TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG "ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM" VẬT LÍ 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM - Full 10 điểm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM KHOA LÝ – HÓA - SINH ---------- VÕ THỊ TUYẾT HOA TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG "ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM" VẬT LÍ 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Quảng Nam, tháng 06 năm 2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM KHOA LÝ – HÓA - SINH ---------- KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Tên đề tài: TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG "ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM" VẬT LÍ 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM Sinh viên thực hiện VÕ THỊ TUYẾT HOA MSSV: 2116020118 CHUYÊN NGÀNH: SƯ PHẠM VẬT LÝ Khóa học: 2016 – 2020 Cán bộ hướng dẫn ThS. Võ Hoàng Trân Châu MSCB:……………. Quảng Nam, tháng 06 năm 2020 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin kính gửi lời cảm ơn đến BGH trường Đại học Quảng Nam, ban chủ nhiệm khoa Vật lí cùng quý Thầy, Cô trong khoa đã tạo điều kiện để tôi thực hiện khóa luận này. Tôi cũng xin cảm ơn chân thành và sâu sắc đến giảng viên hướng dẫn ThS. Võ Hoàng Trân Châu, khoa Lí – Hóa - Sinh đã định hướng, cố vấn chỉ dẫn, giúp đỡ cho tôi trong suốt quá trình làm khóa luận này, giúp tôi hoàn thành đề tài đúng thời hạn. Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các chuyên gia, các thầy cô giáo và các em HS đã tham gia, hợp tác và tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cha mẹ, gia đình, người thân, bạn bè đã luôn quan tâm, ủng hộ, động viên, khích lệ, và giúp đỡ để tôi hoàn thành tốt bài khóa luận của mình. Mặc dù đã rất cố gắng nhưng khóa luận này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự đóng góp, chỉ bảo từ quý thầy cô để khóa luận được hoàn thiện hơn. Cuối cùng tôi xin kính chúc quý thầy cô giáo trường Đại học Quảng Nam thật dồi dào sức khỏe để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình. Tôi xin chân thành cảm ơn! Quảng Nam, tháng 06 năm 2020 Sinh viên Võ Thị Tuyết Hoa LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình do chính tôi thực hiện. Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong khóa luận là trung thực, khách quan, nghiêm túc và chưa từng được tác giả khác công bố trong bất cứ công trình nào. Nếu phát hiện điều gì không đúng tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về nội dung khóa luận của mình. Quảng Nam, tháng 06 năm 2020 Người nghiên cứu khóa luận Võ Thị Tuyết Hoa MỤC LỤC MỞ ĐẦU ................................................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................................. 1 2. Lịch sử nghiên cứu đề tài .................................................................................................... 2 3. Mục tiêu đề tài ...................................................................................................................... 2 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..................................................................................... 3 5. Nhiệm vụ nghiên cứu .......................................................................................................... 3 6. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................................... 3 7. Giả thuyết khoa học ............................................................................................................. 3 8. Bố cục của khóa luận........................................................................................................... 4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................................................................... 4 CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA DẠY HỌC CHƯƠNG "ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM" VẬT LÍ 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM......................................................................................................................................... 4 1.1. Cơ sở lí luận ...................................................................................................................... 4 1.1.1. Khái niệm STEM........................................................................................................... 4 1.1.2. Giáo dục STEM ............................................................................................................. 5 1.1.3. Một số vấn đề cơ bản về giáo dục STEM .................................................................. 7 1.1.3.1. Mục tiêu giáo dục STEM .......................................................................................... 7 1.1.3.2. Vai trò, ý nghĩa của giáo dục STEM ....................................................................... 7 1.1.4. Giáo dục STEM trong trường trung học .................................................................... 8 1.1.4.1. Dạy học các môn khoa học theo phương thức giáo dục STEM .........................8 1.1.4.2. Tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM và nghiên cứu khoa học........................ 14 1.1.5. Xây dựng và thực hiện bài học STEM ................................................................16 1.1.5.1. Tiêu chí xây dựng bài học STEM .......................................................................... 16 1.1.5.2. Quy trình xây dựng bài học STEM ........................................................................ 18 1.1.5.3. Tiêu chí đánh giá bài học STEM............................................................................ 20 1.2. Cơ sở thực tiễn ................................................................................................................ 22 1.2.1. STEM trong chương trình giáo dục ở Việt Nam ..................................................... 22 1.2.2. Ưu điểm và hạn chế của giáo dục STEM ở Việt Nam ........................................... 23 1.2.2.1. Ưu điểm của giáo dục STEM ................................................................................. 23 1.2.2.2. Hạn chế của giáo dục STEM .................................................................................. 24 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1...................................................................................................... 26 CHƯƠNG 2. TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG " ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM" VẬT LÍ 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM ... 27 2.1. Phân tích nội dung kiến thức của chương “Động lực học chất điểm” Vật lí 10 THPT .............................................................................................................................27 2.2. Mục tiêu chương động lực học chất điểm ................................................................... 28 2.2.1. Mục tiêu về kiến thức ..........................................................................................28 2.2.2. Mục tiêu về kĩ năng .............................................................................................29 2.2.3. Mục tiêu về thái độ ..............................................................................................30 2.3. Thiết kế tiến trình dạy học một số nội dung chương động lực học chất điểm Vật lí 10 theo phương pháp giáo dục STEM ................................................................................. 30 2.3.1. Giếng bơm nước thủ công .......................................................................................... 30 2.3.2. Xe chuyển động nhờ bong bóng ................................................................................ 41 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2...................................................................................................... 52 CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ....................................................................... 53 3.1. Mô tả thực nghiệm sư phạm .......................................................................................... 53 3.1.1. Mục đích thực nghiệm ................................................................................................ 53 3.1.2. Nội dung thực nghiệm ................................................................................................ 53 3.1.3. Đối tượng thực nghiệm ............................................................................................... 53 3.1.4. Thời gian thực nghiệm ................................................................................................ 53 3.1.5. Phương pháp thực nghiệm sư phạm .......................................................................... 53 3.2. Tổ chức thực nghiệm sư phạm ...................................................................................... 53 3.2.1. Chuẩn bị thực nghiệm ................................................................................................. 53 3.2.2. Tổ chức thực nghiệm .................................................................................................. 54 3.2.3. Điều tra thăm dò .......................................................................................................... 55 3.3. Những thuận lợi và khó khăn trong quá trình thực nghiệm. ..................................... 55 3.3.1. Thuận lợi....................................................................................................................... 55 3.3.2. Khó khăn ...................................................................................................................... 55 3.4. Kết quả TN ...................................................................................................................... 56 3.4.1. Kết quả điều tra thăm dò ............................................................................................ 56 3.4.2.1. Kết quả đánh giá về kiến thức ................................................................................ 56 3.4.2.2. Kết quả điều tra HS .................................................................................................. 66 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3...................................................................................................... 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................................. 68 1. Kết luận ............................................................................................................................... 68 2. Kiến nghị............................................................................................................................. 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................................... 70 PHỤ LỤC ................................................................................................................................P1 PHỤ LỤC 1 ............................................................................................................................P1 PHỤ LỤC 2 ............................................................................................................................P4 PHỤ LỤC 3 ............................................................................................................................P6 PHỤ LỤC 4 ............................................................................................................................P7 DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt STEM Science,Technology, Engineering, Mathematics Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học THCS Trung học cơ sở THPT Trung học phổ thông KHKT Khoa học kĩ thuật CLB Câu lạc bộ GD&ĐT Giáo dục và Đào tạo SGK Sách giáo khoa THM Trường học mới VNEN Viet Nam, ESCUELA, NUVEA Trường học mới ở Việt Nam 5E Engagment, Exploration Explanation, Elaboration/Extension, Evaluation Đặt vấn đề, khám phá, giải thích, mở rộng và đánh giá BGDĐT-GDTrH Bộ giáo dục đào tạo – Giáo dục truyền hình NXB Nhà xuất bản BGH Ban giám hiệu TN Thực nghiệm ĐC Đối chứng PPDH Phương pháp dạy học GV Giáo viên HS Học sinh DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Phương pháp dạy học 5E ......................................................................................... 12 Bảng 1.2. Tiêu chí đánh giá dự án khoa học ............................................................................ 15 Bảng 1.3. Tiêu chí đánh giá tiến trình dạy học ......................................................................... 20 Bảng 1.4. Đánh giá kế hoạch dạy học chủ đề STEM trong môn học ....................................... 21 Bảng 2.1. Nội dung kiến thức chương 2 Vật lí 10 cơ bản ........................................................ 27 Bảng 3.1. Bảng phân bố HS được chọn làm mẫu TN .............................................................. 53 Bảng 3.2. Bảng thống kê các điểm số (Xi) của bài kiểm số 1 .................................................. 57 Bảng 3.3. Bảng phân phối tần suất số 1 ................................................................................... 58 Bảng 3.4. Bảng phân bố tần số tích lũy số 1 ............................................................................ 59 Bảng 3.5. Bảng phân loại theo học lực của HS số 1................................................................. 60 Bảng 3.6. Bảng thống kê các điểm số (Xi) của bài kiểm tra số 2 ( Phụ lục 2) ......................... 60 Bảng 3.7. Bảng phân phối tần suất số 2 ................................................................................... 61 Bảng 3.8. Bảng phân bố tần số tích lũy số 2 ............................................................................ 62 Bảng 3.9. Bảng phân loại theo học lực của HS số 2................................................................. 63 Bảng 3.10. Bảng tổng hợp các tham số đặc trưng số 1 ............................................................ 65 Bảng 3.11. Bảng tổng hợp các tham số đặc trưng số 2 ............................................................ 65 Bảng 3.12. Kết quả điều tra mức độ đồng tình của HS ............................................................ 66 DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BIỂU ĐỒ Hình 1.1. Chu trình STEM ......................................................................................................... 4 Hình 1.2. Mối liên hệ của Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học.................................... 6 Hình 1.3. Tiến trình bài học STEM ............................................................................................ 9 Hình 1.4. Mô hình 5E hướng dẫn tích hợp STEM ................................................................... 13 Hình 1.5. Giáo dục STEM và giáo dục truyền thống ............................................................... 25 Biểu đồ 3.1. Phân bố điểm hai nhóm TN và ĐC ...................................................................... 57 Biểu đồ 3.2. Đồ thị phân bố tần suất số 1 ................................................................................. 58 Biểu đồ 3.3. Đồ thị phân bố tần số tích lũy số 1....................................................................... 59 Biểu đồ 3.4. Biểu đồ phân loại HS theo học lực số 1 ............................................................... 60 Biểu đồ 3.5. Phân bố điểm hai nhóm TN và ĐC số 2 .............................................................. 61 Biểu đồ 3.6. Đồ thị phân bố tần suất số 2 ................................................................................. 62 Biểu đồ 3.7. Đồ thị phân bố tần số tích lũy số 2....................................................................... 63 Biểu đồ 3.8. Biểu đồ phân loại HS theo học lực số 2 ............................................................... 64 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Xã hội ngày càng phát triển đòi hỏi con người chúng ta phải chủ động, sáng tạo nhiều hơn trong công việc để mang lại hiệu quả tốt nhất. Điều này đặt ra cho ngành giáo dục nhiệm vụ cần chuẩn bị cho HS những kĩ năng và kiến thức theo chuẩn toàn cầu để đáp ứng với nhu cầu hội nhập ngày càng cao của xã hội. Giáo dục hiện đại chuyển từ dạy học tiếp cận nội dung sang tiếp cận năng lực là một xu hướng đem lại hiệu quả cao trong giáo dục nhưng cũng đòi hỏi người dạy và người học đều phải thay đổi cách dạy và cách học. Giáo dục STEM là một quan điểm dạy học theo tiếp cận liên ngành từ hai trong các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên. Trong đó nội dung học tập được gắn với thực tiễn, phương pháp dạy học theo quan điểm dạy học định hướng hành động. Dạy học theo định hướng giáo dục STEM giúp HS vừa học vừa làm, lí thuyết gắn với thực tiễn. Bên cạnh việc phát triển các năng lực và tư duy kĩ thuật, giáo dục STEM còn có mục đích nhằm định hướng nghề nghiệp cho HS. Mô hình giáo dục này bắt nguồn từ nước Mỹ và được coi như một cuộc cải cách giáo dục mang tính đột phá với mục tiêu xác lập vững chắc vị thế của quốc gia đứng đầu thế giới về kinh tế, khoa học và công nghệ với nguồn lao động chất lượng thuộc các lĩnh vực STEM. Bên cạnh đó tiếp tục làm gia tăng tầm ảnh hưởng của Mỹ với thế giới thông qua những phát minh, sáng chế. Cho đến nay đã có rất nhiều quốc gia theo đuổi chương trình giáo dục STEM bởi họ nhận thấy đó là hướng đi đúng và mang tính tất yếu trong bối cảnh cạnh tranh kinh tế giữa các quốc gia trên thế giới. Việt Nam chúng ta cũng đang từng bước đổi mới giáo dục và hướng đến mô hình giáo dục STEM nhưng chỉ đang ở bước truyền thông và mang tính thử nghiệm, chưa thực sự trở thành một hoạt động giáo dục chính thức trong trường phổ thông. Do vậy, giáo dục STEM rất cần sự quan tâm và nhận thức của toàn xã hội. Trong chương trình Vật lí phổ thông, chương động lực học chất điểm Vật lí 10 có nhiều kiến thức hay và gần gũi với thực tế giúp HS dễ dàng tiếp thu và sáng tạo. Hiện nay đã có những sản phẩm STEM thuộc nội dung chương “Động lực học chất điểm” có giá trị kinh tế được bày bán trên thị trường như những đồ chơi: lò xo cầu vồng, thú nhún, con lắc NEWTON hay các đồ chơi cho trẻ em khác. Đây sẽ là những sản phẩm tạo nguồn cảm hứng cho các bạn trẻ sáng tạo cho mình một món đồ chơi nhỏ hoặc sáng chế ra những sản phẩm to lớn hơn tùy vào năng lực sau khi các bạn 2 được tiếp cận với giáo dục STEM. Thông qua đó, HS có thể phát huy được năng lực tự học, tính tích cực, tự lực, chủ động sáng tạo trong học tập bộ môn Vật lí. Trong giáo dục STEM, HS có thể phát huy được hết khả năng của mình hay không một phần cũng là nhờ hoạt động tổ chức dạy học phong phú, mang tính thực tế cao của người hướng dẫn. Vì vậy, giáo dục STEM đòi hỏi người GV phải hiểu rõ quy trình tổ chức dạy học và có chuyên môn sâu rộng. Xuất phát từ những lí do trên, tôi đã lựa chọn đề tài: "Tổ chức dạy học một số kiến thức chương "Động lực học chất điểm" Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM" để làm đề tài nghiên cứu. 2. Lịch sử nghiên cứu đề tài Hiện nay, có rất nhiều công trình nghiên cứu về STEM và được in thành sách như: Thiết kế và tổ chức chủ đề giáo dục STEM cho HS THCS và cho HS THPT và Dạy học chủ đề STEM cho HS THCS và HS THPT của ThS. Nguyễn Thanh Nga; Giáo dục STEM trong nhà trường phổ thông của Nguyễn Văn Biên ; Dạy học môn Công nghệ phổ thông theo định hướng STEM của Lê Xuân Quang,… Trên cơ sở nghiên cứu, tìm hiểu về giáo dục STEM, ta có thể thấy hầu hết các tài liệu STEM ở trên đều đưa ra những khái niệm chung và thiết kế tổ chức chủ đề giáo dục STEM ở một số môn tổng hợp mà chưa đi sâu vào nghiên cứu riêng từng bộ môn, từng nội dung cụ thể có thể ứng dụng STEM, đặc biệt là đối với bộ môn Vật lí. Trong năm học 2016-2017, Hội đồng Anh đã phối hợp chặt chẽ với Bộ GD&ĐT triển khai thí điểm phương thức giáo dục STEM tại 14 trường trung học thuộc 5 tỉnh/thành phố: Hà Nội (8 trường); Nam Định (1 trường); Quảng Ninh (1 trường); Hải Phòng (1 trường) và Hải Dương (3 trường) bước đầu đem lại những kết quả tích cực. 3. Mục tiêu đề tài - Xây dựng cơ sở lí luận về giáo dục STEM và cơ sở lí luận, cơ sở thực tiễn về dạy học môn Vật lí, cụ thể là nội dung chương động lực học chất điểm lớp 10 theo định hướng giáo dục STEM. - Thiết kế quy trình dạy học một số nội dung kiến thức, phương pháp giải bài tập chương động lực học chất điểm theo định hướng giáo dục STEM và vận dụng vào dạy học môn Vật lí 10 phổ thông ở Việt Nam. 3 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: chương động lực học chất điểm Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM. - Phạm vi nghiên cứu: quá trình dạy và học môn Vật lí 10 chương động lực học chất điểm. Phạm vi khảo sát tại trường THPT Trần Cao Vân, thành phố Tam Kỳ, tỉnh Quảng Nam. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu - Xây dựng cơ sở lí luận và thực tiễn về dạy học môn Vật lí 10 chương động lực học chất điểm theo định hướng giáo dục STEM. - Xây dựng quy trình dạy học một số nội dung chương động lực học Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM. Đề xuất phương pháp luận xây dựng chủ đề giáo dục STEM trong dạy học kiến thức này. Trên cơ sở đó thực nghiệm với môn Vật lí 10 chương động lực học chất điểm. - Thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm nghiệm đánh giá giả thuyết nêu ra. 6. Phương pháp nghiên cứu - Nhóm phương pháp nghiên cứu lí luận (phương pháp phân tích, tổng hợp, khái quát hóa). - Nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn (phương pháp điều tra, phương pháp quan sát sư phạm, phương pháp thực nghiệm sư phạm). - Nhóm phương pháp hỗ trợ (phương pháp thống kê Toán học…). 7. Giả thuyết khoa học Nếu thiết kế được quy trình dạy học môn Vật lí theo định hướng giáo dục STEM và vận dụng vào xây dựng các chủ đề, nội dung, cách thức tổ chức hoạt động dạy và học, kiểm tra đánh giá môn Vật lí sẽ tác động tích cực đến kết quả học tập, tạo sự hứng thú và góp phần hình thành, phát triển năng lực cốt lõi (năng lực giải quyết vấn đề, năng lực sáng tạo, năng lực hợp tác, làm việc nhóm,…) cho HS trong dạy học môn Vật lí theo định hướng đổi mới toàn diện giáo dục Việt Nam. Sau mỗi tiết học STEM, HS hợp tác và được làm việc nhóm cùng nhau để thảo luận đưa ra ý tưởng thiết kế một mô hình liên quan đến bài học. Từ những gợi ý cụ thể của giáo viên, mỗi cá nhân sẽ phát huy được tính tư duy sáng tạo của mình và biết cách xử lí vấn đề khi gặp phải trong quá trình học tập STEM. 4 8. Bố cục của khóa luận Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, phụ lục thì khóa luận gồm có 3 chương: Chương 1. Cơ sở lí luận và thực tiễn của dạy học chương "Động lực học chất điểm" Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM. Chương 2. Tổ chức dạy học một số kiến thức chương "Động lực học chất điểm" Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM. Chương 3. Thực nghiệm sư phạm. 4 PHẦN 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA DẠY HỌC CHƯƠNG "ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM" VẬT LÍ 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 1.1. Cơ sở lí luận 1.1.1. Khái niệm STEM STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học). Thuật ngữ này thường được sử dụng khi giải quyết các chính sách giáo dục và lựa chọn chương trình giảng dạy trong các trường học để nâng cao khả năng cạnh tranh trong phát triển Khoa học và Công nghệ. Sự phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học được mô tả bởi chu trình STEM (Hình 1.1), trong đó Science là quy trình sáng tạo ra kiến thức khoa học; Engineering là quy trình sử dụng kiến thức khoa học để thiết kế công nghệ mới nhằm giải quyết các vấn đề; Mathematics là công cụ được sử dụng để thu nhận kết quả và chia sẻ kết quả đó với những người khác. Hình 1.1. Chu trình STEM “Science” trong chu trình STEM được mô tả bởi một mũi tên từ “Technology” sang “Knowledge” thể hiện quy trình sáng tạo khoa học. Đứng trước thực tiễn với "Công nghệ" hiện tại, các nhà khoa học, với năng lực tư duy phản biện, luôn đặt ra những câu hỏi/vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện công nghệ, đó là các câu Engineers: Solve problems (Kĩ sư: Giải quyết vấn đề) Scientists: answer questions (Nhà khoa học: Trả lời câu hỏi) Science Engineering Technology Math Knowledge the STEM cycle 5 hỏi/vấn đề khoa học. Trả lời các câu hỏi khoa học hoặc giải quyết các vấn đề khoa học sẽ phát minh ra các "Kiến thức" khoa học. Ngược lại, “Engineering” trong chu trình STEM được mô tả bởi một mũi tên từ “Knowledge” sang “Technology” thể hiện quy trình kĩ thuật. Các kĩ sư sử dụng "Kiến thức" khoa học để thiết kế, sáng tạo ra công nghệ mới. Như vậy, trong chu trình STEM, "Science" được hiểu không chỉ là "Kiến thức" thuộc các môn khoa học (như Vật lí, Hoá học, Sinh học) mà bao hàm "Quy trình khoa học" để phát minh ra kiến thức khoa học mới. Tương tự như vậy, "Engineering" trong chu trình STEM không chỉ là "Kiến thức" thuộc lĩnh vực "Kĩ thuật" mà bao hàm "Quy trình kĩ thuật" để sáng tạo ra "Công nghệ" mới. Hai quy trình nói trên tiếp nối nhau, khép kín thành chu trình sáng tạo Khoa học – Kĩ thuật theo mô hình "xoáy ốc" mà cứ sau mỗi chu trình thì lượng kiến thức khoa học tăng lên và cùng với nó là công nghệ phát triển ở trình độ cao hơn. 1.1.2. Giáo dục STEM Giáo dục STEM là một cách tiếp cận liên ngành trong quá trình học, trong đó các khái niệm học thuật mang tính nguyên tắc được lồng ghép với các bài học trong thực tế, ở đó các HS áp dụng các kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán vào trong bối cảnh cụ thể, giúp kết nối giữa trường học, cộng đồng, nơi làm việc và các tổ chức toàn cầu, để từ đó phát triển các năng lực trong lĩnh vực STEM và cùng với đó có thể cạnh tranh trong nền kinh tế mới. Trong nghiên cứu này giáo dục STEM cũng có thể được hiểu theo tác giả Lê Xuân Quang như sau: “Giáo dục STEM là một quan điểm dạy học theo tiếp cận liên ngành từ hai trong các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên. Trong đó nội dung học tập được gắn với thực tiễn, phương pháp dạy học theo quan điểm dạy học định hướng hành động”. STEM được hiểu trong giáo dục là: Science (Khoa học): Là môn học nhằm phát triển khả năng sử dụng các kiến thức Khoa học (Vật lí, Hóa học, Sinh học và Khoa học Trái Đất) của HS, không chỉ giúp HS hiểu về thế giới tự nhiên mà còn có thể vận dụng kiến thức đó để giải quyết các vấn đề khoa học trong cuộc sống hàng ngày. Technology (Công nghệ): Là môn học nhằm phát triển khả năng sử dụng, quản lí, hiểu và đánh giá công nghệ của HS. Nó cung cấp cho HS những cơ hội để hiểu về công nghệ được phát triển như thế nào, cung cấp cho những kĩ năng để có thể phân 6 tích được sự ảnh hưởng của công nghệ mới tới cuộc sống hàng ngày của HS và của cộng đồng… Engineering (Kĩ thuật): Là môn học nhằm phát triển sự hiểu biết ở HS về cách công nghệ đang phát triển thông qua quá trình thiết kế kĩ thuật. Kĩ thuật cung cấp cho HS những cơ hội để tích hợp kiến thức của nhiều môn học, giúp cho những khái niệm liên quan trở nên tường minh trong cuộc sống của họ. Kĩ thuật cũng cung cấp cho HS những kĩ năng để có thể vận dụng sáng tạo cơ sở Khoa học và Toán học trong quá trình thiết kế các đối tượng, các hệ thống hay xây dựng các quy trình sản xuất. Mathematics (Toán học): Là môn học nhằm phát triển ở HS khả năng phân tích, biện luận và truyền đạt ý tưởng một cách hiệu quả thông qua việc tính toán, giải thích, các giải pháp giải quyết các vấn đề toán học trong các tình huống đặt ra. Như vậy, giáo dục STEM là một phương thức giáo dục nhằm trang bị cho HS những kiến thức khoa học gắn liền với ứng dụng của chúng trong thực tiễn, qua đó phát triển cho HS năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề cùng với những năng lực khác tương ứng, đáp ứng được yêu cầu của sự phát triển kinh tế – xã hội. Hình 1.2. Mối liên hệ của Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học Ví dụ mối liên hệ của Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trong bài học STEM về chủ đề xây cầu, HS đóng vai là những kĩ sư tư vấn cho một công ty phải sửa hoặc thay thế một cây cầu qua một kênh đào đã bị hư hỏng nặng. HS được học về bản chất của lực, trọng lực và cách làm việc với lực cân bằng. Ở đây, kiến thức về Toán học sẽ được sử dụng trong các tính toán về trọng lực, cân bằng lực. Những kiến thức này sẽ là cơ sở để đưa ra các giải pháp kĩ thuật nhằm tạo ra những cấu trúc ổn định. 7 Hay khi học một chủ đề về hệ Mặt Trời, HS không chỉ đơn thuần học về khoa học để nghiên cứu hệ Mặt Trời gồm những thành phần nào hay đặc điểm của chúng ra sao mà còn được học những ý tưởng phát hiện ra kính thiên văn (Công nghệ), học về giá đỡ cho kính thiên văn (Kĩ thuật), hay học cách tính tỉ lệ khoảng cách giữa các ngôi sao hay bán kính của các ngôi sao (Toán học). 1.1.3. Một số vấn đề cơ bản về giáo dục STEM 1.1.3.1. Mục tiêu giáo dục STEM Dưới góc độ giáo dục và vận dụng trong bối cảnh Việt Nam, giáo dục STEM một mặt thực hiện đầy đủ mục tiêu giáo dục đã nêu trong chương trình giáo dục phổ thông, mặt khác giáo dục STEM nhằm: - Phát triển các năng lực đặc thù của các môn học thuộc về STEM cho HS: Đó là những kiến thức, kĩ năng liên quan đến các môn học Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học. Trong đó HS biết liên kết các kiến thức Khoa học, Toán học để giải quyết các vấn đề thực tiễn. Biết sử dụng, quản lí và truy cập Công nghệ. HS biết về quy trình thiết kế và chế tạo ra các sản phẩm. - Phát triển các năng lực cốt lõi cho HS: Giáo dục STEM nhằm chuẩn bị cho HS những cơ hội cũng như thách thức trong nền kinh tế cạnh tranh toàn cầu của thế kỉ 21. Bên cạnh những hiểu biết về các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật, Toán học, HS sẽ được phát triển tư duy phê phán, khả năng hợp tác để thành công. - Định hướng nghề nghiệp cho HS: Giáo dục STEM sẽ tạo cho HS có những kiến thức, kĩ năng mang tính nền tảng cho việc học tập ở các bậc học cao hơn cũng như cho nghề nghiệp trong tương lai của HS. Từ đó, góp phần xây dựng lực lượng lao động có năng lực, phẩm chất tốt đặc biệt là lao động trong lĩnh vực STEM nhằm đáp ứng mục tiêu xây dựng và phát triển đất nước. 1.1.3.2. Vai trò, ý nghĩa của giáo dục STEM Việc đưa giáo dục STEM vào trường THPT mang lại nhiều ý nghĩa, phù hợp với định hướng đổi mới giáo dục phổ thông. Cụ thể là: – Đảm bảo giáo dục toàn diện: Triển khai giáo dục STEM ở nhà trường, bên cạnh các môn học đang được quan tâm như Toán, Khoa học, các lĩnh vực Công nghệ, Kĩ thuật cũng sẽ được quan tâm, đầu tư trên tất cả các phương diện về đội ngũ GV, chương trình, cơ sở vật chất. 8 – Nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM: Các dự án học tập trong giáo dục STEM hướng tới việc vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các vấn đề thực tiễn, HS được hoạt động, trải nghiệm và thấy được ý nghĩa của tri thức với cuộc sống, nhờ đó sẽ nâng cao hứng thú học tập của HS. – Hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho HS: Khi triển khai các dự án học tập STEM, HS hợp tác với nhau, chủ động và tự lực thực hiện các nhiệm vụ học; được làm quen hoạt động có tính chất nghiên cứu khoa học. Các hoạt động nêu trên góp phần tích cực vào hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực cho HS. – Kết nối trường học với cộng đồng: Để đảm bảo triển khai hiệu quả giáo dục STEM, cơ sở giáo dục phổ thông thường kết nối với các cơ sở giáo dục nghề nghiệp, đại học tại địa phương nhằm khai thác nguồn lực về con người, CSVC triển khai hoạt động giáo dục STEM. Bên cạnh đó, giáo dục STEM phổ thông cũng hướng tới giải quyết các vấn đề có tính đặc thù của địa phương. – Hướng nghiệp, phân luồng: Tổ chức tốt giáo dục STEM ở trường trung học, HS sẽ được trải nghiệm trong các lĩnh vực STEM, đánh giá được sự phù hợp, năng khiếu, sở thích của bản thân với nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM. Thực hiện tốt giáo dục STEM ở trường trung học cũng là cách thức thu hút HS theo học, lựa chọn các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM, các ngành nghề có nhu cầu cao về nguồn nhân lực trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư. 1.1.4. Giáo dục STEM trong trường trung học 1.1.4.1. Dạy học các môn khoa học theo phương thức giáo dục STEM Mỗi bài học STEM trong chương trình giáo dục phổ thông đề cập đến một vấn đề tương đối trọn vẹn, đòi hỏi HS phải học và sử dụng kiến thức thuộc các môn học trong chương trình để sử dụng vào giải quyết vấn đề đó. Tiến trình mỗi bài học STEM được thực hiện phỏng theo quy trình kĩ thuật (Hình 1.4), trong đó việc "Nghiên cứu kiến thức nền" (background research) trong tiến trình dạy học mỗi bài học STEM chính là việc học để chiếm lĩnh nội dung kiến thức trong chương trình giáo dục phổ thông tương ứng với vấn đề cần giải quyết trong bài học, trong đó HS là người chủ động nghiên cứu SGK, tài liệu bổ trợ, tiến hành các thí nghiệm theo chương trình học (nếu có) dưới sự hướng dẫn của GV; vận dụng kiến thức đã học để đề xuất, lựa chọn giải pháp giải quyết vấn đề; thực hành thiết kế, chế tạo, thử nghiệm mẫu; chia sẻ, thảo 9 luận, điều chỉnh thiết kế. Thông qua quá trình học tập đó, HS được rèn luyện nhiều kĩ năng để phát triển phẩm chất, năng lực. Hình 1.3. Tiến trình bài học STEM Tiến trình bài học STEM tuân theo quy trình kĩ thuật nêu trên nhưng các "bước" trong quy trình không được thực hiện một cách tuyến tính (hết bước nọ mới sang bước kia) mà có những bước được thực hiện song hành, tương hỗ lẫn nhau. Cụ thể là việc "Nghiên cứu kiến thức nền" được thực hiện đồng thời với "Đề xuất giải pháp"; "Chế tạo mô hình" được thực hiện đồng thời với "Thử nghiệm và đánh giá", trong đó bước này vừa là mục tiêu vừa là điều kiện để thực hiện bước kia. Vì vậy, mỗi bài học STEM được tổ chức theo 5 hoạt động như sau: Hoạt động 1: Xác định vấn đề Trong hoạt động này, GV giao cho HS nhiệm vụ học tập chứa đựng vấn đề, trong đó HS phải hoàn thành một sản phẩm học tập cụ thể với các tiêu chí đòi hỏi HS phải sử dụng kiến thức mới trong bài học để đề xuất, xây dựng giải pháp và thiết kế nguyên mẫu của sản phẩm cần hoàn thành. Tiêu chí của sản phẩm là yêu cầu hết sức quan trọng, bởi đó chính là "tính mới" của sản phẩm, kể cả sản phẩm đó là quen thuộc Xác định vấn đề (Nội dung dạy học theo chương trình được sắp xếp lại phù hợp) Toán Lý Hóa Sinh Nghiên cứu kiến thức nền Tin CN Đề xuất các giải pháp/bản thiết kế Lựa chọn giải pháp/bản thiết kế Chế tạo mô hình (nguyên mẫu) Thử nghiệm và đánh giá Chia sẻ và thảo luận Điều chỉnh thiết kế 10 với HS; đồng thời, tiêu chí đó buộc HS phải nắm vững kiến thức mới thiết kế và giải thích được thiết kế cho sản phẩm cần làm. – Mục đích: Xác định tiêu chí sản phẩm; phát hiện vấn đề/nhu cầu. – Nội dung: Tìm hiểu về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ; đánh giá về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ... – Dự kiến sản phẩm hoạt động của HS: Các mức độ hoàn thành nội dung (Bài ghi chép thông tin về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ; đánh giá, đặt câu hỏi về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ). – Cách thức tổ chức hoạt động: GV giao nhiệm vụ (nội dung, phương tiện, cách thực hiện, yêu cầu sản phẩm phải hoàn thành); HS thực hiện nhiệm vụ (qua thực tế, tài liệu, video; cá nhân hoặc nhóm); Báo cáo, thảo luận (thời gian, địa điểm, cách thức); Phát hiện/phát biểu vấn đề (GV hỗ trợ). Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp Trong hoạt động này, HS thực hiện hoạt động học tích cực, tự lực dưới sự hướng dẫn của GV. Trong bài học STEM sẽ không còn các "tiết học" thông thường mà ở đó GV "giảng dạy" kiến thức mới cho HS. Thay vào đó, HS tự tìm tòi, chiếm lĩnh kiến thức để sử dụng vào việc đề xuất, thiết kế sản phẩm cần hoàn thành. Kết quả là khi HS hoàn thành bản thiết kế thì đồng thời HS cũng đã học được kiến thức mới theo chương trình môn học tương ứng. – Mục đích: Hình thành kiến thức mới và đề xuất giải pháp. – Nội dung: Nghiên cứu nội dung SGK, tài liệu, thí nghiệm để tiếp nhận, hình thành kiến thức mới và đề xuất giải pháp/thiết kế. – Dự kiến sản phẩm hoạt động của HS: Các mức độ hoàn thành nội dung (Xác định và ghi được thông tin, dữ liệu, giải thích, kiến thức mới, giải pháp/thiết kế). – Cách thức tổ chức hoạt động: GV giao nhiệm vụ (Nêu rõ yêu cầu đọc/nghe/nhìn/làm để xác định và ghi được thông tin, dữ liệu, giải thích, kiến thức mới); HS nghiên cứu sách giáo khoa, tài liệu, làm thí nghiệm (cá nhân, nhóm); Báo cáo, thảo luận; GV điều hành, “chốt” kiến thức mới và hỗ trợ HS đề xuất giải pháp/thiết kế mẫu thử nghiệm. Hoạt động 3: Lựa chọn giải pháp Trong hoạt động này, HS được tổ chức để trình bày, giải thích và bảo vệ bản thiết kế kèm theo thuyết minh (sử dụng kiến thức mới học và kiến thức đã có); đó là sự 11 thể hiện cụ thể của giải pháp giải quyết vấn đề. Dưới sự trao đổi, góp ý của các bạn và GV, HS tiếp tục hoàn thiện (có thể phải thay đổi để bảo đảm khả thi) bản thiết kế trước khi tiến hành chế tạo, thử nghiệm. – Mục đích: Lựa chọn giải pháp/bản thiết kế. – Nội dung: Trình bày, giải thích, bảo vệ giải pháp/thiết kế để lựa chọn và hoàn thiện. – Dự kiến sản phẩm hoạt động của HS: Giải pháp/bản thiết kế được lựa chọn/hoàn thiện. – Cách thức tổ chức hoạt động: GV giao nhiệm vụ (Nêu rõ yêu cầu HS trình bày, báo cáo, giải thích, bảo vệ giải pháp/thiết kế); HS báo cáo, thảo luận; GV điều hành, nhận xét, đánh giá và hỗ trợ HS lựa chọn giải pháp/thiết kế mẫu thử nghiệm. Hoạt động 4: Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá Trong hoạt động này, HS tiến hành chế tạo mẫu theo bản thiết kế đã hoàn thiện sau bước 3; trong quá trình chế tạo đồng thời phải tiến hành thử nghiệm và đánh giá. Trong quá trình này, HS cũng có thể phải điều chỉnh thiết kế ban đầu để bảo đảm mẫu chế tạo là khả thi. – Mục đích: Chế tạo và thử nghiệm mẫu thiết kế. – Nội dung: Lựa chọn dụng cụ/thiết bị thí nghiệm; chế tạo mẫu theo thiết kế; thử nghiệm và điều chỉnh. – Dự kiến sản phẩm hoạt động của HS: Dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật… đã chế tạo và thử nghiệm, đánh giá. – Cách thức tổ chức hoạt động: GV giao nhiệm vụ (lựa chọn dụng cụ/thiết bị thí nghiệm để chế tạp, lắp ráp…); HS thực hành chế tạo, lắp ráp và thử nghiệm; GV hỗ trợ HS trong quá trình thực hiện. Hoạt động 5: Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh Trong hoạt động này, HS được tổ chức để trình bày sản phẩm học tập đã hoàn thành; trao đổi, thảo luận, đánh giá để tiếp tục điều chỉnh, hoàn thiện. – Mục đích: Trình bày, chia sẻ, đánh giá sản phẩm nghiên cứu. – Nội dung: Trình bày và thảo luận. – Dự kiến sản phẩm hoạt động của HS: Dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật... đã chế tạo được và bài trình bày báo cáo. 12 – Cách thức tổ chức hoạt động: GV giao nhiệm vụ (mô tả rõ yêu cầu và sản phẩm trình bày); HS báo cáo, thảo luận (bài báo cáo, trình chiếu, video, dung cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật đã chế tạo…) theo các hình thức phù hợp (trưng bày, triển lãm, sân khấu hóa); GV đánh giá, kết luận, cho điểm và định hướng tiếp tục hoàn thiện. Sự phù hợp của tiến trình tổ chức các hoạt động học của HS trong các bài học STEM với phương pháp dạy học tích cực được mô tả trong bảng sau: Bảng 1.1. Phương pháp dạy học 5E Phương pháp dạy học 5E Mô hình THM (VNEN) Giáo dục STEM Engagement (Đặt vấn đề) Khởi động Xác định vấn đề/ nhu cầu thực tiễn HOẠT ĐỘNG 1: Xác định vấn đề (nêu rõ tiêu chí dụng cụ/thiết bị… cần chế tạo) Exploration (khám phá) Hình thành kiến thức Nghiên cứu kiến thức mới cần sử dụng HOẠT ĐỘNG 2: Học kiến thức mới; Đề xuất các giải pháp/Bản thiết kế mẫu cần chế tạo Explanation (giải thích) Luyện tập Elaboration/Extension (mở rộng, thiết kế) Vận dụng hoặc/và mở rộng Đề xuất các giải pháp/ Bản thiết kế Lựa chọn 1 giải pháp/ Bản thiết kế HOẠT ĐỘNG 3: Trình bày/giải thích/bảo vệ giải pháp/Bản thiết kế mẫu Chế tạo mẫu HOẠT ĐỘNG 4: Lựa chọn dụng cụ, Chế tạo mẫu Thử nghiệm – Đánh giá 13 và thử nghiệm Chia sẻ và thảo luận HOẠT ĐỘNG 5: Trình bày sản phẩm, Đánh giá, Điều chỉnh thiết kế Evaluation (đánh giá) Điều chỉnh thiết kế Quy trình 5E gồm có 5 giai đoạn trong một chuỗi quá trình dạy học là: Engagement (Đặt vấn đề), Exploration (khám phá), Explanation (giải thích), Elaboration/Extension (mở rộng) và Evaluation (đánh giá) (Hình 1.4). Hình 1.4. Mô hình 5E hướng dẫn tích hợp STEM Engagement (Đặt vấn đề): Mục tiêu của giai đoạn này là để tạo sự chú ý và quan tâm của HS. HS được đặt vào những tình huống, sự kiện hay vấn đề liên quan đến nội dung học tập mang tính thách thức và gợi nhu cầu HS cần phải giải quyết. Về bản chất, ở đây là tạo các tình huống có vấn đề khiến HS có những suy nghĩ như: tại sao điều đó lại có thể xảy ra, tôi cũng đã từng suy nghĩ nhưng không biết lí giải thế nào, tôi muốn tìm hiểu thêm về vấn đề này… Và khi đó HS cảm thấy cần thiết phải giải quyết hay học thêm một vấn đề gì đó. Exploration (khám phá): Đây là giai đoạn HS trải nghiệm thông qua các hoạt động như thu thập thông tin dữ liệu, quan sát mô hình, thí nghiệm, điều tra… để giải thích các hiện tượng và phát triển khả năng nhận thức của bản thân. Vai trò của GV trong giai đoạn khám phá là người chỉ dẫn và khởi đầu cho hoạt động. Cung cấp cho HS những kiến thức nền cần thiết; những dụng cụ, nguyên vật liệu phục vụ hoạt động trải nghiệm của HS và điều chỉnh những nhận thức sai lầm mà HS có thể gặp phải trong quá trình khám phá. 14 Đây là giai đoạn HS suy nghĩ, lập kế hoạch và tổ chức những thông tin dữ liệu thu thập được. Giai đoạn này HS có thể thực hiện các thí nghiệm, tiến hành nghiên cứu, thiết kế các quy trình, thiết kế mẫu… Lựa chọn và áp dụng các phương pháp tiếp cận có hệ thống thích hợp để trả lời câu hỏi mang tính phức hợp, để điều tra các vấn đề mang tính thời sự và phát triển các giải pháp cho những thách thức và các vấn đề trong thế giới thực. Explanation (giải thích): HS phân tích và diễn giải các dữ liệu. Trao đổi những kiến thức và các giải pháp mang tính khả thi. Sử dụng công nghệ thích hợp để phân tích và thông tin liên lạc. Elaboration/Extension (mở rộng): Giai đoạn này HS có cơ hội được mở rộng và củng cố những hiểu biết của mình về các khái niệm, kiến thức. HS tinh chỉnh các giải pháp, các quy trình. Sửa đổi quy trình thử nghiệm để tìm hiểu thêm. Xác định và phân tích các kết nối đến nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM. Evaluation (đánh giá) : Đánh giá được tiến hành thông qua việc HS phải trình bày giải pháp của họ nhằm giải quyết các vấn đề được đặt ra ban đầu. HS được tham gia đánh giá đồng đẳng. HS phải chứng minh sự hiểu biết của mình dựa trên kết quả các nhiệm vụ thực hiện. GV sẽ đánh giá cả kiến thức và kĩ năng của HS, xem xét những minh chứng cho thấy sự hiểu biết của HS. Quy trình trên được xây dựng dựa trên lí thuyết kiến tạo, giúp HS có thể tự xây dựng những hiểu biết của mình thông qua những trải nghiệm và những ý tưởng mới. 1.1.4.2. Tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM và nghiên cứu khoa học Trên cơ sở các bài học STEM cho tất cả HS nêu trên, trong quá trình thực hiện sẽ có một số HS có sở trường, hứng thú, nhất là đối với hoạt động 4 và hoạt động 5 (là những HS có vai trò chủ chốt của nhóm trong việc chế tạo, thử nghiệm mẫu) cần được khuyến khích và tạo điều kiện để tiếp tục mở rộng, đi sâu. Nhà trường cần có những hình thức tổ chức phù hợp tạo môi trường để các HS này được phát huy năng lực, sở trường của mình; cũng từ đó phát hiện và hướng dẫn những HS say mê nghiên cứu thực hiện các dự án khoa học, kĩ thuật để tham gia "Cuộc thi khoa học kĩ thuật dành cho HS trung học", “Ngày hội STEM” và những cuộc thi khoa học Kĩ thuật khác. Đây là mức độ cao của giáo dục STEM trong giáo dục phổ thông. 15 Tiêu chí đánh giá dự án khoa học, kĩ thuật như sau: Bảng 1.2. Tiêu chí đánh giá dự án khoa học Dự án khoa học Dự án kĩ thuật 1. Câu hỏi nghiên cứu (10 điểm) 1. Vấn đề nghiên cứu (10 điểm) – Mục tiêu tập trung và rõ ràng; – Xác định được sự đóng góp vào lĩnh vực nghiên cứu; – Có thể đánh giá được bằng các phương pháp khoa học. – Mô tả sự đòi hỏi thực tế hoặc vấn đề cần giải quyết; – Xác định các tiêu chí cho giải pháp đề xuất; – Lí giải về sự cấp thiết; 2. Thiết kế và phương pháp (15 điểm) 2. Thiết kế và phương pháp (15 điểm) – Kế hoạch được thiết kế và các phương pháp thu thập dữ liệu tốt; – Các tham số, thông số và biến số phù hợp và hoàn chỉnh. – Sự tìm tòi các phương án khác nhau để đáp ứng nhu cầu hoặc giải quyết vấn đề; – Xác định giải pháp; – Phát triển nguyên mẫu/mô hình. 3. Thực hiện: thu thập, phân tích và giải thích dữ liệu (20 điểm) 3. Thực hiện: Xây dựng và kiểm tra (20 điểm) – Thu thập và phân tích dữ liệu một cách hệ thống; – Tính có thể lặp lại của kết quả; – Áp dụng các phương pháp toán học và thống kê phù hợp; – Dữ liệu thu thập đủ hỗ trợ cho giải thích và các kết luận. – Nguyên mẫu chứng minh được thiết kế dự kiến; – Nguyên mẫu được kiểm tra trong nhiều điều kiện/thử nghiệm. – Nguyên mẫu chứng minh được kĩ năng công nghệ và sự hoàn chỉnh. 4. Sự sáng tạo (20 điểm) Dự án chứng minh tính sáng tạo đáng kể trong một hay nhiều tiêu chí ở trên. 5. Trình bày (35 điểm) a) Áp phích (Poster) (10 điểm) – Sự bố trí lôgic của vật/tài liệu; – Sự rõ ràng của các đồ thị và chú thích; – Sự hỗ trợ của các tài liệu trưng bày. 16 b) Phỏng vấn (25 điểm) – Trả lời rõ ràng, súc tích, sâu sắc các câu hỏi; – Hiểu biết cơ sở khoa học liên quan đến dự án; – Hiểu biết về sự giải thích và hạn chế của các kết quả và các kết luận; – Mức độ độc lập trong thực hiện dự án; – Sự thừa nhận khả năng tác động tiềm tàng về khoa học, xã hội, kinh tế; – Chất lượng của các ý tưởng cho nghiên cứu tiếp theo; – Đối với các dự án tập thể, sự đóng góp và hiểu biết về dự án của tất cả các thành viên. 1.1.5. Xây dựng và thực hiện bài học STEM 1.1.5.1. Tiêu chí xây dựng bài học STEM Tiêu chí 1: Chủ đề bài học STEM tập trung vào các vấn đề của thực tiễn Trong các bài học STEM, HS được đặt vào các vấn đề thực tiễn xã hội, kinh tế, môi trường và yêu cầu tìm các giải pháp. Tiêu chí 2: Cấu trúc bài học STEM theo quy trình thiết kế kĩ thuật Quy trình thiết kế kĩ thuật cung cấp một tiến trình linh hoạt đưa HS từ việc xác định một vấn đề hoặc một yêu cầu thiết kế đến sáng tạo và phát triển một giải pháp. Theo quy trình này, HS thực hiện các hoạt động: (1) Xác định vấn đề – (2) Nghiên cứu kiến thức nền – (3) Đề xuất các giải pháp/thiết kế – (4) Lựa chọn giải pháp/thiết kế – (5) Chế tạo mô hình (nguyên mẫu) – (6) Thử nghiệm và đánh giá – (7) Chia sẻ và thảo luận – (8) Điều chỉnh thiết kế. Trong thực tiễn dạy học, quy trình 8 bước này được thể hiện qua 5 hoạt động chính: Hoạt động 1: xác định vấn đề (yêu cầu thiết kế, chế tạo) Hoạt động 2: nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất các giải pháp thiết kế Hoạt động 3: trình bày và thảo luận phương án thiết kế Hoạt động 4: chế tạo mô hình/thiết bị... theo phương án thiết kế (đã được cải tiến theo góp ý); thử nghiệm và đánh giá Hoạt động 5: Trình bày và thảo luận về sản phẩm được chế tạo; điều chỉnh thiết kế ban đầu. Trong quy trình kĩ thuật, các nhóm HS thử nghiệm các ý tưởng dựa nghiên cứu của mình, sử dụng nhiều cách tiếp cận khác nhau, mắc sai lầm, chấp nhận và học từ sai 17 lầm, và thử lại. Sự tập trung của HS là phát triển các giải pháp để giải quyết vấn đề đặt ra, nhờ đó học được và vận dụng được kiến thức mới trong chương trình giáo dục. Tiêu chí 3: Phương pháp dạy học bài học STEM đưa HS vào hoạt động tìm tòi và khám phá, định hướng hành động, trải nghiệm và sản phẩm Quá trình tìm tòi khám phá được thể hiện trong tất cả các hoạt động của chủ đề STEM, tuy nhiên trong hoạt động 2 và hoạt động 4 quá trình này cần được khai thác triệt để. trong hoạt động 2 HS sẽ thực hiện các quan sát, tìm tòi, khám phá để xây dựng, kiểm chứng các quy luật, qua đó học được kiến thức nền đồng thời rèn luyện các kĩ năng tiến trình như: quan sát, đưa ra dự đoán, tiến hành thí nghiệm, đo đạc, thu thập số liệu, phân tích số liệu… trong hoạt động 4, quá trình tìm tòi khám phá được thể hiện giúp HS kiểm chứng các giải pháp khác nhau để tối ưu hoá sản phẩm. Trong các bài học STEM, hoạt động học của HS được thực hiện theo hướng mở có "khuôn khổ" về các điều kiện mà HS được sử dụng (chẳng hạn các vật liệu khả dụng). hoạt động học của HS là hoạt động được chuyển giao và hợp tác; các quyết định về giải pháp giải quyết vấn đề là của chính HS. HS thực hiện các hoạt động trao đổi thông tin để chia sẻ ý tưởng và tái thiết kế nguyên mẫu của mình nếu cần. HS tự điều chỉnh các ý tưởng của mình và thiết kế hoạt động tìm tòi, khám phá của bản thân. Tiêu chí 4: Hình thức tổ chức bài học STEM lôi cuốn HS vào hoạt động nhóm kiến tạo Giúp HS làm việc trong một nhóm kiến tạo là một việc khó khăn, đòi hỏi tất cả GV STEM ở trường làm việc cùng nhau để áp dụng phương thức dạy học theo nhóm, sử dụng cùng một ngôn ngữ, tiến trình và yêu cầu về sản phẩm học tập mà HS phải hoàn thành. Làm việc nhóm trong thực hiện các hoạt động của bài học STEM là cơ sở phát triển năng lực giao tiếp và hợp tác cho HS. Tiêu chí 5: Nội dung bài học STEM áp dụng chủ yếu từ nội dung khoa học và toán mà HS đã và đang học Trong các bài học STEM, GV cần kết nối và tích hợp một cách có mục đích nội dung từ các chương trình Khoa học, Công nghệ, Tin học và Toán. Lập kế hoạch để hợp tác với các GV Toán, Công nghệ, Tin học và Khoa học khác để hiểu rõ nội hàm của việc làm thế nào để các mục tiêu khoa học có thể tích hợp trong một bài học đã cho. Từ đó, HS dần thấy rằng Khoa học, Công nghệ, Tin học và Toán không phải là 18 các môn học độc lập, mà chúng liên kết với nhau để giải quyết các vần đề. Điều đó có liên quan đến việc học Toán, Công nghệ, Tin học và Khoa học của HS. Tiêu chí 6: Tiến trình bài học STEM tính đến có nhiều đáp án đúng và coi sự thất bại như là một phần cần thiết trong học tập Một câu hỏi nghiên cứu đặt ra, có thể đề xuất nhiều giả thuyết khoa học; một vấn đề cần giải quyết, có thể đề xuất nhiều phương án, và lựa chọn phương án tối ưu. Trong các giả thuyết khoa học, chỉ có một giả thuyết đúng. Ngược lại, các phương án giải quyết vấn đề đều khả thi, chỉ khác nhau ở mức độ tối ưu khi giải quyết vấn đề. Tiêu chí này cho thấy vai trò quan trọng của năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo trong dạy học STEM. 1.1.5.2. Quy trình xây dựng bài học STEM Bước 1: Lựa chọn chủ đề bài học Căn cứ vào nội dung kiến thức trong chương trình môn học và các hiện tượng, quá trình gắn với các kiến thức đó trong tự nhiên; quy trình hoặc thiết bị công nghệ có sử dụng của kiến thức đó trong thực tiễn để lựa chọn chủ đề của bài học. Những ứng dụng đó có thể là: Cầu vồng – Ra đar – Máy quang phổ lăng kính; Kính tiềm vọng, kính mắt; Ống nhòm, kính thiên văn; Sự chìm, nổi – lực đẩy Ác–si–mét – Thuyền/bè; Hiện tượng cảm ứng điện từ – Định luật Cảm ứng điện từ và Định luật Lenxơ – Máy phát điện/động cơ điện; Vật liệu cơ khí; Các phương pháp gia công cơ khí; Các cơ cấu truyền và biến đổi chuyển động; Các mối ghép cơ khí; Mạch điện điều khiển cho ngôi nhà thông minh... Bước 2: Xác định vấn đề cần giải quyết Sau khi chọn chủ đề của bài học, cần xác định vấn đề cần giải quyết để giao cho HS thực hiện sao cho khi giải quyết vấn đề đó, HS phải học được những kiến thức, kĩ năng cần dạy trong chương trình môn học đã được lựa chọn (đối với STEM kiến tạo) hoặc vận dụng những kiến thức, Kĩ năng đã biết (đối với STEM vận dụng) để xây dựng bài học. Theo những ví dụ nêu trên, nhiệm vụ giao cho HS thực hiện trong các bài học có thể là: Thiết kế, chế tạo một máy quang phổ đơn giản trong bài học về bản chất sóng của ánh sáng; Thiết kế, chế tạo một ống nhòm đơn giản khi học về hiện tượng phản xạ và khúc xạ ánh sáng; Chế tạo bè nổi/thuyền khi học về Định luật Ác– si–mét; Chế tạo máy phát điện/động cơ điện khi học về cảm ứng điện từ; Thiết kế mạch lôgic khi học về dòng điện không đổi; Thiết kế robot leo dốc, cầu bắc qua hai 19 trụ, hệ thống tưới nước tự động, mạch điện cảnh báo và điều khiển cho ngôi nhà thông minh. Trong quá trình này, việc thử nghiệm chế tạo trước các nguyên mẫu có thể hỗ trợ rất tốt quá trình xây dựng chủ đề. Qua quá trình xây dựng, GV có thể hình dung các khó khăn HS có thể gặp phải, các cơ hội vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề cũng như xác định được đúng đắn các tiêu chí của sản phẩm trong bước 3. Bước 3: Xây dựng tiêu chí của thiết bị/giải pháp giải quyết vấn đề Sau khi đã xác định vấn đề cần giải quyết/sản phẩm cần chế tạo, cần xác định rõ tiêu chí của giải pháp/sản phẩm. Những tiêu chí này là căn cứ quan trọng để đề xuất giả thuyết khoa học/giải pháp giải quyết vấn đề/thiết kế mẫu sản phẩm. Đối với các ví dụ nêu trên, tiêu chí có thể là: Chế tạo máy quang phổ sử dụng lăng kính, thấu kính hội tụ; tạo được các tia ánh sáng màu từ nguồn sáng trắng; Chế tạo ống nhòm/kính thiên văn từ thấu kính hội tụ, phân kì; quan sát được vật ở xa với độ bội giác trong khoảng nào đó,…. Các tiêu chí cũng phải hướng tới vi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM KHOA LÝ – HÓA - SINH

- -

VÕ THỊ TUYẾT HOA

TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG

"ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM" VẬT LÍ 10

THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Quảng Nam, tháng 06 năm 2020

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM

KHOA LÝ – HÓA - SINH

THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM

Sinh viên thực hiện

VÕ THỊ TUYẾT HOA MSSV: 2116020118

CHUYÊN NGÀNH: SƯ PHẠM VẬT LÝ

Khóa học: 2016 – 2020 Cán bộ hướng dẫn

ThS Võ Hoàng Trân Châu

MSCB:………

Quảng Nam, tháng 06 năm 2020

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin kính gửi lời cảm ơn đến BGH trường Đại học Quảng Nam, ban chủ nhiệm khoa Vật lí cùng quý Thầy, Cô trong khoa đã tạo điều kiện để tôi thực hiện khóa luận này

Tôi cũng xin cảm ơn chân thành và sâu sắc đến giảng viên hướng dẫn ThS Võ Hoàng Trân Châu, khoa Lí – Hóa - Sinh đã định hướng, cố vấn chỉ dẫn, giúp đỡ cho tôi trong suốt quá trình làm khóa luận này, giúp tôi hoàn thành đề tài đúng thời hạn

Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các chuyên gia, các thầy cô giáo và các em

HS đã tham gia, hợp tác và tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cha mẹ, gia đình, người thân, bạn bè đã luôn quan tâm, ủng hộ, động viên, khích lệ, và giúp đỡ để tôi hoàn thành tốt bài khóa luận của mình

Mặc dù đã rất cố gắng nhưng khóa luận này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự đóng góp, chỉ bảo từ quý thầy cô để khóa luận được hoàn thiện hơn

Cuối cùng tôi xin kính chúc quý thầy cô giáo trường Đại học Quảng Nam thật dồi dào sức khỏe để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình Tôi xin chân thành

cảm ơn!

Quảng Nam, tháng 06 năm 2020

Sinh viên

Võ Thị Tuyết Hoa

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình do chính tôi thực hiện Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong khóa luận là trung thực, khách quan, nghiêm túc và chưa từng được tác giả khác công bố trong bất cứ công trình nào Nếu phát hiện điều gì không đúng tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về nội dung khóa luận của mình

Quảng Nam, tháng 06 năm 2020 Người nghiên cứu khóa luận

Võ Thị Tuyết Hoa

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Lịch sử nghiên cứu đề tài 2

3 Mục tiêu đề tài 2

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

5 Nhiệm vụ nghiên cứu 3

6 Phương pháp nghiên cứu 3

7 Giả thuyết khoa học 3

8 Bố cục của khóa luận 4

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 4

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA DẠY HỌC CHƯƠNG "ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM" VẬT LÍ 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 4

1.1 Cơ sở lí luận 4

1.1.1 Khái niệm STEM 4

1.1.2 Giáo dục STEM 5

1.1.3 Một số vấn đề cơ bản về giáo dục STEM 7

1.1.3.1 Mục tiêu giáo dục STEM 7

1.1.3.2 Vai trò, ý nghĩa của giáo dục STEM 7

1.1.4 Giáo dục STEM trong trường trung học 8

1.1.4.1 Dạy học các môn khoa học theo phương thức giáo dục STEM 8

1.1.4.2 Tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM và nghiên cứu khoa học 14

1.1.5 Xây dựng và thực hiện bài học STEM 16

1.1.5.1 Tiêu chí xây dựng bài học STEM 16

1.1.5.2 Quy trình xây dựng bài học STEM 18

1.1.5.3 Tiêu chí đánh giá bài học STEM 20

1.2 Cơ sở thực tiễn 22

1.2.1 STEM trong chương trình giáo dục ở Việt Nam 22

1.2.2 Ưu điểm và hạn chế của giáo dục STEM ở Việt Nam 23

1.2.2.1 Ưu điểm của giáo dục STEM 23

1.2.2.2 Hạn chế của giáo dục STEM 24

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 26

CHƯƠNG 2 TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG " ĐỘNG

LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM" VẬT LÍ 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 27

2.1 Phân tích nội dung kiến thức của chương “Động lực học chất điểm” Vật lí 10 THPT 27

2.2 Mục tiêu chương động lực học chất điểm 28

2.2.1 Mục tiêu về kiến thức 28

2.2.2 Mục tiêu về kĩ năng 29

2.2.3 Mục tiêu về thái độ 30

2.3 Thiết kế tiến trình dạy học một số nội dung chương động lực học chất điểm Vật lí 10 theo phương pháp giáo dục STEM 30

2.3.1 Giếng bơm nước thủ công 30

2.3.2 Xe chuyển động nhờ bong bóng 41

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 52

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 53

3.1 Mô tả thực nghiệm sư phạm 53

3.1.1 Mục đích thực nghiệm 53

3.1.2 Nội dung thực nghiệm 53

3.1.3 Đối tượng thực nghiệm 53

3.1.4 Thời gian thực nghiệm 53

3.1.5 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 53

3.2 Tổ chức thực nghiệm sư phạm 53

3.2.1 Chuẩn bị thực nghiệm 53

3.2.2 Tổ chức thực nghiệm 54

3.2.3 Điều tra thăm dò 55

3.3 Những thuận lợi và khó khăn trong quá trình thực nghiệm 55

3.3.1 Thuận lợi 55

3.3.2 Khó khăn 55

3.4 Kết quả TN 56

3.4.1 Kết quả điều tra thăm dò 56

3.4.2.1 Kết quả đánh giá về kiến thức 56

3.4.2.2 Kết quả điều tra HS 66

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 67

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68

1 Kết luận 68

2 Kiến nghị 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 PHỤ LỤC P1 PHỤ LỤC 1 P1 PHỤ LỤC 2 P4 PHỤ LỤC 3 P6 PHỤ LỤC 4 P7

VNEN Viet Nam, ESCUELA,

5E

Engagment, Exploration Explanation,

Elaboration/Extension, Evaluation

Đặt vấn đề, khám phá, giải thích, mở rộng và đánh giá

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Phương pháp dạy học 5E 12

Bảng 1.2 Tiêu chí đánh giá dự án khoa học 15

Bảng 1.3 Tiêu chí đánh giá tiến trình dạy học 20

Bảng 1.4 Đánh giá kế hoạch dạy học chủ đề STEM trong môn học 21

Bảng 2.1 Nội dung kiến thức chương 2 Vật lí 10 cơ bản 27

Bảng 3.1 Bảng phân bố HS được chọn làm mẫu TN 53

Bảng 3.2 Bảng thống kê các điểm số (Xi) của bài kiểm số 1 57

Bảng 3.3 Bảng phân phối tần suất số 1 58

Bảng 3.4 Bảng phân bố tần số tích lũy số 1 59

Bảng 3.5 Bảng phân loại theo học lực của HS số 1 60

Bảng 3.6 Bảng thống kê các điểm số (Xi) của bài kiểm tra số 2 ( Phụ lục 2) 60

Bảng 3.7 Bảng phân phối tần suất số 2 61

Bảng 3.8 Bảng phân bố tần số tích lũy số 2 62

Bảng 3.9 Bảng phân loại theo học lực của HS số 2 63

Bảng 3.10 Bảng tổng hợp các tham số đặc trưng số 1 65

Bảng 3.11 Bảng tổng hợp các tham số đặc trưng số 2 65

Bảng 3.12 Kết quả điều tra mức độ đồng tình của HS 66

DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BIỂU ĐỒ

Hình 1.1 Chu trình STEM 4

Hình 1.2 Mối liên hệ của Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học 6

Hình 1.3 Tiến trình bài học STEM 9

Hình 1.4 Mô hình 5E hướng dẫn tích hợp STEM 13

Hình 1.5 Giáo dục STEM và giáo dục truyền thống 25

Biểu đồ 3.1 Phân bố điểm hai nhóm TN và ĐC 57

Biểu đồ 3.2 Đồ thị phân bố tần suất số 1 58

Biểu đồ 3.3 Đồ thị phân bố tần số tích lũy số 1 59

Biểu đồ 3.4 Biểu đồ phân loại HS theo học lực số 1 60

Biểu đồ 3.5 Phân bố điểm hai nhóm TN và ĐC số 2 61

Biểu đồ 3.6 Đồ thị phân bố tần suất số 2 62

Biểu đồ 3.7 Đồ thị phân bố tần số tích lũy số 2 63

Biểu đồ 3.8 Biểu đồ phân loại HS theo học lực số 2 64

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Xã hội ngày càng phát triển đòi hỏi con người chúng ta phải chủ động, sáng tạo nhiều hơn trong công việc để mang lại hiệu quả tốt nhất Điều này đặt ra cho ngành giáo dục nhiệm vụ cần chuẩn bị cho HS những kĩ năng và kiến thức theo chuẩn toàn cầu để đáp ứng với nhu cầu hội nhập ngày càng cao của xã hội Giáo dục hiện đại chuyển từ dạy học tiếp cận nội dung sang tiếp cận năng lực là một xu hướng đem lại hiệu quả cao trong giáo dục nhưng cũng đòi hỏi người dạy và người học đều phải thay đổi cách dạy và cách học Giáo dục STEM là một quan điểm dạy học theo tiếp cận liên ngành từ hai trong các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên Trong đó nội dung học tập được gắn với thực tiễn, phương pháp dạy học theo quan điểm dạy học định hướng hành động Dạy học theo định hướng giáo dục STEM giúp HS vừa học vừa làm,

lí thuyết gắn với thực tiễn Bên cạnh việc phát triển các năng lực và tư duy kĩ thuật, giáo dục STEM còn có mục đích nhằm định hướng nghề nghiệp cho HS

Mô hình giáo dục này bắt nguồn từ nước Mỹ và được coi như một cuộc cải cách giáo dục mang tính đột phá với mục tiêu xác lập vững chắc vị thế của quốc gia đứng đầu thế giới về kinh tế, khoa học và công nghệ với nguồn lao động chất lượng thuộc các lĩnh vực STEM Bên cạnh đó tiếp tục làm gia tăng tầm ảnh hưởng của Mỹ với thế giới thông qua những phát minh, sáng chế Cho đến nay đã có rất nhiều quốc gia theo đuổi chương trình giáo dục STEM bởi họ nhận thấy đó là hướng đi đúng và mang tính tất yếu trong bối cảnh cạnh tranh kinh tế giữa các quốc gia trên thế giới Việt Nam chúng ta cũng đang từng bước đổi mới giáo dục và hướng đến mô hình giáo dục STEM nhưng chỉ đang ở bước truyền thông và mang tính thử nghiệm, chưa thực

sự trở thành một hoạt động giáo dục chính thức trong trường phổ thông Do vậy, giáo dục STEM rất cần sự quan tâm và nhận thức của toàn xã hội

Trong chương trình Vật lí phổ thông, chương động lực học chất điểm Vật lí 10

có nhiều kiến thức hay và gần gũi với thực tế giúp HS dễ dàng tiếp thu và sáng tạo Hiện nay đã có những sản phẩm STEM thuộc nội dung chương “Động lực học chất điểm” có giá trị kinh tế được bày bán trên thị trường như những đồ chơi: lò xo cầu vồng, thú nhún, con lắc NEWTON hay các đồ chơi cho trẻ em khác Đây sẽ là những sản phẩm tạo nguồn cảm hứng cho các bạn trẻ sáng tạo cho mình một món đồ chơi nhỏ hoặc sáng chế ra những sản phẩm to lớn hơn tùy vào năng lực sau khi các bạn

được tiếp cận với giáo dục STEM Thông qua đó, HS có thể phát huy được năng lực tự học, tính tích cực, tự lực, chủ động sáng tạo trong học tập bộ môn Vật lí Trong giáo dục STEM, HS có thể phát huy được hết khả năng của mình hay không một phần cũng

là nhờ hoạt động tổ chức dạy học phong phú, mang tính thực tế cao của người hướng dẫn Vì vậy, giáo dục STEM đòi hỏi người GV phải hiểu rõ quy trình tổ chức dạy học

và có chuyên môn sâu rộng

Xuất phát từ những lí do trên, tôi đã lựa chọn đề tài: "Tổ chức dạy học một số kiến thức chương "Động lực học chất điểm" Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM" để làm đề tài nghiên cứu

2 Lịch sử nghiên cứu đề tài

Hiện nay, có rất nhiều công trình nghiên cứu về STEM và được in thành sách như: Thiết kế và tổ chức chủ đề giáo dục STEM cho HS THCS và cho HS THPT và Dạy học chủ đề STEM cho HS THCS và HS THPT của ThS Nguyễn Thanh Nga; Giáo dục STEM trong nhà trường phổ thông của Nguyễn Văn Biên ; Dạy học môn Công nghệ phổ thông theo định hướng STEM của Lê Xuân Quang,…

Trên cơ sở nghiên cứu, tìm hiểu về giáo dục STEM, ta có thể thấy hầu hết các tài liệu STEM ở trên đều đưa ra những khái niệm chung và thiết kế tổ chức chủ đề giáo dục STEM ở một số môn tổng hợp mà chưa đi sâu vào nghiên cứu riêng từng bộ môn, từng nội dung cụ thể có thể ứng dụng STEM, đặc biệt là đối với bộ môn Vật lí

Trong năm học 2016-2017, Hội đồng Anh đã phối hợp chặt chẽ với Bộ GD&ĐT triển khai thí điểm phương thức giáo dục STEM tại 14 trường trung học thuộc 5 tỉnh/thành phố: Hà Nội (8 trường); Nam Định (1 trường); Quảng Ninh (1 trường); Hải Phòng (1 trường) và Hải Dương (3 trường) bước đầu đem lại những kết quả tích cực

3 Mục tiêu đề tài

- Xây dựng cơ sở lí luận về giáo dục STEM và cơ sở lí luận, cơ sở thực tiễn về dạy học môn Vật lí, cụ thể là nội dung chương động lực học chất điểm lớp 10 theo định hướng giáo dục STEM

- Thiết kế quy trình dạy học một số nội dung kiến thức, phương pháp giải bài tập chương động lực học chất điểm theo định hướng giáo dục STEM và vận dụng vào dạy học môn Vật lí 10 phổ thông ở Việt Nam

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: chương động lực học chất điểm Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM

- Phạm vi nghiên cứu: quá trình dạy và học môn Vật lí 10 chương động lực học

chất điểm Phạm vi khảo sát tại trường THPT Trần Cao Vân, thành phố Tam Kỳ, tỉnh

Quảng Nam

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Xây dựng cơ sở lí luận và thực tiễn về dạy học môn Vật lí 10 chương động lực học chất điểm theo định hướng giáo dục STEM

- Xây dựng quy trình dạy học một số nội dung chương động lực học Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM Đề xuất phương pháp luận xây dựng chủ đề giáo dục STEM trong dạy học kiến thức này Trên cơ sở đó thực nghiệm với môn Vật lí 10 chương động lực học chất điểm

- Thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm nghiệm đánh giá giả thuyết nêu ra

6 Phương pháp nghiên cứu

- Nhóm phương pháp nghiên cứu lí luận (phương pháp phân tích, tổng hợp,

khái quát hóa)

- Nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn (phương pháp điều tra, phương

pháp quan sát sư phạm, phương pháp thực nghiệm sư phạm)

- Nhóm phương pháp hỗ trợ (phương pháp thống kê Toán học…)

7 Giả thuyết khoa học

Nếu thiết kế được quy trình dạy học môn Vật lí theo định hướng giáo dục STEM và vận dụng vào xây dựng các chủ đề, nội dung, cách thức tổ chức hoạt động dạy và học, kiểm tra đánh giá môn Vật lí sẽ tác động tích cực đến kết quả học tập, tạo

sự hứng thú và góp phần hình thành, phát triển năng lực cốt lõi (năng lực giải quyết vấn đề, năng lực sáng tạo, năng lực hợp tác, làm việc nhóm,…) cho HS trong dạy học môn Vật lí theo định hướng đổi mới toàn diện giáo dục Việt Nam

Sau mỗi tiết học STEM, HS hợp tác và được làm việc nhóm cùng nhau để thảo luận đưa ra ý tưởng thiết kế một mô hình liên quan đến bài học Từ những gợi ý cụ thể của giáo viên, mỗi cá nhân sẽ phát huy được tính tư duy sáng tạo của mình và biết cách xử lí vấn đề khi gặp phải trong quá trình học tập STEM

8 Bố cục của khóa luận

Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, phụ lục thì khóa luận gồm có

PHẦN 2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA DẠY HỌC CHƯƠNG "ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM" VẬT LÍ 10 THEO ĐỊNH

HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 1.1 Cơ sở lí luận

1.1.1 Khái niệm STEM

STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học) Thuật ngữ này thường được

sử dụng khi giải quyết các chính sách giáo dục và lựa chọn chương trình giảng dạy trong các trường học để nâng cao khả năng cạnh tranh trong phát triển Khoa học và Công nghệ

Sự phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học được mô tả bởi chu trình STEM (Hình 1.1), trong đó Science là quy trình sáng tạo ra kiến thức khoa học; Engineering là quy trình sử dụng kiến thức khoa học để thiết kế công nghệ mới nhằm giải quyết các vấn đề; Mathematics là công cụ được sử dụng để thu nhận kết quả và chia sẻ kết quả đó với những người khác

the STEM cycle

hỏi/vấn đề khoa học Trả lời các câu hỏi khoa học hoặc giải quyết các vấn đề khoa học

sẽ phát minh ra các "Kiến thức" khoa học Ngược lại, “Engineering” trong chu trình STEM được mô tả bởi một mũi tên từ “Knowledge” sang “Technology” thể hiện quy trình kĩ thuật Các kĩ sư sử dụng "Kiến thức" khoa học để thiết kế, sáng tạo ra công nghệ mới Như vậy, trong chu trình STEM, "Science" được hiểu không chỉ là "Kiến thức" thuộc các môn khoa học (như Vật lí, Hoá học, Sinh học) mà bao hàm "Quy trình khoa học" để phát minh ra kiến thức khoa học mới Tương tự như vậy, "Engineering" trong chu trình STEM không chỉ là "Kiến thức" thuộc lĩnh vực "Kĩ thuật" mà bao hàm

"Quy trình kĩ thuật" để sáng tạo ra "Công nghệ" mới Hai quy trình nói trên tiếp nối nhau, khép kín thành chu trình sáng tạo Khoa học – Kĩ thuật theo mô hình "xoáy ốc"

mà cứ sau mỗi chu trình thì lượng kiến thức khoa học tăng lên và cùng với nó là công nghệ phát triển ở trình độ cao hơn

1.1.2 Giáo dục STEM

Giáo dục STEM là một cách tiếp cận liên ngành trong quá trình học, trong đó các khái niệm học thuật mang tính nguyên tắc được lồng ghép với các bài học trong thực tế, ở đó các HS áp dụng các kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán vào trong bối cảnh cụ thể, giúp kết nối giữa trường học, cộng đồng, nơi làm việc và các tổ chức toàn cầu, để từ đó phát triển các năng lực trong lĩnh vực STEM và cùng với đó có thể cạnh tranh trong nền kinh tế mới Trong nghiên cứu này giáo dục STEM cũng có thể được hiểu theo tác giả Lê Xuân Quang như sau: “Giáo dục STEM là một quan điểm dạy học theo tiếp cận liên ngành từ hai trong các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên Trong đó nội dung học tập được gắn với thực tiễn, phương pháp dạy học theo quan điểm dạy học định hướng hành động”

STEM được hiểu trong giáo dục là:

Science (Khoa học): Là môn học nhằm phát triển khả năng sử dụng các kiến

thức Khoa học (Vật lí, Hóa học, Sinh học và Khoa học Trái Đất) của HS, không chỉ giúp HS hiểu về thế giới tự nhiên mà còn có thể vận dụng kiến thức đó để giải quyết các vấn đề khoa học trong cuộc sống hàng ngày

Technology (Công nghệ): Là môn học nhằm phát triển khả năng sử dụng, quản

lí, hiểu và đánh giá công nghệ của HS Nó cung cấp cho HS những cơ hội để hiểu về công nghệ được phát triển như thế nào, cung cấp cho những kĩ năng để có thể phân

tích được sự ảnh hưởng của công nghệ mới tới cuộc sống hàng ngày của HS và của cộng đồng…

Engineering (Kĩ thuật): Là môn học nhằm phát triển sự hiểu biết ở HS về cách

công nghệ đang phát triển thông qua quá trình thiết kế kĩ thuật Kĩ thuật cung cấp cho

HS những cơ hội để tích hợp kiến thức của nhiều môn học, giúp cho những khái niệm liên quan trở nên tường minh trong cuộc sống của họ Kĩ thuật cũng cung cấp cho HS những kĩ năng để có thể vận dụng sáng tạo cơ sở Khoa học và Toán học trong quá trình thiết kế các đối tượng, các hệ thống hay xây dựng các quy trình sản xuất

Mathematics (Toán học): Là môn học nhằm phát triển ở HS khả năng phân tích,

biện luận và truyền đạt ý tưởng một cách hiệu quả thông qua việc tính toán, giải thích, các giải pháp giải quyết các vấn đề toán học trong các tình huống đặt ra

Như vậy, giáo dục STEM là một phương thức giáo dục nhằm trang bị cho HS những kiến thức khoa học gắn liền với ứng dụng của chúng trong thực tiễn, qua đó phát triển cho HS năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề cùng với những năng lực khác tương ứng, đáp ứng được yêu cầu của sự phát triển kinh tế – xã hội

Hình 1.2 Mối liên hệ của Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học

Ví dụ mối liên hệ của Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trong bài học STEM về chủ đề xây cầu, HS đóng vai là những kĩ sư tư vấn cho một công ty phải sửa hoặc thay thế một cây cầu qua một kênh đào đã bị hư hỏng nặng HS được học về bản chất của lực, trọng lực và cách làm việc với lực cân bằng Ở đây, kiến thức về Toán học

sẽ được sử dụng trong các tính toán về trọng lực, cân bằng lực Những kiến thức này sẽ

là cơ sở để đưa ra các giải pháp kĩ thuật nhằm tạo ra những cấu trúc ổn định

Hay khi học một chủ đề về hệ Mặt Trời, HS không chỉ đơn thuần học về khoa học để nghiên cứu hệ Mặt Trời gồm những thành phần nào hay đặc điểm của chúng ra sao mà còn được học những ý tưởng phát hiện ra kính thiên văn (Công nghệ), học về giá đỡ cho kính thiên văn (Kĩ thuật), hay học cách tính tỉ lệ khoảng cách giữa các ngôi sao hay bán kính của các ngôi sao (Toán học)

1.1.3 Một số vấn đề cơ bản về giáo dục STEM

1.1.3.1 Mục tiêu giáo dục STEM

Dưới góc độ giáo dục và vận dụng trong bối cảnh Việt Nam, giáo dục STEM một mặt thực hiện đầy đủ mục tiêu giáo dục đã nêu trong chương trình giáo dục phổ thông, mặt khác giáo dục STEM nhằm:

- Phát triển các năng lực đặc thù của các môn học thuộc về STEM cho HS: Đó

là những kiến thức, kĩ năng liên quan đến các môn học Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật

và Toán học Trong đó HS biết liên kết các kiến thức Khoa học, Toán học để giải quyết các vấn đề thực tiễn Biết sử dụng, quản lí và truy cập Công nghệ HS biết về quy trình thiết kế và chế tạo ra các sản phẩm

- Phát triển các năng lực cốt lõi cho HS: Giáo dục STEM nhằm chuẩn bị cho HS

những cơ hội cũng như thách thức trong nền kinh tế cạnh tranh toàn cầu của thế kỉ 21 Bên cạnh những hiểu biết về các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật, Toán học,

HS sẽ được phát triển tư duy phê phán, khả năng hợp tác để thành công

- Định hướng nghề nghiệp cho HS: Giáo dục STEM sẽ tạo cho HS có những kiến thức, kĩ năng mang tính nền tảng cho việc học tập ở các bậc học cao hơn cũng

như cho nghề nghiệp trong tương lai của HS Từ đó, góp phần xây dựng lực lượng lao động có năng lực, phẩm chất tốt đặc biệt là lao động trong lĩnh vực STEM nhằm đáp

ứng mục tiêu xây dựng và phát triển đất nước

1.1.3.2 Vai trò, ý nghĩa của giáo dục STEM

Việc đưa giáo dục STEM vào trường THPT mang lại nhiều ý nghĩa, phù hợp với định hướng đổi mới giáo dục phổ thông Cụ thể là:

– Đảm bảo giáo dục toàn diện: Triển khai giáo dục STEM ở nhà trường, bên

cạnh các môn học đang được quan tâm như Toán, Khoa học, các lĩnh vực Công nghệ,

Kĩ thuật cũng sẽ được quan tâm, đầu tư trên tất cả các phương diện về đội ngũ GV, chương trình, cơ sở vật chất

– Nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM: Các dự án học tập trong giáo

dục STEM hướng tới việc vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các vấn đề thực tiễn, HS được hoạt động, trải nghiệm và thấy được ý nghĩa của tri thức với cuộc sống, nhờ đó sẽ nâng cao hứng thú học tập của HS

– Hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho HS: Khi triển khai các dự

án học tập STEM, HS hợp tác với nhau, chủ động và tự lực thực hiện các nhiệm vụ học; được làm quen hoạt động có tính chất nghiên cứu khoa học Các hoạt động nêu trên góp phần tích cực vào hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực cho HS

– Kết nối trường học với cộng đồng: Để đảm bảo triển khai hiệu quả giáo dục

STEM, cơ sở giáo dục phổ thông thường kết nối với các cơ sở giáo dục nghề nghiệp, đại học tại địa phương nhằm khai thác nguồn lực về con người, CSVC triển khai hoạt động giáo dục STEM Bên cạnh đó, giáo dục STEM phổ thông cũng hướng tới giải quyết các vấn đề có tính đặc thù của địa phương

– Hướng nghiệp, phân luồng: Tổ chức tốt giáo dục STEM ở trường trung học,

HS sẽ được trải nghiệm trong các lĩnh vực STEM, đánh giá được sự phù hợp, năng khiếu, sở thích của bản thân với nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM Thực hiện tốt giáo dục STEM ở trường trung học cũng là cách thức thu hút HS theo học, lựa chọn các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM, các ngành nghề có nhu cầu cao về nguồn nhân lực trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư

1.1.4 Giáo dục STEM trong trường trung học

1.1.4.1 Dạy học các môn khoa học theo phương thức giáo dục STEM

Mỗi bài học STEM trong chương trình giáo dục phổ thông đề cập đến một vấn

đề tương đối trọn vẹn, đòi hỏi HS phải học và sử dụng kiến thức thuộc các môn học trong chương trình để sử dụng vào giải quyết vấn đề đó Tiến trình mỗi bài học STEM được thực hiện phỏng theo quy trình kĩ thuật (Hình 1.4), trong đó việc "Nghiên cứu kiến thức nền" (background research) trong tiến trình dạy học mỗi bài học STEM chính là việc học để chiếm lĩnh nội dung kiến thức trong chương trình giáo dục phổ thông tương ứng với vấn đề cần giải quyết trong bài học, trong đó HS là người chủ động nghiên cứu SGK, tài liệu bổ trợ, tiến hành các thí nghiệm theo chương trình học (nếu có) dưới sự hướng dẫn của GV; vận dụng kiến thức đã học để đề xuất, lựa chọn giải pháp giải quyết vấn đề; thực hành thiết kế, chế tạo, thử nghiệm mẫu; chia sẻ, thảo

luận, điều chỉnh thiết kế Thông qua quá trình học tập đó, HS được rèn luyện nhiều kĩ năng để phát triển phẩm chất, năng lực

Hình 1.3 Tiến trình bài học STEM Tiến trình bài học STEM tuân theo quy trình kĩ thuật nêu trên nhưng các

"bước" trong quy trình không được thực hiện một cách tuyến tính (hết bước nọ mới sang bước kia) mà có những bước được thực hiện song hành, tương hỗ lẫn nhau Cụ thể là việc "Nghiên cứu kiến thức nền" được thực hiện đồng thời với "Đề xuất giải pháp"; "Chế tạo mô hình" được thực hiện đồng thời với "Thử nghiệm và đánh giá", trong đó bước này vừa là mục tiêu vừa là điều kiện để thực hiện bước kia Vì vậy, mỗi bài học STEM được tổ chức theo 5 hoạt động như sau:

Hoạt động 1: Xác định vấn đề

Trong hoạt động này, GV giao cho HS nhiệm vụ học tập chứa đựng vấn đề, trong đó HS phải hoàn thành một sản phẩm học tập cụ thể với các tiêu chí đòi hỏi HS phải sử dụng kiến thức mới trong bài học để đề xuất, xây dựng giải pháp và thiết kế nguyên mẫu của sản phẩm cần hoàn thành Tiêu chí của sản phẩm là yêu cầu hết sức

Xác định vấn đề

(Nội dung dạy học theo chương trình được sắp xếp lại phù hợp)

Nghiên cứu kiến thức nền

Đề xuất các giải pháp/bản thiết kế Lựa chọn giải pháp/bản thiết kế Chế tạo mô hình (nguyên mẫu) Thử nghiệm và đánh giá Chia sẻ và thảo luận

Điều chỉnh thiết kế

với HS; đồng thời, tiêu chí đó buộc HS phải nắm vững kiến thức mới thiết kế và giải thích được thiết kế cho sản phẩm cần làm

– Mục đích: Xác định tiêu chí sản phẩm; phát hiện vấn đề/nhu cầu

– Nội dung: Tìm hiểu về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ; đánh giá về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ

– Dự kiến sản phẩm hoạt động của HS: Các mức độ hoàn thành nội dung (Bài ghi chép thông tin về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ; đánh giá, đặt câu hỏi về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ)

– Cách thức tổ chức hoạt động: GV giao nhiệm vụ (nội dung, phương tiện, cách thực hiện, yêu cầu sản phẩm phải hoàn thành); HS thực hiện nhiệm vụ (qua thực tế, tài liệu, video; cá nhân hoặc nhóm); Báo cáo, thảo luận (thời gian, địa điểm, cách thức); Phát hiện/phát biểu vấn đề (GV hỗ trợ)

Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp

Trong hoạt động này, HS thực hiện hoạt động học tích cực, tự lực dưới sự hướng dẫn của GV Trong bài học STEM sẽ không còn các "tiết học" thông thường

mà ở đó GV "giảng dạy" kiến thức mới cho HS Thay vào đó, HS tự tìm tòi, chiếm lĩnh kiến thức để sử dụng vào việc đề xuất, thiết kế sản phẩm cần hoàn thành Kết quả

là khi HS hoàn thành bản thiết kế thì đồng thời HS cũng đã học được kiến thức mới theo chương trình môn học tương ứng

– Mục đích: Hình thành kiến thức mới và đề xuất giải pháp

– Nội dung: Nghiên cứu nội dung SGK, tài liệu, thí nghiệm để tiếp nhận, hình thành kiến thức mới và đề xuất giải pháp/thiết kế

– Dự kiến sản phẩm hoạt động của HS: Các mức độ hoàn thành nội dung (Xác định và ghi được thông tin, dữ liệu, giải thích, kiến thức mới, giải pháp/thiết kế)

– Cách thức tổ chức hoạt động: GV giao nhiệm vụ (Nêu rõ yêu cầu đọc/nghe/nhìn/làm để xác định và ghi được thông tin, dữ liệu, giải thích, kiến thức mới); HS nghiên cứu sách giáo khoa, tài liệu, làm thí nghiệm (cá nhân, nhóm); Báo cáo, thảo luận; GV điều hành, “chốt” kiến thức mới và hỗ trợ HS đề xuất giải pháp/thiết kế mẫu thử nghiệm

Hoạt động 3: Lựa chọn giải pháp

Trong hoạt động này, HS được tổ chức để trình bày, giải thích và bảo vệ bản thiết kế kèm theo thuyết minh (sử dụng kiến thức mới học và kiến thức đã có); đó là sự

thể hiện cụ thể của giải pháp giải quyết vấn đề Dưới sự trao đổi, góp ý của các bạn và

GV, HS tiếp tục hoàn thiện (có thể phải thay đổi để bảo đảm khả thi) bản thiết kế trước khi tiến hành chế tạo, thử nghiệm

– Mục đích: Lựa chọn giải pháp/bản thiết kế

– Nội dung: Trình bày, giải thích, bảo vệ giải pháp/thiết kế để lựa chọn và hoàn thiện

– Dự kiến sản phẩm hoạt động của HS: Giải pháp/bản thiết kế được lựa chọn/hoàn thiện

– Cách thức tổ chức hoạt động: GV giao nhiệm vụ (Nêu rõ yêu cầu HS trình bày, báo cáo, giải thích, bảo vệ giải pháp/thiết kế); HS báo cáo, thảo luận; GV điều hành, nhận xét, đánh giá và hỗ trợ HS lựa chọn giải pháp/thiết kế mẫu thử nghiệm

Hoạt động 4: Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá

Trong hoạt động này, HS tiến hành chế tạo mẫu theo bản thiết kế đã hoàn thiện sau bước 3; trong quá trình chế tạo đồng thời phải tiến hành thử nghiệm và đánh giá Trong quá trình này, HS cũng có thể phải điều chỉnh thiết kế ban đầu để bảo đảm mẫu chế tạo là khả thi

– Mục đích: Chế tạo và thử nghiệm mẫu thiết kế

– Nội dung: Lựa chọn dụng cụ/thiết bị thí nghiệm; chế tạo mẫu theo thiết kế; thử nghiệm và điều chỉnh

– Dự kiến sản phẩm hoạt động của HS: Dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật… đã chế tạo và thử nghiệm, đánh giá

– Cách thức tổ chức hoạt động: GV giao nhiệm vụ (lựa chọn dụng cụ/thiết bị thí nghiệm để chế tạp, lắp ráp…); HS thực hành chế tạo, lắp ráp và thử nghiệm; GV hỗ trợ HS trong quá trình thực hiện

Hoạt động 5: Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh

Trong hoạt động này, HS được tổ chức để trình bày sản phẩm học tập đã hoàn thành; trao đổi, thảo luận, đánh giá để tiếp tục điều chỉnh, hoàn thiện

– Mục đích: Trình bày, chia sẻ, đánh giá sản phẩm nghiên cứu

– Nội dung: Trình bày và thảo luận

– Dự kiến sản phẩm hoạt động của HS: Dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật đã chế tạo được và bài trình bày báo cáo

– Cách thức tổ chức hoạt động: GV giao nhiệm vụ (mô tả rõ yêu cầu và sản phẩm trình bày); HS báo cáo, thảo luận (bài báo cáo, trình chiếu, video, dung cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật đã chế tạo…) theo các hình thức phù hợp (trưng bày, triển lãm, sân khấu hóa); GV đánh giá, kết luận, cho điểm và định hướng tiếp tục hoàn thiện

Sự phù hợp của tiến trình tổ chức các hoạt động học của HS trong các bài học STEM với phương pháp dạy học tích cực được mô tả trong bảng sau:

Exploration (khám

phá)

Hình thành kiến thức Nghiên cứu kiến

thức mới cần sử dụng

HOẠT ĐỘNG 2: Học kiến thức mới; Đề xuất các giải pháp/Bản thiết kế mẫu cần chế tạo

Đề xuất các giải pháp/

Bản thiết kế

Lựa chọn 1 giải pháp/

Bản thiết kế

HOẠT ĐỘNG 3: Trình bày/giải thích/bảo vệ giải pháp/Bản thiết kế

mẫu Chế tạo mẫu HOẠT ĐỘNG 4:

Lựa chọn dụng cụ, Chế tạo mẫu Thử nghiệm –

Đánh giá

và thử nghiệm Chia sẻ và thảo

luận

HOẠT ĐỘNG 5: Trình bày sản phẩm, Đánh giá, Điều chỉnh thiết

kế

Evaluation (đánh giá) Điều chỉnh thiết kế

Quy trình 5E gồm có 5 giai đoạn trong một chuỗi quá trình dạy học là:

Engagement (Đặt vấn đề), Exploration (khám phá), Explanation (giải thích), Elaboration/Extension (mở rộng) và Evaluation (đánh giá) (Hình 1.4)

Hình 1.4 Mô hình 5E hướng dẫn tích hợp STEM

Engagement (Đặt vấn đề): Mục tiêu của giai đoạn này là để tạo sự chú ý và quan tâm của HS HS được đặt vào những tình huống, sự kiện hay vấn đề liên quan

đến nội dung học tập mang tính thách thức và gợi nhu cầu HS cần phải giải quyết Về bản chất, ở đây là tạo các tình huống có vấn đề khiến HS có những suy nghĩ như: tại sao điều đó lại có thể xảy ra, tôi cũng đã từng suy nghĩ nhưng không biết lí giải thế nào, tôi muốn tìm hiểu thêm về vấn đề này… Và khi đó HS cảm thấy cần thiết phải giải quyết hay học thêm một vấn đề gì đó

Exploration (khám phá): Đây là giai đoạn HS trải nghiệm thông qua các hoạt động như thu thập thông tin dữ liệu, quan sát mô hình, thí nghiệm, điều tra… để giải

thích các hiện tượng và phát triển khả năng nhận thức của bản thân Vai trò của GV trong giai đoạn khám phá là người chỉ dẫn và khởi đầu cho hoạt động Cung cấp cho

HS những kiến thức nền cần thiết; những dụng cụ, nguyên vật liệu phục vụ hoạt động trải nghiệm của HS và điều chỉnh những nhận thức sai lầm mà HS có thể gặp phải trong quá trình khám phá

Đây là giai đoạn HS suy nghĩ, lập kế hoạch và tổ chức những thông tin dữ liệu thu thập được Giai đoạn này HS có thể thực hiện các thí nghiệm, tiến hành nghiên cứu, thiết kế các quy trình, thiết kế mẫu… Lựa chọn và áp dụng các phương pháp tiếp cận có hệ thống thích hợp để trả lời câu hỏi mang tính phức hợp, để điều tra các vấn đề mang tính thời sự và phát triển các giải pháp cho những thách thức và các vấn đề trong thế giới thực

Explanation (giải thích): HS phân tích và diễn giải các dữ liệu Trao đổi những kiến thức và các giải pháp mang tính khả thi Sử dụng công nghệ thích hợp để phân

tích và thông tin liên lạc

Elaboration/Extension (mở rộng): Giai đoạn này HS có cơ hội được mở rộng

và củng cố những hiểu biết của mình về các khái niệm, kiến thức HS tinh chỉnh các

giải pháp, các quy trình Sửa đổi quy trình thử nghiệm để tìm hiểu thêm Xác định và phân tích các kết nối đến nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM

Evaluation (đánh giá) : Đánh giá được tiến hành thông qua việc HS phải trình bày giải pháp của họ nhằm giải quyết các vấn đề được đặt ra ban đầu HS được tham

gia đánh giá đồng đẳng HS phải chứng minh sự hiểu biết của mình dựa trên kết quả các nhiệm vụ thực hiện GV sẽ đánh giá cả kiến thức và kĩ năng của HS, xem xét những minh chứng cho thấy sự hiểu biết của HS

Quy trình trên được xây dựng dựa trên lí thuyết kiến tạo, giúp HS có thể tự xây dựng những hiểu biết của mình thông qua những trải nghiệm và những ý tưởng mới

1.1.4.2 Tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM và nghiên cứu khoa học

Trên cơ sở các bài học STEM cho tất cả HS nêu trên, trong quá trình thực hiện

sẽ có một số HS có sở trường, hứng thú, nhất là đối với hoạt động 4 và hoạt động 5 (là những HS có vai trò chủ chốt của nhóm trong việc chế tạo, thử nghiệm mẫu) cần được khuyến khích và tạo điều kiện để tiếp tục mở rộng, đi sâu Nhà trường cần có những hình thức tổ chức phù hợp tạo môi trường để các HS này được phát huy năng lực, sở trường của mình; cũng từ đó phát hiện và hướng dẫn những HS say mê nghiên cứu thực hiện các dự án khoa học, kĩ thuật để tham gia "Cuộc thi khoa học kĩ thuật dành cho HS trung học", “Ngày hội STEM” và những cuộc thi khoa học Kĩ thuật khác Đây

là mức độ cao của giáo dục STEM trong giáo dục phổ thông

Tiêu chí đánh giá dự án khoa học, kĩ thuật như sau:

Bảng 1.2 Tiêu chí đánh giá dự án khoa học

2 Thiết kế và phương pháp (15 điểm) 2 Thiết kế và phương pháp (15 điểm)

– Kế hoạch được thiết kế và các

phương pháp thu thập dữ liệu tốt;

– Các tham số, thông số và biến số phù

hợp và hoàn chỉnh

– Sự tìm tòi các phương án khác nhau để đáp ứng nhu cầu hoặc giải quyết vấn đề; – Xác định giải pháp;

– Phát triển nguyên mẫu/mô hình

3 Thực hiện: thu thập, phân tích và

giải thích dữ liệu (20 điểm)

3 Thực hiện: Xây dựng và kiểm tra (20 điểm)

– Thu thập và phân tích dữ liệu một

b) Phỏng vấn (25 điểm)

– Trả lời rõ ràng, súc tích, sâu sắc các câu hỏi;

– Hiểu biết cơ sở khoa học liên quan đến dự án;

– Hiểu biết về sự giải thích và hạn chế của các kết quả và các kết luận;

1.1.5 Xây dựng và thực hiện bài học STEM

1.1.5.1 Tiêu chí xây dựng bài học STEM

Tiêu chí 1: Chủ đề bài học STEM tập trung vào các vấn đề của thực tiễn

Trong các bài học STEM, HS được đặt vào các vấn đề thực tiễn xã hội, kinh tế, môi trường và yêu cầu tìm các giải pháp

Tiêu chí 2: Cấu trúc bài học STEM theo quy trình thiết kế kĩ thuật

Quy trình thiết kế kĩ thuật cung cấp một tiến trình linh hoạt đưa HS từ việc xác định một vấn đề hoặc một yêu cầu thiết kế đến sáng tạo và phát triển một giải pháp Theo quy trình này, HS thực hiện các hoạt động: (1) Xác định vấn đề – (2) Nghiên cứu kiến thức nền – (3) Đề xuất các giải pháp/thiết kế – (4) Lựa chọn giải pháp/thiết kế – (5) Chế tạo mô hình (nguyên mẫu) – (6) Thử nghiệm và đánh giá – (7) Chia sẻ và thảo luận – (8) Điều chỉnh thiết kế Trong thực tiễn dạy học, quy trình 8 bước này được thể hiện qua 5 hoạt động chính:

Hoạt động 1: xác định vấn đề (yêu cầu thiết kế, chế tạo)

Hoạt động 2: nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất các giải pháp thiết kế

Hoạt động 3: trình bày và thảo luận phương án thiết kế

Hoạt động 4: chế tạo mô hình/thiết bị theo phương án thiết kế (đã được cải tiến theo góp ý); thử nghiệm và đánh giá

Hoạt động 5: Trình bày và thảo luận về sản phẩm được chế tạo; điều chỉnh thiết kế ban đầu

Trong quy trình kĩ thuật, các nhóm HS thử nghiệm các ý tưởng dựa nghiên cứu của mình, sử dụng nhiều cách tiếp cận khác nhau, mắc sai lầm, chấp nhận và học từ sai

lầm, và thử lại Sự tập trung của HS là phát triển các giải pháp để giải quyết vấn đề đặt

ra, nhờ đó học được và vận dụng được kiến thức mới trong chương trình giáo dục

Tiêu chí 3: Phương pháp dạy học bài học STEM đưa HS vào hoạt động tìm tòi và khám phá, định hướng hành động, trải nghiệm và sản phẩm

Quá trình tìm tòi khám phá được thể hiện trong tất cả các hoạt động của chủ đề STEM, tuy nhiên trong hoạt động 2 và hoạt động 4 quá trình này cần được khai thác triệt để trong hoạt động 2 HS sẽ thực hiện các quan sát, tìm tòi, khám phá để xây dựng, kiểm chứng các quy luật, qua đó học được kiến thức nền đồng thời rèn luyện các

kĩ năng tiến trình như: quan sát, đưa ra dự đoán, tiến hành thí nghiệm, đo đạc, thu thập số liệu, phân tích số liệu… trong hoạt động 4, quá trình tìm tòi khám phá được thể hiện giúp HS kiểm chứng các giải pháp khác nhau để tối ưu hoá sản phẩm

Trong các bài học STEM, hoạt động học của HS được thực hiện theo hướng mở

có "khuôn khổ" về các điều kiện mà HS được sử dụng (chẳng hạn các vật liệu khả dụng) hoạt động học của HS là hoạt động được chuyển giao và hợp tác; các quyết định về giải pháp giải quyết vấn đề là của chính HS HS thực hiện các hoạt động trao đổi thông tin để chia sẻ ý tưởng và tái thiết kế nguyên mẫu của mình nếu cần HS tự điều chỉnh các ý tưởng của mình và thiết kế hoạt động tìm tòi, khám phá của bản thân

Tiêu chí 4: Hình thức tổ chức bài học STEM lôi cuốn HS vào hoạt động nhóm kiến tạo

Giúp HS làm việc trong một nhóm kiến tạo là một việc khó khăn, đòi hỏi tất cả

GV STEM ở trường làm việc cùng nhau để áp dụng phương thức dạy học theo nhóm,

sử dụng cùng một ngôn ngữ, tiến trình và yêu cầu về sản phẩm học tập mà HS phải hoàn thành Làm việc nhóm trong thực hiện các hoạt động của bài học STEM là cơ sở phát triển năng lực giao tiếp và hợp tác cho HS

Tiêu chí 5: Nội dung bài học STEM áp dụng chủ yếu từ nội dung khoa học

và toán mà HS đã và đang học

Trong các bài học STEM, GV cần kết nối và tích hợp một cách có mục đích nội dung từ các chương trình Khoa học, Công nghệ, Tin học và Toán Lập kế hoạch để hợp tác với các GV Toán, Công nghệ, Tin học và Khoa học khác để hiểu rõ nội hàm của việc làm thế nào để các mục tiêu khoa học có thể tích hợp trong một bài học đã cho Từ đó, HS dần thấy rằng Khoa học, Công nghệ, Tin học và Toán không phải là

các môn học độc lập, mà chúng liên kết với nhau để giải quyết các vần đề Điều đó có liên quan đến việc học Toán, Công nghệ, Tin học và Khoa học của HS

Tiêu chí 6: Tiến trình bài học STEM tính đến có nhiều đáp án đúng và coi sự thất bại như là một phần cần thiết trong học tập

Một câu hỏi nghiên cứu đặt ra, có thể đề xuất nhiều giả thuyết khoa học; một vấn đề cần giải quyết, có thể đề xuất nhiều phương án, và lựa chọn phương án tối ưu Trong các giả thuyết khoa học, chỉ có một giả thuyết đúng Ngược lại, các phương án giải quyết vấn đề đều khả thi, chỉ khác nhau ở mức độ tối ưu khi giải quyết vấn đề Tiêu chí này cho thấy vai trò quan trọng của năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo trong dạy học STEM

1.1.5.2 Quy trình xây dựng bài học STEM

Bước 1: Lựa chọn chủ đề bài học

Căn cứ vào nội dung kiến thức trong chương trình môn học và các hiện tượng, quá trình gắn với các kiến thức đó trong tự nhiên; quy trình hoặc thiết bị công nghệ có

sử dụng của kiến thức đó trong thực tiễn để lựa chọn chủ đề của bài học Những ứng dụng đó có thể là: Cầu vồng – Ra đar – Máy quang phổ lăng kính; Kính tiềm vọng, kính mắt; Ống nhòm, kính thiên văn; Sự chìm, nổi – lực đẩy Ác–si–mét – Thuyền/bè; Hiện tượng cảm ứng điện từ – Định luật Cảm ứng điện từ và Định luật Lenxơ – Máy phát điện/động cơ điện; Vật liệu cơ khí; Các phương pháp gia công cơ khí; Các cơ cấu truyền và biến đổi chuyển động; Các mối ghép cơ khí; Mạch điện điều khiển cho ngôi nhà thông minh

Bước 2: Xác định vấn đề cần giải quyết

Sau khi chọn chủ đề của bài học, cần xác định vấn đề cần giải quyết để giao cho

HS thực hiện sao cho khi giải quyết vấn đề đó, HS phải học được những kiến thức, kĩ năng cần dạy trong chương trình môn học đã được lựa chọn (đối với STEM kiến tạo) hoặc vận dụng những kiến thức, Kĩ năng đã biết (đối với STEM vận dụng) để xây dựng bài học Theo những ví dụ nêu trên, nhiệm vụ giao cho HS thực hiện trong các bài học có thể là: Thiết kế, chế tạo một máy quang phổ đơn giản trong bài học về bản chất sóng của ánh sáng; Thiết kế, chế tạo một ống nhòm đơn giản khi học về hiện tượng phản xạ và khúc xạ ánh sáng; Chế tạo bè nổi/thuyền khi học về Định luật Ác–si–mét; Chế tạo máy phát điện/động cơ điện khi học về cảm ứng điện từ; Thiết kế mạch lôgic khi học về dòng điện không đổi; Thiết kế robot leo dốc, cầu bắc qua hai

trụ, hệ thống tưới nước tự động, mạch điện cảnh báo và điều khiển cho ngôi nhà thông minh

Trong quá trình này, việc thử nghiệm chế tạo trước các nguyên mẫu có thể hỗ trợ rất tốt quá trình xây dựng chủ đề Qua quá trình xây dựng, GV có thể hình dung các khó khăn HS có thể gặp phải, các cơ hội vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề cũng như xác định được đúng đắn các tiêu chí của sản phẩm trong bước 3

Bước 3: Xây dựng tiêu chí của thiết bị/giải pháp giải quyết vấn đề

Sau khi đã xác định vấn đề cần giải quyết/sản phẩm cần chế tạo, cần xác định

rõ tiêu chí của giải pháp/sản phẩm Những tiêu chí này là căn cứ quan trọng để đề xuất giả thuyết khoa học/giải pháp giải quyết vấn đề/thiết kế mẫu sản phẩm Đối với các ví

dụ nêu trên, tiêu chí có thể là: Chế tạo máy quang phổ sử dụng lăng kính, thấu kính hội tụ; tạo được các tia ánh sáng màu từ nguồn sáng trắng; Chế tạo ống nhòm/kính thiên văn từ thấu kính hội tụ, phân kì; quan sát được vật ở xa với độ bội giác trong khoảng nào đó,…

Các tiêu chí cũng phải hướng tới việc định hướng quá trình học tập và vận dụng kiến thức nền của HS chứ không nên chỉ tập trung đánh giá sản phẩm vật chất

Bước 4: Thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học

Tiến trình tổ chức hoạt động dạy học được thiết kế theo các phương pháp và kĩ thuật dạy học tích cực với 5 loại hoạt động học đã nêu ở trên mỗi hoạt động học được thiết kế rõ ràng về mục đích, nội dung và sản phẩm học tập mà HS phải hoàn thành Các hoạt động học đó có thể được tổ chức cả ở trong và ngoài lớp học (ở trường, ở nhà

1.1.5.3 Tiêu chí đánh giá bài học STEM

Mỗi bài học STEM được thực hiện ở nhiều tiết học nên một hoạt động học có thể được thực hiện ở trong và ngoài lớp học vì thế, trong một tiết học có thể chỉ thực hiện một số hoạt động học trong tiến trình bài học theo phương pháp dạy học tích cực được sử dụng Các tiêu chí đánh giá tiến trình dạy học đã được nêu rõ trong Công văn

Mức độ rõ ràng của mục tiêu, nội dung, kĩ thuật tổ chức và sản phẩm cần đạt

được của mỗi nhiệm vụ học tập

Mức độ phù hợp của thiết bị dạy học và học liệu được sử dụng để tổ chức

tác, giúp đỡ nhau khi thực hiện nhiệm vụ học tập

Mức độ hiệu quả hoạt động của GV trong việc tổng hợp, phân tích, đánh giá

kết quả hoạt động và quá trình thảo luận của HS

Mức độ tham gia tích cực của HS trong trình bày, trao đổi, thảo luận về kết

quả thực hiện nhiệm vụ học tập

Mức độ đúng đắn, chính xác, phù hợp của các kết quả thực hiện nhiệm vụ

học tập của HS

GV cũng có thể sử dụng bảng kiểm sau để tự rà soát xem kế hoạch dạy học mình xây dựng đã đầy đủ theo các yêu cầu của giáo dục STEM chưa Một kế hoạch dạy học đáp ứng yêu cầu sẽ cung cấp nhiều cơ hội để phát triển năng lực phẩm chất của HS

Bảng 1.4 Đánh giá kế hoạch dạy học chủ đề STEM trong môn học

Những tiêu chí chung

1 Chủ đề có tính thực tiễn

2 Có mục tiêu rõ ràng, phù hợp, có thể quan sát, đánh giá được

và thống nhất với công cụ đánh giá

3 Phương tiện đầy đủ và tường minh Sử dụng phương tiện phù

hợp lứa tuổi

4 Mô tả sự huy động kiến thức liên môn trong chủ đề phù hợp

5 Các lưu ý an toàn được trình bày rõ ràng

6 Các yêu cầu phù hợp nhận thức của HS Bài học hướng tới mọi

9 Tạo cơ hội cho HS được thảo luận/ đặt câu hỏi

10 Vấn đề từ hoạt động 1 gắn kết với việc nghiên cứu kiến thức

nền trong hoạt động 2

Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp

11 Có đưa ra các hướng dẫn/ định hướng học tập rõ ràng

12 Có yêu cầu HS tiến hành hoạt động tìm tòi khám phá

13 Có chuẩn bị các phiếu học tập, phiếu đáp án đầy đủ giúp học sin

chiếm lĩnh các khái niệm hoặc kĩ năng mới

Hoạt động 3: Lựa chọn giải pháp

14 Có ít nhất một giải pháp (thiết kế) mẫu được GV chuẩn bị sẵn

15 Có đánh giá hiểu biết của HS về kiến thức, kĩ năng cũng như

năng lực hợp tác và giao tiếp

16 GV và HS thống nhất tiêu chí và mô tả rõ ràng

17 Việc bảo vệ các giải pháp phải dựa trên các kiến thức nền đã

được học

Hoạt động 4: Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá

18 Có hoạt động tổ chức cách chia nhóm, cách phân công nhiệm

vụ trong từng nhóm

19 Có hướng dẫn một cách tường minh vận dụng quá trình thiết kế

kĩ thuật trong xây dựng sản phẩm

20 Có hướng dẫn cách HS ghi chép hồ sơ học tập, vlog, chụp ảnh

các minh chứng để thể hiện tiến trình thiết kế kĩ thuật cũng như

các biểu hiện năng lực của HS

Hoạt động 5: Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh

21 Có tiêu chí đánh giá thuyết trình sản phẩm bám sát vào mục tiêu

1.2.1 STEM trong chương trình giáo dục ở Việt Nam

Bộ GD&ĐT đã đưa ra định hướng các hình thức có thể triển khai STEM như sau:

- Dạy học các môn học theo phương thức giáo dục STEM

Đây là hình thức tổ chức giáo dục STEM chủ yếu trong nhà trường Theo cách này, các bài học, hoạt động giáo dục STEM được triển khai ngay trong quá trình dạy học các môn học STEM theo tiếp cận liên môn Các chủ đề, bài học, hoạt động STEM bám sát chương trình của các môn học thành phần Hình thức giáo dục STEM này không làm phát sinh thêm thời gian học tập

- Tổ chức các hoạt động trải nghiệm STEM

Trong hoạt động trải nghiệm STEM, HS được khám phá các ứng dụng Khoa học, Kĩ thuật trong thực tiễn đời sống Qua đó, nhận biết được ý nghĩa của Khoa học,

Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học đối với đời sống con người, nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM Đây cũng là cách thức để thu hút sự quan tâm của xã hội tới

giáo dục STEM Để tổ chức thành công các hoạt động trải nghiệm STEM, cần có sự

tham gia, hợp tác của các bên liên quan như trường trung học, cơ sở giáo dục nghề

nghiệp, các trường đại học, doanh nghiệp

Trải nghiệm STEM còn có thể được thực hiện thông qua sự hợp tác giữa trường THPT với các cơ sở giáo dục đại học, giáo dục nghề nghiệp Theo cách này, sẽ kết hợp được thực tiễn phổ thông với ưu thế về CSVC của giáo dục đại học và giáo dục nghề nghiệp Các trường THPT có thể triển khai giáo dục STEM thông qua hình thức CLB Tham gia CLB STEM, HS được học tập nâng cao trình độ, triển khai các dự án nghiên cứu, tìm hiểu các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM Đây là hoạt động theo sở thích, năng khiếu của HS

- Tổ chức hoạt động nghiên cứu Khoa học, Kĩ thuật

Giáo dục STEM có thể được triển khai thông qua hoạt động nghiên cứu khoa học và tổ chức các cuộc thi sáng tạo khoa học Kĩ thuật Hoạt động này không mang tính đại trà mà dành cho những HS có năng lực, sở thích và hứng thú với các hoạt động tìm tòi, khám phá Khoa học, Kĩ thuật giải quyết các vấn đề thực tiễn

Tổ chức tốt hoạt động CLB STEM cũng là tiền đề phát triển hoạt động sáng tạo khoa học Kĩ thuật và triển khai các dự án nghiên cứu trong khuôn khổ cuộc thi Khoa học Kĩ thuật dành cho HS trung học Bên cạnh đó, tham gia CLB STEM và nghiên cứu Khoa học, Kĩ thuật là cơ hội để HS thấy được sự phù hợp về năng lực, sở thích, giá trị của bản thân với nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM

1.2.2 Ưu điểm và hạn chế của giáo dục STEM ở Việt Nam

1.2.2.1 Ưu điểm của giáo dục STEM

Kiến thức và Kĩ năng STEM liên quan 4 lĩnh vực Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật), Mathematics (Toán học) được tích hợp, lồng ghép và bổ trợ cho nhau, giúp HS vừa nắm vững lý thuyết vừa thực hành, tạo ra sản phẩm thực tế, ứng dụng vào cuộc sống

Có 6 Kĩ năng chính HS sẽ được phát huy, rèn luyện khi tham gia các khóa học theo định hướng STEM:

- Kĩ năng quan sát

- Kĩ năng lên kế hoạch

- Kĩ năng thực hành

- Kĩ năng phân tích toán học

- Kĩ năng đánh giá

- Kĩ năng giao tiếp

Ví dụ với hoạt động làm tên lửa khí hay chế tạo xe chuyển động không động cơ, các em sẽ được rèn luyện Kĩ năng làm việc nhóm, giải quyết vấn đề và hướng đến thành quả chung của cả đội Sau khi làm xong mỗi sản phẩm, các thành viên cùng suy nghĩ cách trình bày, giới thiệu sản phẩm để hấp dẫn, giải đáp thắc mắc của người nghe Điều này giúp tăng khả năng thuyết trình, phản biện cũng như tư duy khoa học giải quyết vấn đề, Kĩ năng cộng tác, khả năng giao tiếp STEM là sự kết hợp những cái cũ, ứng dụng thêm thiết bị công nghệ theo cách thông minh và hiệu quả Giáo dục STEM giúp HS hiểu bài hơn, kích thích khả năng sáng tạo từ những sản phẩm đơn giản gắn liền cuộc sống

1.2.2.2 Hạn chế của giáo dục STEM

Giáo dục STEM đã được nhắc tới nhiều nhưng chưa được triển khai diện rộng

do nhiều vấn đề như về cơ sở hạ tầng, về giáo trình và về chất lượng giáo viên

- Với khung chương trình đề ra, giáo viên vẫn gặp khó khăn trong tổ chức các nội dung, chủ đề sao cho vừa bảo đảm yêu cầu của khung chương trình, vừa phát huy sức sáng tạo của học sinh

- Một khó khăn khác là trình độ giáo viên Phần lớn giáo viên chỉ được đào tạo đơn môn, do đó sẽ gặp khó khăn nếu triển khai dạy học theo hướng liên ngành như giáo dục STEM bởi đây là phương pháp đòi hỏi thời gian, công sức và chất xám cho mỗi tiết học lớn hơn giảng dạy trong trường học Bên cạnh đó, đa số giáo viên còn ngại học hỏi, ngại chia sẻ với đồng nghiệp, nên chưa có sự phối hợp tốt giữa giáo viên các bộ môn trong dạy học STEM

- Việc kiểm tra đánh giá nếu chậm đổi mới sẽ là rào cản lớn nhất ngăn cản sự triển khai STEM trong trường phổ thông, vì STEM đánh giá thông qua sản phẩm, quá trình Sinh viên vẫn còn tâm lý học để lấy điểm, lấy bằng; thường xuyên không tìm kiếm và

tự nghiên cứu tài liệu liên quan đến môn học

- Ngoài ra, sĩ số lớp học quá đông cũng gây khó khăn cho tổ chức hoạt động, cản trở việc đổi mới phương pháp dạy học của giáo viên Việc không có phòng học STEM hoặc phòng thực hành để học sinh có nơi làm việc nhóm, nghiên cứu, thí nghiệm cũng

là một khó khăn Với các nội dung học tập chuyên sâu hơn như khoa học máy tính, robotic, lập trình thì cần đầu tư kinh phí lớn hơn, nên đây cũng là rào cản

+ Trường học ở nông thôn sẽ gặp khó khăn về cơ sở vật chất

1.2.2.3 Sự khác biệt giữa giáo dục STEM và giáo dục truyền thống

Hình 1.5 Giáo dục STEM và giáo dục truyền thống Giáo dục STEM và giáo dục truyền thống có sự khác nhau rõ rệt về phương pháp dạy Và hiện nay, Đảng và Nhà nước ta cũng đang nghiên cứu và thử nghiệm phương pháp giáo dục STEM trên diện rộng Điều này hứa hẹn một tương lai không xa, tất cả

HS sẽ từng bước từng bước tiếp cận với nền giáo dục mới này và được giáo dục tốt nhất để trở thành một người tài giỏi, có ích cho xã hội

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Trong chương này tôi đã nghiên cứu, trình bày tổng quan cơ sở lí luận và thực tiễn của dạy học môn Vật lí theo định hướng giáo dục STEM Nội dung chương 1 sẽ giúp chúng ta có cái nhìn chung nhất về giáo dục STEM Giáo dục STEM hiện nay đang trở thành một xu hướng giáo dục mang tính tất yếu trên thế giới trong bối cảnh cạnh tranh kinh tế, cạnh tranh nguồn nhân lực chất lượng cao giữa các quốc gia Nền giáo dục này đã được đưa vào Việt Nam thông qua các công ty Công nghệ và giáo dục, tuy nhiên đến nay việc nghiên cứu về cơ sở lí luận và thực tiễn của giáo dục STEM nói chung và giáo dục STEM trong dạy học Vật lí chưa được quan tâm đúng mức

Hiện nay trên thế giới và Việt Nam, giáo dục STEM được hiểu dưới nhiều góc

độ khác nhau, tuy nhiên một cách chung nhất có thể hiểu giáo dục STEM trên hai ý cơ bản: Thứ nhất, giáo dục STEM bản chất là dạy học tích hợp của các lĩnh vực là Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học Thứ hai, giáo dục STEM không chỉ cung cấp cho HS những kiến thức về mặt lí thuyết mà còn tạo cơ hội cho HS được trải nghiệm, vận dụng kiến thức đã học để giải quyết các vấn đề của cuộc sống gắn với bối cảnh thực tiễn, thông qua đó phát triển các năng lực chung ở HS

Bên cạnh đó, chương 1 cho còn cho chúng ta thấy được vai trò và mục tiêu của giáo dục STEM hướng đến trong tương lai cũng như những ưu điểm và hạn chế khi thực hiện mô hình giáo dục này ở Việt Nam Từ việc nghiên cứu tài liệu và khảo sát thực tế, tôi đã tổng hợp và đưa ra quy trình giáo dục STEM, quy trình 5E và các tiêu chí đánh giá một sản phẩm chất lượng giúp mọi người ai cũng có thể dễ dàng thiết kế một bài giảng STEM hiệu quả

CHƯƠNG 2 TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG " ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM" VẬT LÍ 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 2.1 Phân tích nội dung kiến thức của chương “Động lực học chất điểm” Vật lí 10 THPT

Bảng 2.1 Nội dung kiến thức chương 2 Vật lí 10 cơ bản

- Điều kiện cân bằng của chất điểm

Bài 10: Ba định luật Newton

- Thí nghiệm lịch sử của Galile

- Định luật I Newton Quán tính

- Độ lớn lực đàn hồi của lò xo Định luật Húc

Bài 13 Lực ma sát - Vai trò của lực ma sát

- Lực ma sát (lăn, trượt, nghỉ)

Bài 14 Lực hướng tâm

- Lực hướng tâm (định nghĩa, công thức, ví dụ)

- Chuyển động li tâm Bài 15 Bài toán về - Khảo sát chuyển động ném ngang

- Hiểu thí nghiệm kiểm chứng Bài 16 Thực hành: Xác định hệ

số ma sát

- Hiểu mục đích thí nghiệm

- Tiến hành thành công thí nghiệm

- Hoàn thành báo cáo

2.2 Mục tiêu chương động lực học chất điểm

2.2.1 Mục tiêu về kiến thức

- Trình bày được định nghĩa của lực và hiểu được lực là đại lượng vecto

- Mô tả được qui tắc tổng hợp các lực tác dụng lên một chất điểm và phân tích hai lực theo các phương xác định

- Phát biểu và phân tích được nội dung định luật I Newton

- Phân biệt được khái niệm quán tính và mức quán tính Vận dụng để giải thích các hiện tượng trong đời sống hàng ngày

- Trình bày được nội dung định luật II Newton và viết được hệ thức của định luật này

- Giải thích được mối quan hệ giữa lực, khối lượng và gia tốc được thể hiện trong định luật II Newton

- Vận dụng định luật II Newton để giải bài tập

- Giải thích được khối lượng là số đo mức quán tính

- Trình bày được định luật III Newton và viết được hệ thức của định luật này

- Phân biệt các đặc điểm của lực và phản lực tác dụng

- Trình bày được định luật vạn vật hấp dẫn, viết được hệ thức của định luật này

- Xác định được gia tốc rơi tự do là do tác dụng của trọng lực và viết được hệ thức gia tốc rơi tự do

- Trình bày được ví dụ và những đặc điểm của lực đàn hồi của lò xo (điểm đặt, hướng)

- Trình bày được định luật Húc và viết được hệ thức của định luật này đối với

độ biến dạng của lò xo

- Vận dụng định luật Húc để giải bài tập

- Phân tích các được đặc điểm của ma sát trượt, ma sát nghỉ, ma sát lăn Vận dụng được công thức tính lực ma sát vào giải bài tập

- Đánh giá được vai trò của lực ma sát trong kĩ thuật và trong đời sống

- Nhận xét được lực hướng tâm trong chuyển động tròn đều là tổng hợp các lực tác dụng lên vật và viết được công thức, giải thích các đại lượng trong công thức lực hướng tâm Vận dụng công thức để giải bài tập

- Phân biệt được chuyển động ném ngang và ném xiên.Vận dụng để tính toán được tầm bay cao, bay xa, thời gian chuyển động…

2.2.2 Mục tiêu về kĩ năng

Trong quá trình học cũng như sau khi học xong một chương HS sẽ được rèn luyện những kĩ năng cần thiết cho việc học tập kiến thức thực tại và nó cũng góp phần hình thành kĩ năng trong quá trình học tập ở những mức độ cao hơn và trong cuộc sống của bản thân HS như:

- Vận dụng kiến thức đã học vào thực tiễn cuộc sống một cách linh hoạt: các vấn đề về quán tính, an toàn trong giao thông đi lại, ban đầu giải thích các hiện tượng thủy triều…đồng thời thấy được tầm quan trọng của khoa học trong đời sống qua việc vận dụng cũng như phát minh giúp cho con người đỡ vất vả hơn trong cuộc sống hiện đại như máy giặt, tủ lạnh…

- Vận dụng kiến thức đã học để giải các bài tập về lực đàn hồi, lực hấp dẫn, lực

ma sát đồng thời vận dụng tốt các định luật I, II, III Newton để giải các bài tập đối với một vật, hoặc hệ nhiều vật, vận dụng để giải bài toán về chuyển động ném ngang

- Có kĩ năng phân tích lực, biểu diễn lực, kĩ năng tổng hợp lực bằng qui tắc hình bình hành

- Biết cách lập phương trình định luật II Newton cho vật (hệ vật) đang xét Biết cách chọn chiều trục tọa độ để “chiếu” phương trình vectơ xuống các trục tọa độ thích hợp để giải bài toán

- Thu thập thông tin từ các nguồn, khả năng tìm hiểu thực tế, sưu tầm tài liệu, khai thác trên tất cả các phương tiện thông tin đại chúng cũng như trên mạng internet

- Xử lý thông tin: phân tích, so sánh, tổng hợp, suy luận, khái quát hóa… để rút

ra kết luận

- Truyền đạt thông tin, tranh luận nhóm, thảo luận, báo cáo kết quả thực hiện

- Bước đầu hình thành khả năng tự bảo vệ ý kiến, làm việc tập thể, khả năng phân công công việc trong nhóm

- Thiết kế, lắp ráp và thực hiện các thí nghiệm với những dụng cụ đơn giản, gần gũi trong cuộc sống và dễ tìm