Thiết kế tổ chức dạy học hợp tác chủ đề robot hút bụi cho học sinh trung học cơ sở

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÍ ĐẶNG ĐƠNG PHƯƠNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ TỔ CHỨC DẠY HỌC HỢP TÁC CHỦ ĐỀ ROBOT HÚT BỤI CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CƠ SỞ CHUYÊN NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÍ TP HỒ CHÍ MINH – 5/2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÍ KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ TỔ CHỨC DẠY HỌC HỢP TÁC CHỦ ĐỀ ROBOT HÚT BỤI CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CƠ SỞ SINH VIÊN THỰC HIỆN: ĐẶNG ĐÔNG PHƯƠNG MSSV: 43.01.102.046 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC Th.S LÊ HẢI MỸ NGÂN TP HỒ CHÍ MINH – 5/2021 ii i LỜI CẢM ƠN Quá trình thực khóa luận tơi phải trải qua nhiều khó khăn Để hồn thiện khóa luận, nhận nhiều động viên, giúp đỡ, hướng dẫn định hướng tơi suốt q trình nghiên cứu Đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn khóa luận tôi, Th.S Lê Hải Mỹ Ngân người tận tình, tận tâm việc hướng dẫn định hướng cho tôi, đưa cho lời động viên chân thành suốt thời gian nghiên cứu thực khóa luận Tơi xin chân thành cảm ơn q thầy cơ, giảng viên khoa Vật lí trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh truyền dạy, tiếp thêm lịng u nghề cho tơi qua kiến thức, kinh nghiệm suốt thời gian theo học trường Tôi xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô trường THCS – THPT Hoa Sen hỗ trợ tạo điều kiện tốt q trình thực nghiệm sư phạm để tơi thu nhận kết tốt đẹp Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn bạn Vũ Quốc Thắng giúp đỡ tạo động lực cho suốt trình thực nghiệm sư phạm; bạn Nguyễn Thanh Tú Mai Thị Kim Ngọc đồng hành, hỗ trợ với suốt khoảng thời gian học tập trường trình thực khóa luận Xin chân thành cảm ơn Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 5, năm 2021 Tác giả Đặng Đông Phương ii MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC HÌNH ẢNH x MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài Mục tiêu đề tài 3 Giả thuyết khoa học Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nhiệm vụ đề tài Phương pháp nghiên cứu Cấu trúc khoá luận Chương CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Giáo dục STEM Khái niệm Quy trình thiết kế kĩ thuật 1.2 Giáo dục robotics (Educational robotics) Giới thiệu Giáo dục STEM – robotics Cấu trúc robot 11 Công cụ giáo dục robotics 12 iii 1.3 Năng giải vấn đề giáo dục STEM – robotics 15 Khái niệm 15 Khung lực giải vấn đề giáo dục STEM – robotics 15 Công cụ đánh giá lực giải vấn đề HS giáo dục robotics 18 1.4 Dạy học hợp tác 22 Giới thiệu 22 Cơ sở lí thuyết dạy học hợp tác 23 Các thành tố dạy học hợp tác 26 Các hình thức học tập hợp tác 30 TỔNG KẾT CHƯƠNG 33 Chương THIẾT KẾ CHỦ ĐỀ STEM “ROBOT HÚT BỤI TỰ ĐỘNG TRÁNH VẬT CẢN” THEO DẠY HỌC HỢP TÁC 34 2.1 Bối cảnh ý nghĩa thực tiễn chủ đề 34 Bối cảnh sử dụng công nghệ vào công việc nội trợ (Household tasks) 34 Mô tả chủ đề 35 Sản phẩm dự kiến robot hút bụi đơn giản 35 2.2 Mục tiêu dạy học phát triển lực giải vấn đề 38 2.3 Phân tích nội dung kiến thức tích chủ đề 41 Tính tích hợp STEM nội dung kiến thức ứng với phận học robot 41 Tính tích hợp STEM nội dung kiến thức ứng với cấu tạo chung nhiệm vụ robot 41 Phân tích nội dung kiến thức mơn Khoa học tự nhiên 43 iv Phân tích nội dung kiến thức môn Công nghệ 44 Phân tích nội dung kiến thức mơn Tin học 45 Phân tích nội dung kiến thức mơn Tốn học 45 2.4 Thiết bị dạy học học liệu 46 Bộ dụng cụ Arduino Uno R3 – based robotic kit 46 Tài liệu hướng dẫn thực sản phẩm 49 Học liệu chủ đề 55 2.5 Tiến trình tổng quát pha hoạt động tiến trình dạy học 57 2.6 Tiến trình tổng quát nội dung hoạt động theo định hướng dạy học hợp tác 60 2.7 Tiến trình tổ chức dạy học chi tiết 61 Hoạt động 1: Đặt vấn đề giới thiệu dự án học tập (35 phút) 61 Hoạt động 2: Khám phá kiến thức (4 tiết) 70 Hoạt động 3: Lập thiết kế sản phẩm robot hút bụi (1 tuần nhà tiết lớp) 90 Hoạt động 4: Lắp ráp vận hành sản phẩm (1 tuần nhà) 95 Hoạt động 5: Báo cáo cải tiến sản phẩm 98 2.8 Đánh giá lực giải vấn đề HS 100 Công cụ thu nhận thông tin đánh giá 100 Khung rubric đánh giá lực giải vấn đề 103 Bảng kiểm đánh giá lực giải vấn đề HS 114 TỔNG KẾT CHƯƠNG 115 Chương THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 116 3.1 Mục đích nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 116 Mục đích 116 Nhiệm vụ 116 v 3.2 Đối tượng thời gian thực nghiệm sư phạm 116 3.3 Thuận lợi khó khăn trình thực nghiệm sư phạm 118 Thuận lợi 118 Khó khăn 118 3.4 Kế hoạch thực nghiệm sư phạm 118 3.5 Diễn biến thực nghiệm sư phạm 119 Công tác chuẩn bị 119 Diễn biến phân tích diễn biến, kết q trình thực nghiệm 122 3.6 Đánh giá kết thực nghiệm sư phạm 144 Đánh giá định tính 144 Đánh giá định lượng 152 3.7 Khảo sát tiếp nhận HS qua chủ đề robot hút bụi 164 Giới thiệu bảng hỏi khảo sát 164 Kết khảo sát 165 TỔNG KẾT CHƯƠNG 166 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 167 CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐƯỢC CƠNG BỐ 169 TÀI LIỆU THAM KHẢO 170 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Giao diện nghiên cứu nhóm chuyên gia hoạt động 2.2.1 - Google Forms Phụ lục 2: Nội dung trạm nghiên cứu hoạt động 2.3 – nghiên cứu hệ thống hút bụi 12 Phụ lục 3: Bảng khảo sát ý kiến HS tiếp nhận chủ đề Robot hút bụi 14 vi Phụ lục 4: Tài liệu hướng dẫn thực sản phẩm chi tiết 16 Phụ lục 5: Hệ thống phiếu nhiệm vụ hoạt động chủ đề robot hút bụi 23 Phụ lục 6: Hệ thống phiếu học tập hoạt động chủ đề robot hút bụi 29 Phụ lục 7: Hệ thống hướng dẫn hoạt động chủ đề robot hút bụi 34 PL25 PHIẾU NHIỆM VỤ 2.2.1: Khăn trải bàn nghiên cứu cấu tạo chung robot PL26 PHIẾU NHIỆM VỤ 2.2.2: Phiếu báo cáo hoạt động tổng kết nhóm chuyên gia PL27 PHIẾU NHIỆM VỤ 3.2: Phiếu phân chia nhóm phân chia vai trị nhóm PL28 PHIẾU NHIỆM VỤ 3.3: Phiếu nhận xét thiết kế PHIẾU NHIỆM VỤ 4: Nhật kí chế tạo sản phẩm nhóm PL29 Phụ lục 6: Hệ thống phiếu học tập hoạt động chủ đề robot hút bụi BÌA HỆ THỐNG PHIẾU HỌC TẬP PL30 PHIẾU HỌC TẬP 1.1: Vai trị nhóm tiến trình hoạt động nhóm PHIẾU HỌC TẬP 1.2: Bảng đánh giá tiêu chí sản phẩm Mức độ đạt Tiêu chí - Robot chắn, - vững vàng - Robot vững vàng - Robot chưa Khi rung lắc, chắn, dễ đổ ngã Khi rung lắc, phận rung lắc - Cấu - tạo phận nguyên có nguy bị tách phận bị rơi Mạch điện vẹn rời - Dễ dàng thay pin - - Nguồn điện - nối cực - - Khó thay pin Dễ dàng thay pin Nguồn điện - nối cực Cảm biến động - Khi rung lắc, Nguồn điện nối sai cực Cảm biến động - Cảm biến động nối dây có dây nối với mạch nối khơng xác với mạch L293D L293D chưa xác xác PL31 Hiệu hoạt động tránh vật cản - mỹ Robot có di chuyển - Hệ thống hút bụi lúc lúc không bẩn Robot khơng di dị tránh vật cản chuyển dị tránh vật hút số bụi - cản lúc Hệ thống hút bụi lúc không hút khơng - Hệ thống hút bụi - Hình dáng thiết kế đựng bụi hút không robot phù hợp đựng bụi Thẩm Robot di chuyển dò - Robot trang trí đẹp, - thu hút, đặc sắc - chưa đặc sắc Phù hợp với chức - robot phục vụ Robot có trang trí, - cịn thơ, chưa trang trí Chưa lưu ý đến - chức phục vụ Robot Chưa lưu ý đến chức phục vụ PHIẾU HỌC TẬP 2.1: Ghi cấu tạo chung robot PL32 PHIẾU HỌC TẬP 2.2: Vận dụng kiến thức nhóm chuyên gia PL33 PHIẾU HỌC TẬP 2.3: Nghiên cứu hệ thống hút bụi robot PL34 Phụ lục 7: Hệ thống hướng dẫn hoạt động chủ đề robot hút bụi BỘ HƯỚNG DẪN 1: Hướng dẫn vẽ sơ đồ khối lập trình nhóm chun gia PL35 BỘ HƯỚNG DẪN 2: Hướng dẫn vẽ sơ đồ khối lập trình nhiệm vụ tổng kết PL36 PL37 BỘ HƯỚNG DẪN 3: Hướng dẫn thực vẽ chế tạo robot hút bụi PL38 BỘ HƯỚNG DẪN 4: Hướng dẫn lắp ráp robot hút bụi PL39