Luận án Tiến sĩ Dạy học môn Công nghệ phổ thông theo định hướng giáo dục STEM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI LÊ XUÂN QUANG DẠY HỌC MÔN CÔNG NGHỆ PHỔ THÔNG THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Hà Nội - 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI LÊ XUÂN QUANG DẠY HỌC MÔN CÔNG NGHỆ PHỔ THÔNG THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM Chuyên ngành: LL PPDH môn Kĩ thuật Công nghiệp Mã số: 62 14 01 11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Lê Huy Hồng TS Vũ Đình Chuẩn Hà Nội - 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình tơi thực Các số liệu kết nghiên cứu luận án trung thực, khách quan, nghiêm túc chưa tác giả khác công bố cơng trình Tác giả luận án Lê Xn Quang LỜI CẢM ƠN Em xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, phòng Sau đại học, thầy giáo, cô giáo khoa Sư phạm kĩ thuật, trường Đại học Sư phạm Hà Nội tận tình giảng dạy, truyền thụ kiến thức, tạo điều kiện thuận lợi cho em học tập nghiên cứu Trường Với lòng biết ơn chân thành sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn tới PGS.TS Lê Huy Hoàng TS.Vũ Đình Chuẩn tận tình hướng dẫn ln động viên, giúp đỡ em trình nghiên cứu Sự hiểu biết sâu sắc khoa học kinh nghiệm thầy tiền đề để em đạt kết Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo, cô giáo bạn đồng nghiệp làm việc môn Phương pháp dạy học, Khoa Sư phạm kĩ thuật, trường Đại học Sư phạm Hà Nội tận tình bảo chia sẻ kinh nghiệm, kiến thức giúp đỡ em trình học tập nghiên cứu Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới chuyên gia, thầy cô giáo em học sinh, sinh viên tham gia, hợp tác tạo điều kiện, giúp đỡ tơi suốt q trình nghiên cứu Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới cha mẹ, gia đình, người thân, bạn bè ln quan tâm, ủng hộ, động viên, khích lệ, giúp đỡ để tơi hồn thành luận án Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Nghiên cứu sinh Lê Xuân Quang i DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt CNTT Công nghệ thông tin CS Cộng ĐC Đối chứng ĐLC Độ lệch chuẩn GV Giáo viên HS Học sinh NXB Nhà xuất PPDH Phương pháp dạy học STEM Science, Technology, Engineering Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Mathematics Tốn học TB Trung bình THCS Trung học sở THPT Trung học phổ thông TN Thực nghiệm TNSP Thực nghiệm sư phạm UNESCO United Nations Educational Tổ chức Giáo dục, Khoa học Scientific and Cultural Organization Văn hóa Liên hiệp quốc ii MỤC LỤC Lời cam đoan Lời cảm ơn Danh mục từ viết tắt Mục lục Danh mục bảng Danh mục hình MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài Mục đích nghiên cứu 3 Nhiệm vụ nghiên cứu Khách thể, đối tượng phạm vi nghiên cứu Giả thuyết khoa học Phương pháp nghiên cứu Đóng góp đề tài Bố cục luận án Chương - CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA DẠY HỌC MÔN CÔNG NGHỆ THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 1.1 Tổng quan lịch sử nghiên cứu giáo dục STEM 1.1.1 Giáo dục STEM giới 1.1.2 Giáo dục STEM Việt Nam 13 1.2 Một số khái niệm 16 1.2.1 STEM 16 1.2.2 Giáo dục STEM 17 1.3 Một số vấn đề giáo dục STEM 19 1.3.1 Mục tiêu giáo dục STEM 19 1.3.2 Mối liên hệ tương tác lĩnh vực giáo dục STEM 21 1.3.3 Quy trình giáo dục STEM 23 1.3.4 Các đường giáo dục STEM cho học sinh 27 iii 1.3.5 Phân loại STEM 31 1.4 Dạy học môn Công nghệ theo định hướng giáo dục STEM 33 1.4.1 Cơ sở khoa học dạy học môn Công nghệ theo định hướng giáo dục STEM 33 1.4.2 Bản chất dạy học môn Công nghệ theo định hướng giáo dục STEM 40 1.4.3 Đặc điểm dạy học môn Công nghệ theo định hướng giáo dục STEM 41 1.4.4 Quy trình dạy học môn Công nghệ theo định hướng giáo dục STEM 42 1.4.5 Phương pháp hình thức tổ chức dạy học môn Công nghệ theo định hướng giáo dục STEM 49 1.4.6 Cơ sở vật chất giáo dục STEM 54 1.5 Thực trạng dạy học mơn Cơng nghệ phổ thơng góc độ định hướng giáo dục STEM 55 1.5.1 Từ góc độ chương trình 55 1.5.2 Từ điều tra thực tiễn 56 Kết luận chương 63 Chương - DẠY HỌC MÔN CÔNG NGHỆ THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 65 2.1 Phân tích mơn Cơng nghệ góc độ giáo dục STEM [4] 65 2.1.1 Mục tiêu môn Công nghệ 65 2.1.2 Cấu trúc nội dung môn Công nghệ 67 2.1.3 Đặc điểm môn Công nghệ 68 2.2 Mối quan hệ mục tiêu, chương trình, nội dung mơn Cơng nghệ với mục tiêu, nội dung giáo dục STEM 70 2.3 Các mức độ dạy học môn Công nghệ theo định hướng giáo dục STEM 72 2.4 Vận dụng quy trình giáo dục STEM dạy học môn Công nghệ 73 iv 2.4.1 Xây dựng chủ đề 73 2.4.2 Xây dựng nội dung học tập môn Công nghệ theo định hướng giáo dục STEM 79 2.4.3 Thiết kế nhiệm vụ 83 2.4.4 Tổ chức thực 84 2.4.5 Đánh giá 86 2.5 Một số ví dụ minh hoạ 97 2.5.1 Chủ đề STEM cho dạy lồng ghép phận 97 2.5.2 Chủ đề STEM cho dạy lồng ghép toàn 101 2.5.3 Chủ đề STEM cho dạy phối hợp nhiều học 111 Kết luận chương 118 CHƯƠNG KIỂM NGHIỆM ĐÁNH GIÁ 119 3.1 Thực nghiệm sư phạm 119 3.1.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 119 3.1.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 119 3.1.3 Nội dung thực nghiệm sư phạm 120 3.1.4 Tiến hành thực nghiệm sư phạm 120 3.1.5 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 122 3.1.6 Kết thực nghiệm sư phạm 125 3.2 Phương pháp chuyên gia 134 3.2.1 Mục đích 134 3.2.2 Đối tượng xin ý kiến chuyên gia 134 3.2.3 Nội dung phương pháp tiến hành 135 3.2.4 Đánh giá kết 137 Kết luận chương 144 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 145 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 147 TÀI LIỆU THAM KHẢO 148 PHỤ LỤC v DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Xác định chủ đề STEM từ ngữ cảnh sống 46 Bảng 1.2 Kết mức độ quan tâm GV tới lực chung thông qua giảng 57 Bảng 1.3 Mức độ GV sử dụng phương pháp kĩ thuật dạy học tích cực 58 Bảng 1.4 Kết hướng dẫn HS vận dụng kiến thức để giải vấn đề thực tiễn 59 Bảng 1.5 Kết mức độ GV ý định hướng hứng thú HS 59 Bảng 1.6 Kết mức độ GV tổ chức cho HS hợp tác làm sản phẩm trình dạy học 60 Bảng 1.7 Kết mức độ GV kết nối kiến thức từ môn Khoa học tự nhiên q trình dạy học mơn Cơng nghệ 60 Bảng 1.8 Kết khảo sát mức độ GV sử dụng sở vật chất dạy học môn Công nghệ 61 Bảng 1.9 Kết khảo sát phịng học mơn Cơng nghệ 62 Bảng 1.10 Kết mức độ nhận thức GV STEM 62 Bảng 1.11 Mối quan tâm STEM GV môn Công nghệ 63 Bảng 2.1 Một số nội dung chương trình mơn Cơng nghệ lựa chọn để xây dựng chủ đề STEM 74 Bảng 2.2 Ứng dụng kiến thức môn Công nghệ thực tiễn 76 Bảng 2.3 Nội dung cho chủ đề giáo dục STEM 82 Bảng 2.4 Bảng Rubric đánh giá sản phẩm HS 89 Bảng 2.5 Cấu trúc tiêu chí lực giải vấn đề 90 Bảng 2.6 Các mức lực giải vấn đề 91 Bảng 2.7 Bảng kiểm quan sát lực giải vấn đề 92 Bảng 2.8 Cấu trúc tiêu chí lực sáng tạo 92 Bảng 2.9 Bảng mô tả tiêu chí mức độ đánh giá lực sáng tạo 93 vi Bảng 2.10 Bảng kiểm quan sát lực sáng tạo 94 Bảng 2.11 Cấu trúc tiêu chí lực hợp tác 94 Bảng 2.12 Các tiêu chí mức độ đánh giá lực hợp tác 95 Bảng 2.13 Bảng kiểm quan sát lực hợp tác 96 Bảng 3.1 Các trường lớp TNSP 121 Bảng 3.2 Bảng tổng hợp tham số đặc trưng lớp TN trước sau tác động sư phạm 126 Bảng 3.3 Bảng tổng hợp tham số đặc trưng lớp TN lớp ĐC 128 Bảng 3.4 Bảng tổng hợp tham số đánh giá lực giải vấn đề 129 Bảng 3.5 Bảng tổng hợp tham số đánh giá lực sáng tạo 131 Bảng 3.6 Bảng tổng hợp tham số đánh giá lực hợp tác 132 Bảng 3.7 Kết điều tra mức độ đồng tình HS 133 Bảng 3.8 Ý kiến chuyên gia sở khoa học dạy học môn Công nghệ theo định hướng giáo dục STEM 137 Bảng 3.9 Ý kiến chuyên gia đặc điểm giáo dục STEM 138 Bảng 3.10 Ý kiến chuyên gia tiêu chí xây dựng chủ đề giáo dục STEM 140 Bảng 3.11 Ý kiến chuyên gia nguyên tắc dạy học môn Công nghệ theo định hướng giáo dục STEM 140 Bảng 3.12 Ý kiến chuyên gia tính khả thi đề xuất 142 Bảng 3.13 Ý kiến chuyên gia chủ đề xây dựng 143 x Sơ đồ nguyên lí Vẽ sơ đồ lắp đặt Sử dụng dụng cụ thiết bị cần thiết cho trên, em trình bày bước lắp đặt mạch điện sử dụng công tắc cực điều khiển hai bóng đèn xi Phụ lục PHIẾU HỎI HỌC SINH Họ tên:………………………………………… Lớp: ……… Trường: ………………………………………………… Em hiểu biết vận dụng kiến thức vào thực tiễn Các nhiệm vụ học tập vừa sức với em Em thực hành nhiều so với tiết học thông thường Em trao đổi, giao tiếp hợp tác với bạn bè tốt Bài học giúp em phát triển khả phát giải vấn đề Bài học giúp em phát triển tư sáng tạo Em cảm thấy u thích mơn Cơng nghệ Em muốn tiếp tục học môn Công nghệ Rất Đồng Không Rất không đồng ý ý đồng ý đồng ý (4) (3) (2) (1) xii Phụ lục PHIẾU XIN Ý KIẾN CHUYÊN GIA A CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA DẠY HỌC MÔN CÔNG NGHỆ THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM: Rất đồng ý Đồng ý Không đồng ý Rất không đồng ý Không có ý kiến Rất đồng ý Đồng ý Khơng đồng ý Rất khơng đồng ý Khơng có ý kiến Rất đồng ý Đồng ý Không đồng ý Rất không đồng ý Khơng có ý kiến Rất đồng ý Đồng ý Khơng đồng ý Rất khơng đồng ý Khơng có ý kiến Rất đồng ý Đồng ý Không đồng ý Rất khơng đồng ý Khơng có ý kiến 1.Tích hợp dạy học tích hợp Chun gia vui lịng cho biết lí do: Dạy học định hướng lực Chuyên gia vui lịng cho biết lí do: Dạy học định hướng hành động Chuyên gia vui lòng cho biết lí do: Nội hàm lĩnh vực Khoa học, Cơng nghệ, Kĩ thuật Tốn học chương trình giáo dục phổ thơng Việt Nam Chun gia vui lịng cho biết lí do: Thiết kế kĩ thuật Chuyên gia vui lịng cho biết lí do: xiii ĐẶC ĐIỂM CỦA GIÁO DỤC STEM: Đồng ý Rất đồng ý Không đồng ý Rất khơng đồng ý Khơng có ý kiến Về chất dạy học tích hợp đặc điểm giáo dục STEM bàn đến tích hợp nội dung thuộc lĩnh vực Khoa học, Cơng nghệ, Kĩ thuật Tốn học Chun gia vui lịng cho biết lí do: Rất đồng ý Đồng ý Không đồng ý Rất không đồng ý Khơng có ý kiến Rất Đồng Khơng Rất khơng Khơng có đồng ý ý đồng ý đồng ý ý kiến Rất đồng ý Đồng ý Không đồng ý Rất không đồng ý Khơng có ý kiến Là hoạt động định hướng thực hành định hướng sản phẩm Chuyên gia vui lịng cho biết lí do: Định hướng hứng thú Chun gia vui lịng cho biết lí do: Là hoạt động dạy học nhằm cho hoạt động trí óc chân tay kết hợp với cách chặt chẽ, bên cạnh cịn giúp giải phóng lượng, thần kinh, bắp người học Chuyên gia vui lịng cho biết lí do: xiv Rất đồng ý Đồng ý Không đồng ý Rất không đồng ý Khơng có ý kiến Rất đồng ý Đồng ý Khơng đồng ý Rất khơng đồng ý Khơng có ý kiến Khơng đồng ý Rất khơng đồng ý Khơng có ý kiến 10 Là quan điểm dạy học tích cực hóa HS tiếp cận tồn thể Chun gia vui lịng cho biết lí do: 11 Giáo dục STEM nhấn mạnh việc học tập điều kiện phức hợp đảm bảo việc nắm vững kiến thức bản, rèn luyện kĩ Chuyên gia vui lịng cho biết lí do: 12.Quy trình giáo dục STEM có bước sau: Xác định chủ đề Xây dựng nội dung học tập Thiết kế nhiệm vụ Tổ chức thực Đánh giá Rất đồng ý Chuyên gia vui lịng cho biết lí do: Đồng ý xv CÁC TIÊU CHÍ XÂY DỰNG CHỦ ĐỀ GIÁO DỤC STEM: Rất đồng ý Đồng ý Rất đồng ý Đồng ý Rất đồng ý Đồng ý Rất đồng ý Đồng ý Khơng đồng ý Rất khơng đồng ý Khơng có Khơng đồng ý Rất khơng đồng ý Khơng có Khơng đồng ý Rất khơng đồng ý Khơng có Khơng đồng ý Rất khơng đồng ý Khơng có ý kiến 13 Chủ đề STEM nhằm giải vấn đề giới thực Chun gia vui lịng cho biết lí do: ý kiến 14 Chủ đề STEM phải hướng tới việc HS vận dụng kiến thức lĩnh vực STEM để giải Chun gia vui lịng cho biết lí do: ý kiến 15 Chủ đề STEM định hướng thực hành Chun gia vui lịng cho biết lí do: ý kiến 16 Chủ đề STEM hướng tới làm việc nhóm HS Chun gia vui lịng cho biết lí do: NGUYÊN TẮC DẠY MÔN CÔNG NGHỆ THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM: Rất đồng ý 17 Xây dựng nội dung phải huy động kiến thức tổng hợp mơn học thuộc lĩnh vực STEM Chun gia vui lịng cho biết lí do: Đồng ý Khơng đồng ý Rất khơng đồng ý Khơng có ý kiến xvi Rất đồng ý Đồng ý Rất Đồng ý Không đồng ý Rất khơng đồng ý Khơng có Khơng Rất khơng Khơng có đồng ý đồng ý ý kiến Không đồng ý Rất khơng đồng ý Khơng có Khơng đồng ý Rất khơng đồng ý Khơng có ý kiến 18 Các chủ đề giáo dục STEM phải có ý nghĩa lí luận thực tiễn phù hợp với sống trải nghiệm HS Chun gia vui lịng cho biết lí do: đồng ý 19 Các hoạt động giáo dục STEM phải đảm bảo tính vừa sức người học Chun gia vui lịng cho biết lí do: Rất đồng ý Đồng ý ý kiến 20 Đảm báo tính hệ thống, đồng trọn vẹn nội dung dạy học Chun gia vui lịng cho biết lí do: B TÍNH KHẢ THI CỦA ĐỀ XUẤT Rất đồng ý 21 Việc dạy học mơn Cơng nghệ phổ thơng nhằm hình thành phát triển lực ngôn ngữ, thiết kế, triển khai, lựa chọn, đánh giá, sử dụng công nghệ cho HS cần thiết Chuyên gia vui lịng cho biết lí do: Đồng ý ý kiến xvii Rất đồng ý Đồng ý Không đồng ý Rất khơng đồng ý Khơng có ý kiến 22 Dạy học mơn Cơng nghệ theo chương trình hành gặp nhiều khó khăn việc phát triên lực chung lực đặc thù môn Cơng nghệ Chun gia vui lịng cho biết lí do: Rất đồng ý Đồng Không ý đồng ý Rất không đồng ý Khơng có ý kiến 23 Dạy học mơn Cơng nghệ theo định hướng giáo dục STEM góp phần hình thành rèn luyện phẩm chất, lực chung, đặc biệt phẩm chất liên quan tới trách nhiệm với cộng đồng môi trường tự nhiên, ý thức tổ chức kỉ luật tác phong lao động; lực chung giải vấn đề sáng tạo, sử dụng CNTT truyền thơng Chun gia vui lịng cho biết lí do: Rất đồng ý Đồng ý Không đồng ý Rất không đồng ý Khơng có ý kiến Đồng ý Khơng đồng ý Rất khơng đồng ý Khơng có ý kiến 24 Dạy học môn Công nghệ theo định hướng giáo dục STEM thay hồn tồn cách dạy thơng thường Chun gia vui lịng cho biết lí do: Rất đồng ý 25 Việc xây dựng chủ để giáo dục STEM vận dụng để dạy học số nội dung môn Công nghệ khả thi Chuyên gia vui lịng cho biết lí do: xviii C ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THÔNG QUA CHỦ ĐỀ STEM ĐÃ XÂY DỰNG Rất đồng ý Đồng ý Không đồng ý Rất khơng đồng ý Khơng có ý kiến Rất đồng ý Đồng ý Không đồng ý Rất không đồng ý Khơng có ý kiến Rất đồng ý Đồng ý Khơng đồng ý Rất khơng đồng ý Khơng có ý kiến Rất đồng ý Đồng ý Không đồng ý Rất không đồng ý Khơng có ý kiến Rất đồng ý Đồng ý Khơng đồng ý Rất khơng đồng ý Khơng có ý kiến 26 Mục tiêu chủ đề phù hợp với nội dung mơn học Chun gia vui lịng cho biết lí do: 27 Hình thức nội dung chủ đề phù hợp với sở lí luận xây dựng đề tài Chuyên gia vui lòng cho biết lí do: 28 Chủ đề có ý nghĩa việc khắc sâu kiến thức, hình thành lực phẩm chất HS Chuyên gia vui lòng cho biết lí do: 29 Chủ đề gây hứng thú với người học Chun gia vui lịng cho biết lí do: 30 Chủ đề xây dựng có tính khả thi cao dạy học Chuyên gia vui lòng cho biết lí do: XIN TRÂN TRỌNG CẢM ƠN xix PHỤ LỤC PHIẾU HỌC TẬP - THỰC HÀNH SƠ ĐỒ ĐIỆN SƠ ĐỒ ĐIỆN LÀ GÌ THỰC HÀNH SƠ ĐỒ ĐIỆN Vẽ sơ đồ nối dây để hoàn thiện mạch động hoạt động, vẽ mũi tên để chiều dòng điện Nhưng ta vẽ mạng điện cho phịng ở, ngơi nhà sao? Thật phức tạp? Vì vậy, để dễ dàng thể hiện, người ta phải dùng đến kí hiệu vẽ sơ đồ điện Định nghĩa: Sơ đồ điện hình biểu diễn quy ước mạch điện hệ thống điện MỘT SỐ KÝ HIỆU QUY ƯỚC TRONG SƠ ĐỒ ĐIỆN Để giúp cho việc thông tin nhận thức dễ dàng hơn, người ta sử dụng kí hiệu để biểu thị nguồn điện, dây dẫn điện, thiết bị đồ dùng điện sơ đồ điện xx Hãy nối ký hiệu với thành phần thực tế: xxi PHÂN LOẠI SƠ ĐỒ ĐIỆN Em phân tích đâu sơ đồ nguyên lí? Sơ đồ lắp ráp Hình Hình xxii VẼ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ Vẽ cách nối dây để tạo thành mạch điện cho bật công tắc động quay vẽ sơ đồ nguyên lí Sơ đồ ngun lí Trường: Lớp: Nhóm: Các thành viên nhóm: xxiii Phụ lục MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM xxiv Phụ lục DANH SÁCH XIN Ý KIẾN CHUYÊN GIA STT Họ tên Đơn vị công tác PGS.TS Nguyễn Tân Ân Khoa Tin Học - HV QLGD TS Đỡ Danh Bích Khoa Vật lí - ĐHSP Hà Nội PGS.TS Nguyễn Văn Biên Khoa Vật lí - ĐHSP Hà Nội TS Nguyễn Văn Cường ĐH Potsdam PGS.TS Nguyễn Văn Hiền Khoa Sinh học - ĐHSP Hà Nội TS Ngô Văn Hoan Trường ĐHSP Hà Nội TS Lê Thanh Huy Khoa Vật lí - ĐHSP Đà Nẵng PGS.TS Nguyễn Trọng Khanh Khoa SPKT - ĐHSP Hà Nội TS Nguyễn Thế Lâm Khoa Vật lí - ĐHSP Hà Nội 10 TS Đỡ Quỳnh Mai Khoa Hố học - ĐHSP Hà Nội 11 TS Nguyễn Hoài Nam Khoa SPKT - ĐHSP Hà Nội 12 TS Trần Khánh Ngọc Khoa Sinh học - ĐHSP Hà Nội 13 PGS.TS Đặng Văn Nghĩa Khoa SPKT - ĐHSP Hà Nội 14 PGS.TS Trần Trung Ninh Khoa Hoá học - ĐHSP Hà Nội 15 TS Nguyễn Cẩm Thanh Khoa SPKT - ĐHSP Hà Nội 16 TS Chu Cẩm Thơ Khoa Toán Tin - ĐHSP Hà Nội