Thiết kế chủ đề stem đèn học thay đổi cường độ ánh sáng theo định hướng phát triển năng lực cho học sinh trung học cơ sở

Theo Chương trình phổ thông tổng thể năm 2018 [2] do Bộ Giáo dục và Đào tạo ban hành kèm thông tư 32/2018/TT-BGDĐT đã đề cập: “Giáo dục STEM là mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận li

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Nguyễn Trúc Vy

THIẾT KẾ CHỦ ĐỀ STEM

“ĐÈN HỌC THAY ĐỔI CƯỜNG ĐỘ SÁNG” THEO ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC

CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CƠ SỞ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Thành phố Hồ Chí Minh - 2020

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC ThS LÊ HẢI MỸ NGÂN

Thành phố Hồ Chí Minh - 2020

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến Cô Lê Hải Mỹ Ngân, người đã luôn tận tình hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành khoá luận

Tôi xin chân thành cảm ơn Trường, Phòng đào tạo, các Thầy, Cô trong Khoa Vật

lý Trường Đại học Sư phạm TP.Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cho tôi thực hiện khoá luận này

Tôi xin chân thành cảm ơn Quí Thầy Cô đã tham gia khảo sát và đóng góp ý kiến cho tôi, giúp tôi hoàn thiện tốt hơn đề tài của mình

Qua đây tôi cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn đến gia đình, người thân và bạn bè đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện khoá luận này

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2020

Sinh viên

Nguyễn Trúc Vy

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

Danh mục các chữ viết tắt iv

Danh mục các bảng v

Danh mục các hình vi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 - CƠ SỞ LÍ LUẬN 4

1.4.1 Tiến trình chủ đề STEM theo qui trình thiết kế kĩ thuật 6

1.4.2 Tiêu chí xây dựng và đánh giá bài học STEM 11

1.5.1 Khái niệm năng lực và đặc điểm của năng lực 12

1.5.2 Dạy học theo định hướng phát triển năng lực 13

1.6.1 Mục tiêu và nội dung chương trình [3] 14

1.6.2 Khung năng lực KHTN 14

Kết luận chương 1 20

CHƯƠNG 2 - THIẾT KẾ TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ “ĐÈN HỌC THAY ĐỔI CƯỜNG ĐỘ SÁNG” 21

2.4.1 Mô tả chủ đề 34

2.4.2 Vị trí trong chương trình 37

2.4.3 Mục tiêu 40

2.4.4 Tiến trình hoạt động chung 41

2.4.5 Ma trận đánh giá 44

2.4.6 Danh sách phương tiện/học liệu dạy học 46

2.4.7 Tiến trình dạy học chi tiết 48

Kết luận chương 2 63

CHƯƠNG 3 - THAM KHẢO Ý KIẾN CHUYÊN GIA 64

Kết luận chương 3 83

Kết luận 84

Tài liệu tham khảo 85

PHỤ LỤC PL1

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Các pha hoạt động dạy học chủ đề STEM 10

Bảng 1.2 Tiêu chí đánh giá tiến trình dạy học 11

Bảng 1.3 Khung năng lực KHTN 14

Bảng 2.1 Các vấn đề cần giải quyết trong chủ đề 21

Bảng 2.2 Danh sách các nguyên vật liệu sử dụng chế tạo sản phẩm minh họa 23

Bảng 2.3 Các bước chế tạo mô hình đèn học thay đổi cường độ sáng 26

Bảng 2.4 Nội dung kiến thức tích hợp trong chủ đề 30

Bảng 2.5 Tổng hợp các kiến thức HS kiến tạo trong chủ đề 31

Bảng 2.6 Tổng hợp các kiến thức liên quan đến chủ đề 32

Bảng 2.7 Mục tiêu dạy học chủ đề STEM 40

Bảng 2.8 Tiến trình hoạt động 41

Bảng 2.9 Ma trận đánh giá năng lực 44

Bảng 2.10 Danh sách phương tiện/học liệu sử dụng 47

Bảng 2.11 Tiến trình dạy học chủ đề 48

Bảng 3.1 Danh sách chuyên gia tham gia khảo sát, đóng góp ý kiến cho đề tài 64

Bảng 3.2 Khảo sát ý kiến của chuyên gia về chủ đề “Đèn học thay đổi cường độ sáng” theo định hướng giáo dục STEM 65

Bảng 3.3 Khảo sát ý kiến của chuyên gia về bộ hồ sơ dạy học chủ đề “Đèn học thay đổi cường độ sáng” theo định hướng giáo dục STEM 66

Bảng 3.4 Khảo sát ý kiến chung của chuyên gia về bộ hồ sơ dạy học chủ đề “Đèn học thay đổi cường độ sáng” theo định hướng giáo dục STEM 79

Bảng 3.5 Định hướng chỉnh sửa và phát triển đề tài 72

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Mối liên quan của Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học 6

Hình 1.2 Mô hình về qui trình thiết kế kĩ thuật của NASA 7

Hình 1.3 Tiến trình tổ chức dạy học chủ đề STEM 8

Hình 1.4 Qui trình đánh giá năng lực 18

Hình 2.1 Sơ đồ mạch điện đèn học minh họa 22

Hình 2.2 Bản thiết kế đèn học minh họa 26

Hình 2.3 Sơ đồ thể hiện sự kết nối giữa nhiệm vụ - kiến thức – thiết kế 35

Hình 2.4 Tiến trình thực hiện dự án 39

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Theo Chỉ thị 16/CT-TTg ngày 4/5/2017 [1] về Tăng cường năng lực tiếp cận cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư (còn gọi là cách mạng công nghiệp 4.0), 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 Theo Chương trình phổ thông tổng thể năm 2018 [2] do Bộ Giáo dục và Đào tạo ban hành kèm thông tư

32/2018/TT-BGDĐT đã đề cập: “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” Giáo dục

STEM được coi trọng ở nhiều quốc gia trên thế giới và rất quan tâm trong đổi mới giáo dục phổ thông của Việt Nam

Chương trình phổ thông 2018 được xây dựng trên nền tảng phát triển năng lực, gắn với nhu cầu phát triển của đất nước, những tiến bộ của thời đại về khoa học - công nghệ và xã hội nhằm hình thành và phát triển ở HS các năng lực cốt lõi Trong chương trình 2018, “tính mở” là một trong các điểm mới, chỉ đưa ra các định hướng chung về yêu cầu cần đạt, nội dung, phương pháp và đánh giá để tạo cơ hội cho GV phát huy tính chủ động, linh hoạt và sáng tạo trong thực hiện chương trình

Giáo dục STEM trong chương trình phổ thông 2018, được khuyến khích thực hiện lồng ghép trong quá trình thực hiện dạy học chương trình các môn: Khoa học, KHTN, Toán, Công nghệ, Tin học,… Điều này thể hiện qua việc giáo dục STEM đều được nhắc đến trong chương trình các môn học này Trong chương trình môn KHTN [3]

có đề cập “cần kết hợp giáo dục STEM trong dạy học nhằm phát triển cho HS khả năng tích hợp các kiến thức, kĩ năng của các lĩnh vực KHTN, công nghệ, kĩ thuật, toán vào giải quyết một số tình huống thực tiễn”

Một phương thức triển khai giáo dục STEM trong các môn học là thông qua các chủ đề STEM Trong Công văn số 5555/BGDĐT – GDTrH ngày 08/10/2014 [4] có

đề cập đến việc thực hiện các chuyên đề học tập đối với HS thay cho việc dạy học đang được thực hiện theo từng bài/tiết trong sách giáo khoa như hiện nay Theo đó, các tổ/nhóm chuyên môn có thể căn cứ vào chương trình và sách giáo khoa hiện hành, lựa chọn nội dung để xây dựng các chuyên đề dạy học phù hợp, đồng thời xác định các năng lực và phẩm chất có thể hình thành cho HS trong mỗi chuyên đề đã xây dựng

Trong khóa luận này, chủ đề STEM được thiết kế lồng ghép trong dạy học môn KHTN cấp THCS và hướng vào vấn đề thực tiễn là tình trạng suy giảm thị lực của con người nói chung và HS nói riêng Theo báo cáo thống kê, trong năm 2015, trên toàn thế giới có khoảng 253.000.000 người bị khiếm thị [5] Các nhà nghiên cứu dự báo, con số này tăng nhanh trong tương lai và gây ra gánh nặng cho xã hội Tình trạng suy giảm thị lực sẽ gây ra rất nhiều bất tiện trong cuộc sống sinh hoạt hằng ngày Thực tế, thị lực của chúng ta sẽ suy giảm dần do nhiều nguyên nhân Trong đó, điều kiện chiếu sáng không đạt chuẩn cũng tác động nhiều đến suy giảm thị lực của mắt như thiếu ánh sáng là một nguyên nhân chính dẫn tới mỏi mắt, tiếp xúc với quá nhiều ánh sáng sẽ gây kích ứng mắt, làm việc trong môi trường quá ít ánh sáng làm cho mắt phải căng để nhìn [6] Điều này cho thấy việc bố trí ánh sáng, bố trí các loại đèn ở nơi làm việc, sinh hoạt cho phù hợp với các điều kiện chiếu sáng trong các hoạt động khác nhau rất cần được chú ý và xem trọng Như vậy, làm thế nào để cường độ sáng

ở nơi học tập và sinh hoạt của chúng ta có thể thay đổi dễ dàng và thuận tiện? Trong chủ đề “Đèn học thay đổi cường độ sáng”, HS nghiên cứu và chế tạo mô hình đèn học có thể điều chỉnh các mức độ sáng khác nhau, từ đó điều chỉnh bật – tắt số bóng đèn cho phù hợp HS sử dụng các linh kiện điện tử đơn giản như đèn LED, công tắc, dây điện, nguồn pin một chiều,… để chế tạo mô hình Việc xây dựng tiến trình chủ

đề STEM có thể thực hiện dựa trên các qui trình dạy học tích cực như qui trình tìm tòi khám phá, qui trình Trial,… trong đó, tiến trình chủ đề STEM theo qui trình thiết

kế kĩ thuật (EDP) giúp nhấm mạnh yếu tố công nghệ và kĩ thuật

Vì những vấn đề nêu trên, khoá luận sẽ tập trung tìm hiểu về dạy học phát triển năng lực kết hợp thiết kế chủ đề giáo dục STEM “Đèn học thay đổi cường độ sáng” theo qui trình EDP để dạy học môn KHTN cho HS THCS lớp 9

2 Mục đích nghiên cứu

Thiết kế chủ đề STEM “Đèn học thay đổi cường độ sáng” theo định hướng triển năng lực dạy học môn KHTN cho HS THCS

3 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

- Hoạt động dạy học một số nội dung kiến thức trong mạch nội dung Điện khối

9 - môn KHTN cấp THCS

3.2 Phạm vi nghiên cứu

- Kiến thức trong chủ đề “Đèn học thay đổi cường độ sáng”;

- Lí luận và tổ chức dạy học STEM, qui trình thiết kế kĩ thuật;

- Chương trình môn KHTN;

- Cơ sở lí luận dạy học phát triển năng lực

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Tìm hiểu lí thuyết về qui trình thiết kế kĩ thuật, giáo dục STEM trong chương trình mới và dạy học theo định hướng phát triển năng lực

- Phân tích mạch nội dung và yêu cầu cần đạt trong các môn KHTN, Công nghệ, Toán, và Tin học trong thiết kế chủ đề Đèn học thay đổi cường độ sáng

- Thiết kế hồ sơ dạy học chủ đề STEM “Đèn học thay đổi cường độ sáng” theo định hướng phát triển năng lực:

✓ Kế hoạch dạy học;

✓ Phương tiện/ tài liệu hỗ trợ dạy học: thí nghiệm, video, tranh ảnh, phiếu bài tập, thông tin thêm;

✓ Công cụ thu nhận và đánh giá kết quả học tập của HS

- Tham khảo ý kiến chuyên gia

5 Phương pháp nghiên cứu

5.1 Phương pháp nghiên cứu lí luận

- Nghiên cứu cơ sở lí luận về giáo dục STEM dựa trên qui trình thiết kế kĩ thuật

- Nghiên cứu cơ sở lí luận về dạy học theo định hướng phát triển năng lực

- Nghiên cứu các kiến thức liên quan đến chủ đề Đèn học thay đổi cường độ sáng trong chương trình môn học KHTN và các tài liệu tham khảo

5.2 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

- Nghiên cứu các vấn đề thực tiễn của chủ đề

5.3 Phương pháp hỏi ý kiến chuyên gia

- Gửi khảo sát bằng bảng hỏi

- Ghi nhận kết quả khảo sát

- Phân tích và đánh giá kết quả khảo sát

6 Cấu trúc khoá luận

Ngoài phần mở đầu, kết luận, danh mục các tài liệu tham khảo và phụ lục, khoá luận được trình bày bao gồm 3 chương:

Chương 1: Cơ sở lí luận

Chương 2: Thiết kế tổ chức dạy học chủ đề Đèn học thay đổi cường độ sáng Chương 3: Tham khảo ý kiến chuyên gia

CHƯƠNG 1 - CƠ SỞ LÍ LUẬN Tổng quan về STEM và giáo dục STEM

STEM là viết tắt của khoa học (Science), công nghệ (Technology), kĩ thuật

(Engineering), toán học (Mathematics) Không giống như các loại hình giảng dạy truyền thống, dạy học theo định hướng STEM kết hợp hai hay nhiều môn học thông qua vận dụng kiến thức về khoa học, công nghệ, kĩ thuật, toán học để giải quyết các vấn đề thực tế trong cuộc sống dựa vào kinh nghiệm của HS [7]

- “Giáo dục STEM là một cách tiếp cận liên ngành trong quá trình học, trong đó các khái niệm học thuật mang tính nguyên tác được lồng ghép với các bài học trong thế giới thực, ở đó các HS áp dụng các kiến thức trong khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán vào trong 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 có thể góp phần vào cạnh tranh trong nền kinh

tế mới.” [8]

- “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.” [9]

- “Giáo dục STEM là một quan điểm dạy học theo tiếp cận liên ngành từ hai trong các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên, trong đó nội dung học tập đuợc gắn với thực tiễn, phương pháp dạy học theo quan diểm dạy học định hướng hành động.” [10]

- “Tích hợp STEM được hiểu là cách tiếp cách dạy và học các nội dung và thực hành của các tri thức liên ngành bao gồm khoa học và/hoặc toán thông qua sự tích hợp thực hành của kĩ thuật hoặc thiết kế kĩ thuật của công nghệ phù hợp.” [11]

Nhìn chung, có nhiều quan điểm về giáo dục STEM, tuy nhiên các quan điểm này đều cho rằng giáo dục STEM là sự tiếp cận liên môn và quan tâm đến các vấn đề thực tiễn Trong khóa luận này, chúng tôi tiếp cận quan điểm về giáo dục STEM theo

Chương trình phổ thông tổng thể 2018 [2]: “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”

Mục tiêu của giáo dục STEM gồm phát triển phát triển năng lực cốt lõi và định hướng nghề nghiệp cho HS

Định hướng giáo dục STEM trong Chương trình GDPT 2018

Trong tài liệu Tìm hiểu về chương trình phổ thông tổng thể 2018 [12] có đề cập

đến giáo dục STEM: “Trong Chương trình GDPT 2018, giáo dục STEM vừa mang ý nghĩa thúc đẩy các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học vừa thể hiện phương pháp tiếp cận liên môn, phát triển năng lực và phẩm chất người học.”

- Chương trình GDPT 2018 có đầy đủ các môn học STEM như: Toán, KHTN

(Khoa học ở tiểu học; KHTN ở THCS; nhóm môn khoa học: Vật lí, Hóa học và

Sinh học ở THPT), Công nghệ, Tin học Các môn học này đóng vai trò quan

trọng trong việc thực hiện giáo dục STEM

- Việc hình thành các nhóm môn: (1) nhóm môn khoa học xã hội; (2) nhóm môn KHTN; (3) nhóm môn công nghệ và nghệ thuật với qui định chọn 5 môn học từ

3 nhóm môn học trên, mỗi nhóm chọn ít nhất 1 môn học đảm bảo tất cả HS đều được học các môn học STEM

- Vị trí, vai trò của môn Công nghệ và môn Tin học trong Chương trình GDPT mới đã được nâng cao rõ rệt, điều này thể hiện rõ tư tưởng giáo dục STEM

- Có các chủ đề STEM trong chương trình môn học tích hợp ở giai đoạn giáo dục

cơ bản như các môn Tự nhiên và Xã hội, Công nghệ, Tin học ở tiểu học; môn KHTN ở THCS

- Các chuyên đề học tập về STEM, nghề nghiệp STEM ở lớp 10, 11 và 12 trong các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học; các hoạt động trải nghiệm dưới hình thức câu lạc bộ nghiên cứu khoa học, trong đó có hoạt động nghiên cứu STEM

- “Tính mở” là một trong các điểm mới ở chương trình phổ thông tổng thể 2018,

GV có thể chủ động và linh hoạt trong việc xây dựng kế hoạch dạy học các nhân dựa trên kế hoạch của nhà trường Tính mở của chương trình mới cho phép xây dựng một số nội dung giáo dục STEM thông qua chương trình địa phương, kế hoạch giáo dục nhà trường, hoạt động giáo dục xã hội được tổ chức, triển khai dưới hình thức các chương trình, hoạt động STEM

- Định hướng đổi mới phương pháp giảng dạy được nêu trong Chương trình GDPT tổng thể phù hợp với giáo dục STEM ở các cấp dạy học tích hợp theo chủ đề liên môn, vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các vấn đề thực tiễn

Nội dung tích hợp trong giáo dục STEM

Theo Chương trình giáo dục tổng thể 2018 [2], dạy học tích hợp “là định hướng dạy học giúp HS phát triển khả năng huy động tổng hợp kiến thức, kĩ năng, thuộc

nhiều lĩnh vực khác nhau để giải quyết có hiệu quả các vấn đề trong học tập và trong cuộc sống, được thực hiện ngay trong quá trình lĩnh hội tri thức và rèn luyện kĩ năng”,

với cách hiểu như vậy, việc tổ chức giáo dục STEM mà trong đó huy động các kiến thức của các lĩnh vực khác nhau chính là theo định hướng dạy học tích hợp

Theo Nguyễn Thanh Nga và cộng sự: “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 trong nhà trường”

[13]

Theo Nguyễn Văn Biên, Tưởng Duy Hải và các cộng sự: “Dạy học tích hợp STEM giúp cho quá trình học diễn ra một cách tự nhiên,các sự vật hiện tượng trong thực tế không còn bị chia tách thành các phần riêng biệt và các vấn đề xã hội là những vấn

đề phức tạp mà để giải quyết nó người học phải huy động kiến thức từ nhiều lĩnh vực Thông qua các nhiệm vụ cần thực hiện, HS sẽ nhận ra mối liên hệ giữa các môn học”

[14] Mối quan hệ đó được miêu tả trong sơ đồ hình 1.1

Hình 1.1 Mối liên quan của Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học [14]

Qui trình thiết kế kĩ thuật (Engineering design process)

1.4.1 Tiến trình chủ đề STEM theo qui trình thiết kế kĩ thuật

Có nhiều phương thức để triển khai giáo dục STEM và dạy học phát triển năng lực ở nhà trường, trong đó, việc triển khai phương thức giáo dục STEM theo qui trình thiết kế kĩ thuật (Engineering design process) giúp nhấn mạnh yếu tố công nghệ và

kĩ thuật Qui trình thiết kế kĩ thuật mô tả cách mà các kĩ sư sử dụng để giải quyết vấn

đề Qui trình thiết kế kĩ thuật có nhiều biến thể và mức độ phức tạp khác nhau ttùy thuộc vào tình huống cụ thể, tuy nhiên mô hình về qui trình thiết kế kĩ thuật của

NASA (NASA Engineering design process) [15] được xem là một mô hình điển hình

và bao quát

Hình 1.2 Mô hình về qui trình thiết kế kĩ thuật của NASA [15]

Qui trình bắt đầu bằng việc đặt câu hỏi, hình dung các giải pháp, thiết kế kế hoạch, tạo và kiểm tra, thử nghiệm mô hình, sau đó thực hiện cải tiến Các giai đoạn được

mô tả cụ thể như sau:

(1) Đặt câu hỏi (Ask): HS xác định vấn đề, các yêu cầu, đòi hỏi cần đáp ứng, vấn

đề phải giải quyết

(2) Tưởng tượng (Imagine): HS suy nghĩ về các giải pháp và ý tưởng nghiên cứu (3) Lập kế hoạch (Plan): HS phác thảo các mẫu thiết kế có khả năng và chọn ra một mẫu thiết cuối cùng để tiến hành thực hiện mô hình

(4) Sáng tạo (Create): HS xây dựng mô hình, hoặc sản phẩm phù hợp với các yêu cầu thiết kế

(5) Kiểm tra (Test): HS tiến hành thử nghiệm; thu thập và phân tích dữ liệu; đánh giá các giải pháp thông qua phân tích điểm mạnh, điểm yếu của từng thiết kế đã thực hiện, tìm thấy trong quá trình thử nghiệm

(6) Cải tiến (Improve): Căn cứ vào kết quả kiểm tra, thử nghiệm, HS thực hiện các cải tiến về thiết kế, xác định những thay đổi sẽ thực hiện và giải thích về các thay đổi này

Chi tiết và cụ thể hóa qui trình thiết kế kĩ thuật, trong tài liệu tập huấn Xây dựng

và thực hiện các chủ đề giáo dục STEM trong trường trung học [16] của Vụ giáo dục trung học có đề xuất qui trình tổ chức dạy học chủ đề STEM theo các bước:

Hình 1.3 Tiến trình tổ chức dạy học chủ đề STEM [16]

Trong tiến trình dạy học này, việc nghiên cứu kiến thức nền chính là việc học để

chiếm lĩnh các nội dung kiến thức trong chương trình GDPT ứng với vấn đề cần giải quyết trong bài học, mà trong đó HS là người chủ động nghiên cứu SGK, tài liệu bổ trợ, tiến hành thí nghiệm theo chương trình học (nếu có) dưới sự hướng dẫn của GV; vận dụng kiến thức đã học để đề xuất, lựa chọn giải pháp giải quyết vấn đề; thực hành thiết kế, chế tạo, thử nghiệm mẫu; chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh thiết kế Thông qua quá trình học tập đó, HS được rèn luyện nhiều kĩ năng để phát triển phẩm chất, năng lực

Tiến trình dạy học chủ đề STEM tuân thủ theo qui trình thiết kế kĩ thuật nêu trên, tuy nhiên không nhất thiết thực hiện theo trình tự từng bước (hết bước này mới đến bước kia) mà có những bước được thực hiện song hành, tương hỗ lẫn nhau, cụ thể là việc “nghiên cứu kiến thức nền” được thực hiện đồng thời với “đề xuất giải pháp”;

“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 và được trình bày trong tài liệu tập huấn Xây

dựng và thực hiện các chủ đề giáo dục STEM trong trường trung học của Vụ giáo

dục trung học và được tóm tắt trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Các pha hoạt động dạy học chủ đề STEM [16]

Pha

hoạt động Mục đích Nội dung

Sản phẩm học tập dự kiến

Cách thức hoạt động

Tìm hiểu hiện tượng, sản phẩm, công nghệ;

đánh giá, đặt câu hỏi về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ…

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

GV giao nhiệm vụ (nội dung, phương pháp, cách thực hiện, yêu cầu sản phẩm phải hoàn thành); HS thực hiện nhiệm vụ (qua thực

tế, tài liệu, video; cá nhân hoặc nhóm); Báo cáo, thảo luận (thời gian, địa điểm, cách thức); phát hiện/phát biểu vấn

pháp

Nghiên cứu nội dung SGK, tài liệu, thí nghiệm để tiếp nhận, hình thành kiến thức mới và đề xuất giải pháp/thiết

kế

Xác định và ghi được thông tin,

dữ liệu, giải thích, kiến thức mới, giải pháp/thiết kế

GV giao nhiệm vụ (nêu rõ yêu cầu đọc/nghe/nhìn/làm

để xác định và ghi được thông tin, dữ liệu, giải thích, kiến thức mới); HS nghiên cứu SGK, tài liệu, thí nghiệm (cá nhân hoặc nhóm); báo cáo, thảo luận;

GV điều chỉnh,

“chốt” kiến thức mới

và hỗ trợ HS đề xuất giải pháp/thiết kế mẫu thử nghiệm

pháp/bản thiết kế

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

Giải pháp/bản thiết kế được lựa chọn/hoàn thiện

GV giao nhiệm vụ (nêu rõ yêu cầu HS trình bày, báo cáo, giải thích, bảo vệ giải pháp/bản thiết kế); HS báo cáo, thảo luận; GV điều hành, nhận xét, đánh giá và hỗ trợ HS lựa chọn giải pháp/bản thiết kế mẫu thử nghiệm

Lựa chọn dụng cụ/thiết

nghiệm; chế tạo theo mẫu thiết kế; thử nghiệm và điều chỉnh

Dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật… đã chế tạo và thử nghiệm, đánh giá

GV giao nhiệm vụ (lựa chọn dụng cụ/thiết bị thí nghiệm để chế tạo/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 chế tạo được + bài trình bày báo cáo

GV giao nhiệm vụ (mô tả rõ yêu cầu và sản phẩm trình bày);

HS báo cáo, thảo luận (bài báo cáo, trình chiếu, video, dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật… đã chế tạo) theo các hình thức phù hợp (trưng bày, triển lãm, sân khấu hóa); GV đánh giá, kết luận, cho

điểm và định hướng tiếp tục hoàn thiện

1.4.2 Tiêu chí xây dựng và đánh giá bài học STEM

Trong tài liệu tập huấn Xây dựng và thực hiện các chủ đề giáo dục STEM trong trường trung học, Vụ giáo dục trung học cũng đã nêu rõ các tiêu chí xây dựng và đánh giá bài học STEM

Tiêu chí xây dựng bài học STEM [4]

- Tiêu chí 1 Chủ đề STEM tập trung và các vấn đề của thực tiễn

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

- Tiêu chí 3 Phương pháp dạy học bài học STEM đưa HS vào hoạt động tìm tòi

và khám phá, định hướng hành động, trải nghiệm và sản phẩm

- Tiêu chí 4 Hình thức tổ chức bài học STEM lôi cuốn HS vào hoạt động nhóm kiến tạo

- Tiêu chí 5 Nội dung bài học STEM áp dụng chủ yếu từ nội dung khoa học và toán mà HS đã và đang học

Tiêu chí đánh giá bài học STEM

Các tiêu chí đánh giá tiến trình dạy học đã được nêu rõ trong Công văn số 5555/BGDĐT – GDTrH ngày 08/10/2014 và trình bày ở bảng 1.2

Bảng 1.2 Tiêu chí đánh giá tiến trình dạy học [4]

Mức độ phù hợp, hiệu quả của các biện pháp hỗ trợ và khuyến khích

HS hợp tác, giúp đỡ nhau khi thực hiện nhiệm vụ học tập

Mức độ hiệu quả hoạt động của GV trong việc tổng hợp, phân tích, đánh giá kết quả và quá trình thảo luận của HS

Mức độ tham gia tích cực của HS trong trình bày, trao đổi, thảo luận

và kết quả thực hiện nhiệm vụ học tập

Mức độ đúng đắn, chính xác, phù hợp của các kết quả thực hiện nhiệm

vụ học tập của HS

Giới thiệu về dạy học phát triển năng lực

1.5.1 Khái niệm năng lực và đặc điểm của năng lực

Hiện nay, có nhiều cách tiếp cận và diễn đạt khái niệm năng lực tùy thuộc vào bối cảnh và mục đích sử dụng

- Theo Dương Thị Thúy Hà và cộng sự cho rằng: “Năng lực là tổ hợp các kiến thức, kĩ năng, thái độ và kinh nghiệm cá nhân cho phép thực hiện có trách nhiệm và hiệu quả các hành động, giải quyết các nhiệm vụ, vấn đề trong những tình huống khác nhau thuộc các lĩnh vực nghề nghiệp, xã hội hay cá nhân.” [17]

- Theo Đặng Thành Hưng thì: “Năng lực là tổ hợp những hành động vật chất và tinh thần tương ứng với dạng hoạt động nhất định dựa vào những thuộc tính cá nhân (sinh học, tâm lí) và giá trị xã hội được thực hiện tự giác và dẫn đến kết quá phù hợp với trình độ thực tế của hoạt động.” [18]

Trong khóa luận này, chúng tôi sẽ sử dụng khái niệm năng lực theo Chương trình

giáo dục tổng thể 2018: “Năng lực là thuộc tính cá nhân được hình thành, phát triển nhờ tố chất sẵn có và quá trình học tập, rèn luyện, cho phép con người huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng và các thuộc tính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, ý chí, thực hiện thành công một loại hoạt động nhất định, đạt kết quả mong muốn trong những điều kiện cụ thể Năng lực cốt lõi là năng lực cơ bản, thiết yếu mà bất kì

ai cũng cần phải có để sống, học tập và làm việc hiệu quả.” [2]

Chương trình GDPT 2018 hình thành và phát triển cho HS những năng lực cốt lõi sau:

- Nhóm năng lực chung, bao gồm năng lực tự chủ và tự học, năng lực giao tiếp và hợp tác, năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo, được hình thành, phát triển thông qua tất cả các môn học và hoạt động giáo dục

- Nhóm năng lực đặc thù, bao gồm năng lực ngôn ngữ, năng lực tính toán, năng lực khoa học, năng lực công nghệ, năng lực tin học, năng lực thẩm mĩ, năng lực thể chất, được hình thành, phát triển chủ yếu thông qua một số môn học và hoạt động giáo dục nhất định

1.5.2 Dạy học theo định hướng phát triển năng lực

Chương trình phổ thông tổng thể xây dựng chương trình theo mô hình phát triển năng lực của những nền giáo dục tiên tiến trên thế giới, gắn với nhu cầu phát triển của đất nước, những tiến bộ của xã hội về khoa học - công nghệ và xã hội nhằm hình thành và phát triển ở HS các năng lực cốt lõi ở các phân môn

và có thể làm được những gì?”).” [20]

Chương trình năng lực thực chất vẫn là chương trình dựa trên kết quả đầu ra, tuy nhiên có nhiều dạng “kết quả đầu ra”, đầu ra theo của cách tiếp cận mới này tập trung vào hệ thống năng lực cần có ở mỗi người học; xuất phát từ những năng lực thiết yếu, cần có này mà lựa chọn và đề xuất các nội dung dạy học Chương trình năng lực chủ trương giúp HS không chỉ biết học thuộc, ghi nhớ mà còn phải biết làm; phải thông

qua các hoạt động cụ thể, sử dụng những tri thức học được để giải quyết các tình huống do cuộc sống đặt ra Nói cách khác, phải gắn với thực tiễn đời sống [20] Như vậy, dạy học phát triển năng lực không chỉ coi trọng nội dung kiến thức mà còn thay đổi cách dạy, cách học theo hướng HS chủ động tham gia kiến tạo nội dung kiến thức, vận dụng tri thức vào cuộc sống và hình thành phương pháp tự học giúp

HS có thể học suốt đời

Chương trình môn KHTN

1.6.1 Mục tiêu và nội dung chương trình [3]

Được xây dựng và phát triển trên nền tảng các khoa học vật lí, hoá học, sinh học

và khoa học Trái Đất, môn KHTN có đối tượng nghiên cứu là các sự vật, hiện tượng, quá trình, các thuộc tính cơ bản về sự tồn tại, vận động của thế giới tự nhiên Trong môn KHTN, những nguyên lí, khái niệm chung nhất của thế giới tự nhiên được tích hợp xuyên suốt các mạch nội dung

Môn KHTN góp phần hình thành phẩm chất và năng lực của người học, kế thừa

và phát triển kết quả giáo dục môn Khoa học ở cấp tiểu học; hình thành phương pháp học tập, hoàn chỉnh tri thức và kĩ năng để chuẩn bị cho việc thích ứng với những thay đối nhanh chóng và nhiều mặt của xã hội; đáp ứng yêu cầu phân luồng sau THCS Ngoài ra, môn học này cùng với các môn Toán học, Công nghệ và Tin học, môn Khoa hoc tự nhiên góp phần thúc đẩy giáo dục STEM

Nội dung chương trình môn KHTN được xây dựng dựa trên sự kết hợp các chủ đề khoa học: Chất và sự biến đổi của chất, vật sống, năng lượng và sự biến đổi, Trái Đất

và bầu trời; các nguyên lí, khái niệm chung về thế giới tự nhiên: sự đa dạng, tính cấu trúc, tính hệ thống, sự vận động và biến đổi, sự tương tác

1.6.2 Khung năng lực KHTN

Các biểu hiện của năng lực KHTN bao gồm: nhận thức KHTN; tìm hiểu tự nhiên; vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học Các biểu hiện hành vi của năng lực KHTN được trình bày trong bảng 1.3

Nhận

Nhận biết và nêu được tên các sự vật, hiện tượng, khái niệm,

thức

KHTN

Trình bày được các sự vật, hiện tượng; vai trò của các sự vật,

hiện tượng và các quá trình tự nhiên bằng các hình thức biểu

đạt như ngôn ngữ nói, viết, công thức, sơ đồ, biểu đồ,

KH1.2

So sánh, phân loại, lựa chọn được các sự vật, hiện tượng, quá

trình tự nhiên theo các tiêu chí khác nhau KH1.3 Phân tích được các đặc điểm của một sự vật, hiện tượng, quá

trình của tự nhiên theo logic nhất định KH1.4 Tìm được từ khoá, sử dụng được thuật ngữ khoa học, kết nối

được thông tin theo logic có ý nghĩa, lập được dàn ý khi đọc

và trình bày các văn bản khoa học

KH1.5

Giải thích được mối quan hệ giữa các sự vật và hiện tượng

(quan hệ nguyên nhân - kết quả, cấu tạo - chức năng, ) KH1.6 Nhận ra điểm sai và chỉnh sửa được; đưa ra được những nhận

định phê phán có liên quan đến chủ đề thảo luận KH1.7

[KH2]

Tìm

hiểu tự

nhiên

Đưa ra phán đoán và xây dựng giả thuyết: phân tích vấn đề để

nêu được phán đoán, xây dựng và phát biểu được giả thuyết

cần tìm hiểu

KH2.1

Lập kế hoạch thực hiện: xây dựng được khung logic nội dung

tìm hiểu, lựa chọn được phương pháp thích hợp (quan sát,

thực nghiệm, điều tra, phỏng vấn, hồi cứu tư liệu, ), lập được

kế hoạch triển khai tìm hiểu

KH2.2

Thực hiện kế hoạch: thu thập, lưu giữ được dữ liệu từ kết quả

tổng quan, thực nghiệm, điều tra, đánh giá được kết quả dựa

trên phân tích, xử lí các dữ liệu bằng các tham số thống kê

đơn giản, so sánh kết quả với giả thuyết, giải thích, rút ra được

kết luận và điều chỉnh khi cần thiết

KH2.3

Viết, trình bày báo cáo và thảo luận: sử dụng được ngôn ngữ,

hình vẽ, sơ đồ, biểu bảng để biểu đạt quá trình và kết quả tìm

hiểu, viết được báo cáo sau quá trình tìm hiểu, hợp tác được

với đối tác bằng thái độ lắng nghe tích cực và tôn trọng quan

điểm, ý kiến đánh giá do người khác đưa ra để tiếp thu tích

cực và giải trình, phản biện, bảo vệ kết quả tìm hiểu một cách

thuyết phục

KH2.4

Ra quyết định và đề xuất ý kiến: đưa ra được quyết định và

đề xuất ý kiến xử lí cho vấn đề đã tìm hiểu KH2.5

Dựa trên hiểu biết và các cứ liệu điều tra, nêu được các giải

pháp và thực hiện được một số giải pháp để bảo vệ tự nhiên;

thích ứng với biến đổi khí hậu; có hành vi, thái độ phù hợp

với yêu cầu phát triển bền vững

- Những năng lực cần hình thành ở người học cần phải được xác định một cách

rõ ràng Chúng được xem là tiêu chuẩn dánh giá kết quả giáo dục Các mục tiêu dạy học cần diễn đạt một cách tường minh các chỉ số hành vi của các năng lực thành tố của năng lực cần bồi dưỡng và phát triển ở HS Các chỉ số hành vi này được cụ thể hoá từ bảng cấu trúc năng lực

- Cần tổ chức cho được một chuỗi các hoạt động tìm tòi khám phá, gắn hoạt động trí tuệ với hoạt động thực hành, ứng dụng trong thực tiễn đáp ứng các mục tiêu năng lực đã được xác định

- Tăng cường việc tập theo nhóm, cộng tác, chia sẻ nhằm phát triển nhóm năng lực xã hội

- Cần tăng cường đánh giá quá trình Đánh giá kết quả học tập không lấy việc kiểm tra khả năng tái hiện kiến thức đã học làm trung tâm, mà cần chủ trọng đánh giá khả năng vận dụng một cách sáng tạo tri thức trong những tình huống ứng dụng khác nhau của KHTN Đánh giá quá trình được thực hiện trong khi

HS thực hiện các nhiệm vụ học

Để thiết kế tiến trình dạy học phát triển năng lực thì toàn bộ các yếu tố cấu thành bài học như: mục tiêu dạy học, tổ chức các hoạt động học, kiểm tra đánh giá hoạt động học đều phải xuất phát từ cấu trúc của năng lực mà GV có ý định phát triển GV cần lưu ý các điểm sau:

- Mục tiêu học cần được thể hiện cụ thể qua các mục tiêu của hoạt động học Mục tiêu của hoạt động học sẽ giúp GV định hướng tốt các hoạt động học cũng như đánh giá việc thực hiện mục tiêu của HS

- Với các mục tiêu đòi hỏi sự tự lực và sự hoàn thiện (chất lượng) của hành vi thì mục tiêu bao giờ cũng được xác định ở mức cao nhất Trong quá trình học, tùy thuộc vào sự đáp ứng của người học với nhiệm vụ được giao mà GV sẽ đưa đến những trợ giúp hoặc thu hẹp phạm vi tìm tòi giao cho HS Khi đó các tiêu chí chất lượng hành vi ở người học sẽ được hạ xuống ở các mức thấp hơn, tương ứng với việc đạt được hành vi ở mức độ thấp hơn trong bảng cấu trúc năng lực

- Với các mục tiêu liên quan đến số lượng hành vi cần thực hiện tương ứng với mức độ phức tạp của nhiệm vụ thì mục tiêu học không nhất thiết phải xác định

ở mức cao nhất Việc đạt được số lượng hành vi nhiều hay ít cho phép nhân mức tiêu chí chất lượng hành vi

- Không phải với mục tiêu bồi dưỡng một năng lực xác định nào đó thì toàn bộ các chỉ số hành vi của các năng lực thành tố của nó phải thể hiện qua các hoạt động học mà có thể chỉ có một số chỉ số hành vi của các năng lực thành tố được biểu hiện

- Mục tiêu bài học có thể nhắm đến một số các biểu hiện hành vi của các năng lực thành tố của các năng lực khác nhau Trong quá trình bồi dưỡng và phát triển một năng lực xác định nào đó có thể kéo theo việc bồi dưỡng và phát triển một số chỉ số hành vi của các năng lực khác

Kiểm tra, đánh giá năng lực trong môn KHTN

Chương trình môn KHTN xác định [3]: “Mục tiêu đánh giá kết quả giáo dục là cung cấp thông tin chính xác, kịp thời, có giá trị về mức độ đáp ứng yêu cầu cần đạt của chương trình và sự tiến bộ của HS để hướng dẫn hoạt động học tập, điều chỉnh các hoạt động dạy học, quản lí và phát triển chương trình, bảo đảm sự tiến bộ của từng HS và nâng cao chất lượng giáo dục.”

Theo Đỗ Hương Trà và các cộng sự [20]:

- “Đánh giá năng lực ở trường phổ thông được hiểu là đánh giá khả năng được học áp dụng linh hoạt những kiến thức, kĩ năng đã học để giải quyết các vấn đề trong cuộc sống thực tiễn” Để làm được điều đó, GV cần tạo ra được bối cảnh, tình huống có vấn đề mang tính thực tiễn để HS vừa phải vận dụng những kiến thức, kĩ năng đã học được ở trường, vừa phải vận dụng những kinh nghiệm bản thân có được từ những trải nghiệm bên ngoài nhà trường để giải quyết vấn đề và thông qua đó bộc lộ năng lực nhận thức, kĩ năng và các giá trị, tình cảm

- Đánh giá năng lực tập trung vào mục tiêu đánh giá sự tiến bộ của người học

so với chính họ hơn là mục tiêu đánh giá, xếp hạng giữa các người học với nhau

- Để đo lường sự tiến bộ của người học, đánh giá năng lực quan tâm đến cả ba

thời điểm của một giai đoạn giáo dục: tại đầu vào để xác định người học xuất phát

từ đâu, trong quá trình để xác đinh họ đi đến đâu; và đầu ra để xác định họ thực

sự đạt đến mức độ nào

- Đánh giá năng lực là một quá trình tương tác liên tục giữa hoạt động dạy và hoạt động học mà trong đó GV phải kịp thời thu thập, phân tích, giải thích và sử dụng thông tin kiểm tra, đánh giá được như là bằng chứng về sự tiến bộ của HS.” Theo Nguyễn Văn Biên và các cộng sự: “Việc đánh giá cần bám sát mục tiêu dạy học, do đó, nếu mục tiêu dạy học thể hiện cả ba yếu tố: năng lực cốt lõi cần đạt, hành

vi cần thực hiện và mức độ chất lượng cần có của hành vi đó, thì việc đánh giá cũng phải thể hiện cả ba yếu tố này Điều đó đòi hỏi phải phối hợp giữa đánh giá quá trình

và đánh giá kết quả” [14] Qui trình đánh giá năng lực HS được mô tả ở sơ đồ hình 1.4

Hình 1.4 Qui trình đánh giá năng lực [14]

Chúng ta có thể tóm tắt qui trình đánh giá năng lực này như sau [14]:

- Dựa vào cấu trúc của năng lực và mục tiêu dạy học, GV lựa chọn chỉ số hành vi cần đánh giá của năng lực Để đánh giá các chỉ số hành vi này, GV cần thu thập các thông về hành vi cần đánh và lựa chọn công cụ đánh giá thông tin Tùy vào hành vi cần đánh giá mà GV lựa chọn công cụ đánh giá thông tin khác nhau

- Để đánh giá được thông tin, GV cần có công cụ thu nhận thông tin Công cụ đánh giá thông tin sẽ quyết định công cụ thu nhận thông tin của HS

- Để thu nhận được thông tin từ HS, GV giao nhiệm vụ cho HS thực hiên các hành

vi cần đánh giá

- Sau khi thu thập được thông tin, GV đánh giá thông tin thu được bằng cách so sánh các minh chứng về hành vi của HS với các tiêu chí chất lượng của hành vi đã

mô tả công cụ đánh giá tương ứng Từ đó, xác định mức năng lực mà HS đạt được

Theo chương trình môn KHTN [4], môn KHTN sử dụng các hình thức đánh giá

sau:

- “Đánh giá thông qua bài viết: bài tự luận, bài trắc nghiệm khách quan, bài tiểu luận, báo cáo,

- Đánh giá thông qua vấn đáp: câu hỏi vấn đáp, phỏng vấn, thuyết trình,

- Đánh giá thông qua quan sát: quan sát thái độ, hoạt động của HS qua bài thực hành thí nghiệm, thảo luận nhóm, học ngoài thực địa, tham quan các cơ sở khoa học,

cơ sở sản xuất, thực hiện dự án vận dụng kiến thức vào thực tiễn, bằng một số công

cụ như sử dụng bảng quan sát, bảng kiểm, hồ sơ học tập, ”

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Tóm lại, 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 và là một trong những xu hướng giáo dục được coi trọng ở nhiều quốc gia trên thế giới và được quan tâm thích đáng trong đổi mới GDPT của Việt Nam Có nhiều cách thức triển khai giáo dục STEM trong nhà trường, trong đó việc áp dụng giáo dục STEM trong dạy học chính khóa là một trong những xu hướng được quan tâm và khuyến khích áp dụng Bên cạnh đó, trong Chương trình GDPT 2018, bản thân môn KHTN là một môn học có sự tích hợp các lĩnh vực hóa học, sinh học, vật lí và địa lí Do đó, quan niệm dạy học môn KHTN tương đồng và đáp ứng được các yêu cầu của giáo dục STEM, điều này cho thấy được tính phù hợp để xây dựng chủ đề theo định hướng dạy học STEM trong môn KHTN Điểm khác biệt cần nhấn mạnh chính là cần tổ chức những nhiệm vụ để làm bật các khía cạnh kĩ thuật và công nghệ trong các sản phẩm của quá trình học tập Khóa luận này sẽ triển khai phương thức giáo dục STEM theo qui trình thiết kế kĩ thuật nhằm nhấn mạnh yếu tố công nghệ và kĩ thuật

CHƯƠNG 2 - THIẾT KẾ TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ “ĐÈN HỌC

THAY ĐỔI CƯỜNG ĐỘ SÁNG”

để nhìn Đây cũng chính là nguyên nhân dẫn đến nhiều người bị giảm thị lực Điều này cho thấy việc bố trí ánh sáng, bố trí các loại đèn ở nơi làm việc, sinh hoạt cho phù hợp với các điều kiện chiếu sáng trong các hoạt động khác nhau rất cần được chú

ý và xem trọng Như vậy, làm thế nào để cường độ sáng ở nơi học tập và sinh hoạt của chúng ta có thể thay đổi dễ dàng và thuận tiện?

Bảng 2.1 Các vấn đề cần giải quyết trong chủ đề

Trong chủ đề này, HS nghiên cứu các kiến thức về mạch điện một chiều đơn giản

và thiết kế đèn học có thể điều chỉnh các mức độ sáng khác nhau bằng cách điều chỉnh bật – tắt số bóng đèn cho phù hợp HS sử dụng các linh kiện điện tử đơn giản như đèn LED, công tắc, dây điện, nguồn pin một chiều,… để chế tạo mô hình

Thiết kế sản phẩm minh họa

Ý tưởng thiết kế sản phẩm

✓ Dự kiến mạch điện: Mạch tổng hợp (nối tiếp – song song);

✓ Nguyên vật liệu dự kiến sử dụng: pin một chiều, công tắc, dây dẫn, đèn LED siêu sáng, điện trở,…

✓ Số lượng bóng đèn: 4 bóng;

✓ Loại bóng đèn: Đèn LED siêu sáng 3W;

✓ Thông số kĩ thuật bóng đèn: 𝑈đ𝑚 = 3,5 − 4𝑉; 𝐼đ𝑚 = 600 − 750𝑚𝐴;

✓ Nguồn pin sử dụng: 9V;

✓ Một số lưu ý khi thiết kế mạch điện: có thể điều chỉnh nhiều mức sáng (số

lượng bóng đèn, loại bóng đèn, mạch song song, ); mạch điện hoạt động ổn định (nguồn điện phù hợp với thông số kĩ thuật của LED, các mối nối điện tiếp xúc tốt); thiết kế nhỏ gọn (chọn nguồn pin nhỏ gọn, cấu tạo đèn có thể gấp gọn, điều chỉnh được độ cao đèn,…); cường độ sáng tối đa của đèn nằm trong giới hạn phù hợp để đọc sách (sử dụng số lượng bóng đèn vừa phải, công suất không quá lớn, có chụp đèn chống chói),…

Lập bản thiết kế

✓ Vẽ sơ đồ mạch điện

Hình 2.1 Sơ đồ mạch điện đèn học minh họa

✓ Tính giá trị điện trở cần lắp vào (𝑹𝑨, 𝑹𝑩)

- Vì nguồn pin sử dụng chưa phù hợp với hiệu điện thế và dòng điện hoạt động của đèn LED nên cần mắc thêm điện trở trị số phù hợp (Uđm1+ Uđm2 < Unguồn (9V))

- Dùng các công thức về mạch song song, nối tiếp để suy ra công thức tính giá trị điện trở trong mạch:

+ Ta có:

Unguồn = U12A = U34B

U12A = U1+ U2 + URA; I12A = I1 = I2 = IRA

U34B = U3+ U4+ URB; I34B = I3 = I4 = IRB+ Để đèn hoạt động bình thường:

U1 = U2 = U3 = U4 = Uđm = 3,5V

I1 = I2 = I3 = I4 = Iđm = 0,6A

+ Khi đó:

IRA = IRB = 0,6A

URA = URB = 9 − 2.3,5 = 2V + Suy ra:

RA = RB = 2

0,6= 3,3 Ω

- Chọn điện trở 𝑅𝐴 = 𝑅𝐵 = 3.3 Ω Ngoài ra, nếu không tìm được giá trị điện trở phù hợp có thể phối hợp lắp nhiều điện trở lại để tạo ra một mạch có điện trở tương đương mong muốn

✓ Danh sách nguyên vật liệu

Bảng 2.2 Danh sách các nguyên vật liệu sử dụng chế tạo sản phẩm minh họa STT Tên nguyên, vật liệu Số lượng Hình ảnh minh họa

1 Đèn LED siêu sáng 3W 04 cái

2 Điện trở 3,3Ω 02 cái

3 Pin 9V và nắp pin 01 bộ

Hình 2.2 Bản thiết kế đèn học minh họa Chế tạo sản phẩm

Bảng 2.3 Các bước chế tạo mô hình đèn học thay đổi cường độ sáng

kích thước như bản thiết kế

2 Dán các tấm bìa lại với nhau

bằng keo nến

3 Dùng dao rọc giấy khoét lỗ để

luồn dây điện

Khoét lỗ trên hộp chứa pin để

gắn công tắc và điện trở, luồn

dây điện

Làm phần thân đèn

1 Dán nhiều que đè lưỡi lại với

Cắt các đoạn dây điện có

chiều dài phù hợp, dùng kéo

tuốt lớp vỏ cách điện ở hai đầu

dây

2 Nối dây điện vào chân các đèn

LED và công tắc

3

Nối dây điện với các linh kiện

theo sơ đồ mạch điện, chú ý

cực âm – dương

Bảng 2.4 Nội dung kiến thức tích hợp trong chủ đề

Nội dung kiến thức tích hợp trong chủ đề KHTN Vận dụng kiến thức về mạch điện song song, mạch điện nối tiếp, hiệu

điện thế, nguồn điện, dòng điện để thiết kế mạch điện gồm nhiều bóng đèn có thể bật – tắt số lượng bóng khác nhau, lắp mạch điện và đo đạc một số đại lượng như cường độ dòng điện, hiệu điện thế,…

Công nghệ Sử dụng đèn học; Tìm hiểu thiết kế; Thiết kế kĩ thuật; Vẽ kĩ thuật;

lựa chọn nguyên vật liệu phù hợp trên các tiêu chí khác nhau (chất lượng, giá thành, hiệu suất,…), xác định các bộ phận của mô hình đèn học, hình dạng các bộ phận, vẽ phác thảo bản thiết kế mô hình

Kĩ thuật Chế tạo và cải tiến mô hình đèn học theo những cách khác nhau

Toán Vận dụng các công thức tính diện tích, thể tích vào thực tiễn: đo đạc

và tính diện tích, thể tích của các hình khối trong thực tế

Bảng 2.5 và bảng 2.6 bên dưới tổng hợp tất cả các kiến thức có liên quan đến chủ

đề trong chương trình KHTN, Công nghệ, Toán học từ lớp 1 đến lớp 9

Bảng 2.5 Tổng hợp các kiến thức HS kiến tạo trong chủ đề

Điện

Đoạn mạch

một chiều mắc nối tiếp,

măc song song

- Thực hiện thí nghiệm để rút ra được: Trong đoạn mạch điện mắc nối tiếp, cường độ dòng điện là như nhau cho mọi điểm; trong đoạn mạch điện mắc song song, tổng cường độ dòng điện trong các nhánh bằng cường độ dòng điện chạy trong mạch chính

- Tính được cường độ dòng điện trong đoạn mạch một chiều mắc nối tiếp, mắc song song, trong một số trường hợp đơn giản

- Lắp được mạch điện và đo được giá trị cường độ dòng điện trong một đoạn mạch điện mắc nối tiếp

- Lắp được mạch điện và đo được giá trị cường độ dòng điện trong một đoạn mạch điện mắc song song

KHTN

9

Định luật Ohm

- Thực hiện thí nghiệm để xây dựng được định luật Ohm: cường độ dòng điện đi qua một đoạn dây dẫn tỉ lệ thuận với hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn dây và tỉ lệ nghịch với điện trở của nó

Điện trở

- Thực hiện thí nghiệm đơn giản để nêu được điện trở có tác dụng cản trở dòng điện trong mạch

- Nêu được (không yêu cầu thành lập): Công thức tính điện trở của một đoạn dây dẫn (theo

độ dài, tiết diện, điện trở suất); công thức tính điện trở tương đương của đoạn mạch một chiều nối tiếp, song song

- Sử dụng công thức đã cho để tính được điện trở của một đoạn dây dẫn, điện trở tương

KHTN

9

đương của đoạn mạch một chiều nối tiếp, song song trong một số trường hợp đơn giản

Bảng 2.6 Tổng hợp các kiến thức có liên quan đến chủ đề

Điện

Nguồn điện

- Nêu được nguồn điện có khả năng cung cấp năng lượng điện và liệt kê được một số nguồn điện thông dụng trong đời sống

KHTN

8

Mạch điện đơn giản

- Vẽ được sơ đồ mạch điện với kí hiệu mô tả:

điện trở, biến trở, chuông, ampe kế (ammeter), vôn kế (voltmeter), đi ốt (diode)

Công nghệ 3

- Kể được tên các công việc chính khi thiết kế

- Vẽ phác thảo, nêu được ý tưởng thiết kế một sản phẩm công nghệ đơn giản

- Thiết kế được một sản phẩm thủ công kĩ thuật đơn giản theo hướng dẫn

Công nghệ 5

Vẽ kĩ

thuật

- Vẽ được hình chiếu vuông góc của một số khối đa diện, khối tròn xoay thường gặp theo phương pháp chiếu góc thứ nhất

Công nghệ 8