Dạy học chủ đề stem chế tạo máy bơm nước tiện ích trong dạy học vật lý 10

Luận văn của Thái Duy Vũ 2018 với đề tài: Tổ chức dạy học chủ đề tích hợp STEM “Khoa học về những cây cầu” ở trường trung học phổ thông Các tác giả xây dựng một chủ đề tích hợp ở các m

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT III DANH MỤC CÁC BẢNG IX DANH MỤC CÁC HÌNH, SƠ ĐỒ X

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài/ Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Tổng quan vấn đề nghiên cứu/Lịch sử vấn đề nghiên cứu 2

3 Mục tiêu nghiên cứu 3

4 Giả thuyết khoa học 3

5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

6 Nhiệm vụ nghiên cứu 3

7 Phương pháp nghiên cứu 4

8 Dự kiến kết quả đạt được 4

9 Bố cục của luận văn/cấu trúc luận văn 4

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY HỌC STEM THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ THỰC TIỄN CHO HỌC SINH 5

1.1 Giáo dục STEM trong dạy học 5

1.1.1 Khái niệm về dạy học STEM 5

1.1.2 Mục tiêu của dạy học STEM 6

1.1.3 Các kỹ năng của dạy học STEM 7

1.1.4 Phân loại STEM (theo mức độ áp dụng) 8

1.1.5 Chủ đề giáo dục STEM 10

1.2 Phát triển năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn trong dạy học STEM 10

1.2.1 Khái niệm năng lực 10

1.2.2 Năng lực gải quyết vấn đề thực tiễn của học sinh trong dạy học vật lý 11

1.3 Đặc điểm của học sinh có năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn 16

1.4 Thực trạng về việc dạy học STEM theo hướng phát trển năng lực thực tiễn cho HS 17

1.5 Qui trình tổ chức dạy học STEM theo định hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn 17

1.5.1 Qui trình dạy học các môn khoa học theo phương thức giáo dục STEM 17

1.5.2 Qui trình hướng dẫn học sinh thực hiện một dự án khoa học kỹ thuật theo

phương thức giáo dục STEM 19

1.6 Tiêu chí đánh giá năng lực giải quyết vấn để thực tiễn theo định hướng giáo dục STEM dưới dạng nghiên cứu khoa học 22

1.6.1 Tiêu chí đánh giá dự án khoa học, kĩ thuật: 22

1.6.2 Rurbic đánh giá dự án khoa học kỹ thuật: 24

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 26

CHƯƠNG 2 TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM “CHẾ TẠO MÁY BƠM NƯỚC ÍCH” TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 10 THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ THỰC TIỄN CỦA HỌC SINH 28

2.1 Phân tích nội dung chương “Cơ học chất lưu” bài “Áp suất thủy tĩnh Nguyên lý Pa-xcan” và bài “Sự chảy thành dòng của chất lỏng và chất khí Định luật Bec-nu-li” - Vật lí 10 NC dưới góc độ STEM 28

2.1.1 Mục tiêu bài “Áp suất thủy tĩnh Nguyên lý Pa-xcan” và bài “Sự chảy thành dòng của chất lỏng và chất khí Định luật Bec-nu-li” - Vật lí 10 NC 28

2.1.2 Cấu trúc nội dung bài “Áp suất thủy tĩnh Nguyên lý Pa-xcan” và bài “Sự chảy thành dòng của chất lỏng và chất khí Định luật Bec-nu-li” Vật lí 10 NC 31

2.1.3 Mối quan hệ giữa mục tiêu, chương trình, nội dung bài “Áp suất thủy tĩnh Nguyên lý Pa-xcan” và bài “Sự chảy thành dòng của chất lỏng và chất khí Định luật Bec-nu-li” Vật lý 10 với mục tiêu, nội dung giáo dục STEM 34

2.2 Xây dựng quy trình hướng dẫn HS thực hiện dự án “Chế tạo máy bơm nước tiện ích” 35

2.3 Tiến trình dạy học chế tạo máy bơm nước tiện ích theo định hướng giáo dục STEM 39

2.3.1 Hoạt động 1: Hình thành ý tưởng 40

2.3.2 Hoạt động 2: Xác định vấn đề nghiên cứu 40

2.3.3 Hoạt động 3: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp 41

2.3.4 Hoạt động 4: Lựa chọn giải pháp 42

2.3.5 Hoạt động 5: Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá 43

2.3.6 Hoạt động 6: Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh 44

2.3.7 Hoạt động 7: Hoàn thiện sản phẩm và vận hành sản phẩm 44

2.4 Đánh giá năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn của học sinh trong dạy học qua trải nghiệm chủ đề “chế tạo máy bơm nước tiện ích” 45

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 50

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 51

3.1 Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm 51

3.1.1 Mục đích của thực nghiệm sư phạm 51

3.1.2 Nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm 51

3.2 Đối tượng và thời gian của thực nghiệm sư phạm 51

3.2.1 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 51

3.2.2 Thời gian thực nghiệm sư phạm: 51

3.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 51

3.3.1 Phát hiện nhóm HS năng lực GQVDTT 51

3.3.2 Phương pháp quan sát 52

3.3.3 Phương pháp thống kê toán học 52

3.4 Phân tích diễn biến và đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 52

3.4.1 Diễn biến và kết quả thu được ở hoạt động hình thành ý tưởng 52

3.4.2 Diễn biến và kết quả thu được ở hoạt động xác định vấn đề nghiên cứu 52

3.4.3 Diễn biến và kết quả thu được ở hoạt động nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp 53

3.4.4 Diễn biến và kết quả thu được ở hoạt động lựa chọn giải pháp 55

3.4.5 Diễn biến và kết quả thu được ở hoạt động chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá 56

3.4.6 Diễn biến và kết quả thu được ở hoạt động chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh 58 3.4.7 Diễn biến và kết quả thu được ở hoạt động hoàn thiện sản phẩm và vận hành sản phẩm 60

3.5 Phân tích định tính kết quả thực nghiệm sư phạm tại trường THPT Ba Gia Tỉnh Quảng Ngãi 65

3.5.1 Kết quả đạt được của các tiêu chí theo bảng Rurbic đánh giá 65

3.5.2 Kết quả đạt được theo tiêu chí đánh giá sản phẩm 66

3.5.3 Bảng kiểm quan sát năng lực GQVDTT của HS trong dạy học qua trải nghiệm chủ đề “chế tạo máy bơm nước tiện ích” 67

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 73

KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 PHỤ LỤC PL1

DANH MỤC CÁC BẢNG

1.1 Cấu trúc năng lực GQVDTT trong dạy học vật lí 11

1.2 Các giai đoạn học tập trải nghiệm với việc phát triển

1.3 Tiêu chí đánh giá dự án khoa học, kỹ thuật 22 1.4 Rurbic đánh giá dự án khoa học kỹ thuật 24 2.1 Mục tiêu bài “Áp suất thủy tĩnh Nguyên lý Pa-xcan” 28

2.2 Mục tiêu bài “Sự chảy thành dòng của chất lỏng và

2.3 Kiến thức STEM trong chủ đề “chế tạo máy bơm

2.4 Rubric đánh giá năng lực GQVDTT trong dạy học

chủ đề “chế tạo máy bơm nước tiện ích” 45

3.2 Bảng kiểm quan sát năng lực GQVDTT của HS Đỗ

Thành Ân lớp 10A3 – Trường THPT Ba Gia 67

3.3 Bảng kiểm quan sát năng lực GQVDTT của HS

Nguyễn Công Hậu lớp 10A3 – Trường THPT Ba Gia 70

DANH MỤC CÁC HÌNH, SƠ ĐỒ

Số hiệu

1.1 Chu trình STEM (theo https://www.knowatom.com) 5

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài/ Tính cấp thiết của đề tài

Thực hiện Nghị quyết Trung ương 8 khóa XI và các chủ trương của Đảng, Nhà nước về định hướng chiến lược phát triển giáo dục – đào tạo trong thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa Mục tiêu là giáo dục con người Việt Nam phát triển toàn diện và phát huy tốt nhất tiềm năng, khả năng sáng tạo của mỗi cá nhân; yêu gia đình, yêu Tổ quốc, yêu đồng bào; sống tốt và làm việc hiệu quả Để đạt mục tiêu, cần xây dựng nền giáo dục mở, thực học, thực nghiệp, dạy tốt, học tốt, quản lý tốt; có cơ cấu và phương thức giáo dục hợp lý, gắn với xây dựng xã hội học tập; bảo đảm các điều kiện nâng cao chất lượng; chuẩn hóa, hiện đại hóa, dân chủ hóa, xã hội hóa và hội nhập quốc tế

hệ thống giáo dục và đào tạo; giữ vững định hướng xã hội chủ nghĩa và bản sắc dân tộc Phấn đấu đến năm 2030, nền giáo dục Việt Nam đạt trình độ tiên tiến trong khu vực

Hiện tại giáo dục ở các bậc học của nước ta còn rất hạn chế về phát triển tư duy khoa học và sáng tạo Hiện mới chỉ chú trọng vào việc truyền đạt theo kiểu nhồi nhét kiến thức, khiến HS chỉ ghi nhớ kiến thức tạm thời để đi thi mà không có nhiều cơ hội

để vận dụng kiến thức học được vào đời sống thường ngày Việc bồi dưỡng năng lực của người học vận dụng những kiến thức học được để giải quyết những vấn đề mà công việc và cuộc sống đặt ra còn nhiều hạn chế từ đó dẫn đến giáo dục chưa tạo ra những con người năng động, biết phát hiện ra những vấn đề nảy sinh ra trong công việc chuyên môn hoặc trong đời sống hàng ngày, biết phân tích và giải quyết vấn đề để thúc đẩy công việc tốt lên

Hiện nay ở nước ta đang bước đầu nghiên cứu triển khai dạy học các môn Khoa học tự nhiên, trong đó có Vật lí theo định hướng giáo dục STEM, nhằm phát triển các năng lực đặc thù gắn với các yếu tố khoa học, công nghệ, kĩ thuật trên nền tảng toán học Một trong những định hướng nghiên cứu của đề tài STEM là thiết kế một sản phẩm ứng dụng vào thực tế, dựa vào kiến thức được học ở trường phổ thông Theo quan điểm này sẽ đáp ứng được vấn đề dạy học kiến thức vật lí gắn liền với phục vụ đời sống, từ đó tạo niềm hứng thú, đam mê và sáng tạo cho HS trong việc học tập và ứng dụng của bộ môn vật lý vào đời sống

Dựa trên kinh nghiệm dạy học và lí luận dạy học STEM, chúng tôi chọn nghiên cứu thiết kế sản phẩm liên quan đến thực tế về việc sử dụng nước tưới tiêu cho đất nông nghiệp của người nông dân ở các xã khu Tây Huyện Sơn Tịnh, Tỉnh Quảng Ngãi

Hiện nay, ở các xã khu Tây Huyện Sơn Tịnh, Tỉnh Quảng Ngãi do đặc điểm của

vị trí địa lý tự nhiên nên nhiều hộ gia đình có những vùng đất với diện tích nhỏ khoảng

từ 50 – 150 m2 và ở trên cao nên không thể có nước để canh tác, vì diện tích nhỏ và xa

khu dân cư nên nếu sử dụng máy chạy nước bằng nhiên liệu xăng dầu hoặc mô tơ chạy nước bằng năng lượng điện xoay chiều thì chi phí quá tốn kém so thu nhập từ canh tác

nên rất nhiều gia đình bỏ hoang đất không canh tác hoặc trồng những loại cây trồng chủ yếu dựa vào nguồn nước trời dẫn đến hiệu quả kinh tế không cao

Từ những lí do trên, chúng tôi quyết định chọn nghiên cứu đề tài: “DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM “CHẾ TẠO MÁY BƠM NƯỚC TIỆN ÍCH” TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ 10”

2 Tổng quan vấn đề nghiên cứu/Lịch sử vấn đề nghiên cứu

Hiện đã có một số luận văn cao học nghiên cứu về dạy học STEM theo quan điểm tích hợp:

Luận văn của Đỗ Thị Thanh Hải (2018) với đề tài: Tổ chức hoạt động dạy học

STEM về dòng điện xoay chiều (Vật lý 12) nhằm định hướng PTNL giải quyết vấn đề cho HS

Luận văn của Hồ Thị Thùy Dung (2018) với đề tài: Tổ chức dạy học chủ đề tích

hợp STEM “Máy phát điện” ở trường trung học phổ thông

Luận văn của Thái Duy Vũ (2018) với đề tài: Tổ chức dạy học chủ đề tích hợp

STEM “Khoa học về những cây cầu” ở trường trung học phổ thông

Các tác giả xây dựng một chủ đề tích hợp ở các mức độ rộng: Dạy học các môn khoa học theo phương thức giáo dục STEM và tổ chức các hoạt động trải nghiệm STEM

Nghiên cứu của chúng tôi hướng đến việc dạy học theo định hướng này chủ yếu gắn với việc sử dụng các kiến thức khoa học của các môn STEM, trong đó trọng tâm kiến thức Vật lí, kết hợp với kiến thức Công nghệ, Kĩ thuật và gắn với thực tiễn địa phương mà các em HS đang sinh sống Nghiên cứu này hướng tới tổ chức hoạt động

nghiên cứu khoa học, kĩ thuật cho HS trung học phổ thông là mức độ cao của giáo dục theo STEM

3 Mục tiêu nghiên cứu

Xây dựng được chủ để STEM “Chế tạo máy bơm nước tiện ích” để sử dụng trong dạy học một số kiến thức chương “Cơ học chất lưu”- Vật lí lớp 10 nhằm phát

triển năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn của học sinh

4 Giả thuyết khoa học

Nếu thiết kế được chủ đề STEM và xây dựng kế hoạch tổ chức dạy học, trong đó

HS học tập nghiên cứu kiến thức nền để từ đó thực hiện giải pháp kĩ thuật - công nghệ chế tạo máy bơm nước tiện ích nhằm hỗ trợ người nông dân trong việc tưới tiêu thì sẽ phát triển được năng lực GQVDTT của HS

5 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

- Việc phát triển năng lực GQVDTT của đối tượng HS có năng lực nghiên cứu khoa học kỹ thuật trong hoạt động dạy học ở trường THPT theo định hướng giáo dục STEM

- Việc dạy học bài 41 “Áp suất thủy tỉnh Nguyên lý Pa-xcan” và Bài 42 “Sự chảy thành dòng của chất lỏng và chất khí Định luật Bec-nu-li” thuộc chương V “Cơ học chất lưu” - Vật lí 10 NC tại trường THPT Ba Gia, huyện Sơn Tịnh, tỉnh Quảng Ngãi

6 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lí luận về dạy học định hướng giáo dục STEM trong dạy học Vật lí

- Nghiên cứu cơ sở lí luận về dạy học PTNL GQVDTT

- Tìm hiểu thực tiễn về dạy học vật lí, về dạy học theo định hướng STEM ở trường phổ thông hiện nay

- Xây dựng chủ đề và cách thức tổ chức dạy học chủ đề thiết kế máy bơm nước tiện ích

- Tìm hiểu các giải pháp, tạo mẫu thiết bị thử kiểm tra tính ứng dựng thực tiễn của thiết bị máy bơm nước tiện ích nhằm hỗ trợ người nông dân trong việc tưới tiêu

- Tiến hành thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi của kế hoạch đã xây dựng

7 Phương pháp nghiên cứu

7.1 Các phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết

- Phương pháp phân loại và hệ thống hoá lý thuyết

- Phương pháp mô hình hóa

- Phương pháp giả thuyết (phương pháp đề xuất và kiểm chứng giả thuyết)

7.2 Các phương pháp nghiên cứu thực tiễn

- Phương pháp quan sát

- Phương pháp thực nghiệm sư phạm

7.3 Các phương pháp toán học trong nghiên cứu

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY HỌC STEM THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

THỰC TIỄN CHO HỌC SINH

1.1 Giáo dục STEM trong dạy học

1.1.1 Khái niệm về dạy học STEM

Theo tài liệu [4], STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học), thường được sử dụng khi bàn đến các chính sách phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật

và Toán học của mỗi quốc gia Sự phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học được mô tả bởi chu trình STEM (Hình 1.1), trong đó Science là quy trình sáng tạo ra kiến thức khoa học; Engineering là quy trình sử dụng kiến thức khoa học

để thiết kế công nghệ mới nhằm giải quyết các vấn đề; Toán là công cụ được sử dụng

để thu nhận kết quả và chia sẻ kết quả đó với những người khác

Hình 1.1 Chu trình STEM (theo https://www.knowatom.com)

“Science” trong chu trình STEM được mô tả bởi một mũi tên từ “Technology” sang “Knowledge” thể hiện quy trình sáng tạo khoa học Đứng trước thực tiễn với

"Công nghệ" hiện tại, các nhà khoa học, với năng lực tư duy phản biện, luôn đặt ra những câu hỏi/vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện công nghệ, đó là các câu hỏi/vấn đề khoa học Trả lời các câu hỏi khoa học hoặc giải quyết các vấn đề khoa học

sẽ phát minh ra các "Kiến thức" khoa học Ngược lại, “Engineering” trong chu trình STEM được mô tả bởi một mũi tên từ “Knowledge” sang “Technology” thể hiện quy trình kĩ thuật Các kĩ sư sử dụng "Kiến thức" khoa học để thiết kế, sáng tạo ra công nghệ mới Như vậy, trong chu trình STEM, "Science" được hiểu không chỉ là "Kiến thức" thuộc các môn khoa học (như Vật lí, Hoá học, Sinh học) mà bao hàm "Quy trình khoa học" để phát minh ra kiến thức khoa học mới Tương tự như vậy, "Engineering" trong chu STEM không chỉ là "Kiến thức" thuộc lĩnh vực "Kĩ thuật" mà bao hàm"Quy trình kĩ thuật" để sáng tạo ra "Công nghệ" mới Hai quy trình nói trên tiếp nối nhau, khép kín thành chu trình sáng tạo khoa học – kĩ thuật theo mô hình "xoáy ốc" mà cứ sau mỗi chu trình thì lượng kiến thức khoa học tăng lên và cùng với nó là công nghệ phát triển ở trình độ cao hơn

1.1.2 Mục tiêu của dạy học STEM

Việc đưa giáo dục STEM vào trường trung học mang lại nhiều ý nghĩa, phù hợp với định hướng đổi mới giáo dục phổ thông [4], [7], [8] Cụ thể là:

– Đảm bảo giáo dục toàn diện: Triển khai giáo dục STEM ở nhà trường, bên

cạnh các môn học đang được quan tâm như Toán, Khoa học, các lĩnh vực Công nghệ,

Kỹ thuật cũng sẽ được quan tâm, đầu tư trên tất cả các phương diện về đội ngũ GV, chương trình, cơ sở vật chất

– Nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM: Các dự án học tập trong giáo

dục STEM hướng tới việc vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các vấn đề thực tiễn, HS được hoạt động, trải nghiệm và thấy được ý nghĩa của tri thức với cuộc sống, nhờ đó sẽ nâng cao hứng thú học tập của HS

– Hình thành và PTNL, phẩm chất cho HS: Khi triển khai các dự án học tập

STEM, HS hợp tác với nhau, chủ động và tự lực thực hiện các nhiệm vụ học; được làm quen hoạt động có tính chất nghiên cứu khoa học Các hoạt động nêu trên góp phần tích cực vào hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực cho HS

– Kết nối trường học với cộng đồng: Để đảm bảo triển khai hiệu quả giáo dục

STEM, cơ sở giáo dục phổ thông thường kết nối với các cơ sở giáo dục nghề nghiệp, đại học tại địa phương nhằm khai thác nguồn lực về con người, cơ sở vật chất triển khai hoạt động giáo dục STEM Bên cạnh đó, giáo dục STEM phổ thông cũng hướng tới giải quyết các vấn đề có tính đặc thù của địa phương

– Hướng nghiệp, phân luồng: Tổ chức tốt giáo dục STEM ở trường trung học,

HS sẽ được trải nghiệm trong các lĩnh vực STEM, đánh giá được sự phù hợp, năng khiếu, sở thích của bản thân với nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM Thực hiện tốt giáo dục STEM ở trường trung học cũng là cách thức thu hút HS theo học, lựa chọn các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM, các ngành nghề có nhu cầu cao về nguồn nhân lực trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư

1.1.3 Các kỹ năng của dạy học STEM

Giáo dục STEM không phải là để HS trở thành những nhà toán học, nhà khoa học, kỹ sư hay những kỹ thuật viên mà là phát triển cho HS các kỹ năng có thể được

sử dụng để làm việc và phát triển trong thế giới công nghệ hiện đại ngày nay [18]

Kỹ năng khoa học: là khả năng liên kết các khái niệm, nguyên lý, định luật và

các cơ sở lý thuyết của giáo dục khoa học để thực hành và sử dụng kiến thức này để giải quyết các vấn đề trong thực tế

Kỹ năng công nghệ: Là khả năng sử dụng, quản lý, hiểu biết, và truy cập được

công nghệ Công nghệ là từ những vật dụng hằng ngày đơn giản nhất như quạt mo, bút chì đến những hệ thống sử dụng phức tạp như mạng internet, mạng lưới điện quốc gia,

vệ tinh… Tất cả những thay đổi của thế giới tự nhiên mà phục vụ nhu cầu của con người thì được coi là công nghệ

Kỹ năng kỹ thuật: Là khả năng GQVDTT diễn ra trong cuộc sống bằng cách

thiết kế các đối tượng, hệ thống và xây dựng các quy trình sản xuất để tạo ra đối tượng Hiểu một cách đơn giản, HS được trang bị kỹ năng kỹ thuật là có khả năng sản xuất ra đối tượng và hiểu được quy trình để làm ra nó HS phải có khả năng phân tích, tổng hợp và kết hợp để biết cách làm thế nào cân bằng các yếu tố liên quan (như khoa học, nghệ thuật, công nghệ, kỹ thuật) để có được một giải pháp tốt nhất trong thiết kế

và xây dựng quy trình Ngoài ra, HS còn có khả năng nhìn nhận ra nhu cầu và phản ứng của xã hội trong những vấn đề liên quan đến kỹ thuật

Kỹ năng toán học: Là khả năng nhìn nhận và nắm bắt được vai trò của toán học

trong mọi khía cạnh tồn tại trên thế giới HS có kỹ năng toán học sẽ có khả năng thể hiện các ý tưởng một cách chính xác, áp dụng các khái niệm và kĩ năng toán học vào cuộc sống hằng ngày

Ngoài những kỹ năng về khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học, giáo dục STEM còn cung cấp cho HS những kỹ năng cần thiết giúp HS phát triển tốt trong thế

kỷ 21 như: kỹ năng giải quyết vấn đề, tư duy phản biện, kỹ năng cộng tác, kỹ năng giao tiếp…

Kỹ năng giải quyết vấn đề là kỹ năng rất cần cho HS trong thế kỷ 21, thế kỷ mà

số lượng các công việc có tính chất sáng tạo và không lặp đi lặp lại tăng mạnh, đòi hỏi người lao động phải chủ động trang bị năng lực giải quyết vấn đề Tư duy phản biện được hiểu là một quá trình tư duy và phân tích thông tin theo một hướng khác của một vấn đề để từ đó làm sáng tỏ và khẳng định lại vấn đề Đây thực sự là một cách tiếp cận tốt trong giáo dục mà vốn từ xưa tới nay, HS tiếp nhận thông tin, kiến thức từ GV một cách thụ động Tư duy phản biện sẽ giúp HS hiểu vấn đề sâu hơn, hình thành lối suy nghĩ logic và kỹ năng xử lý thông tin tốt hơn Kỹ năng cộng tác và giao tiếp cũng là các kỹ năng vô cùng quan trọng để phát triển trong thế kỷ 21 bởi các công việc ngày càng đòi hỏi sự chia sẻ, giao tiếp và các kỹ năng này sẽ khiến vấn đề được giải quyết một cách nhanh chóng, trôi chảy và mang lại hiệu quả cao

1.1.4 Phân loại STEM (theo mức độ áp dụng)

Phỏng theo chu trình STEM, giáo dục STEM đặt HS trước những vấn đề thực tiễn ("công nghệ" hiện tại) cần giải quyết, đòi hỏi HS phải tìm tòi, chiếm lĩnh kiến thức khoa học và vận dụng kiến thức để thiết kế và thực hiện giải pháp giải quyết vấn đề ("công nghệ" mới) Như vậy, mỗi bài học STEM sẽ đề cập và giao cho HS giải quyết một vấn đề tương đối trọn vẹn, đòi hỏi HS phải huy động kiến thức đã có và tìm tòi, chiếm lĩnh kiến thức mới để sử dụng Quá trình đó đòi hỏi HS phải thực hiện theo

"Quy trình khoa học" (để chiếm lĩnh kiến thức mới) và "Quy trình kĩ thuật" để sử dụng kiến thức đó vào việc thiết kế và thực hiện giải pháp ("công nghệ" mới) để giải quyết vấn đề Đây chính là sự tiếp cận liên môn trong giáo dục STEM, dù cho kiến thức mới

mà HS cần phải học để sử dụng trong một bài học STEM cụ thể có thể chỉ thuộc một môn học [4]

Như vậy, giáo dục STEM là một phương thức giáo dục nhằm trang bị cho HS những kiến thức khoa học gắn liền với ứng dụng của chúng trong thực tiễn, qua đó phát triển cho HS năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề cùng với những năng lực

khác tương ứng, đáp ứng được yêu cầu của sự phát triển kinh tế – xã hội Các mức độ

áp dụng giáo dục STEM trong giáo dục phổ thông như sau:

a Dạy học các môn khoa học theo phương thức giáo dục STEM

Đây là hình thức tổ chức giáo dục STEM chủ yếu trong nhà trường Theo cách này, các bài học, hoạt động giáo dục STEM được triển khai ngay trong quá trình dạy học các môn học STEM theo tiếp cận liên môn Các chủ đề, bài học, hoạt động STEM bám sát chương trình của các môn học thành phần Hình thức giáo dục STEM này không làm phát sinh thêm thời gian học tập

b Tổ chức các hoạt động trải nghiệm STEM

Trong hoạt động trải nghiệm STEM, HS được khám phá các thí nghiệm, ứng dụng khoa học, kỹ thuật trong thực tiễn đời sống Qua đó, nhận biết được ý nghĩa của khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học đối với đời sống con người, nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM Đây cũng là cách thức để thu hút sự quan tâm của xã

hội tới giáo dục STEM

Để tổ chức thành công các hoạt động trải nghiệm STEM, cần có sự tham gia, hợp tác của các bên liên quan như trường trung học, cơ sở giáo dục nghề nghiệp, các trường đại học, doanh nghiệp

Trải nghiệm STEM còn có thể được thực hiện thông qua sự hợp tác giữa trường trung học với các cơ sở giáo dục đại học, giáo dục nghề nghiệp Theo cách này, sẽ kết hợp được thực tiễn phổ thông với ưu thế về cơ sở vật chất của giáo dục đại học và giáo dục nghề nghiệp

Các trường trung học có thể triển khai giáo dục STEM thông qua hình thức câu lạc bộ Tham gia câu lạc bộ STEM, HS được học tập nâng cao trình độ, triển khai các

dự án nghiên cứu, tìm hiểu các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM Đây là hoạt động theo sở thích, năng khiếu của HS

c Tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học, kĩ thuật

Giáo dục STEM có thể được triển khai thông qua hoạt động nghiên cứu khoa học

và tổ chức các cuộc thi sáng tạo khoa học kỹ thuật Hoạt động này không mang tính đại trà mà dành cho những HS có năng lực, sở thích và hứng thú với các hoạt động tìm tòi, khám phá khoa học, kỹ thuật giải quyết các vấn đề thực tiễn

Tổ chức tốt hoạt động câu lạc bộ STEM cũng là tiền đề phát triển hoạt động sáng tạo khoa học kỹ thuật và triển khai các dự án nghiên cứu trong khuôn khổ cuộc thi khoa học kỹ thuật dành cho HS trung học Bên cạnh đó, tham gia câu lạc bộ STEM và nghiên cứu khoa học, kĩ thuật là cơ hội để HS thấy được sự phù hợp về năng lực, sở thích, giá trị của bản thân với nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM

1.1.5 Chủ đề giáo dục STEM

Chủ đề giáo dục STEM trong trường trung học là chủ đề được thiết kế dựa trên vấn đề thực tiễn kết hợp với chuẩn kiến thức, kỹ năng của các môn khoa học trong chương trình phổ thông Trong quá trình dạy học, GV tổ chức cho HS làm việc nhóm,

sử dụng công nghệ truyền thống và hiện đại, công cụ toán học để tạo ra sản phẩm có tính ứng dụng thực tế, phát triển kỹ năng và tư duy của HS

Chủ đề STEM cần đảm bảo các tiêu chí: GQVDTT, kiến thức trong chủ đề thuộc lĩnh vực STEM, định hướng hoạt động – thực hành, làm việc nhóm Cụ thể [7]:

- Chủ đề dạy học STEM hướng tới các vấn đề trong thực tiễn

- Các kiến thức trong lĩnh vực STEM để giải quyết vấn đề

- Chủ đề dạy học STEM định hướng hoạt động - thực hành

- HS làm việc nhóm để thực hiện chủ đề STEM

1.2 Phát triển năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn trong dạy học STEM

1.2.1 Khái niệm năng lực

Theo tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế Thế giới OECD thì: “Năng lực là khả

năng đáp ứng một cách hiệu quả những yêu cầu phức hợp trong một bối cảnh cụ thể”

hay trong tài liệu tập huấn thí điểm phát triển chương trình giáo dục phổ thông của Bộ

giáo dục và Đào tạo cho rằng: “Năng lực là sự huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ

năng và các thuộc tính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, ý chí để thực hiện một loạt công việc trong bối cảnh nhất định” Các quan điểm của các tác giả đưa ra đều có

chung nhận định là: Năng lực là khả năng cá nhân trong việc tổng hợp kiến thức, kĩ năng, thái độ để thực hiện thành công một nhiệm vụ nào đó trong một bối cảnh xác định, năng lực không phải là một thuộc tính đơn nhất mà nó là khả năng kết hợp linh hoạt các kiến thức, kĩ năng với thái độ, tình cảm, giá trị và động cơ cá nhân

Đặc trưng của năng lực của mỗi HS được hình thành bộc lộ qua các hành động Chính vì thế mỗi HS năng lực được hình thành sẽ có sự khác biệt nhất định phụ thuộc

vào nội dung chương trình, hình thức dạy học, phương pháp dạy học Năng lực được hình thành thông qua các hoạt động nên trong quá trình dạy học để PTNL của HS thì việc xây dựng các hoạt động học là vô cùng cần thiết

1.2.2 Năng lực gải quyết vấn đề thực tiễn của học sinh trong dạy học vật lý

1.2.2.1 Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn

Theo các tài liệu [2], [3], [11] chúng tôi sử dụng khái niệm: “Năng lực GQVDTT

là khả năng kết hợp một cách linh hoạt và có tổ chức kiến thức, kĩ năng với thái độ, tình cảm, giá trị, động cơ cá nhân nhằm đáp ứng hiệu quả một yêu cầu phức hợp của hoạt động trong bối cảnh nhất định” Cũng theo các tài liệu đó “Năng lực GQVDTT thông qua: Phát hiện/ xác định rõ vấn đề cần giải quyết, Thực hiện giải pháp, đánh giá cách làm của mình, khám phá các giải pháp mới”

Dựa trên cấu trúc 3 thành phần của năng lực GQVDTT, dựa trên đặc điểm dạy học của môn Vật lí, chúng tôi cụ thể hóa các thành tố năng lực với các chỉ số hành vi

và mức độ biểu hiện trong dạy học vật lí như trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Cấu trúc năng lực GQVDTT trong dạy học vật lí

và khó khăn đặt

ra

Chỉ mô tả bằng ngôn ngữ đời sống

Ngôn ngữ

mô tả lộn xộn

Mô tả gần đầy đủ các

sự kiện bằng ngôn ngữ Vật lí

Mô tả đầy

đủ, chính xác các sự kiện

Trình bày được đặc điểm, biểu hiện của vấn đề

Không trình bày được

Trình bày lộn xộn, không đủ các đặc điểm

Trình bày gần đủ các đặc điểm

Tự trình bày đẩy

đủ các đặc điểm

Mô tả được

các dữ kiện

Diễn đạt được các đặc điểm, biểu

Mô tả, diễn đạt

Diễn đạt còn thiếu,

Diễn đạt tương đối

Diễn đạt đầy đủ,

tùy tiện, không theo các ngôn ngữ khoa học

nhầm lẫn nhiều các thuật ngữ khoa học

đầy đủ bằng ngôn ngữ khoa học

chuẩn xác bằng ngôn ngữ khoa học

Phát biểu được vấn đề cần giải quyết theo ngôn ngữ khoa học

Nêu được khó khăn nhưng không phát biểu rõ vấn

đề

Phát biểu được vấn

đề nhưng còn khó khăn, chưa

rõ ý hỏi

Phát biểu được vấn

đề nhưng diễn đạt còn dài dòng, lộn xộn

Phát biểu

rõ vấn đề bằng câu hỏi hay bài toán, nhiệm vụ hợp lí

Đề ra kế

hoạch thực

hiện

Xác định được kế hoạch về con người, về vật lực,

về thời gian thực hiện

Lúng túng, không xác định được cách thức,

kế hoạch

Xác định các nhiệm

vụ nhưng không bố trí nhân lực và đưa

ra thời gian

Xác định

sơ bộ kế hoạch thực hiện về con người, về vật lực và thời gian thực hiện

Phân công được nhân sự, lên kế hoạch vật lực và thời gian

đề

Chưa chọn, sắp xếp được thông tin

Chọn, sắp xếp được một số thông tin

Chọn được gần đủ thông tin

Chọn, sắp

ếp hợp lí

và đủ thông tin cho việc giải quyết

Đề xuất (các) phương án giải quyết

Không rõ phương án

Các phương án còn chung chung

Các phương án còn dài dòng

Chọn được các

phương án hợp lí

Đánh giá tính khả Không Chưa biết Chọn được Chọn và lí

thi của phương án đưa ra Chọn phương án tối ưu

chọn ra được phương án tối ưu

đánh giá tính khả thi của

phương án chọn

phương án nhưng hưa chỉ rõ tính tối ưu

giải được tính tối ưu của

phương

án dựa trên thực tiễn

Xây dựng kế hoạch và thống nhất kế hoạch

Chưa đề ra được kế hoạch

Kế hoạch dài dòng, chưa rõ nhiệm vụ

Rõ nội dung thực hiện nhưng chưa trật

tự thời gian

Rõ nhiệm

vụ thực hiện và thời gian hoàn thành

Làm việc tùy tiện, chưa ra kết quả, sản phẩm

Làm việc còn lúng túng, cần

hỗ trợ để

ra kết quả, sản phẩm

Có cố gắng nhưng vẫn cần sự hỗ trợ mới đạt kết quả

Tự lực làm việc

và đạt được kết quả, sản phẩm

Rút ra kết quả của giải pháp đã đưa

Không nêu

rõ được kết quả cụ thể nào

Nêu ra được một

số biểu hiện của kết quả

Nêu ra được một

số kết quả nhưng còn chưa đầy

đủ

Nêu rõ được các kết quả nghiên cứu

đề xuất những cải tiến mong muốn

Không đưa

ra được ý kiến cho việc làm

Đưa ra ý kiến bình luận không phù hợp

Bước đầu

có những ý kiến bình luận, đánh giá cho giải pháp

Đưa ra ý kiến đánh giá xác đáng cho kết quả, sản phẩm

có thể thực hiện được và điều chỉnh hành động của mình

Không đưa

ra được ý

có ý nghĩa kiến gì

Nhận ra nhược điểm của kết quả, sản phẩm

đã thực hiện

Nhận ra và

có những ý kiến cải tiến, thay đổi giải pháp tương đối phù hợp

Đề xuất được những giải pháp hợp lí để thay đổi cách thức thực hiện

Không nhận ra sự liên hệ của kiến thức với thực tế

Nhận ra một vài sự tương ứng giữa kết quả, sản phẩm với thực tiễn

Nêu được

đa số sự tương tự giữa kết quả toán học với thực tiễn

Nêu ra đầy đủ các sự kiện, yếu

tố cơ bản giữa sản phẩm với thực tiễn

Nhận ra những vấn đề mới từ kết quả, sản phẩm đã thực hiện

Không thấy được vấn đề gì

Đưa ra được những ý kiến nhưng diễn đạt lòng vòng

Đưa ra được những vấn

đề mới từ kết quả, sản phẩm

Xác lập được vấn

đề mới và diễn đạt được gọn,

đủ và dễ hiểu

Bảng này với các biểu hiện cụ thể về chỉ số hành vi và các mức độ tương ứng với các chỉ số hành vi này sẽ dùng để định hướng việc xây dựng các hoạt động dạy học ở chương 2, đồng thời đánh giá sự phát triển các thành tố năng lực GQVDTT của HS trong thực nghiệm sư phạm ở chương 3

1.2.2.2 Phát triển năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn qua dạy học theo phương thức STEM

Dựa trên cấu trúc của NLGQVĐTT và các giai đoạn học tập của HS qua các hoạt động theo phương thức STEM, có thể thấy được các cơ hội PTNL của HS như bảng 1.2

Bảng 1.2 Các giai đoạn học tập trải nghiệm với việc phát triển NLGQVĐTT

1 Xác định được khó khăn, mâu thuẫn trong bối

cảnh thực tiễn tương ứng với kiến thức, kĩ năng, sản phẩm cần tìm hiểu, xây dựng

GĐ 3 Báo cáo trình bày

bảo vệ và chỉnh sửa giải

11 Chia sẻ, thảo luận các ý kiến với bản trình bày, với sản phẩm đã xây dựng

12 Thực hiện và đưa ra đánh giá của cá nhân và của nhóm để kết hợp với đánh giá của GV

13 Ghi nhận các ý kiến đóng góp để lên kế hoạch điều chỉnh

14 Thực hiện các điều chỉnh

1.3 Đặc điểm của học sinh có năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn

Trong dạy học việc phát hiện các HS có năng lực GQVDTT rất cần thiết, dựa vào các đặc điểm và biểu hiện của HS sẽ giúp GV phát hiện được các HS có năng lực GQVDTT để từ đó tiếp tục bồi dưỡng nhằm phát huy khả năng của HS đó, cụ thể các biểu hiện đó là [7]:

- Tự phát hiện vấn đề mới, tình huống mới từ những tình huống liên quan đến kỹ thuật

- Nghiên cứu tổng quan các giải pháp kỹ thuật có sẵn, sau đó đưa ra những bình luận, lật đi lật lại vấn đề, trao đổi, chất vấn với các HS, với GV, với chuyên gia, … Từ

đó đề xuất giải pháp kỹ thuật mới, tối ưu trên cơ sở kế thừa các giải pháp kỹ thuật đã

- Đề xuất mô hình giả thuyết, đưa ra phương án thực nghiệm để kiểm tra giả thuyết với hiệu quả cao nhất có thể có được trong những điều kiện đã cho

- Tự thiết kế sơ đồ nguyên lý, bản vẽ kỹ thuật thể hiện cấu tạo, chức năng của đối tượng kỹ thuật đang nghiên cứu

1.4 Thực trạng về việc dạy học STEM theo hướng phát trển năng lực thực tiễn cho HS

Năm 2012, giáo dục STEM bắt đầu xuất hiện từ các cơ sở giáo dục tư nhân ở Việt Nam Tới nay, giáo dục STEM đã được nhắc tới nhiều nhưng chưa được triển khai diện rộng do nhiều vấn đề, trong đó có 4 lí do [22]:

- HS/sinh viên vẫn còn tâm lý học để lấy điểm, lấy bằng; thường xuyên không tìm kiếm và tự nghiên cứu tài liệu liên quan đến môn học

- Thiếu cơ sở khoa học và khung lí luận của giáo dục STEM nói chung, dạy học môn công nghệ theo định hướng giáo dục STEM nói riêng (cơ sở vật chất, hành trang cho giảng viên và sinh viên)

- Phương pháp luận xây dựng chủ đề giáo dục STEM cũng như tiêu chí về một chủ đề giáo dục STEM, cấu trúc của nhiệm vụ STEM chưa được thống nhất

- GV/giảng viên chưa được đầu tư cho hoạt động giảng dạy đúng mức, có nhiều người thờ ơ với hoạt động giảng dạy này bởi đây là phương pháp đòi hỏi thời gian, công sức và chất xám cho mỗi tiết học lớn hơn giảng dạy trong trường học

Tại Tỉnh Quảng Ngãi việc áp dụng dạy học STEM theo định hướng PTNL giải quyết vấn đề đang được áp dụng thí điểm ở một số trường THPT trên địa bàn Tỉnh vẫn chưa mang tính đại trà Trong những năm gần đây Sở GD – ĐT Quảng Ngãi phát động Cuộc thi sáng tạo khoa học kỹ thuật nên ở một trường phổ thông đã có những quan tâm nhất định trong việc phát hiện, bồi dưỡng nhóm HS có năng lực GQVDTT để tham dự cuộc thi, tuy nhiên việc tham gia hướng dẫn cho HS thực hiện một dự án Khoa học kỹ thuật của một bộ phận GV còn gặp phải nhiều khó khăn, nguyên nhân do chưa nắm được qui trình hướng dẫn cho HS thực hiện một đề tài nghiên cứu khoa học

1.5 Qui trình tổ chức dạy học STEM theo định hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn

1.5.1 Qui trình dạy học các môn khoa học theo phương thức giáo dục STEM

Hình 1.2 Sơ đồ tiến trình bài học STEM

Mỗi bài học STEM trong chương trình giáo dục phổ thông đề cập đến một vấn đề tương đối trọn vẹn, đòi hỏi HS phải học và sử dụng kiến thức thuộc các môn học trong chương trình để sử dụng vào giải quyết vấn đề đó Tiến trình mỗi bài học STEM được thực hiện phỏng theo quy trình kĩ thuật (Hình 2), trong đó việc "Nghiên cứu kiến thức nền" (background research) trong tiến trình dạy học mỗi bài học STEM chính là việc học để chiếm lĩnh nội dung kiến thức trong chương trình giáo dục phổ thông tương ứng với vấn đề cần giải quyết trong bài học, trong đó HS là người chủ động nghiên cứu sách giáo khoa, tài liệu bổ trợ, tiến hành các thí nghiệm theo chương trình học (nếu có) dưới sự hướng dẫn của GV; vận dụng kiến thức đã học để đề xuất, lựa chọn giải pháp giải quyết vấn đề; thực hành thiết kế, chế tạo, thử nghiệm mẫu; chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh thiết kế Thông qua quá trình học tập đó, HS được rèn luyện nhiều kĩ năng để phát triển phẩm chất, năng lực [4]

Xác định vấn đề

Nghiên cứu kiến thức nền

Tiến trình bài học STEM tuân theo quy trình kĩ thuật nêu trên nhưng các "bước" trong quy trình không được thực hiện một cách tuyến tính (hết bước nọ mới sang bước kia) mà có những bước được thực hiện song hành, tương hỗ lẫn nhau Cụ thể là việc

"Nghiên cứu kiến thức nền" được thực hiện đồng thời với "Đề xuất giải pháp"; "Chế tạo mô hình" được thực hiện đồng thời với "Thử nghiệm và đánh giá", trong đó bước này vừa là mục tiêu vừa là điều kiện để thực hiện bước kia [4]

1.5.2 Qui trình hướng dẫn học sinh thực hiện một dự án khoa học kỹ thuật theo phương thức giáo dục STEM

- Trên cơ sở các bài học STEM cho tất cả HS nêu trên, trong quá trình thực hiện

sẽ có một số HS có sở trường, hứng thú, cần được khuyến khích và tạo điều kiện để tiếp tục mở rộng, đi sâu Nhà trường cần có những hình thức tổ chức phù hợp tạo môi trường để các HS này được phát huy năng lực, sở trường của mình; cũng từ đó phát hiện và hướng dẫn những HS say mê nghiên cứu thực hiện các dự án khoa học, kĩ

thuật để tham gia Cuộc thi khoa học kĩ thuật dành cho HS trung học Đây là mức

độ cao của giáo dục STEM trong giáo dục phổ thông [4]

- Qui trình hướng dẫn:

* Hoạt động 1: Hình thành ý tưởng

Để hình thành được ý tưởng nghiên cứu trong HS, trước hết trong quá trình giảng dạy bộ môn ở một số đơn vị kiến thức GV cần cung cấp cho HS một số vấn đề như: + Ứng dụng của kiến thức đã học trong thực tiễn cuộc sống

+ Thành tựu khoa học của các kiến thức đã học (như các thiết bị máy móc trong cuộc sống, các đề tài nghiên cứu khoa học, …) …

Từ những vấn đề trên GV, yêu cầu HS tự xây dựng và tìm hiểu ý tưởng nghiên cứu

* Hoạt động 2: Xác định vấn đề

Trong hoạt động này, GV giao cho HS nhiệm vụ học tập chứa đựng vấn đề, trong

đó HS phải hoàn thành một sản phẩm học tập cụ thể với các tiêu chí đòi hỏi HS phải

sử dụng kiến thức mới trong bài học để đề xuất, xây dựng giải pháp và thiết kế nguyên mẫu của sản phẩm cần hoàn thành Tiêu chí của sản phẩm là yêu cầu hết sức quan trọng, bởi đó chính là "tính mới" của sản phẩm, kể cả sản phẩm đó là quen thuộc với

HS; đồng thời, tiêu chí đó buộc HS phải nắm vững kiến thức mới thiết kế và giải thích được thiết kế cho sản phẩm cần làm

– Mục đích: Xác định tiêu chí sản phẩm; phát hiện vấn đề/nhu cầu

– Nội dung: Tìm hiểu về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ; đánh giá về hiện

tượng, sản phẩm, công nghệ

– Dự kiến sản phẩm hoạt động của HS: Các mức độ hoàn thành nội dung (Ghi

chép thông tin về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ; đánh giá, đặt câu hỏi về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ)

– Kỹ thuật tổ chức hoạt động: GV giao nhiệm vụ (nội dung, phương tiện, cách

thực hiện, yêu cầu sản phẩm phải hoàn thành); HS thực hiện nhiệm vụ (qua thực tế, tài liệu, video; cá nhân hoặc nhóm); Báo cáo, thảo luận (thời gian, địa điểm, cách thức);

Phát hiện/phát biểu vấn đề (GV hỗ trợ)

* Hoạt động 3: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp

Trong hoạt động này, HS thực hiện hoạt động học tích cực, tự lực dưới sự hướng dẫn của GV Trong nghiên cứu khoa học sẽ không còn các "tiết học" thông thường mà

ở đó GV "giảng dạy" kiến thức mới cho HS Thay vào đó, HS phải tự tìm tòi, chiếm lĩnh kiến thức để sử dụng vào việc đề xuất, thiết kế sản phẩm cần hoàn thành Nếu kiến thức mới đó trong điều kiện của HS không thể chiếm lĩnh được thì GV hướng dẫn

sẽ cung cấp cho HS kiến thức nền

– Mục đích: Hình thành kiến thức mới và đề xuất giải pháp

– Nội dung: Nghiên cứu nội dung sách giáo khoa, tài liệu, thí nghiệm để tiếp

nhận, hình thành kiến thức mới và đề xuất giải pháp/thiết kế hoặc dưới sự hướng dẫn của GV

– Dự kiến sản phẩm hoạt động của HS: Các mức độ hoàn thành nội dung (Xác

định và ghi được thông tin, dữ liệu, giải thích, kiến thức mới, giải pháp/thiết kế)

– Cách thức tổ chức hoạt động: GV giao nhiệm vụ (Nêu rõ yêu cầu

đọc/nghe/nhìn/làm để xác định và ghi được thông tin, dữ liệu, giải thích, kiến thức mới); HS nghiên cứu sách giáo khoa, tài liệu, làm thí nghiệm (cá nhân, nhóm); Báo cáo, thảo luận; GV điều hành, “chốt” kiến thức mới + hỗ trợ HS đề xuất giải pháp/thiết

kế mẫu thử nghiệm

* Hoạt động 4: Lựa chọn giải pháp

Trong hoạt động này, HS được tổ chức để trình bày, giải thích và bảo vệ bản thiết

kế kèm theo thuyết minh (sử dụng kiến thức mới học và kiến thức đã có); đó là sự thể hiện cụ thể của giải pháp giải quyết vấn đề Dưới sự trao đổi, góp ý của các bạn và

GV, HS tiếp tục hoàn thiện (có thể phải thay đổi để bảo đảm khả thi) bản thiết kế trước khi tiến hành chế tạo, thử nghiệm

– Mục đích: Lựa chọn giải pháp/bản thiết kế

– Nội dung: Trình bày, giải thích, bảo vệ giải pháp/thiết kế để lựa chọn và hoàn

thiện

– Dự kiến sản phẩm hoạt động của HS: Giải pháp/bản thiết kế được lựa

chọn/hoàn thiện

– Cách thức tổ chức hoạt động: GV giao nhiệm vụ (Nêu rõ yêu cầu HS trình

bày, báo cáo, giải thích, bảo vệ giải pháp/thiết kế); HS báo cáo, thảo luận; GV điều hành, nhận xét, đánh giá + hỗ trợ HS lựa chọn giải pháp/thiết kế mẫu thử nghiệm

* Hoạt động 5: Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá

Trong hoạt động này, HS tiến hành chế tạo mẫu theo bản thiết kế đã hoàn thiện sau bước 4; trong quá trình chế tạo đồng thời phải tiến hành thử nghiệm và đánh giá Trong quá trình này, HS cũng có thể phải điều chỉnh thiết kế ban đầu để bảo đảm mẫu chế tạo là khả thi

– Mục đích: Chế tạo và thử nghiệm mẫu thiết kế

– Nội dung: Lựa chọn dụng cụ/thiết bị thí nghiệm; chế tạo mẫu theo thiết kế; thử

nghiệm và điều chỉnh

– Dự kiến sản phẩm hoạt động của HS: Dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật…đã

chế tạo và thử nghiệm, đánh giá

– Cách thức tổ chức hoạt động: GV giao nhiệm vụ (lựa chọn dụng cụ/thiết bị

thí nghiệm để chế tạp, lắp ráp…); HS thực hành chế tạo, lắp ráp và thử nghiệm; GV hỗ trợ HS trong quá trình thực hiện

* Hoạt động 6: Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh

Trong hoạt động này, HS được tổ chức để trình bày sản phẩm học tập đã hoàn thành; trao đổi, thảo luận, đánh giá để tiếp tục điều chỉnh, hoàn thiện

– Mục đích: Trình bày, chia sẻ, đánh giá sản phẩm nghiên cứu

– Nội dung: Trình bày và thảo luận

– Dự kiến sản phẩm hoạt động của HS: Dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật Đã

chế tạo được + Bài trình bày báo cáo

– Cách thức tổ chức hoạt động: GV giao nhiệm vụ (mô tả rõ yêu cầu và sản

phẩm trình bày); HS báo cáo, thảo luận (bài báo cáo, trình chiếu, video, dung cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật đã chế tạo…) theo các hình thức phù hợp (trưng bày, triển lãm, sân khấu hóa); GV đánh giá, kết luận và định hướng tiếp tục hoàn thiện

* Hoạt động 7: Hoàn thiện sản phẩm và vận hành sản phẩm

Trên cơ sở bước 6, HS sẽ điều chỉnh sản phẩm nghiên cứu sao cho đúng với tiêu chí đã đề ra và vận hành thực nghiệm sản phẩm

– Mục đích: Đánh giá sản phẩm và hoàn thiện sản phẩm nghiên cứu

– Nội dung: Thảo luận và điều chỉnh sản phẩm

– Dự kiến sản phẩm hoạt động của HS: Hình ảnh/video vận hành sản phẩm +

Bài báo cáo đánh giá sản phẩm

– Cách thức tổ chức hoạt động: GV giao nhiệm vụ (mô tả rõ cần điều chỉnh);

HS báo cáo, thảo luận (bài báo cáo, trình chiếu, video, dung cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật

đã chế tạo…) theo các hình thức phù hợp (trưng bày, triển lãm, sân khấu hóa); GV đánh giá, kết luận

1.6 Tiêu chí đánh giá năng lực giải quyết vấn để thực tiễn theo định hướng giáo dục STEM dưới dạng nghiên cứu khoa học

1.6.1 Tiêu chí đánh giá dự án khoa học, kĩ thuật:

Theo tài liệu [4], tiêu chí đánh giá một dự án khoa học, kỹ thuật

Bảng 1.3 Tiêu chí đánh giá dự án khoa học, kỹ thuật

2 Thiết kế và phương pháp (15 điểm) 2 Thiết kế và phương pháp (15 điểm)

– Kế hoạch được thiết kế và các

phương pháp thu thập dữ liệu tốt;

– Các tham số, thông số và biến số phù

hợp và hoàn chỉnh

– Sự tìm tòi các phương án khác nhau để đáp ứng nhu cầu hoặc giải quyết vấn đề; – Xác định giải pháp;

– Phát triển nguyên mẫu/mô hình

3 Thực hiện: thu thập, phân tích và

giải thích dữ liệu (20 điểm)

3 Thực hiện: Xây dựng và kiểm tra (20 điểm)

– Thu thập và phân tích dữ liệu một

– Trả lời rõ ràng, súc tích, sâu sắc các câu hỏi;

– Hiểu biết cơ sở khoa học liên quan đến dự án;

– Hiểu biết về sự giải thích và hạn chế của các kết quả và các kết luận;

– Mức độ độc lập trong thực hiện dự án;

– Sự thừa nhận khả năng tác động tiềm tàng về khoa học, xã hội và/hoặc kinh tế;

– Chất lượng của các ý tưởng cho nghiên cứu tiếp theo;

– Đối với các dự án tập thể, sự đóng góp và hiểu biết về dự án của tất cả các thành viên

1.6.2 Rurbic đánh giá dự án khoa học kỹ thuật:

Bảng 1.4 Rurbic đánh giá dự án khoa học kỹ thuật

- Có thể đánh giá được bằng các phương pháp khoa học

- Câu hỏi nghiên cứu có một số vấn đề nhỏ về sự cụ thể và rõ ràng

- Câu hỏi nghiên cứu không thể đánh giá được đầy đủ

- Câu hỏi nghiên cứu không thể trả lời được hoặc không phù hợp với thí nghiệm thực

tế đã thực hiện

- Không cố gắng xác định câu hỏi nghiên cứu

- Các biến và đối chứng được xác định, phù hợp và hoàn chỉnh

- Phương pháp

có một số sai sót nhỏ nhưng

đã có sự cố gắng để đối chứng và so sánh

- Phương pháp không phù hợp nhưng đã

có sự cố gắng

để đối chứng

và so sánh

- Thí nghiệm không đượct hực hiện (chứng minh hoặc trưng bày)

- Không có nhóm đối chứng

- Tính có thể lặp lại của kết quả;

- Áp dụng các phương pháp

- Có một số lỗi và sai sót nhỏ trong các

- Ít chú ý đến

sự chính xác

và rõ ràng

- Không báo cáo

về các kĩ thuật

- Không chính xác và rõ ràng trong các phép

đo

toán học và thống kê phù hợp;

- Dữ liệu thu thập đủ hỗ trợ cho giải thích và các kết luận

Tính sáng

tạo

- Dự án chứng minh được ý nghĩa sáng tạo và độc đáo trong hai hoặc nhiều hơn trong số các tiêu chí trên

- Dự án chứng minh được ý nghĩa sáng tạo trong một trong số các tiêu chí trên

- Dự án chứng minh được một vài tính sáng tạo, một bước nhảy mới trên thí nghiệm cũ

- Dự án thiếu sáng tạo: thí nghiệm được sao chép hoàn toàn từ nguồn

đã công bố

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Các năng lực mà con người cần có để đáp ứng được những đòi hỏi của sự phát triển khoa học – công nghệ trong cuộc cách mạng 4.0 cũng chính là những năng lực cần hình thành và phát triển cho HS và đã được mô tả trong Chương trình giáo dục phổ thông mới Để thực hiện được mục tiêu PTNL đó cho HS, trong quá trình dạy học cần phải tổ chức hoạt động dạy học phỏng theo chu trình STEM Nghĩa là HS được hoạt động theo hướng “trải nghiệm” việc phát hiện và giải quyết vấn đề (sáng tạo khoa học kĩ thuật) trong quá trình học tập kiến thức khoa học gắn liền với ứng dụng của chúng trong thực tiễn

Để thực hiện được mục tiêu PTNL đó cho HS, trong quá trình dạy học, cần phải

tổ chức hoạt động dạy học phỏng theo chu trình STEM Nghĩa là HS được hoạt động theo hướng “trải nghiệm” việc phát hiện và giải quyết vấn đề (sáng tạo khoa học kĩ thuật) trong quá trình học tập kiến thức khoa học gắn liền với ứng dụng của chúng trong thực tiễn

Giáo dục STEM là phương thức giáo dục tích hợp, trong đó HS được thực hiện các hoạt động chính sau:

Thứ nhất, hoạt động tìm hiểu thực tiễn, phát hiện vấn đề: Trong các bài học

STEM, HS được đặt trước các nhiệm vụ thực tiễn, như giải quyết một tình huống, hoặc tìm hiểu, cải tiến một ứng dụng kĩ thuật nào đó Thực hiện nhiệm vụ này, HS cần phải thu thập được thông tin, phân tích được tình huống, giải thích được ứng dụng kĩ thuật, từ đó xuất hiện các câu hỏi hoặc xác định được vấn đề cần giải quyết

Thứ 2, hoạt động nghiên cứu kiến thức nền: Từ những câu hỏi hoặc vấn đề cần

giải quyết, HS được yêu cầu/hướng dẫn tìm tòi, nghiên cứu để tiếp nhận kiến thức, kĩ năng cần sử dụng cho việc trả lời câu hỏi hay giải quyết vấn đề Đó là những kiến thức, kĩ năng đã biết hay cần dạy cho HS trong chương trình giáo dục phổ thông Hoạt động này bao gồm: Nghiên cứu tài liệu khoa học (bao gồm sách giáo khoa); quan sát/thực hiện các thí nghiệm, thực hành; giải các bài tập/tình huống có liên quan để nắm vững kiến thức, kĩ năng

Thứ 3, hoạt động giải quyết vấn đề: Về bản chất, hoạt động giải quyết vấn đề là

hoạt động sáng tạo khoa học, kĩ thuật, nhờ đó giúp cho HS hình thành và phát triển các phẩm chất, năng lực cần thiết thông qua việc đề xuất và kiểm chứng các giả thuyết

khoa học hoặc đề xuất và thử nghiệm các giải pháp kĩ thuật Tương ứng với đó, có 2 loại sản phẩm là “kiến thức mới” (dự án khoa học) và “công nghệ mới” (dự án kĩ thuật)

- Đối với hoạt động sáng tạo khoa học, kết quả nghiên cứu là những đề xuất mang tính lý thuyết được rút ra từ các số liệu thu được trong thí nghiệm kiểm chứng giả thuyết khoa học

- Đối với hoạt động sáng tạo kĩ thuật: Kết quả nghiên cứu là sản phẩm mang tính ứng dụng thể hiện giải pháp công nghệ mới được thử nghiệm thành công Ví dụ: Dụng

cụ, thiết bị mới, giải pháp kĩ thuật mới…

Xuất phát từ thực tế hiện nay, việc GV hướng dẫn cho HS thực hiện một dự án nghiên cứu khoa học kỹ thuật còn gặp nhiều lúng túng, không nắm được qui trình hướng dẫn cho HS thực hiện nghiên cứu, dẫn đến trong quá trình thực hiện nghiên cứu chủ yếu HS thực hiện theo phương pháp thử “đúng – sai”, thực hiện “ngược qui trình” Tóm lại: Việc xây dựng một quy trình để hướng dẫn HS thực hiện một dự án khoa học kỹ thuật trong giai đoạn hiện là thực sự cần thiết, nó đáp ứng được yêu cầu đổi mới của ngành giáo dục hiện nay trong việc phát triển các phẩm chất và năng lực

HS, đặc biệt là năng lực GQVDTT

CHƯƠNG 2 TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM “CHẾ TẠO MÁY BƠM NƯỚC ÍCH” TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 10 THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ THỰC TIỄN CỦA HỌC SINH

2.1 Phân tích nội dung chương “Cơ học chất lưu” bài “Áp suất thủy tĩnh Nguyên lý Pa-xcan” và bài “Sự chảy thành dòng của chất lỏng và chất khí Định luật Bec-nu-li” - Vật lí 10 NC dưới góc độ STEM

2.1.1 Mục tiêu bài “Áp suất thủy tĩnh Nguyên lý Pa-xcan” và bài “Sự chảy thành dòng của chất lỏng và chất khí Định luật Bec-nu-li” - Vật lí 10 NC

a Mục tiêu bài “Áp suất thủy tĩnh Nguyên lý Pa-xcan”

Bảng 2.1 Mục tiêu bài “Áp suất thủy tĩnh Nguyên lý Pa-xcan”

1 Nêu được áp suất thủy

tĩnh là gì và các đặc điểm

của áp suất này

[Thông hiểu]

 Tổng áp suất của khí quyển và

áp suất gây ra bởi chất lỏng tại một điểm trong chất lỏng tĩnh gọi

là áp suất thủy tĩnh (hay áp suất tĩnh) tại điểm đó

p = pa + gh trong đó pa là áp suất khí quyển ở mặt thoáng, h là độ sâu của điểm đang xét so với mặt thoáng, g là gia tốc trọng trường

 Đặc điểm :

- Áp suất thủy tĩnh tại một điểm phụ thuộc vào áp suất khí quyển, khối lượng riêng của chất lỏng và

độ sâu của điểm đang xét

Trong hệ SI, đơn vị áp suất là N/m2, còng gọi là

paxcan (Pa)