Tổ chức dạy học stem chủ đề động lực học vật lý 10 chương trình giáo dục phổ thông mới

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC VŨ TÙNG ANH TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM CHỦ ĐỀ “ĐỘNG LỰC HỌC” VẬT LÍ 10 CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THƠNG MỚI KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÝ Hà Nội – 2020 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM CHỦ ĐỀ “ĐỘNG LỰC HỌC” VẬT LÍ 10 CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THƠNG MỚI KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÝ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Thị Thu Hiền Sinh viên thực khóa luận: Vũ Tùng Anh Hà Nội – 2020 LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy cô giảng viên Khoa Sư phạm, Trường Đại học Giáo dục – Đại học Quốc gia Hà Nội giảng dạy trang bị cho em kiến thức vô hữu ích học tập nghiên cứu để hoàn thành khóa luận Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS TS Lê Thị Thu Hiền, người tận tình, chu đáo hướng dẫn em suốt trình thực khóa luận Em xin gửi lời cảm ơn tới bạn sinh viên lớp QH-2016S – Sư phạm Vật lý hỗ trợ em hồn thành khóa luận Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2020 Tác giả khóa luận Vũ Tùng Anh DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Viết đầy đủ Viết tắt GV Giáo viên HS Học sinh NXB Nhà xuất STEM Sience, Technology, Engineering, Maths THPT Trung học phổ thông MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Khách thể đối tượng nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Cấu trúc khóa luận CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA VIỆC TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ 10 CHƯƠNG TRÌNH THPT MỚI I.1 Khái quát chung STEM I.1.1 Các khái niệm I.1.2 Mục tiêu giáo dục STEM I.1.3 Đặc điểm dạy học theo định hướng giáo dục STEM I.2 Giáo dục STEM chương trình giáo dục phổ thơng 2018 I.2.1 Bối cảnh chung I.2.2 Các mức độ giáo dục STEM giáo dục phổ thơng I.2.3 Vai trị, ý nghĩa giáo dục STEM giáo dục phổ thông I.3 Xây dựng, tổ chức dạy học đánh giá kết dạy học chủ đề STEM 11 I.3.1 Tiêu chí xây dựng chủ đề STEM 11 I.3.2 Dạy học STEM THPT 14 I.3.2.1 Phương pháp giáo dục STEM 14 I.3.2.2 Các hình thức tổ chức giáo dục STEM 15 I.3.3 Tổ chức hoạt động dạy học chủ đề STEM 18 I.3.3.1 Tiêu chí xây dựng hoạt động chủ đề STEM 19 I.3.3.2 Tiến trình tổ chức hoạt động dạy học STEM 21 I.3.4 Đánh giá hoạt động giáo dục STEM 24 I.3.4.1 Nguyên tắc đánh giá 24 I.3.4.2 Các yêu cầu đánh giá 25 KẾT LUẬN CHƯƠNG I 27 CHƯƠNG II: XÂY DỰNG CHỦ ĐỀ STEM TRONG DẠY HỌC CHỦ ĐỀ “ĐỘNG LỰC HỌC” VẬT LÝ 10 CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THƠNG MỚI 28 II.1 Chủ đề “Động lực học” Vật lý 10 theo chương trình giáo dục phổ thơng 28 II.1.1 Mục tiêu dạy học chủ đề “Động lực học” 28 II.1.2 Nội dung kiến thức chủ đề “Động lực học” 29 II.2 Xây dựng chủ đề STEM dạy học chủ đề “Động lực học” Vật lý 10 chương trình giáo dục phổ thơng 32 II.2.1 Chủ đề “Bungee Jump” 32 II.2.2 Chủ đề “Cân thăng bằng” 34 II.2.3 Chủ đề “Máy bắn đá” 36 II.2.4 Chủ đề “Xây cầu” 38 II.2.5 Chủ đề “Đồ chơi treo nôi” 40 II.2.6 Chủ đề “Con quay Spinner” 42 KẾT LUẬN CHƯƠNG II 45 CHƯƠNG III: TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM TRONG DẠY HỌC CHỦ ĐỀ “ĐỘNG LỰC HỌC” VẬT LÝ 10 CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THƠNG MỚI 46 III.1 Kế hoạch dạy học chủ đề “Bungee Jump” 46 III.2 Kế hoạch dạy học chủ đề “ Cân thăng bằng” 58 III.3 Kế hoạch dạy học chủ đề “ Máy bắn đá” 69 III.4 Kế hoạch dạy học chủ đề “Xây cầu” 82 III.5 Kế hoạch dạy học chủ đề “Đồ chơi treo nôi” 92 III.6 Kế hoạch dạy học chủ đề “Con quay Spinner” 101 KẾT LUẬN CHƯƠNG III 115 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 116 TÀI LIỆU THAM KHẢO 117 TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN 118 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Hiện nay, chương trình giáo dục phổ thơng công bố chuẩn bị áp dụng vào giáo dục Việt Nam Chương trình xây dựng theo mơ hình phát triển lực, thơng qua kiến thức bản, thiết thực, đại phương pháp tích cực hóa hoạt động người học, giúp học sinh hình thành phát triển phẩm chất lực mà nhà trường xã hội kỳ vọng Trong chương trình giáo dục phổ thơng mới, cấp Trung học phổ thơng, Vật lí mơn học thuộc nhóm mơn Khoa học Tự Nhiên, lựa chọn theo định hướng nghề nghiệp học sinh Môn Vật lí giúp học sinh phát triển phẩm chất, lực cần thiết, tạo điều kiện để học sinh nhận biết lực, sở trưởng thân Chương trình mơn Vật lí lựa chọn phát triển vấn đề cốt lõi thiết thực nhất, đồng thời trọng đến vấn đề mang tính ứng dụng cao sở nhiều ngành kĩ thuật, khoa học công nghệ Đặc biệt chủ đề “Động lực học” lớp 10 có nhiều kiến thức quan trọng, có tính ứng dụng cao đời sống có nhiều chủ đề xây dựng Thí nghiệm, thực hành đóng vai trị đặc biệt quan trọng việc hình thành khái niệm, tượng, định luật vật lí Vì việc trọng rèn luyện cho học sinh khả tìm hiểu thuộc tính đối tượng vật lí thơng qua thí nghiệm, thực hành, mơ hình góc độ khác Giáo dục STEM trường trung học phổ thông quan điểm dạy học định hướng phát triển lực học sinh bao gồm lĩnh vực Khoa học (Sience) – Cơng nghệ (Tecnology) – Kỹ thuật (Engineer) – Tốn học (Math) Các kiến thức thuộc lĩnh vực tổ chức dạy học theo chủ đề Vật lí nhằm giúp học sinh vận dụng kiến thức để giải vấn đề mang tính thực tiễn mang lại hiệu giá trị Việc xây dựng chủ đề dạy học STEM hồn tồn đạt mục tiêu chương trình giáo dục phổ thơng mới đề để phát triển lực học sinh đồng thời giúp việc học mơn Vật lí trở nên dễ dàng, thu hút hiệu Chính vậy, em chọn đề tài : “Tổ chức dạy học STEM chủ đề “Động lực học” Vật lý 10 chương trình giáo dục phổ thơng mới” để tiến hành nghiên cứu Mục đích nghiên cứu Xây dựng chủ đề dạy học STEM lớp 10 chủ đề “Động lực học” kèm theo tài liệu hướng dẫn dạy học chủ đề xây dựng sử dụng trường THPT Nhiệm vụ nghiên cứu - Xây dựng sở lý luận thực tiễn việc tổ chức dạy học chủ đề STEM dạy học vật lí chương trình giáo dục phổ thơng - Xây dựng chủ đề dạy học STEM nội dung “Động lực học” Vật lý 10 chương trình giáo dục phổ thông - Báo cáo kết đánh giá trình Khách thể đối tượng nghiên cứu 4.1 Khách thể nghiên cứu - Học sinh Trung học phổ thông 4.2 Đối tượng nghiên cứu - Q trình dạy học chủ đề STEM mơn Vật lí giáo viên học sinh THPT Phương pháp nghiên cứu Phương pháp phân tích tổng hợp: Phân tích tài liệu Việt Nam nước nội dung liên quan đến phạm vi nghiên cứu đề tài thành đơn vị kiến thức, cho phép tìm hiểu đặc thù, chất, cấu trúc lý luận Từ tổng hợp đơn vị kiến thức thành sở lý luận đề tài Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Phương pháp thu nhận thông tin thay đổi số lượng chất lượng nhận thức hành vi đối tượng giáo dục người nghiên cứu tác động đến chúng số phương pháp, lý luận nêu đề tài Cấu trúc khóa luận Ngồi phần mở đầu, kết luận, khuyến nghị, tài liệu tham khảo, khóa luận trình bày chương: Chương I: Cơ sở lý thuyết việc tổ chức dạy học STEM chương trình Vật lý 10 chương trình THPT Chương II: Xây dựng chủ đề STEM dạy học chủ đề “Động lực học” Vật lý 10 chương trình giáo dục phổ thơng Chương III Tổ chức dạy học chủ đề STEM dạy học chủ đề “Động lực học” Vật lý 10 chương trình giáo dục phổ thơng - Tiêu chí sản phẩm: Bước 2: Tìm hiểu kiến thức Hãy tìm hiểu sách giáo khoa nguồn tài liệu khác để hoàn thành câu hỏi sau: Câu 1: Ngẫu lực ? Nêu số ví dụ ngẫu lực 108 Câu 2: Nêu tác dụng ngẫu lực vật khơng có trục quay cố định Câu 3: Nêu tác dụng ngẫu lực vật có trục quay cố định Câu 4: Momen lực ? 109 Câu 5: Lực hướng tâm, lực li tâm ? Câu 6: Hiện tượng tăng, giảm, trọng lượng ? Việc tăng, giảm trọng lượng ảnh hướng đến chuyển động quay vật Bước 3: Đưa giả thuyết, giải pháp giải vấn đề - Theo em, hình dạng quay quay lâu 110 - Theo em, phân bố khối lượng quay để quay quay lâu Bước 4: Thiết kế, chế tạo sản phẩm - Vẽ thiết kế cấu tạo sản phẩm I II 111 - Nguyên vật liệu sử dụng Tên vật liệu Số lượng Giá thành Tổng tiền (VNĐ) TỔNG CHI PHÍ - Mơ tả bước chế tạo sản phẩm I II: - Mô tả hoạt động việc chạy thử sản phẩm I 112 - Mô tả hoạt động việc chạy thử sản phẩm II Bước 5: Chạy sản phẩm thu thập số liệu - Ghi lại số liệu cần thiết, thay đổi lần chạy (nêu lý do) Bước 6: Đánh giá cải tiến sản phẩm - Lập bảng tiêu chí đánh giá sản phẩm tự đánh giá sản phẩm 113 - So sánh sản phẩm nhóm đưa cải tiến cho sản phẩm nhóm 114 KẾT LUẬN CHƯƠNG III Ở chương III kế hoạch dạy học, phiếu học tập tương ứng với chủ đề xây dựng chương II Các kế hoạch dạy học cần dự đốn trước tình xảy lớp học nhằm đảo bảo tiến độ dạy an toàn học sinh thực hành Cần trọng vai trị học sinh việc tự tìm tịi kiến thức thay hình thức dạy học chiều từ thầy Giáo viên đóng vai trị người hướng dẫn, định hướng, nhận xét, đánh giá tổng kết lại kiến thức có học 115 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Kết luận Khóa luận thực mục đích nhiệm vụ nghiên cứu đề là: - Xây dựng sở lý luận việc tổ chức dạy học chủ đề STEM nói chung dạy học chủ đề “Động lực học” Vật lý 10 chương trình giáo dục phổ thơng nói riêng - Xây dựng chủ đề STEM dạy học chủ đề “Động lực học” Vật lý 10 chương trình giáo dục phổ thơng - Xây dựng kế hoạch dạy học chủ đề “Động lực học” Vật lý 10 chương trình giáo dục phổ thơng Khuyến nghị Để việc triển khai dạy học theo định hướng giáo dục STEM nhà trường phổ thơng nói chung dạy học mơn Vật lý nói riêng đạt hiệu cần có đầu tư đạo mang tính đồng bộ, củ thể là: - Tăng cường tuyên truyền để nâng cao nhận thức tầng lớp xu giáo dục mang tính tất yếu giới – giáo dục STEM Đặc biệt bối cảnh Việt Nam vừa cơng bố chương trình giáo dục phổ thông đặc biệt trọng phát triển lực học sinh - Phát triển mối quan hệ hợp tác nhà trường với tổ chức liên quan đến STEM - Đầu tư sở vật chất xây dựng phịng học mơn theo định hướng STEM - Đào tạo giáo viên giảng dạy chủ đề STEM cách hiệu 116 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 thơng Bộ Giáo dục Đào tạo (2017), Sách giáo khoa Vật lí 10, tái lần thứ mười ba, NXB Giáo dục Việt Nam Bộ Giáo dục Đào tạo (2020), Tài liệu hướng dẫn giáo dục STEM 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 thơng NXB Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh 117 TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN CHỦ ĐỀ STEM “XÂY CẦU” I Cầu đường “Cầu đường mạch máu nước” - lời Chủ tịch Hồ Chí Minh bài: “Công tác cầu đường”, đăng Báo Nhân dân, số 119, từ ngày 21 đến 25 tháng năm 1953 Đây thời kỳ mà kháng chiến chống thực dân Pháp nhân dân ta Đảng lãnh đạo bước vào giai đoạn định, quan trọng, cần phải huy động nguồn nhân vật lực lớn cho chiến dịch Lời Bác Hồ dạy, có ý nghĩa thiết thực, khẳng định vai trò quan trọng hệ thống cầu đường, giao thông vận tải; Bác ví mạch máu đất nước, quốc gia dân tộc Trên thực tế, cầu đường mà tốt tạo thuận lợi cho phát triển kinh tế, vận chuyển hàng hóa, bảo đảm cho thắng lợi kháng chiến kiến quốc Thực lời dạy Bác, ngành giao thông vận tải khơng quản khó khăn, gian khổ, ngày đêm hăng say lao động làm cầu, mở đường đảm bảo cho hệ thống giao thông thông suốt, phục vụ đắc lực công kháng chiến giành độc lập dân tộc phát triển kinh tế - xã hội đất nước Những cầu tốt giúp giải vấn đề lưu thơng hiệu thường có nhiều nét kiến trúc Chúng tạo liên kết thúc đẩy phát triển sở hạ tầng hai bên cầu, nâng cao hoạt động giao thương khu vực Theo khảo sát cầu xây dựng gần cho thấy cầu thiết kế thông minh mang lại “sức sống” cho nhiều thành phố khu vực, tạo khác biệt cho sống người dân vùng II Kiến thức có chủ đề Lực hấp dẫn – Trọng lực 118 - Định luật vạn vật hấp dẫn: Lực hấp dẫn hai vật có độ lớn tỉ lệ thuận với tích hai khối lượng chúng tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách chúng 𝑭𝒉𝒅 = 𝑮 𝒎𝟏 𝒎𝟐 𝒓𝟐 - Trọng lực trường hợp riêng lực hấp dẫn Trọng lực mà Trái Đất tác dụng lên vật lực hấp dẫn Trái Đất tác dụng lên vật Trọng lực đặt vào điểm đặc biệt vật gọi trọng tâm vật Tổng hợp phân tích lực - Tổng hợp lực thay nhiều lực tác dụng đồng thời vào vật lực có tác dụng giống hệt tác dụng toàn lực - Quy tắc tổng hợp lực: Hợp lực hai lực đồng quy biểu diễn đường chéo hình bình hành mà hai cạnh véc tơ biểu diễn hai lực thành phần - Phân tích lực thay lực hai hay nhiều lực tác dụng đồng thời gây hiệu giống hệt lực Các loại cầu đường thường thấy - Cầu dầm: Cầu dầm loại cầu đơn giản, dễ việc xây dựng Mặt cầu phẳng, nối dài, thường ln có phương nằm ngang, độ cao kéo dài sang bên đầu Chân cầu đúc bê tông cứng, dầm vào đất, đáy sông Cầu dầm thường làm bê tông cốt thép loại cầu khác, làm gỗ, tre nứa, Cầu thường sử dụng nhiều chân cầu để chống đỡ Những cầu to có khả cho phép nhiều loại phương tiện lớn xe tải, xe công ten nơ chạy qua, cầu dùng cho đường sắt Loại cầu thường sử dụng cho nhiều mục đích, làm cầu vượt cạn cầu cạn nối dài, cầu bắc qua sông lớn 119 - Cầu giàn: Cầu giàn loại cầu xây dựng với giàn nhịp khung xương sắt, thép nối dài Cầu giàn thường dùng cho đường ray tàu hỏa đường - Cầu dây văng: Cầu dây văng loại cầu bao gồm nhiều trụ (thường gọi tháp), với dây cáp neo chịu đỡ toàn hệ mặt cầu dầm cầu Cấu tạo cầu đường - Kết cấu nhịp: Kết cấu nhịp cầu bao gồm: mặt cầu (gồm có mặt bêtông cốt thép thép gỗ, lớp phủ lớp chống nước,…) dầm dọc dầm ngang, kết cấu nhịp chịu tác dụng tải trọng thân cầu gọi tĩnh tải, với tải trọng người, xe cầu gọi hoạt tải, ngồi cịn có tác dụng gió, động đất (trường hợp đặc biệt), toàn tải trọng truyền xuống đất qua hệ thống mố trụ cầu - Mố trụ cầu: Mố trụ cầu phận dùng để đỡ kết cấu nhịp bên trên, tiếp nhận toàn tải trọng truyền xuống đất - Mố cầu: Bộ phận hai đầu cầu nối tiếp cầu với đường gọi mố cầu Mố cầu cuối cầu tạo thành cấu trúc chuyển tiếp từ đường tới mặt cầu Nó tiếp nhận phần tải trọng kết cấu nhịp truyền xuống chịu tác dụng đất đắp sau mố (đường tiếp nối vào cầu) - Trụ cầu: Bộ phận hai mố cầu kết cấu nhịp tựa lên gọi trụ cầu Do nhiều yêu cầu kinh tế kĩ thuật chiều dài kết cấu nhịp dài Để vượt khoảng cách lớn yêu cầu phải có phận chống đỡ trung gian trụ cầu Trụ cầu truyền tải từ kết cấu nhịp xuống móng cơng trình Đối với loại cầu dây văng cầu treo trụ cầu thường làm cao lên để treo dây chịu lực, gọi trụ tháp - Móng cầu: Móng cầu phận bên cầu, móng có tác dụng truyền phân bố tồn tải trọng xuống đất cho toàn 120 kết cấu đứng vững đất mà không bị phá hoại đất bị vượt sức chịu tải - Gối cầu: Gối cầu phận trung gian kết cấu nhịp mố trụ cầu Gối cầu làm trung gian chịu tải trọng kết cấu nhịp truyền xuống mố trụ Đồng thời gối cầu giúp cho kết cấu làm việc giống mơ hình tính tốn, giúp kết cấu nhịp dịch chuyển, co giãn bị cản trở Các loại gối cầu đa dạng chia hai loại gối cố định gối di động, gối cứng (thép) đàn hồi (gối cao su, cao su thép) III Chế tạo sản phẩm Mục đích chế tạo - Chế tạo cầu bền chịu trọng lượng lớn Hướng dẫn chế tạo - Chuẩn bị vật liệu - Xây dựng kết cấu nhịp cho cầu (Tùy vào thiết kế khác nhau) - Xây dựng cầu - Xây dựng mái cầu - Lắp ghép phận với Thử sản phẩm - Buộc vào cầu thiết bị dùng để treo vật nặng - Đo khối lượng cầu - Treo vật nặng lên cầu - Tăng dần trọng lượng cầu cầu gãy - Ghi lại số liệu sau lần tăng trọng lượng hình dáng cầu IV Kết khuyến nghị 121 Kết quả: Cây cầu chịu lượng tải trọng gấp lần khối lượng nó, vật nặng có hạn nên cầu chịu với khối lượng gấp lần khối lượng cầu cầu chưa thể gãy Khuyến nghị: - Nên chuẩn bị dụng cụ treo vật nặng dễ dàng gắn lên cầu với hình dáng, thiết kế mà học sinh sáng tạo - Chuẩn bị lượng lớn vật nặng để thử nghiệm cầu gãy - Giúp học sinh đưa kết luận phương án cải tiến, tối ưu hóa sản phẩm V Một số hình ảnh minh họa 122 ... trình Vật lý 10 chương trình THPT Chương II: Xây dựng chủ đề STEM dạy học chủ đề ? ?Động lực học? ?? Vật lý 10 chương trình giáo dục phổ thông Chương III Tổ chức dạy học chủ đề STEM dạy học chủ đề ? ?Động. .. sở lý luận thực tiễn việc tổ chức dạy học chủ đề STEM dạy học vật lí chương trình giáo dục phổ thông - Xây dựng chủ đề dạy học STEM nội dung ? ?Động lực học? ?? Vật lý 10 chương trình giáo dục phổ. .. LUẬN CHƯƠNG I 27 CHƯƠNG II: XÂY DỰNG CHỦ ĐỀ STEM TRONG DẠY HỌC CHỦ ĐỀ “ĐỘNG LỰC HỌC” VẬT LÝ 10 CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THÔNG MỚI 28 II.1 Chủ đề ? ?Động lực học? ?? Vật lý 10