Tổ chức dạy học stem chủ đề dao động cơ học vật lí 11 chương trình giáo dục phổ thông mới

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC TRẦN THỊ THÚY HẰNG TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM CHỦ ĐỀ “DAO ĐỘNG CƠ HỌC” VẬT LÍ 11 CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THƠNG MỚI KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÍ Hà Nội – 2020 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM CHỦ ĐỀ “DAO ĐỘNG CƠ HỌC” VẬT LÍ 11 CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THƠNG MỚI KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÍ Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Lê Thị Thu Hiền Sinh viên thực khóa luận: Trần Thị Thúy Hằng Hà Nội – 2020 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, cố gắng học tập làm việc cách nghiêm túc, em hoàn thành đề tài khóa luận Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban giám hiệu thầy cô giáo giảng viên Khoa Sư phạm, Trường Đại học Giáo dục – Đại học Quốc gia Hà Nội giảng trang bị cho em kiến thức học tập nghiên cứu khóa luận Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS TS Lê Thị Thu Hiền tận tình hướng dẫn, dạy cho em lời khun bổ ích suốt q trình nghiên cứu thực khóa luận Cuối em xin gửi lời cảm ơn tới bạn sinh viên lớp QH-2016-S Sư phạm Vật lí hỗ trợ em hồn thành tốt khóa luận Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 13 tháng 06 năm 2020 Sinh viên Trần Thị Thúy Hằng DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Viết chữ đầy đủ STEM Science, Technology, Engineering, Math THPT Trung học phổ thông GV Giáo viên HS Học sinh NXB Nhà xuất DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Kiến thức STEM chủ đề lắc Newton Version 24 Bảng 2.2 Kiến thức STEM chủ đề đàn Ukulele 27 Bảng 2.3 Kiến thức STEM chủ đề xích đu 31 Bảng 2.4 Kiến thức STEM chủ đề thú nhún Emoji 34 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Quy trình thiết kế chủ đề STEM 12 Hình 2.2 Sơ đồ hình thành ý tưởng chủ đề STEM “Đàn Ukulele” 27 Hình 2.3 Sơ đồ hình thành ý tưởng chủ đề STEM “Xích đu” 30 Hình 2.4 Sơ đồ hình thành ý tưởng chủ đề STEM “Thú nhún Emoji” 34 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Khách thể đối tượng nghiên cứu 4.1 Khách thể nghiên cứu 4.2 Đối tượng nghiên cứu Giả thuyết khoa học Phương pháp nghiên cứu Cấu trúc khóa luận CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC DẠY HỌC STEM TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THƠNG MỚI 1.1 Tổng quan lịch sử nghiên cứu giáo dục STEM 1.1.1 Giáo dục STEM giới 1.2 Một số khái niệm 1.2.1 Khái niệm STEM 1.2.2 Giáo dục STEM 1.3 Một số vấn đề giáo dục STEM 1.3.1 Mục tiêu giáo dục STEM trường phổ thông 1.3.2 Phân loại chủ đề STEM 1.3.3 Tiêu chí xây dựng chủ đề STEM 10 1.3.4 Quy trình thiết kế chủ đề STEM 12 1.7 Giáo dục STEM chương trình giáo dục phổ thông 2018 13 1.7.1 Bối cảnh chung 13 1.7.2 Các mức độ giáo dục STEM giáo dục phổ thông 14 1.7.3 Giáo dục STEM mơn Vật lí 15 Kết luận chương 17 CHƯƠNG XÂY DỰNG DẠY HỌC CHỦ ĐỀ “DAO ĐỘNG CƠ HỌC” VẬT LÍ 11 CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THƠNG MỚI 18 2.1 Phân tích nội dung, mục tiêu dạy học theo giáo dục STEM 18 2.1.1 Mục tiêu dạy học theo giáo dục STEM 18 2.1.2 Mục tiêu chủ đề “Dao động học” Vật lí 11 chương trình giáo dục phổ thông 18 2.1.3 Những khó khăn dạy học Vật lí theo giáo dục STEM 20 2.2 Tiến trình dạy học Vật lí theo giáo dục STEM 21 2.3 Xây dựng dạy học STEM chủ đề “Dao động học” Vật lí 11 chương trình giáo dục phổ thông 23 2.3.1 Chủ đề “Con lắc Newton Version 1” 23 2.3.2 Chủ đề “Đàn Ukulele” 26 2.3.3 Chủ đề “Xích đu” 30 2.3.4 Chủ đề “Thú nhún Emoji” 33 Kết luận chương 37 CHƯƠNG TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ “DAO ĐỘNG CƠ HỌC” VẬT LÍ 11 CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THƠNG MỚI 38 3.1 Kế hoạch dạy học chủ đề “Con lắc Newton Version 1” 38 3.2 Kế hoạch dạy học chủ đề “Đàn Ukulele” 48 3.3 Kế hoạch dạy học chủ đề “Xích đu” 58 3.4 Kế hoạch dạy học chủ đề “Thú nhún Emoji” 68 Kết luận chương 78 Kết luận khuyến nghị 79 Kết luận 79 Khuyến nghị 79 Tài liệu tham khảo 81 PHỤ LỤC 82 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong chương trình mơn - chương trình giáo dục phổ thơng Trong đó, hoạt động trải nghiệm chương trình bắt buộc xuyên suốt tất cấp học Theo cách tiếp cận mới, giáo dục để truyền thụ kiến thức mà nhằm giúp học sinh hoàn thành công việc, giải vấn đề học tập đời sống nhờ vận dụng hiệu quả, sáng tạo kiến thức học Đồng thời, chương trình lấy việc phát triển phẩm chất lực thực tiễn học sinh làm mục tiêu dạy học Trong đó, giáo dục STEM quan điểm dạy học phương pháp giáo dục trọng phát triển chương trình giáo dục nước phát triển (như Mỹ, Singapore, Anh, Úc,…) nước phát triển, có Việt Nam Ở Việt Nam nay, giáo dục STEM trở thành vấn đề cốt lõi mang tính định việc đổi chương trình giáo dục phổ thông Bộ giáo dục Đào tạo Nhược điểm lớn giáo dục truyền thống tách rời bốn lĩnh vực quan trọng: Khoa học, Cơng nghệ, Kỹ thuật Tốn học Sự thiếu liên kết nguyên nhân tạo khác biệt lớn việc học thực hành Khi thực tế sống với công việc ngành nghề cụ thể, người học khoảng thời gian cọ xát nhiều để hiểu cách chuyển sở lý thuyết, nguyên lý thành ứng dụng Vật lí mơn học thuộc nhóm mơn Khoa học Tự nhiên, lựa chọn theo định hướng nghề nghiệp học sinh Do đó, việc phát triển lực thực nghiệm cho học sinh thông qua môn học Vật lí trọng Giáo dục STEM làm cho buổi học lý thuyết Vật lí có phần khô khan trở nên hấp dẫn học sinh, giúp học sinh hiểu sâu vấn đề để việc học đạt hiệu cao Hơn nữa, giáo dục STEM giúp học sinh nhận liên hệ mật thiết kiến thức mơn học khác nhau, kiến thức khơng tách rời mà ln có liên kết chặt chẽ với Giáo dục STEM định hướng phát triển lực học sinh, cần lưu ý rằng, STEM để học sinh trở thành nhà toán học, nhà khoa học, kỹ sư hay kỹ thuật viên mà hình thành cho học sinh kỹ lực cần thiết để thích nghi, làm việc phát triển giới công nghệ ngày phát triển Hay nói cách khác, giáo dục STEM giáo dục chuẩn bị cho nguồn nhân lực thời đại Chủ đề “Dao động học” nội dung nằm Vật lí lớp 11 chương trình giáo dục phổ thơng Đây nội dung có tính ứng dụng cao thực tế, tổ chức hoạt động trải nghiệm (thí nghiệm, thực nghiệm, ) gắn liền với tình sống ngày Chính lí đó, tơi chọn đề tài: “Tổ chức dạy học STEM chủ đề "Dao động học" Vật lí 11 chương trình giáo dục phổ thơng mới” để tiến hành nghiên cứu Mục đích nghiên cứu Tổ chức dạy học STEM chủ đề “Dao động học” Vật lí 11 chương trình giáo dục phổ thơng nhằm phát triển lực vận dụng kiến thức mơn Vật lí vào thực tiễn cho học sinh lớp 11 Nhiệm vụ nghiên cứu - Khảo sát thực trạng dạy học theo định hướng STEM môn Vật lí Trung học phổ thơng - Xây dựng sở lý luận thực tiễn việc tổ chức dạy học giáo dục STEM - Định hướng hoạt động HS Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức Thời Tiết gian Nội dung dự dạy học Hoạt động GV Hoạt động HS kiến - Hướng dẫn HS tìm hiểu - Tìm hiểu tài liệu (đã có chuẩn tài liệu Tiết 10 phút Học kiến - Yêu cầu HS thảo luận bị trước nhà) thức nhóm hồn thành phiếu - Thảo luận nhóm, hồn thành phiếu học tập học tập - Đưa tài liệu, video - Tìm hiểu thú Tìm hiểu phút thú chuẩn bị trước Emoji nhún Emoji Tiết liên quan đến thú nhún nhún Emoji (đã có - Hướng dẫn HS tìm hiểu nhà) thú nhún Emoji - Tổ chức cho nhóm - Báo cáo, nhận xét, 15 phút Báo cáo, HS báo cáo trước lớp thảo luận trước lớp thảo luận nội dung kiến thức kiến thức có chủ đề tìm hiểu 71 - Yêu cầu nhóm cịn lại nhận xét, bổ sung - Nhận xét, đánh giá phần - Lắng nghe, ghi chép lại kiến báo cáo HS phút Nhận xét, - Tóm tắt lại kiến thức cần đánh giá thức - Định hướng kế lưu ý - Làm rõ vấn đề cần giải hoạch giải vấn đề Hoạt động 3: Giải vấn đề Thời Tiết gian Nội dung dự dạy học Hoạt động GV Hoạt động HS kiến - Trình chiếu lại tiêu - Thảo luận nhóm phút Đề xuất đưa giải pháp chí sản phẩm giải pháp - Hướng dẫn HS đề giải pháp Tiết - Quan sát, hướng dẫn, - Lập bảng nguyên 15 phút Thử nghiệm đưa lưu ý cho HS liệu, xác định giá trình nghiệm sản phẩm 72 thử thành nguyên liệu - Yêu cầu nhóm thử - Thiết kế vẽ cấu nghiệm sản phẩm làm tạo nhà nhóm - Xây dựng sản phẩm thử nghiệm - Rút kết luận phút Báo cáo, - Kiểm tra nhanh báo cáo - Báo cáo kết thảo luận nhóm - Nhận xét, đánh giá - Tự đánh giá rút phút Nhận xét, đánh giá trình sản phẩm kinh nghiệm nhóm - Ghi nhận kết 3.4.6 Phiếu học tập PHIẾU HỌC TẬP Nhóm:…… STT Họ tên Vị trí nhóm 73 Nhiệm vụ giao Với biểu cảm ngộ nghĩnh, đầu lắc lư thú nhún Emoji tạo nên sốt mạnh mẽ đặc biệt nhận ý từ bạn trẻ Thậm chí có bạn trẻ bỏ số tiền lớn cho thú nhún Emoji với mục đích sưu tầm chúng Trong vai trò kĩ sư chế tạo, em nghiên cứu, tìm hiểu xây dựng mơ hình thú nhún Emoji Bước 1: Tìm hiểu vấn đề cần nghiên cứu - Vấn đề cần nghiên cứu thú nhún Emoji gì? ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… - Tiêu chí sản phẩm: ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Bước 2: Tìm hiểu kiến thức 74 Hãy tìm hiểu sách giáo khoa nguồn tài liệu khác để hoàn thành câu hỏi sau: Câu 1: Dao động gì? ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Câu 2: Dao động tắt dần gì? ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Câu 3: Để thú nhún Emoji dao động liên tục phải làm gì? ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Câu 4: Giải thích tượng dao động cưỡng bức? ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Bước 3: Đưa giả thuyết, giải pháp giải vấn đề 75 Cần ý điều thiết kế thú nhún Emoji? ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Bước 4: Thiết kế, chế tạo sản phẩm - Vẽ thiết kế cấu tạo sản phẩm - Nguyên vật liệu sử dụng Tên vật liệu Số lượng Giá thành TỔNG CHI PHÍ 76 Tổng tiền - Mơ tả bước chế tạo sản phẩm: ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… - Mô tả hoạt động việc thử nghiệm sản phẩm ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Bước 5: Chạy sản phẩm thu thập số liệu Ghi lại số liệu cần thiết, thay đổi lần chạy (lí thay đổi) ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Bước 6: Đánh giá cải tiến sản phẩm - Lập bảng tiêu chí đánh giá sản phẩm tự đánh giá sản phẩm - So sánh sản phẩm nhóm đưa cải tiến cho sản phẩm nhóm 77 Kết luận chương Trong chương đề tài tiến hành xây dựng kế hoạch dạy học chi tiết cho chủ đề STEM chương Các kế hoạch cần tiên liệu hết tình xảy lớp học, nhằm đảm tiến độ dạy an toàn học sinh Các kế hoạch dạy trọng vai trị học sinh việc tự tìm tịi kiến thức thay hình thức truyền thụ chiều từ thầy cô Kế hoạch dạy học xây dựng phù hợp với mục tiêu nội dung chủ đề xây dựng Việc xây dựng kế hoạch dạy học cho thấy chủ đề STEM đáp ứng đủ yêu cầu kỹ kiến thức thuộc lĩnh vực khoa học, kỹ thuật, cơng nghệ, tốn học; giúp học sinh phát triển lực Tuy nhiên, để khẳng định chắn cần tiến hành thực nghiệm với đối tượng học sinh để có điều chỉnh cần thiết 78 Kết luận khuyến nghị Kết luận Khóa luận thực mục đích nhiệm vụ nghiên cứu đề ra, khóa luận giải nhiệm vụ sau: - Xây dựng sở lý luận thực tiễn dạy học STEM chủ đề “Dao động học” Vật lí 11 chương trình giáo dục phổ thông cụ thể: Xác định sở khoa học dạy học mơn Vật lí theo giáo dục STEM; làm rõ khái niệm giáo dục STEM sở xác định chất giáo dục STEM, mối quan hệ Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật Tốn học Phân tích nội dung chương trình mơn Vật lí 11 chương trình giáo dục phổ thông - Đề xuất chủ đề giáo dục STEM học phần “Dao động học” Vật lí 11 chương trình giáo dục phổ thơng từ vấn đề thực tiễn đời sống - Tiến hành xây dựng kế hoạch dạy học chủ đề STEM để hỗ trợ cho việc dạy học chủ đề STEM cho học sinh Việc xây dựng kế hoạch dạy học cho thấy chủ đề STEM đáp ứng đủ yêu cầu kỹ kiến thức thuộc lĩnh vực Khoa học, Kỹ thuật, Cơng nghệ Tốn học Qua đó, ta thấy STEM phương pháp dạy học hiệu quả, giúp học sinh phát triển lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn Khuyến nghị Để triển khai việc dạy học STEM chủ đề “Dao động học” Vật lí 11 chương trình giáo dục phổ thông đạt hiệu cao, trường phổ thơng cần có đầu tư nhiều nữa, cụ thể: 79 - Tăng cường việc tuyên truyền giáo dục STEM đến bậc phụ huynh, học sinh đặc biệt đội ngũ giáo viên để người có nhìn STEM – xu hướng giáo dục hiệu giới - Đầu tư nhiều sở vật chất, xây dựng phòng học STEM - Bồi dưỡng nâng cao lực đội ngũ giáo viên giáo dục STEM 80 Tài liệu tham khảo Bộ Giáo dục Đào tạo (2018), Chương trình giáo dục phổ thơng Bộ Giáo dục Đào tạo (2019), Giáo dục STEM chương trình giáo dục phổ thông Bộ Giáo dục Đào tạo (2017), Sách giáo khoa Vật lí 12, tái lần thứ mười ba, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam Nguyễn Thanh Nga (2018), Dạy học chủ đề STEM cho học sinh trung học sở trung học phổ thông NXB Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh Nguyễn Thanh Nga (2018), Thiết kế tổ chức chủ đề STEM cho học sinh trung học sở trung học phổ thông NXB Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh 81 PHỤ LỤC TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN CHỦ ĐỀ STEM “XÍCH ĐU” Xích đu Xích đu đồ dùng vui chơi phổ biến cơng viên, khu vui chơi giải trí hay gia đình Xích đu có nhiều loại kiểu dáng, màu sắc, chất liệu khác vấn đề người trọng mua xích đu xích đu phải giữ thăng tốt, độ vững cao, đảo bảo tính an tồn cho người sử dụng Ngồi xích đu tạo cho người cảm giác nhẹ nhàng, êm ái, thư giãn xích đu ln thu hút người đặc biệt bạn nhỏ Kiến thức có chủ đề 2.1 Dao động - Dao động cơ: Vật chuyển động qua lại quanh vị trí đặc biệt gọi vị trí cân Đó thường trị trí vật đứng yên Chuyển động gọi dao động 2.2 Dao động điều hòa - Dao động điều hòa dao động li độ vật hàm cosin (hay sin) thời gian + Phương trình: x = Acos(ωt + φ) Trong đó: x: li độ dao động A: biên độ dao động ω: tần số góc dao động (rad/s) (ωt + φ): pha dao động thời điểm t (rad) 82 φ: pha ban đầu (rad) - Chu kì, tần số, tần số góc dao động điều hịa + Chu kì (T) dao động điều hịa khoảng thời gian để vật thực dao động toàn phần Đơn vị: giây (s) + Tần số (f) dao động điều hịa số dao động tồn phần thực giây Đơn vị: héc (Hz) + Tần số góc (ω)của dao động điều hịa đại lượng liên hệ với chu kì T hay với tần số f hệ thức sau: ω = 2π T = 2πf 2.3 Dao động tắt dần Dao động tắt dần dao động có biên độ giảm dần theo thời gian Nguyên nhân tắt dần dao động lực ma sát lực cản môi trường 2.4 Dao động trì Dao động trì dao động trì cách giữ cho biên độ không đổi mà không làm thay đổi chu kì dao động riêng gọi dao động trì 2.5 Dao động cưỡng Dao động cưỡng dao động chịu tác dụng ngoại lực cưỡng tuần hồn Dao động cưỡng có biên độ khơng đổi có tần số tần số lực cưỡng Cấu tạo xích đu - Chân đế: cần chắn, dùng để cố định vị trí xích đu 83 - Giá đỡ: có tác dụng giữ thăng cho xích đu đỡ khung treo - Khung treo: ngang nối hai đỉnh giá đỡ dùng để buộc cố định dây treo - Dây treo: cần giữ thăng sử dụng chất liệu chắn giúp treo ghế ngồi lên khung treo - Ghế ngồi: tạo cho người ngồi có cảm giác thoải mái, thư giãn Chế tạo sản phẩm 3.1 Mục đích chế tạo - Chế tạo mơ hình xích đu chắn, thăng tốt chịu trọng lượng lớn 3.2 Hướng dẫn chế tạo - Chuẩn bị vật liệu - Xây dựng phận xích đu: chân đế, giá đỡ, khung treo, dây treo ghế ngồi - Lắp ghép phận với 3.3 Thử sản phẩm - Buộc vào ghế xích đu vật nặng có trọng lượng tăng dần tác dụng lực cho ghế ngồi xích đu dao động - Quan sát dao động, ghi lại số liệu nhận xét lần tăng trọng lượng vật nặng đặt ghế ngồi xích đu Kết khuyến nghị 84 Kết quả: Biên độ dao động xích đu giảm dần theo thời gian giảm nhanh để vật có trọng lượng nặng Khuyến nghị: - Nên chuẩn bị dụng cụ làm xích đu vật liệu chịu lực tốt - Chuẩn bị vật nặng có trọng lượng vừa phải để tránh gãy ghế ngồi hay đứt dây treo - Giúp học sinh đưa kết luận phương án cải tiến, tối ưu hóa sản phẩm Một số hình ảnh minh họa 85 ... đề tài: ? ?Tổ chức dạy học STEM chủ đề "Dao động học" Vật lí 11 chương trình giáo dục phổ thơng mới? ?? để tiến hành nghiên cứu Mục đích nghiên cứu Tổ chức dạy học STEM chủ đề ? ?Dao động học? ?? Vật lí. .. lí 11 chương trình giáo dục phổ thơng Chương 3: Tổ chức dạy học chủ đề ? ?Dao động học? ?? Vật lí 11 chương trình giáo dục phổ thơng CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ... kiến trình bày chương: Chương 1: Cơ sở lý luận thực tiễn việc tổ chức dạy học chủ đề STEM dạy học Vật lí 11 chương trình giáo dục phổ thơng Chương 2: Xây dựng dạy học chủ đề ? ?Dao động học? ?? Vật lí