Tổ chức dạy học nội dung các định luật bảo toàn chương trình gdpt 2018 theo định hướng giáo dục stem nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo của học sinh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Phạm Y Vân TỔ CHỨC DẠY HỌC NỘI DUNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” CHƯƠNG TRÌNH GDPT 2018 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM NHẰM PHÁT TRIỂN NĂ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Phạm Y Vân

TỔ CHỨC DẠY HỌC NỘI DUNG “CÁC ĐỊNH

LUẬT BẢO TOÀN” (CHƯƠNG TRÌNH GDPT

2018) THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM

NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT

VẤN ĐỀ VÀ SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

Thành phố Hồ Chí Minh - 2022

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Phạm Y Vân

TỔ CHỨC DẠY HỌC NỘI DUNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” (CHƯƠNG TRÌNH GDPT 2018) THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ VÀ SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH

Chuyên ngành: Lý luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lý

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS TƯỞNG DUY HẢI

Thành phố Hồ Chí Minh - 2022

luận văn thạc sĩ chuyên ngành Lý luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lý với đề tài “Tổ chức dạy học nội dung "Các định luật bảo toàn" (Chương trình GDPT 2018) theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo của học sinh” là công trình nghiên cứu của riêng tôi, mọi số liệu cũng như các kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong bất kì công trình nào

Trong quá trình nghiên cứu thực hiện luận văn này, tôi đã kế thừa những thành tựu của các nhà khoa học với lòng biết ơn trân trọng

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 01 năm 2022

Học viên

Phạm Y Vân

khoa học giáo dục: “Tổ chức dạy học nội dung "Các định luật bảo toàn" (Chương trình GDPT 2018) theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo của học sinh”

Trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn, tôi nhận được sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của Thầy cô, nhà trường, gia đình, bạn bè và học sinh Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy cô khoa Vật lý, các Thầy cô trong tổ Phương pháp giảng dạy Vật lý, phòng Sau đại học trường đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập

Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy - TS Tưởng Duy Hải đã tận tình hướng dẫn

và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Tôi xin cảm ơn Ban Giám Hiệu trường THPT Nguyễn Trung Trực quận Gò Vấp, thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cho tôi thực nghiệm tại trường, cảm

ơn học sinh lớp 10A6 năm học 2020 - 2021 đã hợp tác, hỗ trợ tôi trong suốt quá trình thực nghiệm

Tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè và các anh chị lớp cao học K30.2 luôn bên cạnh, động viên và giúp đỡ để tôi có động lực hoàn thành luận văn

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 01 năm 2022

Học viên

Phạm Y Vân

Lời cam đoan

Lời cảm ơn

Mục lục

Danh mục các chữ viết tắt

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ VÀ SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH 6

1.1 Định hướng đổi mới giáo dục hiện nay 6

1.2 Tổng quan giáo dục STEM 6

1.2.1 Một số quan niệm về giáo dục STEM 6

1.2.2 Mục tiêu giáo dục STEM 9

1.2.3 Vai trò, ý nghĩa của giáo dục STEM 10

1.2.4 Các hình thức tổ chức giáo dục STEM 10

1.2.5 Cơ hội thực hiện giáo dục STEM trong môn Vật lý 11

1.2.6 Bài học STEM 13

1.3 Tổng quan về năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo 20

1.3.1 Năng lực 20

1.3.2 Một số năng lực cần phát triển cho học sinh trung học phổ thông 21

1.3.3 Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo 22

1.3.4 Cấu trúc của năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo 23

1.3.5 Các mức độ biểu hiện của năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo 28

1.3.6 Cơ hội phát triển năng lực GQVĐ và ST trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM cho HS 33

1.3.7 Quy trình đánh giá năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo 35

1.3.8 Công cụ đánh giá năng lực GQVĐ và ST của HS 36

1.4.1 Mục đích khảo sát 37

1.4.2 Đối tượng khảo sát 37

1.4.3 Phương pháp khảo sát 37

1.4.4 Kết quả khảo sát 37

Kết luận chương 1 47

Chương 2 XÂY DỰNG TIẾN TRÌNH DẠY HỌC NỘI DUNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” (CHƯƠNG TRÌNH GDPT 2018) THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ VÀ SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH 48

2.1 Cấu trúc và yêu cầu cần đạt nội dung “Các định luật bảo toàn” trong chương trình GDPT 48

2.1.1 Cấu trúc nội dung “Các định luật bảo toàn” trong chương trình GDPT 48

2.1.2 Yêu cầu cần đạt khi học nội dung “Các định luật bảo toàn” 50

2.2 Sự phù hợp của dạy học nội dung “Các định luật bảo toàn” (Chương trình GDPT 2018) theo định hướng giáo dục STEM 55

2.3 Xây dựng tiến trình dạy học bài học STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo của học sinh 56

2.3.1 Xây dựng tiến trình dạy học bài học STEM “Chế tạo tên lửa nước” 56

2.3.2 Xây dựng tiến trình dạy học bài học STEM “Chế tạo xe thế năng” 81

2.4 Xây dựng công cụ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo của học sinh trong dạy học nội dung “Các định luật bảo toàn” theo định hướng giáo dục STEM 105

2.4.1 Xây dựng công cụ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo của học sinh trong dạy học nội dung “Các định luật bảo toàn” 105

2.4.2 Thiết kế các phiếu tự đánh giá và đánh giá đồng đẳng năng lực GQVĐ và ST của HS 114

2.4.3 Biên bản hoạt động nhóm 119

Kết luận chương 2 121

3.1.1 Mục đích của TNSP 122

3.1.2 Nhiệm vụ của TNSP 122

3.2 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 122

3.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 123

3.3.1 Chọn mẫu thực nghiệm 123

3.3.2 Thu thập dữ liệu 123

3.4 Những thuận lợi và khó khăn trong quá trình thực nghiệm 123

3.4.1 Những thuận lợi trong quá trình thực nghiệm 123

3.4.2 Những khó khăn trong quá trình thực nghiệm 123

3.5 Kế hoạch thực nghiệm sư phạm 123

3.6 Kết quả thực nghiệm sư phạm 124

3.6.1 Phân tích diễn biến thực nghiệm sư phạm 124

3.6.2 Đánh giá kết quả thực nghiệm 137

Kết luận chương 3 157

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 158

TÀI LIỆU THAM KHẢO 160 PHỤ LỤC PL1

Bảng 1.2 Minh họa về bài học STEM trong dạy học môn Vật lý 13 Bảng 1.3 Năng lực GQVĐ và ST theo chương trình tổng thể 24 Bảng 1.4 Chỉ số hành vi và biểu hiện của năng lực GQVĐ và ST 27 Bảng 1.5 Rubric đánh giá năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo của

học sinh 29 Bảng 1.6 Bảng mô tả các năng lực thành phần của năng lực GQVĐ và ST

trong tiến trình dạy học bài học STEM 34 Bảng 1.7 Thực trạng GV dạy học theo định hướng giáo dục STEM trong

môn Vật lý 39 Bảng 1.8 Những khó khăn của GV trong dạy học theo định hướng giáo dục

STEM môn Vật lý 39 Bảng 1.9 Những ưu điểm mang lại cho HS khi tổ chức dạy học theo định

hướng giáo dục STEM môn Vật lý 40 Bảng 1.10 Các hoạt động Thầy (Cô) đã tổ chức cho HS trong môn Vật lý 41 Bảng 1.11 Thực trạng HS vận dụng kiến thức Vật lý trong học tập 42 Bảng 1.12 Những biểu hiện của năng lực GQVĐ và ST của HS THPT trong

dạy học Vật lý theo định hướng giáo dục STEM 43 Bảng 1.13 Tính khả thi của các phương pháp đánh giá năng lực GQVĐ và

ST của học sinh 44 Bảng 1.14 Những kĩ năng của HS được rèn luyện trong quá trình học 45 Bảng 2.1 Chuẩn kiến thức, kĩ năng theo chương trình Vật lý hiện hành 50 Bảng 2.2 Nội dung và yêu cầu cần đạt của nội dung “Các định luật bảo

toàn” trong chương trình GDPT môn Vật lý 2018 52 Bảng 2.3 Bảng thời lượng thực hiện trong chương trình Vật lý 55 Bảng 2.4 Bảng Rubric đánh giá năng lực GQVĐ và ST của HS trong bài

học STEM “Chế tạo tên lửa nước” 105 Bảng 2.5 Phiếu tự đánh giá năng lực GQVĐ và ST của HS trong bài học

STEM “Chế tạo tên lửa nước” 115

Bảng 2.7 Biên bản hoạt động nhóm 119

Bảng 3.1 Số liệu ban đầu của lớp thực nghiệm 122

Bảng 3.2 Kế hoạch thực nghiệm sư phạm 124

Bảng 3.3 Bảng chia nhóm thực nghiệm 125

Bảng 3.4 Các giải pháp đề xuất của các nhóm 126

Bảng 3.5 Các giải pháp đề xuất của các nhóm 133

Bảng 3.6 Tiêu chí đánh giá kết quả thực nghiệm 137

Bảng 3.7 Thống kê số lượng HS và tần suất hội tụ lùi ứng với từng mức độ của hành vi 1.1 qua các bài học STEM 139

Bảng 3.8 Thống kê số lượng HS và tần suất hội tụ lùi ứng với từng mức độ của hành vi 1.2 qua các bài học STEM 140

Bảng 3.9 Thống kê số lượng HS và tần suất hội tụ lùi ứng với từng mức độ của hành vi 2.1 qua các bài học STEM 141

Bảng 3.10 Thống kê số lượng HS và tần suất hội tụ lùi ứng với từng mức độ của hành vi 2.2 qua các bài học STEM 142

Bảng 3.11 Thống kê số lượng HS và tần suất hội tụ lùi ứng với từng mức độ của hành vi 3.1 qua các bài học STEM 143

Bảng 3.12 Thống kê số lượng HS và tần suất hội tụ lùi ứng với từng mức độ của hành vi 3.2 qua các bài học STEM 144

Bảng 3.13 Thống kê số lượng HS và tần suất hội tụ lùi ứng với từng mức độ của hành vi 4.1 qua các bài học STEM 145

Bảng 3.14 Thống kê số lượng HS và tần suất hội tụ lùi ứng với từng mức độ của hành vi 4.2 qua các bài học STEM 146

Bảng 3.15 Thống kê số lượng HS và tần suất hội tụ lùi ứng với từng mức độ của hành vi 4.3 qua các bài học STEM 147

Bảng 3.16 Thống kê số lượng HS và tần suất hội tụ lùi ứng với từng mức độ của hành vi 5.1 qua các bài học STEM 148

Bảng 3.18 Thống kê số lượng HS và tần suất hội tụ lùi ứng với từng mức độ

của hành vi 5.3 qua các bài học STEM 150 Bảng 3.19 Thống kê số lượng HS và tần suất hội tụ lùi ứng với từng mức độ

của hành vi 5.4 qua các bài học STEM 151 Bảng 3.20 Thống kê số lượng HS và tần suất hội tụ lùi ứng với từng mức độ

của hành vi 6.1 qua các bài học STEM 152 Bảng 3.21 Thống kê số lượng HS và tần suất hội tụ lùi ứng với từng mức độ

của hành vi 6.2 qua các bài học STEM 153 Bảng 3.22 Kết quả khảo sát mức độ biểu hiện của HS trong TNSP 155

Hình 1.2 Tiêu chí xây dựng bài học STEM 13

Hình 1.3 Chu trình STEM 14

Hình 1.4 Tiến trình dạy học bài học STEM 16

Hình 1.5 Các năng lực của học sinh trung học phổ thông 21

Hình 1.6 Thành phần của năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo 26

Hình 1.7 Quy trình đánh giá năng lực học sinh 35

Hình 1.8 Nhận thức của giáo viên về giáo dục STEM 38

Hình 1.9 Mức độ quan trọng giáo dục STEM trong dạy học môn Vật lý 38

Hình 1.10 Mức độ quan tâm của GV đối với giáo dục STEM 38

Hình 1.11 Nhận thức của HS về giáo dục STEM 41

Hình 1.12 Thực trạng học sinh tiếp cận với giáo dục STEM 41

Hình 1.13 Thực trạng phát triển được năng lực GQVĐ và ST cho HS thông qua giáo dục STEM 42

Hình 1.14 Tầm quan trọng của việc phát triển năng lực GQVĐ và ST cho HS 42

Hình 1.15 Thực trạng HS vận dụng những kiến thức Vật lý để giải quyết những tình huống thực tiễn 45

Hình 2.1 Cấu trúc nội dung “Các định luật bảo toàn” trong chương trình Vật lý hiện hành (2006) 48

Hình 2.2 Cấu trúc nội dung “Các định luật bảo toàn” trong chương trình GDPT môn Vật lý 2018 49

Hình 2.3 Phân tích nội dung “Các định luật bảo toàn” trong chương trình GDPT môn Vật lý 54

Hình 2.4 Robert H.Goddard và tên lửa của ông 57

Hình 2.5 Nguyên lý hoạt động tên lửa nước 58

Hình 2.6 Sơ đồ tiến trình dạy học bài học STEM “Chế tạo tên lửa nước” 60

Hình 2 7 Chuyển động bằng phản lực 62

Hình 2.8 Mô hình tên lửa nước 62

Hình 2.9 Xe thế năng 82

Hình 3.2 HS tham gia bài học STEM “Chế tạo xe thế năng” 136

Hình 3.3 Đồ thị tần số tích lũy của hành vi 1.1 139

Hình 3.4 Đồ thị tần số tích lũy của hành vi 1.2 140

Hình 3.5 Đồ thị tần số tích lũy của hành vi 2.1 141

Hình 3.6 Đồ thị tần số tích lũy của hành vi 2.2 142

Hình 3.7 Đồ thị tần số tích lũy của hành vi 3.1 143

Hình 3.8 Đồ thị tần số tích lũy của hành vi 3.2 144

Hình 3.9 Đồ thị tần số tích lũy của hành vi 4.1 146

Hình 3.10 Đồ thị tần số tích lũy của hành vi 4.2 147

Hình 3.11 Đồ thị tần số tích lũy của hành vi 4.3 148

Hình 3.12 Đồ thị tần số tích lũy của hành vi 5.1 149

Hình 3.13 Đồ thị tần số tích lũy của hành vi 5.2 150

Hình 3.14 Đồ thị tần số tích lũy của hành vi 5.3 151

Hình 3.15 Đồ thị tần số tích lũy của hành vi 5.4 152

Hình 3 16 Đồ thị tần số tích lũy của hành vi 6.1 153

Hình 3 17 Đồ thị tần số tích lũy của hành vi 6.2 154

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Theo nghị quyết Hội nghị Trung ương 8 khóa 12 về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo, chương trình giáo dục Việt Nam xác định nhiệm vụ:

“Cuộc cách mạng về phương pháp giáo dục phải hướng vào người học, rèn luyện

và phát triển khả năng giải quyết vấn đề một cách năng động, độc lập sáng tạo ngay trong quá trình học tập ở nhà trường phổ thông Áp dụng những phương pháp

giáo dục hiện đại để bồi dưỡng cho học sinh năng lực tư duy sáng tạo, năng lực

giải quyết vấn đề” Với vai trò quan trọng đó, trong chương trình tổng thể của

chương trình giáo dục phổ thông (GDPT) năm 2018 đã đưa năng lực giải quyết vấn

đề và sáng tạo vào năng lực chung cần được hình thành và phát triển cho học sinh (Bộ Giáo dục và Đào tạo, 2018)

Vấn đề đặt ra đối với giáo dục là không ngừng đổi mới về nội dung và phương pháp dạy học phù hợp với yêu cầu phát triển của đất nước, xu thế của thời đại Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Chỉ thị số 16/CT-TTg về việc tăng cường năng lực

tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 trong đó có nội dung “Thúc đẩy

triển khai giáo dục về khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học (STEM) trong chương trình giáo dục phổ thông”.(Thủ tướng chính phủ, 2017)Không chỉ riêng

Việt Nam, các nước khác cũng có những điều chỉnh về giáo dục trong xu thế phát

triển kinh tế toàn cầu, ví dụ như Mỹ Trước bối cảnh đó, giáo dục STEM là một xu

hướng giáo dục mới Và giáo dục STEM sẽ phá đi khoảng cách giữa lý thuyết hàn lâm và thực tiễn, tạo ra những con người có năng lực làm việc tốt trong môi trường làm việc có tính sáng tạo cao với những công việc đòi hỏi trí óc của thế kỷ 21 Điều này phù hợp với cách tiếp cận tích hợp trong chương trình GDPT mới Vì thế, tư tưởng này của giáo dục STEM cần được khai thác và đưa vào áp dụng trong chương trình GDPT mới

Vật lý là một môn khoa học tự nhiên không chỉ cung cấp cho người học sự hiểu biết các hiện tượng tự nhiên, kĩ thuật mà còn là môn học giúp người học phát triển năng lực tư duy, sáng tạo thông qua những suy luận có tính logic, tính ứng dụng trong đời sống Qua quá trình nghiên cứu và giảng dạy chương trình Vật lý 10,

chúng tôi thấy nội dung “Các định luật bảo toàn” có rất nhiều ứng dụng trong đời sống và kĩ thuật Giáo viên có thể tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM cho các nhóm tự thiết kế, sáng tạo các sản phẩm và vận dụng lý thuyết đã học vào đời sống, giúp cho học sinh hiểu kiến thức sâu sắc và bền vững hơn

Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài “Tổ chức

dạy học nội dung "Các định luật bảo toàn" (Chương trình GDPT 2018) theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo của học sinh”

* Lịch sử nghiên cứu của đề tài:

Tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM đã và đang được nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu Một số tài liệu như sách “Giáo dục STEM cho nhà trường phổ thông” của Nguyễn Văn Biên và Tưởng Duy Hải (đồng chủ biên), sách “Thiết

kế và tổ chức dạy học chủ đề STEM cho học sinh trung học cơ sở và trung học phổ thông” của tiến sĩ Nguyễn Thanh Nga (chủ biên), bộ sách “Hoạt động giáo dục STEM lớp 10, 11, 12” của Bộ Giáo dục và Đào tạo, sách “Hướng dẫn thực hiện một

số kế hoạch dạy học chủ đề giáo dục STEM ở trường trung học cơ sở và THPT” của tiến sĩ Nguyễn Thanh Nga (chủ biên), trong đó trình bày các hình thức tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM và các loại hình nghiên cứu dựa trên tiến trình nghiên cứu khoa học trong dạy học như: nghiên cứu mô tả, nghiên cứu giải thích, nghiên cứu thiết kế Một số đề tài “Tổ chức dạy học chương Các định luật bảo toàn Vật lý 10 theo định hướng giáo dục STEM” của tác giả Huỳnh Thị Mỹ Duyên (2019), đề tài “Xây dựng và tổ chức dạy học một số kiến thức chương “Các định luật bảo toàn” Vật lý lớp 10 theo định hướng giáo dục STEM” của tác giả Hà Cẩm

Ân (2019), đề tài “Xây dựng và sử dụng một số chủ đề STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho học sinh lớp 10 trung học phổ thông của Trần Thế Sang (2019), trong đó các đề tài trình bày các bài học STEM gắn liền với thực tiễn, mỗi bài học được thiết kế chi tiết, cụ thể từng bước của dạy học theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển các kĩ năng của thế kỉ 21 và năng lực giải quyết vấn đề của học sinh

Nhìn chung, các nghiên cứu đã đề cập một cách chung nhất về cơ sở lý luận và tiến trình tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM ở trường phổ thông Tuy nhiên, chưa có tác giả nào nghiên cứu đề tài “Tổ chức dạy học nội dung “Các định luật bảo toàn” (Chương trình GDPT 2018) theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo của học sinh”

2 Mục đích nghiên cứu

Tổ chức dạy học một số kiến thức thuộc nội dung "Các định luật bảo toàn"

(Chương trình GDPT 2018) theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo của học sinh

3 Giả thuyết khoa học

Nếu tổ chức dạy học một số kiến thức thuộc nội dung "Các định luật bảo toàn"

(Chương trình GDPT 2018) theo định hướng giáo dục STEM thì có thể phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho học sinh

4 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu

 Đối tượng nghiên cứu: Hoạt động dạy và học theo định hướng giáo dục

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

 Nhiệm vụ 1: Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn cho đề tài

- Nghiên cứu dạy học theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực GQVĐ và ST của học sinh trong chương trình GDPT 2018

- Nghiên cứu cơ sở lý luận giáo dục STEM, năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo

- Xây dựng cách đánh giá năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo của học sinh

- Tìm hiểu thực trạng dạy học theo định hướng giáo dục STEM của GV và thực trạng phát triển năng lực GQVĐ và ST của HS ở trường phổ thông

 Nhiệm vụ 2: Xây dựng và tổ chức dạy học nội dung "Các định luật bảo

toàn" (Chương trình GDPT 2018) theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo của học sinh

- Xác định các yêu cầu cần đạt nội dung “Các định luật bảo toàn” (Chương trình GDPT 2018)

- Xây dựng tiến trình dạy học nội dung “Các định luật bảo toàn” (Chương trình GDPT 2018) theo định hướng giáo dục STEM

- Đánh giá năng lực GQVĐ và ST của HS qua các nội dung, đánh giá sản phẩm và hoạt động của HS qua từng hoạt động theo định hướng giáo dục STEM

 Nhiệm vụ 3: Thực nghiệm sư phạm

- Đánh giá tính khả thi của việc tổ chức dạy học nội dung "Các định luật bảo

toàn" (Chương trình GDPT 2018) theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực GQVĐ và ST của học sinh

- Thu thập và xử lý kết quả thực nghiệm, rút ra kết luận

- Sửa đổi, bổ sung, hoàn thiện để có thể vận dụng linh hoạt mô hình này vào thực tiễn dạy học một số nội dung khác thuộc chương trình Vật lý THPT

6 Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng một số phương pháp nghiên cứu sau:

- Phương pháp nghiên cứu lý luận: Sưu tầm, đọc tài liệu, nghiên cứu các văn bản liên quan đến vấn đề nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Quan sát, khảo sát bằng phiếu hỏi, tổng kết kinh nghiệm

- Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Tiến hành dạy học thực nghiệm ở trường THPT theo tiến trình, phương pháp và hình thức tổ chức dạy học đã đề xuất

Từ đó phân tích các hoạt động nhận thức của HS lớp học thực nghiệm

- Phương pháp xử lý thông tin: Phương pháp thống kê toán học để phân tích, đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm

7 Những đóng góp mới, ý nghĩa khoa học hoặc thực tiễn

- Góp phần hệ thống hóa cơ sở lý luận và cơ sở thực tiễn về dạy học theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực GQVĐ và ST cho học sinh

- Đề xuất tiến trình dạy học nội dung “Các định luật bảo toàn” (Chương trình

GDPT 2018) theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực GQVĐ và

ST của HS

- Kết quả nghiên cứu của luận văn làm tài liệu tham khảo, nghiên cứu về giáo dục STEM và vận dụng vào dạy học nội dung “Các định luật bảo toàn” (Chương trình GDPT 2018) theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực GQVĐ và ST của học sinh

8 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, luận văn gồm 3 chương:

Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn của dạy học theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo của học sinh

Chương 2: Xây dựng tiến trình dạy học nội dung “Các định luật bảo toàn” (Chương trình GDPT 2018) theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo của học sinh

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

Chương 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN

CỦA DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

VÀ SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH 1.1 Định hướng đổi mới giáo dục hiện nay

Trong những năm gần đây, giáo dục STEM được xem là một bước đi quyết liệt trong cuộc đổi mới giáo dục phổ thông của nhiều nước trong đó có Việt Nam Hiện nay, các nhà giáo dục đề xuất rằng để cho ra một sản phẩm, chúng ta ngoài tích hợp các kiến thức STEM (Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật, Toán học) mà phải cần có tư duy thiết kế, sáng tạo trong quá trình chế tạo sản phẩm và giải quyết vấn

đề trong học tập và cuộc sống (Yakman, 2012)

Giáo dục định hướng phát triển năng lực người học đã trở thành xu hướng giáo dục quốc tế Có thể nói, hình thành và phát triển năng lực người học là mục tiêu cuối cùng của quá trình dạy học, trong đó cần chú trọng năng lực vận dụng tri thức đã lĩnh hội được để giải quyết thành công các tình huống do cuộc sống đặt ra

Như vậy, trong chương trình tổng thể của chương trình GDPT 2018 đã đưa ra

các năng lực chung và các năng lực đặc thù cho các môn học/hoạt động giáo dục,

trong đó đề cập năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo là một trong nhóm năng lực

chung cần được hình thành và phát triển cho học sinh trong quá trình dạy học nói

chung và trong quá trình dạy học Vật lý nói riêng Tương tự, giáo dục STEM được

thể hiện cụ thể trong chương trình tổng thể của chương trình GDPT 2018, trong các môn khoa học, toán, công nghệ, tin học theo định hướng giáo dục tích hợp, phát triển năng lực cho học sinh Đây là các điểm mới, nổi bật trong giáo dục ở chương trình giáo dục phổ thông mới (Bộ Giáo dục và Đào tạo, 2018a)

1.2 Tổng quan giáo dục STEM

1.2.1 Một số quan niệm về giáo dục STEM

STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công

nghệ), Engineering (Kĩ thuật), Mathematics (Toán học) Thuật ngữ STEM ban đầu

được sử dụng khi bàn đến các chính sách phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ

thuật và Toán học của Hoa Kỳ Thuật ngữ này lần đầu tiên được giới thiệu bởi Quỹ

khoa học Hoa Kỳ (NSF) vào năm 2001 chỉ đơn giản là cách viết tắt thay cho các

lĩnh vực này

Hiện nay thuật ngữ STEM được dùng trong hai ngữ cảnh khác nhau đó là ngữ

cảnh giáo dục và ngữ cảnh nghề nghiệp: (Nguyễn Thanh Nga (Chủ biên), Phùng

Việt Hải, Nguyễn Quang Linh, Hoàng Phước Muội, 2019)

- Đối với ngữ cảnh giáo dục, STEM nhấn mạnh đến sự quan tâm của nền giáo

dục đối với các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học Quan tâm đến

việc tích hợp các môn học trên gắn với thực tiễn để nâng cao năng lực cho người học

- Đối với ngữ cảnh nghề nghiệp, STEM được hiểu là nghề nghiệp các lĩnh vực

Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học

Hiện nay, giáo dục STEM được nhiều tổ chức, nhà giáo dục quan tâm nghiên

cứu Do đó, quan niệm về giáo dục STEM cũng có các cách hiểu khác nhau Có ba

cách hiểu chính về giáo dục STEM hiện nay là: (Nguyễn Văn Biên et al., 2020)

- Giáo dục STEM là sự quan tâm đến các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật

và Toán học Đây cũng là quan niệm về giáo dục STEM của Bộ Giáo dục Hoa Kỳ

“Giáo dục STEM là một chương trình nhằm cung cấp hỗ trợ, tăng cường, giáo dục

Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học ở tiểu học và trung học cho đến bậc sau

đại học” Đây là cách hiểu theo nghĩa rộng khi nói về giáo dục STEM Với cách

hiểu này cứ tổ chức dạy học các môn thuộc lĩnh vực STEM thì có nghĩa là giáo dục

STEM

- Giáo dục STEM là định hướng tích hợp (liên môn) của bốn lĩnh vực/môn học

Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học Theo nhóm tác giả Tsupros N., Kohler

R., Hallinen J (2009) định nghĩa “Giáo dục STEM là một phương pháp học tập tiếp

cận liên ngành, ở đó những kiến thức hàn lâm được kết hợp chặt chẽ với các bài học

thực tế thông qua việc HS được áp dụng những kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kĩ

thuật và Toán học vào trong những bối cảnh cụ thể tạo nên sự kết nối giữa nhà

trường, cộng đồng và các doanh nghiệp cho phép người học phát triển những kĩ

năng STEM và tăng khả năng cạnh tranh trong nền kinh tế mới” Với cách hiểu này

người ta phải dùng thuật ngữ dài hơn để diễn tả là “giáo dục tích hợp STEM” (Tsupros N., Kohler R., Hallinen J., 2009)

- Giáo dục STEM là tích hợp từ ít nhất hai lĩnh vực/môn học về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên Theo quan niệm này, tác giả Sanders định nghĩa “Giáo dục STEM là mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp học sinh áp dụng các kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học vào giải quyết một số vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể” (Sanders, 2009)

Trong ngữ cảnh giáo dục và trên bình diện thế giới, STEM được hiểu với nghĩa là giáo dục STEM trong đó: (Nguyễn Thanh Nga et al., 2019)

Science (Khoa học): Là lĩnh vực nhằm phát triển khả năng vận dụng các kiến

thức, kĩ năng khoa học (Vật lý, Hóa học, Sinh học và Khoa học trái đất) của HS, không chỉ giúp HS hiểu về thế giới tự nhiên mà còn có thể vận dụng kiến thức, kĩ năng đó để giải quyết các vấn đề trong cuộc sống hằng ngày một cách khoa học

Technology (Công nghệ): Là lĩnh vực nhằm phát triển khả năng sử dụng, quản

lý, hiểu và đánh giá công nghệ của HS, tạo ra cơ hội để HS hiểu về công nghệ được phát triển như thế nào, ảnh hưởng của công nghệ mới tới cuộc sống

Engineering (Kĩ thuật): Là lĩnh vực nhằm phát triển sự hiểu biết của HS về

cách công nghệ đang phát triển thông qua thiết kế kĩ thuật, tạo cơ hội để tích hợp kiến thức của nhiều môn học, giúp cho các khái niệm liên quan trở nên dễ hiểu Kĩ thuật cũng cung cấp cho HS những kĩ năng để vận dụng sáng tạo cơ sở khoa học và toán học trong quá trình thiết kế các đối tượng, các hệ thống hay xây dựng quy trình sản xuất

Mathematics (Toán học): Là lĩnh vực nhằm phát triển ở HS khả năng phân

tích, biện luận và truyền đạt ý tưởng một cách hiệu quả thông qua việc tính toán, giải thích, các giải pháp giải quyết toán học trong các tình huống đặt ra

Với những cách tiếp cận khác nhau, giáo dục STEM sẽ được hiểu và triển khai theo những cách khác nhau Giáo dục STEM trong chương trình tổng thể của chương trình GDPT 2018 của Bộ Giáo dục và Đào tạo được phát biểu: “Giáo dục STEM là mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp HS áp dụng các kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học vào giải quyết một số vấn đề

thực tiễn trong bối cảnh cụ thể” (Bộ Giáo dục và Đào tạo, 2018a)

Theo công văn 3089/BGDĐT-GDTrH của Bộ Giáo dục và Đào tạo, giáo dục STEM là một phương thức giáo dục nhằm trang bị cho học sinh những kiến thức khoa học gắn liền với ứng dụng của chúng trong thực tiễn (Bộ Giáo dục và Đào tạo, 2020)

Như vậy, giáo dục STEM về bản chất được hiểu là trang bị cho người học khả

năng vận dụng kiến thức, kĩ năng cần thiết liên quan đến các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học Giáo dục STEM giúp thu hẹp khoảng cách giữa nhà trường và cuộc sống, tạo ra những con người có năng lực làm việc trong môi trường có tính sáng tạo và sử dụng trong các công việc thế kỉ 21 (Nguyễn Văn Biên

et al., 2020)

1.2.2 Mục tiêu giáo dục STEM

Tùy thuộc vào bối cảnh từng quốc gia sẽ có những mục tiêu khác nhau về giáo dục STEM Dưới góc độ giáo dục và vận dụng trong bối cảnh Việt Nam, mục tiêu giáo dục STEM như sau: (Nguyễn Thanh Nga et al., 2019)

Hình 1.1 Mục tiêu giáo dục STEM

- Phát triển các năng lực đặc thù của các môn học về STEM cho HS: có thể

hiểu là phát triển những kiến thức, kĩ năng liên quan đến các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học Không chỉ thế, HS còn phải vận dụng được các kiến thức, kĩ năng đó để giải quyết được vấn đề thực tiễn liên quan trong đời sống của chính các em và cộng đồng

- Phát triển năng lực cốt lõi cho HS: có thể hiểu là phát triển những kĩ năng

phù hợp để đáp ứng yêu cầu thách thức trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4

như năng lực GQVĐ và ST, năng lực hợp tác, năng lực giao tiếp

Mục tiêu giáo dục STEM

Phát triển năng lực đặc thù STEM

Phát triển năng lực cốt lõi

Định hướng nghề nghiệp

- Định hướng nghề nghiệp cho HS: có thể hiểu là thông qua giáo dục STEM,

HS trang bị được những kiến thức, kĩ năng nền cơ bản cho việc học tập ở các bậc học cao hơn cũng như cho nghề nghiệp tương lai của các em, góp phần đào tạo ra nguồn nhân lực chất lượng cao trong thời kì hội nhập, đặc biệt là thời kì hội nhập công nghệ 4.0

1.2.3 Vai trò, ý nghĩa của giáo dục STEM

Đối với thực tiễn giáo dục Việt Nam hiện nay, việc đưa giáo dục STEM vào trường phổ thông mang lại nhiều ý nghĩa, phù hợp với định hướng đổi mới giáo dục phổ thông Cụ thể là: (Bộ Giáo dục và Đào tạo, 2019)

 Đảm bảo giáo dục toàn diện

 Nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM

 Hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho học sinh

 Kết nối trường học với cộng đồng

 Hướng nghiệp, phân luồng

1.2.4 Các hình thức tổ chức giáo dục STEM

Nội dung bài học theo chủ đề STEM (gọi chung bài học STEM) gắn với việc

giải quyết tương đối trọn vẹn một vấn đề, trong đó HS được tổ chức tham gia học tập một cách tích cực, chủ động và biết vận dụng kiến thức vừa học để GQVĐ đặt ra; thông qua đó góp phần hình thành phẩm chất, năng lực cho HS

Theo công văn 3089/BGDĐT-GDTrH của Bộ Giáo dục và Đào tạo, tùy thuộc vào đặc thù từng môn học và điều kiện cơ sở vật chất, các trường có thể áp dụng linh hoạt các hình thức tổ chức giáo dục STEM như sau: (Bộ Giáo dục và Đào tạo, 2020)

 Dạy học các môn khoa học theo bài học STEM (Bài học STEM)

 Tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM

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

Trong phạm vi đề tài, chúng tôi áp dụng hình thức tổ chức giáo dục STEM

là “dạy học các môn khoa học theo bài học STEM (Bài học STEM)” với môn học thành phần là môn Vật lý, với những lý do sau:

+ Đây là hình thức tổ chức giáo dục STEM chủ yếu trong nhà trường trung

học GV thiết kế các bài học STEM để triển khai trong quá trình dạy học các môn học thuộc chương trình GDPT theo hướng tiếp cận tích hợp nội môn hoặc tích hợp liên môn

+ Nội dung bài học STEM bám sát nội dung chương trình của các môn học nhằm thực hiện chương trình GDPT theo thời lượng quy định của các môn học

trong chương trình

+ HS thực hiện bài học STEM được chủ động nghiên cứu sách giáo khoa, tài

liệu học tập để tiếp nhận và vận dụng kiến thức thông qua các hoạt động: lựa chọn

giải pháp GQVĐ; thực hành thiết kế, chế tạo, thử nghiệm mẫu thiết kế; chia sẻ, thảo

luận, hoàn thiện hoặc điều chỉnh mẫu thiết kế dưới sự hướng dẫn của GV

1.2.5 Cơ hội thực hiện giáo dục STEM trong môn Vật lý

Môn Vật lý thuộc lĩnh vực khoa học tự nhiên, mô tả các hiện tượng tự nhiên

và đặc tính của vật chất; nội dung môn Vật lý bao gồm từ cấu tạo hạt cơ bản tới cấu trúc vũ trụ Vật lý học là cơ sở của nhiều ngành kĩ thuật và công nghệ quan trọng Vì vậy những hiểu biết và phương pháp nhận thức Vật lý có giá trị to lớn trong quá trình nhận thức và trong cuộc sống Có rất nhiều cơ hội trong việc tích hợp những nội dung Vật lý với các môn học khác để thực hiện dạy học theo định hướng giáo dục STEM, theo đó HS được vận dụng kiến thức vào thực tiễn, đem đến sự hứng thú và những trải nghiệm có ý nghĩa trong học tập Bản chất dạy học các ứng dụng kĩ thuật của Vật lý có sự tích hợp rõ ràng giữa Vật lý và kĩ thuật Việc này càng rõ ràng hơn nếu vận dụng quy trình thiết kế kĩ thuật để tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM các kiến thức Vật lý trong từng bài học (Nguyễn Văn Biên et al., 2020) Các hoạt động học tập phổ biến trong môn Vật lý và cơ hội giáo dục STEM được thể hiện trong bảng sau đây:

Bảng 1.1 Các hoạt động học tập trong môn Vật lý và cơ hội giáo dục STEM

Hoạt động học tập Cơ hội giáo dục STEM

1 Quan sát, nhận biết những dấu hiệu đặc trưng của

sự vật, hiện tượng

2 Phân tích một hiện tượng phức tạp thành những

Đây là hoạt động cần thiết cho mọi hoạt động STEM, các hoạt động này là sự

Hoạt động học tập Cơ hội giáo dục STEM

hiện tượng đơn giản

3 Xác định những giai đoạn diễn biến của hiện

6 Giải thích một hiện tượng thực tế

7 Xây dựng một giả thuyết

8 Từ giả thuyết, suy ra một hệ quả

9 Lập phương án thí nghiệm để kiểm tra một giả

- Việc trải nghiệm giải quyết các vấn đề học tập

là tiền đề cơ bản của việc giải quyết các vấn đề thực tiễn

12 Tìm những biểu hiện cụ thể trong thực tế của

những khái niệm, định luật Vật lý

13 Tìm phương pháp chung để giải quyết một loại

vấn đề

Phương pháp GQVĐ sẽ được HS phân tích và áp dụng giải quyết các vấn đề trong giáo dục STEM

14 Chế tạo các thiết bị thí nghiệm đơn giản

15 Xây dựng mô hình vật chất chức năng của các

ứng dụng kĩ thuật của Vật lý

Đây là những hoạt động STEM có thể được tổ chức trong dạy học Vật lý (Nguyễn Văn Biên et al., 2020)

 Cơ hội thực hiện bài học STEM trong môn Vật lý

Giáo viên có thể chủ động nghiên cứu các kiến thức trong nội môn Vật lý nhằm tìm ra những nội dung kiến thức có thể kết nối với nhau để giải quyết được những tình huống, vấn đề nảy sinh trong thực tiễn Dưới đây trình bày một số gợi ý có thể khai thác các bài học STEM dựa trên vận dụng kiến thức, kĩ năng của môn Vật lý theo chương trình Vật lý hiện hành như sau:

Bảng 1.2 Minh họa về bài học STEM trong dạy học môn Vật lý

Lớp Bài học STEM Bài học/Nhóm bài học môn Vật lý

6

Chế tạo cân lò xo Bài 9: Lực đàn hồi

Bài 10: Lực kế - Phép đo lực - Trọng lực và Trọng lượng

Chế tạo máy tập thể dục

8

Chế tạo phao bơi Bài 10: Lực đẩy Ác-si-mét

Bài 11: Thực hành nghiệm lại lực đẩy Ác-si-mét

Bài 12: Sự nổi Chế tạo nhà chống lũ

1.2.6.1 Nội dung bài học STEM

Theo công văn 3089/BGDĐT-GDTrH của Bộ Giáo dục và Đào tạo, nội dung bài học STEM nằm trong chương trình GDPT, gắn kết các vấn đề thực tiễn của đời sống, xã hội, khoa học, công nghệ và HS được yêu cầu tìm cách GQVĐ, chiếm lĩnh kiến thức, đáp ứng yêu cầu cần đạt của bài học (Bộ Giáo dục và Đào tạo, 2020)

Nội dung kiến thức của các bài học thuộc một môn học hoặc một số môn học trong chương trình, trong đó HS được tổ chức tham gia học tập một cách tích cực, chủ động và biết vận dụng kiến thức vừa học để GQVĐ đặt ra một cách tương đối trọn vẹn

1.2.6.2 Tiêu chí xây dựng bài học STEM

Hình 1.2 Tiêu chí xây dựng bài học STEM

Tiêu chí xây dựng bài học STEM

Giải quyết vấn

đề thực tiễn

Thực hiện quy trình thiết kế kĩ thuật

Tìm tòi, khám phá, sản phẩm

Hoạt động nhóm kiến tạo

Áp dụng kiến thức đã/đang học

Đề xuất nhiều đáp án đúng

Một bài học STEM cần đảm bảo các tiêu chí sau đây: (Bộ Giáo dục và Đào tạo, 2019)

- Tiêu chí 1: Chủ đề bài học STEM gắn với tình huống và vấn đề thực tiễn

- Tiêu chí 2: Cấu trúc bài học STEM thường được phỏng theo quy trình thiết

- Tiêu chí 6: Tiến trình bài học STEM tính đến nhiều đáp án đúng và coi sự

thất bại như là một phần cần thiết trong học tập

1.2.6.3 Tiến trình xây dựng bài học STEM dựa theo quy trình thiết kế kĩ thuật

Hình 1.3 Chu trình STEM

(Nguồn: tpyenbai.edu.vn)

Quy trình thiết kế kĩ thuật là quy trình có hệ thống, yêu cầu áp dụng các kiến

thức khoa học để tạo ra một thiết bị hoặc hệ thống có thể hoàn thành mục tiêu đã

cho dưới các điều kiện ràng buộc cụ thể Xuất phát từ vấn đề hay đòi hỏi của thực

tiễn, các nhà công nghệ sử dụng kiến thức khoa học, toán học sáng tạo ra giải pháp công nghệ ứng dụng các kiến thức khoa học đó để giải quyết vấn đề Để thực hiện việc này, các nhà công nghệ thực hiện quy trình: vấn đề - giải pháp - thử nghiệm - kết luận Kết quả là sáng chế ra các sản phẩm, công nghệ cho xã hội (Bộ Giáo dục

và Đào tạo, 2019)

Theo công văn 3089/BGDĐT-GDTrH của Bộ Giáo dục và Đào tạo đã đưa ra tiến trình xây dựng bài học STEM như sau: (Bộ Giáo dục và Đào tạo, 2020)

- Bước 1: Lựa chọn nội dung dạy học

Căn cứ vào nội dung kiến thức trong chương trình môn học và các hiện tượng, quá trình gắn với các kiến thức đó trong tự nhiên, xã hội; quy trình hoặc thiết bị công nghệ ứng dụng kiến thức đó trong thực tiễn để lựa chọn nội dung của bài học

- Bước 2: Xác định vấn đề cần giải quyết

Xác định vấn đề cần giải quyết để giao cho HS thực hiện sao cho khi GQVĐ đó,

HS phải học được những kiến thức, kĩ năng cần dạy trong chương trình môn học đã được lựa chọn hoặc vận dụng những kiến thức, kĩ năng đã biết để xây dựng bài học

- Bước 3: Xây dựng tiêu chí của sản phẩm/giải pháp giải quyết vấn đề

Xác định rõ tiêu chí của giải pháp/sản phẩm làm căn cứ quan trọng để đề xuất giả thuyết khoa học/giải pháp giải quyết vấn đề/thiết kế mẫu sản phẩm

- Bước 4: Thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học

Tiến trình tổ chức hoạt động dạy học được thiết kế theo các phương pháp và kĩ thuật dạy học tích cực với các hoạt động học bao hàm các bước của quy trình kĩ thuật

1.2.6.4 Xây dựng tiến trình dạy học bài học STEM

Theo công văn 3089/BGDĐT-GDTrH của Bộ Giáo dục và Đào tạo, tiến trình bài học STEM được tổ chức theo 5 hoạt động: Hoạt động 1 (Xác định vấn đề), hoạt động 2 (Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp), hoạt động 3 (Lựa chọn giải pháp), hoạt động 4 (Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá), hoạt động 5 (Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh) (Bộ Giáo dục và Đào tạo, 2020)

Trong phạm vi đề tài luận văn, để thuận lợi cho việc tổ chức dạy học theo định

hướng giáo dục STEM chúng tôi đề xuất tiến trình dạy học bài học STEM theo 7

hoạt động Trong đó hoạt động 2 “Nghiên cứu kiến thức nền” là việc học để chiếm

lĩnh nội dung kiến thức trong chương trình GDPT tương ứng với vấn đề cần giải quyết trong bài học, trong đó HS là người chủ động nghiên cứu SGK, tài liệu bổ trợ dưới sự hướng dẫn của GV; vận dụng kiến thức đã học để đề xuất, lựa chọn giải pháp GQVĐ; chế tạo, thử nghiệm mẫu; chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh thiết kế

Hình 1.4 Tiến trình dạy học bài học STEM

Trong tiến trình dạy học không cần nêu cụ thể lời nói của GV, HS mà tập trung mô tả rõ hoạt động cụ thể của GV và HS: (Bộ Giáo dục và Đào tạo, 2019)

- Giáo viên giao nhiệm vụ/yêu cầu/quan sát/theo dõi/hướng dẫn/nhận xét/gợi

ý/kiểm tra/đánh giá

- Học sinh đọc/nghe/nhìn/viết/trình bày/báo cáo/thí nghiệm/thực hành/làm

 Hoạt động 1 XÁC ĐỊNH VẤN ĐỀ

Trong hoạt động này, GV giao cho HS nhiệm vụ học tập chứa đựng vấn đề Trong đó, HS phải hoàn thành một sản phẩm học tập hoặc giải quyết một vấn đề cụ thể với các tiêu chí đòi hỏi HS phải sử dụng kiến thức mới trong bài học để đề xuất, xây dựng giải pháp Tiêu chí của sản phẩm là yêu cầu hết sức quan trọng, buộc HS phải nắm vững kiến thức mới thiết kế, giải thích được thiết kế cho sản phẩm cần làm

a Mục tiêu

Nêu mục tiêu giúp HS xác định được vấn đề/nhiệm vụ cụ thể cần giải quyết trong bài học hoặc xác định rõ cách thức giải quyết vấn đề/thực hiện nhiệm vụ trong các hoạt động tiếp theo của bài học

Hoạt động 1: Xác định vấn đề

(Nội dung dạy học theo chương trình GDPT 2018)

Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền

b Nội dung hoạt động

Mô tả hoạt động của HS để xác định vấn đề cần giải quyết/nhiệm vụ học tập cần thực hiện và đề xuất giải pháp GQVĐ/cách thức thực hiện nhiệm vụ

c Sản phẩm học tập

Trình bày cụ thể yêu cầu về nội dung và hình thức của sản phẩm học tập mà

HS phải hoàn thành: viết, trình bày được vấn đề cần giải quyết hoặc nhiệm vụ học tập phải thực hiện tiếp theo và đề xuất giải pháp thực hiện

d Tổ chức thực hiện

- GV giới thiệu vấn đề cho HS, giao các nhiệm vụ học tập để tìm hiểu vấn đề

- HS thực hiện nhiệm vụ (thông qua thực tế, tài liệu học tập, video, trao đổi cá nhân/nhóm)

 Hoạt động 2 NGHIÊN CỨU KIẾN THỨC NỀN

Trong hoạt động này, GV tổ chức cho HS thực hiện hoạt động học tích cực, tăng cường mức độ tự lực tùy thuộc từng đối tượng HS dưới sự hướng dẫn một cách linh hoạt của GV Khuyến khích HS hoạt động tự tìm tòi, chiếm lĩnh kiến thức để sử dụng vào việc đề xuất, thiết kế sản phẩm

a Mục tiêu

Hình thành kiến thức mới liên quan đến vấn đề

b Nội dung hoạt động

Nghiên cứu nội dung SGK, tài liệu, thực hiện thí nghiệm để hình thành kiến thức mới

 Hoạt động 3 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP

Trong hoạt động này, GV tổ chức cho HS thực hiện hoạt động đề xuất các giải pháp

a Mục tiêu

Đề xuất giải pháp cho vấn đề

b Nội dung hoạt động

Đề xuất giải pháp/thiết kế

c Sản phẩm học tập

Các giải pháp/thiết kế

d Tổ chức thực hiện

GV điều hành và chốt kiến thức, hỗ trợ HS đề xuất giải pháp/thiết kế

 Hoạt động 4 LỰA CHỌN GIẢI PHÁP

Trong hoạt động này, GV tổ chức cho HS trình bày, giải thích và bảo vệ bản thiết kế kèm theo thuyết minh (sử dụng kiến thức mới học và kiến thức đã có), GV tổ chức góp ý, chú trọng việc chỉnh sửa và xác thực các thuyết minh của HS để HS nắm vững kiến thức mới và tiếp tục hoàn thiện bản thiết kế trước khi tiến hành chế tạo, thử nghiệm

a Mục tiêu

Lựa chọn giải pháp, thống nhất bản thiết kế

b Nội dung hoạt động

Trình bày, giải thích và bảo vệ giải pháp/thiết kế đã lựa chọn và hoàn thiện

- HS báo cáo và thảo luận với lớp

- GV điều hành, nhận xét, hỗ trợ HS lựa chọn giải pháp/thiết kế mẫu thử nghiệm

 Hoạt động 5 CHẾ TẠO MẪU

Trong hoạt động này, học sinh tiến hành chế tạo mẫu theo bản thiết kế đã hoàn thiện

a Mục tiêu

Chế tạo mẫu thiết kế

b Nội dung hoạt động

Lựa chọn dụng cụ/thiết bị thí nghiệm; chế tạo mẫu theo thiết kế

 Hoạt động 6 THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ MẪU

Trong hoạt động này, tổ chức cho HS tiến hành thử nghiệm mẫu Hướng dẫn

HS đánh giá mẫu và điều chỉnh thiết kế ban đầu để bảo đảm mẫu chế tạo là khả thi

a Mục tiêu

Thử nghiệm và đánh giá mẫu đã chế tạo

b Nội dung hoạt động

Thử nghiệm và đánh giá mẫu đã chế tạo

 Hoạt động 7 CHIA SẺ, THẢO LUẬN, ĐIỀU CHỈNH

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

a Mục tiêu

Trình bày, chia sẻ, đánh giá sản phẩm nghiên cứu

b Nội dung hoạt động

Trình bày, thảo luận và điều chỉnh sản phẩm

c Sản phẩm học tập

Dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật/… đã được chế tạo kèm với bản trình bày báo cáo

d Tổ chức thực hiện

- GV giao nhiệm vụ học tập: trình bày và vận hành thử sản phẩm

- HS báo cáo, thảo luận (bài báo cáo, trình chiếu, video, sản phẩm,…) theo các hình thức phù hợp (triển lãm, seminar, trưng bày); GV đánh giá, kết luận, cho điểm

và định hướng tiếp tục hoàn thiện

Vậy, trong quá trình thực hiện luận văn chúng tôi sẽ áp dụng tiến trình dạy

học bài học STEM đã nêu ở trên để tiến hành thực nghiệm sư phạm

1.3 Tổng quan về năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo

1.3.1 Năng lực

Chuyển đổi từ chương trình theo định hướng nội dung thành chương trình theo định hướng năng lực là định hướng nổi trội mà nhiều nước tiên tiến đã và đang thực hiện từ đầu thế kỷ 21 đến nay Vì thế năng lực là một khái niệm khá quen thuộc trong giáo dục hiện nay Khái niệm năng lực được hiểu và được tiếp cận dưới nhiều góc độ khác nhau, đó là:

- Theo Tổ chức hợp tác và phát triển kinh tế thế giới (OECD) quan niệm năng

lực 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” (OECD, 2002)

- Còn theo F E Weinert, năng lực là “tổng hợp các khả năng và kĩ năng nhận thức sẵn có hoặc có thể học được ở cá nhân nhằm giải quyết những vấn đề nảy sinh trong cuộc sống Năng lực cũng hàm chứa động cơ và ý chí để cá nhân hành động một cách có trách nhiệm, có sự phê phán để đi đến giải pháp” (Weinert, 2001)

- Theo Bernd Meier và Nguyễn Văn Cường (2014) cho rằng năng lực là “khả năng thực hiện có trách nhiệm và hiệu quả các hành động, giải quyết các nhiệm vụ, vấn đề trong những tình huống khác nhau thuộc các lĩnh vực nghề nghiệp, xã hội hay cá nhân trên cơ sở hiểu biết, kĩ năng, kĩ xảo và kinh nghiệm cũng như sự sẵn sàng hành động” (Bernd Meier, Nguyễn Văn Cường, 2014)

Đồng tình với những ý kiến trên, trong đề tài này, chúng tôi sử dụng khái niệm năng lực theo chương trình tổng thể của chương trình GDPT 2018 của Bộ Giáo dục

và Đào tạo, được hiểu là “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” (Bộ Giáo dục và Đào tạo, 2018a)

1.3.2 Một số năng lực cần phát triển cho học sinh trung học phổ thông

Ở Việt Nam, chương trình tổng thể của chương trình GDPT 2018 hình thành

và phát triển cho HS những năng lực cốt lõi sau: (Bộ Giáo dục và Đào tạo, 2018a)

- Những năng lực chung được hình thành, phát triển thông qua tất cả các môn

học và hoạt động giáo dục: năng lực tự chủ và tự học, năng lực giao tiếp và hợp tác,

năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo

- Những năng lực đặc thù được hình thành, phát triển chủ yếu thông qua một

số môn học và hoạt động giáo dục nhất định: năng lực ngôn ngữ, năng lực tính toán, năng lực khoa học, năng lực công nghệ, năng lực tin học, năng lực thẩm mĩ, năng lực thể chất

Hình 1.5 Các năng lực của học sinh trung học phổ thông

(Nguồn: (Sở Giáo dục và Đào tạo Bến Tre, 2021))

Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, chúng tôi chỉ đi sâu vào tìm hiểu về

năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo của học sinh

1.3.3 Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo

1.3.3.1 Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo

Trước khi đi sâu vào nghiên cứu năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo (GQVĐ và ST), chúng ta cùng nhau làm rõ một số khái niệm sau:

- Giải quyết vấn đề và năng lực giải quyết vấn đề

Khái niệm GQVĐ theo tác giả Nguyễn Trọng Khánh (2011) cho rằng 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 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 vấn đề và lý giải việc đạt mục tiêu đó trên cơ sở việc lập kế hoạch

và suy luận tạo thành quá trình GQVĐ (Nguyễn Trọng Khánh, 2011)

Trong đánh giá PISA 2012, năng lực GQVĐ là khả năng của một cá nhân hiểu

và giải quyết tình huống vấn đề khi mà giải pháp giải quyết chưa rõ ràng Nó bao gồm sự sẵn sàng tham gia vào giải quyết tình huống vấn đề đó - thể hiện tiềm năng

là công dân tích cực và xây dựng (PISA, 2012)

- Sáng tạo và năng lực sáng tạo

Theo từ điển Tiếng việt thông dụng thì sáng tạo là nghĩ ra và làm ra những giá trị vật chất và tinh thần

Theo các nhà tâm lý học thì sáng tạo là năng lực đáp ứng nhu cầu tồn tại theo lối mới, là năng lực gây ra cái gì đó mới mẻ

Theo tài liệu tập huấn của Bộ Giáo dục và Đào tạo, cũng có nêu năng lực sáng tạo là các khả năng hình thành ý tưởng mới, đề xuất được giải pháp mới hay cải tiến cách làm mới một sự vật, có các giải pháp khác nhau để giải quyết một vấn đề, sự tò

mò, thích đặt các câu hỏi để khám phá sự vật xung quanh (Bộ Giáo dục và Đào tạo, 2014)

Cho tới nay, khái niệm năng lực GQVĐ và ST có nhiều định nghĩa khác nhau, phản ánh các khía cạnh khác nhau Tuy nhiên, trong bài luận này, chúng tôi sử dụng

định nghĩa trong chương trình tổng thể của chương trình GDPT 2018: “Năng lực

GQVĐ và ST trong học tập là khả năng GQVĐ học tập để tìm ra những cái mới ở mức độ nào đó Để có năng lực GQVĐ và ST, chủ thể phải ở trong tình huống có

vấn đề, tìm cách giải quyết mâu thuẫn nhận thức hoặc hành động và kết quả là đề

ra được phương án giải quyết có tính mới” (Bộ Giáo dục và Đào tạo, 2018a)

1.3.3.2 Cơ hội phát triển năng lực GQVĐ và ST trong môn Vật lý

Năng lực GQVĐ và ST là một năng lực đặc thù của hoạt động tìm hiểu khoa học Ở môn Vật lý, năng lực này được hình thành, phát triển trong các hoạt động đề xuất vấn đề, lập kế hoạch, thực hiện kế hoạch tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ Vật lý - những nội dung xuyên suốt từ cấp tiểu học đến cấp THPT và được hiện thực hóa thông qua các mạch thực hành, trải nghiệm với các mức độ khác nhau Năng lực này cũng được hình thành và phát triển thông qua việc vận dụng kiến thức, kĩ năng Vật lý để giải quyết các vấn đề thực tiễn

Ở trường phổ thông, Vật lý là môn học có điều kiện thuận lợi để triển khai đổi mới dạy học và đánh giá theo định hướng phát triển năng lực cho HS Những bài học/nhóm bài học trong môn Vật lý có nội dung gắn với thực tiễn thường tạo cho

GV nhiều cơ hội khai thác để phát triển năng lực GQVĐ và ST cho HS vì qua những bài học/nhóm bài học này, HS không chỉ có điều kiện vận dụng các kiến thức Vật lý một cách linh hoạt mà còn vận dụng cả kinh nghiệm sống của mỗi cá nhân vào việc GQVĐ và qua đó thể hiện những nét sáng tạo riêng của mỗi cá nhân

Năng lực GQVĐ và ST trong môn Vật lý là khả năng huy động, tổng hợp kiến thức, kĩ năng và các thuộc tính cá nhân nhằm giải quyết một nhiệm vụ học tập, trong

đó có biểu hiện của sự sáng tạo Sự sáng tạo trong quá trình GQVĐ được biểu hiện trong một bước nào đó, có thể là một cách hiểu mới về vấn đề, hoặc một hướng giải quyết mới cho vấn đề, hoặc một sự cải tiến mới trong cách thực hiện vấn đề, hoặc một cách nhìn nhận đánh giá mới hoặc cách cải tiến sản phẩm

Như vậy trong môn Vật lý, HS có nhiều cơ hội phát triển năng lực GQVĐ và ST của bản thân (Nguyễn Văn Biên et al., 2020)

1.3.4 Cấu trúc của năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo

a Năng lực GQVĐ và ST theo chương trình tổng thể của chương trình GDPT 2018

Bảng 1.3 Năng lực GQVĐ và ST theo chương trình tổng thể

ý tưởng mới đối với bản thân từ các nguồn tài liệu cho sẵn theo hướng dẫn

Biết xác định và làm

rõ thông tin, ý tưởng mới; biết phân tích, tóm tắt những thông tin liên quan từ nhiều nguồn khác nhau

Biết xác định và làm rõ thông tin, ý tưởng mới và phức tạp từ các nguồn thông tin khác nhau; biết phân tích các nguồn thông tin độc lập để thấy được khuynh hướng và độ tin cậy của ý tưởng mới

Phát hiện

và làm rõ

vấn đề

Biết thu nhận thông tin từ tình huống, nhận ra những vấn đề đơn giản và đặt được câu hỏi

Phân tích được tình huống trong học tập;

phát hiện và nêu được tình huống có vấn đề trong học tập

Phân tích được tình huống trong học tập, trong cuộc sống; phát hiện và nêu được tình huống có vấn đề trong học tập, trong cuộc sống

dự đoán được kết quả khi thực hiện

Phát hiện yếu tố mới, tích cực trong những ý kiến của người khác;

hình thành ý tưởng dựa trên các nguồn thông tin đã cho; đề xuất giải pháp cải tiến hay thay thế các giải pháp không còn phù hợp; so sánh và bình luận được về các giải pháp đề xuất

Nêu được nhiều ý tưởng mới trong học tập và cuộc sống; suy nghĩ không theo lối mòn; tạo ra yếu tố mới dựa trên những ý tưởng khác nhau; hình thành và kết nối các ý tưởng; nghiên cứu để thay đổi giải pháp trước sự thay đổi của bối cảnh; đánh giá rủi ro

và có dự phòng

Xác định được và biết tìm hiểu các thông tin liên quan đến vấn đề;

đề xuất được giải pháp giải quyết vấn đề

Biết thu thập và làm rõ các thông tin có liên quan đến vấn đề; biết đề xuất và phân tích được một số giải pháp giải quyết vấn đề; lựa chọn được giải pháp phù hợp nhất

Thiết kế và

tổ chức

hoạt động

- Xác định được nội dung chính

và cách thức hoạt động để đạt mục tiêu đặt ra theo hướng dẫn

- Nhận xét được

ý nghĩa của các hoạt động

- Lập được kế hoạch hoạt động với mục tiêu, nội dung, hình thức hoạt động phù hợp

- Biết phân công nhiệm vụ phù hợp cho các thành viên tham gia hoạt động

- Đánh giá được sự phù hợp hay không phù hợp của kế hoạch, giải pháp và việc thực hiện kế hoạch, giải pháp

- Lập được kế hoạch hoạt động có mục tiêu, nội dung, hình thức, phương tiện hoạt động phù hợp

- Tập hợp và điều phối được nguồn lực (nhân lực, vật lực) cần thiết cho hoạt động

- Biết điều chỉnh kế hoạch

và việc thực hiện kế hoạch, cách thức và tiến trình giải quyết vấn đề cho phù hợp với hoàn cảnh để đạt hiệu quả cao

- Đánh giá được hiệu quả của giải pháp và hoạt động

Tư duy độc

lập

Nêu được thắc mắc về sự vật, hiện tượng xung

Biết đặt các câu hỏi khác nhau về một sự vật, hiện tượng, vấn

Biết đặt nhiều câu hỏi có giá trị, không dễ dàng chấp nhận thông tin một chiều;

Năng lực

thành phần Cấp tiểu học Cấp trung học cơ sở Cấp THPT

quanh; không e ngại nêu ý kiến

cá nhân trước các thông tin khác nhau về sự vật, hiện tượng;

sẵn sàng thay đổi khi nhận ra sai sót

đề; biết chú ý lắng nghe và tiếp nhận thông tin, ý tưởng với

sự cân nhắc, chọn lọc;

biết quan tâm tới các chứng cứ khi nhìn nhận, đánh giá sự vật, hiện tượng; biết đánh giá vấn đề, tình huống dưới những góc nhìn khác nhau

không thành kiến khi xem xét, đánh giá vấn đề; biết quan tâm tới các lập luận

và minh chứng thuyết phục; sẵn sàng xem xét, đánh giá lại vấn đề

(Bộ Giáo dục và Đào tạo, 2018a)

b Năng lực thành phần và biểu hiện của năng lực GQVĐ và ST

Năng lực GQVĐ và ST thuộc nhóm năng lực chung Trong chương trình tổng thể của chương trình GDPT 2018 đã mô tả năng lực GQVĐ và ST bao gồm 6 năng lực thành phần:

Hình 1.6 Thành phần của năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo

Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo

Nhận ra

ý tưởng mới

Phát hiện và làm rõ vấn đề

Hình thành và triển khai

ý tưởng mới

Đề xuất, lựa chọn giải pháp

Thiết kế

và tổ chức hoạt động

Tư duy độc lập