Bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề của học sinh thông qua tổ chức dạy học chương “sóng cơ và sóng âm” – vật lí 12 theo định hướng giáo dục stem 1

Nguyễn Thanh Nga Cơ sở ĐT: Trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng Tóm tắt: Dạy học vật lí theo định hướng STEM đáp ứng yêu cầu đổi mới phương pháp dạy học trong chương trình giáo d

THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

ĐÀ NẴNG - 2021

THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM

Chuyên ngành : Lí luận và PPDH bộ môn Vật lý

Mã số: 8.14.01.11

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

Người hướng dẫn : TS NGUYỄN THANH NGA

ĐÀ NẴNG – 2021

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn này là kết quả nghiên cứu của cá nhân tôi Các

số liệu và tài liệu được trích dẫn trong luận văn là trung thực Kết quả nghiên cứu này không trùng với bất cứ công trình nào đã được công bố trước đó

Tôi chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình

Đà Nẵng, tháng 07 năm 2021

Tác giả

Bùi Đặng Khắc Hiếu

kiến quý báu cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn Cảm

ơn Ban Giám Hiệu trường THCS – THPT Hoa Sen, thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cho tôi trong quá trình thực nghiệm sư phạm và sự giúp đỡ nhiệt tình từ

các bạn trong nhóm STEM của nhà trường

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, người thân, bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn này

Xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, tháng 06 năm 2021

Tác giả

Bùi Đặng Khắc Hiếu

THÔNG TIN LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: BÙI ĐẶNG KHẮC HIẾU

Người hướng dẫn khoa học: Ts Nguyễn Thanh Nga

Cơ sở ĐT: Trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng

Tóm tắt: Dạy học vật lí theo định hướng STEM đáp ứng yêu cầu

đổi mới phương pháp dạy học trong chương trình giáo dục phổ thông mới,

là phương tiện truyền tải kiến thức mang đến hiệu quả cao trong học tập nhằm bồi dưỡng, phát triển các phẩm chất và năng lực cho học sinh Dựa trên những kết quả từ việc dạy học theo định hướng giáo dục STEM mang lại, luận văn đã phân tích cơ sở lí luận của dạy học định hướng giáo dục STEM nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh; phân tích một số nội dung kiến thức chương “Sóng cơ và sóng âm” – Vật lí 12 Tiến hành xây dựng một số chủ đề giáo dục STEM để tổ chức dạy học Đồng thời, nêu rõ các kiến thức STEM trong mỗi chủ đề, mục tiêu chủ đề, thiết kế giáo án giảng dạy theo định hướng giáo dục STEM và xây dựng tiêu chí đánh giá chủ đề giáo dục STEM để hỗ trợ giáo viên thực hiện đánh giá năng lực của học sinh thông qua chủ đề Trong phạm vi đề tài này, chúng tôi nghiên cứu hiệu quả việc dạy học theo định hướng giáo dục STEM nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh từ các kiến thức vật lí trong chương “Sóng cơ và sóng âm” bằng cách cho học sinh vận dụng kiến thức đã học để giải các bài toán kỹ thuật về STEM như: chế tạo mô hình truyền sóng cơ học, chế tạo nhạc cụ Sau đó tiến hành thực nghiệm sư phạm

một chủ đề để đánh giá kết quả nghiên cứu thông qua bộ công cụ đánh giá

và các tiêu chí đánh giá cụ thể tương ứng với mỗi chủ đề từ những biểu hiện cụ thể của học sinh

Kết quả đề tài cho thấy tổ chức dạy học một số kiến thức chương

“Sóng cơ và sóng âm” – Vật lí 12 theo định hướng giáo dục STEM là khả thi, đáp ứng được các yêu cầu đổi mới phương pháp dạy học ở trường phổ thông hiện nay cũng như đáp ứng được mục tiêu dạy học mà đề tài chúng tôi đã đề ra, đó là: phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh Chúng tôi cho rằng tiến trình dạy học theo định hướng STEM được xây dựng có thể mở rộng để tổ chức dạy học một số kiến thức trong chương trình Vật lí phổ thông

Từ khóa: Giáo dục STEM, phát triển năng lực giải quyết vấn đề, Vật lí 12.

INFORMATION PAGE OF MASTER THESIS

Major: Theory and method of teaching physics

Full name of Master student: BUI DANG KHAC HIEU

Supervisors: Dr Nguyen Thanh Nga

Training institution: University of Education, The University of Da

Nang

Abstract: STEM-oriented Physics teaching meets the requirements of

renewing teaching methods in new general education curriculum; it is a mean of conveying knowledge to bring an effective way of learning in order to foster and develop the qualities and the potential of the students Based on the results from STEM education-oriented teaching, the thesis analyzed the theoretical basis of STEM education-oriented teaching to

foster of students' problem-solving competency; analyze some content knowledge chapter " Mechanical wave and sonic wave " – Physics 12

Proceeding to develop a number of STEM educational topics to organize teaching At the same time, stating STEM knowledge in each topic, topic objectives, designing lesson plans based on STEM education orientation and developing criteria for evaluating STEM education topics to support teachers in implementing Assess student's ability through topic Within the scope of this topic, we study the effectiveness of STEM education-oriented

teaching to foster of students' problem-solving competency from the physical knowledge in the chapter " Mechanical wave and sonic wave " by

having students apply the knowledge they have learned to solve STEM

technical problems such as making mechanical wawe propagation model

Then conduct pedagogical experiment on a topic to evaluate research results through a set of assessment tools and specific evaluation criteria corresponding to each topic from the student's specific manifestations

The results show that the organization of teaching some knowledge

of the chapter "Mechanical waves and sound waves" - Physics 12 in the direction of STEM education is feasible, meeting the requirements of teaching innovation in high schools today as well as meet the teaching goals that our topic has set out, that is: developing students' problem-solving capacity We believe that the built STEM-oriented teaching process can be extended to organize the teaching of some knowledge in the General Physics curriculum

Key words: STEM education, problem-solving competency, physics

grade 12

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VII MỤC LỤC VIII

MỞ ĐẦU 1

NỘI DUNG 7

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ GIÁO DỤC STEM TRONG TRƯỜNG PHỔ THÔNG HIỆN NAY 7

1.1 Hoạt động dạy học cho học sinh THPT theo định hướng giáo dục STEM 7

1.1.1 Bản chất của quá trình dạy học định hướng phát triển năng lực học sinh 7

1.1.2 Đặc trưng của quá trình dạy học trong thời đại của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 9

1.2 Cơ sở lí thuyết về giáo dục STEM 11

1.2.1 Khái niệm giáo dục STEM 11

1.2.2 Đặc trưng của giáo dục STEM 13

1.2.3 Tiêu chí xây dựng chủ đề GD STEM 14

1.3 Tiến trình bài học STEM cho học sinh THPT 15

1.4 Phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học chủ đề giáo dục STEM 17

1.4.1 Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề 17

1.4.1.1 Khái niệm năng lực 17

1.4.1.2 Khái niệm giải quyết vấn đề 19

1.4.1.3 Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề 20

1.4.2 Các biểu hiện của năng lực giải quyết vấn đề 20

1.4.3 Cấu trúc của năng lực giải quyết vấn đề 21

1.4.4 Biện pháp phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM……… 23

1.4.5 Phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh trong dạy học theo định huớng giáo dục STEM 25

1.4.6 Tiêu chí đánh năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học chủ đề

STEM 26

1.4.7 Phương pháp đánh giá năng lực giải quyết vấn đề 34

1.5 Điều tra thực tiễn việc dạy học theo định huớng giáo dục STEM trong trường phổ thông 35

1.5.1 Mục đích điều tra 35

1.5.2 Phương pháp điều tra 35

1.5.3 Kết quả điều tra thông qua phiếu phỏng vấn 36

KẾT LUẬN CHƯƠNG I 40

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MỘT SỐ CHỦ ĐỀ STEM NỘI DUNG KIẾN THỨC CHƯƠNG “SÓNG CƠ VÀ SÓNG ÂM” - VẬT LÍ 12 41

2.1 Phân tích nội dung kiến thức chương “Sóng cơ và sóng âm” - Vật lí 12 theo định hướng giáo dục STEM 41

2.1.1 Mục tiêu kiến thức chương “Sóng cơ và sóng âm” - Vật lí 12 41

2.1.2 Cấu trúc nội dung chương “ Sóng cơ và sóng âm” - Vật lí 12 43

2.1.3 Mối quan hệ giữa mục tiêu, chương trình, nội dung chương “Sóng cơ và sóng âm” - Vật lí 12 với mục tiêu, nội dung giáo dục STEM 43

2.2 Thiết kế chủ đề giáo dục STEM nội dung kiến thức chương “Sóng cơ và sóng âm” 44

2.3 Tổ chức dạy học chủ đề giáo dục STEM 79

2.3.1 Tổ chức dạy học chủ đề 1: Mô hình truyền sóng cơ học 79

2.4 Công cụ đánh giá chủ đề giáo dục STEM 91

2.4.1 Nguyên tắc đánh giá 91

2.4.2 Các yêu cầu đánh giá kết quả học tập 91

2.4.3 Xây dựng bộ công cụ đánh giá 93

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 94

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 95

3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 95

3.1.1 Mục đích 95

3.1.2 Nhiệm vụ 95

3.2 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 95

3.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 96

3.3.1 Phương pháp quan sát 96

3.3.2 Thống kê toán học 96

3.4 Những thuận lợi và khó khăn gặp phải khi tiến hành thực nghiệm sư phạm 96

3.4.1 Thuận lợi 96

3.4.2 Khó khăn 97

3.5 Kế hoạch thực nghiệm sư phạm 97

3.6 Tổ chức thực nghiệm 97

3.7 Phân tích diễn biến quá trình thực nghiệm sư phạm 98

3.7.1 Giai đoạn 1: Chuẩn bị 104

3.7.2 Giai đoạn 2: Tổ chức hoạt động DH trên lớp học 104

3.7.3 Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 117

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 126

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 128

TÀI LIỆU THAM KHẢO 129

CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐƯỢC CÔNG BỐ 131 PHỤ LỤC PL1 Phụ lục 1: THIẾT KẾ CHỦ ĐỀ “ SỰ KÌ DIỆU CỦA ÂM HỌC” PL1 Phụ lục 2: PHIẾU KHẢO SÁT THỰC TRẠNG DẠY HỌC CHƯƠNG "SÓNG CƠ

VÀ SÓNG ÂM" - VẬT LÍ 12 THEO ĐỊNH HƯỚNG GD STEM PL26 Phụ lục 3: CẤU TRÚC NĂNG LỰC VẬT LÍ CỦA HỌC SINH PL29 Phụ lục 4: PHIẾU HỌC TẬP CỦA HỌC SINH……… PL31

1.1 Cấu trúc NL GQVĐ của HS (gồm 5 NL thành tố và 14 chỉ số hành vi) 22

1.2 Hệ thống biện pháp phát triển NL GQVĐ của HS trong dạy học theo

định hướng giáo dục STEM

24

1.8 GV đánh giá khả năng tổ chức dạy học chương “Sóng cơ và sóng cơ”-

Vật lí 12 theo định hướng GD STEM

38

1.9 GV đánh giá thuận lợi để triển khai dạy học nội dung kiến thức chương

“Sóng cơ và sóng âm” - Vật lí 12 (cơ bản) theo định hướng GD STEM

38

1.10 GV đánh giá khó khăn để triển khai dạy học nội dung kiến thức chương

“Sóng cơ và sóng âm” - Vật lí 12 (cơ bản) theo định hướng GD STEM

39

2.2 Phân bố thời gian kế hoạch tổ chức hoạt động DH “Mô hình truyền

sóng cơ học” theo định hướng GD STEM

48

2.3 Thiết bị và vật liệu chế tạo mô hình truyền sóng cơ học (Bộ 1) 49

2.4 Bảng gợi ý chế tạo mô hình truyền sóng cơ học (Bộ 1) 52

2.5 Thiết bị và vật liệu chế tạo mô hình truyền sóng cơ học (Bộ 2) 53

2.6 Bảng gợi ý chế tạo mô hình truyền sóng cơ học (Bộ 2) 56

2.7 Thiết bị và vật liệu chế tạo mô hình truyền sóng cơ học (Bộ 3) 57

2.8 Bảng gợi ý chế tạo mô hình truyền sóng cơ học (Bộ 3) 60

2.9 Thiết bị và vật liệu chế tạo mô hình truyền sóng cơ học (Bộ 4) 62

2.10 Bảng gợi ý chế tạo mô hình truyền sóng cơ học (Bộ 4) 65

2.11 Chuỗi hoạt động DH chủ đề “ Mô hình truyền sóng cơ học” 79

3.1 Danh sách HS được đánh giá sự phát triển NL GQVĐ 96

3.3 Bảng đánh giá mức độ thể hiện NL GQVĐ của HS 98

3.4 Kết quả thu được NL GQVĐ của HS trong chủ đề 117

3.7 Tiêu chí đánh giá mức độ đạt được NL GQVĐ của HS 121

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Số hiệu

hình

1.2 Quy trình dạy học chủ đề STEM dựa trên hoạt động thiết kế kỹ

thuật

16

1.3 Sơ đồ cấu trúc đa thành tố của NL (Đỗ Hương Trà, 2016) 19

1.4 Phát triển NL GQVĐ theo định hướng GD STEM 26

1.5 Biểu đồ GV đánh giá nội dung kiến thức chương “Sóng cơ và sóng

3.2 HS nhóm 2 trả lời câu hỏi tình huống vấn đề

(Minh chứng biểu hiện GQVĐ 1.1)

106

3.3 HS nhóm 2 thảo luận phân tích nhiệm vụ của chủ đề (Minh chứng

biểu hiện GQVĐ 1.2)

106

3.4 HS đại diện nhóm phát biểu VĐ (Minh chứng biểu hiện GQVĐ 1.3) 107

3.5 GV giới thiệu các bước cần thực hiện trong chủ đề 1 107

3.6 Các nhóm tiến hành thiết kế mô hình truyền sóng cơ học 108

3.7 GV gợi ý cho nhóm 1 về phương án tính vận tốc truyền sóng trên 109

mô hình

3.8 Nhóm 1 trình bày bản thiết kế mô hình truyền sóng

(Minh chứng biểu hiện GQVĐ 3.3)

109

3.9 Bản thiết kế mô hình truyền sóng cơ học của các nhóm

(Minh chứng biểu hiện GQVĐ 3.3)

110

3.10 HS các nhóm chuẩn bị dụng cụ, vật liệu và phân công nhiệm vụ

(Minh chứng biểu hiện GQVĐ 4.1)

111

3.11 Nhóm 1 đang gặp khó khăn về cách mắc biến trở để thay đổi

tốc độ quay của mô tơ (Minh chứng biểu hiện GQVĐ 4.2)

3.14 HS nhóm 2 đang nghiên cứu phương án tính vận tốc truyền sóng

của mô hình (Minh chứng biểu hiện GQVĐ 4.2)

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Để đáp ứng được sự phát triển xã hội ngày nay và bắt kịp xu hướng GD hiện đại của thế giới, đòi hỏi chúng ta phải đổi mới về chương trình GD lẫn PPDH Chương trình GD phổ thông mới không còn nặng về truyền thụ kiến thức mà tập trung phát triển phẩm chất và năng lực của người học, tạo môi trường học tập và rèn luyện giúp học sinh phát triển hài hoà về thể chất và tinh thần, trở thành người học tích cực, tự tin, biết vận dụng các phương pháp học tập tích cực để hoàn chỉnh các tri thức và kĩ năng nền tảng, có ý thức lựa chọn nghề nghiệp và học tập suốt đời; có những phẩm chất tốt đẹp và năng lực cần thiết để trở thành người công dân có trách nhiệm, người lao động có văn hoá, cần cù, sáng tạo, đáp ứng nhu cầu phát triển của

cá nhân và yêu cầu của sự nghiệp xây dựng, bảo vệ đất nước trong thời đại toàn cầu hoá và cách mạng công nghiệp mới (Theo thông tư 32/2018/TT-BGDĐT) Để đáp ứng được những yêu cầu trên, trước tiên thầy cô giáo phải thực hiện đổi mới trong phương pháp dạy học, thay đổi cách dạy học truyền thống bằng các phương pháp dạy học tích cực thông qua việc học đi đôi với hành, tổ chức các hoạt động cho học sinh, đồng thời là người hướng dẫn các em tự học, bổ sung thông tin, giúp đỡ các em vận dụng kiến thức đã học vào thực tiễn

Thật vậy, trong số các môn học tự nhiên chẳng hạn như môn vật lí, vốn là một môn học không chỉ mang đến cho học sinh những kiến thức cơ bản để thực hiện các ứng dụng trong cuộc sống mà còn vận dụng chúng để giải thích các hiện tượng tự nhiên, học sinh có thể thỏa sức trải nghiệm, sáng tạo thông qua các bài học Thế nhưng vì xưa nay, học trò quen học với cách học cũ, GV truyền đạt kiến thức còn học sinh thụ động tiếp nhận nên nó vô tình trở là môn học khô khan và học sinh chưa thấy được ứng dụng kiến thức trong thực tiễn Ngược lại, nếu GV tổ chức các hoạt động cho học sinh, đặt ra những bài toán thực tế, những câu hỏi về hiện tượng thiên nhiên kỳ thú, chế tạo những dụng cụ đơn giản từ kiến thức đã học, Từ đó đòi hỏi học sinh tìm cách giải quyết tình huống, bài toán mà GV đặt ra, tự mình tìm hiểu, xây dựng, thiết kế, chế tạo sản phẩm, tiến hành các thí nghiệm sau mỗi bài học

thì các em sẽ thấy vật lý thú vị và hữu ích như thế nào

Chính vì thế, yêu cầu đặt ra là cần phải có những phương pháp GD phù hợp mới có thể đạt được những kết quả trên Một trong những phương pháp GD mới mà hiện nay các nước phát triển trên thế giới đã áp dụng đó là GD STEM nhưng đối với Việt Nam nó còn khá mới mẻ Đây là xu hướng GD có thể đáp ứng những yêu cầu trên và sự phát triển của xã hội trong thời đại mới Tại sao GD STEM lại làm được những điều này, vậy STEM là gì ?

STEM là thuật ngữ được viết tắt của các từ tiếng anh Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật), Math (Toán học) GD STEM là quan điểm DH định hướng phát triển NL HS thuộc các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học giúp cải tạo phương pháp DH truyền thống Các kiến thức và kỹ năng về Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học phải được tích hợp, lồng ghép và bổ trợ cho nhau giúp HS không chỉ hiểu biết về nguyên lí mà còn áp dụng để thực hành và tạo ra sản phẩm trong cuộc sống hằng ngày làm tăng hiệu quả, phát triển NL sáng tạo, tư duy kỹ thuật của HS

Do đặc thù của môn vật lí là môn khoa học thực nghiệm, nên một trong các khâu quan trọng của quá trình đổi mới phương pháp dạy học vật lí là tăng cường hoạt động nghiên cứu và tìm hiểu các ứng dụng kỹ thuật của vật lí của HS trong quá trình học tập thông qua việc giao nhiệm vụ liên quan đến việc tìm hiểu công dụng, nguyên tắc hoạt động, cấu tạo và chế tạo thí nghiệm để HS được nghiên cứu khoa học, qua đó giúp HS hiểu sâu sắc các kiến thức vật lí Đồng thời, vật lí được hỗ trợ rất nhiều bằng công cụ Toán học; các định luật vật lí lại là cơ sở để phát triển nền Công nghệ, Kĩ thuật Thông qua các nhiệm vụ này, HS sẽ được rèn luyện kĩ năng,

kỹ xảo, GD tổng hợp, hình thành tư duy sáng tạo và tinh thần làm việc tập thể Từ

đó, HS có cơ hội phát triển các NL của người công dân trong thời đại mới

Tại Việt Nam, định hướng phát triển đất nước sớm trở thành nước công nghiệp theo hướng hiện đại, chú trọng tới phát triển kinh tế tri thức Trong quá trình hội nhập sâu rộng, cơ hội tiếp cận với các xu thế mới, các mô hình GD mới và học hỏi kinh nghiệm của các nước có nền GD tiên tiến là cần thiết nhằm thay đổi căn bản

GDPT tại Việt Nam Trong vài năm trở lại đây, STEM xuất hiện ở Việt Nam và mới chỉ mang tính thử nghiệm mà chưa thực sự trở thành một hoạt động GD chính thức

Do đó STEM và GD STEM vẫn chưa được nghiên cứu một cách sâu sắc và nghiêm túc cũng như ứng dụng sâu rộng vào thực tế

Tuy nhiên, với tình hình nước ta hiện nay, trước yêu cầu đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa và hội nhập kinh tế quốc tế thì yêu cầu đòi hỏi nền GD nước ta phải ĐT ra những con người có đủ tri thức, trí tuệ, NL và phẩm chất tốt Với chủ trương khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện thành nếp tư duy sáng tạo cho người học, từng bước áp dụng các phương pháp tiên tiến và phương tiện hiện đại vào quá trình DH nhằm phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của HS, phù hợp với đặc điểm từng môn học, lớp học Tất cả những yêu cầu này sẽ được STEM và GD STEM giải quyết một cách hiệu quả

Trăn trở của một người GV cũng chính là phương pháp truyền đạt kiến thức cũng nhưng cách GD sao cho HS phát huy tính tích cực và phát triển tư duy sáng tạo, năng lực cho HS đặc biệt là NL GQVĐ NL GQVĐ là một trong những năng lực quan trọng cần hình thành và phát triển cho học sinh DH phát triển NL GQVĐ

sẽ giúp cho học sinh tích cực, chủ động, sáng tạo hơn trong việc chiếm lĩnh nguồn tri thức Từ những trăn trở chung đó chúng tôi đã nghiên cứu và nhận thấy STEM là quan điểm DH định hướng cho các phương pháp giảng dạy giúp tạo hiệu quả cao nhất công tác DH vật lý Đặc biệt là các kiến thức thuộc chương “Sóng cơ và sóng âm” rất phù hợp với mục tiêu giảng dạy theo định hướng GD STEM

Với những lí do trên, chúng tôi lựa chọn đề tài : Bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề của học sinh thông qua tổ chức dạy học chương “Sóng cơ và sóng âm” – Vật lí 12 theo định hướng giáo dục STEM

2 Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Tới nay ngày càng nhiều những nghiên cứu khoa học quan tâm đến vấn đề bồi dưỡng NL GQVĐ theo định hướng GD STEM cho HS Điển hình các bài viết chuyên đề đăng trên các tạp chí, báo GD và Thời đại, GV và Nhà trường, Nghiên

cứu GD, Khoa học GD như : “Thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề STEM cho học sinh trung học cơ sở và THPT” NXB Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh Nguyễn Thanh Nga - Phùng Việt Hải - Nguyễn Quang Linh - Hoàng Phước Muội (2018)

“Tổ chức dạy học một số kiến thức chương Động lực học chất điểm vật lí 10 theo định hướng GD STEM” Hoàng Phước Muội, Nguyễn Thanh Nga (2017) Hội thảo khoa học GD STEM trong chương trình GDPT mới, TP Hồ Chí Minh “Tổ chức dạy học chủ đề “chế tạo máy lạnh mini di động” - Vật lí 10 theo định hướng GD STEM” của Ts Phùng Thị Lố Loan Về luận văn thạc sĩ nghiên cứu vấn đề này như

“Bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học phần “Nhiệt học” – Vật lí 10 theo định hướng GD STEM” - Luận văn thạc sĩ 2020 của tác giả Nguyễn Đức Dũng, “Thiết kế và tổ chức dạy học một số chủ đề STEM phần “Cơ học” – Vật

lí 8 theo hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh.” - Luận văn thạc

sĩ KHGD 2020 của tác giả Phạm Mỹ Thuận, “ Tổ chức dạy học chương các định luật bảo toàn - vật lí 10 theo định hướng GD STEM”- Khóa luận tốt nghiệp 2019 của tác giả Huỳnh Thị Mỹ Duyên Trường ĐHSP TP Hồ Chí Minh, … Tuy nhiên, nghiên cứu về dạy học Vật lí nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề theo định hướng GD STEM còn chưa nhiều, đặc biệt về mảng kiến thức khá lớn và quan trọng như chương sóng cơ và sóng âm trong chương trình Vật lí 12 chưa có đề tài nào

nghiên cứu Vì vậy đề tài “Bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề của học sinh thông qua tổ chức dạy học chương “Sóng cơ và sóng âm” – Vật lí 12 theo định hướng giáo dục STEM” là một đề tài còn khá mới mẻ, cần có hướng đi chính xác

để tận dụng được đóng góp to lớn từ nó

3 Mục tiêu nghiên cứu

Thiết kế và tổ chức DH một số nội dung kiến thức chương “Sóng cơ và sóng âm” - Vật lí 12 theo định hướng GD STEM nhằm phát triển NL GQVĐ của HS

4 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: cơ sở lí luận và thực tiễn về GD STEM, nội dung kiến thức chương “Sóng cơ và sóng âm” theo định hướng GD STEM

- Phạm vi nghiên cứu: Hoạt động dạy và học một số kiến thức chương “Sóng

cơ và sóng âm” - Vật lí 12 chương trình THPT

5 Giả thuyết khoa học

Nếu tổ chức DH một số nội dung kiến thức chương “Sóng cơ và sóng âm”- Vật

lí 12 theo định hướng STEM thì sẽ phát triển NL GQVĐ của HS

6 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lí luận về GD STEM, DH định hướng phát triển NL HS THPT

- Phân tích nội dung kiến thức chương “Sóng cơ và sóng âm”- Vật lí 12 theo định hướng STEM

- Xây dựng chủ đề GD STEM nội dung kiến thức chương “Sóng cơ và sóng âm”- Vật lí 12

- Đề xuất tiến trình DH các chủ đề GD STEM đã xây dựng

- Xây dựng bộ công cụ đánh giá NL của HS theo định hướng GD STEM

- Thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giả thuyết khoa học

7 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lí luận: bao gồm phương pháp phân tích, tổng hợp và khái quát hóa nhằm nghiên cứu những tài liệu thuộc phạm vi đề tài trong và ngoài nước về các vấn đề như khái niệm, cơ sở lí luận …

- Nghiên cứu thực tiễn : Là phương pháp điều tra, quán sát sư phạm, nhằm sử dụng để điều tra thực trạng DH môn vật lí dưới góc độ STEM, những hiểu biết của GV về GD STEM Từ đó xây dựng và sử dụng các bảng điểm quan sát NL của HS trong quá trình trải nghiệm học tập môn vật lí theo định hướng GD STEM Xác định nhiệm vụ và xây dựng nội dung, tiến hành các hoạt động thực nghiệm sư phạm

- Thực nghiệm sư phạm

8 Đóng góp của đề tài

- Đề xuất tiến trình DH các chủ đề GD STEM nội dung kiến thức chương “Sóng

cơ và sóng âm”- Vật lí 12 và chứng tỏ tính khả thi của nó qua thực nghiệm sư

phạm

- Kết quả nghiên cứu của luận văn làm tài liệu tham khảo, nghiên cứu về GD STEM cho sinh viên sư phạm, GV trường phổ thông

9 Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và phần kiến nghị, tài liệu tham khảo và mục lục

thì nội dung của luận văn được cấu trúc thành 3 chương:

Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn dạy học của theo định hướng giáo dục STEM trong trường phổ thông

Chương 2: Thiết kế một số chủ đề giáo dục STEM nội dung kiến thức chương

“Sóng cơ và sóng âm” - Vật lí 12

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

NỘI DUNG

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ GIÁO DỤC STEM

TRONG TRƯỜNG PHỔ THÔNG HIỆN NAY 1.1 Hoạt động dạy học cho học sinh THPT theo định hướng giáo dục STEM 1.1.1 Bản chất của quá trình dạy học định hướng phát triển năng lực học sinh

Hiện nay, một trong những định hướng cơ bản của việc đổi mới GD là chuyển

từ nền GD mang tính hàn lâm, xa rời thực tiễn sang một nền GD chú trọng việc hình thành năng lực hành động, phát huy tính chủ động, sáng tạo của người học Định

hướng quan trọng trong đổi mới PPDH là phát huy tính tích cực, tự lực và sáng tạo, phát triển năng lực hành động, năng lực cộng tác làm việc của người học Đó cũng

là những xu hướng tất yếu trong cải cách PPDH ở mỗi nhà trường

Ngày 04-11-2013, Hội nghị lần thứ tám Ban Chấp hành Trung ương Đảng khoá XI đã thông qua Nghị quyết số 29-NQ/TW về đổi mới căn bản, toàn diện GD

và ĐT nêu rõ: “Tiếp tục đổi mới mạnh mẽ phương pháp dạy và học theo hướng hiện đại; phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và vận dụng kiến thức, kỹ năng của người học; khắc phục lối truyền thụ áp đặt một chiều, ghi nhớ máy móc Tập trung dạy cách học, cách nghĩ, khuyến khích tự học, tạo cơ sở để người học tự cập nhật và đổi mới tri thức, kỹ năng, phát triển năng lực Chuyển từ học chủ yếu trên lớp sang

tổ chức hình thức học tập đa dạng, chú ý các hoạt động xã hội, ngoại khóa, nghiên cứu khoa học Đẩy mạnh ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông trong dạy

và học” Để thực hiện tốt mục tiêu về đổi mới căn bản, toàn diện GD&ĐT theo Nghị

quyết số 29-NQ/TW, cần có nhận thức đúng về bản chất của đổi mới phương pháp dạy học theo định hướng phát triển năng lực người học và một số biện pháp đổi mới phương pháp dạy học theo hướng này.[26]

Đổi mới PPDH đang thực hiện bước chuyển từ chương trình GD tiếp cận nội dung sang tiếp cận năng lực của người học, nghĩa là từ chỗ quan tâm đến việc HS học được cái gì đến chỗ quan tâm HS vận dụng được cái gì qua việc học Để đảm bảo được điều đó, phải thực hiện chuyển từ phương pháp dạy học theo lối "truyền

thụ một chiều" sang dạy cách học, cách vận dụng kiến thức, rèn luyện kỹ năng, hình thành năng lực và phẩm chất Tăng cường việc học tập trong nhóm, đổi mới quan hệ GV- học sinh theo hướng cộng tác có ý nghĩa quan trọng nhằm phát triển năng lực

xã hội Bên cạnh việc học tập những tri thức và kỹ năng riêng lẻ của các môn học

chuyên môn cần bổ sung các chủ đề học tập tích hợp liên môn nhằm phát triển năng lực giải quyết các vấn đề phức hợp

Theo quan điểm của những nhà tâm lý học năng lực là tổng hợp các đặc điểm, thuộc tính tâm lý của cá nhân phù hợp với yêu cầu đặc trưng của một hoạt động, nhất định nhằm đảm bảo cho hoạt động đó đạt hiệu quả cao

Theo từ điển Tiếng Việt: NL là khả năng, điều kiện chủ quan hoặc tự nhiên sẵn

có để thực hiện một hoạt động nào đó Hoặc: NL là khả năng huy động tổng hợp các kiến thức, kỹ năng để thực hiện thành công một loại công việc trong một bối cảnh nhất định NL gồm có năng lực chung và năng lực đặc thù NL chung là năng lực cơ bản cần thiết mà bất cứ người nào cũng cần phải có để sống và học tập, làm việc

NL đặc thù thể hiện trên từng lĩnh vực khác nhau như NL đặc thù môn học là NL được hình thành và phát triển do đặc điểm của môn học đó tạo nên [8]

NL là một thuộc tính tâm lí phức hợp, là điểm hội tụ của nhiều yếu tố như tri thức, kĩ năng, kĩ xảo, kinh nghiệm, sự sẵn sàng hành động và trách nhiệm

Trong quá trình dạy học NL được hiểu: NL là sự kết hợp tri thức, kĩ năng, thái

độ Mục tiêu bài học được thế hiện cụ thể thông qua các NL được hình thành Nội dung kết hợp với các hoạt động cơ bản nhằm hình thành NL trên mỗi môn học

NL người học cần đạt là cơ sở để xác định mục tiêu, nội dung, hoạt động, phương pháp…dạy học mà người dạy cần phải căn cứ vào đó để tiến hành các hoạt động giảng dạy và GD (lấy người học là trung tâm)

Như vậy để thực hiện việc dạy học theo định hướng phát triển NL học sinh về bản chất là :

Chuyển hoạt động dạy của GV sang hoạt động học của HS DH cá thể hóa HS

để HS được phát huy hết khả năng của mình Khả năng của HS chỉ được bộc lộ thông qua các hoạt động học tập và trải nghiệm

Chuyển dần quy mô lớp học sang quy mô nhóm để tích cực hóa HS và tăng khả

năng tương tác hỗ trợ giúp đỡ nhau trong tiếp thu chiếm lĩnh kiến thức (tùy theo đặc điểm tình hình mà tổ chức các nhóm cho phù hợp (nhóm đôi, nhóm 4, nhóm 6, nhóm 8)

Hoạt động của HS chuyển từ việc thụ động nghe thầy cô giảng bài để ghi chép

sang việc chủ động làm việc với sách, tham gia các hoạt động dưới sự tổ chức của

mà nguồn nhân lực lại là đối tượng trực tiếp của GD - ĐT [27]

CMCN 4.0 đặt ra những thách thức rất lớn cho GD Việt Nam, đòi hỏi sự đóng góp năng động, tự lập, tự do, tự học, tự nghiên cứu, tự động viên, nhất là óc sáng

tạo Do đó, GV sẽ phải dạy người học cách tự học, tự tư duy, tự tiến bộ Mỗi người

phải tự vận động, thay đổi và lột xác

Như vậy, tầm quan trọng của GD - ĐT để tạo ra nguồn nhân lực đáp ứng yêu cầu cách mạng 4.0 là không thể phủ nhận

Hội nghị lần thứ tám Ban Chấp hành Trung ương Đảng khoá XI đã thông qua Nghị quyết số 29-NQ/TW về đổi mới căn bản, toàn diện GD và đào tạo, đáp ứng yêu cầu công nghiệp hóa, hiện đại hóa trong điều kiện kinh tế thị trường định hướng

xã hội chủ nghĩa và hội nhập quốc tế Quan điểm chỉ đạo đổi mới GD của Nghị

quyết là: “Chuyển mạnh quá trình GD từ chủ yếu trang bị kiến thức sang phát triển toàn diện năng lực và phẩm chất người học Học đi đôi với hành; lý luận gắn với thực tiễn; GD nhà trường kết hợp với GD gia đình và GD xã hội”

Từ bối cảnh đó, trong dạy học người GV ngoài truyền thụ những tri thức, kỹ năng… thì quan trọng hơn là tổ chức cho HS thực hiện những hoạt động và trên cơ

sở những hoạt động ấy làm cho HS khám phá, trải nghiệm, tương tác, để rồi làm chủ được những tri thức, kỹ năng và thay đổi thái độ, tạo dựng được hứng thú, niềm tin

và trên cơ sở đó là biến đổi chính chủ thể là người học DH tích cực phải hình thành

ở người học: NL quan sát, thu thập thông tin; NL tự đánh giá; NL phát hiện, giải quyết vấn đề; NL giao tiếp, NL sử dụng ngôn ngữ, NL sáng tạo, NL tính toán… Đặc biệt, vai trò của mỗi cá nhân là đặc biệt chú trọng, được coi là nhân tố quyết định trực tiếp Theo đó, người học phải là người tự mình tiếp cận tri thức dưới

sự hướng dẫn, dẫn dắt của thầy cô bởi thời đại bùng nổ thông tin, vạn vật kết nối internet mà những tri thức người thầy truyền thụ đến người học chỉ có giới hạn, do vậy cái mà người học cần học đó là cách thức để tiếp cận tri thức và sàng lọc thông tin; Mặt khác, người học còn phải tự mình trang bị những kỹ năng cần thiết để thích ứng với nhu cầu của xã hội

Như vậy, theo phân tích trên ta thấy vai trò người thầy rất quan trọng Từ vai trò truyền thụ kiến thức theo cách truyền thống sang vai trò xúc tác và điều phối, họ

phải chuyển sang chức năng hướng dẫn người học GV phải giúp người học định hướng về chất lượng và ý nghĩa của nguồn thông tin, định hướng cho người học tự tìm đến những cách hiểu mới Tất cả nhằm hướng tới mục tiêu xây dựng nên những con người với NL dần đáp ứng yêu cầu của thời đại mới

Để phát triển NL của HS thì kỹ năng làm việc nhóm là yêu cầu bắt buộc Do

vậy, người thầy phải rèn luyện cho người học có khả năng làm việc nhóm, có óc tổ chức, tư duy… Muốn vậy, phải đổi mới phương pháp dạy và học theo hướng phát huy tính tích cực của người học là yêu cầu bắt buộc

Một NL mà quá trình DH cần phải đặc biệt quan tâm đó là NL GQVĐ, thay vì

bị động thực hiện theo những kế hoạch đã vạch sẵn, con người trong thời đại mới cần luôn chủ động để đối phó với các vấn đề phát sinh Vì vậy, GD - ĐT cần tạo ra những công dân thích hợp cho thế kỉ XXI - những công dân toàn cầu, đáp ứng nhu cầu của thị trường lao động trong nước và hội nhập quốc tế

Người GV trong thời đại CMCN 4.0 cần quan tâm đặc biệt đến NL sáng tạo tới

đối tượng người học Nhiệm vụ của người thầy là tạo môi trường học tập, tạo điều kiện để họ có cơ hội học tập theo phương pháp tích cực và sáng tạo Chỉ có như vậy mới tạo ra được những con người năng động và sáng tạo Hơn bao giờ hết, nghề dạy

học với danh xưng “là nghề sáng tạo bậc nhất trong những nghề sáng tạo vì nó sáng tạo ra những con người sáng tạo” lại càng thể hiện rõ nhất trong thời điểm

hiện nay [25]

Trước tác động của CMCN 4.0 thì GD 4.0 là xu thế tất yếu trong tương lai Mọi thứ đều được thay đổi theo hướng hiện đại Mỗi tổ chức, cá nhân đều phải tự chuẩn bị cho mình những kiến thức và kỹ năng phù hợp để dễ dàng đón nhận sự thay đổi hiện đại của thế giới GD được coi là một trong những ngành phải tiên phong trong việc thay đổi để tiếp cận với sự thay đổi của cuộc CMCN 4.0

Mục tiêu ĐT cũng phải thay đổi hướng tới ĐT không chỉ NL con người mà còn là những kỹ năng phát triển và tự phát triển bản thân, người học sau khi ra trường phải có tư duy sáng tạo và dễ dàng tiếp cận với nền kỹ thuật hiện đại cũng như đáp ứng yêu cầu, đòi hỏi cao của xã hội Do đó, bước thay đổi đầu tiên và quan

trọng là người dạy và người học cần thay đổi tư tưởng, thay đổi cách dạy và học phù

hợp trước tác động của CMCN 4.0 và nền GD 4.0

1.2 Cơ sở lí thuyết về giáo dục STEM

1.2.1 Khái niệm giáo dục STEM

STEM là thuật ngữ được viết tắt của các từ tiếng anh Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật), Math (Toán) Thuật ngữ STEM được dùng trong hai ngữ cảnh khác nhau đó là ngữ cảnh nghề nghiệp và ngữ cảnh

GD

Trong phạm vi đề tài, chúng tôi quan tâm đến ngữ cảnh GD của thuật ngữ STEM, tức là nhấn mạnh đến sự quan tâm của nền GD đối với các môn học Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học

- Khoa học, là HS được trang bị kiến thức về các khái niệm, các nguyên lý,

các định luật và các cơ sở lý thuyết của GD khoa học Thông qua STEM HS có khả năng liên kết các kiến thức này để thực hành và có tư duy để sử dụng kiến thức vào thực tiễn để giải quyết các vấn đề trong thực tế

- Công nghệ, là HS có khả năng sử dụng, quản lý, hiểu biết, và tiếp cận được

công nghệ, từ những vật dụng đơn giản như cái bút, chiếc quạt đến những hệ thống phức tạp như mạng Internet, máy móc

- Kỹ thuật, là HS được trang bị kỹ năng để làm ra sản phẩm và hiểu được

quy trình để làm ra nó 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

- Toán học là khả năng nhìn nhận và nắm bắt được vai trò của toán học trong

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

Trong phạm vi luận văn, GD STEM được hiểu là mô hình GD dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp HS áp dụng các kiến thức khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học vào GQVĐ trong bối cảnh cụ thể nhằm giúp người học thích nghi với sự phát triển của khoa học và công nghệ

Những HS học theo cách tiếp cận GD STEM đều có những ưu thế nổi bật như: kiến thức khoa học, kỹ thuật, công nghệ và toán học chắc chắn; khả năng sáng tạo,

tư duy logic; hiệu suất học tập và làm việc vượt trội; và có cơ hội phát triển các kỹ năng mềm toàn diện hơn trong khi không hề gây cảm giác nặng nề, quá tải đối với

HS

Với HS phổ thông, việc theo học các môn học STEM còn có ảnh hưởng tích cực tới khả năng lựa chọn nghề nghiệp tương lai Khi được học nhiều dạng kiến thức trong một thể tích hợp, HS sẽ chủ động thích thú với việc học tập thay vì thái độ e ngại hoặc tránh né một lĩnh vực nào đó, từ đó sẽ khuyến khích các em có định

hướng tốt hơn khi chọn chuyên ngành cho các bậc học cao hơn và sự chắc chắn cho

cả sự nghiệp về sau

GD STEM vận dụng phương pháp học tập chủ yếu dựa trên thực hành và các hoạt động trải nghiệm sáng tạo, các phương pháp GD tiến bộ, linh hoạt nhất như học qua dự án – chủ đề, học qua trò chơi và đặc biệt phương pháp học qua thực hành luôn được áp dụng triệt để cho các môn học tích hợp STEM

GD STEM là giải pháp góp phần tăng hiệu quả DH, phát triển NL GQVĐ của

HS, phát triển tư duy, logic, tự chủ, sáng tạo của HS đặc biệt trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật, giúp HS có thể hiểu rõ được ý nghĩa thực tiễn của các kiến thức Vật lí [12]

1.2.2 Đặc trưng của GD STEM

GD STEM có những đặc trưng sau:

GD STEM là sự kết hợp của bốn lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật, toán học Thay vì học tách biệt 4 môn riêng biệt, rời rạc như hiện nay, STEM gắn kết các

môn học cùng với những ứng dụng thực tế Vì vậy, HS vừa học vừa có thể vận dụng được vào trong thực tiễn Sự phát triển của STEM sẽ phá đi khoảng cách giữa lí thuyết và thực tiễn

GD STEM nâng cao tính sáng tạo và khả năng GQVĐ cho HS Ngoài việc học

lí thuyết đơn thuần, GV sẽ đặt ra một tình huống liên quan đến vấn đề thực tiễn Điều này đòi hỏi, HS muốn GQVĐ thì cần phải tìm tòi và khám phá những kiến thức một cách chuyên sâu, không chỉ là trong sách mà còn phải tìm hiểu ở cả các học liệu, thiết bị thí nghiệm, thiết bị vật lí,… để giải quyết

GD STEM luôn khuyến khích các HS sáng tạo, phát minh ra những sản phẩm mới bằng chính những kiến thức mà họ đã được học Người học sẽ chủ động được khối lượng kiến thức học tập của mình, biết cách trang bị, sửa chữa chế biến sao cho chúng phù hợp với các tình huống đặt ra trong thực tế

Dưới đây là chu trình STEM được nhiều nhà nghiên cứu GD STEM chấp nhận:

1.2.3 Tiêu chí xây dựng chủ đề GD STEM

Để xây dựng chủ đề GD STEM cần dựa trên năm tiêu chí cơ bản:

- Tiêu chí thứ nhất: Hướng tới giải quyết các vấn đề trong thực tiễn, các tình

huống xã hội, kinh tế, môi trường trong cộng đồng địa phương hay toàn cầu

- Tiêu chí thứ hai Cấu trúc bài học STEM theo quy trình thiết kế kĩ thuật

- Tiêu chí thứ ba: Phương pháp DH STEM hướng tới việc HS vận dụng các kiến

thức trong lĩnh vực STEM để GQVĐ

- Tiêu chí thứ tư: Định hướng thực hành nhằm hình thành và phát triển NL kết

hợp lý thuyết cho HS

- Tiêu chí thứ năm: Khuyến khích làm việc nhóm giữa các HS

Hình 1.1 Mô tả chu trình STEM [24]

1.3 Tiến trình bài học STEM cho học sinh THPT

Có nhiều tiến trình dạy học chủ đề STEM được đưa ra để GV lựa chọn phù hợp với nội dung chủ đề, thời lượng dạy học, nội dung kiến thức cần truyền tải hay vận dụng và trình độ HS, cơ sở vật chất tại nhà trường và địa phương: [17]

- Quy trình tìm tòi khám phá: là quy trình phỏng theo nghiên cứu của các nhà

khoa học, ở đó HS thực hiện các thao tác tìm tỏi khám phá để trả lời các câu hỏi về các quy luật tự nhiên Quy trình này được vận dụng trong dạy học trên nhiều bình diện, ở bình diện mục tiêu dạy học, khi thực hiện quá trình tìm tòi khám phá, HS sẽ hướng tới mục tiêu phát triển NL;

- Quy trình TRIAL: là quy trình tổ chức hoạt động giải quyết vấn đề thực tiễn

cho STEM Đây là một khung hỗ trợ quá trình tư duy, giúp HS có thể phân chia vấn

đề thành nhiều phần nhỏ và hướng sự chú ý của HS vào một số yếu tố then chốt của vấn đề: Task (Nhiệm vụ) – Recall (Nhớ lại) – Ideas (Ý tưởng) – Apply (Vận dụng) – Learnt (Đã học);

- Quy trình dựa trên hoạt động thiết kế kỹ thuật: mô tả cách mà các kỹ sư sử

dụng để giải quyết vấn đề, bắt đầu bằng đặt câu hỏi, hình dung các giải pháp, thiết

kế kế hoạch, tạo và kiểm tra mô hình sau đó thực hiện cải tiến

Trong nghiên cứu này, chúng tôi lựa chọn quy trình dựa trên hoạt động thiết kế kĩ thuật vì đây là quy trình tạo nhiều điều kiện cho HS phát huy NL GQVĐ của mình qua các hoạt động tìm kiếm các giải pháp, phân tích và thiết kế bản vẽ, chế tạo sản phẩm

Trong tiến trình này, việc chiếm lĩnh nội dung kiến thức trong chương trình GDPT cần thiết để GQVĐ đặt ra nằm trong phần “Nghiên cứu kiến thức nền” Chủ thể hoạt động là HS thông qua việc 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 Từ

đó, HS vận dụng phối hợp kiến thức vừa học với cái có sẵn (kiến thức, kỹ năng) để

đề xuất và lựa chọn giải pháp phù hợp; thực hành thiết kế, chế tạo, thử nghiệm mẫu (mô hình); thảo luận để điều chỉnh thiết kế Quy trình này được lặp lại đến khi đưa

ra giải pháp phù hợp hoặc theo thời lượng giảng dạy Thông qua quá trình, HS có cơ

hội rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo, góp phần phát triển phẩm chất, NL của bản thân, đặc biệt là NL GQVĐ [14]

Hình 1.2 Quy trình dạy học chủ đề STEM dựa trên hoạt động thiết kế kỹ

có thể được tổ chức dạy học theo 5 hoạt động chính như sau:

- Hoạt động 1: Xác định vấn đề hoặc nhu cầu thực tiễn

Trong hoạt động này, GV tiến hành đặt HS vào tình huống có vấn đề cần giải quyết HS sẽ sử dụng kiến thức, kĩ năng đã có để phân tích tình huống và phát biểu vấn đề cần giải quyết, hình thành sơ bộ ý tưởng giải quyết vấn đề Trong hoạt động này, giáo viên cũng thống nhất với HS về các tiêu chí của sản phẩm

- Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp

Trong hoạt động này, HS hoạt động một cách tích cực và tự lực dưới sự định

hướng và hỗ trợ của giáo viên để tìm hiểu kiến thức, kĩ năng cần để giải quyết vấn

đề nhu cầu thực tiễn đã tìm ra Trên cơ sở các kiến thức ấy, HS đề xuất giải pháp và trình bày thiết kế sản phẩm để giải quyết vấn đề trên cơ sở đó thể hiện được NL GQVĐ của HS

- Hoạt động 3: Thống nhất, lựa chọn giải pháp

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

kế của mình trước đánh giá của GV và các HS khác Dưới sự trao đổi, góp ý của các

HS khác và định hướng của GV, HS tiếp tục hoàn thiện (hoặc thay đổi nếu cần thiết) bản thiết kế trước khi tiến hành chế tạo và vận hành để đảm bảo tính khả thi và tiết kiệm thời gian, vật lực và tài lực

- Hoạt động 4: Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá

Trong hoạt động này, HS tiến hành chế tạo mẫu (mô hình) theo bản thiết kế đã thống nhất với GV (hoạt động 3) Trong quá trình chế tạo, HS cần tiến hành thử nghiệm và đánh giá hiệu quả, từ đó đưa ra những điều chỉnh phù hợp Trong hoạt động này, HS có thể phải điều chỉnh mẫu thiết kế ban đầu để đảm bảo tính khả thi Trong quá trình thực hiện, việc điểu chỉnh để khắc phục khó khăn, cách thi công sẽ cho thấy được các hành vi của NL GQVĐ ở HS

- Hoạt động 5: Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh

HS được GV tổ chức cho trình bày sản phẩm đã hoàn thành theo bản thiết kế của mình; trao đổi, thảo luận với các HS khác, tiếp nhận đánh giá từ GV, đánh giá từ các

HS khác và tự đánh giá bản thân để tiếp tục điều chỉnh, hoàn thiện NL GQVĐ cũng được thể hiện qua hoạt động này như đánh giá toàn bộ quá trình GQVĐ từ đó xác định được nguyên nhân dẫn đến kết quả thu được để đưa ra giải pháp cải tiến sản phẩm

1.4 Phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học chủ đề giáo dục STEM

1.4.1 Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề

1.4.1.1 Khái niệm năng lực

Chương trình GDPT nhiều nước trên thế giới từ đầu thế kỉ XXI đến nay là chuyển từ DH cung cấp nội dung sang DH định hướng phát triển NL HS Khái niệm

NL là phạm trù được nhiều nhà khoa học nghiên cứu và tiếp cận với nhiều cách diễn đạt khác nhau:

Theo tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế Thế giới (OECD, 2002): “Năng lực được hiểu là khả năng cá nhân đáp ứng các yêu cầu phức hợp và thực hiện thành công nhiệm vụ trong một bối cảnh cụ thể” [10]

F.E.Weinert (2001) cho rằng: “Năng lực là những kĩ năng kĩ xảo học được hoặc sẵn có của cá thể nhằm giải quyết các tình huống xác định, cũng như sự sẵn sàng về động cơ xã hội…và khả năng vận dụng các cách GQVĐ một cách có trách nhiệm và hiệu quả trong những tình huống linh hoạt”[22]

Theo Lương Việt Thái và cộng sự (2011): “Năng lực là tổng hợp những thuộc tính độc đáo của cá nhân phù hợp với những yêu cầu đặc trưng của một hoạt động nhất định, nhằm đảm bảo việc hoàn thành có kết quả tốt trong lĩnh vực hoạt động ấy”

Theo Đỗ Hương Trà (2016): “Năng lực là khả năng huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng và các thuộc tính tâm lí cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, ý chí, … để thực hiện thành công một loại công việc trong một bối cảnh nhất định”.[5] Theo Bộ GD và ĐT (2018): “Năng lực là thuộc tính cá nhân được hình thành, phát triển nhờ tố chất sẵn có và quá trình học tập, rèn luyện, cho phép con người huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng và các thuộc tính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, ý chí, … thực hiện thành công một loại hoạt động nhất định, đạt kết quả mong muốn trong những điều kiện cụ thể ”.[3]

Dù có nhiều quan điểm khác nhau, nhưng điểm chung của các nhà nghiên cứu đều xác định khái niệm NL là khả năng thực hiện (phải biết làm), chứ không phải chỉ biết và hiểu Đồng thời, việc thực hiện phải gắn với các yếu tố như: kiến thức, kĩ năng, ý thức và thái độ, Điều này thể hiện cấu trúc của NL được tạo thành từ những thành tố cơ bản: tri thức, kĩ năng, thái độ và được vận dụng để giải quyết các

VĐ hay một tình huống nào đó Cấu trúc này được thể hiện trong sơ đồ sau:

Hình 1.3 Sơ đồ cấu trúc đa thành tố của NL (Đỗ Hương Trà, 2016)

Với đối tượng HS, trong phạm vi luận văn, chúng tôi hiểu: “Năng lực của HS

là thuộc tính cá nhân được hình thành, phát triển nhờ tố chất sẵn có và quá trình học tập, rèn luyện, cho phép HS thực hiện thành công một nhiệm vụ nảy sinh trong học tập và thực tiễn cuộc sống với bối cảnh nhất định bằng việc huy động, vận dụng tổng hợp các kiến thức, kĩ năng và các thuộc tính tâm lí (niềm tin, ý chí, hứng thú,

…) NL của HS không chỉ được hình thành bằng sự cộng gộp đơn thuần của tri thức,

kĩ năng, thái độ vì đó chỉ mới là những điều kiện cần có của NL NL chỉ tồn tại và phát triển trong quá trình thực hiện một nhiệm vụ cụ thể Do đó, để hình thành NL thì

HS nhất thiết phải vận dụng những thành tố đó vào trải nghiệm những VĐ thực tiễn

1.4.1.2 Khái niệm giải quyết vấn đề

Khái niệm GQVĐ (problem-solving) được các nhà nghiên cứu trình bày với nhiều cách diễn đạt khác nhau Trong khuôn khổ đề tài luận văn, chúng tôi hiểu khái

niệm trên theo cách diễn đạt của nhóm tác giả Reeff et al (2006): “GQVĐ là khả năng suy nghĩ và hành động trong những tình huống không có quy trình, thủ tục, giải pháp thông thường có sẵn Người GQVĐ có thể ít nhiều xác định được mục tiêu hành động, nhưng không phải ngay lập tức biết cách làm thế nào để đạt được nó Sự

am hiểu tình huống VĐ (kiến thức nền) và lý giải dần việc đạt mục tiêu đó, trên cơ sở việc lập kế hoạch và suy luận, tạo thành quá trình GQVĐ” [21]

Có thể thấy, GQVĐ là một quá trình tư duy phức tạp, bao gồm sự hiểu biết, nêu lên các luận điểm, suy luận, đánh giá, để đưa ra một hoặc nhiều giải pháp khắc phục những khó khăn, thách thức của VĐ

1.4.1.3 Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề

Trong chương trình GD phổ thông tổng thể mà Bộ GD và ĐT công bố vào tháng 12/2018, NL GQVĐ (problem-solving competency) là một trong những NL cốt lõi thuộc nhóm NL chung, là NL nền tảng đòi hỏi người học phải có để sống và tồn tại trong xã hội luôn luôn đổi mới (Đỗ Hương Trà và cộng sự, 2019) Hiện nay, xuất phát từ nhiều góc độ nghiên cứu khác nhau mà có những cách diễn đạt khác nhau về NL GQVĐ:[3]

Theo OECD (2002): “NL GQVĐ là NL của một cá nhân tham gia vào quá trình nhận thức để hiểu và giải quyết các tình huống có VĐ, nó bao gồm sự sẵn sàng tham gia vào các tình huống tương tự để phát hiện được các NL của cá nhân đó với tính xây dựng và có suy nghĩ” [20]

Tài liệu hội thảo “Xây dựng chương trình GD phổ thông theo định hướng phát triển NL của HS” (2014): “NL GQVĐ là khả năng cá nhân sử dụng hiệu quả các quá trình nhận thức, hành động và thái độ, động cơ, xúc cảm để giải quyết những tình huống VĐ mà ở đó không có sẵn quy trình, thủ tục, giải pháp thông thường” (Bộ

GD và ĐT) [2]

Trong phạm vi luận văn, khái niệm NL GQVĐ của HS được hiểu theo tác giả

Nguyễn Thanh Nga và cộng sự (2019): “NL GQVĐ của HS được thể hiện ở khả năng huy động mọi nguồn lực phù hợp (kiến thức, kĩ năng, thái độ, phương tiện vật chất, con người, tài chính, thời gian, ) để giải quyết thành công một nhiệm vụ phức hợp trong học tập hay trong thực tiễn cuộc sống” [15]

1.4.2 Các biểu hiện của năng lực giải quyết vấn đề

Để phát triển NL GQVĐ của HS trong DH nói chung cần phải chỉ ra được các biểu hiện của NL GQVĐ Trên cơ sở phân tích các giai đoạn của quá trình GQVĐ, chúng tôi cho rằng NL GQVĐ có những biểu hiện sau đây:

- Phân tích được tình huống trong học tập, trong cuộc sống

- Phát hiện và nêu được tình huống có VĐ trong học tập, trong cuộc sống

- Thu thập và làm rõ các thông tin có liên quan đến VĐ

- Đề xuất được một số giải pháp GQVĐ; phân tích và lựa chọn được giải

pháp phù hợp nhất

- Lập được kế hoạch thực hiện giải pháp

- Thực hiện được kế hoạch, điều chỉnh được hành động trong quá trình thực

hiện để phù hợp với thực tiễn và không gian VĐ khi có sự thay đổi

- Đánh giá được giải pháp GQVĐ

- Suy ngẫm về cách thức và tiến trình GQVĐ để điều chỉnh và vận dụng trong

bối cảnh mới

1.4.3 Cấu trúc của năng lực giải quyết vấn đề

Hiện nay, có hai nhóm quan điểm về cấu trúc của NL tồn tại song song (Hoàng Hòa Bình, 2015): [7]

+ Nhóm quan điểm thứ nhất, tiếp cận cấu trúc NL theo nguồn lực hợp thành,

bao gồm: tri thức, kĩ năng, thái độ với sự thể hiện của chúng trong hoạt động là NL hiểu, NL làm và NL ứng xử Sơ đồ 1.3 thể hiện cấu trúc đa thành tố của của các nguồn lực hợp thành NL của Đỗ Hương Trà (2016) cũng là một ví dụ cho nhóm quan điểm này [5]

+ Nhóm quan điểm thứ hai, tiếp cận cấu trúc NL theo NL hợp phần Theo

hướng tiếp cận này, cấu trúc NL gồm 3 phần chính: [7]

Hợp phần của NL: là các lĩnh vực chuyên môn tạo nên NL

Thành tố của NL: là các NL hoặc kĩ năng bộ phận tạo nên mỗi hợp phần

Các chỉ số hành vi: là những bộ phận nhỏ được tách ra từ các thành tố và là kết quả đầu ra được mong đợi

Các chỉ số hành vi thường là những hành động thể hiện được như: viết ra (để đọc được), nói ra (để nghe được), làm (để quan sát được), tạo ra (sản phẩm vật chất

để đánh giá được) Bên cạnh đó, để xác định mức độ chất lượng của mỗi chỉ số hành

vi thì còn cần mô tả mức độ thành công của các hành vi mà HS thể hiện

Trên cơ sở phân tích cấu trúc của DH theo hướng NL hợp phần, kết hợp với việc tham khảo một số tài liệu của các tác giả nghiên cứu về NL GQVĐ, để phù hợp với hướng đi của đề tài, chúng tôi đề xuất cấu trúc của NL GQVĐ gồm 5 thành tố và

14 chỉ số hành vi, và ở phần sau của luận văn chúng tôi sẽ sử dụng cấu trúc NL GQVĐ của HS như bảng 1.1 dưới đây:

Bảng1.1 Cấu trúc NL GQVĐ của HS (gồm 5 NL thành tố và 14 chỉ số hành vi)

Thực hiện các quan sát (thí nghiệm, sự vật, hiện tượng, ) Mô

tả đúng và đủ các thông tin về quá trình, hiện tượng từ đó làm

cơ sở phân tích phát hiện trong quá trình, hiện tượng tồn tại VĐ cần giải quyết

GQVĐ 1.1

1.2 Phát hiện VĐ

Từ các thông tin đúng và đủ về quá trình, hiện tượng, tiến hành phân tích phát hiện trong quá trình, hiện tượng tồn tại VĐ cần giải quyết (hiện tượng, quá trình mới, khác hay mâu thuẫn với cái đã biết)

3.1 Đề xuất các giải pháp cho VĐ

Đưa ra được phương án GQVĐ khả thi cho mỗi nguyên nhân đã

GQVĐ 3.2

3.3 Lập được bản thiết kế sơ đồ, bản vẽ thể hiện nguyên lí cấu

tạo của sản phẩm (đối với các giải pháp theo quy trình kĩ thuật) GQVĐ 3.3

4 Thực

hiện

giải

pháp

4.1 Lập kế hoạch thực hiện giải pháp

Phân tích giải pháp thành kế hoạch thực hiện cụ thể, thuyết minh các kế hoạch cụ thể

4.3 Giám sát quá trình thực hiện giải pháp

Đánh giá các bước trong quá trình GQVĐ, phát hiện sai sót, khó khăn, đưa ra điều chỉnh và thực hiện điều chỉnh

5.1 Đánh giá quá trình GQVĐ và điều chỉnh việc GQVĐ Đánh

giá được quá trình GQVĐ; đề ra giải pháp tối ưu hơn để nâng cao hiệu quả GQVĐ

GQVĐ 5.1

5.2 Đánh khả năng ứng dụng của giải pháp

Xem xét kết quả thu được trong bối cảnh mới, phát hiện những

VĐ thành tố mới và diễn đạt VĐ mới cần giải quyết

1.4.4 Biện pháp phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh

trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM

Trên cơ sở đã trình bày, NL chính là một tổ hợp bao gồm nhiều NL thành tố thể hiện qua những hành động thành phần và có liên quan chặt chẽ đến động cơ, hứng thú của HS khi thực hiện các hành động đó Như vậy, để phát triển một NL nào đó của HS thì điều tất yếu là GV phải rèn luyện được kĩ năng của các NL thành

tố cho đến khi HS thể hiện được mức độ tinh vi, thành thạo khi thực hiện các kĩ năng này Đồng thời, GV phải tạo được động cơ, hứng thú cho HS trong suốt quá trình học tập, rèn luyện và phấn đấu

Căn cứ vào các chỉ số hành vi của NL GQVĐ, có thể chỉ ra một số biện pháp

để phát huy NL GQVĐ của HS trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM được thể hiện bằng bảng 1.2

Bảng 1.2 Hệ thống biện pháp phát triển NL GQVĐ của HS trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM [19]

3.1 Tổ chức xây dựng công cụ đánh giá với hệ thống tiêu chí

rõ ràng giúp HS có định hướng tốt trong quá trình GQVĐ GP 3.1 3.2 Định hướng học sinh tiến hành xây dựng giải pháp theo

4 Từ các ý tưởng tổ hợp thành giải pháp hoàn chỉnh

GP 3.2