Tổ chức dạy học chủ đề tích hợp stem các định luật bảo toàn nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn cho học sinh ở trường trung học phổ thông

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ––––––––––––––––––––– NGUYỄN ĐỨC HUỲNH TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ TÍCH HỢP STEM “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ THỰC TIỄN CHO HỌC SINH Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THƠNG Ngành: Lí luận phương pháp dạy học mơn Vật lí Mã số: 8.14.01.11 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Người hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN VĂN BIÊN THÁI NGUYÊN - 2019 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn cơng trình nghiên cứu cá nhân Số liệu kết nghiên cứu luận văn hoàn toàn trung thực chưa công bố, sử dụng cơng trình nghiên cứu Thái Ngun, tháng năm 2019 Tác giả Nguyễn Đức Huỳnh LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn tới PGS.TS Nguyễn Văn Biên tận tình hướng dẫn bảo tơi suốt thời gian học tập q trình làm luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên, Khoa Vật lí Phòng Đào tạo (Sau đại học) trường tạo điều kiện cho tơi hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn tới thầy giáo, cô giáo thuộc tổ môn Phương pháp giảng dạy khoa Vật lí Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên giúp đỡ trình học tập nghiên cứu làm luận văn Tôi chân thành cảm ơn thầy cô giáo giảng dạy mơn Vật lí trường THPT Sông Công tỉnh Thái Nguyên tạo điều kiện cho tơi thực nghiệm sư phạm hồn thành luận văn Luận văn hoàn thành Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Thái Nguyên Thái Nguyên, tháng năm 2019 Tác giả Nguyễn Đức Huỳnh MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn .ii Mục lục iii Danh mục kí hiệu viết tắt .iv Danh mục bảng v Danh mục hình .vi MỞ ĐẦU .1 Lý chọn đề tài .1 Mục đích nghiên cứu đề tài Giả thuyết khoa học đề tài Đối tượng nghiên cứu đề tài Phạm vi nghiên cứu đề tài Nhiệm vụ nghiên cứu .2 Phương pháp nghiên cứu 8.Đóng góp đề tài Cấu trúc luận văn .3 Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY HỌC TÍCH HỢP STEM NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC TIỄN CỦA HỌC SINH THPT 1.1 Dạy học theo định hướng phát triển lực giải vấn đề thực tiễn cho học sinh 1.1.1 Năng lực giải vấn đề thực tiễn gì? 1.1.2 Các cấp độ lực giải vấn đề thực tiễn 1.1.3 Cấu trúc lực giải vấn đề thực tiễn .5 1.1.4 Quá trình hình thành phát triển lực giải vấn đề thực tiễn 1.1.5 Kiểm tra, đánh giá phát triển lực giải vấn đề thực tiễn 1.2 Dạy học tích hợp STEM .13 1.2.1 Tích hợp STEM ? 13 1.2.2 Tại giáo dục STEM lại quan trọng? 14 1.2.3 Tại phải dạy học tích hợp STEM? .15 1.2.4 Thực trạng dạy học tích hợp STEM kỉ 21 15 1.2.5 Quy trình xây dựng tổ chức dạy học STEM 16 1.3 Tìm hiểu thực tế dạy học tích hợp STEM thực trạng dạy học STEM trường THPT Sông Công 21 1.3.1 Mục đích điều tra .21 1.3.2 Phương pháp điều tra 21 1.3.3 Kết điều tra 21 KẾT LUẬN CHƯƠNG 25 Chương 2: XÂY DỰNG HOẠT ĐỘNG CHỦ ĐỀ TÍCH HỢP STEM “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TỒN” NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ THỰC TIỄN CHO HỌC SINH Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 26 2.1 Mục tiêu 26 2.1.1 Kiến thức 26 2.1.2 Năng lực 28 2.2 Xác định nội dung trọng tâm chủ đề 29 2.2.1 Kiến thức tảng chủ đề 29 2.3 Xây dựng hoạt động .30 2.3.1 Giới thiệu cấu trúc chủ đề 30 2.3.2 Bảng tổng hợp hoạt động xây dựng chủ đề 31 2.3.3 Xây dựng hoạt động 34 KẾT LUẬN CHƯƠNG 55 Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM .55 3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm .56 3.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 56 3.3 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 57 3.4 Phương pháp thực nghiệm sư phạm .57 3.5 Thời gian thực nghiệm 57 3.6 Các bước tiến hành .57 3.7 Kết thực nghiệm 59 3.7.1 Lớp 10A2 59 KẾT LUẬN CHƯƠNG 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO .80 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT STT Viết tắt Viết đầy đủ GQVĐ Giải vấn đề GQVĐTT Giải vấn đề thực tiễn GV Giáo viên HS Học sinh NL Năng lực NLGQVĐTT Năng lực giải vấn đề thực tiễn NV Nhiệm vụ THCS Trung học sở Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Cấu trúc lực GQVĐTT Bảng 1.2 Các mức độ lực giải vấn đề thực tiễn Bảng 1.3 Hợp phần thành tố lực giải vấn đề Bảng 1.4 Thành tố lực, số hành vi tiêu chí chất lượng lực GQVĐTT Bảng 1.5 Mức độ tham gia hoạt động HS học Vật lí .21 Bảng 1.6 Mức độ sử dụng PPDH truyền thống dạy học theo định hướng tích hợp STEM GV 22 Bảng 3.1 Kế hoạch giảng dạy chi tiết lớp 10A1 58 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 3.1 Một số hình ảnh học sinh hoạt động nhóm tham gia vào hoạt động học tập .60 Hình 3.2 Hình ảnh số phiếu học tập 62 Hình 3.2a 3.2b Hình ảnh chế tạo tên lửa nước nhóm học sinh 62 Hình 3.2c 3.2d Hình ảnh chế tạo cọn nước nhóm học sinh 63 Hình 3.2e 3.2f Hình ảnh chế tạo mơ hình đường đua xe nhóm học sinh 63 Hình 3.2g 3.2h Hình ảnh chế tạo mơ hình đường đua xe nhóm học sinh 63 Hình 3.3a Một số sản phẩm tên lửa nước học sinh sau hoạt động dự án 64 Hình 3.3b Một số sản phẩm chế tạo cọn nước sau thực dự án 64 Hình 3.3c Sản phẩm mơ hình đường đua sau thực xong dự án 65 Hình 3.3 d Mơ hình cọn nước gắn hệ thống phát điện tự chế .66 Hình 3.3 e Hệ thống phát điện làm dây đồng quanh ống giấy thiết kế cho nam châm quay phía 66 Hình 3.3f Hoạt động hệ thống phát điện tự chế làm sáng đèn 66 Hình 3.3.g Hình ảnh điện áp đo hệ thống phát điện cho nước chạy qua 66 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Thế kỉ XXI, với bùng nổ mạnh mẽ công nghệ khoa học, xã hội đứng trước thách thức lớn nhiều mặt đặc biệt giáo dục Mục tiêu giáo dục không truyền thụ kiến thức cách đơn truyền thống mà cao mục tiêu bồi dưỡng phát triển lực đặt vấn đề, giải vấn đề, tìm kiếm thơng tin, thu thập, xử lí số liệu, lực hợp tác, lực sáng tạo,…để khám phá tri thức mới, phương pháp mới, vấn đề mới, cách giải Trước tình hình đó, nghị Hội nghị Trung ương khóa XI đổi tồn diện giáo dục đào tạo xác định mục tiêu cụ thể giáo dục phổ thông: “tập trung phát triển trí tuệ, thể chất, hình thành phẩm chất, lực công dân, phát bồi dưỡng khiếu, định hướng nghề nghiệp cho học sinh Nâng cao chất lượng giáo dục toàn diện, trọng giáo dục lý tưởng, truyền thống, đạo đức, lối sống, ngoại ngữ, tin học, lực kỹ thực hành, vận dụng kiến thức vào thực tiễn Phát triển khả sáng tạo, tự học, khuyến khích học tập suốt đời” Để đạt mục tiêu đó, giáo dục cần có điều chỉnh nội dung chương trình phương pháp tổ chức dạy học, điều thể rõ rệt dự thảo “Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể” (tháng năm 2015), cụ thể “nội dung giáo dục phổ thông bảo đảm tinh giản, đại, thiết thực, thực hành, vận dụng kiến thức vào thực tiễn, phù hợp với đặc điểm tâm - sinh lý lứa tuổi học sinh” “tiếp tục đổi mạnh mẽ phương pháp dạy học theo định hướng phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo học sinh; tập trung dạy cách học rèn luyện lực tự học, tạo sở để học tập suốt đời, tự cập nhật đổi tri thức, kỹ năng, phát triển lực; khắc phục lối truyền thụ áp đặt chiều, ghi nhớ máy móc; vận dụng phương pháp, kỹ thuật dạy học cách linh hoạt, sáng tạo” Chương trình giáo dục phổ thông hành thiếu liên kết hệ thống mơn học, có rời rạc, độc lập, chưa gắn kết chất vốn có chúng Do đó, có nhiều đề tài nghiên cứu tổ chức dạy học tích hợp Khơng riêng Việt Nam, nước khác có điều chỉnh giáo dục xu phát triển kinh tế tồn cầu, ví dụ Mỹ “Giáo dục STEM” trở thành chủ đề quan trọng thảo luận kiện lên kế hoạch nước Mĩ năm gần Việc giúp cho người hiểu STEM dạy có khác biệt so với mơn học thông thường vô quan trọng “Bản chất giáo dục STEM thơng qua việc tích hợp môn học để trang bị cho người học khả vận dụng tổng hợp kiến thức kĩ cần thiết liên quan đến lĩnh vực khoa học, Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Phụ lục 9: TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN HỌC SINH CHẾ TẠO MƠ HÌNH ĐƯỜNG ĐUA ĐỂ KHẢO SÁT MỐI QUAN HỆ GIỮA ĐỘNG NĂNG VÀ THẾ NĂNG Vật liệu cần thiết: Nguyên vật liệu Bộ cơng cụ miếng bìa cứng x 14 cm súng keo nóng miếng x cm tơn thước miếng x 10 cm tôn kéo miếng bìa cứng x 15 cm băng rõ ràng miếng bìa cứng x 15 cm băng keo miếng x cm tôn cân điện tử miếng thẻ nặng (19 cm x cm) Hướng dẫn an toàn miếng thẻ nặng (5,5 cm x cm) tiêu đề chân Cơng cụ nóng chảy Đặt bề mặt phẳng để tránh lật điện trở 100 Ohm Đặt cáp điện khỏi đường để tránh nguy vấp ngã bánh mì nhỏ (5 x chân) Khơng chạm vào đầu dụng cụ keo nóng chảy từ dụng cụ kẹp giấy Bảo vệ mắt Hãy đeo kính bảo vệ mắt thích hợp thực bất 12 dây nam-pin-pin kỳ dự án thiết kế kỹ thuật lĩnh vực Dây lõi mảnh, chiều dài tùy theo nhạc Dụng cụ cắt Giữ cạnh sắc nét khỏi thể bạn bạn Luôn che lưỡi dao nắp nhựa không sử dụng Khi cắt miếng nhỏ, không đặt ngón tay kín vào lưỡi đoạn dây bị mắc kẹt 22 thước (dài 14 cm) dao Mô hình xe Ln giữ ngón tay bàn tay bạn khỏi khu vực cắt 4-4,5 m đường thẳng rãnh cong Xây dựng vòng lặp Kẹp hỗ trợ Xây dựng khối va chạm tương tự bạn | Cắt bìa tơng: hai dải x cm, | Bẻ cong dải x cm thành ba dải x 10 cm dải x 15 cm theo chu vi bên dải x 10 cm | Áp dụng keo nóng vào bề mặt dải uốn cong | Gắn mảnh uốn cong vào mảnh x 10 cm cách ấn chặt giữ chỗ keo khô | Lặp lại để bảo đảm mảnh x cm thứ hai sang phía khác | Dán keo vào mặt bìa cứng x 15 cm | Áp dụng keo vào cạnh | Áp dụng thêm keo xung quanh cạnh | Cắt dải băng keo 10 cm bạn xuống 10 | Từ dải băng 10 để bạn có hai dải băng 10 cm đó, đánh dấu bút cm bạn mức cm 11 | Cắt loại bỏ mảnh băng cm 12 | Đặt miếng băng dính nhỏ bạn xuống phía vào miếng băng dính lớn phía để tạo 13 | Lấy đoạn đường đua chuẩn bị 14 | Gắn khối va chạm vào đường đua dán khối va chạm vào đường đua bạn 15 | Nhấn băng vào khối va chạm 16 | Gấp băng đường ray 17 | Trượt vào khối va chạm an tồn 18 | Vẽ đường mơ hình bạn Hãy chắn khơng q chặt để định cấu hình vị trí khối va chạm Tấm tông bạn nên trượt đường đua với khơng có lực Nếu bạn cần, điều chỉnh lại băng bạn Chế tạo xe cảm biến | Lấy kẹp giấy làm thẳng | Uốn cong hai bên trái phải kẹp giấy xuống, chừa khoảng 2,5 cm phần thẳng | Tạo uốn cong khác đầu cho chúng song song giống với hình | Dán đầu song song kẹp giấy vào phía sau xe bạn | Đã xong Bạn chuyển sang | Khi keo nguội, uốn cong kẹp giấy cổng thời gian! lên để vươn lên phía xe CỔNG THỜI GIAN | Đặt miếng băng keo lên | Dán mảnh bìa giấy vào cuối mảnh giấy nặng 5,5 cm x cm bạn tơng sóng x 14 cm bạn hình | Lặp lại phía bên bìa | Đánh dấu cm từ đầu dải cứng để bạn có thẻ gốc gắn cardstock 19 cm bạn Tiếp theo, đánh hai đầu dấu trung tâm, mức 9,5 cm | Uốn cong đầu lên vạch cm, | Đặt bánh mì nhỏ bìa giấy hai bên liền kề với nếp gấp hướng lên | Đặt điện trở 100 Ohm vào bảng | Tách 2,5 cm lớp phủ từ đầu nhỏ bạn hình dây 0,5 cm đầu kia, sử dụng tháo dây dao tiện ích | Tước dây lộ số sợi kim loại 10 | Lặp lại bước đến dây thứ hai bạn để bạn có hai mảnh có đầu bị tước 11 | Vặn sợi đầu dây 0,5 cm 12 | Kiểm tra tiến trình bạn để đảm để chúng dễ dàng chèn đặt chúng vào bảo thành phần bạn thực cho bảng mạch bạn hiển thị đến giống với ảnh 13 | Dán hai dây xuống dải cardstock, 14 | Bẻ cong dải để tạo vòm với dây cách khoảng 0,5 cm so với hai bảng mạch dây bên bên dấu trung tâm bạn thực trước 15 | Gắn tơng uốn cong vào đế bạn 16 | Lặp lại phía bên Bây bạn thực trước cách trượt thực cổng thời gian Hãy chắn hai bên trung tâm tab vào tay áo hai đầu 17 | Uốn dây cảm biến cho chúng 18 | Để gắn cổng vào đường đua, treo thẳng xuống Bạn thêm tạm thời gỡ vòm khỏi đế tơng Bây keo nóng vào dây để giữ chúng tốt băng xuống đế đến mặt đường chúng uốn cong chỗ đua góc 90 ° 19 | Xoay theo dõi bạn bên phải lên 20 | Chèn lại vòm vào tay áo sở Làm tốt lắm! Điều phục vụ cảm biến cổng bắt đầu bạn 21 | Đẩy xe bạn qua cổng để đảm 22 | Tiếp theo, đặt ba dây kết thúc pin bảo cánh lướt gió kẹp giấy chạm vào vào bảng hình dây điện, tạo kết nối Điều chỉnh cánh lướt gió cần thiết để đảm bảo chúng đáp ứng GND Power Signal 23 | Kiểm tra xem dây kết thúc pin 24 | Lặp lại bước 1-22 gắn hai bạn kết nối với bảng nhỏ theo vào đoạn nhạc riêng biệt để tạo thêm hướng tương tự sơ đồ Dây tín hai cổng thời gian, để tạo dòng kết thúc hiệu cổng bạn phải hàng với nguồn tín hiệu bảng Những thứ bạn cần để kết nối micro: bit Nguyên vật liệu micro:bit micro:bit edge connector half breadboard Cáp micro USB micro: đầu nối cạnh bit dây nam-pin-pin 10 dây kết nối hoàn thành khối va chạm tương tự Bộ công cụ súng keo nóng lỗ đục lỗ Cảm biến khối va chạm bạn (micro: bit) | Đục lỗ khoảng 1,5 cm từ đầu dài của2 | Đục lỗ bên cạnh Bạn khối va chạm cần đục nhiều lỗ để tạo lỗ đủ lớn cho dây USB bạn | Kiểm tra dây cho phù hợp | Kiểm tra dây cho phù hợp | Keo dán tông x cm để nối cạnh Hãy chắn chân hướng lên | Áp dụng keo nửa chừng xuống miếng bìa cứng 14 x cm Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn | Đầu nối cạnh an toàn với khe đối diện với lỗ.8 | Chèn micro: bit để logo hướng lên | Gắn dây nguồn dây nối đất vào 3V3 và10 | Gắn dây cổng vào chân 6, 7, & GND Thêm đốm keo nóng để giảm căngkeo để giảm căng thẳng Đối với nhiều cổng thẳng Điều giúp giữ cho dây an tồn thơnghơn, sử dụng micro: chân bit 9, 12, 13, 14, & qua kiểm tra tác động 15 11 | Áp dụng keo vào tông x 15 cm 12 | Đảm bảo nửa bánh mì cho tơng x 15 cm Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Kết nối theo dõi bạn (micro: bit) | Kết nối cổng bắt đầu với nửa bảng mạch2 | Tiếp theo, kết nối cổng kết thúc, ý vi điều khiển, sử dụng sơ đồ bên làmđến độ dài dây để phù hợp với độ dài Dây màu xám cho biết nơi bạn thêm mạch cổng bổ sung Bạn xây dựng đường đua khổng lồ Không lồng thêm dây màu xám bạn có ba cổng! Lưu ý: bỏ qua micro: chân bit 10 & 11 thêm nhiều cổng Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Finish Gate Finish Gate nhạc bạn Starting Gate hướng dẫn Nạp Code cho micro:bit | Truy cập aka.ms/hotwheelsflashcode để tải2 | Cắm micro: bit vào máy tính bạn xuống tệp mã hex cáp USB Cài đặt trình điều khiển mbed Nếu bạn làm điều trước đây, bạn thắng phải làm lại | Trong File Explorer, điều hướng đến micro:4 | Mở cửa sổ File Explorer thứ hai điều bit Nó xuất thiết bị lưu trữhướng đến thư mục tải xuống Hãy chắn ngồi (ví dụ: ổ ngón tay cái, ổ cứng, v.v.) bạn nhìn thấy hai cửa sổ | Chọn tệp hex phần tải xuống kéo6 | Khi đèn LED dừng nhấp nháy, mã tệp vào cửa sổ micro: bit tải lên micro: bit Mở Excel bật Data Streamer Bộ truyền liệu với Excel O365 Thuê bao O365 bao gồm Excel bổ trợ Data Streamer miễn phí | Mở Excel 0365 | Nhấp vào Tệp chọn Tùy chọn nằm khung | Chọn bổ trợ hộp thoại mở | Từ menu Quản lý cuối hộp thoại mở ra, chọn Bổ trợ COM nhấp vào Đi | Chọn hộp cho Microsoft Data Streamer | Bạn thấy tab Data Streamer hộp thoại mở nhấn OK dải băng menu Excel Excel Hãy sẵn sàng để trực quan hóa liệu Để chạy bổ trợ Data Streamer, đảm bảo bạn đáp ứng yêu cầu kỹ thuật sau: • PC chạy Windows 10 Excel O365 Desktop • Kích hoạt bổ trợ Data Streamer Xem hướng dẫn trang trước • Sổ làm việc Excel tùy chỉnh có sẵn tại: aka.ms/hotwheelsworkbook Xin chúc mừng! Bây bạn sẵn sàng để hình dung liệu thời gian thực từ cảm biến cảm biến điện từ Để xem liệu trực tiếp, làm theo bước sau: | Cắm vi điều khiển Arduino | Bấm vào tab Trình truyền liệu micro: bit vào cổng USB máy tính Excel bạn | Nhấp vào Kết nối thiết bị để kết nối Excel với vi điều khiển | Bắt đầu liệu để bắt đầu truyền liệu vào Excel ... SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY HỌC TÍCH HỢP STEM NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC TIỄN CỦA HỌC SINH THPT 1.1 Dạy học theo định hướng phát triển lực giải vấn đề thực tiễn cho học sinh 1.1.1 Năng lực. .. tổ chức dạy học đại tổ chức dạy học chủ đề tích hợp Các định luật bảo tồn” phát triển lực giải vấn đề thực tiễn học sinh THPT Đối tượng nghiên cứu đề tài Các nội dung kiến thức chương Các định. .. Chương 2: XÂY DỰNG HOẠT ĐỘNG CHỦ ĐỀ TÍCH HỢP STEM “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ THỰC TIỄN CHO HỌC SINH Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 26 2.1 Mục