Trong câu hỏi 1.1, đa số HS đều nhận định được sản phẩm cần làm ra để giải quyết vấn đề của tình huống, các câu trả lời của HS rơi vào những cách diễn đạt sau:
- Một thiết bị có thể đếm thời gian (10/25 nhóm) - Một vật gì đó có chu kìtừng phút (1/25 nhóm)
- Một đồng hồ đếm ngược có sai số không đáng kể (7/25 nhóm) - Một chiếc đồng hồ cát (4/25 nhóm)
- Một chiếc đồng hồ mặt trời (2/25 nhóm)
- Một sợi dây cột vào cục đá để ở 1 góc 450, thả ra để cục đá quay về vị trí cũ, đúng 1 vòng là khoảng 1 giây (1/25 nhóm)
75
Như đã dự đoán, đa số các nhóm đã đưa ra được những đặc trưng của sản phẩm như “đếm thời gian”, “sai số ít”. Điều làm chúng tôi bất ngờ là một vài nhóm đưa ra những câu trả lời đặc biệt cho thấy dù chưa được học về dao động điều hòa và con lắc đơn trong môn Vật lí nhưng HS đã phát hiện cách thức đo thời gian nhờ chu kìchuyển động lặp đi lặp lại của một vật và có nghĩ tới việc làm ra một con lắc đếm giây (“một sợi dây cột vào cục đá…đúng 1 vòng là khoảng 1 giây”)
Hình 3.13. Lời giải phiếu 1 thực nghiệm 2 của nhóm HS 42, 3
Hình 3.14. Lời giải phiếu 1 thực nghiệm 2 của nhóm HS 43, 13
HS cũng đã xác định được những ràng buộc kĩ thuật đối với sản phẩm: - Nguyên vật liệu trên đảo rất hạn chế, thô sơ
- Không có pin, không có điện
Và những tiêu chí kĩ thuật sản phẩm cần đạt được để đáp ứng nhu cầu của tình huống: - Sai số ít
- Đo được 4 phút một cách tương đối chính xác - Dùng được nhiều lần
76
Hình 3.16. Lời giải phiếu 1 thực nghiệm 2 của nhóm HS 23, 6 3.8.2. Thực nghiệm 2 phiếu số 2
Trong câu hỏi 2.1, các nhóm HS đã tìm hiểu trên mạng internet để có cái nhìn tổng quan về các loại đồng hồ trong lịch sử, từ thô sơ đến phức tạp.
Câu hỏi 2.2 đòi hỏi HS phải có sự lựa chọn 1 loại đồng hồ mà HS cho là phù hợp nhất để sử dụng trong tình huống căn cứ vào những tiêu chí và ràng buộc kĩ thuật mà HS đã xác định ở phiếu trước. Các loại đồng hồ HS lựa chọn được thống kê trong bảng sau.
Bảng 3.6. Thống kê câu trả lời của các nhóm HS trong thực nghiệm 2 phiếu số 2 Loại đồng hồ Đồng hồ cát Đồng hồ mặt trời Đồng hồ nước Đồng hồ con lắc Đồng hồ Merkhet Số nhóm chọn 7 9 7 1 1 Tỉ trọng 28% 36% 24% 8% 4%
Đa số các nhóm ưu tiên chọn những loại đồng hồ mà nguyên vật liệu có sẵn trong tự nhiên như cát, nước, ánh mặt trời, vị trí ngôi sao và kinh tuyến. Đây là điều đã được dự đoán trong phân tích tiên nghiệm do HS chưa được học về con lắc đơn trong môn Vật lí.
Bên cạnh những điểm hạn chế trong quá trình chế tạo và sử dụng, chẳng hạn đồng hồ mặt trời không dùng được vào ban đêm vì không có ánh mặt trời, đồng hồ Merkhet không dùng được vào ban ngày khi không có sao Bắc Đẩu,…các loại đồng hồ này còn có một nhược điểm chung không phù hợp để giải quyết tình huống đó là độ chia nhỏ nhất khá lớn, không thể đo được khoảng thời gian ngắn như 4 phút.
Trong số 25 nhóm, chỉ có 1 nhóm đưa ra câu trả lời là đồng hồ con lắc. Đây cũng là nhóm HS đã nghĩ tới việc làm con lắc đếm giây ở phiếu 1 thực nghiệm 2.
77
Hình 3.17. Lời giải phiếu 2 thực nghiệm 2 của nhóm HS 42, 3
Do trong bài làm chưa thể hiện được lí do nhóm HS này chọn làm đồng hồ con lắc nên chúng tôi đã thực hiện một cuộc phỏng vấn riêng.
- Chào Thư, cô thấy nhóm của em chọn làm đồng hồ cơ học (con lắc), em có thể cho cô biết lý do lúc đó tụi em chọn như vậy không?
- Dạ nhóm em chọn làm đồng hồ cơ học vì: Đồng hồ mặt trời chỉ sử dụng được khi có mặt trời (ngày mưa, ban đêm sẽ không dùng được). Đồng hồ cát thì phải có lớp thủy tinh bên ngoài (không có đầy đủ dụng cụ để thực hiện). Đồng hồ phân tử, đồng hồ tinh thể (không có dụng cụ chuyên môn + kiến thức chuyên sâu về cấu tạo của các phân tử hóa học). Đồng hồ nước cần có vật dụng đựng nước và nguồn nước liên tục (không có đủ dụng cụ). Trong khi đó đồng hồ cơ học có thể chế tạo đa dạng bằng nhiều cách. Đơn giản nhất là sử dụng con lắc để đo thời gian. Chỉ cần dây treo và 1 vật nặng, dụng cụ đơn giản, dễ tìm, mang tính khả thi cao.
Như vậy có thể thấy nhóm HS 42 và 3 đã dựa vào các ràng buộc của tình huống để xác định sản phẩm STEM cần chế tạo. Tuy nhiên đây chỉ là nhóm thiểu số trong lớp, các nhóm khác vẫn cần có sự định hướng thêm để xác định được sản phẩm cần làm ra.
3.8.3. Thực nghiệm 2 phiếu số 3
Có 24/25 nhóm HS thực hiện nối các điểm rời rạc có hoành độ là thời gian và tung độ là li độ được cho trong bảng lại thành đường hình sin. Do sự lựa chọn giá trị biến V3.1 và V4.2 nên đa số các nhóm vẽ ra được “hình dạng” của đồ thị.
78
Hình 3.18. Lời giải phiếu 3 thực nghiệm 2 của nhóm HS 1, 5, 23
Một số nhóm nối các điểm thành những đường gấp khúc và được hình dạng gần đúng của đồ thị.
Hình 3.19. Lời giải phiếu 3 thực nghiệm 2 của nhóm HS 33, 36
Tất cả các nhóm đều kết luận đồ thị hàm số biểu diễn mối quan hệ giữa li độ và thời gian có dạng đường hình sin và xác định đúng chu kì của hàm số này là 2 giây. Các cách diễn đạt của HS mà chúng tôi quan sát được là:
- Đồ thị có dạng lượn sóng (18 nhóm)
- Đồ thị có hình dạng đồ thị hàm cos (3 nhóm) - Đồ thị có dạng hàm sin (4 nhóm)
Như đã dự đoán trong phân tích tiên nghiệm, chúng tôi quan sát thấy HS áp dụng 2 cách tính cho câu 3.4.
79
lắc dao động trong thời gian 4 phút.
Hình 3.20. Lời giải phiếu 3 thực nghiệm 2 của nhóm HS 13, 44
1 nhóm HS sử dụng quy tắc tỉ lệ thuận kết hợp kết quả câu a đề tìm ra kết quả câu b.
Hình 3.21. Lời giải phiếu 3 thực nghiệm 2 của nhóm HS 42, 3 3.8.4. Thực nghiệm 2 phiếu số 4
Sau khi đã thực hiện các nghiên cứu về sản phẩm ở pha trước, HS làm việc cá nhân và đưa ra kế hoạch thiết kế sản phẩm.
Hầu hết HS đưa ra được kế hoạch thiết kế gồm 2 bước cơ bản là tạo ra con lắc và đếm 120 chu kìđể đo được khoảng thời gian 4 phút.
Hình 3.22. Lời giải phiếu 4 thực nghiệm 2 của HS 17
Một số HS có lưu ý chất liệu dây treo cần phải không dãn và khối lượng vật nặng đủ nặng để duy trì dao động.
80
Hình 3.23. Lời giải phiếu 4 thực nghiệm 2 của HS 31 3.8.5. Thực nghiệm 2 phiếu số 5
Từ các ý tưởng cá nhân ở phiếu 4, các nhóm 6 người tiến hành thảo luận đưa ra phương án thiết kế của nhóm và tiến hành chế tạo sản phẩm STEM. HS sẽ ghi nhận các lần thử sản phẩm vào phiếu số 5 khi thực hiện pha đánh giá và cải thiện sản phẩm.
Đúng như tiên nghiệm dự đoán, chúng tôi ghi nhận tất cả các nhóm đều trải qua trên 2 lần thất bại, nguyên nhân thất bại thường đến từ yếu tố kĩ thuật về dây treo, vật nặng, cách thả vật. Sau đây là một số sản phẩm của HS được chúng tôi tổng hợp kèm với kết quả thử nghiệm sản phẩm do HS ghi nhận trong phiếu số 5.
Bảng 3.7. Tổng hợp một số sản phẩm STEM của HS
Sản phẩm Chất liệu Kết quả
- Dây cột giày - Điện thoại di động
Thất bại do vật nặng lớn, lực cản nhiều, dây chưa đủ căng.
Hướng thay đổi: thay thế vật có diện tích tiếp xúc không khí nhỏ hơn.
81
- Dây len - Cục tẩy
Thất bại do vật nặng quá nhẹ.
Hướng thay đổi: tăng khối lượng cho vật.
- Dây cột giày - Đá
Thất bại do góc thả sai làm vật bị xoay.
Hướng thay đổi: điều chỉnh góc thả.
- Sợi tóc - Cục tẩy
Thất bại do dây treo quá mảnh.
Hướng thay đổi: dùng dây treo chắc chắn hơn.
82
- Dây thừng bản nhỏ - Sỏi tròn, nặng
83
Kết luận chương 3
Trong chương 3, chúng tôi đã kiểm chứng được sự tồn tại của giả thuyết nghiên cứu
H: “HS cho rằng mọi hàm số có đồ thị là đường hình sin đều có chu kì là 2π”. Sau đó,
chúng tôi đã xây dựng và thực nghiệm một tình huống steM dựa trên tình huống “Android Pendulums” với mục tiêu điều chỉnh mối quan hệ cá nhân về chu kì của một HSLG có đồ thị là đường hình sin, đồng thời giúp HS thấy được giá trị thực tiễn của kiến thức lượng giác.
Thực nghiệm thứ nhất đã khẳng định giả thuyết nghiên cứu H, do ảnh hưởng của thể chế và các lựa chọn sư phạm của GV, một bộ phận không nhỏ HS cho rằng mọi hàm số có đồ thị là đường hình sin đều tuần hoàn theo chu kì2𝜋.
Kết quả phiếu số 1 cho thấy HS có khả năng sử dụng đặc trưng đồ thị của hàm số tuần hoàn để nhận ra chu trình và chu kìcủa HSLG.
Kết quả thực nghiệm còn cho thấy HS không có thói quen kiểm tra tính dương nhỏ nhất của chu kìHSLG. Qua pha thảo luận nhóm, HS cũng đã chú ý đến tính dương nhỏ nhất của chu kì HSLG, điều này sẽ tạo sự tương thích với khái niệm chu kì của dao động điều hòa mà HS sẽ thực hiện ở thực nghiệm thứ hai.
Thực nghiệm thứ hai là hoạt động STEM “Luộc trứng lòng đào trên hoang đảo” được thiết kế theo mô hình steM dựa trên tình huống “Android Pendulums”, trong đó việc dạy học tri thức chu kì của HSLG là mục tiêu chính của hoạt động. Cụ thể, HS có cơ hội vận dụng chu kì của 1 HSLG có đồ thị là đường hình sin nhưng chu kìkhác 2𝜋 để giải quyết nhu cầu cần đo một khoảng thời gian ngắn, từ đó điều chỉnh mối quan hệ cá nhân đối với chu kì của một HSLG có đồ thị là đường hình sin, đồng thời giúp HS thấy được giá trị thực tiễn của kiến thức lượng giác.
Với kết quả mà chúng tôi thu được, có thể phần nào kết luận tính khả thi của việc đưa tình huống giáo dục STEM “Android Pendulums” tại chương trình của Mĩ vào Việt Nam. Mặc dù các dạng bài tập, xét trong nội hàm môn Toán, là tương đối mới lạ so với HS. Tuy nhiên với những gì mà các em đã được trang bị nhờ một số đặc trưng trong cách tiếp cận của SGK Đại số và Giải tích 11, các em hoàn toàn có thể giải quyết được những yêu cầu trong tình huống phỏng thực tế.
Thực nghiệm này cũng cho phép khẳng định tính khả thi của quy trình thiết kế hoạt động STEM mà chúng tôi đã đề xuất ở chương 2 với tư cách là một sự vận dụng có cải tiến quy trình thiết kế hoạt động STEM của Nguyễn Thị Nga và cộng sự (2018). Quy trình EDP
84
cùng với việc chế tạo ra một sản phẩm mang tính “vật chất” đã khiến cho việc điều chỉnh quan hệ cá nhân của HS không còn bị bó hẹp trong môi trường giấy bút mà trở nên gần gũi với thực tế và mang tính thiết thực.
85
KẾT LUẬN Những kết quả đã đạt được
Trong chương 1, chúng tôi đã tổng hợp một số điểm cơ sở lí thuyết về giáo dục STEM cần thiết sẽ được sử dụng trong luận văn, cụ thể là:
Mối liên hệ giữa giáo dục STEM và DH tích hợp cũng như các phương thức DH tương ứng với các mức độ tích hợp trong hoạt động STEM.
Năm mô hình dạy học STEM, trong đó mô hình thứ hai (mô hình nhúng) được lựa chọn để xây dựng hoạt động steM trong đó mục tiêu là củng cố kiến thức về lượng giác và làm cho HS thấy được giá trị thực tiễn của kiến thức lượng giác, chính xác hơn là nhận ra việc không thể thiếu nó trong hoạt động do chúng tôi thiết kế.
Quy trình thiết kế một hoạt động giáo dục theo định hướng STEM trên cơ sở kết hợp hướng xuất phát từ nội dung môn học và từ một tình huống STEM sẵn có.
Hai quy trình dùng để triển khai hoạt động STEM là quy trình EDP và quy trình 5E cùng với sự tương ứng các bước giữa hai quy trình.
Chương 2, một số đặc trưng của mối quan hệ giữa thể chế DH Toán tại Việt Nam đối với chu kì của HSLG được chúng tôi xem xét để dự đoán sự ảnh hưởng đến quan hệ cá nhân của HS, từ đó chúng tôi xác định mục tiêu của hoạt động STEM sẽ là tạo cơ hội để HS điều chỉnh mối quan hệ cá nhân đối với chu kì của một HSLG có đồ thị là đường hình sin. Mặt khác, chúng tôi sử dụng một số công cụ trong thuyết nhân học để xem xét mức độ tương thích giữa tình huống “Android Pendulums” so với chương trình học các môn Toán và Vật lí tại Việt Nam, hay nói cách khác là thực hiện so sánh về mặt tri thức xem kiểu nhiệm vụ trong hoạt động gốc có tồn tại trong chương trình học ở Việt Nam hay không, liệu các lời giải trong hoạt động gốc có thể xuất hiện lại trong chương trình Việt Nam hay không, từ đó tiến hành cải biên tình huống cho phù hợp với bối cảnh DH ở Việt Nam và mục tiêu của tình huống.
Trong chương 3, chúng tôi đã tiến hành hai thực nghiệm.
- Thực nghiệm thứ nhất đã kiểm chứng sự tồn tại của giả thuyết H: HS cho rằng mọi hàm số có đồ thị là đường hình sin đều có chu kì là 𝟐𝛑.
86
- Thực nghiệm thứ hai là tình huống STEM “Luộc trứng lòng đào trên hoang đảo” với sản phẩm cuối cùng của HS làm ra là một con lắc đơn đếm giây có thể đo được một khoảng thời gian tương đối ngắn. Kết quả cho thấy HS Việt Nam có thể sử dụng chiến lược 𝑺𝒄𝒉𝒖 𝒕𝒓ì𝒏𝒉 dựa trên đặc trưng đồ thị của chu kì HSLG để giải quyết KNV T*: Xác định chu kì của HSLG.
- Qua kết quả của cả hai thực nghiệm, HS đã nhận ra không phải tất cả mọi hàm
số có đồ thị là đường hình sin đều có chu kì là 2π và đã vận dụng chu kì của một hàm số có đồ thị là đường hình sin nhưng chu kìkhác 2π để giải quyết một vấn đề thực tế cần thiết canh thời gian 4 phút. Như vậy, thông qua hoạt động STEM, HS đã điều chỉnh mối quan hệ cá nhân đối với chu kì của một HSLG có đồ thị là đường hình sin.
Hướng mở ra của luận văn
Một nghiên cứu về việc thiết kế hoạt động STEM gắn với các tri thức lượng giác ở mức độ xuyên môn sử dụng phương thức dạy học dự án và phương pháp đánh giá định lượng một hoạt động giáo dục theo định hướng STEM có thể là hai hướng mở ra của luận văn này.
87
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Barker, B. S., Nugent, G., & Grandgenett, N. F. (2014). Examining fidelity of program implementation in a STEM-oriented out-of-school setting. International Journal of Technology and Design Education, 24(1), 39-52.
Billiar, K., Hubelbank, J., Oliva, T., & Camesano, T. (2014). Teaching STEM by Design. Advances in Engineering Education, 4(1), n1.
Bộ Giáo dục và Đào tạo Việt Nam (2018). Chương trình Giáo dục Phổ thông môn Toán (Dự thảo ngày 19 tháng 1 năm 2018).
Bybee, R. W., Taylor, J. A., Gardner, A., Van Scotter, P., Powell, J. C., Westbrook, A., & Landes, N. (2006). The BSCS 5E instructional model: Origins and