Thiết kế và tổ chức dạy học một số chủ Đề stem tích hợp sử dụng arduino trong chuyên Đề “mở Đầu về Điện tử học” chuyên Đề vật lí 11 kntt nhằm phát triển năng lực sáng tạo của học sinh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM - ĐHĐNKHOA LÝ - HOÁ HUỲNH THỊ THỦY THUẬN THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ CHỦ ĐỀ STEM TÍCH HỢP SỬ DỤNG ARDUINO TRONG CHUYÊN ĐỀ “MỞ ĐẦU VỀ ĐIỆN TỬ HỌC” CHUYÊN ĐỀ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM - ĐHĐN

KHOA LÝ - HOÁ

HUỲNH THỊ THỦY THUẬN

THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ CHỦ ĐỀ STEM TÍCH HỢP SỬ DỤNG ARDUINO TRONG CHUYÊN ĐỀ “MỞ ĐẦU VỀ ĐIỆN TỬ HỌC” CHUYÊN ĐỀ VẬT LÍ 11 KNTT NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Đà Nẵng, 2025

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM - ĐHĐN

KHOA LÝ - HOÁ

HUỲNH THỊ THỦY THUẬN

THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ CHỦ ĐỀ STEM TÍCH HỢP SỬ DỤNG ARDUINO TRONG CHUYÊN ĐỀ “MỞ ĐẦU VỀ ĐIỆN TỬ HỌC” CHUYÊN ĐỀ VẬT LÍ 11 KNTT NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Ngành: Sư phạm Vật lý Khóa học: 2022 – 2026

Người hướng dẫn: TS Lê Thanh Huy

Đà Nẵng, 2025

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong xu thế hội nhập quốc tế ngày càng sâu rộng, Việt Nam không chỉ chú trọng phát triển kinh tế mà còn coi giáo dục là động lực then chốt để nâng cao dân trí, bồi dưỡng nhân lực và phát triển nhân tài Sự bùng nổ của cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư đã và đang đặt ra yêu cầu mới: thế hệ trẻ cần có khả năng thích ứng nhanh, tư duy linh hoạt và đặc biệt là năng lực sáng tạo để giải quyết những vấn đề phức tạp của thực tiễn [1][4] Để đáp ứng được yêu cầu mới của thời đại, ngành Giáo dục nước ta đã và đang thực hiện đổi mới mạnh mẽ, sâu sắc, toàn diện nhằm nâng cao chất lượng dạy và học, đào tạo ra những con người có tri thức và có năng lực hoạt động theo chuẩn toàn cầu Chính vì vậy giáo dục STEM là một mô hình phù hợp với yêu cầu trên nên việc áp dụng rộng rãi giáo dục STEM vào trong giảng dạy là điều cần thiết

Nhằm đáp ứng yêu cầu đó, Nghị quyết số 29-NQ/TW ngày 4/11/2013 của Ban Chấp hành Trung ương Đảng khóa XI đã chỉ rõ: cần chuyển mạnh quá trình giáo dục từ chủ yếu trang bị kiến thức sang phát triển toàn diện năng lực và phẩm chất người học; gắn

lý luận với thực tiễn, học đi đôi với hành, coi trọng tự học và sáng tạo [2] Đây chính là định hướng nền tảng để các cơ sở giáo dục đổi mới phương pháp, tạo môi trường học tập thúc đẩy khả năng tìm tòi và phát triển ý tưởng mới ở học sinh Thực hiện chỉ đạo đó, ngành Giáo dục nước ta đã và đang thực hiện đổi mới mạnh mẽ, sâu sắc, toàn diện về nội dung, chương trình, sách giáo khoa, phương pháp, phương tiện dạy học , nhằm nâng cao chất lượng dạy và học, đào tạo ra những con người có tri thức và có năng lực hoạt động Trong bối cảnh đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục theo tinh thần Nghị quyết số 29-NQ/TW của Ban Chấp hành Trung ương, giáo dục STEM được xem là hướng tiếp cận quan trọng nhằm phát triển phẩm chất và năng lực học sinh, đáp ứng yêu cầu hội nhập và Cách mạng công nghiệp 4.0 Tuy nhiên, khảo sát thực tế cho thấy việc tổ chức dạy học STEM ở các trường phổ thông hiện nay còn hạn chế: chủ yếu dừng ở một số tiết dạy thử nghiệm, thiếu tính hệ thống; giáo viên chưa được đào tạo chuyên sâu về thiết kế và triển khai chủ đề STEM, dẫn đến lúng túng trong việc lồng ghép nội dung môn học với hoạt động trải nghiệm sáng tạo [7]

Bên cạnh đó, Công văn số 3089/BGDĐT-GDTrH ngày 14/8/2020 của Bộ Giáo dục

và Đào tạo nhấn mạnh tầm quan trọng của giáo dục STEM trong trường phổ thông, khuyến khích áp dụng vào các môn học nhằm rèn luyện năng lực giải quyết vấn đề, tư duy tích hợp và sáng tạo [3] Phương pháp này tạo điều kiện để học sinh trải nghiệm toàn

bộ quá trình từ nhận diện vấn đề, hình thành ý tưởng, thiết kế giải pháp đến chế tạo và cải tiến sản phẩm

Trong hệ thống năng lực cốt lõi mà chương trình giáo dục phổ thông mới hướng

đến, năng lực sáng tạo không chỉ là khả năng nghĩ ra ý tưởng mới mà còn bao gồm việc

hiện thực hóa ý tưởng, đánh giá và điều chỉnh giải pháp để đạt hiệu quả tối ưu [4] Hoạt động STEM chính là môi trường lý tưởng để rèn luyện năng lực này, khi học sinh được tiếp cận các tình huống thực tiễn, buộc phải huy động tổng hợp kiến thức từ nhiều lĩnh vực như Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học để thực hiện các chủ đề STEM một cách, rèn luyện năng lực sáng tạo một cách tốt nhất

Arduino – nền tảng phần cứng lập trình mã nguồn mở – là công cụ hỗ trợ mạnh mẽ trong việc triển khai các hoạt động STEM, đặc biệt ở môn Vật lí [5][6] Việc học sinh thực hiện lập trình trực tiếp, thiết kế, lắp ráp và vận hành các mạch điện tử không chỉ giúp củng cố kiến thức lí thuyết mà còn nảy sinh nhiều ý tưởng mới mẻ, khuyến khích tìm kiếm giải pháp sáng tạo, đồng thời rèn luyện kỹ năng thiết kế và cải tiến sản phẩm

Trong chương trình Vật lí 11 (KNTT), chuyên đề “Mở đầu về Điện tử học” có nhiều kiến thức gần gũi với thực tiễn, đặc biệt là khả năng tích hợp với các dự án STEM sử dụng vi điều khiển Arduino [8] Việc áp dụng mô hình này không chỉ giúp học sinh nắm vững kiến thức Vật lí mà còn rèn luyện kĩ năng thực hành, giải quyết vấn đề và đặc biệt là phát triển năng lực sáng tạo – một yêu cầu quan trọng trong chương trình giáo dục phổ thông mới [9]

Từ những lí do trên, tôi lựa chọn đề tài: “Thiết kế và tổ chức dạy học một số chủ

đề STEM tích hợp sử dụng Arduino trong chuyên đề ‘Mở đầu về điện tử học’ – Chuyên đề Vật lí 11 KNTT nhằm phát triển năng lực sáng tạo của học sinh”

2 Tổng quan vấn đề nghiên cứu

2.1 Các nghiên cứu trên thế giới

Khái niệm STEM đã xuất hiện từ khá lâu, trước khi trở thành một xu hướng giáo dục rộng rãi Những dấu ấn ban đầu có thể kể đến việc thành lập các trường đại học kỹ thuật ở châu

Âu vào thế kỷ XIX như Napoleon’s School for Industry (1806–1815), Rensselaer

Polytechnic Institute (1824), hay các chính sách hỗ trợ như Land Grant Act (1862) và Vocational Education Act (1917) [10] Đây được xem là những cơ sở đào tạo STEM đầu tiên trên thế giới

Cho đến năm 2001, Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ (NSF) mới chính thức khởi xướng sáng kiến giáo dục STEM, hướng tới việc đào tạo nguồn nhân lực có khả năng đáp ứng

nhu cầu của nền kinh tế đổi mới và thích ứng linh hoạt với yêu cầu công việc trong thế kỷ

21 Từ đó, nhiều quốc gia phát triển như Mỹ, Úc, Phần Lan, Canada, Nhật Bản, Trung Quốc, Hàn Quốc… đã đưa STEM vào hệ thống giáo dục của mình

Tại Hội chợ Khoa học Nhà Trắng lần thứ ba diễn ra vào tháng 4 năm 2013, Tổng thống

Mỹ Barack Obama đã nhấn mạnh rằng khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học cần được tiếp cận một cách toàn diện, coi đây là động lực then chốt thúc đẩy sự phát triển bền vững Các nghiên cứu quốc tế đã chỉ ra nhiều tác động tích cực của giáo dục STEM:

- Tăng động lực học tập, khơi gợi hứng thú, và giúp học sinh nhận thấy ý nghĩa thực tiễn của kiến thức (Chittum et al., 2017; Tillman et al., 2014; Shernoff, 2013) [11]

- Nâng cao thành tích học tập và cải thiện thái độ học đường (Hurley, 2001) [12]

- Theo Becker và Park (2011), STEM mang lại hiệu quả cao nhất ở bậc tiểu học, giảm dần ở bậc trung học và thấp nhất ở bậc đại học [12]

2.2 Các nghiên cứu ở Việt Nam

Ở Việt Nam, giáo dục STEM bắt đầu được thử nghiệm vào năm 2010 thông qua sự hợp tác giữa Công ty Cổ phần DTT, EDUSPEC, Học viện STEM và Trường iCarnegie (Hoa Kỳ), tập trung vào hai lĩnh vực Công nghệ thông tin và Robotics cho học sinh từ tiểu học đến THPT [16] Mô hình này được triển khai thí điểm tại Hà Nội, Đà Nẵng và TP Hồ Chí Minh

Đến năm 2016, Bộ Giáo dục và Đào tạo phối hợp cùng Hội đồng Anh triển khai mở rộng thí điểm giáo dục STEM tại 14 trường THCS và THPT ở các địa phương như Hà Nội, Hải Dương, Hải Phòng, Quảng Ninh, Nam Định Đến năm 2020, giáo dục STEM chính thức được đưa vào áp dụng trong các trường trung học

Kết quả thực tế cho thấy, mô hình giáo dục STEM góp phần hình thành và phát triển năng lực tư duy, tăng tính chủ động, giảm sự thụ động trong học tập, đồng thời khuyến khích học sinh vận dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề thực tiễn, từ đó góp phần nâng cao chất lượng nguồn nhân lực

Một số nghiên cứu tiêu biểu trong nước có thể kể đến:

- Nguyễn Thanh Nga và Lê Nguyễn Thanh Thủy (2020) đề xuất quy trình tổ chức hoạt

động trải nghiệm STEM cho chương Chất khí – Vật lí 10 nhằm phát triển năng lực

sáng tạo của học sinh [17]

- Nguyễn Thanh Nga, Hoàng Phước Muội và Lê Hải Mỹ Ngân (2021) thiết kế và chế tạo đồ chơi đơn giản để dạy học STEM Vật lí 10 [18]

- Lê Văn Quang (2018) tổ chức hoạt động trải nghiệm các chủ đề Máy phát điện, Động cơ điện, Máy biến thế – Vật lí 12 theo định hướng STEM [19].

- Hà Mạnh Đạt (2019) vận dụng dạy học STEM vào chủ đề Nguồn điện xoay chiều ở

THPT [20]

- Trần Thanh Thảo (2019) thiết kế dạy học chủ đề tích hợp STEM Truyền nhiệt để

phát triển năng lực tìm hiểu tự nhiên của học sinh THCS [21]

Tuy nhiên, đến nay vẫn chưa có công trình nào tập trung vào việc tổ chức dạy học STEM tích hợp Arduino trong chuyên đề “Mở đầu về Điện tử học” – Vật lí 11 (KNTT) nhằm phát triển năng lực sáng tạo của học sinh

3 Mục tiêu nghiên cứu

Đề xuất được tiến trình tổ chức dạy học STEM tích hợp sử dụng Arduino theo hướng phát triển năng lực sáng tạo và thiết kế được một số chủ đề STEM tích hợp sử dụng Arduino vận dụng vào dạy học chuyên đề “Mở đầu về điện tử học ” Chuyên đề vật

lí 11 KNTT nhằm phát triển năng lực sáng tạo của học sinh

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

* Đối tượng nghiên cứu:

Quá trình dạy học chuyên đề “Mở đầu về điện tử học ” Chuyên đề vật lí 11 KNTT theo hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực sáng tạo của học sinh

* Phạm vi nghiên cứu

Hoạt động dạy học chuyên đề “Mở đầu về điện tử học ” Chuyên đề vật lí 11 KNTT theo hướng giáo dục STEM ở học kỳ 2 tại trường - TP Đà Nẵng năm học 2025-2026

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý luận về giáo dục STEM, dạy học định hướng phát triển năng lực sáng tạo của học sinh THPT

- Nghiên cứu, đề xuất tiến trình tổ chức dạy học chuyên đề “Mở đầu về điện tử học

” Chuyên đề vật lí 11 KNTT theo hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực sáng tạo của học sinh THPT

- Đề xuất bảng tiêu chí đánh giá năng lực sáng tạo

- Khảo sát thực trạng về việc tổ chức dạy học giáo dục STEM theo định hướng phát triển năng lực sáng tạo của học sinh THPT

- Phân tích yêu cầu cần đạt chuyên đề “Mở đầu về điện tử học ” Chuyên đề vật lí

11 KNTT và đề xuất các chủ đề STEM liên quan

- Thiết kế các chủ đề STEM vận dụng vào dạy học chuyên đề “Mở đầu về điện tử học ” Chuyên đề vật lí 11 KNTT nhằm phát triển năng lực sáng tạo của học sinh

- Xây dựng bộ công cụ đánh giá năng lực sáng tạo của học sinh trong dạy học STEM cụ thể cho chủ đề

- Tiến hành thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá giả thuyết khoa học và hiệu quả của đề tài

6 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý luận: Bao gồm phương pháp phân tích, tổng hợp

và khái quát hóa nhằm nghiên cứu những tài liệu thuộc phạm vi đề tài về các vấn đề như khái niệm, cơ sở lý luận

- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Là phương pháp điều tra, quan sát sư phạm

nhằm sử dụng để điều tra thực trạng dạy học môn Vật Lý dưới góc độ STEM, những hiểu biết của giáo viên về giáo dục STEM Từ đó xây dựng và sử dụng các bảng kiểm tra quan sát năng lực của học sinh trong quá trình trải nghiệm học tập môn Vật lý theo định hướng giáo dục STEM Xác định nhiệm vụ và xây dựng nội dung

- Thực nghiệm sư phạm: Tiến hành thực nghiệm sư phạm trên đối tượng học sinh

THPT nhằm đánh giá tính khả thi của tiến trình dạy học đã xây dựng

- Phương pháp thống kê toán học: Sử dụng các lý thuyết Toán học như thống kê

xác suất, các phương tiện của logic, đại số … sử dụng máy tính điện tử với các kỹ thuật

xử lý để xử lý và phân tích các mẫu điều tra và thực nghiệm

7 Cấu trúc của khóa luận

Ngoài phần mở đầu, kết luận, 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 lý luận và thực tiễn của việc dạy học theo hướng giáo dục STEM tích hợp sử dụng Arduino nhằm phát triển năng lực sáng tạo của học sinh THPT

Chương 2 Thiết kế hoạt động dạy học chuyên đề “Mở đầu về điện tử học” – Chuyên đề vật lí 11 theo hướng giáo dục STEM tích hợp sử dụng Arduino nhằm phát triển năng lực sáng tạo của học sinh THPT

Chương 3 Thực nghiệm sư phạm

NỘI DUNG

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC DẠY HỌC THEO HƯỚNG GIÁO DỤC STEM TÍCH HỢP SỬ DỤNG ARDUINO NHẰM PHÁT

TRIỂN NĂNG LỰC SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH THPT

1.1 Giáo dục STEM

1.1.1 Khái niệm về giáo dục STEM

1.1.2 Mục tiêu của giáo dục STEM

1.1.3 Phân loại giáo dục STEM

1.1.4 Tiêu chí xây dựng chủ đề giáo dục STEM

1.2 Arduino

…

1.2 Năng lực sáng tạo

1.2.1 Khái niệm năng lực sáng tạo

1.2.2 Biểu hiện của năng lực sáng tạo

1.2.3 Các phương pháp dạy học phát triển năng lực sáng tạo

1.3 Tổ chức dạy học giáo dục STEM tích hợp sử dụng Arduino nhằm phát triển năng lực sáng tạo của học sinh THPT

1.3.1 Vai trò giáo dục STEM tích hợp sử dụng Arduino trong việc dạy học phát

triển năng lực sáng tạo của HS

1.3.2 Tiến trình tổ chức dạy học STEM tích hợp sử dụng Arduino nhằm phát triển năng lực hợp tác của HS

1.3.3 Tiêu chí đánh giá năng lực sáng tạo của học sinh THPT trong dạy học theo hướng giáo dục STEM

1.3.4 Nguyên tắc tổ chức dạy học STEM tích hợp sử dụng Arduino nhằm phát triển năng lực sáng tạo của học sinh THPT

1.4 Thực trạng việc tổ chức dạy học theo hướng giáo dục STEM tích hợp sử dụng Arduino nhằm phát triển năng lực sáng tạo của học sinh ở trường THPT

1.4.1 Mục đích điều tra

1.4.2 Phương pháp điều tra

1.4.3 Đối tượng điều tra

1.4.4 Phân tích thực trạng

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC CHUYÊN ĐỀ “MỞ ĐẦU VỀ ĐIỆN TỬ HỌC” – CHUYÊN ĐỀ VẬT LÍ 11 THEO HƯỚNG GIÁO DỤC STEM TÍCH HỢP SỬ DỤNG ARDUINO NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC SÁNG TẠO

CỦA HỌC SINH THPT

2.1 Phân tích yêu cầu cần đạt nội dung chuyên đề “Mở đầu về điện tử học” – chuyên

đề vật lí 11 theo hướng giáo dục STEM

2.1.1 Vị trí, vai trò của chuyên đề

2.1.2 Yêu cầu đạt của chuyên đề

2.1.3 Phân tích mạch logic xây dựng kiến thức của chuyên đề

2.1.4 Các đơn vị kiến thức của chuyên đề

2.2 Thiết kế hoạt động chủ đề STEM dạy học kiến thức chuyên đề “Mở đầu về điện

tử học” – chuyên đề vật lí 11 theo hướng giáo dục stem tích hợp sử dụng Arduino nhằm phát triển năng lực sáng tạo của học sinh THPT

2.2.1 Thiết kế hoạt động dạy học chủ đề STEM : “Hệ thống trồng rau thủy canh tự động”

2.2.2 Thiết kế hoạt động dạy học chủ đề STEM : “Thiết bị cảnh báo rò rỉ khí gas”

2.2.3 Thiết kế hoạt động dạy học chủ đề STEM : “Máy đo chất lượng nước uống”

2.3 Thiết kế công cụ đánh giá năng lực sáng tạo của học sinh THPT cho từng chủ đề:

2.3.1 Công cụ đánh giá chủ đề STEM : “Hệ thống trồng rau thủy canh tự động”

2.3.2 Công cụ đánh giá chủ đề STEM : “Thiết bị cảnh báo rò rỉ khí gas”

2.3.3 Công cụ đánh giá chủ đề STEM : “Máy đo chất lượng nước uống”

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm

3.2 Đối tượng thực nghiệm sư phạm

3.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm

3.4 Những thuận lợi và khó khăn gặp phải khi tiến hành thực nghiệm sư phạm 3.5 Kế hoạch thực nghiệm sư phạm

3.6 Phân tích diễn biến thực nghiệm sư phạm

3.7 Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm đối với mục tiêu giáo dục STEM

3.7.1 Đánh giá định tính năng lực sáng tạo

3.7.2 Đánh giá định lượng

3.7.3 Đánh giá về khảo sát ý kiến học sinh sau khi tham gia học tập chủ đề STEM 3.7.4 Đánh giá chung

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3

KẾT LUẬN

- Kết luận

- Khuyến nghị