CƠ sở lý LUẬN về VIỆC xây DỰNG các HOẠT ĐỘNG STEM CHO học SINH TRUNG học

CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ VIỆC XÂY DỰNG CÁC HOẠT ĐỘNG STEM CHO HỌC SINH TRUNG HỌC Tổng quan giáo dục STEM Giáo dục STEM STEM cách viết tắt bốn từ: Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật) Mathematics (Toán học) Thuật ngữ STEM hiểu “tổ hợp đa lĩnh vực” bao gồm bốn lĩnh vực Science (Khoa học) bao gồm kiến thức Vật lý, Hoá học, Sinh học Khoa học trái đất giúp học sinh tìm hiểu giới tự nhiên vận dụng kiến thức vào giải vấn đề liên quan sống ứng dụng tượng, nguyên lý, quan niệm quy tắc môn vào đời sống Kiến thức từ khoa học cung cấp thơng tin cho tiến trình thiết kế kỹ thuật Technology (Công nghệ) phát minh, thay đổi, việc sử dụng, kiến thức công cụ, máy móc, kỹ thuật, kỹ nghề nghiệp, hệ thống, phương pháp tổ chức, nhằm giải vấn đề, cải tiến giải pháp tồn tại, đạt mục đích, hay thực chức cụ thể Cơng nghệ tập hợp cơng cụ vậy, bao gồm máy móc, xếp, hay quy trình Suốt chiều dài lịch sử, người tạo công nghệ để thoả mãn mong muốn nhu cầu Phần lớn công nghệ đại sản phẩm khoa học kỹ thuật, công cụ công nghệ sử dụng hai lĩnh vực Engineering (Kỹ thuật) hệ thống kiến thức liên quan đến vấn đề ứng dụng cách sáng tạo kiến thức khoa học túy, vật lý hay hóa học, việc thiết kế chế tạo sản phẩm, cấu trúc, máy móc, cơng cụ, hay quy trình chế tạo, Việc thiết kế phải phù hợp với điều kiện ngoại cảnh thời gian chế tạo sử dụng, tài nguyên sẵn có, điều kiện tiền bạc đầu tư, hệ sinh thái, quy định môi trường, khả sản xuất, bảo dưỡng sửa chữa Kỹ thuật sử dụng cơng cụ khoa học tốn học để thực Mathematics (Toán học) ngành khoa học nghiên cứu không gian, số, số lượng, xếp, bao gồm hình học, số học, đại số, giải tích; phương pháp tốn học liên quan đến suy luận logic thường sử dụng ký hiệu chuyên ngành Toán học dùng khoa học, kỹ thuật công nghệ Giáo dục STEM cách tiếp cận liên môn học tập, khái niệm học thuật xác kết hợp với học thực tiễn học sinh vận dụng khoa học, cơng nghệ, kĩ thuật tốn học bối cảnh cụ thể, tạo nên kết nối nhà trường, cộng đồng xã hội Dạy học theo định hướng STEM quan điểm, phương pháp dạy học định hướng phát triển lực, trang bị kiến thức kĩ liên quan đến bốn lĩnh vực khoa học, cơng nghệ, kĩ thuật tốn học cho người học Các kiến thức, kĩ phải tích hợp, lồng ghép bổ trợ cho giúp học sinh có hiểu biết nguyên lý đồng thời áp dụng vào thực hành để tạo sản phẩm phục vụ đời sống Vai trò giáo dục STEM học sinh trung học -Hình thành phát triển kĩ năng, lực phẩm chất học sinh, đảm bảo giáo dục toàn diện : STEM kết hợp bốn lĩnh vực khoa học, kĩ thuật, cơng nghệ, tốn học Mỗi lĩnh vực phát triển kĩ đặc thù riêng giáo dục STEM gọi kĩ STEM bao gồm kĩ khoa học, kĩ công nghệ, kĩ kỹ thuật kĩ toán học Kĩ khoa học: khả nhận biết, phân tích vận dụng khái niệm, định luật, nguyên lý, quy luật tự nhiên kiến thức sở khoa học để giải vấn đề thực tế Kĩ công nghệ: khả phát sử dụng, quản lý, hiểu biết, truy cập đánh giá công nghệ từ sản phẩm đơn giản đến máy móc, quy trình hay hệ thống sử dụng phức tạp Từ tạo hội để học sinh tiếp cận công nghệ, hiểu lịch sử phát triển công nghệ tầm ảnh hưởng công nghệ tới đời sống thúc học sinh có ý tưởng sáng tạo dể cải tiến công nghệ cũ hay tự tạo công nghệ phục vụ đời sống Kĩ kĩ thuật: khả vận dụng sáng tạo kiến thức học để giải vấn đề thực tiễn, vận dụng sở khoa học tốn học q trình thiết kế ứng dụng, hệ thống hay quy trình sản xuất Đồng thời giúp học sinh phát triển khả phân tích, tổng hợp kết hợp kiến thức yếu tố ngoại cảnh biết tận dụng ưu sãn có, tài nguyên sẵn có, biết cân yếu tố liên quan để sử dụng thiết kế Từ tạo thết kế có giá trị, giải tốt yêu cầu đặt ra, đồng thời có khả thực chi phí thực thấp Kĩ tốn học: Là khả phân tích, nhìn nhận, truyền đạt vấn đề cách hiệu quả, rõ ràng xác thơng qua việc tính tốn, phân tích biện luận vấn đề toán học xuất tình huống, yêu cầu thực tế Rèn luyện kĩ toán học giúp học sinh phát triển tư logic sáng tạo đồng thời phát triển khả sử dụng cơng cụ tốn học để giải vấn đề liên quan quy trình thiết kế kĩ thuật Trong trình tham gia hoạt động STEM, thơng qua hoạt động STEM mang đầy tính tích hợp, học sinh cần phải tiến hành hàng loạt hoạt động tư trí tuệthực tiễn: vận dụng kiến thức biết, tìm kiếm thơng tin chưa biết để tìm phương án giải vấn đề, thiết kế kĩ thuật, chế tạo sản phẩm, vận hành kiểm tra sản phẩm, phân tích đánh giá để cải thiện sản phẩm, Trong q trình này, ngồi việc giúp học sinh phát triển kĩ khoa học, công nghệ, kĩ thuật rèn luyện cho học sinh kĩ thiết yếu kĩ hợp tác, kĩ giao tiếp, kĩ thuyết trình, kĩ phản biện, kĩ sử dụng máy tính, kĩ lý tời gian, kĩ giải vấn đề, Đây kĩ cần thiết người để đáp ứng nhu cầu cơng việc thời kì bùng nổ cơng nghệ 4.0, đáp ứng phát triển kinh tế, xã hội đất nước, xây dựng kinh tế tri thức Ngoài việc bồi dưỡng kĩ kiến thức cho học sinh, giáo dục STEM cịn bồi dưỡng người học sinh Thông qua hoạt động STEM, học sinh có tính tích tực, chủ động sáng tạo hơn, đồng thời bồi dưỡng tinh thần đoàn kết, vượt khó khăn cho học sinh -Nâng cao hứng thú học tập môn học: Giáo dục STEM phương pháp giáo dục tích hợp theo cách tiếp cận kiến thức liên môn kết hợp với thực hành hoạt động trải nghiệm sáng tạo Trong giáo dục STEM, môn học thuộc bốn lĩnh vực kết hợp với tạo thành mơ hình học tập gắn kết dựa ứng dụng thực tế thay dạy mơn học cách tách biệt rời rạc Qua đó, học sinh khơng học kiến thức khoa học,toán học mà đồng thời cịn học cách vận dụng kiến thức vào thực tiễn Học sinh trải nghiệm thấy ý nghĩa kiến thức với sống.Với phương pháp vừa học vừa thực hành, STEM tạo cho học sinh hứng thú học tập Học sinh coi việc học niềm đam mê, u thích khơng gượng ép, bắt buộc -Giáo dục STEM đề cao phong cách học tập sáng tạo cho người học Trong hoạt động STEM, học sinh đặt vào vai trị nhà phát minh,vì học sinh phải hiểu rõ chất kiến thức, phải biết vận dụng sáng tạo, phải biết mở rộng kiến thức cho phù hợp với tình cần giải Việc khiến học sinh phải chủ động, sáng tao học kiến thức lý thuyết biết cách vận dụng cao -Hướng nghiệp: Tổ chức tốt giáo dục STEM trường trung học, học sinh trải nghiệm lĩnh vực STEM, đánh giá phù hợp, khiếu, sở thích thân với nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM Thực tốt giáodục STEM trường trung học cách thức thu hút học sinh theo học, lựa chọncác ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM, ngành nghề có nhu cầu cao nguồn nhân lực cách mạng công nghiệp lần thứ tư Hoạt động STEM theo chủ đề cho học sinh trung học Các tiêu chí cần đảm bảo chủ đề STEM Chủ đề STEM chủ đề dạy học thiết kế dựa vấn đề thực tiễn kết hợp với chuẩn kiến thức kĩ môn học trường trung học Chủ đề STEM cần đảm bảo tiêu chí: Chủ đề STEM cần hướng tới việc giải vấn đề thực tiễn Chủ đề STEM phải vấn đề có thực, cần thiết , gắn với tình xã hội, kinh tế, môi trường, địa phương mà vấn đề tưởng tượng, xa rời thực tế hay khơng có giá trị thực tế Chủ đề STEM cần hướng đến kiến thức thuộc lĩnh vực STEM Điều nhằm đảm bảo theo yêu cầu giáo dục STEM nhằm phát triển lực chuyên môn liên quan đến khoa học, cơng nghệ, kĩ thuật, tốn học Đồng thời kiến thưc chủ đề phải phù hợp với trình độ học sinh để học sinh có khả vận dụng kiến thức vào giải vấn đề tiếp thu kiến thức mới, không khiến học sinh thấy xa vời, chán nản -Chủ đề STEM phải định hướng hoạt động thực hành Một chủ đề STEM cần kết hợp lý thuyết thực hành Điều giúp học sinh có kiến thức từ kinh nghệm thực hành, từ học sinh hiểu sâu lý thuyết, nguyên lý thông qua hoạt động thực tế Đồng thời kĩ thực hành học sinh trọng rèn luyện Phân loại chủ đề STEM: Dựa sở khác ta phân loại chủ đề STEM thành nhiều loại khác Tùy vào nội dung kiến thức cần truyền đạt kĩ muốn rèn luyện cho học sinh mà ta đưa lựa chọn phù hợp -Dựa lĩnh vực STEM tham gia để giải vấn đề +Chủ đề STEM đầy đủ: học sinh vận dụng đầy đủ bốn lĩnh vực khoa học, cơng nghệ, kĩ thuật, tốn học để giải vấn đề +Chủ đề STEM khuyết: học sinh vận dụng hai bốn lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật, toán học để giải vấn đề -Dựa phạm vi kiến thức để giải vấn đề STEM +Chủ đề STEM bản: xây dựng dựa sở kiến thức chương trình giáo dục phổ thông, sản phẩm chủ đề STEM đơn giản, bám sát nội dung sách giáo khoa + Chủ đề STEM mở rộng: xây dựng dựa cac kiến thức kết hợp với kiến thức mở rộng nằm ngồi chương trình Học sinh cần phải tự tìm tịi, ngun cứu kiến thức qua tài liệu khác Sản phẩm chủ đề STEM có độ phức tạp cao -Dựa vào mục đích dạy học: +Chủ đề STEM dạy học kiến thức mới: xây dựng dựa sở kiến thức học sinh chưa học dược học phần Học sinh vừa giải vấn đề vừa lĩnh hội kiến thức +Chủ đề STEM dạy học vận dụng: xây dựng dựa sở kiến thức học sinh học Chủ đề STEM bồi dưỡng cho học sinh lực vận dụng lý thuyết vào thực tiễn Kiến thức lý thuyết khắc sâu củng cố Tuy nhiên cách phân loại tương đối, chủ đề bao hàm nội dung số cách phân loại khác Đặc điểm hoạt động STEM -Có tích hợp kiến thức khoa học, cơng nghệ, kĩ thuật, tốn học -Hướng tới giải vấn đề thực tiễn -Là hoạt động thực hành, kết sản phẩm thực -Là hoạt động dạy học nhằm phát triển khả kết hợp trí óc với chân tay Thiết kế hoạt động STEM theo chủ đề cho học sinh trung học Các nguyên tắc thiết kế hoạt động STEM Chủ đề hoạt động STEM gắn liền với vấn đề thực tiễn Cấu trúc hoạt động STEM phải theo quy trình thiết kế kĩ thuật Hoạt động STEM đưa học sinh vào hoạt động tìm tịi khám phá, định hướng hành động, trải nghiệm sản phẩm -Nội dung hoạt động có tích hợp kiến thức khoa học, tốn học, cơng nghệ, kĩ thuật phù hợp với trình độ học sinh -Hoạt động STEM hướng đến việc hợp tác nhóm học sinh để thực giải pháp Quy trình thiết kế hoạt động STEM theo chủ đề Về quy trình tổ thiết kế hoạt động STEM theo chủ đề, nay, có nhiều tài liệu khác với quy trình khác nhau, qua tìm hiểu, nghiên cứu tổng hợp tài liệu, thấy, quy trìnhthiết kế hoạt động STEM tn theo bước sau: Xác định chủ đề STEM Xác định mục tiêu Xác định vấn đề cần giải chủ đề Xác định nội dung cụ thể cần sử dụng để giải vấn đề chủ đề STEM Thiết kế hoạt động học tập lập kế hoạch thực Thiết kế tiêu chí công cụ kiểm tra, đánh giá học sinh Bước 1: Lựa chọn chủ đề STEM Mục tiêu: Lựa chọn chủ đề phù hợp, có tính ứng dụng cao cho hoạt động STEM Chủ đề STEM lấy từ nội dung kiến thức cụ thể chương trình học (cơ sở khoa học) Từ học cụ thể chương trình, kết nối với sản phẩm ứng dụng có thực tế, phân tích sản phẩm ứng dụng kiến thức liên quan thuộc lĩnh vực STEM từ hình thành chủ đề Một cách khác để lựa chọn chủ đề STEM xác định vấn đề có thực tế cần giải ứng dụng đời sống , phân tích ứng dụng hay vấn đề để xác định kiến thức có liên quan thuộc lĩnh vực STEM từ hình thành chủ đề Lựa chọn chủ đề cần đảm bảo tiêu chí chủ đề STEM: Chủ đề STEM cần hướng tới việc giải vấn đề thực tiễn, hướng đến kiến thức thuộc lĩnh vực STEM chủ đề STEM phải định hướng hoạt động thực hành Bước 2: Xác định mục tiêu hoạt động Mục tiêu: Xác định mục tiêu kiến thức, kĩ thái độ học sinh cần đạt sau tham gia hoạt động STEM -Về kiến thức: Trình bày kiến thức học sinh cần đạt thông qua hoạt động Thông thường, mục tiêu kiến thức xác định theo thang nhận thức Bloom gồm mức độ: nhận biết,thông hiểu, vận dụng, phân tích, tổng hợp, đánh giá Sử dụng động từ hành động tương ứng với mức độ để viết mục tiêu cho mục tiêu đánh giá Về kĩ năng: Trình bày kĩ năng, lực học sinh hình thành thơng qua thực hoạt động STEM, bao gồm nhóm kĩ nhận thức nhóm kĩ thực hành Các lực cốt lõi lục giải vấn đề, lực hợp tác, lực sáng tạo Về thái độ: Trình bày tác động việc thực hoạt động học nhận thức, giá trị sống định hướng hành vi học sinh Bước 3: Xác định vấn đề (câu hỏi) cần giải chủ đề Mục tiêu: Xây dựng câu hỏi định hướng hoạt đông Giáo viên xác định vấn đề nhỏ cần giải chủ đề, tương ứng với vấn đề đặt câu hỏi liên quan Từ xây dựng câu hỏi định hướng hoạt động nhằm gợi ý giúp học sinh giải vấn đề chủ đề STEM Bước 4: Xác định kiến thức, kĩ STEM cần thiết để giải vấn đề chủ đề STEM Mục tiêu: Phân tích nội dung thuộc lĩnh vực STEM để giải vấn đề Dựa vấn đề xác định, giáo viên cần xác định rõ nội dung vật lý, sinh học, hóa học, cơng nghệ, kĩ thuật, toán học, cần thiết để giải vấn đề từ có sở để xác định nội dung phù hợp với học sinh đưa nội dung vào hoạt động STEM Bước 5: Thiết kế hoạt động STEM Mục tiêu: Xây dụng hoạt động STEM tiến trình tổ chức hoạt động Từ sở phân tích bước trên, giáo viên xây dựng hoạt động nhằm giải vấn đề xác định, mục tiêu cuối hoạt động học sinh phải đưa sản phẩm giải vấn đề mà chủ đề đặt Tiến trình tổ chức hoạt động STEM phải tuân theo quy trình thiết kế kỹ thuật sau Quy trình tổ chức hoạt động STEM Hoạt động 1: Đặt vấn đề: Trong hoạt động này, giáo viên giao nhiệm vụ học tập chứa đựng vấn đề thực tiễn cho học sinh, yêu cầu học sinh phải hoàn thành sản phẩm cụ thể Các tiêu chí sản phẩm phải xác định công khai với tất học sinh Hoạt động 2: Nghiên cứu sở kiến thức Trong hoạt động này, học sinh thực hoạt động học tích cực, tự lực hướng dẫn giáo viên Trong hoạt động STEM, khơng cịn hoạt động giáo viên cung cấp kiến thức, học sinh ghi nhận đơn mà thay vào đó, học sinh phải tự tìm hiểu kiến thức thông qua tài liệu, sách báo, qua bạn bè hay thầy cô tiếp thu kiến thức Hoạt động 3: đề xuất giải pháp Từ kiến thức tìm hiểu được, học sinh vận dụng vào việc đề xuất giải pháp, thiết kế sản phẩm giải vấn đề chủ đề Hoạt động 4: Lựa chọn giải pháp tối ưu Trong hoạt động này, học sinh tổ chức để trình bày, giải thích bảo vệ thiết kế kèm theo thuyết minh (sử dụng kiến thức học kiến thức có); thể cụ thể giải pháp giải vấn đề Dưới trao đổi, góp ý bạn 12 giáo viên, học sinh tiếp tục hồn thiện (có thể phải thay đổi để bảo đảm khả thi) thiết kế trước tiến hành chế tạo, thử nghiệm Hoạt động 5: Chế tạo mẫu Trong hoạt động này, học sinh tiến hành chế tạo sản phẩm theo thiết kế Hoạt động 6: Thử nghiệm đánh giá Sau chế tạo,học sinh tiến hành thử nghiệm đánh giá sản phẩm Trong trình này, học sinh phải điều chỉnh thiết kế ban đầu để bảo đảm mẫu chế tạo khả thi Hoạt động 7: Chia sẻ, thảo luận, đánh giá Trong hoạt động này, học sinh tổ chức để trình bày sản phẩm học tập hồn thành trước lớp; trao đổi, thảo luận, đánh giá để ưu nhược điểm sản phẩm, sai lầm hoạt động thiết kế chế tạo sản phẩm Hoạt động 8: điều chỉnh thiết kế Từ việc phân tích đánh giá sản phẩm trình hoạt động tiếp tục điều chỉnh thiết kế, hồn thiện sản phẩm Bước 6: Thiết kế công cụ kiểm tra, đánh giá học sinh: Mục tiêu: Xây dựng công cụ đánh giá học sinh Dựa mục tiêu hoạt động đưa tiêu chí đánh giá, tiêu chí mơ tả chi tiết, u cầu, mức độ, tổng hợp tiêu chí phiếu đánh giá, ta rubricmột coong cụ đánh giá học sinh Ngồi rubric, giáo viên xây dựng câu hỏi Pisa, nhiệm vụ thực hành, công cụ đánh giá học sinh hiệu Đánh giá khả học sinh, giáo viên hiểu khả học sinh, phát huy sở trường cải thiện sở đoản học sinh, từ điều chỉnh phương pháp giảng dạy cho phù hợp Việc đưa hoạt động STEM theo chủ đề vào giảng dạy cho học sinh trung học vô cần thiết Với việc đưa kiến thức cách tích hợp sáng tạo thơng qua hoạt động thực hành, học sinh yêu thích, hứng thú chủ động việc tìm hiểu tiếp thu kiến thức Khi tham gia hoạt động STEM, học sinh có hội thể vai trò thân hoạt động, từ bồi dưỡng lực, rèn luyện kĩ thiết yếu cho học sinh Tham gia vào hoạt động STEM giúp học sinh phát triển toàn diện, đáp ứng đầy đủ yêu cầu công việc nguồn nhân lực tương lai Hoạt động STEM có nội dung hình thức đa dạng, thu hút học sinh, phương pháp tổ chức linh hoạt, điều chỉnh phù hợp với học sinh Giáo viên linh hoạt thay đổi việc thiết kế, xây dựng hoạt động STEM theo chủ đề cần tuân theo quy trình thiết kế Và giáo viên cần trang bị kiến thức sâu rộng nhiều lĩnh vực khác để sãn sàng thiết kế hoạt động STEM có tích hợp nhiều môn  ... tay Thiết kế hoạt động STEM theo chủ đề cho học sinh trung học Các nguyên tắc thiết kế hoạt động STEM Chủ đề hoạt động STEM gắn liền với vấn đề thực tiễn Cấu trúc hoạt động STEM phải theo quy... động STEM Mục tiêu: Xây dụng hoạt động STEM tiến trình tổ chức hoạt động Từ sở phân tích bước trên, giáo viên xây dựng hoạt động nhằm giải vấn đề xác định, mục tiêu cuối hoạt động học sinh phải... với trình độ học sinh -Hoạt động STEM hướng đến việc hợp tác nhóm học sinh để thực giải pháp Quy trình thiết kế hoạt động STEM theo chủ đề Về quy trình tổ thiết kế hoạt động STEM theo chủ đề,