Tổ chức dạy học chương “chất khí”– vật lí 10 theo định hướng giáo dục stem

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM - LÊ THỊ HỒNG DIỄM TỔ CHỨC DẠY HỌC CHƢƠNG “CHẤT KHÍ” – VẬT LÍ 10 THEO ĐỊNH HƢỚNG GIÁO DỤC STEM LUẬN VĂN THẠC SĨ LÝ LUẬN VÀ PPDH BỘ MÔN VẬT LÍ Đà Nẵng – Năm 2020 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM - LÊ THỊ HOÀNG DIỄM TỔ CHỨC DẠY HỌC CHƢƠNG “CHẤT KHÍ” – VẬT LÍ 10 THEO ĐỊNH HƢỚNG GIÁO DỤC STEM Ngành: Lý luận PPDH Bộ mơn Vật lí Mã số: 8.14.01.11 NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN THANH NGA Đà Nẵng – Năm 2020 III MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II DANH MỤC CÁC BẢNG VIII DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ IX MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài .1 Mục đích nghiên cứu .2 Giả thuyết khoa học Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu .3 Nhiệm vụ nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Đóng góp đề tài .3 Cấu trúc luận văn NỘI DUNG .5 CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƢỚNG GIÁO DỤC STEM TRONG TRƢỜNG PHỔ THÔNG 1.1 Cơ sở tâm lý học lứa tuổi học sinh trung học phổ thông 1.1.1 Đặc điểm tâm lý lứa tuổi học sinh trung học phổ thông .5 1.1.2 Đặc điểm nhận thức lứa tuổi học sinh trung học phổ thông 1.2 Giáo dục STEM trƣờng trung học phổ thông .8 1.2.1 Khái niệm giáo dục STEM 1.2.2 Mục tiêu giáo dục STEM .9 1.2.3 Phân loại STEM 1.2.4 Tiêu chí chủ đề giáo dục STEM 10 1.2.5 Quy trình thiết kế chủ đề giáo dục STEM 10 1.2.6 Dạy học môn khoa học theo phƣơng thức giáo dục STEM 10 1.3 Bồi dƣỡng tƣ kỹ thuật cho học sinh trung học phổ thông dạy học chủ đề STEM 13 1.3.1 Khái niệm kỹ thuật 13 1.3.2 Phát triển tƣ kỹ thuật học sinh dạy học STEM 14 IV 1.3.3 Biểu tƣ kỹ thuật hoạt động nhận thức học sinh dạy học STEM .16 1.3.4 Biện pháp phát triển tƣ kỹ thuật học sinh dạy học STEM 16 1.4 Tiến trình tổ chức dạy học kiến thức Vật lý theo định hƣớng giáo dục STEM 17 KẾT LUẬN CHƢƠNG I 21 CHƢƠNG TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƢƠNG “CHẤT KHÍ” – VẬT LÍ 10 THEO ĐỊNH HƢỚNG GIÁO DỤC STEM 22 2.1 Phân tích kiến thức chƣơng “Chất khí” theo định hƣớng giáo dục STEM22 2.1.1 Chuẩn kiến thức kĩ chƣơng trình hành 22 2.1.2 Nội dung kiến thức chƣơng “Chất khí” .23 2.2 Xây dựng chủ đề STEM số kiến thức chƣơng “Chất khí” 25 2.2.1 Chủ đề “Sự kỳ diệu phổi” 26 2.2.2 Chủ đề STEM “Máy nén khí mini” 29 2.3 Tổ chức dạy học số kiến thức chƣơng “Chất khí” theo định hƣớng STEM nhằm bồi dƣỡng tƣ kỹ thuật cho học sinh 33 2.3.1 Chủ đề 1: Sự kỳ diệu phổi 33 2.3.2 Chủ đề 2: Máy nén khí mini .44 2.4 Xây dựng công cụ đánh giá .59 KẾT LUẬN CHƢƠNG 60 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 61 3.1 Mục đích thực nghiệm sƣ phạm .61 3.2 Đối tƣợng thực nghiệm sƣ phạm 61 3.3 Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm 61 3.4 Những thuận lợi khó khăn gặp phải tiến hành thực nghiệm sƣ phạm 61 3.4.1 Thuận lợi .61 3.4.2 Khó khăn .62 3.5 Kế hoạch thực nghiệm sƣ phạm .62 3.6 Tổ chức thực nghiệm 62 3.7 Phân tích diễn biến q trình thực nghiệm sƣ phạm 63 3.7.1 Giai đoạn 1: Chuẩn bị 64 3.7.2 Giai đoạn 2: Tổ chức hoạt động dạy học lớp học 65 V 3.7.3 Giai đoạn 3: Kiểm tra đánh giá kết dạy học lớp 81 3.8 Đánh giá kết thực nghiệm sƣ phạm 81 KẾT LUẬN CHƢƠNG 85 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 VIII DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng bảng Trang 2.1 Chuẩn kiến thức kĩ chương “Chất khí” 23 2.2 Chủ đề STEM chương “Chất khí” – Vật lí 10 25 2.3 Các yếu tố STEM chủ đề “Sự kỳ diệu phổi” 28 2.4 Các yếu tố STEM chủ đề “Máy nén khí mini” 31 2.5 Vật liệu thiết bị chế tạo cho chủ đề “Sự kỳ diệu phổi” 35 2.6 Quy trình chế tạo mơ hình chủ đề “Sự kỳ diệu phổi” 36 2.7 Phân bố thời gian kế hoạch tổ chức hoạt động dạy học “Sự kỳ diệu phổi” theo định hướng giáo dục STEM 39 2.8 Tiêu chí đánh giá báo cáo sản phẩm chủ đề “Sự kỳ diệu phổi” 43 2.9 Các thiết bị vật liệu chế tạo máy nén khí mini 47 2.10 Bảng gợi ý lắp ráp mơ hình máy nén khí mini 51 2.11 Phân bố thời gian kế hoạch tổ chức hoạt động dạy học “Máy nén khí mini” theo định hướng giáo dục STEM 52 2.12 Tiêu chí đánh giá sản phẩm học sinh qua chủ đề “Máy nén khí mini” 58 2.13 Tiêu chí đánh giá tư kỹ thuật học sinh dạy học chủ đề STEM 59 3.1 Danh sách học sinh nhóm thực nghiệm lớp 10A4 62 Bảng đánh giá mức độ thể tư kỹ thuật học sinh 3.2 nhóm 63 Bảng đánh giá cụ thể mức độ thể tư kỹ thuật học 3.3 sinh 82 IX DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số hiệu Tên hình hình 1.1 1.2 Quy trình thiết kế chủ đề giáo dục STEM Sơ đồ tiến trình tổ chức dạy học kiến thức Vật lý Trang 10 18 theo định hướng giáo dục STEM 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 Mơ hình mơ hơ hấp ngồi thể người Sơ đồ hình thành ý tưởng chủ đề STEM “Sự kỳ diệu phổi” Sơ đồ hình thành ý tưởng chủ đề STEM “Máy nén khí mini” Máy nén khí Sơ đồ cấu tạo hoạt động máy nén khí piston cấp chiều 27 27 31 44 44 2.6 Một số ứng dụng máy nén khí 45 2.7 Các thiết bị vật liệu chuẩn bị để chế tạo máy nén khí 46 3.1 3.2 3.3 3.4 Vật liệu thiết bị cho nhóm dự án chế tạo “Máy nén khí mini” Học sinh trả lời câu hỏi tình đặt vấn đề giáo viên Học sinh nhóm nhóm thảo luận cách vẽ vẽ thiết kế Các em nhóm hoạt động tìm hiểu máy nén khí 64 66 67 68 3.5 Sơ đồ tóm tắt kiến thức máy nén khí nhóm 69 3.6 Sơ đồ tóm tắt kiến thức máy nén khí nhóm 70 3.7 Nhóm vẽ vẽ thiết kế máy nén khí 71 3.8 Bản vẽ thiết kế máy nén khí nhóm sau hồn thành 71 3.9 Đại diện nhóm thuyết trình sản phẩm nhóm 72 X 3.10 Dụng cụ nhóm phát 73 3.11 Học sinh nhóm nhận dụng cụ từ giáo viên 73 3.12 Một em nhóm cố gắng đục lỗ để luồn dây rút 74 3.13 3.14 3.15 Nhóm 1+2 quấn keo lụa chống rị khí đầu nối với áp kế Nhóm 1+2 chế tạo phận bơm khí tự động Nhóm 5+6 lắp mô tơ xi lanh lên giá đỡ dây rút 76 77 78 3.16 Nhóm 1+ vận hành máy nén khí 79 3.17 Nhóm + kiểm điều chỉnh lại truyền động 79 3.18 3.19 Nhóm +6 bắn thêm keo cố định mô tơ để không bị rung Sản phẩm nhóm 80 81 85 KẾT LUẬN CHƢƠNG Qua trình tiến hành thực nghiệm sƣ phạm dạy học theo định hƣớng giáo dục STEM với hoạt động xây dựng tƣơng ứng với chủ đề cụ thể chƣơng “Chất khí” – Vật lí 10 Chúng tơi tổ chức dạy học, theo dõi, phân tích diễn biến kết thực nghiệm với chủ đề “Máy nén khí mini” đến kết luận sau: - Qua kết thực nghiệm sƣ phạm cho thấy tƣ kỹ thuật học sinh bắt đầu hình thành phát triển mức vừa phải học sinh trƣớc quen với việc học kiến thức hàn lâm nên chƣa thích nghi kịp với việc dạy học phát triển lực Học sinh nắm đƣợc phƣơng pháp giải toán kỹ thuật Trƣớc tiến hành, học sinh biết phân tích điều kiện xuất phát nó, tổng hợp khái niệm biểu tƣợng kỹ thuật để xác định cơng việc cần làm, sau tiến hành lắp ráp chi tiết theo sơ đồ nguyên lí cấu tạo đề ra, hoàn thành yêu cầu giáo viên (nhiệm vụ học tập) Lúc đầu, học sinh tiến hành tìm hiểu, khái quát, hình thành ý tƣởng, chế tạo chậm nhƣng học sinh làm nhanh hơn, thao tác kỹ thuật xác Càng cuối giai đoạn thực nghiệm, học sinh hăng say, hứng thú với công việc, nhiệm vụ học tập Trong thực hành học sinh đƣợc tiếp xúc với khái niệm, biểu tƣợng kỹ thuật, thao tác kỹ thuật, từ học sinh dần phát triển tƣ kỹ thuật - Thay hoàn toàn phƣơng pháp học truyền thống, học sinh chủ động tìm tịi lĩnh hội kiến thức, vận dụng kiến thức vào thực tiễn, giải tốn mang tính kỹ thuật mà giáo viên đặt - Kiến thức đƣợc truyền tải cho học sinh cách sinh động, thực tế, dễ hiểu, dễ hình dung Vì em hiểu sâu chất tƣợng nắm vững kiến thức - Ngồi việc học kiến thức vật lí, học sinh đƣợc rèn luyện kỹ nhƣ hoạt động nhóm, thu thập, xử lí thơng tin, thuyết trình, phản biện, - Phát triển phẩm chất học sinh nhƣ tính trung thực, chăm chỉ, trách nhiệm dựa theo phẩm chất chủ yếu mà chƣơng trình giáo dục phổ thông đề 86 Từ phân tích q trình thực nghiệm khẳng định việc tổ chức dạy học chƣơng “Chất khí” theo định hƣớng giáo dục STEM việc đổi phƣơng pháp dạy học trƣờng phổ thơng hồn toàn phù hợp đạt hiệu cao Tuy nhiên, bên cạnh chúng tơi nhận thấy số hạn chế, khó khăn phƣơng án dạy học soạn thảo: - Thời lƣợng chƣơng trình nội dung kiến thức cần chuyển tải không đảm bảo Học sinh dành thời gian cho nhiều môn học khác lƣợng kiến thức lớn cần hoàn thành nên khó đảm bảo yêu cầu mặt thời gian quy định cho môn học - Thực nghiệm tiến hành phạm vi hẹp, có tính đặc thù đối tƣợng, vùng miền nên chƣa thể khẳng định tính hiệu với toàn đối tƣợng học sinh THPT - Nếu tổ chức dạy học theo định hƣớng giáo dục STEM phải thay đổi kiểm tra đánh giá cho phù hợp với mục tiêu dạy học đề - Để việc tổ chức dạy học theo định hƣớng giáo dục STEM đạt hiệu tốt mở rộng cho nhiều đơn vị kiến thức cần phải có phƣơng tiện dạy học đại (máy chiếu, máy vi tính); phịng học đƣợc trang bị đầy đủ dụng cụ kỹ thuật; Sự đòi hỏi cao ngƣời học (sử dụng đƣợc Power Point, cách khai thác tài liệu,… Sự đòi hỏi cao ngƣời dạy từ khâu chuẩn bị ý tƣởng, giáo án, chuẩn bị dụng cụ - thiết bị - tài liệu dạy học, nên tạo thách thức cho trƣờng học, ngƣời dạy ngƣời học 87 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Đối chiếu với mục đích nghiên cứu nhiệm vụ nghiên cứu đề tài nghiên cứu đạt đƣợc kết sau: -Vận dụng đƣợc sở lí luận dạy học định hƣớng STEM vào nội dung kiến thức chƣơng “Chất khí” Vật lí 10 để xây dựng đƣợc chủ đề dạy học cụ thể - Trên sở tìm hiểu, điều tra tình hình dạy học chúng tơi có phƣơng án tổ chức dạy học phù hợp với đối tƣợng thực nghiệm - Kết thực nghiệm cho thấy nội dung chủ đề dạy học số kiến thức chƣơng “Chất khí” – Vật lý 10 phù hợp với đối tƣợng học sinh Hình thức tổ chức phƣơng pháp hƣớng dẫn có tính khả thi Học sinh phát triển đƣợc tƣ kỹ thuật Tuy đề tài thu đƣợc kết định song thời gian thực đề tài chƣa nhiều, điều kiện vật chất thiếu thốn,…sự hiểu biết có hạn tác giả nên đề tài không tránh khỏi hạn chế nhƣ: - Chƣa tổ chức đƣợc cho nhiều lớp học sinh tham gia tiết học định hƣớng STEM - Chƣa mở rộng đƣợc cho nhiều chƣơng kiến thức đa dạng - Sản phẩm mà em thiết kế chế tạo chƣa đạt hiệu cao Kiến nghị - Cải tiến công tác kiểm tra đánh giá học sinh Hiện nay, việc kiểm tra đánh giá trọng vào kiến thức kĩ năng, thái độ đặc biệt lực chƣa đƣợc trọng mức - Về phía nhà trƣờng: tăng cƣờng đầu tƣ sở vật chất, giảm tải kiến thức, tăng tiết học ngoại khóa thực hành - Tổ chức khóa bồi dƣỡng cho giáo viên vai trò nhƣ cách tổ chức hoạt động dạy học theo định hƣớng giáo dục STEM Chúng hy vọng đề tài góp phần vào việc đổi phƣơng pháp dạy học trƣờng phổ thông Những kết đạt đƣợc đề tài tài liệu tham khảo bổ ích cho giáo viên sinh viên ngành sƣ phạm tham gia giảng dạy chủ đề kiến thức chƣơng “Chất khí” - Vật lí 10 thêm sinh động đạt hiệu cao 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ Giáo dục Đào tạo (2015), Lƣơng Duyên Bình (Tổng chủ biên), Sách Giáo Khoa Vật lí 10 (Ban Cơ bản), NXB Giáo dục Việt Nam [2] Bộ Giáo dục Đào tạo (2010), Hướng dẫn thực chuẩn kiến thức, kỹ môn Vật lý lớp 10, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam [3] Bộ Giáo dục Đào tạo (2019), Tài liệu tập huấn xây dựng thực hiên chủ đề giáo dục STEM trường Trung học [4] Lý Minh Tiên, Nguyễn Thị Tứ (2016), tâm lý học lứa tuổi tâm lý học sư phạm, NXB Đại học Sƣ phạm TP Hồ Chí Minh [5] Nguyễn Thanh Nga (Chủ biên), Phùng Việt Hải, Nguyễn Quang Linh, Hoàng Phƣớc Muội (2017), Thiết kế tổ chức chủ đề giáo dục STEM cho học sinh trung học sở học sinh trung học phổ thông, NXB Đại học Sƣ phạm thành phố Hồ Chí Minh [6] Nguyễn Thanh Nga, Hồng Phƣớc Muội (2017), Tổ chức dạy học số kiến thức chương động lực học chất điểm vật lý 10 theo định hướng giáo dục STEM, Kỷ yếu Hội thảo nghiên cứu khoa học giáo dục STEM chƣơng trình giáo dục phổ thông mới, NXB Đại học Sƣ Phạm, TP HCM [7] Wed “http://dantri.com.vn/giao-duc-khuyen-hoc/viet-nam-hoc-duoc-gi-tu-giao- duc-stem-20170727085028452.htm” [8] Wed “http://www.hoihohaptphcm.org/benh-nhan/230-tac-hai-cua-thuoc-la”, viết “Tác hại thuốc lá” [9] Wed “http://maynenkhiir.com/chi-tiet-tin/the-nao-la-may-nen-khi-va-nhung-dieuban-chua-biet-ve-no” viết “Thế máy nén khí điều bạn chƣa biết nó” [10] Wed “https://vi.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1y_n%C3%A9n_kh%C3%AD” [11] Wed “https://yenphat.com/may-nen-khi-piston-co-nguyen-ly-hoat-dong-nhu-thenao.html” [12] wed: “http://vi.wikipedia.org/wiki/Kỹ_thuật” ... lí lựa chọn đề tài: Tổ chức dạy học chƣơng “Chất khí”– Vật lí 10 theo định hƣớng giáo dục STEM Mục đích nghiên cứu Tổ chức dạy học số kiến thức chƣơng “Chất khí” - Vật lí 10 theo định hƣớng STEM. .. việc dạy học theo định hƣớng giáo dục STEM đạt hiệu nhƣ mơn vật lý nói riêng mơn học khác nói chung, chúng tơi tiến hành tổ chức dạy học chƣơng “Chất khí” – Vật lí 10 theo định hƣớng giáo dục STEM. .. – Vật lý 10 theo định hƣớng giáo dục STEM 22 CHƢƠNG TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƢƠNG “CHẤT KHÍ” – VẬT LÍ 10 THEO ĐỊNH HƢỚNG GIÁO DỤC STEM 2.1 Phân tích kiến thức chƣơng “Chất khí” theo