Xây dựng và tổ chức dạy học một số kiến thức chương các định luật bảo toàn vật lý lớp 10 theo định hướng giáo dục stem

Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu trong luận văn thạc sĩ giáo dục với đề tài: “Xây dựng và tổ chức dạy học một số kiến thức chương “Các định luật BẢO TOÀN” Vật lý lớp 10 theo định h

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Hà Cẩm Ân

XÂY DỰNG VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC

MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN”

VẬT LÝ LỚP 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

Thành phố Hồ Chí Minh – 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Hà Cẩm Ân

XÂY DỰNG VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC

MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN”

VẬT LÝ LỚP 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS PHAN GIA ANH VŨ

Thành phố Hồ Chí Minh – 2019

Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu trong luận văn thạc sĩ giáo dục với

đề tài: “Xây dựng và tổ chức dạy học một số kiến thức chương “Các định luật BẢO TOÀN” Vật lý lớp 10 theo định hướng giáo dục STEM” là của riêng tôi Các

nội dung và kết quả trong luận văn là trung thực và chưa được người nào công bố trong bất kì một công trình nào khác

Tác giả

Hà Cẩm Ân

khăn, nhưng tôi cũng đã nhận được sự quan tâm, động viên và giúp đỡ rất lớn từ quý thầy cô, bạn bè, gia đình và đồng nghiệp nên đã hoàn thành được luận văn này Tại nay, tôi xin được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến tất cả mọi người Và đặc biệt là:

TS Phan Gia Anh Vũ, thầy đã dành nhiều thời gian trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và động viên tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Quý thầy cô đã trực tiếp giảng dạy, các bạn học viên K27 và gia đình đã động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này

Quý thầy cô trong Ban Giám hiệu, Phòng Sau đại học, Ban chủ nhiệm khoa Vật lý và tổ bộ môn Lý luận và Phương pháp dạy học bộ môn Vật lý Trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cho tôi thực hiện luận văn này

Quý thầy cô Ban Giám Hiệu và tổ Vật lý trường THPT Nguyễn Hiền, cùng các em học sinh lớp 10A2, 10A5, 10D8 và 10D10 năm học 2017 – 2018 đã hợp tác, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong thời gian thực nghiệm sư phạm tại trường

Do thời gian thực hiện luận văn có hạn nên tôi chắc khắn sẽ không tránh khỏi có nhiều thiếu sót Kính mong nhận được góp ý từ quý thầy cô và các bạn để

đề tài được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cám ơn!

Tác giả

Hà Cẩm Ân

Lời cam đoan

Lời cám ơn

Mục lục

Danh mục các chữ viết tắt

Danh mục các bảng

Danh mục các hình

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 5

1.1 Tổng quan về STEM 5

1.1.1 Thuật ngữ STEM 5

1.1.2 Giáo dục STEM 6

1.1.3 Mục tiêu giáo dục STEM 8

1.1.4 Phân loại STEM 8

1.1.5 Các phương pháp dạy học theo định hướng giáo dục STEM 9

1.1.6 Tiêu chí xây dựng bài học GD STEM 18

1.1.7 Quy trình xây dựng bài học STEM 20

1.1.8 Quy trình xây dựng các hoạt động trong dạy học STEM 21

1.1.9 Tiến trình tổ chức dạy học theo định hướng GD STEM 22

1.2 Thực trạng mô hình giáo dục STEM đã phát triển tại Việt Nam 24

1.2.1 Giáo dục STEM ở Việt Nam 24

1.2.2 Giáo dục STEM tại thành phố Hồ Chí Minh 26

1.2.3 Khảo sát thực tế về dạy học theo định hướng giáo dục STEM chương “Các định luật bảo toàn” của GV 28

1.3 Một số kỹ năng thế kỷ 21 và biện pháp phát triển 31

1.3.1 Khái niệm kỹ năng 32

1.3.2 Hệ thống kỹ năng cần thiết trong thế kỷ 21 32

1.3.3 Kỹ năng hợp tác: 35

Kết luận chương 1 43

Chương 2 XÂY DỰNG TIẾN TRÌNH DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” 45

2.1 Phân tích chương trình chương “Các định luật bảo toàn” 45

2.1.1 Chuẩn kiến thức kỹ năng cần đạt được trong chương “Các định luật bảo toàn” 45

2.1.2 Cấu trúc nội dung chương “Các định luật bảo toàn” trong SGK Vật lý 10 cơ bản 46

2.2 Xây dựng mẫu giáo án thiết kế chủ đề dạy học theo định hướng giáo dục STEM 47

2.2.1 Mô tả ý tưởng dạy học 47

2.2.2 Tổ chức bài học 47

2.2.3 Kế hoạch bài học 48

2.2.4 Tiến trình hoạt động 49

2.3 Thiết kế chủ đề dạy học theo định hướng giáo dục STEM: “Tên lửa nước” 51

2.3.1 Mô tả ý tưởng dạy học 51

2.3.2 Tổ chức bài học 52

2.3.3 Kế hoạch bài học 54

2.3.4 Tiến trình hoạt động 57

2.4 Thiết kế chủ đề dạy học theo định hướng giáo dục STEM: “Xe đồ chơi phản lực” 64

Tổ chức bài học 64

Kế hoạch bài học 65

Tiến trình hoạt động 67

2.5 Thiết kế chủ đề dạy học theo định hướng giáo dục STEM: “Xe thế năng” 74

2.7 Xây dựng công cụ đánh giá 74

2.7.1 Nguyên tắc đánh giá 75

2.7.2 Các yêu cầu đánh giá kết quả học tập 75

2.7.3 Xây dựng Rubric đánh giá sản phẩm của học sinh 76

2.7.4 Xây dựng Rubric đánh giá các kỹ năng của học sinh 78

Chương 3 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 84

3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 84

3.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 84

3.3 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 84

3.4 Nội dung thực nghiệm sư phạm 85

3.4.1 Kế hoạch 85

3.4.2 Tổ chức thực hiện 86

3.5 Kết quả thực nghiệm sư phạm 93

3.5.1 Đánh giá định tính 93

3.5.2 Đánh giá định lượng thông qua các bài kiểm tra 97

TÀI LIỆU THAM KHẢO 106 PHỤ LỤC

Bảng 2.1 Chuẩn kiến thức kỹ năng cần đạt được trong chương “Các

định luật bảo toàn” 45 Bảng 2.2 Các tiêu chí và mô tả các mức độ cho các tiêu chí đánh giá

sản phẩm 77 Bảng 2.3 Các tiêu chí và mô tả các mức độ cho các tiêu chí đánh giá kỹ

năng tư duy sáng tạo 78 Bảng 2.4 Các tiêu chí và mô tả các mức độ cho các tiêu chí đánh giá kỹ

năng hợp tác 80 Bảng 2.5 Các tiêu chí và mô tả các mức độ cho các tiêu chí đánh giá kỹ

năng thuyết trình 82 Bảng 3.1 Số liệu ban đầu các nhóm TN và ĐC 85

Hình 1.2 Sơ đồ tiến trình dạy học 22

Hình 1.3 Biểu đồ thể hiện mức độ hiểu biết của GV đối với STEM 30

Hình 1.4 Biểu đồ thể hiện mức độ hứng thú của HS đối với môn Vật lý 31

Hình 1.5 Các kỹ năng cần thiết thế kỷ 21 34

Hình 3.1 Tần số điểm tiền hậu kiểm của nhóm lớp thực nghiệm 99

Hình 3.2 Đồ thị đánh giá tần số tích luỹ điểm bài tiền kiểm 100

Hình 3.3 Đồ thị đánh giá tần số tích luỹ điểm bài hậu kiểm 101

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Thời đại bây giờ là thời đại toàn cầu hóa đang diễn ra mạnh mẽ, cùng với

sự phát triển nhanh chóng của khoa học – công nghệ, và cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư chính thức định hình và đang phát triển với tốc độ rất nhanh Điều đó ảnh hưởng đến mọi lĩnh vực trong cuộc sống của thế giới, từ công nghiệp, nông nghiệp, giao thông, thương mại dịch vụ đến ý tế… và đặc biệt là giáo dục Trong các quốc gia trên thế giới thì những nước đang phát triển như Việt Nam sẽ chịu ảnh hưởng nhanh chóng và mạnh mẽ nhất Cho nên nếu Việt Nam không chuẩn bị trước cho sự chuyển mình này thì sẽ chịu thiệt hại rất lớn Theo dự đoán của các nghiên cứu thì trong 5 đến 10 năm tới nhiều ngành nghề mới trong cuộc sống mà hiện nay ta chưa biết đến sẽ xuất hiện và cùng lúc đó nhiều ngành nghề quen thuộc với chúng ta hiện nay sẽ biến mất hoặc bị thay thế Các nghiên cứu cũng cho biết các kiến thức đang được dạy trong nhà trường sẽ không còn có thể đáp ứng cho sự thay đổi của xã hội trong tương lại gần, vì vậy học sinh sau khi ra trường sẽ bỡ ngỡ và rất khó để hoà nhịp cùng với sự thay đổi nhanh chóng của thời đại này Để bắt kịp sự thanh đổi nhanh chóng của thời đại, chúng ta cần phải đổi mới về tư duy cũng như phương pháp Trong chương trình giáo dục phổ thông tổng thể, giáo dục khoa học tự nhiên có ý nghĩa vô cùng quan trọng, do đó việc dạy khoa học tự nhiên như thế nào trong giai đoạn phát triển thực tại luôn là vấn

đề đáng quan tâm

Để phù hợp với xu hướng chung của thế giới, nhà nước đang tiến hành đổi mới chương trình giáo dục phổ thông và tiến hành đổi mới toàn hộ hệ thống sách giáo khoa phù hợp hơn, trong đó giáo dục Khoa học tự nhiên được chủ trương tích hợp thành một môn ở THCS và triển khai dạy học tích hợp nhiều môn ở THPT Bên cạnh đó với mục tiêu cần phải nâng cao và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh, giáo dục khoa học tự nhiên cần kết hợp với các hoạt động trải nghiệm sáng tạo, sáng tạo khoa học kỹ thuật

Trước bối cảnh và nhu cầu của nền giáo dục Việt Nam hiện nay, chúng ta cần

phải có một mô hình giáo dục mới có thể đáp ứng các nhu cầu đó Trong các mô hình giáo dục mới hiện nay, giáo dục STEM (Science – khoa học, Technology – công nghệ, Engineering – kỹ thuật và Math – toán học) đang là mô hình được nhiều sự chú ý của các nước phát triển trên thế giới Giáo dục STEM là phương thức giáo dục tích hợp khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học, giúp người học gắn kết lý thuyết với thực tế cuộc sống STEM được đánh giá là mô hình giáo dục diện rộng trong tương lai gần của thế giới Tuy nhiên, tại Việt Nam, khái niệm về giáo dục STEM còn mới mẻ và từ năm học 2015-2016 mới được Bộ GD-ĐT thí điểm đưa vào giảng dạy ở 15 trường phổ thông ở 5 tỉnh phía Bắc

Những trường thí điểm giáo dục STEM này tổ chức hoạt động của các câu lạc

bộ ngoại khóa, tạo điều kiện cho học sinh tiếp cận với STEM, giúp các em phát huy khả năng vận dụng kiến thức và tính sáng tạo của mình thông qua việc tìm kiếm giải pháp cho những vấn đề thực tiễn Thông qua đó người học không chỉ được trang bị các kỹ năng STEM mà còn được trang bị các kỹ năng phù hợp trong thế kỷ 21 Người học STEM có khả năng tự giải quyết vấn đề thông qua phối hợp kiến thức và

kỹ năng các môn vận dụng trong công việc, đặc biệt là ngành nghề liên quan kỹ thuật – công nghệ

Do vậy, với những xu hướng phát triển của thời đại bây giờ, và định hướng

cho giáo dục Khoa học tự nhiên nên tôi quyết định chọn đề tài: “XÂY DỰNG VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” VẬT LÝ LỚP 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM”

2 Mục đích nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu của luận văn là xây dựng và tổ chức dạy học một số kiến thức chương “Các định luật bảo toàn” sách giáo khoa vật lý 10 theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển kỹ năng tư duy sáng tạo, kỹ năng hợp tác và kỹ năng giao tiếp

- Tổ chức dạy học được các đề tài dự án theo định hướng giáo dục STEM đã thiết

kế

3 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: tiến trình dạy học một số kiến thức chương “Các định luật bảo toàn” Vật lý 10 THPT theo định hướng giáo dục STEM

4 Phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng thực nghiệm là HS lớp 10 trường THPT Nguyễn Hiền, TP Hồ Chí Minh

- Thiết kế tiến trình dạy học giảng dạy một số kiến thức chương “Các định luật bảo toàn” chương trình vật lý 10 cơ bản

- Thực nghiệm sư phạm đối với HS lớp 10 trường THPT Nguyễn Hiền

- Nghiên cứu sự phát triển của các kỹ năng là: kỹ năng tư duy sáng tạo, kỹ năng hợp tác, kỹ năng thuyết trình

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết về mô hình giáo dục STEM

- Tìm hiểu về thực trạng STEM trên thế giới và trong nước, tìm hiểu định hướng của nền giáo dục Việt Nam

- Tìm hiểu các kỹ năng thế kỷ 21 và biện pháp phát triển chúng

- Nghiên cứu nội dung kiến thức chương “Các định luật bảo toàn”

- Xây dựng tiến trình dạy học các kiến thức trong chương “Các định luật bảo toàn” theo mô hình giáo dục STEM

- Thực nghiệm sư phạm tiến trình dạy học đã xây dựng được với học sinh lớp

10

- Sử dụng thống kê toán học để xử lý số liệu để tìm được kết quả mong muốn thông qua thực nghiệm sư phạm và điều tra

6 Giả thuyết khoa học

Nếu tổ chức dạy học một số kiến thức chương “Các định luật bảo toàn” theo định hướng giáo dục STEM một cách phù hợp thì có thể phát triển kỹ năng tư duy sáng tạo, kỹ năng hợp tác và kỹ năng giao tiếp cho học sinh lớp 10 THPT

7 Phương pháp nghiên cứu

+ Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Nghiên cứu những tài liệu (các sách, bài báo, tạp chí chuyên ngành) giáo dục trong và ngoài nước liên quan tới mô hình STEM, và các kỹ năng thế kỷ 21

Nghiên cứu cơ sở lý luận về đổi mới phương pháp dạy học vật lý phổ thông, các luận văn liên quan đến đề tài

Nghiên cứu chương trình, sách giáo khoa, sách bài tập và tài liệu tham khảo vật lý 10 THPT

+ Phương pháp điều tra

Điều tra thực trạng dạy học theo định hướng giáo dục STEM chương “Các định luật bảo toàn” trong chương trình vật lý 10 cơ bản THPT của giáo viên

Điều tra bằng bảng đánh giá các năng lực và mức độ hứng thú của học sinh

+ Phương pháp thực nghiệm sự phạm

Tiến hành thực nghiệm sư phạm tại trường THPT để kiểm định giả thuyết nghiên cứu của đề tài

+ Phương pháp thống kê toán học

Dùng phương pháp thống kê mô tả và thống kê kiểm định để xử lý kết quả thu được từ thực nghiệm và kiểm định sự khác biệt về kết quả học tập của HS hai nhóm TN và ĐC sau khi thực nghiệm sư phạm

8 Đóng góp của luận văn

- Góp phần làm sáng tỏ lý thuyết về các khái niệm mô hình dạy học theo định hướng giáo dục STEM, qua đó đề ra một số phương pháp có thể áp dụng cho mô hình này

- Xây dựng tiến trình dạy học một số kiến thức chương “Các định luật bảo toàn” theo định hướng giáo dục STEM, là tài liệu tham khảo tốt cho giáo viên vật lý dạy THPT áp dụng khi giảng dạy theo định hướng giáo dục STEM trong chương “Các định luật bảo toàn” trong chương trình vật lý 10 Các chủ đề dạy học đã được biên soạn: Thiết kế chế tạo tên lửa nước, Thiết kế chế tạo xe đồ chơi chuyển động bằng phản lực, Thiết kế và chế tạo xe thế năng, Thiết kế và chế tạo dụng cụ bảo vệ trứng

Chương 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA DẠY HỌC

THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM

1.1 Tổng quan về STEM

1.1.1 Thuật ngữ STEM

Theo Wikipedia Việt Nam định nghĩa: “STEM- Khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học (STEM, trước đây SMET) là thuật ngữ dùng để chỉ các ngành học về Science (khoa học), Technology (công nghệ), Engineering (kỹ thuật) và Mathematics (Toán học)”

Theo tác giả Lê Xuân Quang: “STEM là thuật ngữ rút gọn được sử dụng

khi bàn đến các chính sách phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học của Mỹ Thuật ngữ này lần đầu tiên được giới thiệu bởi Quỹ Khoa học Mỹ (NSF) vào năm 2001 Trước đó, năm 1990, NSF dùng thuật ngữ SMET tuy nhiên thuật ngữ này có cách phát âm giống từ “SMUT” (một từ có ý nghĩa không tích cực), vì vậy SMET sau nay được đổi thành STEM.”

Ngoài ra theo tác giả Lê Xuân Quang thuật ngữ STEM được dùng trong hai ngữ cảnh khác nhau đó là ngữ cảnh giáo dục và ngữ cảnh nghề nghiệp

- Trong ngữ cảnh giáo dục, nói đến STEM là muốn nhấn mạnh đến sự quan tâm của nền giáo dục đối với các môn Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học Quan tâm đến việc tích hợp các môn học trên gắn với thực tiễn để năng cao

năng lực cho người học Giáo dục STEM có thể được hiểu và diễn giải ở nhiều cấp độ như: chính sách STEM, chương trình STEM, nhà trường STEM, môn học STEM, bài học STEM hay hoạt động STEM

- Trong ngữ cảnh nghề nghiệp, STEM được hiểu là nghề nghiệp thuộc các

lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học, ví dụ: Nhóm ngành nghề về CNTT; Y sinh; Kỹ thuật, Điện tử và Truyền thông… (Lê Xuân Quang, 2017)

Như vậy, với các định nghĩa thuật ngữ STEM của các tác giả thì chúng

ta có thể hiểu là “STEM là từ viết tắt của từ Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học Tuỳ theo ngữ cảnh đang đề cập tới thì STEM được hiểu theo 2 ngữ

cảnh giáo dục và nghề nghiệp Và trong luận văn này chúng ta chỉ đề cập tới ngữ cảnh giáo dục STEM”

1.1.2 Giáo dục STEM

Hiện nay, giáo dục STEM được nhiều tổ chức, nhà giáo dục quan tâm nghiên cứu Do đó, khái niệm về giáo dục STEM cũng được định nghĩa dựa trên các cách hiểu khác nhau Có ba cách hiểu chính về giáo dục STEM hiện nay là:

- Giáo dục STEM được hiểu theo nghĩa là quan tâm đến các môn Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học Đây cũng là quan niệm về giáo dục STEM của

Bộ giáo dục Mỹ “Giáo dục STEM là một chương trình nhằm cung cấp hỗ trợ, tăng cường, giáo dục Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học (STEM) ở tiểu học

và trung học cho đến bậc sau đại học” Đây là nghĩa rộng khi nói về giáo dục STEM

- Giáo dục STEM được hiểu theo nghĩa là tích hợp (liên ngành) của 4 lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ 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, Kỹ thuật và Toán học vào trong những bối cảnh cụ thể tạo nên một kết nối giữa nhà trường, cộng đồng

và các doanh nghiệp cho phép người học phát triển những kỹ năng STEM và tăng khả năng cạnh tranh trong nền kinh tế mới”

- Giáo dục STEM được hiểu theo nghĩa là tích hợp (liên ngành) từ 2 lĩnh vực

về Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học trở lên Theo quan niệm này, tác giả Sanders định nghĩa “Giáo dục STEM là phương pháp tiếp cận, khám phá trong giảng dạy và học tập giữa hai hay nhiều hơn các môn học STEM, hoặc giữa một chủ đề STEM và một hoặc nhiều môn học khác trong nhà trường”

Với ba cách hiểu như trên thì tác giả thấy là cách hiểu thứ ba phù hợp với nghiên cứu của tác giả trong luận văn này, có nghĩa là “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” và trong đó với các môn học STEM được hiểu như sau:

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

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

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

quản lý, hiểu và đánh giá công nghệ của HS Nó cung cấp cho HS những cơ hội

để hiểu về công nghệ được phát triển như thế nào, cung cấp cho HS những kỹ năng để có thể phân tích được sự ảnh hưởng của công nghệ mới tới cuộc sống hàng ngày của HS và của cộng đồng…

Engineering (Kỹ thuật): Là môn học nhằm phát triển sự hiểu biết ở HS về

cách công nghệ đang phát triển thông qua quá trình thiết kế kỹ thuật Kỹ thuật cung cấp cho HS những cơ hội để tích hợp kiến thức của nhiều môn học, giúp cho những khái niệm liên quan trở nên tường minh trong cuộc sống của họ Kỹ thuật cũng cung cấp cho HS những kỹ năng để có thể vận dụng sáng tạo cơ sở Khoa học và Toán học trong quá trình thiết kế các đối tượng, các hệ thống hay xây dựng các quy trình sản xuất

Mathematics (Toán học): Là môn học 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, giải thích, các giải pháp giải quyết các vấn đề toán học trong các tình huống đặt

ra

Với nội hàm các môn học như trên, liên hệ với chương trình giáo dục phổ thông Việt Nam hiện hành ta dễ dàng nhận thấy môn Khoa học tương ứng với các môn Khoa học tự nhiên ở Việt Nam như: Vật lý, Hóa học, Sinh học Ở Việt Nam môn Công nghệ đã bao hàm cả yếu tố Công nghệ và Kỹ thuật, do vậy Môn Công nghệ và môn Kỹ thuật trên thế giới tương ứng với môn Công nghệ và môn Tin học ở Việt Nam Vì vậy, trong luận văn này vận dụng vào bối cảnh giáo dục Việt

Nam nội dung giáo dục STEM sẽ bao hàm nội dung của các môn học là Vật lý, Hóa học, Sinh học, Công nghệ, Tin học và Toán

1.1.3 Mục tiêu giáo dục STEM

Hình 1.1 Mục tiêu giáo dục STEM (Nguyễn Thanh Nga và các CS, 2017)

1 Phát triển các năng lực đặc thù của các môn học thuộc về STEM cho học

sinh

Đó là những kiến thức, kỹ năng liên quan đến các môn học khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học trong đó HS biết liên kết các kiến thức khoa học, toán học để giải quyết các vấn đề thực tiễn HS biết sử dụng, quản lý và truy cập công nghệ HS biết về quy trình thiết kế và chế tạo các sản phẩm

2 Phát triển các năng lực cốt lõi cho HS

Giáo dục STEM nhằm chuẩn bị cho HS những cơ hội cũng như thách thức trong nền kinh tế cạnh tranh toàn cầu của thế kỷ 21 Bên cạnh những hiểu biết về các lĩnh vực liên quan STEM, HS sẽ được phát triển tư duy phê phán, khả năng hợp tác để thành công

3 Định hướng nghề nghiệp cho HS

Giáo dục STEM sẽ tạo cho HS có những kiến thức, kỹ năng mang tính nền tảng cho việc học tập ở các bậc học cao hơn cũng như cho nghề nghiệp cho tương lai sau này Từ đó, giáo dục STEM góp phần xây dựng lực lượng lao động có năng lực và phẩm chất tốt, và đặc biệt là cung cấp lực lượng lao động cho các

ngành nghề lĩnh vực STEM nhằm đáp ứng nhu cầu của xã hội trong tương lại gần (Nguyễn Thanh Nga và các CS, 2017)

1.1.4 Phân loại STEM (Lê Xuân Quang, 2017)

1 Dựa trên các lĩnh vực STEM tham gia giải quyết vấn đề

- STEM đầy đủ: là loại hình STEM yêu cầu người học cần vận dụng cả bốn lĩnh vực STEM để giải quyết vấn đề

- STEM khuyết: là loại hình STEM mà người học không phải vận dụng kiến thức cả bốn lĩnh vực STEM để giải quyết vấn đề

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

- STEM cơ bản: là loại hình STEM được xây dựng trên cơ sở kiến thức khoa học, kỹ thuật và toán học trong chương trình giáo dục phổ thông Các sản phẩm STEM này thường đơn giản, chủ đề giáo dục STEM 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

- STEM mở rộng: là loại hình STEM có những kiến thức nằm ngoài chương trình và sách giáo khoa Những kiến thức đó người học phải tự tìm hiểu và nghiên cứu Sản phẩm STEM của loại hình này có độ phức tạp cao hơn

3 Dựa vào mục đích dạy học

- STEM dạy kiến thức mới: là STEM 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 và vừa lĩnh hội được tri thức mới

- STEM vận dụng: là STEM được xây dựng trên cơ sở những kiến thức HS

đã được học STEM dạng này sẽ bồi dưỡng cho HS năng lực vận dụng lý thuyết vào thực tế Kiến thức lý thuyết được củng cố và khắc sâu

1.1.5 Các phương pháp dạy học theo định hướng giáo dục STEM

Một trong những phương pháp dạy và học mang lại hiệu quả cao nhất cho giáo dục STEM là phương pháp “Học qua hành” -“Learning by doing” Có nghĩa

là bao gồm các phương pháp dạy học theo nhóm, phương pháp dạy học dự án, phương pháp dạy học đề ra và giải quyết vấn đề Phương pháp “Học qua hành”

giúp học sinh có được kiến thức từ kinh nghiệm thực hành chứ không phải chỉ từ

lý thuyết Bằng cách xây dựng các bài giảng theo chủ đề và dựa trên thực hành, học sinh sẽ được hiểu sâu về lý thuyết, nguyên lý thông qua các hoạt động thực tế Chính các hoạt động thực tế này sẽ giúp học sinh nhớ kiến thức lâu hơn, sâu hơn Học sinh sẽ được làm việc theo nhóm, tự thảo luận tìm tòi kiến thức, tự vận dụng kiến thức vào các hoạt động thực hành rồi sau đó có thể truyền đạt lại kiến thức cho người khác Với cách học này, giáo viên không còn là người truyền đạt kiến thức nữa mà sẽ là người hướng dẫn để học sinh tự xây dựng kiến thức cho chính mình Cho nên việc dạy và học STEM có thể diễn ra một cách thường xuyên thông qua các hình thức sau:

- Lồng ghép trong một tiết dạy hoặc một bài học chính khoá,

- Tổ chức thành một tiết dạy hoặc một bài học ngoại khoá,

- Hướng dẫn xuyên suốt một chủ đề gồm một số bài học/tiết học,

- Tổ chức thành một cuộc thi trong phạm vi hẹp của nhóm hoặc lớp,

- Tổ chức thành một cuộc thi trong phạm vi rộng cấp trường, cấp quận/huyện, cấp thành phố

Khi chúng ta hiểu rõ dạy học theo định hướng GD STEM là dạy học tích hợp

và là một phương pháp dạy học tiên tiến thì trong một bài học STEM cũng đều phải có những hoạt động chủ yếu sau:

1 Hoạt động tìm hiểu thực tiễn, phát hiện vấn đề: Trong các bài học

STEM, HS được đặt trong các vấn đề thực tiễn, cần phải giải quyết những tình huống có vấn đề hoặc tìm hiểu, cải tiến một ứng dụng kỹ thuật nào đó Để hoàn thành được thì bắt buộc HS phải biết thu thập được thông tin, phân tích được tình huống, giải thích được ứng dụng kỹ thuật, và đưa ra những câu hỏi để xác định được vấn đề cần phải giải quyết

2 Hoạt động nghiên cứu kiến thức nền: các phương pháp dạy học đề nhằm

một mục đích chung là hình thành kiến thức ở HS, và STEM cũng như vậy Để có thể trả lời được các câu hỏi hoặc vấn đề được giải quyết, HS phải tìm tòi, nghiên cứu để tiếp nhận kiến thức, kỹ năng cần sử dụng cho việc trả lời câu hỏi và giải

quyết vấn đề Đó là những kiến thức, kỹ năng đã biết hay cần dạy cho HS trong chương trình GD PT Hoạt động này gồm có: nghiên cứu tài liệu khoa học (tài liệu trong thư viện, trên internet, trong sách giáo khoa); quan sát hoặc thực hành các thí nghiệm; giải các bài tập có liên quan để nắm vững kiến thức, kỹ năng

3 Hoạt động giải quyết vấn đề: Hoạt động giải quyết vấn đề thực chất là

một hoạt động sáng tạo để giúp HS hình thành và phát triển các phẩm chất và năng lực cần thiết Mà hoạt động sáng tạo thì đều tuân theo quy trình khoa học (câu hỏi - giả thuyết - kiểm chứng - kết luận) và quy trình kỹ thuật (vấn đề - giải pháp - thử nghiệm - kết luận)

- Đối với hoạt động sáng tạo khoa học: kết quả nghiên cứu là những đề xuất mang tính lý thuyết được rút ra từ các số liệu thu được trong thí nghiệm kiểm chứng giả thuyết khoa học Ví dụ: tìm ra chất mới; yếu tố mới, quy trình mới tác động đến sự vật, hiện tượng, quá trình trong tự nhiên

- Đối với hoạt động sáng tạo kỹ thuật: kết quả nghiên cứu là sản phẩm mang tính ứng dụng thể hiện giải pháp công nghệ mới được thử nghiệm thành công Ví dụ: dụng cụ, thiết bị mới; giải pháp kỹ thuật mới

Cho nên, chúng ta dự kiến được sản phẩm tạo thành trong hoạt động này chính là những “kiến thức mới” và “công nghệ mới”

Phương pháp dạy học hợp tác (dạy học theo nhóm)

Trong dạy học hợp tác, GV tổ chức cho HS hoạt động trong những nhóm nhỏ để HS cùng thực hiện một nhiệm vụ nhất định trong một thời gian nhất định Trong nhóm, dưới sự chỉ đạo của nhóm trưởng, HS kết hợp giữa làm việc cá nhân, làm việc theo cặp, chia sẻ kinh nghiệm và hợp tác cùng nhau để giải quyết nhiệm

vụ được giao (Bộ giáo dục và đào tạo, Dự án Việt - Bỉ, 2010)

* Các đặc điểm của dạy học hợp tác:

- Có sự phụ thuộc lẫn nhau một cách tích cực: kết quả của cả nhóm chỉ có được khi có sự hợp tác làm việc, chia sẻ của tất cả các thành viên trong nhóm

- Thể hiện trách nhiệm cá nhân: mỗi cá nhân đều được phân công trách nhiệm thực hiện một phần của công việc chung và tích cực làm việc để đóng góp

vào kết quả chung của nhóm

- Khuyến khích sự tương tác: trong quá trình hợp tác cần có sự trao đổi, chia sẻ giữa các thành viên trong nhóm để xây dựng ý kiến chung của nhóm

- Rèn luyện các kỹ năng xã hội: tất cả thành viên đều có cơ hội để rèn luyện các kỹ năng xã hội như: lắng nghe tích cực, đặt câu hỏi, đưa thông tin phản hồi tích cực, thuyết phục, phản biện, ra quyết định…

- Kỹ năng đánh giá: tất cả thành viên đều tham gia làm công việc chung thông qua các công việc được phân công, và được đánh giá liên tục khi trao đổi chung với nhóm

* Quy trình thực hiện dạy học hợp tác:

1 Chọn nội dung và nhiệm vụ phù hợp: căn cứ vào đặc điểm dạy học hợp tác mà GV lựa chọn nội dung cho phù hợp, không nên lạm dụng, áp dụng một cách máy móc, mang tính hình thức sẽ ảnh hưởng đến kết quả học tập của HS và thời gian của giờ học

2 Thiết kế kế hoạch bài học áp dụng dạy học hợp tác:

- Xây dựng mục tiêu, nội dung của bài học

- Xác định rõ tiêu chí thành lập nhóm: theo trình độ HS, theo ngẫu nhiên, theo sở trường của HS hoặc một tiêu chí xác định nào đó

- Xác định phương pháp dạy học chủ yếu: dạy và học hợp tác rất cần thiết phải kết hợp với các phương pháp dạy học tích cực khác

- Giao nhiệm vụ cho mỗi nhóm HS: có thể giao cho nhóm HS nhiệm vụ chung hoặc là nhiệm vụ riêng biệt trong gói nhiệm vụ chung đã chuẩn bị GV cần phải nêu rõ thời gian thực hiện và sản phẩm mong muốn

- Hướng dẫn hoạt động của nhóm HS: các thành viên trong nhóm phải được phân công nhiệm vụ cụ thể

- GV theo dõi, điều khiển, hướng dẫn hỗ trợ các nhóm: khi HS tham gia hoạt động nhóm sẽ có rất nhiều tình huống vấn đề sẽ xảy ra, nhất là khi HS tiến hành thí nghiệm, hoặc là giải quyết vấn đề…Do đó, GV cần phải theo dõi bao quát, đi tới các nhóm để hướng dẫn, hỗ trợ các nhóm thực hiện đúng trọng tâm của nhiệm vụ

- Tổ chức HS báo cáo kết quả và đánh giá: GV yêu cầu mỗi nhóm sẽ hoàn thiện kết quả của nhóm và cử đại diện báo cáo kết quả chia sẻ kinh nghiệm với các nhóm khác, yêu cầu HS lắng nghe, nhận xét, phản hồi

- Sau khi HS nhận xét, phản hồi, GV chốt lại kiến thức cơ bản, tránh tình trạng GV giảng lại toàn bộ các vấn đề HS đã trình bày làm mất thời gian

Kết luận: Phương pháp dạy học hợp tác là một phương pháp rất hiệu quả

khi kết hợp với các phương pháp dạy học tích cực khác Phương pháp dạy học này còn giúp HS hiểu được sức mạnh đoàn kết, biết chia sẻ và giúp đỡ nhau cùng nhau hoàn thành công việc chung Cho nên phương pháp này là phương pháp thực

sự cần thiết trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM

Phương pháp dạy học theo dự án

Dạy học dự án là kiểu tổ chức hoạt động dạy học, trong đó HS chiếm lĩnh kiến thức, hình thành kỹ năng thông qua việc tạo ra một sản phẩm cụ thể (Đỗ Hương Trà và các CS, 2015)

Học theo dự án (Project Work) là hoạt động học tập nhằm tạo cơ hội cho HS tổng hợp kiến thức từ nhiều lĩnh vực học tập, và áp dụng một cách sách tạo và thưc tế cuộc sống (Bộ giáo dục và đào tạo, Dự án Việt - Bỉ, 2010)

* Các bước học theo dự án: Hoc theo dự án có thể tiến hành theo 6 bước như

sau: (Bộ giáo dục và đào tạo, Dự án Việt - Bỉ, 2010)

Bước 1 Lựa chọn chủ đề: GV phải khéo léo lựa chọn được chủ đề mà HS thật sự quan tâm Và GV nên lắng nghe, tham khảo ý kiến của HS khi lựa chọn chủ đề để tạo cơ hội cho HS tham gia vào quá trình lựa chọn chủ đề

Bước 2 Lập kế hoạch: Trong bước này, GV và HS cùng hình thành các câu hỏi cụ thể, phân công và thống nhất nhiệm vụ cần phải thực hiện

Bước 2 Lập kế hoạch: Trong bước này, GV và HS cùng hình thành các câu hỏi cụ thể, phân công và thống nhất nhiệm vụ cần phải thực hiện

Bước 3 Thu thập thông tin: HS bắt đầu tìm câu trả lời cho câu hỏi nghiên cứu Việc học tập gồm một số hoạt động: nghiên cứu, khảo sát thực tế, tìm tài liệu, phỏng vấn, tìm hiểu và khám phá các tài liệu khác nhau…Trong bước này,

GV có thể hỗ trợ để HS khai thác sâu các yếu tố cho dự án để phạm vi phong phú hơn

Bước 4 Xử lý thông tin: HS bắt đầu xử lý các tài liệu thu thập được HS sẽ tiếp nhận thông tin và làm rõ các thông tin, do đó sẽ có các trải nghiệm mới và tái tạo lại những gì đã trải nghiệm, sau đó sẽ cá nhân hoá thông tin đó

Bước 5 Trình bày kết quả: HS sẽ trình bày kết quả hoạt động của nhóm

Có thể trình bày dưới nhiều hình thức đa dạng, như: triển lãm, thuyết trình, góc trưng bày trong lớp, múa rối, tác phẩm nghệ thuật, dã ngoại, các sự kiện…

Bước 6 Đánh giá kết quả: HS sẽ nhìn lại những hoạt động đã thực hiện và đánh giá lẫn nhau

* Quy trình tổ chức cho HS học theo dự án (Bộ giáo dục và đào tạo, Dự án

Việt - Bỉ, 2010): việc tổ chức các hoạt động được gói lại thành ba bước sau:

Bảng 1.1 Các bước tiến hành dạy học theo dự án (Bộ giáo dục và đào tạo, Dự án Việt - Bỉ, 2010)

- Làm việc nhóm để lựa chọn chủ

đề dự án

- Xây dựng kế hoạch dự án: xác

- Thiết kế các nhiệm vụ cho HS: làm thế nào để HS thực hiện xong thì bộ câu hỏi được giải quyết và các mục tiêu đồng thời cũng đạt được

- Chuẩn bị các tài liệu hỗ trợ

GV và HS cũng như các điều kiện thực hiện dự án trong thực tế

định những công việc cần làm, thời gian dự kiến, vật liệu, kinh phí, phương pháp tiến hành và phân công công việc trong nhóm

- Chuẩn bị các nguồn thông tin đáng tin cậy để chuẩn bị thực hiện dự án

- Cùng GV thống nhất các tiêu chí đánh giá dự án

- Liên hệ các cơ sở, khách mời cần thiết cho HS

- Chuẩn bị cơ sở vật chất, tạo điều kiện thuận lợi cho các

- Tiến hành thu thập, xử lý thông tin thu được

- Xây dựng sản phẩm hoặc bản báo cáo

- Liên hệ, tìm nguồn giúp đỡ khi cần

- Thường xuyên phản hồi, thông báo thông tin cho GV và các nhóm khác

3 Kết thúc - Chuẩn bị cơ sở vật chất cho - Chuẩn bị tiến hành giới thiệu sản

buổi báo cáo dự án

- Theo dõi, đánh giá sản phẩm

dự án của các nhóm

phẩm

- Tiến hành giới thiệu sản phẩm

- Tự đánh giá sản phẩm dự án của nhóm

- Đánh giá sản phẩm dự án của các nhóm khác theo tiêu chí đã đưa

ra

* Kết luận: dạy học theo dự án được đánh giá thông qua sản phẩm, quá trình

hoàn thành sản phẩm cũng tương tự như quá trình chế tạo sản phẩm trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM, và chúng tôi nhận thấy dạy theo theo dự án thì mang tính rộng rải hơn cho nhiều lĩnh vực và là một phương pháp tốn rất nhiều thời gian và phải có phần chuẩn bị công phu hơn rất nhiều, cho nên vì giới hạn của đề tài nên, chúng tôi sẽ sử dụng phương pháp dạy học theo dự án nhưng ở mức độ đơn gian hơn

Phương pháp dạy học đặt và giải quyết vấn đề

Nét đặt trưng chủ yếu của dạy học đặt và giải quyết vấn đề là sự lĩnh hội tri thức diễn ra thông qua việc tổ chức cho HS hoạt động đặt và giải quyết các vấn

đề Sau khi giải quyết vấn đề HS sẽ thu nhận được kiến thức mới, kỹ năng mới hoặc thái độ tích cực (Bộ giáo dục và đào tạo, Dự án Việt - Bỉ, 2010)

* Quy trình của phương pháp dạy học đặt và giải quyết vấn đề: (Bộ giáo dục

và đào tạo, Dự án Việt - Bỉ, 2010)

- Đặt vấn đề, xây dựng bài toán nhận thức

+ Tạo tình huống có vấn đề

+ Phát hiện, nhận dạng vấn đề nảy sinh;

+ Phát hiện vấn đề cần giải quyết

- Giải quyết vấn đề đặt ra

+ Đề xuất cách giải quyết;

+ Lập kế hoạch giải quyết;

+ Thực hiện kế hoạch giải quyết

- Kết luận:

+ Thảo luận kết quả và đánh giá;

+ Khẳng định hay bác bỏ giả thuyết nêu ra;

+ Phát biểu kết luận;

+ Đề xuất vấn đề mới

* Các mức HS tham gia phát hiện và giải quyết vấn đề

Bảng 1.2 Các mức HS tham gia phát hiện và giải quyết vấn đề (Bộ giáo dục

và đào tạo, Dự án Việt - Bỉ, 2010)

Các mức Đặt vấn đề Nêu giả

thuyết

Lập kế hoạch

Giải quyết vấn đề

Kết luận, đánh giá

Mức 1: Giáo viên đặt vấn đề, nêu cách giải quyết vấn đề Học sinh thực hiện

cách giải quyết vấn đề theo hướng dẫn của giáo viên Giáo viên đánh giá kết quả làm việc của học sinh

Mức 2: Giáo viên nêu vấn đề, gợi ý để học sinh tìm ra cách giải quyết vấn

đề Học sinh thực hiện cách giải quyết vấn đề với sự giúp đỡ của giáo viên khi cần Giáo viên và học sinh cùng đánh giá

Mức 3: Giáo viên cung cấp thông tin tạo tình huống có vấn đề Học sinh phát

hiện và xác định vấn đề nảy sinh, tự đề xuất các giả thuyết và lựa chọn giải pháp Học sinh thực hiện cách giải quyết vấn đề Giáo viên và học sinh cùng đánh giá

Mức 4: Học sinh tự lực phát hiện vấn đề nảy sinh trong hoàn cảnh của mình

hoặc cộng đồng, lựa chọn vấn đề giải quyết Học sinh giải quyết vấn đề, tự đánh giá chất lượng, hiệu quả, có ý kiến bổ sung của giáo viên khi kết thúc

Kết luận: Trong dạy học theo phương pháp đặt và giải quyết vấn đề, HS vừa

nắm được tri thức mới, vừa nắm được phương pháp lĩnh hội tri thức đó, phát triển

tư duy tích cực, sáng tạo, được chuẩn bị một năng lực thích ứng với đời sống xã

hội, phát hiện kịp thời và giải quyết hợp lý các vấn đề nảy sinh Cho nên, phương

pháp này là phương pháp thích hợp nhất để dạy học theo định hướng giáo dục STEM

1.1.6 Tiêu chí xây dựng bài học GD STEM

Theo tác giả Nguyễn Xuân Thành (PGS.TS Nguyễn Xuân Thành – Phó Vụ trưởng, Vụ GDTH – Bộ Giáo dục và Đào tạo), báo cáo trong Hội thảo “Định hướng GD STEM trong trường trung học” thì có 6 tiêu chí để đánh giá một bài học STEM như sau:

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

Trong các 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

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

Quy trình thiết kế kỹ thuật cung cấp một tiến trình 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: (1) Xác định vấn đề - (2) Nghiên cứu kiến thức nền – (3) Đề xuất nhiều ý tưởng cho các giải pháp – (4) Lựa chọn giải pháp tối ưu – (5) Phát triển và chế tạo một mô hình (nguyên mẫu) – (6) Thử nghiệm và đánh giá – (7) Hoàn thiện thiết kế Trong quy trình thiết kế kỹ 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

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 khám phá của bản thân

Tiêu chí 4: 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 không bao giờ là một việc

dễ Tuy nhiên, việc này sẽ trở nên dễ dàng hơn nếu tất cả giáo viên STEM ở trường làm việc cùng nhau để áp dụng làm việc nhóm, sử dụng cùng một ngôn ngữ, tiến trình và mong đợi cho học sinh Làm việc nhóm trong thực hiện các hoạt động của bài học STEM là cơ sở phát triển năng lực giao tiếp và hợp tác

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

Trong các 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 và toán Lập kế hoạch để hợp tác với các giáo viên toán, công nghệ 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 và toán không phải là các môn học độc lập, mà chúng liên kết với nhau để giải quyết các vần đề

Điều đó có liên quan đến việc học toán, công nghệ và khoa học của học sinh

Tiêu chí 6: Tiến trình bài học STEM tính đến 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

1.1.7 Quy trình xây dựng bài học STEM (Bộ Giáo dục và Đào tạo, 2018)

Bước 1: Lựa chọn phần kiến thức muốn giảng dạy thông qua STEM

Trong chương trình dạy học trong các môn học tự nhiên nói chung, và dạy học môn Vật lý nói riêng, thì không phải là tất cả kiến thức nào cũng phù hợp để thực hiện dạy học STEM, cho nên để bài học STEM diễn ra một cách hiệu quả thì

GV cần phải lựa chọn kiến thức, kỹ năng trong chương trình cho phù hợp

Bước 2: Xác định vấn đề cần giải quyết

Sau khi chọn được phần kiến thức để thực hiện thì GV cần phải xác định rõ

vấn đề cần giải quyết để giao cho HS thực hiện sao cho khi giải quyết được vấn

đề đó, HS phải học được những kiến thức, kỹ năng cần dạy trong chương trình môn học đã được lựa chọn (đối với STEM dạy kiến thức mới), hoặc vận dụng được những kiến thức, kỹ năng đã biết (đối với STEM vận dụng) để xây dựng bài học

Nhiệm cụ giao cho HS thực hiện trong các bài học phải thật rõ ràng và cụ thể, ví dụ như: Thiết kế, chế tạo một xe chuyển động bằng phản lực khi học phần kiến thức chuyển động phản lực; Thiết kế, chế tạo tên lửa nước khi học phần chuyển động bằng phản lực; Thiết kế, chế tạo xe thế năng có thể trượt trên đoạn đường dài nhất khi lăn từ đỉnh một mặt phẳng nghiêng; Thiết kế và chế tạo một hộp bảo vệ trứng để có thể rơi từ độ cao 10m khi học về công, động năng và chuyển hóa năng lượng

Bước 3: Xây dựng các tiêu chí cho các sản phẩm

Sau khi đã xác định rõ ráng là vấn đề cần phải giải quyết/ sản phẩm cần thiết kế chế tạo, GV cần phải xác định rõ tiêu chí của sản phẩm Những tiêu chí này là căn cứ quan trọng để đề xuất các phương án (giả thuyết khoa học, hoặc giải pháp giải quyết vấn đề, hoặc thiết kế mẫu sản phẩm)

Các tiêu chí của các ví dụ trên như sau:

- Chế tạo xe đồ chơi phản lực: xe sau khi chế tạo chạy được quãng đường …; quá trình làm phải đảm bảo an toàn; …

- Chế tạo tên lửa nước: phù hợp với các tiêu chí an toàn khi thực hiện chế tạo

và phóng tên lửa nước…

- Chế tạo xe thế năng: các bộ phận lắp ghép xe phải là những nguyên vật liệu

tự làm; xe phải chắc chắn có móc ở sau để cố định xe;…

Bước 4: Thiết kế tiến trình tổ chức dạy học theo định hướng GD STEM

Tiến trình tổ chức hoạt động dạy học được thiết kế theo các phương pháp

và kỹ thuật dạy học tích cực bao gồm cả 3 hoạt động được trình bày trong mục

1.1.5 Mỗi hoạt động học được thiết kế rõ ràng về mục đích, nội dụng và sản

phẩm học tập mà HS phải hoàn thành Các hoạt động học đó có thể được tổ chức trong lớp học hoặc ngoài lớp học

1.1.8 Quy trình xây dựng các hoạt động trong dạy học STEM

Khi thiết kế mỗi hoạt động để tổ chức cho HS thực hiện cần đảm bào các phần sau:

- Mục tiêu dạy học: mô tả rõ yêu cầu cần đạt và sản phẩm học tập mà HS phải hoàn thành khi thực hiện hoạt động này

- Nội dung hoạt động: mô tả rõ nội dung và cách thức thực hiện hoạt động (Học sinh phải làm gì? Làm như thế nào?)

- Sản phẩm mong muốn: mô tả rõ sản phẩm mà GV mong muốn HS đạt được sau khi thực hiện hoạt động có thể là sản phẩm kiến thức mới được hình thành, có thể là sản phẩm mẫu đã hoàn thành…

- Đánh giá hoạt động: phương án đánh giá các sản phẩm mong muốn của HS (tập trung làm rõ nguyên nhân khó khăn, sai lầm, chưa hoàn thiện của sản phẩm); chỉnh sửa, hoàn thiện sản phẩm để HS ghi nhận, sử dụng

1.1.9 Tiến trình tổ chức dạy học theo định hướng GD STEM

Dựa trên các tiêu chí của bài học STEM, các hoạt động khi tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM, chúng ta có thể tiến hành tiến trình dạy học như sau

Hình 1.2 Sơ đồ tiến trình dạy học GD STEM (Bộ Giáo dục và Đào tạo, 2018)

Mỗi bài thiết kế để dạy học theo định hướng giáo dục STEM trong chương trình GD PT phải đề cập đến một vấn đề trương đối trọn vẹn, đòi hỏi HS phải học

và sử dụng kiến thức thuộc các môn học trong chương trình để sử dụng vào giải quyết vấn đề Việc “nghiên cứu kiến thức nền” (chương trình trong SGK) trong tiến trình dạy học mỗi bài STEM chính là thực hiện nội dung chương trình GD tương ứng với vấn đề cần giải quyết trong bài học, trong đó HS là người chủ động

nghiên cứu SGK, tài liệu hỗ trợ, tiến hành các thí nghiệm theo chương trình học dưới sự hướng dẫn của GV

Tiến trình dạy học STEM tuân theo quy trình kỹ thuật nêu trên nhưng các

“bước” trong quy trình không cần phải được thực hiện theo tuần tự mà có thể thực hiện song song, 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 Mỗi bài học STEM được tổ chức theo 5 hoạt động như sau:

đó là quen thuộc với HS; đồng thời, tiêu chí đó buộc HS phải nắm vững kiến thức mới thiết kế và giải thích được thiết kế cho sản phẩm cần làm

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

Trong hoạt động này, HS thực hiện hoạt động học tích cực, tự lực dưới sự hướng dẫn của GV Trong bài học STEM sẽ không còn các “tiết học” thông thường mà ở đó GV “giảng dạy” kiến thức mới cho HS Thay vào đó, HS phải tự tìm tòi, chiếm lĩnh kiến thức để sử dụng vào việc đề xuất, thiết kế sản phẩm cần hoàn thành Kết quả là, khi HS hoàn thành bản thiết kế thì đồng thời HS cũng đã học được kiến thức mới theo chương trình môn học tương ứng

Hoạt động 3: Lựa chọn giải pháp

Trong hoạt động này, HS được tổ chức để trình bày, giải thích và bảo vệ bản 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 Dựa vào sự trao đổi,

góp ý của các bạn và GV, HS tiếp tục hoàn thiện (hoặc thậm chí phải thay đổi) bản thiết kế trước khi tiến hành chế tạo, thử nghiệm

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

Trong hoạt động này, HS tiến hành chế tạo mẫu theo bản thiết kế đã hoàn

thiện sau hoạt động 3; trong quá trình chế tạo đồng thời phải tiến hành thử nghiệm

và đánh giá Trong quá trình này, HS cũng có thể phải điều chỉnh thiết kế ban đầu

để bảo đảm mẫu chế tạo là khả thi

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

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

1.2 Thực trạng mô hình giáo dục STEM đã phát triển tại Việt Nam

1.2.1 Giáo dục STEM ở Việt Nam

Mô hình giáo dục tích hợp STEM được đưa vào Việt Nam từ năm 2010 thông qua Liên doanh DTT – EDUSPEC phối hợp với Trường Icarnegie – Hoa Kỳ trên nền tảng là 2 môn học CNTT và Robotics cho khối phổ thông từ lớp 1 đến lớp 12 Mô hình đã được mở rộng triển khai thí điểm tại các trường phổ thông thuộc 3 thành phố Hà Nội, Đà Nẵng và Thành phố Hồ Chí Minh Các nội dung chương trình STEM được triển khai theo chuẩn quốc tế và phù hợp với mục tiêu của Bộ Giáo Dục và Đào Tạo Hiện nay một số tổ chức giáo dục cũng triển khai các hoạt động giáo dục STEM như công ty Endeavor Learning Institute và Học viện sáng tạo S3 Tuy nhiên, các hoạt động giáo dục STEM này chưa phải là hoạt động chính thức trong các trường phổ thông mà chỉ là các hoạt động độc lập của các công ty giáo dục như là một mảng kinh doanh và hoạt động truyền thông cộng đồng

Thực hiện chủ trương đổi mới đồng bộ hình thức dạy học, phương pháp dạy học (PPDH) và kiểm tra, đánh giá kết quả giáo dục; để tăng cường việc gắn liền dạy học trong nhà trường với thực tiễn cuộc sống và góp phần hình thành năng lực giải quyết vấn đề của HS trung học Từ năm 2012, Bộ Giáo dục và Đào

tạo hàng năm đã tổ chức cuộc thi “Vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các tình huống thực tiễn dành cho HS trung học” và cuộc thi “Dạy học theo chủ đề tích hợp dành cho GV trung học” Cuộc thi là cơ hội khuyến khích HS vận dụng kiến thức của các môn học khác nhau để giải quyết các tình huống thực tiễn; tăng cường khả năng vận dụng tổng hợp, khả năng tự học, tự nghiên cứu của HS; thúc đẩy việc gắn kiến thức lý thuyết và thực hành trong nhà trường với thực tiễn đời sống; đẩy mạnh thực hiện dạy học theo phương trâm "học đi đôi với hành"; góp phần đổi mới hình thức, PPDH và đổi mới kiểm tra, đánh giá kết quả học tập; thúc đẩy sự tham gia của gia đình, cộng đồng vào công tác giáo dục Đối với GV, đây cũng là cơ hội khuyến khích GV sáng tạo, thực hiện dạy học theo chủ đề, chủ điểm có nội dung liên quan đến nhiều môn học và gắn liền với thực tiễn; tăng cường hiệu quả sử dụng thiết bị dạy học; tạo cơ hội giao lưu, trao đổi kinh nghiệm giữa các GV trung học trên toàn quốc và thế giới Đặc biệt, cuộc thi “Sáng tạo Khoa học Kỹ thuật” do Bộ Giáo dục và Đào tạo tổ chức dành cho HS phổ thông

đã trở thành điểm sáng tích cực trong giáo dục định hướng năng lực Cuộc thi thu hút được sự quan tâm rất lớn, tích cực cả về nhận thức và hành động từ các cấp lãnh đạo quản lý, các GV, HS và cả các phụ huynh Các đề tài được triển khai thực hiện thuộc các lĩnh vực cơ khí, môi trường, sản phẩm nhúng… Về cơ bản, đây là một hình thức của giáo dục STEM Các cuộc thi này là ví dụ cho mục tiêu giáo dục nhằm phát triển năng lực cho HS hình thành những kỹ năng học tập và lao động trong thế kỉ 21 của Bộ Giáo dục và Đào tạo và đó cũng là mục tiêu mà giáo dục STEM hướng tới Nhận thấy vai trò của giáo dục STEM như là một giải pháp quan trọng và hiệu quả trong việc đổi mới căn bản và toàn diện nền giáo dục Việt Nam sau năm 2015 Trong hướng dẫn thực hiện nhiệm vụ Giáo dục Trung học năm học 2014 – 2015, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã nhấn mạnh việc vận dụng dạy học giải quyết vấn đề, các phương pháp thực hành, dạy học theo dự án trong các môn học; tích cực ứng dụng CNTT phù hợp với nội dung bài học Quán triệt tinh thần giáo dục tích hợp giáo dục STEM trong việc thực hiện chương trình giáo dục phổ thông ở những môn học liên quan

Hiện nay, Bộ Giáo dục và Đào tạo đang phối hợp với Hội Đồng Anh triển khai chương trình thí điểm về giáo dục STEM cho 14 trường THCS và THPT tại các tỉnh thành như Hà Nội, Hải Dương, Hải Phòng, Quảng Ninh và Nam Định Đây là những bước đi quan trọng nhằm phát triển một chương trình giáo dục theo định hướng STEM mang tầm quốc gia (Lê Xuân Quang, 2017)

1.2.2 Giáo dục STEM tại thành phố Hồ Chí Minh

Xây dựng chủ trương và phối hợp tổ chức, tuyên truyền, tập huấn (Sở Giáo dục và Đào tạo thành phố Hồ Chí Minh, 2018)

Trên cơ sở ý thức về tầm quan trọng của GD STEM và chỉ đạo của ngành giáo dục của TP, Sở GDĐT TP đã sớm nghiên cứu, xây dựng chủ trương, kế hoạch và triển khai thực hiện GD STEM đến toàn thể quảng lý, GV trung học của

TP (văn bản số 2998/GDĐT-TrH ngày 18/8/2017 của Sở GDĐT về Hướng dẫn thực hiện chủ đề dạy học theo định hướng GĐ STEM trong trường trung học

Kế tiếp trong tháng 8, 9/2017 Sở GDĐT đã tổ chức tập huấn cho toàn thể lãnh đạo các trường THPT, lãnh đạo các phòng GDĐT quận, huyện về GD STEM

và nội dung triển khai trong trường học Và trong năm học 2017 – 2018 và 2018 –

2019, Phòng Giáo dục trung học đã có hơn 20 đợt tập huấn và triển khai trực tiếp đến 2000 cán bộ quản lý, GV của một số trường THPT và phong GDĐT quận, huyện Ngoài ra các trường Đại học như Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Sư phạm TP.HCM đã phối hợp với Sở GDĐT mở nhiều khóa tập huấn tại trường và biên soạn, phát hành, phổ biến các sách về GD STEM Nhìn chung thì Sở GDĐT

đã xây dựng được một nền tảng cơ bản ban đầu cho việc triển khai rộng rãi về GD STEM

Triển khai hoạt động GD STEM trong trường trung học (Sở Giáo dục

và Đào tạo thành phố Hồ Chí Minh, 2018)

Trong thời gian qua, hoạt động GD STEM đã nhanh chóng được triển khai khá rộng rãi và nhanh chóng tại các trường THPT của TP Trong đó có nhiều chủ

đề GD STEM đã xây dựng và thực hiện lồng ghép trong chương trình học chính khóa và cả trong các hoạt động ngoại khóa

Ví dụ về các chủ đề, dự án GD STEM đã thực hiện:

- Hãy đo và tính diện tích toàn phần S, thể tích V của vỏ lon nước ngọt So sánh thể tích V của vỏ lon với thể tích nước ngọt ghi trên vỏ lon và giải thích vì sao chúng khác nhau

- Đo độ pH của nước ngọt trong một lon nước ngọt, và củ nước chanh trong một chai nước chanh Hãy so sánh và nhận xét kết quả

- Đo khối lượng đường chứa trong một lon nước ngọt (không sử dụng thông tin số liệu ghi trên vỏ lon vì chưa thể kiểm chứng được các số liệu này.)

- Máy bắn đá trong chiến tranh thời phong kiến

- Giải thoát một con cá voi bị mắc cạn

- Tên lửa bong bóng

- Chưng cất nước biển dùng năng lượng mặt trời

- Chất chỉ thị pH từ thực vật

- Rau trái tươi và phương pháp bảo quản trong không khí

- Nước cam và nước uống thể thao

- Chế tạo nước hoa, son môi, son dưỡng môi thân thiện với môi trường

- Mưa axit

- Xử lý dầu tràn

- Chống xói mòn bờ biển

- Thiết kế một ngôi nhà chịu được gió lốc giông bão

- Vật liệu xây dựng trong các công trình kiến trúc Việt Nam thời xưa

- Sức mạnh của vũ khí thô sơ thời kháng chiến trong lịch sử Việt Nam

- Kể chuyện qua tranh nổi, sách nổi

việc xây dựng cơ sở vật chất gọi tắt là “Phòng thực hành STEM” là việc cấp thiết phải chuẩn bị để GD STEM có thể thực hiện dễ dàng hơn và đỡ tốn thời gian hơn

Một số trường THPT đã dẫn trang bị phòng học STEM cho đơn vị mình, trong đó có:

- Một số trường có yếu tố nước ngoài, như trường quốc tế Canada, trường quốc tế Nam Saigon…

- Một số trường ngoài công lập, như trường THCS THPT Đinh Thiện Lý…

- Một số trường công lập, như trường THCS Lê Quý Đôn, THPT Trần Khai Nguyên, THPT Nguyễn Du…

Tổ chức các cuộc thi khoa học, sáng tạo theo định hướng GD STEM

Nhằm tạo động lực học tập, nghiên cứu, sáng tạo trong lĩnh vực khoa học, công nghệ cho HS TP, Sở GDĐT cùng với một số đơn vị kinh tế, xã hội khác đã

tổ chức nhiều sân chơi, nhiều cuộc thi về lĩnh vực STEM tại TP, như:

- Cuộc thi Xe thế năng trong khuôn khổ kỳ thi Olympic Tháng 4 TP.HCM cho HS THCS, THPT

- Các cuộc thi về robot, cuộc thi ý tưởng sáng tạo cho HS PT của TP

- Các cuộc thi sáng tạo, thi tên lửa nước… phối hợp cùng với Sở Khoa học Công nghệ và Thành Đoàn

- Cuộc thi khoa học kỹ thuật dành cho HS TH

- …

Một số nội dung hoạt động được tiếp tục triển khai trong thời gian tới

- Tiếp tục tổ chức tập huấn cho cán bộ quản lý và GV TP về GD STEM

- Xây dựng một “ngân hàng” các chủ đề dạy học STEM để phổ biến cho GV

TP tham khảo, học tập và vận dụng

- Tiếp tục xây dựng phòng học STEM ở các trường THPT trong thành phố

- Tiếp tục tổ chức các cuộc thi theo định hướng GD STEM cho HS TP

- Tổ chức cuộc thi thiết kế chủ đề dạy học STEM cho GV TP

1.2.3 Khảo sát thực tế về dạy học theo định hướng giáo dục STEM chương

“Các định luật bảo toàn” của GV

Đối tượng khảo sát

Giáo viên : lấy thông tin thông qua thu hồi phiếu khảo sát dánh cho GV

(Trình bày trong phụ lục 2) và một số ít thông qua phản hồi thông tin qua Google Form, chúng tôi nhận được phản hồi của 44 GV từ các trường theo phân bố sau:

- Trường Nguyễn Hiền: 15 GV,

- Trường Nam kỳ khởi nghĩa: 10 GV,

- Trường Tạ Quang Bửu: 8GV,

- Và GV giảng dạy tại các trường THPT Nguyễn Trãi, THPT Nguyễn Hữu Thọ, THPT Lê Quý Đôn, THPT Nhân Việt, THCS và THPT Hoa Sen, THCS và THPT Tân Phú, THPT Lương Thế Vinh, THPT Hàn Thuyên: 11 GV

Số lượng GV Vật lý: 41 GV có 12 GV có thời gian giảng dạy dưới 5 năm,

và 29 GV có thời gian giảng dạy từ 5 năm trở lên

Số lượng GV khác: 4 (bao gồm các môn khác: Ngữ văn, Sinh, Toán, Lịch sử.)

Học sinh: lấy thông tin qua Google Form chia sẻ cho HS tại trường THPT

Nguyễn Hiền, số lượng thu được là 531 phiếu (Nội dung khảo sát được trình bày trong phụ lục 1)

Kết quả khảo sát đối với giáo viên

Về kết quả cụ thể đã được trình bày ở phụ lục 9, Tại đây, chúng tôi chỉ phân tích một số kết quả thu được như sau:

Lần đầu nghe Có tìm hiểu Có nghiên cứu Đã giảng dạy

Về mức độ hiểu biết của GV về giáo dục STEM: có kết quả:

Khi được khảo sát với câu hỏi là: “Quý Thầy (Cô) đã từng tìm hiểu, nghiên cứu hay giảng dạy giáo dục STEM?”, thì chúng tôi nhận được phản hồi là 52,4%

có tìm hiểu, 23,8% có nghiên cứu qua và 23,8% đã giảng dạy Kết quả khảo sát cho thấy kết quả rất tốt sau những công tác tuyên truyền, đào tạo của các chuyên gia về STEM

Hình 1.3 Biểu đồ thể hiện mức độ hiểu biết của GV đối với STEM

Thông qua kết quả khảo sát, chúng tôi cũng thấy GV có nhận thức đúng về bản chất của STEM, và có mong muốn được dạy học theo định hướng giáo dục STEM

Kết quả cũng cho ta biết rõ về khó khăn mà GV gặp phải khi thực nghiệm dạy học theo định hướng giáo dục STEM:

Số câu

trả lời

Theo Quý Thầy (Cô) những khó khăn trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM là gì?

38 A Cơ sở vật chất, phương tiện dạy học STEM chưa đáp ứng được

nhu cầu dạy học

18 B Kết nối bài dạy STEM với các vấn đề thực tiễn

28 C Nội dung kiến thức chương trình SGK khó thực hiện chủ đề

giáo dục STEM

24 D Chưa có nhiều tài liệu về giáo dục STEM ở Việt Nam

14 E Thực hiện bài kiểm tra STEM

26 F Nguồn lực chưa đáp ứng yêu cầu

Ta thấy khó khăn về cơ sở vật chất vẫn là khó khăn lớn nhất, tiếp theo là khó khăn về chương trình Chính những khó khắn đó đã làm GV e ngại khi mong muốn dạy học theo định hướng giáo dục STEM

Kết quả khảo sát đối với học sinh

Kết quả khảo sát cụ thể đã được trình bày ở phụ lục 9 Tại đây, chúng tôi chỉ phân tích một số kết quả thu được như sau: