xây dựng bộ công cụ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học chủ đề stem chuyển động tròn vật lý 10

Các kết quả, số liệu nêu trong luận văn “Xây dựng bộ công cụ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học chủ đề STEM “Chuyển động tròn” - Vật lý 10” là trung thực ch

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

ĐINH NGỌC THU TRANG

XÂY DỰNG BỘ CÔNG CỤ ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM

"CHUYỂN ĐỘNG TRÒN" - VẬT LÝ 10

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÝ CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC

BỘ MÔN VẬT LÝ Mã số: 8140211.01

HÀ NỘI - 2022

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

ĐINH NGỌC THU TRANG

XÂY DỰNG BỘ CÔNG CỤ ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM

"CHUYỂN ĐỘNG TRÒN" - VẬT LÝ 10

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÝ CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC

BỘ MÔN VẬT LÝ Mã số: 8140211.01

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Thị Thu Hiền

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi, do chính tôi viết, nghiên cứu và hoàn thành

Các kết quả, số liệu nêu trong luận văn “Xây dựng bộ công cụ đánh giá năng

lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học chủ đề STEM “Chuyển động tròn”

- Vật lý 10” là trung thực chưa được công bố trên bất kỳ tạp chí nào

Hà Nội, ngày 12 tháng 12 năm 2022

Tác giả

Đinh Ngọc Thu Trang

Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới giảng viên PGS TS Lê Thị Thu Hiền là người đã tiếp cho tôi niềm đam mê nghiên cứu về khoa học giáo dục Cô luôn quan tâm, tận tình chỉ bảo và hướng dẫn sinh viên, học viên Cô đã cho tôi nhiều lời khuyên hữu ích để tôi nghiên cứu hoàn thành luận văn này

Tôi xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Ban giám hiệu và toàn bộ các thầy cô trường THPT Tây Hà Nội đã tạo điều kiện cho tôi tổ chức các hoạt động dạy học Đồng thời xin cảm ơn các học sinh lớp 10C1 đã cùng tôi thực nghiệm sư phạm

Tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp và các anh chị học viên cao học đã luôn bên cạnh động viên, giúp đỡ tôi

Tác giả xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 12 tháng 12 năm 2022

Tác giả

Đinh Ngọc Thu Trang

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Cấu trúc của NLGQVĐ 15

Bảng 1.2 Khung tiêu chí tham chiếu 20

Bảng 3.1 Kế hoạch thực nghiệm sư phạm 55

Bảng 3.2 Phân tích tiến trình học 56

Bảng 3.4 Biểu hiện NLGQVĐ của nhóm HS 65

Bảng 3.5 Kết quả đánh giá NLGQVĐ của HS 68

Bảng 3.6 Kết quả điểm trung bình đánh giá và xếp loại NLGQVĐ của HS 69

Bảng 3.7 Kết quả biểu hiện NLGQVĐ của từng HS 69

Bảng 3.8 Kết quả từng mức biểu hiện NLGQVĐ 69

Bảng 3.9 Kết quả thăm dò GV về bộ công cụ và giáo án đã biên soạn 70

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Mối quan hệ tự nhiên giữa các thành tố trong STEM 9

Hình 1.2 Tiến trình bài học STEM 12

Hình 3.1 Nhóm 2, 3 thử nghiệm sức chịu tải các cây cầu giấy của mình 57

Hình 3.2 Nhóm 1, 4 trình bày những thiết kế cầu mà mình đã tìm hiểu được 58

Hình 3.3 Nhóm 1 thực hiện bản vẽ thiết kế cầu của nhóm mình 60

Hình 3.4 Các nhóm thực hành chế tạo sản phẩm 61

Hình 3.5 HS thử nghiệm sức chịu tải của mô hình cầu 62

3 Giả thuyết nghiên cứu 2

4 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 2

5 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

6 Phương pháp nghiên cứu 3

7 Dự kiến đóng góp của đề tài 3

8 Cấu trúc luận văn 4

Chương 1.CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌCCHỦ ĐỀ STEM

VỀ CÁC KIẾN THỨC VẬT LÝ 5

1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu 5

1.1.1 Tổng quan các nghiên cứu về đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của HS trong dạy học Vật lý 5

1.1.2 Tổng quan các nghiên cứu về dạy học chủ đề STEM môn Vật lý THPT 6

1.2 Giáo dục STEM 7

1.2.1 Khái niệm STEM 7

1.2.2 Giáo dục STEM 7

1.2.3 Mục tiêu của giáo dục STEM 9

1.2.4 Xây dựng và thực hiện bài học STEM 10

1.3 Năng lực giải quyết vấn đề 14

1.3.1 Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề 14

1.4 Đánh giá năng lực giải quyết vấn đề 19

1.4.1 Mục tiêu của việc đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của HS 19

1.4.2 Công cụ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề 20

1.4.3 Phương pháp đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của HS 22

1.5 Quy trình thiết kế chủ đề GD STEM trong dạy học Vật lý nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề của HS 23

1.6 Thực trạng đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của HS trong dạy học theo định hướng GD STEM môn Vật lý ở trường THPT 24

2.1 Phân tích đặc điểm chương Chuyển động tròn 28

2.1.1 Mục tiêu dạy học của chương Chuyển động tròn 28

2.1.2 Nội dung kiến thức chương Chuyển động tròn 28

2.1.3 Xác định những sai lầm thường gặp của HS, những khó khăn trong đánh giá kết quả học tập của HS và trong DH chương Chuyển động tròn, Vật lý 10 32

2.2 Thiết kế chủ đề STEM “CHUYỂN ĐỘNG TRÒN ” 33

2.2.1 Bối cảnh và ý nghĩa thực tiễn chủ đề 33

2.2.2 Kiến thức STEM cần giải quyết 33

2.3.2 Thiết kế bảng kiểm 50

Kết luận chương 2 54

Chương 3.THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 55

3.1 Mục đích thực nghiệm 55

3.2 Đối tượng và thời gian, địa điểm thực nghiệm sư phạm 55

3.2.1 Đối tượng của thực nghiệm sư phạm 55

3.2.2 Thời gian và địa điểm thực nghiệm sư phạm 55

3.3 Nhiệm vụ thực nghiệm 56

3.4 Kết quả thực nghiệm sư phạm 56

3.4.1 Kết quả quan sát lại video giảng dạy và phân tích tiến trình dạy học

trên lớp 56

3.4.2 Phân tích phiếu học tập của HS 63

3.4.3 Phân tích sản phẩm của HS 65

3.4.4 Đánh giá, phân tích NLGQVĐ của HS bằng bộ công cụ đã xây dựng 68

3.3 Kết quả thăm dò GV về bộ công cụ và giáo án đã biên soạn nhằm đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của HS chương Chuyển động tròn 70

Kết luận chương 3 71

KẾT LUẬN 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 PHỤ LỤC

MỞ ĐẦU 1 Lý do chọn đề tài

Hiện nay, những nước có nền giáo dục (GD) tiên tiến trên thế giới đang đi theo xu hướng giảng dạy và đánh giá theo năng lực (NL), nước ta cũng không nằm ngoài xu hướng đó Để theo kịp xu hướng và đáp ứng được những mục tiêu đổi mới GD hiện nay đặc biệt là trong dạy học tiếp cận NL, giáo viên (GV) cần chú trọng đổi mới hình thức, phương pháp dạy học và kiểm tra đánh giá theo định hướng phát triển NL của HS Đánh giá NL của học sinh (HS) cho đến nay là vấn đề mới, rất khó Trong thực tế, công tác kiểm tra (KT) đánh giá (ĐG) ở trường THPT hiện nay thường đánh đồng việc cho điểm với ĐG NL HS; có xu hướng chú trọng kiến thức lí thuyết hơn là rèn luyện kĩ năng và phát triển NL HS Việc đánh giá được NL của HS theo tiêu chí rõ ràng, cụ thể còn rất hạn chế Vấn đề đặt ra của đánh giá NL là cần xây dựng được bộ công cụ đánh giá đảm bảo mục tiêu đánh giá

Trong chương trình GD phổ thông tổng thể của Bộ Giáo dục và Đào tạo (GD&ĐT) đã chỉ rõ: NL giải quyết vấn đề là NL chung cần phát triển cho tất cả HS thông qua dạy học tất cả các môn học ở trường phổ thông Vì vậy, HS ngay khi còn ngồi trên ghế nhà trường cần được bồi dưỡng và định hướng phát triển NLGQVĐ trong suốt quá trình học tập

GD STEM đáp ứng được mục tiêu phát triển các năng lực cho HS thể kỉ 21 vì nó giúp trang bị cho người học những kiến thức, kỹ năng liên quan đến khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học Ở một số quốc gia phát triển GD STEM được đẩy mạnh và được cho là sự ưu tiên hàng đầu của quốc gia

Trong quá trình học tập, nghiên cứu, ta thấy Vật lý là môn học mà các kiến thức Vật lý thường gắn liền với thực tiễn Trong quá trình nghiên cứu kiến thức mới và thực hành, vận dụng kiến thức sẽ nảy sinh nhiều tình huống đòi hỏi HS đưa ra những ý kiến, giải pháp, giải quyết các vấn đề trong thực tiễn cuộc sống

Khi xây dựng chủ đề STEM về các kiến thức Vật lý sẽ giúp HS tiếp cận với các kiến thức hiệu quả, tăng khả năng vận dụng, thực hành, sáng tạo góp phần hình thành NLGQVĐ cho HS Với những ưu thế đó, cách thức tổ chức dạy học này như trên đã

được GV áp dụng rộng rãi trong dạy Vật lý phổ thông tuy nhiên việc ĐG NLGQVĐ của HS lại chưa được GV và các nhà quản lí GD quan tâm đúng mức

Chương trình Vật lý 10 GD phổ thông 2018, "Chuyển động tròn" là một trong những chủ đề quan trọng, có nhiều liên hệ với thực tiễn Việc tổ chức ĐG NLGQVĐ của HS trong chủ đề STEM về các kiến thức về “Chuyển động tròn” - Vật lý 10 là hết sức cần thiết góp phần nâng cao chất lượng tiếp thu kiến thức, kĩ năng thực hành môn Vật lý cho HS THPT

Từ những lý do trên, tôi chọn đề tài: “Xây dựng bộ công cụ đánh giá NLGQVĐ của

HS trong dạy học chủ đề STEM “Chuyển động tròn” - Vật lý 10”

2 Mục đích nghiên cứu

Vận dụng lý luận về KT, ĐG theo định hướng phát triển NL của HS và GD STEM để xây dựng kế hoạch dạy học, bộ công cụ và đề xuất quy trình tổ chức ĐG NLGQVĐ của HS trong dạy học chủ đề STEM “Chuyển động tròn” - Vật lý 10 nhằm phát triển NLGQVĐ của HS

3 Giả thuyết nghiên cứu

Nếu thiết kế được một số công cụ và đề xuất được quy trình ĐG NLGQVĐ của HS thì sẽ đánh giá được NLGQVĐ của HS trong dạy học chủ đề STEM "Chuyển động tròn",Vật lý 10 qua đó có thể giúp phát triển NLGQVĐ và nâng cao chất lượng kiến thức môn Vật lý cho HS THPT

4 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Hoạt động KTĐG NLGQVĐ của HS THPT - Phạm vi nghiên cứu: KTĐG NLGQVĐ của HS trong dạy học chủ đề STEM Chuyển động tròn, Vật lý 10 THPT

5 Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu cơ sở lý luận cơ bản về NLGQVĐ, ĐG NLGQVĐ của HS trong

DHVL THPT - Nghiên cứu và tổng hợp cơ sở lý luận về việc tổ chức dạy học các chủ đề STEM trong dạy học Vật lý ở trường THPT

- Tìm hiểu thực trạng dạy học theo định hướng GD STEM, ĐG NLGQVĐ của

- Tìm hiểu mục tiêu dạy và nội dung DH Chuyển động tròn, Vật lý 10 - Xác định các thành tố NLGQVĐ, xác định các tiêu chí và thang đo NL nhằm

xác nhận NLGQVĐ của HS trong DHVL - Thiết kế các công cụ và đề xuất quy trình ĐG NLGQVĐ của HS trong DH chủ đề STEM về kiến thức Chuyển động tròn Vật lý 10

- Tiến hành TN sư phạm nhằm kiểm định giả thuyết khoa học và ĐG tính khả

thi, hiệu quả của các kết luận được rút ra từ luận văn

6 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý luận: Tìm hiểu các tài liệu nhằm hệ thống hóa cơ

sở lý luận của việc xây dựng và tổ chức các chủ đề dạy học STEM trong chương “Chuyển động tròn” - Vật lý 10 chương trình GD phổ thông 2018

- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Khảo sát thực trạng về ĐG NLGQVĐ của

HS trong DH theo chủ đề STEM liên quan đến kiến thức Vật lý THPT

- Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Tổ chức thực nghiệm sư phạm các nội

dung về kế hoạch dạy học, bộ công cụ đã đề xuất trong luận văn nhằm kiểm nghiệm tính khả thi của đề tài

- Phương pháp thống kê toán học: Thống kê, xử lí các số liệu thu được từ thực

nghiệm

7 Dự kiến đóng góp của đề tài

- Về lý luận: Góp phần hệ thống hóa cơ sở lý luận về GD STEM, ĐG NLGQVĐ của HS trong DHVL

- Về thực tiễn: + Xây dựng được các chủ đề dạy học STEM chương “Chuyển động tròn” - Vật lý 10 chương trình GD phổ thông 2018

+ Xây dựng được công cụ ĐG, thiết kế quy trình và kỹ thuật ĐG NLGQVĐ của HS trong dạy học chủ đề STEM về kiến thức Chuyển động tròn Vật lý 10; nội dung luận văn có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho GV và HS trong quá trình DHVL ở THPT

8 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, phụ lục; nội dung chính của luận văn gồm 3 chương:

Chương 1 Cơ sở lí luận và thực tiễn của đánh giá NLGQVĐ của HS trong dạy học chủ đề STEM các kiến thức Vật lý

Chương 2 Xây dựng bộ công cụ đánh giá NLGQVĐ của HS trong dạy học chủ đề STEM “Chuyển động tròn”-Vật lý 10

Chương 3 Thực nghiệm sư phạm

Chương 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC

GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC

CHỦ ĐỀ STEM VỀ CÁC KIẾN THỨC VẬT LÝ 1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu

1.1.1 Tổng quan các nghiên cứu về đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của HS trong dạy học Vật lý

Xu hướng chung của GD trên thế giới ngày nay là hình thành và phát triển NL của người học chứ không đơn thuần là cung cấp kiến thức, kĩ năng môn học và hình thành thái độ học tập Trên nhiều quốc gia như Anh, Phần Lan, Australia, Ca na da, … đã có những tác giả như F.E Weinert, B Bloom, L Anderson, Ducan Harris, A.J Nitko, C Cooper, S Dierick, F Dochy, A Wolf, … quan tâm, tập trung nghiên cứu về vấn đề ĐG NL [14]

Đặc biệt, những năm đầu của thế kỷ 21, hơn 60 quốc gia OECD (Organization for Economic Cooperation and Development) đã cùng nhau tiến hành thực hiện chương trình ĐG Quốc tế PISA (Programme for International Student Assessment) cho HS trung học ở độ tuổi 15 PISA không kiểm tra nội dung chương trình ở trường trung học mà tập trung vào đánh giá khả năng vận dụng kiến thức để giải quyết các tình huống thực tế Từ tháng 3 năm 2010, Việt Nam đã chính thức tổ chức triển khai PISA và thu được kết quả đáng ngạc nhiên, nước ta được xếp hạng cao hơn Anh, Mỹ, … Tuy nhiên, chúng ta vẫn thấy nhiều khía cạnh khác yếu hơn, chẳng hạn như kĩ năng thực hành, kĩ năng sống, NLGQVĐ, …

Ở Việt Nam, nền GD đang đặt cao vấn đề phát triển năng lực ở người học [2].Trong quá trình đổi mới GD, ngoài đổi mới chương trình, sách giáo khoa, … theo ý kiến của chúng tôi, việc thay đổi về công tác, cách thức kiểm tra, đánh giá là rất quan trọng, quyết định đến hiệu quả đổi mới GD Những đóng góp lớn trong lĩnh vực KT, ĐG phải kể đến các tác giả Dương Thiệu Tống [12], “Trắc nghiệm và đo lường thành quả học tập”; Bùi Thị Hạnh Lâm [8], “Đo lường và đánh giá trong GD”; Hoàng Đức Nhuận và Lê Đức Phúc [9], “Cơ sở lý luận của việc đánh giá chất lượng học tập của HS phổ thông”; Nguyễn Lan Phương [10], “Rèn luyện kĩ năng tự đánh giá kết

quả học tập môn toán của HS trung học phổ thông”; …

Theo như tìm hiểu, hiện nay, còn tương đối ít những nghiên cứu thể hiện qua một số bài viết; một số tài liệu tập huấn, một số luận văn thạc sĩ, bài báo khoa học về việc đánh giá kết quả học tập của HS theo hướng tiếp cận NL nói chung và ĐG NL GQVĐ cho môn Vật lý nói riêng: “Đánh giá NLGQVĐ của học sinh trong dạy học Vật lý ở trường trung học phổ thông” [7] - tác giả Lê Thị Thu Hiền; “Xây dựng và sử dụng bộ công cụ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học chương “Hạt nhân nguyên tử” - Vật lý 12 Trung học phổ thông”- tác giả Lã Văn Thanh [11],

Từ đây, ta thấy vấn đề đặt ra là cần xây dựng được bộ công cụ đánh giá đảm bảo mục tiêu đánh giá Thực tiễn chỉ ra rằng: Hầu hết các đề kiểm tra, đề thi hiện nay chủ yếu mới đánh giá kiến thức kĩ năng, việc đánh giá được NL của HS theo tiêu chí rõ ràng, cụ thể còn rất hạn chế Xây dựng bộ công cụ đánh giá NL GQVĐ của HS trong các môn Vật lý góp phần hỗ trợ, giải quyết khó khăn cho giáo viên và cán bộ quản lí khi thực hiện đổi mới dạy học và kiểm tra đánh giá theo định hướng phát triển NL cho HS ở trường phổ thông hiện nay

1.1.2 Tổng quan các nghiên cứu về dạy học chủ đề STEM môn Vật lý THPT

Theo Ban Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ vào năm 2007, hơn 80% nghề nghiệp đang phát triển ở quốc gia này đòi hỏi sự nắm vững và thành thạo về kiến thức, kĩ năng trong các lĩnh vực toán học, kĩ thuật, khoa học và công nghệ mà GD STEM đem lại Nền tảng của STEM là sự tích hợp trong bối cảnh GD toàn cầu có nhiều thách thức và khó khăn Trọng tâm GD STEM giúp HS có cái nhìn thống nhất về khoa học dựa trên sự hiểu biết về thế giới xung quanh [14] Hiện nay, theo như tìm hiểu tại các nước công nghiệp tiếng tăm, phát triển như Hoa Kỳ, Úc, Phần Lan, Hàn Quốc, và nhiều nơi trên thế giới, GD STEM đã và đang được triển khai và trở thành xu hướng giáo dục Vì vậy, chúng ta có thể thấy rằng GD STEM đã trở thành một xu hướng và ngày càng phát triển mạnh mẽ ở nhiều nước trên thế giới Song song theo đó, các nghiên cứu liên quan đến GD STEM cũng vô cùng phong phú, đa dạng

Để đáp ứng các mục tiêu trên, chương trình GD phổ thông năm 2018 được ban

hướng GD STEM trong các môn học, đáp ứng mục tiêu phát triển năng lực người học, bao gồm các năng lực cốt lõi và năng lực chuyên môn Nhìn chung, các đề tài nghiên cứu về định hướng GD STEM và sự phát triển năng lực HS đã và đang rất được quan tâm Những cuốn sách tiêu biểu cho nghiên cứu STEM: “GD STEM/STEAM từ trải nghiệm thực hành đến tư duy sáng tạo” của tác giả Nguyễn Thành Hải [5]; bộ sách “Hoạt động GD STEM lớp…” từ lớp 6-12 của nhóm tác giả do TS Tưởng Duy Hải làm chủ biên; “Tài liệu hướng dẫn xây dựng kế hoạch bài dạy STEM lớp …” từ lớp 6-12 của Bộ GD&ĐT, “Thiết kế và tổ chức chủ đề GD STEM cho HS trung học cơ sở và trung học phổ thông”- tác giả Nguyễn Thanh Nga … Một số nghiên cứu về vận dụng GD STEM trong dạy học Vật lý và tổ chức dạy học chủ đề STEM để phát triển NLGQVĐ của HS: "Tổ chức dạy học chủ đề “ Các đặc trưng của âm”- Vật lý 12 theo định hướng STEM nhằm phát triển NLGQVĐ của HS"- tác giả Nguyễn Thu Hà [4]; “ Thiết kế của đề STEM trong dạy học phần “Nhiệt học”- Vật lý 10 theo định hướng bồi dưỡng NLGQVĐ cho HS”- nhóm tác giả Quách Nguyễn Bảo Nguyên, Nguyễn Hoàng Anh, Nguyễn Đức Dũng [13]; … Tuy nhiên, còn khá ít nghiên cứu về công cụ đánh giá NLGQVĐ của các chủ đề STEM trong Vật lý

1.2 Giáo dục STEM

1.2.1 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), thường được sử dụng khi nói đến các chính sách phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học của mỗi nước Trong đó Science là quy trình sáng tạo ra kiến thức khoa học; Engineering là quá trình sử dụng kiến thức khoa học để thiết kế công nghệ mới nhằm giải quyết các vấn đề; Toán là một công cụ được sử dụng để thu lại kết quả và chia sẻ kết quả đó với những người khác

hiểu rõ định nghĩa từng môn học cấu thành

Khoa học là nghiên cứu về thế giới tự nhiên, bao gồm các quy luật của tự nhiên

liên quan đến Vật lý, Hóa HS học và sự xử lý hoặc ứng dụng các sự kiện, nguyên tắc, khái niệm hoặc những quy ước liên quan đến các ngành này Khoa học vừa là nhóm kiến thức được tích lũy theo thời gian vừa là một quá trình- điều tra khoa học- tạo ra kiến thức mới Kiến thức khoa học cung cấp tài liệu cho quá trình thiết kế kĩ thuật [15]

Công nghệ không phải là một ngành học theo đúng nghĩa, nó bao gồm toàn bộ hệ

thống của con người và tổ chức, kiến thức, quá trình và phương thức những thứ đi đến sự tạo thành và vận hành những đồ công nghệ do con người tạo ra, cũng như chính những đồ công nghệ đó Phần lớn công nghệ hiện đại là sản phẩm của khoa học và kĩ thuật, và những công cụ công nghệ được sử dụng trong cả hai lĩnh vực [16]

Kĩ thuật là nhóm kiến thức về việc thiết kế và sự sáng tạo của con người – tạo ra

sản phẩm - và quá trình đề xuất, đưa ra hướng đi, giải pháp cho vấn đề, giải quyết vấn đề Quá trình này được thiết kế dưới những sự ràng buộc Một trong những sự ràng buộc của thiết kế kĩ thuật là quy luật tự nhiên hoặc khoa học Những ràng buộc khác gồm thời gian, kinh phí, cơ sở vật chất, yếu tố con người, quy định về môi trường, khả năng sản xuất và khả năng sửa chữa Kĩ thuật sử dụng các khái niệm trong khoa học và toán học nhưng những công cụ công nghệ [16]

Toán học là sự nghiên cứu về các mô hình và những mối quan hệ giữa số lượng,

con số, không gian Không giống như trong khoa học, nơi mà những bằng chứng thực nghiệm được tìm kiếm để để đảm bảo hoặc lật đổ các yêu sách, các yêu sách trong toán học được bảo đảm thông qua các lập luận logic dựa trên các giả định nền tảng Các đối số logic là một phần của toán học cùng với các yêu sách Như trong khoa học, kiến thức về toán học tiếp tục phát triển, nhưng không giống như trong khoa học, kiến thức về toán học không bị lật đổ, trừ khi các giả định nền tảng bị thay đổi Các phạm trù khái niệm cụ thể của toán học hệ 12 năm (K-12) bao gồm số và số học, đại số, hàm, hình học, thống kê và xác suất [16]

- Hình dưới đây thể hiện mối quan hệ tự nhiên giữa các thành tố trong STEM [6]

Hình 1.1 Mối quan hệ tự nhiên giữa các thành tố trong STEM

Sự tương tác giữa khoa học và kĩ thuật với toán học và công nghệ được thể hiện rất rõ ràng Kĩ năng toán học là yếu tố cần thiết cho cả các nhà khoa học và các kĩ sư Đồng thời những tiến bộ trong khoa học và kĩ thuật có thể kích thích sự phát triển những thuật toán học mới Ví dụ như những đóng góp của Newton cho Vật lý và các phép tính được liên kết chặt chẽ Các phép tính cung cấp khung tính toán mà qua đó các định luật chuyển động được định lượng và ứng dụng

GD STEM được mô tả trong Chương trình GD phổ thông năm 2018 như sau: “GD

STEM là mô hình GD dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp HS 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]

1.2.3 Mục tiêu của giáo dục STEM

STEM literacy có thể hiểu là mục tiêu của giáo dục STEM, bao gồm khả năng huy động kiến thức, kĩ năng về khái niệm, tiến trình khoa học và toán học trong việc ra quyết định cá nhân, tham gia vào xã hội với tư cách một công dân và tạo dựng sản phẩm cho nền kinh tế Có thể hiểu thuật ngữ này là “năng lực STEM” bao gồm việc vận dụng cả tri thức về nội dung và tri thức về quá trình trong lĩnh vực STEM để giải quyết những vấn đề cá nhân, vấn đề xã hội và vấn đề toàn cầu Cũng có thể hiểu thuật ngữ này là “học vấn STEM”, là toàn bộ “tri thức STEM”, “kĩ năng STEM” mà học sinh có được khi tham gia vào giáo dục STEM Một cách tiếp cận về mục tiêu của

giáo dục STEM cũng được các nhà nghiên cứu quan tâm đó là hướng tới sự hình thành và phát triển thói quen tư duy STEM Bằng cách phỏng vấn giáo dục kĩ thuật, 6 thói quen của các chuyên gia kĩ thuật được xác định: tư duy hệ thống, giải quyết vấn đề, trực quan hóa, cải thiện, giải quyết vấn đề mang tính sáng tạo, thích nghi Mục tiêu tiếp theo của giáo dục STEM là phát triển năng lực thế kỉ 21 cho học sinh [6]

1.2.4 Xây dựng và thực hiện bài học STEM

1.2.4.1 Các đặc trưng của bài học STEM

Để có sự định hướng tổ chức dạy học một chủ đề, chúng ta dựa trên các đặc trưng sau [2]:

Thứ nhất, bài học STEM luôn gắn liền và có mối quan hệ mật thiết với những tình huống và vấn đề thực tiễn ngoài đời sống: Các tình huống hoặc các vấn đề thực tiễn được nêu ra có liên quan đến các vấn đề xã hội, kinh tế, môi trường cần được đưa ra giải pháp và nỗ lực thực hiện Các vấn đề và tình huống trong cuộc sống thực được liên kết với từng học sinh, với các vấn đề hoặc thực tế toàn cầu

Thứ hai, các bài học STEM thường được mô phỏng theo thiết kế kỹ thuật: học sinh phải thiết kế, chế tạo, thử nghiệm, tối ưu hóa một sản phẩm phục vụ nhu cầu cuộc sống Để thực hiện được các nhiệm vụ đó, học sinh có thể được hướng dẫn thông qua văn bản hoặc video, … hoặc dưới sự hướng dẫn trực tiếp của giáo viên Với sự định hướng, hỗ trợ của giáo viên, học sinh sẽ đặt ra các vấn đề bản thân gặp phải, co thể tìm hiểu nguyên lí hoạt động của sản phẩm, các bước chế tạo… và tìm cách giải quyết Trong quá trình tìm cách giải quyết sẽ có những ý tưởng nảy sinh, giải pháp mới Quá trình “thiết kế - thử nghiệm – điều chỉnh” được vận hành liên tục

Thứ ba, bài học STEM dẫn học sinh và chuỗi hoạt động tìm tòi, khám phá có kết thúc mở Trong bài học STEM, con đường học tập có kết thúc mở, trong một quy trình không quá ràng buộc Các ràng buộc, nếu có, chỉ liên quan đến tính khả dụng hoặc phương tiện hạn chế ứng dụng của sản phẩm Hạn chế nguồn lực để tạo ra sản phẩm không hạn chế khả năng sáng tạo của học sinh, mà làm tăng khả năng thích ứng của họ, khả năng giải quyết vấn đề trong các tình huống

tạo cơ hội cho học sinh giải quyết các nhiệm vụ của các nghề nghiệp STEM Tổ chức học sinh làm việc theo nhóm hiệu quả, thực hiện quy trình sản xuất không phải là dễ dàng, nhưng cung cấp cơ hội đào tạo chuyên nghiệp cho học sinh Thông qua hoạt động STEM, học sinh hiểu được nhu cầu của nghề nghiệp STEM, hiểu được năng lực, sở trường của bản thân, hình thành thái độ đối với nghề nghiệp tương lai Thứ năm, bài học STEM có các nội dung liên quan mật thiết đến toán học và khoa học Những nội dung toán học và khoa học nên được liên kết và tích hợp trong các bài học STEM Học sinh có thể linh động huy động những kiến thức nền, kĩ năng trong các môn toán học và khoa học vào dùng để giải quyết các vấn đề thông qua các công cụ kĩ thuật, khoa học và đúc kết, rút thành các quy trình, tiến trình công nghệ Thứ sáu, bài học STEM không có phương án trả lời đúng chuẩn xác duy nhất, việc “thiết kế – thử nghiệm – điều chỉnh” là một phần thiết yếu, cần thiết quan trọng cần có trong bài học Các nhóm sẽ thực hiện cùng lúc những thí nghiệm khoa học, nhiệm vụ thực hành, chế tạo, có thể giống nhau nhưng chưa chắc đã ra kết quả tương đồng Từ đây, học sinh có thể nhận định, chấp nhận các kết quả tương tự, tương đồng hoặc bác bỏ, gạt đi một giả thuyết, phương án nào đó Lớp học STEM giúp cho học sinh đưa ra nhiều câu trả lời, phương án đúng và nhiều cách suy luận, tiếp cận Khi thực hiện các cách, giải pháp, việc thất bại và cân đối, điều chỉnh cũng là một phần quan trọng của giáo dục STEM Điều này góp phần định hướng việc đánh giá trong các bài học STEM vì khâu đánh giá HS cần đảm bảo quan sát, đi sâu vào quá trình mà không chỉ dựa trên kết quả cuối cùng

Thứ bảy, bài học STEM cần đặc biệt lưu tâm đến vấn đề hướng tới việc phát triển phẩm chất, năng lực của học sinh Thông qua quá trình vận dụng kiến thức, kĩ năng và các lĩnh vực khác nhau trong giáo dục STEM sẽ tạo ra điều kiện thuận lợi cho học sinh phát triển năng lực Việc giải quyết những nhiệm vụ thông thường tạo cơ hội cho học sinh thể hiện năng lực ở mức độ cao trong quá trình phát triển năng lực

1.2.4.2 Cấu trúc bài học STEM

Tiến trình bài học STEM được xây dựng qua 8 bước:

Hình 1.2 Tiến trình bài học STEM

Từ 8 bước của quy trình trên, cấu trúc bài học STEM có thể được chia thành 5 hoạt động chính như sau:

+ Hoạt động 1: Xác định vấn đề: giao nhiệm vụ cho HS (hoạt động tìm hiểu

thực tiễn, công nghệ), giúp HS phát hiện vấn đề, làm rõ tiêu chí của sản phẩm Để tổ chức hoạt động này, GV cần lựa chọn một tình huống cần vận dụng kiến thức sắp dạy trong thực tiễn để giao cho HS tìm hiểu, xác định những vấn đề cần giải quyết Tùy thuộc nội dung cụ thể mà nhiệm vụ này GV có thể giao cho HS thực hiện trên lớp hoặc giao cho HS tìm hiểu một phần trước khi tổ chức thảo luận trên lớp để xác định vấn đề/tiêu chí của sản phẩm

Ví dụ: Khi tổ chức chủ đề STEM về “Đèn kéo quân”, GV có thể giao cho HS

tìm hiểu về một đèn kéo quân (mô tả, xem hình ảnh, video…) với yêu cầu: mô tả đặc điểm, hình dạng của đèn kéo quân; giải thích tại sao hình ảnh chuyển động được Từ

đó HS xác định kiến thức sự đối lưu, định luật truyền thẳng ánh sáng được ứng dụng trong chế tạo đèn kéo quân

Khi tổ chức chủ đề STEM về “Máy nâng thuỷ lực”, GV giao cho HS tìm hiểu về một kích thủy lực hoặc hoạt động của một máy xúc (tài liệu, video…); GV đặt câu hỏi tại sao các thiết bị đó có thể tạo ra lực lớn như vậy GV xác nhận kiến thức cần sử dụng là Áp suất, bình thông nhau, nguyên lí pascan và giao nhiệm vụ cho HS tìm hiểu trong sách giáo khoa để giải thích bằng tính toán thông qua việc thiết kế, chế tạo máy thủy lực với các tiêu chí đã cho

+ Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền: cung cấp các thông tin, tài liệu

khoa học và hướng dẫn HS thực hiện (hoạt động nghiên cứu, tiếp nhận kiến thức), giúp HS tiếp thu được kiến thức, kĩ năng theo yêu cầu cần đạt của chương trình Từ vấn đề cần giải quyết kèm theo sản phẩm phải hoàn thành với các tiêu chí cụ thể, HS cần phải nghiên cứu về kiến thức có liên quan cần sử dụng trong việc giải quyết vấn đề, thiết kế sản phẩm Đây là những kiến thức thuộc chương trình GD phổ thông mà HS phải học GV (của môn học triển khai dự án STEM và các môn học có liên quan) có nhiệm vụ tổ chức, hướng dẫn để HS nghiên cứu sách giáo khoa và tài liệu bổ trợ để tiếp nhận kiến thức Hoạt động này được thực hiện trên lớp theo thời lượng được phân phối của các môn học nhưng cần lưu ý là phải tăng cường hướng dẫn để HS tự lực nghiên cứu sách giáo khoa (trên lớp và ở nhà) để tiếp nhận kiến thức, dành nhiều thời gian trên lớp để tổ chức cho HS trình bày, thảo luận, thí nghiệm, thực hành để nắm vững kiến thức, kĩ năng theo yêu cầu cần đạt của chương trình GD phổ thông

Hoạt động nghiên cứu kiến thức nền cũng bao hàm cả yêu cầu luyện tập vận dụng kiến thức để trả lời các câu hỏi và làm các bài tập để đáp ứng yêu cầu cần đạt về kiến thức, kĩ năng của chương trình GD phổ thông

Ví dụ: Khi tổ chức chủ đề STEM về “Đèn kéo quân”, GV giao nhiệm vụ cho HS: Nghiên cứu kiến thức trọng tâm: Sự đối lưu, bức xạ nhiệt; Xây dựng bản thiết kế đèn kéo quân theo yêu cầu; Lập kế hoạch trình bày và bảo vệ bản thiết kế

+ Hoạt động 3: Trình bày và thảo luận phương án thiết kế: trong hoạt động

này, HS cần sử dụng, huy động kiến thức nền đã thu được ở hoạt động 2 để trình bày

về phương án đã thiết kế, sau đó đưa ra những phân tích, giải thích và lựa chọn, phương án tốt nhất (trong trường hợp có nhiều phương án)

Ví dụ: Khi tổ chức chủ đề STEM về “Ô tô chạy bằng năng lượng tái tạo”, sau khi HS tạo ra bản thiết kế, cần trình bày phương án thiết kế và cùng nhau phân tích những ưu nhược của thiết kế để lựa chọn được phương án thiết kế tối

+ Hoạt động 4: Chế tạo sản phẩm: HS chuẩn bị nguyên vật liệu, đưa ra các

bước tiến hành, thực hành thao tác, chế tạo theo phương án thiết kế đã được lựa chọn Sau khi tạo ra sản phẩm, HS cần thử nghiệm khả năng hoạt động của sản phẩm và đánh giá trong quá trình chế tạo

+ Hoạt động 5: Trình bày và thảo luận về sản phẩm đã chế tạo: HS trình

bày, thuyết trình về sản phẩm của mình, có sự quan sát, đối sánh với sản phẩm khác Từ đó phân tích những ưu, nhược điểm của sản phẩm rồi điều chỉnh, hoàn thiện thiết kế ban đầu để khắc phục những nhược điểm, cải tiến sản phẩm được hoàn thiện hơn [16]

1.3 Năng lực giải quyết vấn đề

1.3.1 Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề

NL GQVĐ của HS được hiểu là là sự huy động tổng hợp kiến thức, kĩ năng, thái độ, cảm xúc, động cơ của HS để giải quyết các tình huống thực tiễn trong bối cảnh cụ thể mà các giải không có sẵn ngay lập tức.[6]

Vấn đề thực tiễn đối với HS phổ thông là một bài toán nảy sinh từ tình huống thực tiễn, đặt ra một tình huống có vấn đề cần giải quyết, đòi hỏi HS phải huy động các kiến thức và kĩ năng để giải quyết [7] Theo chúng tôi, có thể hiểu: Đánh giá NL giải quyết vấn đề thực tiễn của HS trong dạy học Vật lý ở trường phổ thông là đánh giá khả năng HS áp dụng các kiến thức, kĩ năng đã học vào giải quyết các tình huống thực tiễn, từ đó có biện pháp bồi dưỡng, rèn luyện NL giải quyết vấn đề thực tiễn cho HS

1.3.2 Cấu trúc và các biểu hiện hành vi của năng lực giải quyết vấn đề

NL giải quyết vấn đề của HS được thể hiện và phát hiện thông qua những hoạt động, hành vi, câu trả lời trong quá trình giải quyết vấn đề mà GV đặt ra Phân tích

cấu trúc của NL giải quyết vấn đề qua tiến trình giải quyết vấn đề có thể thấy có 4 thành tố sau [6]:

- NL tìm hiểu vấn đề: Nhận biết, phát hiện vấn đề, xác định được những thông

tin đã cho, thông tin cần tìm

- NL đề xuất giải pháp giải quyết vấn đề: HS huy động vốn kiến thức của mình

thông qua những bài học, kinh nghiệm thực tế Từ đó, HS đưa ra phân tích, sắp xếp, kết nối các thông tin với kiến thức đã biết và đưa ra phương hướng, đề đạt giải pháp, thảo luận, suy nghĩ lựa chọn giải pháp tốt nhất để giải quyết vấn đề

- NL thực hiện giải pháp giải quyết vấn đề: HS đề xuất cách để kiểm chứng giải

tính khả thi của giải pháp mình đưa ra Tiếp theo, HS tiến hành thực hiện giải pháp, trong quá trình thực thi, cần điều chỉnh giải pháp cho phù hợp với thực tiễn khi có sự thay đổi

- NL đánh giá và phản ánh giải pháp, xây dựng vấn đề mới: HS dựa trên những kết quả, thành quả trong quá trình thực hiện giải pháp để qua đó phân tích, đánh giá giải pháp đã thực hiện, phân tích tính hiệu quả của giải pháp mình đưa ra, đánh giá vấn đề đặt ra; nhận diện, rút ra giá trị của giải pháp, xác nhận, nghiệm thu những kiến thức và kinh nghiệm Qua đó đề xuất, xây dựng những vấn đề mới liên quan, đề xuất những giải pháp áp dụng được cả cho vấn đề mới

Bảng 1.1 Cấu trúc của NLGQVĐ

NL thành tố

Chỉ số hành

1 Tìm hiểu vấn đề

1.1 Thông qua những quan sát, câu hỏi đặt ra để tìm hiểu tình huống vấn đề

M1: Quan sát, mô tả được các quá trình, hiện tượng trong tình huống để làm rõ vấn đề cần giải quyết

M2: Giải thích thông tin đã cho, mục tiêu cuối cùng cần thực hiện để làm rõ vấn đề cần giải quyết M3: HS phân tích, lí giải được những thông tin đã cho, đề ra một cách chính xác mục tiêu cần thực

hiện và nêu ra, phát hiện các vấn đề cần giải quyết

1.2 Phát hiện đưa ra một số ý tưởng, câu hỏi, thắc mắc vấn đề cần nghiên cứu

M1: Từ thông tin đúng và đủ về quá trình, hiện tượng, trình bày được một số câu hỏi riêng lẻ M2: Từ thông tin đúng và đủ về quá trình, hiện tượng, trình bày được các câu hỏi liên quan đến vấn đề cần giải quyết

M3: Từ thông tin đúng và đủ về quá trình, hiện tượng, trình bày được các câu hỏi liên quan đến vấn đề và xác định được vấn đề cần giải quyết

1.3 Phát biểu vấn đề

M1: HS sử dụng được ít nhất một trong những cách thức như dùng văn bản, hình vẽ, kí tự, biểu bảng, lời nói, … để diễn đạt lại vấn đề được nêu ra

M2: HS sử dụng được ít nhất hai trong số các phương thức nêu lên ở trên để diễn đạt lại vấn đề M3: Diễn đạt vấn đề ít nhất bằng hai phương thức và phân tách thành các vấn đề bộ phận

2 Đề xuất giải pháp

2.1 HS có thể biểu đạt lại tình huống bằng ngôn ngữ, diễn đạt của chính mình

M1: Diễn đạt lại được tình huống một cách đơn giản M2: Diễn đạt lại được tình huống trong đó có sử dụng các hình vẽ, kí hiệu để làm rõ thông tin của tình huống

M3: Diễn đạt lại được tình huống bằng nhiều cách khác nhau một cách linh hoạt

2.2 HS có thể tìm tòi, mày mò những thông tin,

M1: Bước đầu thu thập thông tin về kiến thức và phương pháp cần sử dụng để giải quyết vấn đề từ các nguồn khác nhau

dữ liệu liên quan đến vấn đề

M2: Không những nằm trên việc thu thập thông tin mà HS còn chọn lọc, cân nhắc được những thông tin hữu dụng, nguồn tin đúng, xác đáng về kiến thức và cách thức, giải pháp cần sử dụng để giải quyết vấn đề và đưa ra được một số đánh giá về nguồn thông tin đó

M3: Tìm kiếm, xem xét và đưa ra được toàn bộ các nguồn thông tin chọn lọc về kiến thức và giải pháp cần sử dụng để giải quyết vấn đề và đưa ra được những đánh giá về độ tin cậy của nguồn thông tin hoặc có thể phản bác được một số thông tin nhiễu, chưa chuẩn

2.3 HS đề xuất, nêu ra được phương pháp, cách thức để giải quyết vấn đề thực tiễn đặt ra

M1: Thu thập, phân tích được một số thông tin liên quan đến vấn đề; biết chọn lọc được thông tin cần thiết dùng để giải quyết vấn đề nhưng chưa đưa ra được cách thức giải quyết

M2: Đưa ra được một phương án giải quyết vấn đề (trong phương án đề xuất được giả thuyết, phương án kiểm tra giả thuyết bằng suy luận lí thuyết hoặc thực nghiệm)

M3: Đưa ra được nhiều phương án, cách thức thực hiện và đánh giá ưu, nhược điểm của các phương án Sau đó, lựa chọn phương án, cách thức tối ưu rồi lập kế hoạch thực hiện để kiểm nghiệm tính đúng đắn của phương án

3 Tiến hành thực hiện được

3.1 Lập một kế hoạch, lộ trình cụ thể để thực hiện giải pháp đưa ra

M1: Phân tích giải pháp thành kế hoạch thực hiện cụ thể, diễn đạt các kế hoạch cụ thể đó bằng văn bản M2: Phân tích giải pháp thành kế hoạch thực

giải pháp để giải

quyết vấn đề đã nêu ra

hiện cụ thể, diễn đạt các kế hoạch cụ thể đó bằng sơ đồ, hình vẽ

M3: Phân tích giải pháp thành kế hoạch thực hiện cụ thể, thuyết minh các kế hoạch cụ thể đó bằng sơ đồ, hình vẽ

3.2 Thực hiện giải pháp

M1: Thực hiện được một phần cách thức, giải pháp để giải quyết vấn đề cụ thể, giả định (vấn đề học tập): trong qua trình thực hiện, HS chỉ sử dụng một kiến thức, hoặc tiến hành một phép đo, xử lí, tìm kiếm, đánh giá một thông tin cụ thể trong vấn đề đưa ra

M2: Thực hiện được giải pháp, cách thức mà trong quá trình thực hiện, HS vận dụng ít nhất hai kiến thức, hai phép đo, xử lí các số liệu thu được … để giải quyết vấn đề đặt ra

M3: HS thực hiện giải pháp cho một chuỗi vấn đề liên tiếp, vận dụng nhiều kiến thức, phép đo, giải quyết, xử lí linh hoạt cho những vấn đề nảy sinh từ chính quá trình thực thi, giải quyết vấn đề 3.3 Đưa ra

những đánh giá và xem xét, cân nhắc, điều chỉnh các bước giải quyết cụ thể ngay trong quá trình thực hiện

M1: Đánh giá các bước trong quá trình giải quyết vấn đề, phát hiện ra sai sót, khó khăn

M2: Đánh giá các bước trong quá trình giải quyết vấn đề, phát hiện ra sai sót, khó khăn và đưa ra những điều chỉnh

M3: Đánh giá các bước trong quá trình giải quyết vấn đề, phát hiện ra sai sót, khó khăn, đưa ra những điều chỉnh và thực hiện việc điều chỉnh

4 Đưa ra được đánh giá về việc giải quyết vấn đề đặt ra Ngoài ra có thể tự nảy sinh, phát hiện vấn đề mới từ vấn đề đã cho

4.1 Đánh giá, nhận định, rút ra những bài học, kinh nghiệm từ quá trình giải quyết vấn đề và điều chỉnh, suy nghĩ cải tiến việc giải quyết vấn đề

M1: Rút ra được kết luận khi giải quyết vấn đề đặt ra thông qua việc đối sánh kết quả cuối cùng thu được với đáp án và giả thuyết ban đầu

M2: Đưa ra nhận định, đánh giá được kết quả cuối cùng, bên cạnh đó có thể đối sánh với giả thuyết, chỉ ra nguyên nhân hoặc các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả thu được

M3: Nêu những đánh giá việc giải quyết vấn đề Nhìn nhận lại, tìm ra những nguyên nhân có thể ảnh hưởng đến giải pháp để từ đó đề xuất giải pháp tối ưu hơn hoặc cải thiện cách thức đã đề ra để nâng cao hiệu quả giải quyết vấn đề

4.2 Phát hiện, nảy sinh, liên hệ đến vấn đề cần giải quyết mới

M1: Đưa ra ý tưởng, một khả năng mà có thể ứng dụng kết quả đã thu được vào tình huống mới trong thực tiễn

M2: Xem xét kết quả thu được trong tình huống mới, phát hiện những khó khăn, vướng mắc cần giải quyết

M3: Xem xét kết quả thu được trong tình huống mới, phát hiện những khó khăn, vướng mắc cần giải quyết và diễn đạt vấn đề mới cần giải quyết

1.4 Đánh giá năng lực giải quyết vấn đề

1.4.1 Mục tiêu của việc đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của HS

Thông qua việc đánh giá sẽ giúp cho GV biết được NL của HS về việc vận dụng kiến thức, kĩ năng, kinh nghiệm vào giải quyết các vấn đề của môn Vật lý Từ đó GV có các điều chỉnh về biện pháp, phương pháp, kỹ thuật dạy học phù hợp

Muốn vậy thì đánh giá NLGQVĐ cần đạt được mục tiêu sau: - Mức độ đạt được các yêu cầu về NL phải được cụ thể hóa bằng điểm số theo quy chế đánh giá xếp loại HS theo quy định

- Đánh giá phải giúp HS phát huy NL, điểm mạnh, làm bộc lộ được những hạn chế của việc dạy học để GV có kế hoạch điều chỉnh dạy học phù hợp nhằm nâng cao chất lượng dạy học

- Thông qua kết quả đánh giá, GV phải thấy được, theo dõi được sự tiến bộ của HS trong học tập, đồng thời phát hiện ra được các trường hợp không tiến bộ, kết quả chưa tốt, NL còn yếu để có các biện pháp giúp HS tiến bộ hơn trong học tập

Đánh giá quá trình, đánh giá định kì là thước đo NLGQVĐ của HS để GV thông tin tới gia đình, các cấp quản lí GD về khả năng giải quyết vấn đề của HS đối

với môn học và các vấn đề thực tiễn

1.4.2 Công cụ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề

1.4.2.1 Xây dựng khung tiêu chí đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của HS

Có thể dựa trên quá trình GQVĐ của HS để xây dựng khung tiêu chí ĐG NLGQVĐ của HS Căn cứ trên các tiêu chí về hành vi đối với các thành tố của NLGQVĐ chúng ta có thể xây dựng tiêu chí ĐG NLGQVĐ gồm 5 tiêu chí sau:

- Tiêu chí 1: Phân tích và hiểu đúng VĐ (2 điểm): HS nhận diện được vấn đề,

hiểu đúng các đại lượng trong VĐ, hiểu được mối quan hệ giữa các đại lượng đó

- Tiêu chí 2: Đưa ra giải pháp để GQVĐ (2 điểm): Phát hiện được giải pháp

GQVĐ đưa ra kết quả đúng, tiêu chí cụ thể

- Tiêu chí 3: Lập luận logic (2 điểm): Nêu ra được những lí luận logic cho vấn

đề, lí luận có tính chặt chẽ và chính xác đến kết quả cuối cùng

- Tiêu chí 4: Đánh giá giải pháp GQVĐ (2 điểm): ĐG nhận xét sau mỗi bước

thực hiện giải pháp, có thể đề xuất giải pháp khác cũng cho kết quả đúng

- Tiêu chí 5: Vận dụng vào bối cảnh, VĐ mới (2 điểm): Có thể đề xuất VĐ tương

tự và đưa ra giải pháp giải quyết

Bảng 1.2 Khung tiêu chí tham chiếu

Phân tích, mô tả và trình bày, nêu ra đúng vấn đề

HS trình bày được đúng vấn đề (H3) 2 Hiểu chưa thật đúng vấn đề, còn sai sót nhỏ (H2) 1 Hiểu chưa thật đúng vấn đề, còn sai sót, ảnh hưởng 0.5

Tiêu chí Tiêu chí chất lượng hành vi Điểm

nhiều đến việc tìm giải pháp (H1)

Đề xuất, đưa ra giải pháp để giải quyết vấn đề

Giải pháp có tính đúng đắn, chặt chẽ (G4) 2 Giải pháp đúng, tuy nhiên còn có thiếu sót nhỏ (G3) 1.5 Giải pháp đúng, nhưng chưa cụ thể, không chi tiết (G2) 1 Có đưa ra giải pháp, nhưng chưa thực sự đúng hoặc chưa hợp lý (G1)

1

Không biết lập luận, tính toán sai (L0) 0

Đánh giá giải pháp

Có nhận xét sau khi thực hiện giải pháp và đưa ra các giải pháp đúng khác (nếu có) (Đ2)

Nêu được vấn đề tương tự và đưa ra giải pháp đúng (V2) 2 Đưa ra được vấn đề có tính tương đồng nhưng chưa đưa ra được giải pháp giải quyết hợp lý, đúng đắn (V1)

1

Không liên hệ được với vấn đề tương tự (V0) 0

HS có các mức độ đạt được về NLGQVĐ như sau: - Mức 1: HS có NLGQVĐ tốt là đạt từ 8,0 điểm trở lên và yêu cầu NL hiểu vấn đề phải đạt 2 điểm

- Mức 2: HS có NLGQVĐ trung bình nếu đạt từ 5,0 điểm đến dưới 8,0 điểm và yêu cầu NL hiểu vấn đề phải đạt 2 điểm

- Mức 3: HS không có NLGQVĐ hoặc NLGQVĐ yếu kém nếu điểm dưới 5,0

hoặc hiểu sai vấn đề, không đưa ra được giải pháp GQVĐ

1.4.2.2 Hệ thống các bài tập Vật lý

Các bài tập Vật lý bao gồm: Câu hỏi và bài tập tại lớp, bài tập ở nhà, câu hỏi và bài tập trong đề kiểm tra dưới dạng các bài tập định tính hay hay bài tập định lượng, các bài kiểm tra viết tự luận hay trắc nghiệm,

1.4.2.3 Các công cụ hỗ trợ

- Phương pháp đánh giá thông qua các bài tập, bài kiểm tra có định hướng về

năng lực giải quyết vấn đề, quy ra điểm số

- Phương pháp đánh giá thông qua quá trình chế tạo ra sản phẩm học tập và sản

phẩm cuối cùng

- Phương pháp đánh giá thông qua ghi lại những biểu hiện hành vi, quan sát biểu

hiện của năng lực

1.4.3 Phương pháp đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của HS

1.4.3.1 Phương pháp đánh giá năng lực giải quyết vấn đề thông qua điểm số của HS

GV thiết kế bài KT gồm những câu hỏi yêu cầu HS phải lập luận để phát hiện và GQVĐ, nhất là những bài toán tổng hợp yêu cầu phải hiểu sâu, rộng kiến thức hoặc những bài toán thực có gắn với thực tiễn yêu cầu HS phải liên hệ, sâu chuỗi kiến thức đã học Như vậy GV nên dùng bài kiểm tra tự luận với các bài toán gắn nhiều với thực tiễn GV có thể thiết kế phần bài làm theo một mẫu yêu cầu HS phải thể hiện rõ NLGQVĐ

Thông qua điểm số này và qua nhiều bài kiểm tra GV có thể ĐG được NLGQVĐ của HS một cách tổng thể hoặc có thể ĐG từng thành tố NLGQVĐ của HS

1.4.3.2 Đánh giá năng lực giải quyết vấn đề thông qua sản phẩm học tập của HS

Một trong những phương pháp ĐG chuẩn xác NLGQVĐ của HS là thông qua các sản phẩm học tập như các dự án học tập, các báo cáo tiểu luận

GV giao cho HS thực hiện báo cáo về một VĐ trong học tập hoặc trong thực tiễn và yêu cầu báo cáo theo mẫu gồm các thành tố của NLGQVĐ

Căn cứ vào báo cáo của HS nộp, GV có thể ĐG được NLGQVĐ của HS đó và đưa ra những nhận xét và cách thức điều chỉnh PPDH

1.4.3.3 Phương pháp đánh giá năng lực giải quyết vấn đề thông qua quan sát của GV

Có thể sử dụng phương pháp case - study để thực hiện ĐG NLGQVĐ thông qua quan sát của GV

Bước 1: Thông báo cho GV giảng dạy và GV dự giờ biết về tiêu chí ĐG

NLGQVĐ

Bước 2: GV giảng dạy soạn giáo án và thực hiện tiến trình lên lớp theo dạy học

theo PP nêu và giải quyết vấn đề Trong quá trình dạy cần đưa ra VĐ cụ thể, yêu cầu HS phân tích và đưa ra giải pháp thực hiện; nhận xét cách giải của các bạn và đưa ra lời giải mới cũng như yêu cầu HS nêu lên bài toán hoặc VĐ tương tự

Bước 3: Tổ chức dạy và tiến hành quan sát HS

Có thể cùng một giờ học quan sát nhiều HS nhưng ở nhiều thành tố NLGQVĐ khác nhau Quá trình quan sát HS được tiến hành nhiều lần trong nhiều giờ học và ghi thành nhật kí Dùng kết quả quan sát được để ĐG kết quả NLGQVĐ của HS

1.5 Quy trình thiết kế chủ đề GD STEM trong dạy học Vật lý nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề của HS

- Bước 1: Xác định mục tiêu của chủ đề GD STEM có ý định hướng tới, tiến hành đánh giá, khảo sát năng lực NLGQVĐ hiện tại của HS

- Bước 2: Lựa chọn chủ đề GD STEM phù hợp với mục tiêu chương trình môn Vật lý Đưa ra, phân tích các mạch nội dung có thể gắn với các sản phẩm ứng dụng thực tiễn Phân tích các sản phẩm ứng dụng và xác định kiến thức các môn Khoa học, Kỹ thuật, Công nghệ, Toán thuộc lĩnh vực STEM để GQVĐ

- Bước 3: Xác định các vấn đề cần giải quyết trong chủ đề GD STEM Xây dựng các nội dung cụ thể cần sử dụng kèm theo bộ câu hỏi định hướng, bồi dưỡng NLGQVĐ

- Bước 4: Xác định các nội dung, biểu hiện hành vi, hoạt động cụ thể để bồi dưỡng NLGQVĐ trong chủ đề STEM đang xây dựng

- Bước 5: Thiết kế tiến trình, hoạt động học tập chi tiết - Bước 6: Thiết kế các tiêu chí và bộ công cụ kiểm tra, đánh giá NL GQVĐ của HS

- Bước 7: Tổ chức thực hiện chủ đề STEM

1.6 Thực trạng đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của HS trong dạy học theo định hướng GD STEM môn Vật lý ở trường THPT

1.6.1 Mục đích khảo sát

Tìm hiểu thực trạng, nhận thức của GV và HS về việc áp dụng các phương pháp dạy học tích cực và quan điểm dạy học theo định hướng STEM, đánh giá NLGQVĐ của HS ở một số trường THPT đóng trên địa bàn quận Bắc Từ Liêm để phát hiện những hạn chế và sự cần thiết của ĐG NLGQVĐ của HS trong dạy học theo định hướng GD STEM môn Vật lý hiện nay; từ đó phát hiện những điểm chưa phù hợp, hạn chế của GV và HS khi tiến hành ĐG NLGQVĐ của HS; Tiến hành tìm hiểu nguyên nhân làm cơ sở xây dựng công cụ đánh giá NLGQVĐ của HS

1.6.2 Đối tượng và thời gian khảo sát

- Đối tượng: GV dạy Vật lý THPT các trường trên địa bàn quận Bắc Từ Liêm,

HS lớp 10C1, 10D1, 10D2 trường PTLC Tây Hà Nội (70 HS)

- Thời gian khảo sát: Tháng 10 năm 2022

- Các thầy cô giáo có đưa ra những khó khăn, vướng mắc và lí do vì sao ít triển khai dạy học theo định hướng STEM tại trường của mình Đó là:

+ Thiếu dụng cụ, cơ sở vật chất nguyên vật liệu, thiết bị thực hiện + Chưa có nhiều nguồn tham khảo, tài liệu về STEM

+ Định hướng của nhà trường còn nặng về đánh giá kiến thức, tập trung vào các bài học, luyện bài tập để thi cử

+ Thời lượng các tiết học tương đối ngắn, khó có thể thực hiện tổ chức được nhiều hoạt động thực hành, chế tạo và tìm hiểu kiến thức bên ngoài vào bài dạy

+ Chương trình học còn nặng kiến thức, các kiến thức có thể tổ chức để dạy STEM còn hạn chế

+ Để tổ chức được một chủ đề dạy học theo định hướng STEM sẽ mất nhiều thời gian, cần sử dụng, huy động nhiều nhân lực

- Đa số các GV đều có sử dụng PPDH tích cực trong dạy học: 16,7% GV đã sử dụng phương pháp dạy học theo dự án, 13,3% GV đã sử dụng phương pháp dạy học theo chủ đề,

63,3% GV đã sử dụng phương pháp dạy học nêu và giải quyết vấn đề, 3,3% GV đã sử dụng phương pháp dạy học theo hợp đồng và một số phương pháp khác nhưng chủ yếu vẫn còn dạy học Vật lý theo phương pháp thông báo, diễn giải các kiến thức (100% GV đã sử dụng)

- Đối với việc phát triển và đánh giá NL giải quyết vấn đề, GV hầu hết nhận định GQVĐ là NL cần được đánh giá ở HS GV nắm được những tiêu chí đánh giá của NLGQVĐ nhưng chưa sử dụng và xây dựng được nhiều các công cụ đánh giá Việc đánh giá NLGQVĐ trong dạy học STEM chưa được thực sự chú trọng và quan tâm Trong dạy học STEM, GV thường quan tâm đến sản phẩm được tạo ra mà chưa nhiều GV quan tâm đến việc đánh giá HS sau mỗi chủ đề STEM, hoặc GV sẽ sử dụng những tiêu chí chung và đơn giản áp dụng cho nhiều chủ đề STEM Hầu hết, GV chưa có hoặc chưa xây dựng được bộ công cụ đánh giá để đánh giá NL cho chủ đề STEM hoặc đã xây dựng nhưng chưa được chi tiết

➢ Điều tra đối với HS:

Thông qua kết quả điều tra trên nhận thấy cho thấy khi bắt đầu bài mới, thầy cô ít đưa ra các câu hỏi, tình huống có vấn đề gắn liền với thực tiễn (34,3%) mà thường theo hình thức thông báo Vì chưa hình thành được nhiều kĩ năng liên hệ kiến thức với thực tiễn nên HS chưa tự đặt được những thắc mắc, câu hỏi liên quan giữa kiến thức và thực tiễn (17,1% HS đặt được câu hỏi) Số lượng các câu hỏi, bài tập, nhiệm vụ liên quan đến thực tiễn mà HS được tiếp cận còn hạn chế (20%) Phần lớn các nhiệm vụ học tập nằm trên giấy, qua bài kiểm tra mà HS chưa được thực hành, thực hiện chế tạo các sản phẩm liên quan đến kiến thức môn học (7,1%) Qua quan sát, dự giờ và tiến hành một số giờ học, khi có những câu hỏi, thử thách liên quan giữa kiến thức và thực tiễn hoặc hoạt động chế tạo sản phẩm STEM, các HS rất hào hứng, thích thú, tích cực và chủ động tiếp nhận kiến thức Tuy nhiên, những hoạt động STEM diễn ra HS chưa được phổ biến tiêu chí đánh giá cụ thể, hầu hết các tiêu chí đánh giá đưa ra tương đối ngắn gọn và chỉ đánh giá trên sản phẩm HS tạo ra về khả năng vận hành, tính thẩm mĩ, sáng tạo, … chưa khai thác đánh giá sâu về những NL HS hình thành được qua hoạt động STEM đó

Từ kết quả khảo sát ở trên đặt ra một vấn đề đó là làm thế nào để dạy học phát triển NL giải quyết vấn đề và xây dựng được bộ công cụ đánh giá NL đó ở HS Đó là vấn đề đặt ra mà đội ngũ GV dạy bộ môn vật lý cần phải trăn trở để có những phương pháp dạy học phù hợp

Với kết quả điều tra thực trạng ở trên, chúng tôi nhận thấy hướng nghiên cứu đề tài này là rất cần thiết

Kết luận chương 1

Trong chương 1, tôi đã tổng hợp, hệ thống được những cơ sở lí luận và thực tiễn của việc KTĐG kết quả học tập của HS theo định hướng tiếp cận NL và ĐG NLGQVĐ của HS trong DHVL, GD STEM và dạy học theo định hướng STEM Để giải quyết nhiệm vụ đề ra của luận văn, tôi chú trọng đến những vấn đề sau:

- Đã nêu lên khái niệm về KTĐG; KQHT và ĐG KQHT của HS; vai trò của KTĐG trong quá trình DẠY HỌC; PP và kĩ thuật KTĐG

- Đã nghiên cứu sâu về NL; NL học tập của HS THPT và đánh giá KQHT theo định hướng phát triển NL

- Luận văn đã nghiên cứu hoạt động GQVĐ và vai trò của HS trong DHVL; quá trình GQVĐ của HS; những hoạt động cơ bản giúp HS bộc lộ NLGQVĐ; xây dựng bộ công cụ đánh giá; Phương pháp đánh giá ĐG NLGQVĐ

- Về DH theo định hướng STEM: Tôi đã tổng hợp cơ sở lí luận và các bước tiến hành dạy học theo định hướng STEM

- Tiến hành điều tra thực trạng của việc DH theo định hướng STEM, đánh giá NLGQVĐ của HS ở một số trường THPT đóng trên địa bàn quận Bắc Từ Liêm để phát hiện những hạn chế và sự cần thiết của ĐG NLGQVĐ của HS trong dạy học theo định hướng GD STEM môn Vật lý hiện nay

Việc nghiên cứu những cơ sở lí luận và thực tiễn về dạy học theo định hướng STEM và ĐG NLGQVĐ của HS, là những cơ sở quan trọng để tôi xây dựng kế hoạch dạy học theo chủ đề STEM “Chuyển động tròn” và bộ được công cụ ĐG NLGQVĐ ở chương tiếp theo

Chương 2 XÂY DỰNG BỘ CÔNG CỤ ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM

"CHUYỂN ĐỘNG TRÒN" - VẬT LÝ 10 2.1 Phân tích đặc điểm chương Chuyển động tròn

2.1.1 Mục tiêu dạy học của chương Chuyển động tròn

Theo chương trình GDPT môn Vật lý của bộ GD&ĐT, chương Chuyển động tròn cần đạt được những mục tiêu sau [1]:

- Từ tình huống thực tế, thảo luận để nêu được định nghĩa radian và biểu diễn được độ dịch chuyển góc theo radian

- Vận dụng được khái niệm tốc độ góc - Vận dụng được biểu thức lực hướng tâm F = mrω2, F = mv2/r - Thảo luận và đề xuất giải pháp an toàn cho một số tình huống chuyển động tròn trong thực tế

2.1.2 Nội dung kiến thức chương Chuyển động tròn

Theo sách Kết nối tri thức với cuộc sống của nhóm tác giả: Vũ Văn Hùng (Tổng chủ biên), Bùi Gia Thịnh (Chủ biên), Phạm Kim Chung- Tô Giang, Nguyễn Xuân Quang- Nguyễn Văn Thụ, chương VI: Chuyển động tròn gồm 2 bài: Bài 31: Động học của chuyển động tròn đều; Bài 32: Lực hướng tâm và gia tốc hướng tâm

1 Bài 31: Động học của chuyển động tròn đều

a) Mô tả chuyển động tròn

- Trong cuộc sống, ta có thể bắt gặp nhiều vật chuyển động tròn như: cánh quạt, kim đồng hồ, chiếc ghế của đu quay, …

Khi vòng đu quay đang hoạt động, các ghế ngồi trên đu quay chuyển động

Quãng đường dịch chuyển s và độ dịch chuyển góc θ

- Mối quan hệ giữa độ dài cung với góc chắn ở tâm và bán kính đường tròn là:

θ = 𝑠𝑟- Trong Vật lý, người ta dùng đơn vị góc là rađian (rad) Ta có thể dễ dàng chuyển đơn vị độ sang rad Khi vật chuyển động được 1 vòng tròn, ta có

θ= 2.π.r𝑟 =2.π

Do đó 3600=2.π (rad), tương tự 1800=π (rad)

b) Chuyển động tròn đều Tốc độ và tốc độ góc * Tốc độ

- Trong chuyển động tròn, để đặc trưng cho sự nhanh hay chậm ta cũng dùng khái niệm tốc độ như trong chuyển động thẳng

- Chuyển động tròn đều là chuyển động theo quỹ đạo tròn có tốc độ không thay đổi

v= 𝑠𝑡 (1)

* Tốc độ góc

- Tốc độ góc trong chuyển động tròn đều bằng độ dịch chuyển góc chia cho thời gian dịch chuyển

ω= θ𝑡 (2) Đơn vị thường dùng của tốc độ góc là rad/s Từ (1) và (2) suy ra v=ω.r

c) Vận tốc trong chuyển động tròn đều

- Tại mỗi thời điểm vectơ vận tốc tức thời sẽ có phương trùng với tiếp tuyến của đường tròn

Vectơ vận tốc trong chuyển động tròn

- Trong chuyển động tròn đều, độ lớn của vận tốc tức thời không đổi nhưng hướng luôn thay đổi