Tổ chức dạy học STEM chủ đề “cơ học” gắn với sản xuất kinh doanh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC NGÔ THANH TĨNH TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM CHỦ ĐỀ “CƠ HỌC” GẮN VỚI SẢN XUẤT KINH DOANH LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM VẬT LÍ HÀ NỘI - 2020 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC NGÔ THANH TĨNH TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM CHỦ ĐỀ “CƠ HỌC” GẮN VỚI SẢN XUẤT KINH DOANH Chuyên ngành: Lý luận phƣơng pháp dạy học mơn Vật lí Mã số: 8140111 LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM VẬT LÍ Ngƣời hƣớng dẫn: PGS.TS Phạm Kim Chung HÀ NỘI - 2020 LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy, Cô giảng viên Khoa Sư phạm, Trường Đại học Giáo dục - Đại học Quốc gia Hà Nội giảng dạy trang bị cho em kiến thức học tập nghiên cứu luận văn Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Phạm Kim Chung, người tận tình hướng dẫn em suốt trình thực luận văn Em xin gửi lời cảm ơn tới Thầy, Cô giáo em học sinh Trường THPT Nguyễn Du - Thanh Oai hỗ trợ cho em tổ chức thành cơng q trình thực nghiệm sư phạm Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 12 năm 2019 Tác giả luận văn Ngô Thanh Tĩnh i MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Khách thể đối tượng nghiên cứu Vấn đề nghiên cứu Giả thuyết khoa học Giới hạn phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Phương pháp nghiên cứu 10 Cấu trúc luận văn CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu 1.1.1 Trên giới 1.1.2 Ở Việt Nam 1.2 Dạy học tích hợp nhằm phát triển lực học sinh theo STEM 1.2.1 Khái niệm lực 1.2.2 Năng lực vật lí học sinh THPT 1.2.3 Khái niệm STEM 11 1.3 Phát triển lực học sinh theo STEM 11 1.3.1 Đặc điểm giáo dục STEM 11 1.3.2 Ý nghĩa việc tổ chức dạy học dự án việc phát triển lực học sinh trung học phổ thông theo STEM 13 1.3.3 Quy trình thiết kế chủ đề giáo dục STEM 14 1.3.4 Quy trình tổ chức dạy học dự án theo STEM 14 1.4 Một số phương pháp kĩ thuật tổ chức dạy học chủ đề tích hợp phát triển lực vật lí học sinh 16 ii 1.4.1 Dạy học giải v n đề 16 1.4.2 Dạy học dự án 18 1.4.3 Tổ chức dạy học theo trạm 21 1.5 Kiểm tra, đánh giá lực học sinh 23 1.5.1 Đánh giá theo lực 23 1.5.2 Một số ph ơng pháp đánh giá lực vật lí 25 1.5.3 Một số công cụ đánh giá lực 26 1.6 Thực trạng dạy học phát triển lực vật lí cho học sinh trung học phổ thông theo định hướng STEM 26 1.6.1 Mục đích tìm hiểu 26 1.6.2 Nội dung tìm hiểu 26 1.6.3 Ph ơng pháp tìm hiểu 26 Kết luận chƣơng 28 CHƢƠNG XÂY DỰNG CHỦ ĐỀ CƠ HỌC VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC THEO STEM CHO HỌC SINH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 29 2.1 Phân tích nội dung, mục tiêu dạy học mơn vật lí trung học phổ thơng 29 2.1.1 Nội dung chủ đề Cơ học 29 2.1.2 Mục tiêu dạy học chủ đề học theo giáo dục STEM 30 2.1.3 Những khó khăn dạy học Vật lí theo STEM 38 2.2 Xây dựng nội dung chủ đề dạy học Vật lí theo giáo dục STEM nhằm phát triển lực Vật lí học sinh 39 2.2.1 Chủ đề STEM “Nón Làng Chng” 39 2.2.2 Chủ đề STEM “Lồng chim Canh Hoạch” 42 2.2.3 Chủ đề STEM “Sản xu t gỗ công nghiệp” 45 2.3 Xây dựng kế hoạch dạy học chủ đề học 48 2.3.1 Chủ đề “Nón làng Chuông” 48 2.3.2 Chủ đề “Lồng chim Canh Hoạch” 59 iii 2.3.3 Chủ đề “Sản xu t gỗ công nghiệp” 68 2.4 Kiểm tra đánh giá dạy học theo chủ đề 77 Kết luận chƣơng 80 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 81 3.1 Mục đích, đối tượng, nội dung thực nghiệm sư phạm 81 3.1.1 Mục đích thực nghiệm s phạm 81 3.1.2 Đối t ợng nội dung thực nghiệm s phạm 81 3.2 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 81 3.3 Kết thực nghiệm sư phạm 82 3.3.1 Phân tích định tính 82 3.3.2 Phân tích kết định l ợng 89 3.4 Hiệu việc sử dụng giáo dục STEM để phát triển lực vận dụng kiến thức vật lí vào thực tiễn 96 3.4.1 Ưu nh ợc điểm giáo dục STEM dạy học Vật lí tr ờng THPT 96 3.4.2 Hiệu việc phát triển lực vận dụng kiến thức Vật lí vào thực tiễn học sinh trung học phổ thông 97 Kết luận chƣơng 98 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 101 PHỤ LỤC iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Viết đầy đủ GQVD Giải vấn đề GV Giáo viên HS Học sinh NL Năng lực PPDH Phương pháp dạy học STEM Science, Technology, Engineering, Maths THPT Trung học phổ thông v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Biểu cụ thể lực vật lí 10 Bảng 1.2 Các bước tổ chức dạy học dự án 20 Bảng 1.3 Nhiệm vụ học tập theo trạm 22 Bảng 1.4 So sánh đánh giá lực đánh giá kiến thức, kĩ 24 Bảng 1.5 Kết thực trạng dạy học phát triển lực tìm hiểu vật lí cho học sinh trung học phổ thông theo định hướng STEM 27 Bảng 2.1 Nội dung chủ đề học 29 Bảng 2.2 Mục tiêu dạy học chủ đề học theo giáo dục STEM 30 Bảng 2.3 Kiến thức STEM chủ đề “Nón làng Chng” 40 Bảng 2.4 Kiến thức STEM chủ đề “Lồng chim Canh Hoạch” 43 Bảng 2.5 Kiến thức STEM chủ đề “Sản xuất gỗ công nghiệp” 47 Bảng 2.6 Mơ tả dự án “Nón làng Chuông” 49 Bảng 2.7 Mô tả dự án “Lồng chim Canh Hoạch” 59 Bảng 2.8 Mô tả dự án “Sản xuất gỗ công nghiệp” 68 Bảng 2.9 Đánh giá mẫu thử 78 Bảng 2.10 Đánh giá hoạt động cá nhân nhóm 78 Bảng 3.1 Đánh giá theo nhóm dự án “Nón làng Chng” 89 Bảng 3.2 Đánh giá theo nhóm dự án “Lồng chim Canh Hoạch” 89 Bảng 3.3 Đánh giá cá nhân dự án hai dự án “Nón làng Chng” “Lồng chim Canh Hoạch” 91 vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ giải vấn đề [2] 17 Hình 1.2 Học sinh nhiệm vụ trạm [9] 21 Hình 3.1 Một số hình ảnh học sinh hoạt động dự án “Nón làngChng” 84 Hình 3.2 Một số hình ảnh học sinh hoạt động dự án “Lồng chim Canh Hoạch” 86 Hình 3.3 Một số hình ảnh học sinh báo cáo kết 87 DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1.1 Quy trình thiết kế chủ đề STEM 14 Sơ đồ 2.2 Hình thành ý tưởng “Lồng Chim Canh Hoạch” 43 Sơ đồ 2.3 Hình thành ý tưởng “Sản xuất gỗ cơng nghiệp” 46 vii MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Bối cảnh tồn cầu hố với cách mạng 4.0: Sản xuất thông minh dựa công nghệ số Mọi thứ hầu hết số hóa Kết nối thứ từ người đến thực thể lưu trữ liệu lớn phức tạp Nhu cầu sử dụng lao động việc làm thay đổi theo đó: máy tính thay người khoảng 60% công việc vào năm 2030 50% ngành sản xuất tự động hoá vào năm 2025 Theo dự đoán U.S Department of Labor năm 2025 riêng nước mỹ cần 10 triệu lao động cho lĩnh vực STEM Để đáp ứng điều học sinh cần phải có kĩ để thành cơng cho mình: cần chuẩn bị mặt cơng nghệ, đổi Vai trị STEM giáo dục quan trọng Giáo dục STEM phương pháp giáo dục đặc biệt ý chương trình giáo dục nước phát triển (như Mỹ, Anh, Đức, ) Ở Việt Nam, giáo dục STEM định hướng Bộ giáo dục đào tạo Sự tách rời lĩnh vực tốn học, khoa học, cơng nghệ kĩ thuật cản trở lớn giáo dục Dẫn đến tách rời học làm, ảnh hưởng liên kết nhà trường, doanh nghiệp xã hội Với giáo dục STEM lại khác Giáo dục STEM nhà trường tạo cho học sinh kĩ đáp ứng cho cách mạng 4.0 Giúp tạo liên ngành lĩnh vực khoa học, cơng nghệ, kỹ thuật tốn học, để HS có trải nghiệm thực tế gắn liền với sống Việc dạy học STEM kích thích tư học sinh, tăng tính hứng thú học tập giúp HS hiểu sâu kiến thức học tạo liên hệ kiến thức liên môn Mục tiêu giáo dục STEM đào tạo nhà toán học, nhà khoa học, kỹ sư mà giúp HS hình thành lực riêng, kỹ phục vụ cho thực tế cơng việc Hay nói cách khác Giáo dục STEM giáo dục chuẩn bị cho công dân hệ Phụ lục SẢN XUẤT GỖ CÔNG NGHIỆP Nghề làm tăm Quảng Phú Cầu - Huyện Ứng Hịa - Hà Nội có truyền thống lâu đời, đem lại công ăn việc làm cho hàng nghìn hộ dân vùng Những năm gần đây, nhờ đầu tư sản xuất phương tiện máy móc đại, nhiều hộ dân nơi trở nên giàu có từ nghề làm tăm Tuy nhiên nghề làm tăm làm theo kiểu “tự phát”, mạnh làm, gây cạnh tranh ảnh hưởng đến an ninh trật tự Bên cạnh nạn nhiễm làng nghề từ nước thải, khói khơng từ xưởng tăm, mà từ sở thu mua, chế biến phế liệu xả môi trường cách vô tội vạ Đặc biệt, xưởng tăm dùng máy tuốt Nứa, Vầu, Giang trở thành sợi tăm đồng thời sản lượng mùn PL36 lớn Vấn đề đặt xử lí lượng mùn thải để khơng làm ô nhiệm môi trường? Dự án giúp học sinh tìm hiểu quy trình sản xu t gỗ cơng nghiệp từ lập thiết kế kế hoạch sản xu t gỗ công nghiệp Bảng thống kê nguyên vật liệu: Nguyên liệu Đơn vị Mùn Kg Phụ gia Kg Sơn Lít Máy ép Cái Máy chà bóng Cái Máy cắt Cái Giá thành ( VNĐ)/ Đơn vị Tên nhóm / tên cá nhân: Bảng phân công công việc cho thành viên nhóm: Vị trí Nhiệm vụ Chun gia Tìm hiểu loại gỗ công nghiệp thiết kế: thiết Thiết kế mô hình đề giải pháp sản xuất; kế chọn vật Chọn lựa để sử dụng nguyên vật liệu phù liệu hợp cho phận: hiệu sử dụng cao, độ bền tốt, đảm bảo thẩm mỹ giá thành thấp PL37 Thành viên Chuyên gia kĩ Căn vào thiết kế nguyên liệu tiến hành thuật: tìm hiểu bước sản xuất gỗ; Thu thập sản phẩm theo thiết kế có thị trường để phân tích Chuyên gia Giải thích tác dụng nguyên lý sản khoa học xuất: kiến thức khoa học liên quan, hiệu truyền thông sử dụng mô hình; Trao đổi, truyền đạt hoạt động nhóm với nhóm; Phản biện tốt câu hỏi nhóm khác thầy, cô đặt Hãy bắt đầu tiến hành bước dự án bạn Bƣớc 1: Xác định vấn đề nghiên cứu Trình bày vấn đề cần giải thiết gỗ công nghiệp? ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Bƣớc 2: Giải vấn đề Chọn vật liệu sử dụng hiệu từ bảng nguyên vật liệu cung cấp mà có liên quan tới vấn đề khoa học sau:  Lực, áp lực, áp suất: ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… PL38  Lực tương tác phân tử vật chất : ………………………… …………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………  Lực liên kết: ………………………… …………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Cấu tạo tác dụng phần gỗ công nghiệp? ………………………… …………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Bƣớc 3: Lựa chọn giải pháp Trong thực tế có loại gỗ cơng nghiệp nào? ………………………… …………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Bạn chọn loại gỗ công nghiệp để thiết kế, thuận lợi khó khăn thiết kế loại gỗ đó? ………………………… …………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Bƣớc 4: Thiết kế PL39 16.Lập vẽ thiết kế nêu rõ kí hiệu loại vật liệu trong thiết kế ………………………… ………………………………………………… ….………………………………………………………………………… ….………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… 17.Nguyên vật liệu sử dụng Tên Nguyên Giá thành Số lƣợng sử liệu (VNĐ) dụng Tổng sô tiền TỔNG CHI PHÍ 18.Trình bày bước sản xuất gỗ cơng nghiệp? ………………………… ………………………………………………….… ………………………………………………………………………… …… ………………………………………………………………………… …… ……………………………………………………………………………… 19 Mô tả sản phẩm mẫu thử? ………………………… …………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Bƣớc 5: Kiểm nghiệm mẫu thử Khi mẫu thử hoàn thiện Mời giáo viên kiểm tra mẫu thử PL40 20 Thực nghiệm mẫu thử (có thể tiến hành kiểm tra sản phẩm mẫu thử để so sánh, phân tích đánh giá ưu điểm hạn chế sản phẩm mẫu) ………………………… ………………………………………………….… ………………………………………………………………………… …… ………………………… ………………………………………………….… ………………………………………………………………………… …… Bƣớc 6: Thu thập đánh giá kiểm tra kết 21 Thu thập, xử lý số liệu lập hồ sơ báo cáo bao gồm: bước tiến hành, tranh ảnh, videos trình thiết kế mẫu thử nhóm 22 Trưng bày mẫu thử hồ sơ trước lớp 23 Chuẩn bị nội dung thuyết trình nhóm Thời gian thuyết trình tối đa phút Nội dung thuyết trình: tập trung vào nội dung:  Mẫu thử đạt mục tiêu đề  Các nguyên vật liệu sử dụng - mục đích sử dụng tổng chi phí  Ưu điểm, nhược điểm phận mẫu thiết kế  Kết hoạt động nhóm Bƣớc 7: Cải tiến mẫu thử 24 So sánh mẫu thử nhóm với nhóm khác lớp Cải tiến hiệu mẫu ………………………… ………………………………………………….… ……………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… …… ……………………………………………………………………………… ………………………… ………………………………………………….… ………………………………………………………………………… …… PL41 25 Đánh giá mẫu thử nhóm theo rubric tiêu chí Mẫu thử………………………… Chƣa Trung đạt bình Tốt Hồn thành mục tiêu thiết kế đề Công sử dụng phận thiết kế Giá thành nguyên mẫu tốt Thao tác lắp đặt sử dụng dễ dàng Khả phát triển cải tiến mẫu 26 Bạn cải tiến mẫu để đạt hiệu sử dụng tốt hơn? ………………………… ………………………………………………….… PHIẾU ĐÁNH GIÁ SAU DỰ ÁN Đánh giá mức độ phù hợp Tiêu chí cách khoanh trịn vào mức tƣơng ứng: Tự quản lí Phân bố thời gian tổ chức 5 5 hoạt động hợp lý Tích cực tham gia hoạt động để thực dự án Làm việc nhóm Phân cơng nhiệm vụ cho thành viên nhóm cách khoa học Khả phối hợp, hợp tác thành viên nhóm PL42 Giải vấn đề Kết việc thực mục tiêu 5 5 5 đặt Thiết kế quy trình giúp q trình hồn thành mẫu thử nhanh tối ưu Kiến thức Hiểu nội dung chủ đề sau làm dự án Sử dụng kiến thức hỗ trợ nhóm hồn thành nhiệm vụ Giao tiếp Thuyết trình khoa học, nội dung xác, hấp dẫn, có tính thuyết phục Tích cực tham gia đóng góp ý kiến có ý kiến phản biện để xây dựng Dự án tốt Tổng điểm /50 Tính hấp dẫn dự án Khơng hấp dẫn Bình thường bạn? Hấp dẫn Rất hấp dẫn Đóng góp tốt bạn hoạt động nhóm? Bạn hỗ trợ thành viên nhóm nào? Những khó khăn bạn thực dự án gì? Bạn học qua dự án này? PL43 SỞ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO HÀ NỘI TRƢỜNG THPT NGUYỄN DU - THANH OAI ***** Chủ đề: Sản xuất gỗ công nghiệp HỒ SƠ HỌC TẬP CỦA NHÓM NHÓM SỐ:… …… Họ tên giáo viên hướng dẫn: Ngô Thanh Tĩnh Tổ chuyên môn: Vật lí - Cơng Nghệ - Thể dục - Quốc Phịng PL44 BẢNG PHÂN CƠNG NHIỆM VỤ CHO THÀNH VIÊN CỦA NHĨM TT Họ tên Vai trị Nhiệm vụ Trưởng nhóm Quản lý, tổ chức chung, phụ trách thiết kế báo cáo cho nhóm Thư ký Ghi chép, Lưu trữ hồ sơ học tập nhóm Thành viên Chuyên gia thiết kế Thành viên Chuyên gia kĩ thuật Thành viên Chuyên gia khoa học truyền thông Các nhiệm vụ dự kiến, thay đổi theo thực tế triển khai nhiệm vụ nhóm Một thành viên đảm nhận nhiều công việc KẾ HOẠCH THỰC HIỆN Vấn đề/Nhiệm vụ/Dự án cần thực hiện: PL45 Kế hoạch triển khai TT Hoạt động Sản phẩm Tiêu chí đánh giá PL46 Thời gian Ngƣời phụ trách CÁC TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ Phiếu đánh giá số 1: Đánh giá mẫu thử: sản phẩm gỗ công nghiệp Mẫu thử………………………… Chƣa Trung đạt bình Tốt Hồn thành mục tiêu thiết kế đề Công sử dụng phận thiết kế Giá thành nguyên mẫu tốt Thao tác lắp đặt sử dụng dễ dàng Khả phát triển cải tiến mẫu Phiếu đánh giá số 2: Đánh giá báo cáo thiết kế sản phẩm Tiêu chí Bản thiết kế kiểu dáng sản phẩm gỗ vẽ rõ Điểm tối Điểm đạt đa đƣợc ràng, đẹp, sáng tạo, khả thi; Giải thích rõ cấu tạo, tác dụng phận gỗ cơng nghiệp; Trình bày rõ ràng, logic, sinh động Tổng điểm 10 PL47 HƢỚNG DẪN TÌM HIỂU KIẾN THỨC NỀN (Thực nhà) Nhiệm vụ: Nghiên cứu kiến thức liên quan về:  Lực, áp lực, áp suất;  Lực tương tác phân tử;  Cấu tạo nguyên lý hoạt động máy nén thủy lực Tìm hiểu gỗ cơng nghiệp:  Các loại gỗ công nghiệp;  Các phần sản phẩm gỗ công nghiệp, cấu tạo, tác dụng nguyên liệu sản xuất phận  Quy trình bước sản xuất sản phẩm gỗ cơng nghiệp Hƣớng dẫn thực hiện:  Phân chia thành viên nhóm tìm hiểu nội dung nhiệm vụ;  Các thành viên đọc sách giáo khoa vấn đề phân cơng ghi tóm tắt lại;  Tìm hiểu mạng loại gỗ cơng nghiệp, lưu hình ảnh  Tìm hiểu cấu tạo nguyên liệu sản xuất phận gỗ công nghiệp, bước làm sản phẩm gỗ công nghiệp  Chia sẻ với thành viên nhóm kiến thức tìm hiểu PL48 TRƢNG BÀY VÀ GIỚI THIỆU SẢN PHẨM (Thực nhóm làm việc đề xu t giải pháp thiết kế sản phẩm gỗ công nghiệp báo cáo) Hƣớng dẫn:  Chia sẻ kiến thức tìm hiểu với thành viên nhóm  Thảo luận đề xu t giải pháp thiết kế sản phẩm gỗ công nghiệp  Vẽ thiết kế sản phẩm, giải thích tác dụng phận Bản vẽ cấu tạo sản phẩm gỗ công nghiệp: Bản thiết kế sản phẩm gỗ: Nhận xét góp ý giáo viên nhóm PL49 GĨP Ý VÀ CHỈNH SỬA SẢN PHẨM (Thực buổi trình bày sản phẩm)  Ghi lại góp ý, nhận xét nhóm giáo viên sản phẩm nhóm báo cáo  Đưa điều chỉnh cần thiết để hoàn thiện sản phẩm PL50 ...ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC NGÔ THANH TĨNH TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM CHỦ ĐỀ “CƠ HỌC” GẮN VỚI SẢN XUẤT KINH DOANH Chuyên ngành: Lý luận phƣơng pháp dạy học môn Vật lí... triển khoa học kỹ thuật Rất nhiều công trình nghiên cứu Vật lí ứng dụng thành công đời sống khoa học kỹ thuật Với lý chọn đề tài: Tổ chức dạy học STEM chủ đề “Cơ học? ?? gắn với sản xuất kinh doanh Mục... thuật tổ chức dạy học chủ đề tích hợp phát triển lực vật lí học sinh 1.4.1 Dạy học giải v n đề 1.4.1.1 Bản ch t Dạy học phát giải vấn đề PPDH GV đưa tình có vấn đề, gợi ý giúp HS tìm vấn đề, HS chủ