Xây dựng khung năng lực giải quyết vấn đề trong giáo dục khoa học robot của học sinh trung học cơ sở

Trong bài viết này, trên cơ sở khảo cứu tài liệu, bài viết trình bày việc đề xuất khung năng lực giải quyết vấn đề trong giáo dục khoa học robot để làm rõ những đặc trưng trong tư duy giải quyết các vấn đề trên cơ sở công nghệ hiện đại.

HNUE JOURNAL OF SCIENCE DOI: 10.18173/2354-1075.2020-0089 Educational Sciences, 2020, Volume 65, Issue 7, pp 184-196 This paper is available online at http://stdb.hnue.edu.vn XÂY DỰNG KHUNG NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ TRONG GIÁO DỤC KHOA HỌC ROBOT CỦA HỌC SINH TRUNG HỌC CƠ SỞ Lê Hải Mỹ Ngân1 Nguyễn Văn Biên2* Khoa Vật lí, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh Khoa Vật lí, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Tóm tắt Năng lực giải vấn đề lực chung cốt lõi cần phát triển học sinh chương trình giáo dục phổ thơng 2018 Giáo dục STEM nhấn mạnh chương trình 2018 xem môi trường thuận lợi để rèn luyện lực giải vấn đề học sinh Một vấn đề thực tiễn quan tâm lĩnh vực giáo dục STEM khoa học robot, lĩnh vực có tích hợp cao kiến thức kĩ Trong báo này, cở sở khảo cứu tài liệu, đề xuất khung lực giải vấn đề giáo dục khoa học robot để làm rõ đặc trưng tư giải vấn đề sở công nghệ đại Khung lực đóng góp vào việc xác định mục tiêu hoạt động dạy học đánh giá lực giải vấn đề HS chủ đề STEM lĩnh vực khoa học robot Từ khoá: khung lực, lực giải vấn đề, giáo dục khoa học robot, giáo dục STEM Mở đầu Hiện nay, ngành công nghiệp chế tạo robot việc phát triển hệ thống tự động hóa ngày phát triển khoa học robot nhiều nhà nghiên cứu đề cập đến công nghệ có tiềm lớn để tác động đến giáo dục [1-3] Vấn đề đưa robot vào giáo dục ngày quan tâm nhiều nghiên cứu giới thực việc kết hợp khoa học robot giáo dục, đặc biệt tích hợp lĩnh vực khoa học robot giáo dục STEM Giáo dục khoa học robot (KH robot) xem xét việc dạy học học sinh (HS) sử dụng thao tác robot để khám phá kiến thức thuộc nhiều lĩnh vực tích hợp, ứng dụng vào giải vấn đề thực tiễn theo định hướng tích hợp giáo dục STEM [2, 4] Để người học trở thành chủ thể việc sử dụng vận hành robot việc đưa khoa học robot vào giáo dục không vấn đề tiếp cận cơng nghệ mới, mà quan trọng lí thuyết giáo dục việc thực giảng dạy chủ đề STEM - khoa học robot (STEM-Robotics) [1] Trong giáo dục STEM, HS tự tìm hiểu lắp ráp phận cấu thành robot từ đưa phương án thiết kế phù hợp thực hành, thử nghiệm để giải vấn đề cụ thể Thơng qua đó, HS tìm hiểu phát triển lực liên quan giáo dục STEM Một lực quan trọng cốt lõi HS cần đạt giáo dục STEM lực giải vấn đề (GQVĐ) [5-9] Nhiều nghiên cứu cho thấy hiệu hoạt động khoa học robot lực GQVĐ HS [10, 11] Tuy nhiên, việc tổ chức dạy chủ đề STEM-khoa học Ngày nhận bài: 15/4/2020 Ngày sửa bài: 13/7/2020 Ngày nhận đăng: 20/7/2020 Tác giả liên hệ: Nguyễn Văn Biên Địa e-mail: biennv@hnue.edu.vn 184 Xây dựng khung lực giải vấn đề giáo dục khoa học robot học sinh trung học sở robot có yếu tố đặc trưng liên quan đến ngun lí hoạt động cơng cụ robot sử dụng [2, 12, 13] Vì vậy, trình tiếp cận giải vấn đề giáo dục KH robot có đặc trưng khác biệt gắn liền với cấu tạo, nguyên lí hoạt động sản phẩm robot sở giáo dục KH robot Hiện việc dạy học KH robot Việt Nam trở ngại điều kiện sở vật chất nội dung, cách thức triển khai hình thức đánh giá phù hợp Bên cạnh đó, số nghiên cứu đề cập lứa tuổi HS trung học sở (THCS) thời điểm tốt để thu hút hứng thú HS lĩnh vực STEM [14, 15] Như vậy, tổ chức dạy học chủ đề STEM lĩnh vực khoa học robot lĩnh vực cần nghiên cứu sâu để tạo tảng sở cho việc triển khai hiệu HS Trong báo này, đề xuất khung lực giải vấn đề giáo dục khoa học robot sở cho việc hoạt động dạy học chủ đề STEM-khoa học robot Việc nghiên cứu xây dựng khung lực GQVĐ chủ đề STEM-khoa học robot đóng góp ý nghĩa lí luận thực tiễn việc triển khai giáo dục STEM nhà trường, đặc biệt lĩnh vực cơng nghệ tính tích hợp khoa học tự nhiên nhấn mạnh chương trình giáo dục phổ thơng 2018 Nội dung nghiên cứu 2.1 Cơ sở xây dựng cấu trúc lực giải vấn đề giáo dục khoa học robot 2.1.1 Robot khoa học robot Theo định nghĩa NASA, KH robot lĩnh vực nghiên cứu robot, robot hiểu hệ thống máy móc sử dụng để thực nhiệm vụ Cấu tạo robot gồm phận thể Hình 1, bao gồm: (1) cảm biến ghi nhận tín hiệu, (2) não xử lí thơng tin đưa “mệnh lệnh”, (3) phận thực thao tác tương tác với mơi trường bên ngồi [1, 16] Nhiệm vụ robot “thao tác” robot cần thực hiện, để thực nhiệm vụ robot cần phải nhận thông tin đầu vào thông qua cảm biến Các thông tin ghi nhận não Bộ não robot trung tâm xử lí thơng tin, kết hợp với “kiến thức” “mệnh lệnh” thiết lập, não đưa kết sau tác động đến phận thực nhiệm vụ Bộ phận cần phải thực “thao tác” theo thiết lập Đây nguyên tắc hoạt động robot Hình Sơ đồ phận nguyên tắc hoạt động robot [14] 2.1.2 Giáo dục khoa học robot giáo dục STEM Nghiên cứu tổng hợp vào năm 2018 tác giả Angle-Fernandez đưa định nghĩa phù hợp lĩnh vực giáo dục khoa học robot [15] khẳng định vai trị cơng cụ robot hoạt động học tập Sản phẩm robot giáo dục KH robot sản phẩm thể đầy đủ đặc trưng tính chất robot để giúp HS hiểu ứng dụng robot giải vấn đề Trong giáo dục KH robot, HS (1) chiếm lĩnh kiến thức với cơng cụ robot (2) sử dụng robot để xây dựng “tri thức” cho khoa học robot [16] Theo hướng tiếp cận (1), robot công cụ để dạy học môn học khác liên quan cấp học 185 Lê Hải Mỹ Ngân Nguyễn Văn Biên khác Theo hướng tiếp cận (2), robot đối tượng học tập, người học giải vấn đề tập trung vào môn học liên quan đến thiết kế, chế tạo vận hành robot Như vậy, hướng tiếp cận này, khoa học tự nhiên có gắn kết chặt chẽ, sở khoa học cho việc vận hành thiết lập thông tin cho não robot Giáo dục KH robot bối cảnh học tập hiệu cho giáo dục STEM nhà trường Nhiều nghiên cứu khẳng định giáo dục KH robot, HS phải trực tiếp sử dụng, thiết kế chế tạo robot, dù mức độ đơn giản [17] Nghiên cứu tổng hợp [3] nhấn mạnh quan điểm tiếp cận giáo dục KH robot theo hướng vừa công cụ vừa đối tượng có liên quan chặt chẽ với giáo dục STEM Trong nghiên cứu này, tiếp cận giáo dục KH robot lĩnh vực học tập giáo dục STEM Giáo dục STEM – khoa học robot hướng đến vấn đề thực tiễn đời sống, giải pháp để giải vấn đề robot hay hệ thống tự động hóa Các nội dung thuộc lĩnh vực khác gắn kết với phận robot thể Hình - Kiến thức kĩ thuật công nghệ tảng để thiết kế, chế tạo vận hành sản phẩm đáp ứng yêu cầu Sản phẩm giáo dục KH robot sản phẩm vật chất hữu hình Kiến thức công nghệ, kĩ thuật tin học tảng cho việc tìm hiểu phận robot để thiết kế chế tạo robot Sự gắn kết thể mũi tên liền nét (Hình 2) Robot đối tượng học tập - Kiến thức khoa học toán học dùng để thiết lập “thuộc tính tư duy” cho robot, hay nói cách khác tảng kiến thức để thiết lập mệnh lệnh cho phận robot Khi robot bối cảnh, cơng cụ học tập để khám phá kiến thức khoa học toán học Mối liên hệ thể dấu mũi tên đứt nét Hình Hình Sự gắn kết lĩnh vực với phận robot 2.1.3 Năng lực giải vấn đề Kết phân tích PISA năm 2012 đề cập lực GQVĐ “khả cá nhân thơng hiểu giải tình vấn đề giải pháp giải chưa rõ ràng…” [18] Tiến trình GQVĐ phân tích PISA 2012 gồm trình tư duy: xác định trình bày vấn đề; hệ thống hố thơng tin; đề xuất kế hoạch thực hiện; kiểm điều chỉnh Trong tổng kết PISA 2015 [19], lực GQVĐ hợp tác làm rõ mức độ phát triển hành vi Kết luận mức độ đạt hành vi lực GQVĐ hợp tác PISA cho thấy mức độ biểu hành vi phát triển dựa sở mức độ tự lực hành động HS mức độ phức tạp điều kiện ban đầu vấn đề cần giải Trong chương trình giáo dục phổ thông 2018 Việt Nam, khung lực GQVĐ cho HS THCS gồm thành tố lực: nhận ý tưởng mới; phát làm rõ vấn đề; hình thành triển khai ý tưởng mới; đề xuất, lựa chọn giải pháp; thiết kế tổ chức hoạt động; tư độc lập Trong thành tố biểu hành vi đề cập rõ [20] 186 Xây dựng khung lực giải vấn đề giáo dục khoa học robot học sinh trung học sở 2.1.4 Giải vấn đề theo tư máy tính Wing (2006) đề cập tư máy tính (Computational Thinking) đường GQVĐ, thiết kế hệ thống giúp hiểu hành vi người dựa khái niệm liên quan khoa học máy tính [21] Cộng đồng quốc tế công nghệ giáo dục (International Society for Technologgy in Education - ISTE) Hiệp hội giáo viên khoa học máy tính (Computer Science Teachers Association - CSTA) đề cập tư máy tính kĩ cần thiết giáo dục phổ thông [22] Nhiều nghiên cứu tư tính tốn với cốt lõi tư phân tích hệ thống hố thơng tin (decompostion abstraction) sử dụng để giải vấn đề thực tiễn [23] Trong nghiên cứu này, tiếp cận tư máy tính với q trình tư gắn kết với trình tư GQVĐ thể bảng [31, 34, 35] Bảng Đối chiếu tư giải vấn đề tư máy tính Tư GQVĐ Tư máy tính Mơ tả Xác định Đối chiếu trình bày vấn đề Xác định, làm rõ vấn đề thông tin cần thiết liên quan Nghiên cứu tìm Phân tích hiểu thông tin Xác định mối liên hệ Lập luận phân tích vấn đề thành đối tượng nghiên cứu thành phần Xác định thông tin liên hệ phản ánh kết nối đối tượng nghiên cứu tổng thể chung để tìm giải pháp hiệu Hệ thống hố Hệ thơng tin hố thống Lựa chọn thơng tin đặc tính quan trọng, quy luật đối tượng nghiên cứu, cần thiết giải pháp Đề xuất kế Tư Đề xuất bước cụ thể tiến trình cách hệ thống, hoạch, thực thuật tốn chặt chẽ để giải vấn đề Kiểm tra điều Đánh giá chỉnh Vận hành, thử nghiệm sản phẩm/giải pháp để ghi nhận kết quả, phân tích hiệu sở đối chiếu với thông tin tổng hợp pha trừu tượng hoá 2.2 Hướng tiếp cận quy trình xây dựng khung lực giải vấn đề giáo dục khoa học robot Cấu trúc lực GQVĐ giáo dục khoa học robot xây dựng tham khảo quy trình xây dựng cấu trúc lực [36, 37] Dựa vào sở lí luận, chúng tơi đề xuất khung lực dự thảo gồm hợp phần, thành tố số hành, gửi đến 40 chuyên gia lĩnh vực STEM để ghi nhận ý kiến Sau nhận ý kiến phản hồi từ chuyên gia, thực điều chỉnh khung lực dự thảo, đồng thời thiết kế mức độ phát triển cho biểu hành vi Sau lại tiếp tục gửi đến chuyên gia để ghi nhận phản hồi điều chỉnh mức độ phát triển hành vi Một số ý kiến từ chuyên gia ghi nhận sau trình thực khảo sát lấy ý kiến - Về cấu trúc chung khung lực, số ý kiến trao đổi việc cần làm rõ thành tố đề xuất giải pháp nói chung kết cấu robot thành tố thiết kế sản phẩm hoàn thiện đáp ứng vấn đề cần giải Trong hợp phần thực đánh giá cân nhắc bổ sung thành tố trình bày sản phẩm để ghi nhận phản hồi đánh giá sản phẩm trước có thành tố điều chỉnh Ngoài ra, hợp phần nên bổ sung thành tố vận hành sản phẩm 187 Lê Hải Mỹ Ngân Nguyễn Văn Biên - Đối với biểu hành vi mô tả mức độ phát triển, chuyên gia đồng ý với sở đề xuất mức độ phát triển hành vi Bên cạnh đó, số ý kiến ghi nhận cần điều chỉnh sử dụng động từ diễn đạt cụ thể để mơ tả rõ lượng hố hành vi HS Ở mức độ hành vi cao cần diễn đạt cụ thể để nhấn mạnh tự lực HS Mức độ hỗ trợ GV cần thể rõ mô tả mức độ 2.3 Cấu trúc khung lực giải vấn đề giáo dục khoa học robot Trong nghiên cứu này, tiếp cận lực GQVĐ giáo dục khoa học robot hiểu khả người thơng hiểu giải tình vấn đề thực tiễn dựa vào huy động kiến thức thông tin từ nhiều lĩnh vực sở cấu tạo nguyên tắc hoạt động robot để tìm kiếm thực giải pháp công nghệ giải vấn đề Với đề xuất thảo ban đầu với ý kiến chuyên gia, điều chỉnh khung lực gồm hợp phần, thành tố 15 biểu hành vi trình bày Bảng Các hợp phần thành tố lực xây dựng dựa sở lực giải vấn đề tổng quát, biểu hành vi xây dựng liên kết chặt chẽ với giáo dục khoa học robot, khái niệm robot kết hợp với tiến trình GQVĐ theo tư máy tính Bảng Khung lực giải vấn đề giáo dục khoa học robot cho học sinh trung học sở Hợp phần Thành tố Biểu hành vi Mơ tả A.1.1 Trình bày HS phát thông tin vấn đề thực tiễn cần vấn đề thực tiễn giải tình bối cảnh, từ phát biểu vấn đề sử dụng ngơn ngữ cá nhân A.1 Phát cần giải vấn A.1.2 Làm rõ ý HS nhận thông tin vấn đề cần giải đề tưởng liên hệ giải để thấy phù hợp cần thiết sử dụng giải pháp pháp sử dụng robot, từ trình bày làm rõ đáp ứng lợi ích robot giải pháp robot vấn đề A Tìm hiểu vấn đề 188 A.2.1 Xác định nhiệm vụ cụ thể thông tin liên quan sở nguyên lí chung robot HS làm rõ nhiệm vụ cụ thể robot cần thực để giải vấn đề, kèm theo thông tin chi tiết cần thiết theo nguyên lí hoạt động robot, bao gồm: thơng tin tín hiệu đầu vào, u cầu việc xử lí thơng tin, thơng tin tín hiệu đầu thao tác robot cần thực ** Nhiệm vụ thơng tin phát biểu ngơn ngữ nói, ví dụ: Robot/hệ thống cần ghi nhận thông tin A Nếu thông tin A thoả điều kiện B robot/hệ thống thực nhiệm vụ cụ thể C để giải vấn đề → A, B, C ví dụ thông tin HS cần làm rõ A2.2 Hệ thống hoá nhiệm vụ cụ thể gắn kết với thông tin cần thiết robot cách khoa học HS sử dụng phương thức trình bày phù hợp để diễn đạt nhiệm vụ cụ thể thông tin cần thiết robot sau xác định Việc hệ thống hố thơng tin robot cách khoa học kết cụ thể trình đối chiếu (Confrontation) tư tính tốn Đây sở để HS tiếp A.2 Phân tích vấn đề Xây dựng khung lực giải vấn đề giáo dục khoa học robot học sinh trung học sở tục pha hoạt động tiến trình giải vấn đề ** Các phương thức trình bày: (1)văn viết; (2)sơ đồ; (3)hình vẽ B.1 Nghiên cứu lựa chọn thông tin B.1.1 Xác định phận robot phù hợp với nhiệm vụ HS xác định nêu rõ linh kiện phù hợp với phận robot sở nhiệm vụ cụ thể robot, bao gồm: cảm biến (thu nhận thơng tin), não xử lí phận thực tác động bên ngồi B.1.2 Tìm kiếm trình bày kiến thức liên quan phận robot nhiệm vụ cần thực HS huy động làm rõ kiến thức thông tin liên quan cần thiết để thực thiết kế, chế tạo làm chương trình hoạt động cho robot - Kiến thức cấu tạo, nguyên lí vận hành phận - Kiến thức cần thiết để thiết lập mệnh lệnh cho não robot B.1.3 Thực hành HS thực hoạt động khám phá ghi nhận kết tìm hiểu để tìm hiểu vận dụng kiến thức tổng phận robot hợp vào làm rõ phận robot B Đề xuất giải pháp C Thực hiện, đánh giá B.2 Đề B.2.1 Trình bày HS trình bày hình vẽ văn viết cách xuất giải cách lắp ráp lắp ráp phận robot phù hợp với yêu cầu pháp phận robot nhiệm vụ B.2.2 Phân tích làm rõ bước “xử lí thơng tin” cho não robot HS thể rõ bước “xử lí thơng tin” robot cần thực để ghi nhận thông tin từ cảm biến thực nhiệm vụ theo yêu cầu Sơ đồ sở để HS tiến hành lập trình cho robot B.3 B.3.1 Kết nối hệ Thiết kế thống robot vào sản điều kiện sử dụng phẩm thực tiễn Dựa vào điều kiện thực tiễn sử dụng, HS đề xuất phương án thiết kế sản phẩm hoàn thiện để giải vấn đề Kết cấu phận robot gắn kết sản phẩm hoàn thiện ứng với điều kiện thực tiễn sử dụng B.3.2 Trình bày phương án thiết kế sản phẩm hồn thiện đáp ứng điều kiện thực tiễn HS trình bày cụ thể thiết kế sản phẩm hoàn thiện phương thức phù hợp để thể nội dung - Cấu trúc kích thước chi tiết sản phẩm - Nguyên vật liệu sử dụng - Các sử dụng sản phẩm C.1 Chế C.1.1 Thiết lập kế HS làm rõ bước cần thực để hoàn thành sản tạo sản hoạch chế tạo phẩm, bao gồm bước chuẩn bị, lắp ráp bước lập trình cơng cụ cụ thể (mBlock, Scratch, phẩm robot …) C.1.2 Chế tạo sản HS thực theo kế hoạch đề hoàn thiện sản phẩm robot theo phẩm, giải pháp cụ thể cho vấn đề đặt ban đầu kế hoạch 189 Lê Hải Mỹ Ngân Nguyễn Văn Biên C.2 Vận hành điều chỉnh C.2.1 Đánh giá HS thử nghiệm vận hành hoạt động robot, ghi phù hợp giải nhận kết hoạt động so với yêu cầu nhiệm vụ pháp việc thực theo tiến trình C.2.2 Cải tiến HS phát lỗi sai sản phẩm; trình bày dự định điều chỉnh cải tiến điều chỉnh Các biểu hành vi khung lực xây dựng sở liên hệ chặt chẽ với sở lí luận robot khoa học robot Một đặc trưng quan trọng hoạt động STEMkhoa học robot gắn kết chặt chẽ với dụng cụ robot - phương tiện học tập cần có hoạt động STEM-khoa học robot sản phẩm robot mà giải pháp hướng đến Do biểu hành vi, hoạt động HS phản ánh tập trung vào đối tượng giải pháp robot cần thực 2.4 Đề xuất mức độ phát triển biểu hành vi Các mức độ phát triển cho biểu hành vi xây dựng sở mức độ tự lực HS, mức độ hỗ trợ GV mức độ phức tạp giải pháp hoạt động học tập sở mức độ phát triển hành vi tài liệu tổng kết PISA năm 2015 ✓ Mức HS ghi nhớ tái nội dung/hành vi với hỗ trợ chi tiết cụ thể GV để thực với vấn đề cụ thể ✓ Mức HS thực với định hướng chung câu hỏi gợi mở GV vấn đề cụ thể ✓ Mức HS tự lực thực hành vi không cần hướng dẫn GV, thể ý kiến cá nhân với vấn đề cụ thể ✓ Mức HS tự lực thực hành vi không cần hướng dẫn GV, có lập luận quan điểm bảo vệ ý kiến cá nhân, với vấn đề có tính phức hợp kết nối với thông tin thực tiễn sống Bảng Mức độ phát triển biểu hành vi Các mức độ phát triển Biểu Mức Mức Mức Mức hành vi A.1.1 Trình bày lại Nêu vấn đề Tự phát Tự phát vấn đề cần giải cần giải nêu vấn đề nêu rõ ràng hướng dẫn cần giải vấn đề có tình tính phức hợp GV học tập ngôn bối cảnh chung ngôn ngữ thân ngữ thân A.1.2 Nêu lại định Nêu định Tự lựa chọn Tự nhận định hướng phù hướng phù thông tin vấn làm rõ yếu tố hợp để giải hợp để giải đề từ nêu cần thiết lợi ý vấn đề sử dụng vấn đề sử dụng hướng phù sử dụng robot robot GV giải robot gợi ý hợp để giải giải vấn đề sử dụng vấn đề thích trình bày GV robot Trình bày lại Phát biểu Tự nêu Tự phân tích A.2.1 nhiệm vụ nhiệm vụ cụ nhiệm vụ cụ thể nêu nhiệm vụ 190 Xây dựng khung lực giải vấn đề giáo dục khoa học robot học sinh trung học sở cụ thể vài thông tin cần thiết cho robot GV cung cấp giới thiệu Trình bày lại nhiệm vụ cụ thể thông tin theo phương thức có khn mẫu cho GV cung cấp thể vài thông tin cần thông tin cần thiết thiết cho robot cho robot gợi ý GV B.1.1 Trình bày lại phận robot phù hợp theo tài liệu hướng dẫn chi tiết GV Sử dụng phương thức (văn viết, sơ đồ, hình vẽ) để diễn đạt thơng tin với hỗ trợ, gợi ý GV Nhận nêu phận robot phù hợp theo dẫn dắt gợi ý GV B.1.2 Nêu lại kiến thức, thông tin GV cung cấp trình bày Tìm hiểu trình bày kiến thức liên quan theo gợi ý GV Tự tìm hiểu trình bày kiến thức liên quan, diễn đạt ngôn ngữ cá nhân B.1.3 Thực hoạt động khám phá, thu nhận thơng tin theo tiến trình GV cung cấp hướng dẫn Trình bày lại giải pháp lắp ráp sẵn có GV cung cấp, sử dụng phương thức trình bày (văn viết, hình vẽ, sơ đồ lời nói) Đề xuất thực hoạt động khám phá, thu nhận thơng tin có gợi ý GV Tự đề xuất thực hoạt động khám phá thu nhận thơng tin Trình bày giải pháp lắp ráp theo gợi ý sơ lược GV sử dụng phương thức trình bày (văn viết, hình vẽ, sơ đồ lời nói) Tự trình bày giải pháp phù hợp mục tiêu sử dụng phương thức trình bày (văn viết, hình vẽ, sơ đồ lời nói) Trình bày lại tiến trình xử lí thơng tin sẵn có GV cung cấp Trình bày tiến trình xử lí thơng tin cho robot theo gợi ý GV Tự làm rõ tiến trình xử lí thơng tin cho robot sử dụng phương thức trình bày khoa học A.2.2 B.2.1 B.2.2 Tự sử dụng phương thức (văn viết, sơ đồ, hình vẽ) để diễn đạt nhiệm vụ cụ thể thông tin robot Tự nhận nêu phận robot phù hợp với nhiệm vụ cụ thể thông tin cần thiết robot, kết nối với thông tin thực tiễn sống Tự sử dụng phương thức để trình bày, làm rõ thông tin theo cách riêng sáng tạo, kết nối thơng tin thực tiễn Tự phân tích làm rõ phù hợp hiệu phận robot nhiệm vụ Tự tìm hiểu làm rõ kiến thức liên quan khoa học, rõ ràng, diễn đạt ngôn ngữ riêng, kết nối với thực tiễn sống Tự đề xuất thực hoạt động khám phá thu nhận thông tin; đánh giá thông tin thu nhận Tự đề xuất trình bày giải pháp có tính khác biệt, làm rõ tính hiệu quả, sử dụng kết hợp phương thức trình bày; liên hệ với thông tin thực tiễn Tự làm rõ tiến trình xử lí thơng tin cho robot sử dụng phương thức trình bày khoa học kết hợp liên hệ 191 Lê Hải Mỹ Ngân Nguyễn Văn Biên B.3.1 Trình bày lại ý tưởng để lắp đặt hệ thống robot phù hợp với điều kiện thực tiễn sử dụng theo hướng dẫn chi tiết GV Nêu điều kiện thực tiễn sử dụng đề xuất ý tưởng để lắp đặt hệ thống robot thực tiễn theo gợi ý GV B.3.2 Trình bày lại phương án thiết kế sản phẩm hoàn thiện với thông tin đầy đủ theo hướng dẫn chi tiết G Trình bày làm rõ phương án thiết kế sản phẩm hồn thiện với thơng tin đầy đủ theo câu hỏi định hướng GV C.1.1 Nêu lại bước cần thực theo kế hoạch GV cung cấp sẵn có Trình bày bước cần thực theo gợi ý GV Tự xây dựng trình bày bước cần thực để hoàn thành sản phẩm C.1.2 Thực bước theo tiến trình sẵn có GV cung cấp Thực theo kế hoạch hoàn thiện sản phẩm cần hỗ trợ GV Tự thực theo kế hoạch hoàn thiện sản phẩm C.2.1 Vận hành quan tâm sản phẩm có hoạt động hay chưa ghi nhận hiệu hoạt động sản phẩm Vận hành, ghi nhận hiệu hoạt động ưu, nhược điểm sản phẩm hướng dẫn GV Vận hành, ghi nhận hiệu hoạt động ưu, nhược điểm sản phẩm tự lực C.2.2 Không nhận lỗi cần cải tiến điều chỉnh Nêu lỗi gặp Phát lỗi phải cải tiến đề xuất phương chỉnh sửa theo yêu án cải tiến cầu hướng dẫn thực GV 192 Tự nêu điều kiện thực tiễn sử dụng đề xuất ý tưởng để lắp đặt hệ thống robot thực tiễn dựa sản phẩm tương tự thực Tự đề xuất phương án thiết kế sản phẩm hoàn thiện với thông tin đầy đủ dựa sản phẩm tương tự thực thông tin thực tiễn sống Tự nêu điều kiện thực tiễn sử dụng đề xuất ý tưởng để lắp đặt hệ thống robot thực tiễn có tính độc đáo sáng tạo Tự đề xuất phương án thiết kế sản phẩm hồn thiện mới, có tính độc đáo sáng tạo, thể dụng ý cá nhân đầy đủ thơng tin Tự xây dựng trình bày bước cần thực để hoàn thành sản phẩm; liên hệ điều kiện thực tế sử dụng sản phẩm Tự thực hoàn thiện sản phẩm, tự đánh giá trình thực thay đổi cho phù hợp Vận hành, ghi nhận hiệu hoạt động ưu, nhược điểm sản phẩm tự lực; đối chiếu so sánh với sản phẩm linh kiện có, với yêu cầu kĩ thuật khác Phát lỗi đề xuất phương án cải tiến Đề xuất phương án nâng cao hiệu làm việc robot Xây dựng khung lực giải vấn đề giáo dục khoa học robot học sinh trung học sở 2.5 Sử dụng khung lực tổ chức dạy học chủ đề STEM-khoa học robot Trong dạy học chủ đề STEM lĩnh vực khoa học robot, để phát triển lực GQVĐ, GV cần tổ chức hoạt động học tập phù hợp với nhiệm vụ cụ thể giúp HS bộc lộ thể hành vi mong muốn Con đường GQVĐ khoa học robot trình tư HS theo khung lực đề xuất Một điểm đặc trưng dạy học chủ đề STEM – Robotics hoạt động cần gắn liền với công cụ robot sử dụng Hoạt động học tập chủ đề STEM-khoa học robot thiết kế chịu chi phối công cụ robot sử dụng; mức độ đạt hành vi góp phần phát triển lực GQVĐ bối cảnh chung vấn đề thực tiễn Minh hoạ chủ đề hệ thống cấp nước tự động đơn giản sử dụng công cụ robot gồm vi điều khiển Arduino Uno kết hợp với linh kiện Các hoạt động học tập thiết kế mức độ giúp HS lần đầu tiếp cận với lĩnh vực giải vấn đề Mỗi loại trồng cần mức độ độ ẩm phù hợp cần trì để đảm bảo cho tăng trưởng tốt cho Một hệ thống tưới tự động hóa để tự cung cấp nước đảm bảo mức độ ẩm cần thiết nhu cầu cần thiết số gia đình nay, đặc biệt họ đặt ngồi ban cơng, nơi có nắng, gió, mưa làm ảnh hưởng đến Với chủ đề này, thành tố lực B.1 Nghiên cứu lựa chọn thông tin, HS phải thực chuỗi hoạt động học tập để tìm hiểu phận cấu tạo nên hệ thống robot cấp nước tự động thể Hình Hình Các hoạt động HS biểu đáp ứng với biểu hành vi thuộc thành tố lực B1- Nghiên cứu, khám phá lựa chọn thông tin Trong hoạt động xác định phận robot để thực cung cấp nước tự động cho (biểu hành vi B.1.1), HS biểu mức độ khác cho nhiệm vụ học tập Mức thấp – mức độ biểu nhóm HS bước đầu làm quen chưa có tảng kiến thức dụng cụ robot, GV giới thiệu cụ thể phận cần sử dụng dựa sở phân tích nhiệm vụ thơng tin liên quan cho robot, HS nhớ diễn đạt lại ngôn ngữ cá nhân Ở mức này, GV lựa chọn xác định linh kiện phù hợp nhiệm vụ HS ghi nhớ Mức độ phù hợp với đối tượng GV HS lần đầu thực chủ đề STEM – khoa học robot Ở mức độ 2, với tự lực cao phát triển cao giảm mức độ hướng dẫn GV, nhóm HS dẫn dắt phương thức, câu hỏi định hướng kết hợp tìm kiếm tài liệu sơ đồ tư duy, HS đề xuất phận phù hợp Như nêu 193 Lê Hải Mỹ Ngân Nguyễn Văn Biên trên, tính đặc trưng yếu tố cơng cụ hoạt động STEM-khoa học robot, nhiên, HS cần nêu lên cụ thể tên gọi phận: cảm biến độ ẩm, vi điều khiển Arduino Uno máy bơm nước, thể Hình HS mức độ thể tính tự lực cao với tảng dụng cụ robot trang bị, tự liên hệ vẽ sơ đồ kết nối từ thông tin hệ thống robot đồng thời nêu rõ linh kiện phù hợp cho robot Ở mức độ này, hoạt động học tập có gắn kết với dụng cụ xác định Song mức độ cuối HS hồn tồn độc lập tư xác định phận linh kiện cần thiết robot Các em đề xuất thiết bị cần sử dụng cảm biến độ ẩm, vi điều khiển, máy bơm, bên cạnh đó, em tự tìm hiểu đề xuất linh kiện theo phân tích em Vi điều khiển Arduino Nano, cảm biến độ ẩm thiết bị máy bơm thay đổi, tuỳ vào mục đích phân tích HS q trình tư Mức độ thể sau HS có q trình rèn luyện tiếp cận với lĩnh vực STEM – khoa học robot Tương tự hoạt động thực hành khám phá phận robot (biểu hành vi B.1.3), HS hoàn toàn biểu mức độ khác tuỳ vào điều kiện thực tiễn trình học tập rèn luyện em Nếu linh kiện hồn tồn HS, em cần rèn luyện để đạt mức thực lại hoạt động thí nghiệm khám phá GV hướng dẫn Chẳng hạn thí nghiệm xác định giá trị hiệu điện ngõ cảm biến độ ẩm ứng với giá trị độ ẩm xác định đất, HS cần phải có kiến thức độ ẩm đất, cách xác định độ ẩm đất, hiệu điện cách đo hiệu điện sử dụng đồng hồ đa Ở mức 1, HS cần tiếp nhận kiến thức thực xác theo hướng dẫn GV Tiến đến mức độ 2, GV không cung cấp hướng dẫn thông tin, GV sử dụng câu hỏi định hướng, HS người tự đề xuất mục đích thí nghiệm, dụng cụ, cách bố trí thực thí nghiệm, ghi nhận kết Ở mức độ 3, HS dựa vào hiểu biết thân khả tự tìm hiểu để đề xuất phương án thí nghiệm phù hợp, GV theo dõi đánh giá, góp ý cần thiết, khơng can thiệp hướng dẫn HS thực Ở mức độ cao nhất, độc lập đề xuất giải pháp nên HS cần tự lực cao việc nghiên cứu tìm hiểu dụng cụ để đề xuất khẳng định phù hợp hoạt động đề để khám phá thiết bị, linh kiện Qua phân tích hai hoạt động minh hoạ chủ đề Hệ thống cấp nước tự động đơn giản theo định hướng sử dụng công cụ robot điện tử với vi điều khiển Arduino, trình bày làm rõ mức độ đạt tiến trình phát triển hành vi, góp phần phát triển lực giải vấn đề giáo dục khoa học robot Kết luận Trong báo này, chúng tơi trình bày sở khung lực giải vấn đề giáo dục khoa học robot bao gồm sở khoa học robot giáo dục khoa học robot, lực giải vấn đề tư tính tốn làm rõ hướng tiếp cận quy trình để xây dựng khung lực Kết khảo ý kiến chuyên gia có đồng thuận cao tên gọi khung lực, thành tố khung lực sở để xác định mức độ phát triển hành vi phù hợp Một số ý kiến cho cần sử dụng từ diễn đạt rõ ràng biểu hành vi mức độ phát triển Trên sở ý kiến đó, chúng tơi có điều chỉnh hồn thiện khung lực giải vấn đề giáo dục khoa học robot với hợp phần, thành tố 15 biểu hành vi gắn liền đặc trưng cấu tạo nguyên lí chung robot đặc trưng tổ chức chủ đề STEM khoa học robot Để đánh giá đồng thời hoàn thiện hiệu chỉnh đường phát triển lực cho khung lực giải vấn đề giáo dục khoa học, tiến hành thực nghiệm đo lường theo mô hình biến ẩn (construct modeling) Thơng qua thực nghiệm, liệu kết học tập HS với nhiệm vụ thiết kế với cấp độ theo khung lực sở để đánh giá phù hợp tính chuẩn hố khung 194 Xây dựng khung lực giải vấn đề giáo dục khoa học robot học sinh trung học sở TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] D Alimisis, 2012 Robotics in education & education in robotics: Shifting focus from technology to pedagogy Proceedings of the 3rd International Conference on Robotics in Education, p 7-14 [2] M S Khine, 2017 Robotics in STEM Education Springer [3] S Jung and E Won, 2018 Systematic review of research trends in robotics education for young children Sustainability, Vol 10, No 4, p 905 [4] V Komis and A Misirli, 2016 The environments of educational robotics in Early Childhood Education: towards a didactical analysis Educ J Univ Patras UNESCO Chair, Vol 3, No 2, pp 238-246 [5] A Didit, F Harry, P Anna, and R Taufik Ramlan, 2019 What is Science, Technology, Engineering, Mathematics (STEM) Literacy? 3rd Asian Education Symposium (AES 2018) [6] S Techakosit and P Nilsook, 2018 The Development of STEM Literacy Using the Learning Process of Scientific Imagineering through AR Int J Emerg Technol Learn., Vol 13, No 1, pp 230-238 [7] A Zollman, 2012 Learning for STEM literacy: STEM literacy for learning Sch Sci Math., Vol 112, No 1, pp 12-19 [8] D Alimisis, 2013 Educational robotics: Open questions and new challenges Themes Sci Technol Educ., Vol 6, No 1, pp 63-71 [9] L P E Toh, A Causo, P W Tzuo, I M Chen, and S H Yeo, 2016 A review on the use of robots in education and young children Educ Technol Soc., Vol 19, No 2, pp 148-163 [10] O Mubin, C J Stevens, S Shahid, A Al Mahmud, and J.-J Dong, 2013 A review of the applicability of robots in education J Technol Educ Learn., Vol 1, No 209-0015, p 13 [11] R Roboter, 2016 Educational Robots [Online] Available: https://educationalrobots.zeef.com/roberta.roboter0 [12] R Christensen and G Knezek, 2017 Relationship of middle school student STEM interest to career intent J Educ Sci Environ Heal., Vol 3, pp 1-13 [13] M J Mohr‐Schroeder et al., 2014 Developing Middle School Students’ Interests in STEM via Summer Learning Experiences: S ee B lue STEM C amp Sch Sci Math., Vol 114, No 6, pp 291-301 [14] H Altin and M Pedaste, 2013 Learning approaches to applying robotics in science education J Balt Sci Educ., Vol 12, No 3, pp 365-377 [15] J M Angel-Fernandez and M Vincze, 2018 Towards a Definition of Educational Robotics Austrian Robotics Workshop 2018, p 37 [16] V Komis, M Romero, and A Misirli, 2016 A scenario-based approach for designing educational robotics activities for co-creative problem solving International Conference EduRobotics 2016, p 158-169 [17] P Blikstein, 2013 Digital fabrication and ‘making’in education: The democratization of invention FabLabs Mach makers Invent., Vol 4, pp 1-21 [18] PISA 2012 Results : Creative Problem Solving, Vol V [19] Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD), 2017 PISA 2015 Assessment and Analytical Framework [20] Bộ Giáo dục Đào tạo Việt Nam, 2018 Chương trình Giáo dục phổ thơng tổng thể [21] J M Wing, 2006 Computational thinking Commun ACM, Vol 49, No 3, pp 33-35 195 Lê Hải Mỹ Ngân Nguyễn Văn Biên [22] D Catlin and J Woollard, 2014 Educational robots and computational thinking Proceedings of 4th International Workshop Teaching Robotics, Teaching with Robotics & 5th International Conference Robotics in Education, p 144-151 [23] N D Anderson, 2016 A Call for Computational Thinking in Undergraduate Psychology Psychol Learn Teach., Vol 15, No 3, pp 226-234 [24] U Kale et al., 2018 Computational What? Relating Computational Thinking to Teaching Tech Trends, Vol 62, No 6, pp 574-584 [25] S Atmatzidou and S Demetriadis, 2016 Advancing students’ computational thinking skills through educational robotics: A study on age and gender relevant differences Rob Auton Syst., Vol 75, pp 661-670 [26] A Csizmadia et al., 2015 Computational thinking A guide for teachers, p 18 [27] Bộ Giáo dục Đào tạo Việt Nam, 2014 Tài liệu tập huấn dạy học kiểm tra, đánh giá kết học tập theo hướng phát triển lực học sinh Hà Nội [28] N Văn Biên, 2016 Đề xuất khung lực định hướng dạy học mơn Vật lí trường phổ thơng Tạp chí khoa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, Vol 56, Số 8B, tr 11-22 ABSTRACT Designing a problem-solving competence framework in educational robotics for secondary school students Le Hai My Ngan1 and Nguyen Van Bien2 Faculty of Physics, Ho Chi Minh City University of Education Faculty of Physics, Hanoi National University of Education Problem-solving competence is one of the core common competencies that need developed for students in the general education program in 2018 in Vietnam In the general program in 2018, STEM education is emphasized as a relevant environment to promote problem-solving competence for students One of the realistic fields interested in STEM education is robotics, which requires tight integration of knowledge and skills In this paper, on the basis of the literature review, we propose a framework of problem-solving competence in education robotics to clarify the characteristics in the problem-solving process due to modern technology The competence framework contributes to orienting learning activity and evaluating students' ability to solve problems in STEM-robotics topics Keywords: competence framework, problem-solving competence, educational robotics, STEM education 196 ... trình bày sở khung lực giải vấn đề giáo dục khoa học robot bao gồm sở khoa học robot giáo dục khoa học robot, lực giải vấn đề tư tính tốn làm rõ hướng tiếp cận quy trình để xây dựng khung lực Kết... trình xây dựng khung lực giải vấn đề giáo dục khoa học robot Cấu trúc lực GQVĐ giáo dục khoa học robot xây dựng tham khảo quy trình xây dựng cấu trúc lực [36, 37] Dựa vào sở lí luận, chúng tơi đề. .. vấn đề giáo dục khoa học robot học sinh trung học sở 2.5 Sử dụng khung lực tổ chức dạy học chủ đề STEM -khoa học robot Trong dạy học chủ đề STEM lĩnh vực khoa học robot, để phát triển lực GQVĐ,