Đang tải... (xem toàn văn)
Giáo dục STEM là một mô hình học tập đang được khuyến khích trong chương trình giáo dục phổ thông hiện nay. Một chủ đề STEM có tác động đối với học sinh chỉ khi chủ đề được gắn liền với thực tiễn địa phương và thể hiện ý nghĩa tác động đến đời sống con người. Một trong số các lĩnh vực thực tiễn có thể đề cập và cũng thu hút được nhiều sự quan tâm hiện nay chính là khoa học robot (Robotics). Bài viết này trình bày một chủ đề STEM trong lĩnh vực các mô hình thông minh, đó là chủ đề hệ thống cung cấp nước tự động đơn giản. Chủ đề được thiết kế theo quy trình dạy học 6E, là một quy trình nhấn mạnh yếu tố thiết kế kĩ thuật trong dạy học theo định hướng STEM.
TẠP CHÍ KHOA HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF EDUCATION JOURNAL OF SCIENCE Tập 17, Số (2020): 254-269 ISSN: 1859-3100 Vol 17, No (2020): 254-269 Website: http://journal.hcmue.edu.vn Bài báo nghiên cứu * THIẾT KẾ TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM HỆ THỐNG CẤP NƯỚC TỰ ĐỘNG ĐƠN GIẢN THEO QUY TRÌNH DẠY HỌC 6E CHƯƠNG TRÌNH TRUNG HỌC CƠ SỞ Lê Hải Mỹ Ngân*, Nguyễn Thị Minh Thảo Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh Tác giả liên hệ: Lê Hải Mỹ Ngân – Email: nganlhm@hcmue.edu.vn Ngày nhận bài: 26-11-2019; ngày nhận sửa: 13-12-2019; ngày duyệt đăng: 11-02-2020 * TÓM TẮT Giáo dục STEM mơ hình học tập khuyến khích chương trình giáo dục phổ thơng Một chủ đề STEM có tác động học sinh chủ đề gắn liền với thực tiễn địa phương thể ý nghĩa tác động đến đời sống người Một số lĩnh vực thực tiễn đề cập thu hút nhiều quan tâm khoa học robot (Robotics) Bài viết trình bày chủ đề STEM lĩnh vực mơ hình thơng minh, chủ đề hệ thống cung cấp nước tự động đơn giản Chủ đề thiết kế theo quy trình dạy học 6E, quy trình nhấn mạnh yếu tố thiết kế kĩ thuật dạy học theo định hướng STEM Từ khóa: quy trình dạy học 6E; giáo dục STEM; giáo dục khoa học robot; THCS Giới thiệu Trong chương trình giáo dục phổ thơng 2018, giáo dục STEM mơ hình dạy học khuyến khích thực giai đoạn giáo dục giai đoạn giáo dục định hướng nghề nghiệp (Ministry of Education and Training, 2018) Để chuẩn bị cho việc triển khai thực giáo dục STEM chương trình 2018, nhiều tài liệu tham khảo chủ đề STEM thiết kế tổ chức dạy học sở nội dung chương trình hành (Nguyen, 2017) Trong thời đại IoT công nghệ 4.0, kết nối vận hành thiết bị kết nối Internet thiết lập tự động điều khiển hướng quan tâm phát triển Hướng nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực khoa học robot, vấn đề thực tiễn quan tâm lĩnh vực giáo dục STEM Theo định nghĩa NASA, khoa học robot lĩnh vực nghiên cứu robot, cỗ máy lập trình thường thực loạt hành động cách tự động bán Cite this article as: Le Hai My Ngan, & Nguyen Thi Minh Thao (2020) STEM-education: Simple automatic water-suppling system based on the 6E learning model for secondary students Ho Chi Minh City University of Education Journal of Science, 17(2), 254-269 254 Lê Hải Mỹ Ngân tgk Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM tự động (Robotiq, 2017) Một robot hoàn thiện thị trường thông thường bao gồm phận lắp ghép hoàn chỉnh Trong giáo dục STEM, học sinh phải tự tìm hiểu lắp ráp phận cấu thành robot từ đưa phương án thiết kế phù hợp thực hành thử nghiệm để giải vấn đề cụ thể Thông qua q trình đó, học sinh tìm hiểu phát triển lực liên quan giáo dục STEM Hiện nay, việc dạy học khoa học robot Việt Nam trở ngại điều kiện sở vật chất nội dung, cách thức triển khai hình thức đánh giá phù hợp Một số sản phẩm nhiều đơn vị nghiên cứu kinh doanh đưa thị trường cung ứng cho trường học để triển khai hoạt động robot Đặc biệt phải kể đến Lego với dòng sản phẩm khác tùy theo trình độ phù hợp học sinh (HS) Đó tiền đề HS để tham gia thi sáng tạo với robot nước quốc tế Song, bên cạnh thi sân chơi khoa học robot, giáo dục khoa học chưa đề cập triển khai cụ thể vào việc giảng dạy Bên cạnh đó, số nghiên cứu đề cập lứa tuổi HS trung học sở thời điểm tốt để thu hút hứng thú HS lĩnh vực STEM (Christensen, & Knezek, 2017; Mohr‐Schroeder et al., 2014) Như vậy, việc thiết kế chủ đề dạy học STEM – khoa học robot ngoại khóa HS trung học sở nhằm phát triển lực vấn đề cần quan tâm Chủ đề STEM – hệ thống cấp nước tự động đơn giản – tạo hội cho HS khai thác, tìm hiểu vận dụng kiến thức điện kết hợp thiết bị ứng dụng công nghệ đại vào việc thiết kế hệ thống cấp nước tự động đơn giản cho chậu nhỏ đáp ứng nhu cầu độ ẩm Chủ đề hệ thống cấp nước tự động đơn giản liên quan đến nội dung số phân môn Vật lí, Cơng nghệ, Sinh học Tin học… chương trình hành Những nội dung kiến thức chương trình Khoa học tự nhiên, Cơng nghệ Tin học 2018 có mức độ đáp ứng phù hợp Vì vậy, chủ đề vừa có tính thực tiễn vừa có nhiều khả thi áp dụng chương trình dạy học khóa hoạt động trải nghiệm ngoại khóa Chủ đề thiết kế theo quy trình 6E nhằm hướng đến lực khám phá tri thức thiết kế kĩ thuật cho HS Tổng quan 2.1 Giáo dục khoa học robot (Educational Robotics) giáo dục STEM Khoa học robot (Robotics) ngành liên kết kĩ thuật khoa học bao gồm lĩnh vực kĩ thuật khí, kĩ thuật điện tử, kĩ thuật thơng tin, khoa học máy tính Theo định nghĩa NASA, khoa học robot lĩnh vực nghiên cứu robot, robot hiểu hệ thống máy móc sử dụng để thực nhiệm vụ Robot có hai loại bao gồm robot tự vận hành (tự động hóa) theo chức thiết lập robot điều khiển ("What Is Robotics?," 2009) Khoa học robot liên quan đến thiết kế, xây dựng, vận hành sử dụng robot, hệ thống máy tính để điều khiển, thu nhận thơng tin xử lí thơng tin 255 Tập 17, Số (2020): 254-269 Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM Theo nghiên cứu (Komis, Romero, & Misirli, 2016), giáo dục khoa học robot đề cập đến việc dạy học HS sử dụng robot để xây dựng “tri thức” cho robot với trợ giúp robot Để xây dựng tri thức cho robot, người học cần sử dụng kiến thức nhiều lĩnh vực Để người học trở thành chủ thể việc sử dụng vận hành robot việc đưa khoa học robot vào giáo dục không vấn đề tiếp cận cơng nghệ mới, mà quan trọng lí thuyết giáo dục chương trình giảng dạy hướng dẫn sử dụng robot (Alimisis, 2012) Một số dự án thực theo định hướng này, chẳng hạn giai đoạn 2006-2009, dự án giáo dục châu Âu TERECoP – Giáo dục giáo viên (GV) phương pháp sư phạm xây dựng tăng cường robot (www.terecop.eu), làm việc với mục đích phát triển phương pháp bồi dưỡng GV giới thiệu robot trường học (Alimisis, 2010; Alimisis, & Kynigos, 2009) Nghiên cứu (Jung, & Won, 2018) đề cập nhấn mạnh quan điểm xem robot cơng cụ để tìm hiểu khoa học robot đối tượng để học tập Quan điểm cách tiếp cận giáo dục khoa học robot chủ yếu tập trung theo định hướng robot đối tượng học tập công cụ học tập, HS người nghiên cứu, thiết kế vận hành robot để giải thực nhiệm vụ cụ thể Theo định hướng này, giáo dục khoa học robot xem công cụ hiệu cho giáo dục STEM nhà trường Nhiều nghiên cứu cho thấy trình học tập với robot tạo hội cho HS đạt kết kiến thức mơn học Vật lí, Sinh học, Địa lí, Tốn học, Khoa học, Điện tử Và khí, kĩ học thuật quan trọng, nghiên cứu, sáng tạo, hợp tác, tư phê phán, đưa định, giải vấn đề kĩ giao tiếp, kĩ thiết kế tư tính tốn (Alimisis, & Kynigos, 2009; Benitti, 2012; Eguchi, 2014; Nourbakhsh, Hamner, Crowley, & Wilkinson, 2004) Giáo dục khoa học robot cung cấp hội cho HS khám phá đường phát triển kĩ thuật công nghệ, cho phép ứng dụng giới thực khái niệm kĩ thuật công nghệ giúp cụ thể tính trừu tượng khoa học toán học (Kim et al., 2015), điều cần thiết cho giáo dục STEM nhà trường Trong giáo dục khoa học robot, HS phải người trực tiếp sử dụng, thiết kế chế tạo robot, dù mức đơn giản không người tiêu thụ sản phẩm (Blikstein, 2013) 2.1 Quy trình dạy học 6E Tiền đề quy trình dạy học 6E quy trình dạy học 5E Quy trình 5E Biological Sciences Curriculum Study (BSCS) đưa vào năm 1980 nhằm rèn luyện cho HS kĩ kỉ XXI khả thích ứng với môi trường, kĩ giao tiếp xã hội, kĩ giải vấn đề, khả tự quản lí, khả tư (Bybee et al., 2006) 5E viết tắt chữ E, giai đoạn áp dụng vào thiết kế tiến trình dạy học, bao gồm Engage – tạo hứng thú, Explore – khám phá, Explain – giải thích, Enrich – mở rộng, Evaluate – đánh giá 256 Lê Hải Mỹ Ngân tgk Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM Vào năm 2004, ITEEA’s STEM Center for Teaching and Learning (STEM – CTL) chọn quy trình dạy học 5E BSCS Những tiêu chuẩn giảng dạy chương trình Engeneering by DeSIGN™ Model phát triển theo khung chuẩn BSCS The Next Generation Science Standards (NGSS) nhấn mạnh việc thực hành thiết kế kĩ thuật (Science Engineering Practices) kĩ năng, phận thiếu giáo dục khoa học HS ("Next Generation Science Standards,") NGSS đặt thiết kế kĩ thuật ngang với nội dung học thuật môn khoa học đặt chương trình giáo dục K-12 Mĩ Điều tạo hội cho chương trình, mơ hình giáo dục phát triển, đặt biệt STEM Khi đó, tiêu chuẩn NGSS thúc đẩy việc tăng cường, làm bật lên thành tố T E STEM STEM – CTL đề mơ hình chuẩn BSCS để đáp ứng NGSS Tuy nhiên, để tăng cường thành tố S T STEM, từ mơ hình 5E, họ đưa mơ hình 6E thêm yếu tố E thứ eNGINEER – thực hành kĩ thuật Mơ hình dạy học 6E DeSIGN™ lấy HS làm trung tâm nhấn mạnh kết hợp thiết kế khám phá Một số nghiên cứu thực để phát triển việc dạy học sử dụng mơ hình 6E (Chung, Lin, & Lou, 2018) Bảng Các giai đoạn/pha quy trình dạy học 6E (Burke, 2014) Giai đoạn/Pha Engage Tạo hứng thú Explore Khám phá Explain Giải thích eNGINEERING Thực hành kĩ thuật Enrich Mở rộng Evaluate Đánh giá Mục đích Khơi gợi quan tâm HS vào học, kết hợp xem xét hiểu biết có HS vấn đề HS tìm hiểu kiến thức cần thiết liên quan đến vấn đề học HS thực khám phá nhiều phương thức khác HS giải thích lựa chọn điều tìm hiểu để hỗ trợ giải vấn đề lớn Đây giai đoạn HS bắt đầu trình bày tìm hiểu cách trao đổi với trao đổi với GV HS vận dụng kiến thức tìm hiểu để đưa giải pháp HS trình bày giải pháp sáng tạo thông qua thiết kế, hệ thống thơng tin, mơ hình, nguồn tài ngun Sau HS thực chế tạo vận hành thử nghiệm cho giải pháp HS khám phá sâu dẫn dắt đến tình ứng dụng mới, cải tiến phương án để sản phẩm tốt HS GV đánh giá, nhìn lại trình học tập làm việc Tuy nêu cuối cùng, trình đánh giá khơng ngừng, liên tục xun suốt q trình thực Câu hỏi phương pháp nghiên cứu Chúng thực nghiên cứu để giải hai câu hỏi sau: - Chủ đề STEM Hệ thống cung cấp nước tự động gắn kết với nội dung chương trình hành 2006 nào? - Dạy học chủ đề STEM Hệ thống cấp nước tự động đơn giản cho học sinh THCS theo quy trình 6E nào? 257 Tập 17, Số (2020): 254-269 Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM Chúng thực nghiên cứu tài liệu, phân tích tổng hợp tài liệu để tìm hiểu kết nối nội dung chủ đề nội dung môn học liên quan chương trình trung học sở hành Trên sở lí luận quy trình dạy học 6E, chúng tơi thiết kế tiến trình dạy học phù hợp Kết thảo luận 4.1 Chủ đề hệ thống cấp nước tự động 4.1.1 Mô tả chủ đề Mỗi loại trồng cần mức độ độ ẩm phù hợp cần trì để đảm bảo cho tăng trưởng tốt cho Một hệ thống tưới tự động hóa để tự cung cấp nước đảm bảo mức độ ẩm cần thiết nhu cầu cần thiết số gia đình nay, đặc biệt đặt ngồi ban cơng, nơi có nắng, gió, mưa làm ảnh hưởng đến Chủ đề giúp HS giải vấn đề chăm sóc chậu nhỏ vắng nhà thời gian cách tạo hệ thống tưới tự động cho chậu nhỏ Với hỗ trợ công nghệ thơng tin với thiết bị máy móc đa dạng cảm biến độ ẩm, động máy bơm, rơle lập trình Arduino, HS thực tìm hiểu cấu tạo, cách vận hành thiết bị, lắp ráp, lập trình Thơng qua hoạt động học tập, HS rèn luyện kĩ đo đạc, xử lí số liệu, thao tác thí nghiệm, kĩ lắp ráp Bảng Danh sách dụng cụ chủ đề hệ thống cấp nước tự động đơn giản Dụng cụ (số lượng) Chậu (1) Cảm biến độ ẩm (1) Ghi Dụng cụ (số lượng) Chậu nhỏ Công (sống đời, sen (1) đá… Ghi Dụng cụ (số lượng) Ghi Motor máy bơm 12V (1) tắc Header (1) Mạch đồng 8cm x 6cm Role 5V (1) Domino (4) ∅ 8mm dài 30cm Ống nhựa Tuỳ theo khoảng mềm cách thay đổi chiều dài Nano Arduino (1) Dim Chai nước Nguồn (1) Dây nối dây dài dây đực khoảng 10cm Ốc vít đực 258 500 ml, lit Lê Hải Mỹ Ngân tgk Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM 4.1.2 Quy trình lắp đặt vận hành Hình minh họa Thao tác Thao tác Lắp Role cách bắt ốc vít vào đầu Role Lắp Arduino vào hai Dim 15 chân Cắm chân DC+, DCvà IN theo thứ tự vào chốt dim Cắm pin vảo zack Nối hai đầu NO COM vào chốt Domino Lắp Cảm biến độ ẩm vào Dim chân Kết nối máy bơm chạy thử 4.2 Hình minh họa HS lập trình, thử nghiệm đất khô để xem hệ thống hoạt động tưới sau ngưng tưới đất có độ ẩm thích hợp Sau HS thiết kế, bố trí vị trí hệ thống, ống dẫn nước cho phù hợp với chậu Phân tích nội dung kiến thức chủ đề ứng với chương trình hành Mơn Vật lí Khối Lớp Bài Bài 19: Dòng điện Nguồn điện Bài 25: Hiệu điện Nội dung ND1 Nguồn điện có khả cung cấp dòng điện Kiến thức để thiết bị điện hoạt động học ND2 Pin nguồn điện HS vận dụng Bài 26: Hiệu điện hai đầu dụng cụ dùng điện Kiến thức hình thành ND3 Đơn vị hiệu điện ND4 Trên nguồn điện (pin) có ghi giá trị hiệu điện khác ND5 Dùng vôn kế để đo hiệu điện ND6 Trong mạch điện kín, hiệu điện hai đầu bóng đèn tạo dòng điện chạy bóng đèn ND7 Đối với bóng đèn định, hiệu điện hai đầu bóng đèn lớn dòng điện chạy qua bóng đèn lớn ND8 Số vôn ghi dụng cụ điện cho biết hiệu điện định mức để dụng cụ hoạt động bình thường Phần mở rộng Có thể em chưa biết 259 Kiến thức hình thành Tập 17, Số (2020): 254-269 Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM Công nghệ Tin học Bài 27, 28: Thực hành đo hiệu điện cường độ dòng điện Bài 19: Các biện Lớp pháp chăm sóc trồng Bài 1: Máy tính chương trình máy Lớp tính Bài 6: Câu lệnh điều kiện ND9 Mỗi thiết bị điện cần cấp giá trị hiệu điện định để chúng hoạt động bình thường ND10 Nếu cấp giá trị thiết bị hoạt động yếu bình thường ND11 Biết cách sử dụng vôn kế đo hiệu điện hai Kĩ đầu thiết bị điện rèn luyện ND12 Cây cần nước để sinh trưởng phát triển, cần phải tưới nước đầy đủ kịp thời ND13 Cây trồng cần nước, nhiên thừa nước gây ngập úng trồng dễ bị chết Kiến thức học HS vận dụng ND14 Con người dẫn cho máy tính thực cơng việc thơng qua lệnh ND15 Viết chương trình hướng dẫn máy tính thực cơng việc giải tốn cụ thể ND16 Ngơn ngữ dùng để viết chương trình máy tính gọi ngơn ngữ lập trình Kiến thức học HS vận dụng ND17 Cấu trúc câu lệnh điều kiện if Vận dụng then else kiến thức 4.3 Thiết kế tiến trình dạy học Chủ đề hệ thống cấp nước tự động đơn giản 4.1.2 Tiến trình chung Chủ đề tiến hành tiết học, thực theo hai phương án: Phương án 1: Chủ đề thực buổi học hoàn chỉnh với thời lượng Phương án 2: Chủ đề triển khai buổi học, buổi 45 phút 260 Lê Hải Mỹ Ngân tgk Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM Với điều kiện thực tế trường THCS nay, tập trung thiết kế tiến trình dạy học theo phương án thứ Tiết Nhận nhiệm vụ - định hướng giải pháp Tìm hiểu độ ẩm đất cảm biến độ ẩm Tiết Tìm hiểu máy bơm, rơle Lập trình Arduino Tiết Kĩ sư nhí Lắp ráp hồn thành sản phẩm 4.1.3 Hoạt động học sinh treo quy trình dạy học 6E Pha Hoạt động học sinh Kết nối, tạo hứng HS nhấn mạnh vai trò quan trọng nước HS đề xuất biện pháp để cung cấp đủ nước cho vắng nhà thú [Engage] HS tìm hiểu ngun lí hoạt động cảm biến độ ẩm, động máy bơm, rơle mã nguồn mở Arduino Tìm tòi, khám phá HS đề xuất phương án thí nghiệm xác định hiệu điện đầu [Explore] cảm biến độ ẩm ứng với độ ẩm đất HS tìm hiểu cách sử dụng linh kiện HS giải thích nguyên lí hoạt động hệ thống Giải thích HS trình bày rõ vai trò nhiệm vụ phận [Explain] hệ thống cấp nước tự động HS xác định linh kiện điện tử khác cách lắp đặt Thực hành kĩ vào vị trí bảng mạch đồng HS sử dụng dụng cụ để lắp ráp linh kiện thuật 10 HS vận hành hệ thống cấp nước tự động nhận xét hiệu [eNGINEER] sản phẩm 11 HS suy nghĩ phương án hệ thống nhiều Mở rộng 12 HS đề xuất cải tiến sản phẩm thực [Enrich] 13 HS trình bày sản phẩm trao đổi thảo luận sản phẩm Đánh giá bạn bè [Evaluate] 14 HS trao đổi trình làm việc thân, bạn bè Tiết Tiết Tiết 1+ Tiết Tiết Tiết Tiết Tiết + Tiết 4.1.4 Tiến trình dạy học Các nội dung học tập mã hóa (ND1, ND2…) Mục 4.2 thể hoạt động học học sinh theo tiến trình Hoạt động Tiến trình – nội dung Nội dung Tiết – Độ ẩm đất trồng Mỗi nhóm HS giới thiệu loại nhóm chọn: tên lồi ND12 Hoạt động Khởi động cây, độ ẩm đất trồng thích hợp, cơng dụng ND13 [Engage] HS nhận xét nước đóng vai trò quan trọng trồng GV 10 phút cung cấp bảng độ ẩm cho số loại thường sử dụng 261 Tập 17, Số (2020): 254-269 Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM Vấn đề cần giải quyết: Làm để trồng cấp đủ nước vắng nhà lâu ngày? HS thảo luận theo cặp đôi bước đầu đề xuất phương án HS xác định nhiệm vụ “Thiết kế chế tạo hệ thống cấp nước tự động cho chậu nhỏ để trì độ ẩm phù hợp cho loại cây” HS hình thành tư thiết kế sản phẩm hệ thống tưới tự động Hoạt động Hình thành tư hướng dẫn GV Qua HS xác định nội dung phải thiết kế tìm hiểu để chế tạo hệ thống cấp nước tự động [Explore, Explain ] phút Hoạt động Xác định nhiệm vụ [Engage] phút Hoạt động Tìm hiểu cảm biến độ ẩm [Explore] 18 phút GV giới thiệu cảm biến độ ẩm cơng thức tính độ ẩm đất, đặt vấn ND1 đề biết tín hiệu mà cảm biến độ ẩm cung cấp bao ND2 nhiêu tương ứng với giá trị độ ẩm đất ND3 HS thực hành nhóm đo hiệu điện đầu AO cảm biến ND4 ND5 ND11 Hình Bộ dụng cụ đo hiệu điện đầu cảm biến GV tổng kết buổi Tiết – Máy bơm, rơle, Arduino Hoạt động GV giới thiệu nguyên tắc hoạt động máy bơm Tìm hiểu máy HS làm việc nhóm khảo sát hoạt động máy bơm ứng với hai giá bơm [Explore] trị hiệu điện nguồn cấp khác tìm đầu xả nước, đầu hút 20 phút nước máy bơm Hoạt động Tìm hiểu rơle [Explore]- phút Hoạt động Tìm hiểu Arduino [Explore] 20 phút ND6 ND7 ND8 ND9 ND10 GV giải thích nguyên tắc hoạt động rơle HS tìm hiểu Arduino Nano GV hướng dẫn HS phần mềm lập trình scratch “mBlock” HS thực hành lập trình để điều khiển máy bơm hoạt động tuỳ vào điều kiện tín hiệu cung cấp cảm biến độ ẩm Sau HS nạp code vào Arduino để sử dụng cho buổi học GV tổng kết buổi 262 ND14 ND15 ND16 ND17 Lê Hải Mỹ Ngân tgk Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM Tiết - Kĩ sư nhí HS tìm hiểu cấu trúc board đồng (phíp đồng) vị trí Hoạt động Tìm hiểu mạch phận cần lắp board mạch đồng Thực [Explore] hành phút Hình Mạch đồng in hàn số chi tiết Hoạt động Kĩ sư lắp ráp [eNGINEER] 30 phút Hoạt động Vận hành [eNGINEER] [Evaluate] 10 phút HS bắt ốc, gắn Rơle vào board Thực HS thực hành nối dây role domino lắp động máy bơm, hành cảm biến, đồng thời thiết kế thiết bị kết nối với chậu HS thử nghiệm sản phẩm cách cắm cảm biến vào đất cho vận hành thử đất khô Thực HS thiết kế, lắp đặt hệ thống cách khéo léo vào chậu hành HS nhìn nhận đánh giá sản phẩm trình học GV tổng kết buổi chủ đề 4.2 Thực nghiệm sư phạm 4.2.1 Tiến trình thực nghiệm Quá trình thực nghiệm sư phạm thực với 50 em HS lớp trường THCS Trần Văn Ơn – Quận 1, TPHCM với thời lượng tiết học ba tuần, tuần tiết học Chúng thực đánh giá học sinh thơng qua q trình quan sát lớp tiết học Theo dõi, quan sát, chụp hình quay phim buổi học Quan sát ghi thao tác thực HS Phỏng vấn lấy ý kiến HS sau hồn thành chủ đề 4.2.2 Phân tích diễn biến q trình thực nghiệm • Tiết học – Độ ẩm đất trồng Khi GV đặt tình học tập việc cung cấp nước cho vắng nhà, HS nhanh chóng đưa nhiều ý kiến nhờ hàng xóm, dùng ống dây nhỏ giọt từ từ… HS đề xuất phương án sử dụng hệ thống tưới tự động Việc HS đề cập đến hệ thống tự động mà chưa cần gợi ý GV cho thấy em có ý thức vấn đề IoT sống Hiện nay, hệ thống tưới tự động giới thiệu cung cấp số hãng sản xuất, sản phẩm khơng xa lạ với HS Song GV nhấn mạnh tình cần dùng cho chậu nhỏ liệu em có tự thiết kế chế tạo khiến học sinh suy nghĩ nhận nhiệm vụ học tập Trong hoạt động đó, HS thực phiếu học tập lắng nghe trao đổi GV, thực hoạt động theo hướng dẫn GV Điều thể HS tập trung ý trình hướng dẫn thực nhiệm vụ 263 Tập 17, Số (2020): 254-269 Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM GV đặt vấn đề cách sử dụng cảm biến độ ẩm Từ đó, GV yêu cầu HS thực hai nhiệm vụ: (1) tạo mơi trường đất có độ ẩm ngưỡng độ ẩm thích hợp với nhóm chăm sóc (2) đo hiệu điện đầu AO cảm biến độ ẩm Mỗi nhóm nhận dụng cụ thí nghiệm để khảo sát độ ẩm đất tín hiệu đầu thơng qua cảm biến độ ẩm Kết thúc hoạt động, GV yêu cầu HS đọc kết thí nghiệm Cuối buổi học, HS phát biểu giá trị đầu cảm biến giá trị hiệu điện nêu nhiệm vụ tổng quát chế tạo hệ thống tưới tự động Đồng thời học sinh nhận cách sử dụng cảm biến độ ẩm Hình Các nhóm HS tiến hành thí nghiệm đo hiệu điện đầu cảm biến độ ẩm Tuy nhiên số hạn chế, chẳng hạn GV chưa cho HS phân cơng cơng việc thành viên nhóm, số HS nhóm khơng làm nhóm có hai ba HS thực hiện, qua cho thấy HS hoạt động nhóm chưa hiệu • Tiết học – Máy bơm, role, Arduino Khi GV hỏi lại kiến thức buổi 1, HS phát biểu tích cực cho thấy HS hiểu tái hoạt động, nội dung buổi Trong hoạt động tìm hiểu động bơm nước, GV có định hướng để HS hiểu cách làm việc nhóm hiệu Do đó, HS phân cơng cho thành viên hỗ trợ giúp đỡ nhau, thực thí nghiệm nhiều lần, nhóm đồng loạt đếm thời gian máy bơm vận chuyển nước cho thấy HS tích cực, thích thú quan sát máy bơm vận chuyển nước tổ chức hoạt động nhóm tốt HS hồn thành phiếu học tập phần hoạt động máy bơm, thể khả quan sát, so sánh số liệu tổng hợp, nhận xét số liệu Hình HS tham gia học tập buổi thực nhiệm vụ theo nhóm 264 Lê Hải Mỹ Ngân tgk Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM HS dễ dàng tạo đoạn chương trình lập trình cho Arduino thơng qua phần hướng dẫn phiếu học tập mà không cần hướng dẫn chi tiết GV cho thấy HS có khả đọc tài liệu hướng dẫn tự chủ tốt Khi chiếu đoạn chương trình mẫu phần mềm mBlock, vài HS nhận diện ngơn ngữ lập trình scratch Điều cho thấy ngơn ngữ lập trình khơng xa lạ với HS nhiều HS hứng thú với nội dung Hình HS thực hành lập trình Tuy nhiên gặp phải hạn chế hai nhóm HS khơng nạp code vào Arduino lỗi đánh máy phần “doam” bị sai cú pháp Để hạn chế lỗi đánh máy, GV sử dụng trực tiếp thẻ lệnh “doam” phần khai báo biến • Tiết học – Kĩ sư nhí HS tích cực phát biểu, đóng góp ý kiến GV hỏi phận hệ thống tưới tự động nguồn cấp vào cho thấy HS hiểu nhiệm vụ kiến thức khám phá, tìm hiểu Trong hoạt động xây dựng sơ đồ kết nối phận, hầu hết nhóm hồn thành sơ đồ, cho thấy HS nhận dạng phận thơng qua hình vẽ hiểu phận hệ thống cấp nước tự động cách lắp nối cách phận Trong hoạt động lắp ráp, HS có phân cơng cụ thể cơng việc thành viên, tất thành viên làm việc, HS biết sử dụng tua vít, hiểu tài liệu hướng dẫn lắp ráp theo bước (phiếu học tập) lắp ráp sản phẩm Điều biểu HS có kĩ sử dụng tua-vit để bắt ốc, có khả tự đọc hiểu bước lắp ráp Tuy nhiên, có số nhóm chưa hoàn thành xong việc lắp ráp thời gian ngắn Hình HS thực hành thiết kế chế tạo sản phẩm 265 Tập 17, Số (2020): 254-269 Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM Sau HS tiếp tục hoàn thành hoạt động chạy thử sản phẩm đất trồng Phần thiếu sót buổi cho HS đánh giá sản phẩm, nêu ưu, nhược điểm đề cách khắc phục cho hệ thống tưới tự động Hình HS thử nghiệm vận hành sản phẩm Kết thúc buổi 3, có 3/6 nhóm hồn thành sản phẩm Các nhóm lại chưa hồn thành sản phẩm lí (1) ốc siết không kĩ khiến dây nối bị lỏng, không dẫn điện tiếp xúc (2) HS nhấn vào nút reset Arduino board Arduino 4.3 Kết thực nghiệm Chúng thực vấn lấy ý kiến ba em HS Trí, Qn Thanh • Câu hỏi thứ hoạt động mà em yêu thích chủ đề Cả ba em thích lắp ráp, tạo sản phẩm buổi hoạt động khám phá máy bơm nước buổi Lí hoạt động cho em hội thực hiện, thao tác sản phẩm Ngồi ra, HS Qn đề cập thích phần lập trình Arduino Các ý kiến phần cho thấy mong muốn thực hành HS việc phát triển lực thiết kế kĩ thuật cần thiết HS THCS • Câu hỏi thứ hai khó khăn mà em gặp phải trình làm HS Thanh trả lời lớp học đơng nên số bạn có thiện hướng nghịch ngợm làm hoạt động nhóm khó khăn Hai HS lại đề cập khó khăn lắp ráp, linh kiện nhỏ nên gây trở ngại cho em chưa có kĩ thuật tốt • Câu hỏi thứ ba mong muốn áp dụng sản phẩm vào thực tế sống HS Quân Trí trả lời nhanh có chỉnh sửa tí theo ý muốn • Câu hỏi thứ tư việc áp dụng hệ thống cho khu vườn lớn HS Quân trả lời áp dụng nhiều hệ thống lại với nhau, tất cảc mạch liên kết với chịu điều hành máy tính chủ HS Anh có ý kiến thay làm nhiều nhỏ gộp lại dùng to để áp dụng cho vườn lớn HS Trí nghĩ linh kiện phải làm lớn 266 Lê Hải Mỹ Ngân tgk Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM • Câu hỏi thứ năm điều mà HS tích luỹ thơng qua chủ đề HS Anh cho chủ đề hay tốt cho thân suy nghĩ hệ thống tự động, đỡ tốn thời gian HS Quân nói cách máy bơm bơm nước, hệ thống hoạt động nào, cách lập trình để hệ thống hoạt động khơng có nhà HS Trí cho hệ thống áp dụng cho nơng nghiệp tốt, đỡ tốn cơng tưới, tiết kiệm nước Sau vấn lấy ý kiến ba em HS, nhận thấy ba em hứng thú với hoạt động thực hành, xác định nhiệm vụ, hiểu nguyên tắc hoạt động chung hệ thống cấp nước tự động, rèn luyện thao tác thực hành, thí nghiệm, lắp ráp, nhận lợi ích cho thân, cho nơng nghiệp có ý tưởng tốt để phát triển hệ thống theo quy mô lớn Tuy nhiên bên cạnh đó, mặt sản phẩm, chi tiết nhỏ, khiến em gặp khó khăn việc lắp ráp Kết luận Trong báo này, trình bày chủ đề STEM hệ thống cấp nước tự động đơn giản – thuộc lĩnh vực khoa học robot, vấn đề thực tiễn quan tâm Chủ đề với nội dung phù hợp với chương trình mơn vật lí, cơng nghệ, sinh học tin học chương trình THCS hành Chủ đề thiết kế theo quy trình dạy học 6E nhấn mạnh yếu tố thực hành thiết kế kĩ thuật – lực cần quan tâm phát triển Qua thực nghiệm bước đầu cho thấy chủ đề tạo hứng thú tiến trình dạy học có khả thi với chương trình hành triển khai chương trình mơn khoa học tự nhiên Tuyên bố quyền lợi: Các tác giả xác nhận hồn tồn khơng có xung đột quyền lợi Lời cảm ơn: Nghiên cứu thực khuôn khổ đề tài nghiên cứu khoa học cấp sở mã số CS.2018.19.56, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh TÀI LIỆU THAM KHẢO Alimisis, D (2010) Introducing robotics in schools: post-TERECoP experiences from a pilot educational program Paper presented at the Proceedings of Intl Conf on Simulation, Modeling and Programming for Autonomous Robots (SIMPAR 2010) Workshops Alimisis, D (2012) Robotics in education & education in robotics: Shifting focus from technology to pedagogy Paper presented at the Proceedings of the 3rd International Conference on Robotics in Education Alimisis, D., & Kynigos, C (2009) Constructionism and robotics in education Teacher education on robotic-enhanced constructivist pedagogical methods, 11-26 Benitti, F (2012) Exploring the educational potential of robotics in schools: A systematic review Computers & Education, 58(3), 978-988 267 Tập 17, Số (2020): 254-269 Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM Blikstein, P (2013) Digital fabrication and ‘making’in education: The democratization of invention FabLabs: Of machines, makers and inventors, 4, 1-21 Burke, B N., D.T.E (2014) THE ITEEA 6E learning byDeSIGN(TM) model MAXIMIZING INFORMED DESIGN AND INQUIRY IN THE INTEGRATIVE STEM CLASSROOM Technology and Engineering Teacher, 73(6), 14-19 Bybee, R W., Taylor, J A., Gardner, A., Van Scotter, P., Powell, J C., Westbrook, A., & Landes, N (2006) The BSCS 5E instructional model: Origins and effectiveness Colorado Springs, Co: BSCS, 5, 88-98 Christensen, R., & Knezek, G (2017) Relationship of middle school student STEM interest to career intent Journal of Education in Science & Environment and Health, 3(1), 1-13 Chung, C.-C., Lin, C.-L., & Lou, S.-J (2018) Analysis of the learning effectiveness of the STEAM-6E special course—A case study about the creative design of IoT assistant devices for the elderly Sustainability, 10(9), 3040 Eguchi, A (2014) Why Robotics in Education?-Robotics as a Learning Tool for Educational Revolution Paper presented at the Society for Information Technology & Teacher Education International Conference Jung, S., & Won, E S (2018) Systematic review of research trends in robotics education for young children Sustainability, 10(4), 905 Kim, C., Kim, D., Yuan, J., Hill, R B., Doshi, P., Thai, C N., & Education (2015) Robotics to promote elementary education pre-service teachers' STEM engagement, learning, and teaching Computers & Education, 91, 14-31 Komis, V., Romero, M., & Misirli, A (2016) A scenario-based approach for designing educational robotics activities for co-creative problem solving Paper presented at the International Conference EduRobotics 2016 Ministry of Education and Training (2018) General education curriculum Mohr‐Schroeder, M J., Jackson, C., Miller, M., Walcott, B., Little, D L., Speler, L., Schroeder, D C (2014) Developing Middle School Students' Interests in STEM via Summer Learning Experiences: S ee B lue STEM C amp School Science and Mathematics, 114(6), 291-301 Next Generation Science Standards Retrieved from https://www.nextgenscience.org/ Nguyen, T N (2017) Design and organize STEM education topics for middle and high school students: HCMC University of Education Nourbakhsh, I R., Hamner, E., Crowley, K., & Wilkinson, K (2004) Formal measures of learning in a secondary school mobile robotics course Paper presented at the IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2004 Proceedings ICRA'04 2004 ROBOTIQ (2017) What's the Difference Between Robotics and Artificial Intelligence? Retrieved from http://blog.robotiq.com/whats-the-difference-between-robotics-and-artificialintelligence What Is Robotics? (2009) Retrieved from https://www.nasa.gov/audience/forstudents/58/features/nasa-knows/what_is_robotics_58.html 268 Lê Hải Mỹ Ngân tgk Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM STEM-EDUCATION: SIMPLE AUTOMATIC WATER-SUPPLING SYSTEM BASED ON THE 6E LEARNING MODEL FOR SECONDARY STUDENTS Le Hai My Ngan*, Nguyen Thi Minh Thao Ho Chi Minh City University of Education * Corresponding author: Le Hai My Ngan – Email: nganlhm@hcmue.edu.vn Received: November 26, 2019; Revised: December 13, 2019; Accepted: February 11, 2020 ABSTRACT STEM education is a learning approach which is encouraged to be implemeted in the current Vietnamese general education curriculum A STEM topic will have impacts on students only when it is linked to local practices and meaningful for human life One of aspects that is practical and attracts public attention is Robotics This article presents a STEM topic in the field, which is a simple automated water supply system The topic is designed based on the 6E teaching model, a model that emphasizes technical design elements in STEM-oriented teaching Keywords: 6E learning by Design Model; STEM education; educational robotics; secondary school 269 ... Chủ đề STEM Hệ thống cung cấp nước tự động gắn kết với nội dung chương trình hành 2006 nào? - Dạy học chủ đề STEM Hệ thống cấp nước tự động đơn giản cho học sinh THCS theo quy trình 6E nào? 257... kiến thức điện kết hợp thiết bị ứng dụng công nghệ đại vào việc thiết kế hệ thống cấp nước tự động đơn giản cho chậu nhỏ đáp ứng nhu cầu độ ẩm Chủ đề hệ thống cấp nước tự động đơn giản liên quan... 2014) Như vậy, việc thiết kế chủ đề dạy học STEM – khoa học robot ngoại khóa HS trung học sở nhằm phát triển lực vấn đề cần quan tâm Chủ đề STEM – hệ thống cấp nước tự động đơn giản – tạo hội cho
