Xây dựng và thực hiện chủ đề dạy học STEM thiết kế hệ thống tưới nước tự động

Và mục tiêu tổng quát trong Nghị quyết nêu rõ “...Giáo dục con người Việt Nam phát triển toàn diện và phát huy tốt nhất tiềm năng, khả năng sáng tạo của mỗi cá nhân...” Vật Lí là một môn

PHẦN MỘT ĐẶT VẤN ĐỀ

1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ các ngành khoa học kỹ thuật công nghệ và sự bùng nổ thông tin trên nhiều lĩnh vực, thế giới đang bước vào giai đoạn toàn cầu hóa thì vai trò của giáo dục hết sức quan trọng và đặc biệt là đổi mới giáo dục trong giai đoạn hiện nay Nhiệm vụ của giáo dục hiện nay là đào tạo ra những con người có tính chủ động cao, năng động, sáng tạo có đầy đủ các năng lực phẩm chất tốt như năng lực tự học, giải quyết vấn đề và sáng tạo, thẩm

mỹ, thể chất, giao tiếp, hợp tác, tính toán, sử dụng công nghệ thông tin và truyền thông Định hướng giáo dục đào tạo hiện nay tại Hội nghị lần thứ tám của Ban Chấp Hành Trung ương Đảng khóa XI đã ra Nghị quyết số 29/NQ-TW về đổi mới căn bản, toàn diện Giáo dục đào tạo Với quan điểm chỉ đạo: “ Chuyển mạnh quá trình giáo dục từ chủ yếu trang bị kiến thức sang phát triển toàn diện năng lực và phẩm chất người học Học đi đôi với hành; Lý luận gắn với thực tiễn ” Và mục tiêu tổng quát trong Nghị quyết nêu rõ “ Giáo dục con người Việt Nam phát triển toàn diện và phát huy tốt nhất tiềm năng, khả năng sáng tạo của mỗi cá nhân ”

Vật Lí là một môn khoa học thực nghiệm, nên một trong các khâu quan trọng của quá trình đổi mới phương pháp dạy học Vật Lí là nhằm tăng cường hoạt động nghiên cứu và tìm hiểu các ứng dụng kỹ thuật của học sinh trong quá trình học tập thông qua việc giao nhiệm vụ liên quan đến việc tìm hiểu công dụng, nguyên tắc hoạt động, cấu tạo của các thiết bị thí nghiệm và các thiết bị ứng dụng trong cuộc sống để học sinh được tham gia nghiên cứu khoa học, qua

đó giúp học sinh hiểu sâu sắc hơn các kiến thức Vật Lí

Trong đề tài này, tôi đề cập đến việc nghiên cứu và vận dụng quan điểm giáo dục STEM, hiện đang được triển khai trong các năm học gần đây Đây là phương thức giáo dục tích hợp theo cách tiếp cận liên môn và thông qua thực hành, ứng dụng, trải nghiệm sáng tạo 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 các lĩnh 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 học sinh không chỉ hiểu biết về nguyên

lý mà còn có thể áp dụng để thực hành và tạo ra được những sản phẩm trong cuộc sống hằng ngày Giáo dục STEM sẽ tạo ra những con người lao động có năng lực làm việc tốt trong các môi trường có tính sáng tạo cao, những công việc đòi hỏi hàm lượng trí tuệ cao của thế kỷ 21, góp phần tạo ra những thế hệ công dân mới có đầy đủ phẩm chất, năng lực để đáp ứng được yêu cầu phát triển của đất nước Điều này phù hợp với cách tiếp cận tích hợp trong Chương trình GDPT mới 2018 đang triển khai hiện nay

Qua quá trình nghiên cứu và giảng dạy chương trình Vật Lí, nghề điện dân dụng và công nghệ, tôi nhận thấy có thể áp dụng một số nội dung trong các

bộ môn trên vào thiết kế xây dựng chủ đề giáo dục STEM nhằm giúp học sinh tự tạo ra các sản phẩm có thể ứng dụng vào trong cuộc sống hàng ngày Chính vì những lí do trên, với mong muốn góp phần vào việc đổi mới nâng cao chất lượng và hiệu quả dạy học môn Vật Lí ở trường THPT, tôi xác định đề tài

nghiên cứu: “Xây dựng và thực hiện chủ đề dạy học STEM thiết kế hệ thống tưới nước tự động” Hy vọng đề tài này sẽ góp một phần nhỏ, là nguồn tài liệu

tham khảo có ích giúp các thầy cô và các bạn đọc tham khảo và vận dụng vào quá trình dạy học môn Vật Lý theo định hướng STEM ở các trường phổ thông

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: HS trường THPT Lê Lợi Quá trình dạy học Vật lý ở trường phổ thông

- Phạm vi nghiên cứu: Các chủ đề dạy học STEM phần điện học thuộc chương trình Vật lý THPT Tiến hành thực nghiệm sư phạm tại trường THPT Lê Lợi huyện Tân Kỳ

- Thời gian nghiên cứu: Từ tháng 09/2020 đến tháng 03/2021

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Phân tích cơ sở lý luận và thực tiễn của giáo dục STEM trong trường phổ thông

- Đề xuất giải pháp thực hiện đề tài nghiên cứu: Xây dựng và thực hiện chủ đề

dạy học STEM thiết kế hệ thống tưới nước tự động và tiến hành thực nghiệm tổ

chức dạy học 3 tiết của chủ đề trên tại trường THPT Lê Lợi

- Trên cơ sở chủ đề đã thực nghiệm, lựa chọn và giới thiệu cách tổ chức hoạt động dạy học các tiết cụ thể của chủ đề dạy học STEM thiết kế hệ thống tưới nước tự động theo các phương pháp, hình thức dạy tích cực nhằm định hướng phát triển các năng lực phẩm chất HS

4 Đóng góp mới của đề tài

- Đề tài đã xây dựng và thực hiện được chủ đề dạy học STEM, qua chủ đề đã giúp học sinh tự mình thiết kế và chế tạo được hệ thống tưới nước tự động có thể dùng để tưới nước cho bồn hoa, chậu cây cảnh tại trường hoặc ở nhà, góp phần tạo nên môi trường xanh sạch đẹp

- Tổ chức dạy học chủ đề STEM thiết kế hệ thống tưới nước tự động theo tại trường THPT Lê Lợi phù hợp với điều kiện dạy học của nhà trường và thu được những kết quả nhất định nhằm nâng cao chất lượng dạy học bộ môn Vật lý, công nghệ và nghề điện dân dụng và các môn học STEM, đưa giáo dục STEM vào trường học, góp phần vào phong trào thi đua đổi mới sáng tạo trong dạy học đáp ứng với yêu cầu chương trình GDPT tổng thể

PHẦN HAI NỘI DUNG

I CỞ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

1 Cơ sở lý luận về giáo dục STEM trong nhà trường phổ thông đáp ứng với chương trình GDPT mới

1.1 Khái niệm về giáo dục STEM

STEM là viết tắt của các từ Science (khoa học), Technology (công nghệ), Engineering (kỹ thuật) và Math (toán học) Tùy theo ngữ cảnh khác nhau mà thuật ngữ STEM được hiểu như là các môn học hay các lĩnh vực 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, Kĩ 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 Trong ngữ cảnh nghề nghiệp, STEM được hiểu là nghề nghiệp thuộc các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học

Giáo dục STEM là một cách tiếp

cận liên ngành trong quá trình học,

trong đó các khái niệm học thuật mang

tính nguyên tắc được lồng ghép với các

bài học trong thế giới thực, ở đó các học

sinh áp dụng các kiến thức trong khoa

học, công nghệ, kỹ 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 cùng với đó có thể cạnh tranh trong nền kinh kế mới

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 các lĩnh vực khoa học, công nghệ,

kỹ thuật và toán học Các kiến thức và kỹ năng này phải được tích hợp, lồng ghép và bổ trợ cho nhau, giúp học sinh không chỉ hiểu biết về nguyên lý mà còn

có thể thực hành và tạo ra được những sản phẩm trong cuộc sống hằng ngày Giáo dục STEM sẽ thu hẹp khoảng cách giữa hàn lâm và thực tiễn, tạo ra những con người có năng lực làm việc “tức thì” trong môi trường có tính sáng tạo cao

và sử dụng trí óc có tính chất công việc ít lặp lại trong thế kỷ 21

Hiện nay, giáo dục STEM được nhiều tổ chức, nhà giáo dục quan tâm nghiên cứu Ở ngữ cảnh giáo dục và trên bình diện thế giới, STEM được hiểu với nghĩa là giáo dục STEM Giáo dục STEM có một số cách hiểu khác nhau

Theo Bộ Giáo dục Hoa Kỳ (2007): “Giáo dục STEM là một chương trình nhằm cung cấp hỗ trợ, tăng cường, giáo dục Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và

Toán học (STEM) ở tiểu học và trung học cho đến bậc sau đại học”

Nhóm tác giả Tsupros N, Kohler R., và Hallinen J (2009) cho rằng: “Giáo dục STEM là một phương pháp học tập tiếp cận liên ngành, ở đó những kiến thức hàn lâm được kết hợp chặt chẽ với các bài học thực tế thông qua việc HS được

áp dụng những kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học vào trong những bối cảnh cụ thể tạo nên 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”

Tác giả Lê Xuân Quang (2017) cho rằng: “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 được gắn với thực tiễn, PPDH theo quan điểm dạy học định hướng hành động”

Ngoài ra, giáo dục STEM được hiểu theo hướng là một phương pháp dạy học theo tiếp cận liên ngành tổng hợp thành một mô hình học tập từ các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học 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, Kĩ 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, Kĩ 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, Kĩ thuật và Toán học Tác giả Tsupros định nghĩa

“Giáo dục STEM là một phương pháp học tập tiếp cận liên ngành, ở đó những kiến thức hàn lâm được kết hợp chặt chẽ với các bài học thực tế thông qua việc

HS được áp dụng những kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học vào trong những bối cảnh cụ thể tạo nên 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 hai lĩnh vực về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên Theo quan niệm này,

tác giả Sanders định nghĩa: “Giáo dục STEM là 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”

Bên cạnh đó, giáo dục STEM cũng được quan niệm STEM như là chương trình đào tạo dựa trên ý tưởng giảng dạy cho HS bốn lĩnh vực cụ thể: Khoa học,

Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học - trong một liên ngành và phương pháp tiếp cận ứng dụng Thay vì dạy bốn lĩnh vực này theo những môn học tách biệt và rời rạc, STEM tổng hợp chúng thành một mô hình học tập liền mạch dựa trên các ứng dụng thực tế Trong nghiên cứu này giáo dục STEM được hiểu theo nghĩa thứ ba và được tác giả định nghĩa như sau: “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 được gắn với thực tiễn, PPDH theo quan điểm dạy học định hướng hành động” Ở ngữ cảnh giáo dục và trên bình diện thế giới, STEM được hiểu với nghĩa là giáo dục STEM trong đó: Science (Khoa học): Là môn học nhằm phát triển khả năng sử dụng các kiến thức Khoa học (Vật lí, 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

lí, 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 (Kĩ 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 kĩ thuật Kĩ 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 Kĩ 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 lí, Hóa học, Sinh học Ở Việt Nam môn Công nghệ đã bao hàm cả yếu tố Công nghệ và Kĩ thuật, do vậy Môn Công nghệ và môn Kĩ 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 lí, Hóa học, Sinh học, Công nghệ, Tin học và Toán

Vào những thập niên 50 và 60, Mỹ là nước đầu tiên phổ cập giáo dục phổ thông cho cả nước và cũng là nước đầu tiên tạo ra hệ thống các trường cao đẳng, đại học rộng rãi Hệ thống giáo dục của họ vào thời điểm này được đánh giá là tốt nhất thế giới, cùng với đó là những kết quả tuyệt vời mà nền khoa học và kinh tế Mỹ đạt được Tuy nhiên, ngày nay nhiều nước đã cho thấy học sinh của

họ có một bước tiến vượt bậc và nổi trội so với học sinh của Mỹ về các kỹ năng cũng như kiến thức trong trường học phổ thông, chẳng hạn như Phần Lan, Hàn

Quốc, Hồng Công hay Singapore Một trong những bước đi quan trọng của Mỹ trong cải cách giáo dục để tìm lại vị thế của mình là phát triển giáo dục STEM Tại sao giáo dục STEM lại trở nên quan trọng như vậy và chúng ta cần phải hiểu như thế nào về giáo dục STEM?

1.2 Giáo dục STEM tại Việt Nam

Giáo dục STEM xuất hiện ở Việt Nam từ năm 2010, hướng đến thị trường

là những thành phố lớn và chỉ tập trung vào 2 mảng chính là robot và lập trình Trải qua thời gian phát triển, STEM dần trở thành từ khóa được tìm kiếm hàng đầu trong lĩnh vực kinh doanh giáo dục, cùng thị trường cung cấp giải pháp rộng lớn Tuy nhiên, trong các trường học, STEM vẫn chiếm vị trí quá khiêm tốn

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 lí thuyết và thực hành trong nhà trường với thực tiễn đời sống; đẩy mạnh thực hiện dạy học theo phương châm "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 Kĩ 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 theo 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 lí, 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

1.3 Mục tiêu giáo dục STEM

Dưới góc độ giáo dục và vận dụng trong bối cảnh Việt Nam, giáo dục STEM một mặt thực hiện đầy đủ mục tiêu giáo dục đã nêu trong chương trình giáo dục phổ thông, mặt khác giáo dục STEM nhằm ba mục tiêu chính sau :

- Phát triển các năng lực đặc thù của các môn học về STEM cho học sinh: chú trọng phát triển những kiến thức, kỹ năng liên quan đến các môn Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán; biết vận dụng phối hợp các kiến thức, kỹ năng để

giải quyết các vấn đề thực tiễn

- Phát triển năng lực cốt lõi cho học sinh: bên cạnh những hiểu biết về lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học, giáo dục STEM trang bị cho học sinh những kỹ năng phù hợp để đáp ứng yêu cầu mang tính thách thức trong thế

kỉ 21

- Định hướng nghề nghiệp cho học sinh: tạo điều kiện cho học sinh có những kiến thức, kỹ năng nền tảng cho việc học tập ở các bậc học cao hơn cũng như chọn nghề nghiệp tương lai của các em, góp phần đào tạo ra nguồn nhân lực chất lượng cho xã hội, đặc biệt là đối với các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM

Tùy theo bối cảnh, mục tiêu giáo dục STEM ở các quốc gia có khác nhau Tại Anh, mục tiêu giáo dục STEM là tạo ra nguồn nhân lực nghiên cứu khoa học chất lượng cao Còn tại Mỹ, ba mục tiêu cơ bản cho giáo dục STEM là: trang bị cho tất cả các công dân những kỹ năng về STEM, mở rộng lực lượng lao động trong lĩnh vực STEM bao gồm cả phụ nữ và dân tộc thiểu số nhằm khai thác tối

đa tiềm năng con người của đất nước, tăng cường số lượng HS sẽ theo đuổi và nghiên cứu chuyên sâu về các lĩnh vực STEM Tại Úc, mục tiêu của giáo dục STEM là xây dựng kiến thức nền tảng của quốc gia nhằm đáp ứng các thách thức đang nổi lên của việc phát triển một nền kinh tế cho thế kỉ 21

Như vậy, mục tiêu giáo dục STEM ở các quốc gia có khác nhau nhưng đều hướng tới sự tác động đến người học, hướng tới vận dụng kiến thức các môn học để giải quyết các vấn đề thực tiễn nhằm đáp ứng các mục tiêu phát triển kinh tế, xã hội của đất nước

2 Các phương án và hình thức tổ chức dạy học Vật lí theo định hướng giáo

dục STEM ở trường THPT

2.1 Phương pháp xây dựng chủ đề giáo dục STEM ở trường phổ thông

Để từng bước đưa Giáo dục STEM vào trường phổ thông làm tiền đề, cơ

sở để thực hiện chương trình giáo dục phổ thông mới, theo tôi cần phải xây dựng theo các chủ đề từng môn hoặc tích hợp liên môn ở các môn học STEM Các chủ đề STEM cần theo hướng rất linh hoạt và có thể triển khai dưới nhiều hình thức Để xây dựng một chủ đề STEM theo định hướng bồi dưỡng năng lực cho học sinh, nên thực hiện theo các bước sau:

Bước 1 Xác định đối tượng, thời gian, hình thức tổ chức chủ đề STEM

Đối tượng: cần xác định đối tượng phù hợp với chủ đề trên cơ sở nội dung

bám sát với chương trình phổ thông của Bộ Giáo dục và Đào tạo Đối tượng học sinh nên theo lớp từ lớp 1 đến lớp 12

Thời gian: cần xác định thời gian phù hợp gồm cả thời gian chuẩn bị, thời gian

thực hiện Mỗi chủ đề nên xây dựng thời gian thực hiện trên lớp từ 60 đến 90 phút

Hình thức tổ chức: có thể tổ chức trong giờ học chính khóa tại các phòng STEM

của nhà trường hoặc tại các cơ sở sản xuất, phòng STEM các doanh ngiệp,các trường đào tạo nghề

Bước 2 Nêu vấn đề thực tiễn

Giáo viên nêu vấn đề thực tiễn bằng nhiều hình thức như: một câu chuyện, một tình huống thực tiễn, bài tập thực tiễn, dự án học tập giải quyết các vấn đề thực tiễn, hoạt động trải nghiệm sáng tạo, hoạt động nghiên cứu khoa học

… làm cho học sinh xuất hiện nhu cầu giải quyết vấn đề thực tiễn

Bước 3 Đặt câu hỏi định hướng, hình thành ý tưởng của chủ đề, hệ thống kiến thức STEM trong chủ đề

Các câu hỏi tập trung vào các nội dung: Chủ đề nhằm mục đích gì? Nhiệm vụ chính trong chủ đề là gì? Chủ đề có ý nghĩa gì trong thực tiễn? Kiến thức môn học STEM nào liên quan? …

Ý tưởng chủ đề hướng tới các vấn đề thực tiễn gì liên quan để giải quyết được vấn đề thực tiễn

Xây dựng hệ thống kiến thức thuộc lĩnh vực STEM trong chủ đề Các kiến thức các môn STEM liên quan cần xác định trọng tâm, liên quan trực tiếp chủ đề, do đó khi xây dựng chủ đề STEM cần thiết phải hợp tác giữa giáo viên các bộ môn

Bước 4 Xác định mục tiêu của chủ đề

Cần xác mục tiêu về kiến thức, kỹ năng và thái độ cần đạt được sau khi thực hiện chủ đề STEM cho học sinh Mục tiêu cần rõ ràng, có tính khả thi phù hợp với năng lực học sinh và điều kiện địa phương

Bước 5 Chuẩn bị các mẫu vật, hóa chất, dụng cụ, vị trí để thực hiện chủ đề STEM

Trên cơ sở nội dung, mục tiêu chủ đề, giáo viên chuẩn bị hoặc hướng dẫn học sinh chuẩn bị đầy đủ cơ sở vật chất, dụng cụ … cần thiết để tổ chức thực hiện chủ đề

Bước 6 Xác định được quy trình (các hoạt động hoặc chuỗi hoạt động) kĩ thuật giải quyết vấn đề thực tiễn bằng ứng dụng STEM và thực hiện được các hoạt động giải quyết vấn đề thực tiễn

Giáo viên xây dựng quy trình tổ chức, thực hiện chủ đề STEM theo các hoạt động một cách rành mạch, rõ ràng, dễ thực hiện

Tuy nhiên, ở mức độ cao hơn, giáo viên chỉ nêu mục tiêu chủ đề, yêu cầu đạt được, cung cấp cơ sở vật chất cần thiết yêu cầu học sinh tự xây dựng các bước

và thực hiện chủ đề

Một trong những giá trị cốt lõi chương trình thực hiện chủ đề STEM là truyền

cảm hứng về khả năng sáng tạo của cá nhân, giúp phát triển các đặc điểm của cá nhân sáng tạo: tính trôi chảy,tính linh hoạt, tính độc đáo, tính tỉ mỉ

Bước 7 Báo cáo kết quả, nêu các kiến nghị, đề xuất mới

Sau khi thực hiện chủ đề, học sinh báo cáo kết quả quá trình ứng dụng STEM giải quyết vấn đề thực tiễn, có thể đề xuất một số vấn đề mới phát sinh, ý tưởng mới liên quan đến chủ đề

Giáo viên kết luận vấn đề, tổng kết

2.2 Tiến trình tổ chức dạy học STEM trong trường Trung học

Mỗi bài học STEM thường được tổ chức theo 5 hoạt động như sau:

Hoạt động 1: Xác định vấn đề

Trong hoạt động này, GV giao cho HS nhiệm vụ học tập chứa đựng vấn

đề, trong đó HS phải hoàn thành một sản phẩm học tập cụ thể với các tiêu chí đòi hỏi HS phải sử dụng kiến thức mới trong bài học để đề xuất, xây dựng giải pháp và thiết kế nguyên mẫu của sản phẩm cần hoàn thành Tiêu chí của sản phẩm là yêu cầu hết sức quan trọng, bởi đó chính là "tính mới" của sản phẩm, kể

cả sản phẩm 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 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 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 Dưới sự trao đổi, góp ý của các bạn, GV, HS tiếp tục hoàn thiện (có thể phải thay đổi để bảo đảm khả thi) bản thiết kế trước khi tiến hành chế tạo, thử nghiệm

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

HS tiến hành chế tạo mẫu theo bản thiết kế đã hoàn thiện; 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 và tối ưu (theo nhận thức của HS)

Hoạt động 5: Chia sẻ, thảo luận, 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 chỉnh, hoàn thiện

2.3 Các phương án và hình thức tổ chức dạy học Vật lí theo định hướng giáo dục STEM ở trường THPT

Phương án và hình thức tổ chức theo định hướng giáo dục STEM về bản chất là mở rộng các hoạt động dạy và học bằng cách tạo môi trường, bối cảnh cụ thể để HS được trải nghiệm, vận dụng kiến thức, sử dụng kỹ năng và thể hiện thái độ của bản thân Trong dạy học STEM nói chung, các phương pháp và kỹ thuật dạy học tích cực được sử dụng để tạo động cơ, thúc đẩy nhu cầu khám phá

và hỗ trợ xây dựng, tổ chức các hoạt động nhận thức tích cực ở người học Để huy động vốn kiến thức, kinh nghiệm, khuyến khích tư duy của người học

Dựa vào phân loại ở trên cho thấy giáo dục STEM thường được thực hiện trong hai bối cảnh:

- Học tập thông qua chủ đề 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)

Về bản chất, là lấy chủ đề giáo dục STEM làm xuất phát điểm của quá trình nhận thức HS sẽ được đối diện với nó trước, thông qua đó HS phải đi tìm hiểu, nghiên cứu HS tự định hướng nghiên cứu các kiến thức có liên quan Ở chủ đề dạng này, GV thường sử dụng dạy học giải quyết vấn đề

- Học tập thông qua chủ đề có tính chất vận dụng Là chủ đề được xây dựng trên

cơ sở kiến thức HS đã được học HS một lần nữa được vận dụng kiến thức vào trong cuộc sống và soi sáng những lí thuyết HS đã được học

Vì vậy ta có các phương án và hình thức tổ chức dạy học Vật lí theo định hướng giáo dục STEM ở trường THPT sau đây:

Dạy học giải quyết vấn đề

Về lí luận, dạy học giải quyết vấn đề hay còn gọi là dạy học nêu vấn đề, dạy học gợi mở vấn đề… với ý nghĩa nhấn mạnh khác nhau nhưng bản chất không có gì khác biệt Thuật ngữ “dạy học nêu vấn đề” muốn nhấn mạnh tới khâu tạo ra tình huống có vấn đề, khâu quan trọng có ý nghĩa quyết định của kiểu dạy học này Tuy nhiên, thuật ngữ “dạy học nêu vấn đề” làm cho người ta

có thể hiểu nhầm rằng tình huống có vấn đề là do GV nêu ra theo ý muốn chủ quan của mình Thêm vào đó, có thể hiểu rằng kiểu dạy học này chỉ dừng lại ở việc nêu ra vấn đề chứ không nói rõ được vai trò của HS trong quá trình giải quyết vấn đề Thuật ngữ “dạy học gợi mở vấn đề” khắc phục được nhược điểm thứ nhất nhưng vẫn chưa khắc phục được nhược điểm thứ hai là thuật ngữ “dạy học giải quyết vấn đề” có hàm ý đề cập tới việc phát hiện được tình huống có vấn đề và giúp HS giải quyết được tình huống có vấn đề Có thể nói thuật ngữ này làm rõ hơn bản chất của kiểu dạy học so với các thuật ngữ trên Dạy học giải quyết vấn đề là một quan điểm dạy học mà bản chất là đặt ra trước HS một hệ thống các vấn đề nhận thức có chứa đựng mâu thuẫn giữa cái đã biết và cái chưa biết, chuyển HS vào tình huống có vấn đề, kích thích HS tự giác, có nhu cầu mong muốn giải quyết vấn đề, kích thích hoạt động tư duy tích cực của HS trong

quá trình giải quyết vấn đề, tức là làm cho HS tích cực tự giác trong việc giành lấy kiến thức một cách chủ động Ở đây “giải quyết vấn đề” được hiểu là cách thức cá nhân sử dụng kiến thức đã có, những kỹ năng và sự hiểu biết của mình

để đáp ứng nhu cầu của một tình huống không quen thuộc Người học phải tổng hợp những gì đã học được và áp dụng vào một hoàn cảnh mới và khác nhau Tác giả Trần Bá Hoành đã cụ thể hóa dạy học giải quyết vấn đề gồm các bước sau :

Bước 1 Đặt vấn đề, xây dựng bài toán nhận thức :

Tạo tình huống có vấn đề

- Phát hiện và nhận dạng vấn đề nảy sinh

- Phát biểu vấn đề cần giải quyết

Bước 2 Giải quyết vấn đề đặt ra:

- Đề xuất các giả thuyết

- Lập kế hoạch giải quyết vấn đề

- Thực hiện kế hoạch giải quyết vấn đề

Bước 3 Kết luận:

- Thảo luận kết quả và đánh giá

- Khẳng định hay bác bỏ giả thuyết đã nêu

- Phát biểu kết luận

- Đề xuất vấn đề mới Tuy nhiên, trong quá trình dạy học GV có thể linh hoạt sử dụng để phù hợp với mục đích, nội dung bài học và đối tượng HS

Dạy học dự án

Bản chất chất của dạy học theo dự án theo nghĩa rộng là một PPDH, trong

đó người học thực hiện một nhiệm vụ học tập phức hợp, có sự kết hợp giữa lí thuyết và thực hành Dưới sự chỉ đạo của GV, nhiệm vụ này được người học thực hiện với tính tự lực cao trong toàn bộ quá trình: từ việc xác định mục đích học tập, lập kế hoạch, đến việc thực hiện dự án, kiểm tra, điều chỉnh, đánh giá quá trình và kết quả thực hiện Kết quả dự án học tập là những sản phẩm có thể trình bày, giới thiệu các bước thực hiện

Dựa theo quy trình thực hiện dự án, dạy học theo dự án có thể được thực hiện theo các bước sau:

Bước Hoạt động của GV Hoạt động của HS

- Làm việc nhóm để lựa chọn chủ đề dự án

Xây dựng kế hoạch dự án: xác 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

- Thiết kế dự án: xác định lĩnh vực thực tiễn ứng dụng nội dung học, ai cần, ý tưởng và tên dự

án

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

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

- Cùng giáo viên thống nhất các tiêu chí đánh giá

dự án

- Chuẩn bị các tài liệu hỗ trợ giáo viên và học sinh cũng như các điều kiện thực hiện dự án trong thực tế

- Theo dõi, hướng dẫn, đánh giá học sinh trong quá trình thực hiện dự

án

- Phân công nhiệm vụ các thành viên trong nhóm thực hiện dự án theo đúng

kế hoạch

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

- Tiến hành thu thập, xử

lý thông tin thu được

Thực hiện dự án - Chuẩn bị cơ sở vật

chất, tạo điều kiện thuận lợi cho các em thực hiện dự án

- Xây dựng sản phẩm hoặc bản báo cáo

- Bước đầu thông qua sản phẩm cuối của các nhóm học sinh

Liên hệ, tìm nguồn giúp

đỡ khi cần Thường xuyên phản hồi, thông báo thông tin cho giáo viên và các nhóm khác

Kết thúc dự án

- Chuẩn bị cơ sở vật chất cho buổi báo cáo dự án

- Theo dõi, đánh giá sản phẩm dự án của các nhóm

- Chuẩn bị tiến hành giới thiệu sản 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

Sơ đồ các bước thực hiện dạy học theo dự án Bước 1 Xác định chủ đề và mục tiêu của dự án học tập GV và HS cùng nhau đề

xuất, xác định chủ đề và mục tiêu của dự án học tập; trong đó GV có thể giới thiệu một số hướng đề tài để HS lựa chọn và cụ thể hóa

Bước 2 Xây dựng nội dung và kế hoạch thực hiện dự án với sự hướng dẫn của

GV, HS (có thể theo nhóm) xây dựng nội dung và kế hoạch thực hiện dự án: công việc, phương tiện, điều kiện, thời gian dự kiến, cách tiến hành và phân công công việc cụ thể

Bước 4 Đánh giá dự án HS (đại diện nhóm) báo cáo quá trình thực hiện và kết

quả có đối sánh với mục tiêu ban đầu, giới thiệu sản phẩm (báo cáo tổng hợp số liệu, kết luận hoặc sản phẩm cụ thể) và tự đánh giá GV nhận xét và đánh giá, phân loại dự án học tập

* Phân loại theo nhóm chuyên môn:

+ Dự án trong một môn học: là loại dự án học tập trong đó trọng tâm nội dung nằm trong một môn học

+ Dự án liên môn: là dự án mà trọng tâm nội dung nằm trong nhiều môn học khác nhau

+ Dự án ngoài chuyên môn: là các dự án không phụ thuộc vào nội dung các môn học

* Phân loại theo quỹ thời gian:

+ Dự án nhỏ: thực hiện trong một số giờ học, có thể từ 2 đến 4 giờ

+ Dự án trung bình: Dự án trong một hoặc một số ngày, nhưng giới hạn là trong một hoặc 40 giờ học

+ Dự án lớn: dự án thực hiện với quỹ thời gian lớn, tối thiểu là 1 tuần hay hơn

40 giờ học và có thể kéo dài nhiều tuần

Phân loại theo nhiệm vụ:

+ Dự án tìm hiểu: là dự án khảo sát thực trạng đối tƣợng

+ Dự án nghiên cứu: nhằm giải quyết các vấn đề, giải thích các hiện tượng, các quá trình

+ Dự án kiến tạo: trọng tâm là tạo ra các sản phẩm vật chất, hoặc thực hiện một

kế hoạch hành động thực tiễn

Các dự án trên không hoàn toàn tách biệt nhau Dự án có tính chất tổng hợp là dự án kết hợp nhiều hoạt động khác nhau Trong từng lĩnh vực chuyên môn có thể phân loại các dạng dự án theo đặc thù riêng

Biện pháp phát huy tính tích cực của học sinh trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM

Để phát huy tính tích cực của học sinh trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM, giáo viên cần tạo ra hứng thú, động cơ học tập cho học sinh Các biện pháp khả dĩ là:

- Tổ chức các nội dung dạy học gắn với thực tiễn, vận dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề thực tiễn

- Đưa học sinh vào tiến trình tìm tòi nghiên cứu, giải quyết các nhiệm vụ có tính thực tiễn, vận dụng kiến thức vào các tình huống mới

- Phối hợp nhiều hình thức tổ chức học tập đa dạng và phong phú nhằm đáp ứng nhu cầu học tập như: cá nhân, nhóm, tập thể, tham quan, phòng thí nghiệm,tổ chức thảo luận, báo cáo…

- Sử dụng các phương tiện dạy học hiện đại

II XÂY DỰNG CHỦ ĐỀ DẠY HỌC STEM, THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC TỰ ĐỘNG

1 Xây dựng chủ đề

1.1 Bối cảnh xây dựng chủ đề

Trong các gia đình và tại trường học đều được trang bị các chậu cây cảnh trang trí, trong sân trường đã phủ xanh bằng các bồn hoa Tuy nhiên việc tưới cây đúng thời điểm, đặc biệt là vào các ngày chủ nhật và ngày lễ, Tết và mùa hè đôi khi không thực hiện tốt khiến đất không đủ độ ẩm để cây phát triển Chúng

ta cần giải quyết vấn đề này bằng cách thiết kế một hệ thống tưới nước tự động

- Phát triển các phẩm chất (thái độ tích cực, hợp tác, yêu thích, say mê khoa học, có ý thức bảo vệ môi trường), các năng lực chung (năng lực giải quyết vấn

đề và sáng tạo, giao tiếp và hợp tác, tự chủ và tự học) cho HS

1.3 Kiến thức STEM trong chủ đề

Tên sản

phẩm

Khoa học (S)

Công nghệ (T) Kỹ thuật

(E)

Toán học (M)

dễ tìm, rẻ trên các trang thương mại điện tử, đảm bảo an toàn

Nắm vững được kiến thức về độ

ẩm của đất

Quy trình thiết kế, rắp ráp một sản phẩm

Định lượng

và định tính các nguyên vật liệu cần thiết để lắp đặt hệ thống tưới nước tự động

1.4 Chuẩn bị

Mỗi nhóm chuẩn bị các dụng cụ và vật liệu cần thiết để lắp ráp hệ thống tưới nước tự động như sau:

STT Vật liệu chuẩn

bị

Số lượng

Công dụng Hình ảnh minh họa

01 Khay nhựa 02 Chứa nước và

mẫu đất trồng, gồm mẫu đất khô

07 Máy bơm nước

loại nhỏ 5V

01 Bơm nước tưới

08 Kéo, băng keo,