Thiết kế chế tạo các thí nghiệm đơn giản để sử dụng trong dạy học khoa học tự nhiên lớp 6 theo định hướng giáo dục STEM

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM –––––––––––––––––––––– NGUYỄN ANH TUẤN THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁC THÍ NGHIỆM ĐƠN GIẢN ĐỂ SỬ DỤNG TRONG DẠY HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LỚP 6 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM LUẬN VĂN THẠC SI KHOA HỌC GIÁO DỤC THÁI NGUYÊN - 2020 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM –––––––––––––––––––––– NGUYỄN ANH TUẤN THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁC THÍ NGHIỆM ĐƠN GIẢN ĐỂ SỬ DỤNG TRONG DẠY HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LỚP 6 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM Ngành: Ly luận va phương pháp dạy học bô môn Vật li Ma số: 8140111 LUẬN VĂN THẠC SI KHOA HỌC GIÁO DỤC Cán bô hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Thị Thu Ha THÁI NGUYÊN - 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam kết luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nghiên cứu và những kết luận của luận văn này chưa được công bố trong bất kì một công trình nghiên cứu nào Thái Nguyên, tháng 6 năm 2020 Tác gia Nguyễn Anh Tuấn i LỜI CẢM ƠN Đê co được luận văn này, cho phép tôi được bày tỏ sư biết ơn của mình đến: - Ban giám hiệu, Phòng sau đại học, quy thầy (cô) là giảng viên khoa Vật ly trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên, quy thầy (cô) là giảng viên của các trường đại học liên kết đào tạo đã truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm, hương dẫn cách tiếp cận và nghiên cứu đề tài - TS Nguyễn Thị Thu Hà với kinh nghiệm, sư nhiệt tình và trách nhiệm cao Cô đã hướng dẫn, hỗ trợ, góp y và chính sửa cho luận văn của tôi trong quá trình nghiên cứu đề tài và viết luận văn - Ban giám hiệu trường phổ thông dân tộc nội trú THCS Đồng Hỷ cùng các thầy cô trong tổ bộ môn Khoa học tư nhiên của trường phổ thông dân tộc nội trú THCS Đồng Hỷ, các thầy (cô) đang công tác tại một số trường THCS trên địa bàn Thành phố Thái Nguyên và các em học sinh đã nhiệt tình giúp đơ và ủng hộ tôi trong quá trình thực hiện đề tài Cuối cùng, tôi xin gửi lời cám ơn của mình đến gia đình, bạn bè đã luôn sát cánh, giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp này Thái Nguyên, tháng 06 năm 2020 Tác gia Nguyễn Anh Tuấn ii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục các chư viết tắt vi Danh mục các bảng vii Danh mục các hình viii MỞ ĐẦU 1 1 Li do chọn đề tài 1 2 Mục đích nghiên cứu 2 3 Khách thê và đối tượng nghiên cứu 2 4 Nhiệm vụ nghiên cứu 2 5 Giả thuyết khoa học 3 6 Phương pháp nghiên cứu 3 7 Đóng góp của đề tài 4 8 Cấu trúc của đề tài 4 PHẦN NỘI DUNG 5 Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 5 1.1 Lịch sư nghiên cứu về giáo dục STEM 5 1.1.1 Giáo dục STEM trên thế giới 5 1.1.2 Nghiên cứu về giáo dục STEM ở trong nươc 7 1.2 Giáo dục STEM 11 1.2.1 Khái niệm về giáo dục STEM 11 1.2.2 Giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông mơi 12 1.2.3 Thi nghiệm trong dạy học theo định hương GD STEM 29 1.3 Năng lực giải quyết vấn đề của học sinh 31 1.3.1 Khái niệm năng lưc giải quyết vấn đề 31 3 1.3.2 Biểu hiện của năng lưc giải quyết vấn đề của học sinh trong học tập 32 1.3.3 Cấu trúc của năng lực giải quyết vấn đề 32 1.3.4 Các biện pháp sư dụng thi nghiệm trong dạy học nội dung vật li môn KHTN theo định hương giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của HS 34 1.4 Tìm hiểu thực tế dạy học STEM tại trường PT dân tộc nội trú THCS Đồng Hỷ 36 1.4.1 Mục đích điều tra 36 1.4.2 Phương pháp điều tra 37 1.4.3 Đối tượng điều tra 37 1.4.4 Kết quả điều tra 37 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 41 Chương 2: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC NỘI DUNG VẬT LÍ MÔN KHOA HỌC TỰ NHIÊN 6 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 42 2.1 Phân tích nội dung thi nghiệm vật li trong chương trình Khoa học tư nhiên 6 theo định hương giáo dục STEM 42 2.1.1 Mục tiêu môn vật li lớp 6 42 2.1.2 Cấu trúc nội dung Vật li trong chương trình Khoa học tư nhiên 6 45 2.2 Xây dưng thi nghiệm 45 2.2.1 Nguyên tắc chế tạo thi nghiệm 45 2.2.2 Quy trình chế tạo thi nghiệm 46 2.3 Sư dụng thi nghiệm trong dạy học bài “đòn bẩy và ròng rọc” theo định hương giáo dục STEM 54 2.3.1 Mục tiêu chủ đề 54 2.3.2 Kiến thức về STEM trong chủ đề 54 2.3.3 Kế hoạch dạy học 55 2.3.4 Chuẩn bị các điều kiện tổ chức dạy học 55 4 2.4 Đánh giá năng lực GQVĐ của học sinh trong quá trình dạy học 72 2.4.1 Các tiêu chi và phiếu đê giáo viên đánh giá nhóm học sinh 72 2.4.2 Các tiêu chi và phiếu đê học sinh tư đánh giá và đánh giá đồng đẳng 74 2.4.3 Đề kiêm tra năng lực giải quyết vấn đề 75 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 77 Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 78 3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 78 3.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 78 3.3 Kế hoạch thực nghiệm sư phạm 79 3.4 Tiến hành thực nghiệm sư phạm 79 3.4.1 Công tác chuẩn bị 79 4.4.2 Tổ chức dạy học bài “Đòn bẩy” 79 4.4.3 Tổ chức dạy học bài “Ròng rọc” 81 3.5 Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 82 3.5.1 Đánh giá định tính 82 3.5.2 Đánh giá định lượng 83 3.5.3 Đánh giá chung về thực nghiệm sư phạm 88 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 89 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 PHỤ LỤC 5 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nội dung GQVĐ Giải quyết vấn đề GV Giáo viên HĐ Hoạt động HS Học sinh THCS Trung học cơ sở vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Bảng mô tả biểu hiệu năng lực giải quyết vấn đề 32 Bảng 2.1 Bảng kế hoạch dạy học chủ đề “đòn bẩy và ròng rọc” theo định hương GD STEM 55 Bảng 2.2 Các tiêu chi và mức độ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề 73 Bảng 2.3 Các tiêu chi và mức độ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề 74 Bảng 3.1 Bảng điêm đánh giá nhóm học sinh của giáo viên 83 Bảng 3.2 Bảng điêm tổng hợp đánh giá năng lực GQVĐ của học sinh 84 vii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Quy trình thiết kế bài học STEM 13 Hình 1.2 Sơ đồ tiến trình tổ chức dạy học Vật ly theo định hướng GD STEM 16 Hình 1.3 Cấu trúc năng lực GQVĐ 33 Hình 1.4 Sơ đồ quy trình sư dụng TN trong tổ chức dạy học theo định hương giáo dục STEM 36 Hình 2.1 Sơ đồ quy trình chế tạo thi nghiệm 47 Hình 2.2 Phương án chế tạo thi nghiệm đòn bẩy 48 Hình 2.3 Lắp ráp thành bộ đòn bẩy 49 Hình 2.4 Tiến hành thi nghiệm tác dụng của đòn bẩy 50 Hình 2.5 Thi nghiệm tác dụng của đòn bẩy làm thay đổi hướng của lưc 50 Hình 2.6 Thi nghiệm đòn bẩy được lợi về lưc 50 Hình 2.7 Phương án chế tạo thi nghiệm ròng rọc tĩnh (a) và ròng rọc động (b) 51 Hình 2.8 Lắp ráp 2 bộ ròng rọc động và tĩnh 52 Hình 2.9 Thi nghiệm về tác dụng của ròng rọc 52 Hình 2.10 Thi nghiệm tác dụng của ròng rọc tĩnh làm thay đổi hướng của lực 53 Hình 2.11 Thi nghiệm tác dụng của ròng rọc động lực kéo vật nhỏ hơn trọng lượng của vật 53 Hình 2.12 Một số hình ảnh về sản phẩm cối giã gạo đơn giảm 67 Hình 2.13 Một số hình ảnh về sản phẩm máy cần cẩu đơn giản 72 Hình 3.1 Tỉ lệ nam và nư trong lơp TN 75 Hình 3.2 Trung bình điêm đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của nhom HS nam và nư 76 Hình 3.3 Điêm trung bình bài kiêm tra và điêm trung bình phiếu đánh giá 76 Hình 3.4 Điêm trung bình học tập với điểm đánh giá năng lực GQVĐ 77 Hình 3.5 Điêm trung bình đánh giá năng lực GQVĐ của các nhom 77 viii PHỤ LỤC Phụ lục 1: Phiếu phỏng vấn giáo viên PHIẾU PHỎNG VẤN GIÁO VIÊN THCS (Phiếu này phục vụ nghiên cứu khoa học, không co mục đích đánh giá giáo viên, rất mong thầy (cô) hợp tác và giúp đơ) Họ và tên (co thê không ghi): ……………………………………… Đơn vị công tác: …………………………………………………… Chuyên môn giảng dạy:…………………………………………… Xin thầy (cô) cho biết một số y kiến về việc tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM Câu 1 Thầy cô co tư tìm hiêu hoặc được tập huấn về giáo dục STEM không? Co  Không  Câu 2 Thầy (cô) co chế tạo thi nghiệm trong giảng dạy ? Co  Không  Câu 3 Theo thầy cô, co cần tổ chức hoạt động giáo dục STEM trong dạy học ở trường phổ thông không? Không cần  Bình thường  Cần  Rất cần  Câu 4 Thầy (cô) đã vận dụng dạy học theo định hương giáo dục STEM chưa? Chưa bao giờ sư dụng  Thỉnh thoảng  Thường xuyên  Rất thường xuyên  Câu 5 Theo thầy (cô) việc vận dụng giáo dục STEM trong dạy học gặp kho khăn gì?(co thê chọn nhiều phương án) Không đủ thời gian  Không đủ phương tiện  Học sinh không hứng thú học  Mất nhiều thời gian thiết kế hoạt động  Trình độ của học sinh chưa phù hợp  Các y kiến khác: ………………………………………………………………………………… Xin chân thành cảm ơn thầy (cô )! PL1 Phụ lục 2: Phiếu phỏng vấn học sinh PHIẾU PHỎNG VẤN HỌC SINH (Phiếu này phục vụ nghiên cứu khoa học, không co mục đích đánh giá học sinh, rất mong em cộng tác và trả lời trung thực) Họ và tên (co thê không ghi): ……………………………… …… Lơp:…………Trường:…………… …………………………… … Câu 1 Các thầy (cô) sư dụng thi nghiệm/ứng dụng kĩ thuật trong dạy học ở mức độ nào? Không bao giờ sư dụng  Hiếm khi  Rất thường xuyên  Thường xuyên  Câu 2 Em co thich giờ học co sư dụng thi nghiệm/ứng dụng kĩ thuật không? Không  Bình thường  Thich  Rất thich  Câu 3 Em co thich học ly thuyết gắn liền với việc trải nghiệm không? Không  Bình thường    Thich Rất thich Câu 4 Em co muốn áp dụng ly thuyết đã học đê chế tạo ra sản phẩm gắn với thực tiến không? Không  Bình thường  Muốn  Rất muốn  Câu 5 Em co nguyện vọng gì trong các giờ học môn vật li? Cứ giư như hiện nay  Tăng việc sư dụng thi nghiệm/ứng dụng kĩ thuật  Tăng việc sư dụng thi nghiệm/ứng dụng kĩ thuật /trải nghiệm  Các y kiến khác: …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Xin chân thành cảm ơn các em! PL2 Phụ lục 3: Tiêu chi va bảng điểm quan sát của giáo viên PL3 Phụ lục 4: Tiêu chi va phiếu tự đánh giá va đánh giá đồng đẳng PL4 Phụ lục 5: Một sô hình ảnh chế tạo cối gia gạo đơn giản PL5 Phụ lục 6: Một sô hình ảnh chế tạo cần cẩu đơn giản PL6 Phụ lục 7: Một sô hình ảnh thực nghiệm PL7 ... đề tài ? ?Thiết kế chế tạo thí nghiệm đơn giản để sử dụng dạy học Khoa học tự nhiên lớp theo định hướng giáo dục STEM? ?? Mục đich nghiên cứu Thiết kế, chế tạo số thi nghiệm đơn giản vận dụng dạy... điều tra thúc nghiên cứu và thực đề tài ? ?Thiết kế chế tạo thí nghiệm đơn giản để sử dụng dạy học khoa học tự nhiên lớp theo định hướng giáo dục STEM? ??  ... HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM –––––––––––––––––––––– NGUYỄN ANH TUẤN THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁC THÍ NGHIỆM ĐƠN GIẢN ĐỂ SỬ DỤNG TRONG DẠY HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LỚP THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO