Tổ chức dạy học chủ Đề stem “chế tạo mô hình máy phát tĩnh Điện van de graaff” vật lí 11 nhằm phát triển năng lực vật lí cho học sinh

36 Hình 1.10 Biểu đồ ý kiến của giáo viên về những kĩ năng mà học sinh cần có trong quá trình học tập để phát triển năng lực vật lí .... 36 Hình 1.11 Biểu đồ ý kiến của giáo viên về nhữn

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA VẬT LÍ

LƯƠNG VĂN MẠNH

TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM “CHẾ TẠO

MÔ HÌNH MÁY PHÁT TĨNH ĐIỆN VAN DE GRAAFF” - VẬT LÍ 11 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG

LỰC VẬT LÍ CHO HỌC SINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Đà Nẵng, tháng 04 năm 2024

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA VẬT LÍ

LƯƠNG VĂN MẠNH

TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM “CHẾ TẠO

MÔ HÌNH MÁY PHÁT TĨNH ĐIỆN VAN DE GRAAFF” - VẬT LÍ 11 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG

Đà Nẵng, tháng 04 năm 2024

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô, bạn bè trong khoa Vật lí – Đại học sư phạm Đà Nẵng đã giúp đỡ tận tình để em có thể hoàn thành đề tài nghiên cứu này

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Dụng Văn Lữ cùng với ThS Lê Vũ Trường Sơn đã cung cấp tài liệu nghiên cứu, hướng dẫn tận tình từ lúc em hình thành ý tưởng đến lúc hoàn thành xong đề tài nghiên cứu

Em xin cảm ơn quý thầy cô giảng viên khoa Vật lí trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm, sự nhiệt huyết với nghề cho em trong suốt quá trình học tập và làm đề tài nghiên cứu tại trường

Em cũng xin cảm ơn đến Ban giám hiệu trường THPT Phan Châu Trinh, quý thầy cô

tổ Vật lí, đặc biệt là cô Võ Lê Phương Dung đã tạo điều kiện cho em tham dự, quan sát, tiếp cận học sinh, phân tích tiến trình, thực nghiệm sư phạm tại trường, làm cơ sở để hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp

Do trình độ lý luận cũng như kinh nghiệm thực tiễn còn nhiều hạn chế nên bài khóa luận không thể không tránh khỏi những sai sót Vì vậy, em rất mong được sự thông cảm, góp ý và đánh giá chân thành của quý thầy cô và bạn bè để chúng em có thể nâng cao kiến thức của bản thân, phục vụ tốt quá trình công tác của em sau này

Em xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, tháng 04 năm 2024

Sinh viên thực hiện

(Ký và ghi rõ họ tên)

Lương Văn Mạnh

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN I MỤC LỤC II DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT V DANH MỤC BẢNG BIỂU VI DANH MỤC HÌNH VII

MỞ ĐẦU 1

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 3

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 3

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

5 Phương pháp nghiên cứu 3

6 Tổng quan vấn đề nghiên cứu 4

7 Cấu trúc đề tài 6

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ GIÁO DỤC STEM VỚI VIỆC PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC VẬT LÍ 7

1.1 Giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông 2018 7

1.1.1 Khái quát về giáo dục STEM 7

1.1.2 Các mức độ áp dụng STEM trong giáo dục 8

1.1.3 Tiêu chí xây dựng bài học STEM 10

1.1.4 Quy trình thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề STEM 11

1.1.5 Đánh giá trong giáo dục STEM 15

1.1.6 Vai trò, ý nghĩa của giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông 2018 19

1.2 Năng lực vật lí trong giáo dục STEM 20

1.2.2 Khái niệm năng lực vật lí của học sinh 21

1.2.3 Cấu trúc năng lực vật lí 21

1.2.4 Đánh giá năng lực vật lí của học sinh trong việc tổ chức dạy học STEM 23

1.3 Một số phương pháp, kĩ thuật tổ chức dạy học nhằm phát triển năng lực vật lí của học sinh trong dạy học STEM 30

1.3.1 Phương pháp dạy học theo nhóm 30

1.4 Thực trạng dạy học STEM 34

1.4.1 Mục đích khảo sát 34

1.4.2 Nội dung và phương pháp khảo sát 34

1.4.3 Kết quả khảo sát 34

KẾT LUẬN CHƯƠNG I 42

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CHỦ ĐỀ STEM “CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY PHÁT TĨNH ĐIỆN VAN DE GRAFF” THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC VẬT LÍ CHO HỌC SINH 43

2.1 Phân tích cấu trúc nội dung kiến thức 43

2.1.1 Yêu cầu cần đạt trong chủ đề STEM 43

2.1.2 Sơ đồ cấu trúc nội dung 43

2.2 Xây dựng tiến trình dạy học chủ đề STEM “Chế tạo mô hình máy phát tĩnh điện Van de Graaff” 44

2.2.1 Tên chủ đề: “Chế tạo mô hình máy phát tĩnh điện Van de Graaff” 44

2.2.2 Mô tả chủ đề 44

2.2.3 Mục tiêu 44

2.2.4 Thiết bị và học liệu 45

2.2.5 Tiến trình dạy học 58

2.3 Công cụ đánh giá dạy học theo định hướng STEM 66

2.3.1 Tiêu chí đánh giá năng lực vật lí 66

2.3.2 Tiêu chí đánh giá bản thiết kế 68

2.3.3 Tiêu chí đánh sản phẩm mô hình 69

2.3.4 Tiêu chí đánh giá các thành viên trong quá trình thực hiện dự án 70

2.3.5 Khảo sát ý kiến của học sinh khi tham gia lớp học STEM 71

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 73

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 74

3.1 Mục đích và nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 74

3.1.1 Mục đích 74

3.1.2 Nhiệm vụ 74

3.2 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 74

3.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 74

3.3.1 Phương pháp quan sát 74

3.3.2 Phương pháp thống kê toán học 75

3.4 Quy trình thực nghiệm 75

3.5 Kế hoạch thực nghiệm sư phạm 75

3.6 Phân tích diễn biến thực nghiệm sư phạm 75

3.6.1 Công tác chuẩn bị 75

3.6.2 Diễn biến, kết quả thu được khi thực nghiệm chủ đề 76

3.7 Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 84

3.7.1 Đánh giá định tính 84

3.7.2 Đánh giá định lượng 90

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 103

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 104

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Công cụ thu thập thông tin để đánh giá quá trình trong giáo dục STEM 17

Bảng 1.2 Bảng so sánh đánh giá năng lực và đánh giá kiến thức, kĩ năng 17

Bảng 1.3 Các biểu hiện của năng lực vật lí 22

Bảng 1.4 Rubric đánh giá năng lực vật lí 24

Bảng 1.5 Ưu điểm và hạn chế của phương pháp dạy học theo nhóm 32

Bảng 1.6 Quy trình dạy học theo dự án 33

Bảng 1.7 Ưu điểm và hạn chế của phương pháp dạy học dự án 33

Bảng 2.1 Yêu cầu cần đạt của chủ đề STEM 43

Bảng 2.2 Biểu hiện của thành tố năng lực vật lí trong chủ đề STEM 44

Bảng 2.3 Các thiết bị sử dụng cho mô hình 46

Bảng 2.4 Kế hoạch thực hiện dự án “Mô hình máy phát tĩnh điện Van de Graaff” 58

Bảng 2.5 Danh sách thành viên nhóm 59

Bảng 2.6 Bảng tiêu chí đánh giá năng lực vật lí 66

Bảng 2.7 Bảng tiêu chí đánh giá bản thiết kế mô hình 68

Bảng 2.8 Bảng tiêu chí đánh giá sản phẩm 70

Bảng 2.9 Bảng tiêu chí đánh giá thành viên nhóm 70

Bảng 2.10 Bảng khảo sát ý kiến học sinh trước và sau khi học STEM 71

Bảng 3.1 Biểu hiện của học sinh ứng với tiêu chí đánh giá năng lực vật lí 84

Bảng 3.2 Tiêu chí đánh giá các mức độ đạt được của năng lực vật lí của học sinh 91

Bảng 3.3 Biểu hiện năng lực vật lí của các nhóm 91

Bảng 3.4 Bảng quy đổi điểm dựa trên những biểu hiện năng lực vật lí 93

Bảng 3.5 Bảng đánh giá sản phẩm 95

Bảng 3.6 Bảng đánh giá thiết kế sản phẩm 96

Bảng 3.7 Bảng đánh giá mức độ đóng góp của thành viên nhóm 1 97

Bảng 3.8 Bảng đánh giá mức độ đóng góp của thành viên nhóm 2 98

Bảng 3.9 Bảng đánh giá mức độ đóng góp của thành viên nhóm 3 99

Bảng 3.10 Bảng đánh giá mức độ đóng góp của thành viên nhóm 4 99

Bảng 3.11 Bảng kết quả khảo sát học sinh 100

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Chu trình STEM 7

Hình 1.2 Mô hình giáo dục STEM 8

Hình 1.3 Quy trình thiết kế chủ đề STEM 12

Hình 1.4 Sơ đồ tiến trình bài học STEM 15

Hình 1.5 Biểu đồ mức độ thường xuyên sử dụng các thành tố trong cấu trúc năng lực vật lí vào bài dạy 35

Hình 1.6 Biểu đồ mức độ thường xuyên sử dụng các biểu hiện của thành tố “Nhận thức vật lí” vào bài dạy 35

Hình 1.7 Biểu đồ mức độ thường xuyên sử dụng các biểu hiện của thành tố “Tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí” vào bài dạy 35

Hình 1.8 Biểu đồ mức độ thường xuyên sử dụng các biểu hiện của thành tố “Vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học” vào bài dạy 36

Hình 1.9 Biểu đồ ý kiến của giáo viên về một số ưu điểm vượt trội mà phương pháp dạy học theo hướng phát triển năng lực vật lí mang lại so với phương pháp tiếp cận kiến thức trước đây 36

Hình 1.10 Biểu đồ ý kiến của giáo viên về những kĩ năng mà học sinh cần có trong quá trình học tập để phát triển năng lực vật lí 36

Hình 1.11 Biểu đồ ý kiến của giáo viên về những phương pháp dạy học thường được sử dụng trong dạy học phát triển năng lực vật lí cho học sinh 37

Hình 1.12 Biểu đồ ý kiến của giáo viên về những khó khăn gặp phải khi sử dụng các phương pháp dạy học nhằm phát triển năng lực vật lí cho học sinh 37

Hình 1.13 Biểu đồ ý kiến của giáo viên về những khó khăn mà học sinh sẽ gặp phải khi giáo viên áp dụng phương pháp dạy học phát triển năng lực vật lí 37

Hình 1.14 Biểu đồ mức độ áp dụng STEM vào dạy học của giáo viên 38

Hình 1.15 Biểu đồ số lượng học sinh trong một nhóm khi giáo viên tổ chức dạy học chủ đề STEM 39

Hình 1.16 Biểu đồ tỉ lệ học sinh thực sự tham gia vào các hoạt động trong tiết học STEM 39

Hình 1.17 Biểu đồ mức độ học sinh hoàn thành các nhiệm vụ trong tiết học STEM 39

Hình 1.18 Biểu đồ ý kiến của giáo viên về quan điểm giảng dạy chủ đề STEM sẽ giúp

học sinh phát triển năng lực vật lí tốt hơn các tiết dạy thông thường 40

Hình 1.19 Biểu đồ ý kiến của giáo viên về những khó khăn sẽ gặp phải khi dạy học chủ đề STEM 40

Hình 1.20 Biểu đồ ý kiến của giáo viên về quan điểm cần được đào tạo chuyên sâu hơn về dạy học STEM cho giáo viên theo hướng phát triển năng lực vật lí cho học sinh là yếu tố quan trọng và cần thiết trong việc cải thiện chất lượng giảng dạy 41

Hình 2.1 Yêu cầu cần đạt của chủ đề STEM 43

Hình 2.2 Sơ đồ tính chất điện của các chất 48

Hình 2.3 Mô hình các chi tiết của máy phát tĩnh điện Van de Graaff 49

Hình 2.4 Đai cao su ma sát với con lăn bên dưới 49

Hình 2.5 Đai cao su nhận electron từ không khí 50

Hình 2.6 Đai cao su hút electron từ con lăn phía trên 50

Hình 2.7 Ion dương từ không khí trung hòa với các electron đầu dây dẫn 51

Hình 2.8 Các electron từ vỏ lon di chuyển đến dầu dây dẫn 51

Hình 2.9 Vỏ lon tích điện dương và sẽ phóng tia lửa điện với vật dẫn khác 51

Hình 2.10 Sơ đồ thiết kế của mô hình 52

Hình 2.11 Tạo trục quay bên dưới 52

Hình 2.12 Tạo trục quay bên trên 53

Hình 2.13 Tạo đế cho mô hình 53

Hình 2.14 Đai cao su 54

Hình 2.15 Ống nước đã cắt và khoan ở 2 đầu 54

Hình 2.16 Cố hình mô hình vào đế 55

Hình 2.17 Dây nối đất phía dưới mô hình 55

Hình 2.18 Dây nối với vỏ lon bên ngoài 56

Hình 2.19 Mẫu thử 56

Hình 2.20 Mô hình hoàn chỉnh 57

Hình 3.1 Học sinh quan sát video về hiện tượng tĩnh điện 76

Hình 3.2 Học sinh trả lời các câu hỏi đặt vấn đề mà giáo viên đưa ra 77

Hình 3.3 Giáo viên đưa ra các tiêu chí chấm điểm của dự án 77

Hình 3.4 Các nhóm hoàn thành phiếu học tập 78

Hình 3.6 Các nhóm tiến hành trình bày bản thiết kế lên giấy A2 79

Hình 3.7 Các nhóm tiến hành trình bày bản thiết kế lên giấy A2 80

Hình 3.8 Bản thiết kế hoàn chỉnh của các nhóm 81

Hình 3.9 Giáo viên cho học sinh xem mẫu mô hình đã chuẩn bị ở nhà 81

Hình 3.10 Các nhóm trình bày sản phẩm 82

Hình 3.11 Các nhóm trình bày sản phẩm 83

Hình 3.12 Trao thưởng cho các nhóm sau khi hoàn thành dự án 83

Hình 3.13 Minh chứng chỉ số HV [VL 1.1] – Nhóm 1 87

Hình 3.14 Minh chứng chỉ số HV [VL 1.1] – Nhóm 2 88

Hình 3.15 Minh chứng chỉ số HV [VL 1.1] – Nhóm 3 89

Hình 3.16 Minh chứng chỉ số HV [VL 1.1] – Nhóm 4 90

Hình 3.17 Biểu đồ về sự phát triển năng lực vật lí ở học sinh thông qua HĐ STEM 94

Hình 3.18 Biểu đồ về kết quả đánh giá sản phẩm 96

Hình 3.19 Biểu đồ về kết quả đánh giá bản vẽ thiết kế 97

Hình 3.20 Mức độ hứng thú của học sinh khi học Vật lí 101

Hình 3.21 Điều em thích khi học Vật lí 102

Hình 3.22 Hình thức học mà học sinh thích khi học Vật lí 102

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Giáo dục (GD) STEM hiện nay không chỉ là một xu hướng mới mà còn là một phản ánh của sự phát triển xã hội, khoa học và công nghệ Sự tiến bộ vượt bậc trong lĩnh vực khoa học và công nghệ đã mở ra cánh cửa mới cho con người khám phá và tận dụng tiềm năng của thế giới xung quanh Công nghệ thông tin (CNTT), khoa học, y học tiên tiến và nhiều ngành công nghệ khác đã thay đổi cách chúng ta sống, làm việc và tương tác với nhau Ngoài ra, các thách thức toàn cầu như biến đổi khí hậu, năng lượng sạch,

và y tế cần sự tập trung vào khoa học và công nghệ để tìm ra những giải pháp hiệu quả Các nước phát triển như Hàn Quốc, Nhật Bản, Singapore và đặc biệt là Mĩ đã hiểu

rõ được tầm quan trọng của việc GD STEM từ rất sớm nên đã gặt hái được rất nhiều thành tựu đáng kể trong các lĩnh vực khoa học, công nghệ và y tế Một trong những thành tựu quan trọng nhất của việc áp dụng STEM ở Mĩ chính là tạo ra một lực lượng lao động với kiến thức và kĩ năng chất lượng trong các ngành khoa học, công nghệ và

kỹ thuật Những chương trình (CT) GD STEM đã giúp đào tạo ra những chuyên gia và nhà nghiên cứu có khả năng tạo ra những sản phẩm, giải pháp và công nghệ tiên tiến, đóng góp mạnh mẽ vào sự phát triển của quốc gia Mô hình GD STEM cũng đã tạo ra một môi trường học tập mới, thú vị và phù hợp với thực tế Học sinh (HS) không chỉ học thông qua sách vở mà còn tham gia vào các hoạt động (HĐ) thực hành, dự án thực

tế và thử nghiệm Điều này đã kích thích sự tò mò, khám phá và sáng tạo trong HS, giúp

họ tiếp cận kiến thức một cách sâu sắc và thực tế Bên cạnh đó, việc GD STEM giúp người học hiểu rõ hơn về nguyên tắc khoa học kỹ thuật áp dụng vào cuộc sống hằng ngày Họ có khả năng đánh giá thông tin khoa học, tư duy logic và phản biện, từ đó trở thành những công dân có kiến thức và khả năng tham gia vào cuộc sống xã hội một cách tích cực Vì vậy, việc áp dụng STEM vào dạy học không chỉ mang lại những lợi ích ngay lập tức cho HS mà còn tạo ra những cơ hội phát triển cho tương lai của đất nước Trong bối cảnh đó, nước ta đã ban hành Nghị quyết số 88/2014/QH13 với tiêu đổi mới GD Nghị quyết 88/2014/QH13 của Quốc hội quy định: “Đổi mới chương trình, sách giáo khoa giáo dục phổ thông nhằm tạo chuyển biến căn bản, toàn diện về chất lượng và hiệu quả giáo dục phổ thông; kết hợp dạy chữ, dạy người và định hướng nghề

tốt nhất tiềm năng của mỗi học sinh” [1] Ngoài ra, Thủ tướng Chính phủ đã đưa ra giải pháp về mặt GD chính là: “Thay đổi mạnh mẽ các chính sách, nội dung, phương pháp giáo dục và dạy nghề nhằm tạo ra nguồn nhân lực có khả năng tiếp nhận các xu thế công nghệ sản xuất mới, trong đó cần tập trung vào thúc đẩy đào tạo về khoa học, công nghệ,

kỹ thuật và toán học (STEM), ngoại ngữ, tin học trong chương trình giáo dục phổ thông” [11] Vì vậy, chương trình giáo dục phổ thông (GDPT) mới (TT32/BGDĐT, 26/12/2018) được Bộ Giáo dục và Đào tạo (Bộ GD và ĐT) ban hành theo định hướng phát triển phẩm chất (PC) và năng lực (NL) của HS nhằm đáp ứng yêu cầu của sự nghiệp xây dựng, bảo

vệ đất nước trong thời đại toàn cầu hoá và cách mạng công nghiệp mới Chính vì vậy,

GD STEM đang được kỳ vọng là bước đột phá mang lại hiệu quả to lớn trong trong công cuộc đổi mới, phát triển của GD Việt Nam

Sau vài năm áp dụng CT GDPT mới thì cho đến hiện nay việc giảng dạy STEM trong trường trung học phổ thông (THPT) đã có sự tiến bộ, nhưng vẫn còn tồn đọng nhiều thách thức Mặc dù đã được tập huấn nhưng chất lượng giáo viên (GV) cũ có thể giảng dạy STEM vẫn chưa cao, những thế hệ GV mới ra trường tuy được trang bị đầy

đủ về kiến thức nhưng kinh nghiệm vẫn chưa nhiều Việc đã quen với CT cũ khiến cho

HS thiếu sự tương tác thực tế và ứng dụng thực tiễn Trong khi đó, trong việc dạy học

GV cần xác định rõ mục tiêu dạy học nhằm phát triển NL nào đó cho HS, và đánh giá được sự phát triển của NL đó

Việc phát triển năng lực vật lí (NLVL) cho HS trong CT GDPT 2018 là một phần quan trọng trong việc đảm bảo sự phát triển toàn diện cho HS NL này giúp HS hiểu rõ hơn về thế giới xung quanh và quy luật tự nhiên Học Vật lí (VL) cũng thúc đẩy tư duy khoa học, kỹ năng giải quyết vấn đề và tư duy sáng tạo Đồng thời, nó mở ra nhiều cơ hội về nghề nghiệp trong các lĩnh vực khoa học, công nghệ và kĩ thuật Việc này có vai trò quan trọng trong việc giúp HS phát triển không chỉ trong học tập mà còn trong cuộc sống sau này

Nội dung “Lực tương tác giữa hai điện tích” là phần mở đầu trong chương III: Điện trường (Sách kết nối tri thức với cuộc sống (KNTT)) Đây là một phần khó do bản chất trừu tượng, sử dụng toán học phức tạp Việc hình dung và áp dụng kiến thức vào các tình huống thực tế gây ra rất nhiều khó khăn cho HS Mô hình máy phát điện Van de Graaff có thể giúp HS có thể học tốt hơn về điện tĩnh thông qua việc hình ảnh hóa khái niệm, thí nghiệm trực quan, tạo cơ hội học hỏi thêm, tương tác thực tế và áp dụng trong

thực tế Giúp HS phần nào hiểu rõ hơn về điện tích và kích thích được sự tò mò trong quá trình học tập cho HS

Với tất cả những lý do trên, tôi chọn đề tài: Tổ chức dạy học chủ đề STEM “Chế

tạo mô hình máy phát tĩnh điện Van de Graaff” - Vật lí 11 nhằm phát triển năng lực vật lí cho học sinh làm đề tài khóa luận tốt nghiệp

2 Mục tiêu nghiên cứu

Thiết kế được kế hoạch bài dạy và tổ chức dạy học thành công chủ đề STEM “Chế tạo mô hình máy phát tĩnh điện Van de Graaff” - Vật lí 11 nhằm góp phần phát triển năng lực vật lí cho học sinh

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lí luận về giáo dục STEM; năng lực vật lí

- Thiết kế chủ đề STEM “Chế tạo mô hình máy phát tĩnh điện Van de Graaff” trong dạy học Vật lí 11

- Xây dựng được bộ công cụ đánh giá năng lực vật lí của học sinh trong dạy học theo chủ đề đã thiết kế

- Thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá tính khả thi, hiệu quả của chủ đề

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

a Đối tượng nghiên cứu

- Hoạt động dạy và học STEM của giáo viên và học sinh về chủ đề “Chế tạo mô hình máy phát tĩnh điện Van de Graaff” nhằm phát triển năng lực vật lí cho học sinh

5 Phương pháp nghiên cứu

5.1 Phương pháp nghiên cứu lí luận

- Nghiên cứu chương trình, nội dung sách giáo khoa (SGK), sách giáo viên và các tài liệu có liên quan

- Nghiên cứu mục tiêu chung trong giáo dục, mục tiêu giáo dục của môn Vật lí ở trường THPT hiện nay

- Nghiên cứu khái niệm, quy trình tổ chức dạy học STEM

5.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu, thiết kế bản vẽ, chế tạo mô hình máy phát tĩnh điện Van de Graaff từ các thiết bị đơn giản, rẻ tiền, dễ kiếm

5.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm

Thực nghiệm dạy học STEM chủ đề “Chế tạo mô hình máy phát tĩnh điện Van de Graaff” trong dạy học Vật lí lớp 11

6 Tổng quan vấn đề nghiên cứu

GD STEM tại Hoa Kỳ đã phát triển để tập trung vào việc thúc đẩy tư duy sáng tạo, giải quyết vấn đề, và kỹ năng thực hành Các CT giảng dạy STEM bổ trợ và các HĐ ngoại khóa như FIRST Robotics và Science Olympiad đã xuất hiện để tạo cơ hội học ngoài lớp học

Tại Trung Quốc: Trung Quốc đã chuyển đổi từ mô hình GD truyền thống sang mô hình hướng đến STEM trong thập kỷ 1990 và 2000 Chính phủ Trung Quốc đã đầu tư mạnh mẽ vào GD STEM và nghiên cứu công nghệ GD STEM tại Trung Quốc tập trung vào việc xây dựng khả năng nghiên cứu và sáng tạo của HS thông qua các CT giảng dạy nghiêm ngặt Cuộc thi hoa học và Kỹ thuật quốc gia Trung Quốc (China National Science and Technology Contest) đã trở thành một sự kiện quan trọng để đánh giá kiến thức và kỹ năng của HS

Tại Nhật Bản: Nhật Bản luôn nổi tiếng với chất lượng GD STEM Từ những năm đầu áp dụng, GD STEM tại Nhật Bản đã tập trung vào việc thúc đẩy tư duy sáng tạo và

giải quyết vấn đề thông qua các HĐ thực hành và thực nghiệm Nhật Bản đã phát triển các CT giảng dạy STEM độc lập tại các trường ĐH và tổ chức nghiên cứu hàng đầu như các viện nghiên cứu có uy tín về công nghệ

Tại Châu Âu: Châu Âu đã thúc đẩy hợp tác giữa các quốc gia thành viên để phát triển STEM education Các sáng kiến như Erasmus+ và Horizon 2020 đã tạo điều kiện cho việc hợp tác và chia sẻ tài liệu giảng dạy STEM trên toàn châu Âu GD STEM ở Châu Âu tập trung vào việc phát triển kỹ năng chuyên sâu trong từng lĩnh vực STEM

cụ thể và thúc đẩy sự tham gia của phụ nữ trong STEM

Tại Ấn Độ: Ấn Độ đã phát triển NL STEM cho HS thông qua việc đầu tư vào các trường ĐH và tổ chức nghiên cứu hàng đầu như các IIT (Indian Institutes of Technology) GD STEM ở Ấn Độ thường tập trung vào việc phát triển khả năng nghiên cứu và sáng tạo thông qua các khóa học và CT đào tạo STEM

Từ những năm đầu áp dụng đến nay, GD STEM trên thế giới đã phát triển đáng kể với mục tiêu chính là phát triển NL của HS thông qua các PPDH mới mẻ, sự tạo cơ hội tham gia vào các HĐ thực tế, và đảm bảo rằng HS có khả năng áp dụng kiến thức và kỹ năng STEM vào cuộc sống và công việc hàng ngày

6.2 Tình hình trong nước

Tình hình GD STEM ở Việt Nam đang phát triển tích cực, tập trung vào việc nâng cao NL HS trong lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học Các trường học ngày càng tích hợp CT giảng dạy STEM vào CT học, đặc biệt là ở cấp tiểu học và THPT Điều này giúp HS tiếp cận kiến thức và kỹ năng có tính ứng dụng thực tế, khơi gợi sự hứng thú và tò mò

Việc đầu tư vào CT đào tạo GV STEM là một bước quan trọng để nâng cao chất lượng giảng dạy Các cơ sở vật chất, phòng thí nghiệm và thiết bị cũng được chú trọng

để hỗ trợ quá trình học tập của HS Cuộc thi và HĐ ngoại khóa về STEM đang ngày càng phổ biến, tạo cơ hội cho HS thể hiện kỹ năng và kiến thức của mình trong môi trường thi đấu

Hợp tác giữa GD và công nghiệp đóng vai trò quan trọng, khi các doanh nghiệp và

tổ chức trong lĩnh vực STEM thường xuyên hợp tác để tạo cơ hội thực tập và trải nghiệm cho HS Sự áp dụng công nghệ trong giảng dạy cũng là một xu hướng, giúp HS tiếp cận những công cụ và ứng dụng mới, từ phần mềm giả lập đến thực hiện các dự án STEM

Tuy nhiên, GD STEM ở Việt Nam vẫn đối mặt với những thách thức như thiếu nguyên cứu và phương tiện giảng dạy ở một số vùng, đào tạo GV chưa đồng đều, và thách thức tài chính ảnh hưởng đến khả năng đầu tư vào cơ sở vật chất Một số trường học vẫn duy trì PPDH truyền thống, và ứng dụng thực tiễn của kiến thức STEM còn hạn chế

Để vượt qua những hạn chế này, cần sự hợp tác chặt chẽ giữa chính phủ, doanh nghiệp và tổ chức GD để xây dựng một hệ thống GD STEM toàn diện và bền vững, đáp ứng đúng nhu cầu của thế giới ngày càng phức tạp và công nghiệp hóa

Sau khi nắm được tình hình GD STEM ở Việt Nam và cả Thế giới, tôi có những đánh giá khách quan như sau:

Giáo dục STEM tại Việt Nam hiện đang trải qua một giai đoạn phát triển tích cực với nhiều điểm mạnh và thách thức Một trong những thành công lớn là sự hứng thú và

tò mò mà giảng dạy STEM đã tạo ra trong HS Các PPDH ứng dụng thực tế đã giúp họ kết nối kiến thức với cuộc sống hàng ngày và phát triển kỹ năng quan trọng như tư duy logic, giải quyết vấn đề, làm việc nhóm và sáng tạo

Tuy nhiên, vẫn còn những thách thức cần đối mặt, bao gồm thiếu đào tạo đội ngũ

GV chất lượng và khả năng tiếp cận không đồng đều giữa các vùng Các trường học ở khu vực nông thôn và kinh tế khó khăn vẫn gặp khó khăn trong việc cung cấp cơ sở vật chất và CT học STEM Sự thiếu đồng bộ trong chính sách GD cũng là một điểm yếu, tạo ra sự không đồng nhất giữa các trường

Để khắc phục những thách thức này, cần tăng cường đào tạo GV STEM, mở rộng

cơ hội tiếp cận cho các vùng khó khăn, và đồng bộ hóa chính sách GD STEM Khuyến khích sự sáng tạo và tự học của HS cũng là một hướng đi quan trọng để phát triển NL

và tư duy sáng tạo trong GD STEM tại Việt Nam

Chương 2 Thiết kế chủ đề STEM “Chế tạo mô hình máy phát tính điện Van de

Graaff” theo hướng phát triển năng lực vật lí cho học sinh

Chương 3 Thực nghiệm sư phạm

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ GIÁO DỤC STEM

VỚI VIỆC PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC VẬT LÍ 1.1 Giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông 2018

1.1.1 Khái quát về giáo dục STEM

1.1.1.1 Khái niệm về STEM

STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học) [3]

Sự phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học được mô tả bởi chu trình STEM, trong đó:

+ Science là quy trình sáng tạo ra kiến thức khoa học

+ Engineering là quy trình sử dụng kiến thức khoa học để thiết kế công nghệ mới nhằm giải quyết các vấn đề

+ Math là công cụ được sử dụng để thu nhận kết quả và chia sẻ kết quả đó với người khác

Hình 1.1 Chu trình STEM (theo https://www.knowatom.com)

Trong chu trình STEM, "Science" và "Engineering" được miêu tả qua quy trình sáng tạo khoa học và kĩ thuật "Science" đại diện cho quá trình nghiên cứu khoa học, từ việc đặt ra câu hỏi khoa học đến việc trả lời chúng và tạo ra kiến thức mới Trong khi

đó, "Engineering" biểu thị cho việc sử dụng kiến thức khoa học để tạo ra và thiết kế công nghệ mới Điều này thể hiện một chu trình không ngừng, khi mỗi chu trình mang lại sự gia tăng kiến thức khoa học cùng với việc phát triển công nghệ tiên tiến hơn Đây

là một mô hình "xoáy ốc" mà mỗi vòng lặp đều đóng góp vào sự tiến bộ liên tục của

1.1.1.2 Giáo dục STEM

Theo tài liệu tập huấn cán bộ quản lý, GV về xây dựng chủ đề GD STEM trong

GD trung học năm 2019 thì GD STEM theo chu trình STEM đặt HS vào tình huống thực tế cần giải quyết, yêu cầu họ tìm hiểu kiến thức khoa học và áp dụng để thiết kế và giải quyết vấn đề Mỗi bài học STEM đề cập đến một vấn đề cụ thể, đòi hỏi HS kích hoạt kiến thức cũ và tiếp thu kiến thức mới để áp dụng Quá trình này tuân theo "Quy trình khoa học" để tiếp thu kiến thức mới và "Quy trình kĩ thuật" để thiết kế giải pháp mới Đây là tiếp cận liên môn trong GD STEM, trong đó kiến thức có thể thuộc một môn học cụ thể GD STEM, theo CT GDPT 2018, là mô hình liên môn, khuyến khích

HS áp dụng kiến thức về khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học để giải quyết vấn đề thực tiễn

Khi nói đến mô hình GD STEM, tôi muốn đề cập đến một nội hàm bao gồm cả khía cạnh CT GD, nguồn lực thực hiện CT và các chính sách thúc đẩy CT GD STEM trong thực tiễn (Hình 2) [3]

Hình 1.2 Mô hình giáo dục STEM

1.1.2 Các mức độ áp dụng STEM trong giáo dục

Năm 2020, Bộ GD và ĐT đã ban hành Triển khai thực hiện GD STEM trong GD

trung học Tùy thuộc vào đặc thù từng môn học và điều kiện cơ sở vật chất, các trường

có thể áp dụng linh hoạt các hình thức tổ chức GD STEM khác nhau bao gồm: Dạy học các môn khoa học theo bài học STEM; Tổ chức HĐ trải nghiệm STEM hoặc nghiên cứu khoa học về STEM [4]

1.1.2.1 Dạy học các môn khoa học theo bài học STEM

Hình thức GD STEM chủ yếu trong trường trung học tập trung vào việc GV thiết

kế các bài học STEM để áp dụng trong các môn học độc lập hoặc tích hợp liên môn Nội dung của bài học STEM tuân theo CT GDPT và thời lượng quy định của các môn học tương ứng HS trong bài học STEM được khuyến khích tự nghiên cứu SGK và tài liệu học tập để tiếp thu kiến thức, áp dụng thông qua các hoạt động như: lựa chọn giải pháp cho vấn đề, thực hiện thiết kế, chế tạo và thử nghiệm mẫu thiết kế, cùng việc chia

sẻ, thảo luận và điều chỉnh mẫu thiết kế dưới sự hướng dẫn của GV [4]

1.1.2.2 Tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM

Các hoạt động trải nghiệm STEM thường diễn ra thông qua câu lạc bộ hoặc các sự

kiện thực tế, mà HS tham gia tự nguyện dựa trên sở thích và năng khiếu cá nhân Trường trung học cung cấp không gian trải nghiệm STEM bằng cách giới thiệu tài liệu số, thực hành thí nghiệm ảo, mô phỏng và phần mềm học tập để HS khám phá thực tế khoa học

và kỹ thuật Các HĐ được tính vào kế hoạch GD hàng năm của trường, được thiết kế cụ thể với mục tiêu, quy trình và kết quả dự kiến Đồng thời, hợp tác với các tổ chức GD cao hơn, doanh nghiệp và cộng đồng xã hội giúp đẩy mạnh các HĐ trải nghiệm STEM phù hợp với mục tiêu GD và quy định hiện tại [4]

1.1.2.3 Tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học, kĩ thuật

Hoạt động này dành cho HS có sở thích và năng khiếu trong việc khám phá khoa học và áp dụng kiến thức kỹ thuật giải quyết vấn đề thực tế Trường tổ chức các bài học

và HĐ trải nghiệm STEM để phát hiện và hỗ trợ HS có tiềm năng tham gia nghiên cứu khoa học và kỹ thuật Các dự án nghiên cứu được thực hiện bởi cá nhân hoặc nhóm hai thành viên dưới sự hướng dẫn của GV hoặc chuyên gia có chuyên môn phù hợp Có thể

tổ chức các sự kiện như ngày hội STEM hoặc cuộc thi khoa học, kỹ thuật để đánh giá

và vinh danh nỗ lực của GV và HS trong việc tham gia HĐ học và giảng dạy STEM, cũng như để lựa chọn các dự án xuất sắc tham gia các cuộc thi cấp cao hơn [4]

1.1.3 Tiêu chí xây dựng bài học STEM

Để tổ chức được các HĐ nói trên, mỗi bài học STEM cần được xây dựng theo đủ

6 tiêu chí [3]:

Tiêu chí 1: Chủ đề bài học có tính thực tiễn

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

Tiêu chí 2: Cấu trúc bài học kết hợp tiến trình khoa học và quy trình thiết kế kĩ thuật

Bài học STEM được xây dựng dựa theo quy trình thiết kế kỹ thuật với tiến trình bao gồm 8 bước: xác định vấn đề; nghiên cứu kiến thức nền; đề xuất các giải pháp; lựa chọn giải pháp; chế tạo mô hình (nguyên mẫu); thử nghiệm và đánh giá; chia sẽ thảo luận; điều chế thiết kế

Cấu trúc bài học STEM có thể được chia thành 5 HĐ chính, thể hiện rõ 8 bước của quy trình thiết kế kỹ thuật như sau:

+ HĐ 1: Xác định vấn đề hoặc yêu cầu chế tạo một sản phẩm ứng dụng gắn liền với

nội dung bài học với các tiêu chí cụ thể

+ HĐ 2: Nghiên cứu kiến thức nền (bao gồm kiến thức trong bài học cần sử dụng để

giải quyết vấn đề hoặc chế tạo sản phẩm theo yêu cầu) và đề xuất các giải pháp thiết kế đáp ứng các tiêu chí đã nêu

+ HĐ 3: Trình bày và thảo luận phương án thiết kế, sử dụng kiến thức nền để giải

thích, chứng minh và lựa chọn, hoàn thiện phương án tốt nhất (trong trường hợp có nhiều phương án)

+ HĐ 4: Chế tạo sản phẩm theo phương án thiết kế đã được lựa chọn; thử nghiệm và

đánh giá trong quá trình chế tạo

+ HĐ 5: Trình bày và thảo luận về sản phẩm đã chế tạo; điều chỉnh, hoàn thiện thiết

kế ban đầu

Tiêu chí 3: PPDH đưa học sinh vào hoạt động tìm tòi, khám phá, trải nghiệm và tạo ra sản phẩm

Trong HĐ STEM, đặc biệt trong HĐ 2 và 4, HS tập trung vào quan sát, thử nghiệm

để xây dựng kiến thức và kiểm chứng quy luật (HĐ 2), cũng như thử nghiệm các giải pháp khác nhau để cải thiện sản phẩm (HĐ 4) Các bài học được thiết kế để khuyến

khích HS trở nên tự chủ và hợp tác trong việc ra quyết định và điều chỉnh ý tưởng và thiết kế của họ dựa trên quá trình tìm tòi và khám phá cá nhân

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

Giúp học sinh (HS) làm việc cùng nhau như một nhóm kiến tạo không bao giờ là một việc dễ dàng Tuy nhiên, việc này sẽ trở nên dễ dàng hơn nếu tất cả các giáo việc ở trường làm việc cùng nhau để để áp dụng làm việc nhóm, sử dụng cùng một ngôn ngữ, tiến trình và mong đợi cho HS Làm việc nhóm trong thực hiện các HĐ của bài học STEM là cơ sở để phát triển NL giao tiếp và hợp tác

Tiêu chí 5: Nội dung chủ đề chủ yếu nằm trong chương trình các môn mà học

sinh đã và đang học

Trong các bài học STEM, GV cần kết nối và tích hợp một cách có mục đích nội dung từ các CT khoa học, công nghệ và toán Lập kế hoạch để hợp tác với các GV toán, công nghệ và khoa học khác để hiểu rõ nội hàm của việc làm thế nào để các mục tiêu khoa học có thể tích hợp trong một bài học đã cho Từ đó, HS dần thấy rằng khoa học, công nghệ và toán không phải là các môn học độc lập, mà chúng liên kết với nhau để giải quyết các vấn đề Điều đó có liên quan đến việc học toán, công nghệ và khoa học của HS

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

Một câu hỏi nghiên cứu đặt ra, có thể đề xuất nhiều giả thuyết khoa học; một vấn

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

1.1.4 Quy trình thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề STEM

1.1.4.1 Quy trình thiết kế chủ đề STEM

Theo nhóm tác giả Nguyễn Thanh Nga, Phùng Việt Hải, Nguyễn Quang Linh, Hoàng Phước Muội (2018) , quy trình thiết kế chủ đề GD STEM được thể hiện như sơ

đồ dưới đây [9]

Hình 1.3 Quy trình thiết kế chủ đề STEM

+ Vấn đề thực tiễn: Được hiểu là các tình huống xảy ra có vấn đề với HS, có tính

chất kĩ thuật Nó có thể là ứng dụng trong cuộc sống hằng ngày, con người cần giải quyết một công việc nào đó, thôi thúc HS tìm hiểu và thực hiện để đáp ứng nhu cầu Nó cũng

có thể là yêu cầu của định hướng nghề nghiệp, đòi hỏi HS giải quyết nhầm trải nghiệm một số nhiệm vụ của nghề nghiệp nào đó trong thực tế

+ Ý tưởng chủ đề STEM: Là bài toán mở được hình thành có tính chất kĩ thuật

nhằm giải quyết vấn đề thực tiễn mà HS gặp phải

+ Xác định kiến thức STEM cần giải quyết: Là các kiến thức trong chủ đề có liên

quan đến Vật lí, Hóa học, Sinh học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học…

+ Xác định mục tiêu chủ đề STEM cần giải quyết: Là các kiến thức, kỹ năng, thái

độ HS sẽ đạt được sau khi thực hiện chủ đề

+ Xây dựng bộ câu hỏi định hướng chủ đề STEM: Là các câu hỏi được đặt ra cho

HS nhằm gợi ý để giúp HS đề xuất các giải pháp, nhiệm vụ nhằm đạt được mục tiêu của chủ đề

1.1.4.2 Tiến trình tổ chức dạy học STEM

Theo tài liệu tập huấn Xây dựng và thực hiện các chủ đề GD STEM trong trường

trung học của Bộ GD và Đào tạo (2019), tiến trình dạy học STEM bao gồm 5 HĐ sau [3]:

- HĐ 1: Xác định vấn đề

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

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

Xác định kiến thức STEM cần giải quyết (3)

Xác định mục tiêu chủ đề STEM (4)

Xây dựng bộ câu hỏi định hướng chủ đề STEM (5)

Các mức độ hoàn thành nội dung bao gồm về bài ghi chép thông tin về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ; đánh giá, đặt câu hỏi về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ) Yêu cầu về sản phẩm mà HS phải hoàn thành, những thông tin này có thể sai hoặc không hoàn thiện ở các mức độ khác nhau GV có thể và cần phải dự đoán được các mức độ hoàn thành của sản phẩm để định hướng phương án xử lí phù hợp

+ Cách thức tổ chức HĐ: GV giao nhiệm vụ - HS thực hiện nhiệm vụ - Báo cáo,

thảo luận – Phát hiện, phát biểu vấn đề

+ Đánh giá: Trên cơ sở các sản phẩm của cá nhân và nhóm HS, GV đánh giá, nhận

xét, giúp HS nêu được các câu hỏi/vấn đề cần tiếp tục giải quyết, xác định được các tiêu chí cho giải pháp (sản phẩm khoa học hoặc sản phẩm kĩ thuật) cần thực hiện để giải quyết vấn đề đặt ra Từ đó định hướng cho HĐ tiếp theo của HS

- HĐ 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp

+ Mục tiêu: Trang bị cho HS kiến thức, kĩ năng theo yêu cầu cần đạt của CT

GDPT

+ Nội dung: Nghiên cứu nội dung SGK, tài liệu, thí nghiệm để tiếp nhận, hình

thành kiến thức mới và đề xuất giải pháp/thiết kế

+ Dự kiến sản phẩm HĐ của HS: Các mức độ hoàn thành của nội dung (Xác định

và ghi được thông tin, dữ liệu, giải thích, kiến thức mới, giải pháp/thiết kế)

+ Các thức tổ chức HĐ: GV giao nhiệm vụ - HS nghiên cứu SGK, tài liệu, làm

thí nghiệm - Báo cáo, thảo luận – GV điều hành, “chốt” kiến thức mới và hỗ trợ HS đề xuất giải pháp/thiết kế mẫu thử nghiệm

+ Đánh giá: Căn cứ vào sản phẩm học tập của HS và các nhóm HS, GV tổ chức

cho HS báo cáo, thảo luận; đồng thời nhận xét, đánh giá, "chốt" kiến thức, kĩ năng để

HS ghi nhận và sử dụng

- HĐ 3: Lựa chọn giải pháp

+ Mục tiêu: Đề xuất và thực hiện giải pháp giải quyết vấn đề; hoàn thành sản

phẩm theo nhiệm vụ đặt ra

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

thiện

+ Dự kiến sản phẩm HĐ của HS: Giải pháp/bản thiết kế được lựa chọn/hoàn

thiện

+ Các thức tổ chức HĐ: GV giao nhiệm vụ - HS báo cáo, thảo luận – GV điều

hành, nhận xét, đánh giá và hỗ trợ HS lựa chọn giải pháp/thiết kế mẫu thử nghiệm

+ Đánh giá: Theo từng bước trong quy trình HĐ, GV cần tổ chức cho HS/nhóm

HS trao đổi, thảo luận để lựa chọn hướng đi phù hợp Sản phẩm cuối cùng được HS/nhóm HS trình bày để GV đánh giá, nhận xét, góp ý hoàn thiện

- HĐ 4: Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá

+ Mục tiêu: Chế tạo và thử nghiệm mẫu thiết kế

+ Nội dung: Lựa chọn dụng cụ/thiết bị thí nghiệm; chế tạo mẫu theo thiết kế; thử

nghiệm và điều chỉnh

+ Dự kiến sản phẩm HĐ của HS: Dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật… đã chế tạo

và thử nghiệm, đánh giá

+ Cách thức tổ chức HĐ: GV giao nhiệm vụ - HS thực hành chế tạo, lắp ráp và

thử nghiệm - GV hỗ trợ HS trong quá trình thực hiện

- HĐ 5: Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh

+ Mục tiêu: Trình bày, chia sẻ, đánh giá sản phẩm nghiên cứu

+ Nội dung: Trình bày và thảo luận

+ Dự kiến sản phẩm HĐ của HS: Dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật đã chế tạo

được + Bài trình bày báo cáo

+ Cách thức tổ chức HĐ: GV giao nhiệm vụ - HS báo cáo, thảo luận - GV đánh

giá, kết luận, cho điểm và định hướng tiếp tục hoàn thiện

Hình 1.4 Sơ đồ tiến trình bài học STEM

1.1.5 Đánh giá trong giáo dục STEM

Đánh giá chính xác và khách quan cung cấp thông tin giúp GV điều chỉnh phương pháp và tổ chức học tập, từ đó tăng cường chất lượng dạy và học Đánh giá chính xác còn ảnh hưởng tích cực đến HS, khuyến khích họ điều chỉnh HV, tinh thần trách nhiệm

và tự quản lý học tập Trong GD STEM, việc đánh giá đóng vai trò quan trọng và là một yếu tố quan trọng để đảm bảo thành công của CT học [3]

Đánh giá trong GD STEM gồm các nội dung chính sau: Nguyên tắc đánh giá, các yêu cầu đánh giá, gợi ý xây dựng các công cụ đánh giá, xây dựng Rubric đánh giá, Các

quy tắc mô tả các biểu hiện HV của HS trong các rubric, đánh giá kết quả

1.1.5.1 Nguyên tắc đánh giá

Đánh giá tập trung vào phát triển PC và NL của HS, bao gồm kiến thức, kỹ năng, thái độ, và khả năng áp dụng vào thực tiễn Nó không chỉ quan tâm đến thành tích mà

còn chú trọng vào sự phát triển, đặt nền tảng cho việc đánh giá khả năng vận dụng kiến thức vào cuộc sống thực tế của HS [3]

1.1.5.2 Các yêu cầu đánh giá

Việc đánh giá kết quả học tập theo định hướng GD STEM của HS cần thỏa mãn các yêu cầu sau [3]:

+ Đánh giá quá trình học tập của HS

+ Nội dung đánh giá người học chú trọng về đánh giá NL và PC

+ Đánh giá kết quả học tập cá nhân

+ Đánh giá kết quả học tập nhóm

1.1.5.3 Gợi ý xây dựng công cụ đánh giá

Các mức độ có thể được sử dụng để đánh giá trong GD STEM gồm [3]:

1 Sơ khai: HS thể hiện kiến thức và kĩ năng sơ bộ liên quan tới nhiệm vụ học tập

2 Hạn chế: HS thể hiện kiến thức và kĩ năng hạn chế liên quan tới nhiệm vụ học tập

3 Đang hình thành: HS thể hiện mức độ đang hình thành đối với nội dung và các

khái niệm liên quan tới nhiệm vụ học tập

4 Đáng khen: HS thể hiện sự hiểu biết đầy đủ về nội dung và các khái niệm liên quan

tới nhiệm vụ học tập

5 Hoàn thành tốt: HS thể hiện mức độ thành thạo về nội dung và các khái niệm liên

quan tới nhiệm vụ học tập

6 Nêu gương: HS thể hiện mức độ thành thạo mới hoặc mức độ thành thạo của cá

nhân về nội dung và các khái niệm liên quan tới nhiệm vụ học tập

Xuất phát từ cấu trúc của NL và mục tiêu đánh giá NL, GV cần lựa chọn công cụ thu nhận thông tin qua các HV tương ứng với các NL thành tố của NL muốn đánh giá

Từ đó, lựa chọn các hình thức kiểm tra đánh giá

Bảng dưới đây mô tả các công cụ thu thập thông tin để đánh giá quá trình trong

GD STEM

Bảng 1.1 Công cụ thu thập thông tin để đánh giá quá trình trong giáo dục STEM

Công cụ thu nhận thông tin Thông tin thu được

Câu hỏi, bài kiểm tra Câu trả lời, bài làm Phiếu điều tra Kết quả điều tra Yêu cầu về hồ sơ học tập Hồ sơ học tập của HS

Mục tiêu trong GD STEM là mục tiêu phát triển NL, PC HS do đó đánh giá trong

GD STEM là đánh giá NL

Bảng 1.2 Bảng so sánh đánh giá năng lực và đánh giá kiến thức, kĩ năng

Mục đích chủ yếu

nhất

Xác định sự tiến bộ của người học so với chính mình

Xác định việc đạt kiến thức, kĩ năng của CT GD

Những kiến thức, kĩ năng, thái độ được học trong nhà trường và kinh nghiệm, trải

Những kiến thức, kĩ năng, thái

độ được học trong nhà trường

Phạm vi đánh giá nghiệm của bản thân HS bên

ngoài nhà trường

Nội dung đánh giá

Những kiến thức, kĩ năng, thái độ ở nhiều môn học, nhiều HĐ GD và những trải nghiệm của HS trong cuộc sống xã hội

Những kiến thức, kĩ năng, thái

độ ở một môn học cụ thể

Thời điểm đánh giá Đầu vào, quá trình, đầu ra Quá trình, đầu ra

Công cụ đánh giá Nhiệm vụ, bài tập trong tình

huống bối cảnh thực

Câu hỏi, bài tập, nhiệm vụ trong tình huống hàn lâm hoặc tình huống thực

Kết quả đánh giá

NL người học phụ thuộc vào

độ khó của nhiệm vụ hoặc bài tập đã hoàn thành

NL người học phụ thuộc vào số lượng câu hỏi, nhiệm vụ hay bài tập đã hoàn thành

1.1.5.4 Xây dựng Rubric đánh giá

Rubric, một công cụ đánh giá dựa trên các tiêu chí xếp loại theo các cấp độ khác nhau, phục vụ việc đánh giá bài học, bài tập, công việc của HS Rubric hỗ trợ người dạy trong việc hiểu rõ các yêu cầu về chất lượng, thiết kế bài học hiệu quả và tạo sự minh bạch trong việc đánh giá Đối với HS, Rubric giúp họ hiểu rõ mong đợi của người dạy

và trường, tăng động lực học tập, chủ động, tích cực, và tự đánh giá, cải thiện học tập Đối với nhà quản lí, Rubric cung cấp cơ sở để đánh giá chất lượng đào tạo, giúp họ nắm bắt thông tin về dạy và học trong trường để chỉ đạo, điều chỉnh, hỗ trợ và thúc đẩy cải tiến trong môi trường GD [3]

Có nhiều hình thức trình bày rubric, thường được trình bày theo dạng biểu bảng Một rubric thường có 4 thành phần chính:

1) Mô tả bài tập/công việc/nhiệm vụ;

1.1.5.5 Các quy tắc mô tả các biểu hiện hành vi của học sinh trong các rubric:

1 Cho phép suy luận về tiến trình phát triển – không có sự đếm “đúng” và “sai”

2 Tránh sử dụng ngôn ngữ mơ hồ, không có từ so sánh để xác định chất lượng học tập

3 Phân biệt giữa các HV học tập có chất lượng cao dần – không nên có các bước thực hiện mang tính quy trình, thủ tục trong chuỗi các HV

4 Mô tả sự thể hiện của HS với mức độ chất lượng, trình độ cao dần

5 Thể hiện một ý chính, có thể được nhận biết qua các minh chứng

6 Có thể quan sát trực tiếp (làm, nói, tạo ra, viết) – không sử dụng các phủ định

7 Phản ánh HĐ hoặc các mẫu HV bao quát các mức độ kết quả hoặc chất lượng khác nhau và có thể nhận biết được – bao gồm khả năng mở rộng đến cấp độ thành thục nhất

8 Không tiêu chí nào quan trọng hơn tiêu chí nào; chỉ phân biệt trên cơ sở cấp độ NL được yêu cầu

9 Mỗi chỉ báo có bốn hoặc ít hơn bốn tiêu chí (để đưa ra các quyết định nhất quán)

10 Rõ ràng, dễ hiểu (không sử dụng biệt ngữ) sao cho những người được đánh giá

có thể kiểm tra, xác nhận lại

- Đảm bảo GD toàn diện: Triển khai GD STEM ở nhà trường, bên cạnh các môn học

đang được quan tâm như Toán, Khoa học, các lĩnh vực Công nghệ, Kĩ thuật cũng sẽ được quan tâm, đầu tư trên tất cả các phương diện về đội ngũ GV, CT, cơ sở vật chất

- Nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM: Các dự án học tập trong GD STEM

hướng tới việc vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các vấn đề thực tiễn, HS được

HĐ, trải nghiệm và thấy được ý nghĩa của tri thức với cuộc sống, nhờ đó sẽ nâng cao hứng thú học tập của HS

- Hình thành và phát triển NL, PC cho HS: Khi triển khai các dự án học tập STEM,

HS hợp tác với nhau, chủ động và tự lực thực hiện các nhiệm vụ học; được làm quen

HĐ có tính chất nghiên cứu khoa học Các HĐ nêu trên góp phần tích cực vào hình

thành và phát triển PC, NL cho HS

- Kết nối trường học với cộng đồng: Để đảm bảo triển khai hiệu quả GD STEM, cơ

sở GDPT thường kết nối với các cơ sở GD nghề nghiệp, ĐH tại địa phương nhằm khai thác nguồn lực về con người, cơ sở vật chất triển khai HĐ GD STEM Bên cạnh đó, GD STEM phổ thông cũng hướng tới giải quyết các vấn đề có tính đặc thù của địa phương

- Hướng nghiệp, phân luồng: Tổ chức tốt GD STEM ở trường trung học, HS sẽ được

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

- Thích ứng với cách mạng công nghiệp 4.0: Với sự phát triển của khoa học kĩ thuật

thì nhu cầu việc làm liên quan đến STEM ngày càng lớn đòi hỏi ngành GD cũng phải

có những sự thay đổi để đáp ứng nhu cầu của xã hội GD STEM có thể tạo ra những con người có thể đáp ứng được nhu cầu công việc của thế kỷ mới có tác động lớn đến sự thay đổi nền kinh tế đổi mới

1.2 Năng lực vật lí trong giáo dục STEM

1.2.1 Năng lực

Theo Từ điển Tiếng Việt thì: “Năng lực là phẩm chất tâm sinh lí và trình độ chuyên

môn tạo cho con người có khả năng hoàn thành một hoạt động nào đó với chất lượng cao” [6]

Theo GD học và tâm lí học, NL là tổ hợp các thuộc tính độc đáo của cá nhân phù hợp với những yêu cầu của một HĐ nhất định, đảm bảo cho HĐ đó có kết quả tốt NL vừa là tiền đề, vừa là kết quả của HĐ NL vừa là điều kiện cho HĐ đạt kết quả nhưng đồng thời NL cũng phát triển ngay trong chính HĐ ấy (kinh nghiệm, trải nghiệm) [8]

F.E Weinert cho rằng: “NL được thể hiện như một hệ thống khả năng, sự thành thạo hoặc những kĩ năng thiết yếu, có thể giúp con người vươn tới một mục đích cụ thể”

Theo CTGDPT tổng thể 2018, NL là thuộc tính cá nhân được hình thành, phát

triển nhờ tố chất sẵn có và quá trình học tập, rèn luyện, cho phép con người huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng và các thuộc tính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin,

ý chí, thực hiện thành công một loại HĐ nhất định, đạt kết quả mong muốn trong những điều kiện cụ thể

NL cốt lõi: là NL cơ bản, thiết yếu mà bất kì ai cũng cần phải có để sống, học tập

và làm việc hiệu quả NL cốt lõi gồm NL chung và NL đặc thù

+ Những NL chung được hình thành, phát triển thông qua tất cả các môn học và HĐ GD: NL tự chủ và tự học, NL giao tiếp và hợp tác, NL giải quyết vấn đề và sáng tạo + Những NL đặc thù được hình, phát triển chủ yếu thông qua một số môn học và HĐ

GD nhất định: NL ngôn ngữ, NL tính toán, NL khoa học, NL công nghệ, NL tin học, NL thẩm mĩ, NL thể chất

1.2.2 Khái niệm năng lực vật lí của học sinh

Theo Thạc sĩ Phan Thị Anh Tuấn: “NLVL là khả năng tìm ra quy luật, vận dụng

quy luật về sự vận động, tương tác, sự bảo toàn trong thế giới tự nhiên để giải quyếtcác vấn đề trong khoa học và đời sống Các biểu hiện của NLVL có mối liên hệ với nhau.Cũng như NL tự học và hợp tác, có thể xác lập cấu trúc của NLVL bằng việc phân chia thành chuỗi các thứ tự hành động có mối liên hệ với nhau.”

NLVL đề cập đến khả năng và hiểu biết của cá nhân về lĩnh vực vật lí Nó bao gồm kiến thức, kỹ năng, và khả năng áp dụng các nguyên lý Vật lí để giải quyết vấn đề và hiểu rõ hơn về thế giới vật chất xung quanh chúng ta NLVL không chỉ giới hạn ở việc biết các kiến thức cơ bản, mà còn bao gồm khả năng áp dụng những kiến thức này vào thực tế, phân tích, suy luận và tạo ra giải pháp cho các vấn đề có tính vật lí

1.2.3 Cấu trúc năng lực vật lí

Theo yêu cầu cần đạt của môn Vật lí trong CT GDPT môn Vật lí được Bộ GD và

Đào tạo ban hành kèm theo TT số 32/2018/TT-BGDĐT, các biểu hiện của 3 thành phần NLVL được thể hiện trong bảng dưới đây

Bảng 1.3 Các biểu hiện của năng lực vật lí

(4) So sánh, lựa chọn, phân loại, phân tích được các hiện tượng, quá trình Vật lí theo các tiêu chí khác nhau

(5) Giải thích được mối quan hệ giữa các sự vật, hiện tượng, quá trình

(6) Nhận ra điểm sai và chỉnh sửa được nhận thức hoặc lời giải thích; đưa ra được những nhận định phê phán có liên quan đến chủ đề thảo luận

(7) Nhận ra được một số ngành nghề phù hợp với thiên hướng của bản thân

2 Tìm hiểu thế giới tự

nhiên dưới góc độ vật

lí

Tìm hiểu được một số

hiện tượng, quá trình

vật lí đơn giản, gần gũi

trong đời sống và trong

thế giới tự nhiên theo

đề để nêu được phán đoán; xây dựng và phát biểu được giả thuyết cần tìm hiểu

(3) Lập kế hoạch thực hiện: Xây dựng được khung logic nội dung tìm hiểu; lựa chọn được phương pháp thích hợp (quan sát, thực nghiệm, điều tra, phỏng vấn, tra cứu tư liệu); lập được kế hoạch triển khai tìm hiểu

(4) Thực hiện kế hoạch: Thu thập, lưu giữ được dữ liệu từ kết quả tổng quan, thực nghiệm, điều tra; đánh giá được kết

quả dựa trên phân tích, xử lý các dữ liệu bằng các tham số thống kê đơn giản; so sánh được kết quả với giả thuyết; giải thích, rút ra được kết luận và điều chỉnh khi cần thiết (5) Viết, trình bày báo cáo và thảo luận: Sử dụng ngôn ngữ, hình vẽ, sơ đồ, biểu bảng để biểu đạt được quá trình và kết quả tìm hiểu; viết được báo cáo sau quá trình tìm hiểu; hợp tác được với đối tác bằng thái độ tích cực và tôn trọng quan điểm, ý kiến đánh giá do người khác đưa ra để tiếp thu tích cực và giải trình, phản biện, bảo vệ được kết quả tìm hiểu một cách thuyết phục

(6) Ra quyết định và đề xuất ý kiến, giải pháp: Đưa ra được quyết định xử lý cho vấn đề đã tìm hiểu; đề xuất được ý kiến khuyến nghị vận dụng kết quả tìm hiểu, nghiên cứu, hoặc vấn đề nghiên cứu tiếp

(3) Thiết kế được mô hình, lập được kế hoạch, đề xuất và thực hiện được một số phương pháp hay biện pháp mới (4) Nêu được giải pháp và thực hiện được một số giải pháp

để bảo vệ thiên nhiên, thích ứng với biến đổi khí hậu; có

Bảng 1.4 Rubric đánh giá năng lực vật lí

Nhận ra

nhưng chưa

khái niệm, hiện tượng, quy luật, quá trình vật lí

Nhận ra và

nêu chưa rõ

khái niệm, hiện tượng, quy luật, quá trình vật lí

Nhận ra và

khái niệm, hiện tượng, quy luật, quá trình vật lí

N2 Trình bày được

các hiện tượng, quá trình vật lí; đặc điểm, vai trò của các hiện tượng, quá trình vật lí bằng các hình thức biểu đạt: nói, viết, đo, tính, vẽ, lập sơ đồ, biểu đồ

Trình bày được các hiện tượng, quá trình vật lí;

đặc điểm, vai trò của các hiện tượng, quá trình vật lí bằng các hình thức biểu đạt:

nói

Trình bày được các hiện tượng, quá trình vật lí;

đặc điểm, vai trò của các hiện tượng, quá trình vật lí bằng các hình thức biểu đạt:

nói, viết, đo, tính

Trình bày được các hiện tượng, quá trình vật lí; đặc điểm, vai trò của các hiện tượng, quá trình vật lí bằng các hình thức biểu đạt:

nói, viết, đo, tính, vẽ, lập

sơ đồ, biểu

đồ

N3 Tìm được từ

khóa, sử dụng được thuật ngữ khoa học, kết nối được thông tin theo logic có ý nghĩa, lập được dàn ý

Tìm được từ khóa, sử dụng được thuật ngữ, khoa học, kết nối được thông

Tìm được từ khóa, sử dụng được thuật ngữ khoa học, kết nối được thông tin theo

Tìm được từ khóa, sử dụng được thuật ngữ khoa học, kết nối được thông tin theo

logic có ý nghĩa, lập được dàn ý khi đọc nhưng

trình bày các văn bản khoa

logic

logic có ý nghĩa, lập được dàn ý khi đọc và trình bày các văn bản khoa học

loại, phân tích được các

hiện tượng, quá trình vật lí theo các tiêu chí khác nhau

So sánh, lựa chọn, phân loại, nhưng

tích được các

hiện tượng, quá trình vật lí theo các tiêu chí khác nhau

So sánh, lựa

chọn, phân

loại, phân tích được các

hiện tượng, quá trình vật lí theo các tiêu chí khác nhau

chưa có căn

cứ khoa học

Giải thích được mối quan hệ giữa các sự vật, hiện tượng,

quá trình có căn cứ khoa học và logic

quan đến chủ đề thảo luận

giải thích;

đưa ra được

những nhận định phê phán

có liên quan đến chủ đề thảo luận

nhưng chưa đưa ra được

những nhận định phê phán

có liên quan đến chủ đề thảo luận

đưa ra được

những nhận định phê phán

có liên quan đến chủ đề thảo luận

N7 Nhận ra được

một số ngành nghề phù hợp với thiên hướng của bản thân

Chỉ nhận ra

ngành nghề phù hợp với thiên hướng của bản thân

ngành nghề phù hợp với thiên hướng của bản thân

được một số

ngành nghề phù hợp với thiên hướng của bản thân

đề đã đề xuất

nhưng chưa

đặt được câu hỏi liên quan đến vấn đề

Nhận ra và đặt được câu hỏi liên quan

đến vấn đề;

phân tích được bối cảnh

để đề xuất được vấn đề nhờ kết nối tri thức, kinh nghiệm đã có

đến vấn đề; phân tích được bối cảnh

để đề xuất được vấn đề nhờ kết nối tri thức, kinh nghiệm đã có

cứ rõ ràng

Đưa ra phán đoán có căn

cứ chính xác, khoa học

nhưng cách

diễn đạt còn dài

Đưa ra phán đoán có căn

được khung logic nội

dung tìm hiểu; lựa

chọn được phương

pháp thích hợp (quan

sát, thực nghiệm,

điều tra, phỏng vấn,

tra cứu tư liệu); lập

được kế hoạch triển

khai tìm hiểu

Lập kế hoạch thực hiện

nhưng còn sai

sót

Lập kế hoạch thực hiện

hoạch: Thu thập, lưu

giữ được dữ liệu từ

kết quả tổng quan,

thực nghiệm, điều

tra; đánh giá được kết

quả dựa trên phân

dữ liệu bằng các tham số thống kê đơn

luận và điều chỉnh

khi cần thiết

được kết quả với giả thuyết; giải thích, rút

ra được kết luận và điều chỉnh khi cần thiết

quả tìm hiểu; viết

được báo cáo sau quá

sơ đồ, biểu bảng để biểu đạt được quá trình và kết quả tìm hiểu

còn hạn chế

Sử dụng ngôn ngữ, hình vẽ,

sơ đồ, biểu bảng để biểu đạt được quá trình và kết quả tìm hiểu;

viết được báo cáo sau quá trình tìm hiểu;

hợp tác được với đối tác bằng thái độ tích cực và tôn trọng quan điểm, ý kiến đánh giá do người khác đưa ra để tiếp thu tích cực

và giải trình, phản biện,

nhưng chưa

bảo vệ được kết quả tìm

Sử dụng ngôn ngữ, hình vẽ,

sơ đồ, biểu bảng để biểu đạt được quá trình và kết quả tìm hiểu; viết được báo cáo sau quá trình tìm hiểu; hợp tác được với đối tác bằng thái độ tích cực và tôn trọng quan điểm, ý kiến đánh giá do người khác đưa ra để tiếp thu tích cực

và giải trình, phản biện,

bảo vệ được kết quả tìm

hiểu một cách thuyết phục

hiểu một cách thuyết phục

T6 Ra quyết định và

đề xuất ý kiến, giải pháp: Đưa ra được quyết định xử lí cho vấn đề đã tìm hiểu; đề xuất được ý kiến khuyến nghị vận dụng kết quả tìm hiểu, nghiên cứu, hoặc vấn đề nghiên cứu tiếp

Đưa ra được quyết định xử

đề nghiên cứu tiếp

Đưa ra được quyết định xử

đề nghiên cứu tiếp

Đưa ra được quyết định xử

đề nghiên cứu tiếp

còn sơ sài

Giải thích được một vấn

đề thực tiễn thông qua việc vận dụng các kiến thức vật lí đã có

nhưng chưa

logic

Giải thích được một vấn

đề thực tiễn thông qua việc vận dụng các kiến thức vật lí đã có

Đánh giá, phản biện được ảnh hưởng của một vấn đề thực tiễn

nhưng cơ sở

Đánh giá, phản biện được ảnh hưởng của một vấn đề

thực tiễn có

căn cứ khoa