(Skkn 2023) hình thành và phát triển năng lực giải quyết vấn đề, sáng tạo cho học sinh thông qua một số bài dạy stem trong chương động lực học và năng lượng vật lí 10

MỤC LỤC Phần 1: ĐẶT VẪN ĐỀ Lí chọn đề tài 2 Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu 3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 4 Giả thuyết khoa học Phương pháp nghiên cứu Những đóng góp đề tài Phần 2: NỘI DUNG Chương Cơ sở lí luận thực tiễn giáo dục STEM trường trung học phổ thơng theo chương trình giáo dục phổ thông 2018 Khái quát chung giáo dục STEM .6 1.1 Thuật ngữ STEM? 1.2 Giáo dục STEM 1.3 Giáo dục STEM mơn Vật lí THPT Chương trình giáo dục phổ thông 2018 .6 Cơ sở thiết kế, tổ chức hoạt động giáo dục STEM 2.1 Quy trình thiết kế kĩ thuật 2.2 Phương pháp khoa học Hình thức tổ chức dạy học STEM 3.1 Khái quát dạy STEM 3.2 Bài dạy STEM khoa học 3.3 Bài dạy STEM kĩ thuật Chương Xây dựng thực dạy STEM .10 Tìm hiểu thực trạng việc DH STEM mơn Vật lí trường THPT 10 1.1 Mục đích tìm hiểu 10 1.2 Kết 10 1.3 Phân tích kết thu 11 Xây dựng thực dạy STEM .11 2.1 Quy trình xây dựng dạy STEM 11 2.1.1 Lựa chọn nội dung DH 11 2.1.2 Xác định vấn đề cần giải 11 2.1.3 Xây dựng tiêu chí sản phẩm, giải pháp giải vấn đề 12 Trang 2.1.4 Thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động DH 12 2.2 Xây dựng kế hoạch dạy STEM 12 2.2.1 Kế hoạch dạy STEM khoa khoa học: LỰC MA SÁT .12 2.2.2 Kế hoạch dạy STEM khoa kĩ thuật: Chiếc cân đòn 20 2.2.3 Kế hoạch dạy STEM khoa kĩ thuật: CHIẾC XE TỰ HÀNH 28 Chương Thực nghiệm sư phạm 38 Mục đích, nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 38 Diễn biến thực nghiệm sư phạm 38 2.1 Tiến hành thực nghiệm 38 2.2 Phân tích diễn biến tiết thực nghiệm sư phạm .38 Thời gian thực tháng 12 năm 2022; 38 Thời gian thực tháng 02 năm 2023; 40 Thời gian thực tháng 03 năm 2023; 41 Đánh giá kết 43 3.1 Đánh giá định tính 43 3.2 Đánh giá định lượng .44 3.3 Xử lý kết thực nghiệm sư phạm 44 3.4 Phân tích kết thực nghiệm .45 Khảo sát tính cấp thiết khả thi đề tài sáng kiến kinh nghiệm Trường THPT 45 4.1 Mục đích khảo sát 46 4.2 Nội dung phương pháp khảo sát 46 4.2.1 Nội dung khảo sát 46 4.2.2 Phương pháp khảo sát thang đánh giá sử dụng công cụ đánh giá 46 4.3 Đối tượng khảo sát .46 Tổng hợp đối tượng khảo sát .46 Phần 3: KẾT LUẬN 48 Về mặt lý luận 48 Về mặt thực tiễn .48 Một số kiến nghị giải pháp 49 Phần 4: TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 Trang Phần 1: ĐẶT VẪN ĐỀ Lí chọn đề tài Hội nghị lần thứ 8, Ban Chấp hành Trung ương khóa XI ban hành nghị số 29-NQ/TW ngày 04/11/2013 “về đổi bản, toàn diện giáo dục đào tạo, đáp ứng yêu cầu công nghiệp hóa, đại hóa điều kiện kinh tế thị trường định hướng xã hội chủ nghĩa hội nhập quốc tế” Đổi giáo dục cần phải đổi phương pháp DH hình thức tổ chức giáo dục theo hướng tiếp cận lực HS Thực trạng dạy học vật lí trường phổ thơng gặp nhiều khó khăn bất cập Việc dạy học nặng nội dung điểm số, hay nói cách khác dạy để thi, học để thi trọng đến việc HS làm sau học Trong Vật lí, lượng thời gian để GV HS liên hệ thực tế, mở rộng, thực thí nghiệm, nâng cao kiến thức hạn chế lượng kiến thức tương đối nhiều Do đó, để hồn thành tốt u cầu khó khăn DH vật lí trường trung học phổ thông trang bị cho HS hệ thống kiến thức, giáo dục kĩ thuật tổng hợp, giáo dục giới quan, nhân cách đặc biệt phát triển bồi dưỡng tư khoa học Đây nhiệm vụ quan trọng DH vật lí Bên cạnh đó, mơn Vật lí cung cấp kiến thức khoa học làm sở cho nhiều ngành kĩ thuật, từ góp phần thực nhiệm vụ giáo dục kĩ thuật tổng hợp Năm thực chương trình giáo dục phổ thơng 2018, thay đổi phương pháp giáo dục từ chương trình 2006 Thực trạng trường THPT cịn gặp nhiều khó khăn, phía GV vừa tiếp cận chương trình mới, phía HS hệ học chương trình giáo dục 2006 trường THCS nên bước vào THPT học theo chương trình phương pháp học tập nghiên cứu cịn lạ bắt đầu hình thành phương pháp Bên cạnh thí nghiệm Vật lí trường THPT theo chương trình cũ khơng cịn phù hợp nữa, cộng với thời hạn sử dụng hết nên để thực thí nghiệm sẵn có trường phổ thơng vấn đề khó thực Cịn thí nghiệm theo chương trình chưa tiếp nhận, để thực nhiệm vụ giáo dục theo chương trình giáo dực phổ thông 2018 bắt tay vào thiết kế, xây dựng thực số dạy giáo dục STEM Vật lí nhằm phát huy lực phẩm chất HS giai đoạn Giáo dục STEM đưa cho HS vấn đề thực tiễn sống hàng ngày cần giải quyết, địi hỏi người thực phải tìm hiểu thực tiễn, thu nhận tri thức khoa học vận chúng để thiết kế, thực giải vấn đề giao hoàn cảnh cụ thể Giáo dục STEM xuất phát từ vấn đề mâu thuẫn thực tiễn thiết kế thành dạy STEM, GV tổ chức Trang hoạt động giúp cho HS tìm giải pháp để giải vấn đề nêu Giáo dục STEM góp phần cho trả lời câu hỏi: Dạy phải dạy để HS làm thực tiễn? Xuất phát từ lí nêu trên, chúng tơi chọn đề tài nghiên cứu: “Hình thành phát triển lực giải vấn đề, sáng tạo cho HS thông qua số dạy STEM chương “động lực học” “năng lượng” vật lí 10” để đóng góp phần giáo dục STEM vào trường học thực chương trình giáo dục phổ thơng 2018 Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu - Xây dựng kế hoạch dạy STEM vào chương trình giáo dục phổ thơng 2018 nhằm phát triển phẩm chất lực cho HS - Nâng cao lực tổ chức DH theo giáo dục STEM cho GV trường THPT - Tạo hứng thú cho HS học tập, biết vận dụng kiến thức học vào giải vấn đề thực tiễn - Phát huy tính tích cực, tự lực phát triển lực sáng tạo, đam mê nghiên cứu khoa học HS để chế tạo sản phẩm để phục vụ cho học tập sống ngày Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu sở lí luận DH STEM - Nghiên cứu sở lí luận thực tiễn DH STEM chương Động lực học Năng lượng, cơng, cơng suất Vật lí 10 để thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm kiểm chứng sản phẩm kĩ thuật theo kế hoạch dạy STEM - Thiết kế xây dựng thực kế hoạch dạy STEM lực ma sát, Cân đòn Chiếc xe tự hành Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu đề tài: + Giáo dục STEM chương trình giáo dục phổ thông 2018 + Thiết kế, xây dựng thực kế hoạch dạy STEM khoa học STEM kĩ thuật mơn Vật lí 10 - Phạm vi nghiên cứu: Chương Động lực học Năng lượng, công, cơng suất - Vật lí 10 chương trình giáo dục phổ thông 2018, thực khối lớp 10, Trường THPT Nghi Lộc 4, huyện Nghi Lộc, tỉnh Nghệ An Trang 4 Giả thuyết khoa học - Nếu HS thiết kế, chế tạo thực thành công thí nghiệm lực ma sát kiểm chứng đặc điểm độ lớn lực ma sát xác khoa học mà GV phải dạy cho HS - Nếu HS thiết kế, chế tạo vận hành sản phẩm Chiếc cân địn, Chiếc xe tự hành việc áp dụng kiến thức khoa học vào thực tiễn sáng chế xem thành công bước đầu nghiên cứu khoa học Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý luận: Thu thập sở lý luận, thông tin, số liệu để kết luận cho nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Thu thập thông tin thực tiễn để đúc kết, xây dựng sở thực tiễn cho bài, bao gồm: + Phương pháp điều tra + Phương pháp nghiên cứu sản phẩm hoạt động + Phương pháp thực nghiệm - Phương pháp thống kê: Để phục vụ cho q trình phân tích, nghiên cứu, thu thập xử lí số liệu Những đóng góp đề tài - Thiết kế kế hoạch dạy STEM gồm: Một STEM khoa học hai STEM kĩ thuật cụ thể: + Bài STEM khoa học Lực ma sát, hướng dẫn HS thiết kế, chế tạo thực thí nghiệm kiểm chứng đặc điểm lực ma sát trượt + Bài STEM kĩ thuật 1: “Chiếc cân đòn”, hướng dẫn HS vận dụng kiến thức mô men lực cân vật rắn để thiết kế, sử dụng vật liệu tái chế, có sẵn để chế tạo cân đòn cân trọng lượng vật đồ dùng học tập hay vật nhỏ phịng thí nghiệm + Bài STEM kĩ thuật 2: “Chiếc xe tự hành” hướng dẫn HS vận dụng kiến thức chuyển hóa động năng, định luật bảo toàn năng, bảo toàn lượng để chế tạo xe tự hành chuyển hóa thành động xe ròng rọc Trang Phần 2: NỘI DUNG Chương Cơ sở lí luận thực tiễn giáo dục STEM trường trung học phổ thông theo chương trình giáo dục phổ thơng 2018 Khái qt chung giáo dục STEM 1.1 Thuật ngữ STEM? STEM thuật ngữ viết tắt từ Science (Khoa học), Technology (Cơng nghệ), Engineering (Kĩ thuật) Mathematics (Tốn học), thường sử dụng nói đến sách phát triển Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật Toán học quốc gia Cụ thể, Science quy trình sáng tạo kiến thức khoa học; Engineering quy trình sử dụng kiến thức khoa học để thiết kế công nghệ nhằm giải vấn đề đặt ra; Tốn cơng cụ sử dụng để thu nhận đánh giá kết thu chia sẻ kết với người khác 1.2 Giáo dục STEM Giáo dục STEM yêu cầu HS cần phải giải đề thực tiễn, đòi hỏi người học cần phải tìm tịi, chiếm lĩnh kiến thức khoa học vận dụng kiến thức để thiết kế thực giải pháp giải vấn đề thực tiễn đặt Như vậy, học STEM đề cập tới vấn đề thực tiễn cần giải từ yêu cầu HS tự tìm hiểu nhiệm vụ GV giao cho HS giải vấn đề Người học cần phải huy động kiến thức có tìm tịi, chiếm lĩnh kiến thức để sử dụng Q trình địi hỏi người học cần phải thực theo “Quy trình khoa học” “Quy trình kĩ thuật” để sử dụng kiến thức vào việc giải vấn đề đặt Như vậy, mơ tả giáo dục STEM chương trình giáo dục phổ thơng sau: Giáo dục STEM mơ hình giáo dục dựa cách tiếp cận liên môn, giúp HS áp dụng kiến thức khoa học, cơng nghệ, kĩ thuật tốn học vào giải số vấn đề thực tiễn bối cảnh cụ thể 1.3 Giáo dục STEM mơn Vật lí THPT Chương trình giáo dục phổ thơng 2018 a Mục tiêu Giáo dục vật lí cấp THPT tiếp tục phát triển, mức cao hơn, lực vật lí mà HS tích lũy sau kết thúc trung học sở; tạo hội phát triển ý thức, trách nhiệm sống cách ứng xử khoa học Đồng thời qua học tập mơn vật lí có nhiều hội rèn luyện ý thức lao động, an toàn lao động, tác phong khoa học cẩn thận, chu đáo, nghiêm túc cho HS Kết thúc trung học phổ thơng, HS có hiểu biết đại cương định hướng nghề nghiệp liên quan đến mơn vật lí b Nội dung giáo dục mơn Vật lí Trang Nội dung vật lí chương trình giáo dục vận hành xoay quanh nguyên lí, khái niệm chung giới tự nhiên: Sự đa dạng, tính cấu trúc, tính hệ thống, vận động biến đổi, tương tác giới tự nhiên số thuộc tính, tư tưởng riêng tính tương đối, tương tự, tính bảo tồn vận động phát triển giới vật chất Ở trung học phổ thông nội dung thiết kế chi tiết theo mạch logic với hệ vật lí từ đơn giản đến phức tạp Trong DH vật lí, có nội dung cốt lõi, phổ thông tất HS phải học Bên cạnh đó, có nội dung có tính đặc thù, chun biệt nhằm đáp ứng nguyện vọng, sở thích HS, phù hợp với yêu cầu tùng địa phương, vùng miền c Định hướng giáo dục STEM mơn Vật lí Thúc đẩy triển khai giáo dục STEM ưu mơn Vật lí chương giáo dục phổ thơng 2018 bao gồm: Giáo dục vật lí qua giáo dục STEM giúp HS thấy ý nghiã tầm quan trọng môn học với thực tiễn Cách làm tăng cường hứng thú, quan tâm, thúc HS chủ động học tập làm việc hiệu Giáo dục vật lí thơng qua giáo dục STEM, có ưu hình thành phát triển lực giải vấn đề sáng tạo, lực thiết kế cách tự nhiên, hợp lí, tránh gượng ép; Giáo dục vật lí thơng qua giáo dục STEM góp phần giáo dục hướng nghiệp, tạo hội để HS tìm hiểu xem xét lĩnh vực nghề nghiệp theo nhiều góc độ, từ HS có thêm để lựa chọn nghề nghiệp phù hợp với thân thay lựa chọn cảm tính Giáo dục vật lí thơng qua giáo dục STEM góp phần phát triển lưc nghiên cứu theo chu trình khoa học chu trình kĩ thuật cách trọn vẹn Sản phẩm, q trình cơng nghệ tạo sau giáo dục mơn Vật lí phổ thơng qua giáo dục STEM ln mang tính tích hợp, có ý nghĩa thực tiễn, liên hệ với Tốn học mơn khoa học khác Đặc điểm sở để tăng cường giáo dục STEM DH môn Vật lí dựa vào hoạt động nghiên cứu theo quy trình khoa học, quy trình thiết kế kĩ thuật, động viên nghiên cứu khoa học kĩ thuật Cơ sở thiết kế, tổ chức hoạt động giáo dục STEM 2.1 Quy trình thiết kế kĩ thuật Thiết kế kĩ thuật trình phát nhu cầu, vấn đề cần giải quyết, cần đổi thực tiễn; đề xuất giải pháp kĩ thuật, công nghệ đáp ứng nhu cầu, giải vấn đề đặt ra; thực hóa giải pháp kĩ thuật, công nghệ; thử nghiệm đánh giá mức độ đáp ứng nhu cầu, vấn đề đặt Quá trình thực sở xem xét đầy đủ khía cạnh tài nguyên, môi trường, kinh tế nhân văn Trang 2.2 Phương pháp khoa học Đây phương pháp nghiên cứu vấn đề khoa học, số liệu liên quan thu thập nhằm xây dựng giả thuyết giả thuyết thực nghiệm kiểm chứng Hình thức tổ chức dạy học STEM 3.1 Khái quát dạy STEM Bài dạy STEM trình DH tổ chức GV, HS chủ động thực hoạt động học tập không gian, thời gian cụ thể để giải vấn đề thực tiễn sở vận dụng kiến thức, kĩ lĩnh vực STEM, góp phần hình thành phát triển phẩm chất lực cho HS Đây hình thức tổ chức giáo dục STEM chủ yếu nhà trường Theo cách này, dạy STEM triển khai trình DH mơn học thuộc lĩnh vực STEM theo tiếp cận nội môn liên môn Căn vào sở lý thuyết áp dụng, dạy STEM chia làm hai loại gồm: dạy STEM khoa học dạy STEM kĩ thuật 3.2 Bài dạy STEM khoa học Là dạy STEM thiết kế dựa quy trình khoa học, hướng tới tìm tòi, khám phá chất, quy luật vật tượng giới tự nhiên, sử dụng chủ yếu mơn vật lí, hóa học, sinh học sử dụng chủ yếu hoạt động hình thành kiến thức học Bài dạy STEM khoa học bao gồm hoạt động chính, phản ánh bước quy trình khoa học Đó hoạt động: (1) Xác định vấn đề khoa học, đề xuất giả thuyết khoa học; (2) Thiết kế thực nghiệm kiểm chứng; (3) Lựa chọn phương án thực nghiệm; (4) Tổ chức thực nghiệm, thảo luận kết quả; (5) Bảo cáo, đánh giá điều chỉnh Bài dạy STEM kiểu trọng hoạt động khám phá, tìm hiểu tự nhiên thơng qua thực nghiệm khoa học, lực thành phần quan trọng lực khoa học Chương trình giáo dục phổ thông 2018 Trọng tâm dạy STEM khoa học HS phải thiết kế thực thí nghiệm để phát chất, quy luật, mối quan hệ vật tượng đề cập học Từ đó, tự em rút kết luận có tính khoa học mà lẽ ra, GV giảng dạy cho HS 3.3 Bài dạy STEM kĩ thuật Là dạy STEM thiết dựa quy trình thiết kế kĩ thuật, hướng tới phát hiện, đề xuất giải pháp giải vấn đề thực tiễn sở vận dụng ngun lí khoa học, tốn cơng nghệ có Bài dạy STEM kĩ thuật sử dụng môn học lĩnh vực STEM, kết hợp tìm tịi Trang ngun lí khoa học vận dụng thiết kế, chế tạo sản phẩm giải vấn đề đặt hay đáp ứng nhu cầu người sử dụng Cấu trúc dạy STEM kĩ thuật gồm hoạt động sở quy trình bước hoạt động thiết kế kĩ thuật Đó hoạt động: (1) Xác định vấn đề thiết kế, chế tạo (2) Nghiên cứu kiến thức đề xuất giải pháp thiết kế (3) Lựa chọn giải pháp thiết kế (4) Chế tạo mẫu, thử nghiệm đánh giá (5) Chia sẻ, thảo luận điều chỉnh Bài dạy STEM kĩ thuật trọng thiết kế, chế tạo; định hướng sản phẩm giải vấn đề đặt Bên cạnh tư sáng tạo giải vấn đề, dạy STEM kĩ thuật yêu cầu HS có lực khám phá khoa học (để chiếm lĩnh tri thức khoa học); lực kĩ thuật, công nghệ vẽ thiết kế sản phẩm, lựa chọn gia cơng vật liệu khí; thiết kế, lập trình lắp ráp mạch điện điều khiển tự động hóa… Việc học HS giống công việc kĩ sư Thông qua dạy STEM kĩ thuật, HS tự khám phá tri thức khoa học, vận dụng tri thức để thiết kế, chế tạo sản phẩm giải vấn đề đặt ra, phát triển tư thiết kế, lực giải vấn đề sáng tạo Tổ chức thực dạy STEM kĩ thuật thường kết hợp hoạt động lớp hoạt động ngồi học Trong đó, hoạt động xác định vấn đề; lựa chọn giải pháp; chia sẻ, thảo luận điều chỉnh thường bố trí lớp, có điều khiển, giám sát GV Trang Chương Xây dựng thực dạy STEM Tìm hiểu thực trạng việc DH STEM mơn Vật lí trường THPT 1.1 Mục đích tìm hiểu - Tìm hiểu hoạt động giáo dục STEM GV Vật lí THPT địa bàn huyện tham gia DH vật lý lớp 10 chương trình giáo dục phổ thơng 2018 - Tìm hiểu PPDH tổ chức DH GV triển khai - Thực trạng hoàn thành mục tiêu giáo dục đề - Các nội dung đánh giá chia thành cấp độ theo thứ tự tăng dần từ cấp độ đến cấp độ Kết đánh giá biểu thị dạng phần trăm GV lựa chọn mức độ tổng số GV tìm hiểu - Thời gian: Tháng năm 2023 1.2 Kết Dựa thực tế khảo sát 20 GV số trường phổ thông, qua trao đổi trực tiếp với GV giảng dạy mơn vật lí, mơn học khác phiếu điều tra số trường THPT Nghi Lộc Kết nhận sau: Bảng 2.1 Kết đánh giá phần trăm hoàn thành mục tiêu giáo dục STT Nội dung Mức độ 1 Đảm bảo giáo dục toàn diện 13 64 20 Nâng cao tính tự học, tự nghiên cứu HS 15 71 Say mê nghiên cứu khoa học 12 34 54 Phát triển lực sáng tạo 17 31 44 Phát triển lực giải vấn đề 12 27 43 18 Nâng cao kĩ thực nghiệm, chế tạo 52 43 Phát triển kĩ hoạt động nhóm 38 24 31 Phát triển lực ngôn ngữ 25 67 Phát triển kĩ tư phản biện 57 31 10 Tính hiệu kết nối với cộng đồng 15 42 37 11 Hướng nghiệp, phân luồng 28 66 Trang 10