Dương - SKKN 2020 - Dạy học môn vật lí theo định hướng STEM (1)

GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓATRƯỜNG THPT NGUYỄN THỊ LỢI SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM DẠY HỌC MÔN VẬT LÝ Ở TRƯỜNG THPT THEO ĐỊNH HƯỚNG STEM Người thực hiện: Trần Mạnh Dương Chức vụ: Giáo viên SK

GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA

TRƯỜNG THPT NGUYỄN THỊ LỢI

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

DẠY HỌC MÔN VẬT LÝ Ở TRƯỜNG THPT

THEO ĐỊNH HƯỚNG STEM

Người thực hiện: Trần Mạnh Dương

Chức vụ: Giáo viên

SKKN thuộc lĩnh vực: Vật lý

THANH HÓA NĂM 2020

MỤC LỤC Trang

I MỞ ĐẦU 2

1.2 Các năng lực chung cốt lõi và chuyên biệt của bộ môn Vật lí cấp

THPT

3

1.3 Các bậc trình độ trong bài tập định hướng năng lực 4

3 Phương pháp dạy học theo phương thức giáo dục STEM 4

3.1 Dạy học các môn khoa học theo phương thức giáo dục STEM 4

3.3 Ví dụ minh họa

THIẾT KẾ THIẾT BỊ TƯỚI NƯỚC TỰ ĐỘNG CHO CÂY CẢNH

TRỒNG TRONG CHẬU KHI XA NHÀ

Hoạt động 5: Chế tạo mô hình hoặc mẫu thử nghiệm 14

4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục, với

bản thân, đồng nghiệp và nhà trường.

I MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Sự phát triển kinh tế - xã hội trong bối cảnh toàn cầu hóa đặt ra những yêu cầu

mới đối với người lao động, do đó cũng đặt ra những yêu cầu mới cho sự nghiệpgiáo dục thế hệ trẻ và đào tạo nguồn nhân lực Một trong những định hướng cơ bảncủa việc đổi mới giáo dục là chuyển từ nền giáo dục mang tính hàn lâm, kinh viện,

xa rời thực tiễn sang một nền giáo dục chú trọng việc hình thành năng lực hànhđộng, phát huy tính chủ động, sáng tạo của người học Định hướng quan trọngtrong đổi mới phương pháp dạy học (PPDH) là phát huy tính tích cực, tự lực vàsáng tạo, phát triển năng lực hành động, năng lực cộng tác làm việc của người học

Đó cũng là xu hướng quốc tế trong cải cách PPDH ở nhà trường phổ thông

Từ định hướng trên, quá trình đổi mới phương pháp dạy học Vật lí ở trườngphổ thông diễn ra theo những hướng như: Dạy học thông qua việc tổ chức các hoạtđộng học tập mang tính tìm tòi nghiên cứu của học sinh; kết hợp đa dạng cácphương pháp dạy học và các hình thức dạy học khác nhau; áp dụng rộng rãi kiểudạy học phát hiện và giải quyết vấn đề; bồi dưỡng cho học sinh các phương phápnhận thức Vật lí; vận dụng các hình thức dạy học mở vào dạy học Vật lí ở trườngphổ thông; dạy học sinh phương pháp tự học thông qua toàn bộ quá trình dạy học

và đổi mới việc sử dụng phương tiện dạy học trong dạy học Vật lí

Giáo dục STEM là một phương thức giáo dục nhằm trang bị cho học sinhnhững kiến thức khoa học gắn liền với ứng dụng của chúng trong thực tiễn, qua đóphát triển cho học sinh năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề cùng với nhữngnăng lực khác tương ứng, đáp ứng được yêu cầu của sự phát triển kinh tế – xã hội.Các mức độ áp dụng giáo dục STEM trong giáo dục phổ thông như sau:

Với mong muốn góp phần nâng cao chất lượng, hiệu quả dạy và học vật lí đápứng nhucầu đổi mới của giáo viên và học sinh trong dạy và học, nên tôi viết sáng

kiến kinh nghiệm :“Dạy học môn vật lí ở trường trung học theo định hướng STEM’’

2 Mục đích nghiên cứu

- Vận dụng dạy học theo định hướng phát triển năng lực thông qua phương pháp

dạy học theo định hướng STEM vào thực tiễn giảng dạy Vật lí ở cấp trung học

3 Đối tượng nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu

+ Hoạt động dạy và học vật lí trung học phổ thông

+ Cơ sở lí luận và thực tiễn của dạy học theo định hướng STEM

- Địa điểm nghiên cứu

+ Đề tài áp dụng ở các tiết dạy Trường THPT Nguyễn Thị Lợi

+ Thực nghiệm với lớp 12K

4 Phương pháp nghiên cứu

Trong quá trình thực hiện đề tài, tôi sử dụng chủ yếu các phương pháp nghiên

cứu sau:

- Phương pháp phân tích tổng hợp

- Phương pháp so sánh đối chiếu

- Phương pháp điều tra , khảo sát

- Phương pháp thực nghiệm

- hương pháp dạy học theo định hướng STEM

Ngoài ra tôi còn vận dụng kết hợp một số phương pháp khác việc sử dụng cácPPDH đặc thù có vai trò quan trọng trong dạy học bộ môn Các PPDH đặc thù bộmôn được xây dựng trên cơ sở lý luận dạy học bộ môn Ví dụ: Thí nghiệm là mộtPPDH đặc thù của các môn khoa học tự nhiên; các PPDH như trình diễn vật phẩm

kỹ thuật, làm mẫu thao tác, phân tích sản phẩm kỹ thuật, thiết kế kỹ thuật,lắp ráp

mô hình, các dự án là những phương pháp chủ lực trong kỹ thuật dạy học; phươngpháp “bàn tạy nặn bột” đem lại hiệu quả cao trong việc dạy học các môn khoa học

II NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

1 Cơ sở lý luận

1.1 Bản chất dạy học theo định hướng STEM:

STEM là viết tắt của các từ Science (khoa học), Technology (công nghệ),Engineering (kỹ thuật) và Math (toán học) Giáo dục STEM về bản chất được hiểu

là trang bị cho người học những kiến thức và kỹ năng cần thiết liên quan đến cáclĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học Các kiến thức và kỹ năng này(gọi là kỹ năng STEM) phải được tích hợp, lồng ghép và bổ trợ cho nhau giúp họcsinh không chỉ hiểu biết về nguyên lý mà còn có thể áp dụng để thực hành và tạo rađược những sản phẩm trong cuộc sống hàng ngày

1.2 Các năng lực chung cốt lõi và chuyên biệt của bộ môn Vật lí cấp THPT

- Năng lực sử dụng công nghệ thông tin và truyền thông

b Các năng lực chuyên biệt môn Vật lí

- Nhóm năng lực thành phần (NLTP)

- Nhóm NLTP liên quan đến sử dụng kiến thức vật lí

- Nhóm NLTP về phương pháp (tập trung vào năng lực thực nghiệm và năng lực

mô hình hóa)

- Nhóm NLTP trao đổi thông tin

- Nhóm NLTP liên quan đến cá thể

1.3 Các bậc trình độ trong bài tập định hướng năng lực.

- Các bài tập dạng tái hiện.

- Các bài tập vận dụng.

- Các bài tập giải quyết vấn đề.

- Các bài tập gắn với bối cảnh thực tiễn.

Các bài tập vận dụng và giải quyết vấn đề gắn các vấn đề với các bối cảnh vàtình huống thực tiễn Những bài tập này là những bài tập mở,tạo cơ hội cho nhiềucách tiếp cận,nhiều con đường giải quyết khác nhau

2 Thực trạng vấn đề

- Việc triển khai các phương pháp dạy học tích cực đã được thực hiện và mang lại

kết quả tốt

- Học sinh tập trung cao vào giải quyết nhiệm vụ được giao

- Tạo ra sự hỗ trợ rất tốt giữa các thành viên trong nhóm

- Tất cả các học sinh đều được phát biểu, rèn cho học sinh năng lực thuyết trìnhtrước tập thể

- Thuận lợi cho HS bồi dưỡng khả năng tự học, năng lực hợp tác, chia sẻ thông tin,năng lực làm việc nhóm

- GV không phải nói nhiều, có cơ hội quan sát thái độ, hành vi và hứng thú học tậpcủa học sinh,

- Phương pháp dạy học theo định hướng STEM tuy đã được đề cập tới một thờigian, nhưng tài liệu và các tiết dạy theo hướng này chưa nhiều

- Một số rất ít giáo viên đã được tập huấn tuy nhiên kiến thức, kĩ năng về cách dạynày chưa thực sự sâu sắc Các giáo viên đang trong những bước tiếp cận đầu tiênvới phương pháp nên không tránh khỏi những khó khăn, bỡ ngỡ

- Một số ít thầy cô giáo còn ngại với việc đổi mới phương pháp dạy học nhất làphương pháp giáo dục STEM

- Lớp học quá đông nên việc chia nhóm, ổn định học sinh cũng khó khăn và sự

quan tâm tới từng học sinh cũng bị hạn chế

3 Phương pháp dạy học theo phương thức giáo dục STEM.

3.1 Dạy học các môn khoa học theo phương thức giáo dục STEM

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

"bước" trong quy trình không được thực hiện một cách tuyến tính (hết bước nọ mớisang bước kia) mà có những bước được thực hiện song hành, tương hỗ lẫn nhau

Cụ thể là việc "Nghiên cứu kiến thức nền" được thực hiện đồng thời với "Đề xuấtgiải pháp"; "Chế tạo mô hình" được thực hiện đồng thời với "Thử nghiệm và đánhgiá", trong đó bước này vừa là mục tiêu vừa là điều kiện để thực hiện bước kia

Hình 1: Tiến trình bài học STEM 3.2 Quy trình xây dựng bài học STEM

Bước 1: Lựa chọn chủ đề bài học

Căn cứ vào nội dung kiến thức trong chương trình môn học và các hiện tượng,quá trình gắn với các kiến thức đó trong tự nhiên; quy trình hoặc thiết bị công nghệ

có sử dụng của kiến thức đó trong thực tiễn để lựa chọn chủ đề của bài học.Những ứng dụng đó có thể là: Hiện tượng tán sắc ánh sáng – Tính chất sóng củaánh sáng – Máy quang phổ lăng kính; Hiện tượng khúc xạ và phản xạ ánh sáng –Gương cầu và thấu kính – Ống nhòm, kính thiên văn; Sự chìm, nổi – lực đẩy Ác-si-mét – Thuyền/bè; Hiện tượng cảm ứng điện từ – Định luật Cảm ứng điện từ vàĐịnh luật Lenxơ – Máy phát điện/động cơ điện; Vật liệu cơ khí; Các phương phápgia công cơ khí; Các cơ cấu truyền và biến đổi chuyển động; Các mối ghép cơ khí;Mạch điện điều khiển cho ngôi nhà thông minh; Sữa chua/dưa muối – Vi sinh vật –Quy trình làm sữa chua/muối dưa; Thuốc trừ sâu – Phản ứng hóa học – Quy trình

xử lí dư lượng thuốc trừ sâu; Hóa chất – Phản ứng hóa học – Quy trình xử lí chấtthải; Sau an toàn – Hóa sinh – Quy trình trồng rau an toàn

Bước 2: Xác định vấn đề cần giải quyết

Sau khi chọn chủ đề của bài học, cần xác định vấn đề cần giải quyết để giaocho học sinh thực hiện sao cho khi giải quyết vấn đề đó, học sinh phải học được những kiến thức, kĩ năng cần dạy trong chương trình môn học đã được lựa chọn

Xác định vấn đề

(Nội dung dạy học chủ yếu theo chương trình được sắp xếp lại

phù hợp)

Nghiên cứu kiến thức nền

Đề xuất các giải phápLựa chọn giải phápThiết kế mô hình (nguyên mẫu)Thử nghiệm và đánh giáChia sẻ và thảo luậnĐiều chỉnh thiết kế

(đối với STEM kiến tạo) hoặc vận dụng những kiến thức, kỹ năng đã biết (đối vớiSTEM vận dung) để xây dựng bài học Theo những ví dụ nêu trên, nhiệm vụ giaocho học sinh thực hiện trong các bài học có thể là: Thiết kế, chế tạo một máy quangphổ đơn giản trong bài học về bản chất sóng của ánh sáng; Thiết kế, chế tạo mộtống nhòm đơn giản khi học về hiện tượng phản xạ và khúc xạ ánh sáng; Chế tạo bènổi/thuyền khi học về Định luật Ác-si-mét; Chế tạo máy phát điện/động cơ điện khihọc về cảm ứng điện từ; Thiết kế mạch lôgic khi học về dòng điện không đổi; Thiết

kế robot leo dốc, cầu bắc qua hai trụ, hệ thống tưới nước tự động, mạch điện cảnhbáo và điều khiển cho ngôi nhà thông minh; Xây dựng quy trình làm sữa chua/muốidưa; Xây dựng quy trình xử lí dư lượng thuốc trừ sâu trong rau/quả; Xây dựng quytrình xử lí hóa chất ô nhiễm trong nước thải; Quy trình trồng rau an toàn…

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

Sau khi đã xác định vấn đề cần giải quyết/sản phẩm cần chế tạo, cần xác định

rõ tiêu chí của giải pháp/sản phẩm Những tiêu chí này là căn cứ quan trọng để đềxuất giả thuyết khoa học/giải pháp giải quyết vấn đề/thiết kế mẫu sản phẩm Đốivới các ví dụ nêu trên, tiêu chí có thể là: Chế tạo máy quang phổ sử dụng lăng kính,thấu kính hội tụ; tạo được các tia ánh sáng màu từ nguồn sáng trắng; Chế tạo ốngnhòm/kính thiên văn từ thấu kính hội tụ, phân kì; quan sát được vật ở xa với độ bộigiác trong khoảng nào đó; Quy trình sản xuất sữa chua/muối dưa với tiêu chí cụ thểcủa sản phẩm (độ ngọt, độ chua, dinh dưỡng ); Quy trình xử lí dư lượng thuốc trừsâu với tiêu chí cụ thể (loại thuốc trừ sâu, độ "sạch" sau xử lí); Quy trình trồng rausạch với tiêu chí cụ thể ("sạch" cái gì so với rau trồng thông thường)

Bước 4: Thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học.

Tiến trình tổ chức hoạt động dạy học được thiết kế theo các phương pháp và kĩthuật dạy học tích cực với 5 loại hoạt động học đã nêu ở trên Mỗi hoạt động họcđược thiết kế rõ ràng về mục đích, nội dung và sản phẩm học tập mà học sinh phảihoàn thành Các hoạt động học đó có thể được tổ chức cả ở trong và ngoài lớp học(ở trường, ở nhà và cộng đồng)

Cần thiết kế bài học điện tử trên mạng để hướng dẫn, hỗ trợ hoạt động học củahọc sinh bên ngoài lớp học

cây trong chậu chúng ta phải cung cấp nước thường xuyên cho cây, việc này đòi hỏi chủ nhân phải thường xuyên ở nhà và cung cấp nước, dinh dưỡng cho cây của mình Tuy nhiên thực tế trong cuộc sống không phải lúc nào chủ nhân của những chậu bonsai cũng có mặt ở nhà do tính chất công việc Vậy làm thế nào để trong những ngày chủ nhân đi vắng chậu bonsai của mình vẫn sinh trưởng và phát triển tốt? Đòi hỏi phải có thiết bị tưới cây khi chúng ta xa nhà.

p2 Danh mục thiết bị và vật liệu cần thiết cho việc thực hiện chủ đề

Bảng 1 Danh mục thiết bị và vật liệu cần thiết

STT Thiết bị, vật liệu Chủng loại Số lượng Mô tả, công dụng

chậu bonsai

Chứa nước

phân bón vi sinh

p3 Kiến thức liên quan

- Chủ đề có thể thực hiện thông qua việc kết hợp nội dung hai bài dạy môn Sinh lớp

11, bài “Sự hấp thụ nước và muối khoáng ở rễ” và một phần ở các bài “vận chuyểncác chất trong cây”, “Thoát hơi nước ”

- Kiến thức các môn học liên quan

01 Sinh học Sự hấp thụ nước và muối khoáng ở rễ 11

Vận chuyển các chất trong câyThoát hơi nước

11

Áp suất khí quyển

PHẦN 2 TIẾN TRÌNH DẠY HỌC

Hoạt động 1: Xác định vấn đề hoặc nhu cầu thực tiễn

a Mục đích của hoạt động

Giúp học sinh bước đầu hình thành được ý tưởng thiết kế hệ thống, xác định đượcvấn đề chính cần giải quyết đó là: Căn cứ vào tính chất, dấu hiệu, điều kiện nào cóthể xác định được độ ẩm của đất trồng, từ đó hình thành được ý tưởng thiết kế hệthống tưới rau tự động

b Nội dung hoạt động

Tình huống đặt ra: Gia đình em đã giành một không gian nhỏ trên sân

thượng để xây dựng một khu vườn trồng rau Tuy nhiên, do điều kiện khí hậu khắcnghiệt và tưới nước không được kịp thời khiến cho rau thường xuyên thiếu nước vàkhô héo Từ những kiến thức và kinh nghiệm thực tiễn kết hợp tìm hiểu một số tínhchất của đất trồng, em hãy thiết kế một hệ thống tưới nước tự động để đảm bảoluôn giữ độ ẩm của đất trồng rau ở giới hạn cho phép

độ ẩm đất thông qua tính chất dẫn điện của đất

- Nội dung tìm hiểu nguyên lý làm việc của mô đun rơ le giúp học sinh hiểu rõđược công dụng của mô đun này Bước đầu hình dung được các thành phần cơ bảntrong thiết kế hệ thống

b Nội dung hoạt động.

90.3 kΩ Giữ nguyên hai que đo, thay đổi độ ẩm của đất bằng cách tưới thêm nướcvào mẫu đất Giá trị điện trở đo được tương ứng với mẫu đất ẩm là 63.3 kΩ.

Hình 2 Thí nghiệm đo điện trở đất

Điền kết quả thực nghiệm của nhóm vào bảng

Nhận xét, đánh giá về mối liên hệ giữa điện trở với độ ẩm của đất:

ND2: Tìm hiểu một số tính chất đặc trưng của đất trồng

Đọc nội dung SGK bà 07 CN 10 “Một số tính chất của đất trồng” trả lời một số câuhỏi liên quan sau:

* Khái niệm keo đất, thành phần chính của keo đất:

+ Khái niệm keo đất:

+ Cấu tạo keo đất: Điền tên các lớp cấu thành keo đất cho bởi hình 02

Hình 3 Cấu tạo keo đất

+ Vị trí, đặc điểm của các lớp trong keo đất

Mẫu đất Giá trị điện trở (KΩ)

Đất khô

Đất có độ ẩm cao

- Điền thông tin vào bảng chỉ tính chất của đất theo nồng độ Ion [H+] và [H-].

Nồng độ Ion [H + ] và [H - ] Phản ứng của dung dịch đất

* Hãy cho biết các hạt dẫn điện cơ bản có trong dung dịch đất:

ND3 Khảo sát tính chất dẫn điện của đất trồng

Tiến hành lắp đặt mạch điện kiểm tra độ dẫn điện của đất: Cắt dây đồng ở[bảng 1, STT 3] thành hai đoạn, mỗi đoạn có độ dài 6 Cm làm điện cực Dùng dâydẫn điện đấu nối mạch điện như hình 3.1 Ban đầu, cắm hai điện cực xuống mẫuđất khô (1/2 điện cực được cắm xuống đất) Khoảng cách giữa hai điện cực là l.Quan sát độ sáng của đèn Led Làm ẩm mẫu đất bằng cách tưới nước vào mẫu đất.Quan sát sự thay đổi về độ sáng của đèn Led

Hình 4 Khảo sát tính chất dẫn điện của đất trồng

Hình 5 Sơ đồ mạch điện khảo sát tính chất dẫn điện của đất trồng

- Nhận xét về đồ sáng của đèn Led trong thí nghiệm trên:

- Dựa vào một số tính chất của đất trồng, hãy giải thích nguyên nhân dẫn đến độsáng của đèn Led là khác nhau trong thí nghiệm trên:

- Sử dụng đồng hồ vạn năng, đo hiệu điện thế giũa hai đầu đoạn mạch như hìnhdưới Điền thông số vào bảng dưới đây

Hình 6 Xác định hiệu điện thế giữa hai đầu điện cực

- Gọi điện trở của đất tương ứng với khoảng l cách giữa hai điện cực là Rđ; điện trởcủa đèn Led là RL; Hiệu điện thế của nguồn điện B1 là 9V Áp dụng định luật Ôm,hãy xây dựng công thức xác định hiệu điện thế giữa hai điểm AB: