Tổ chức dạy học stem chủ đề cần trục tháp

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 Trong mỗi bài học có vận dụng mô hình gi

Trang 1

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

Trang 2

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Thị Thu Hà

THÁI NGUYÊN - 2023

Trang 3

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

Trang 4

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

Trang 5

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

Trang 6

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

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 CHUNG 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 PHỤ LỤC

Trang 8

“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

Trang 9

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

Trang 10

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

Trang 11

hợp, do đó việc nghiên cứu về giáo dục STEM nói chung và phát triển năng lực trong dạy học môn Vật lí dựa theo định hướng giáo dục STEM nói riêng là hoàn toàn có cơ sở và phù hợp với định hướng đổi mới căn bản giáo dục ở Việt Nam

Do tính ứng dụng cao, là cơ sở của nhiều ngành kĩ thuật, khoa học và công nghệ nên kiến thức vật lí được vận dụng để giải quyết nhiều vấn đề của thực tiễn

Ví dụ như tình huống liên quan đến việc thiết kế và chế tạo cần trục tháp dùng trong lĩnh vực xây dựng khi vận chuyển nguyên vật liệu trong thi công các cao trình Khi thiết kế, chế tạo cần trục tháp, các kĩ sư cần vận dụng tới các kiến thức

về tổng hợp lực, phân tích lực, cân bằng, moment lực trong môn vật lí 10

Với các lí do trên tôi chọn đề tài Tổ chức dạy học STEM chủ đề “Cần trục tháp” - Vật lí 10 với mục đích bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề của

học sinh

2 Mục tiêu nghiên cứu

Tổ chức dạy học STEM chủ đề “Cần trục tháp” - Vật lí 10 theo quy trình dạy học STEM nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề của HS

3 Giả thuyết nghiên cứu

Nếu tổ chức dạy học STEM chủ đề “Cần trục tháp” - Vật lí 10 theo quy trình dạy học STEM sẽ bồi dưỡng được năng lực giải quyết vấn đề của HS

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

Tìm hiểu những vấn đề chung về giáo dục STEM

Tìm hiểu giáo dục STEM theo hình thức bài học

Đề xuất cách thức tổ chức dạy học STEM chủ đề “Cần trục tháp” thông qua mạch nội dung “Cân bằng lực, moment lực” thuộc chủ đề “Động lực học” thuộc chương trình môn Vật lí 10

Thiết kế hoạt động tổ chức dạy học STEM chủ đề “Cần trục tháp” thông qua mạch nội dung “Cân bằng lực, moment lực” thuộc chủ đề “Động lực học” thuộc chương trình môn Vật lí 10 nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề của học sinh

Tiến hành thực nghiệm sư phạm ở trường trung học phổ thông để đánh giá hiệu quả của đề tài

Trang 12

5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

5.1 Đối tượng nghiên cứu: Học sinh lớp 10

5.2 Phạm vi nghiên cứu

“Cân bằng lực, moment lực” thuộc chủ đề “Động lực học” thuộc chương trình môn Vật lí 10

Lớp 10A5 tại Trường THPT Bế Văn Đàn - Thành Phố Cao Bằng

6 Phương pháp nghiên cứu

6.1 Phương pháp nghiên cứu lí thuyết

Nghiên cứu những vấn đề chung về giáo dục STEM

Nghiên cứu giáo dục STEM theo hình thức bài học

Nghiên cứu các tài liệu lí luận dạy học bộ môn, chương trình Vật lí phổ thông Nghiên cứu các văn kiện của Đảng, chính sách của Nhà nước và các quyết định, chỉ thị của Bộ Giáo dục và Đào tạo về vấn đề đổi mới giáo dục phổ thông; bồi dường năng lực giải quyết vấn đề của HS

Nghiên cứu các sách, báo, luận án, tạp chí chuyên ngành liên quan

Nghiên cứu nội dung chương trình sách giáo khoa, sách bài tập, tài liệu tham khảo chủ đề “Động lực học” thuộc chương trình môn Vật lí 10

6.2 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

Điều tra thực trạng việc tổ chức dạy học theo hướng bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho HS ở một số trường THPT hiện nay

Thăm lớp, dự giờ trao đổi ý kiến với GV, HS

6.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm

Tiến hành giảng dạy thực nghiệm ở lớp 10

Quan sát, kiểm tra, đánh giá hoạt động học tập của HS trong giờ học

6.4 Phương pháp thống kê toán học

Phương pháp thống kê toán học để xử lý số liệu, đưa ra những kết quả, phân

Trang 13

7 Cấu trúc luận văn

Dự kiến cấu trúc luận văn gồm: Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, luận văn được chia làm ba chương:

Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn

Chương 2: Tổ chức dạy học STEM chủ đề “Cần trục tháp” thông qua mạch

nội dung “Cân bằng lực, moment lực” nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn

đề cho học sinh lớp 10

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

Trang 14

Chương 1

CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN

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

Trong mỗi bài học có vận dụng mô hình giáo dục STEM, học sinh được đặt trước tình huống thực tiễn, từ đó người học xác định được vấn đề cần nghiên cứu, việc giải quyết vấn đề nghiên cứu tuân theo quy trình thiết kế kĩ thuật và cần sử dụng các kiến thức thuộc các các môn Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán Chính vì lẽ đó, giáo dục STEM đề cao đến việc hình thành và phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho người học Đã có nhiều nghiên cứu trước đó về việc vận dụng mô hình giáo dục STEM trong dạy học các môn học nhằm hình thành và phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh

Nghiên cứu của nhóm tác giả Nguyễn Phương Liên, Nguyễn Thị Phương,

Lê Thái Hưng (2019) đã chỉ ra rằng mô hình giáo dục STEM có tác dụng trong việc hình thành và phát triển thành tố năng lực giải quyết vấn đề (thuộc năng lực hợp tác giải quyết vấn đề) cho học sinh, từ đó đề xuất mô hình hoạt động giáo dục STEM trong trường phổ thông nhằm phát triển năng lực hợp tác giải quyết vấn đề [6]

Tác giả Trần Thế Sang (2019) dựa trên những đặc điểm của mô hình giáo dục STEM và cấu trúc của năng lực giải quyết vấn đề từ đó đề xuất các chủ đề giáo dục STEM trong dạy học môn Hoá 10 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho học sinh Kết quả thực nghiệm cũng đã chứng tỏ được những biện pháp mà tác giả đề xuất trong việc vận dụng mô hình giáo dục STEM trong dạy học nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh là khả thi và có tính ứng dụng cao [13]

Cùng đề cập tới việc thiết kế các chủ đề STEM trong dạy học bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh, nhóm tác giả Quách Nguyễn Bảo

Trang 15

Nguyên, Nguyễn Hoàng Anh, Nguyễn Đức Dũng (2019) đã lựa chọn và xây dựng chủ đề STEM “Sản xuất nến” và “Chế tạo máy lọc nước” khi dạy phần

“Nhiệt học” môn Vật lí nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh Tiến trình dạy học đã được thử nghiệm trên 42 học sinh tại trường trung học phổ thông Phan Thành Tài, thành phố Đà Nẵng và cho kết quả chứng tỏ khả năng xác định vấn đề cần giải quyết từ tình huống thực tiễn, khả năng tìm giải pháp giải quyết vấn đề, khả năng lập luận vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề [11]

Đề cập tới giáo dục STEM nhưng khai thác ở khía cạnh giáo dục khoa học robot, nhóm tác giả Lê Mĩ Hải Ngân và Nguyễn Văn Biên (2020) dựa trên các đặc trưng của giáo dục khoa học robot và các đặc điểm của năng lực giải quyết vấn đề đã xây dựng khung năng lực giải quyết vấn đề trong giáo dục khoa học robot của học sinh trung học cơ sở gồm Phát hiện vấn đề, Phân tích vấn đề, Nghiên cứu và lựa chọn thông tin, Đề xuất giải pháp, Thiết kế sản phẩm, Chế tạo sản phẩm, Vận hành và điều chỉnh Kết quả nghiên cứu đã được xác nhận tính khả thi và phù hợp thông qua thực nghiệm sư phạm và khảo sát lấy ý kiến chuyên gia của nhóm tác giả [10]

Giáo dục STEM trong dạy học phát triển năng lực giải quyết vấn đề cũng

đã được nhóm tác giả Nguyễn Quang Linh, Nunthida PHAYSITH, Soulivon KHAMPHA (2021) mở rộng phạm vi nghiên cứu ở các tỉnh phía Bắc nước Cộng hoà Dân chủ Nhân dân Lào Nhóm tác giả đã đề xuất tiến trình dạy học chủ đề STEM “Tua-bin gió” và chủ đề “Kính tiềm vọng”, sau đó tiến hành thực nghiệm

sư phạm trên 52 học sinh tại hai trường trung học cơ sở PhuKhun và trường trung học cơ sở Songmeuang, nước Cộng hoà Dân Chủ Nhân Dân Lào Kết quả thực nghiệm cho thấy việc thiết kế và tổ chức dạy học thông qua các chủ đề STEM đã giúp học sinh có cơ hội để bộc lộ các biểu hiện của năng lực giải quyết vấn đề [7]

Cùng nhằm vào việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh thông qua hoạt động dạy học theo định hướng giáo dục STEM nhưng nhóm tác giả Dương Bích Thảo, Phạm Minh Khánh, Lê Thị Yến Nhi và Trần Thiên Kim

Trang 16

(2022) đã khai thác thêm mô hình dạy học 6E trong dạy học chủ đề lập trình ngôn ngữ Python với robot và trình diễn robot Vex Iq đối với học sinh lớp 11 Kết quả nghiên cứu đã chứng tỏ học sinh có thể giải quyết thành công các vấn

đề nghiên cứu khi được tham gia các hoạt động học tập theo định hướng giáo dục STEM [14]

Ngoài những nghiên cứu trên, còn có nhiều nghiên cứu khác cùng quan tâm đến việc vận dụng mô hình giáo dục STEM trong dạy học nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh với các đối tượng và phạm vi nghiên cứu khác nhau như nhóm tác giả Vũ Đình Chinh,Trần Thị Thu Hiền (2023) với nghiên cứu dạy học môn Toán cho học sinh tiểu học; nhóm tác giả Lê Văn Năm, Nguyễn Thị Lan Anh, Nguyễn Lê Bảo Khuê (2022) với nghiên cứu dạy học chủ

đề Phân bón hoá học cho học sinh lớp 11… [9]

Những nghiên cứu đi trước với những phân tích lí thuyết và kết quả khảo sát thực nghiệm đã chứng tỏ mô hình giáo dục STEM có tác dụng trong dạy học phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh Tuy nhiên, còn nhiều vùng kiến thức trong chương trình giáo dục phổ thông với những chủ đề STEM vẫn chưa được khai thác, triển khai Dựa trên những phân tích các nghiên cứu trước

đó và chương trình giáo dục phổ thông hiện hành, chúng tôi đã lựa chọn đề tài

nghiên cứu Tổ chức dạy học STEM chủ đề “Cần trục tháp” - Vật lí 10 với mục

đích bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề của học sinh

1.2 Mô hình giáo dục STEM

1.2.1 Khái niệm mô hình giáo dục STEM

Thuật ngữ STEM được lấy từ bốn chữ cái đầu của các từ Science (khoa học), Technology (công nghệ), Engineering (kỹ thuật) và Math (toán học) Giáo dục STEM theo quan điểm của chương trình giáo dục phổ thông 2018, được coi 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 [2] Đối với Chương trình giáo dục phổ

Trang 17

thông 2018, các kiến thức, kĩ năng thuộc bốn lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán có những đặc thù riêng

Các kiến thức Khoa học bao gồm các kiến thức về Vật lý, Hóa học, Sinh học và Khoa học trái đất Các kiến thức này giúp học sinh hiểu về sự tồn tại và vận động của thế giới tự nhiên với các thuộc tính cơ bản, các mối quan hệ của

sự vật, hiện tượng, quá trình,… từ đó vận dụng kiến thức về thế giới tự nhiên nhằm giải quyết các vấn đề khoa học trong cuộc sống hàng ngày

Các kiến thức Công nghệ đối với đối tượng trung học phổ thông được chia thành hai định hướng, định hướng công nghiệp và định hướng nông nghiệp Đối với định hướng Công nghiệp, các kiến thức về công nghệ bao gồm thiết kế và công nghệ, công nghệ cơ khí, công nghệ điện - điện tử (đối với định hướng Công nghiệp); đối với định hướng Nông nghiệp, các kiến thức về công nghệ bao gồm công nghệ trồng trọt, công nghệ chăn nuôi, lâm nghiệp và thuỷ sản Các năng lực công nghệ với các năng lực thành tố như nhận thức công nghệ, giao tiếp công nghệ, sử dụng công nghệ, đánh giá công nghệ, thiết kế kĩ thuật được sử dụng phù hợp với các ngành nghề kĩ thuật, công nghệ thuộc các định hướng công nghệ khác nhau, từ đó có hiểu biết và vận dụng kiến thức và năng lực công nghệ để giải quyết những vấn đề của thực tiễn cuộc sống

Các kiến thức về Kỹ thuật trong chương trình giáo dục phổ thông 2018 được tích hợp trong nhiều môn học khác nhau như Vật lí, Hoá học, Công nghệ, Toán học, Tin học… Kỹ thuật chính là việc ứng dụng sáng tạo những nguyên lý khoa học có được từ các môn học trên vào vào thiết kế, chế tạo, vận hành máy móc, dụng cụ, công trình và hệ thống hoá một cách hiệu quả và kinh tế nhất

Các kiến thức về Toán học trong giai đoạn định hướng nghề nghiệp bao gồm các kiến thức định hướng vào các ứng dụng của toán học trong thực tiễn Điều này được cụ thể trong những chuyên đề học tập dành cho học sinh có định hướng khoa học tự nhiên và công nghệ Nội dung của các chuyên đề này giúp học sinh tăng cường kiến thức về toán học, kĩ năng vận dụng kiến thức toán vào thực tiễn, đáp ứng sở thích, nhu cầu và định hướng nghề nghiệp của học sinh

Trang 18

1.2.2 Mục tiêu của giáo dục STEM

Giáo dục STEM với tư tưởng giáo dục toàn diện định hướng thúc đẩy giáo dục bốn lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán nhằm chuẩn bị nguồn nhân lực đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các ngành nghề liên quan đến STEM, tạo sức cạnh tranh cao của nền kinh tế Chính vì lẽ đó, việc triển khai mô hình giáo dục STEM trong Chương trình giáo dục phổ thông 2018 với mục tiêu nâng cao hứng thú học tập các môn học thuộc lĩnh vực STEM, vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết vấn đề thực tiễn, kết nối trường học và cộng đồng, định hướng hành động, trải nghiệm trong học tập, hình thành và phát triển năng lực phẩm chất người học, hướng nghiệp phân luồng

Như vậy, giáo dục STEM cũng giống như các hoạt động giáo dục khác được triển khai trong nhà trường sẽ góp phần thực hiện mục tiêu tổng quát của chương trình giáo dục phổ thông Mục tiêu tổng quát và toàn diện của chương trình giáo dục phổ thông 2018 là nhằm tới bồi dưỡng phẩm chất và hình thành, phát triển năng lực của người học thông qua các nội dung giáo dục với các kiến thức, kĩ năng cơ bản, thiết thực, hiện đại; vận dụng hiệu quả các kiến thức, kĩ năng đó vào đời sống và tự học suốt đời, có định hướng và lựa chọn được nghề nghiệp tương lai phù hợp; phát triển hài hoà đức, trí, thể, mĩ; đóng góp tích cực vào sự phát triển của đất nước và nhân loại

Nhằm đạt được mục tiêu dạy học hình thành và phát triển năng lực cho học sinh, việc tổ chức các hoạt động giáo dục STEM có thể được thực hiện dưới các hình thức khác nhau tùy thuộc vào đặc điểm riêng của từng nội dung học tập và giáo dục, vào bối cảnh dạy học liên quan đến người học, người dạy, điều kiện trang thiết bị, cơ sở vật chất của các đơn vị Theo hướng dẫn của Bộ giáo dục và Đào tạo, các hình thức tổ chức các hoạt động giáo dục STEM có thể triển khai dưới dạng bài học STEM khi dạy các môn Khoa học tự nhiên, các hoạt động trải nghiệm STEM thông qua hình thức câu lạc bộ hay trải nghiệm thực tế, các hoạt

Trang 19

động nghiên cứu khoa học kĩ thuật dưới dạng một đề tài, dự án nghiên cứu tham gia ngày hội STEM hay các cuộc thi khoa học kĩ thuật… [3]

1.3 Bài học STEM

1.3.1 Khái niệm, đặc điểm của bài học STEM

Bài học STEM được hiểu quá trình người giáo viên tổ chức các hoạt động học tập cho học sinh theo hướng tiếp cận tích hợp các kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học (đủ hoặc khuyết 1, 2 lĩnh vực) nhằm giải quyết vấn

đề xuất phát từ tình huống thực tiễn

Nội dung của bài học STEM được hướng dẫn cần bám sát nội dung chương trình của các môn học trong chương trình giáo dục phổ thông nhằm đảm bảo thời lượng được quy định của môn học Ngoài ra, nội dung bài học STEM có mối liên

hệ chặt chẽ với các vấn đề của thực tiễn cuộc sống, trong lao động sản xuất và khoa học, công nghệ Yêu cầu của các bài học STEM thường hướng đến tìm các giải pháp hoặc thiết kế, chế tạo một mô hình sản phẩm có tính ứng dụng trong thực tiễn Để thực hiện được điều này, người học cần tìm tòi, nghiên cứu, chiếm lĩnh các kiến thức khoa học, hình thành kĩ năng đáp ứng yêu cầu cần đạt của chương trình; qua đó hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực của cá nhân

Các bài học STEM trong môn Vật lí có ưu thế được triển khai do đặc trưng nội dung môn học liên quan đến các yếu tố kĩ thuật, công nghệ; đến sự vận động, biến đổi của thế giới tự nhiên

1.3.2 Các yêu cầu khi xây dựng bài học STEM

Để đảm bảo thực hiện mục tiêu giáo dục của Chương trình giáo dục phổ thông 2018 và phù hợp với hướng dẫn của Bộ giáo dục và Đào tạo trong việc triển khai mô hình giáo dục STEM ở trường phổ thông, bài học STEM khi xây dựng cần đảm bảo các yêu cầu sau:

Thứ nhất là vấn đề nghiên cứu của bài học cần được nảy sinh từ tình huống thực tiễn Xuất phát từ tình huống thực tiễn, học sinh sẽ xác định vấn đề cần nghiên cứu Vấn đề cần nghiên cứu này có thể là yêu cầu đề xuất một giải pháp

Trang 20

giải quyết vấn đề cho tình huống thực tiễn, cũng có thể là yêu cầu thiết kế, chế tạo một mô hình sản phẩm có tính ứng dụng trong thực tiễn

Thứ hai là bài học STEM có cấu trúc tuân theo quy trình thiết kế kĩ thuật, bao gồm các hoạt động chính: đề xuất giải pháp/ bản vẽ thiết kế, chế tạo, thử nghiệm, đánh giá, chia sẻ thảo luận, điều chỉnh thiết kế

Thứ ba là tiêu chí của sản phẩm hay tiêu chí đánh giá các giải pháp là yêu cầu quan trọng và được xuất hiện ở hoạt động đầu tiên của tiến trình dạy học

Thứ tư là các nhiệm vụ học tập cần hướng học sinh vào hoạt động tìm tòi, khám phá kiến thức, đồng thời định hướng hành động, trải nghiệm và kết quả là

đề xuất được biện pháp giải quyết vấn đề thực tiễn, tạo ra sản phẩm

1.3.3 Quy trình xây dựng bài học STEM

Từ những đặc điểm và các yêu cầu khi xây dựng bài học STEM, việc tuân thủ các bước trong quy trình xây dựng bài học STEM trong dạy học nhằm đáp ứng mục tiêu hình thành và phát triển năng lực của Chương trình giáo dục phổ thông là cần thiết Quy trình xây dựng bài học STEM được định hướng theo bốn bước, gồm:

Bước thứ nhất là Lựa chọn chủ đề bài học STEM Đây là bước đầu tiên và đóng vai trò quan trọng trong quy trình xây dựng bài học STEM Những ý tưởng

về chủ đề bài học STEM được xuất phát từ mối liên hệ giữa nội dung kiến thức của môn học với các tình huống thực tiễn Chính vì vậy người giáo viên bên cạnh kiến thức khoa học của môn học cần có sự am hiểu về kiến thức trong đời sống

xã hội, khoa học, công nghệ… để từ đó có sự liên kết và lựa chọn được tên chủ

Trang 21

thực tiễn Để giải quyết vấn đề học tập này, học sinh cần học và vận dụng những kiến thức, kĩ năng trong chương trình môn học

Bước thứ ba là Xây dựng tiêu chí của sản phẩm hoặc giải pháp giải quyết vấn đề Tiêu chí của sản phẩm/giải pháp giải quyết vấn đề là yêu cầu quan trọng được xuất hiện ở giai đoạn đầu tiên của quá trình dạy học Việc xác định được tiêu chí của sản phẩm/giải pháp là căn cứ quan trọng để bắt đầu chuỗi các hoạt động trong quy trình thiết kế kĩ thuật với hoạt động đầu tiên là đề xuất giải pháp giải quyết quyết về/đề xuất giả thuyết khoa học/thiết kế mô hình sản phẩm

Bước thứ tư là Thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học Tiến trình tổ chức hoạt động dạy học được thiết kế tuân theo quy trình thiết kế kĩ thuật với 5 hoạt động chính tương ứng với 8 bước gồm: xác đinh vấn đề, nghiên cứu kiến thức nền, đề xuất các giải pháp, lựa chọn giải pháp, chế tạo mô hình, thử nghiệm và đánh giá, chia sẻ thảo luận, điều chỉnh thiết kế Trong mỗi hoạt động cần thể hiện rõ mục tiêu của hoạt động, các nhiệm vụ cụ thể, sản phẩm mong đợi và cách thức tổ chức thực hiện với phương án kiểm tra, đánh giá rõ ràng [3]

1.3.4 Quy trình bài học STEM

Bài học STEM đuợc xây dựng dựa theo quy trình thiết kế kĩ thuật với tiến

trình bao gồm 8 bước tương ứng với 5 hoạt động sau:

Hoạt động 1: Xác định vấn đề Ở hoạt động này, học sinh sau khi tiếp nhận tình huống học tập (là tình huống thực tiễn) sẽ xuất hiện những câu hỏi xoay quanh những hiện tượng, quá trình xảy ra trong tình huống học tập, từ đó nảy sinh vấn

đề cần nghiên cứu Vấn đề cần nghiên cứu có thể là yêu cầu đề xuất biện pháp hoặc yêu cầu thiết kế, chế tạo một mô hình sản phẩm có ý nghĩa ứng dụng trong thực tiễn Một điều quan trọng nữa trong hoạt động này là các biện pháp/mô hình sản phầm luôn đi kèm với các tiêu chí cụ thể Việc đề ra các tiêu chí phải được thực hiện ngay trong hoạt động đầu tiên này của quá trình dạy học Các tiêu chí của giải pháp/sản phẩm sẽ là căn cứ, là cơ sở để học sinh lên phương án nghiên cứu tìm hiểu các kiến thức, kĩ năng nền nhằm giải quyết vấn đề nghiên cứu

Trang 22

Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất các giải pháp Các kiến thức nền chính là những kiến thức cần thiết dùng để đề xuất các giải pháp hoặc thiết kế, chế tạo mô hình sản phẩm nhằm đáp ứng các tiêu chí đã đề ra Hoạt động nghiên cứu kiến thức nền thường được tổ chức dưới hình thức học sinh tự nghiên cứu, tự tìm tòi để tìm hiểu kiến thức

Hoạt động 3: Lựa chọn giải pháp Ở hoạt động này, học sinh được trình bày chia sẻ, thảo luận, phản biện và bảo vệ phương án/bản thiết kế mô hình sản phẩm đề xuất Sau đó, dưới sự định hướng của giáo viên, các nhóm sẽ chỉnh sửa bản thiết kế, hoàn thiện phương án tối ưu và lựa chọn ra phương án khả thi để tiến hành chế tạo, thử nghiệm

Hoạt động 4: Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá Hoạt động này thường được giáo viên giao cho các nhóm thực hiện trên phòng thực hành hoặc ở nhà có

sự báo cáo thường xuyên của học sinh và sự giám sát, định hướng và trợ giúp kịp thời của giáo viên Để đảm bảo có thể ghi nhận và đánh giá được những biểu hiện hành vi của cá nhân học sinh, giáo viên cần hướng dẫn các nhóm học sinh phân công nhiệm vụ chi tiết tới từng thành viên, có ghi nhật kí thực hiện nhiệm

vụ dưới dạng văn bản và kênh hình

Hoạt động 5: Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh Ở hoạt động này, các nhóm

sẽ trình bày và thảo luận về kết quả thực hiện giải pháp hoặc sản phẩm đã chế tạo theo bản thiết kế ban đầu Sau đó sẽ tiến hành đánh giá kết quả/sản phẩm và

đề xuất phương án điều chỉnh, hoàn thiện giải pháp/ bản thiết kế ban đầu [3]

Việc thực hiện bài học STEM có thể được triển khai ở nhiều tiết học và có thể được tổ chức ở phạm vi trong và ngoài lớp học

1.3 Năng lực giải quyết vấn đề

1.3.1 Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề

Có nhiều quan điểm khác nhau về năng lực giải quyết vấn đề, trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng quan điểm năng lực giải quyết vấn đề của Đỗ Hương Trà và các cộng sự [15] Theo đó, năng lực giải quyết vấn đề của học sinh được

Trang 23

hiểu là sự huy động tổng hợp kiến thức, kĩ năng, thái độ, cảm xúc, động cơ của học sinh đó để giải quyết các tình huống trong thực tiễn trong bối cảnh cụ thể mà các giải pháp không có sẵn ngay lập tức Trong nội hàm của khái niệm năng lực giải quyết vấn đề cũng đã thể hiện những đặc điểm của quy trình dạy học bài học STEM như: tình huống xuất phát là tình huống thực tiễn; quá trình giải quyết vấn

đề cần vận dụng tổng hợp các kiến thức, kĩ năng, thái độ… nhằm đề xuất giải pháp, thực hiện giải pháp, kiểm tra đánh giá và rút kết luận rất gần với các hoạt động trong quy trình thiết kế kĩ thuật

1.3.2 Cấu trúc của năng lực giải quyết vấn đề trong dạy học bài học STEM

Năng lực giải quyết vấn đề bao gồm nhiều thành tố, mỗi thành tố lại có các chỉ số hành vi với các mức độ chất lượng khác nhau Khung năng lực giải quyết vấn đề do nhóm tác giả Đỗ Hương Trà và cộng sự nghiên cứu gồm 4 năng lực thành tố tương ứng với 11 chỉ số hành vi Theo các tác giả, 4 thành tố năng lực của năng lực giải quyết vấn đề được xác định là Tìm hiểu vấn đề, Đề xuất giải pháp, Thực hiện giải pháp giải quyết vấn đề, Đánh giá việc giải quyết vấn

đề, phát hiện vấn đề mới Căn cứ vào câu trúc trên, đặc biệt tham khảo các chỉ

số hành vi tương ứng và cách mô tả các mức độ cho từng chỉ số hành vi, chúng tôi lựa chọn và đề xuất các chỉ số hành vi và mức độ tương ứng của năng lực giải quyết vấn đề của HS trong dạy học bài học STEM gồm 5 năng lực thành tố với

11 tiêu chí đánh giá như sau

Bảng 1.1 Cấu trúc của năng lực giải quyết vấn đề

trong dạy học bài học STEM

Năng lực

thành tố Tiêu chí

Mức độ 1 (1 điểm)

Trình bày được các câu hỏi riêng

lẻ nhưng trong đó không có câu nào

Trình bày được các câu hỏi riêng

lẻ trong đó có 1

số câu liên quan

Trình bày được ít nhất 2 câu hỏi liên quan đến vấn đề nghiên cứu

Trang 24

Năng lực

liên quan đến vấn

đề cần giải quyết

đến vấn đề cần giải quyết

2 Xác định và

trình bày vấn đề học tập / nghiên cứu

Không hoặc có phát hiện được vấn đề học tập (thể hiện qua câu hỏi) nhưng không trình bày được vấn đề cần giải quyết

Xác định được sự xuất hiện vấn đề học tập trong tình huống thực tiễn (thông qua câu hỏi đề xuất) và trình bày được một phần nội dung của vấn đề cần giải quyết

Xác định được sự xuất hiện vấn đề cần giải quyết trong tình huống thực tiễn (thông qua câu hỏi đề xuất) và trình bày được vấn đề cần giải quyết

Không nêu được tên các kiến thức cần tìm hiểu/vận dụng để giải quyết vấn đề

Nêu tên các kiến thức cần tìm hiểu/ vận dụng

để giải quyết vấn

đề nhưng chưa đầy đủ

Nêu được đầy đủ tên các kiến thức cần tìm hiểu/vận dụng để giải quyết vấn đề

4 Trình bày nội dung kiến thức cần vận dụng để giải quyết vấn đề học tập

Trình bày được dưới ½ nội dung kiến thức cần dùng

đủ

Trình bày được đầy đủ nội dung kiến thức cần dùng để giải quyết vấn đề

Thiết kế/ đề xuất được dưới ½ khối lượng công việc

Thiết kế/ đề xuất được từ ½ khối lượng công việc nhưng chưa đầy

đủ

Thiết kế hoàn chỉnh mô hình sản phẩm/ đề xuất cách thức vận dụng kiến thức để đưa ra giải pháp giải quyết vấn đề

Trang 25

Năng lực

6 Lựa chọn giải pháp/ mô hình thiết kế sản phẩm

Trình bày được phương án/ bản thiết kế mô hình sản phẩm đã đề xuất

Trình bày, thảo luận, phản biện và bảo vệ được phương án/ bản thiết kế mô hình sản phẩm đề xuất; phát hiện ra sai sót trong bản thiết kế

Trình bày chia

sẻ, thảo luận, phản biện và bảo

vệ được phương án/ bản thiết kế

mô hình sản phẩm đề xuất; phát hiện ra sai sót trong bản thiết kế và điểu chỉnh phương án

đã thiết kế

7 Chế tạo sản phẩm/đề xuất giải pháp giải quyết vấn đề

Chế tạo/đề xuất được dưới ½ khối lượng công việc

Chế tạo/đề xuất được từ ½ khối lượng công việc nhưng chưa hoàn thiện

Chế tạo được sản phẩm/ đề xuất giải pháp giải quyết vấn đề

thử nghiệm các biện pháp đã đề xuất

Không vận hành được mô hình sản phẩm/thử nghiệm không thành công các biện pháp đã

đề xuất

Kết quả vận hành mô hình sản phẩm/ thử nghiệm các biện pháp đã đề xuất đạt được không đầy đủ các tiêu chí đã đưa ra

Kết quả vận hành mô hình sản phẩm/ thử nghiệm các biện pháp đã đề xuất đạt được đầy đủ các tiêu chí đã đưa ra

9 Đánh giá kết quả vận hành/

thử nghiệm và

điều chỉnh các nội dung trong quá trình giải quyết vấn đề

Đánh giá được kết quả vận hành/

thử nghiệm về ưu nhược điểm và

phát hiện ra sai sót, khó khăn

Đánh giá được kết quả vận hành/

thử nghiệm về ưu nhược điểm; phát hiện ra sai sót, khó khăn và đưa

ra những điều chỉnh

Đánh giá được kết quả vận hành /thử nghiệm về ưu nhược điểm; phát hiện ra sai sót, khó khăn; đưa ra những điều chỉnh

Trang 26

Năng lực

và thực hiện điều chỉnh

biện pháp đã đề xuất đáp ứng các

tiêu chí cụ thể: đủ nội dung; bố cục

rõ ràng; sử dụng tốt các công cụ thiết bị hỗ trợ;

giọng nói mạch lạc, rõ ràng; có

sự hợp tác giữa các thành viên trong nhóm khi trình bày; đảm bảo thời gian báo cáo

Trình bày sản phẩm đã chế tạo/

biện pháp đã đề xuất chỉ đáp ứng được dưới ½ các tiêu chí

Trình bày sản phẩm đã chế tạo/

biện pháp đã đề xuất chỉ đáp ứng được từ ½ các tiêu chí nhưng chưa đầy đủ

Trình bày sản phẩm đã chế tạo/ biện pháp đã đề xuất đáp ứng đầy

đủ các tiêu chí

11 Thảo luận, phản biện, bảo vệ sản phẩm đã chế tạo/biện pháp đã

đề xuất theo các tiêu chí cụ thể: nêu được ý kiến/ câu hỏi cho nhóm bạn;

trả lời được câu hỏi của giáo viên /học sinh từ nhóm khác

Nêu được ít nhất

1 câu hỏi/ý kiến cho nhóm bạn;

và/hoặc trả lời được 1 câu hỏi của giáo viên/ học sinh từ nhóm khác

Nêu được từ 3 câu hỏi/ý kiến cho nhóm bạn; và trả lời được các câu hỏi của giáo viên/ học sinh từ nhóm khác, thực hiện điều chỉnh bản thiết kế (nếu cần thiết)

Trang 27

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

Từ quy trình dạy học bài học STEM và cấu trúc của năng lực giải quyết vấn

đề của học sinh trong bài học STEM, chúng tôi lập bảng để thấy được mối quan

hệ giữa các hoạt động trong quy trình dạy học bài học STEM với các thành tố, tiêu chí của năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong bài học STEM, cụ thể như sau:

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

3 Nêu tên các kiến thức cần tìm hiểu/ vận dụng để giải quyết vấn đề

4 Trình bày nội dung kiến thức cần vận dụng để giải quyết vấn đề học tập

III Giải quyết vấn đề học tập liên quan đến tình huống/ sự kiện thực tiễn

5 Thiết kế mô hình sản phẩm/đề xuất cách thức vận dụng kiến thức để đưa ra giải pháp giải quyết vấn đề

Trang 28

Hoạt động Năng lực thành tố Tiêu chí

biện pháp đã đã đề xuất

9 Đánh giá kết quả vận hành/thử nghiệm và điều chỉnh các nội dung trong quá trình giải quyết vấn đề

HĐ5: Chia sẻ,

thảo luận và điều

chỉnh

V Trình bày, thảo luận sản phẩm đã chế tạo/biện pháp đã đề xuất

10 Trình bày sản phẩm đã chế tạo/ biện pháp đã đề xuất đáp ứng các tiêu chí cụ

thể: đủ nội dung; bố cục rõ ràng; sử dụng tốt các công cụ thiết bị hỗ trợ; giọng nói mạch lạc, rõ ràng; có sự hợp tác giữa các thành viên trong nhóm khi trình bày; đảm bảo thời gian báo cáo

11 Thảo luận, phản biện, bảo vệ sản phẩm

đã chế tạo/biện pháp đã đề xuất theo các tiêu chí cụ thể: nêu được ý kiến/câu hỏi cho nhóm bạn; trả lời được câu hỏi của giáo viên/học sinh từ nhóm khác

1.3.4 Đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong bài học STEM

Để đánh giá những biểu hiện của năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học bài học STEM, giáo viên có thể thực hiện đánh giá thông qua một

số phương pháp đánh giá như:

Thứ nhất là đánh giá qua quan sát hoạt động học tập của học sinh Qua các hoạt động học tập của học sinh, giáo viên có thể quan sát các thao tác, hành vi, tháo độ của người học khi thực hiện nhiệm vụ học tập

Thứ hai là đánh giá qua hồ sơ học tập Ví dụ như qua các phiếu học tập cá nhân, nhật ký các hoạt động của từng cá nhân trong nhóm trong cac hoạt động thiết kế mô hình sản phẩm, đề xuất giải pháp, chế tạo mô hình sản phẩm… Thứ ba là đánh giá qua sản phẩm học tập của học sinh, ví dụ như câu trả lời

về các kiến thức nền đã nghiên cứu và tìm hiểu được, bản thiết kế mô hình sản phẩm, các giải pháp giải quyết vấn đề, mô hình sản phẩm đã chế tạo

Trang 29

Thứ tư là đánh giá qua phương pháp hỏi - đáp Phương pháp hỏi - đáp có thể được sử dụng ở bất cứ hoạt động nào của tiến trình dạy học STEM, ví dụ như hoạt động nghiên cứu kiến thức nền; hoạt động báo cáo, chia sẻ, thảo luận các giải pháp/bản thiết kế/mô hình sản phẩm…

Ngoài ra, giáo viên có thể tổ chức để người học tự đánh giá và đánh giá đồng đẳng Tự đánh giá giúp người học tự nhìn lại quá trình thực hiện nhiệm vụ của bản thân, từ đó phát hiện ra những thiếu sót, cần nỗ lực, cần thay đổi để tiến

bộ và hoàn thiện bản thân Đánh giá đồng đẳng có tác dụng tăng cường sự tương tác, hợp tác với nhau để thực hiện nhiệm vụ chung

1.4 Tìm hiểu thực trạng dạy học theo giáo dục STEM tại một số trường THPT tỉnh Cao Bằng

Tại tỉnh Cao Bằng, trong năm học 2022 - 2023 Sở Giáo dục Cao Bằng đã chỉ đạo, hướng dẫn, triển khai dạy học STEM trong chương trình giáo dục nhà trường Đối với cấp trung học phổ thông, các hoạt động giáo dục STEM được tổ chức lồng ghép với các hoạt động trải nghiệm gắn với sản xuất, kinh doanh địa phương; Tổ chức các cuộc thi từ cấp trường đến cấp tỉnh như cuộc thi nghiên cứu khoa học, cuộc thi sáng tạo thanh thiếu niên

Theo điều tra đối với 120 giáo viên thuộc 04 trường THPT trên địa bàn thành phố Cao Bằng và 264 học sinh thuộc trường THPT Bế Văn Đàn Thành phố Cao Bằng, Tỉnh Cao Bằng thông qua phiếu khảo sát, trong khoảng thời gian

từ 15/10/2022 đến ngày 1/12/2022 Kết quả thu được như sau:

1.4.1 Đối với giáo viên

Với câu hỏi 1: Thầy/cô đã tìm hiểu về dạy học STEM ở mức độ nào? Chỉ có 42/120 ( chiếm 35%) GV trả lời đã biết dạy học STEM nhưng chưa tìm hiểu kĩ, 68/120 ( chiếm xấp xỉ 56,7%)GV trả lời đã được tìm hiểu về dạy học STEM ở mức độ khá, 10/120 (chiếm xấp xỉ 8,3%) GV trả lời đã được tìm hiểu

về dạy học STEM ở mức độ kĩ và sâu Kết quả này chứng tỏ dạy học STEM đang ngày càng được quan tâm

Trang 30

Với câu hỏi 2 Thầy/cô đã vận dụng dạy học STEM trong dạy học chưa? Kết quả thu được như sau: 32/120 GV (chiếm xấp xỉ 26,7%) được hỏi nói chưa dạy học STEM bao giờ ; 82/120 GV (chiếm xấp xỉ 68,3%) được hỏi nói đã dạy 1 chủ đề/bài học; 4/120 GV (chiếm xấp xỉ 3,3%) được hỏi nói đã dạy 2 chủ đề/bài học; 2/120 GV (chiếm xấp xỉ 1,7%) được hỏi nói đã dạy hơn 2 chủ đề/bài học Kết quả này cho thấy nhiều thầy/cô đã và đang vận dụng dạy học STEM trong dạy học

Với câu hỏi 3 Thầy/cô cho biết mức độ cần thiết tổ chức dạy học STEM

ở trường phổ thông như thế nào?

Kết quả thu được như sau: 7/120 GV (chiếm xấp xỉ 5,8 %) được hỏi nói không cần thiết; 28/120 GV (chiếm xấp xỉ 23,3%) được hỏi nói bình thường; 76/120 GV (chiếm xấp xỉ 63,4%) được hỏi nói cần thiết; 9/120 GV (chiếm 7,5%) được hỏi nói rất cần thiết Kết quả này cho thấy sự cần thiết của việc dạy học STEM trong chương trình giáo dục

Với câu hỏi 4 Theo thầy/cô những khó khăn khi tổ chức dạy học STEM

Trang 31

1.4.2 Đối với học sinh

Để đánh giá kết quả của việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học

sinh ở trường THPT Bế Văn Đàn tôi đã lấy ý kiến của 264 học sinh đang học ở

khối lớp 10 Kết quả như sau:

Câu hỏi 1: Em đã được nghe đến hoạt động dạy học STEM chưa?

A Đã được nghe đến: 15% B Chưa nghe bao giờ: 75%

Câu hỏi 2: Nhà trường nơi em đang học có tổ chức dạy học STEM không?

A Thường xuyên: 0% B Thỉnh thoảng: 100% C Không bao giờ: 0%

Câu hỏi 3: Em đã tham gia hoạt động STEM của nhà trường chưa?

A Thường xuyên: 0% B Thỉnh thoảng: 100% C Không bao giờ: 0% Qua kết quả điều tra các câu hỏi 1, 2, 3 cho thấy học sinh tại trường THPT

Bế Văn Đàn đã ý thức được và có tham gia các hoạt động giáo dục STEM do nhà trường triển khai Chỉ có điều, các hoạt động giáo dục STEM được tổ chức

ở các lớp học, khối học còn ít, chưa thường xuyên

Và khi được hỏi câu hỏi mở về những kĩ năng mà học sinh đã được học trong quá trình thực hiện hoạt động STEM (Câu 4), và những điều ấn tượng nhất khi tham gia hoạt động STEM (Câu 5) thì các em đã rất hào hứng đưa ra những câu trả lời như:

- Em được tham gia chia sẻ thảo luận, được thực hành, trải nghiệm

- Em được tương tác với bạn bè

- Em được chủ động thực hiện nhiệm vụ

- Em được chế tạo sản phẩm, được thi đua giữa các nhóm

- Em được tìm hiểu những ứng dụng của kiến thức vật lí trong giải quyết tình huống thực tiễn

- Em được tham gia các hoạt động giải quyết vấn đề như xây dựng kế hoạch, thực hiện kế hoạch…

Từ những kết quả điều tra về thực trạng tổ chức các hoạt động giáo dục STEM như trên, chúng tôi nhận thấy giáo dục STEM có ý nghĩa nhất định trong việc tạo cơ hội cho người học hình thành và phát triển những biểu hiện của năng lực giải quyết vấn đề

Trang 32

Kết luận chương 1

Ở chương 1, dựa trên những khái niệm cơ bản về giáo dục STEM, vai trò của giáo dục STEM trong việc thực mục tiêu phát triển năng lực của người học, đặc biệt dựa vào khái niệm và đặc điểm của bài học STEM, các yêu cầu khi xây dựng bài học STEM, quy trình bài học STEM, khung năng lực giải quyết vấn đề của Đỗ Hương Trà và các cộng sự, chúng tôi đã lựa chọn và đề xuất khung năng lực giải quyết vấn đề trong dạy học bài học STEM gồm 5 năng lực thành tố với

11 biểu hiện hành vi (tiêu chí), đồng thời mô tả các mức độ đạt được chi từng tiêu chí Để thể hiện tính phù hợp và lôgic của cấu trúc năng lực đã đề xuất, chúng tôi đã đưa ra bảng chỉ ra mối tương quan giữa các hoạt động trong quy trình bài học STEM với các năng lực thành tố và các tiêu chí của năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong bài học STEM

Đồng thời, trong chương 1 chúng tôi cũng tìm hiểu được thực trạng dạy học theo định hướng giáo dục STEM ở trường trung học phổ thông trên địa bàn thành phố Cao Bằng từ đó lấy căn cứ để đề xuất hướng nghiên cứu của đề tài về phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong dạy học bài học STEM

Những nội dung về cơ sở lí luận và thực tiễn đã có ở chương 1 sẽ giúp chúng tôi thiết kế và tổ chức dạy học bài học STEM cụ thể với chủ đề “Cần trục tháp” thông qua mạch nội dung “Cân bằng lực, moment lực” nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh lớp 10

Trang 33

Chương 2 THIẾT KẾ HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC STEM

CHỦ ĐỀ “CẦN TRỤC THÁP”

2.1 Thiết kế tiến trình dạy học bài học chủ đề STEM “Cần Trục Tháp”

Dựa trên các bước xây dựng chủ đề STEM được trình bày trong mục 1.2.5 của luận văn này, tôi đã thiết kế kế hoạch dạy học chủ đề “Cần trục tháp” như sau:

Bước 1 Lựa chọn chủ đề bài học STEM

Mạch nội dung “Cân bằng lực, moment lực” thuộc chủ đề “Động lực học” thuộc chương trình môn Vật lí 10 với các kiến thức về tổng hợp và phân tích lực, cân bằng, moment lực Các kiến thức này được ứng dụng nhiều trong thực tiễn cuộc sống, đơn cử trong số đó là Cần trục tháp Cần trục tháp là một loại máy móc, công cụ được dùng trong xây dựng để vận chuyển nguyên vật liệu cồng kềnh, khối lượng lớn theo phương thẳng đứng lên các cao trình được thuận lợi,

an toàn và đạt hiệu quả kinh tế cao Vì vậy, tên bài học STEM được xác định là

“Cần trục tháp” với nhiệm vụ cụ thể là chế tạo mô hình cần cẩu tháp đơn giản

Mạch nội dung “Cân bằng lực, moment lực” được chương trình dự kiến phân bố thời lượng với số tiết chiếm khoảng 8 tiết học trong tổng số 16 tiết của chủ đề “Động lực học”

Bước 2 Xác định vấn đề cần giải quyết

Tình huống thực tiễn: Quá trình thi công nhà cao tầng thường gặp vấn đề khó khăn là: Cao trình và khối lượng vận chuyển thẳng đứng lớn, lưu lượng dày đặc;

Trang 34

quy cách, số lượng vật liệu xây dựng và thiết bị lớn, công nhân lên xuống nhiều, lưu lượng đi lại cao; thời gian thi công gấp, mặt trận công tác phức tạp, nặng nề

Vì vậy để thi công nhà cao tầng được thuận lợi và đạt hiệu quả kinh tế cao, phải giải quyết tốt những khó khăn trên Một trong những vấn đề mấu chốt là lựa chọn máy móc và công cụ thi công chính xác, thích hợp và sử dụng chúng một cách hợp lý, trong đó cần trục tháp là một giải pháp khả thi, quyết định tới tiến độ thi công công trình

Vấn đề cần giải quyết: Trong thực tiễn người ta đã thiết kế, chế tạo cần trục tháp như thế nào để có thể nâng vật liệu xây dựng với khối lượng khác nhau lên các cao trình? Để thiết kế và chế tạo mô hình cần trục tháp đơn giản ta cần vận dụng những kiến thức, kĩ năng gì? Và vận dụng như thế nào để thiết kế và chế tạo ra sản phẩm?

Bước 3 Xây dựng tiêu chí đánh giá sản phẩm

Với nhiệm vụ trên, sản phẩm được đánh giá theo các tiêu chí:

- Nguyên liệu được nhận khi làm mô

hình: 10 thanh tre, 50 que xiên thịt, dây treo, 2

ròng rọc, keo 502 (keo nến), miếng gỗ,…

(kinh phí: ≤ 100.000 đồng) (hình minh họa)

- Khối lượng mô hình cần trục tháp ≤ 2kg

(không kể đối trọng và khối lượng vật cần nâng)

- Nâng, hạ được vật nặng tối thiểu 0,2kg lên độ cao cách mặt đất tối thiểu 0,3m theo ít nhất 2 mức khối lượng của vật nặng khác nhau

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

2.2 Ý tưởng thiết kế

Tổng thời lượng cho mạch nội dung “Cân bằng lực, moment lực” là 8 tiết, tiến trình dạy học kiến thức nền được thiết kế 6 tiết nhằm thực hiện mục tiêu đáp ứng yêu cầu cần đạt của chương trình 6 tiết học này sẽ được thực hiện trước khi

tổ chức chủ đề STEM Thời lượng còn lại trong 2 tiết sẽ thực hiện chủ đề STEM

Trang 35

“Cần trục tháp” Chính vì vậy tên hoạt động 2 của tiến trình dạy học có sai khác

về tên trong quy trình chung, đó là “Huy động, tìm tòi kiến thức nền và đề xuất giải pháp thiết kế mô hình cần cẩu tháp” Thời lượng cho từng hoạt động học được bố trí như bảng 2.1

Bảng 2.1 Phân phối thời lượng cho các hoạt động trong bài học STEM

chủ đề “Cần trục tháp”

Ghi chú: HĐ 5 nên tổ chức sau HĐ 4 từ 7 ngày đến 10 ngày

2.3 Kế hoạch bài dạy

I Mục tiêu của chủ đề: Năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong bài

học STEM, cụ thể như sau:

- Trình bày được những câu hỏi liên quan đến tình huống thực tiễn về cần trục tháp (1)

- Xác định và trình bày được vấn đề học tập/nghiên cứu: Trong thực tiễn người ta đã thiết kế, chế tạo cần trục tháp như thế nào để có thể nâng vật liệu xây dựng với khối lượng khác nhau lên các cao trình? Để thiết kế và chế tạo mô hình

lượng

trên lớp

2 Hoạt động 2 Huy động, tìm tòi kiến thức nền và đề

xuất giải pháp thiết kế mô hình cần cẩu tháp 15 tiết

3 Hoạt động 3 Lựa chọn giải pháp: Trình bày, thảo

luận phương án thiết kế và lựa chọn giải pháp

25 phút, trên lớp

4 Hoạt động 4 Chế tạo mẫu, thử nghiệm, đánh giá sản

phẩm

Phòng thực hành/ở nhà

5 Hoạt động 5 Chia sẻ, thảo luận và điều chỉnh 1 tiết

Trang 36

cần trục tháp đơn giản ta cần vận dụng những kiến thức, kĩ năng gì? Và vận dụng như thế nào đề thiết kế và chế tạo ra sản phẩm? (2)

- Nêu được tên các kiến thức cần tìm hiểu/vận dụng để thiết kế, chế tạo

mô hình cần trục tháp đơn giản (3)

- Trình bày được nội dung kiến thức cần vận dụng để để thiết kế, chế tạo

mô hình cần trục tháp đơn giản (4)

- Vẽ được bản thiết kế mô hình cần trục tháp đơn giản (5)

- Lựa chọn được mô hình thiết kế sản phẩm cần trục tháp đơn giản (6)

- Chế tạo được mô hình cần trục tháp đơn giản (7)

- Vận hành được mô hình sản phẩm cần trục tháp đơn giản (8)

- Đánh giá được kết quả vận hành mô hình cần trục tháp đơn giản (9)

- Trình bày được mô hình cần trục tháp đơn giản theo các tiêu chí cụ thể:

đủ nội dung; bố cục rõ ràng; sử dụng tốt các công cụ thiết bị hỗ trợ; giọng nói mạch lạc, rõ ràng; có sự hợp tác giữa các thành viên trong nhóm khi trình bày; đảm bảo thời gian báo cáo (10)

- Thảo luận, phản biện, bảo vệ được mô hình cần trục tháp đơn giản theo các tiêu chí cụ thể: nêu được ý kiến/câu hỏi cho nhóm bạn; trả lời được câu hỏi của giáo viên/học sinh từ nhóm khác (11)

II Chuẩn bị

1 Giáo viên

- Kế hoạch bài học

- Hệ thống các phiếu câu hỏi và bài tập

- Chia lớp thành nhóm và giao nhiệm vụ

- Thiết bị hỗ trợ: ti vi và tài liệu về vẽ kĩ thuật

- Thiết bị, vật liệu làm mô hình cần cẩu tháp : 10 thanh tre, 50 que xiên thịt, dây treo, 2 ròng rọc, keo 502 (keo nến), miếng gỗ,…

- Thiết bị đánh giá: thước thẳng, phiếu đánh giá, cân

Trang 37

2 Học sinh

- Nghiên cứu trước nội dung chủ đề

- Sưu tầm các tranh ảnh minh họa liên quan đến chủ đề học tập

- Chuẩn bị các câu hỏi thắc mắc về chủ đề thực hiện

III Tiến trình dạy học

có bộ phận thân tháp

có chiều cao lớn, được dùng để vận chuyển vật liệu xây dựng và các cấu kiện trong các công trình xây dựng có độ cao lớn, khối lượng công việc lớn

* Trình bày các câu hỏi liên quan đến tình huống thực tiễn

* Xác định vấn đề cần giải quyết:

Vấn đề cần giải quyết:

Trong thực tiễn người ta

đã thiết kế, chế tạo cần trục tháp như thế nào để có thể nâng vật liệu xây dựng với khối lượng khác nhau lên các cao trình? Để thiết kế và chế tạo mô hình cần trục tháp đơn giản

ta cần vận dụng những kiến thức, kĩ năng gì? Và

vận dụng như thế nào đề thiết kế và

- GV chiếu đoạn video giới thiệu về cần cẩu tháp (có thể tham khảo video trên youtube để cắt ghép hoặc các bài báo, các báo cáo có liên quan) và dẫn dắt để HS thấy được công dụng, ứng dụng của cần cẩu tháp trong thực

tế và yêu cầu HS làm việc cá nhân trong 2 phút để trình bày các câu hỏi liên quan đến tình huống thực tiễn

- GV thu nhận kết quả và định hướng vấn đề cần giải quyết

- HS tiếp nhận vấn

đề cần giải quyết

2 phút

Trang 38

có thể nâng vật liệu xây dựng với khối lượng khác nhau lên các cao trình?

Để thiết kế và chế tạo mô hình cần trục tháp đơn giản

ta cần vận dụng những kiến thức, kĩ năng gì? Và vận dụng như thế nào đề thiết kế và chế tạo

ra sản phẩm? (2)Chế tạo mô hình cần cẩu tháp đơn giản theo yêu cầu:

Nguyên liệu, dụng

cụ được nhận khi làm mô hình (tổng kinh phí <100.000đ) Khối lượng mô hình cần cẩu tháp ≤ 2kg (không kể đối trọng và khối lượng vật cần nâng)

Nâng, hạ được vật

chế tạo ra sản phẩm? (2)

Tiêu đề	Tổ Chức Dạy Học Chủ Đề STEM “Cần Trục Tháp” - Vật Lí 10
Tác giả	Trần Minh Phượng
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Thị Thu Hà
Trường học	Đại học Thái Nguyên
Chuyên ngành	Lý luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí
Thể loại	Luận văn thạc sĩ khoa học giáo dục
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Thái Nguyên

Định dạng
Số trang	76
Dung lượng	1,57 MB