Vận dụng quy trình 6e trong dạy học vật lý trung học cơ sở theo định hướng stem thông qua chủ đề chậu cây thông minh​

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ  KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP VẬN DỤNG QUY TRÌNH 6E TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ TRUNG HỌC CƠ SỞ THEO ĐỊNH HƯỚNG STEM THÔNG QUA CHỦ ĐỀ CHẬU CÂY THÔNG MINH GV hướng dẫn: Th.S Lê Hải Mỹ Ngân Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Minh Thảo MSSV: 41.01.102.088 TP Hồ Chí Minh, 2019 Nguyễn Thị Minh Thảo Khoá luận tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến cô Lê Hải Mỹ Ngân, người ln tận tình hướng dẫn, động viên giúp đỡ tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu hồn thành khố luận Tơi xin chân thành cảm ơn Trường, Phịng đào tạo, thầy Khoa Vật lý trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh tạo điều kiện cho tơi thực khố luận Tơi muốn nói lời cảm ơn đến thầy cô 50 em học sinh (HS) lớp trường THCS Trần Văn Ơn giúp đỡ nhiều trình thực nghiệm sư phạm Qua tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn đến gia đình, người thân bạn bè giúp đỡ tơi suốt q trình thực khố luận TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2019 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Minh Thảo i Nguyễn Thị Minh Thảo Khoá luận tốt nghiệp MỤC LỤC Lời cảm ơn i Mục lục ii Danh mục chữ viết tắt vi Danh mục hình ảnh vii Mở đầu 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Nội dung nghiên cứu vấn đề cần giải Cấu trúc khoá luận Chương Cơ sở lý luận dạy học theo định hướng stem chủ đề Robotics quy trình dạy học 6E Giáo dục STEM 1.1.1 Khái niệm STEM giáo dục STEM 1.1.2 Các cách tiếp cận dạy học tích hợp STEM STEM Robotics 1.2.1 Giới thiệu STEM Robotics 1.2.2 Lợi ích việc áp dụng Robotics vào dạy học STEM Quy trình dạy học 6E 1.3.1 Giới thiệu 1.3.2 Các giai đoạn theo quy trình dạy học 6E [6] Năng lực giải vấn đề 12 1.4.1 Khái niệm lực giải vấn đề 12 1.4.2 Khung lực giải vấn đề [4] 13 Kết luận chương 14 Chương Phân tích nội dung thiết kế tiến trình dạy học chủ đề Chậu thơng 15 ii Nguyễn Thị Minh Thảo Khố luận tốt nghiệp Mơ tả chủ đề Phân tích nội dung chủ đề chương trình phổ thơng hành Tài liệu hỗ trợ dạy học chủ đề Chậu thông minh 2.3.1 Thông tin độ ẩm cho số 2.3.2 Cơng thức tính độ ẩm đấ 2.3.3 Sơ đồ tư thiết kế hệ thốn 2.3.4 Cảm biến độ ẩm 2.3.4.1 Gi 2.3.4.2 Gi 2.3.5 Máy bơm 2.3.5.1 Ng 2.3.5.2 Cá 2.3.5.3 Sử 2.3.5.4 Sử 2.3.5.5 Sử 2.3.6 Rơle 2.3.7 Uno Arduino 2.3.7.1 Th 2.3.7.2 Nộ 2.3.7.3 Lậ 2.3.8 Sơ đồ kết nối phận củ 2.3.9 Bảng mạch đồng 2.3.10 Hệ thống tưới nước tự động 2.3.10.1 Bộ dụng cụ hệ thống tưới nước tự động 2.3.10.2 Dụng cụ khác 2.3.10.3 Quy trình lắp đặt vận hành Kế hoạch dạy iii Nguyễn Thị Minh Thảo Khoá luận tốt nghiệp 2.4.1 Định hướng thiết kế dạy 30 2.4.2 Kế hoạch tổng thể 30 Tiến trình dạy học 36 2.5.1 Giáo án buổi - Độ ẩm đất trồng 36 2.5.2 Giáo án buổi - Máy bơm, Rơle Arduino 44 2.5.3 Giáo án buổi - Người kỹ sư nhí 54 Kết luận chương 63 Chương Thực nghiệm sư phạm 64 Mục tiêu, đối tượng, thời gian phương pháp thực nghiệm sư phạm 64 3.1.1 Mục tiêu 64 3.1.2 Đối tượng thời gian 64 3.1.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 64 Kế hoạch thực nghiệm sư phạm 64 Diễn biến phân tích diễn biến trình thực nghiệm 65 3.3.1 Diễn biến trình thực nghiệm 65 3.3.1.1 Diễn biến buổi 65 3.3.1.2 Diễn biến buổi 67 3.3.1.3 Diễn biến buổi 70 3.3.2 Phân tích diễn biến trình thực nghiệm 73 3.3.2.1 Phân tích buổi 73 3.3.2.2 Phân tích buổi 73 3.3.2.3 Phân tích buổi 74 Đánh giá kết thực nghiệm 74 3.4.1 Ý kiến HS 74 3.4.2 Ý kiến GV 75 Kết luận chương 78 Kết luận chung 79 iv Nguyễn Thị Minh Thảo Khoá luận tốt nghiệp Danh mục tài liệu tham khảo 80 Phục lục 81 v Nguyễn Thị Minh Thảo DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu GV HỌC SINH BSCS STEM – CTL NGSS THCS Khoá luận tốt nghiệp vi Nguyễn Thị Minh Thảo Khoá luận tốt nghiệp DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Sơ đồ tư thiết kế hệ thống tưới tự động 18 Hình 2.2 Cảm biến độ ẩm 18 Hình 2.3 Bộ thí nghiệm đo hiệu điện cảm biến độ ẩm 20 Hình 2.4 Máy bơm 20 Hình 2.5 Adapter DC 12V jack đực có domino 21 Hình 2.6 Chân NO, COM NC rơle 21 Hình 2.7 Chân DC+, DC- IN rơle 22 Hình 2.8 Sơ đồ mơ tả ngun lí hoạt động rơle 22 Hình 2.9 Sơ đồ mô tả hoạt động role nối với máy bơm .23 Hình 2.10 Arduino Nano 23 Hình 2.11 Đoạn chương trình phần mềm lập trình Arduino 24 Hình 2.12 Sơ đồ kết nối phận 26 Hình 2.13 Mạch đồng in hàn số chi tiết 26 vii Nguyễn Thị Minh Thảo Khoá luận tốt nghiệp MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Theo Chỉ thị 16/CT-TTg ngày 4/5/2017 [1] Tăng cường lực tiếp cận Cách mạng công nghiệp lần thứ tư (cịn gọi cách mạng cơng nghiệp 4.0), Thủ tướng Chính phủ có u cầu phải thay đổi mạnh mẽ sách, nội dung, phương pháp giáo dục dạy nghề nhằm tạo nguồn nhân lực có khả tiếp nhận xu công nghệ sản xuất mới, cần tập trung vào thúc đẩy đào tạo STEM bên cạnh ngoại ngữ, tin học chương trình giáo dục phổ thơng Thủ tướng Chính phủ giao trách nhiệm cho Bộ GD&ĐT thúc đẩy triển khai giáo dục STEM chương trình giáo dục phổ thơng; tổ chức thí điểm số trường phổ thông từ năm học 2017-2018 Tại Việt Nam, từ năm 2014, Bộ Giáo dục Đào tạo phối hợp Hội đồng Anh triển khai chương trình thí điểm STEM số trường trung học Trong thời đại IoT công nghệ 4.0 nay, đồ vật, thiết bị kết nối với qua mạng Internet, người dùng điều khiển từ xa hay theo dõi hoạt động thiết bị thiết bị thông minh smartphone, tablet, PC, Chủ đề Chậu thông minh giúp HS kết hợp thiết bị ứng dụng cơng nghệ đại vào việc thiết kế hệ thống tưới tự động đơn giản cho chậu Bên cạnh đó, phân tích chương trình phổ thơng nay, chủ đề Chậu thông minh liên quan đến nội dung số phân môn nội dung định Vật lí, Cơng nghệ, Sinh học Tin học…Do chủ đề vừa có tính thực tiễn vừa có nhiều khả thi áp dụng chương trình dạy học khóa hoạt động trải nghiệm ngoại khóa, từ cho thấy tính phù hợp để xây dựng chủ đề theo định hướng dạy học STEM Mục tiêu nghiên cứu Vận dụng quy trình 6E dạy học vật lý THCS theo định hướng STEM thông qua chủ đề Chậu thông minh nhằm bồi dưỡng lực giải vấn đề cho HS Đối tượng nghiên cứu - Kiến thức thiết bị sản phẩm Chậu thông minh Lý luận tổ chức dạy học STEM, STEM Robotics, quy trình 6E Nội dung nghiên cứu vấn đề cần giải - Tìm hiểu hệ thống lý thuyết mơ hình dạy học 6E kết hợp dạy học theo định hướng STEM, STEM Robotics Nguyễn Thị Minh Thảo Quá trình giảng dạy đạt đặt buổi học Nội nội động động học tập HS Khoá luận tốt nghiệp mục dung dung kích Mức độ hoạt động đề xuất phù hợp với đối tượng HS Cách động kết hợp phiếu học tập hỗ trợ hiệu mục tiêu kiến thức kĩ khoa học Tài liệu hướng dẫn GV đầy đủ rõ ràng Các có giá trị hỗ trợ GV việc triển khai hoạt động cụ thể Hình thức trình bày hướng dẫn thực hoạt động phù hợp tổ chức giúp đạt với HS GV sử dụng Nguyễn Thị Minh Thảo Dung cụ thí nghiệm, hoạt động (đo hiệu điện cảm biến độ ẩm, khảo sát hoạt động máy bơm, lập trình, lắp ráp sản phẩm) thuận lợi, dễ sử dụng Khoá luận tốt nghiệp x Đánh giá chi tiết Thầy  Về mục tiêu chủ đề: Mục tiêu đưa thấp khả HS  Về nội dung chủ đề: Nên sử dụng mạch uno HS mắc dây trực quan, thể kỹ HS rõ ràng  Về cách triển khai nội dung chủ đề: Cách triển khai ổn, nhiên đứng lớp trình giao nhiệm vụ, để nhiệm vụ rõ ràng, HS ý biết làm từ đâu thay nói miệng, GV nên chiếu lại nhiệm vụ bảng chiếu lúc HS thực Sau thông qua đánh giá từ thầy, rút kinh nghiệm đứng lớp cho thân thay đổi mục tiêu chủ đề tuỳ thuộc vào đối tượng HS thực dạy 77 Nguyễn Thị Minh Thảo Khoá luận tốt nghiệp KẾT LUẬN CHƯƠNG Quá trình nghiệm diễn đối tượng 50 HS lớp đạt mục tiêu đề Qua trình giảng dạy trực tiếp, trình lấy phản hồi HS GV, nhận thấy chủ đề phù hợp cho việc triển khai vào tiết học STEM Thông qua hoạt động diễn chủ đề, HS tích cực, hứng thú, lĩnh hội vấn đề, khái niệm, làm quen biết thêm điều có nhìn sâu rộng vấn đề đặt chủ đề Nội dung, mục tiêu đểu đánh giá triển khai tốt, tài liệu tham khảo, tư liệu học tập cho HS đáp ứng việc tổ chức hoạt động buổi Tuy nhiên bên cạnh cịn hạn chế: Thời gian diễn dự tính HS phải di chuyển từ lớp đến địa điểm học Số lượng HS đông GV đứng lớp chưa có nhiều kinh nghiệm nên việc ổn định lớp gặp khó khăn Đánh giá GV dự mục tiêu học thấp so với trình độ HS Thực nghiệm sư phạm tiến hành phạm vi 50 HS lớp trường THCS địa bàn TP Hồ Chí Minh hầu hết HS tiếp cận với hình thức dạy học theo định hướng STEM nên chưa thể khẳng định tính hiệu với toàn HS lớp – THCS 78 Nguyễn Thị Minh Thảo Khoá luận tốt nghiệp KẾT LUẬN CHUNG Từ kết khố luận, chúng tơi nhận thấy đề tài có đóng góp sau: Vận dụng quy trình 6E vào dạy học theo định hướng STEM cho chủ đề Chậu thông minh Xây dựng quy trình dạy học chủ đề Chậu thơng minh nhằm phát huy tính tích cực phát triển khả giải vấn đề cho HS Tổ chức dạy học chủ đề Chậy thông minh thành công, hướng dẫn HS tìm hiểu, nghiên cứu, thực thí nghiệm Một số đề xuất: - Suy nghĩ bổ sung thêm mục tiêu phù hợp với khả HS, hoạt động tăng khả sáng tạo cho HS - Tập trung nghiên cứu sâu thí nghiệm để tăng tính thẩm mỹ, độ bền, tính xác - Thiết kế thêm tiêu chí đánh giá sản phẩm cho HS, sổ tay ghi chép để HS có nhìn tổng quan ghi chép lại kiến thức cần thiết buổi học - Thiết kế phiều đánh giá cho GV sau tiết dạy - Tổ chức thực nghiệm sư phạm với quy mô lớn thực nghiệm nhiều lần đan xen với sữa chữa bổ sung đến hồn thiện để có đánh giá xác 79 Nguyễn Thị Minh Thảo Khoá luận tốt nghiệp DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] Thủ Tướng Chính Phủ, Chỉ thị 16/CT-TTg Nâng cao lực tiếp cận Cách mạng công nghiệp lần thứ 2017 Bộ Giáo Dục Và Đào Tạo, Dự thảo chương trình Giáo dục phổ thơng tổng thể 2017 L.X Quang, Dạy học môn Công nghệ phổ thông theo định hướng giáo dục STEM, in Khoa Sư phạm Kĩ thuật 2017, Đại học Sư Phạm Hà Nội Nguyễn Tố Khuyên Dạy học phát triển lực giải vấn đề cho học sinh THCS AJ Martin, 30 Sep 2010 PISA 2012 Field Trial Problem Solving Framework B.N Burke, D.T.E., 2014 THE ITEEA 6E learning byDeSIGN(TM) model MAXIMIZING INFORMED DESIGN AND INQUIRY IN THE INTEGRATIVE STEM CLASSROOM Technology and Engineering Teacher, 73(6), pp 14-19 C.-C Chung, C.-L Lin, and S.-J Lou, 2018 Analysis of the learning effectiveness of the STEAM-6E special course—A case study about the creative design of IoT assistant devices for the elderly Sustainability C.C Johnson, E.E Peters-Burton, and T.J Moore, 2015 STEM road map: A framework for integrated STEM education Routledge E.J Hom What is STEM 2014; Available from: https://www.livescience.com/43296-what-is-stem-education.html Next Generation Science Standards Available from: https://www.nextgenscience.org/ R.W Bybee, et al., 2006 The BSCS 5E instructional model: Origins and effectiveness Colorado Springs, Co: BSCS, 5, pp 88-98 What Is Robotics? 2009; Available from: https://www.nasa.gov/audience/forstudents/5-8/features/nasaknows/what_is_Robotics_58.html 80 Nguyễn Thị Minh Thảo Khoá luận tốt nghiệp PHỤC LỤC Phiếu học tập cho buổi học 81 Nguyễn Thị Minh Thảo Khoá luận tốt nghiệp Trường: Phiếuhọctập Lớp: Buổi1 Họ tên: Nhóm: Buổi 1: Tìm hiểu trồng độ ẩm đất THƠNG TIN VỀ CÂY CỦA NHĨM Tên loại Hệ thống tưới tự động Tưới Độ ẩm nước Kết nối 82 Tự động Nguyễn Thị Minh Thảo  Khoá luận tốt nghiệp ĐỘ ẨM thể …………………………… có đất CƠNG THỨC TÍNH ĐỘ ẨM ĐẤT Tìm hiểu cảm biến độ ẩm đấ ℎô = 50 g Độ ẩm 83 Nguyễn Thị Minh Thảo Khoá luận tốt nghiệp Trường: Lớp: Họ tên: Nhóm: Buổi 2: Máy bơm, Rơ-le Arduino THƠNG TIN VỀ CÂY CỦA NHĨM Tên lồi HIỆU ĐIỆN THẾ PHÙ HỢP TỪNG BỘ PHẬN Tên thiết bị Máy bơm Rơ-le Arduino 84 Nguyễn Thị Minh Thảo Khố luận tốt nghiệp Tìm hiểu máy bơm  Đánh dấu đầu hút nước xả nước  Khoanh trịn vào ý đúng: Hiệu điện nhỏ máy bơm hoạt động A Càng mạnh Hiệu điện nguồn cung cấp Lập trình ARDUINO B1: Chọn Boards  B2: Chọn Edit B3:  Arduino Nano Arduino mode + Nhóm Robot + Nhóm Operator + Nhóm Control + Nhóm Data&Block và B5: Kết nối với Arduino + Cắm cáp nối Laptop Arduino + +  Chọn Connect Serial Port Chọn Upload to Arduino 85 Nguyễn Thị Minh Thảo Trường:  COM… Lớp: Nhóm: Buổi 3: Người kỹ sư nhí SƠ ĐỒ KẾT NỐI CÁC BỘ PHẬN 86 Nguyễn Thị Minh Thảo Khoá luận tốt nghiệp LẮP RẮP CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG CÁC BƯỚC LẮP RÁP Lắp Role cách bắt ốc vít vào đầu Role Cắm chân DC+, DC- IN theo thứ tự vào chốt dim Nối hai đầu NO COM vào Domino chốt Kết nối máy bơm chạy thử 87 Nguyễn Thị Minh Thảo Khoá luận tốt nghiệp PHÂN CÔNG NHIỂM VỤ STT Nội dung công ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM ƯU ĐIỂM CẢI TIẾN 88 Nguyễn Thị Minh Thảo Khoá luận tốt nghiệp GIỚI THIỆU SẢN PHẨM STT Giới thiệu lượng thành viên Độ ẩm thích hợp ... dựng chủ đề theo định hướng dạy học STEM Mục tiêu nghiên cứu Vận dụng quy trình 6E dạy học vật lý THCS theo định hướng STEM thông qua chủ đề Chậu thông minh nhằm bồi dưỡng lực giải vấn đề cho... tốt nghiệp CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG STEM CHỦ ĐỀ ROBOTICS VÀ QUY TRÌNH DẠY HỌC 6E Giáo dục STEM 1.1.1 Khái niệm STEM giáo dục STEM STEM chữ viết tắt khoa học (Science), công... phẩm Chậu thông minh Lý luận tổ chức dạy học STEM, STEM Robotics, quy trình 6E Nội dung nghiên cứu vấn đề cần giải - Tìm hiểu hệ thống lý thuyết mơ hình dạy học 6E kết hợp dạy học theo định hướng