Sáng kiến vận dụng giáo dục stem vào dạy học chủ đề dòng điện trong chất điện phân vật lý 11 để phát triển năng lực cho học sinh

MỤC LỤC PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ 1 Lý chọn đề tài Mục đích đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu .2 Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Tính đóng góp đề tài PHẦN II: NỘI DUNG .4 Cơ sở lý luận 1.1 Giáo dục STEM 1.1.1 Khái niệm STEM .4 1.1.2 Giáo dục STEM 1.1.3 Mục tiêu giáo dục STEM 1.2 Xu tất yếu dạy học STEM thời gian tới 1.3 Vai trò ý nghĩa giáo dục STEM giáo dục phổ thông 1.4 Xây dựng thực chủ đề giáo dục STEM 1.4.1 Tiêu chí xây dựng chủ đề/ học STEM 1.4.2 Các bước xây dựng chủ đề/ học STEM .8 1.4.3 Tiêu chí đánh giá học STEM Cơ sở thực tiễn 11 2.1 Thực trạng dạy học môn Vật lý theo định hướng STEM trường THPT địa bàn nói chung trường THPT Nghi Lộc .11 2.2 Những thuận lợi khó khăn đưa STEM vào trường phổ thơng 13 2.2.1 Thuận lợi .13 2.2.2 Khó khăn .13 Các biện pháp đưa giáo dục STEM vào dạy học môn Vật lý trường trung học phổ thông 14 3.1 Tạo môi trường phát triển dạy học STEM 14 3.1.1 Về phía nhà trường 14 3.1.2 Về phía giáo viên .14 3.1.3 Về phía học sinh .15 3.2 Kết hợp xây dựng chủ đề dạy học STEM với phương pháp dạy học tích cực 15 Xây dựng chủ đề minh họa theo hướng giáo dục STEM 16 4.1 CHỦ ĐỀ 1: LÀM PIN TỪ CÁC VẬT LIỆU ĐƠN GIẢN 16 4.1.1 Tổng quan chủ đề 16 4.1.2 Lý chọn chủ đề 16 4.1.3 Kiến thức STEM chủ đề 16 4.1.4 Mục tiêu chủ đề 16 4.1.5 Thiết bị 17 4.1.6 Tiến trình dạy học 17 4.2 CHỦ ĐỀ 2: THIẾT BỊ CUNG CẤP ƠXI CHO PHỊNG KÍN 32 4.2.1 Tổng quan chủ đề 32 4.2.2 Lý chọn chủ đề 32 4.2.3 Kiến thức STEM chủ đề 32 4.2.4 Mục tiêu 32 4.2.5 THIẾT BỊ 33 4.2.6 TIẾN TRÌNH DẠY HỌC 33 Kết thực nghiệm sư phạm .45 5.1 Khảo sát cấp thiết tính khả thi giải pháp đề xuất .45 5.1.1 Mục đích khảo sát 45 5.1.2 Nội dung phương pháp khảo sát 45 5.1.3 Đối tượng khảo sát: Tổng hợp đối tượng khảo sát .45 5.1.4 Kết khảo sát cấp thiết tính khả thi giải pháp đề xuất 45 5.2 Khảo sát tính hiệu giải pháp đề xuất .47 5.2.1 Mục đích khảo sát 47 5.2.2 Nội dung khảo sát 47 5.2.3 Đối tượng khảo sát 47 5.2.4 Tính hiệu 47 PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50 Kết luận 50 1.1 Ý nghĩa sáng kiến .50 1.2 Hướng phát triển đề tài 50 Kiến nghị 51 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT TT CHỮ VIẾT TẮT DIẾN GIẢI CHỮ VIẾT TẮT GV Giáo viên HS Học sinh TN Thực nghiệm ĐC Đối chứng THPT Trung học phổ thông SKKN Sáng kiến kinh nghiệm PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ Lý chọn đề tài Chúng ta tích cực thực đổi tồn diện giáo dục đào tạo theo tinh thần Nghị 29-BCHTW, đổi phương pháp dạy học, hình thức tổ chức dạy học để chuyển từ chủ yếu quan tâm đến việc cung cấp kiến thức sang việc quan tâm hình thành, phát triển lực, phẩm chất người học, phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo học sinh, tăng cường kĩ thực hành… Trong phương pháp, kỹ thuật dạy học phát triển lực học sinh phương pháp dạy học STEM có vai trị quan trọng Giáo dục STEM trở thành xu hướng giáo dục mang tính tất yếu giới Hình thức giáo dục đóng vai trò đòn bẩy để thực mục tiêu giáo dục lực cho công dân tương lai đáp ứng nhu cầu khoa học công nghệ 4.0 kỉ XXI Giáo dục STEM chương trình dạy học dựa ý tưởng trang bị cho người học kiến thức, kỹ liên quan đến khoa học, cơng nghệ, kỹ thuật tốn học theo cách tiếp cận liên mơn người học ứng dụng để giải vấn đề đới sống hàng ngày Giáo dục STEM tạo người có đầy đủ lực đáp ứng nhu cầu chất lượng nhân lực thời đại cách mạng công nghệ 4.0 Giáo dục STEM giúp học sinh đánh giá lực, sở thích thân từ giúp định hướng lựa chọn phát triển nghề tương lai Giáo dục STEM giúp hình thành kiến thức, kỹ năng, lực học sinh cách tự nhiên thơng qua tình phối hợp, tranh luận để giải vấn đề gặp phải nhiệm vụ học tập giao Giáo dục STEM giúp khơi dậy niềm đam mê khám phá tri thức học sinh thơng qua tình học sinh gặp phải đời sống hàng ngày Nhưng làm để vận dụng phương pháp dạy học STEM vào trường THPT ta để mang lại hiệu quả? Bản thân lồng ghép dạy học STEM với dạy học tích cực xây dựng số chủ đề dạy học theo điều kiện nhà trường thấy mang lại hiệu khả quan Vì tơi mạnh dạn đơn cử chủ đề mà tơi thực tương đối có hiệu để làm sáng kiến kinh nghiệm, “Vận dụng giáo dục STEM vào dạy học chủ đề DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN” – Vật lý 11 – để phát triển lực học sinh Hy vọng đề tài góp phần nhỏ, nguồn tài liệu có ích giúp thầy bạn đọc tham khảo vận dụng vào trình dạy học môn Vật lý theo định hướng STEM trường phổ thơng Mục đích đề tài - Nghiên cứu vai trò giáo dục STEM dạy học Vật lý nhằm phát triển lực cho học sinh - Xây dựng chủ đề dạy học “Dòng điện chất điện phân” – Vật lý 11 theo phương pháp giáo dục STEM để phát triển lực học sinh - Thơng qua trải nghiệm STEM chủ đề “Dịng điện chất điện phân” để phát triển lực cho học sinh, tạo hứng thú niềm tin học tập cho học sinh phát triển tư sáng tạo, khả giải vấn đề, khám phá tiềm thân học sinh Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng dạy học: HS lớp 11 trường THPT Nghi Lộc - Phạm vi nghiên cứu: Các chủ đề dạy học STEM phần dịng điện chất điện phân thuộc chương trình Vật lý 11 THPT Tiến hành thực nghiệm sư phạm trường THPT Nghi Lộc 2, Nghi Lộc, Nghệ An - Thời gian nghiên cứu: Từ tháng 09/2022 đến tháng 03/2023 Nhiệm vụ nghiên cứu - Xây dựng sở lí luận thực tiễn giáo dục STEM nhằm định hướng phát triển lực, phẩm chất cho HS dạy học Vật lý trường phổ thông - Điều tra, phân tích thực trạng dạy học Vật lý theo định hướng STEM trường THPT Nghi Lộc Trên sở phân tích ngun nhân, khó khăn để đề xuất hướng giải đề tài - Xây dựng chủ đề dạy học “Dòng điện chất điện phân” – Vật lý 11 theo phương pháp giáo dục STEM để phát triển lực học sinh Tiến hành thực nghiệm tổ chức dạy học chủ đề trường THPT Nghi Lộc Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu tài liệu - Phương pháp quan sát, phương pháp điều tra - Phương pháp thực nghiệm sư phạm - Phương pháp thống kê tốn học Tính đóng góp đề tài Vận dụng giáo dục STEM vào dạy học chủ đề “DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN” – Vật lý 11 – để phát triển lực học sinh giải pháp giải số vấn đề sau: + Phát triển dạy học STEM trường học, góp phần đổi phương pháp hình thức tổ chức dạy học trường THPT Nghi Lộc + Phát triển lực cốt lõi, lực đặc thù cho học sinh đồng thời phát triển lực chuyên biệt dựa đặc thù môn học Vật lý Rèn luyện cho học sinh khả tự chủ, sáng tạo kích thích hứng thú học tập, tạo thói quen nghiên cứu khoa học Bên cạnh giúp em hình thành số lực người lao động thời đại + Hình thành phát triển lực giải vấn đề cho người học, trang bị cho người học khả vận dụng linh hoạt kiến thức vào đời sống Học sinh vừa học kiến thức liên môn, vừa học cách vận dụng kiến thức vào thực tiễn, giáo dục tích hợp đa ngành kết hợp ứng dụng thực tế PHẦN II: NỘI DUNG Cơ sở lý luận 1.1 Giáo dục STEM 1.1.1 Khái niệm STEM STEM thuật ngữ viết tắt từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) Mathematics (Toán học), thường sử dụng bàn đến sách phát triển Khoa học, Cơng nghệ, Kĩ thuật Tốn học quốc gia Sự phát triển Khoa học, Cơng nghệ, Kĩ thuật Tốn học mơ tả chu trình STEM (Hình 1), 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; Tốn cơng cụ sử dụng để thu nhận kết chia sẻ kết với người khác (Kĩ sư: Giải vấn đề) Engineers: Solve problems Math questio nsansw er Technology Scientists: ọhkhoa(Nhà ỏhcâuiờlả Science KnowledgeTrc: i) Engineering Hình 1: Chu trình STEM (theo https://www.knowatom.com) 1.1.2 Giáo dục STEM Phỏng theo chu trình STEM, giáo dục STEM đặt học sinh trước vấn đề thực tiễn ("cơng nghệ" tại) cần giải quyết, địi hỏi học sinh phải tìm tịi, chiếm lĩnh kiến thức khoa học vận dụng kiến thức để thiết kế thực giải pháp giải vấn đề ("công nghệ" mới) Như vậy, học STEM đề cập giao cho học sinh giải vấn đề tương đối trọn vẹn, đòi hỏi học sinh phải huy động kiến thức có tìm tịi, chiếm lĩnh kiến thức để sử dụng Q trình địi hỏi học sinh phải thực theo "Quy trình khoa học" (để chiếm lĩnh kiến thức mới) "Quy trình kĩ thuật" để sử dụng kiến thức vào việc thiết kế thực giải pháp ("công nghệ" mới) để giải vấn đề Đây tiếp cận liên môn giáo dục STEM, kiến thức mà học sinh cần phải học để sử dụng học STEM cụ thể thuộc môn học Như vậy, giáo dục STEM sử dụng theo mơ tả Chương trình giáo dục phổ thông năm 2018 sau: Giáo dục STEM mơ hình giáo dục dựa cách tiếp cận liên môn, giúp học sinh áp dụng kiến thức khoa học, cơng nghệ, kĩ thuật tốn học vào giải số vấn đề thực tiễn bối cảnh cụ thể 1.1.3 Mục tiêu giáo dục STEM Dưới góc độ giáo dục vận dụng bối cảnh Việt Nam, giáo dục STEM mặt thực đầy đủ mục tiêu giáo dục nêu chương trình giáo dục phổ thơng, mặt khác giáo dục STEM nhằm: - Phát triển lực đặc thù môn học thuộc lĩnh vực STEM cho HS: Đó khả vận dụng kiến thức, kĩ liên quan đến môn học Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật Tốn học Trong HS biết liên kết kiến thức Khoa học, Toán học để giải vấn đề thực tiễn Biết sử dụng, quản lí truy cập Cơng nghệ HS biết quy trình thiết kế kĩ thuật chế tạo sản phẩm - Phát triển lực chung cho HS: Giáo dục STEM nhằm chuẩn bị cho HS hội, thách thức kinh tế cạnh tranh toàn cầu kỉ 21 Bên cạnh hiểu biết lĩnh vực Khoa học, Cơng nghệ, Kĩ thuật, Tốn học, HS phát triển lực giải vấn đề sáng tạo, lực giao tiếp hợp tác, lực tự chủ tự học - Định hướng nghề nghiệp cho HS: Giáo dục STEM tạo cho HS có kiến thức, kĩ mang tính tảng cho việc học tập bậc học cao cho nghề nghiệp tương lai HS Từ đó, góp phần xây dựng lực lượng lao động có lực, phẩm chất tốt, đặc biệt lao động lĩnh vực STEM nhằm đáp ứng mục tiêu xây dựng phát triển đất nước 1.2 Xu tất yếu dạy học STEM thời gian tới a) Ngày 4/5/2017, Thủ tướng Chính phủ ban hành Chỉ thị số 16/CT-TTg việc tăng cường lực tiếp cận cách mạng công nghiệp lần thứ tư Chỉ thị Thủ tướng đề giải pháp nhiệm vụ thúc đẩy giáo dục STEM Việt Nam, mà giải pháp là: “Thay đổi mạnh mẽ sách, nội dung, phương pháp giáo dục dạy nghề nhằm tạo nguồn nhân lực có khả tiếp nhận xu công nghệ sản xuất mới, cần tập trung vào thúc đẩy đào tạo khoa học, cơng nghệ, kĩ thuật tốn học (STEM), ngoại ngữ, tin học chương trình giáo dục phổ thông” Chỉ thị giao nhiệm vụ cho Bộ GDĐT “thúc đẩy triển khai giáo dục khoa học, cơng nghệ, kĩ thuật tốn học (STEM) chương trình giáo dục phổ thơng; tổ chức thí điểm số trường phổ thông từ năm học 2017 2018…” Với việc ban hành Chỉ thị trên, Việt Nam thức ban hành sách thúc đẩy giáo dục STEM chương trình giáo dục phổ thơng Giáo viên, người trực tiếp đứng lớp thể STEM thông qua việc xác định chủ đề liên môn, thể tiết dạy, hoạt động dạy học để kết nối kiến thức học đường với giới thực, giải vấn đề thực tiễn, để nâng cao hứng thú, để hình thành phát triển lực phẩm chất cho học sinh b) Trong Chương trình giáo dục phổ thơng năm 2018, giáo dục STEM vừa mang nghĩa thúc đẩy giáo dục lĩnh vực khoa học, cơng nghệ, kĩ thuật tốn học vừa thể phương pháp tiếp cận liên môn, phát triển lực phẩm chất người học c) Định hướng đổi phương pháp dạy nêu Chương trình giáo dục phổ thơng phù hợp với giáo dục STEM cấp độ dạy học tích hợp theo chủ đề liên môn, vận dụng kiến thức liên môn giải vấn đề thực tiễn 1.3 Vai trò ý nghĩa giáo dục STEM giáo dục phổ thông Việc đưa giáo dục STEM vào trường trung học mang lại nhiều ý nghĩa, phù hợp với định hướng đổi giáo dục phổ thông Cụ thể là: - Đảm bảo giáo dục toàn diện: Triển khai giáo dục STEM nhà trường, bên cạnh môn học quan tâm Toán, Khoa học, lĩnh vực Công nghệ, Kĩ thuật quan tâm, đầu tư tất phương diện đội ngũ giáo viên, chương trình, sở vật chất - Nâng cao hứng thú học tập môn học STEM: Các dự án học tập giáo dục STEM hướng tới việc vận dụng kiến thức liên môn để giải vấn đề thực tiễn, học sinh hoạt động, trải nghiệm thấy ý nghĩa tri thức với sống, nhờ nâng cao hứng thú học tập học sinh - Hình thành phát triển lực, phẩm chất cho học sinh: Khi triển khai dự án học tập STEM, học sinh hợp tác với nhau, chủ động tự lực thực nhiệm vụ học; làm quen hoạt động có tính chất nghiên cứu khoa học Các hoạt động nêu góp phần tích cực vào hình thành phát triển phẩm chất, lực cho học sinh - Kết nối trường học với cộng đồng: Để đảm bảo triển khai hiệu giáo dục STEM, sở giáo dục phổ thông thường kết nối với sở giáo dục nghề nghiệp, đại học địa phương nhằm khai thác nguồn lực người, sở vật chất triển khai hoạt động giáo dục STEM Bên cạnh đó, giáo dục STEM phổ thơng hướng tới giải vấn đề có tính đặc thù địa phương - Hướng nghiệp, phân luồng: Tổ chức tốt giáo dục STEM trường trung học, học sinh trải nghiệm lĩnh vực STEM, đánh giá phù hợp, khiếu, sở thích thân với nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM Thực tốt giáo dục STEM trường trung học cách thức thu hút học sinh theo học, lựa chọn ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM, ngành nghề có nhu cầu cao nguồn nhân lực cách mạng cơng nghiệp lần thứ tư - Thích ứng với cách mạng công nghiệp 4.0: Với phát triển khoa học kĩ thuật nhu cầu việc làm liên quan đến STEM ngày lớn đòi hỏi ngành giáo dục phải có thay đổi để đáp ứng nhu cầu xã hội Giáo dục STEM tạo người đáp ứng nhu cầu cơng việc kỷ có tác động lớn đến thay đổi nên kinh tế đổi 1.4 Xây dựng thực chủ đề giáo dục STEM Mơn vật lí thuộc lĩnh vực khoa học tự nhiên, mô tả tượng tự nhiên đặc tính vật chất; nội dung mơn vật lí bao gồm từ cấu tạo hạt tới cấu trúc vũ trụ Vật lí học sở nhiều ngành kĩ thuật công nghệ quan trọng Vì hiểu biết phương pháp nhận thức vật lí có giá trị to lớn q trình nhận thức sống Có nhiều hội việc tích hợp nội dung vật lí với mơn học khác để thực dạy học theo phương thức STEM, theo học sinh vận dụng kiến thức vào thực tiễn, đem đến hứng thú trải nghiệm có ý nghĩa học tập môn học Bản chất dạy học ứng dụng kĩ thuật vật lí có tích hợp rõ ràng vật lí kĩ thuật Việc rõ ràng vận dụng quy trình thiết kế kĩ thuật để tổ chức dạy học kiến thức vật lí học 1.4.1 Tiêu chí xây dựng chủ đề/ học STEM Tiêu chí 1: Chủ đề học STEM tập trung vào vấn đề thực tiễn Trong học STEM, học sinh đặt vào vấn đề thực tiễn xã hội, kinh tế, mơi trường u cầu tìm giải pháp Tiêu chí 2: Cấu trúc học STEM kết hợp tiến trình khoa học quy trình thiết kế kĩ thuật Tiến trình học STEM cung cấp cách thức linh hoạt đưa học sinh từ việc xác định vấn đề – yêu cầu thiết kế – đến sáng tạo phát triển giải pháp Theo quy trình này, học sinh thực hoạt động: (1) Xác định vấn đề – (2) Nghiên cứu kiến thức – (3) Đề xuất giải pháp/thiết kế – (4) Lựa chọn giải pháp/thiết kế – (5) Chế tạo mơ hình (ngun mẫu) – (6) Thử nghiệm đánh giá – (7) Chia sẻ thảo luận – (8) Điều chỉnh thiết kế Trong thực tiễn dạy học, quy trình bước thể qua hoạt động chính: HĐ1: Xác định vấn đề (yêu cầu thiết kế, chế tạo) ––> HĐ2: Nghiên cứu kiến thức đề xuất giải pháp thiết kế ––> HĐ3: Trình bày thảo luận phương án thiết kế ––> HĐ4: Chế tạo mơ hình/thiết bị theo phương án thiết kế (đã cải tiến theo góp ý); thử nghiệm đánh giá ––> HĐ5: Trình bày thảo luận sản phẩm chế tạo; điều chỉnh thiết kế ban đầu Trong quy trình kĩ thuật, nhóm học sinh thử nghiệm ý tưởng dựa nghiên cứu mình, sử dụng nhiều cách tiếp cận khác nhau, mắc sai lầm, chấp nhận học từ sai lầm, thử lại Sự tập trung học sinh phát triển giải pháp để giải vấn đề đặt ra, nhờ học vận dụng kiến thức chương trình giáo dục Tiêu chí 3: Phương pháp dạy học học STEM đưa học sinh vào hoạt động tìm tịi khám phá, định hướng hành động, trải nghiệm tạo sản phẩm Q trình tìm tịi khám phá thể tất hoạt động chủ đề STEM, nhiên hoạt động hoạt động trình cần khai thác triệt để Trong hoạt động học sinh thực quan sát, tìm tịi, khám phá để xây dựng, kiểm chứng quy luật Qua đó, học kiến thức đồng thời rèn luyện kĩ tiến trình như: Quan sát, đưa dự đốn, tiến hành thí nghiệm, đo đạc, thu thập số liệu, phân tích số liệu… Trong hoạt động 4, q trình tìm tòi khám phá thể giúp học sinh kiểm chứng giải pháp khác để tối ưu hoá sản phẩm