Thiết kế hoạt động STEM với thử thách tạo ra nam châm điện từ pin điện hóa (KLTN k41)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ ====== LÊ HUYỀN THƯƠNG 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: Phương pháp dạy học Vật lí Hà Nội, 2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ ====== LÊ HUYỀN THƯƠNG 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: Phương pháp dạy học Vật lí Người hướng 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 trường Đại học sư phạm Hà Nội tạo điều kiện cho em có mơi trường học tập tốt suốt thời gian em học tập, nghiên cứu trường Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn tới Thầy Nguyễn Anh Dũng giúp đỡ em suốt trình nghiên cứu trực tiếp hướng dẫn em hồn thành đề tài khóa luận tốt nghiệp Đồng thời, em xin bày tỏ lịng cảm ơn tới thầy Khoa Vật Lý trường Đại học sư 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 kinh nghiệm thực tiễn cịn nhiều hạn chế nên báo cáo tránh khỏi thiếu sót Vì em mong nhận 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 Thương LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan, hướng dẫn tận tình Th.S Nguyễn Anh Dũng, khóa luận tốt nghiệp đại học chuyên ngành Phương 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” 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 Thương DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CTGDPT Chương 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 tượng, khách thể, phạm vi nghiên cứu Câu hỏi giả thuyết nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Cấu trúc đề tài NỘI DUNG Chương 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 nước 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 hướng giáo dục STEM 16 Kết luận chương 18 Chương 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 chương 38 Chương DỰ KIẾN THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 39 3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 39 3.2 Đối tượng thực nghiệm 39 3.3 Phương 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 sư 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 chương 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 hướng giáo dục STEM trường 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 Như biết “Giáo dục quốc sách hàng đầu” Đảng Nhà nước ta Cùng với bước 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 coi 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 lượng thuộc lĩnh vực STEM Cho đến có nhiều quốc gia theo đuổi chương trình giáo dục STEM họ nhận thấy hướng đắn mang tính tất yếu bối cảnh cạnh tranh kinh tế quốc gia giới Vì dạy học theo định hướng giáo dục STEM hồn tồn có sở phù hợp với định hướng 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 sư phạm Đối tượng, khách thể, phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu Cách thức thiết kế hoạt động dạy học theo định hướng 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 Thường Tương Thỉnh xuyên đối thoảng Hiếm (4) thường (2) (1) xuyên (3) Tơi hồn thành cơng việc cá nhân nhóm Tơi theo điều hành trưởng nhóm Tơi chủ động tham gia thảo luận Tơi bày tỏ tôn trọng bạn Tôi đưa lí đáng cho ý kiến Tơi hiểu nhiệm vụ nhóm Xếp loại chung 32 STT Tiêu chí đánh giá Thường Tương Thỉnh xuyên đối thoảng Hiếm (4) thường (2) (1) xuyên (3) Chú ý: 4- Rất tốt; – Tốt; – Bình thường; 1- Chưa đạt 2.2.2 Phiếu đánh giá thành viên hoạt động nhóm Tiêu chí Họ tên người đánh giá: Nhóm: Thành viên Tổ Đóng chức góp ý trợ quản Hỗ Nhiệt Làm Tính tình, việc hiệu tưởng đồng nghiêm hợp đội lí nhóm 33 túc tác Chung Chú ý: 4- Rất tốt; – Tốt; – Bình thường; 1- Chưa đạt 2.3 Xây dựng rubric đánh giá lực HS Mức độ (4 điểm) (3 điểm) (2 điểm) (1 điểm) Tiêu chí Phác thảo Phác thảo Kỹ thuật Phác thảo Phác thảo vẽ Nam vẽ Nam châm vẽ 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 thiết bị hợp lí; lí để lắp ráp theo lựa chọn, sử Đọc vẽ phương án thiết dụng thiết kế lắp kế vật dụng, ráp theo thiết bị phương án thiết chưa kế hợp lí Nêu Đo suất điện Nêu 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 trường từ pin làm từ pin điện trường từ hóa chưa hành phế thải đề hóa hoạt động tốt; pin phế thải hoạt động xuất biện pháp Nêu nguy đề xuất tốt; Nêu khắc phục; Đo ô nhiễm môi biện pháp nguy suất điện trường từ pin phế khắc phục; ô nhiễm động pin; thải chưa Đo môi trường Nam châm đề xuất biện suất điện từ pin phế điện làm từ pin pháp khắc phục; động thải điện hóa hoạt pin chưa đề động tốt nam châm xuất điện làm từ biện pháp pin điện khắc phục; hóa chưa 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 35 Tham gia Tham thuyết gia thuyết phẩm Mức độ (4 điểm) (3 điểm) (2 điểm) (1 điểm) Tiêu chí vẽ thiết kế ưu, tự tin, phân thuyết trình sản phẩm; nhược điểm sản tích vẽ chưa tự tin ưu, phẩm nhóm thiết kế chưa nhược điểm sản phẩm; phân tích sản phẩm vẽ thiết nhóm Tìm kế sản bất phẩm hợp lí phản biện từ nhóm HS khác đưa phản biện, câu trả lời hợp lí Có phân cơng Có phân cơng Có phối Chưa có cơng việc: thư cơng việc: thư 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 vẽ thiết kế, chưa có phân công HS công thuyết Làm việc cụ, vật liệu; Có HS sản phẩm nhóm phối việc HS hợp phối hợp nhóm chưa 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 vẽ thiết thuyết trình vẽ thiết kế, chưa kế, vẽ thiết kế, sản phẩm hợp lí phẩm sản phẩm 37 sản Kết luận chương Trong chương này, khóa luận vận dụng sở lý luận chương 1, phân tích nội dung chương trình Vật lý 11 lựa chọn kiến thức phù hợp, lựa chọn để tổ chức dạy học theo định hướng STEM Kết chương tóm tắt 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 Chương DỰ KIẾN THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm Thực nghiệm sư 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 lượng dạy học Vật lý trường THPT Cụ thể trả lời câu hỏi sau: Thiết kế hoạt động dạy học STEM có tạo giúp HS rèn luyện, phát triển tư 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 tượng thực nghiệm Học sinh trường THPT – khối 11 3.3 Phương 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 sư 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 thuận lợi khó khăn dạy học theo định hướng GD STEM 39 - Thực dạy học theo Thiết kế hoạt động dạy học STEM lớp thực nghiệm dạy học theo phương 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 sau: + Khơng khí lớp học: sơi nổi, hào hứng học tập, hay trầm lắng, buồn tẻ, hờ hững với nhiệm vụ học tập GV đưa + Số HS phát biểu nêu dự đoán giả thyết khoa học, bảo vệ giả thuyết hay bác bỏ giả thuyết, trình bày phương 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 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 hướng 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 Chương 3.6 Dự kiến kết thực nghiệm sư phạm 3.6.1 Dự kiến diễn biến tiết day thực nghiệm - GV đưa câu hỏi gây mâu thuẫn nhận thức HS, HS hướng 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 nguyên vật liệu để thiết kế pin điện hóa thắp sáng bóng đèn led Các nhóm đo suất điện động pin - Trong trình làm việc nhóm, thành viên nhóm đưa ý kiến cá nhân, tích cực tham gia hoạt động, làm tốt nhiệm vụ giao phân công nhóm trưởng - Ở nhiệm vụ thứ hai, GV đưa thi nhóm với thử thách tạo Nam châm điện từ nguồn pin điện hóa vừa làm nhiệm vụ thứ Trong nhiệm vụ này, nhóm trình bày sản phẩm nhóm hình thức thuyết trình sản phẩm Nam châm điện tạo từ nguồn pin điên hóa thi nhóm xem lực hút nam châm mạnh - Các nhóm đọc tài liệu tham khảo nắm cấu tạo Nam châm điện Nhóm trưởng 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 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 ưu, nhược 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 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 vịng dây đồng, lõi sắt,…) đưa cách làm thay đổi từ trường nam châm điện - Các nhóm tự tổng kết kết thi thuyết trình sản phẩm thi lực hút nam châm mạnh hơn, đưa 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 chương Trong chương này, khóa luận dự kiến thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá thiết kế hoạt động STEM với thử thách tạo pin điện hóa thiết kế mục 2.1 chương đưa đươc: - Mục đích thực nghiệm sư phạm - Đối tượng thực nghiệm - Phương pháp tiến hành - Nhiệm vụ thực nghiệm - Nội dung thực nghiệm - Dự kiến kết thực nghiệm sư 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 nhiệm vụ sau: - Hệ thống hóa góp phần làm sáng tỏ sở lý luận giáo dục STEM, dạy học môn Vật lý theo định hướng 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 sư phạm 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu [1-tr63-71] Lương 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 Phước 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 hướng giáo dục STEM” [4] Người hướng dẫn khoa học: TS Tăng Thị Thùy, sinh viên thực khóa luận: Hồng thị Yến – Trường 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 ... giáo dục STEM Chương 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 TƯỞNG DẠY... vẽ Nam vẽ Nam châm vẽ 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. .. Hoạt động Nội dung Mục tiêu Thời gian Thử thách tạo Thiết kế Nam - HS lựa chọn vật liệu châm điện từ phù hợp để thiết kế Nam 20 châm điện từ pin điện phút Nam châm điện từ nguồn pin điện nguồn pin