Vận dụng liên môn các môn Lý, Hóa, Công nghệ vào việc thiết kế một kế hoạch dạy học STEM. Cũng như hướng dẫn giáo viên cách để lựa chọn một chủ đề dạy học STEM phù hợp và quy trình tổ chức một bài học STEM. Bên cạnh đó cũng đưa ra một số gợi ý cho các thầy cô giáo có thể đánh giá được quá trình học tập của mỗi học sinh bằng các phiếu học tập.
Trang 1Không chỉ người học hiểu biết về nguyên lý mà còn có thể rút ngắnkhoảng cách giữa kiến thức hàn lâm tới thực hành để tạo ra được những sảnphẩm trong cuộc sống hằng ngày.
Các bài học STEM luôn dựa trên những câu chuyện hoặc những vấn đềxảy ra trong thực tế Nhờ đó, người học cảm thấy những bài học trở nên sinhđộng và gần gũi Các chủ đề học tập rất phong phú, không chỉ về khoa học màcòn về xã hội, văn hóa, và các môn nghệ thuật Ở đó, người học được khuyếnkhích vận dụng óc sáng tạo về các môn khoa học, các kiến thức liên môn gắnvới thực tế để tạo ra một sản phẩm mới, có giá trị và ý nghĩa cho xã hội
Các bài học STEM thường được lồng ghép với các dự án học tập thườngkéo dài vài buổi học trong đó yêu cầu người học làm việc theo nhóm hoặc làmviệc cá nhân, vận dụng kiến thức của các bài học đa ngành hoặc liên ngành đểcùng tạo thành sản phẩm gắn liền với thực tế Tùy theo trình độ của lớp học màcác dự án có thể đi từ đơn giản đến phức tạp, thực hiện tại lớp học, tại nhà, đithực tế hoặc tìm hiểu các nguồn dữ liệu từ trên mạng, các thư viện, bảo tàng
Hiện nay tùy theo tình hình thực tế và điều kiện của mỗi cơ sở giáo dục
mà có các mức độ áp dụng giáo dục STEM như sau:
- Dạy học các môn khoa học theo phương thức giáo dục STEM
- Tổ chức các hoạt động trải nghiệm STEM
- Tổ chức các hoạt động nghiên cứu khoa học
- Thành lập các CLB STEM trong trường học và STEM Lab
Trong sáng kiến này tôi đã cố gắng tập trung vào hình thức thứ nhất là
"Dạy học các môn khoa học theo phương thức giáo dục STEM" Đây là hìnhthức tổ chức giáo dục STEM chủ yếu trong nhà trường Theo cách này, các bàihọc, hoạt động giáo dục STEM được triển khai ngay trong quá trình dạy Cácchủ đề, bài học, hoạt động STEM bám sát chương trình các môn học thànhphần Trong bài học STEM thì một trong những yếu tố bắt buộc là phải có tínhliên môn, do đó chủ đề tôi chọn để trình bày trong sáng kiến là việc tích hợp
liên môn Toán, Lý, Hóa, Công nghệ trong một chủ đề: Máy in trên bề mặt kim
loại
Trang 2
2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: HS lớp 12 trường THPT ĐT
- Phạm vi nghiên cứu: Các kiến thức liên môn bao gồm:
+ Bài Dòng điện trong chất điện phân, chương trình Vật lý 11
+ Bài Phản ứng ô xi hóa – khử , chương trình Hóa học 10
+ Bài Khái niệm về mạch điện tử, chỉnh lưu nguồn một chiều, chươngtrình Công nghệ 12
+ Bài Máy biến áp, chương trình Vật lý lớp 12 và Công nghệ lớp 12
- Thời gian thực hiện: Từ tháng 09/2021 đến tháng 3/2022
STEM cụ thể, chẳng hạn như chủ đề: Máy in trên bề mặt kim loại.
4 Đóng góp mới của đề tài
- Phân tích cấu trúc và hướng dẫn cách thức lựa chọn, lập kế hoạch vàthực hiện một bài học theo phương pháp giáo dục STEM trong đó có sự tíchhợp liên môn giữa các môn khoa học tự nhiên trong chương trình giáo dục phổthông
- Tổ chức dạy học thực nghiệm một chủ đề STEM cụ thể
Trang 3
NỘI DUNG
1 Cơ sở lý luận về giáo dục STEM trong nhà trường phổ thông đáp ứng với chương trình Giáo dục phổ thông mới
1.1 Khái niệm về giáo dục STEM
STEM là viết tắt của từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ),Engineering (Kĩ thuật), Mathematics (Toán học) Giáo dục STEM về bản chấtđược hiểu trang bị cho người học những kiến thức và kĩ năng cần thiết liên quanđến các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học Các kiến thức và kĩnăng này phải được tích hợp, lồng ghép và bổ trợ cho nhau, giúp học sinh khôngchỉ hiểu về nguyên lí mà còn có thể thực hành và tạo ra các sản phẩm trongcuộc sống hằng ngày
Đối với giáo dục STEM, các kiến thức khoa học, toán học, công nghệ và
kĩ thuật không chỉ được dạy học theo hướng trang bị kiến thức thông thường màđược vận dụng nhằm giải quyết các tình huống thực tiễn trong cuộc sống Việclàm này đem lại hai tác dụng lớn Một là giúp cho trải nghiệm học tập của họcsinh trở nên thú vị hơn, tạo động lực thúc đẩy các em hứng thú với việc học tập
và nghiên cứu khoa học, công nghệ ngay từ nhỏ Hai là gắn kết nhà trường vớiđịa phương, cộng đồng cũng như các tổ chức thông qua những vấn đề mang tínhtoàn cầu (tiết kiệm năng lượng, sự nóng lên toàn cầu, các vấn đề đang tồn tại
trong xã hội…) Sự gắn kết đa dạng các thành phần giáo dục, tạo thành một hệ sinh thái giáo dục, sẽ là một trong những chìa khóa giúp nuôi dưỡng và đào tạo những thế hệ công dân toàn cầu có kiến thức và kỹ năng, đặc biệt là tư duy sáng tạo trong thời đại mới
Như vậy giáo dục STEM là một phạm trù rộng và liên quan đến nhiềulĩnh vực với hai đặc điểm nổi bật là tính tích hợp liên môn và hoạt động thựchành gắn với lí thuyết Với giáo dục STEM, học sinh có thể học để lập trìnhđiều khiển, chế tạo robot nhưng cũng có thể đơn giản là chế tạo ra những sảnphẩm phục vụ đời sống Qua đó cho thấy việc dạy và học STEM không nhấtthiết cần điều kiện cơ sở vật chất, công nghệ hiện đại mà hoàn toàn tùy thuộcvào ý tưởng triển khai bài dạy của giáo viên
1.2 Chủ đề dạy học STEM trong trường trung học
Chủ đề STEM là chủ đề dạy học được thiết kế dựa trên vấn đề thực tiễnkết hợp với chuẩn kiến thức, kỹ năng của các môn khoa học trong chương trìnhphổ thông Trong quá trình dạy học, GV tổ chức cho học sinh làm việc nhóm, sửdụng công nghệ truyền thống và hiện đại, công cụ toán học để tạo ra những sảnphẩm có tính ứng dụng thực tiễn, phát triển kỹ năng và tư duy học sinh
Chủ đề STEM cần đảm bảo các tiêu chí: giải quyết vấn đề thực tiễn, kiến thức trong chủ đề thuộc lĩnh vực STEM, có sự liên môn giữa các môn khoa học,
Trang 4ta chia chủ đề STEM thành hai loại:
Chủ đề STEM cơ bản được xây dựng trên cơ sở kiến thức thuộc phạm vi
các môn khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán trong chương trình giáo dục phổthông Các sản phẩm chủ đề STEM này thường đơn giản, bám sát nội dung sáchgiáo khoa (SGK) và thường được xây dựng trên cơ sở các nội dung thực hành,thí nghiệm trong chương trình giáo dục phổ thông
Chủ đề STEM mở rộng có những kiến thức nằm ngoài chương trình giáo
dục phổ thông và SGK Những kiến thức đó HS phải tự tìm hiểu và nghiên cứu
từ tài liệu chuyên ngành Sản phẩm STEM loại hình này có độ phức tạp caohơn
Thứ hai: Dựa vào mục đích dạy học, ta có thế chia chủ đề STEM thànhhai loại chính:
Chủ đề STEM dạy học kiến thức mới được xây dựng trên cơ sở kết nối
kiến thức của nhiều môn học khác nhau mà HS chưa được học hoặc được họcmột phần, HS sẽ vừa giải quyết được vấn đề và vừa lĩnh hội tri thức mới
Chủ đề STEM dạy học và vận dụng được xây dựng trên cơ sở những kiến
thức HS đã được học Chủ đề STEM dạng này bồi dưỡng cho HS năng lực vậndụng lý thuyết vào thực tiễn Kiến thức lý thuyết được củng cố và khắc sâu
Như vậy, để lựa chọn được một chủ đề/bài học STEM phù hợp thì chúng
ta trước hết cần đảm bảo bốn yếu tố:
+ Thứ nhất: Vấn đề đưa ra phải mang tính thực tiễn, thậm chí có tính thời
sự mang tính toàn cầu
+ Thứ hai: Phải kết hợp được nhiều môn học trong một chủ đề, học sinh
áp dụng được những kiến thức đã học để giải quyết được
+ Thứ ba: Các hoạt động của học sinh phải được định hướng trải nghiệm
thực hành và phải đưa được vào một quy trình thiết kế kỹ thuật.
+ Thứ tư: Học sinh phải làm việc theo nhóm, trong đó có sự phân côngnhiệm vụ rõ ràng, có sự đánh giá khách quan việc hoàn thành các công việc củatừng thành viên Giáo viên phải xây dựng được bộ tiêu chí đánh giá đối vớicông việc của các nhóm cũng như đối với từng thành viên trong nhóm
2 Tiến trình một bài học STEM và cách thiết kế một bài học STEM
2.1 Tiến trình một bài học STEM
Trong quá trình dạy học, người dạy học có thể thiết kế một chủ đề STEMtheo những cách trình bày khác nhau tùy theo điều kiện dạy học và mức độ tiếpnhận của người học Tuy nhiên các chủ đề STEM phải đảm bảo tuân theo mộttiến trình như sau:
Trang 5
Tiến trình bài học STEM tuân theo quy trình kỹ thuật trên nhưng các
"bước" trong quy trình không nhất thiết phải được thực hiện một cách tuyến tính
mà có những bước có thể được thực hiện song hành, tương hỗ lẫn nhau Ví dụviệc "Nghiên cứu kiến thức nền" được thực hiện đồng thời với "Đề xuất giảipháp"; "Chế tạo mô hình" được thực hiện đồng thời với "Thử nghiệm và đánhgiá", trong đó bước này vừa là mục tiêu, vừa là điều kiện để thực hiện bước kia
Vì vậy, mỗi bài học STEM thường được tổ chức theo 5 hoạt động như sau:
Hoạt động 1: Xác định vấn đề
Trong hoạt động này, giáo viên đưa ra một vấn đề thực tiễn và giao chohọc sinh nhiệm vụ học tập chứa đựng trong vấn đề, trong đó học sinh phải hoànthành một sản phẩm học tập cụ thể với các tiêu chí đòi hỏi học sinh phải sửdụng các kiến thức của mình để đề xuất, xây dựng giải pháp và thiết kế nguyênmẫu của sản phẩm cần hoàn thành Cần lưu ý rằng, vấn đề STEM phải gắn liềnvới thực tiễn, nếu không gắn với thực tiễn thì đó không phải STEM, do đó giáoviên phải nghiên cứu và lựa chọn thật kỹ càng chủ đề trước khi bàn giao nhiệm
vụ học tập cho học sinh
Trang 6Cách thức tổ chức: Giáo viên nghiên cứu trước các vấn đề thực tiễn và
phù hợp với nội dung bài dạy, phù hợp với kiến thức học sinh đã học Từ đó dẫndắt học sinh vào vấn đề và giao nhiệm vụ học tập cho học sinh
Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp
Trong hoạt động này, học sinh thực hiện các hoạt động tích cực, tự lựcdưới sự hướng dẫn của giáo viên Trong bài học STEM sẽ không còn các "tiếthọc" thông thường mà ở đó giáo viên "giảng dạy" kiến thức mới cho học sinh.Thay vào đó, học sinh phải 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 học sinh hoàn thànhbản thiết kế thì đồng thời học sinh cũng đã học được kiến thức mới theo chươngtrình môn học tương ứng, thậm chí là nhiều môn học liên quan theo hướng liênmôn
Cách thứ tổ chức: Sau khi giáo viên giao nhiệm vụ học tập, học sinh sẽ
nghiên cứu sách giáo khoa, tài liệu, làm thí nghiệm (cá nhân, hoặc theo nhóm);Báo cáo, thảo luận; Giáo viên điều hành, "chốt" kiến thức mới và hỗ trợ cho họcsinh đưa ra đề xuất/giải pháp thiết kế mẫu thử nghiệm
Hoạt động 3: Lựa chọn giải pháp
Trong hoạt động này, học sinh được tổ chức để trình bày, giải thích vàbảo vệ bản thiết kế kèm theo thuyết minh (sử dụng kiến thức mới học và kiếnthức đã có, có thể từ nhiều môn học); Đó là sự thể hiện cụ thể của giải pháp giảiquyết vấn đề Dưới sự trao đổi, góp ý của các bạn và giáo viên, học sinh tiếp thuhoàn thiện (có thể thay đổi để đảm bảo tính khả thi) bản thiết kế trước khi tiếnhành chế tạo, thử nghiệm
Cách thức tổ chức: Học sinh (các nhân hay nhóm) báo cáo các giải
pháp/thiết kế để lựa chọn và hoàn thiện Giáo viên điều hành, nhận xét, đánh giá
và hỗ trợ học sinh lựa chọn giải pháp/thiết kế mẫu thử nghiệm Lưu ý rằng, giáoviên chỉ đóng vai trò hỗ trợ và tuân theo nguyên tắc "mọi ý kiến đều được tiếpthu", việc lựa chọn đó là hợp lý hay chưa hợp lý sẽ được học sinh tự rút ra trongquá trình thử nghiệm và chế tạo thử Nhưng để tránh cho học sinh quá sa đà vàonhững lựa chọn chưa hợp lý thì giáo viên vẫn cần phải gợi ý, hỗ trợ Muốn đượcnhư vậy theo kinh nghiệm của bản thân, thì giáo viên phải là người tự tay thựchiện các quá trình làm ra mô hình/sản phẩm trước để biết và giải quyết được cácvẫn đề gặp phải trong quá trình thực hiện
Hoạt động 4: Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá
Trong hoạt động này, học sinh tiến hành chế tạo mẫu theo bản thiết kế đãlựa chọn; trong quá trình chế tạo đồng thời phải tiến hành thử nghiệm và đánhgiá từ đó học sinh có thể điều chỉnh thiết kế ban đầu để đảm bảo mẫu chế tạo làkhả thi
Cách thức tổ chức: Học sinh (các nhân hay nhóm) tiến hành tại nhà hoặc
trên phòng thí nghiệm hay STEM lab Giáo viên hỗ trợ học sinh trong quá trìnhthực hiện
Trang 7
Hoạt động 5: Trình bày sản phẩm, chia sẻ, thảo luận và điều chỉnh
Trong hoạt động này, học sinh được tổ chức để trình bày sản phẩm họctập đã hoàn thành; trao đổi, thảo luận, đánh giá để tiếp tục điều chỉnh, hoànthiện
Cách thức tổ chức: Học sinh (các nhân hay nhóm) tiến hành báo cáo, thảo
luận (bài báo cáo, trình chiếu, video, dụng cụ/thiết bị/mô hình … ) theo các hìnhthức phù hợp (trưng bày, triển lãm …); Giáo viên đánh giá theo các tiêu chí vàthang đánh giá; kết luận, cho điểm và định hướng tiếp tục hoàn thiện
2.2 Thiết kế một bài học STEM
Trên cơ sở tiến trình của một bài học STEM với 5 hoạt động cụ thể nhưtrên, giáo viên có thể thiết kế một bài học STEM theo một số cách trình bàysau:
1 Theo tài liệu tập huấn STEM của Bộ GD&ĐT năm 2019
Trang 8
2 Theo nhóm tác giả Trần Trung Ninh, ĐH Sư phạm Hà Nội
3 Theo nhóm tác giả ĐH Sư phạm Thái Nguyên
Trong nội dung của đề tài này, tôi sẽ thiết kế một bài học theo cách trìnhbày của nhóm tác giả thuộc ĐH Sư phạm Thái Nguyên do có cấu trúc bám sáttheo hướng dẫn của Bộ GD&ĐT năm 2019 và các nội dung của bài học đượctrình bày khá rõ ràng và diễn giải dễ hiểu hơn
Trang 9
3 Minh họa một bài học STEM
CHỦ ĐỀ : MÁY IN TRÊN BỀ MẶT KIM LOẠI
1 Thông tin chung về bài học
1.1 Tên bài học : MÁY IN TRÊN BỀ MẶT KIM LOẠI
1.2 Mục tiêu bài học
1.2.1 Kiến thức
− Biết được các ứng dụng của dòng điện trong chất điện phân
− Trình bày được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của mạch chỉnh lưu
Đi-ốt bán dẫn
− Viết được các phương trình ô xi hóa và khử trên các điện cực trong quátrình điện phân
− Kiểm tra định tính lại định luật Fa-ra-đây trong quá trình điện phân
− Ứng dụng và nguyên lý làm việc của máy biến áp
− Ứng dụng và nguyên lý của mạch ổn áp bằng Tranzito
1.2.2 Kỹ năng
− Thiết kế được sơ đồ mạch điện, đo được điện áp và cường độ dòng điện
− Làm được việc theo nhóm: có phân chia công việc, hoàn thành nhiệm vụhọc tập đúng thời gian quy định
− Trình bày được kết quả thực hiện nhiệm vụ, khó khăn trong quá trìnhchế tạo thiết bị
1.2.3 Thái độ
− Tuân thủ các quy định về an toàn trong chế tạo thiết bị
− Ý thức trách nhiệm về nhiệm vụ cá nhân, nhiệm vụ nhóm
− Có tinh thần ham học hỏi, tìm tòi kiến thức, yêu khoa học
1.3 Kiến thức thuộc lĩnh vực STEM
• Khoa học: Bản chất của dòng điện trong chất điện phân và các hiện
tượng xảy ra trên các điện cực
• Công nghệ: Các linh kiện điện tử, mạch chỉnh lưu dòng điện.
• Kỹ thuật: Sơ đồ cấu tạo mạch chỉnh lưu Đi-ốt bán dẫn, quy trình chế tạo
và lắp rắp thiết bị, kỹ thuật hàn mạch …
• Vật lý và Toán học: Xác định được dòng điện và điện áp ra của thiết bị,
phép thống kê toán học, …
1.4 Chuẩn bị
1.4.1 Chuẩn bị của giáo viên
− Laptop, máy chiếu
− Tụ điện, điện trở, Đi-ốt, phíp đồng, dụng cụ hàn thiếc …
− Máy biến áp 220VAC to 12VAC hoặc 220VAC to 6VAC
Trang 10
− Tài liệu dạy học kiến thức nền gồm: Vật lý 11 phần dòng điện trong chấtđiện phân; Hóa học 10 phần phản ứng ô xi hóa khử và Công nghệ 12 phầnmạch điện tử chỉnh lưu nguồn 1 chiều
1.4.2 Chuẩn bị của học sinh
− Đọc tài liệu dạy học Vật lý 11 phần dòng điện trong chất điện phân; Vật
lý và Công nghệ 12 phần Máy biến áp; Hóa học 10 phần phản ứng ô xi hóakhử và Công nghệ 12 phần mạch điện tử chỉnh lưu nguồn 1 chiều
2.2 Nhiệm vụ giao cho HS
− Nêu được phương án để in được chữ trên bề mặt của chiếc cốc inox nóiriêng và bề mặt các kim loại khác nói chung
− Phương án phải dựa trên các kiến thức phổ thông mà các em đã được học
Trang 11
TIẾT 1 GIAO, NHẬN NHIỆM VỤ Hoạt động 1 Khởi động (10 phút)
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
GV đưa ra tình huống: Lớp 12A1 (giả
định) muốn tặng một món quà cho các
giáo viên trong buổi lễ tri ân là chiếc cốc
giữ nhiệt bằng inox Nhưng để có ý nghĩa
hơn thì một bạn đề xuất in chữ lên chiếc
Hoạt động 2 Đề xuất giải pháp, thảo luận (15 phút)
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
- Làm sao để thực hiện vấn đề này?
- Trong các phương án trên, phương án
nào hiệu quả nhất?
- GV chốt phương án: Chế tạo máy in
trên bề mặt kim loại áp dụng dòng điện
trong chất điện phân
- Sơn mầu, in laser, ăn mòn điện hóa
…
- Phân tích ưu, nhược điểm của từngphương án: Sơn mầu thì không bền,
in laser thì quá đắt và khó thực hiện,
ăn mòn điện hóa dựa vào hiện tượngđiện phân là có thể thực hiện được
và phù hợp với yêu cầu là dựa trênnhững kiến thức mà học sinh đãđược học
- Nhận nhiệm vụ thiết kế và chế tạomáy in trên bề mặt kim loại dựa trêndòng điện trong chất điện phân
Trang 12
Hoạt động 3 Trang bị kiến thức nền (10 phút)
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
- GV giúp HS ôn lại kiến thức nền bằng
cách yêu cầu HS trả lời các câu hỏi sau:
+ Dòng điện trong chất điện phân là gì?
+ Để bình điện phân hoạt động thì ta phải
dùng nguồn điện một chiều hay xoay
chiều?
+ Làm thế nào để có nguồn điện một
chiều dùng cho quá trình điện phân?
+ Dòng điện trong chất điện phân làdòng chuyển dời có hướng của cácion âm và ion dương Do đó dungdịch điện phân phải là các dung dịch
có tính điện ly như: muối, a-xít, zơ
ba-+ Để bình điện phân hoạt động thì taphải dùng nguồn điện một chiều
+ Nguồn điện một chiều có thể làpin, ac-quy, hay từ việc chỉnh lưu từdòng điện xoay chiều Và để hoạtđộng được ổn định và trong thời giandài thì chúng ta sẽ chọn phương ánchỉnh lưu dòng điện 220V xoaychiều (AC) thành dòng 12V mộtchiều (DC) Có 2 phương án thiết kếmạch chỉnh lưu : Có biến áp vàkhông có biến áp (Các nhóm tự lựachọn phương án phù hợp)
Hoạt động 4 Lập kế hoạch (10 phút)
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
- GV yêu cầu HS lập kế hoạch thực hiện
