TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG "ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM" VẬT LÍ 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM - Full 10 điểm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM KHOA LÝ – HÓA - SINH ---------- VÕ THỊ TUYẾT HOA TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG "ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM" VẬT LÍ 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Quảng Nam, tháng 06 năm 2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM KHOA LÝ – HÓA - SINH ---------- KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Tên đề tài: TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG "ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM" VẬT LÍ 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM Sinh viên thực hiện VÕ THỊ TUYẾT HOA MSSV: 2116020118 CHUYÊN NGÀNH: SƯ PHẠM VẬT LÝ Khóa học: 2016 – 2020 Cán bộ hướng dẫn ThS. Võ Hoàng Trân Châu MSCB:……………. Quảng Nam, tháng 06 năm 2020 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin kính gửi lời cảm ơn đến BGH trường Đại học Quảng Nam, ban chủ nhiệm khoa Vật lí cùng quý Thầy, Cô trong khoa đã tạo điều kiện để tôi thực hiện khóa luận này. Tôi cũng xin cảm ơn chân thành và sâu sắc đến giảng viên hướng dẫn ThS. Võ Hoàng Trân Châu, khoa Lí – Hóa - Sinh đã định hướng, cố vấn chỉ dẫn, giúp đỡ cho tôi trong suốt quá trình làm khóa luận này, giúp tôi hoàn thành đề tài đúng thời hạn. Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các chuyên gia, các thầy cô giáo và các em HS đã tham gia, hợp tác và tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cha mẹ, gia đình, người thân, bạn bè đã luôn quan tâm, ủng hộ, động viên, khích lệ, và giúp đỡ để tôi hoàn thành tốt bài khóa luận của mình. Mặc dù đã rất cố gắng nhưng khóa luận này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự đóng góp, chỉ bảo từ quý thầy cô để khóa luận được hoàn thiện hơn. Cuối cùng tôi xin kính chúc quý thầy cô giáo trường Đại học Quảng Nam thật dồi dào sức khỏe để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình. Tôi xin chân thành cảm ơn! Quảng Nam, tháng 06 năm 2020 Sinh viên Võ Thị Tuyết Hoa LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình do chính tôi thực hiện. Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong khóa luận là trung thực, khách quan, nghiêm túc và chưa từng được tác giả khác công bố trong bất cứ công trình nào. Nếu phát hiện điều gì không đúng tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về nội dung khóa luận của mình. Quảng Nam, tháng 06 năm 2020 Người nghiên cứu khóa luận Võ Thị Tuyết Hoa MỤC LỤC MỞ ĐẦU ................................................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................................. 1 2. Lịch sử nghiên cứu đề tài .................................................................................................... 2 3. Mục tiêu đề tài ...................................................................................................................... 2 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..................................................................................... 3 5. Nhiệm vụ nghiên cứu .......................................................................................................... 3 6. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................................... 3 7. Giả thuyết khoa học ............................................................................................................. 3 8. Bố cục của khóa luận........................................................................................................... 4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................................................................... 4 CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA DẠY HỌC CHƯƠNG "ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM" VẬT LÍ 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM......................................................................................................................................... 4 1.1. Cơ sở lí luận ...................................................................................................................... 4 1.1.1. Khái niệm STEM........................................................................................................... 4 1.1.2. Giáo dục STEM ............................................................................................................. 5 1.1.3. Một số vấn đề cơ bản về giáo dục STEM .................................................................. 7 1.1.3.1. Mục tiêu giáo dục STEM .......................................................................................... 7 1.1.3.2. Vai trò, ý nghĩa của giáo dục STEM ....................................................................... 7 1.1.4. Giáo dục STEM trong trường trung học .................................................................... 8 1.1.4.1. Dạy học các môn khoa học theo phương thức giáo dục STEM .........................8 1.1.4.2. Tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM và nghiên cứu khoa học........................ 14 1.1.5. Xây dựng và thực hiện bài học STEM ................................................................16 1.1.5.1. Tiêu chí xây dựng bài học STEM .......................................................................... 16 1.1.5.2. Quy trình xây dựng bài học STEM ........................................................................ 18 1.1.5.3. Tiêu chí đánh giá bài học STEM............................................................................ 20 1.2. Cơ sở thực tiễn ................................................................................................................ 22 1.2.1. STEM trong chương trình giáo dục ở Việt Nam ..................................................... 22 1.2.2. Ưu điểm và hạn chế của giáo dục STEM ở Việt Nam ........................................... 23 1.2.2.1. Ưu điểm của giáo dục STEM ................................................................................. 23 1.2.2.2. Hạn chế của giáo dục STEM .................................................................................. 24 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1...................................................................................................... 26 CHƯƠNG 2. TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG " ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM" VẬT LÍ 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM ... 27 2.1. Phân tích nội dung kiến thức của chương “Động lực học chất điểm” Vật lí 10 THPT .............................................................................................................................27 2.2. Mục tiêu chương động lực học chất điểm ................................................................... 28 2.2.1. Mục tiêu về kiến thức ..........................................................................................28 2.2.2. Mục tiêu về kĩ năng .............................................................................................29 2.2.3. Mục tiêu về thái độ ..............................................................................................30 2.3. Thiết kế tiến trình dạy học một số nội dung chương động lực học chất điểm Vật lí 10 theo phương pháp giáo dục STEM ................................................................................. 30 2.3.1. Giếng bơm nước thủ công .......................................................................................... 30 2.3.2. Xe chuyển động nhờ bong bóng ................................................................................ 41 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2...................................................................................................... 52 CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ....................................................................... 53 3.1. Mô tả thực nghiệm sư phạm .......................................................................................... 53 3.1.1. Mục đích thực nghiệm ................................................................................................ 53 3.1.2. Nội dung thực nghiệm ................................................................................................ 53 3.1.3. Đối tượng thực nghiệm ............................................................................................... 53 3.1.4. Thời gian thực nghiệm ................................................................................................ 53 3.1.5. Phương pháp thực nghiệm sư phạm .......................................................................... 53 3.2. Tổ chức thực nghiệm sư phạm ...................................................................................... 53 3.2.1. Chuẩn bị thực nghiệm ................................................................................................. 53 3.2.2. Tổ chức thực nghiệm .................................................................................................. 54 3.2.3. Điều tra thăm dò .......................................................................................................... 55 3.3. Những thuận lợi và khó khăn trong quá trình thực nghiệm. ..................................... 55 3.3.1. Thuận lợi....................................................................................................................... 55 3.3.2. Khó khăn ...................................................................................................................... 55 3.4. Kết quả TN ...................................................................................................................... 56 3.4.1. Kết quả điều tra thăm dò ............................................................................................ 56 3.4.2.1. Kết quả đánh giá về kiến thức ................................................................................ 56 3.4.2.2. Kết quả điều tra HS .................................................................................................. 66 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3...................................................................................................... 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................................. 68 1. Kết luận ............................................................................................................................... 68 2. Kiến nghị............................................................................................................................. 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................................... 70 PHỤ LỤC ................................................................................................................................P1 PHỤ LỤC 1 ............................................................................................................................P1 PHỤ LỤC 2 ............................................................................................................................P4 PHỤ LỤC 3 ............................................................................................................................P6 PHỤ LỤC 4 ............................................................................................................................P7 DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt STEM Science,Technology, Engineering, Mathematics Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học THCS Trung học cơ sở THPT Trung học phổ thông KHKT Khoa học kĩ thuật CLB Câu lạc bộ GD&ĐT Giáo dục và Đào tạo SGK Sách giáo khoa THM Trường học mới VNEN Viet Nam, ESCUELA, NUVEA Trường học mới ở Việt Nam 5E Engagment, Exploration Explanation, Elaboration/Extension, Evaluation Đặt vấn đề, khám phá, giải thích, mở rộng và đánh giá BGDĐT-GDTrH Bộ giáo dục đào tạo – Giáo dục truyền hình NXB Nhà xuất bản BGH Ban giám hiệu TN Thực nghiệm ĐC Đối chứng PPDH Phương pháp dạy học GV Giáo viên HS Học sinh DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Phương pháp dạy học 5E ......................................................................................... 12 Bảng 1.2. Tiêu chí đánh giá dự án khoa học ............................................................................ 15 Bảng 1.3. Tiêu chí đánh giá tiến trình dạy học ......................................................................... 20 Bảng 1.4. Đánh giá kế hoạch dạy học chủ đề STEM trong môn học ....................................... 21 Bảng 2.1. Nội dung kiến thức chương 2 Vật lí 10 cơ bản ........................................................ 27 Bảng 3.1. Bảng phân bố HS được chọn làm mẫu TN .............................................................. 53 Bảng 3.2. Bảng thống kê các điểm số (Xi) của bài kiểm số 1 .................................................. 57 Bảng 3.3. Bảng phân phối tần suất số 1 ................................................................................... 58 Bảng 3.4. Bảng phân bố tần số tích lũy số 1 ............................................................................ 59 Bảng 3.5. Bảng phân loại theo học lực của HS số 1................................................................. 60 Bảng 3.6. Bảng thống kê các điểm số (Xi) của bài kiểm tra số 2 ( Phụ lục 2) ......................... 60 Bảng 3.7. Bảng phân phối tần suất số 2 ................................................................................... 61 Bảng 3.8. Bảng phân bố tần số tích lũy số 2 ............................................................................ 62 Bảng 3.9. Bảng phân loại theo học lực của HS số 2................................................................. 63 Bảng 3.10. Bảng tổng hợp các tham số đặc trưng số 1 ............................................................ 65 Bảng 3.11. Bảng tổng hợp các tham số đặc trưng số 2 ............................................................ 65 Bảng 3.12. Kết quả điều tra mức độ đồng tình của HS ............................................................ 66 DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BIỂU ĐỒ Hình 1.1. Chu trình STEM ......................................................................................................... 4 Hình 1.2. Mối liên hệ của Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học.................................... 6 Hình 1.3. Tiến trình bài học STEM ............................................................................................ 9 Hình 1.4. Mô hình 5E hướng dẫn tích hợp STEM ................................................................... 13 Hình 1.5. Giáo dục STEM và giáo dục truyền thống ............................................................... 25 Biểu đồ 3.1. Phân bố điểm hai nhóm TN và ĐC ...................................................................... 57 Biểu đồ 3.2. Đồ thị phân bố tần suất số 1 ................................................................................. 58 Biểu đồ 3.3. Đồ thị phân bố tần số tích lũy số 1....................................................................... 59 Biểu đồ 3.4. Biểu đồ phân loại HS theo học lực số 1 ............................................................... 60 Biểu đồ 3.5. Phân bố điểm hai nhóm TN và ĐC số 2 .............................................................. 61 Biểu đồ 3.6. Đồ thị phân bố tần suất số 2 ................................................................................. 62 Biểu đồ 3.7. Đồ thị phân bố tần số tích lũy số 2....................................................................... 63 Biểu đồ 3.8. Biểu đồ phân loại HS theo học lực số 2 ............................................................... 64 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Xã hội ngày càng phát triển đòi hỏi con người chúng ta phải chủ động, sáng tạo nhiều hơn trong công việc để mang lại hiệu quả tốt nhất. Điều này đặt ra cho ngành giáo dục nhiệm vụ cần chuẩn bị cho HS những kĩ năng và kiến thức theo chuẩn toàn cầu để đáp ứng với nhu cầu hội nhập ngày càng cao của xã hội. Giáo dục hiện đại chuyển từ dạy học tiếp cận nội dung sang tiếp cận năng lực là một xu hướng đem lại hiệu quả cao trong giáo dục nhưng cũng đòi hỏi người dạy và người học đều phải thay đổi cách dạy và cách học. Giáo dục STEM là một quan điểm dạy học theo tiếp cận liên ngành từ hai trong các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên. Trong đó nội dung học tập được gắn với thực tiễn, phương pháp dạy học theo quan điểm dạy học định hướng hành động. Dạy học theo định hướng giáo dục STEM giúp HS vừa học vừa làm, lí thuyết gắn với thực tiễn. Bên cạnh việc phát triển các năng lực và tư duy kĩ thuật, giáo dục STEM còn có mục đích nhằm định hướng nghề nghiệp cho HS. Mô hình giáo dục này bắt nguồn từ nước Mỹ và được coi như một cuộc cải cách giáo dục mang tính đột phá với mục tiêu xác lập vững chắc vị thế của quốc gia đứng đầu thế giới về kinh tế, khoa học và công nghệ với nguồn lao động chất lượng thuộc các lĩnh vực STEM. Bên cạnh đó tiếp tục làm gia tăng tầm ảnh hưởng của Mỹ với thế giới thông qua những phát minh, sáng chế. Cho đến nay đã có rất nhiều quốc gia theo đuổi chương trình giáo dục STEM bởi họ nhận thấy đó là hướng đi đúng và mang tính tất yếu trong bối cảnh cạnh tranh kinh tế giữa các quốc gia trên thế giới. Việt Nam chúng ta cũng đang từng bước đổi mới giáo dục và hướng đến mô hình giáo dục STEM nhưng chỉ đang ở bước truyền thông và mang tính thử nghiệm, chưa thực sự trở thành một hoạt động giáo dục chính thức trong trường phổ thông. Do vậy, giáo dục STEM rất cần sự quan tâm và nhận thức của toàn xã hội. Trong chương trình Vật lí phổ thông, chương động lực học chất điểm Vật lí 10 có nhiều kiến thức hay và gần gũi với thực tế giúp HS dễ dàng tiếp thu và sáng tạo. Hiện nay đã có những sản phẩm STEM thuộc nội dung chương “Động lực học chất điểm” có giá trị kinh tế được bày bán trên thị trường như những đồ chơi: lò xo cầu vồng, thú nhún, con lắc NEWTON hay các đồ chơi cho trẻ em khác. Đây sẽ là những sản phẩm tạo nguồn cảm hứng cho các bạn trẻ sáng tạo cho mình một món đồ chơi nhỏ hoặc sáng chế ra những sản phẩm to lớn hơn tùy vào năng lực sau khi các bạn 2 được tiếp cận với giáo dục STEM. Thông qua đó, HS có thể phát huy được năng lực tự học, tính tích cực, tự lực, chủ động sáng tạo trong học tập bộ môn Vật lí. Trong giáo dục STEM, HS có thể phát huy được hết khả năng của mình hay không một phần cũng là nhờ hoạt động tổ chức dạy học phong phú, mang tính thực tế cao của người hướng dẫn. Vì vậy, giáo dục STEM đòi hỏi người GV phải hiểu rõ quy trình tổ chức dạy học và có chuyên môn sâu rộng. Xuất phát từ những lí do trên, tôi đã lựa chọn đề tài: "Tổ chức dạy học một số kiến thức chương "Động lực học chất điểm" Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM" để làm đề tài nghiên cứu. 2. Lịch sử nghiên cứu đề tài Hiện nay, có rất nhiều công trình nghiên cứu về STEM và được in thành sách như: Thiết kế và tổ chức chủ đề giáo dục STEM cho HS THCS và cho HS THPT và Dạy học chủ đề STEM cho HS THCS và HS THPT của ThS. Nguyễn Thanh Nga; Giáo dục STEM trong nhà trường phổ thông của Nguyễn Văn Biên ; Dạy học môn Công nghệ phổ thông theo định hướng STEM của Lê Xuân Quang,… Trên cơ sở nghiên cứu, tìm hiểu về giáo dục STEM, ta có thể thấy hầu hết các tài liệu STEM ở trên đều đưa ra những khái niệm chung và thiết kế tổ chức chủ đề giáo dục STEM ở một số môn tổng hợp mà chưa đi sâu vào nghiên cứu riêng từng bộ môn, từng nội dung cụ thể có thể ứng dụng STEM, đặc biệt là đối với bộ môn Vật lí. Trong năm học 2016-2017, Hội đồng Anh đã phối hợp chặt chẽ với Bộ GD&ĐT triển khai thí điểm phương thức giáo dục STEM tại 14 trường trung học thuộc 5 tỉnh/thành phố: Hà Nội (8 trường); Nam Định (1 trường); Quảng Ninh (1 trường); Hải Phòng (1 trường) và Hải Dương (3 trường) bước đầu đem lại những kết quả tích cực. 3. Mục tiêu đề tài - Xây dựng cơ sở lí luận về giáo dục STEM và cơ sở lí luận, cơ sở thực tiễn về dạy học môn Vật lí, cụ thể là nội dung chương động lực học chất điểm lớp 10 theo định hướng giáo dục STEM. - Thiết kế quy trình dạy học một số nội dung kiến thức, phương pháp giải bài tập chương động lực học chất điểm theo định hướng giáo dục STEM và vận dụng vào dạy học môn Vật lí 10 phổ thông ở Việt Nam. 3 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: chương động lực học chất điểm Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM. - Phạm vi nghiên cứu: quá trình dạy và học môn Vật lí 10 chương động lực học chất điểm. Phạm vi khảo sát tại trường THPT Trần Cao Vân, thành phố Tam Kỳ, tỉnh Quảng Nam. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu - Xây dựng cơ sở lí luận và thực tiễn về dạy học môn Vật lí 10 chương động lực học chất điểm theo định hướng giáo dục STEM. - Xây dựng quy trình dạy học một số nội dung chương động lực học Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM. Đề xuất phương pháp luận xây dựng chủ đề giáo dục STEM trong dạy học kiến thức này. Trên cơ sở đó thực nghiệm với môn Vật lí 10 chương động lực học chất điểm. - Thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm nghiệm đánh giá giả thuyết nêu ra. 6. Phương pháp nghiên cứu - Nhóm phương pháp nghiên cứu lí luận (phương pháp phân tích, tổng hợp, khái quát hóa). - Nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn (phương pháp điều tra, phương pháp quan sát sư phạm, phương pháp thực nghiệm sư phạm). - Nhóm phương pháp hỗ trợ (phương pháp thống kê Toán học…). 7. Giả thuyết khoa học Nếu thiết kế được quy trình dạy học môn Vật lí theo định hướng giáo dục STEM và vận dụng vào xây dựng các chủ đề, nội dung, cách thức tổ chức hoạt động dạy và học, kiểm tra đánh giá môn Vật lí sẽ tác động tích cực đến kết quả học tập, tạo sự hứng thú và góp phần hình thành, phát triển năng lực cốt lõi (năng lực giải quyết vấn đề, năng lực sáng tạo, năng lực hợp tác, làm việc nhóm,…) cho HS trong dạy học môn Vật lí theo định hướng đổi mới toàn diện giáo dục Việt Nam. Sau mỗi tiết học STEM, HS hợp tác và được làm việc nhóm cùng nhau để thảo luận đưa ra ý tưởng thiết kế một mô hình liên quan đến bài học. Từ những gợi ý cụ thể của giáo viên, mỗi cá nhân sẽ phát huy được tính tư duy sáng tạo của mình và biết cách xử lí vấn đề khi gặp phải trong quá trình học tập STEM. 4 8. Bố cục của khóa luận Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, phụ lục thì khóa luận gồm có 3 chương: Chương 1. Cơ sở lí luận và thực tiễn của dạy học chương "Động lực học chất điểm" Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM. Chương 2. Tổ chức dạy học một số kiến thức chương "Động lực học chất điểm" Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM. Chương 3. Thực nghiệm sư phạm. 4 PHẦN 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA DẠY HỌC CHƯƠNG "ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM" VẬT LÍ 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 1.1. Cơ sở lí luận 1.1.1. Khái niệm STEM STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học). Thuật ngữ này thường được sử dụng khi giải quyết các chính sách giáo dục và lựa chọn chương trình giảng dạy trong các trường học để nâng cao khả năng cạnh tranh trong phát triển Khoa học và Công nghệ. 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; Mathematics 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 “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 Engineers: Solve problems (Kĩ sư: Giải quyết vấn đề) Scientists: answer questions (Nhà khoa học: Trả lời câu hỏi) Science Engineering Technology Math Knowledge the STEM cycle 5 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 trình 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. Giáo dục STEM Giáo dục STEM là một cách tiếp cận liên ngành trong quá trình học, trong đó các khái niệm học thuật mang tính nguyên tắc được lồng ghép với các bài học trong thực tế, ở đó các HS áp dụng các kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán vào trong bối cảnh cụ thể, giúp kết nối giữa trường học, cộng đồng, nơi làm việc và các tổ chức toàn cầu, để từ đó phát triển các năng lực trong lĩnh vực STEM và cùng với đó có thể cạnh tranh trong nền kinh tế mới. Trong nghiên cứu này giáo dục STEM cũng có thể được hiểu theo tác giả Lê Xuân Quang như sau: “Giáo dục STEM là một quan điểm dạy học theo tiếp cận liên ngành từ hai trong các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên. Trong đó nội dung học tập được gắn với thực tiễn, phương pháp dạy học theo quan điểm dạy học định hướng hành động”. STEM được hiểu trong giáo dục là: Science (Khoa học): Là môn học nhằm phát triển khả năng sử dụng các kiến thức Khoa học (Vật lí, Hóa học, Sinh học và Khoa học Trái Đất) của HS, không chỉ giúp HS hiểu về thế giới tự nhiên mà còn có thể vận dụng kiến thức đó để giải quyết các vấn đề khoa học trong cuộc sống hàng ngày. Technology (Công nghệ): Là môn học nhằm phát triển khả năng sử dụng, quản lí, hiểu và đánh giá công nghệ của HS. Nó cung cấp cho HS những cơ hội để hiểu về công nghệ được phát triển như thế nào, cung cấp cho những kĩ năng để có thể phân 6 tích được sự ảnh hưởng của công nghệ mới tới cuộc sống hàng ngày của HS và của cộng đồng… Engineering (Kĩ thuật): Là môn học nhằm phát triển sự hiểu biết ở HS về cách công nghệ đang phát triển thông qua quá trình thiết kế kĩ thuật. Kĩ thuật cung cấp cho HS những cơ hội để tích hợp kiến thức của nhiều môn học, giúp cho những khái niệm liên quan trở nên tường minh trong cuộc sống của họ. Kĩ thuật cũng cung cấp cho HS những kĩ năng để có thể vận dụng sáng tạo cơ sở Khoa học và Toán học trong quá trình thiết kế các đối tượng, các hệ thống hay xây dựng các quy trình sản xuất. Mathematics (Toán học): Là môn học nhằm phát triển ở HS khả năng phân tích, biện luận và truyền đạt ý tưởng một cách hiệu quả thông qua việc tính toán, giải thích, các giải pháp giải quyết các vấn đề toán học trong các tình huống đặt ra. 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. Hình 1.2. Mối liên hệ của Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học Ví dụ mối liên hệ của Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trong bài học STEM về chủ đề xây cầu, HS đóng vai là những kĩ sư tư vấn cho một công ty phải sửa hoặc thay thế một cây cầu qua một kênh đào đã bị hư hỏng nặng. HS được học về bản chất của lực, trọng lực và cách làm việc với lực cân bằng. Ở đây, kiến thức về Toán học sẽ được sử dụng trong các tính toán về trọng lực, cân bằng lực. Những kiến thức này sẽ là cơ sở để đưa ra các giải pháp kĩ thuật nhằm tạo ra những cấu trúc ổn định. 7 Hay khi học một chủ đề về hệ Mặt Trời, HS không chỉ đơn thuần học về khoa học để nghiên cứu hệ Mặt Trời gồm những thành phần nào hay đặc điểm của chúng ra sao mà còn được học những ý tưởng phát hiện ra kính thiên văn (Công nghệ), học về giá đỡ cho kính thiên văn (Kĩ thuật), hay học cách tính tỉ lệ khoảng cách giữa các ngôi sao hay bán kính của các ngôi sao (Toán học). 1.1.3. Một số vấn đề cơ bản về giáo dục STEM 1.1.3.1. Mục tiêu giáo dục STEM Dưới góc độ giáo dục và vận dụng trong bối cảnh Việt Nam, giáo dục STEM một mặt thực hiện đầy đủ mục tiêu giáo dục đã nêu trong chương trình giáo dục phổ thông, mặt khác giáo dục STEM nhằm: - Phát triển các năng lực đặc thù của các môn học thuộc về STEM cho HS: Đó là những kiến thức, kĩ năng liên quan đến các môn học Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học. Trong đó HS biết liên kết các kiến thức Khoa học, Toán học để giải quyết các vấn đề thực tiễn. Biết sử dụng, quản lí và truy cập Công nghệ. HS biết về quy trình thiết kế và chế tạo ra các sản phẩm. - Phát triển các năng lực cốt lõi cho HS: Giáo dục STEM nhằm chuẩn bị cho HS những cơ hội cũng như thách thức trong nền kinh tế cạnh tranh toàn cầu của thế kỉ 21. Bên cạnh những hiểu biết về các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật, Toán học, HS sẽ được phát triển tư duy phê phán, khả năng hợp tác để thành công. - Định hướng nghề nghiệp cho HS: Giáo dục STEM sẽ tạo cho HS có những kiến thức, kĩ năng mang tính nền tảng cho việc học tập ở các bậc học cao hơn cũng như cho nghề nghiệp trong tương lai của HS. Từ đó, góp phần xây dựng lực lượng lao động có năng lực, phẩm chất tốt đặc biệt là lao động trong lĩnh vực STEM nhằm đáp ứng mục tiêu xây dựng và phát triển đất nước. 1.1.3.2. Vai trò, ý nghĩa của giáo dục STEM Việc đưa giáo dục STEM vào trường THPT mang lại nhiều ý nghĩa, phù hợp với định hướng đổi mới giáo dục phổ thông. 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, Kĩ thuật cũng sẽ được quan tâm, đầu tư trên tất cả các phương diện về đội ngũ GV, chương trình, cơ sở vật chất. 8 – 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 phát triển năng lực, 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, CSVC 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. 1.1.4. Giáo dục STEM trong trường trung học 1.1.4.1. Dạy học các môn khoa học theo phương thức giáo dục 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 1.4), 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 SGK, 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 9 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. Hình 1.3. Tiến trình bài học STEM 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. Vì vậy, mỗi bài học STEM được tổ chức theo 5 hoạt động như sau: Hoạt động 1: 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 Xác định vấn đề (Nội dung dạy học theo chương trình được sắp xếp lại phù hợp) Toán Lý Hóa Sinh Nghiên cứu kiến thức nền Tin CN Đề xuất các giải pháp/bản thiết kế Lựa chọn giải pháp/bản thiết kế Chế tạo mô hình (nguyên mẫu) Thử nghiệm và đánh giá Chia sẻ và thảo luận Điều chỉnh thiết kế 10 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 (Bài ghi chép thông tin về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ; đánh giá, đặt câu hỏi về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ). – Cách thức 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 2: 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 bài học STEM sẽ không còn các "tiết học" thông thường mà ở đó GV "giảng dạy" kiến thức mới cho HS. Thay vào đó, HS tự tìm tòi, chiếm lĩnh kiến thức để sử dụng vào việc đề xuất, thiết kế sản phẩm cần hoàn thành. Kết quả là khi HS hoàn thành bản thiết kế thì đồng thời HS cũng đã học được kiến thức mới theo chương trình môn học tương ứng. – Mục đích: Hình thành kiến thức mới và đề xuất giải pháp. – Nội dung: Nghiên cứu nội dung SGK, tài liệu, thí nghiệm để tiếp nhận, hình thành kiến thức mới và đề xuất giải pháp/thiết kế. – 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 và hỗ trợ HS đề xuất giải pháp/thiết kế mẫu thử nghiệm. Hoạt động 3: 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 11 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 và hỗ trợ HS lựa chọn giải pháp/thiết kế mẫu thử nghiệm. Hoạt động 4: 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 3; 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 5: 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 và bài trình bày báo cáo. 12 – 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, cho điểm và định hướng tiếp tục hoàn thiện. Sự phù hợp của tiến trình tổ chức các hoạt động học của HS trong các bài học STEM với phương pháp dạy học tích cực được mô tả trong bảng sau: Bảng 1.1. Phương pháp dạy học 5E Phương pháp dạy học 5E Mô hình THM (VNEN) Giáo dục STEM Engagement (Đặt vấn đề) Khởi động Xác định vấn đề/ nhu cầu thực tiễn HOẠT ĐỘNG 1: Xác định vấn đề (nêu rõ tiêu chí dụng cụ/thiết bị… cần chế tạo) Exploration (khám phá) Hình thành kiến thức Nghiên cứu kiến thức mới cần sử dụng HOẠT ĐỘNG 2: Học kiến thức mới; Đề xuất các giải pháp/Bản thiết kế mẫu cần chế tạo Explanation (giải thích) Luyện tập Elaboration/Extension (mở rộng, thiết kế) Vận dụng hoặc/và mở rộng Đề xuất các giải pháp/ Bản thiết kế Lựa chọn 1 giải pháp/ Bản thiết kế HOẠT ĐỘNG 3: Trình bày/giải thích/bảo vệ giải pháp/Bản thiết kế mẫu Chế tạo mẫu HOẠT ĐỘNG 4: Lựa chọn dụng cụ, Chế tạo mẫu Thử nghiệm – Đánh giá 13 và thử nghiệm Chia sẻ và thảo luận HOẠT ĐỘNG 5: Trình bày sản phẩm, Đánh giá, Điều chỉnh thiết kế Evaluation (đánh giá) Điều chỉnh thiết kế Quy trình 5E gồm có 5 giai đoạn trong một chuỗi quá trình dạy học là: Engagement (Đặt vấn đề), Exploration (khám phá), Explanation (giải thích), Elaboration/Extension (mở rộng) và Evaluation (đánh giá) (Hình 1.4). Hình 1.4. Mô hình 5E hướng dẫn tích hợp STEM Engagement (Đặt vấn đề): Mục tiêu của giai đoạn này là để tạo sự chú ý và quan tâm của HS. HS được đặt vào những tình huống, sự kiện hay vấn đề liên quan đến nội dung học tập mang tính thách thức và gợi nhu cầu HS cần phải giải quyết. Về bản chất, ở đây là tạo các tình huống có vấn đề khiến HS có những suy nghĩ như: tại sao điều đó lại có thể xảy ra, tôi cũng đã từng suy nghĩ nhưng không biết lí giải thế nào, tôi muốn tìm hiểu thêm về vấn đề này… Và khi đó HS cảm thấy cần thiết phải giải quyết hay học thêm một vấn đề gì đó. Exploration (khám phá): Đây là giai đoạn HS trải nghiệm thông qua các hoạt động như thu thập thông tin dữ liệu, quan sát mô hình, thí nghiệm, điều tra… để giải thích các hiện tượng và phát triển khả năng nhận thức của bản thân. Vai trò của GV trong giai đoạn khám phá là người chỉ dẫn và khởi đầu cho hoạt động. Cung cấp cho HS những kiến thức nền cần thiết; những dụng cụ, nguyên vật liệu phục vụ hoạt động trải nghiệm của HS và điều chỉnh những nhận thức sai lầm mà HS có thể gặp phải trong quá trình khám phá. 14 Đây là giai đoạn HS suy nghĩ, lập kế hoạch và tổ chức những thông tin dữ liệu thu thập được. Giai đoạn này HS có thể thực hiện các thí nghiệm, tiến hành nghiên cứu, thiết kế các quy trình, thiết kế mẫu… Lựa chọn và áp dụng các phương pháp tiếp cận có hệ thống thích hợp để trả lời câu hỏi mang tính phức hợp, để điều tra các vấn đề mang tính thời sự và phát triển các giải pháp cho những thách thức và các vấn đề trong thế giới thực. Explanation (giải thích): HS phân tích và diễn giải các dữ liệu. Trao đổi những kiến thức và các giải pháp mang tính khả thi. Sử dụng công nghệ thích hợp để phân tích và thông tin liên lạc. Elaboration/Extension (mở rộng): Giai đoạn này HS có cơ hội được mở rộng và củng cố những hiểu biết của mình về các khái niệm, kiến thức. HS tinh chỉnh các giải pháp, các quy trình. Sửa đổi quy trình thử nghiệm để tìm hiểu thêm. Xác định và phân tích các kết nối đến nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM. Evaluation (đánh giá) : Đánh giá được tiến hành thông qua việc HS phải trình bày giải pháp của họ nhằm giải quyết các vấn đề được đặt ra ban đầu. HS được tham gia đánh giá đồng đẳng. HS phải chứng minh sự hiểu biết của mình dựa trên kết quả các nhiệm vụ thực hiện. GV sẽ đánh giá cả kiến thức và kĩ năng của HS, xem xét những minh chứng cho thấy sự hiểu biết của HS. Quy trình trên được xây dựng dựa trên lí thuyết kiến tạo, giúp HS có thể tự xây dựng những hiểu biết của mình thông qua những trải nghiệm và những ý tưởng mới. 1.1.4.2. Tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM và nghiên cứu khoa học 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, nhất là đối với hoạt động 4 và hoạt động 5 (là những HS có vai trò chủ chốt của nhóm trong việc chế tạo, thử nghiệm mẫu) 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", “Ngày hội STEM” và những cuộc thi khoa học Kĩ thuật khác. Đây là mức độ cao của giáo dục STEM trong giáo dục phổ thông. 15 Tiêu chí đánh giá dự án khoa học, kĩ thuật như sau: Bảng 1.2. Tiêu chí đánh giá dự án khoa học Dự án khoa học Dự án kĩ thuật 1. Câu hỏi nghiên cứu (10 điểm) 1. Vấn đề nghiên cứu (10 điểm) – Mục tiêu tập trung và rõ ràng; – Xác định được sự đóng góp vào lĩnh vực nghiên cứu; – Có thể đánh giá được bằng các phương pháp khoa học. – Mô tả sự đòi hỏi thực tế hoặc vấn đề cần giải quyết; – Xác định các tiêu chí cho giải pháp đề xuất; – Lí giải về sự cấp thiết; 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 cách hệ thống; – Tính có thể lặp lại của kết quả; – Áp dụng các phương pháp toán học và thống kê phù hợp; – Dữ liệu thu thập đủ hỗ trợ cho giải thích và các kết luận. – Nguyên mẫu chứng minh được thiết kế dự kiến; – Nguyên mẫu được kiểm tra trong nhiều điều kiện/thử nghiệm. – Nguyên mẫu chứng minh được kĩ năng công nghệ và sự hoàn chỉnh. 4. Sự sáng tạo (20 điểm) Dự án chứng minh tính sáng tạo đáng kể trong một hay nhiều tiêu chí ở trên. 5. Trình bày (35 điểm) a) Áp phích (Poster) (10 điểm) – Sự bố trí lôgic của vật/tài liệu; – Sự rõ ràng của các đồ thị và chú thích; – Sự hỗ trợ của các tài liệu trưng bày. 16 b) Phỏng vấn (25 điểm) – 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, 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. 1.1.5. Xây dựng và thực hiện bài học STEM 1.1.5.1. Tiêu chí xây dựng bài học STEM Tiêu chí 1: Chủ đề bài học STEM tập trung vào các vấn đề của thực tiễn Trong các bài học STEM, HS được đặt vào các vấn đề thực tiễn xã hội, kinh tế, môi trường và yêu cầu tìm các giải pháp. Tiêu chí 2: Cấu trúc bài học STEM theo quy trình thiết kế kĩ thuật Quy trình thiết kế kĩ thuật cung cấp một tiến trình linh hoạt đưa HS từ việc xác định một vấn đề hoặc một yêu cầu thiết kế đến sáng tạo và phát triển một giải pháp. Theo quy trình này, HS thực hiện các hoạt động: (1) Xác định vấn đề – (2) Nghiên cứu kiến thức nền – (3) Đề xuất các giải pháp/thiết kế – (4) Lựa chọn giải pháp/thiết kế – (5) Chế tạo mô hình (nguyên mẫu) – (6) Thử nghiệm và đánh giá – (7) Chia sẻ và thảo luận – (8) Điều chỉnh thiết kế. Trong thực tiễn dạy học, quy trình 8 bước này được thể hiện qua 5 hoạt động chính: Hoạt động 1: xác định vấn đề (yêu cầu thiết kế, chế tạo) Hoạt động 2: nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất các giải pháp thiết kế Hoạt động 3: trình bày và thảo luận phương án thiết kế Hoạt động 4: chế tạo mô hình/thiết bị... theo phương án thiết kế (đã được cải tiến theo góp ý); thử nghiệm và đánh giá Hoạt động 5: Trình bày và thảo luận về sản phẩm được chế tạo; điều chỉnh thiết kế ban đầu. Trong quy trình kĩ thuật, các nhóm HS thử nghiệm các ý tưởng dựa nghiên cứu của mình, sử dụng nhiều cách tiếp cận khác nhau, mắc sai lầm, chấp nhận và học từ sai 17 lầm, và thử lại. Sự tập trung của HS là phát triển các giải pháp để giải quyết vấn đề đặt ra, nhờ đó học được và vận dụng được kiến thức mới trong chương trình giáo dục. Tiêu chí 3: Phương pháp dạy học bài học STEM đưa HS vào hoạt động tìm tòi và khám phá, định hướng hành động, trải nghiệm và sản phẩm Quá trình tìm tòi khám phá được thể hiện trong tất cả các hoạt động của chủ đề STEM, tuy nhiên trong hoạt động 2 và hoạt động 4 quá trình này cần được khai thác triệt để. trong hoạt động 2 HS sẽ thực hiện các quan sát, tìm tòi, khám phá để xây dựng, kiểm chứng các quy luật, qua đó học được kiến thức nền đồng thời rèn luyện các kĩ năng tiến trình như: quan sát, đưa ra dự đoán, tiến hành thí nghiệm, đo đạc, thu thập số liệu, phân tích số liệu… trong hoạt động 4, quá trình tìm tòi khám phá được thể hiện giúp HS kiểm chứng các giải pháp khác nhau để tối ưu hoá sản phẩm. Trong các bài học STEM, hoạt động học của HS được thực hiện theo hướng mở có "khuôn khổ" về các điều kiện mà HS được sử dụng (chẳng hạn các vật liệu khả dụng). hoạt động học của HS là hoạt động được chuyển giao và hợp tác; các quyết định về giải pháp giải quyết vấn đề là của chính HS. HS thực hiện các hoạt động trao đổi thông tin để chia sẻ ý tưởng và tái thiết kế nguyên mẫu của mình nếu cần. HS tự điều chỉnh các ý tưởng của mình và thiết kế hoạt động tìm tòi, khám phá của bản thân. Tiêu chí 4: Hình thức tổ chức bài học STEM lôi cuốn HS vào hoạt động nhóm kiến tạo Giúp HS làm việc trong một nhóm kiến tạo là một việc khó khăn, đòi hỏi tất cả GV STEM ở trường làm việc cùng nhau để áp dụng phương thức dạy học theo nhóm, sử dụng cùng một ngôn ngữ, tiến trình và yêu cầu về sản phẩm học tập mà HS phải hoàn thành. Làm việc nhóm trong thực hiện các hoạt động của bài học STEM là cơ sở phát triển năng lực giao tiếp và hợp tác cho HS. Tiêu chí 5: Nội dung bài học STEM áp dụng chủ yếu từ nội dung khoa học và toán mà HS đã và đang học Trong các bài học STEM, GV cần kết nối và tích hợp một cách có mục đích nội dung từ các chương trình Khoa học, Công nghệ, Tin học và Toán. Lập kế hoạch để hợp tác với các GV Toán, Công nghệ, Tin học và Khoa học khác để hiểu rõ nội hàm của việc làm thế nào để các mục tiêu khoa học có thể tích hợp trong một bài học đã cho. Từ đó, HS dần thấy rằng Khoa học, Công nghệ, Tin học và Toán không phải là 18 các môn học độc lập, mà chúng liên kết với nhau để giải quyết các vần đề. Điều đó có liên quan đến việc học Toán, Công nghệ, Tin học và Khoa học của HS. Tiêu chí 6: Tiến trình bài học STEM tính đến có nhiều đáp án đúng và coi sự thất bại như là một phần cần thiết trong học tập Một câu hỏi nghiên cứu đặt ra, có thể đề xuất nhiều giả thuyết khoa học; một vấn đề cần giải quyết, có thể đề xuất nhiều phương án, và lựa chọn phương án tối ưu. Trong các giả thuyết khoa học, chỉ có một giả thuyết đúng. Ngược lại, các phương án giải quyết vấn đề đều khả thi, chỉ khác nhau ở mức độ tối ưu khi giải quyết vấn đề. Tiêu chí này cho thấy vai trò quan trọng của năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo trong dạy học STEM. 1.1.5.2. Quy trình xây dựng bài học STEM Bước 1: Lựa chọn chủ đề bài học Căn cứ vào nội dung kiến thức trong chương trình môn học và các hiện tượng, quá trình gắn với các kiến thức đó trong tự nhiên; quy trình hoặc thiết bị công nghệ có sử dụng của kiến thức đó trong thực tiễn để lựa chọn chủ đề của bài học. Những ứng dụng đó có thể là: Cầu vồng – Ra đar – Máy quang phổ lăng kính; Kính tiềm vọng, kính mắt; Ống nhòm, kính thiên văn; Sự chìm, nổi – lực đẩy Ác–si–mét – Thuyền/bè; Hiện tượng cảm ứng điện từ – Định luật Cảm ứng điện từ và Định luật Lenxơ – Máy phát điện/động cơ điện; Vật liệu cơ khí; Các phương pháp gia công cơ khí; Các cơ cấu truyền và biến đổi chuyển động; Các mối ghép cơ khí; Mạch điện điều khiển cho ngôi nhà thông minh... Bước 2: Xác định vấn đề cần giải quyết Sau khi chọn chủ đề của bài học, cần xác định vấn đề cần giải quyết để giao cho HS thực hiện sao cho khi giải quyết vấn đề đó, HS phải học được những kiến thức, kĩ năng cần dạy trong chương trình môn học đã được lựa chọn (đối với STEM kiến tạo) hoặc vận dụng những kiến thức, Kĩ năng đã biết (đối với STEM vận dụng) để xây dựng bài học. Theo những ví dụ nêu trên, nhiệm vụ giao cho HS thực hiện trong các bài học có thể là: Thiết kế, chế tạo một máy quang phổ đơn giản trong bài học về bản chất sóng của ánh sáng; Thiết kế, chế tạo một ống nhòm đơn giản khi học về hiện tượng phản xạ và khúc xạ ánh sáng; Chế tạo bè nổi/thuyền khi học về Định luật Ác– si–mét; Chế tạo máy phát điện/động cơ điện khi học về cảm ứng điện từ; Thiết kế mạch lôgic khi học về dòng điện không đổi; Thiết kế robot leo dốc, cầu bắc qua hai 19 trụ, hệ thống tưới nước tự động, mạch điện cảnh báo và điều khiển cho ngôi nhà thông minh. Trong quá trình này, việc thử nghiệm chế tạo trước các nguyên mẫu có thể hỗ trợ rất tốt quá trình xây dựng chủ đề. Qua quá trình xây dựng, GV có thể hình dung các khó khăn HS có thể gặp phải, các cơ hội vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề cũng như xác định được đúng đắn các tiêu chí của sản phẩm trong bước 3. Bước 3: Xây dựng tiêu chí của thiết bị/giải pháp giải quyết vấn đề Sau khi đã xác định vấn đề cần giải quyết/sản phẩm cần chế tạo, cần xác định rõ tiêu chí của giải pháp/sản phẩm. Những tiêu chí này là căn cứ quan trọng để đề xuất giả thuyết khoa học/giải pháp giải quyết vấn đề/thiết kế mẫu sản phẩm. Đối với các ví dụ nêu trên, tiêu chí có thể là: Chế tạo máy quang phổ sử dụng lăng kính, thấu kính hội tụ; tạo được các tia ánh sáng màu từ nguồn sáng trắng; Chế tạo ống nhòm/kính thiên văn từ thấu kính hội tụ, phân kì; quan sát được vật ở xa với độ bội giác trong khoảng nào đó,…. Các tiêu chí cũng phải hướng tới vi