Xây dựng và sử dụng một số chủ đề stem nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho học sinh lớp 10 trung học phổ thông​

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Trần Thế Sang XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG MỘT SỐ CHỦ ĐỀ STEM NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ VÀ SÁNG TẠO CHO HỌC SINH LỚP 10 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Thành phố Hồ Chí Minh - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Trần Thế Sang XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG MỘT SỐ CHỦ ĐỀ STEM NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ VÀ SÁNG TẠO CHO HỌC SINH LỚP 10 TRUNG HỌC PHỔ THƠNG Chun : Lí luận phương pháp dạy học mơn Hóa học ngành Mã số : 814 0111 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS TRẦN TRUNG NINH Thành phố Hồ Chí Minh - 2019 LỜI CẢM ƠN Luận văn hoàn thành với nỗ lực, cố gắng thân, với động viên, giúp đỡ nhiệt tình thầy cơ, gia đình, bạn bè em học sinh Đầu tiên, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS TS Trần Trung Ninh, người nhiệt tình, tận tâm hướng dẫn, dành nhiều thời gian để đọc góp ý, có lời khun q báu, ln động viên tơi q trình xây dựng đề cương thực đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn Quý Thầy Cô trường ĐH Sư phạm TP.HCM, ĐH Sư phạm Hà Nội trực tiếp giảng dạy, giúp có hội học tập nâng cao trình độ chuyên môn Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể Q Thầy Cơ Khoa Hóa học, Ban Giám Hiệu, Phịng Sau đại học trường ĐHSP TP Hồ Chí Minh tạo điều kiện thuận lợi để học tập nghiên cứu, cơng tác hồn thành khóa học Tơi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu, Quý Thầy Cô em học sinh trường THPT Gia Định THPT Lăk (tỉnh Đắk Lắk) giúp đỡ thời gian điều tra thực trạng thực nghiệm sư phạm Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến gia đình, bạn bè, người thường xun động viên, khuyến khích, hỗ trợ để tơi hồn thành luận văn Với thời gian có hạn nên luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót, kính mong nhận nhận xét, góp ý xây dựng từ thầy cô bạn để luận văn hồn chỉnh Một lần nữa, tơi xin gửi lời tri ân đến tất người! Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng năm 2019 TÁC GIẢ Trần Thế Sang LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực, khách quan chưa cơng bố cơng trình khoa học khác, thơng tin trích dẫn luận văn ghi rõ nguồn gốc phép công bố Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng năm 2019 HỌC VIÊN THỰC HIỆN Trần Thế Sang MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục bảng Danh mục hình MỞ ĐẦU Chương CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Lịch sử vấn đề nghiên cứu 1.1.1 Trên giới 1.1.2 Ở Việt Nam 1.2 Định hướng đổi giáo dục 12 1.2.1 Một số quan điểm đạo đổi giáo dục phổ thông 12 1.2.2 Những định hướng đổi chương trình giáo dục phổ thông .13 1.3 Tổng quan giáo dục STEM 16 1.3.1 Định nghĩa 16 1.3.2 Vai trò giáo dục STEM 17 1.3.3 Đặc điểm giáo dục STEM 18 1.3.4 Hình thức tổ chức giáo dục STEM 19 1.4 Tổng quan Năng lực giải vấn đề sáng tạo 22 1.4.1 Năng lực 22 1.4.2 Năng lực giải vấn đề sáng tạo 25 1.5 Thực trạng việc giáo dục STEM phát triển lực giải vấn đề sáng tạo số trường THPT 30 1.5.1 Mục đích điều tra 30 1.5.2 Đối tượng điều tra 30 1.5.3 Phương pháp điều tra 30 1.5.4 Kết điều tra 30 Tiểu kết chương 40 Chương XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG MỘT SỐ CHỦ ĐỀ STEM NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ VÀ SÁNG TẠO CHO HỌC SINH LỚP 10 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 41 2.1 Tổng quan chương trình Hóa học lớp 10 THPT 41 2.1.1 Chương trình mơn Hóa học lớp 10 THPT 41 2.1.2 Mục tiêu dạy học chương trình Hóa học lớp 10 42 2.1.3 Phân tích nội dung cấu trúc logic chương trình Hóa học lớp 10 THPT 42 2.2 Xây dựng chủ đề STEM chương trình lớp 10 THPT 44 2.2.1 Điều kiện triển khai giáo dục STEM 44 2.2.2 Thiết kế chủ đề STEM 44 2.2.3 Tổ chức thực chủ đề STEM 47 2.2.4 Tiêu chí đánh giá chủ đề STEM 50 2.3 Thiết kế công cụ đánh giá lực giải vấn đề sáng tạo thông qua giáo dục STEM 51 2.3.1 Cơ sở thiết kế công cụ đánh giá lực 51 2.3.2 Bộ công cụ đánh giá 56 2.4 Một số chủ đề STEM thực nghiệm 71 2.4.1 Thiết bị lọc làm giảm hàm lượng axit nước 71 2.4.2 Chế tạo hệ thống tên lửa sử dụng nguyên liệu đời sống thực tiễn 79 2.4.3 Thiết kế hệ thống theo dõi tốc độ phản ứng lên men đường 86 Tiểu kết chương 94 Chương THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 95 3.1 Mục đích thực nghiệm 95 3.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 95 3.3 Nội dung thực nghiệm sư phạm 95 3.3.1 Địa bàn thực nghiệm sư phạm 95 3.3.2 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 95 3.3.3 Kế hoạch thực nghiệm sư phạm 96 3.3.4 Tiến hành thực nghiệm sư phạm 96 3.3.5 Một số hình ảnh thực nghiệm sư phạm 97 3.4 Phương pháp xử lý kết thực nghiệm 100 3.4.1 Phương pháp định tính 100 3.4.2 Phương pháp định lượng 100 3.5 Kết thực nghiệm 101 3.5.1 Kết đánh giá mặt định tính 101 3.5.2 Kết đánh giá mặt định lượng 102 Tiểu kết chương 117 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO 120 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết ĐG GQVĐ ST GV HS NL PP STĐ TBNL THPT 10 TNSP 11 TTĐ DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Bảng so sánh số đặc trưng chương trình định hướng nội dung chương trình định hướng lực 13 Bảng 1.2 Số lượng GV HS trường THPT tham gia điều tra thực trạng 31 Bảng 1.3 Thống kê thâm niên dạy học GV tham gia khảo sát .31 Bảng 1.4 Mức độ tiếp xúc với khái niệm STEM GV 31 Bảng 1.5 Kết đánh giá mức độ quan trọng giáo dục STEM Việt Nam 32 Bảng 1.6 Mức độ quan tâm GV STEM 32 Bảng 1.7 Kết điều tra việc dạy học chủ đề STEM GV 32 Bảng 1.8 Mức độ quan tâm lực thông qua giảng GV .33 Bảng 1.9 Tầm quan trọng việc phát triển lực GQVĐ ST cho HS 34 Bảng 1.10 Mức độ hướng dẫn HS vận dụng kiến thức vào thực tiễn 34 Bảng 1.11 Những khó khăn GV gặp phải sử dụng PPDH nhằm phát triển NL GQVĐ ST 34 Bảng 1.12 Những kỹ GV rèn luyện cho HS dạy học mơn Hóa học 35 Bảng 1.13 Mức độ tiếp xúc với khái niệm giáo dục STEM HS 36 Bảng 1.14 Mức độ quan tâm STEM HS 36 Bảng 1.15 Kết điều tra việc học tập chủ đề STEM HS 37 Bảng 1.16 Mức độ HS GV hướng dẫn vận dụng kiến thức vào thực tiễn 37 Bảng 1.17 Thái độ HS phát vấn đề học tập 37 Bảng 1.18 Mức độ kỹ HS rèn luyện 38 Bảng 2.1 Nội dung chương phân bố tiết học mơn Hóa học 10 THPT 41 Bảng 2.2 Cách thức tổ chức hoạt động HS chủ đề STEM 47 Bảng 2.3 Các tiêu chí đánh giá chủ đề STEM 50 Bảng 2.4 Bảng mô tả tiêu chí báo mức độ đánh giá phát triển lực GQVĐ ST 52 Bảng 2.5 Bảng kiểm quan sát đánh giá lực GQVĐ ST HS 56 Bảng 2.6 Phiếu đánh giá HS nhằm đánh giá NL GQVĐ ST 58 Bảng 2.7 Biên hoạt động nhóm 59 Bảng 3.1 Danh sách trường, giáo viên, lớp số lượng học sinh tham gia TNSP 96 Bảng 3.2 Danh sách chủ đề STEM thực nghiệm 97 Bảng 3.3 Điểm kiểm tra trước sau tác động lớp TNSP .102 Bảng 3.4 Phân loại kết học tập HS qua điểm kiểm tra 103 Bảng 3.5 Phân phối tần suất tần suất lũy tích điểm kiểm tra lớp thực nghiệm 104 Bảng 3.6 Các tham số đặc trưng điểm kiểm tra lớp TNSP 106 Bảng 3.7 Phân loại NL GQVĐ ST HS 107 Bảng 3.8 Bảng tổng hợp kết ĐG NL GQVĐ ST chấm kiểm tra trước sau tác động 107 Bảng 3.9 Bảng thống kê điểm TB NL GQVĐ ST tham số kiểm tra trước sau tác động 109 Bảng 3.10 Bảng kết kiểm định độ tin cậy điểm số kiểm tra đánh giá NL GQVĐ ST 109 Bảng 3.11 Bảng tổng hợp kết ĐG NL GQVĐ ST chấm phiếu phiếu 111 Bảng 3.12 Bảng điểm trung bình tiêu chí GV đánh giá NL GQVĐ VÀ ST HS thông qua việc chấm phiếu phiếu 113 Bảng 3.13 Bảng thống kê điểm TB NL GQVĐ ST tham số chấm điểm phiếu phiếu 114 Bảng 3.14 Bảng kết kiểm định độ tin cậy liệu (điểm số) chấm phiếu phiếu 114 Bảng 3.15 Bảng tỉ lệ % kết điều tra thái độ HS sau TN 115 PL PHIẾU HỌC TẬP NHÓM Điểm sản phẩm nhóm BẢN THIẾT KẾ THIẾT BỊ LỌC LÀM GIẢM HÀM LƯỢNG AXIT TRONG NƯỚC CHÚ THÍCH HÌNH VẼ (Vật liệu gì, sử dụng với mục đích gì?) Một số ghi để hoàn chỉnh vẽ: PL 10 BẢNG THỐNG KÊ VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO THIẾT BỊ STT 10 11 12 13 Tổng cộng Một số lưu ý tiến hành kiểm tra độ pH dung dịch trước sau lọc: PL 11 Phụ lục 3.2 CHẾ TẠO HỆ THỐNG TÊN LỬA SỬ DỤNG NGUYÊN LIỆU TRONG ĐỜI SỐNG THỰC TIỄN PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN Sự tha động Các ghi cho phần trình bày sơ đồ tư duy: Các ghi cho phần vẽ thiết kế: Các ghi cho phần thực sản phẩm: Các ghi cho phần thử nghiệm hiệu sản phẩm: PL 12 Các ghi để cải tiến hoàn thiện sản phẩm: Các đóng góp cá nhân hoạt động nhóm (ghi hoạt động cụ thể): *Hướng dẫn sử dụng phiếu học tập: (1) Khả làm việc nhóm (tối đa 10 điểm): nhóm tự chấm cho thành viên, khơng thành viên có số điểm (Theo mức: 10 - 9,5 - 9,0 - 8,5 - 8,0 - …) (2) Sản phẩm nhóm (tối đa 10 điểm) ghi theo điểm phiếu học tập nhóm (3) Điểm cộng (tối đa +2 điểm): Sử dụng phiếu học tập có hiệu quả: ghi đầy đủ, chi tiết, phù hợp nội dung học, tùy mức độ GV cộng tối đa điểm Điểm trung bình = (1) + (2) + (3) PL 13 PHIẾU HỌC TẬP NHĨM Điểm sản phẩm nhóm BẢN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TÊN LỬA …………………………………… HÌNH VẼ CHÚ THÍCH (Vật liệu gì, sử dụng với mục đích gì?) PL 14 BẢNG THỐNG KÊ VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO THIẾT BỊ STT Tổng cộng Các vật dụng: kéo, súng bắn keo, ống đong, cân, bút màu,… nước lọc khơng tính phí Một số đặc điểm sản phẩm thay đổi so với thiết kế ban đầu, giải thích lý do: Một số lưu ý tiến hành thử nghiệm sản phẩm: KẾT QUẢ CÁC LẦN THI CHÍNH THỨC LẦN PL 15 Phụ lục 3.3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG THEO DÕI TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG LÊN MEN ĐƯỜNG PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN A GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ THEO DÕI SỰ LÊN MEN Nêu nguyên lý theo dõi phản ứng lên men sơ đồ Bằng phương pháp kiểm tra hệ kín hay chưa? B THỰC HÀNH Thao tác - Lắp hệ hình vẽ Lưu ý: hệ phải kín - Đưa dung dịch đường men vào bình men, lắc nhẹ, đậy kín nắp bắt đầu bấm (dùng điện thoại) - Quan sát ghi nhận thời điểm: + Giọt nước nhỏ xuống ống đong + Cứ 10 giây - Vẽ đồ thị (đường/ cột) trình duyệt excel - Tính tốc độ lên men trung bình so sánh - Rút kết luận yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng PL 16 Thực hành LẦN a Chuẩn bị thiết bị: chai nhựa 330ml Khoét lỗ nối dây súng bắn keo Chú ý độ dài dây b Chuẩn bị nguyên liệu: theo số thứ tự nhóm c Theo dõi phản ứng: Bấm sau lắp hệ xong, ghi nhận thời điểm giọt nước nhỏ xuống, ghi nhận thể tích nước thu sau 10s t (s) 10 20 30 40 50 d Vẽ đồ thị (trên máy tính) e Tính tốc độ lên men trung bình v= ΔV = ……………………… H t (s) v= ΔV = ……………………… H t (s) C TRẢ LỜI CÂU HỎI Tại phải khoảng thời gian sau lắp hệ giọt nước nhỏ xuống? O Tại nhiệt độ men ổn định 35 - 45 C? Nhiệt độ cao thấp có ảnh hưởng đến trình lên men? PL 17 Phụ lục BÀI KIỂM TRA KIẾN THỨC LẦN Câu (2 điểm) Thực dãy chuyển hóa (ghi rõ điều kiện có): FeS2 Câu (2 điểm) Nhận biết dung dịch đựng lọ không dán nhãn sau: HBr, NaOH, KNO3, KI Nêu tượng, viết phương trình phản ứng Câu (2 điểm) Trong phịng thí nghiệm, khí A điều chế cách cho bột MnO2 tác dụng với dung dịch HCl đậm đặc, đun nóng a Xác định khí A, viết phương trình phản ứng minh họa b Dẫn khí A qua ống nghiệm có chứa dung dịch riêng biệt: FeCl2 NaOH (lỗng, nguội) Viết phương trình phản ứng minh họa cho thí nghiệm Câu (1 điểm) Dẫn 1,568 lít H2S (đktc) vào 50 gam dung dịch NaOH 8%, phản ứng xảy hoàn toàn thu dung dịch X Tính khối lượng muối thu Câu (2 điểm) Nung nóng hỗn hợp gồm 2,8 gam Fe 0,96 gam S điều kiện khơng có khơng khí đến phản ứng xảy hoàn toàn thu hỗn hợp chất rắn Y Cho Y tác dụng với dung dịch HCl dư thu V lít (đktc) hỗn hợp khí X Tính giá trị V Câu (1 điểm) Cho m gam hỗn hợp A gồm kim loại X muối cacbonat (trong hợp chất X có hóa trị II nhất) tan hồn toàn lượng vừa đủ dung dịch HCl 14,6% thu dung dịch B có nồng độ chất tan 17,992% hỗn hợp khí C có tỉ khối so với H2 Tìm tên kim loại X Cho H=1; C=12; O=16; Na=23; Mg=24; Cl=35,5; Ca=40; S=32; Fe=56 HẾT Học sinh không sử dụng tài liệu, kể bảng tuần hoàn PL 18 Phụ lục BÀI KIỂM TRA KIẾN THỨC LẦN Câu (2 điểm) Thực chuỗi phản ứng hóa học sau (ghi rõ điều kiện có): S (1) SO2 (2)SO3 (3) H2SO4 (4)SO2 (5) S (6) FeS (7) H2S (8) Ca(HS)2 Câu (2 điểm) Nhận biết hoá chất nhãn sau: Na2S, Na2SO3, BaCl2, HCl, H2SO4 Câu (2 điểm) 3.1 Cho cân sau: N2 (k) + 3H2 (k) 2NH3 (k)  H < Cân chuyển dịch khi: - Hạ nhiệt độ phản ứng - Lấy NH3 khỏi bình - Giảm áp suất bình phản ứng - Thêm chất xúc tác 3.2 Nêu tượng viết phương trình phản ứng minh họa cho bột lưu huỳnh vào ống nghiệm đựng dung dịch H2SO4 đặc, nóng Câu (1 điểm) Dẫn 0,896 lít khí SO2 (đktc) vào 160ml dung dịch Ba(OH)2 0,2M Tìm nồng độ mol/l dung dịch sau phản ứng (xem thể tích dung dịch thay đổi không đáng kể sau phản ứng) Câu (2 điểm) Cho 17,05 gam hỗn hợp X gồm Al Zn tác dụng với dung dịch H2SO4 80% đặc, nóng, dư, phản ứng hồn tồn, thu 9,52 lít khí SO (sản phẩm khử nhất, đktc) dung dịch Y a Tính % khối lượng kim loại hỗn hợp X b Lượng axit dư dung dịch Y trung hòa vừa đủ 100ml dung dịch KOH 1M Xác định nồng độ % chất tan dung dịch Y Câu (1 điểm) Cho m gam hỗn hợp X gồm FeS2, CuS, Fe tác dụng vừa đủ với dung dịch H2SO4 đặc, nóng thu khí SO2 (sản phẩm khử nhất) dung dịch Y chứa Fe2(SO4)3 CuSO4 với tỉ lệ mol 1:1 Cơ cạn dung dịch Y thu 28 gam chất rắn khan Biết số mol H 2SO4 phản ứng số mol khí SO sinh Tính thành phần % theo khối lượng Fe hỗn hợp X? Cho H=1; O=16; Al=27; S=32; Fe=56; Cu=64; Zn=65 HẾT PL 19 Học sinh không sử dụng tài liệu, kể bảng tuần hoàn Phụ lục PHIẾU KHẢO SÁT Ý KIẾN HỌC SINH SAU THỰC NGHIỆM Chào em HS thân mến! Sau học tập chủ đề STEM chương trình Hóa học 10, chúng tơi mong nhận ý kiến phản hồi từ em số vấn đề liên quan đến đề tài “Xây dựng sử dụng số chủ đề STEM nhằm phát triển lực giải vấn đề sáng tạo cho học sinh lớp 10 trung học phổ thông” Những ý kiến đóng góp em giúp chúng tơi cải thiện, khắc phục điểm chưa tốt phát huy thành cơng đề tài Vì chúng tơi mong nhận giúp đỡ em HS thơng qua việc thực phiếu thăm dị ý kiến sau cách đánh dấu chéo (X) vào ô lựa chọn ý kiến Kết nghiên cứu sử dụng cho mục đích học thuật Xin chân thành cảm ơn! STT Nội dung Việc học chủ đề STEM giúp em phát triển lực giải vấn đề sáng tạo thân Việc học chủ đề STEM giúp em hiểu nắm kiến thức so với tiết học thông thường Việc học chủ đề STEM giúp em chủ động việc tìm kiếm kiến thức để giải vấn đề Việc học chủ đề STEM giúp em phát triển khả sáng tạo, không dễ dàng chấp nhận thông tin chiều PL 20 Việc học chủ đề STEM tạo tinh thần thoải mái, giúp em tích cực học tập Các nhiệm vụ giao bám sát nội dung học phù hợp với trình độ HS Em thấy tự tin trình bày ý kiến cá nhân ý tưởng trình giải vấn đề Em thấy khả phân tích vấn đề lựa chọn giải pháp phù hợp cải thiện rõ rệt Em cảm thấy hứng thú vừa học kiến thức, vừa tìm hiểu giải vấn đề thực tiễn 10 Em mong muốn tiếp tục học chủ đề STEM Các ý kiến đóng góp khác: ... Chương XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG MỘT SỐ CHỦ ĐỀ STEM NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ VÀ SÁNG TẠO CHO HỌC SINH LỚP 10 TRUNG HỌC PHỔ THƠNG 41 2.1 Tổng quan chương trình Hóa học lớp 10 THPT... VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Trần Thế Sang XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG MỘT SỐ CHỦ ĐỀ STEM NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ VÀ SÁNG TẠO CHO HỌC SINH LỚP 10 TRUNG HỌC... học mơn cịn Xuất phát từ lý trên, định chọn đề tài: ? ?Xây dựng sử dụng số chủ đề STEM nhằm phát triển lực giải vấn đề sáng tạo cho học sinh lớp 10 trung học phổ thông” với mong muốn giúp học sinh