NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
CƠ SỞ LÍ LUẬN
1.1 Tổng quan về các nghiên cứu và triển khai giáo dục STEM ở Việt Nam
Hiện nay, một số tổ chức giáo dục như Endeavor Learning Institute và Học viện sáng tạo S3 đang triển khai các hoạt động giáo dục STEM Tuy nhiên, các hoạt động này vẫn chưa được chính thức đưa vào chương trình giảng dạy tại các trường phổ thông, mà chủ yếu là các hoạt động độc lập của các công ty giáo dục, phục vụ cho mục đích kinh doanh và truyền thông cộng đồng.
Bắt đầu từ năm 2012, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã thực hiện chủ trương đổi mới đồng bộ hình thức dạy học, phương pháp dạy học và kiểm tra, đánh giá kết quả giáo dục thông qua các cuộc thi như “Vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các tình huống thực tiễn dành cho HS trung học” và “Dạy học theo chủ đề tích hợp dành cho GV trung học” Đặc biệt, cuộc thi “Sáng tạo Khoa học Kĩ thuật” dành cho HS phổ thông đã trở thành một điểm nhấn tích cực trong giáo dục định hướng năng lực, thu hút sự quan tâm lớn từ các cấp lãnh đạo, quản lý và giáo viên.
Các cuộc thi STEM dành cho học sinh và phụ huynh tập trung vào các lĩnh vực như cơ khí và môi trường, nhằm phát triển năng lực học tập và kỹ năng lao động cho học sinh trong thế kỷ 21 Đây là một hình thức giáo dục STEM, phản ánh mục tiêu của Bộ Giáo dục và Đào tạo trong việc trang bị cho học sinh những kỹ năng cần thiết để thành công trong tương lai.
STEM là viết tắt của Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học, thường được nhắc đến trong các chính sách phát triển của quốc gia Khoa học là quy trình sáng tạo kiến thức, trong khi Kĩ thuật ứng dụng kiến thức khoa học để thiết kế công nghệ mới giải quyết vấn đề Toán học đóng vai trò là công cụ thu thập và chia sẻ kết quả nghiên cứu.
Giáo dục STEM là quá trình trang bị cho học sinh những kiến thức và kỹ năng thiết yếu trong các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học Những kiến thức này cần được tích hợp và hỗ trợ lẫn nhau, giúp học sinh không chỉ nắm vững nguyên lý mà còn có khả năng thực hành và sáng tạo ra các sản phẩm ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày.
* Mối liên hệ tương tác giữa các lĩnh vực trong giáo dục STEM
Giáo dục STEM là phương pháp giáo dục giúp học sinh nắm vững kiến thức khoa học và ứng dụng thực tiễn, từ đó phát triển khả năng phát hiện và giải quyết vấn đề, đồng thời trang bị những năng lực cần thiết để đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế – xã hội.
1.4 Các mức độ áp dụng giáo dục STEM trong giáo dục phổ thông:
Dạy học các môn khoa học theo phương thức giáo dục STEM là một hình thức tổ chức giáo dục chủ yếu trong nhà trường, nơi các bài học và hoạt động STEM được tích hợp vào quá trình giảng dạy các môn học STEM theo cách tiếp cận liên môn Các chủ đề và hoạt động STEM được thiết kế phù hợp với chương trình học của các môn học thành phần mà không làm tăng thêm thời gian học tập.
- Tổ chức các hoạt động trải nghiệm STEM
Trong hoạt động trải nghiệm STEM, học sinh khám phá các thí nghiệm và ứng dụng khoa học, kỹ thuật trong đời sống thực tiễn Điều này giúp các em nhận thức rõ ràng về vai trò của khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học trong cuộc sống, đồng thời nâng cao hứng thú học tập với các môn học STEM Hơn nữa, đây cũng là phương pháp hiệu quả để thu hút sự quan tâm của xã hội đối với giáo dục STEM.
- Tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học, kĩ thuật
Giáo dục STEM có thể được thực hiện thông qua việc tổ chức các hoạt động nghiên cứu khoa học và các cuộc thi sáng tạo kỹ thuật Những hoạt động này không chỉ nâng cao kiến thức mà còn khuyến khích sự sáng tạo và tư duy phản biện trong học sinh.
Sáng chế Cải tạo thế giới
Khám phá, giải thích thế giới sử dụng trong sử dụng trong
Thúc đẩy thúc đẩy dẫn đến liên quan nghiên cứu liên quan nghiên cứu
Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học (STEM) đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển năng lực và đam mê của học sinh đối với các hoạt động khám phá và giải quyết vấn đề thực tiễn Các lĩnh vực này không chỉ thu hút những học sinh có sở thích mà còn khuyến khích họ tham gia vào những hoạt động tìm tòi sáng tạo.
Tổ chức hiệu quả các hoạt động của câu lạc bộ STEM là yếu tố quan trọng để thúc đẩy sự phát triển của các hoạt động sáng tạo trong lĩnh vực khoa học và kỹ thuật Điều này cũng tạo điều kiện thuận lợi cho việc triển khai các dự án nghiên cứu trong khuôn khổ cuộc thi khoa học kỹ thuật dành cho học sinh trung học.
1.5 Vai trò, ý nghĩa của giáo dục STEM
Việc đưa giáo dục STEM vào trường học mang lại nhiều ý nghĩa, phù hợp với định hướng đổi mới giáo dục phổ thông Cụ thể là:
Để đảm bảo giáo dục toàn diện, việc triển khai giáo dục STEM trong nhà trường là rất quan trọng Bên cạnh các môn học như Toán và Khoa học, các lĩnh vực Công nghệ và Kỹ thuật cũng cần được chú trọng và đầu tư Điều này bao gồm việc nâng cao chất lượng đội ngũ giáo viên, cải tiến chương trình giảng dạy và cải thiện cơ sở vật chất.
Để nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM, các dự án giáo dục STEM cần tập trung vào việc áp dụng kiến thức liên môn nhằm giải quyết các vấn đề thực tiễn Qua các hoạt động trải nghiệm, học sinh sẽ nhận thấy ý nghĩa của tri thức trong cuộc sống, từ đó kích thích sự quan tâm và hứng thú học tập của các em.
Triển khai các dự án học tập STEM giúp học sinh hợp tác, chủ động và tự lực trong việc thực hiện nhiệm vụ học tập Qua đó, các em được làm quen với các hoạt động nghiên cứu khoa học, góp phần tích cực vào việc hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực cần thiết cho tương lai.
-Kết nối trường học với cộng đồng: Để đảm bảo triển khai hiệu quả giáo dục
Giáo dục STEM tại các cơ sở giáo dục phổ thông thường kết nối chặt chẽ với các cơ sở giáo dục nghề nghiệp và đại học địa phương, nhằm tận dụng nguồn lực con người và cơ sở vật chất cho các hoạt động giáo dục STEM Đồng thời, giáo dục STEM cũng tập trung vào việc giải quyết các vấn đề đặc thù của từng địa phương.
CƠ SỞ THỰC TIỄN
2.1.Thực trạng dạy học Vật lý thông qua các chủ đề giáo dục STEM ở các trường trung học phổ thông
*Thực trạng sử dụng các PPDH của GV
Chúng tôi đã tiến hành khảo sát thực trạng sử dụng các phương pháp dạy học của 50 giáo viên dạy các môn Khoa học Tự nhiên tại 3 trường THPT ở Anh Sơn và một số trường THPT khác trên toàn tỉnh Nghệ An thông qua kênh Zalo Kết quả khảo sát được trình bày chi tiết trong phiếu điều tra (phụ lục 1).
Bảng 1 Mức độ sử dụng các PPDH của GV
TT Phương pháp dạy học
3 Sử dụng phiếu học tập 59 16 18 7 0
TT Phương pháp dạy học
7 Dạy học thông qua các hoạt động trải nghiệm 0 9 16 32 43
Qua kết quả điều tra, có thể nhận thấy:
Hiện nay, có sự chênh lệch rõ rệt trong việc sử dụng các phương pháp dạy học (PPDH), với việc giáo viên thường xuyên áp dụng các phương pháp phát huy tính tích cực chủ động của học sinh hơn so với các phương pháp truyền thống Tuy nhiên, một số phương pháp như dạy học dự án và dạy học trải nghiệm vẫn chưa được áp dụng rộng rãi do nhiều lý do Điều này cho thấy một số giáo viên đã chú trọng vào việc đổi mới PPDH, giúp học sinh trở nên chủ động và tích cực hơn trong việc tiếp thu kiến thức Dù vậy, nhiều giáo viên vẫn chưa thực sự đổi mới phương pháp giảng dạy, dẫn đến việc dạy học chưa gắn liền với thực tiễn, khiến học sinh chưa có cơ hội trải nghiệm học tập và thể hiện kinh nghiệm cá nhân trước các vấn đề đặt ra.
Bảng 2 Nhận thức của giáo viên về STEM
Mới chỉ được nghe triển khai, phổ biến từ các buổi tập huấn 40% Đang tìm hiểu 36% Đang nghiên cứu 12% Đang triển khai dạy về STEM 5%
Kết quả khảo sát cho thấy:
- Nhiều GV chưa có các hiểu biết sâu sắc về STEM và áp dụng HĐ STEM trong công tác dạy học
Hầu hết các giáo viên chỉ mới dừng lại ở việc tìm hiểu và nghiên cứu về STEM, trong khi chỉ một số ít giáo viên thực sự áp dụng mô hình STEM vào quá trình giảng dạy.
- Các giáo viên còn khá lúng túng khi triển khai, áp dụng và còn vướng mắc nhiều khó khăn khi xây dựng các chủ đề để dạy học STEM
Khảo sát giáo viên cho thấy rằng hình thức dạy học STEM chưa được áp dụng rộng rãi tại các trường THPT ở các huyện miền núi Điều này cho thấy cần có sự cải thiện trong việc áp dụng các phương pháp dạy học hiện đại nhằm nâng cao chất lượng giáo dục STEM ở khu vực này.
Giáo dục GV thường đóng vai trò quan trọng trong việc khuyến khích học sinh tự tìm tòi tri thức và phát triển sản phẩm đáp ứng nhu cầu thực tiễn Đặc biệt, môn Vật lý rất phù hợp với mục tiêu giáo dục STEM, tạo cơ sở vững chắc cho việc đề xuất phương pháp dạy học Vật lý theo định hướng STEM.
2.2 Hứng thú học tập của học sinh đối với dạy học STEM trong dạy học Vật lý ở các Trường THPT
Chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu về hứng thú học tập của học sinh đối với phương pháp dạy học STEM trong môn Vật lý tại ba trường THPT ở Huyện Miền núi Anh Sơn Số liệu được thu thập thông qua các phiếu điều tra từ hơn 3000 học sinh THPT trong khu vực này, với các học sinh được lựa chọn ngẫu nhiên.
Số lượng học sinh được điều tra: 200 học sinh (thông qua kênh zalo) Kết quả cụ thể như sau:
Bảng 3 Hứng thú học tập của HS
1 Em đã từng được tham gia tiết học nào áp dụng hình thức tổ chức hoạt động
2 Hình thức tổ chức hoạt động STEM ở trường em được tổ chức như thế nào?
3 Em có thích hình thức tổ chức hoạt động STEM không?
4.Em thấy việc áp dụng hình thức tổ chức hoạt động
STEM vào môn Vật lý có phù hợp không?
5.Theo em việc áp dụng kiến thức khoa học để tạo ra các sản phẩm có ý nghĩa thực tiễn có cần thiết không
Qua kết quả điều tra có thể nhận thấy:
Hình thức dạy học STEM là một phương pháp giáo dục mới, nhưng vẫn chưa được áp dụng rộng rãi tại các trường THPT trên địa bàn Vì vậy, số lượng học sinh có cơ hội tiếp cận và trải nghiệm phương pháp học tập này còn rất hạn chế.
Học sinh thể hiện sự hứng thú mạnh mẽ với phương pháp học tập STEM, và đa số đều nhận định rằng phương pháp này rất phù hợp để áp dụng vào môn Vật lý tại trường THPT.
Trong quá trình học tập, học sinh rất quan tâm đến việc liên hệ thực tiễn Nghiên cứu cho thấy rằng học sinh mong muốn tham gia nhiều hoạt động thực tiễn hơn, tự khám phá kiến thức và kinh nghiệm, đồng thời rèn luyện kỹ năng và thể hiện khả năng sáng tạo trong học tập.
Học sinh ngày nay ngày càng nhận thức rõ ràng về tầm quan trọng của việc áp dụng tri thức khoa học và công nghệ vào cuộc sống Việc này không chỉ giúp họ tạo ra những sản phẩm thiết thực mà còn giải quyết hiệu quả các vấn đề gặp phải trong đời sống hàng ngày.
Điều tra thực trạng dạy và học ở địa phương cho thấy sự cần thiết phải đổi mới phương pháp và hình thức tổ chức dạy học nhằm nâng cao chất lượng giáo dục Việc áp dụng các phương pháp dạy học mới và hình thức tổ chức học tập hiện đại là rất quan trọng Đặc biệt, hình thức dạy học STEM được xác định là phù hợp để phát triển năng lực của người học thông qua các hoạt động học tập chuyên biệt.
III TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM TRONG DẠY HỌC VẬT
3.1 Phân tích nội dung chương trình Vật lý 10 – THPT
Phần I – Cơ học Nghiên cức các dạng chuyển động cơ, các định luật cơ bản của chuyển động cơ
Nghiên cứu các trạng thái của vật thể được cấu tạo từ phân tử và sự trao đổi năng lượng giữa các vật thể trong quá trình biến đổi là rất quan trọng.
3.2 Thiết kế chủ đề giáo dục STEM trong dạy học Vật lý 10
Quy trình thiết kế chủ đề giáo dục STEM trong môn dạy học môn Vật lý được thực hiện theo các bước cơ bản sau:
CHỦ ĐỀ STEM: XE ĐUA PHẢN LỰC
1 Tên chủ đề: XE ĐUA PHẢN LỰC
1.Xác định các phương pháp, kĩ thuật tổ chức hoạt động
2 Xác định phương tiện hoạt động
3.Xác định các bước thực hiện
Bước 2: Xác định mục tiêu của chủ đề STEM
Bước 1: Lựa chọn chủ đề giáo dục STEM
Bước4: Xác định các nội dung cụ thể cần sử dụng để giải quyết vấn đề trong chủ đề giáo dục STEM
Bước 3: Xác định các vấn đề cần giải quyết trong chủ đề giáo dục STEM
Bước 5: Thiết kế hoạt động học tập
Bước 6: Thiết kế các tiêu chí và bộ công cụ kiểm tra, đánh giá HS trong chủ đề
Số tiết 4 Tiết – Vật Lý 10 ( Cơ Bản)
- Địa điểm tổ chức: Lớp học phòng thực hành Lý và phòng đa chức năng trường
- Thời gian thực hiện: 4 tiết
- Kiến thức khoa học trong chủ đề Để thực hiện dự án này học sinh cần chiếm lĩnh kiến thức các bài học
Kiến thức mới Kiến thức đã học Kiến thức liên quan
- Carbon và các hợp chất carbon (hóa học 11)
- Thiết kế và bản vẽ kĩ thuật (Bài 8 –
- Tính chất hóa học của acid (bài 3- hóa 9); Carbon,các oxide của carbon, acid carbon nic và muối carbonate (hóa học 9)
- Định luật II, III Niu tơn
- Động lượng Định luật bảo toàn động lượng Chuyển động bằng phản lực Bài tập về định luật bảo toàn động lượng (Vật lý 10)
Xe phản lực đang ngày càng trở nên phổ biến nhờ vào tốc độ ấn tượng, với xe phản lực Bloodhound có khả năng đạt 583 km/h Để hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động của loại xe này, bạn có thể thiết kế và chế tạo một xe mini từ vật liệu tái chế, sử dụng phản ứng hóa học của các hợp chất carbon hoặc lực đẩy từ không khí và nước Món đồ chơi này không chỉ dễ làm và sử dụng vật liệu dễ tìm, mà còn tổ chức được nhiều trò chơi thú vị Việc tự làm xe đua phản lực không chỉ giúp học sinh hiểu biết về chuyển động phản lực mà còn tạo ra sân chơi giải trí sau những giờ học căng thẳng.
Dự án “Xe Phản lực” là một ý tưởng dạy học theo định hướng STEM cho đối tượng học sinh lớp 10
Theo đó, HS phải tìm hiểu và chiếm lĩnh các kiến thức mới:
Thông qua các hoạt động học tập, học sinh nắm vững kiến thức về động lượng và định luật bảo toàn động lượng, đồng thời phát triển năng lực thực hành, làm việc nhóm và tư duy sáng tạo Những hoạt động gia công và chế tạo đơn giản giúp học sinh vượt qua rào cản e ngại khi đối mặt với các nhiệm vụ thực hành.
Sau khi hoàn thành chủ đề này, học sinh có khả năng:
– Có thái độ tích cực, hợp tác trong làm việc nhóm
– Có ý thức xây dựng và thực hiện kế hoạch dự án hợp lí, khoa học
– Có ý thức bảo vệ môi trường
3.2 Phát triển năng lực chung
3.2.1.Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo
- Phân tích được tình huống và phát biểu vấn đề cần thiết kế xe phản lực
- Xác định kiến thức về carbon và các hợp chất của carbon
- Đề xuất giải pháp, thiết kế bản vẽ xe phản lực
- Thực hiện chế tạo thành công xe phản lực
- Đánh giá được sản phẩm, quá trình thực hiện và đề xuất ý tưởng cái tiến xe đua phản lực
3.2.2 Năng lực đặc thù: Năng lực thuộc lĩnh vực STEM
- Trình bày được các tính chất hóa học đặc trưng của carbon và hợp chất của carbon
- Mô tả được cấu tạo và chức năng các bộ phận của xe đua phản lực
- Lập được quy trình thực hiện, chế tạo xe đua phản lực từ các nguyên vật liệu đơn giản
- Sử dụng tốt các dụng cụ kéo, dao, ống đong, cân, các loại keo dán phù hợp với chất liệu và và 1 số loại dụng cụ khác
- Thực hành tính toán, đo lường khối lượng, thế tích hóa chất hỗ trợ xe chạy
4 Thiết bị (dùng trong dạy học và làm sản phẩm)
- Phương tiện dạy học: bảng, máy vi tính, máy chiếu
– Giấy carton; nắp chai; que xiên; ống hút; bong bóng; súng bắn keo; keo silicon; dao rọc giấy; kéo; sodabaking, giấm ăn…
Hoạt động 1: XÁC ĐỊNH VẤN ĐỀ
Phân tích tình huống “thiết kế xe đua phản lực”, thống nhất tiêu chí đánh giá và kế hoạch thực hiện – 15 phút
- Thảo luận để cùng xác định được nhiệm vụ cần thực hiện
Để thiết kế một xe đua phản lực, cần phân tích tình huống và xác định nhiệm vụ cụ thể Xe đua phải hoạt động dựa trên nguyên lý vận dụng tính chất cơ bản của carbon và hợp chất của carbon, sử dụng phản lực để di chuyển Các nguyên vật liệu sử dụng cần đơn giản, dễ tìm và dễ kiếm Bên cạnh đó, xe đua cũng cần được thiết kế đẹp mắt, thu hút và có khả năng chạy tối thiểu 3m.
– GV tổ chức cho HS xem các clip chuyển động bằng phản lực của tên lửa, pháo thăng thiên…( https://www.youtube.com/watch?v=KXJc_yX4Hic )
- GV tổ chức cho HS tìm hiểu kiến thức qua phiếu học tập
– Từ các video khám phá kiến thức, GV giao nhiệm vụ cho HS thực hiện dự án
“ Xe phản lực” dựa trên kiến thức về động lượng và định luật bảo toàn động lượng, chuyển động bằng phản lực
– GV thống nhất với HS về kế hoạch triển khai dự án và tiêu chí đánh giá sản phẩm của dự án
- Học sinh đề xuất và thống nhất với giáo viên về tiến trình dự án
C Dự kiến sản phẩm đáp ứng yêu cầu cần đạt:
Kết thúc hoạt động, HS cần đạt được các sản phẩm sau:
– Bản ghi chép xác định nhiệm vụ phải làm của từng nhóm: Chế tạo xe đua phản lực
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Trong nghiên cứu cơ sở lý luận, đề tài đã phân tích khái niệm STEM và giáo dục STEM, đồng thời khảo sát các mức độ áp dụng STEM trong trường học Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng chỉ ra vai trò quan trọng của STEM và các bước cần thiết khi tổ chức dạy học bài học STEM Thực trạng hiện nay đã được phân tích để nhấn mạnh sự cần thiết của việc áp dụng hoạt động STEM vào quá trình dạy học.
Dựa vào quy trình thiết kế STEM, bài viết đã phát triển một chủ đề dạy học liên kết chặt chẽ với chương trình Vật lý lớp 10 THPT, tập trung vào những vấn đề gần gũi và thực tiễn.
Kết quả từ quá trình dạy học thể nghiệm tại các trường THPT ở huyện miền núi Anh Sơn cho thấy hình thức tổ chức hoạt động STEM mang lại hiệu quả và tính khả thi cao trong việc giảng dạy môn Vật lý Tuy nhiên, cần nhận diện và khắc phục một số khó khăn, hạn chế trong cách tổ chức này để nâng cao hơn nữa chất lượng và hiệu quả dạy học.
Dạy học tổ chức hoạt động STEM là một phương pháp giáo dục tích cực, giúp phát huy tính chủ động của người học Phương pháp này tạo ra nhiều cơ hội cho học sinh rèn luyện kỹ năng nghiên cứu khoa học, thu thập và xử lý thông tin, cũng như kỹ năng giải quyết vấn đề Điều này không chỉ giúp học sinh tạo ra các sản phẩm học tập có ý nghĩa thực tiễn mà còn phù hợp với định hướng phát triển năng lực trong giảng dạy Vật lý ở trường phổ thông.
Kiến nghị
Thử nghiệm này chứng minh tiềm năng to lớn của việc áp dụng phương pháp dạy học STEM trong giảng dạy sinh học và các môn học khác ở trường phổ thông Để tối ưu hóa hiệu quả của phương pháp này, chúng tôi đưa ra một số đề xuất nhằm phát huy tối đa những lợi ích mà nó mang lại.
- Nên tiếp tục thử nghiệm hình thức tổ chức HĐ STEM trên phạm vi rộng rãi hơn
Bồi dưỡng thường xuyên cho giáo viên về đổi mới phương pháp dạy học là rất cần thiết, nhằm khuyến khích và tạo điều kiện cho việc nghiên cứu sâu hơn về tổ chức hoạt động STEM Điều này cần được thực hiện phù hợp với từng môn học, đặc biệt là trong bối cảnh chương trình thay sách giáo khoa lớp 10 trong năm học tới.
2022 - 2023, từng địa phương; tăng cường các hoạt động chuyên môn trong nhà trường, giao lưu với các đơn vị khác để nâng cao chuyên môn nghiệp vụ
- Tăng cường đầu tư cơ sở vật chất, trang thiết bị phù hợp với các hình thức dạy học tích cực.
