CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH
Dạy học chủ đề STEM
STEM, viết tắt của Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học, là một phương pháp giáo dục nhằm trang bị cho người học những kiến thức và kỹ năng thiết yếu trong các lĩnh vực này Các kỹ năng STEM cần được tích hợp và hỗ trợ lẫn nhau, giúp học sinh không chỉ hiểu nguyên lý mà còn có khả năng áp dụng để thực hành và sáng tạo ra các sản phẩm trong cuộc sống hàng ngày.
Khoa học bao gồm kiến thức về Vật lý, Hóa học, Sinh học và Khoa học trái đất, giúp học sinh hiểu biết về thế giới tự nhiên Việc nắm vững các kiến thức này cho phép học sinh áp dụng vào thực tiễn, giải quyết các vấn đề khoa học trong cuộc sống hàng ngày.
Công nghệ đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển khả năng sử dụng, quản lý, hiểu và đánh giá của học sinh Nó tạo cơ hội cho học sinh khám phá cách mà công nghệ được phát triển và nhận thức được ảnh hưởng của công nghệ mới đến cuộc sống hàng ngày.
Kỹ thuật giúp học sinh phát triển hiểu biết về công nghệ thông qua quá trình thiết kế, tích hợp kiến thức từ nhiều môn học để làm cho các khái niệm trở nên dễ hiểu hơn Đồng thời, nó cũng trang bị cho học sinh những kỹ năng cần thiết để áp dụng sáng tạo các nguyên tắc khoa học và toán học trong việc thiết kế sản phẩm, hệ thống và quy trình sản xuất.
Toán học là môn học giúp học sinh phát triển khả năng phân tích, biện luận và truyền đạt ý tưởng hiệu quả Qua việc tính toán và giải thích, học sinh có thể giải quyết các vấn đề toán học trong nhiều tình huống khác nhau.
Thuật ngữ STEM được dùng trong hai ngữ cảnh khác nhau đó là ngữ cảnh giáo dục và ngữ cảnh nghề nghiệp
Trong ngữ cảnh giáo dục, STEM tập trung vào việc phát triển các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học, nhằm nâng cao năng lực cho người học thông qua việc tích hợp các môn học với thực tiễn Giáo dục STEM có thể được hiểu và diễn giải ở nhiều cấp độ khác nhau, bao gồm chính sách STEM, chương trình STEM, trường học STEM, môn học STEM, bài học STEM và các hoạt động STEM.
Đối với ngữ cảnh nghề nghiệp, STEM được hiểu là nghề nghiệp thuộc các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học [1], [10]
Hiện nay, giáo dục STEM được nhiều tổ chức, nhà giáo dục quan tâm nghiên cứu
Giáo dục STEM được định nghĩa theo nhiều cách khác nhau, với ba cách hiểu chính hiện nay.
Giáo dục STEM, theo quan niệm của Bộ Giáo dục Mỹ, tập trung vào việc phát triển các môn Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học Chương trình này nhằm cung cấp hỗ trợ và tăng cường giáo dục các lĩnh vực này từ bậc tiểu học, trung học cho đến bậc sau đại học, với mục tiêu nâng cao kỹ năng và kiến thức cho học sinh.
Tích hợp 4 lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học giúp học sinh áp dụng kiến thức vào thực tiễn, tạo sự kết nối chặt chẽ giữa nhà trường, cộng đồng và doanh nghiệp Việc này không chỉ nâng cao khả năng hiểu biết mà còn phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề trong các bối cảnh cụ thể.
Giáo dục STEM là phương pháp giảng dạy tích hợp từ hai hoặc nhiều lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học, nhằm khám phá và phát triển kiến thức giữa các môn học STEM hoặc kết hợp với các môn học khác.
Trong nghiên cứu này, giáo dục STEM được định nghĩa là một phương pháp dạy học liên ngành, kết hợp ít nhất hai trong các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học Nội dung học tập được liên kết chặt chẽ với thực tiễn, và phương pháp dạy học được áp dụng theo hướng hành động.
Mục tiêu của dạy học STEM
Phát triển năng lực STEM cho học sinh bao gồm việc trang bị kiến thức và kỹ năng liên quan đến Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học Học sinh cần biết liên kết kiến thức giữa các môn học này để giải quyết các vấn đề thực tiễn, đồng thời biết sử dụng, quản lý và truy cập công nghệ hiệu quả Ngoài ra, học sinh cũng cần hiểu quy trình thiết kế và chế tạo sản phẩm, từ đó nâng cao khả năng sáng tạo và ứng dụng trong cuộc sống.
Giáo dục STEM đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các năng lực cốt lõi cho học sinh, giúp họ chuẩn bị đối mặt với những cơ hội và thách thức trong nền kinh tế toàn cầu thế kỷ 21 Bên cạnh việc trang bị kiến thức về Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học, chương trình này còn giúp học sinh phát triển tư duy phê phán và khả năng hợp tác, từ đó nâng cao khả năng thành công trong tương lai.
Giáo dục STEM đóng vai trò quan trọng trong việc định hướng nghề nghiệp cho học sinh, giúp các em trang bị kiến thức và kỹ năng nền tảng cần thiết cho việc học tập ở các bậc học cao hơn Điều này không chỉ hỗ trợ sự phát triển cá nhân mà còn góp phần xây dựng một lực lượng lao động có năng lực và phẩm chất tốt, đặc biệt trong lĩnh vực STEM, nhằm đáp ứng mục tiêu phát triển đất nước.
Các kĩ năng của dạy học STEM
Những kĩ năng STEM là tích hợp của 4 kĩ năng:
Kỹ năng khoa học là việc học sinh được trang bị kiến thức về các khái niệm, nguyên lý, định luật và cơ sở lý thuyết trong giáo dục khoa học Mục tiêu quan trọng nhất của giáo dục khoa học là giúp học sinh liên kết các kiến thức này để thực hành và phát triển tư duy, từ đó áp dụng kiến thức vào thực tiễn nhằm giải quyết các vấn đề trong cuộc sống.
Dạy học định hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề
Khái niệm về năng lực (competence), có nguồn gốc Latinh: “competentia” có nghĩa là “gặp gỡ”
Khái niệm năng lực (NL) đã thu hút sự chú ý và nghiên cứu từ các nhà tâm lý học, giáo dục học, xã hội học và lý luận dạy học.
Franz E Weinert (2001) định nghĩa năng lực là tập hợp các kỹ năng và kỹ xảo học được hoặc sẵn có, giúp giải quyết các tình huống cụ thể Năng lực còn bao gồm sự sẵn sàng về động cơ xã hội và khả năng vận dụng các phương pháp giải quyết vấn đề một cách có trách nhiệm và hiệu quả trong những tình huống linh hoạt.
Denys Tremlay (2002), nhà tâm lý học người Pháp, cho rằng năng lực là khả năng hành động và đạt được thành công Ông nhấn mạnh rằng năng lực được thể hiện qua việc cá nhân huy động và sử dụng hiệu quả nhiều nguồn lực tích hợp để giải quyết các vấn đề trong cuộc sống, từ đó chứng minh sự tiến bộ của bản thân.
Năng lực được định nghĩa là khả năng thực hiện một cách có trách nhiệm và hiệu quả các hành động, giải quyết nhiệm vụ và vấn đề trong nhiều tình huống khác nhau, bao gồm lĩnh vực nghề nghiệp, xã hội và cá nhân Định nghĩa này nhấn mạnh tầm quan trọng của hiểu biết, kỹ năng, kỹ xảo và kinh nghiệm, cùng với sự sẵn sàng hành động.
Khái niệm về năng lực (NL) trong nghiên cứu này được hiểu là khả năng thực hiện hiệu quả và có trách nhiệm đối với một vấn đề trong bối cảnh cụ thể, thông qua việc huy động toàn bộ kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo và kinh nghiệm, cùng với thái độ sẵn sàng tham gia.
Cấu trúc năng lực Để hình thành và phát triển NL cần xác định các thành phần và cấu trúc của chúng
Năng lực được phân loại thành nhiều loại khác nhau, và cấu trúc cũng như các thành phần của năng lực này có sự đa dạng Theo nghiên cứu của tác giả Bernd Meier và Nguyễn Văn Cường, năng lực bao gồm những thành phần cơ bản như sau.
NL chuyên môn là khả năng thực hiện các nhiệm vụ chuyên môn và đánh giá kết quả một cách độc lập, có phương pháp và chính xác.
Phương pháp NL (Methodical competency) đề cập đến khả năng thực hiện các hành động có kế hoạch và định hướng mục đích nhằm giải quyết nhiệm vụ và vấn đề Trung tâm của phương pháp nhận thức là các khả năng tiếp nhận, xử lý, đánh giá, truyền thụ và trình bày tri thức một cách hiệu quả.
NL xã hội (Social competency) là khả năng đạt được mục tiêu trong các tình huống giao tiếp xã hội Kỹ năng này được phát triển thông qua việc học hỏi và rèn luyện giao tiếp hiệu quả.
NL cá thể (Năng lực cá nhân) là khả năng nhận diện và đánh giá cơ hội phát triển cũng như những hạn chế của bản thân Điều này bao gồm việc phát triển năng khiếu, xây dựng và thực hiện kế hoạch phát triển cá nhân một cách hiệu quả.
Theo [6], năng lực bao gồm những thành phần cơ bản như: NL chung và NL chuyên biệt Cụ thể:
NL chung (General competence): là NL cơ bản, thiết yếu để con người có thể sống và làm việc bình thường trong xã hội;
Năng lực chuyên biệt (NL chuyên biệt) là những kỹ năng và kiến thức cụ thể được hình thành và phát triển từ một lĩnh vực hoặc môn học nhất định, còn được gọi là năng lực môn học cụ thể (Subject-specific competencies).
Theo kết quả đầu ra trong giáo dục UNESCO đã chia NL đầu ra thanh 3 nhóm
Nhóm năng lực nhận thức (cognitive competencies) đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển kiến thức cá nhân, đồng thời là yếu tố hỗ trợ thiết yếu giúp chúng ta áp dụng thành công những kiến thức đã có.
Nhóm năng lực thái độ (attitudinal competencies) bao gồm các hành động, giá trị và chuẩn mực dẫn đến hiệu suất cao Những yếu tố này không chỉ phản ánh sự phát triển hiệu quả của các loại kiến thức mà còn cho thấy cách mà người học áp dụng chúng trong thực tế.
Nhóm năng lực nghề nghiệp bao gồm kiến thức chuyên biệt về các nguồn thông tin, khả năng tiếp cận công nghệ và dịch vụ, cùng với khả năng quản lý Đặc biệt, năng lực này còn thể hiện ở khả năng đánh giá, phê phán một cách hiệu quả, giúp người sử dụng chọn lọc và áp dụng kiến thức để hoàn thành công việc cụ thể và đạt được kết quả mong muốn.
Cấu trúc của năng lực còn có thể thể hiện qua mô hình các đơn vị của năng lực [4]
Các hợp phần của năng lực bao gồm các lĩnh vực chuyên môn thể hiện khả năng tiềm ẩn của con người Mỗi hợp phần mô tả khái quát một hoặc nhiều hoạt động và điều kiện hoạt động liên quan.
Quy trình xây dựng và tổ chức dạy học STEM
Quy trình xây dựng chủ đề STEM
Quy trình thiết kế chủ đề STEM bao gồm 6 bước [12]:
Bước 1: Lựa chọn chủ đề STEM Để xác định chủ đề STEM, GV có thể lựa chọn một trong hai cách sau:
+ Cách 1: Xây dựng mạch nội dung chủ đề trong chương trình (cơ sở khoa học)
→ Lựa chọn chủ đề STEM để vận dụng kiến thức vào GQVĐ thực tiễn Để chọn chủ đề STEM theo cách này, GV cần phải:
Xác định mục tiêu của phần/ chương trong môn Vật lí
Xác định các mạch nội dung có thể gắn với các sản phẩm ứng dụng thực tiễn
Phân tích các sản phẩm ứng dụng và xác định kiến thức các môn thuộc lĩnh vực STEM để GQVĐ
Đặt tên cho chủ đề STEM
Để lựa chọn chủ đề STEM hiệu quả, giáo viên cần xuất phát từ các vấn đề thực tiễn, nhằm xác định kiến thức khoa học làm cơ sở cho chương trình Việc này giúp giải quyết các vấn đề thực tiễn thông qua giáo dục STEM.
Xác định vấn đề thực tiễn liên quan đến môn vật lý là việc nhận diện các tình huống có vấn đề trong cuộc sống hàng ngày mà con người cần giải quyết Điều này không chỉ thúc đẩy học sinh tìm hiểu và thực hiện các nhiệm vụ để đáp ứng nhu cầu thực tế, mà còn liên quan đến yêu cầu định hướng nghề nghiệp, giúp học sinh trải nghiệm và giải quyết các nhiệm vụ cụ thể trong các lĩnh vực nghề nghiệp khác nhau.
Xác định nội dung môn vật lí liên quan vấn đề thực tiễn
Xác định kiến thức các môn thuộc lĩnh vực STEM để GQVĐ
Đặt tên cho chủ đề GD STEM
Khi lựa chọn chủ đề giáo dục STEM, giáo viên có thể áp dụng một trong hai phương pháp đã nêu, tùy thuộc vào nội dung cụ thể hoặc tình hình thực tiễn của địa phương.
Trong quá trình lựa chọn, giáo viên có thể khuyến khích học sinh phát huy ý tưởng sáng tạo bằng cách tạo điều kiện cho các em đề xuất và thảo luận về các vấn đề STEM Xuất phát từ thực tiễn cuộc sống xung quanh, học sinh sẽ tiến hành tìm hiểu thực trạng, điều tra, thảo luận nhóm và tham khảo từ nhiều nguồn tư liệu, từ đó đưa ra những ý tưởng chủ đề giáo dục STEM hấp dẫn và đa dạng.
Từ đó, lựa chọn ra những chủ đề sáng tạo, thiết thực phục vụ cho cuộc sống hằng ngày
Bước 2: Xác định mục tiêu của chủ đề GD STEM
+ Mục tiêu: Xác định được các mục tiêu kiến thức, kĩ năng, thái độ và NL mà HS cần hướng tới sau khi thực hiện chủ đề GD STEM
Để nâng cao kiến thức cho học sinh, cần trình bày nội dung học tập thông qua các chủ đề cụ thể Việc xác định mức độ nhận thức của học sinh theo thang nhận thức Bloom cải tiến, bao gồm các mức: biết, hiểu, vận dụng, phân tích, đánh giá và sáng tạo, là rất quan trọng Đồng thời, sử dụng các động từ hành động để viết mục tiêu học tập giúp các mục tiêu trở nên rõ ràng, có thể lượng hóa và dễ dàng đánh giá.
Trong chủ đề giáo dục STEM, học sinh sẽ phát triển những kỹ năng quan trọng thông qua các hoạt động học tập Các kỹ năng này được phân thành ba nhóm chính: nhóm kỹ năng tư duy, nhóm kỹ năng học tập và nhóm kỹ năng khoa học Mục tiêu là giúp học sinh không chỉ tiếp thu kiến thức mà còn rèn luyện khả năng phân tích, giải quyết vấn đề và áp dụng các phương pháp khoa học trong thực tiễn.
Việc thực hiện các hoạt động học có tác động sâu sắc đến nhận thức, giá trị sống và định hướng hành vi của học sinh Cần nhấn mạnh tầm quan trọng của việc nâng cao ý thức của người học về con người, thiên nhiên và môi trường, đồng thời phát triển ý thức trong học tập và tư duy khoa học để hình thành những công dân có trách nhiệm và hiểu biết.
Các năng lực chính cần phát triển bao gồm năng lực giải quyết vấn đề, năng lực sáng tạo và năng lực hợp tác Những năng lực này giúp học sinh khám phá tri thức và ứng dụng vào thực tiễn, từ đó tạo ra các sản phẩm có giá trị thực tế.
Bước 3: Xác định các vấn đề cần giải quyết trong chủ đề GD STEM
+ Mục tiêu: Xây dựng được bộ câu hỏi định hướng phục vụ cho tổ chức hoạt động STEM
Xác định các vấn đề cần giải quyết trong chủ đề GD STEM
Xây dựng các nội dung cụ thể cần sử dụng để GQVĐ
Tương ứng với mỗi vấn đề trên đặt ra các câu hỏi định hướng có liên quan
Bước 4: Xác định các nội dung cụ thể cần sử dụng để GQVĐ trong chủ đề STEM
+ Mục tiêu: Xây dựng các nội dung cụ thể trong từng môn học liên quan đến từng vấn đề
+ Cách tiến hành: Tìm hiểu xem trong môn Vật lí, Toán học, Hóa học, Công nghệ, Sinh học… có những nội dung nào luên quan đến chủ đề
Bước 5: Thiết kế hoạt động học tập
+ Mục tiêu: Xác định tiến trình hoạt động trong dạy học của chủ đề GD STEM + Cách tiến hành:
Xác định điều kiện tổ chức hoạt động: không gian (lớp học, ở nhà, phòng thí nghiệm, cơ sở sản xuất…), thời gian tổ chức hoạt động
Để tổ chức các hoạt động dạy học hiệu quả, cần xác định các phương pháp và kỹ thuật chủ đạo như dạy học giải quyết vấn đề (GQVĐ), dạy học khám phá, dạy học dự án, và dạy học hợp tác Bên cạnh đó, các công cụ như mảnh ghép, khăn trải bàn, và bản đồ tư duy cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra môi trường học tập tích cực và sáng tạo.
Xác định phương tiện tổ chức hoạt động
Xác định các Bước thực hiện hoạt động: nêu rõ các thao tác tiến hành hoạt động
Bước 6: Thiết kế các tiêu chí và bộ công cụ kiểm tra, đánh giá HS
+ Mục tiêu: Đánh giá sản phẩm và sự hợp tác trong hoạt động học tập của HS + Cách tiến hành:
Thiết kế phiếu đánh giá sản phẩm: Xây dựng các tiêu chí đánh giá → Phân phối điểm hợp lí cho từng chỉ tiêu → Thiết lập phiếu đánh giá
Thiết kế phiếu đánh giá hoạt động nhóm bao gồm các bước quan trọng: đầu tiên, xây dựng các chỉ tiêu đánh giá cụ thể; tiếp theo, phân phối điểm hợp lý cho từng chỉ tiêu; cuối cùng, hoàn thành phiếu đánh giá để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong việc đánh giá.
Quy trình tổ chức dạy học chủ đề STEM
Chúng tôi tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM thông qua các bước: (1) xác định vấn đề và tìm hiểu về ngành nghề; (2) nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất các giải pháp phù hợp.
Chúng tôi tiến hành các hoạt động thống nhất và lựa chọn giải pháp, chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá, đồng thời chia sẻ, thảo luận và điều chỉnh Trong quá trình này, chúng tôi tập trung vào các hoạt động 1, 3, 4 và 5, trong khi hoạt động 2 để học sinh tự ôn lại kiến thức đã học và đề xuất giải pháp.
Hoạt động 1: Xác định vấn đề
Trong hoạt động học tập này, giáo viên giao nhiệm vụ cho học sinh, yêu cầu các em hoàn thành một sản phẩm cụ thể Học sinh phải vận dụng kiến thức mới từ bài học để đề xuất và xây dựng giải pháp, cũng như thiết kế nguyên mẫu cho sản phẩm cần hoàn thiện.
Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp
Trong hoạt động học STEM, học sinh tham gia tích cực và tự lực dưới sự hướng dẫn của giáo viên, thay vì chỉ tiếp thu kiến thức từ giảng dạy truyền thống Học sinh tự tìm tòi và chiếm lĩnh kiến thức để thiết kế sản phẩm cần hoàn thành Kết quả là, khi hoàn thành bản thiết kế, học sinh không chỉ tạo ra sản phẩm mà còn tiếp thu kiến thức mới theo chương trình môn học tương ứng.
Hoạt động 3: Thống nhất, lựa chọn giải pháp
Trong hoạt động này, học sinh sẽ trình bày và bảo vệ bản thiết kế của mình, sử dụng kiến thức đã học để thể hiện giải pháp cho vấn đề Qua việc nhận phản hồi từ bạn bè và giáo viên, học sinh có cơ hội hoàn thiện bản thiết kế, có thể cần điều chỉnh để đảm bảo tính khả thi trước khi tiến hành chế tạo và thử nghiệm.
Hoạt động 4: Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá
Thực trạng về dạy học phần “Dòng điện xoay chiều” ở một số trường trung học phổ thông trên địa bàn tỉnh Salavan nước CHDCND Lào
Nghiên cứu tình hình dạy học phần "Dòng điện xoay chiều" tại một số trường THPT ở tỉnh Salavan nhằm đối chiếu với mục tiêu giáo dục, từ đó phát hiện những hạn chế về phương pháp và phương tiện dạy học Bài viết cũng chỉ ra những sai sót của giáo viên và học sinh trong quá trình giảng dạy và học tập, giúp đề xuất các giải pháp khắc phục khó khăn trong việc tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM, nhằm nâng cao chất lượng giáo dục cho học sinh THPT.
GV Vật lí và HS của các trường phổ thông ở trường THPT Salavan, THPT Ông Kẹo và THPT Nội Trú
Điều tra GV thông qua phiếu điều tra, trao đổi trực tiếp, tham khảo giáo án, dự giờ dạy trên lớp
Điều tra HS thông qua phiếu điều tra, trao đổi trực tiếp tìm hiểu thông qua các bài kiểm tra HS, quan sát HS trong các giờ lên lớp
Trong bài viết này, chúng tôi đã tiến hành phỏng vấn lãnh đạo nhà trường và tham quan các phòng thí nghiệm vật lý, cùng với kho dụng cụ thí nghiệm phục vụ cho việc giảng dạy về dòng điện xoay chiều Những hoạt động này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về cơ sở vật chất mà còn cung cấp cái nhìn sâu sắc về phương pháp giảng dạy hiện đại trong lĩnh vực vật lý.
Kết quả điều tra cho thấy sự quan tâm của giáo viên đối với các năng lực chung của học sinh thông qua các bài giảng của họ Những kết quả này được trình bày rõ ràng trong biểu đồ 1.1.
Biểu đồ 1.1 Sự quan tâm đến các năng lực chung của HS của GV
Theo biểu đồ 1.1, kết quả cho thấy rằng giáo viên đã chú trọng đến việc phát triển các năng lực chung cho học sinh Tuy nhiên, các năng lực như giải quyết vấn đề, sáng tạo, hợp tác, năng lực công và năng lực tin học vẫn chưa được quan tâm đúng mức.
Kết quả điều tra cho thấy giáo viên đã hướng dẫn học sinh vận dụng kiến thức đã học để giải quyết các tình huống thực tiễn, với thông tin chi tiết được trình bày trong biểu đồ 1.2.
Biểu đồ 1.2 GV hướng dẫn HS vận dụng những kiến thức đã được học để giải quyết những tình huống thực tiễn
Biểu đồ 1.2 cho thấy rằng giáo viên đã chú trọng đến việc hướng dẫn học sinh áp dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề thực tiễn và kích thích hứng thú học tập Tuy nhiên, trong quá trình dạy học, việc tổ chức cho học sinh tạo ra sản phẩm hoặc định hướng sản phẩm vẫn chưa được nhiều giáo viên quan tâm hoặc thực hiện Điều này dẫn đến việc học sinh chưa có nhiều cơ hội trải nghiệm học tập thực tế.
Năng lực tự chủ và tự học
Năng lực giao tiếp và hợp tác
Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo
Năng lực ngôn ngữ Năng lực tính toán
Năng lực tìm hiểu tự nhiên và xã hội
Năng lực công nghệ Năng lực tin học
Thường xuyên Tỉnh thoảng Hiếm khi Chưa bao giờ
Chưa bao giờ0% hứng thú, vận dụng kiến thức vào thực tiễn mới chỉ dừng ở mức độ lí thuyết
Kết quả điều tra cho thấy giáo viên đã áp dụng nhiều phương pháp và kỹ thuật dạy học khác nhau trong quá trình giảng dạy Những kết quả này được thể hiện rõ ràng trong biểu đồ 1.3.
Biểu đồ 1.3 GV vận dụng nhiều phương pháp và kĩ thuật dạy học khác nhau trong quá trình dạy học của mình
Biểu đồ 1.3 cho thấy rằng giáo viên đã áp dụng nhiều phương pháp và kỹ thuật dạy học khác nhau, nhưng phương pháp thuyết trình và đàm thoại vẫn chiếm ưu thế Mặc dù nhiều giáo viên cũng sử dụng phương pháp dạy học giải quyết vấn đề, nhưng các kỹ thuật dạy học khác vẫn chưa được nhiều người biết đến hoặc áp dụng, đặc biệt là phương pháp dạy học dự án, một trong những phương pháp phát triển năng lực hiệu quả, thường chỉ được sử dụng "hiếm khi" hoặc "chưa bao giờ" Thực trạng này phản ánh những khó khăn trong việc triển khai các phương pháp và kỹ thuật dạy học tích cực tại các trường.
Kết quả điều tra cho thấy giáo viên đã tổ chức cho học sinh hợp tác để tạo ra các sản phẩm trong quá trình dạy học, với dữ liệu được trình bày rõ ràng trong biểu đồ 1.4.
Biểu đồ 1.4 GV tổ chức cho HS hợp tác để làm ra các sản phẩm trong quá trình dạy học
Thuyết trình Đàm thoại PPDH thực hành
PPDH giải quyết vấn đề
PPDH dựa trên dự án
PPDH hợp tác theo nhóm
Kĩ thuật KWL (Hiểu, muốn, học)
Kĩ thuật sơ đồ tư duy
Kĩ thuật khăn trải bàn
Kĩ thuật các mảnh ghép
Thường xuyên Tỉnh thoảng Hiếm khi Chưa bao giờ
Theo biểu đồ 1.4, hầu hết giáo viên chưa từng tổ chức cho học sinh hợp tác để tạo ra các sản phẩm trong quá trình dạy học chương "Dòng điện xoay chiều" Thực trạng này cho thấy việc giáo viên tổ chức cho học sinh hợp tác trong việc sản xuất sản phẩm trong chương trình dạy học "Dòng điện xoay chiều" tại các trường còn gặp nhiều hạn chế.
Kết quả điều tra cho thấy giáo viên chú trọng vào việc định hướng hứng thú nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh Những kết quả này được thể hiện rõ trong biểu đồ 1.5.
Biểu đồ 1.5 GV chú ý đến việc định hướng hứng thú nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của HS
Theo biểu đồ 1.5, có 29% giáo viên không chú ý đến việc định hướng hứng thú để phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh, trong khi 71% giáo viên chỉ thỉnh thoảng quan tâm đến vấn đề này Điều này cho thấy rằng giáo viên ở các trường chưa thực sự chú trọng đến việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh thông qua việc định hướng hứng thú.
Kết quả điều tra về giáo viên Vật lý cho thấy sự kết nối các kiến thức từ các môn Toán học, Công nghệ, Tin học, Hóa học và Sinh học trong quá trình giảng dạy phần "Dòng điện xoay chiều" Những kết quả này được thể hiện rõ ràng trong biểu đồ 1.6.
Giáo viên Vật lý kết hợp kiến thức từ các môn Toán học, Công nghệ, Tin học, Hóa học và Sinh học trong quá trình giảng dạy phần "Dòng điện xoay chiều".
Biểu đồ 1.5 cho thấy rằng giáo viên Vật lý chú trọng đến việc kết nối kiến thức từ các môn Toán, Công nghệ, Hóa học, Sinh học và Tin học trong quá trình giảng dạy Điều này chứng tỏ rằng các giáo viên đã quan tâm đến việc dạy học tích hợp và lựa chọn các môn học phù hợp.
Thỉnh thoảng mới chú ý 71%
Thường xuyên Tỉnh thoảng 38%
Chưa bao giờ0% học thuộc lĩnh vực STEM trong nội dung dạy học tích hợp của mình
THIẾT KẾ HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM “CHẾ TẠO MÔ HÌNH THỦY ĐIỆN” VẬT LÍ 12 THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH Ở NƯỚC CHDCND LÀO
Mục tiêu dạy học chủ đề STEM “Chế tạo mô hình thủy điện” Vật lí 12
Mục tiêu về kiến thức
Nêu được định nghĩa và nguyên tắc hoạt động của nhà máy thủy điện, hệ thống truyển tải điện năng, hệ thống điện trong đời sống hàng ngày
Viết được công thức điện năng tiêu thụ của việc truyền tải điện năng
Nêu được vai trò của điện năng trong đời sống và sản xuất, ưu điểm của việc sử dụng điện năng so với các dạng năng lượng khác
Chỉ ra được bộ phận chính trong nhà máy thủy điện
Chỉ ra được các quá trình biến đổi năng lượng trong nhà máy thủy điện
Học sinh sẽ đóng vai trò là kỹ sư tư vấn cho người dân ở các bản làng và hải đảo, giúp xác định vị trí phù hợp để xây dựng nhà máy thủy điện mini Qua việc sử dụng bản đồ địa lý đặc điểm của khu vực, học sinh sẽ đề xuất các địa điểm tối ưu nhằm sản xuất điện phục vụ nhu cầu sinh hoạt của cộng đồng.
Ảnh hưởng của nhà máy thủy điện đến môi trường xung quanh với đời sống sản suất của con người
Vận dụng kiến thức hóa học và vật lý vào thực tiễn giúp nhận biết và bảo dưỡng các tác hại từ môi trường bên ngoài đối với máy phát điện.
Phát triển kỹ năng vẽ đồ thị nhằm khảo và phân tích về một vấn đề thực tiễn
Vận dụng được kiến thức vật lý, sinh học đã biết và được hướng dẫn để tạo ra
Sản phẩm bao gồm các nhà máy thủy điện đơn giản, được xây dựng từ những vật liệu dễ tìm và dễ vận hành Mục tiêu là rút ra các thông số và chỉ số cần thiết để lựa chọn máy phát điện hoạt động hiệu quả và tối ưu.
Bố trí, tiến hành và giải thích được thí nghiệm mô phỏng nguyên lí hoạt động của nhà máy thủy điện điện
Trình bày được các phương án chế tạo nhà máy thủy điện
Khai thác thông tin từ các trang mạng và báo chí để tìm hiểu nguyên nhân cũng như những lợi ích và tác động tiêu cực của các nhà máy thủy điện đối với môi trường và đời sống con người là rất cần thiết Việc này giúp chúng ta nhận thức rõ hơn về vai trò của thủy điện trong phát triển kinh tế, đồng thời cũng cảnh báo về những hệ lụy có thể xảy ra đối với hệ sinh thái và cộng đồng xung quanh.
Mục tiêu của bài viết không chỉ là cung cấp kiến thức về nhà máy thủy điện, nguyên tắc hoạt động và phương án chế tạo, mà còn giúp học sinh hiểu rõ hơn về những gì họ có thể học được từ việc nghiên cứu nhà máy thủy điện trong bối cảnh giáo dục STEM.
Ví dụ bề một số kiến thức được học sau khi học xong chủ đề:
Khái niệm về hiện tượng tự cảm-hổ cảm, các định luật cảm ứng điện từ, Định luật Ampere, tác dụng của từ trường lên dòng điện
+ Khái niệm về công- công suất, năng lượng, cơ năng, động năng, thế năng, định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng
Sử dụng kiến thức về hiện tượng cảm ứng điện từ, ta có thể giải thích quá trình tạo ra dòng điện xoay chiều trong một khung dây khi khung dây này quay trong một từ trường đều Khi khung dây quay, từ trường tác động lên các dây dẫn trong khung, tạo ra sự thay đổi từ thông và dẫn đến sự xuất hiện của dòng điện xoay chiều Hiện tượng này minh họa rõ ràng mối liên hệ giữa chuyển động cơ học và sự sinh ra điện năng trong các hệ thống điện.
Mục tiêu về năng lực
Phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề là một quá trình quan trọng, bao gồm các chỉ số hành vi trong việc khám phá và hiểu vấn đề thực tiễn Điều này được thực hiện thông qua việc trình bày vấn đề dưới dạng bài toán khoa học có thể giải quyết, đề xuất và thực hiện các giải pháp, cũng như đánh giá và điều chỉnh chúng Thông qua các nhiệm vụ mà giáo viên đặt ra, học sinh không chỉ đạt được mục tiêu kiến thức mà còn phát triển năng lực giải quyết vấn đề của bản thân.
Nhà máy thủy điện đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất điện năng, với nguyên tắc hoạt động dựa trên việc sử dụng năng lượng nước Hệ thống truyền tải điện năng đảm bảo điện được cung cấp đến từng hộ gia đình, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống Điện năng không chỉ thuận tiện mà còn có nhiều ưu điểm so với các dạng năng lượng khác, như tính hiệu quả và khả năng tái tạo Trong bối cảnh biến đổi khí hậu và các trận lũ lụt gia tăng ở miền núi, việc tổ chức dạy học dự án về nhà máy thủy điện sẽ giúp học sinh phát triển kỹ năng lập kế hoạch và giải quyết vấn đề Thông qua việc xây dựng bài thuyết trình "Nhà máy thủy lợi hay hại?", học sinh sẽ có cơ hội tìm hiểu sâu hơn về tác động của thủy điện và đặt ra những câu hỏi quan trọng liên quan đến vấn đề này.
Thiết kế dạy học chủ đề STEM “Chế tạo mô hình thủy điện” hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh
Lựa chọn chủ đề STEM
Thủy điện, xuất hiện cách đây hơn 70 năm, đã trở thành nguồn năng lượng tái tạo và sạch, mang lại hy vọng cho nhân loại Mặc dù các công trình thủy điện yêu cầu vốn đầu tư lớn và thời gian xây dựng kéo dài, nhưng chúng có hiệu quả cao và tuổi thọ lên đến 100 năm hoặc hơn Về lâu dài, không có công nghệ năng lượng nào rẻ hơn thủy điện, với chi phí vận hành và bảo trì hàng năm rất thấp so với các nhà máy điện khác Thủy điện có tác động mạnh mẽ đến công cuộc công nghiệp hóa đất nước, do đó việc hiểu cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của nhà máy thủy điện là rất cần thiết cho học sinh Sau khi nghiên cứu lý thuyết, học sinh có thể giải thích nguyên tắc hoạt động và cấu tạo của nhà máy thủy điện, từ đó thiết kế và chế tạo mô hình thủy điện nhỏ và đơn giản.
Việc lựa chọn và xây dựng chủ đề giáo dục STEM hợp lý là yếu tố quyết định đến thành công của giờ dạy, giúp hoạt động học tập của học sinh (HS) và hướng dẫn của giáo viên (GV) trở nên hiệu quả Chủ đề cần được chọn sao cho sau khi nghiên cứu lý thuyết, HS có khả năng vận dụng sáng tạo để tạo ra các sản phẩm thực tiễn, hoặc ít nhất là tạo hứng thú học tập Điều này không chỉ mang lại cơ hội trải nghiệm cho các em mà còn kích thích tư duy sáng tạo, rèn luyện kỹ năng và phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho HS.
Dựa trên lý thuyết và thực tiễn dạy học tại trường THPT, chúng tôi đã chọn chủ đề “Chế tạo mô hình thủy điện” Trong chủ đề này, sau khi tìm hiểu về cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của nhà máy thủy điện, học sinh sẽ có khả năng đề xuất các phương án thiết kế và chế tạo một mô hình thủy điện đơn giản.
Tham gia chủ đề trên, HS phải nghiên cứu và vận dụng các kiến thức liên quan như sau:
Các định luật cảm ứng từ
Năm 1785, Ch Coulomb nghiên cứu các định luật về tĩnh điện, mở đầu cho những phát triển quan trọng trong lĩnh vực điện Đến năm 1800, A Volta chế tạo ra chiếc pin đầu tiên dựa trên phát minh của L Galvani Năm 1819, C H Oersted nghiên cứu tác dụng cư học của dòng điện, tiếp theo là A M Ampère vào năm 1820 với nghiên cứu về lực điện động Năm 1826, G S Ohm phát hiện ra mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp trong mạch không phân nhánh Đặc biệt, năm 1831, M Faraday phát minh ra định luật cảm ứng điện từ, đặt nền tảng cho sự phát triển của các loại máy điện và thiết bị điện sau này.
Hiện tượng cảm ứng điện từ
Vào năm 1831, Michael Faraday đã thực nghiệm chứng minh rằng từ trường có khả năng sinh ra dòng điện Khi từ thông trong một mạch kín thay đổi, dòng điện cảm ứng sẽ xuất hiện trong mạch Hiện tượng này được gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ, được biết đến rộng rãi qua thí nghiệm của Faraday.
Thí nghiệm gồm nam châm vĩnh cửu, ống dây điện được nối với điện kế G thành một mạch điện kín Thí nghiệm được bố trí như hình 2.1
Hình 2.1 Thí nghiệm Faraday
Thí nghiệm chứng tỏ:
Khi đưa thanh nam châm vào trong lòng ống dây, kim điện kế sẽ lệch do sự xuất hiện của dòng điện trong ống dây Dòng điện này được gọi là dòng điện cảm ứng.
Nếu đưa thanh nam châm ra dòng điện cảm ứng Ic sẽ có chiều ngược lại
Di chuyển thanh nam châm càng nhanh thì Ic càng lớn
Qua thí nghiệm Faraday đã rút ra những kết luận tổng quát sau:
Sự biến đổi từ thông m qua mạch kín là nguyên nhân sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch
Dòng điện cảm ứng chỉ tồn tại trong thời gian từ thông m gửi qua mạch thay đổi
Dòng điện cảm ứng tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông m
Chiều của dòng điện cảm ứng phụ thuộc vào từ thông m gửi qua mạch tang hay giảm
Định luật Lenz, được phát hiện bởi Heinrich Lenz cùng thời với Michael Faraday, nghiên cứu hiện tượng cảm ứng điện từ Định luật này giúp xác định chiều của dòng điện cảm ứng, quy định rằng dòng điện cảm ứng phải có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân đã tạo ra nó.
Định luật cơ bản về cảm ứng điện từ
Sự xuất hiện của dòng điện cảm ứng trong mạch chỉ ra rằng có một suất điện động trong mạch Suất điện động này được gọi là suất điện động cảm ứng.
Khi dịch chuyển một vòng dây kín (C) trong từ trường, trong khoảng thời gian dt, từ thông qua vòng dây (C) sẽ thay đổi một lượng dϕm Sự thay đổi này dẫn đến việc xuất hiện dòng điện I_C trong vòng dây (C), như minh họa trong hình 2.2.
Hình 2.2 Cảm ứng từ trong lòng ống dây
Công của lực từ tác động lên dòng điện I_C được xác định bằng công cản dA = cd m dI Để dịch chuyển (C), công tiêu tốn là dA' = -dA I cd m Theo định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng, công dA' sẽ biến thành năng lượng của dòng điện I_C: E_c = cd I dt, trong đó e_c là suất điện động cảm ứng.
Ta có thể viết biểu thức như sau:
Suất điện động cảm ứng: E C t
E C Suất điện động cảm ứng(V)
Độ biến thiên của từ thông (Wb)
t Thời gian từ thông biến thiên qua mạch kín (s)
Gọi là tốc độ biến thiên từ thông qua mạch kín (Wb/s)
Dấu (-) thể hiện chiều dòng điện trong định luật Lenz
Máy phát điện xoay chiều
Máy phát điện xoay chiều là thiết bị chuyển đổi cơ năng thành điện năng thông qua hiện tượng cảm ứng điện từ Máy phát điện xoay chiều đơn giản, thế hệ đầu tiên, bao gồm các bộ phận chính như nam châm vĩnh cửu, khung dây, và bộ cổ góp với vành khuyên cùng chổi than.
Hình 2.3 Cấu tạo máy phát điện xoay chiều đơn giản
Khi khung dây quay tròn trong từ trường với góc , từ thông qua khung dây biến thiên liên tục từ 0 đến 360 độ, dẫn đến sự xuất hiện của dòng điện cảm ứng theo định luật Lenx Dòng điện này được gọi là dòng điện xoay chiều do chiều của nó thay đổi theo góc Để quay khung dây, có thể sử dụng sức người, sức gió hoặc sức nước Trong hệ thống, nam châm vĩnh cửu được gọi là phần cảm, trong khi cuộn dây quay được gọi là phần ứng Tuy nhiên, quá trình ma sát với chổi than dẫn đến hao mòn và nhiệt sinh ra, làm giảm hiệu suất của máy phát điện xoay chiều một pha.
Trong máy phát điện xoay chiều hiện đại, phần cổ góp đã được loại bỏ, thay thế bằng Roto (phần chuyển động) và Stato (phần đứng yên) Các bộ phận chính này giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của máy phát điện.
Cấu tạo chi tiết của Roto: gồm hệ thống các nam châm mắc xen kẽ nối tiếp nhau 1 cực bắc và 1 cực nam gọi là các cặp cực
Cấu tạo chi tiết của Stato: gồm các cuộn dây gống nhau cố định trên vòng tròn
Tần số của máy phát điện xoay chiều một pha:
n là tốc độ quay của roto (vòng/giây)
f là tần số của máy phát điện xoay chiều 1 pha (lưu ý: n(vòng/giây) = n/60 (vòng/phút) c) Máy phát điện xoay chiều ba pha
Stato là 3 cuộn dây giống nhau gắng cố định trên một đường tròn lệch nhau một góc 120
Roto là một nam châm có thể quay quanh một trục cố định với tốc độ quay không đổi là
Dòng điện ba pha được tạo ra từ máy phát điện ba pha, bao gồm ba cuộn dây với ba dòng điện xoay chiều có cùng tần số góc ω và biên độ, nhưng lệch pha nhau 120 độ.
Cấu tạo bên trong của máy phát điện xoay chiều 3 pha:
Cách mắc mạch điện xoay chiều ba pha
Ba điểm đầu của các cuộn dây nối với ba mạch ngoài bằng ba dây dẫn khác nhau gọi là dây pha (dây nóng)
Cuối cùng, các cuộn dây được nối với nhau trước, sau đó kết nối với ba mạch bên ngoài thông qua một dây dẫn chung, được gọi là dây trung hòa hay dây nguội.
Công cụ đánh giá sử dụng trong dạy học chủ đề “Chế tạo mô hình thủy điện”
Công cụ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề trong dạy học chủ đề “Chế tạo mô hình thủy điện”
Năng lực giải quyết vấn đề (GQVĐ) bao gồm nhiều thành tố, mỗi thành tố được hình thành từ sự kết hợp của các hành vi biểu hiện Các mức độ năng lực được xác định dựa trên tổ hợp hành vi này.
Bảng 2.7 Rubric đánh giá năng lực GQVĐ trong dạy học chủ đề “Chế tạo mô hình thủy điện”
Chỉ số hành vi Tiêu chí Mức 1 Mức 2 Mức 3
1.2 Phát hiện và nêu được vấn đề
1 Đ ề x u ấ t được phương án thiết kế mô h ì n h t h ủ y điện
Chưa có phương án đề xuất nào được đưa ra, trong khi đó, một số phương án phù hợp đã được đề xuất nhưng chưa đạt được tính khả thi cao Tuy nhiên, cũng có những phương án phù hợp và có tính khả thi cao đã được trình bày.
2.1 Đề xuất các giải pháp
2.3 Lựa chọn giải pháp phù hợp
2 Lựa chọn được phương án tối ưu và đề xuất được nguyên vật liệu chế tạo mô hình thủy điện
Không chọn được phương án nào và không đề xuất được nguyên vật liệu
Chọn được phương án tối ưu nhưng chưa giải thích rõ lý do tối ưu của phương án được chọn Đề xuất được nguyên vật liệu n h ư n g chưa đầy đủ
Chọn được phương án tối ưu và giải thích rõ lý do tối ưu của phương án được chọn Đề xuất đầy đủ nguyên vật liệu
3.1 Thực hiện giải pháp giải quyết vấn đề
3 Lập kế hoạch và thực hiện phương án thiết kế mô h ì n h t h ủ y điện
Không phân công nhiệm vụ cụ thể cho từng thành viên của nhóm
Phân công nhiệm vụ cụ thể nhưng chưa hợp lí
Phân công nhiệm vụ cụ thể và hợp lí
3.2 Đánh giá 4 Chế tạo Chưa chế tạo Chế tạo được Chế tạo được kết quả giải pháp thành công sản phẩm m ô h ì n h t h ủ y điện được sản phẩm hoặc chỉ được một phần nhỏ của sản phẩm sản phẩm nhưng chưa hoàn thiện sản phẩm hoàn thiện
3.3 Đánh giá kết quả giải pháp
Không báo cáo được sản phẩm
Báo cáo sản phẩm nhưng chưa trọn vẹn và chưa có khả năng vận hành
Báo cáo sản phẩm trọn vẹn và có khả năng vận hành tốt
Phiếu đánh giá nhóm HS của GV
Nhóm HS được đánh giá:
TT Tiêu chí Điểm tối đa Điểm đánh giá
1 Đề xuất được phương án thiết kế 2
2 Lựa chọn được phương án tối ưu và đề xuất được nguyên vật liệu 2
3 Lập kế hoạch và thực hiện phương án thiết kế 2
4 Chế tạo thành công sản phẩm 2
Phiếu tự đánh giá và đánh giá đồng đẳng của HS
Tên HS đánh giá:………, nhóm………
TT Tên và Họ HS Tiêu chí
Tổng điểm là điểm trung bình của HS tự đánh giá, nhóm đánh giá và GV đánh giá
Dựa trên lý luận và thực tiễn đã trình bày ở chương 1, chương 2 tập trung vào việc thiết kế chủ đề STEM “Chế tạo mô hình thủy điện” cho môn Vật lý 10 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh Kết quả đạt được từ việc triển khai chủ đề này rất khả quan.
Trình bày mực tiêu chủ đề “Chế tạo mô hình thủy điện” – Vật lí 10;
Thiết kế được các hoạt động dạy học chủ đề STEM “Chế tạo mô hình thủy điện” nhằm bồi dưỡng năng lực GQVĐ cho HS;
Đề xuất tiến trình dạy học theo trạm chủ đề “Chế tạo mô hình thủy điện”;
Đề xuất tiến trình dạy học dự án chủ đề “Chế tạo mô hình thủy điện”;
Chúng tôi đã xây dựng công cụ đánh giá sử dụng trong dạy học chủ đề "Chế tạo mô hình thủy điện" để kiểm chứng giả thuyết khoa học và cơ sở thực tiễn cho đề tài Thực nghiệm sư phạm được tiến hành tại trường THPT Ông Kẹo với nội dung bài học STEM, nhằm nâng cao hiệu quả giảng dạy và phát triển kỹ năng cho học sinh.
“Chế tạo mô hình thủy điện” với hình thức dạy học chính khóa kèm ngoài khóa
Nội dung thực nghiệm được thể hiện ở chương 3.
THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM
Mục đích thực nghiệm sư phạm
Thực nghiệm sư phạm được tiến hành nhằm đánh giá giả thuyết khoa học của đề tài, cụ thể là:
Đánh giá tính khả thi của dạy học theo trạm và dạy họcDA gắn với nội dung thủy điện đối với đối tượng HS THPT
Đánh giá hiệu quả dạy học theo trạm và dạy học DA liên quan đến nội dung thủy điện cho thấy khả năng bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề của học sinh Việc áp dụng kiến thức vật lý để giải thích các hiện tượng và vấn đề môi trường trong thực tiễn, đặc biệt là liên quan đến thủy điện, giúp học sinh hiểu rõ hơn về vai trò của năng lượng trong đời sống.
Đối tượng thực nghiệm sư phạm
Thực nghiệm sư phạm được thực hiện với 27 học sinh lớp 10 tại trường THPT Ông Kẹo, huyện Salavan, tỉnh Salavan, với mục tiêu theo dõi và đánh giá sự phát triển năng lực giao tiếp văn bản của 8 học sinh trong lớp.
Thời gian thực nghiệm sư phạm: ngày 8/11/2022 đến ngày 22/11/2022 (trong thời gian HS học chủ đề: Chế tạo mô hình thủy điện – Vật lí 12.
Phương pháp thực nghiệm sư phạm
Thực nghiệm được tiến hành không có nhóm đối chứng Người nghiên cứu trực tiếp thực nghiệm Cách thức tổ chức thực nghiệm bao gồm:
Học sinh được chia thành 3 nhóm nhỏ, mỗi nhóm gồm 9 học sinh, với sự chú ý đến trình độ học tập của từng em Mỗi nhóm sẽ tự bầu chọn một nhóm trưởng và một thư ký để đảm bảo sự tổ chức và hiệu quả trong quá trình học tập.
HS được hướng dẫn quy trình làm việc hiệu quả, bao gồm việc lựa chọn chủ đề, lập sơ đồ tư duy, xây dựng kế hoạch dự án, phân công nhiệm vụ và thảo luận nhóm.
Trong quá trình thực hiện dự án, chúng tôi thường xuyên tương tác với học sinh thông qua việc thảo luận qua thư điện tử và trò chuyện trực tuyến trên các mạng xã hội như Zalo và Facebook.
Theo dõi và ghi lại quá trình hoạt động của tổ chức dạy học STEM, sau đó đánh giá tính khả thi của tiến trình này thông qua việc phân tích diễn biến thực nghiệm sư phạm.
Đánh giá hiệu quả của tổ chức hoạt động dạy học STEM là yếu tố quan trọng trong việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh Việc sử dụng công cụ đánh giá phù hợp giúp xác định mức độ tiếp thu và khả năng áp dụng kiến thức của học sinh trong thực tiễn Qua đó, giáo viên có thể điều chỉnh phương pháp giảng dạy để nâng cao hiệu quả học tập, đồng thời khuyến khích học sinh phát triển tư duy phản biện và khả năng làm việc nhóm.
Phân tích diễn biến và đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm
Trong đợt thực nghiệm sư phạm đề tài đã tổ chức hoạt động dạy học STEM với hai nhiệm vụ đã nêu trên tại trường THPT Ông Kẹo
Hoạt động 1: Hình thành kiến thức mới đề xuất phương án thiết kế mô hình
Trong buổi này GV tiến hành hướng dẫn HS thực hiện các nhiệm vụ học tập sau:
Tìm hiểu về nhà máy điện
Tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nhà máy thủy điện
Tìm hiểu quá trình truyền tải điện năng
Tìm hiểu hệ thống truyền tải điện năng
Tìm hiểu sự hao phí điện năng trên đường dây truyền tải điện
Tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy biến thế
Đề xuất phương án chế tạo mô hình thủy điện đơn giản
GV phân nhóm HS theo nhiệm vụ
Số HS tham gia: 27 em
Thời gian làm việc chung khoảng 100 phút, từ lúc 13:30 ngày 8/11/2022
Địa điểm: Phòng học của trường THPT Ông Kẹo
Khi đã tập hợp học sinh, giáo viên nêu rõ mục đích của hoạt động trải nghiệm về "Dòng điện xoay chiều" Đồng thời, giáo viên cũng giới thiệu rằng hoạt động này sẽ bao gồm hai nội dung chính.
Nội dung thứ nhất: là tìm hiểu về kiến thức trọng tâm của phần “Dòng điện xoay chiều’ và ứng dụng của nó trong thực tế
Nội dung thứ hai: là hoạt động thực nghiệm đề xuất phương án “chế tạo mô hình thủy điện’’
GV dành 10 phút để giới thiệu về dạy học chủ đề cho HS
Giáo viên đề xuất phương án chế tạo mô hình thủy điện và yêu cầu học sinh xem video hướng dẫn Sau đó, giáo viên chia lớp thành 3 nhóm để thực hiện nhiệm vụ.
Sau khi thành lập các nhóm nghiên cứu, giáo viên yêu cầu mỗi nhóm cử một nhóm trưởng và ghi lại thông tin cá nhân của từng thành viên, bao gồm tên, địa chỉ và số điện thoại Đồng thời, nhóm trưởng cũng cần ghi lại số điện thoại của giáo viên để thuận tiện cho việc liên lạc.
Học sinh gặp khó khăn và cần trao đổi với giáo viên Qua sự giới thiệu của các nhóm, chúng tôi nhận thấy rằng các em tham gia vào các nhóm nghiên cứu vì đam mê hoặc vì đây là thế mạnh của mình Đồng thời, các thành viên trong nhóm thường là bạn thân hoặc sống gần nhau.
Sau khi học sinh hiểu rõ về cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của nhà máy thủy điện, giáo viên yêu cầu các nhóm lập kế hoạch chế tạo mô hình thủy điện Các nhóm cần vẽ sơ đồ trên giấy, liệt kê các chi tiết và dụng cụ cần thiết cho việc chế tạo mô hình.
Hình 3.1 Các nhóm lên kế hoạch thực hiện ý tưởng chế tạo nhà máy thủy điện
HS trình bày kết quả đề xuất phương án thực hiện xây dựng mô hình thủy điện của nhóm mình trước lớp
Hình 3.2 Các nhóm trình bày phương án thực hiện xây dựng mô hình thủy điện
Nếu nhóm nào chưa tìm ra phương án khả thi, giáo viên sẽ hỗ trợ với các mức độ khác nhau Giáo viên yêu cầu học sinh suy nghĩ từ cao xuống thấp bằng cách giao nhiệm vụ cụ thể hơn cho từng nhóm, giúp học sinh tiếp tục tìm kiếm giải pháp.
Sau khi hoàn thành buổi học, giáo viên chia học sinh thành 4 nhóm khác nhau Nhóm đầu tiên sẽ chuẩn bị thiết bị cho việc xây dựng đập thủy điện, nhóm thứ hai tập trung vào thiết bị cho phần ống dẫn nước, nhóm thứ ba đảm nhận thiết bị cho tuabin, và nhóm cuối cùng sẽ chuẩn bị thiết bị cho hệ thống điện.
Sau khi hoàn thành việc phân nhóm, giáo viên yêu cầu học sinh chuẩn bị các thiết bị cần thiết để thiết kế các thành phần của mô hình thủy điện, dựa trên các vật liệu được liệt kê trong bảng 2.3 – 2.6.
Hình 3.3 Các nhóm HS chuẩn bị dụng cụ xây dựng mô hình thủy điện
Sau buổi làm việc, học sinh đã hoàn thành tốt công việc chuẩn bị và rất phấn khởi với kết quả đạt được Giáo viên nhắc nhở học sinh về buổi xây dựng mô hình thủy điện sẽ diễn ra vào ngày 15/11/2023 tại khu vực xây dựng mô hình thủy điện ở trường THPT Ông Kẹo.
Qua các buổi làm việc riêng với từng nhóm HS, chúng tôi thấy:
Mặc dù các em đã nỗ lực tìm hiểu kiến thức và thiết kế sản phẩm theo hướng nghiên cứu, nhưng do chưa có kinh nghiệm thực tế, các em vẫn còn lúng túng, thiếu tự tin và ngần ngại khi chia sẻ ý kiến cũng như đề nghị sự giúp đỡ từ giáo viên.
Khi nhận được sự gợi ý từ giáo viên, học sinh tích cực suy nghĩ và áp dụng kiến thức cùng kinh nghiệm thực tiễn để thiết kế các phương án chất liệu mô hình, lựa chọn dụng cụ và phương pháp chế tạo sản phẩm.
Hoạt động 2: Tiến hành chế tạo mô hình sản phẩm theo phương án đã thiết kế
HS bắt đầu xây dựng mô hình thủy điện với các vật liệu đã chuẩn bị theo nhiệm vụ được giao:
Xây dựng đập thủy điện
Xây dựng ống dẫn nước
Xây dựng thiết bị động lực (tuabin)
Xây dựng thiết bị điện: dây dẫn điện, cột điện, đèn
Hình 3.4 Các HS xây dựng đập của mô hình thủy điện
Sau buổi làm việc, học sinh đã hoàn thành xuất sắc việc xây dựng từng thành phần của mô hình thủy điện Giáo viên nhắc nhở học sinh chuẩn bị cho buổi tổng kết diễn ra vào ngày 22/11/2022 tại trường THPT Ông Kẹo.
Chuẩn bị cho buổi báo cáo kết quả trải nghiệm
Dự kiến buổi tổng kết diễn ra từ 13:30 ngày 22/11/2022 tại khu xây dựng mô hình thủy điện ở trưởng THPT Ông Kẹo
Các nhóm đã hoàn thành nhiệm vụ và chuẩn bị lời giới thiệu về nhóm cũng như các sản phẩm mà đội mình đã tạo ra Trong buổi trải nghiệm sáng tạo, giáo viên đã đưa ra các câu hỏi liên quan đến vấn đề nghiên cứu của các nhóm, do đó các nhóm cần chuẩn bị kỹ lưỡng cho các vấn đề này.
Hoạt động 3: Trình bày sản phẩm và thảo luận
Buổi tổng kết hoạt động được tổ chức dưới dạng simina như sau:
HS từng nhóm trình bày các các sản phẩm đã chế tạo
Trong phần thi, học sinh sẽ trình bày các sản phẩm đã chế tạo, bao gồm lắp ráp và chạy thử mô hình thủy điện Sau khi giới thiệu sản phẩm, giáo viên sẽ cho các nhóm sản phẩm hoạt động và đưa ra nhận xét Cuối cùng, các nhóm sẽ trả lời các câu hỏi do giáo viên đưa ra.
Trong buổi trình bày, các em đã tạo ra một không khí thoải mái và vui vẻ, thể hiện sự say mê khi giới thiệu sản phẩm của nhóm mình Mỗi em đều trình bày tự nhiên, nêu rõ mục đích, dụng cụ và cách lắp ráp thí nghiệm Tất cả các thí nghiệm được giới thiệu đều thành công và nhận được sự cổ vũ nhiệt tình từ bạn bè và cô giáo.
Đánh giá kết quả thực hiện chủ đề của học sinh
Chúng tôi đã tiến hành đánh giá kết quả thực hiện chủ đề của học sinh nhằm kiểm tra giả thuyết của đề tài thông qua cả hai phương pháp đánh giá định tính và định lượng Việc đánh giá định tính cho phép chúng tôi thu thập những thông tin sâu sắc và chi tiết về trải nghiệm và quan điểm của học sinh.
3.5.1.1 Đánh giá định tính quá trình học tập và kết quả hoạt động chủ đề
Dựa trên quá trình quan sát và theo dõi học sinh trong quá trình học tập cũng như kết quả hoạt động dạy học theo chủ đề, có thể thực hiện đánh giá định tính một cách hiệu quả.
Trong các sản phẩm chủ đề, các em không chỉ trình bày cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của thiết bị mà còn cung cấp thông tin phong phú, thể hiện khả năng tìm tòi và hiểu biết sâu sắc về các thiết bị được nghiên cứu.
Khả năng chế tạo thiết bị của học sinh, mặc dù chưa hoàn thiện, vẫn thể hiện sự sáng tạo và đam mê nghiên cứu khoa học Điều này cũng giúp rèn luyện đức tính cẩn thận và tỉ mỉ trong quá trình học tập.
Khả năng liên hệ thực tiễn, vận dụng lí thuyết vào thực tiễn được cơ bản
3.5.1.2 Đánh giá định tính năng lực giải quyết vấn đề
Hoạt động đánh giá năng lực của học sinh còn gặp nhiều khó khăn do các em chưa quen với việc trả lời các vấn đề và chưa hiểu rõ khung tiêu chí đánh giá Điều này dẫn đến quá trình giải quyết vấn đề còn bỡ ngỡ, lúng túng và thiếu tự tin Phần lớn học sinh trong lớp vẫn còn thụ động, chỉ một số ít tích cực phát biểu ý kiến, do đó việc đánh giá chưa đạt tính khách quan.
Khi học sinh đã quen với phương án đánh giá mới và nhận thức rằng giáo viên không chỉ đánh giá tổng kết dựa vào điểm số, mà còn đánh giá cả quá trình giải quyết vấn đề của từng học sinh, thì đa số học sinh đã có ý thức tích cực trong việc giơ tay phát biểu ý kiến xây dựng bài Nhờ đó, việc đánh giá diễn ra thuận lợi và có thể thực hiện thường xuyên.
Đánh giá theo khung tiêu chí khuyến khích tất cả học sinh tham gia xây dựng bài, vì nếu không tham gia, học sinh sẽ không đạt được năng lực cần thiết, ảnh hưởng đến kết quả tổng kết cuối học kỳ Đồng thời, việc đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học vật lý là điều bình thường, không tạo áp lực cho giáo viên và học sinh.
3.5.2.1 Đánh giá nhóm học sinh của giáo viên Để có thêm căn cứ nhằm đánh giá giả thuyết khoa học của luận văn, chúng tôi dựa vào kết quả bài kiểm tra sau khi học xong chủ đề, các phiếu đánh giá của GV
Chúng tôi đã áp dụng bảng kiểm quan sát dành cho giáo viên như một công cụ để đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh Phiếu đánh giá năng lực giải quyết vấn đề được thiết kế theo mục 2.3 trong luận văn này Kết quả từ phiếu đánh giá này được trình bày trong bảng dưới đây.
Trong quá trình xây dựng bản thiết kế, hầu hết học sinh thể hiện sự hăng hái và tự tin khi trình bày ý kiến cá nhân, với nhiều nhóm thảo luận diễn ra sôi nổi và tự nhiên Các nhóm trưởng đã biết cách điều hành thảo luận hiệu quả, tuy nhiên vẫn còn một số học sinh chưa tích cực tham gia vào công việc nhóm Mặc dù các nhóm đều đưa ra bản thiết kế cụ thể và rõ ràng, chỉ có nhóm 1 và 3 là có bản thiết kế rõ ràng nhất và đạt được mục tiêu đề ra.
HS đã hoàn thành chế tạo mô hình, nhưng một số lý do khiến học sinh ở nhóm 2 chưa thành công trong việc chế tạo sản phẩm Trong khi đó, báo cáo viên ở nhóm 1 chưa trình bày báo cáo một cách rõ ràng và mạch lạc.
3.5.2.2 Đánh giá theo từng thành tố của năng lực giải quyết vấn đề
Bảng 3.1 Bảng đánh giá NL GQVĐ của HS trong chủ đề
Thành tố 1 Thành tố 2 Thành tố 3
Mức độ đạt được NL GQVĐ của HS được trình bày trong bảng 3.2
Bảng 3.2 Tiêu chí đánh giá các mức độ đạt được NL GQVĐ của HS Điều kiện (% trên tổng số điểm) Mức độ đạt được
Thành tố 1: Phân tích được tình huống trong học tập
Bảng 3.3 Các mức độ HS đạt được ở thành tố 1 Họ và tên HS Điểm đạt được % đạt được Mức độ đạt được
Biểu đồ 3.1 Biểu đồ so sánh NL GQVĐ của HS ở thành tố 1
Trong chủ đề chế tạo mô hình thủy điện, có 2 học sinh đạt mức Yếu, 4 học sinh đạt mức Trung bình, 2 học sinh đạt mức Khá và không có học sinh nào đạt mức Tốt Việc các học sinh chưa quen với việc phát hiện và nêu ra các vấn đề đã dẫn đến sự phát triển năng lực giải quyết vấn đề của họ chưa cao.
Thành tố 2: Đề xuất và lựa chọn giải pháp
Bảng 3.4 Các mức độ HS đạt được ở thành tố 2 Họ và tên HS Điểm đạt được % đạt được Mức độ đạt được
Biểu đồ 3.2 Biểu đồ so sánh NL GQVĐ của HS ở thành tố 2
Nhận xét: Từ dữ liệu trong bảng 2.4, có 3 HS đạt mức Trung bình, 4 HS đạt mức
Trong bài kiểm tra, một học sinh đạt mức Tốt và không có học sinh nào đạt mức Yếu, cho thấy sự tiến bộ rõ rệt của các học sinh trong việc đề xuất và lựa chọn giải pháp giải quyết vấn đề.
Thành tố 3: Thực hiện và đánh giá giải pháp giải quyết vấn đề
Bảng 3.5 Các mức độ HS đạt được ở thành tố 3 Họ và tên HS Điểm đạt được % đạt được Mức độ đạt được
Biểu đồ 3.3 Biểu đồ so sánh NL GQVĐ của HS ở thành tố 3
Nhận xét: Từ dữ liệu trong bảng 2.5, Đa số HS đạt mức Khá trở lên Do vậy các
HS đã có sự tiến bộ trong việc thực hiện và đánh giá giải pháp giải quyết vấn đề
3.5.2.3 Đánh giá tổng thể năng lực giải quyết vấn đề
Bảng 3.6 Các mức độ HS đạt được của NL GQVĐ Họ và tên HS Điểm đạt được % đạt được Mức độ đạt được
Biểu đồ 3.4 Biểu đồ so sánh tổng thể NL GQVĐ của HS
Nhận xét: Trong chủ đề chế tạo mô hình thủy điện, có 2 HS đạt mức Trung bình,
5 HS đạt mức Khá, 1 HS đạt mức Tốt và không có HS nào đạt mức Yếu Nhình chung tất cả HS đều có sự tiến bộ trong NL GQVĐ
Qua quá trình quan sát, có 5 học sinh có học lực tương đương, nhưng một bạn đã tiến bộ vượt bậc nhờ tích cực tham gia làm việc nhóm và trao đổi với bạn bè Điều này cho thấy để học sinh phát triển năng lực giải quyết vấn đề hiệu quả, giáo viên cần tổ chức hoạt động học tập phù hợp, đồng thời tìm hiểu đặc điểm và phong cách học tập của học sinh Việc này sẽ giúp tạo động cơ, hứng thú và tăng cường sự tham gia tích cực của học sinh trong các hoạt động giải quyết vấn đề.
Kết quả thực nghiệm sư phạm cho thấy bài học STEM “Chế tạo mô hình thủy điện” đã phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh Học sinh không chỉ trải nghiệm lắp ráp và chế tạo mô hình mà còn tạo ra những sản phẩm hữu ích cho xã hội, đồng thời củng cố kiến thức về chủ đề này, tạo ra không khí học tập sôi nổi và hấp dẫn Khi gặp mâu thuẫn và bất đồng ý kiến trong quá trình thiết kế, chế tạo mô hình và báo cáo sản phẩm, học sinh đã tranh luận và trao đổi một cách tôn trọng và chân thành.