tiếp thu kiến thức cách linh hoạt, phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo thân * Nhược điểm: Tuy phương pháp giáo dục STEM chứng minh phương pháp tốt, hiệu quả, thực tế triển khai không chắn đạt mong muốn, việc chuẩn bị khơng chu đáo khiến cho học sinh rèn luyện kỹ kĩ xảo cách máy móc Chương trình giáo dục chưa thiết kế để dạy theo phương pháp giáo dục STEM thời lượng có hạn tiết học nên hoạt động chưa thể khai thác tối đa lực em học sinh Hiệu kinh tế, xã hội dự kiến đạt - Hiệu kinh tế: Thúc đẩy phát triển lực cho học sinh, đặc biệt lực giải vấn đề; kích thích, tạo hứng thú cho em học tập mơn Vật lí; nâng cao thành tích học tập mơn HS Việc u thích hứng thú học tập mơn Vật lí giúp em hiểu biết kiến thức từ biết vận dụng linh hoạt từ lí thuyết vào thực tế đời sống giải vấn đề cần thiết sống Giúp HS hiểu ứng dụng khoa học kỹ thuật, chế tạo sản phẩm áp dụng vào thực tiễn Giáo viên tiếp cận chương trình giáo dục phổ thông phát triển phẩm chất lực người học - Hiệu xã hội: Giáo dục STEM dạy cho học sinh cách giải vấn đề việc sử dụng kỹ tư phản biện, em học cách phân tích vấn đề lên kế hoạch để giải chúng, giúp em phát minh ý tưởng dự án mang tính đổi Trong tiết học, học sinh có trình độ khác làm việc nhóm để giải vấn đề, ghi chép liệu, viết báo cáo, thuyết trình và kết em học sinh hợp tác với phát triển môi trường yêu cầu khả làm việc nhóm cao Học sinh tiếp cận với công nghệ nhiều hơn, em sẵn sàng đón nhận chúng thay dự hay lo sợ Điều giúp em có lợi lớn mơi trường tồn cầu ngày trở nên cơng nghệ hóa Đặc biệt, học sinh trải nghiệm với sản phẩm thực hành thành công thất bại thông qua đó, em phát triển trí tuệ cách lành mạnh đúc rút cho nhiều kinh nghiệm thực tiễn Điều kiện khả áp dụng - Điều kiện áp dụng: Sáng kiến “ XÂY DỰNG VÀ THỰC HIỆN MỘT SỐ CHỦ ĐỀ DẠY HỌC STEM CƠ BẢN VẬT LÍ TRUNG HỌC PHỔ THƠNG” áp dụng trường THPT Nho Quan A giúp học sinh có tiết học đầy hứng thú, sinh động đạt hiệu cao - Khả áp dụng: Thông qua kết việc áp dụng sáng kiến học sinh thiết nghĩ, sáng kiến có tính khả thi cao, có khả áp dụng rộng rãi cho trường THPT; đối tượng người dạy học hướng đến dạy học rộng rãi chương trình giáo dục phổ thơng - Danh sách người tham gia áp dụng thử áp dụng sáng kiến lần đầu : TT Họ tên Ngày tháng Nơi Chức Trình Nội năm sinh công vụ độ dung tác CM hỗ trợ Nguyễn Phong Cầm 05/09/1979 TTCM Thạc Xây sỹ dựng THPT chương Nho trình Quan giảng A dạy, giảng dạy Trương Thị Thu 08/10/1989 Giáo Đại Xây Hường viên Học dựng chương trình giảng dạy, 3 Nguyễn Thị Hồng Loan 24/06/1988 Giáo viên Hồng Đình Trung 02/03/1981 Giáo viên giảng dạy Thạc Xây sỹ dựng chương trình giảng dạy, giảng dạy Đại Xây Học dựng chương trình giảng dạy, giảng dạy trung thực, Chúng xin cam đoan thông tin nêu đơn thật hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật XÁC NHẬN CỦA Nho Quan, ngày 09 tháng 05 năm 2022 ĐƠN VỊ CƠNG TÁC Người nộp đơn NHĨM TÁC GIẢ Nguyễn Phong Cầm Trương Thị Thu Hường Nguyễn Thị Hồng Loan Hồng Đình Trung PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ làm thay đổi sản xuất giới, tạo hội lớn đặt thách thức không nhỏ cho quốc gia Điều đặt cho ngành Giáo dục Đào tạo (GD-ĐT) sứ mệnh to lớn chuẩn bị nguồn nhân lực chất lượng cao để đáp ứng yêu cầu phát triển đất nước Để thực nhiệm vụ này, GD-ĐT cần thiết phải đưa giáo dục STEM vào nhà trường, ưu giáo dục STEM dạy học, góp phần tích cực việc đổi phương pháp dạy học theo chương trình giáo dục phổ thơng (GDPT) mới, thực giúp học sinh (HS) hướng đến giới công nghệ 4.0 lợi khác, đáp ứng mục tiêu đào tạo người có lực sống tương lai, phù hợp nhu cầu nhân lực lao động thời đại công nghệ 4.0 diễn mạnh mẽ giới Giáo dục STEM mặt thực đầy đủ mục tiêu giáo dục nêu chương trình GDPT mới, mặt khác nhằm phát triển lực cốt lõi cho HS, phát triển lực đặc thù môn học thuộc STEM định hướng nghề nghiệp cho HS Để đón đầu chương trình GDPT mới, nhiều địa phương trường học trước bước việc triển khai giáo dục STEM Trong trình triển khai dạy học môn học STEM, yêu cầu giáo viên (GV) phải biết cách tổ chức, thiết kế hoạt động STEM cách sáng tạo có hiệu quả, phù hợp với điều kiện dạy học Tuy nhiên qua khảo sát nhận thấy việc triển khai dạy học STEM trường THPT cịn nhiều hạn chế, bên cạnh đó, số GV chưa có nhận thức đầy đủ chất dạy học STEM cách thiết kế hoạt động, tổ chức, thực dạy học STEM cho có hiệu mơn học Hơn nữa, trang mạng điện tử, tài liệu sách vở, tạp chí giáo dục cung cấp nhiều vấn đề chung giáo dục STEM tài liệu hướng dẫn cụ thể việc tổ chức dạy học môn học theo định hướng STEM trường phổ thơng cịn chưa nhiều.Vì nghiên cứu sâu dạy học STEM, đề xuất cách thức thiết kế tổ chức cho HS học tập hiệu mơn học STEM nói chung, Vật lý nói riêng hướng nghiên cứu cập nhật, cần thiết bối cảnh GD-ĐT Việt Nam đổi toàn diện Vật lí với đặc thù mơn khoa học thực nghiệm có tính cơng nghệ kỹ thuật cao, có nhiều kiến thức liên quan đến thực tiễn, thực hành với tảng để học Vật lí Toán học nên thuận lợi việc triển khai dạy học theo phương thức STEM hình thức tăng cường hoạt động nghiên cứu, trải nghiệm sáng tạo, câu lạc Qua giúp HS hiểu ứng dụng khoa học kỹ thuật, chế tạo sản phẩm áp dụng vào đời sống thực tiễn, đồng thời giúp HS hiểu sâu sắc kiến thức Vật lí, từ tạo động lực, lịng đam mê, u thích mơn Nói tóm lại, dạy học Vật lí theo phương thức STEM hướng giáo dục phù hợp giúp HS phát triển đầy đủ lực đặc thù lực cốt lõi theo mục tiêu chương trình GDPT Qua trình nghiên cứu giảng dạy mơn Vật lí THPT chúng tơi thấy khai thác, thiết kế thực nhiều chủ đề dạy học STEM tất phần cơ, nhiệt, điện, từ mơn Vật lí, kích thích hứng thú, tích cực HS q trình dạy học Với lí nhằm nâng cao hiệu chất lượng dạy học, nghiên cứu đề tài “Xây dựng thực số chủ đề dạy học STEM Vật lí Trung học phổ thơng” Hy vọng đề tài góp phần nhỏ, nguồn tài liệu có ích giúp thầy cô bạn đọc tham khảo vận dụng vào q trình dạy học mơn Vật lí theo định hướng STEM trường phổ thông Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: HS trường THPT Nho Quan A - Phạm vi nghiên cứu: Các chủ đề dạy học STEM phần cơ, nhiệt, điện từ thuộc chương trình Vật lý THPT Tiến hành thực nghiệm sư phạm trường THPT Nho Quan A - Thời gian nghiên cứu: Từ tháng 9/2021 đến tháng 4/2022 Nhiệm vụ nghiên cứu - Phân tích sở lý luận thực tiễn giáo dục STEM trường phổ thông - Điều tra, phân tích thực trạng dạy học Vật lí theo định hướng STEM Trên sở phân tích ngun nhân, khó khăn để đề xuất hướng giải đề tài - Đề xuất giải pháp thực đề tài nghiên cứu: Xây dựng chủ đề dạy học STEM phần cơ, nhiệt, điện từ - Vật lí THPT tiến hành thực nghiệm tổ chức dạy học số chủ đề lớp 10A, 10B, 10G, 10H, 11C, 11M, 12A, 12E trường THPT Nho Quan A - Trên sở chủ đề thực nghiệm, lựa chọn giới thiệu cách tổ chức hoạt động cụ thể số chủ đề dạy học STEM phần cơ, nhiệt, điện từ Vật lí THPT theo phương pháp, hình thức dạy tích cực nhằm định hướng phát triển lực HS Đóng góp đề tài - Điều tra thực trạng dạy học Vật lí theo định hướng STEM trường, phân tích nguyên nhân, khó khăn, đưa hướng khắc phục, giải pháp để nâng cao chất lượng dạy học môn học STEM - Xây dựng hệ thống chủ đề dạy học STEM phần cơ, nhiệt, điện từ phục vụ giảng dạy số học chương trình SGK Vật lí THPT nhằm phát triển lực cho HS - Tổ chức dạy học số chủ đề STEM phần cơ, nhiệt, điện từ trường phổ thông phù hợp với điều kiện dạy học nhà trường thu kết thiết thực nhằm nâng cao chất lượng dạy học mơn Vật lí môn học STEM, đưa giáo dục STEM vào trường học, góp phần vào phong trào thi đua đổi sáng tạo dạy học đáp ứng với yêu cầu chương trình GDPT tổng thể PHẦN NỘI DUNG Cơ sở lý luận giáo dục STEM nhà trường phổ thơng đáp ứng với chương trình GDPT 1.1 Khái niệm giáo dục STEM STEM viết tắt từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật), Mathematics (Toán học) Giáo dục STEM chất hiểu trang bị cho người học kiến thức kĩ cần thiết liên quan đến lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật toán học Các kiến thức kĩ phải tích hợp, lồng ghép bổ trợ cho nhau, giúp HS khơng hiểu ngun lí mà cịn thực hành tạo sản phẩm sống ngày Đối với giáo dục STEM, kiến thức khoa học, tốn học, cơng nghệ kĩ thuật không dạy học theo hướng trang bị kiến thức thông thường mà vận dụng nhằm giải tình thực tiễn sống Việc làm đem lại tác dụng lớn giúp cho trải nghiệm học tập HS trở nên thú vị hơn, tạo động lực thúc đẩy em hứng thú với việc học tập nghiên cứu khoa học, công nghệ từ nhỏ Sự gắn kết đa dạng thành phần giáo dục, tạo thành hệ sinh thái giáo dục, chìa khóa giúp nuôi dưỡng đào tạo hệ công dân tồn cầu có kiến thức kỹ năng, đặc biệt tư sáng tạo thời đại Như giáo dục STEM phạm trù rộng liên quan đến nhiều lĩnh vực với hai đặc điểm bật tính tích hợp liên mơn hoạt động thực hành gắn với lí thuyết Với giáo dục STEM, HS học để lập trình điều khiển, chế tạo robot đơn giản chế tạo sản phẩm phục vụ đời sống, hay đồ chơi mang tính chất giải trí lại giúp HS hiểu chất tượng tiếp thu kiến thức Vật lí cách dễ dàng Qua cho thấy việc dạy học STEM khơng thiết cần điều kiện sở vật chất, công nghệ đại mà hoàn toàn tùy thuộc vào ý tưởng triển khai dạy GV 1.2.Chủ đề dạy học STEM trường trung học Chủ đề STEM chủ đề dạy học thiết kế dựa vấn đề thực tiễn kết hợp với chuẩn kiến thức, kỹ mơn khoa học chương trình phổ thơng Trong q trình dạy học, GV tổ chức cho HS làm việc nhóm, sử dụng cơng nghệ truyền thống đại, cơng cụ tốn học để tạo sản phẩm có tính ứng dụng thực tiễn, phát triển kỹ tư HS Chủ đề STEM cần đảm bảo tiêu chí: giải vấn đề thực tiễn, kiến thức chủ đề thuộc lĩnh vực STEM, định hướng hoạt động thực hành, làm việc nhóm Có thể phân loại chủ đề dạy học STEM dựa vào tiêu chí sau Dựa vào phạm vi kiến thức để giải vấn đề STEM, người ta chia chủ đề STEM thành hai loại: Chủ đề STEM xây dựng sở kiến thức thuộc phạm vi môn khoa học, công nghệ, kỹ thuật tốn chương trình giáo dục phổ thơng Các sản phẩm chủ đề STEM thường đơn giản, bám sát nội dung sách giáo khoa (SGK) thường xây dựng sở nội dung thực hành, thí nghiệm chương trình giáo dục phổ thơng Chủ đề STEM mở rộng có kiến thức nằm ngồi chương trình giáo dục phổ thơng SGK Những kiến thức HS phải tự tìm hiểu nghiên cứu từ tài liệu chuyên ngành Sản phẩm STEM loại hình có độ phức tạp cao Dựa vào mục đích dạy học, ta chia chủ đề STEM thành hai loại chính: Chủ đề STEM dạy học kiến thức xây dựng sở kết nối kiến thức nhiều môn học khác mà HS chưa học học phần, HS vừa giải vấn đề vừa lĩnh hội tri thức Chủ đề STEM dạy học vận dụng xây dựng sở kiến thức HS học Chủ đề STEM dạng bồi dưỡng cho HS lực vận dụng lý thuyết vào thực tiễn Kiến thức lý thuyết củng cố khắc sâu 1.3.Quy trình xây dựng chủ đề học STEM Bước 1: Lựa chọn chủ đề học Căn vào nội dung kiến thức chương trình mơn học tượng, q trình gắn với kiến thức tự nhiên; quy trình thiết bị cơng nghệ có sử dụng kiến thức thực tiễn… để lựa chọn chủ đề học Bước 2: Xác định vấn đề cần giải Sau lựa chọn chủ đề học, cần xác định vấn đề cần giải để giao cho HS thực cho giải vấn đề HS phải học kiến thức, kỹ cần dạy chương trình mơn học lựa chọn vận dụng kiến thức, kỹ biết để xây dựng học Bước 3: Xây dựng tiêu chí thiết bị giải pháp giải vấn đề Sau xác định vấn đề cần giải (sản phẩm cần chế tạo) cần xác định rõ tiêu chí giải pháp, sản phẩm Các tiêu chí phải hướng tới việc định hướng q trình học tập vận dụng kiến thức HS không nên tập trung đánh giá sản phẩm vật chất Bước 4: Thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động Tiến trình tổ chức hoạt động học thiết kế theo phương pháp, kĩ thuật dạy học tích cực với hoạt động học Mỗi hoạt động thiết kế rõ ràng mục đích, nội dung sản phẩm học tập mà HS phải hoàn thành Các hoạt động tổ chức lớp học (ở trường, nhà cộng đồng) 1.4 Tiến trình tổ chức dạy học STEM trường Trung học Mỗi học STEM thường tổ chức theo hoạt động sau: Hoạt động 1: Xác định vấn đề Trong hoạt động này, GV giao cho HS nhiệm vụ học tập chứa đựng vấn đề, HS phải hồn thành sản phẩm học tập cụ thể với tiêu chí địi hỏi HS phải sử dụng kiến thức học để đề xuất, xây dựng giải pháp thiết kế nguyên mẫu sản phẩm cần hồn thành Tiêu chí sản phẩm yêu cầu quan trọng, "tính mới" sản phẩm, kể sản phẩm quen thuộc với HS; đồng thời, tiêu chí buộc HS phải nắm vững kiến thức thiết kế giải thích thiết kế cho sản phẩm cần làm Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức đề xuất giải pháp Trong hoạt động này, HS thực hoạt động học tích cực, tự lực hướng dẫn GV HS phải tự tìm tịi, chiếm lĩnh kiến thức để sử dụng vào việc đề xuất, thiết kế sản phẩm cần hoàn thành Kết là, HS hoàn thành thiết kế đồng thời học kiến thức theo chương trình mơn học tương ứng Hoạt động 3: Lựa chọn giải pháp Trong hoạt động này, HS tổ chức để trình bày, giải thích bảo vệ thiết kế kèm theo thuyết minh (sử dụng kiến thức học kiến thức có); thể cụ thể giải pháp giải vấn đề Dưới trao đổi, góp ý bạn, GV HS tiếp tục hồn thiện (có thể phải thay đổi để bảo đảm khả thi) thiết kế trước tiến hành chế tạo, thử nghiệm Hoạt động 4: Chế tạo mẫu, thử nghiệm đánh giá HS tiến hành chế tạo mẫu theo thiết kế hồn thiện; q trình chế tạo đồng thời phải tiến hành thử nghiệm đánh giá Trong q trình này, HS phải điều chỉnh thiết kế ban đầu để bảo đảm mẫu chế tạo khả thi tối ưu (theo nhận thức HS) Hoạt động 5: Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh Trong hoạt động này, HS tổ chức để trình bày sản phẩm học tập hoàn thành; trao đổi, thảo luận, đánh giá để tiếp tục điều chỉnh, hoàn thiện Cở sở thực tiễn dạy học Vật lý theo định hướng STEM trường THPT Nho Quan A 2.1.Thực trạng tổ chức dạy học môn Vật lý theo định hướng STEM - Từ năm học 2020 – 2021 nhà trường đặt nhiệm vụ dạy học theo định hướng Stem cho nhóm chun mơn Tuy nhiên phương pháp dạy học theo định hướng Stem giáo viên, việc dạy học bị ảnh hưởng dịch Covid 19 Trong sở phịng thực hành nhà trường cịn chưa hoàn thiện, thiếu thiết bị thực hành, nên HS chưa trải nghiệm thực hành nhiều mà chủ yếu nắm bắt lý thuyết quan sát thực hành qua thí nghiệm ảo giáo viên thuyết trình Vì đa số em không hứng thú với môn học nhận thấy vai trị ứng dụng Vật lí vào đời sống Học sinh khơng trải nghiệm thực tế, nên việc đưa kiến thức khoa học trở nên nặng nề -Việc tổ chức dạy học theo hướng giáo dục STEM trường THPT nói chung cịn hạn chế, chủ yếu giao nhiệm vụ cho tổ nhóm tạo sản phẩm STEM chưa mang tính tự giác Đó lí em học Vật lí chủ yếu để đối phó với kì kiểm tra cịn yếu tố đam mê u thích 2.2 Q trình điều tra Trước đưa vào áp dụng sáng kiến tiến hành điều tra hứng thú, cách thức học nội dung phương pháp học mơn Vật lí với học sinh sau: - Đối tượng điều tra: Học sinh nhà trường năm học 2021 – 2022 - Thời gian điều tra: Bắt đầu từ tháng 9/2021 - Tổng số học sinh điều tra: 248 em 2.2.1 Kết điều tra ý kiến HS mơn Vật lí