Tổ chức hoạt động giáo dục STEM cho học sinh các trường tiểu học trên địa bàn thành phố thái nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM –––––––––––––––––– TRẦN THU TRANG TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG GIÁO DỤC STEM CHO HỌC SINH CÁC TRƯỜNG TIỂU HỌC TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN Ngành: Giáo dục học (Giáo dục tiểu học) Mã số: 8.14.01.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN THỊ THU HẰNG Thái Nguyên, 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực có nguồn gốc trích dẫn rõ ràng Những kết luận khoa học luận văn chưa cơng bố cơng trình TÁC GIẢ LUẬN VĂN Trần Thu Trang LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Thị Thu Hằng, người tận tình hướng dẫn, bảo giúp đỡ tơi suốt q trình nghiên cứu đề tài Tơi xin chân thành cảm ơn thầy, cô giảng viên trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên, khoa Giáo dục tiểu học, khoa sau Đại học tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Do thời gian có hạn lực thân cịn hạn chế nên luận văn không tránh khỏi thiếu sót định, tơi mong nhận ý kiến đóng góp nhà giáo, nhà khoa học bạn đồng nghiệp để luận văn hoàn chỉnh Xin trân trọng cảm ơn! TÁC GIẢ LUẬN VĂN Trần Thu Trang MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .iv DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ v MỞ ĐẦU .1 Lí chọn đề tài Mục đích nghiên cứu .2 Khách thể đối tượng nghiên cứu .2 Giới hạn phạm vi nghiên cứu Giả thuyết khoa học .3 Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Cấu trúc luận văn .4 CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 1.1 Tổng quan lịch sử nghiên cứu giáo dục STEM .5 1.1.1 Giáo dục STEM giới 1.2 Một số vấn đề giáo dục STEM 10 1.2.1 Khái niệm STEM 10 1.2.2 Khái niệm giáo dục STEM 12 1.2.3 Mục tiêu giáo dục STEM 13 1.2.4 Mối liên hệ tương tác lĩnh vực giáo dục STEM 14 1.2.5 Các đường giáo dục STEM cho học sinh 16 1.3 Hoạt động trải học 19 nghiệm chương trình giáo dục tiểu 1.3.1 Khái niệm .19 1.3.2 Mục tiêu 19 1.3.3 Đặc 19 điểm 1.3.4 Vai trò 20 1.3.5 Khả tổ chức hoạt động trải nghiệm cho học sinh tiểu học theo định hướng giáo dục STEM .20 1.4 Khái quát đặc điểm tâm sinh lý học sinh tiểu học với việc tổ chức hoạt động giáo dục STEM 21 1.4.1 Khái quát đặc điểm tâm sinh lý học sinh tiểu học 21 1.4.2 Vai trò tổ chức hoạt động giáo dục STEM cho học sinh tiểu học 22 1.5 Thực trạng tổ chức hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM trường tiểu học địa bàn Thành phố Thái Nguyên .23 1.5.1 Mục đích 23 điều tra 1.5.2 Kế hoạch điều .24 tra 1.5.3 Tiến hành 24 tra điều 1.5.4 Đánh giá kết điều tra .24 1.6 Tiểu kết chương .28 CHƯƠNG TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG GIÁO DỤC STEM CHO HỌC SINH Ở CÁC TRƯỜNG TIỂU HỌC TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN 29 2.1 Nguyên tắc tổ chức hoạt động giáo dục STEM cho học sinh tiểu học trường tiểu học địa bàn thành phố Thái Nguyên 29 2.1.1 Đảm bảo phù hợp với đặc điểm tâm sinh lý học sinh tiểu học 29 2.1.2 Đảm bảo gắn với bối cảnh thành phố Thái Nguyên 30 2.1.3 Đảm bảo tính sinh động, hấp dẫn truyền cảm hứng học tập cho học sinh 30 2.1.4 Đảm bảo tính liên mơn giáo dục STEM .31 2.1.5 Đảm bảo “tạo ra” sản phẩm sau học sinh tham gia hoạt động 31 2.2 Quy trình tổ chức hoạt động giáo dục STEM cho học sinh tiểu học trường tiểu học địa bàn Thành phố Thái Nguyên 31 2.2.1 Thiết kế hoạt động giáo dục STEM 31 2.2.2 Tổ chức hoạt động giáo dục STEM 34 2.2.3 Đánh giá hoạt động giáo dục STEM 36 2.3 Một số biện pháp tổ chức hoạt động giáo dục STEM cho học sinh tiểu học thành phố Thái Nguyên .38 2.3.1 Xây dựng nội dung giáo dục STEM gắn với nội dung giáo dục địa phương .38 2.3.2 Sử dụng kết hợp nhiều phương pháp dạy học khác tổ chức hoạt động giáo dục STEM 40 2.3.3 Kết hợp đánh giá trình đánh giá kết hoạt động giáo dục STEM cho học sinh tiểu học 41 2.3.4 Xây dựng mối quan hệ nhóm giáo viên phụ huynh học sinh để tổ chức hoạt động giáo dục STEM .42 2.4 Minh họa thiết kế số hoạt động giáo dục STEM cho học sinh cuối cấp Tiểu học .43 2.4.1 Thiết kế thiết bị lọc nước để bảo vệ môi trường .43 2.4.2 Thiết kế bao bì sản phẩm chè Tân Cương – Thái Nguyên 47 2.4.3 Thiết kế thiết bị bắt muỗi đơn giản 50 2.4.4 Thiết kế tuabin nước tạo điện 53 2.4.5 Em tập làm kĩ sư trồng chè 56 2.5 Tiểu kết chương .59 CHƯƠNG THỬ NGHIỆM SƯ PHẠM 60 3.1 Mục đích thử nghiệm sư phạm 60 3.2 Nhiệm vụ thử nghiệm 60 3.3 Đối tượng, địa bàn thử nghiệm 60 3.4 Tổ chức thử nghiệm 61 3.5 Nội dung thử nghiệm 62 3.6 Kết thử nghiệm 66 3.6.1 Đánh giá định lượng 66 3.6.2 Đánh giá định tính .69 3.6.3 Đánh giá hứng thú học tập học sinh 71 3.7 Những kết luận rút từ thử nghiệm 72 3.8 Tiểu kết chương .73 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 75 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CƠNG BỐ CĨ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN .77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 PHỤ LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT STEM Science, Technology, Engineering, Mathematics STEAM Science, Technology, Engineering, Art, Mathematics THCS Trung học sở THPT Trung học phổ thông CNTT Công nghệ thông tin PPDH Phương pháp dạy học DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Sự hiểu biết giáo viên STEM 24 Bảng 1.2 Sự phát triển lực học sinh thông qua giáo dục STEM .25 Bảng 1.3 Mức độ tổ chức hoạt động STEM trường tiểu học 25 Bảng 1.4 Đánh giá mức độ tham gia học sinh hoạt động STEM 26 Bảng 1.5 Những thuận lợi khó khăn giáo viên trình tổ chức hoạt động giáo dục STEM 27 Bảng 2.1 Phiếu đánh giá trình tham gia, kết hoạt động học sinh 41 Bảng 3.1 Kế hoạch thử nghiệm 63 Bảng 3.2 Bảng tiêu chí đánh giá xếp loại học sinh 64 Bảng 3.3 Kết kiểm tra trước thử nghiệm 67 Bảng 3.4 Kết kiểm tra sau thử nghiệm 68 DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ Hình 1.1 Mối liên quan Khoa học, Cơng Nghệ, Kĩ thuật Tốn học giáo dục STEM 16 Hình 1.2 Chủ đề STEM dạy môn học .16 Hình 1.3 Chủ đề STEM dạy nhiều mơn học 17 Hình 1.4 Chủ đề STEM môn phối hợp .17 Sơ đồ 2.1 Quy trình tổ chức hoạt động giáo dục STEM 38 Hình 3.1 Biểu đồ biểu diễn tần suất kết kiểm tra trước thử nghiệm 67 Hình 3.2 Biểu đồ biểu diễn tần suất kết kiểm tra sau thử nghiệm .68 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN v http://lrc.tnu.edu.vn S ự c hQ u ả nP h Đ n h Các yếu tố khác : ………………………………………………………… Câu 9: Theo thầy/cô, dạy học tích hợp có phải giáo dục STEM khơng? Câu 10: Các thầy/cô đặc điểm mà thầy/cô cho giáo dục STEM dạy học tích hợp? Xin chân thành cảm ơn giúp đỡ đóng góp ý kiến Qúy thầy/cô giáo! Phụ lục 1.2 Phiếu hỏi hứng thú học sinh sau chủ đề H R K Đ ọ h ấ v ô n àE t n m hi ểC ác E m đ E m th aE m bi ết E m th íc Phụ lục Kế hoạch chủ đề STEM thử nghiệm Chủ đề: Thiết kế thiết bị lọc nước để bảo vệ môi trường I Mục tiêu Mục tiêu chủ đề: - Kiến thức: Học sinh trình bày chế hoạt động thiết bị lọc nước Học sinh vận dụng kiến thức để chế tạo máy lọc nước - Kĩ năng: Học sinh biết sử dụng nguyên liệu để chế tạo thiết bị lọc nước Tính tốn ngun liệu sử dụng chủ đề Thu thập, xử lí thơng tin từ nguồn khác để đưa kết luận - Thái độ: Nâng cao ý thức bảo vệ môi trường, bảo vệ nguồn nước Kiến thức STEM chủ đề: - Khoa học (S): Kiến thức số cách làm nước bảo vệ môi trường - Công nghệ (T): Chế tạo thiết bị lọc nước dựa nguyên vật liệu có - Kĩ thuật (E): Bản vẽ quy trình tạo thiết bị lọc nước - Tốn học (M): Tính khối lượng vật liệu Tính diện tích, thể tích bể lọc chứa nước II Chuẩn bị Giáo viên: Kế hoạch giảng dạy, tài liệu tham khảo thiết bị lọc nước Các nguyên liệu: bông, giấy lọc, cát, than bột, sỏi,… Học sinh: Tài liệu thực trạng nguồn nước sinh hoạt, nhu cầu sử dụng nước,… Các dụng cụ để thiết kế thiết bị lọc nước: hai chai nhựa trong, kéo, thước, bút,… III Các hoạt động dạy học chủ yếu Hoạt động 1: Tìm hiểu thực trạng vai trò nguồn nước người (Khám phá) - Giáo viên sử dụng phương pháp đàm thoại dựa hệ thống câu hỏi: (1) Em sinh sống đâu? (2) Em thấy nguồn nước nơi em sống sử dụng vào sống hàng ngày nào? (3) Theo em, nguồn nước có vai trò đời sống người? (4) Em có nhận xét nguồn nước kênh gần trường học chúng ta? (5) Em làm để làm nguồn nước đó? - Từ đó, giáo viên dẫn dắt học sinh thực nhiệm vụ: Thiết kế, chế tạo thiết bị lọc nước Hoạt động 2: Xây dựng ý tưởng thiết bị lọc nước (Thử nghiệm) - Giáo viên giới thiệu kiểm tra đồ dùng, nguyên liệu yêu cầu học sinh chuẩn bị từ trước - Giáo viên chia lớp thành nhóm học sinh nêu vấn đề: + Để tạo thiết bị lọc nước cần chuẩn bị gì? + Các em lên ý tưởng vẽ thiết kế máy lọc nước nhóm - Giáo viên gợi ý cho học sinh thiết kế thiết bị lọc nước theo gợi ý: + Kết cấu, kiểu dáng thiết bị lọc nước? + Thiết bị có thành phần nào? + Việc xếp thứ tự nguyên liệu để lọc nước đạt hiệu quả? - Các nhóm học sinh trình bày ý tưởng nhóm trước lớp Học sinh nhận xét, giáo viên hướng dẫn, đưa quy trình chế tạo máy lọc nước: (1) Cắt phần đáy chai thứ đục vài lỗ nắp chai; (2) Cắt phần đầu chai thứ hai; (3) Lật ngược chai thứ vào phần lại chai thứ hai; (4) Lần lượt để vào chai thứ nhất: bông, lớp sỏi nhỏ, lớp cát, lớp than bột, lớp cát; (5) Đổ nước đục vào chai thứ để thiết bị bắt đầu lọc nước Hoạt động 3: Thực hành chế tạo thiết bị lọc nước (Nghiên cứu) Học sinh sử dụng nguyên liệu dụng cụ để tiến hành chế tạo thiết bị lọc nước Nhóm trưởng phân cơng thành viên nhóm thực chế tạo chi tiết nhỏ dựa vẽ vừa thiết kế + Đục vài lỗ nắp chai; đo đạc tính tốn cho diện tích chai thứ úp ngược vào phần lại chai thứ hai vừa vặn, không rộng không chật q + Tính tốn cho khối lượng lớp nguyên liệu đặt vào chai vừa đủ; khối lượng lớp phù hợp + Tiến hành xếp lớp vào chai + Hoàn thiện sản phẩm + Tiến hành kiểm tra lại chi tiết thiết bị lắp chưa, … Hoạt động 4: Báo cáo, chia sẻ thiết bị lọc nước (Báo cáo chia sẻ) - Tổ chức cho nhóm thi lọc nước xem thiết bị nhóm lọc nhiều nước hơn, nhanh - Tổ chức cho nhóm tiến hành báo cáo, chia sẻ thiết bị lọc nước nhóm (Vừa thuyết trình, vừa thao tác vận hành thiết bị để minh họa, đồng thời khó khăn biện pháp giải nhóm mình) - Tổ chức cho học sinh nhận xét, phản biện IV Đánh giá hoạt động giáo dục STEM Phiếu đánh giá trình kết hoạt động giáo dục STEM T êHoàn thành C uChuẩn h bị đầy u đủ ẩT Đề xh xuất u ý T tưởng Vẽ chi kh tiết h thực S C sả ý p ả ST ó n h S T E H o C h u ẩĐ 1ề ýk h nC gh h é C có h S T Chưa hồn Khơng chuẩn bị Khơng đề ý tưởng Không vẽ khôngý tưởng K c s ph ó ả h K ết Chủ đề: Thiết kế bao bì sản phẩm chè Tân Cương – Thái Nguyên I Mục tiêu Mục tiêu chủ đề: - Kiến thức: Học sinh biết giá trị chè Tân Cương nói riêng chè Thái Nguyên nói chung thị trường - Kĩ năng: Học sinh biết sử dụng nguyên liệu để thiết kế bao bì sản phẩm chè Tính tốn ngun liệu sử dụng Thu thập, xử lí thông tin từ nguồn khác để đưa kết luận - Thái độ: Nâng cao ý thức giữ gìn bảo vệ nghề truyền thống địa phương Kiến thức STEM chủ đề: - Công nghệ (T): Sử dụng nguyên liệu có sẵn thiết kế bao bì sản phẩm chè - Kĩ thuật (E): Bản vẽ bao bì sản phẩm - Tốn học (M): Kiến thức hình hộp chữ nhật, hình lập phương, hình trụ II Chuẩn bị Giáo viên: Kế hoạch giảng dạy, tài liệu tham khảo mẫu bao bì chè Học sinh: Tài liệu thực trạng nhu cầu mẫu bao bì sản phẩm việc buôn bán chè Các dụng cụ để thiết kế mẫu bao bì sản phẩm: giấy màu, bìa tơng, màu, kéo, keo,… III Các hoạt động dạy học chủ yếu Hoạt động 1: Tìm hiểu thực trạng vai trị bao bì sản phẩm chè (Khám phá) - Giáo viên sử dụng phương pháp đàm thoại dựa hệ thống câu hỏi: (1) Em sinh sống đâu? (2) Em thấy quê tiếng gì? (3) Em thấy người đựng chè vào đâu? (4) Em nghĩ bao bì sản phẩm có vai trò việc tiêu thụ chè? (5) Em làm để quảng bá chè Thái Nguyên giới? - Từ đó, giáo viên dẫn dắt học sinh thực nhiệm vụ: Thiết kế bao bì sản phẩm chè Tân Cương – Thái Nguyên Hoạt động 2: Xây dựng ý tưởng bao bì sản phẩm chè (Thử nghiệm) - Giáo viên giới thiệu kiểm tra đồ dùng, nguyên liệu yêu cầu học sinh chuẩn bị từ trước - Giáo viên chia lớp thành nhóm học sinh nêu vấn đề: + Để tạo mẫu bao bì chè cần có ngun liệu dụng cụ gì? + Các em lên ý tưởng vẽ thiết kế mẫu bao bì sản phẩm chè nhóm - Giáo viên gợi ý cho học sinh thiết kế bao bì chè theo gợi ý: + Kết cấu, kiểu dáng bao bì + Việc phân bố thơng tin, nội dung bao bì + Cách đóng, mở bao bì - Các nhóm học sinh trình bày ý tưởng nhóm trước lớp - Học sinh nhận xét, giáo viên nhận xét Hoạt động 3: Thực hành thiết kế bao bì sản phẩm chè (Nghiên cứu) Học sinh sử dụng nguyên liệu dụng cụ để tiến hành thiết kế mẫu bao bì dản phẩm chè Nhóm trưởng phân cơng thành viên nhóm thực chế tạo chi tiết nhỏ dựa vẽ vừa thiết kế + Lựa chọn ngun liệu bao bì mà nhóm muốn (có thể bao bì làm từ giấy, chai nhựa, bìa tơng,…) + Đo đạc, tính tốn kích thước bao bì muốn làm + Lựa chọn màu sắc, nội dung thông tin phù hợp để ghi bao bì (Tên sản phẩm từ kêu gọi hành động mua hàng; hình ảnh; thông tin, cách dùng chè; hạn sử dụng;…) + Hoàn thiện sản phẩm Hoạt động 4: Báo cáo, chia sẻ mẫu bao bì sản phẩm chè (Báo cáo chia sẻ) - Tổ chức cho nhóm trưng bày sản phẩm; bình chọn xem sản phẩm nhóm đẹp nhất, thu hút - Tổ chức cho nhóm tiến hành báo cáo, chia sẻ mẫu bao bì nhóm Đồng thời khó khăn biện pháp giải nhóm - Tổ chức cho học sinh nhận xét, phản biện IV Đánh giá hoạt động giáo dục STEM Phiếu đánh giá trình kết hoạt động giáo dục STEM T Hoàn êthành C Chuẩn h bị đầy u đủ ẩT Đề h xuất x u H o C h m ột Đ ề n hn Chưa hồn Khơng chuẩn đồ dùng Khơng đề ý tưởng ý hb àđ tưởng trình T h k h bày Vẽ chirõ tiết thực ý S ả S T ợ C hỉ tư k Không vẽ không ý hc tưởng htư tưởng C sả p C K c s ó n h ó h ó ả ST n p E hhi h ệtr o K ế Phụ lục Phiếu kiểm tra trước sau thử nghiệm Họ tên: ………………………………………………………………………… Lớp : ………………………………………………………………………… Câu hỏi 1: Hãy tưởng tưởng nhà khoa học, em đề xuất ý tưởng để bảo vệ môi trường nước em sống? Câu hỏi 2: Em vẽ, thực hóa số ý tưởng bảo vệ môi trường nước em Câu hỏi 3: Kể tên tứ đại danh trà Thái Nguyên Câu hỏi 4: Là người dân Thái Nguyên, em làm để quảng bá thương hiệu chè Tân Cương – Thái Nguyên giới? Câu hỏi 5: Em thiết kế mẫu bao bì sản phẩm chè Tân Cương – Thái Nguyên để thực hóa ý tưởng Phụ lục MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỬ NGHIỆM Hình ảnh kiểm tra học sinh trước thử nghiệm Hình ảnh kiểm tra học sinh sau thử nghiệm Hình ảnh kiểm tra học sinh sau thử nghiệm Hình ảnh học sinh tham gia thảo luận nhóm Hình ảnh học sinh tham gia thuyết trình sản phẩm nhóm ... HỌC TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN 2.1 Nguyên tắc tổ chức hoạt động giáo dục STEM cho học sinh tiểu học trường tiểu học địa bàn thành phố Thái Nguyên Để tổ chức hoạt động giáo dục STEM cho học. .. trình tổ chức hoạt động giáo dục STEM cho học sinh tiểu học trường tiểu học địa bàn Thành phố Thái Nguyên 31 2.2.1 Thiết kế hoạt động giáo dục STEM 31 2.2.2 Tổ chức hoạt động giáo dục STEM. .. 1.6 Tiểu kết chương .28 CHƯƠNG TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG GIÁO DỤC STEM CHO HỌC SINH Ở CÁC TRƯỜNG TIỂU HỌC TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN 29 2.1 Nguyên tắc tổ chức hoạt động giáo dục STEM cho