Thiết kế hoạt động STEM với thử thách tạo ra nam châm điện từ pin điện hóa

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ ====== LÊ HUYỀN THƢƠNG THIẾT KẾ HOẠT ĐỘNG STEM VỚI THỬ THÁCH TẠO RA NAM CHÂM ĐIỆN TỪ PIN ĐIỆN HÓA KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Phƣơng pháp dạy học Vật lí Hà Nội, 2019 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ ====== LÊ HUYỀN THƢƠNG THIẾT KẾ HOẠT ĐỘNG STEM VỚI THỬ THÁCH TẠO RA NAM CHÂM ĐIỆN TỪ PIN ĐIỆN HÓA KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Phƣơng pháp dạy học Vật lí Ngƣời hƣớng dẫn khoa học ThS Nguyễn Anh Dũng Hà Nội, 2019 LỜI CẢM ƠN Để hồn thành đề tài khóa luận kết thúc khóa học, với tình cảm chân thành, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới trƣờng Đại học sƣ phạm Hà Nội tạo điều kiện cho em có mơi trƣờng học tập tốt suốt thời gian em học tập, nghiên cứu trƣờng Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn tới Thầy Nguyễn Anh Dũng giúp đỡ em suốt trình nghiên cứu trực tiếp hƣớng dẫn em hồn thành đề tài khóa luận tốt nghiệp Đồng thời, em xin bày tỏ lòng cảm ơn tới thầy Khoa Vật Lý trƣờng Đại học sƣ phạm Hà Nội tạo điều kiện cho em suốt thời gian học tập vừa qua Sau em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè… ln động viên, giúp đỡ để em hồn thành tốt khóa luận tốt nghiệp Do trình độ lí luận nhƣ kinh nghiệm thực tiễn nhiều hạn chế nên báo cáo tránh khỏi thiếu sót Vì em mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp từ Thầy Cơ để em nâng cao kiến thức thân, phục vụ tốt q trình cơng tác em sau Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Sinh viên Lê Huyền Thƣơng LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan, dƣới hƣớng dẫn tận tình Th.S Nguyễn Anh Dũng, khóa luận tốt nghiệp đại học chuyên ngành Phƣơng pháp dạy học Vật Lý với đề tài “THIẾT KẾ HOẠT ĐỘNG STEM VỚI THỬ THÁCH TẠO RA NAM CHÂM ĐIỆN TỪ PIN ĐIỆN HĨA” đƣợc hồn thành nhận thức thân em, không trùng khớp với cơng trình khoa học khác Trong q trình nghiên cứu thực khóa luận này, em kế thừa thành tựu nhà khoa học với lòng biết ơn trân trọng Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Sinh viên Lê Huyền Thƣơng DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CTGDPT Chƣơng trình giáo dục phổ thông GV Giáo viên HS Học sinh SGK THPT Sách giáo khoa Trung học phổ thông MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Mục đích nghiên cứu Đối tƣợng, khách thể, phạm vi nghiên cứu Câu hỏi giả thuyết nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Cấu trúc đề tài NỘI DUNG Chƣơng CƠ SỞ LÝ LUẬN 1.1 Giáo dục STEM ? 1.1.1 STEM 1.1.2 Thế mạnh giáo dục STEM 1.1.3 Chủ đề STEM, phân loại chủ đề STEM 1.2 Vai trò giáo dục STEM 1.3 Tiến trình tổ chức hoạt động trải nghiệm cho học sinh theo định huớng giáo dục STEM 1.4 Giáo dục STEM nƣớc phát triển 12 1.4.1 Giáo dục STEM Mỹ 12 1.4.2 Giáo dục STEM Anh 12 1.5 Giáo dục STEM Việt Nam 13 1.6 Mối liên hệ dạy học vật lý giáo dục STEM 14 1.7 Dạy học môn Vật Lý theo định hƣớng giáo dục STEM 16 Kết luận chƣơng 18 Chƣơng THIẾT KẾ HOẠT ĐỘNG STEM VỚI THỬ THÁCH TẠO RA NAM CHÂM ĐIỆN TỪ PIN ĐIỆN HÓA 19 2.1 Thiết kế hoạt động STEM với thử thách tạo nam châm điện từ pin điện hóa 19 2.2 Phiếu tự đánh giá thân phiếu đánh giá thành viên hoạt động nhóm 32 2.2.1 Phiếu tự đánh giá thân 32 2.2.2 Phiếu đánh giá thành viên hoạt động nhóm 33 2.3 Xây dựng rubric đánh giá lực HS 34 Kết luận chƣơng 38 Chƣơng DỰ KIẾN THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 39 3.1 Mục đích thực nghiệm sƣ phạm 39 3.2 Đối tƣợng thực nghiệm 39 3.3 Phƣơng pháp tiến hành 39 3.4 Nhiệm vụ thực nghiệm 40 3.5 Nội dung thực nghiệm 40 3.6 Dự kiến kết thực nghiệm sƣ phạm 40 3.6.1 Dự kiến diễn biến tiết day thực nghiệm 40 3.6.2 Công cụ đánh giá kết thực nghiệm 42 Kết luận chƣơng 43 KẾT LUẬN 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Mơ tả thuật ngữ STEM Hình 1.2 Tiêu chí chủ đề STEM Hình 1.3 Phân loại chủ đề STEM Hình 1.4 Sơ đồ tiến trình tổ chức hoạt động trải nghiệm 11 theo định hƣớng giáo dục STEM trƣờng THPT 11 Hình 1.5 Tỉ lệ phần trăm dự kiến việc làm lĩnh vực STEM giai đoạn 2010 - 2020 12 MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Nhƣ biết “Giáo dục quốc sách hàng đầu” Đảng Nhà nƣớc ta Cùng với bƣớc phát triển nhảy vọt lên thời đại cách mạng công nghệ 4.0, giáo dục cần phải có điều chỉnh phù hợp với yêu cầu xã hội Cách gần hai thập kỷ, giáo dục STEM bắt nguồn từ Mỹ đƣợc coi nhƣ cải cách giáo dục mang tính đột phá Mỹ với mục tiêu xác lập vững vị quốc gia đứng đầu giới kinh tế, khoa học công nghệ với nguồn lao động chất lƣợng thuộc lĩnh vực STEM Cho đến có nhiều quốc gia theo đuổi chƣơng trình giáo dục STEM họ nhận thấy hƣớng đắn mang tính tất yếu bối cảnh cạnh tranh kinh tế quốc gia giới Vì dạy học theo định hƣớng giáo dục STEM hoàn toàn có sở phù hợp với định hƣớng đổi giáo dục Việt Nam Với lý trên, khóa luận chọn đề tài: “Thiết kế hoạt động STEM với thử thách tạo Nam châm điện từ pin điện hóa” Mục đích nghiên cứu - Xây dựng sở lý luận giáo dục STEM - Thiết kế hoạt động STEM với thử thách làm Nam châm điện từ nguồn pin điện hóa – Vật Lý 11 - Xây dựng rubric đánh giá lực HS - Dự kiến kết thực nghiệm sƣ phạm Đối tƣợng, khách thể, phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu Cách thức thiết kế hoạt động dạy học theo định hƣớng STEM thông qua dạy học môn Vật lý lớp 11 2.2 Phiếu tự đánh giá thân phiếu đánh giá thành viên hoạt động nhóm 2.2.1 Phiếu tự đánh giá thân STT Tiêu chí đánh giá Thƣờng Tƣơng Thỉnh xuyên đối thoảng Hiếm (4) thƣờng (2) (1) xun (3) Tơi hồn thành cơng việc cá nhân nhóm Tơi theo điều hành trƣởng nhóm Tơi chủ động tham gia thảo luận Tôi bày tỏ tôn trọng bạn Tôi ln đƣa lí đáng cho ý kiến Tơi hiểu nhiệm vụ nhóm Xếp loại chung 32 STT Tiêu chí đánh giá Thƣờng Tƣơng Thỉnh xuyên đối thoảng Hiếm (4) thƣờng (2) (1) xuyên (3) Chú ý: 4- Rất tốt; – Tốt; – Bình thƣờng; 1- Chƣa đạt 2.2.2 Phiếu đánh giá thành viên hoạt động nhóm Tiêu chí Họ tên ngƣời đánh giá: Nhóm: Thành viên Tổ Đóng chức góp ý trợ quản Nhiệt Làm Tính tình, việc hiệu tƣởng đồng nghiêm hợp Hỗ đội lí nhóm 33 túc tác Chung Chú ý: 4- Rất tốt; – Tốt; – Bình thƣờng; 1- Chƣa đạt 2.3 Xây dựng rubric đánh giá lực HS Mức độ (4 điểm) (3 điểm) (2 điểm) (1 điểm) Tiêu chí Phác thảo đƣợc Phác thảo đƣợc Kỹ thuật Phác thảo Phác thảo vẽ Nam vẽ Nam châm đƣợc vẽ đƣợc châm điện làm điện làm từ nguồn Nam châm vẽ Pin điện từ nguồn pin pin điện hóa tự hóa tự tạo điện làm từ điện hóa tự tạo; tạo; Lựa chọn nguồn pin Lựa chọn sử sử dụng vật điện hóa tự dụng vật, dụng, thiết bị hợp tạo nhƣng thiết bị hợp lí; lí để lắp ráp theo lựa chọn, sử Đọc vẽ phƣơng án thiết dụng thiết kế lắp kế vật dụng, ráp theo thiết bị phƣơng án thiết chƣa đƣợc kế hợp lí Nêu đƣợc Đo đƣợc suất điện Nêu đƣợc Nam châm nguy ô động pin; điện làm từ 34 nguy ô Mức độ (4 điểm) (3 điểm) (2 điểm) (1 điểm) Tiêu chí nhiễm mơi Nam châm điện nhiễm môi pin điện Thực trƣờng từ pin làm từ pin điện trƣờng từ hóa chƣa hành phế thải đề hóa hoạt động tốt; pin phế thải hoạt động xuất biện pháp Nêu đƣợc nguy đề xuất tốt; Nêu khắc phục; Đo ô nhiễm môi biện pháp đƣợc nguy đƣợc suất điện trƣờng từ pin phế khắc phục; ô nhiễm động pin; thải nhƣng chƣa Đo đƣợc môi trƣờng Nam châm đề xuất đƣợc biện suất điện từ pin phế điện làm từ pin pháp khắc phục; động thải nhƣng điện hóa hoạt pin nhƣng chƣa đề động tốt nam châm xuất đƣợc điện làm từ biện pháp pin điện khắc phục; hóa chƣa hoạt động tốt Tham gia Tham gia thuyết thuyết trình trình vẽ thuyết trình thuyết trình vẽ thuyết trình về vẽ vẽ thuyết trình sản phẩm: thuyết sản phẩm: trình tự tin, phân trình sản trình sản Thuyết thuyết trình tự tích vẽ thiết phẩm: trình tin, phân tích kế sản phẩm; thuyết trình nhƣng 35 Tham gia Tham thuyết gia thuyết phẩm Mức độ (4 điểm) (3 điểm) (2 điểm) (1 điểm) Tiêu chí vẽ thiết kế đƣợc ƣu, tự tin, phân thuyết trình sản phẩm; nhƣợc điểm sản tích vẽ chƣa tự tin đƣợc ƣu, phẩm nhóm thiết kế chƣa nhƣợc điểm sản phẩm; phân tích sản phẩm vẽ thiết nhóm Tìm kế sản đƣợc bất phẩm hợp lí phản biện từ nhóm HS khác đƣa phản biện, câu trả lời hợp lí Có phân cơng Có phân cơng Có phối Chƣa có cơng việc: thƣ cơng việc: thƣ kí hợp kí đảm nhận đảm nhận viết viết báo cáo, báo cáo, HS nhóm hợp lí HS gia gia công chi tiết; công chi tiết; quản lý dụng cụ, trình nhóm quản lý dụng vật liệu nhƣng vẽ thiết kế, chƣa có phân công HS công thuyết Làm việc cụ, vật liệu; Có HS sản phẩm nhóm phối việc HS hợp phối hợp nhóm chƣa có Có phân thuyết HS phối hợp cơng cơng trình 36 Mức độ (4 điểm) (3 điểm) (2 điểm) (1 điểm) Tiêu chí nhóm thuyết trình việc nhƣng vẽ thiết thuyết trình chƣa đƣợc kế, vẽ thiết kế, vẽ thiết kế, sản phẩm sản phẩm 37 hợp lí phẩm sản Kết luận chƣơng Trong chƣơng này, khóa luận vận dụng sở lý luận chƣơng 1, phân tích nội dung chƣơng trình Vật lý 11 lựa chọn kiến thức phù hợp, lựa chọn để tổ chức dạy học theo định hƣớng STEM Kết chƣơng đƣợc tóm tắt nhƣ sau: - Thiết kế hoạt động STEM với thử thách tạo Nam châm điện từ pin điện hóa - Phiếu tự đánh giá thân - Phiếu đánh giá thành viên hoạt động nhóm - Rubric đánh giá lực HS - Tổ chức cho HS thi Nam châm có lực hút mạnh hơn? 38 Chƣơng DỰ KIẾN THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 3.1 Mục đích thực nghiệm sƣ phạm Thực nghiệm sƣ phạm nhằm đánh giá thiết kế hoạt động dạy học STEM với thử thách tạo Nam châm điện từ pin điện hóa Nhằm tích cực hóa hoạt động học tập HS để góp phần nâng cao chất lƣợng dạy học Vật lý trƣờng THPT Cụ thể trả lời câu hỏi sau: Thiết kế hoạt động dạy học STEM có tạo hôi giúp HS rèn luyện, phát triển tƣ sáng tạo, giải vấn đề thực tiễn? Có giúp HS có thái độ tích cực hứng thú học tập khơng? Có giúp HS có tinh thần đồn kết, tích cực làm việc nhóm, hợp tác với học tập khơng? Có góp phần nâng cao kết học tập HS không? Việc trả lời câu hỏi giúp cho khóa luận tìm thiếu sót để rút kinh nghiệm chỉnh sửa kịp thời để khóa luận đạt kết cao 3.2 Đối tƣợng thực nghiệm Học sinh trƣờng THPT – khối 11 3.3 Phƣơng pháp tiến hành - Xây dựng nội dung thiết kế hoạt động dạy học STEM với với thử thách tạo Nam châm điện từ pin điện hóa để tiến hành thực nghiệm sƣ phạm - Nhờ GV mơn: Tốn, Vật lý, Hóa học, Sinh học, Cơng nghệ góp ý nội dung kiến thức, hình thức tổ chức dạy học; - Biết đƣợc thuận lợi khó khăn dạy học theo định hƣớng GD STEM 39 - Thực dạy học theo Thiết kế hoạt động dạy học STEM lớp thực nghiệm dạy học theo phƣơng pháp truyền thống lớp đối chứng - Kiểm tra đánh giá kết thực nghiệm 3.4 Nhiệm vụ thực nghiệm - Đánh giá thái độ, tinh thần học tập, tinh thần làm việc nhóm, lực giải vấn đề thực tiễn, giải vấn đề trình hình thành kiến thức HS Cụ thể nhƣ sau: + Khơng khí lớp học: sơi nổi, hào hứng học tập, hay trầm lắng, buồn tẻ, hờ hững với nhiệm vụ học tập đƣợc GV đƣa + Số HS phát biểu nêu dự đoán giả thyết khoa học, bảo vệ giả thuyết hay bác bỏ giả thuyết, trình bày phƣơng án giải vấn đề? + Khi làm việc nhóm HS có tích cực thảo luận, trao đổi, nêu quan điểm cá nhân biết lắng nghe ý kiến thành viện khác hay không? - Đối chiếu diễn biến học tiến trình dạy học dự kiến mặt thời gian, mức độ tự lực HS nhƣ thái độ lực GV Từ bổ sung, sửa đổi hồn thiện tiến trình dạy hoc soạn thảo - Đánh giá tính khả thi hiệu tiến trình dạy học theo định hƣớng giáo dục STEM mà khóa luận soạn thảo 3.5 Nội dung thực nghiệm Hoạt động dạy học STEM với thử thách làm Nam châm điện từ pin điên hóa thiết kế mục 2.1 Chƣơng 3.6 Dự kiến kết thực nghiệm sƣ phạm 3.6.1 Dự kiến diễn biến tiết day thực nghiệm - GV đƣa câu hỏi gây mâu thuẫn nhận thức HS, HS hƣớng đến làm nguồn pin điện hóa từ nhiên liệu có sắn: chanh, cà chua, khoai tây, - HS hào hứng nhận nhiệm vụ thứ “Cùng làm pin điện hóa” 40 - Các nhóm đọc tài liệu, lựa chọn đƣợc nguyên vật liệu để thiết kế đƣợc pin điện hóa thắp sáng đƣợc bóng đèn led Các nhóm đo đƣợc suất điện động pin - Trong trình làm việc nhóm, thành viên nhóm đƣa đƣợc ý kiến cá nhân, tích cực tham gia hoạt động, làm tốt nhiệm vụ đƣợc giao dƣới phân cơng nhóm trƣởng - Ở nhiệm vụ thứ hai, GV đƣa thi nhóm với thử thách tạo Nam châm điện từ nguồn pin điện hóa vừa làm đƣợc nhiệm vụ thứ Trong nhiệm vụ này, nhóm trình bày đƣợc sản phẩm nhóm dƣới hình thức thuyết trình sản phẩm Nam châm điện đƣợc tạo từ nguồn pin điên hóa thi nhóm xem lực hút nam châm mạnh - Các nhóm đọc tài liệu tham khảo nắm đƣợc cấu tạo Nam châm điện Nhóm trƣởng phân cơng thành viên nhóm làm việc nhóm cho hợp lí - Trong q trình làm việc nhóm, thành viên tích cực tham gia hoạt động, làm tốt nhiệm vụ đƣợc giao Chú ý an toàn sử dụng dụng cụ - Khi nhóm thuyết trình sản phẩm nhóm, nhóm HS khác lắng nghe nhận xét Nhóm thuyết trình có khả phản biện lại tiếp thu ý kiến nhóm bạn Từ nhóm biết đƣợc ƣu, nhƣợc điểm sản phẩm nhóm bạn Sau HS tự đánh giá, xếp loại sản phẩm khả thuyết trình nhóm theo thứ tự nhất, nhì, ba, - Với phần thi Lực hút nam châm mạnh hơn? Các nhóm HS cho Nam châm thiết kế hút mảnh sắt nhỏ Nam châm nhóm hút đƣợc nhiều mảnh sắt dành chiến thắng Tiếp tục xếp loại nhó, theo thứ tự nhất, nhì, ba, 41 - HS so sánh sản phẩm nhóm nhóm bạn (suất điện động pin điện hóa, số vòng dây đồng, lõi sắt,…) đƣa đƣợc cách làm thay đổi từ trƣờng nam châm điện - Các nhóm tự tổng kết kết thi thuyết trình sản phẩm thi lực hút nam châm mạnh hơn, đƣa kết chung - HS thực điền Phiếu tự đánh giá thân phiếu đánh giá thành viên hoạt động nhóm tinh thần khách quan - HS lắng nghe GV tổng kết chung thực đánh giá lực HS 3.6.2 Công cụ đánh giá kết thực nghiệm - Các phiếu: Phiếu tự đánh giá thân; Phiếu đánh giá thành viên hoạt động nhóm; Rubric đánh giá lực HS 42 Kết luận chƣơng Trong chƣơng này, khóa luận dự kiến thực nghiệm sƣ phạm nhằm đánh giá thiết kế hoạt động STEM với thử thách tạo pin điện hóa thiết kế mục 2.1 chƣơng đƣa đƣơc: - Mục đích thực nghiệm sƣ phạm - Đối tƣợng thực nghiệm - Phƣơng pháp tiến hành - Nhiệm vụ thực nghiệm - Nội dung thực nghiệm - Dự kiến kết thực nghiệm sƣ phạm: Dự kiến diễn biến tiết day thực nghiệm 43 KẾT LUẬN Nghiên cứu đề tài: “Thiết kế hoạt động STEM với thử thách tạo Nam châm điện từ pin điện hóa” thực mục đích nhiệm vụ nghiên cứu đề ra, khóa luận giải đƣợc nhiệm vụ sau: - Hệ thống hóa góp phần làm sáng tỏ sở lý luận giáo dục STEM, dạy học môn Vật lý theo định hƣớng giáo dục STEM - Vận dụng sở lý luận giáo đục STEM để Thiết kế hoạt động STEM với thử thách tạo Nam châm điện từ pin điện hóa - Xây dựng phiếu đánh giá sau hoạt động dạy học STEM: + Phiếu tự đánh giá thân + Phiếu đánh giá thành viên hoạt động nhóm + Rubric đánh giá lực học sinh - Tổ chức cho HS thi Nam châm có lực hút mạnh hơn? - Dự kiến thực nghiệm sƣ phạm 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu [1-tr63-71] Lƣơng Duyên Bình (Tổng chủ biên), Vũ Quang (Chủ biên), Nguyễn Xuân Chi, Đàm Trung Đồn, Bùi Quang Hân, Đoàn Duy Hinh (2007), “SGK Vật Lí 11” NXB Giáo dục Việt Nam [2-tr32-35] TS Nguyễn Thị Thanh Nga (Chủ biên), ThS Hoàng Phƣớc Muội, TS Phùng Việt Hải, TS Nguyễn Quang Linh, Ths Nguyễn Anh Dũng, Ths Ngô Trọng Tuệ (2018), “Dạy học chủ đề STEM cho học sinh trung học sở trung học phổ thông” [3] Lê Xuân Quang (2017), “Dạy học môn công nghệ phổ thông theo định hƣớng giáo dục STEM” [4] Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Tăng Thị Thùy, sinh viên thực khóa luận: Hoàng thị Yến – Trƣờng Đại học quốc gia Hà Nội “Khóa luận tốt nghiệp, đề tài: THIẾT KẾ HOẠT ĐỘNG GIÁO DỤC STEM THÔNG QUA DẠY HỌC VẬT LÝ LỚP 10.” Các trang web tham khảo [5].https://ictnews.vn/cntt/cach-mang-40/stem-la-gi-va-trien-khai-vaochuong-trinh-giao-duc-pho-thong-nhu-the-nao163618.ict#&gid=1&pid=1 [6] http://vnis.edu.vn/vi/tin-tuc/giao-duc-stem-tai-my-va-tam-quan-trong [7] https://www.livescience.com/43296-whatis-stem-education.html [8] https://vatlypt.com/pin-dien-hoa-la-gi-cac-loai-pin-thong-dung.t302.html 45 46 ... hƣớng giáo dục 18 STEM Chƣơng THIẾT KẾ HOẠT ĐỘNG STEM VỚI THỬ THÁCH TẠO RA NAM CHÂM ĐIỆN TỪ PIN ĐIỆN HÓA 2.1 Thiết kế hoạt động STEM với thử thách tạo nam châm điện từ pin điện hóa A MƠ TẢ Ý TƢỞNG... nào? pin điện hóa Thiết kế pin - HS lựa chọn vật liệu điện hóa từ rau, phù hợp thiết kế đƣợc Thử làm pin điện pin điện hóa củ, - Lắp ráp làm thí hóa nghiệm pin điện hóa - Đo đƣợc suất điện động pin. .. Tên hoạt động Thiết kế hoạt động STEM với thử thách tạo nam châm điện từ pin điện hóa Giáo viên Lứa tuổi HS Lớp 11 – 17 tuổi Mức độ tiếp thu Khá - Pin điện hóa có cấu tạo nguyên tắc hoạt động