Tổ chức dạy học stem chủ đề cần trục tháp

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TRẦN MINH PHƯỢNG TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM “CẦN TRỤC THÁP” - VẬT LÍ 10 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC THÁI NGUYÊN - 2023 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TRẦN MINH PHƯỢNG TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM “CẦN TRỤC THÁP” - VẬT LÍ 10 Ngành: Lý luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí Mã ngành: 8.14.01.11 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Thị Thu Hà THÁI NGUYÊN - 2023 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng luận văn Tổ chức dạy học STEM chủ đề “Cần trục tháp” - Vật lí10 là công trình do chính tôi nghiên cứu Các số liệu, kết quả nghiên cứu và những kết luận của luận văn này chưa được công bố trong bất kì một công trình nghiên cứu nào Tôi cam đoan đã thực hiện việc kiểm tra mức độ tương đồng nội dung đề tài/khóa luận tốt nghiệp/luận văn/luận án qua phần mềm Turnitin một cách trung thực và đạt kết quả mức độ tương đồng là 25% Bản đề tài/khóa luận tốt nghiệp/ luận văn/luận án kiểm tra qua phần mềm là bản cứng đã nộp để bảo vệ/nghiệm thu trước hội đồng Nếu sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm Thái Nguyên, tháng 1 năm 2023 Học viên Trần Minh Phượng i LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo sau đại học, Ban Chủ nhiệm khoa, quý Thầy, Cô giáo khoa Vật lý, trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên và quý Thầy, Cô giáo trực tiếp giảng dạy, giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường THPT Bế Văn Đàn - Thành phố Cao Bằng - Tỉnh Cao Bằng đã nhiệt tình giúp đỡ, trao đổi và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Thị Thu Hà đã tận tình hướng dẫn và luôn động viên giúp đỡ em trong quá trình nghiên cứu và hoàn chỉnh luận văn Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, người thân và bạn bè đã luôn giúp đỡ, động viên em hoàn thành luận văn này Thái Nguyên, tháng 1 năm 2023 Tác giả Trần Minh Phượng ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH vi MỞ ĐẦU 1 1 Lý do chọn đề tài 1 2 Mục tiêu nghiên cứu 2 3 Giả thuyết nghiên cứu 2 4 Nhiệm vụ nghiên cứu 2 5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3 6 Phương pháp nghiên cứu 3 7 Cấu trúc luận văn 4 Chương 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 5 1.1 Lịch sử vấn đề nghiên cứu về việc vận dụng mô hình giáo dục STEM trong dạy học hình thành và phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh 5 1.2 Mô hình giáo dục STEM 7 1.2.1 Khái niệm mô hình giáo dục STEM 7 1.2.2 Mục tiêu của giáo dục STEM 9 1.3 Bài học STEM 10 1.3.1 Khái niệm, đặc điểm của bài học STEM 10 1.3.2 Các yêu cầu khi xây dựng bài học STEM 10 1.3.3 Quy trình xây dựng bài học STEM 11 1.3.4 Quy trình bài học STEM 12 1.3 Năng lực giải quyết vấn đề 13 1.3.1 Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề 13 iii 1.3.2 Cấu trúc của năng lực giải quyết vấn đề trong dạy học bài học STEM 14 1.3.3 Sự tương quan giữa các hoạt động trong quy trình dạy học bài học STEM với các thành tố của năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong bài học STEM 18 1.3.4 Đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong bài học STEM 19 1.4 Tìm hiểu thực trạng dạy học theo giáo dục STEM tại một số trường THPT tỉnh Cao Bằng 20 1.4.1 Đối với giáo viên 20 1.4.2 Đối với học sinh 22 Kết luận chương 1 23 Chương 2 THIẾT KẾ HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC STEM CHỦ ĐỀ “CẦN TRỤC THÁP” 24 2.1 Thiết kế tiến trình dạy học bài học chủ đề STEM “Cần Trục Tháp” 24 2.2 Ý tưởng thiết kế 25 2.3 Kế hoạch bài dạy 26 2.4 Rubric đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong bài học STEM “Cần trục tháp” 39 2.5 Cách thức triển khai đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học bài học STEM 43 Kết luận chương 2 44 Chương 3 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 45 3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 45 3.2 Đối tượng, phương pháp thực nghiệm sư phạm 45 3.3 Đánh giá kết quả thực nghiệm tại trường THPT Bế Văn Đàn 46 3.3.1 Đánh giá định tính 46 3.3.2 Đánh giá định lượng kết quả thực nghiệm sư phạm 53 Kết luận chương 3 56 KẾT LUẬN CHUNG 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 PHỤ LỤC iv DANH MỤC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT GV Giáo viên HS Học sinh MT Môi trường PL Phụ lục THPT Trung học phổ thông TNSP Thực nghiệm sư phạm iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Cấu trúc của năng lực giải quyết vấn đề trong dạy học bài học STEM 14 Bảng 1.2 Sự tương quan giữa các hoạt động trong quy trình dạy học bài học STEM với các thành tố của năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong bài học STEM 18 Bảng 2.1 Phân phối thời lượng cho các hoạt động trong bài học STEM chủ đề “Cần trục tháp” 26 Bảng 2.2 Phiếu đánh giá theo tiêu chí năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong bài học STEM “Cần trục tháp” 39 Bảng 2.3 Các tiêu chí đánh giá sự tham gia hoạt động nhóm của từng cá nhân trong giải quyết nhiệm vụ chung và các mức độ tăng dần từ 1 đến 3 .43 Bảng 3.1 Kết quả đánh giá năng lực HS của GV 54 v DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 3.1 Hình ảnh thực tế về cần trục tháp 46 Hình 3.2 GV dẫn dắt vào nội dung chủ đề Cần trục tháp 46 Hình 3.3 Các nhóm báo cáo kiến thức nền 48 Hình 3.4 Các nhóm trình bày bản vẽ 49 Hình 3.5 Bản vẽ thiết kế của các nhóm 49 Hình 3.6 Các nhóm học sinh thực hiện nhiệm vụ chế tạo sản phẩm 50 Hình 3.7 Trình bày sản phẩm 52 Hình 3.8 GV đánh giá sản phẩm của các nhóm 53 vi MỞ ĐẦU 1 Lý do chọn đề tài Chương trình giáo dục phổ thông 2018 đặt ra yêu cầu về việc vận dụng các mô hình giáo dục, các phương pháp dạy học tích cực, phù hợp cho sự hình thành và phát triển năng lực của học sinh Giáo dục STEM là một mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp học sinh áp dụng các kiến thức khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học vào giải quyết một số vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể [3] Giáo dục STEM mang lại cảm hứng cho người học thông qua việc tham gia các hoạt động khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán để phát triển khả năng sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề và các kĩ năng nghề nghiệp khác cần thiết cho tương lai [1] Với mục đích tăng cường áp dụng giáo dục STEM trong giáo dục trung học nhằm góp phần thực hiện mục tiêu hình thành và phát triển phẩm chất năng lực học sinh của Chương trình giáo dục phổ thông năm 2018 [2] Bộ Giáo dục và Đào tạo đã ra công văn số 3089/BGDĐT-GDTH hướng dẫn triển khai thực hiện giáo dục STEM trong giáo dục trung học Theo đó, giáo dục STEM có thể được tổ chức theo ba nội dung giáo dục khác nhau, bao gồm: Bài học STEM; Hoạt động trải nghiệm STEM; Đề tài/dự án nghiên cứu khoa học, kĩ thuật [3] Vật lí là môn học thuộc nhóm môn Khoa học tự nhiên, được lựa chọn theo nguyện vọng và định hướng nghề nghiệp của học sinh Chương trình môn Vật lí lựa chọn phát triển những vấn đề cốt lõi thiết thực nhất, đồng thời chú trọng đến các vấn đề mang tính ứng dụng cao là cơ sở của nhiều ngành kĩ thuật, khoa học và công nghệ Thí nghiệm, thực hành đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong việc hình thành khái niệm, quy luật, định luật vật lí [2] Hơn nữa, môn Vật lí có nhiều điểm tương đồng với giáo dục STEM bởi nền tảng để học Vật lí là toán học, mà môn Vật lí là môn khoa học có tính công nghệ và kỹ thuật rất cao, có liên quan rất nhiều đến thực nghiệm và thực tiễn Nội hàm môn Vật lí đã có yếu tố tích 1