Tổ chức dạy học một số kiến thức chương cân bằng và chuyển động của vật rắn vật lí 10 theo định hướng giáo dục stem​

KHOA VẬT LÝ Phạm Hoàng My TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG “CÂN BẰNG VÀ CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN” – VẬT LÍ 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thành p

KHOA VẬT LÝ

Phạm Hoàng My

TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG “CÂN BẰNG VÀ CHUYỂN ĐỘNG CỦA

VẬT RẮN” – VẬT LÍ 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2020

Phạm Hoàng My

TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC

CHƯƠNG “CÂN BẰNG VÀ CHUYỂN ĐỘNG CỦA

VẬT RẮN” – VẬT LÍ 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM

Chuyên ngành: Sư phạm Vật lí

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS PHÙNG VIỆT HẢI

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2020

LỜI CẢM ƠN

Cho phép tôi được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình đến:

- Quý thầy, cô giảng viên khoa Vật lí trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh đã dạy dỗ, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm, sự nhiệt huyết với nghề cho tôi và các bạn sinh viên khác trong suốt quá trình học tập tại trường

- Thầy TS Phùng Việt Hải- giảng viên đã hướng dẫn, hỗ trợ, dìu dắt tôi thực hiện khóa luận Mặc dù có những khó khăn về khoảng cách địa lí, nhưng với kinh nghiệm, sự nhiệt huyết cùng lòng yêu nghề của mình, thầy đã truyền đạt tận tình các kiến thức chuyên môn và cho tôi những lời khuyên quý báu Những góp ý của thầy thực sự giúp ích rất nhiều để tôi có thể hoàn thành được khoá luận tốt nghiệp của mình

- Thầy TS Nguyễn Thanh Nga – giảng viên khoa Vật lí trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh – người đã nhiệt tình hỗ trợ, động viên và cho tôi nhiều lời khuyên hữu ích để tôi có thể hoàn thành khóa luận tốt nghiệp của mình

- Thầy ThS Hoàng Phước Muội - Giáo viên môn Vật lí trường THCS - THPT Hoa Sen đã giúp em thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi của khoá luận

- Ban giám hiệu trường THCS - THPT Hoa Sen (quận 9), quý thầy cô tổ Vật lí, và các em học sinh lớp 10C8 đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi thực nghiệm sư phạm tại trường, làm cơ sở để hoàn thành tốt khoá luận tốt nghiệp

- Cuối cùng, tôi xin gửi lời cám ơn của mình đến gia đình, bạn bè đã luôn sát cánh, giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khoá luận tốt nghiệp này

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 09 tháng 07 năm 2020

Sinh viên

Phạm Hoàng My

MỤC LỤC

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC SƠ ĐỒ

DANH MỤC HÌNH ẢNH

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích của đề tài 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

a Đối tượng nghiên cứu 2

b Phạm vi nghiên cứu 2

4 Giả thuyết khoa học 3

5 Nhiệm vụ nghiên cứu 3

6 Phương pháp nghiên cứu 3

7 Cấu trúc khóa luận 4

CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 5

1.1 Dạy học theo định hướng giáo dục STEM 5

Khái niệm STEM 5

Giáo dục STEM 5

Mục tiêu giáo dục STEM 7

Chủ đề STEM 7

Quy trình dạy học theo định hướng giáo dục STEM 13

1.2 Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo 19

Khái niệm năng lực 19

Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo 19

Yêu cầu cần đạt về năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo 20

TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG CÂN BẰNG VÀ CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN- VẬT LÍ 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 23

2.1 Phân tích nội dung chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn- Vật lí 10” 23 Vị trí chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” 23

Phân tích cấu trúc của chương 23

Mục tiêu của chương 26

2.2 Xây dựng chủ đề “Mô hình cần cẩu tháp” 27

Mô tả chủ đề 27

Các vấn đề cần giải quyết trong chủ đề 27

Các kiến thức thuộc lĩnh vực STEM trong chủ đề 28

Mục tiêu chủ đề 28

Chuẩn bị của giáo viên 29

Tiến trình dạy học tổng thể 44

Tiến trình dạy học chi tiết 48

Tiêu chí đánh giá trong dạy học chủ đề Mô hình cần cẩu tháp 68

THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 79

3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 79

3.2 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 79

3.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 79

3.4 Thuận lợi và khó khăn trong quá trình thực nghiệm sư phạm 79

Thuận lợi 79

Khó khăn 80

3.5 Kế hoạch thực nghiệm sư phạm 80

3.6 Diễn biến thực nghiệm và đánh giá định tính năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo 81 3.7 Đánh giá định lượng năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo 101

3.8 Đánh giá tổng quan 103

Đánh giá tính phù hợp thực tế dạy học với thời lượng dự kiến 103

Đánh giá mức độ đạt được mục tiêu của học sinh 104

Đánh giá sự hứng thú của học sinh với chủ đề 105

TÀI LIỆU THAM KHẢO 109

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

nghệ), Engineering (Kĩ thuật), Mathematics (Toán học)

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Tiến trình dạy học STEM theo quy trình thiết kế kĩ thuật 16 Bảng 1.2 : Yêu cần cần đạt về năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo đối với cấp trung học phổ thông 20 Bảng 2.1: Cấu trúc chương Cân bằng và chuyển động của vật rắn- 23 Bảng 2.2: Các kiến thức thuộc lĩnh vực STEM trong chủ đề Mô hình cần cẩu tháp 28 Bảng 2.3 Dụng cụ, học liệu GV cần chuẩn bị _ 30 Bảng 2.4: Bảng vật liệu giáo viên chuẩn bị và phát cho các nhóm _ 31 Bảng 2.5 Bảng dụng cụ giáo viên chuẩn bị và phát cho các nhóm _ 34 Bảng 2.6 Các bước gia công các chi tiết của mô hình cần cẩu tháp 36 Bảng 2.7 Các bước lắp ráp mô hình cần cẩu tháp 41 Bảng 2.8 Chuỗi hoạt động dạy học chủ đề Mô hình cần cẩu tháp _ 44 Bảng 2.9 Tiến trình dạy học Hoạt động 1 48 Bảng 2.10 Tiến trình dạy học Hoạt động 2 _ 50 Bảng 2.11 Tiến trình dạy học Hoạt động 3 _ 65 Bảng 2.12 Tiến trình dạy học Hoạt động 4 _ 67 Bảng 2.13 Tiến trình dạy học Hoạt động 5 _ 67 Bảng 2.14 Tiêu chí đánh giá phương án thiết kế _ 68 Bảng 2.15 Bảng tiêu chí đánh giá sản phẩm 69 Bảng 2.16 Đánh giá NL GQVĐVST của HS khi học chủ đề Mô hình cần cẩu tháp _ 69 Bảng 3.1 Diễn biến thực nghiệm và đánh giá định tính NL GQVĐVST 81 Bảng 3.2 Bảng đánh giá định lượng NL Giải quyêt vấn đề và sáng tạo khi dạy học chủ

đề Mô hình cần cẩu tháp tại lớp 10C8 101 Bảng 3.3 So sánh thời lượng dạy học dự kiến và thực tế _ 103

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Tiến trình khoa học trong giáo dục STEM 14

Hình 1.2 Quy trình thiết kế kĩ thuật 15

Hình 1.3 Tiến trình dạy học STEM theo quy trình thiết kế kĩ thuật 16

Hình 2.1 Mô hình cần cẩu tháp 41

Hình 2.2 Thí nghiệm quy tắc momen lực 55

Hình 2.3: Thí nghiệm hợp lực song song cùng chiều 62

Hình 3.1 Biểu đồ thể hiện sự hứng thú của HS với chủ đề 106

Hình 3.2 Thí nghiệm quy tắc momen lực 9

Mở đầu

1 Lý do chọn đề tài

Thế giới đang tiến tới cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4, đây là cuộc cách mạng có xu hướng kết hợp các công nghệ với nhau, xóa mờ ranh giới giữa kĩ thuật số, vật lí và sinh học Là một nước đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa và hội nhập quốc tế, Việt Nam phải đối mặt với những thách thức rất lớn để có thể bắt kịp được xu thế phát triển của thế giới Muốn như vậy, đòi hỏi Việt Nam phải có những thay đổi cách mạng trong mọi lĩnh vực Trong đó giáo dục đóng vai trò hết sức quan trọng, nhiệm vụ của nền giáo dục là đào tạo ra những công dân đủ NL để đáp ứng các nhu cầu của nền khoa học, công nghệ thời 4.0

Theo Chỉ thị số 16/CT-TTg về việc tăng cường NL tiếp cận cuộc cách mạng công

nghiệp lần thứ tư, giáo dục Việt Nam hiện nay cần 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 khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học (STEM), ngoại ngữ, tin học trong chương trình giáo dục phổ thông”[1].Thông qua việc ban hành chỉ thị trên, giáo dục

STEM chính thức trở thành phương pháp được chú trọng trong đổi mới giáo dục và đào tạo hiện nay

Giáo dục STEM (Science: Khoa học, Technology: Công nghệ, Engineering: Kĩ thuật và Math: Toán học) là quan điểm dạy học định hướng phát triển NL HS thuộc các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật, toán học Các kiến thức ở bốn lĩnh vực trên được tích hợp, lồng ghép và bổ trợ cho nhau để HS giải quyết các vấn đề thực tiễn cụ thể Thông qua giáo dục STEM, HS sẽ được tiếp cận các kiến thức liên môn một cách sinh động và gần gũi hơn, rèn luyện tư duy đa chiều, giải quyết các vấn đề dựa trên cơ sở khoa học chặt chẽ và mang tính ứng dụng cao Từ đó việc học sẽ trở nên thú vị, không còn khô khan, tăng khả năng tiếp thu, tự học và giải quyết các vấn đề thực tiễn của HS.[2]

Trong chương trình Vật lí 10, chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” chứa đựng nhiều kiến thức có tính ứng dụng cao trong thực tế, thậm chí là vô cùng gần gũi với HS Tuy nhiên, HS thường gặp khó khăn trong việc tiếp thu và vận dụng kiến thức

ở chương này Do thời gian để chuẩn bị ôn thi cuối kì và lượng kiến thức trong chương khá nhiều nên giáo viên gặp khó khăn trong việc tổ chức dạy kiến thức để đáp ứng các yêu cầu của mục tiêu giáo dục, cũng như là tạo hứng thú và đảm bảo HS tiếp thu kiến thức hiệu quả Mặt khác, các kiến thức trong chương Cân bằng và chuyển động của vật rắn dễ dàng quan sát trong thực tế, được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống sinh hoạt, trong kĩ thuật, trong y học, trong nghệ thuật xiếc, trong xây dựng … Chính vì lí do đó, tôi chọn nghiên cứu đề tài: “Tổ chức dạy học một số kiến thức chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” – Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM”

2 Mục đích của đề tài

Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” – Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển NL GQVĐVST của HS

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

a Đối tượng nghiên cứu

- Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo của học sinh

- Cơ sở lí thuyết về giáo dục STEM

- Cách thức tổ chức các kiến thức liên môn thuộc chương “Cân bằng và chuyển

động của vật rắn” - Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM

b Phạm vi nghiên cứu

Chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” – Vật lí 10

4 Giả thuyết khoa học

Nếu xây dựng và tổ chức dạy học một số kiến thức chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn”- Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM thì sẽ phát triển NL GQVĐVST của HS

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Tìm hiểu cơ sở lý luận và thực tiễn về dạy học theo định hướng giáo dục STEM

- Phân tích nội dung kiến thức chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” – Vật lí 10

- Xây dựng nội dung kiến thức, lựa chọn và sắp xếp các nội dung cho hợp lý, đảm bảo tính khoa học của chủ đề

- Xây dựng các tiêu chí đánh giá NL GQVĐVST của HS trong dạy học chương Cân bằng và chuyển động của vật rắn – Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM

- Xây dựng tiến trình dạy học theo định hướng giáo dục STEM

- Xây dựng mẫu phiếu học tập, phiếu theo dõi, thông tin bổ sung và các công cụ hỗ trợ cho HS

- Thực nghiệm sư phạm (TNSP)

- Đánh giá kết quả thực nghiệm

6 Phương pháp nghiên cứu

a Phương pháp nghiên cứu lý luận

- Nghiên cứu cơ sở lý luận về dạy học theo định hướng giáo dục STEM

- Nghiên cứu các tài liệu về tâm lý học, lý luận dạy học phổ thông, lý luận dạy học hiện đại, các văn kiện đại hội Đảng về đổi mới giáo dục, các bài báo, tạp chí có liên quan…

- Nghiên cứu sách giáo khoa các bộ môn có liên quan, các tài liệu khoa học có liên quan

- Nghiên cứu việc ứng dụng các kiến thức chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” vào trong thực tế

- Nghiên cứu các tài liệu liên quan đến việc tích hợp công nghệ, kĩ thuật hỗ trợ nhằm phát huy hiệu quả tối đa của quá trình dạy học

b Phương pháp thực nghiệm sư phạm

- Tiến hành dạy thực nghiệm ở trường phổ thông theo quy trình, phương pháp và

tổ chức tiến trình dạy học đã đề xuất

- Phân tích kết quả thu được trong quá trình thực nghiệm sư phạm từ đó rút ra kết luận của đề tài

- Phương tiện: Phiếu khảo sát, phiếu đánh giá, dụng cụ ghi chép, ghi hình

c Phương pháp thống kê toán học

Sử dụng các phương pháp thống kê, mô tả toán học để trình bày kết quả thực nghiệm sư phạm

7 Cấu trúc khóa luận

Ngoài phần mở đầu, kết luận, danh mục các tài liệu tham khảo và phụ lục, đề tài gồm 3 chương:

Chương 1: Cơ sở lý luận về dạy học theo định hướng giáo dục STEM

Chương 2: Tổ chức dạy học một số kiến thức chương Cân bằng và chuyển động của vật rắn- Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM

1.1 Dạy học theo định hướng giáo dục STEM

Khái niệm STEM

STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học) [3]

Hiện nay, thuật ngữ STEM được dùng trong nhiều ngữ cảnh khác nhau, phổ biến nhất là ngữ cảnh giáo dục và ngữ cảnh nghề nghiệp Trong ngữ cảnh giáo dục, nhắc đến STEM là muốn nhấn mạnh đến sự quan tâm của nền giáo dục đối với việc dạy tích hợp các kiến thực thuộc lĩnh vực khoa học, kĩ thuật, công nghệ và toán học gắn với thực tiễn

để nâng cao NL cho người học Trong ngữ cảnh nghề nghiệp, STEM được hiểu là nghề nghiệp thuộc các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học, ví dụ: nhóm ngành nghề về công nghệ thông tin, y sinh, kĩ thuật, điện tử và truyền thông… [3]

Trong phạm vi đề tài, chúng tôi quan tâm đến ngữ cảnh giáo dục của thuật ngữ STEM

Giáo dục STEM

Có nhiều cách hiểu khác nhau về giáo dục STEM, trong đó có ba cách hiểu chính

về giáo dục STEM hiện nay là:[3]

- Giáo dục STEM là sự quan tâm đến các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học Đây là cách hiểu theo nghĩa rộng khi nói về giáo dục STEM Ở cách hiểu này,

cứ tổ chức dạy học các môn thuộc lĩnh vực STEM nghĩa là giáo dục STEM

- Giáo dục STEM là định hướng tích hợp liên môn của bốn lĩnh vực/ môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học Tác giả Tsupros 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 nặng cạnh tranh trong nền kinh tế mới” Với cách hiểu này, giáo dục STEM được hiểu là giáo dục tích hợp STEM

- Giáo dục STEM là sự 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 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”

Trong khoá luận này, chúng tôi hiểu giáo dục STEM theo định nghĩa thứ ba, là sự tích hợp từ hai lĩnh vực trở lên

Cụ thể các lĩnh vực trong giáo dục STEM bao gồm: [3]

- Science (Khoa học): Là lĩnh vực nhằm phát triển khả năng vận dụng kiến thức, kĩ năng khoa học (vật lí, sinh học, hóa 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 hàng ngày một cách khoa học

- Technology (Công nghệ): Là lĩnh vực nhằm phát triển khả năng hiểu và đánh giá công nghệ của HS Nó cung cấp cho HS những cơ hội để hiểu biết về công nghệ hiện nay, phát triển ở HS kĩ năng phân tích và sử dụng các công nghệ từ đơn giản đến phức tạp có ảnh hưởng đến cuộc sống của HS và cộng đồng

- Engineering (Kĩ thuật): Là lĩnh vực nhằm phát triển hiểu biết của HS về cách công nghệ đang phát triển thông qua quy trình thiết kế kĩ thuật Kĩ thuật cung cấp cho HS những cơ hội để tiếp cận kiến thức của nhiều lĩnh vực, giúp cho những khái niệm liên quan trở nên tường minh trong cuộc sống của họ Kĩ thuật cũng cung cấp cho HS những

kĩ năng để có thể vận dụng sáng tạo kiến thức khoa học và toán học trong quá trình thiết

kế các đối tượng, các hệ thống hay xây dựng các 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 và giải thích, giải pháp giải quyết các vấn đề toán học trong các tình huống đặt ra

Như vậy, giáo dục STEM được hiểu là cung cấp 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 NL làm việc “tức thì” trong môi trường có tính sáng tạo và không ngừng thay đổi như hiện nay

Mục tiêu giáo dục STEM

Mục tiêu giáo dục STEM bao gồm: Phát triển NL đặc thù về STEM; Phát triển NL cốt lõi; Định hướng nghề nghiệp: [2]

- Phát triển các NL đặc thù của các môn học về STEM cho HS: Là cung cấp cho học những kiến thức, kĩ năng liên quan đến các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật, Toán học Phát triển ở HS NL vận dụng phối hợp các kiến thức, kĩ năng ở các lĩnh vực

để giải quyết các vấn đề thực tiễn

- Phát triển NL cốt lõi cho HS: Sự phát triển của công nghệ 4.0 trong thế kỉ XXI đem đến những cơ hội cũng như đặt ra những thách thức cho thế hệ trẻ Bên cạnh những hiểu biết về lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật, Toán học, giáo dục STEM trang bị cho HS những NL phù hợp để đáp ứng những yêu cầu của thế kỉ XXI

- Định hướng nghề nghiệp cho HS: Giáo dục STEM tạo điều kiện cho HS có những kiến thức nền tảng cũng như phát triển ở HS những NL phù hợp cho nghề nghiệp tương lai của các em, góp phần đào tạo ra nguồn nhân lực chất lượng cho xã hội, đặc biệt là đối với các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM

Chủ đề STEM

Chủ đề STEM là chủ đề dạy học được thiết kế dựa trên vấn đề thực tiễn kết hợp với chuẩn kiến thức, kĩ năng của các môn khoa học trong chương trình phổ thông

1.1.4.1 Các tiêu chí xây dựng chủ đề/ bài học STEM

Để xây dựng chủ đề STEM, cần đảm bảo 6 tiêu chí, cụ thể: [4]

- Chủ đề STEM tập trung vào các vấn đề của thực tiễn: Trong bài học STEM, học sinh được đặt vào các vấn đề thực tiễn xã hội, kinh tế, môi trường và yêu cầu tìm các giải pháp

- Cấu trúc bài học STEM kết hợp tiến trình khoa học và quy trình thiết kế kĩ thuật: Tiến trình bài học STEM cung cấp một cách thức linh hoạt đưa học sinh từ việc xác định một vấn đề hoặc một yêu cầu thiết kế đến sáng tạo và phát triển một giải pháp Theo quy trình này, học sinh thực hiện 8 hoạt động bao gồm: Xác định vấn đề, nghiên cứu kiến thức nền, đề xuất các giải pháp/thiết kế, lựa chọn giải pháp/thiết kế, chế tạo mô hình, thử nghiệm và đánh giá, chia sẻ và thảo luận, điều chỉnh thiết kế Trong thực tiễn dạy học, quy trình 8 bước này được thể hiện qua 5 hoạt động: Xác định vấn đề; Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp thiết kế; Trình bày và thảo luận phương án thiết kế; Chế tạo mô hình, thiết bị theo phương án thiết kế, thử nghiệm và đánh giá; Trình bày, thảo luận về sản phẩm được chế tạo, điều chỉnh thiết kế ban đầu Trong quy trình kĩ thuật, các nhóm học sinh thử nghiệm các ý tưởng dựa trên nghiên cứu của mình, sử dụng nhiều cách tiếp cận khác nhau, mắc sai lầm, chấp nhận và học từ sai lầm, và thử lại Sự tập trung của học sinh là phát triển các giải pháp để giải quyết vấn đề đặt ra, nhờ đó học được và vận dụng được kiến thức mới trong chương trình giáo dục

- Phương pháp dạy bài học STEM đưa học sinh vào hoạt động tìm tòi và khám phá, định hướng hành động, trải nghiệm và tạo sản phẩm: Quá trình tìm tòi khám phá được thể hiện trong tất cả các hoạt động của giáo dục STEM Trong các bài học STEM, hoạt động của học sinh được thực hiện theo hướng mở có “khuôn khổ” về các điều kiện mà học sinh được sử dụng Hoạt động của học sinh là hoạt động được chuyển giao và hợp tác; các quyết định về giải pháp giải quyết vấn đề là của chính học sinh Học sinh thực hiện các hoạt động trao đổi thông tin để chia sẻ ý tưởng và tái thiết kế nguyên mẫu của mình nếu cần Học sinh tự điều chỉnh các ý tưởng của mình và thiết kế hoạt động tìm tòi, khám phá của bản thân

- Hình thức tổ chức bài học STEM lôi cuốn học sinh vào hoạt động nhóm kiến tạo: Giúp học sinh làm việc trong một nhóm kiến tạo là một việc khó khăn, đòi hỏi tất cả giáo viên STEM của trường làm việc cùng nhau để áp dụng phương thức dạy học theo nhóm,

sử dụng cùng một ngôn ngữ, tiến trình và yêu cầu về sản phẩm học tập mà học sinh phải

hoàn thành Làm việc nhóm trong thực hiện các hoạt động của bài học STEM là cơ sở phát triền năng lực giao tiếp và hợp tác cho học sinh

- Nội dung bài học STEM áp dụng chủ yếu từ nội dung khoa học và toán mà học sinh đã và đang học: Trong bài học STEM, giáo viên cần kết nối và tích hợp một cách

có mục đích nội dung từ các chương trình khoa học, công nghệ, tin học và toán Lập kế hoạch để hợp tác với giáo viên toán, công nghệ, tin học và khoa học khác để hiểu rõ nội hàm của việc làm thế nào để các mục tiêu khoa học có thể tích hợp trong một bài học đã cho Từ đó, học sinh dần thấy rằng khoa học, công nghệ, tin học và toán không phải là các môn học độc lập mà chúng liên kết với nhau để giải quyết các vấn đề Điều đó có liên quan đến việc học toán, công nghệ, tin học và khoa học của học sinh

- Trong tiến trình bài học STEM một nhiệm vụ có thể có nhiều đáp án đúng và coi

sự thất bại như là một phần cần thiết trong học tập: Một câu hỏi nghiên cứu đặt ra, có thể đề xuất nhiều giả thuyết khoa học; Một vấn đề cần giải quyết, có thể đề xuất nhiều phương án, và lựa chọn phương án tối ưu Trong các giả thuyết khoa học, chỉ có một giả thuyết đúng Ngược lại, các phương án giải quyết vấn đề đều khả thi, chỉ khác nhau ở mức độ tối ưu khi giải quyết vấn đề Tiêu chí này cho thấy vai trò quan trọng của năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo trong dạy học STEM

1.1.4.2 Phân loại chủ đề STEM [2]

Dựa trên các lĩnh vực STEM

- Chủ đề STEM đầy đủ: HS vận dụng kiến thức của cả bốn lĩnh vực STEM để giải quyết vấn đề

- Chủ đề STEM khuyết: HS vận dụng kiến thức ít nhất hai trong bốn lỉnh vực STEM

để giải quyết vấn đề

Dựa trên phạm vi kiến thức để giải quyết vấn đề STEM

- Chủ đề STEM cơ bản: được xây dựng trên cơ sở kiến thức thuộc phạm vi các môn học Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trong chương trình giáo dục phổ thông Các sản phẩm của chủ đề STEM này thường đơn giản, bám sát nội dung sách giáo khoa

và thường được xây dựng trên cơ sở các nội dung thực hành, thí nghiệm trong chương trình giáo dục phổ thông

- Chủ đề STEM mở rộng: có những kiến thức nằm ngoài chương trình giáo dục phổ thông và sách giáo khoa Những kiến thức đó HS phải tự tìm hiểu và nghiên cứu từ tài liệu chuyên ngành Sản phẩm STEM của loại hình này có độ phức tạp cao hơn Dựa vào mục đích dạy học

- Chủ đề STEM dạy học kiến thức mới: được xây dựng trên cơ sở kết nối kiến thức của nhiều môn học khác nhau mà HS chưa được học (hoặc được học một phần) HS sẽ vừa giải quyết được vấn đề, vừa lĩnh hội được kiến thức mới

- Chủ đề STEM dạy học vận dụng được xây dựng trên cơ sở những kiến thức HS

đã được học Chủ đề STEM ở dạng này sẽ bồi dưỡng cho HS NL vận dụng lí thuyết vào thực tiễn Kiến thức lí thuyết được củng cố và khắc sâu

Ở đây, chúng tôi thiết kế chủ đề STEM nhằm dạy kiến thức mới cho học sinh

1.1.4.3 Quy trình xây dựng chủ đề STEM [3]

Bước 1: Lựa chọn chủ đề

Các chủ đề STEM thường được gợi ý trong chương trình hoặc có thể được giáo viên tự xác định sao cho phù hợp với hoàn cảnh địa phương, trình độ của HS Để xác định chủ đề, giáo viên rà soát các môn thông qua khung chương trình hiện có để tìm ra các chủ đề gắn với thực tế, có tính phổ biến, gắn liền với cuộc sống của HS, phù hợp với trình độ nhận thức của HS

Bước 2: Xác định các vấn đề cần giải quyết trong chủ đề

Đây là bước định hướng các nội dung cần được đưa vào trong chủ đề Các vấn đề này là câu hỏi mà thông qua quá trình học tập chủ đề HS có thể trả lời được

Bước 3: Xác định các kiến thức cần thiết để giải quyết các vấn đề

Dựa trên vấn đề cần giải quyết, ta có thể xác định được các kiến thức cần đưa vào trong chủ đề Các kiến thức này có thể thuộc một môn học hay nhiều môn học khác nhau Các nội dung của chủ đề cần gắn với mục tiêu đề ra và có tính liên kết với nhau Để đảm bảo tính chính xác của kiến thức có thể kết hợp các giáo viên bộ môn có liên quan tới

chủ đề Đối với nhiều chủ đề STEM, việc xây dựng nội dung và mục tiêu chủ đề đôi khi diễn ra đồng thời

Kiến thức trong chủ đề STEM cần có sự tích hợp giữa kiến thức, kĩ năng của các lĩnh vực có chuyên môn riêng Để tường minh, ta cần chỉ ra rõ trong chủ đề STEM có những kiến thức nào thuộc lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học

Bước 4: Xây dựng mục tiêu dạy học của chủ đề

Để xác định mục tiêu chủ đề STEM, cần ra soát xem kiến thức cần dạy, kĩ năng cần rèn luyện thông qua từng môn trong chủ đề là kiến thức, kĩ năng nào Đồng thời giáo viên cũng căn cứ vào cấu trúc của các NL chung và NL chuyên biệt của các môn trong chủ đề để xác định được những NL nào thông qua chủ đề

Có ba loại kiến thức cần quan tâm khi tổ chức dạy học chủ đề STEM:

- Kiến thức đã học (hay còn gọi là kiến thức nền): Những kiến thức này HS đã biết

và được sử dụng làm nền tảng cho việc xây dựng kiến thức mới, những kiến thức này không phải là mục tiêu dạy học của chủ đề Thông thường các kiến thức nền sẽ là kiến thức về khoa học và toán

- Kiến thức sẽ học: Đây là những kiến thức dự kiến được HS chiếm lĩnh thông qua dạy học chủ đề STEM, những kiến thức này được ghi ra trong mục tiêu dạy học Những kiến thức này được lấy từ nội dung các môn học có liên quan đến chủ đề Không phải chủ đề STEM nào cũng có phần kiến thức mới, hầu hết chủ đề STEM sẽ tập trung vào việc vận dụng kiến thức, kĩ năng đã có để tạo ra sản phẩm nhằm giải quyết vấn đề trong cuộc sống

- Kiến thức cơ sở khoa học: Một số kiến thức mở rộng, cung cấp dưới dạng thông tin, để qua đó tạo điều kiện cho HS rèn luyện các kĩ năng, phát triển NL Những nội dung này được cung cấp dưới dạng kiến thức tham khảo, bài đọc thêm và cũng không là mục tiêu dạy học của chủ đề

Bước 5: Xây dựng nội dung các hoạt động dạy học của chủ đề

Bước này thể hiện rõ dự kiến việc tổ chức dạy học chủ đề STEM Để thực hiện việc này, cần làm rõ: Chủ đề có những hoạt động nào, từng hoạt động đó đóng vai trò gì trong việc thực hiện mục tiêu toàn bài

Có thể chia hoạt động theo vấn đề cần giải quyết, hoặc theo cấu trúc nội dung của chủ đề Mỗi nội dung nhỏ, hoặc một vấn đề cần giải quyết của chủ đề có thể xây dựng thành một hoặc vài hoạt động dạy học khác nhau Ứng với mỗi hoạt động, giáo viên cần thực hiện các công việc sau:

- Xác định mục tiêu hoạt động

- Xây dựng nội dung học dưới dạng các tư liệu học tập: phiếu học tập, thông tin

- Chuẩn bị phương tiện, thiết bị dạy học cho hoạt động

- Dự kiến nguồn nhân, vật lực để tổ chức hoạt động

- Lập kế hoạch tổ chức hoạt động dạy học: Có thể áp dụng nhiều cách thức tổ chức hoạt động học tập như hoạt động cá nhân, hoạt động nhóm, hoạt động theo trạm, thực hiện dự án, …

- Xây dựng công cụ đánh giá mục tiêu hoạt động: Mỗi hoạt động giáo viên cần có công cụ đánh giá mục tiêu hoạt động tương ứng Công cụ đánh giá có thể là một câu hỏi, một bài tập hoặc một nhiệm vụ cần thực hiện và phiếu tiêu chí đánh giá hoạt động đó (rubric)

- Dự kiến thời gian cho mỗi hoạt động

Việc xây dựng hoạt động có thể tham khảo các quy trình tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM

Bước 6: Lập kế hoạch dạy học chủ đề

Xây dựng kịch bản tổ chức toàn bộ chủ đề Đây chính là quá trình xây dựng giáo

án dạy học chủ đề đã xây dựng Việc phối hợp giữa các giáo viên bộ môn cũng cần được

đề ra một cách chi tiết Ở bước này ta có thể làm rõ: Chủ đề được tiến hành vào thời điểm nào, trong giờ ngoại khóa hay tiết chính khóa

Bước 7: Tổ chức dạy học và đánh giá chủ đề

Việc tổ chức dạy học chủ đề STEM được thực hiện linh hoạt tùy theo điều kiện trang thiết bị, cơ sở vật chất, trình độ HS và thời gian cho phép

Sau khi tổ chức chủ đề STEM, giáo viên cần đánh giá các khía cạnh sau:

- Tính phù hợp thực tế dạy học với thời lượng dự kiến

- Mức độ đạt được mục tiêu của HS, thông qua kết quả đánh giáo các hoạt động học tập

- Sự hứng thú của HS với chủ đề, thông qua quan sát và phỏng vấn HS

- Mức độ khả thi với điều kiện cơ sở vật chất

Việc đánh giá tổng thể chủ đề có ý nghĩa đối với giáo viên, giúp giáo viên điều chỉnh, bổ sung chủ đề cho phù hợp hơn

Quy trình dạy học theo định hướng giáo dục STEM 1.1.5.1 Tiến trình khoa học trong giáo dục STEM

Tiến trình khoa học là cách mà các nhà khoa học thực hiện các nghiên cứu khoa học để tìm hiểu thế giới tự nhiên và đưa ra các giải thích dựa trên những bằng chứng thu được [4] Trong giáo dục STEM, thông qua tiến trình khoa học, HS sẽ tiến hành tìm hiểu thế giới tự nhiên Tiến trình khoa học giúp cho HS có thể thực hiện các hoạt động được nêu trong hình 1.1 [4]:

1.1.5.2 Quy trình thiết kế kĩ thuật trong giáo dục STEM

Quy trình thiết kế kĩ thuật (Engineering Design Process hay EDP) mô tả cách mà

các kĩ sư sử dụng để giải quyết vấn đề Trong dạy học STEM, quy trình này được áp dụng để HS có thể tìm ra giải pháp cho các vấn đề

Có thể mô tả cụ thể quy trình EDP gồm 6 bước như sau: [3]

• Đặt câu hỏi (Ask): HS xác định vấn đề, các đòi hỏi cần phải đáp ứng và các ràng buộc được xem xét từ hiện trạng thực tiễn

• Tưởng tượng (Imagine): HS suy nghĩ về các giải pháp và ý tưởng nghiên cứu HS cũng cần xác định những gì người khác đã làm

• Lập kế hoạch (Plan): HS chọn từ 2 đến 3 ý tưởng hay nhất từ danh sách liệt

kê của họ và phác thảo các thiết kế có thể có, cuối cùng chọn một thiết kế duy nhất cho nguyên liệu

Hình 1.1 Tiến trình khoa học trong giáo dục STEM

• Sáng tạo (Create): HS xây dựng một mô hình làm việc, hoặc nguyên mẫu

phù hợp với các yêu cầu thiết kế và các ràng buộc thiết kế

• Kiểm tra (Test): HS đánh giá các giải pháp thông qua thử nghiệm; thu thập

và phân tích dữ liệu; tóm tắt điểm mạnh và điểm yếu của thiết kế đã được

tìm thấy trong quá trình thử nghiệm

• Cải tiến (Improve): Dựa vào kết quả kiểm tra, HS thực hiện các cải tiến về

thiết kế HS cũng xác định những thay đổi sẽ thực hiện và giải thích cho các

sửa đổi này

Hình 1.2 Quy trình thiết kế kĩ thuật

1.1.5.3 Tiến trình dạy học chủ đề/ bài học STEM

Vụ giáo dục trung học đã đề xuất tiến trình dạy học chủ đề/ bài học STEM được

phỏng theo quy trình thiết kế kĩ thuật Tiến trình này là sự kết hợp giữa tiến trình khoa

học và quy trình thiết kế kĩ thuật [4] Tiến trình dạy học chủ đề/ bài học STEM được thể

hiện trong hình 1.3 [4]:

1 Đặt câu hỏi

2

Tưởng tượng

3 Lập

kế hoạch

4 Sáng tạo

5 Kiểm tra

6 Cải tiến

Cần lưu ý tiến trình dạy học STEM theo quy trình kĩ thuật cần đảm bảo các hoạt động đề ra nhưng các bước không cần thiết phải tuyến tính (hoàn thành một bước mới sang bước tiếp theo) mà một số hoạt động có thể thực hiện song hành, tương hỗ với nhau [4] Tiến trình dạy học STEM được tổ chức theo 5 hoạt động theo bảng 1.1 [4]:

Bảng 1.1 Tiến trình dạy học STEM theo quy trình thiết kế kĩ thuật

Hoạt

động Mục tiêu Nội dung

Dự kiến sản phẩm của HS

Cách thức tổ chức hoạt động

Các mức độ hoàn thành nội dung (Bài ghi chép

+ GV giao nhiệm vụ (nội dung, phương tiện, cách thực hiện,

Hình 1.3 Tiến trình dạy học STEM theo quy trình thiết kế

kĩ thuật

định vấn

đề

hiện vấn đề/nhu cầu

sản phẩm, công nghê

thông tin, bài đánh giá, đặt câu hỏi về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ,…)

yêu cầu sản phẩm phải hoàn thành); + HS thực hiện nhiệm

vụ (qua thực tế, tài liệu, video; cá nhân hoặc nhóm);

+ HS báo cáo, thảo luận

+ HS phát hiện, phát biểu vấn đề

Nghiên cứu nội dung SGK, tài liệu, thí nghiệm đề tiếp nhận, hình thành kiến thức mới

và đề xuất giải

pháp/thiết kế

Các mức độ hoàn thành nội dung (Xác định và ghi được thông tin,

dữ liệu, giải thích, kiến thức

pháp/thiết kế)

+ GV giao nhiệm vụ (Nêu, đọc, nghe, nhìn

để xác định và ghi được thông tin, dữ liệu, giải thích kiến thức mới)

+ HS nghiên cứu SGK, tài liệu, làm thí nghiệm (cá nhân hoặc nhóm)

+ HS Báo cáo, thảo luận.;

+ GV điều hành,

“chốt” kiến thức mới + HS đề xuất giải pháp, thiết kế mẫu thử nghiệm

Trình bày, giải thích, bảo về giải pháp, bản thiết kế để lựa chọn và hoàn thiện

Giải pháp, bản thiết kế được lựa chọn và hoàn thiện

+ GV giao nhiệm vụ (Nêu rõ yêu cầu HS trình bày, báo cáo, giải thích, bảo vệ giải pháp, thiết kế);

+ HS báo cáo, thảo luận;

+ GV điều hành, nhận xét, đánh giá và hỗ trợ

HS lựa chọn giải pháp, thiết kế mẫu thử nghiệm

Lựa chọn dụng cụ/thiết

bị thí nghiệm, chế tạo mẫu theo thiết kế;

và thử nghiệm, đánh giá

+ GV giao nhiệm vụ (lựa chọn dụng cụ/ thiết bị thí nghiệm để lắp ráp…);

+ HS thực hành chế tạo, lắp ráp và thử nghiệm;

+ GV hỗ trợ HS trong quá trình thực hiện

Trình bày và thảo luận

Dụng cụ/thiết bị/

mô hình/đồ vật,… đã được chế tạo + Bài trình bày báo cáo

+ GV giao nhiệm vụ (mô tả rõ yêu càu và sản phẩm trình bày); + HS báo cáo, thảo luận (bài báo cáo, trình chiếu, video,

dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật đẽ chế tạo,…) theo các hình thức phù hợp (trưng bày, triển lãm, sân khấu hoá);

+ GV đánh giá, kết luận, cho điểm và định hướng tiếp tục hoàn thiện

Trong phạm vi đề tài, chúng tôi sẽ áp dụng quy trình dạy học STEM the quy trình

thiết kế kĩ thuật gồm 5 hoạt động, tuy nhiên chúng tôi sẽ triển khai hoạt động Nghiên cứu kiến thức nền riêng và gộp bước Đề xuất giải pháp và Lựa chọn giải pháp thành một

hoạt động

1.2 Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo

Khái niệm năng lực

Theo từ điển tiếng Việt: “NL là khả năng làm tốt công việc.”

Trong chương trình giáo dục phổ thông tổng thể, tháng 12 năm 2018 đã định nghĩa

“NL 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.” [5]

Khái niệm NL được hiểu theo nhiều nghĩa khác nhau tùy vào cách diễn đạt Nhưng tổng hợp lại, NL là khả năng tổng hợp tất cả những kĩ năng, kiến thức để giải quyết các vấn đề nảy sinh trong cuộc sống, NL của con người không phải hoàn toàn đo tự nhiên

mà có, phần lớn do học tập, do rèn luyện mà có

Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo

Đỗ Hương Trà định nghĩa NL giải quyết vấn đề là “sự huy động tổng hợp kiến thức, kĩ năng, thái độ, xúc cảm, động cơ của HS đó để giải quyết các tình huống thực tiễn trong bối cảnh cụ thể mà các giải pháp không có sẵn trong thực tế.” [6]

Huỳnh Văn Sơn đã định nghĩa NL sáng tạo rằng: “NL sáng tạo là khả năng tạo ra những cái mới hoặc giải quyết vấn đề một cách mới mẻ của con người.” [7]

Tổng hợp những quan niệm trên, theo chúng tôi, NL GQVĐVST là khả năng HS vận dụng các kiến thức, kĩ năng của mình để giải quyết các tình huống thực tiễn Các ý tưởng mà HS đề ra có thể chưa có trong thực tiễn hoặc HS chưa biết hoặc được HS phát triển, cải tiến dựa trên cái đã có từ trước Quá trình GQVĐVST luôn đi chung với nhau, trong quá trình giải quyết vấn đề, HS phải sáng tạo để tìm ra biện pháp tối ưu, hiệu quả

và phù hợp với hoàn cảnh nhất

Yêu cầu cần đạt về năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo

Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể đã nêu lên các yêu cần cần đạt về năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo đối với cấp trung học phổ thông được trình bày trong Bảng 1-2 [5]:

Bảng 1.2 : Yêu cần cần đạt về năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo đối với

cấp trung học phổ thông

Nhận ra ý tưởng

mới

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

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

đổi giải pháp trước sự thay đổi của bối cảnh; đánh giá rủi ro và có

dự phòng

Đề xuất, lựa chọn

giải pháp

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

Đánh giá được hiệu quả của giải pháp và hoạt động

Tư duy độc lập

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

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Trong chương 1, chúng tôi trình bày về hai vấn đề Thứ nhất là cơ sở lí luận của dạy học theo định hướng giáo dục STEM Thứ hai là NL GQVĐVST của HS – NL mà chúng tôi muốn phát triển trong đề tài này

Đầu tiên chúng tôi trình bày những khái niệm cơ bản nhất của giáo dục STEM bao gồm Khái niệm STEM và giáo dục STEM, mục tiêu của giáo dục STEM, làm rõ khái niệm chủ đề STEM và quy trình xây dựng chủ đề STEM, các quy trình dạy học STEM Qua đó có thể thấy rằng giáo dục STEM là một quan niệm dạy học nhằm phát triển NL

của HS, các quy trình dạy học giúp rút ngắn khoảng cách giữa lí thuyết hàn lâm và thực tiễn

Tiếp theo, chúng tôi trình bày về NL GQVĐVST- NL mà chúng tôi muốn phát triển cho HS trong đề tài này Bao gồm: Khái niệm NL, khái niệm NL GQVĐVST, và yêu cẩu cần đạt về NL GQVĐVST được nêu trong trương trình giáo dục tổng thể 12/2018

Áp dụng những cơ sở lí luận trong chương này để chúng tôi tiếp tục chương 2- xây dựng các hoạt động tổ chức dạy học chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn”- Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM

TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG CÂN BẰNG

VÀ CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN- VẬT LÍ 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM

2.1 Phân tích nội dung chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn- Vật lí 10”

Vị trí chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn”

Chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” là chương thứ III trong sách giáo khoa Vật lí 10 Chương I “Động học chất điểm” và chương II “Động lực học chất điểm” khảo sát những tính chất của chất điểm Trong đó HS đã được tìm hiểu về chuyển động của chất điểm, lực, phân tích và tổng hợp lực tác dụng lên một chất điểm, điều kiện cân bằng của một chất điểm và các định luật Newton Tuy nhiên, trong cuộc sống ta chủ yếu tiếp xúc với vật rắn, chất điểm chỉ là một khái niệm trừu tượng, lí tưởng hóa cho vật rắn Chuyển động tổng quát của một vật rắn bao gồm hai chuyển động thành phần là chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay quanh khối tâm Việc coi vật rắn như là một chất điểm chỉ nhằm mục đích đơn giản hóa chuyển động của nó, chỉ xét đến chuyển động tịnh tiến của vật rắn mà bỏ qua chuyển động quay quanh khối tâm

Chính vì vậy, việc thêm vào chương 3 “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” là

vô cùng cần thiết

Phân tích cấu trúc của chương

Chương III trình bày hai vấn đề: điều kiện cân bằng của vật rắn và chuyển động của vật rắn; gồm 6 bài học được phân phối trong vòng 8 tiết, cụ thể:

Bảng 2.1: Cấu trúc chương Cân bằng và chuyển động của vật rắn-

Vật lý 10

Bài 17: Cân bằng của một vật chịu

tác dụng của hai lực và của ba lực không

song song

2 tiết

Bài 18: Cân bằng của một vật có trục

Bài 21: Chuyển động tịnh tiến của

một vật rắn Chuyển động quay của vật

rắn quanh một trục cố định

2 tiết

Vật rắn là vật có kích thước đáng kể và không bị biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực Các dạng chuyển động của vật rắn là chuyển động quay quanh một trục và chuyển động tịnh tiến Cân bằng của vật rắn là sự cân bằng khi vật không có chuyển động quay

và chuyển động tịnh tiến

Trường hợp cân bằng đầu tiên được chương trình nhắc tới là trường hợp vật chịu tác dụng của hai lực và ba lực không song song Điều kiện cân bằng của một vật rắn chịu tác dụng của hai lực là hai lực đó phải cùng giá, cùng độ lớn và ngược chiều Từ đó bài học đưa ra phương pháp thực nghiệm để xác định trọng tâm của các vật mỏng và phẳng Điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực không song song cũng được xây dựng từ thí nghiệm Thí nghiệm này còn rút ra được quy tắc tổng hợp hai lực có giá đồng quy bằng quy tắc hình bình hành Điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực không song song gồm hai điều kiện: thứ nhất là giá của ba lực phải đồng phẳng và đồng quy; thứ hai là hợp lực của hai lực phải cân bằng với lực thứ ba

Tiếp theo, chương trình sẽ tiếp tục khảo sát điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định Đầu tiên, bài học nêu thí nghiệm khảo sát sự cân bằng của một đĩa tròn có trục đi qua tâm O của nó Từ đó, bài học nêu ra một đại lượng mới đặc trưng cho tác

dụng làm quay của lực là momen lực Sau đó bài học nêu lên điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định gọi là quy tắc momen lực Bài học còn chú ý rằng quy tắc momen lực còn áp dụng cho trường hợp một vật không có trục quay cố định nếu trong tình huống cụ thể nào đó vật xuất hiện trục quay

Bài học tiếp theo, thông qua thí nghiệm và vận dụng quy tắc momen lực để nêu lên quy tắc tổng hợp lực song song cùng chiều Hợp lực của hai lực song song cùng chiều là một lực song song, cùng chiều, có độ lớn bằng tổng độ lớn của hai lực ấy Giá của hợp lực chia khoảng cách của hai lực song song thành những đoạn tỉ lệ nghịch với độ lớn của hai lực ấy Ngoài ra, quy tắc tổng hợp hai lực song song cùng chiều giúp ta hiểu hơn về trọng tâm của vật Và cuối củng bài học gợi ý cho HS về trường hợp cân bằng của vật chịu tác dụng của hệ ba lực song song

Bài học tiếp theo đề cập tới sự cân bằng của một vật rắn Bài học nêu lên những kiến thức bổ ích vì tính cân bằng, vững vàng của một vật rắn là rất quan trọng, có ứng dụng cao trong thực tiễn Thông qua thí nghiệm với cây thước với các trục quay khác nhau, bải học nêu lên các dạng cân bằng của vật rắn: cân bằng bền, cân bằng không bền

và cân bằng phiếm định Nguyên nhân của các dạng cân bằng đó là do vị trí trí trọng tâm của vật Tiếp theo bài học nêu lên điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế đó là trọng lực phải xuyên qua mặt chân đế Tổng hợp lại, mức vững vàng của cân bằng được xác định bởi độ cao của trọng tâm và diện tích của mặt chân đế

Sau khi học về các điểu kiện cân bằng của vật, bài học tiếp theo cung cấp kiến thức

về các dạng chuyển động của vật rắn đó là chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay quanh một trục cố định Chuyển động tịnh tiến của vật rắn là chuyển động trong đó đường thẳng nối hai điểm bất kì của vật luôn song song với chính nó Một vật khi chuyển động tịnh tiến thì tất cả các điểm của vật đều chuyển động như nhau, nghĩa là có cùng gia tốc Lúc này có thể coi vật như một chất điểm và áp dụng định luật II Newton để tính gia tốc của vật Đối với chuyển động quay quanh một trục cố định thì mọi điểm của vật đều có cùng tốc độ góc và được gọi là tốc độ góc của vật Nguyên nhân gây ra chuyển động quay là do momen lực, hay nói cách khác momen lực tác dụng vào một vật làm

thay đổi tốc độ góc của vật Tương tự như chuyển động tịnh tiến, chuyển động quay cũng

có mức quán tính (gọi là momen quán tính) Khi tác dụng cùng một momen lực lên các vật khác nhau, tốc độ góc của vật nào tăng chậm hơn thì vật đó có mức quán tính lớn hơn và ngược lại Có hai yếu tố ảnh hưởng đến mức quán tính của vật đó là khối lượng của vật và sự phân bố khối lượng đối với trục quay Khối lượng càng lớn và phân bố càng xa trục quay thì momen quán tính càng lớn và ngược lại

Bài cuối cùng của chương đề cập đến một trường hợp ta thường hay gặp trong thực

tế, đó là sự chuyển động quay của vật rắn khi chịu tác dụng của hai lực song song, ngược chiều và cùng độ lớn Ta không thể tìm hợp lực của hai lực song song này Hai lực song song này có tác dụng làm quay vật Ta gọi hệ hai lực đó là ngẫu lực Bài học nêu lên tác dụng của ngẫu lực trong trường hợp vật có trục quay cố định và không có trục quay cố định Đặc trưng cho tác dụng quay này thì bại học cũng nêu lên momen lực của ngẫu lực

Mục tiêu của chương

Mục tiêu của chương theo chuẩn kiến thức, kĩ năng trong chương trình hiện hành [10]:

Kiến thức

- Phát biểu được điều kiện cân bằng của một vật rắn chịu tác dụng của hai hay ba lực không song song

- Phát biểu được quy tắc xác định hợp lực của hai lực song song cùng chiều

- Nêu được trọng tâm của một vật là gì

- Phát biểu được định nghĩa, viết được công thức tính momen lực và nêu được đơn

vị đo momen lực

- Phát biểu được điều kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay cố định

- Phát biểu được định nghĩa ngẫu lực và nêu được tác dụng của ngẫu lực Viết được công thức tính momen ngẫu lực

- Nêu được điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế Nhận biết được các dạng cân bằng bền, cân bằng không bền, cân bằng phiếm định của một vật rắn

- Nêu được đặc điểm để nhận biết chuyển động tịnh tiến của một vật rắn

- Nêu được, khi vật rắn chịu tác dụng của một momen lực khác không, thì chuyển động quay quanh một trục cố định của nó bị biến đổi (quay nhanh dần hoặc chậm dần)

- Nêu được ví dụ về sự biến đổi chuyển động quay của vật rắn phụ thuộc vào sự phân bố khối lượng của vật đối với trục quay

- Xác định được trọng tâm của các vật phẳng đồng chất bằng thí nghiệm

2.2 Xây dựng chủ đề “Mô hình cần cẩu tháp”

Mô tả chủ đề

Cần cẩu là thiết bị không thể thiếu trong các hoạt động xây dựng Nhất là trong quá trình đô thị hóa, hiện đại hóa hiện nay thì hình ảnh cần cẩu vô cùng phổ biến với HS Tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lí hoạt động của thiết bị này là vô cùng cần thiết Nguyên

lí hoạt động của thiết bị cần cẩu tháp dựa trên những kiến thức được bao gồm trong chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn”- Vật lí 10 Vì thế, chúng tôi tổ chức chủ

đề “Mô hình cần cẩu tháp” dành cho học sinh lớp 10 đang học chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” để vừa giúp HS hiểu thêm về một loại thiết bị phổ biến trong cuộc sống, vừa học và vận dụng được kiến thức học trong chương

Các vấn đề cần giải quyết trong chủ đề

- Chế tạo được mô hình cần cẩu tháp bằng các vật liệu mà giáo viên cũng cấp

- Làm sao khi nâng vật lên và đưa vật ra xa thì cần cẩu không bị lật? ➔ Điều kiện cân bằng của vật có trục quay cố định là gì? Điều kiện cân bằng của vật có mặt chân đế?

➔ Xác định trọng tâm của vật bằng quy tắc hợp lực song song cùng chiều

- Để cần cẩu vững vàng hơn thì có những cách nào ➔ Mức vững vàng của cân bằng

- Để cần cẩu dễ dàng xoay và trục quay không bị biến dạng ➔ Trục quay của motor cần đi qua trọng tâm của hệ

Các kiến thức thuộc lĩnh vực STEM trong chủ đề

Bảng 2.2: Các kiến thức thuộc lĩnh vực STEM trong chủ đề Mô hình cần

cẩu tháp

- Cân bằng của một vật có trục quay cố định

- Quy tắc hợp lực song song cùng chiều

- Cân bằng của một vật có mặt chân đế

- Chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định

- Động cơ điện một chiều

- Mạch điện một chiều

Công nghệ (Technology) - Sử dụng máy khoan, kiềm, kéo, keo dán

sắt, súng bắn keo, …

Kĩ thuật (Engineering) - Bản thiết kế cần cẩu

Toán học (Mathematics) - Tính toán, đo đạc chiều cao của cần cẩu,

độ dài của các cánh tay đòn

- Tính toán, đo đạc các chi tiết