Thiết kế hoạt động giáo dục STEM thông qua thử thách làm nến cho học sinh lớp 10 trung học phổ thông

Nếu thiết kế được hoạt động dạy học theo định hướng STEM sẽ đánh giá được mức độ mục tiêu dạy học và đánh giá được mức độ phát triển kiến thức, kỹ năng STEM của học sinh, đồng thời tạo h

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

KHOA VẬT LÝ

NGUYỄN THỊ PHƯƠNG THẢO

THIẾT KẾ HOẠT ĐỘNG GIÁO DỤC STEM THÔNG QUA THỬ THÁCH LÀM NẾN CHO HỌC SINH LỚP 10

TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

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

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

HÀ NỘI, 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

KHOA VẬT LÝ

NGUYỄN THỊ PHƯƠNG THẢO

THIẾT KẾ HOẠT ĐỘNG GIÁO DỤC STEM THÔNG QUA THỬ THÁCH LÀM NẾN CHO HỌC SINH LỚP 10

TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

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

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Người hướng dẫn khoa học

ThS NGUYỄN ANH DŨNG

HÀ NỘI, 2019

LỜI CẢM ƠN

Khóa luận này là kết quả của quá trình học tập và nghiên cứu của tôi tại trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Với tình cảm chân thành, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy, cô trong trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

đã quan tâm, giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu đề tài này

Xin chân thành cảm ơn tới thầy, cô bên tổ phương pháp dạy học bộ môn Vật lý đã chỉ bảo, giúp đỡ tôi rất tận tình

Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy – ThS Nguyễn Anh Dũng đã tận tình hướng dẫn, góp ý và động viên tôi trong suốt quá trình hoàn thành khóa luận

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và người thân đã động viên giúp đỡ tôi hoàn thành chương trình học và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan, dưới sự hướng dẫn tận tình của Th.S Nguyễn Anh Dũng, khóaluận tốt nghiệp đại học chuyên ngành Vật lí với đề tài “THIẾT KẾ HOẠT ĐỘNG GIÁO DỤC STEM THÔNG QUA THỬ THÁCH LÀM NẾN CHO HỌC SINH LỚP 10 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG” được hoàn thành bởi nhận thức của bản thân em, không trùng khớp với bất kì công trìnhkhoa học nào khác

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

Hà Nội, ngày ….tháng ….năm 2019

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu 1

3 Đối tượng, khách thể, phạm vi nghiên cứu 2

4 Giả thuyết đề tài 2

5 Phương pháp nghiên cứu 2

6 Cấu trúc đề tài 3

Phần nội dung 3

NỘI DUNG 4

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ GIÁO DỤC STEM 4

1.1 Giáo dục STEM là gì? 4

1.1.1 STEM 4

1.1.2 Giáo dục STEM 5

1.1.3 Đặc điểm của giáo dục STEM 5

1.1.4 Môn học STEM 7

1.1.5 Kỹ năng STEM 8

1.2 Vai trò của giáo dục STEM 9

1.3 Giáo dục STEM trên thế giới 9

1.4 Giáo dục STEM tại Việt Nam 12

1.5 Quy trình giáo dục STEM 13

1.6 Dạy học môn Vật lý theo định hướng giáo dục STEM 19

1.6.1 Mối liên hệ giữa dạy học vật lý và giáo dục STEM 19

1.6.2 Quy trình dạy học môn Vật lý theo định hướng giáo dục STEM 21

1.7 Kiểm tra đánh giá trong giáo dục STEM 23

1.7.1 Đánh giá truyền thống 23

1.7.2 Đánh giá trong giáo dục STEM 24

TỔNG KẾT CHƯƠNG 1 25

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HOẠT ĐỘNG GIÁO DỤC STEM THÔNG QUATHỬ THÁCH LÀM NẾN CHO HỌC SINH LỚP 10 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 26

2.1.Thiết kế hoạt động dạy học theo định hướng STEM 26

2.1.1.Phân tích chuẩn kiến thức kỹ năng của bài học 26

2.1.2:Định hướng phát triển năng lực STEM trong thử thách làm nến 28

2.2 Kế hoạch dạy học trong thử thách làm nến 29

2.2.1 Mục tiêu dạy học 29

2.2.2 Nội dung học tập theo định hướng STEM 29

2.2.2.1 Tài liệu hướng dẫn hoạt động làm nến từ bơ thực vật 29

2.2.2.2 Thiết kế nhiệm vụ học tập 38

2.2.2.3 phiếu học tập 39

2.2.2.4 Tổ chức dạy học 40

2.2.2.5 Tổ chức hoạt động với phần mềm đo cường độ sáng của sản phẩm 41 2.3 Đề xuất bộ kiến thức môn Vật lý 10 có thể dạy học theo định hướng giáo dục STEM 42

TỔNG KẾT CHƯƠNG 2 44

CHƯƠNG 3: DỰ KIẾN THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 45

3.1 Mục đích và nhiệm vụ thực nghiệm 45

3.1.1 Mục đích thực nghiệm 45

3.1.2 Nhiệm vụ thực nghiệm 45

3.2 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 45

3.3 Các phương pháp thực nghiệm sư phạm 45

3.4 Tiêu chí đánh giá 46

3.5 Dự kiến kết quả thực nghiệm sư phạm 48

3.6 Thời gian thực nghiệm 49

TỔNG KẾT CHƯƠNG 3 50

KẾT LUẬN CHUNG 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.5 Sự khác nhau trong các hoạt động của giáo viên nhất quán và không nhất quán theo mô hình 5E 17 Bảng 2.1.1: Chuẩn kiến thức, kĩ năng Bài 38 ,Tiết 1 “ Sự chuyển thể của các chất phần Sự nóng chảy- sự đông đặc” 27 Bảng 2.1.2.Định hướng phát triển năng lực STEM trong thử thách làm nến 28 Bảng 3.4.a Bảng tiêu chí đánh giá sản phẩm 46 Bảng 3.4.b Bảng tiêu chí đánh giá hoạt động nhóm 47 Bảng 3.4.c Bảng tiêu chí tự đánh giá cá nhân 48

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 : Mô tả thuật ngữ STEM 4

Hình 1.5: Quy trình 5E hướng dẫn dạy học theo định hướng STEM 14

Hình 1.6: Quy trình dạy học môn Vật lý theo định hướng giáo dục STEM 21

Hình 2.1 Hình ảnh sản phẩm nến 30

Hình 2.2 Hình ảnh các hình dạng khuôn làm nến 31

Hình 2.3 Hình ảnh các giai đoạn làm nến 32

Hình 2.5 Hình ảnh phần mềm đo cường độ sáng Lux Meter 42

mà là vấn đề của cả toàn cầu nói chung Hiện nay, “Giáo dục STEM” đã trở thành chủ đề quan trọng trong các cuộc hội thảo và các kế hoạch tại các nước phát triển trong những năm gần đây Phương pháp dạy học STEM theo định hướng phát triển năng lực HS không chỉ về hoạt động trí tuệ mà còn chú ý rèn luyện năng lực hoạt động trải nghiệm thực hành, thực tiễn để phát triển năng lực GQVĐ người học qua sự kết hợp của 4 môn học: công nghệ, khoa học, kĩ thuật, toán học Việc kết hợp liên môn như vậy giúp người học phát triển khả năng sáng tạo, tư duy logic, hiệu suất học tập và làm việc vượt trội hơn, ngoài

ra người học còn có hội phát triển các kỹ năng mềm toàn diện Chính vì vậy, giáo dục STEM cần được quan tâm và nhận thức của toàn xã hội Bên cạnh

đó, bộ môn Vật Lý có nhiều điểm tương đồng với giáo dục STEM bởi đây là

bộ môn cung cấp các kiến thức khoa học nền tảng Do đó, việc nghiên cứu về giáo dục STEM thông qua dạy học Vật Lý là hoàn toàn cần thiết Với các lí

do trên, khóa luận chọn đề tài : “Thiết kế hoạt động giáo dục STEM thông qua dạy học Vật lý lớp 10”

2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu

2.1 Mục đích nghiên cứu:

Xây dựng cơ sở lí luận về giáo dục STEM và cơ sở lí luận về hoạt động giáo dục dạy học STEM thông qua dạy học bộ môn Vật lý THPT Thiết kế các hoạt động dạy học và đánh giá giáo dục STEM thông qua dạy học Vật lý lớp

10

2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu

a) Nghiên cứu tổng quan về giáo dục STEM

b) Nghiên cứu về dạy học bộ môn Vật lý theo định hướng giáo dục STEM

3 Đối tượng, khách thể, phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Các kiến thức để thiết kế dạy học trong giáo dục STEM thông qua dạy học

4 Giả thuyết đề tài

Nếu thiết kế được hoạt động dạy học theo định hướng STEM sẽ đánh giá được mức độ mục tiêu dạy học và đánh giá được mức độ phát triển kiến thức, kỹ năng STEM của học sinh, đồng thời tạo hứng thú cho học sinh hoạt động tích cực, chủ động hơn trong các hoạt động học tập

5 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lí luận: Nghiên cứu, phân tích, tổng hợp, hệ thống hóa,…các tài liệu lí luận liên quan nhằm xây dựng cho học sinh tài liệu tự học

- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Phỏng vấn trực tiếp GV, HS tại các trường thực nghiệm

- Phương pháp chuyên gia: Tham khảo, tiếp thu ý kiến của các chuyên gia giáo dục trong lĩnh vực giáo dục về việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề

và sáng tạo

- Thực nghiệm sư phạm: với HS khối 10 trường THPT để biết được tính khả thi của đề tài

3

- Phương pháp xử lí thông tin: áp dụng phương pháp thống kê toán học để xử

lý và phân tích số liệu thực nghiệm sư phạm

Chương 3: dự kiến thực nghiệm

4

NỘI DUNG CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ GIÁO DỤC STEM

1.1 Giáo dục STEM là gì?

1.1.1 STEM

Hình 1.1 : Mô tả thuật ngữ STEM

Theo nguồn: giao-duc-cua-thoi-dai-4-0/

http://victoriaacademy.edu.vn/giao-duc-stem-mo-hinh-STEM là viết tắt của các từ Science (khoa học), Technology (công

nghệ), Engineering (kỹ thuật) và Math (toán học) Ngay từ cái tên đó, có thể thấy được về bản chất STEM mang tính “liên môn”, giúp trang bị cho người học những kiến thức và kỹ năng cần thiết liên quan đến bốn lĩnh vực trên, các

kiến thức và kỹ năng này sẽ luôn được tích hợp, lồng ghép và bổ trợ cho nhau

giúp học sinh không chỉ hiểu biết về nguyên lý mà còn có thể áp dụng để thực hành và tạo ra được những sản phẩm trong cuộc sống hằng ngày

Như vậy, có thể hiểu đơn giản STEM là phương pháp giáo dục “Học

thông qua hành”, thay vì chỉ học lý thuyết thì bây giờ trẻ sẽ thực hành sau đó

rút ra được lý thuyết từ kết quả thực tế

5

1.1.2 Giáo dục STEM

Giáo dục STEM hiện nay được rất nhiều tổ chức,nhà giáo dục trên thế giới quan tâm và nghiên cứu Do đó, thuật ngữ “Giáo dục STEM” cũng đươc định nghĩa theo nhiều cách khác nhau:

Giáo dục STEM có thể được hiểu theo nghĩa là tích hợp của 4 môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học Theo tác giả Tsupros, N

R Kohler, & Hallinen (2009) “Giáo dục STEM là một cách tiếp cận liên ngành trong quá trình học, trong đó các khái niệm học thuật mang tính nguyên tắc được lồng ghép với các bài học trong thế giới thực, ở đó học sinh áp dụng các kiến thức trong khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học vào các bối cảnh cụ thể, giúp kết nối giữa trường học, cộng đồng, nơi làm việc và các tổ chức toàn cầu để từ đó phát triển các năng lực trong lĩnh vực STEM và khả năng cạnh tranh trong nền kinh tế mới”

Ngoài ra, giáo dục STEM còn được hiểu theo nghĩa là tích hợp từ hai

lĩnh trở lên về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học Theo quan niệm

này, tác giả Sander M (2009), định nghĩa “ Giáo dục STEM là phương pháp tiếp cận,khám phá trong giảng dạy và học tập giữa hai hay nhiều hơn các môn học STEM, hoặc giữa một chủ đề STEM và một hoặc nhiều môn học khác nhau trong nhà trường”

Không thể có nền kinh tế 4.0 dựa trên nền tảng khoa học công nghệ lạc hậu, cũng như không thể có nền khoa học công nghệ phát triển dựa trên nền tảng giáo dục đào tạo lạc hậu Theo chỉ thị số 16 của Thủ tướng Chính phủ mới đây có nêu rõ: Bộ Giáo dục và Đào tạo thúc đẩy triển khai giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông, nhằm tăng cường khả năng thích nghi với những yêu cầu của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư Và điều đó cho thấy, giáo dục STEM đóng vai trò rất quan trọng trong cuộc cách mạng này Vì vậy, để tiếp cận với phương pháp giáo dục STEM cần phải tìm hiểu rõ về bản chất và đặc điểm của phương pháp này một cách chính xác nhất

1.1.3 Đặc điểm của giáo dục STEM

6

Theo tác giả Nguyễn Thành Hải, Nghiên cứu sinh tiến sĩ ngành Khoa học Giáo dục tại Viện nghiên cứu Giáo dục STEM của Đại học Missouri (Mỹ) đã có bài viết rút ra ba đặc điểm quan trọng khi nói về giáo dục:

sinh-thanh-nha-khoa-hoc/20170419034255815p1c160.htm)

(http://khoahocphattrien.vn/khoa-hoc/giao-duc-stem-khong-de-bien-hoc-Thứ nhất đó là cách tiếp cận “liên ngành” khác với “đa ngành” Mặc dù

là cùng có nhiều ngành, nhiều lĩnh vực nhưng “liên ngành” thể hiện sự liên kết và hỗ trợ giữa các ngành với nhau Còn “đa ngành” chỉ là sự xuất hiện của nhiều môn học, nhưng giữa các môn học đó không có sự tương tác, bổ trợ cho nhau để giúp hình thành phẩm chất và năng lực cho học sinh Do vậy, nếu một chương trình học, một trường học có nhiều môn học khác nhau nhưng lại được các giáo viên khác nhau dạy một cách tách biệt, chuyên sâu, mà không

có sự kết nối và bổ trợ lẫn nhau thì chưa được gọi là giáo dục STEM

Thứ hai là sự lồng ghép giữa các bài học với thế giới thực, thể hiện tính thực tiễn và tính ứng dụng kiến thức cao trong việc giải quyết các vấn đề thực

tế Tức là, khoảng cách giữa lý thuyết và ứng dụng lý thuyết vào thực tế được rút ngắn lại và không có rào cản giữa chúng Do vậy, các chương trình giáo dục STEM nhất thiết phải hướng đến các hoạt động thực hành và vận dụng kiến thức để tạo ra sản phẩm hoặc giải quyết vấn đề thực tế của cuộc sống Thứ ba là sự kết nối từ trường học, xã hội đến các tổ chức toàn cầu thế giới, đó là kỷ nguyên của thế giới phẳng, cách mạng công nghiệp 4.0 nơi mà

tự động hóa và điều khiển từ xa thông qua các thiết bị điện tử di động lên ngôi, thông qua đường truyền Internet Do vậy, quá trình giáo dục STEM không chỉ hướng đến các vấn đề cụ thể của địa phương, xã hội quanh môi trường học tập, mà phải đặt trong các vấn đề gắn với bối cảnh kinh tế toàn cầu

và các xu hướng chung của thế giới, ví dụ như biến đổi khí hâu, năng lượng tái tạo,…

Ngoài ra, đặc điểm của giáo dục STEM có thể hiểu là một quan điểm dạy học tích hợp nhưng đặc điểm cơ bản của giáo dục STEM là chỉ bàn đến tích hợp các nội dung thuộc các lĩnh vực Khoa học,Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học Các hoạt động định hướng thực hành và định hướng sản phẩm,

7

trong quá trình tổ chức hoạt động dạy học chi phối bởi những định hướng đã được thỏa thuận giữa người dạy và người học

Định hướng hứng thú, đây là hoạt động nhằm hình thành xúc cảm tích cực cho người học, là cơ sở hình thành niềm tin, thái độ, giá trị của người học

Là hoạt động dạy học nhằm cho hoạt động trí óc và chân tay kết hợp với nhau một cách chặt chẽ, bên cạnh đó còn giúp giải phóng năng lượng, thần kinh, cơ bắp của người học Là quan điểm dạy học tích cực hóa học sinh và tiếp cận toàn thể, người học được hoạt động, tương tác trực tiếp với các đối tượng hoạt động, trong đó các đối tượng hoạt động được thiết kế thành các mô đun định hướng năng lực Đặc điểm quan trọng của giáo dục STEM là nhấn mạnh việc học tập trong những điều kiện phức hợp nhưng vẫn đảm bảo nắm chắc kiến thức cơ bản, rèn luyện những kĩ năng cơ bản

1.1.4 Môn học STEM

Science (Khoa học): Là môn học nhằm phát triển khả năng sử

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

Technology (Công nghệ): Là môn học nhằm phát triển khả năng sử

dụng, quản lí, hiểu và đánh giá công nghệ của học sinh Nó cung cấp cho học sinh những cơ hội để hiểu về công nghệ được phát triển như thế nào, cung cấp cho học sinh những kĩ năng để có thể phân tích được sự ảnh hưởng của công nghệ mới tới cuộc sống hàng ngày của học sinh và của cộng đồng…

Engineering (Kĩ thuật) : Là môn học nhằm phát triển sự hiểu biết ở học

sinh về cách công nghệ đang phát triển thông qua quá trình thiết kế kĩ thuật

Kĩ thuật cung cấp cho học sinh những cơ hội để tích hợp kiến thức của nhiều môn học, giúp cho những khái niệm liên quan trở nên tường minh trong cuộc sống của họ Kĩ thuật cũng cung cấp cho học sinh những kĩ năng để có thể 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 các quy trình sản xuất

8

Mathematics (Toán học): Là môn học nhằm phát triển ở học sinh 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 các vấn đề toán học trong quá tình huống đặt ra

ví dụ:

Khi học về chủ đề hệ mặt trời, học sinh sẽ được tìm hiểu, nghiên cứu về cấu trúc và đặc điểm của hệ mặt trời ( tìm hiểu về Khoa học ), bên cạnh đó học sinh sẽ được nghiên cứu về những ý tưởng phát hiện ra kính thiên văn ( tìm hiểu Công nghệ), được học về cấu tạo, nguyên lí hoạt động của kính thiên văn ( tìm hiểu về Kĩ thuật), và còn được học cách tính tỉ lệ khoảng cách giữa các ngôi sao hay kích thước của các ngôi sao ( môn Toán học )

1.1.5 Kỹ năng STEM

Giáo dục STEM không chỉ giúp người học có kiến thức liên ngành về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học, mà còn giúp người học phát triển các kĩ năng về các lĩnh vực đó để có thể vận dụng vào cuộc sống, đặc biệt là trong thời đại công nghệ hiện đại ngày nay thì các kĩ năng này là không thể thiếu ( Theo bài viết: https://ictnews.vn/cntt/cach-mang-40/stem-la-gi-va-

Kỹ năng khoa học: học sinh được trang bị kiến thức về các khái niệm,

các nguyên lý, các định luật và các cơ sở lý thuyết của giáo dục khoa học Mục tiêu quan trọng nhất là thông qua giáo dục khoa học, học sinh 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

Với kỹ năng công nghệ: học sinh có khả năng sử dụng, quản lý, hiểu

biết, và truy cập 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

Về kỹ năng kỹ thuật: học sinh được trang bị kỹ năng sản xuất ra đối

tượng và hiểu được quy trình để làm ra nó Vấn đề này đòi hỏi học sinh phải

có khả năng tổng hợp và kết hợp để biết cách làm thế nào để cân bằng các yếu

tố liên quan (như khoa học, nghệ thuật, công nghệ, kỹ thuật) để có được một giải pháp tốt nhất trong thiết kế và xây dựng quy trình Ngoài ra học sinh còn

9

có khả năng nhìn nhận ra nhu cầu và phản ứng của xã hội trong những vấn đề liên quan đến kỹ thuật

Và cuối cùng, kỹ năng toán học: là khả năng nhìn nhận và nắm bắt

được vai trò của toán học trong mọi khía cạnh tồn tại trên thế giới Học sinh

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

1.2 Vai trò của giáo dục STEM

Những học sinh học theo cách tiếp cận giáo dục 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 học sinh

Với học sinh 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, học sinh 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

Có thể xét thấy, mục tiêu chung của giáo dục STEM chính là sự tác động tích cực đến người học, giúp người học có thể sẵn sàng với các thách thức mới của thế giới thể kỉ XXI

Dưới góc độ giáo dục và các góc độ khác, giáo dục STEM có ba vai trò

cơ bản tác động trực tiếp đến người học đó là : hình thành và phát triển năng lực người học; trang bị kiến thức và kĩ năng STEM cho người học để đáp nguồn nhân lực trong lĩnh vực STEM; thiết lập mối liên hệ tương tác giữa khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học

1.3 Giáo dục STEM trên thế giới

Tại Pháp

Theo tác giả Nationale, giáo dục STEM được bao phủ ở mọi cấp học

10

Ở bậc TH, HS được học về Toán học, Khoa học tự nhiên và Công nghệ HS

đã được tham gia các hoạt động trải nghiệm nghiên cứu nhằm thúc đẩy sự quan tâm của các em về Khoa học và Công nghệ, bên cạnh đó phát triển tư duy phê phán của HS Mục tiêu là nâng cao sự hiểu biết của HS về thế giới từ

cả hai yếu tố tự nhiên và nhân tạo

Ở bậc THCS, HS được học về Toán học, Khoa học (Vật lí, Hóa học, Khoa học Sự sống và Trái đất), Công nghệ HS được tập trung học tập theo định hướng giải quyết vấn đề và nghiên cứu nhằm khuyến khích các em có hiểu biết và những suy nghĩ nghiêm túc về thế giới của mình Hiểu về các nguyên

lí của Toán học và giải quyết các vấn đề Toán học Đặc biệt hiện nay, Pháp đang triển khai một chương trình học tập về tích hợp Khoa học và Công nghệ Cung cấp một chương trình bao gồm các nội dung về Vật lí, Hóa học, Khoa học sự sống và trái đất, Công nghệ Tuy nhiên, các nội dung này được dạy tích hợp chứ không phải là một môn học riêng biệt

Ở trong chương trình THPT của Pháp, giáo dục STEM được dành thời lượng đáng kể Trong năm đầu tiên, mỗi tuần HS học Toán học 4 giờ; học Vật lí, Hóa học, Thực hành thể thao, Vũ trụ 3 giờ Tuy nhiên chỉ có nửa giờ mỗi tuần cho nghiên cứu về Khoa học đời sống và trái đất Môn học này được dạy thông qua ba chủ đề: cơ thể con người và sức khỏe; trái đất và các hành tinh; hành trình tiến hóa của sự sống Cũng trong năm học đầu tiên HS được tham gia vào chủ đề khám phá có liên quan đến STEM như: Công nghệ sinh học; Y tế và xã hội; Phát minh và đổi mới công nghệ, kĩ thuật

Tại Anh

Chương trình hành động của Anh nhằm thúc đẩy giáo dục STEM bao gồm 4 nội dung chính (Mark Windale, 2016):

Một là, tuyển dụng GV giảng dạy STEM Theo đó, dạy tích hợp không

phải là một GV dạy nhiều môn học một lúc mà các GV các môn học khác nhau phải hợp tác, cùng xây dựng bài giảng để HS có thể vận dung kiến thức

và kĩ năng của nhiều môn để giải quyết một vấn đề

Hai là, bồi dưỡng nâng cao trình độ của GV

Ba là, cải tiến và làm phong phú chương trình học cả trong và ngoài lớp học

11

Bốn là, phát triển cơ sở vật chất hỗ trợ cho việc dạy và học Điều này không

chỉ cần sự đầu tư từ ngân sách nhà nước mà còn từ phía khu vực tư nhân -Kinh nghiệm giáo dục STEM ở Anh là không tách biệt giáo dục STEM với chương trình chính khóa mà lồng ghép những trải nghiệm STEM vào chương trình giảng dạy và sách giáo khoa Một số cách đưa giáo dục STEM vào chương trình học tại Anh là:

(1) Dự án STEM được dạy trong một môn học duy nhất, ở đó GV tổ chức cho HS thiết lập vấn đề, thiết kế phương pháp giải quyết vấn đề, thu thập các thông tin, bằng chứng và cuối cùng là rút ra những kết luận

(2) Dự án STEM được dạy trong nhiều môn học Theo cách này, các GV khác nhau sẽ dạy cùng một chủ đề STEM nhưng tiếp cận theo góc độ chuyên môn của mình

(3) Dự án STEM phối hợp nhiều môn học, các môn học vẫn tiếp cận chủ

đề theo góc độ kiến thức chuyên môn riêng Những nội dung được giải quyết trong môn học trước sẽ là tiền đề nối tiếp để dạy ở môn học sau

(4) Dự án STEM được thực hiện song song với chương trình học HS sẽ học các môn học một cách bình thường, tuy nhiên song song với đó HS sẽ tham gia vào một dự án STEM, HS sẽ vận dụng các kiến thức được học để giải quyết các vấn đề mà dự án đặt ra

Tại Mỹ

Theo thống kê trong một bài viết tại(

tỉ lệ học sinh, sinh viên theo học một trong 4 lĩnh vực STEM giảm đi đáng kể trong khi nhu cầu các ngành nghề lĩnh vực STEM gia tăng rõ rệt Theo Bộ Giáo dục Đạo tạo Hòa Kỳ trước đây chỉ có 16% HS trung học phổ thông quan tâm đến STEM và chứng minh được sự thành thạo toán học Năm 2009, chính quyền Obama công bố chiến dịch “Giáo dục để đổi mới” để động viên và khích lệ HS tham gia vào các môn STEM đồng thời chú trọng tới số lượng lớn giáo viên có chuyên môn cao trong các lĩnh vực này Mục đích để đưa những sinh viên Mỹ ở lĩnh vực khoa học, toán học đạt tới vị trí cao trong đấu trường quốc tế, gia tăng sự tham gia của công chúng và giới trẻ với STEM,

12

nâng cao kinh nghiệm STEM cho sinh viên, nâng cao chuyên môn STEM cho sinh viên đại học, đảm bảo nhu cầu nhân lực STEM và thiết kế giáo dục sau đại học tốt hơn cho lực lượng lao động STEM

Ngân sách năm 2014 của chính quyền Obama đầu tư 3,1 tỷ đô la vào các chương trình liên bang về giáo dục STEM, với mức tăng 6,7% so với năm

2012 Các khoản đầu tư sẽ được thực hiện để tuyển dụng và hỗ trợ giáo viên STEM, cũng như hỗ trợ các trường trung học tập trung vào STEM với Mạng lưới đổi mới STEM Ngân sách cũng đầu tư vào các dự án nghiên cứu tiên tiến cho giáo dục, để hiểu rõ hơn về công nghệ học tập thế hệ tiếp theo

1.4 Giáo dục STEM tại Việt Nam

Theo bài viết tại: (

Ở Việt Nam các trung tâm giáo dục ngoại khoá đã sớm áp dụng các chương trình đào tạo STEM cho học sinh Ngày 1/12/2015, Công ty DTT Educspec chính thức ra mắt chuỗi trung tâm Học viện STEM đáp ứng nhu cầu của các bạn học sinh đam mê STEM tại các cơ sở trên toàn quốc với địa chỉ website là hocvienstem.com

Trong khi đó trường Tiểu học FPT cũng đã có kế hoạch triển khai giáo dục STEM vào chương trình chính khóa bắt buộc từ năm học 2017-2018, với sự kết hợp cùng Trung tâm American STEM

Từ năm 2012, Bộ Giáo dục và Đào tạo hàng năm đã tổ chức cuộc thi “Vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các tình huống thực tiễn dành cho HS trung học” và cuộc thi “Dạy học theo chủ đề tích hợp dành cho GV trung học” Cuộc thi là cơ hội khuyến khích HS vận dụng kiến thức của các môn học khác nhau để giải quyết các tình huống thực tiễn; tăng cường khả năng vận dụng tổng hợp, khả năng tự học, tự nghiên cứu của HS Đặc biệt, các cuộc thi Robothon quốc gia hàng năm được tổ chức, đã vận dụng phương pháp giáo dục Stem một cách rất hiệu quả Học sinh có thể tự thiết kế, chế tạo các rô-bốt đa dạng, cánh tay máy cầm nâng các vật và hiểu được nguyên

lý hoạt động của các sản phẩm, qua đó trang bị những kiến thức, kỹ năng cần thiết liên quan đến các lĩnh vực khoa học, kỹ thuật, công nghệ và toán học cho

13

học sinh Các kiến thức, kỹ năng được tích hợp, lồng ghép và bổ trợ cho nhau, giúp học sinh không chỉ hiểu biết về nguyên lý mà còn có thể áp dụng để thực hành, tạo ra được những sản phẩm trong cuộc sống hằng ngày như: thiết kế đèn thông minh trong nhà, hệ thống tưới cây tự động…

Theo Chỉ thị 16/CT-TTg ngày 4/5/2017 về Tăng cường năng lực tiếp cận cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư (còn gọi là cách mạng công nghiệp 4.0) Trong đó, Thủ tướng Chính phủ có yêu cầu phải thay đổi mạnh mẽ các chính sách, nội dung, phương pháp giáo dục và dạy nghề nhằm tạo ra nguồn nhân lực có khả năng tiếp nhận các xu thế công nghệ sản xuất mới, trong đó cần tập trung vào thúc đẩy đào tạo về STEM bên cạnh ngoại ngữ, tin học trong chương trình giáo dục phổ thông Bộ Giáo dục và Đào tạo cùng phối hợp với Hội Đồng Anh triển khai chương trình thí điểm về giáo dục STEM cho 15 trường THCS và THPT tại các tỉnh thành như Hà Nội, Hải Dương, Hải Phòng, Quảng Ninh và Nam Định Đây là những bước đi quan trọng nhằm phát triển một chương trình giáo dục theo định hướng STEM mang tầm quốc gia trong năm học 2016-2017 Mục tiêu chính của dự án này là nhằm : (1) Nâng cao năng lực cho giáo viên, lãnh đạo trường phổ thông về áp dụng phương pháp giáo dục STEM trong công tác giảng dạy của trường nhằm nâng cao năng lực học tập và thực hành của học sinh; (2) Phát triển giáo trình, đổi mới sách giáo khoa và các phương pháp dạy học theo định hướng STEM, xây dựng tài liệu giáo dục STEM; (3) Các hoạt động bổ trợ tiếp cận phương pháp giáo dục STEM (câu lạc bộ khoa học, cuộc thi khoa học, đại sứ STEM, nguồn học liệu STEM, trại hè STEM, khuyến khích sự tham gia của các thành phần,

tổ chức xã hội vào hoạt động STEM)

Tuy nhiên việc đưa STEM vào chương trình giáo dục phổ thông cũng sẽ gặp một số khó khăn như được nêu ra trong các hội thảo giáo dục, ví dụ như quy định thi cử, đánh giá chất lượng cũng cần thay đổi phù hợp, hay điều kiện cơ

sở vật chất sơ sài ở các trường vùng nông thôn, vùng sâu vùng xa

1.5 Quy trình giáo dục STEM

Mô hình giảng dạy 5E ra đời năm 1987 Nó được phát triển bởi tác giả

Rodger W Bybee cùng cộng sự của mình trong tổ chức giáo dục Nghiên cứu

14

giáo trình dạy Sinh học (BSCS – Biological Sciences Curriculum Study), tại bang Colorado, Mỹ 5E được phát triển dựa trên lý thuyết kiến tạo (constructivism) về học tập

Theo phương pháp 5E, người học sẽ cùng nhau xây dựng kiến thức, chủ động khám phá các khái niệm mới thông qua các trải nghiệm học tập cụ thể Lúc đầu, nhóm nghiên cứu xây dựng phương pháp 5E chỉ để nhằm giúp học sinh học môn sinh học thực nghiệm dễ dàng hơn Sau đó, phương pháp 5E được áp dụng rộng trong nhiều môn khoa học khác như toán, công nghệ,

kỹ thuật Nó được áp dụng phổ biến đến tận ngày nay trong các phương pháp dạy học hiện đại, điển hình như STEM

Mô hình dạy học 5E gồm 5 giai đoạn và có những đặc điểm chính như sau:

https://hocvienkhampha.edu.vn/mo-hinh-day-hoc-5e-trong-giao-duc-stem/

Hình 1.5: Quy trình 5E hướng dẫn dạy học theo định hướng STEM Engagement (Gắn kết)

Trong giai đoạn đầu của chu kỳ học tập, giáo viên làm việc để đạt được

sự hiểu biết về kiến thức sẵn có của học sinh và xác định bất kỳ khoảng trống kiến thức nào Điều quan trọng là khuyến khích quan tâm đến các khái niệm

15

sắp tới để học sinh có thể sẵn sàng tìm hiểu Giáo viên có thể làm cho học sinh đặt câu hỏi mở hoặc ghi lại những gì họ đã biết về chủ đề Thông qua các hoạt động đa dạng, giáo viên thu hút sự chú ý và quan tâm của học sinh, tạo không khí trong lớp học, học sinh cảm thấy có sự liên hệ và kết nối với những kiến thức hoặc trải nghiệm trước đó Giai đoạn này cho phép học sinh gắn kết, liên hệ lại với các trải nghiệm và quan sát thực tế mà các em đã có trước đó Trong bước này, các khái niệm mới cũng sẽ được giới thiệu cho các em

Khảo sát (Exploration)

Trong giai đoạn này, học sinh được chủ động khám phá các khái niệm mới thông qua các trải nghiệm học tập cụ thể Giáo viên cung cấp những kiến thức hoặc những trải nghiệm mang tính cơ bản, nền tảng, dựa vào đó các kiến thức mới có thể được bắt đầu Giai đoạn này, học sinh sẽ trực tiếp khám phá

và thao tác trên các vật liệu hoặc học cụ đã được chuẩn bị sẵn Giáo viên có thể yêu cầu học sinh thực hiện các hoạt động như quan sát, làm thí nghiệm, thiết kế, thu số liệu

Giải thích (Explanation)

Ở giai đoạn này, giáo viên sẽ hướng dẫn học sinh tổng hợp kiến thức mới và đặt câu hỏi nếu họ cần làm rõ thêm Giáo viên tạo điều kiện cho học sinh được trình bày, miêu tả, phân tích các trải nghiệm hoặc quan sát thu nhận được ở bước Khám phá Ở bước này, giáo viên có thể giới thiệu các thuật ngữ mới, khái niệm mới, công thức mới, giúp học sinh kết nối và thấy được sự liên hệ với trải nghiệm trước đó Để giai đoạn này có hiệu quả, giáo viên nên yêu cầu học sinh chia sẻ những gì mà các em đã học được trong giai đoạn Khám phá trước khi giới thiệu thông tin chi tiết một cách trực tiếp hơn

Áp dụng cụ thể (Elaborate)

Giai đoạn này tập trung vào việc tạo cho học sinh có được không gian

áp dụng những gì đã học được Giáo viên giúp học sinh thực hành và vận dụng các kiến thức đã học được ở bước Giải thích, giúp học sinh làm sâu sắc hơn các hiểu biết, khéo léo hơn các kỹ năng, và có thể áp dụng được trong những tình huống và hoàn cảnh đa dạng khác nhau Điều này giúp các kiến thức trở nên sâu sắc hơn Giáo viên có thể yêu cầu học sinh trình bày chi tiết

16

hoặc tiến hành khảo sát bổ sung để củng cố các kỹ năng mới Giai đoạn này cũng nhằm giúp học sinh củng cố kiến thức trước khi được đánh giá thông qua các bài kiểm tra

Đánh giá (Evaluation)

Mô hình 5E cho phép đánh giá chính thức (dưới dạng các bài kiểm tra)

và phi chính thức (dưới dạng những câu hỏi nhanh) Trong giai đoạn này, giáo viên có thể quan sát học sinh thông qua các hoạt động nhóm nhỏ hoặc nhóm lớn để xem sự tương tác trong quá trình học Cũng cần lưu ý là học sinh tiếp cận các vấn đề theo một cách khác dựa trên những gì họ học được Các yếu tố hữu ích khác của Giai đoạn đánh giá bao gồm tự đánh giá, bài tập viết và bài tập trắc nghiệm, hoặc các sản phẩm Ở đây, giáo viên sẽ linh hoạt sử dụng các

kỹ thuật đánh giá đa dạng để nhận biết quá trình nhận thức và khả năng của từng học sinh, từ đó đưa ra các phương hướng điều chỉnh và hỗ trợ học sinh phù hợp, giúp học sinh đạt được các mục tiêu học tập như đã đề ra

Hiểu quả của mô hình dạy học 5E:

Đối với các chương trình giáo dục STEM, mô hình 5E trở thành một công cụ hiệu hữu hiệu giúp cho cho cả người học và người dạy đều cảm thấy tiếp nhận bài học có tính hệ thống, liền mạch, có cơ hội phát triển theo tâm lý

tự khám phá và kiến tạo kiến thức

Nghiên cứu gần đây cũng cho thấy mô hình 5E đã tạo ra một sự hiểu biết khoa học tốt hơn đáng kể so với cách hướng dẫn truyền thống Ngoài ra,

mô hình này còn giúp tăng đáng kể kết quả học tập và duy trì tính kết nối giữa các bài học khoa học

Trong giáo dục STEM rất cần sự liên kết giữa các hoạt động với nhau

để tạo thành một mục tiêu giáo dục có tính hiệu quả Do vậy mô hình dạy học 5E mang lại cho giáo viên một cách nhìn hệ thống và toàn diện triển, giúp ích trong việc triển khai các nội dung đa dạng khác nhau Trong quá trình dạy học các môn khoa học cũng như các môn kỹ thuật và công nghệ, các bài học thông thường luôn cần các hoạt động về thực hành làm thí nghiệm, ngoài ra cần các khoảng thời gian để vận dụng các kỹ năng về tư duy như giải quyết vấn đề (problem-solving), ra quyết định (decision-making) và tư duy phản

17

biện (critical thinking) Do đó việc áp dụng mô hình dạy học 5E sẽ giúp cho giáo viên tìm được trọng tâm của bài học và dẫn dắt học sinh tiến hành được các bước một cách có hệ thống

Bảng 1.5 Sự khác nhau trong các hoạt động của giáo viên nhất quán và

không nhất quán theo mô hình 5E

Dạy học theo

5E

Hoạt động của giáo viên

Thống nhất với mô hình 5E Không thống nhất với mô hình

5E

Gắn kết

(Engagment)

Tạo hứng thú Kích thích sự tò mò Làm rõ hơn các câu trả lời hoặc các phát hiện mà học sinh đã biết hoặc suy nghĩ về chủ đề bài học

Giải thích khái niệm Cung cấp các định nghĩa và câu trả lời

Kết luận Đưa ra những câu hỏi đóng

để giải quyết các vấn đề Đóng vai trò như một nhà tư vấn cho học sinh

Cung cấp câu trả lời Nói hoặc giải thích cách làm việcthông qua vấn đề

Đưa ra những kết luận Trực tiếp nói với học sinh rằng các em là sai

Cung cấp thông tin hoặc sự kiện giúp giải quyết vấn đề

Hướng dẫn học sinh từng bước tìm ra lời giải

18

Tạo ra danh sách những điều

“cần phải biết” tối thiểu

Giải thích

(Explanation)

Khuyến khích học sinh giải thích các khái niệm và các định nghĩa bằng cách hiểu riêng của mình Đưa ra các lời giải thích, chứng minh và làm rõ từ học sinh

Chính thức làm rõ các định nghĩa, giải thích,và đưa ra các khái niệm mới khi cần thiết

Sử dụng kinh nghiệm trước đây của học sinh làm cơ sở để giải thích các khái niệm

Đánh giá sự hiểu biết ngày càng tăng của học sinh

Chấp nhận những lời giải thích mà không cần chứng minh gì thêm Tìm cách phủ nhận để buộc học sinh phải chấp nhận

Giới thiệu các khái niệm hoặc kỹ năng không liên quan

kỹ năng trong các tình huống mới

Nhắc nhở học sinh tìm cách giải thích

Đề cập đến học sinh dữ liệu hiện

có và bằng chứng và hỏi: “các

em đã biết gì rồi? “, ” Tại sao các

Cung cấp câu trả lời dứt khoát Trực tiếp nói với học sinh rằng các em là sai

Tiếp tục bài giảng Dạy học sinh từng bước một để tìm ra lời giải ngay

Giải thích làm thế nào để làm việc thông qua vấn đề

19

em lại nghĩ …? “(Chiến lược khám phá khoa học cũng áp dụng

Tìm kiếm bằng chứng rằng học sinh có thay đổi suy nghĩ hoặc hành vi trong quá trình học

Cho phép học sinh đánh giá bài học của mình và kỹ năng nhóm-quá trình

Thúc đẩy thảo luận mở mà hông gắn kết đến khái niệm hoặc kỹ năng đang được học

1.6 Dạy học môn Vật lý theo định hướng giáo dục STEM

1.6.1 Mối liên hệ giữa dạy học vật lý và giáo dục STEM

Môn Vật lý trong chương trình giáo dục phổ thông Việt Nam là môn học thuộc nhóm môn Khoa học là một yếu tố trong giáo dục STEM Yếu tố Khoa học được thể hiện ở môn học cung cấp cho HS những kiến thức nền

20

tảng về thế giới như: các khái niệm, đại lượng, định luật, định lý, các thuyết, và ứng dụng vào đời sống , yếu tố Toán học trong STEM cũng được thể hiện trong môn học với vai trò là công cụ hỗ trợ cho sự phát triển của Khoa học Vật lý Ngoài mối liên hệ giữa Khoa học và Toán học như đã nói ở trên, không thể không kể đến mối liên hệ giữa Khoa học với Công nghệ và Kỹ thuật Công nghệ là phương tiện và công cụ giúp hình thành các

lý thuyết khoa học mới, ví dụ như việc giáo sư Galileo sử dụng kính viễn vọng – sản phẩm của công nghệ tao ra để quan sát thiên văn vào năm 1610 và

đã tạo ra cuộc cách mạng thực sự trong khoa học Đồng thời Công nghệ cũng tạo ra các thách thức Khoa học mới, tương tác này được thể hiện rõ nét trong lĩnh vực công nghệ vật liệu Khoa học cũng chính là khởi nguồn trực tiếp của các ý tưởng công nghệ mới; các kỹ thuật, phương pháp thí nghiệm và phân tích khoa học là khởi nguồn của các thiết bị, quy trình công

nghệ đang sử dụng trong công nghiệp

Trong chương trình giáo dục phổ trông mới tại Việt Nam:PGS.TS Nguyễn Văn Khánh, Chủ biên Chương trình môn Vật Lý trong Chương trình giáo dục phổ thông mới cho biết, chương trình môn Vật Lý trong chương trình giáo dục phổ thông mới có những đặc điểm quan trọng:

https://dantri.com.vn/giao-duc-khuyen-hoc/8-dac-diem-cua-mon-vat-ly-trong-chuong-trinh-giao-duc-pho-thong-20180113143530597.htm )

-Tích hợp ở giai đoạn giáo dục cơ bản, phân hóa ở trung học phổ thông

- Giúp phát triển năng lực học sinh, có tính hướng nghiệp

- Kiến thức được tiếp cận theo quan điểm mới

- Chú ý thích đáng đến việc phát triển năng lực thông qua thực hành

- Ngoài nội dung giáo dục cốt lõi còn có các chuyên đề

- Đổi mới phương pháp giáo dục là yếu tố quyết định để phát triển năng lực học sinh

- Đánh giá kết quả giáo dục là một khâu then chốt trong phát triển năng lực học sinh

- Có tính đến các đối tượng và khu vực khác nhau

Đây là bước đầu tiên và là bước cho thấy tính phù hợp, khả thi của chủ

đề với định hướng giáo dục STEM, để đạt được hiệu quả GV (hoặc nhóm GV cùng chuyên môn hoặc thuộc các chuyên môn liên quan đến lĩnh vực STEM) cần xác định mục tiêu, chuẩn kiến thức kỹ năng của nội dung môn Vật lý rồi đối chiếu với mục tiêu và nội dung giáo dục STEM nhằm tìm ra những điểm tương đồng Tìm hiểu mối quan hệ ( thường là mối quan hệ nhân quả) giữa các kiến thức với kỹ năng STEM Thông qua đó, tìm ra các vấn đề, các thách