Mục đích: HS đề xuất các ý tưởng khác nhau về giải pháp thiết kế mô hình nhà chống lũ, lựa chọn giải pháp phù hợp nhất với các tiêu chí đã thống nhất ở hoạt động 3, từ đó hoàn thiện g[r]
(1)vận dụng “Quy trÌnh thiết kế kĨ thuật” xÂy dỰng ChỦ đề StEm “thiết kế mÔ hÌnh nhà ChỐng lŨ” thEo đỊnh hƯớng phát triỂn nĂng lỰC họC Sinh
Nguyễn Thị Thu Thủy1
Tóm tắt: Việc đưa giáo dục STEM vào trường phổ thông mang lại nhiều ý nghĩa, phù hợp với định hướng đổi giáo dục phổ thông Việt Nam Tuy nhiên, phần lớn giáo viên phổ thông chưa bồi dưỡng lực cần thiết giáo dục STEM Việc xây dựng chủ đề STEM nhiệm vụ khó khăn giáo viên tiếp cận dạy học STEM Bài viết trình bày số quan điểm xây dựng chủ đề STEM cách thức vận dụng quy trình thiết kế kĩ thuật để xây dựng chủ đề STEM Đồng thời, tác giả vận dụng quan điểm để xây dựng chủ đề STEM “Thiết kế mơ hình nhà chống lũ” theo định hướng phát triển lực học sinh Từ khóa: Giáo dục STEM, Quy trình thiết kế kĩ thuật, Xây dựng chủ đề STEM. 1 Mở đầu
(2)luồng Để giáo viên vận dụng mơ hình này, Bộ giáo dục Đào tạo tổ chức đợt tập huấn, bồi dưỡng giáo dục STEM Tuy nhiên, đợt tập huấn chưa tổ chức đồng bộ, phần lớn giáo viên xa lạ với giáo dục STEM, nhiều giáo viên tham gia đợt tập huấn gặp nhiều khó khăn việc vận dụng vào dạy học trường học Trong đợt tập huấn Bộ Giáo dục Đào tạo vào tháng năm 2019, khảo sát 140 giáo viên công tác 18 trường phổ thông thuộc tỉnh Đăk Lăk, Lâm Đồng, Quảng Ngãi, Nghệ An, Nam Định vấn đề: “Các thầy (cô) đánh cần thiết phải bồi dưỡng cách thức xây dựng chủ đề STEM” Kết câu trả lời giáo viên theo mức độ sau: (1) Không cần thiết: GV; (2) Ít cần thiết: GV; (3) Cần thiết: 87 GV; (4) Rất cần thiết: 50 GV Kết khảo sát cho thấy cách thức xây dựng chủ đề STEM vấn đề mà đa số giáo viên cho cần thiết để giáo viên tiếp cận dạy học STEM
Đối với chủ đề STEM như: Thiết kế hệ thống báo động mở cửa, Thiết kế đèn ngủ tự động tắt, Thiết kế mơ hình Nhà chống lũ…; học sinh thường phải thực nhiệm vụ học tập gần giống với quy trình thiết kế kĩ thuật kĩ sư Vì vậy, vận dụng quy trình thiết kế kĩ thuật để xây dựng chủ đề STEM giúp học sinh phát triển lực nghiên cứu thiết kế thiết bị kĩ thuật, lực giải vấn đề lực hợp tác; phù hợp với định hướng giáo dục phổ thông Bài viết trình bày quan điểm việc vận dụng quy trình thiết kế kĩ thuật xây dựng chủ đề STEM đồng thời minh họa chủ đề gắn liền với vấn đề thực tiễn Biến đổi khí hậu: “Thiết kế mơ hình nhà chống lũ”
2 Nội dung nghiên cứu 2.1 Quy trình thiết kế kĩ thuật
(3)Phần TRIẾT lÝ, MÔ THỨc, PHƯƠNG THỨc GIÁO Dục THEO ĐỊNH HƯỚNG 4.0 81 Bước 1: Xác định vấn đề
Dự án kỹ thuật bắt đầu câu hỏi vấn đề mà người nghiên cứu quan sát Ví dụ như: Vấn đề gì, Điều cần thiết, Tại cần phải giải quyết, Có cách tốt khơng, Cải tiến nào…
Bước 2: Nghiên cứu tổng quan
Việc nghiên cứu tổng quan thừa hưởng kinh nghiệm người khác, tránh sai lầm nghiên cứu Có hai vấn đề cần tìm hiểu nghiên cứu giai đoạn là: ý kiến người sử dụng (hay khách hàng) ưu, nhược điểm qui trình, giải pháp kĩ thuật hay thiết bị, sản phẩm có
Bước 3: Xác định yêu cầu
Đề xuất yêu cầu, tiêu chí thiết kế cần phải đạt Một cách xây dựng đề xuất tiêu chí dựa vào phân tích qui trình, giải pháp hay sản phẩm có u cầu, tiêu chí cần xác định phát biểu rõ ràng
Bước 4: Đề xuất giải pháp, lựa chọn hoàn thiện giải pháp
Với yêu cầu tiêu chí đặt ra, ln ln có nhiều giải pháp tốt để giải Trên sở giải pháp đề xuất, cần xem xét đánh giá cách toàn diện mức độ phù hợp với yêu cầu, tiêu chí đặt cho sản phẩm Từ đó, lựa chọn giải pháp tốt Mặc dù chọn, giải pháp thực cần xem xét lại để cải tiến, hoàn thiện
Bước 5: Xây dựng mẫu
Mẫu sản phẩm xem phiên “hoạt động” dựa giải pháp Thường chế tạo vật liệu không giống với sản phẩm cuối cùng, lẽ đương nhiên, chưa cần quan tâm tới tính mỹ thuật sản phẩm Mẫu xem xét, đánh giá, kiểm tra có đáp ứng yêu cầu, tiêu chí đặt cho sản phẩm hay chưa
Bước 6: Thử nghiệm hoàn thiện thiết kế
Q trình thử nghiệm hồn thiện thiết kế nhằm hướng tới việc có sản phẩm tốt Một số là: Đánh giá giải pháp – tìm kiếm lỗi thay đổi – Đánh giá giải pháp – tìm kiếm lỗi thay đổi…., trước kết luận thiết kế cuối
Bước 7: Báo cáo kết quả
(4)2.2 Quan điểm việc xây dựng chủ đề STEM
Chủ đề STEM trường trung học (gọi tắt chủ đề STEM) chủ đề dạy học thiết kế dựa vấn đề thực tiễn kết hợp với chuẩn kiến thức, kỹ mơn khoa học chương trình phổ thơng Trong trình dạy học, giáo viên tổ chức cho học sinh làm việc nhóm, sử dụng cơng nghệ truyền thống đại, cơng cụ tốn học để tạo sản phẩm có tính ứng dụng thực tế, phát triển kỹ tư học sinh [4]
Việc vận dụng quy trình thiết kế kĩ thuật để xây dựng chủ đề STEM phải thỏa mãn tiêu chí sau:
- Chủ đề STEM tập trung vào vấn đề thực tiễn; - Cấu trúc chủ đề STEM theo quy trình thiết kế kĩ thuật;
- Phương pháp dạy học chủ đề STEM đưa học sinh vào hoạt động tìm tịi khám phá, định hướng hành động, trải nghiệm sản phẩm;
- Hình thức tổ chức chủ đề STEM lôi học sinh vào hoạt động nhóm kiến tạo; - Nội dung chủ đề STEM áp dụng chủ yếu từ nội dung khoa học toán mà học sinh học;
- Tiến trình dạy học chủ đề STEM tính đến có nhiều đáp án coi thất bại phần cần thiết học tập [1]
Việc xây dựng chủ đề STEM thường tuân theo bước quy trình xây dựng chủ đề STEM sau:
Lựa chọn chủ
đề STEM Xác địcần ginh vải quyấn đềết
Xác định kiến thức cần thiết để
giải vấn đề
Xây dựng tiêu chí thiết bị
Xây dựng mục tiêu chủđề
Thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học chủđề
2.3 Vận dụng quy trình thiết kế kĩ thuật để xây dựng chủ đề STEM: “Thiết kế mơ hình nhà chống lũ”
Bước 1: Lựa chọn chủ đề STEM
Một vấn đề mà giới quan tâm Biến đổi khí hậu Ở Việt Nam, biến đổi khí hậu làm cho tình hình lũ lụt diễn biến ngày phức tạp Người dân vùng lũ cần phải có biện pháp thích nghi ứng phó với tình hình Một số giải pháp xây nhà chống lũ
Bước 2: Xác định vấn đề cần giải
(5)Phần TRIẾT lÝ, MÔ THỨc, PHƯƠNG THỨc GIÁO Dục THEO ĐỊNH HƯỚNG 4.0 83 Bước 3: Xác định kiến thức cần thiết để giải vấn đề
Để thiết kế mơ hình nhà chống lũ, học sinh cần phải nghiên cứu kiến thức sau: định luật Acsimet, điều kiện điều kiện cân vật rắn, nghiên cứu mơ hình nhà chống lũ thực tế
Bước 4: Xây dựng tiêu chí thiết bị
Từ việc nghiên cứu kiến thức nền, nghiên cứu mơ hình nhà chống lũ thực tế, giáo viên học sinh thống tiêu chí đánh giá thiết kế tiêu chí đánh giá sản phẩm mơ hình nhà chống lũ
Bước 5: Xây dựng mục tiêu chủ đề
Sau hồn thành chủ đề, học sinh có khả năng: a Kiến thức:
- Trình bày kiến thức định luật Acsimet, điều kiện vật nổi, điều kiện cân vật rắn
- Vận dụng kiến thức định luật Acsimet, điều kiện vật nổi, điều kiện cân vật rắn để thiết kế mơ hình nhà chống lũ
b Kĩ năng:
- Tra cứu thông tin cần thiết nhờ việc sử dụng công nghệ thông tin - Tính tốn, thiết kế, vẽ sơ đồ mơ hình nhà chống lũ
c Phát triển phẩm chất:
- Có tinh thần trách nhiệm, hịa đồng, giúp đỡ nhóm, lớp
- u thích mơn học, thích khám phá, tìm tịi vận dụng kiến thức học vào giải vấn đề thực tiễn sống
- Có ý thức tuân thủ tiêu chuẩn kĩ thuật, tiết kiệm, bảo vệ môi trường d Định hướng phát triển lực:
- Năng lực nghiên cứu thiết kế thiết bị kĩ thuật lực thực nghiệm - Năng lực giải vấn đề
- Năng lực giao tiếp hợp tác nhóm
Bước 6: Thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học chủ đề
Chủ đề: “Thiết kế mơ hình nhà chống lũ” gồm hoạt động sau:
(6)A Mục đích: HS hình thành đượckiến thức ban đầu định luật Acsimet điều kiện cân vật rắn
B Nội dung cách thức tổ chức hoạt động:
* Đặt vấn đề: GV cho HS xem đoạn video tình hình lũ lụt Biến đổi khí hậu gây nêu vấn đề: “Người dân vùng lũ làm để thích nghi ứng phó với tình hình lũ lụt thường xun xảy ra?”
* HS làm thí nghiệm khám phá kiến thức
- GV tổ chức chia nhóm HS HS theo nhóm thống vai trị, nhiệm vụ thành viên nhóm;
- GV nêu rõ yêu cầu cho HS làm thí nghiệm khám phá;
- Mỗi nhóm nhận số vật liệu dụng cụ gồm: khay nhựa lớn, can nước, vỏ chai nhựa, miếng gỗ, miếng sắt miếng nhựa
- GV phát cho nhóm HS “Phiếu hướng dẫn tự làm thí nghiệm” bảng ghi kết thí nghiệm sau
* GV nêu vấn đề: Với nguyên lí trên, thay vật vật liệu phù hợp lắp ráp chúng thành mô hình tạo mơ hình nhà chống lũ nào?
* GV triển khai nhiệm vụ tiếp theo:
Hoạt động chính Thời lượng
Hoạt động 1: Xác định vấn đề cần giải Tiết (Tại lớp)
Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức ngày (HS tự học nhà theo nhóm)
Hoạt động 3: Xác định yêu cầu Tiết
Hoạt động 4: Đề xuất giải pháp, lựa chọn giải pháp tối ưu hoàn thiện giải pháp
10 ngày (HS tự làm nhà theo nhóm)
Hoạt động 5: Chế tạo mẫu
Hoạt động 6: Thử nghiệm hoàn thiện thiết kế
Hoạt động 7: Báo cáo sản phẩm Tiết
C Dự kiến sản phẩm hoạt động học sinh:
(7)Phần TRIẾT lÝ, MÔ THỨc, PHƯƠNG THỨc GIÁO Dục THEO ĐỊNH HƯỚNG 4.0 85
Hoạt động NGHIÊN CỨU KIẾN THỨC NỀN
A Mục đích: HS tự học kiến thức liên quan thông qua việc nghiên cứu tài liệu, làm thí nghiệm để hiểu định luật Acsimet, điều kiện vật nổi, điều kiện cân vật rắn, nghiên cứu mơ hình nhà chống lũ thực tế, từ xác định sở khoa học việc thiết kế mơ hình nhà chống lũ
B Nội dung cách thức tổ chức hoạt động:
- HS tự tìm hiểu kiến thức liên quan từ sách giáo khoa, tài liệu tham khảo, tìm hiểu internet, hỏi ý kiến chuyên gia nhằm hoàn thành câu hỏi, tập giao
– HS trao đổi tìm hỗ trợ GV môn liên quan
- GV hướng dẫn HS cách đọc tài liệu, đọc sách giáo khoa, tìm kiếm thêm tài liệu từ nguồn thơng tin khác Kết nối HS với GV môn khác để hỗ trợ HS cần thiết
C Dự kiến sản phẩm hoạt động học sinh:
Kết thúc hoạt động, HS cần đạt sản phẩm: Phiếu học tập số hoạt động
Hoạt động XÁC ĐỊNH YÊU CẦU (Tiết 2)
A Mục đích: HS thảo luận việc vận dụng kiến thức định luật Acsimet, điều kiện vật nổi, điều kiện cân vật rắn để thiết kế mô hình nhà chống lũ xác định tiêu chí cần đạt thiết kế mơ hình nhà chống lũ
B Nội dung cách thức tổ chức hoạt động:
- HS báo cáo kiến thức tìm hiểu
- GV tổng kết kiến thức yêu cầu HS ghi chép vào
- GV yêu cầu nhóm thảo luận việc vận dụng kiến thức để thiết kế mơ hình nhà chống lũ, nêu tiêu chí cần đạt thiết kế mơ hình nhà chống lũ
- GV thống tiêu chí: Phiếu đánh giá số (Bản thiết kế)
TT Tiêu chí Điểm tối đa Điểm đạt được
1 Bản thiết kế mô hình nhà chống lũ ngun lí, mơ hình
(8)TT Tiêu chí Điểm tối đa Điểm đạt được
2 Giải thích rõ nguyên lí hoạt động sản phẩm 3 Nêu rõ vai trị, đặc điểm phận mơ hình
nhà chống lũ (phần móng, phần thân, phần mái)
4 Trình bày báo cáo sinh động, hấp dẫn
Tổng điểm 10
Phiếu đánh giá số (Sản phẩm)
TT Tiêu chí Điểm tối đa Điểm đạt được
1 Mơ hình nhà chống lũ đạt yêu cầu nằm cân mặt nước.
2 Độ dao động bé, kết cấu đơn giản
3 Mơ hình gọn, đẹp, giá thành rẻ
4 Đề xuất hướng phát triển sản phẩm
Tổng 10
C Dự kiến sản phẩm hoạt động học sinh:
Kết thúc hoạt động, HS cần đạt sản phẩm sau: Bản ghi chép kiến thức nền, Tiêu chí đánh giá thiết kế sản phẩm
Hoạt động ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP, LỰA CHỌN GIẢI PHÁP TỐI ƯU
VÀ HOÀN THIỆN GIẢI PHÁP
A Mục đích: HS đề xuất ý tưởng khác giải pháp thiết kế mơ hình nhà chống lũ, lựa chọn giải pháp phù hợp với tiêu chí thống hoạt động 3, từ hồn thiện giải pháp vẽ thiết kế, sơ đồ mơ hình sản phẩm
B Nội dung cách thức tổ chức hoạt động:
- HS tự tìm hiểu kiến thức liên quan từ sách giáo khoa, tài liệu tham khảo, tìm hiểu internet, hỏi ý kiến chuyên gia nhằm đưa ý tưởng thiết kế mơ hình nhà chống lũ
- Các nhóm tổ chức thảo luận để lựa chọn giải pháp phù hợp nhất, hoàn thiện giải pháp
(9)Phần TRIẾT lÝ, MÔ THỨc, PHƯƠNG THỨc GIÁO Dục THEO ĐỊNH HƯỚNG 4.0 87 - HS vẽ thiết kế sơ đồ mơ hình sản phẩm sau hoàn thiện giải pháp - GV nhận xét góp ý thiết kế sơ đồ mơ hình sản phẩm nhóm - HS xác định nguyên vật liệu cần thiết hoàn thành phiếu học tập:
PHIẾU HỌC TẬP HOẠT ĐỘNG
Tên nhóm:……… Tên nguyên
vật liệu
Vai trò Sơ đồ thiết kế
Bản vẽ thiết kế
Sơ đồ mơ hình sản phẩm
C Dự kiến sản phẩm hoạt động học sinh:
Kết thúc hoạt động, HS cần đạt sản phẩm: phiếu học tập hoạt động
Hoạt động CHẾ TẠO MẪU
A Mục đích: HS chế tạo mơ hình nhà chống lũ vẽ thiết kế sơ đồ mơ hình sản phẩm đảm bảo tiêu chí thống hoạt động
B Nội dung cách thức tổ chức hoạt động:
- HS tìm kiếm, chuẩn bị vật liệu dự kiến;
-HS lắp đặt thành phần hệ thống theo thiết kế vật liệu có; Trong q trình chế tạo sản phẩm, GV đôn đốc, hỗ trợ, ghi nhận hoạt động nhóm HS
C Dự kiến sản phẩm hoạt động học sinh:
Kết thúc hoạt động, HS cần đạt sản phẩm sau: Mơ hình nhà chống lũ
Hoạt động THỬ NGHIỆM VÀ HOÀN THIỆN THIẾT KẾ
A Mục đích: HS thử nghiệm mơ hình chế tạo, đánh giá mức độ đạt tiêu chí sản phẩm đồng thời điều chỉnh hoàn thiện thiết kế
(10)- HS thử nghiệm mơ hình, so sánh với tiêu chí đánh giá sản phẩm;
- HS điều chỉnh lại vật liệu thiết kế, ghi lại nội dung điều chỉnh giải thích lí do;
- HS hoàn thiện bảng ghi danh mục vật liệu tính giá thành sản phẩm; -HS đóng gói xếp sản phẩm, sẵn sàng cho phần triển lãm sản phẩm; xây dựng báo cáo tập trình bày, giới thiệu sản phẩm
GV đơn đốc, hỗ trợ, ghi nhận hoạt động nhóm HS
C Dự kiến sản phẩm hoạt động học sinh:
Kết thúc hoạt động, HS cần đạt sản phẩm sau: Mơ hình nhà chống lũ Bản thiết kế điều chỉnh
Hoạt động TRÌNH BÀY SẢN PHẨM VÀ THẢO LUẬN (Tiết 3)
A Mục đích: HS giới thiệu vận hành mơ hình nhà chống lũ để chứng minh phù hợp sản phẩm với điều kiện thực tế đáp ứng tiêu chí đánh giá sản phẩm đặt (Phiếu đánh giá số 2) HS thực hành kỹ thuyết trình phản biện kiến thức liên quan; rèn luyện thói quen giữ gìn vệ sinh, an tồn lắp đặt thu hồi sản phẩm; hình thành ý thức cải tiến, phát triển sản phẩm
B Nội dung cách thức tổ chức hoạt động:
- Các nhóm HS lắp đặt sản phẩm bể chứa nước (thực trước vào tiết học);
- Các nhóm báo cáo, trình diễn hoạt động mơ hình:
+ Nhóm trình bày cách thức hoạt động sản phẩm; điều chỉnh trình chế tạo sản phẩm giải thích lí do; giải thích cách tính giá thành sản phẩm;
+ Đồng thời, GV HS kiểm tra tiêu chuẩn kĩ thuật: độ dao động, độ cân có lực tác động, q trình mơ hình mực nước dâng cao
- GV đặt câu hỏi, nhận xét công bố kết chấm sản phẩm theo tiêu chí phiếu đánh giá số 2;
- GV gợi mở việc tìm hiểu kiến thức mở rộng, nâng cấp sản phẩm cho HS
C Dự kiến sản phẩm hoạt động học sinh:
(11)Phần TRIẾT lÝ, MÔ THỨc, PHƯƠNG THỨc GIÁO Dục THEO ĐỊNH HƯỚNG 4.0 89
3 Kết luận
Chủ đề STEM “Thiết kế mơ hình nhà chống lũ” vấn đề thực tiễn, cần thiết học sinh phổ thông; hoạt động chủ đề xây dựng phù hợp với tiêu chí xây dựng chủ đề STEM Đồng thời, trình học tập chủ đề, học sinh hình thành phát triển số lực kỉ XXI: lực nghiên cứu thiết kế thiết bị kĩ thuật, lực giải vấn đề thực tiễn, lực sáng tạo, lực hợp tác… phù hợp với định hướng phát triển lực giáo dục phổ thơng Vận dụng quy trình thiết kế kĩ thuật xây dựng nhiều chủ đề STEM nhằm phát triển lực học sinh
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Nguyễn Văn Biên, Tưởng Duy Hải (đồng chủ biên), 2019, Giáo dục STEM nhà trường phổ thông, NXB Giáo dục Việt Nam.
2 Bộ Giáo dục Đào tạo, 2017, Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể
3 Bybee R W (2010), “Advancing STEM education: A 2020 vision”, Technology and Engineering Teacher(70(1)), 30-35.
4 Nguyễn Thanh Nga (Chủ biên), 2018, Dạy học chủ đề STEM cho học sinh trung học cơ sở trung học phổ thông, NXB Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh.
5 Lê Xuân Quang, 2016, Một số vấn đề dạy học môn công nghệ phổ thông theo định hướng giáo dục STEM,, Tạp chí Khoa học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, 61 (6B), tr 211 - 218
6 Đỗ Hương Trà (Chủ biên), Nguyễn Văn Biên Trần Trung Ninh Trần Khánh Ngọc, Trần Thị Thanh Thủy, Nguyễn Cơng Khanh, Nguyễn Vũ Bích Hiền, 2015, Dạy học tích hợp phát triển lực học sinh, Quyển - Khoa học tự nhiên, NXB Đại học Sư phạm Hà Nội
7 N Tsupros, R Kohler, and J Hallinen, 2009, STEM education: A project to identify the missing components, Intermediate Unit and Carnegie Mellon, Pennsylvania.
(12)APPLYING “THE ENGINEERING DESIGN PROCESS “ TO BUILD THE STEM TOPIC “FLOOD PROOD HOUSE MODEL DESIGN” ACCORDING TO THE STUDENTS’ COMPENTENCY DEVELOPMENT ORIENTATION
Abstract: The inclusion of STEM education in high school brings great significance, accords with the current orientation of general education innovation in Viet Nam However, most high school teachers have not been fosrered the necessary competencies in STEM education STEM topics building is a difficult task when teachers approach STEM teaching The paper presents a number of perspectives including building STEM topics and analyzing how to apply the engineering design process to build STEM topics At the same time, the author applies these perspectives to build the STEM theme “Flood prood house model design” according to the students’ competency development orientation