Tai-lieu-TH-STEM-2018_Final

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VỤ GIÁO DỤC TRUNG HỌC CHƢƠNG TRÌNH PHÁT TRIỂN GDTrH GIAI ĐOẠN TÀI LIỆU HỘI THẢO ĐỊNH HƢỚNG GIÁO DỤC STEM TRONG TRƢỜNG TRUNG HỌC (Lưu hành nội bộ) - NĂM 2018 - MỤC LỤC PHẦN MỘT SỐ VẤN ĐỀ CHUNG VỀ GIÁO DỤC STEM I GIỚI THIỆU CHUNG II HÌNH THỨC TỔ CHỨC GIÁO DỤC STEM III ĐIỀU KIỆN TRIỂN KHAI GIÁO DỤC STEM IV BÀI HỌC STEM V THIẾT KẾ BÀI HỌC STEM VI TỔ CHỨC THỰC HIỆN BÀI HỌC STEM 13 VII TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ BÀI HỌC STEM 22 PHẦN MỘT SỐ CHỦ ĐỀ MINH HỌA (DỰ THẢO) 24 CHỦ ĐỀ 1: THIẾT KẾ GIÁ XẾP ĐỒ 25 CHỦ ĐỀ 2: THẾT BỊ MÔ PHỎNG MÁY BẮN ĐÁ 32 CHỦ ĐỀ 3: MÁY QUAY LI TÂM ĐƠN GIẢN 41 CHỦ ĐỀ 4: ĐỊNH LUẬT ÁC-SI-MÉT VÀ SỰ NỔI 50 CHỦ ĐỀ 5: PHÂN BÓN 57 CHỦ ĐỀ 6: THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA TẾ BÀO 73 CHỦ ĐỀ 7: HỆ TUẦN HOÀN MÁU Ở NGƢỜI 80 CHỦ ĐỀ 8: THIẾT KẾ XE ĐUA MƠ HÌNH 93 CHỦ ĐỀ 9: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƢỚI NƢỚC TỰ ĐỘNG CHO VƢỜN RAU GIA ĐÌNH 107 CHỦ ĐỀ 10: SÁNG TẠO MÁY TÍNH 123 PHẦN HƢỚNG DẪN BIÊN SOẠN CHỦ ĐỀ DẠY HỌC STEM BẰNG PHẦN MỀM THIẾT KẾ BÀI HỌC 129 PHẦN MỘT SỐ VẤN ĐỀ CHUNG VỀ GIÁO DỤC STEM I GIỚI THIỆU CHUNG Khái niệm STEM thuật ngữ viết tắt từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) Mathematics (Toán học), thƣờng đƣợc sử dụng bàn đến sách phát triển Khoa học, Cơng nghệ, Kĩ thuật Toán học quốc gia Thuật ngữ lần đƣợc giới thiệu Quỹ Khoa học Mỹ vào năm 2001 Với tiếp cận khác nhau, giáo dục STEM đƣợc hiểu triển khai theo cách khác Các nhà lãnh đạo quản lý đề xuất sách để thúc đẩy giáo dục STEM, quan tâm tới việc chuẩn bị nguồn nhân lực đáp ứng yêu cầu phát triển khoa học, cơng nghệ Ngƣời làm chƣơng trình qn triệt giáo dục STEM theo cách quan tâm tới nâng cao vai trị, vị trí, phối hợp mơn học có liên quan chƣơng trình Giáo viên thực giáo dục STEM thông qua hoạt động dạy học để kết nối kiến thức học đƣờng với giới thực, giải vấn đề thực tiễn, để nâng cao hứng thú, để hình thành phát triển lực phẩm chất cho học sinh Nhìn chung, đề cập tới STEM, giáo dục STEM, cần nhận thức hành động theo hai cách hiểu sau đây: Một là, TƢ TƢỞNG (chiến lƣợc, định hƣớng) giáo dục, bên cạnh định hƣớng giáo dục toàn diện, THÚC ĐẨY giáo dục lĩnh vực: Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán với mục tiêu định hƣớng chuẩn bị nguồn nhân lực đáp ứng nhu cầu ngày tăng ngành nghề liên quan, nhờ đó, nâng cao sức cạnh tranh kinh tế Hai là, phƣơng pháp TIẾP CẬN LIÊN MƠN (khoa học, cơng nghệ, kỹ thuật, toán) dạy học với mục tiêu: (1) nâng cao hứng thú học tập môn học thuộc lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Tốn; (2) vận dụng kiến thức liên mơn để giải vấn đề thực tiễn; (3) kết nối trƣờng học cộng đồng; (4) định hƣớng hành động, trải nghiệm học tập; (5) hình thành phát triển lực phẩm chất ngƣời học Vai trò, ý nghĩa giáo dục STEM Việc đƣa giáo dục STEM vào trƣờng phổ thông mang lại nhiều ý nghĩa, phù hợp với định hƣớng đổi giáo dục phổ thơng Cụ thể là: - Đảm bảo giáo dục tồn diện: Triển khai giáo dục STEM nhà trƣờng, bên cạnh mơn học đƣợc quan tâm nhƣ Tốn, Khoa học, lĩnh vực Công nghệ, Kỹ thuật đƣợc quan tâm, đầu tƣ tất phƣơng diện đội ngũ giáo viên, chƣơng trình, sở vật chất - Nâng cao hứng thú học tập môn học STEM: Các dự án học tập giáo dục STEM hƣớng tới việc vận dụng kiến thức liên môn để giải vấn đề thực tiễn, học sinh đƣợc hoạt động, trải nghiệm thấy đƣợc ý nghĩa tri thức với sống, nhờ nâng cao hứng thú học tập học sinh - Hình thành phát triển lực, phẩm chất cho học sinh: Khi triển khai dự án học tập STEM, học sinh hợp tác với nhau, chủ động tự lực thực nhiệm vụ học; đƣợc làm quen hoạt động có tính chất nghiên cứu khoa học Các hoạt động nêu góp phần tích cực vào hình thành phát triển phẩm chất, lực cho học sinh - Kết nối trường học với cộng đồng: Để đảm bảo triển khai hiệu giáo dục STEM, sở giáo dục phổ thông thƣờng kết nối với sở giáo dục nghề nghiệp, đại học địa phƣơng nhằm khai thác nguồn lực ngƣời, sở vật chất triển khai hoạt động giáo dục STEM Bên cạnh đó, giáo dục STEM phổ thơng hƣớng tới giải vấn đề có tính đặc thù địa phƣơng - Hướng nghiệp, phân luồng: Tổ chức tốt giáo dục STEM trƣờng phổ thông, học sinh đƣợc trải nghiệm lĩnh vực STEM, đánh giá đƣợc phù hợp, khiếu, sở thích thân với nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM Thực tốt giáo dục STEM trƣờng phổ thông cách thức thu hút học sinh theo học, lựa chọn ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM, ngành nghề có nhu cầu cao nguồn nhân lực cách mạng công nghiệp lần thứ tƣ II HÌNH THỨC TỔ CHỨC GIÁO DỤC STEM Dạy học môn học thuộc lĩnh vực STEM Đây hình thức tổ chức giáo dục STEM chủ yếu nhà trƣờng Theo cách này, học, hoạt động giáo dục STEM đƣợc triển khai trình dạy học mơn học STEM theo tiếp cận liên môn Các chủ đề, học, hoạt động STEM bám sát chƣơng trình mơn học thành phần Hình thức giáo dục STEM khơng làm phát sinh thêm thời gian học tập Hoạt động trải nghiệm STEM Trong hoạt động trải nghiệm STEM, học sinh đƣợc khám phá thí nghiệm, ứng dụng khoa học, kỹ thuật thực tiễn đời sống Qua đó, nhận biết đƣợc ý nghĩa khoa học, công nghệ, kỹ thuật toán học đời sống ngƣời, nâng cao hứng thú học tập môn học STEM Đây cách thức để thu hút quan tâm xã hội tới giáo dục STEM Để tổ chức thành cơng hoạt động trải nghiệm STEM, cần có tham gia, hợp tác bên liên quan nhƣ trƣờng phổ thông, sở giáo dục nghề nghiệp, trƣờng đại học, doanh nghiệp Trải nghiệm STEM cịn đƣợc thực thơng qua hợp tác trƣờng phổ thông với sở giáo dục đại học, giáo dục nghề nghiệp Theo cách này, kết hợp đƣợc thực tiễn phổ thông với ƣu sở vật chất giáo dục đại học giáo dục nghề nghiệp Các trƣờng phổ thông triển khai giáo dục STEM thơng qua hình thức câu lạc Tham gia câu lạc STEM, học sinh đƣợc học tập nâng cao trình độ, triển khai dự án nghiên cứu, tìm hiểu ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM Đây hoạt động theo sở thích, khiếu học sinh, diễn định kỳ, năm học Tổ chức tốt hoạt động câu lạc STEM tiền đề triển khai dự án nghiên cứu khuôn khổ thi khoa học kỹ thuật dành cho học sinh trung học Bên cạnh đó, tham gia câu lạc STEM cịn hội để học sinh thấy đƣợc phù hợp lực, sở thích, giá trị thân với nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM Hoạt động nghiên cứu khoa học Giáo dục STEM đƣợc triển khai thông qua hoạt động nghiên cứu khoa học tổ chức thi sáng tạo khoa học kỹ thuật với nhiều chủ đề khác thuộc lĩnh vực robot, lƣợng tái tạo, môi trƣờng, biến đổi khí hậu, nơng nghiệp cơng nghệ cao… Hoạt động khơng mang tính đại trà mà dành cho học sinh có lực, sở tích hứng thú với hoạt động tìm tịi, khám phá khoa học, kỹ thuật giải vấn đề thực tiễn Tổ chức tốt hoạt động sáng tạo khoa học kỹ thuật tiền đề triển khai dự án nghiên cứu khuôn khổ thi khoa học kỹ thuật dành cho học sinh trung học đƣợc tổ chức thƣờng niên III ĐIỀU KIỆN TRIỂN KHAI GIÁO DỤC STEM Nhà trƣờng cần đảm bảo có quan tâm đầy đủ toàn diện tới lĩnh vực giáo dục khoa học, cơng nghệ, kỹ thuật, tốn, tin học Sự coi nhẹ lĩnh vực trên, giáo dục STEM phổ thông không đạt đƣợc hiệu Cần có hiểu biết đầy đủ, tồn diện thống nhận thức giáo dục STEM Kết nối hoạt động giáo dục STEM với hoạt động dạy học, giáo dục triển khai sở giáo dục phổ thơng đảm bảo tính đồng bộ, hiệu triển khai Cần quan tâm bồi dƣỡng đội ngũ giáo viên môn khoa học, công nghệ, toán học, tin học Tăng cƣờng đầu tƣ sở vật chất phục vụ hoạt động giáo dục STEM, đó, quan tâm triển khai hệ thống khơng gian trải nghiệm khoa học công nghệ giúp học sinh trải nghiệm thực hóa ý tƣởng sáng tạo Kết nối với sở giáo dục đại học, giáo dục nghề nghiệp, trung tâm nghiên cứu, sở sản xuất để khai thác nguồn lực ngƣời, sở vật chất hỗ trợ hoạt động giáo dục STEM IV BÀI HỌC STEM Chu trình STEM Mối quan hệ Khoa học, Cơng nghệ, Kĩ thuật, Toán học phát triển khoa học - kĩ thuật đƣợc thể khái quát chu trình STEM dƣới Science (Khoa học) Technology Mathematic Knowledge (Cơng nghệ) (Tốn học) (Kiến thức) Engineering (Kĩ thuật) Chu trình bao gồm hai quy trình sáng tạo: Quy trình khoa học Quy trình kĩ thuật Quy trình khoa học: Xuất phát từ ý tƣởng khoa học, với hỗ trợ công nghệ tại, với cơng cụ tốn học, nhà khoa học khám phá tri thức Để thực cơng việc đó, nhà khoa học thực quy trình: câu hỏi - giả thuyết - kiểm chứng - kết luận Kết phát minh kiến thức cho nhân loại Quy trình kĩ thuật: Xuất phát từ vấn đề hay đòi hỏi thực tiễn, nhà công nghệ sử dụng kiến thức khoa học, tốn học sáng tạo giải pháp cơng nghệ ứng dụng kiến thức khoa học để giải vấn đề Để thực việc này, nhà công nghệ thực quy trình: vấn đề - giải pháp - thử nghiệm - kết luận Kết sáng chế sản phẩm, công nghệ cho xã hội Hai quy trình nói tiếp nối nhau, khép kín thành chu trình sáng tạo khoa học - kĩ thuật theo mơ hình "xốy ốc" mà sau chu trình lƣợng kiến thức khoa học tăng lên với cơng nghệ phát triển trình độ cao Năng lực tiếp cận cách mạng công nghiệp lần thứ tƣ Trong thời đại Cách mạng công nghiệp 4.0 nay, tốc độ phát triển khoa học - cơng nghệ theo chu trình STEM ngày tăng cao; vịng đời cơng nghệ (thể sản phẩm công nghệ) ngày ngắn; lƣợng tri thức khoa học đƣợc sản sinh với tốc độ ngày cao; cấu nghề nghiệp xã hội thay đổi nhanh chóng địi hỏi ngƣời phải có đủ lực để thích ứng Những lực đƣợc thể rõ từ chu trình STEM nói Cụ thể nhƣ sau: - Trƣớc thực tiễn trình độ cơng nghệ tại, ngƣời cần có tƣ phản biện để đặt câu hỏi khoa học, xác định vấn đề cần giải - Để trả lời câu hỏi khoa học hay giải vấn đề, ngƣời cần có tƣ sáng tạo để đề xuất đƣợc "giả thuyết khoa học" hay "giải pháp giải vấn đề" - "Giả thuyết khoa học" đƣợc kiểm chứng trở thành tri thức khoa học mới; "giải pháp giải vấn đề" đƣợc thử nghiệm thành công sinh công nghệ Để thực tốt việc phát giải vấn đề nhƣ đòi hỏi ngƣời cần có nhiều lực nhƣ: lực tự chủ tự học; lực giao tiếp hợp tác; lực giải vấn đề sáng tạo; lực ngơn ngữ, tính tốn, tìm hiểu tự nhiên xã hội, công nghệ, tin học, thẩm mĩ Các hoạt động học STEM Các lực mà ngƣời cần có để đáp ứng đƣợc đòi hỏi phát triển khoa học - công nghệ Cách mạng 4.0 kể lực cần hình thành phát triển cho học sinh đƣợc mô tả chƣơng trình giáo dục phổ thơng Để thực đƣợc mục tiêu phát triển lực cho học sinh, trình dạy học cần phải tổ chức hoạt động dạy học giáo dục phổ thông cho học sinh đƣợc hoạt động học theo chu trình STEM Nghĩa học sinh đƣợc hoạt động học theo hƣớng "trải nghiệm" việc phát giải vấn đề (sáng tạo khoa học, kĩ thuật) trình học tập kiến thức khoa học gắn liền với ứng dụng chúng thực tiễn Nhƣ vậy, giáo dục STEM phƣơng thức giáo dục tích hợp, học sinh đƣợc thực loại hoạt động sau: Hoạt động tìm hiểu thực tiễn, phát vấn đề Trong học STEM, học sinh đƣợc đặt trƣớc nhiệm vụ thực tiễn: giải tình tìm hiểu, cải tiến ứng dụng kĩ thuật Thực nhiệm vụ này, học sinh cần phải thu thập đƣợc thông tin, phân tích đƣợc tình huống, giải thích đƣợc ứng dụng kĩ thuật, từ xuất câu hỏi xác định đƣợc vấn đề cần giải Hoạt động nghiên cứu kiến thức Từ câu hỏi vấn đề cần giải quyết, học sinh đƣợc yêu cầu/hƣớng dẫn tìm tịi, nghiên cứu để tiếp nhận kiến thức, kĩ cần sử dụng cho việc trả lời câu hỏi hay giải vấn đề Đó kiến thức, kĩ biết hay cần dạy cho học sinh chƣơng trình giáo dục phổ thơng Hoạt động bao gồm: nghiên cứu tài liệu khoa học (bao gồm sách giáo khoa); quan sát/thực thí nghiệm, thực hành; giải tập/tình có liên quan để nắm vững kiến thức, kĩ Hoạt động giải vấn đề Về chất, hoạt động giải vấn đề hoạt động sáng tạo khoa học, kĩ thuật, nhờ giúp cho học sinh hình thành phát triển phẩm chất lực cần thiết thông qua việc đề xuất kiểm chứng giả thuyết khoa học đề xuất thử nghiệm giải pháp kĩ thuật Tƣơng ứng với đó, có hai loại sản phẩm "kiến thức mới" (dự án khoa học) "công nghệ mới" (dự án kĩ thuật) - Đối với hoạt động sáng tạo khoa học: kết nghiên cứu đề xuất mang tính lí thuyết đƣợc rút từ số liệu thu đƣợc thí nghiệm kiểm chứng giả thuyết khoa học Ví dụ: tìm chất mới; yếu tố mới, quy trình tác động đến vật, tƣợng, trình tự nhiên - Đối với hoạt động sáng tạo kĩ thuật: kết nghiên cứu sản phẩm mang tính ứng dụng thể giải pháp cơng nghệ đƣợc thử nghiệm thành cơng Ví dụ: dụng cụ, thiết bị mới; giải pháp kĩ thuật V THIẾT KẾ BÀI HỌC STEM Tiêu chí xây dựng học STEM Để tổ chức đƣợc hoạt động nói trên, học STEM cần phải đƣợc xây dựng theo tiêu chí sau: Tiêu chí 1: Chủ đề học STEM tập trung vào vấn đề thực tiễn Trong học STEM, học sinh đƣợc đặt vào vấn đề thực tiễn xã hội, kinh tế, mơi trƣờng u cầu tìm giải pháp Tiêu chí 2: Cấu trúc học STEM theo quy trình thiết kế kĩ thuật Quy trình thiết kế kĩ thuật cung cấp tiến trình linh hoạt đƣa học sinh từ việc xác định vấn đề - yêu cầu thiết kế - đến sáng tạo phát triển