XÂY DỰNG CHỦ đề STEM “NGÔI NHÀ tự làm mát” DÙNG TRONG dạy học KIẾN THỨC TIA HỒNG NGOẠI ở TRƯỜNG THPT

Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay, trong sự phát triển mạnh mẽ của xã hội hiện đại, ngành giáo dụcphải đổi mới về cả mục đích, nội dung, phương pháp cũng như phương tiện dạy học.Muốn vậ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

KHOA VẬT LÍ

-BÙI THỊ SEN

XÂY DỰNG CHỦ ĐỀ STEM “NGÔI NHÀ TỰ LÀM MÁT” DÙNG TRONG DẠY HỌC KIẾN THỨC TIA HỒNG NGOẠI

Ở TRƯỜNG THPT

Chuyên ngành : LL&PPDH Bộ môn Vật lí

Năm 2020

z

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

KHOA VẬT LÍ

-BÙI THỊ SEN

XÂY DỰNG CHỦ ĐỀ STEM “NGÔI NHÀ TỰ LÀM MÁT” DÙNG TRONG DẠY HỌC KIẾN THỨC TIA HỒNG NGOẠI

Ở TRƯỜNG THPT

Chuyên ngành : LL&PPDH Bộ môn Vật lí

Sinh viên thực hiện: Bùi Thị Sen

Giảng viên hướng dẫn: TS Dương Xuân Quý

Năm 2020

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm Hà Nội, BanChủ nhiệm Khoa Vật lí; các thầy cô giáo trong khoa Vật lí nói chung và của Bộ môn

Lí luận và Phương pháp dạy học Vật lí nói riêng

Đồng thời, tôi xin đặc biệt gửi lời tri ân chân thành đến thầy giáo TS DươngXuân Quý đã luôn tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ em rất nhiều để em có thểhoàn thành bài khoá luận naỳ

Sau cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè của tôi đã luôn đồng hành, động viêncũng như giúp đỡ tôi trong suốt quá trình hoàn thiện khoá luận

Tác giả

BÙI THỊ SEN

MỤC LỤC

M Đ U Ở ĐẦU ẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài 2

3 Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài 2

3.1 Nghiên cứu lí thuyết 2

3.2 Nghiên cứu thực tiễn 3

3.3 Xây dựng sản phẩm STEM “Ngôi nhà tự làm mát” 3

3.4 Thử nghiệm, bổ sung, sửa đổi 3

3.5 Soạn thảo tiến trình dạy học các nội dung kiến thức Tia hồng ngoại theo quy trình STEM 3

3.6 Soạn thảo tiêu chí đánh giá sản phẩm của của đề STEM 3

3.7 Thực nghiệm sư phạm 3

3.8 Phân tích, đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 3

4 Phạm vi nghiên cứu 3

5 Phương pháp nghiên cứu của đề tài 4

6 Đóng góp của đề tài 4

7 Cấu trúc của khoá luận luận 5

CH ƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA GIÁO DỤC STEM TRONG DẠY NG 1: C S LÍ LU N VÀ TH C TI N C A GIÁO D C STEM TRONG D Y ƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA GIÁO DỤC STEM TRONG DẠY Ở ĐẦU ẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA GIÁO DỤC STEM TRONG DẠY ỰC TIỄN CỦA GIÁO DỤC STEM TRONG DẠY ỄN CỦA GIÁO DỤC STEM TRONG DẠY ỦA GIÁO DỤC STEM TRONG DẠY ỤC STEM TRONG DẠY ẠY H C V T LÍ ỌC VẬT LÍ ẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA GIÁO DỤC STEM TRONG DẠY 6

1.1 Khái niệm 6

1.1.1 Khái niệm STEM 6

1.1.2 Khái niệm giáo dục STEM 6

1.1.3 Khái niệm năng lực 8

1.1.4 Khái niệm năng lực sáng tạo 8

1.2 Cơ sở lí luận 9

1.2.1 Vai trò, ý nghĩa của giáo dục STEM 9

1.2.2 Giáo dục STEM trong trường trung học 10

1.2.3 Xây dựng và thực hiện bài học STEM 15

1.4 Kết luận chương 1 18

CH ƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA GIÁO DỤC STEM TRONG DẠY NG 2: XÂY D NG THI T B DÙNG TRONG D Y H C KI N TH C TIA ỰC TIỄN CỦA GIÁO DỤC STEM TRONG DẠY ẾT BỊ DÙNG TRONG DẠY HỌC KIẾN THỨC TIA Ị DÙNG TRONG DẠY HỌC KIẾN THỨC TIA ẠY ỌC VẬT LÍ ẾT BỊ DÙNG TRONG DẠY HỌC KIẾN THỨC TIA ỨC TIA

H NG NGO I QUA CH Đ STEM “NGÔI NHÀ LÀM MÁT T Đ NG ’’ ỐNG NGOẠI QUA CHỦ ĐỀ STEM “NGÔI NHÀ LÀM MÁT TỰ ĐỘNG ’’ ẠY ỦA GIÁO DỤC STEM TRONG DẠY Ề STEM “NGÔI NHÀ LÀM MÁT TỰ ĐỘNG ’’ ỰC TIỄN CỦA GIÁO DỤC STEM TRONG DẠY ỘNG ’’ 19

2.1 Mô tả chủ đề: Ngôi nhà làm mát tự động” 19

2.1.1 Mục tiêu 19

2.1.2 Cấu tạo của bộ dụng cụ 21

2.2 Các dụng cụ bổ trợ gia công 22

2.3 Tiến trình dạy học 23

Hoạt động 1 XÁC ĐỊNH YÊU CẦU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGÔI NHÀ LÀM MÁT TỰ ĐỘNG 23

Hoạt động 2 NGHIÊN CỨU KIẾN THỨC TRỌNG TÂM VÀ XÂY DỰNG BẢN THIẾT KẾ 25

Hoạt động 3 TRÌNH BÀY BẢN THIẾT KẾ 27

Hoạt động 4 CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM NGÔI NHÀ LÀM MÁT TỰ ĐỘNG 28

Hoạt động 5 TRÌNH BÀY SẢN PHẨM NGÔI NHÀ LÀM MÁT TỰ ĐỘNG 29

PHI U ĐÁNH GIÁ ẾT BỊ DÙNG TRONG DẠY HỌC KIẾN THỨC TIA 31

2.3.1 Các TN có thể tiến hành trong dạy học kiến thức nền 32

2.3.2 Mô hình ngôi nhà 34

2.3.3 Nhiệm vụ bổ sung 36

K T LU N ẾT BỊ DÙNG TRONG DẠY HỌC KIẾN THỨC TIA ẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA GIÁO DỤC STEM TRONG DẠY 39

TÀI LI U THAM KH O ỆU THAM KHẢO ẢO 40

BẢNG CHỮ CÁI VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Ngày nay, trong sự phát triển mạnh mẽ của xã hội hiện đại, ngành giáo dụcphải đổi mới về cả mục đích, nội dung, phương pháp cũng như phương tiện dạy học.Muốn vậy, học sinh cần được trang bị những kiến thức khoa học gắn liền với ứngdụng của chúng trong thực tiễn nhằm đáp ứng yêu cầu của sự phát triển kinh tế xãhội Quá trình đó đòi hòi học sinh phải thực hiện theo quy trình khoa học cũng nhưquy trình kĩ thuật để vừa có thể có được kiến thức khoa học, vừa áp dụng kiến thứcvào thực tiễn Có thể nói, để đáp ứng được những yêu cầu trên, dạy học STEM làphương thức giáo dục tối ưu hơn cả

Trong Vật lí – một môn khoa học thực nghiệm; khi triển khai dạy học theophương thức STEM, HS còn có thể tự xây dựng thiết bị thí nghiệm, sáng tạo mô hìnhtheo chủ đề để giải quyết vấn đề trong cuộc sống vô cùng hiệu quả

Tìm hiểu thực tiễn ở trường phổ thông cũng như bối cảnh, hiện trạng xã hội hiệnnay cho thấy:

- Tại phòng thí nghiệm Vật lí của khoa Vật lí tại trường Đại học Sư phạm Hà Nội vàcác trường THPT hiện chưa có thiết bị thí nghiệm phục vụ cho việc dạy học nội dungkiến thức “Tia hồng ngoại”:

+ Do chưa có thiết bị thí nghiệm nghiên cứu tính chất nhiệt của tia hồng ngoại, họcsinh chỉ có thể cảm nhận bằng xúc giác mà không có TN kiểm chứng cụ thể

+ Bên cạnh đó, với tính chất dễ bị hấp thụ của tia hồng ngoại, học sinh hoàn toànđược học thông báo, các em phải thừa nhận lí thuyết một cách thụ động

- Việc vận dụng kiến thức tia hồng ngoại vào thực tiễn giúp tăng cường hoạt độngtrải nghiệm chiếm hữu kiến thức cho học sinh còn hạn chế hoặc bị bỏ qua

- Trong khi đó, có thể thấy hiện trạng thực tế hiện nay Trái Đất đang đối mặt vớinguy cơ nóng lên mỗi ngày; tại Việt Nam nhiệt độ trong ngày cao nhất trong lịch sửđược cho là vào năm 2019 tại Hà Tĩnh, vào khoảng 43,4 độ C, nhiệt độ ở Hà Nộicùng năm đó là khoảng 41 độ C:

+ Các biện pháp chống nóng thông thường mà con người hiện đại áp dụng rộng rãi,phổ biến đó là sử dụng máy lạnh, máy điều hòa nhiệt độ, điều này càng khiến nhiệt

độ môi trường tăng cao; đồng thời, giá thành, chi phí để lắp đặt các hệ thống làm mátcho ngôi nhà cũng khá là cao

+ Cuộc sống hiện đại, trong ngôi nhà của chúng ta có rất nhiều các đồ dùng, thiết bịđiện, nhiệt – các nguồn phát ra tia hồng ngoại khiến nhiệt độ trong nhà luôn tăng.Như vậy, cần một thiết bị, sản phẩm mô hình có thể vừa có thể giúp học sinh chiếmlĩnh kiến thức, vừa có thể áp dụng kiến thức để giải quyết vấn đề thực tiễn

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Xây dựng bộ thiết bị giúp học sinh thực hiện được 2 thí nghiệm về tia hồng

ngoại: nghiên cứu tính chất nhiệt của tia hồng ngoại, nghiên cứu tính chất dễ bị hấp

thụ bởi các vật của tia hồng ngoại từ đó xây dựng chủ đề dạy học “mô hình ngôi

nhà tự làm mát” nhằm phát triển năng lực sáng tạo của học sinh

3 Giả thuyết khoa học

Nếu xây dựng được bộ dụng cụ nghiên cứu tia hồng ngoại và xây dựng chủ đềdạy học theo phương thức giáo dục STEM trong dạy học lớp 12 thì sẽ góp phần pháttriển được năng lực sáng tạo của học sinh

4 Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

4.1 Nghiên cứu lí thuyết

- Nghiên cứu CSLL về giáo dục STEM

- Nghiên cứu CSLL về DH STEM trong dạy học vật lí

- Nghiên cứu CSLL về việc xây dựng TBTN vật lí.

- Yêu cầu về khoa học - kĩ thuật và sư phạm của TBTN vật lí ở trường phổ thông

- Yêu cầu về khoa học - kĩ thuật và sư phạm của sản phẩm STEM ở trường phổ thông

4.2 Nghiên cứu thực tiễn

- NC các đề tài về việc xây dựng TBTN về tia hồng ngoại.

- NC nội dung kiến thức Vật lí bài “ Tia hồng ngoại và tia tử ngoại” để xácđịnh các kiến thức mà học sinh cần đạt

- NC logic tiến trình xây dựng chủ đề STEM để xây dựng giáo án dạy học nộidung kiến thức “ Tính chất của tia hồng ngoại”

- NC các TBTN hiện có để phân tích các ưu, nhược điểm

- NC các TBTN cần tiến hành để dạy học nội dung kiến thức “ Tính chất củatia hồng ngoại” theo quy trình STEM

4.3 Xây dựng chủ đề STEM “Ngôi nhà tự làm mát”

4.4 Thử nghiệm, bổ sung, sửa đổi

4.5 Soạn thảo tiến trình dạy học các nội dung kiến thức Tia hồng ngoại theo quy trình STEM.

4.6 Soạn thảo tiêu chí đánh giá sản phẩm của của đề STEM

- Các TBTN đang được sử dụng trong quá trình dạy học

- Các dự án STEM được xây dựng trong quá trình dạy học

6 Phương pháp nghiên cứu của đề tài

- Phương pháp nghiên cứu lí thuyết

- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

- Phương pháp thực nghiệm sư phạm

- Phương pháp thống kê toán học

7 Đóng góp của đề tài

- Theo phương thức giáo dục STEM, bộ dụng cụ cho phép xây dựng và thực hiệnđược các thí nghiệm định tính, định lượng về nhiệt học trong chương trình Vật líTHCS và THPT, tạo cơ hội để học sinh thực hiện đa dạng các hoạt động, thực hànhSTEM:

- Với chương trình THCS, bộ dụng cụ có thể được sử dụng trong các thí nghiệm:+ Nghiên cứu nguyên lí bình thông nhau

+ Nghiên cứu về chất dẫn nhiệt, chất cách nhiệt

+ Nghiên cứu các nội dung về sự dãn nở vì nhiệt

- Với chương trình THPT, bộ dụng cụ có thể được sử dụng trong các thí nghiệm:+ Nghiên cứu tính chất nhiệt của tia hồng ngoại

+ Nghiên cứu về tính chất dễ bị hấp thụ bởi các vật của tia hồng ngoại

- Bên cạnh đó, bộ dụng cụ còn có thể được sử dụng để lồng ghép các sản phấm STEM:+ Chế tạo nhiệt kế đơn giản đo được nhiệt độ trong khoảng từ 20 đến 60 độ C

+ Kết hợp arduino và cảm biến nhiệt độ để thiết kế, chế tạo thiết bị đo nhiệt độ không khí + Chế tạo mô hình “Ngôi nhà làm mát tự động”

Soạn thảo tiến trình dạy học các nội dung kiến thức Tia hồng ngoại- Vật lí 12 nhằmphát triển các năng lực đáp ứng yêu cầu của bộ môn và của xã hội

7 Cấu trúc của khoá luận luận

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

Chương 1: Cơ sở lí luận của việc xây dựng chủ đề STEM trong dạy học vật líChương 2: Xây dựng thiết bị dùng trong dạy học kiến thức tia hồng ngoại quachủ đề STEM “Ngôi nhà làm mát tự động”

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

TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 1.1 Khái niệm

1.1.1 Khái niệm STEM

STEM là thuật ngữ được viết tắt bởi các từ Science (Khoa học), Technology(Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học), bản chất đượchiểu là trang bị cho người học những kiến thức và kỹ năng cần thiết liên quan đếncác lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học Sự phát triển về Khoa học,Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học được mô tả bằng chu trình STEM Trong đó,Science là quy trình sáng tạo ra kiến thức khoa học; Engineering là quy trình dùngkiến thức khoa học để thiết kế công nghệ mới nhằm giải quyết các vấn đề; Toán làcông cụ được sử dụng nhằm thu nhận kết quả xủa lí kết quả

1.1.2 Khái niệm giáo dục STEM

Giáo dục STEM là phương thức giáo dục trang bị cho học sinh những kiếnthức khoa học được gắn liền với ứng dụng của chúng trong thực tế, qua đó phát triểncho học sinh năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề cũng như những năng lực tươngứng khác nhằm đáp ứng được yêu cầu của sự phát triển kinh tế – xã hội Các mức độ

áp dụng GD STEM trong GD phổ thông như sau:

a) Dạy học các môn học theo phương thức giáo dục STEM

Đây là hình thức tổ chức giáo dục STEM chủ yếu trong nhà trường Theo cáchnày, các bài học, hoạt động giáo dục STEM được triển khai ngay trong quá trình dạyhọc các môn học STEM theo tiếp cận liên môn Các chủ đề, bài học, hoạt độngSTEM bám sát chương trình của các môn học thành phần Hình thức giáo dục STEMnày không làm phát sinh thêm thời gian học tập

b) Tổ chức các hoạt động trải nghiệm STEM

Trong hoạt động trải nghiệm STEM, học sinh được khám phá các ứng dụngkhoa học, kỹ thuật trong thực tiễn đời sống Qua đó, nhận biết được ý nghĩa của khoahọc, công nghệ, kỹ thuật và toán học đối với đời sống con người, nâng cao hứng thúhọc tập các môn học STEM Đây cũng là cách thức để thu hút sự quan tâm của xãhội tới giáo dục STEM.

Để tổ chức thành công các hoạt động trải nghiệm STEM, cần có sự tham gia,hợp tác của các bên liên quan như trường trung học, cơ sở giáo dục nghề nghiệp, cáctrường đại học, doanh nghiệp

Trải nghiệm STEM còn có thể được thực hiện thông qua sự hợp tác giữatrường trung học với các cơ sở giáo dục đại học, giáo dục nghề nghiệp Theo cáchnày, sẽ kết hợp được thực tiễn phổ thông với ưu thế về cơ sở vật chất của giáo dụcđại học và giáo dục nghề nghiệp

Các trường trung học có thể triển khai giáo dục STEM thông qua hình thứccâu lạc bộ Tham gia câu lạc bộ STEM, học sinh được học tập nâng cao trình độ,triển khai các dự án nghiên cứu, tìm hiểu các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM Đây

là hoạt động theo sở thích, năng khiếu của học sinh

c) Tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học, kĩ thuật

Giáo dục STEM có thể được triển khai thông qua hoạt động nghiên cứu khoahọc và tổ chức các cuộc thi sáng tạo khoa học kỹ thuật Hoạt động này không mangtính đại trà mà dành cho những học sinh có năng lực, sở thích và hứng thú với cáchoạt động tìm tòi, khám phá khoa học, kỹ thuật giải quyết các vấn đề thực tiễn

Tổ chức tốt hoạt động câu lạc bộ STEM cũng là tiền đề phát triển hoạt độngsáng tạo khoa học kỹ thuật và triển khai các dự án nghiên cứu trong khuôn khổ cuộcthi khoa học kỹ thuật dành cho học sinh trung học Bên cạnh đó, tham gia câu lạc bộSTEM và nghiên cứu khoa học, kĩ thuật là cơ hội để học sinh thấy được sự phù hợp

về năng lực, sở thích, giá trị của bản thân với nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM

1.1.3 Khái niệm năng lực

Trong khoa học tâm lí, người ta coi năng lực là những thuộc tính tâm lí riêngcủa cá nhân; nhờ những thuộc tính này mà con người hoàn thành tốt đẹp một loạihoạt đông nào đó, mặc dù phải bỏ ra ít sức lao động nhưng vẫn đạt kết qủa cao

Người có năng lực về một mặt nào đó thì không phải nỗ lực nhiều trong quátrình công tác mà vẫn khắc phục được những khó khăn nhanh chóng và dễ dàng hơnnhững người khác hoặc có thể vượt qua được những khó khăn mới mà nhiều ngườikhác không vượt qua được

Năng lực gắn liền với kĩ năng, kĩ xảo trong lĩnh vực hoạt động tương ứng Song

kĩ năng, kĩ xảo liên quan đến việc thực hiện một loại hành động hẹp, chuyên biệt, đếnmức thành thạo, tự động hoá, máy móc Còn năng lực chứa đựng yếu tố mới mẻ, linhhoạt trong hành động, có thể giải quyết nhiệm vụ thành công trong nhiều tình huốngkhác nhau, trong một lĩnh vực hoạt động rộng hơn Thí dụ như: người có kĩ năng, kĩxảo thực hiện các phép đo lường thì có thể thực hiện nhanh chóng, chính xác cácphép đo, khéo léo lắp ráp các thiết bị để đo lường Còn người có năng lực thựcnghiệm thì ngoài việc thực hiện các phép đo, còn có việc thiết kế các thí nghiệm, xử

lí các số liệu đo lường rút ra kết qủa, giải thích, đánh giá các kết quả đo được, rút rakết luận khái quát

1.1.4 Khái niệm năng lực sáng tạo

“Sáng tạo là một loại hoạt động mà kết quả của nó là một sản phẩm tinh thầnhay vật chất có tính cách tân, có ý nghĩa xã hội, có giá trị” (Sáng tạo Bách khoa toànthư Liên Xô Tập 42, trang 54)

Năng lực sáng tạo có thể hiểu là khả năng tạo ra những giá trị mới về vật chất

và tinh thần, tìm ra cái mới, giải pháp mới, công cụ mới, vận dụng thành công nhữnghiểu biết đã có vào hoàn cảnh mới

Trong nghiên cứu vật lí, quá trình sáng tạo đòi hỏi sự sáng tạo cao nhất là giaiđoạn từ những sự kiện thực nghiệm khởi đầu đề xuất mô hình giả thuyết và giai đoạnđưa ra phương án thực nghiệm để kiểm tra hệ quả suy ra từ lí thuyết.

1.2 Cơ sở lí luận của dạy học theo phương thức giáo dục STEM

1.2.1 Vai trò, ý nghĩa của giáo dục STEM

Việc đưa giáo dục STEM vào trường trung học mang lại nhiều ý nghĩa, phùhợp với định hướng đổi mới giáo dục phổ thông Cụ thể là:

– Đảm bảo giáo dục toàn diện: Triển khai giáo dục STEM ở nhà trường, bên cạnhcác môn học đang được quan tâm như Toán, Khoa học, các lĩnh vực Công nghệ, Kỹthuật cũng sẽ được quan tâm, đầu tư trên tất cả các phương diện về đội ngũ giáo viên,chương trình, cơ sở vật chất

– Nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM: Các dự án học tập trong giáo dụcSTEM hướng tới việc vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các vấn đề thựctiễn, học sinh được hoạt động, trải nghiệm và thấy được ý nghĩa của tri thức với cuộcsống, nhờ đó sẽ nâng cao hứng thú học tập của học sinh

– Hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho học sinh: Khi triển khai các dự ánhọc tập STEM, học sinh hợp tác với nhau, chủ động và tự lực thực hiện các nhiệm vụhọc; được làm quen hoạt động có tính chất nghiên cứu khoa học Các hoạt động nêutrên góp phần tích cực vào hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực cho học sinh.– Kết nối trường học với cộng đồng: Để đảm bảo triển khai hiệu quả giáo dục STEM,

cơ sở giáo dục phổ thông thường kết nối với các cơ sở giáo dục nghề nghiệp, đại họctại địa phương nhằm khai thác nguồn lực về con người, cơ sở vật chất triển khai hoạtđộng giáo dục STEM Bên cạnh đó, giáo dục STEM phổ thông cũng hướng tới giảiquyết các vấn đề có tính đặc thù của địa phương

– Hướng nghiệp, phân luồng: Tổ chức tốt giáo dục STEM ở trường trung học, họcsinh sẽ được trải nghiệm trong các lĩnh vực STEM, đánh giá được sự phù hợp, năngkhiếu, sở thích của bản thân với nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM Thực hiện tốt

giáo dục STEM ở trường trung học cũng là cách thức thu hút học sinh theo học, lựachọn các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM, các ngành nghề có nhu cầu cao về nguồnnhân lực trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư.

1.2.2 Giáo dục STEM trong trường trung học

Tiến trình bài học STEM tuân theo quy trình kĩ thuật nêu trên nhưng các

"bước" trong quy trình không được thực hiện một cách tuyến tính (hết bước nọ mớisang bước kia) mà có những bước được thực hiện song hành, tương hỗ lẫn nhau Cụthể là việc "Nghiên cứu kiến thức nền" được thực hiện đồng thời với "Đề xuất giảipháp"; "Chế tạo mô hình" được thực hiện đồng thời với "Thử nghiệm và đánh giá",trong đó bước này vừa là mục tiêu vừa là điều kiện để thực hiện bước kia Vì vậy,mỗi bài học STEM được tổ chức theo 5 hoạt động như sau:

 Hoạt động 1: Xác định vấn đề

Trong hoạt động này, giáo viên giao cho học sinh nhiệm vụ học tập chứa đựngvấn đề, trong đó học sinh phải hoàn thành một sản phẩm học tập cụ thể với các tiêuchí đòi hỏi học sinh phải sử dụng kiến thức mới trong bài học để đề xuất, xây dựnggiải pháp và thiết kế nguyên mẫu của sản phẩm cần hoàn thành Tiêu chí của sảnphẩm là yêu cầu hết sức quan trọng, bởi đó chính là "tính mới" của sản phẩm, kể cảsản phẩm đó là quen thuộc với học sinh; đồng thời, tiêu chí đó buộc học sinh phảinắm vững kiến thức mới thiết kế và giải thích được thiết kế cho sản phẩm cần làm.– Mục đích: Xác định tiêu chí sản phẩm; phát hiện vấn đề/nhu cầu

– Nội dung: Tìm hiểu về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ; đánh giá về hiện tượng,sản phẩm, công nghệ

– Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh: Các mức độ hoàn thành nội dung

(Bài ghi chép thông tin về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ; đánh giá, đặt câu hỏi vềhiện tượng, sản phẩm, công nghệ)

– Cách thức tổ chức hoạt động: Giáo viên giao nhiệm vụ (nội dung, phương tiện,

cách thực hiện, yêu cầu sản phẩm phải hoàn thành); Học sinh thực hiện nhiệm vụ(qua thực tế, tài liệu, video; cá nhân hoặc nhóm); Báo cáo, thảo luận (thời gian, địađiểm, cách thức); Phát hiện/phát biểu vấn đề (giáo viên hỗ trợ).

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

Trong hoạt động này, học sinh thực hiện hoạt động học tích cực, tự lực dưới sựhướng dẫn của giáo viên Trong bài học STEM sẽ không còn các "tiết học" thôngthường mà ở đó giáo viên "giảng dạy" kiến thức mới cho học sinh Thay vào đó, họcsinh tự tìm tòi, chiếm lĩnh kiến thức để sử dụng vào việc đề xuất, thiết kế sản phẩmcần hoàn thành Kết quả là, khi học sinh hoàn thành bản thiết kế thì đồng thời họcsinh cũng đã học được kiến thức mới theo chương trình môn học tương ứng

– Mục đích: Hình thành kiến thức mới và đề xuất giải pháp

– Nội dung: Nghiên cứu nội dung sách giáo khoa, tài liệu, thí nghiệm để tiếp nhận,hình thành kiến thức mới và đề xuất giải pháp/thiết kế

– Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh: Các mức độ hoàn thành nội dung

(Xác định và ghi được thông tin, dữ liệu, giải thích, kiến thức mới, giải pháp/thiết kế).– Cách thức tổ chức hoạt động:

Giáo viên giao nhiệm vụ (Nêu rõ yêu cầu đọc/nghe/nhìn/làm để xác định vàghi được thông tin, dữ liệu, giải thích, kiến thức mới) Học sinh nghiên cứu sách giáokhoa, tài liệu, làm thí nghiệm (cá nhân, nhóm); Báo cáo, thảo luận; Giáo viên điềuhành, “chốt” kiến thức mới + hỗ trợ HS đề xuất giải pháp/thiết kế mẫu thử nghiệm

Hoạt động 3: Lựa chọn giải pháp

Trong hoạt động này, học sinh được tổ chức để trình bày, giải thích và bảo vệbản thiết kế kèm theo thuyết minh (sử dụng kiến thức mới học và kiến thức đã có);

đó là sự thể hiện cụ thể của giải pháp giải quyết vấn đề Dưới sự trao đổi, góp ý củacác bạn và giáo viên, học sinh tiếp tục hoàn thiện (có thể phải thay đổi để bảo đảmkhả thi) bản thiết kế trước khi tiến hành chế tạo, thử nghiệm

– Mục đích: Lựa chọn giải pháp/bản thiết kế

– Nội dung: Trình bày, giải thích, bảo vệ giải pháp/thiết kế để lựa chọn và hoàn thiện

– Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh: Giải pháp/bản thiết kế được lựa

chọn/hoàn thiện

– Cách thức tổ chức hoạt động: Giáo viên giao nhiệm vụ (Nêu rõ yêu cầu HS trìnhbày, báo cáo, giải thích, bảo vệ giải pháp/thiết kế); Học sinh báo cáo, thảo luận; Giáoviên điều hành, nhận xét, đánh giá + hỗ trợ HS lựa chọn giải pháp/thiết kế mẫu thửnghiệm

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

Trong hoạt động này, học sinh tiến hành chế tạo mẫu theo bản thiết kế đã hoànthiện sau bước 3; trong quá trình chế tạo đồng thời phải tiến hành thử nghiệm vàđánh giá Trong quá trình này, học sinh cũng có thể phải điều chỉnh thiết kế ban đầu

để bảo đảm mẫu chế tạo là khả thi

– Mục đích: Chế tạo và thử nghiệm mẫu thiết kế

– Nội dung: Lựa chọn dụng cụ/thiết bị thí nghiệm; chế tạo mẫu theo thiết kế; thửnghiệm và điều chỉnh

– Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh: Dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật

đã chế tạo và thử nghiệm, đánh giá

– Cách thức tổ chức hoạt động: Giáo viên giao nhiệm vụ (lựa chọn dụng cụ/thiết

bị thí nghiệm để chế tạp, lắp ráp ); Học sinh thực hành chế tạo, lắp ráp và thửnghiệm; Giáo viên hỗ trợ học sinh trong quá trình thực hiện

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

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

– Mục đích: Trình bày, chia sẻ, đánh giá sản phẩm nghiên cứu

– Nội dung: Trình bày và thảo luận

– Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh: Dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật

đã chế tạo được và bài trình bày báo cáo

– Cách thức tổ chức hoạt động: Giáo viên giao nhiệm vụ (mô tả rõ yêu cầu và sảnphẩm trình bày); Học sinh báo cáo, thảo luận (bài báo cáo, trình chiếu, video, dung

cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật đã chế tạo ) theo các hình thức phù hợp (trưng bày, triểnlãm, sân khấu hóa); Giáo viên đánh giá, kết luận, cho điểm và định hướng tiếp tụchoàn thiện.

Sự phù hợp của tiến trình tổ chức các hoạt động học của học sinh trong các bài họcSTEM với phương pháp dạy học tích cực được mô tả trong bảng sau:

thức mới cần sửdụng

các giải pháp/Bản thiết kế mẫu cầnchế tạo

Engineer (4)

(Extend/

Elaborate)

Đề xuất các giảipháp/ Bản thiếtkế

Lựa chọn 1 giảipháp/ Bản thiếtkế

HĐ3: Trình bày/giải thích/bảo vệgiải pháp/Bản thiết kế mẫu

Enrich / Evaluate

(5)

mẫu và thử nghiệmThử nghiệm –

Đánh giáChia sẻ và thảoluận

HĐ5: Trình bày sản phẩm, Đánhgiá, Điều chỉnh thiết kế

Điều chỉnh thiếtkế

(1) Engage (Gắn kết)

Khuyến khích học quan tâm đến các khái niệm sắp tới, đặt câu hỏi mở hoặcghi lại những gì họ đã biết về chủ đề Thông qua các hoạt động đa dạng, giáo viênthu hút sự chú ý và quan tâm của học sinh, các em cảm thấy có sự liên hệ và kết nốivới những kiến thức hoặc trải nghiệm trước đó

(2) Explore (khám phá)

Học sinh được chủ động khám phá các khái niệm mới thông qua các trảinghiệm học tập cụ thể Các em sẽ trực tiếp khám phá và thao tác trên các vật liệuhoặc học cụ đã được chuẩn bị sẵn Giáo viên có thể yêu cầu học sinh thực hiện cáchoạt động như quan sát, làm thí nghiệm, thiết kế, thu số liệu

(3) Explain (giải thích)

Học sinh tổng hợp kiến thức mới, trình bày, miêu tả, phân tích các trải nghiệmhoặc quan sát thu nhận được ở bước Khám phá Ở bước này, giáo viên có thể giớithiệu các thuật ngữ mới, khái niệm mới, công thức mới, yêu cầu học sinh chia sẻnhững gì mà các em đã học được trong giai đoạn Khám phá trước khi giới thiệuthông tin chi tiết một cách trực tiếp hơn Cũng trong giai đoạn này, giáo viên đóngvai trò hơp thức hóa kiến thức

(5) Evaluate ( Đánh giá)

Có thể đánh giá chính thức (dưới dạng các bài kiểm tra) và phi chính thức (dướidạng những câu hỏi nhanh) Trong giai đoạn này, giáo viên có thể quan sát học sinhthông qua các hoạt động nhóm nhỏ hoặc nhóm lớn để xem sự tương tác trong quátrình học Các yếu tố hữu ích khác của Giai đoạn đánh giá bao gồm tự đánh giá, bàitập viết và bài tập trắc nghiệm, hoặc các sản phẩm

1.2.3 Xây dựng và thực hiện bài học STEM

1.2.3.1 Tiêu chí xây dựng bài học STEM

- Tiêu chí 1: Chủ đề bài học STEM tập trung vào các vấn đề của thực tiễn

- Tiêu chí 2: Cấu trúc bài học STEM theo quy trình thiết kế kĩ thuật

Theo quy trình này, học sinh thực hiện các hoạt động:

(1) Xác định vấn đề – (2) Nghiên cứu kiến thức nền – (3) Đề xuất các giảipháp/thiết kế – (4) Lựa chọn giải pháp/thiết kế – (5) Chế tạo mô hình (nguyên mẫu) –(6) Thử nghiệm và đánh giá – (7) Chia sẻ và thảoluận – (8) Điều chỉnh thiết kế.Trong thực tiễn dạy học, quy trình 8 bước này được thể hiện qua 5 hoạt động chính:

- Tiêu chí 3: Phương pháp dạy học bài học STEM đưa học sinh vào hoạt động tìmtòi và khám phá, định hướng hành động, trải nghiệm và sản phẩm

- Tiêu chí 4: Hình thức tổ chức bài học STEM lôi cuốn học sinh vào hoạt độngnhóm kiến tạo

- Tiêu chí 5: Nội dung bài học STEM áp dụng chủ yếu từ nội dung khoa học và toán

mà học sinh đã và đang học

- Tiêu chí 6: Tiến trình bài học STEM tính đến có nhiều đáp án đúng và coi sự thấtbại như là một phần cần thiết trong học tập

1.2.3.2 Quy trình xây dựng bài học STEM

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; quy trình hoặc thiết bị công nghệ

có sử dụng của kiến thức đó trong thực tiễn để lựa chọn chủ đề của bài học Nhữngứng dụng đó có thể là: Sữa chua/dưa muối – Vi sinh vật – Quy trình làm sữachua/muối dưa; Thuốc trừ sâu – Phản ứng hóa học – Quy trình xử lí chất thải; Sau antoàn – Hóa sinh – Quy trình trồng rau an toàn; Cầu vồng – Ra đar – Máy quang phổlăng kính; Kính tiềm vọng, kính mắt; Ống nhòm, kính thiên văn; Sự chìm, nổi – lựcđẩy Ác–si–mét – Thuyền/bè; Hiện tượng cảm ứng điện từ – Định luật Cảm ứng điện

từ và Định luật Lenxơ – Máy phát điện/động cơ điện; Vật liệu cơ khí; Các phươngpháp gia công cơ khí; Các cơ cấu truyền và biến đổi chuyển động; Các mối ghép cơkhí; Mạch điện điều khiển cho ngôi nhà thông minh

Sau khi chọn chủ đề của bài học, cần xác định vấn đề cần giải quyết để giaocho học sinh thực hiện sao cho khi giải quyết vấn đề đó, học sinh phải học đượcnhững kiến thức, kĩ năng cần dạy trong chương trình môn học đã được lựa chọn (đốivới STEM kiến tạo) hoặc vận dụng những kiến thức, kỹ năng đã biết (đối với STEMvận dụng) để xây dựng bài học Theo những ví dụ nêu trên, nhiệm vụ giao cho họcsinh thực hiện trong các bài học có thể là: Thiết kế, chế tạo một máy quang phổ đơngiản trong bài học về bản chất sóng của ánh sáng; Thiết kế, chế tạo một ống nhòmđơn giản khi học về hiện tượng phản xạ và khúc xạ ánh sáng; Chế tạo bè nổi/thuyềnkhi học về Định luật Ác–si–mét; Chế tạo máy phát điện/động cơ điện khi học về cảmứng điện từ; Thiết kế mạch lôgic khi học về dòng điện không đổi; Thiết kế robot leodốc, cầu bắc qua hai trụ, hệ thống tưới nước tự động, mạch điện cảnh báo và điềukhiển cho ngôi nhà thông minh; Xây dựng quy trình làm sữa chua/muối dưa; Xây

dựng quy trình xử lí dư lượng thuốc trừ sâu trong rau/quả; Xây dựng quy trình xử líhóa chất ô nhiễm trong nước thải; Quy trình trồng rau an toàn

Trong quá trình này, việc thử nghiệm chế tạo trước các nguyên mẫu có thể

hỗ trợrất tốt quá trình xây dựng chủ đề Qua quá trình xây dựng, giáo viên có thểhình dungcác khó khăn học sinh có thể gặp phải, các cơ hội vận dụng kiến thức đểgiải quyết vấn đề cũng như xác định được đúng đắn các tiêu chí của sản phẩmtrong bước 3

- Bước 3: Xây dựng tiêu chí của thiết bị/giải pháp giải quyết vấn đề

Sau khi đã xác định vấn đề cần giải quyết/sản phẩm cần chế tạo, cần xác định rõtiêu chí của giải pháp/sản phẩm Những tiêu chí này là căn cứ quan trọng để đề xuấtgiả thuyết khoa học/giải pháp giải quyết vấn đề/thiết kế mẫu sản phẩm Đối với các

ví dụ nêu trên, tiêu chí có thể là: Chế tạo máy quang phổ sử dụng lăng kính, thấukính hội tụ; tạo được các tia ánh sáng màu từ nguồn sáng trắng; Chế tạo ốngnhòm/kính thiên văn từ thấu kính hội tụ, phân kì; quan sát được vật ở xa với độ bộigiác trong khoảng nào đó;

Quy trình sản xuất sữa chua/muối dưa với tiêu chí cụ thể của sản phẩm (độ ngọt,

độ chua, dinh dưỡng ); Quy trình xử lí dư lượng thuốc trừ sâu với tiêu chí cụ thể(loại thuốc trừ sâu, độ "sạch" sau xử lí); Quy trình trồng rau sạch với tiêu chí cụ thể("sạch"cái gì so với rau trồng thông thường)

Các tiêu chí cũng phải hướng tới việc định hướng quá trình học tập và vận dụngkiến thức nền của học sinh chứ không nên chỉ tập trung đánh giá sản phẩm vật chất

- 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 kĩthuật dạy học tích cực với 5 loại hoạt động học đã nêu ở trên Mỗi hoạt động họcđược thiết kế rõ ràng về mục đích, nội dung và sản phẩm học tập mà học sinh phải