Luận văn thạc sĩ thiết kế chế tạo các thí nghiệm đơn giản để sử dụng trong dạy học khoa học tự nhiên lớp 6

Muốn thực hiện được điều đó thay vì dạy học theo “lối truyền thụ một chiều” sang dạy “cách học, cách vận dụng kiến thức, rèn luyện kỹ năng, hình thành năng lực và phẩm chất của

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ––––––––––––––––––––––

NGUYỄN ANH TUẤN

THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁC THÍ NGHIỆM ĐƠN GIẢN

ĐỂ SỬ DỤNG TRONG DẠY HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LỚP 6

THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ––––––––––––––––––––––

NGUYỄN ANH TUẤN

THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁC THÍ NGHIỆM ĐƠN GIẢN

ĐỂ SỬ DỤNG TRONG DẠY HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LỚP 6

THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM

Ngành: Lý luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí

Mã số: 8140111

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Thị Thu Hà

THÁI NGUYÊN - 2020

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam kết luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nghiên cứu và những kết luận của luận văn này chưa được công bố trong bất kì một công trình nghiên cứu nào

Thái Nguyên, tháng 6 năm 2020

Tác giả

Nguyễn Anh Tuấn

LỜI CẢM ƠN

Để có được luận văn này, cho phép tôi được bày tỏ sự biết ơn của mình đến:

- Ban giám hiệu, Phòng sau đại học, quý thầy (cô) là giảng viên khoa Vật lý trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên, quý thầy (cô) là giảng viên của các trường đại học liên kết đào tạo đã truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm, hướng dẫn cách tiếp cận và nghiên cứu đề tài

- TS Nguyễn Thị Thu Hà với kinh nghiệm, sự nhiệt tình và trách nhiệm cao Cô đã hướng dẫn, hỗ trợ, góp ý và chính sửa cho luận văn của tôi trong quá trình nghiên cứu đề tài và viết luận văn

- Ban giám hiệu trường phổ thông dân tộc nội trú THCS Đồng Hỷ cùng các thầy cô trong tổ bộ môn Khoa học tự nhiên của trường phổ thông dân tộc nội trú THCS Đồng Hỷ, các thầy (cô) đang công tác tại một số trường THCS trên địa bàn Thành phố Thái Nguyên và các em học sinh đã nhiệt tình giúp đỡ và ủng hộ tôi trong quá trình thực hiện đề tài

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

MỤC LỤC

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục các chữ viết tắt vi

Danh mục các bảng vii

Danh mục các hình viii

MỞ ĐẦU 1

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Khách thể và đối tượng nghiên cứu 2

4 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

5 Giả thuyết khoa học 3

6 Phương pháp nghiên cứu 3

7 Đóng góp của đề tài 4

8 Cấu trúc của đề tài 4

PHẦN NỘI DUNG 5

Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 5

1.1 Lịch sử nghiên cứu về giáo dục STEM 5

1.1.1 Giáo dục STEM trên thế giới 5

1.1.2 Nghiên cứu về giáo dục STEM ở trong nước 7

1.2 Giáo dục STEM 11

1.2.1 Khái niệm về giáo dục STEM 11

1.2.2 Giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông mới 12

1.2.3 Thí nghiệm trong dạy học theo định hướng GD STEM 29

1.3 Năng lực giải quyết vấn đề của học sinh 31

1.3.1 Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề 31

1.3.2 Biểu hiện của năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong học tập 32

1.3.3 Cấu trúc của năng lực giải quyết vấn đề 32

1.3.4 Các biện pháp sử dụng thí nghiệm trong dạy học nội dung vật lí môn KHTN theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của HS 34

1.4 Tìm hiểu thực tế dạy học STEM tại trường PT dân tộc nội trú THCS Đồng Hỷ 36

1.4.1 Mục đích điều tra 36

1.4.2 Phương pháp điều tra 37

1.4.3 Đối tượng điều tra 37

1.4.4 Kết quả điều tra 37

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 41

Chương 2: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC NỘI DUNG VẬT LÍ MÔN KHOA HỌC TỰ NHIÊN 6 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 42

2.1 Phân tích nội dung thí nghiệm vật lí trong chương trình Khoa học tự nhiên 6 theo định hướng giáo dục STEM 42

2.1.1 Mục tiêu môn vật lí lớp 6 42

2.1.2 Cấu trúc nội dung Vật lí trong chương trình Khoa học tự nhiên 6 45

2.2 Xây dựng thí nghiệm 45

2.2.1 Nguyên tắc chế tạo thí nghiệm 45

2.2.2 Quy trình chế tạo thí nghiệm 46

2.3 Sử dụng thí nghiệm trong dạy học bài “đòn bẩy và ròng rọc” theo định hướng giáo dục STEM 54

2.3.1 Mục tiêu chủ đề 54

2.3.2 Kiến thức về STEM trong chủ đề 54

2.3.3 Kế hoạch dạy học 55

2.3.4 Chuẩn bị các điều kiện tổ chức dạy học 55

2.4 Đánh giá năng lực GQVĐ của học sinh trong quá trình dạy học 72

2.4.1 Các tiêu chí và phiếu để giáo viên đánh giá nhóm học sinh 72

2.4.2 Các tiêu chí và phiếu để học sinh tự đánh giá và đánh giá đồng đẳng 74

2.4.3 Đề kiểm tra năng lực giải quyết vấn đề 75

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 77

Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 78

3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 78

3.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 78

3.3 Kế hoạch thực nghiệm sư phạm 79

3.4 Tiến hành thực nghiệm sư phạm 79

3.4.1 Công tác chuẩn bị 79

4.4.2 Tổ chức dạy học bài “Đòn bẩy” 79

4.4.3 Tổ chức dạy học bài “Ròng rọc” 81

3.5 Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 82

3.5.1 Đánh giá định tính 82

3.5.2 Đánh giá định lượng 83

3.5.3 Đánh giá chung về thực nghiệm sư phạm 88

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 89

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90

TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Bảng mô tả biểu hiệu năng lực giải quyết vấn đề 32

Bảng 2.1 Bảng kế hoạch dạy học chủ đề “đòn bẩy và ròng rọc” theo định hướng GD STEM 55

Bảng 2.2 Các tiêu chí và mức độ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề 73

Bảng 2.3 Các tiêu chí và mức độ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề 74

Bảng 3.1 Bảng điểm đánh giá nhóm học sinh của giáo viên 83

Bảng 3.2 Bảng điểm tổng hợp đánh giá năng lực GQVĐ của học sinh 84

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Quy trình thiết kế bài học STEM 13

Hình 1.2 Sơ đồ tiến trình tổ chức dạy học Vật lý theo định hướng GD STEM 16

Hình 1.3 Cấu trúc năng lực GQVĐ 33

Hình 1.4 Sơ đồ quy trình sử dụng TN trong tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM 36

Hình 2.1 Sơ đồ quy trình chế tạo thí nghiệm 47

Hình 2.2 Phương án chế tạo thí nghiệm đòn bẩy 48

Hình 2.3 Lắp ráp thành bộ đòn bẩy 49

Hình 2.4 Tiến hành thí nghiệm tác dụng của đòn bẩy 50

Hình 2.5 Thí nghiệm tác dụng của đòn bẩy làm thay đổi hướng của lực 50

Hình 2.6 Thí nghiệm đòn bẩy được lợi về lực 50

Hình 2.7 Phương án chế tạo thí nghiệm ròng rọc tĩnh (a) và ròng rọc động (b) 51

Hình 2.8 Lắp ráp 2 bộ ròng rọc động và tĩnh 52

Hình 2.9 Thí nghiệm về tác dụng của ròng rọc 52

Hình 2.10 Thí nghiệm tác dụng của ròng rọc tĩnh làm thay đổi hướng của lực 53

Hình 2.11 Thí nghiệm tác dụng của ròng rọc động lực kéo vật nhỏ hơn trọng lượng của vật 53

Hình 2.12 Một số hình ảnh về sản phẩm cối giã gạo đơn giảm 67

Hình 2.13 Một số hình ảnh về sản phẩm máy cần cẩu đơn giản 72

Hình 3.1 Tỉ lệ nam và nữ trong lớp TN 75

Hình 3.2 Trung bình điểm đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của nhóm HS nam và nữ 76

Hình 3.3 Điểm trung bình bài kiểm tra và điểm trung bình phiếu đánh giá 76

Hình 3.4 Điểm trung bình học tập với điểm đánh giá năng lực GQVĐ 77

Hình 3.5 Điểm trung bình đánh giá năng lực GQVĐ của các nhóm 77

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Chương trình giáo dục phổ thông mới để được vận dụng trong dạy học một cách hiệu quả và có thể phát huy hết năng lực và tư duy của người học thì chúng ta cần phải nâng cao chất lượng và phương pháp giáo dục hơn nữa Và chương trình giáo dục mới đang hướng học sinh từ tiếp cận, lĩnh hội những kiến thức cơ bản sang phát triển năng lực của người học Muốn thực hiện được điều đó thay vì dạy học theo “lối truyền thụ một chiều” sang dạy “cách học, cách vận dụng kiến thức, rèn luyện kỹ năng, hình thành năng lực và phẩm chất của người học, đồng thời phải chuyển cách đánh giá kết quả giáo dục từ nặng về kiểm tra trí nhớ sang kiểm tra, đánh giá năng lực vận dụng kiến thức tổng hợp để giải quyết vấn đề thực tiễn, nhằm hình thành và phát triển năng lực GQVĐ” Một trong những cách học phát huy được vai trò chủ động, tích cực, sáng tạo và vận dụng tổng hợp các kiến thức của các môn học để giải quyết vấn đề thực tiễn

là dạy học theo định hướng giáo dục STEM

STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học), thường được sử dụng khi bàn đến các chính sách phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học của mỗi quốc gia Thuật ngữ này lần đầu tiên được giới thiệu bởi Quỹ Khoa học Mỹ vào năm 2001

Với những tiếp cận khác nhau, giáo dục STEM sẽ được hiểu và triển khai theo những cách khác nhau Các nhà lãnh đạo và quản lý đề xuất các chính sách để thúc đẩy giáo dục STEM, quan tâm đến việc chuẩn bị nguồn nhân lực đáp ứng yêu cầu của sự phát triển khoa học, công nghệ Người làm chương trình quán triệt giáo dục STEM theo cách quan tâm tới nâng cao vai trò, vị trí, sự phối hợp giữa các môn học có liên quan trong chương trình Giáo viên thực

đường với thế giới thực, giải quyết các vấn đề thực tiễn, để nâng cao hứng thú, để hình thành và phát triển năng lực và phẩm chất cho học sinh

Dạy học theo định hướng giáo dục STEM giúp học sinh có được các kỹ năng, năng lực, kỹ thuật, hiểu được quy trình từ đó có khả năng sản xuất ra đối tượng Học sinh được trang bị khả năng phân tích, tổng hợp, kết hợp để biết cách làm thế nào cân bằng các yếu tố liên quan như khoa học, nghệ thuật, công nghệ, kỹ thuật nhằm có được một giải pháp tốt nhất trong thiết kế và xây dựng quy trình Ngoài ra, học sinh còn có khả năng nhận ra nhu cầu và phản ứng của xã hội trong những vấn đề liên quan đến kỹ thuật và nghề nghiệp trong tương lai

Xuất phát từ những lí do trên, tôi chọn đề tài “Thiết kế chế tạo các thí

nghiệm đơn giản để sử dụng trong dạy học Khoa học tự nhiên lớp 6 theo định hướng giáo dục STEM”

2 Mục đích nghiên cứu

Thiết kế, chế tạo một số thí nghiệm đơn giản vận dụng trong dạy học một

số nội dung Vật lí môn Khoa học tự nhiên lớp 6 theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh

3 Khách thể và đối tượng nghiên cứu

- Khách thể: Học sinh trường phổ thông dân tộc nội trú THCS Đồng Hỷ

- Đối tượng nghiên cứu:

+ Nội dung Vật lí trong chương trình Khoa học tự nhiên 6

+ Năng lực giải quyết vấn đề của học sinh

+ Các hoạt động chế tạo và sử dụng thí nghiệm trong dạy học nội dung Vật lí môn khoa học tự nhiên 6 theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan về đề tài nghiên cứu

- Nghiên cứu một số vấn đề lý luận cơ bản về:

+ Dạy học theo định hướng giáo dục STEM

+ Năng lực giải quyết vấn đề của học sinh

+ Thiết kế và chế tạo thí nghiệm

+ Nghiên cứu đánh giá thực trạng việc sử dụng thí nghiệm trong trường trung học cơ sở

+ Nghiên cứu chương trình khoa học tự nhiên và nội dung Vật lí trong chương trình Khoa học tự nhiên 6 (Chương trình Giáo dục phổ thông 2018)

- Phân tích nội dung Vật lí trong chương trình Khoa học tự nhiên 6, từ đó lựa chọn nội dung kiến thức và nghiên cứu thiết kế, chế tạo thí nghiệm đơn giản

- Sử dụng thí nghiệm đã chế tạo trong dạy học một số chủ đề trong chương trình Khoa học tự nhiên 6 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh

- Tiến hành thực nghiệm sư phạm: Tổ chức hoạt động dạy nội dung kiến thức có liên quan đến thí nghiệm từ đó đối chứng với phương pháp truyền thống, thực hiện phân tích định tính, định lượng các kết quả thực nghiệm, từ đó rút ra các sửa đổi, bổ sung cần thiết

5 Giả thuyết khoa học

Nếu thiết kế, chế tạo được một số thí nghiệm đơn giản và sử dụng chúng vào trong dạy học nội dung Vật lí môn Khoa học tự nhiên 6 theo định hướng giáo dục STEM một cách hợp lí sẽ góp phần phát triển năng lực giải quyết vấn

đề của HS

6 Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng một số phương pháp nghiên cứu sau:

- Nhóm phương pháp nghiên cứu lý luận: Tìm kiếm nội dung, đọc tài

liệu, nghiên cứu, phân tích các tài liệu về STEM, tổng hợp các quan điểm, lý luận liên quan đến vấn đề nghiên cứu

- Nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Quan sát, điều tra - khảo sát

bằng phiếu hỏi, tổng kết kinh nghiệm

- Nhóm phương pháp thực nghiệm: Tổ chức cho các lớp học sinh học tập

nội dung kiến thức theo phương pháp truyền thống và theo phương pháp dạy

- Tổ chức một số hoạt động dạy học nội dung Vật lí theo định hướng giáo dục STEM tại trường THCS

8 Cấu trúc của đề tài

Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, cấu trúc luận văn gồm 3 chương:

Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn

Chương 2: Thiết kế, chế tạo và sử dụng thí nghiệm trong dạy học nội

dung Vật lí môn Khoa học tự nhiên 6 theo định hướng giáo dục STEM

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

PHẦN NỘI DUNG

Chương 1

CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 1.1 Lịch sử nghiên cứu về giáo dục STEM

1.1.1 Giáo dục STEM trên thế giới

Trong những năm gần đây các nghiên cứu về STEM được nhiều các nhà giáo dục trên thế giới nghiên cứu và tiếp tục phát triển Theo thống kê của Josh Brown - Trường đại học Illinois giai đoạn 2007 - 2010 tại Mỹ có 60 bài báo khoa học liên quan trực tiếp đến giáo dục STEM được xuất bản từ 8 tạp chí nổi tiếng trong lĩnh vực giáo dục của Mỹ, điều này cho thấy cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu về giáo dục STEM [17] Theo cơ sở dữ liệu ISI trong những năm 1992-2013 thì số lượng các bài báo nghiên cứu về vấn đề STEM phát triển mạnh tăng từ 15 bài báo trong năm 2008 đến năm 2013 đã có con số gần 100 bài báo có chất lượng về STEM Trong các bài báo trên thì Mỹ là quốc gia có

số nghien cứu nhiều nhất( 52%), tiếp theo là Anh có 9,35%, Hà Lan, Úc cùng chiếm (14,6%) còn lại các quốc gia khác như Tây Ban Nha, Thổ Nhĩ Kỳ, Canada, Đài Loan… Các nghiên cứu tập trung vào các lĩnh vực chủ yếu như: Giáo dục học, tâm lí học, kĩ thuật,…

Tổng thống Mỹ Barack Obama trong buổi nói chuyện và phát biểu tại Hội chợ Khoa học Nhà Trắng, tổ chức lần thứ ba vào tháng 4 năm 2013 như sau: “Một trong những điều mà tôi tập trung khi làm Tổng thống là làm thế nào chúng ta tạo ra một phương pháp tiếp cận toàn diện cho khoa học, công nghệ,

kỹ thuật và toán học (STEM) Chúng ta cần phải ưu tiên đào tạo đội ngũ giáo viên mới trong các lĩnh vực STEM để đảm bảo rằng tất cả chúng ta là một quốc gia ngày càng dành cho các giáo viên sự tôn trọng cao hơn mà họ xứng đáng”

Giáo sư Steven Chu, người đoạt giải Nobel Vật lý, phát biểu tại đại học SUSTech, ngày 16 tháng 10 năm 2016: “Giáo dục STEM là một loại hình giáo

STEM: “Tự học là rất quan trọng trong quá trình phát triển cá nhân Học STEM cho phép mọi người tự trang bị cho mình khả năng suy nghĩ hợp lý, khả năng rà soát và tìm kiếm xác nhận như học toán học và có kiến thức sâu rộng

Nó mang đến cho bạn sự tự tin để đi đầu trong lĩnh vực mà chúng ta đang làm, thậm chí nhảy vào một lĩnh vực mới mà chúng ta chưa bao giờ đặt chân vào trước đây Bạn sẽ không bao giờ nói rằng bạn không thể chỉ vì thiếu kiến thức đầy đủ, đó là điểm quan trọng nhất của giáo dục STEM” [20]

Tháng 11/2016, Giáo sư Dan Shechtman, người đoạt giải Nobel về

nghiên cứu hóa học và khoa học vật liệu cho biết: “Israel phải làm nhiều hơn nữa để thúc đẩy nghiên cứu khoa học để đảm bảo giữ được công nghệ của mình Chính phủ phải khuyến khích các nghiên cứu khoa học và kỹ thuật ở độ tuổi trẻ” Shechtman trả lời trong một cuộc phỏng vấn qua điện thoại rằng:

“Tất cả trẻ em đều phải học chương trình cốt lõi và chính phủ phải nâng cao trình độ của một số giáo viên” [20]

Tháng 9/2013, Thủ tướng Malaysia ông Datuk Seri Najib Razak phát

biểu: “Malaysia dự kiến 60% trẻ em và thanh thiếu niên tham gia chương trình giáo dục về khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học (STEM) vì sự nghiệp cho một tương lai tốt đẹp hơn của đất nước” Najib cho biết: “Trẻ em và thanh thiếu niên có thể bị cuốn hút bởi khoa học thông qua một phương pháp giảng dạy và học tập thú vị hơn Đó là hãy cho họ tham gia vào các dự án thực tế và cung cấp cho họ một số dự án đầy thách thức, để tìm giải pháp so với cách tiếp cận từ trên xuống mà ông cảm thấy khá là nhàm chán” [20]

Tờ TAME của Mỹ cho biết: “Từ năm 2004 đến năm 2014, việc làm liên quan đến khoa học và kỹ thuật tăng 26%, gấp hai lần so với tốc độ tăng trưởng trung bình của các ngành nghề khác Trong khi đó, việc làm STEM có tốc độ tăng trưởng gấp 4 lần so với tốc độ tăng trưởng trung bình của các ngành khác nếu tính từ năm 1950 đến 2007 Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì nhu cầu việc làm liên quan đến STEM ngày càng lớn, đòi hỏi ngành giáo dục cũng

phải có những thay đổi để đáp ứng nhu cầu của xã hội Giáo dục STEM có thể tạo ra những con người đáp ứng được nhu cầu công việc của thế kỷ mới, có tác động lớn đến sự thay đổi nền kinh tế đổi mới” [20]

Trong một bài phát biểu trước thượng nghị viện Mỹ, Bill Gates đã từng

nói: “Chúng ta không thể duy trì được nền kinh tế dẫn đầu toàn cầu trừ khi chúng ta xây dựng được lực lượng lao động có kiến thức và kỹ năng để sáng tạo” Bill Gates đặc biệt nhấn mạnh đến vai trò của giáo dục trong việc xây dựng lực lượng lao động này Ông nói tiếp: “Chúng ta cũng không thể duy trì được một nền kinh tế sáng tạo trừ khi chúng ta có những công dân được đào tạo tốt về toán học, khoa học và kỹ thuật” [20]

Hiện tại, giáo dục STEM đã và đang được triển khai tại hầu hết các nước có nền giáo dục tiên tiến trên thế giới, đặc biệt là các nước công nghiệp phát triển như Mỹ, Úc, Phần Lan, Canada, Nhật Bản, Hàn Quốc… Như vậy, có thể thấy rằng giáo dục STEM trên thế giới đã trở thành trào lưu và đang phát triển mạnh mẽ tại nhiều nước trên thế giới Thậm chí tại Canada người lao động nhập cư có các kỹ năng STEM sẽ được hưởng các phúc lợi xã hội tốt hơn so với người dân lao động bản xứ Chính phủ Canada đánh giá cao những người nhập

cư có các kỹ năng STEM, họ cho rằng đây là nguồn lao động chính cho họ và rằng người nhập cư có kỹ năng STEM sẽ thúc đẩy các ngành nghề kinh tế của đất nước này phát triển, đặc biệt làm tăng khả năng giao thương quốc tế [22]

1.1.2 Nghiên cứu về giáo dục STEM ở trong nước

Nhận thấy tiềm năng và những lợi ích thiết thực của giáo dục STEM, đặc biệt là giáo dục STEM tạo ra một sân chơi sáng tạo cho các em học sinh, nhằm giúp các em có cơ hội được tham gia các hoạt động có tính khoa học, hiện đại

và nâng cao; công ty cổ phần DTT Eduspec đã lần đầu tên giới thiệu chương trình Giáo dục STEM vào Việt Nam từ năm 2011 tại hai thành phố lớn là Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh, sau đó là Đà Nẵng vào năm 2013 và Cần Thơ năm 2016 Đến nay, đã có hàng chục ngàn học sinh tại các thành phố này theo

học và đã tham dự nhiều cuộc thi Robothon Quốc tế, Khoa học máy tính,

Internet vạn vật trong suốt những năm qua [22]

Ngày 01/12/2015, công ty DTT Eduspec chính thức ra mắt chuỗi trung tâm “Học viện STEM” đáp ứng nhu cầu của các bạn học sinh đam mê STEM tại các cơ sở trên toàn quốc, với địa chỉ website là “hocvienstem.com” Một địa

chỉ cũng khá nổi tiếng nữa là “Học viện Khám phá” [22]

Năm 2015, Bộ Khoa học và Công nghệ Việt Nam và Liên minh STEM tổ chức ngày hội STEM lần đầu tiên, tiếp theo đó là nhiều sự kiện tương tự trên toàn

quốc, nổi bật là “Ngày hội STEM” quốc gia đã được tổ chức liên tục hàng [20]

Năm học 2015 - 2016, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã khuyến khích nội dung STEM trong chương trình giáo dục đào tạo Dự án thí điểm “Áp dụng phương pháp giáo dục STEM của Vương quốc Anh vào bối cảnh Việt Nam 2016- 2017” được triển khai từ tháng 01 năm 2016 Tháng 02 vừa qua, Hội đồng Anh kết hợp với Bộ Giáo dục và Đào tạo tổ chức giai đoạn 4 của dự án, rà soát và đánh giá phương pháp giáo dục theo định hướng STEM (khoa học, công nghệ,

kỹ thuật và toán) tại 15 trường trung học cơ sở và THPT thuộc địa bàn Hà Nội, Hải Dương, Hải Phòng, Nam Định và Quảng Ninh [19]

Sở Giáo dục và Đào tạo Thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội, Cần Thơ, Đà Nẵng đều đã có chỉ đạo các cơ sở giáo dục trên địa bàn tiếp tục quán triệt tinh thần giáo dục tích hợp khoa học - công nghệ - kỹ thuật - toán trong việc thực hiện chương trình giáo dục phổ thông ở những môn học liên quan [19]

Từ năm 2015, các tỉnh thành như Nam Định, Hải Phòng, Nghệ An, Hải Dương, Đồng Tháp, Lào Cai, Quảng Ninh, Bắc Ninh,… đã và đang triển khai

nhiều hoạt động về giáo dục STEM [19]

Nhiều trường học trong cả nước đã tổ chức đào tạo STEM với hàng ngàn lượt giáo viên và hàng trăm ngàn lượt học sinh từ các khóa ngắn hạn đến dài hạn và đưa vào chương trình chính khóa Cụ thể, tại Thành phố Hồ Chí Minh đã

có khoảng 100 trường dạy các môn Robotics, Khoa học máy tính…; tại Hà Nội

có gần 200 trường triển khai các môn Robotics, Khoa học máy tính, Khoa học dữ liệu, Internet vạn vật…; tại Đà Nẵng có hơn 20 trường triển khai các môn

Robotics, Khoa học máy tính…

Ông Nguyễn Khắc Thành Hiệu trưởng trường đại học FPT nói: “Trường tiểu học FPT cũng đã có kế hoạch triển khai giáo dục STEM vào chương trình chính khóa bắt buộc từ năm học 2017 - 2018, với sự kết hợp cùng Trung tâm American STEM” [22]

Báo trithuc.vn cho biết: “Ở Việt Nam các trung tâm giáo dục ngoại khoá

đã sớm áp dụng các chương trình đào tạo STEM cho học sinh nhiều lứa tuổi Trên môi trường mạng, mạng xã hội chuyên về giáo dục STEM (stem.vn) đã chính thức được hòa mạng cùng Hệ tri thức Việt số hóa ngày 01/01/2018 vừa qua Mạng xã hội stem.vn được xây dựng nhằm hỗ trợ các thành viên của cộng đồng STEM Việt Nam, những người quan tâm tới giáo dục STEM tại Việt Nam trao đổi, chia sẻ tài liệu học, khóa học, tăng cường các trải nghiệm, thông tin hoạt động về giáo dục STEM - một chủ đề mới phục vụ cách mạng công nghiệp 4.0” [23]

Chỉ thị 16/CT-TTg ngày 04/5/2017 đã chỉ rõ: “Tăng cường năng lực tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư (còn gọi là cách mạng công nghiệp 4.0) nhằm chủ động nắm bắt cơ hội, đưa ra các giải pháp thiết thực tận dụng tối

đa các lợi thế, đồng thời giảm thiểu những tác động tiêu cực của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đối với Việt Nam” [21] Thủ tướng Chính phủ Nguyễn Xuân Phúc

đã nói: “Tất cả các bộ, ngành, địa phương triển khai đồng bộ nhiều giải pháp để thay đổi mạnh mẽ các chính sách, nội dung, phương pháp giáo dục và dạy nghề nhằm tạo ra nguồn nhân lực có khả năng tiếp nhận các xu thế công nghệ sản xuất mới, trong đó cần tập trung vào thúc đẩy đào tạo về STEM bên cạnh ngoại ngữ,

tin học trong chương trình giáo dục phổ thông” [19]

Thủ tướng Chính phủ Nguyễn Xuân Phúc cũng đã giao trách nhiệm cho

Bộ Giáo dục và Đào tạo thúc đẩy triển khai giáo dục STEM trong chương trình

giáo dục phổ thông; tổ chức thí điểm tại một số trường phổ thông ngay từ năm học 2017 - 2018 Theo Thủ tướng, việc đưa giáo dục STEM vào áp dụng ở các bậc học, các trường học sẽ gặp một số khó khăn trở ngại, ông nói: Tất nhiên việc đưa STEM vào chương trình giáo dục phổ thông cũng sẽ gặp một số khó khăn như được nêu ra trong các hội thảo giáo dục, ví dụ như quy định thi cử, đánh giá chất lượng cũng cần thay đổi phù hợp để điều kiện cơ sở vật chất ở các trường, vùng nông thôn, vùng sâu vùng xa và trình độ giáo viên về giáo dục STEM [19]

Một số công trình nghiên cứu về giáo dục STEM

Nguyễn Thanh Nga, Phùng Việt Hải, Nguyễn Quang Linh, Đỗ Hương Trà… trong các tài liệu [11], [12], đã trình bày khá đầy đủ các vấn đề về STEM như so sánh, phân biệt giữa giáo dục STEM với các phương pháp giáo dục khác nêu được ưu điểm và hạn chế của từng loại đồng thời đưa ra được các đề xuất để phát triển năng lực của học sinh thong qua hoạt động giáo dục STEM

Trong luận án nghiên cứu của Lê Xuân Quang (2017) về “Dạy học môn Công nghệ phổ thông theo định hướng GD STEM” Kết quả nghiên cứu cho

thấy: Phần lớn học sinh cảm thấy thoải mái, tự giác trong học tập, phát triển năng lực hợp tác, năng lực giải quết vấn đề và sáng tạo của học sinh trong quá trình tham gia xây dựng nội dung bài học, phù hợp với định hướng của BGD&ĐT trong công văn số 5555/BGDĐT - GDTrH ngày 8/10/2014 về các tiêu chí đánh giá bài học đang được thực hiện trong cả nước hiện nay [13]

Trong luận văn tốt nghiệp của Lê Thanh Trúc (2017) về “Tổ chức dạy học một số kiến thức chương cơ sở của nhiệt động lực học - Vật lý 10 theo định hướng GD STEM” Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng: Học sinh đã phát huy

được tính tích cực và năng lực sáng tạo, phát triển năng lực giải quyết vấn đề và rèn luyện một số kỹ năng cần thiết trong cuộc sống như kỹ năng làm việc nhóm, thu thập và xử lí thông tin, thuyết trình, phản biện… góp phần tạo được hứng thú học Vật lý của HS nhờ vận dụng các kiến thức hàn lâm vào thực tiễn, trực

quan sinh động hơn Các phân tích thực nghiệm trên đã khẳng định tính khả thi

của việc tổ chức dạy học chương “Cơ sở của nhiệt động lực học - Vật lý 10”

theo định hướng GD STEM trong việc đổi mới phương pháp dạy học ở trường phổ thông [16]

1.2 Giáo dục STEM

1.2.1 Khái niệm về giáo dục STEM

STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật) và Maths (Toán học) [18]

Science (Khoa học): Là nội dung phần kiến thức thuộc lĩnh vực trong

khoa học tự nhiên của các môn Vật lý, Hóa học, Sinh học và Khoa học trái đất nhằm giúp HS tìm hiểu nội dung kiến thức về thế giới xung quanh chúng ta và có thể vận dụng kiến thức đó vào giải thích các hiện tượng riễn ra trong cuộc sống hàng ngày

Technology (Công nghệ): Là nội dung phần kiến thức về Công nghệ

nhằm giúp HS phát triển khả năng sử dụng, quan lý và đánh giá Công nghệ đồng thời áp dụng các Công nghệ tiên tiến vào quá trình học tập, các quy trình sản xuất để phục vụ cho cuộc sống có chất lượng tốt hơn

Engineering (Kỹ thuật): Là môn học thông qua các hoạt động học tích hợp

các kiến thức khoa học, toán học… vào xây dựng kỹ thật giúp học sinh hiểu biết sự phát triển của khoa học đồng thời giúp học sinh vận dụng các kiến thức vào trong xây dựng quy trình sản xuất nhằm phục vụ cuộc sống

Maths (Toán học): Là nội dung kiến thức về tính toán thông qua hoạt

động tính toán, trình bày ý tưởng và nêu ra các giải pháp để giải quyết các vấn

đề đặt ra giúp HS phát triển khả năng phân tích, biện luận và truyền đạt ý tưởng

STEM là một cách dạy học trang bị cho người học những kiến thức môn học trong lĩnh vực STEM và những kỹ năng cần thiết theo cách tiếp cận liên môn và người học có thể áp dụng kiến thức để giải quyết vấn đề trong cuộc sống thực tiễn Thay vì giảng dạy bốn môn học như các đối tượng tách biệt và

rời rạc, STEM kết hợp chúng thành một mô hình học tập gắn kết dựa trên các ứng dụng thực tế [12]

GD STEM là giải pháp góp phần tăng hiệu quả dạy học, phát triển năng lực giải quyết vấn đề của HS, phát triển tư duy, logic, tự chủ, sáng tạo của HS đặc biệt trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật, giúp HS có thể hiểu rõ được ý nghĩa thực tiễn của các kiến thức Vật lý được học

GD STEM gồm có 3 cách hiểu chính như sau:

- Quan tâm đến các môn Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học:

Là một chương trình dạy học từ bậc tiểu học đến bậc sau đại học để cung cấp

hỗ trợ, tăng cường năng lực của người học [11]

- Tích hợp của bốn lĩnh vực STEM: “Là phương pháp tiếp cận liên môn

những kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học vào bối cảnh thực tế nhằm tạo nên một kết nối giữa nhà trường, cộng đồng và các doanh nghiệp” [11]

- Tích hợp từ hai lĩnh vực STEM trở lên: “GD STEM là một cách dạy

học tiếp cận, nghiên cứu khám phá trong giảng dạy và học tập giữa hai môn học STEM trở lên, hoặc giữa một chủ đề STEM và một hoặc nhiều môn học khác trong nhà trường” [11]

1.2.2 Giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông mới

1.2.2.1 Mục tiêu giáo dục STEM

Trong luận văn tôi trình bày mục tiêu giáo dục STEM theo nghĩa chung nhất Mục tiêu giáo dục STEM bao gồm 3 phần chính như sau [11]:

- Phát triển các năng lực đặc thù của các môn học về STEM cho HS:

+ Nội dung kiến thức, kỹ năng liên quan đến các môn học trong lĩnh vực STEM

+ Vận dụng phối hợp các kiến thức, kỹ năng đó để giải quyết các vấn đề thực tiễn

- Phát triển năng lực cốt lõi cho HS: Giáo dục STEM trang bị cho HS những kỹ năng phù hợp đáp ứng nhu cầu lao động trong thời đại mới trong thế

kỉ 21 Bên cạnh những hiểu biết về các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học, học sinh sẽ được phát triển tư duy phê phán, khả năng hợp tác để thành công

- Định hướng nghề nghiệp cho HS: giáo dục STEM trang bị cho HS những kiến thức, kỹ năng mang tính nền tảng cho việc học tập ở các bậc học cao hơn, 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

1.2.2.2 Thiết kế bài học STEM

a Quy trình thiết kế bài học STEM

Từ thực tiễn chúng tôi dạy học ở THCS và việc nghiên cứu các tài liệu chúng tôi đưa ra quy trình thiết kế bài học theo định hướng giáo dục STEM Trong các tác giả Nguyễn Thanh Nga, đã trình bày quy trình thiết kế chủ đề

GD STEM cho HS trung học dựa trên mục tiêu GD STEM và các tiêu chí của một bài học STEM được thực hiện như hình 1.1[12]

Hình 1.1 Quy trình thiết kế bài học STEM

Vấn đề thực tiễn: Dựa trên các tình huống có vấn đề trong thực tiễn các

em quan sát được cần giải quyết Các tình huống phải xuất phát từ nhu cầu tìm hiểu của học sinh nó thôi thúc HS tìm hiểu và thực hiện để đáp ứng nhu cầu của

Vấn đề

thực tiễn

Ý tưởng chủ đề STEM

Xác định kiến thức STEM cần giải quyết

Xác định mục tiêu chủ đề STEM

Xây dựng bộ câu hỏi định hướng chủ

đề STEM

sinh giải quyết nhằm trải nghiệm một số nhiệm vụ của nghề nghiệp nào đó trong thực tế

Ý tưởng bài học STEM: Là bài toán mở được hình thành có tính chất kỹ

thuật nhằm giải quyết vấn đề thực tiễn mà học sinh gặp phải

Xác định kiến thức STEM cần giải quyết: Là các kiến thức liên quan

đến Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học… mà HS sẽ được học trong chủ đề này

Xác định mục tiêu bài học STEM: Là các kiến thức, kỹ năng, thái độ học

sinh sẽ đạt được sau khi thực hiện chủ đề

Xây dựng bộ câu hỏi định hướng bài học STEM: Là các câu hỏi mà dựa

vào đó học sinh có thể đề xuất các giải pháp nhằm đạt được mục tiêu của chủ

đề, các câu hỏi định hướng được xây dựng theo các cấp độ để phù hợp với phát triển tư duy, năng lực sáng tạo Nếu trong thời gian ngắn để hoàm thành bài học thì giáo viên cần định hướng thường xuyên cho học sinh qua câu hỏi định hướng hoạt động học tập

b Các bước soạn thảo nội dung bài học STEM

Bước 1: Xây dựng nội dung tích hợp STEM theo một chủ đề nào đó

Dựa vào nội dung bài học, nội dung các kiến thức trọng tâm mà GV, nhóm GV đưa ra một số kiến thức về toán, lí, công nghệ Có liên quan đến chủ

đề bài học và các nội dung của chủ đề STEM

Bước 2: Kết nối chủ đề với một vấn đề trong thực tiễn

Dựa vào nội dung bài học GV tìm hiểu một vấn đề trong thực tiễn gần sát nhất với nội dung bài học để đưa ra tình huống có vấn đề nhằm kích thích cho hoạt động học tập của học sinh

Bước 3: Xác định rõ các vấn đề STEM mà học sinh cần giải quyết

Vấn đề STEM chính là các yêu cầu về sản phẩm và các kỹ năng cần đạt

Bước 4: Các tiêu chí đánh giá sản phẩm

Gíao viên đưa ra các tiêu chí cần đạt qua các mức độ của sản phẩm như: thời gian hoàn thành, độ bền, đẹp, có hoạt động hay không, hoạt động có ổn

định không… Để thực nghiệm và kiểm tra kết quả đạt được của từng đối tượng tham gia học tập

Bước 5: Lập kế hoạch học tập:

Giáo viên cần trao đổi bàn bạc để xây dựng kế hoạch cho một bài học cụ thể với các bước tìm hiểu kiến thức để học sinh thực hiện từ đó giúp HS thực hiện các quy trình thực nghiệm để điều chỉnh đưa ra quy trình đúng Trong quá trình xây dựng cần tạo ra các vấn đề HS không tự giải quyết ngay được để từ đó kích thích sự hứng thú đi tìm các hướng mới nhằm phát triển tư duy học sinh

Bước 6: Thu hút học sinh làm việc nhóm

GV cần xây dựng quá trình học tập của một đơn vị kiến thức mà cần có sự trợ giúp của các thành viên trong nhóm cùng hoạt động để các thành viên trong nhóm cùng nhau thực hiện

Bước 7: Khuyến thích các nhóm đưa ra ý tưởng mới qua câu hỏi “Làm thế nào

để giải quyết vấn đề này?”

GV cần xây dựng vấn đề sao cho có nhiều con đường có thể thực hiện được từ các con đường đó HS sẽ đưa ra các ý tưởng để hoàn thành nội dung bài học Việc đưa ra nhiều ý tưởng giúp HS rèn luyện tư duy logic

Bước 8: Hướng dẫn các nhóm chọn ý tưởng tốt nhất

Dựa vào các ý tưởng mà dự đoán HS có thể đưa ra GV đưa ra định hướng để giúp HS lựa chọn trong các ý tưởng của mình ý tưởng nào phù hợp, hiệu quả nhất để thực hiện chế tạo sản phẩm theo ý tưởng mà HS, nhóm HS đã đưa ra

Bước 9: Thử nghiệm và đánh giá

Sau khi HS thực hiện xong sản phẩm GV hướng dẫn HS thử nghiệm sản phẩm của mình theo các tiêu chí đã đề ra để đánh giá sản phẩm của mình cũng như sản phẩm của các bạn khác trong lớp

Bước 10: Trao đổi giữa các nhóm để lựa chọn kết quả tốt nhất

Các nhóm cho tiến hành thử nghiệm như nhau sau đó cho các nhóm khác quan sát đánh giá theo các tiêu chí của GV đưa ra rồi trao đổi nhận xét và lựa

1.2.2.2 Tổ chức thực hiện bài học STEM

Theo tài liệu tập huấn “Xây dựng và thực hiện các chủ đề Giáo dục Stem trong trương trung học” của BGD&ĐT năm 2019 tiến trình tổ chức dạy học

kiến thức Vật lý theo định hướng GD STEM như sơ đồ [5]

]

Hình 1.2 Sơ đồ tiến trình tổ chức dạy học Vật lý theo định hướng GD STEM

Bước 1 Xác định vấn đề: Thường là tình huống có vấn đề mang tính kỹ

thuật được sử dụng trong cuộc sống hằng ngày đồng gắn chặt với hoạt động thiết kế, chế tạo sản phẩm kỹ thuật và thu hút HS vào quá trình học tập

- Mục đích: Xác định tiêu chí sản phẩm; phát hiện vấn đề/nhu cầu

(2) Nghiên cứu kiến thức nền

(1) Xác định vấn đề

(6) Thử nghiệm, đánh giá

(8) Điều chỉnh thiết kế (7) Chia sẻ và thảo luận (5) Thiết kế mô hình (3) Đề xuất các giải pháp

(4) Lựa chọn giải pháp

– Nội dung: Tìm hiểu về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ; đánh giá về

hiện tượng, sản phẩm, công nghệ

– Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh: Các mức độ hoàn thành

nội dung

– Kỹ thuật tổ chức hoạt động: Giáo viên giao nhiệm vụ (nội dung,

phương tiện, cách thực hiện, yêu cầu sản phẩm phải hoàn thành); Học sinh thực hiện nhiệm vụ

Bước 2 Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp: Các kiến thức

như Toán, Lí , Hóa, Công nghệ, có liên quan đến vấn đề

– Mục đích: Hình thành kiến thức mới và đề xuất giải pháp

– Nội dung: Nghiên cứu nội dung sách giáo khoa, tài liệu, thí nghiệm để

tiếp nhận, hình thành kiến thức mới và đề xuất giải pháp/thiết kế

– Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh: Các mức độ hoàn thành

nội dung

– Cách thức tổ chức hoạt động:

+ Giáo viên giao nhiệm vụ: Nêu rõ yêu cầu đọc/nghe/nhìn/làm để xác

định và ghi được thông tin, dữ liệu, giải thích, kiến thức mới Điều hành “chốt” kiến thức mới + hỗ trợ HS đề xuất giải pháp/thiết kế mẫu thử nghiệm trong khi

HS báo cáo

+ Học sinh: Nghiên cứu sách giáo khoa, tài liệu, làm thí nghiệm (cá nhân,

nhóm) Báo cáo, thảo luận

Bước 3 Lựa chọn giải pháp: HS dưới sự chỉ đạo của tổ trưởng phân công

lắp ráp sảm phẩm theo tài liệu hướng dẫn hoặc thiết kế sản phẩm của tổ đã sáng tạo ra Nếu một số chi tiết phức tạp mất nhiều thời gian thì Gv có thể chuển bị trước ở nhà hoặc giao nhiệm vụ về nhà trước cho HS

– Mục đích: Lựa chọn giải pháp/bản thiết kế

– Nội dung: Trình bày, giải thích, bảo vệ giải pháp/thiết kế để lựa chọn

và hoàn thiện

– Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh: Giải pháp/bản thiết kế

được lựa chọn/hoàn thiện

– Cách thức tổ chức hoạt động:

+ Giáo viên giao nhiệm vụ (Nêu rõ yêu cầu HS trình bày, báo cáo, giải

thích, bảo vệ giải pháp/thiết kế) Điều hành, nhận xét, đánh giá + hỗ trợ HS lựa chọn giải pháp/thiết kế mẫu thử nghiệm

+ Học sinh báo cáo, thảo luận;

Bước 4 Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá: Trong hoạt động này, học

sinh tiến hành chế tạo mẫu theo bản thiết kế đã hoàn thiện sau bước 3; trong quá trình chế tạo đồng thời phải tiến hành thử nghiệm và đánh giá Trong quá trình này, học sinh cũng có thể phải điều chỉnh thiết kế ban đầu để bảo đảm mẫu chế tạo là khả thi

– Mục đích: Chế tạo và thử nghiệm mẫu thiết kế

– Nội dung: Lựa chọn dụng cụ/thiết bị thí nghiệm; chế tạo mẫu theo thiết

kế; thử nghiệm và điều chỉnh

– Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh: Dụng cụ/thiết bị/mô

hình/đồ vật đã chế tạo và thử nghiệm, đánh giá

– Cách thức tổ chức hoạt động:

+ Giáo viên giao nhiệm vụ (lựa chọn dụng cụ/thiết bị thí nghiệm để chế

tạp, lắp ráp ) Hỗ trợ học sinh trong quá trình thực hiện

Học sinh thực hành chế tạo, lắp ráp và thử nghiệm

Bước 5 Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh: Trong hoạt động này, học sinh 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

– Mục đích: Trình bày, chia sẻ, đánh giá sản phẩm nghiên cứu

– Nội dung: Trình bày và thảo luận

– Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh: Dụng cụ/thiết bị/mô

hình/đồ vật

– Cách thức tổ chức hoạt động:

+ Giáo viên Giao nhiệm vụ (mô tả rõ yêu cầu và sản phẩm trình bày) Đánh giá, kết luận, cho điểm và định hướng tiếp tục hoàn thiện

+ Học sinh: Báo cáo, thảo luận (bài báo cáo, trình chiếu, video, dung

cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật đã chế tạo ) theo các hình thức phù hợp (trưng bày, triển lãm, sân khấu hóa)

1.2.2.3 Tiêu chí xây dựng bài học STEM

Để thực hiện việc tổ chức thực hiện bài học STEM trên thì mỗi bài học STEM cần được xây dựng qua các tiêu chí sau:

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

Khi lựa chọn các chủ đề, bài học có nội dung kiến thức có thể vận dụng vào chế tạo ra sản phẩm gắn liền với thực tiễn để học sinh có thể thiết kế chế tạo và phát triển năng lực sáng tạo, phát triển tư duy và năng lực giải quyết vấn đề

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

Theo quy trình thiết kế kĩ thuật theo sơ các bước liên tiếp: xác định vấn đề

- nghiên cứu kiến thức nền - đề xuất nhiều ý tưởng cho các giải pháp - lựa chọn giải pháp tối ưu - phát triển và chế tạo một mô hình (nguyên mẫu) - thử nghiệm và đánh giá - hoàn thiện thiết kế

Tiêu chí 3: Phương pháp dạy học bài học STEM đưa học sinh vào hoạt động

tìm tòi và khám phá

Trong các bài học STEM, hoạt động học của học sinh được thực hiện theo hướng mở có "khuôn khổ" về các điều kiện mà học sinh được sử dụng (chẳng hạn các vật liệu khả dụng) Hoạt động học của học sinh là hoạt động được chuyển giao và hợp tác; các quyết định về giải pháp giải quyết vấn đề là của chính học sinh Học sinh thực hiện các hoạt động trao đổi thông tin để chia

sẻ ý tưởng và tái thiết kế nguyên mẫu của mình nếu cần Học sinh tự điều chỉnh các ý tưởng của mình và thiết kế hoạt động 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

Trong tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM cho mỗi cá nhân đơn lẻ là việc làm rất khó khăn vì nó huy động nhiều trí tuệ và nhiều công sức nên GV tổ chức theo nhóm là tất yếu Qua làm việc nhóm và bảng đánh giá đồng đẳng giữa các thành viên trong nhóm giúp cho mỗi cá nhân nhận được điểm mạnh, điểm yếu để có thể hoàn thiện bản thân

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.[7]

1.2.2.4 Tiêu chí đánh giá bài học STEM

Mỗi bài học STEM được thực hiện ở nhiều tiết học nên một hoạt động học có thể được thực hiện ở trong và ngoài lớp học Các tiêu chí đánh giá tiến trình dạy học đã được nêu rõ trong Công văn số 5555/BGDĐT–GDTrH ngày 08/10/2014.[5]

Bảng 1.1 Tiêu chí đánh giá bài học STEM Nội

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

vụ học tập của học sinh

Bảng 1.2a Tiêu chí đánh giá bài học STEM theo 3 mức độ trong nội dung “Kế

hoạch và tài liệu dạy học”

bị học kiến thức/kĩ năng mới nhưng chưa tạo được mâu thuẫn nhận thức để đặt

ra vấn đề/câu hỏi chính của bài học

hỏi/nhiệm vụ mở đầu chỉ có thể được giải quyết một phần hoặc phỏng đoán được kết quả nhưng chưa lí giải được đầy đủ bằng kiến thức/kĩ năng đã có của học sinh; tạo được mâu thuẫn nhận thức

hỏi/nhiệm vụ mở đầu gần gũi với kinh nghiệm sống của học sinh và chỉ

có thể được giải quyết một phần hoặc phỏng đoán được kết quả nhưng chưa lí giải được đầy đủ bằng kiến thức/kĩ năng cũ; đặt ra được vấn đề/câu hỏi chính của bài học

Kiến thức mới được trình bày rõ ràng, tường minh

chữ/kênh hình/kênh tiếng;

có câu hỏi/lệnh cụ thể cho học sinh hoạt động để tiếp thu kiến thức mới

Kiến thức mới được thể

hiện trong kênh chữ/kênh hình/kênh tiếng; có câu hỏi/lệnh

cụ thể cho học sinh hoạt động để tiếp thu kiến thức mới và giải quyết được đầy đủ tình huống/câu hỏi/nhiệm vụ

mở đầu

Kiến thức mới được thể hiện bằng kênh chữ/kênh hình/kênh tiếng gắn với vấn đề cần giải quyết; tiếp nối với vấn đề/câu hỏi chính của bài học để học sinh tiếp thu và giải quyết được vấn đề/câu hỏi chính của bài học

Có câu hỏi/bài tập vận dụng trực tiếp những kiến thức mới học nhưng chưa nêu rõ lí do, mục đích của mỗi câu hỏi/bài tập

Hệ thống câu hỏi/bài tập được lựa chọn thành

hệ thống; mỗi câu hỏi/bài tập có mục đích

cụ thể, nhằm rèn luyện các kiến thức/kĩ năng cụ thể

Hệ thống câu hỏi/bài tập được lựa chọn thành

hệ thống, gắn với tình huống thực tiễn; mỗi câu hỏi/bài tập có mục đích cụ thể, nhằm rèn luyện các kiến thức/kĩ năng cụ thể

Có yêu cầu học sinh liên hệ thực tế/bổ sung thông tin liên quan nhưng chưa mô tả

rõ sản phẩm vận dụng/mở rộng mà học sinh phải thực hiện

Nêu rõ yêu cầu và mô tả

rõ sản phẩm vận dụng/mở rộng mà học sinh phải thực hiện

Hướng dẫn để học sinh tự xác định vấn đề, nội dung, hình thức thể hiện của sản phẩm vận dụng/mở rộng

mà học sinh phải hoàn thành trong mỗi hoạt động đó

được mô tả rõ ràng nhưng chưa nêu rõ phương thức hoạt động

Mục tiêu và sản phẩm học tập mà học sinh phải hoàn thành trong mỗi hoạt động học được

mô tả rõ ràng; phương thức hoạt động học được tổ chức cho học sinh được trình bày rõ ràng, cụ thể, thể hiện được sự phù hợp với sản phẩm học tập cần

Mục tiêu, phương thức hoạt động và sản phẩm học tập mà học sinh phải hoàn thành trong mỗi hoạt động được mô

tả rõ ràng; phương thức hoạt động học được tổ chức cho học sinh thể hiện được sự phù hợp với sản phẩm học tập và đối tượng học sinh

nhiệm vụ

học tập

sinh/nhóm học sinh nhằm hoàn thành sản phẩm học tập đó

Thiết bị dạy học

và học liệu thể

hiện được sự phù hợp với sản phẩm học tập mà học sinh phải hoàn thành nhưng chưa

mô tả rõ cách thức mà học sinh hành động với thiết bị dạy học và học liệu đó

Thiết bị dạy học và học liệu thể hiện được sự

phù hợp với sản phẩm học tập mà học sinh phải hoàn thành; cách thức mà học sinh hành động (đọc/ viết/ nghe/

nhìn/ thực hành) với thiết bị dạy học và học liệu đó được mô tả cụ thể, rõ ràng

Thiết bị dạy học và học liệu thể hiện được sự phù hợp với sản phẩm học tập mà học sinh phải hoàn thành; cách thức mà học sinh hành động (đọc/viết/nghe / nhìn/ thực hành) với thiết bị dạy học và học liệu đó được mô tả cụ thể, rõ ràng, phù hợp với kĩ thuật học tích cực được sử dụng

mô tả nhưng chưa có phương án kiểm tra trong quá trình hoạt động học của học sinh

Phương án kiểm tra, đánh giá quá trình hoạt động học và sản phẩm học tập của học sinh được mô tả rõ, trong đó

thể hiện rõ các tiêu chí cần đạt của các sản phẩm học tập trong các hoạt động học

Phương án kiểm tra, đánh giá quá trình hoạt động học và sản phẩm học tập của học sinh được mô tả rõ, trong đó thể hiện rõ các tiêu chí cần đạt của các sản phẩm học tập trung gian

và sản phẩm học tập cuối cùng của các hoạt động học

Bảng 1.2b Tiêu chí đánh giá bài học STEM theo 3 mức độ trong nội dung “Tổ

chức hoạt động học cho học sinh”

Câu hỏi/lệnh rõ ràng

về mục tiêu, sản phẩm học tập, phương thức hoạt động gắn với thiết bị dạy học và học liệu được sử dụng; đảm bảo cho hầu hết học sinh nhận thức đúng nhiệm vụ và hăng hái thực hiện

Câu hỏi/lệnh rõ ràng

về mục tiêu, sản phẩm học tập, phương thức hoạt động gắn với thiết bị dạy học và học liệu được sử dụng; đảm bảo cho 100% học sinh nhận thức đúng nhiệm vụ và hăng hái thực hiện

của học sinh

Theo dõi, bao quát được quá trình hoạt động của các nhóm học sinh; phát hiện được những nhóm học sinh yêu cầu được giúp đỡ hoặc

có biểu hiện đang gặp khó khăn

Quan sát được cụ thể

quá trình hoạt động trong từng nhóm học sinh; chủ động phát hiện được khó khăn

cụ thể mà nhóm học sinh gặp phải trong quá trình thực hiện nhiệm vụ

Quan sát được một cách chi tiết quá trình thực hiện nhiệm vụ đến từng học sinh; chủ động phát hiện được khó khăn cụ thể

và nguyên nhân mà từng học sinh đang gặp phải trong quá trìnhthực hiện nhiệm

quả của các

giúp đỡ nhau

khi thực hiện

nhiệm vụ

học tập

thể cho học sinh/nhóm học sinh vượt qua khó khăn

và hoàn thành được nhiệm vụ học tập được giao

đã mắc phải dẫn đến khó khăn; đưa ra được những định hướng khái quát để

nhóm học sinh tiếp tục hoạt động và hoàn thành nhiệm vụ học tập được giao

đã mắc phải dẫn đến khó khăn; đưa ra được những định hướng khái quát; khuyến khích được học sinh hợp tác, hỗ trợ lẫn nhau để hoàn thành nhiệm vụ học tập được giao

bổ sung, hoàn thiện sản phẩm học tập lẫn nhau trong nhóm hoặc toàn lớp; nhận xét, đánh giá về sản phẩm học tập được đông đảo học sinh tiếp thu, ghi nhận

Lựa chọn được một

số sản phẩm học tập của học sinh/nhóm học sinh để tổ chức cho học sinh nhận xét, đánh giá, bổ sung, hoàn thiện lẫn nhau; câu hỏi định hướng của giáo viên giúp hầu hết học sinh tích cực tham gia thảo luận; nhận xét, đánh giá về sản phẩm học tập được đông đảo học sinh tiếp thu, ghi nhận

Lựa chọn được một

số sản phẩm học tập điển hình của học sinh/nhóm học sinh để tổ chức cho học sinh nhận xét, đánh giá, bổ sung, hoàn thiện lẫn nhau; câu hỏi định hướng của giáo viên giúp hầu hết học sinh tích cực tham gia thảo luận, tự đánh giá và hoàn thiện được sản phẩm học tập của mình và của bạn

Bảng 1.2c Tiêu chí đánh giá bài học STEM theo 3 mức độ trong nội dung

“Hoạt động của học sinh”

vụ được giao, tuy nhiên vẫn còn một số học sinh bộc lộ chưa hiểu rõ nhiệm vụ học tập được giao

Hầu hết học sinh tiếp nhận đúng và sẵn sàng thực hiện nhiệm

vụ, tuy nhiên còn một vài học sinh bộc lộ thái độ chưa tự tin trongn việc thực hiện nhiệm vụ học tập được giao

Tất cả học sinh tiếp nhận đúng và hăng hái, tự tinn trong việc thực hiện nhiệm vụ học tập được giao

thực hiện các nhiệm

vụ học tập; tuy nhiên, một số học sinh có biểu hiện dựa dẫm, chờ đợi, ỷ lại

Hầu hết học sinh tỏ ra tích cực, chủ động, hợp tác với nhau để

thực hiện các nhiệm

vụ học tập; còn một vài học sinh lúng túng hoặc chưa thực sự

tham gia vào hoạt động nhóm

Tất cả học sinh tích cực, chủ động, hợp tác với nhau để thực hiện nhiệm vụ học tập; nhiều học sinh/nhóm tỏ ra sáng tạo trong cách thức thực hiện nhiệm vụ

Hầu hết học sinh hăng hái, tự tin trình bày, trao đổi ý kiến/quan điểm của cá nhân; đa

số các nhóm thảo luận sôi nổi, tự nhiên; đa

Tất cả học sinh tích cực, hăng hái, tự tin trong việc trình bày, trao đổi ý kiến, quan điểm của cá nhân; các

thực hiện nhiệm vụ học tập

số nhóm trưởng đã biết cách điều hành thảo luận nhóm;

nhưng vẫn còn một vài học sinh không tích cực trong quá trình làm việc nhóm để thực hiện nhiệm vụ học tập

nhóm thảo luận sôi nổi, tự nhiên; các nhóm trưởng đều tỏ

ra biết cách điều hành và khái quát nội dung trao đổi, thảo luận của nhóm để thực hiện nhiệm

vụ, kết quả thực hiện nhiệm vụ còn chưa chính xác, phù hợp với yêu cầu

Đa số học sinh trả lời câu hỏi/làm bài tập đúng với yêu cầu của giáo viên về thời gian, nội dung và cách thức trình bày; song vẫn còn một vài học sinh trình bày/diễn đạt kết quả chưa rõ ràng do chưa nắm vững yêu cầu

Tất cả học sinh đều trả lời câu hỏi/làm bài tập đúng với yêu cầu của giáo viên về thời gian, nội dung và cách thức trình bày; nhiều câu trả lời/đáp án mà học sinh đưa ra thể hiện sự sáng tạo trong suy nghĩ và cách thể hiện

1.2.3 Thí nghiệm trong dạy học theo định hướng GD STEM

1.2.3.1 Khái niệm, phân loại thí nghiệm

a Khái niệm

Theo Tô Văn Bình (2002), Thí nghiệm Vật lí ở trường phổ thông, Đại học

Sư phạm Thái Nguyên thì khái niệm Thí nghiệm vật lí được hiểu theo các quan điểm sau:

Trong vật lí học, thí nghiệm vừa là nguồn kiến thức và là một phương pháp nghiên cứu Thí nghiệm Vật lí trong trường phổ thông (còn gọi là thí nghiệm giáo khoa hay thí nghiệm học tập) là sự phản ánh phương pháp nghiên cứu khoa học trong việc nghiên cứu các hiện tượng vật lí, vì vậy chúng mang những yếu tố cơ bản của thí nghiệm khoa học vật lí thí nghiệm vật lí học tập được hiểu là sự tái tạo nhờ các dụng cụ đặc biệt, các hiện tượng vật lí trên lớp học, trong những điều ki ện thuận tiện nhất để nghiên cứu chúng Vì vậy, thí nghiệm vật lí đồng thời là nguồn kiến thức, PPDH và là một dạng trực quan [3] Theo Nguyễn Đức Thâm và cộng sự, thí nghiệm vật lí được hiểu là sự tác động

có chủ định, có hệ thống của con người vào các đối tượng của hiện thực khách quan Thông qua sự phân tích các điều kiện mà trong đó đã diễn ra sự tác động

và các kết quả của sự tác động, ta có thể thu nhận tri thức mới [14]

Còn theo Phạm Hữu Tòng thì thí nghiệm là một phương pháp dạy học vật lí Đó là cách thức, là biện pháp tổ chức các hoạt động dạy học của người GV thể hiện qua sự cộng tác giữa thầy và trò trong quá trình giảng dạy và học tập nhằm đạt được hiệu quả cao nhất trong việc truyền thụ, lĩnh hội tri thức vật lí

và rèn luyện kĩ năng kĩ xảo thực hành [15]

b Phân loại thí nghiệm:

- Thí nghiệm biểu diễn của giáo viên: là loại thí nghiệm do giáo viên tiến

hành, học sinh là người quan sát Thông qua thí nghiệm GV tái hiện lại các hiện tượng Vật lí giúp HS quan sát trực quan các hiện tượng cần nghiên cứu Thí

+ Thí nghiệm mở đầu: Loại thí nghiệm này được tiến hành vào đầu giờ

học phần lí thuyết nó tạo ra tình huống có vấn đề làm nảy sinh mâu thuẫn giữa cái đã biết và cái chưa biết gây kích thích tính tò mò tạo gây hứng thú học tập cho học sinh

+ Thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng, quá trình Vật lí: Là loại thí nghiệm

được dùng để hình thành kiến thức mới, nhằm đưa ra mối quan hệ bản chất giữa các hiện tượng Vật lí Với thí nghiệm này nên dùng trong trường hợp thí nghiệm minh họa còn trong trường hợp dùng khi thí nghiệm nghiên cứu khảo sát khó thực hiện do phức tạp, mất nhiều thời gian

+ Thí nghiệm củng cố: Được thực hiện ở cuối tiết học, có thể giúp nâng

cao kiến thức cho học sinh, giúp học sinh ghi nhớ bài giảng, rèn luyện kỹ năng cho học sinh qua đó giáo viên kiểm tra được mức độ nhận thức, tiếp thu bài giảng của học sinh

- Thí nghiệm thực tập Vật lí: là loại thí nghiệm do chính học sinh thực

hiện ở mức độ độc lập, tích cực khác nhau dưới sự hướng dẫn, chỉ đạo của giáo viên Thí nghiệm thực tập về Vật lí gồm các loại sau:

+Thí nghiệm trực diện: Là loại thí nghiệm mà dưới sự hướng dẫn của

giáo viên trong quá trình nghiên cứu tài liệu mới, mỗi học sinh tiến hành những quan điểm ngắn, những thí nghiệm mà trên cơ sở đó rút ra kết luận hoặc minh hoạ lý thuyết

+ Thí nghiệm thực hành Vật lí: Là loại thí nghiệm được tiến hành sau

khi học xong một chương, một phần của chương trình

+ Thí nghiệm và quan sát Vật lí ở nhà: Là thí nghiệm tiến hành ngoài

lớp học không có sự giám sát của giáo viên mà hoàn toàn do HS tự lực, có tính độc lập sáng tạo đặc trưng của riêng từng HS