Thiết kế và sử dụng chủ đề định hướng giáo dục stem trong phần cơ học vật lý lớp 10 trung học phổ thông

Mục tiêu nghiên cứu Tổ chức dạy học một số nội dung kiến thức phần cơ học Vật lý 10 theo định hướng STEM nhằm phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh.. Giả t

VẬT LÝ LỚP 10 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

NGHỆ AN 2019

2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

LÊ XUÂN TRÍ

THIẾT KẾ VÀ SỬ DỤNG CHỦ ĐỀ ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM TRONG PHẦN CƠ HỌC

VẬT LÝ LỚP 10 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

Chuyên ngành: Lý luận và PPDH bộ môn Vật lí

Mã số: : 8 14 01 11

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS NGUYỄN THỊ NHỊ

Nghệ An – 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ “Thiết kế và sử dụng chủ đề định hướng giáo dục STEM trong phần cơ học vật lí lớp 10 Trung học phổ thông”

là công trình của riêng tôi Các số liệu trong luận văn là trung thực và chưa được công

bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào Tất cả những tham khảo và kế thừa đều

được trích dẫn và tham chiếu đầy đủ

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình

Học viên

Lê Xuân Trí

LỜI CẢM ƠN

Từ những ngày đầu thực hiện luận văn đến khi hoàn thành được luận văn thạc sĩ này, đó là cả một quá trình cố gắng học tập và làm việc nghiêm túc, sửa chữa những thiếu sót và trưởng thành lên từng ngày của bản thân em Tuy nhiên, sẽ không thể có được một sản phẩm hoàn chỉnh như ngày hôm nay nếu thiếu đi sự giúp

đỡ, hỗ trợ, động viên tận tình của quý thầy cô, bạn bè và gia đình

Xin chân thành biết ơn đến cô PGS.TS Nguyễn Thị Nhị người đã hết lòng giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành luận văn này Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến toàn thể quý thầy cô trong Khoa Vật lý trường Đại học Vinh đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu, cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho em trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và cho đến khi thực hiện đề tài luận văn

Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến Ban giám hiệu trường trung học phổ thông Giá Rai, đã hỗ trợ và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt thời gian công tác và thực hiện luận văn

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

Bạc Liêu, ngày 12 tháng 01 năm 2019

Học viên

Lê Xuân Trí

MỤC LỤC

Lời cam đoan 3

Lời cảm ơn 4

MỤC LỤC 5 DANH MỤC CÁC BẢNG 8

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, SƠ ĐỒ 9

MỞ ĐẦU 11

1 Lý do chọn đề tài 11

2 Mục tiêu nghiên cứu 12

3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 12

4 Giả thuyết khoa học 12

5 Nhiệm vụ nghiên cứu 6 Phương pháp nghiên cứu 12

7 Đóng góp của đề tài 13

8 Cấu trúc của luận văn 13

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ GIÁO DỤC STEM TRONG TRƯỜNG PHỔ THÔNG 14

1.1 Cơ sở tâm lý học lứa tuổi của học sinh trung học phổ thông đối với giáo dục STEM 14

1.1.1 Đặc điểm tâm lý lứa tuổi học sinh trung học phổ thông 14

1.1.2 Đặc điểm nhận thức lứa tuổi học sinh trung học phổ thông 15

1.2 Hoạt động dạy học cho học sinh trung học phổ thông 16

1.2.1 Bản chất của quá trình dạy học Vật lý … 16

1.2.2 Mục tiêu của dạy học Vật lý ở trường phổ thông 17

1.2.3 Đặc trưng của quá trình dạy học trong thời đại của cuộc Cách mạng công nghiệp 4.0 ……… 18

1.3 Cơ sở lý thuyết về giáo dục STEM 18

1.3.1 Khái niệm về giáo dục STEM 18

1.3.2 Mục tiêu của giáo dục STEM 19

1.3.3 Tiêu chí xây dựng chủ đề giáo dục STEM 19

1.4 Dạy học dự án chủ để STEM phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo 19

1.4.1 Khái niệm về dạy học dự án 19

1.4.2 Đặc trưng của dạy học dự án 20

1.4.3 Tầm quan trọng của dạy học dự án đối với học sinh 20

1.4.4 Tiến trình dạy học dự án chủ đề STEM phát triển năng lực sáng tạo và phát huy tính tích cực của học sinh … 21

1.5 Phát triển năng lực sáng tạo của học sinh trong dạy học chủ đề STEM 24

1.5.1 Khái niệm năng lực sáng tạo … 24

1.5.2 Biểu hiện của năng lực sáng tạo của học sinh trong dạy học chủ đề STEM 24

1.5.3 Biện pháp phát triển năng lực sáng tạo của học sinh trong dạy học chủ đề STEM 25

1.6 Phát huy tính tích cực của học sinh trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM 25

1.6.1 Định nghĩa tính tích cực 25

1.6.2 Biểu hiện tính tích cực của học sinh trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM 25

1.6.3 Biện pháp phát huy tính tích cực của học sinh trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM 26

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 27 CHƯƠNG 2 TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ CHỦ ĐỀ STEM CỦA NỘI DUNG KIẾN THỨC PHẦN CƠ HỌC VẬT LÝ LỚP 10 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 28 2.1 Phân tích nội dung kiến thức phần cơ học vật lý lớp 10 trung học phổ thông theo định hướng giáo dục STEM 28

2.1.1 Chuẩn kiến thức, kỹ năng của chương trình 28

2.1.2 Nội dung kiến thức phần cơ học vật lý lớp 10 trung học phổ thông 29 2.2 Thiết kế chủ đề giáo dục STEM nội dung kiến thức phần cơ học vật lý lớp 10 Trung học phổ thông 36 2.2.1.Chủ đề "Bập bênh và mô hình bập bênh” 37

2.2.2 Chủ đề “Lực đàn hồi của lò xo” 40

2.2.3 Chủ đề “Xe bong bóng sáng tạo” 42

2.3 Tổ chức dạy học chủ đề giáo dục STEM 44 2.3.1 Tổ chức dạy học chủ đề: “Lực đàn hồi của lò xo” 44

2.3.2 Tổ chức dạy học chủ đề: “Xe bong bóng sáng tạo” 49

2.3.3 Tổ chức dạy học chủ đề: “Bập bênh và mô hình bập bênh” 52

2.4 Công cụ đánh giá chủ đề giáo dục STEM theo định hướng phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo 55

2.4.1 Nguyên tắc đánh giá và yêu cầu đánh giá kết quả học tập 55

2.4.2 Tiêu chí đánh giá năng lực sáng tạo của học sinh trong dạy học theo định hướng STEM 57

2.4.3 Sự bộc lộ của tính tích cực 59

2.4.4 Biểu hiện của S, E, T, M trong các chủ đề 60

2.4.5 Xây dựng bộ công cụ đánh giá hoàn chỉnh cho từng chủ đề 61

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 65

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 66 3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 66

3.2 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 66

3.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 66

3.4 Những thuận lợi và khó khăn gặp phải khi tiến hành thực nghiệm sư phạm 66

3.4.1 Thuận lợi 66

3.4.2 Khó khăn 66

3.5 Kế hoạch thực nghiệm sư phạm 67

3.6 Phân tích diễn biến thực nghiệm sư phạm 67

3.7 Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm đối với mục tiêu giáo dục STEM 82

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 90

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 91 1.Kết luận 91

2 Kiến nghị 91

TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

2.1 Chuẩn kiến thức kĩ năng của phần cơ học Vật lý lớp 10 trung

28 học phổ thông

2.7 Các kiến thức STEM được thể hiện trong chủ đề 43 2.8 Mô tả nhiệm vụ học tập được hình thành chủ đề “Xe bong bóng

44 sáng tạo”

2.9 Bảng mô tả tiêu chí và mức độ đánh giá năng lực sáng tạo 57 2.10 Bảng mô tả tiêu chí và mức độ đánh giá tính tích cực 59 2.11 Bảng mô tả các mức độ biểu hiện của STEM 60

2.14 Phiếu tiêu chí đánh giá chủ đề “Bập bênh và mô hình bập bênh 81 3.1 Bảng mô tả biểu hiện của năng lực sáng tạo 82 3.2 Bảng mô tả biểu hiện của tính tích cực 84 3.3 Bảng phân bố điểm số của học sinh lớp 10C2 86

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, SƠ ĐỒ

Số hiệu

1.1 Sơ đồ mô tả các đặc trưng của dạy học dự án 20

1.3 Sơ đồ mô tả tiến trình dạy học dự các chủ đề STEM 23 2.1.1 Mô tả nội dung kiến thức Tổng hợp lực 30 2.1.2 Mô tả nội dung kiến thức Định luật III Niutơn 31 2.1.3 Mô tả nội dung kiến thức Lực hấp dẫn làm hành tinh quay 32

quanh mặt trời

2.1.4 Mô tả nội dung kiến thức Định luật Húc 32 2.1.5 Mô tả nội dung kiến thức Lực hướng tâm và chuyển động li

33 Tâm

2.1.6 Mô tả nội dung kiến thức Cân bằng của một vật có mặt chân

33

đế

2.1.8 Mô tả nội dung kiến thức Hợp lực của hai lực song song cùng

34 chiều

2.1.9 Mô tả nội dung kiến thức Định luật bảo toàn động lượng 35 2.1.10 Mô tả nội dung kiến thức Lực hướng tâm 36 2.1.11 Mô tả nội dung kiến thức Cân bằng của vật có mặt chân đế 36 2.1.12 Mô tả nội dung kiến thức Định luật bảo toàn động lượng 36 2.2.1 Sơ đồ hình thành ý tưởng chủ đề STEM “Bập bênh và mô hình

38 bập bênh”

2.2.2 Sơ đồ hình thành ý tưởng chủ đề STEM “Lực đàn hồi của lò

41 xo”

2.2.3 Sơ đồ hình thành ý tưởng chủ đề STEM “Xe bong bóng sáng

43 tạo”

3.2.4 Hình ảnh các vật liệu sử dụng cho tiết học chủ đề “Lực đàn 51

3.1 Dụng cụ thí nghiệm để tiến hành thí nghiệm xác định độ cứng

68 của lò xo

3.2 Dụng cụ thí nghiệm giới thiệu lực đàn hồi của lò xo 69

3.3 Các em học sinh thảo luận và tiến hành làm thí nghiệm 70 3.4 Hình ảnh cho học sinh quan sát chuyển động bằng phản lực 71 3.5 Hình ảnh vật liệu chế tạo xe bong bóng 71 3.6 Các em học sinh thảo luận và đưa ra mô hình 72 3.7 Các nhóm tiến hành thiết kế mô hình xe bóng bóng trên giấy A0 1 73 3.8 Các nhóm tiến hành thiết kế mô hình xe bóng bóng trên giấy A0 2 73

3.13 Hoạt động đua xe bong bóng ở lượt 3 vòng 2 78 3.14 Hình ảnh cho học sinh quan sát cái bập bênh 79

3.18 Các nhóm thiết kế sơ đồ nguyên lý hoạt động 83 3.19 Hoạt động điều chỉnh lượng khí của học sinh 84 3.20 Thiết kế thân xe bằng lon nước uống Marinda và giấy Carton 84

3.25 Biểu đồ cột thể hiện mức điểm học sinh đạt được qua bảng tiêu

88 chí đánh giá chung

3.26 Biểu đồ tròn thể hiện phần trăm các câu trả lời của học sinh ở câu

88 hỏi số 1

3.27 Biểu đồ tròn thể hiện phần trăm các câu trả lời của học sinh ở câu

89 hỏi số 2

3.28 Biểu đồ tròn thể hiện phần trăm các câu trả lời của học sinh ở câu

89 hỏi số 3

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

STEM–Là viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ),

Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học) Đây là một quan điểm dạy học

theo hướng tiếp cận liên ngành nhằm trang bị cho học sinh những kiến thức và kỹ năng cần thiết liên quan đến các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học gắn liền với thực tiễn Đất Nước muốn có nền kinh tế phát triển trong thời đại mới cần dựa trên nền tảng của các lĩnh vực này Chính điều này đặt ra cho ngành Giáo dục nhiệm vụ cần chuẩn bị cho nhu cầu hội nhập ngày càng cao

Bắt nguồn từ nước Mỹ các nước phương tây từ cách đây gần hai thập kỷ và được coi như một cuộc cải cách giáo dục mang tính đột phá với mục tiêu xác lập vững chắc vị thế của quốc gia đứng đầu thế giới về kinh tế, khoa học, công nghệ và đào tạo

ra nguồn lao động chất lượng thuộc các lĩnh vực STEM Cho đến nay, việc làm thuộc lĩnh vực STEM được dự báo mở rộng và phát triển nhanh Không những thế, dự đoán này cũng tương tự ở các nước phát triển khác như Úc, Anh, Pháp …

Tại Việt Nam, định hướng phát triển đất nước sớm trở thành nước công nghiệp theo hướng hiện đại, chú trọng tới phát triển kinh tế tri thức đang là vấn đề được quan tâm hàng đầu Trong quá trình hội nhập sâu và rộng, cơ hội tiếp cận với các xu thế mới, các mô hình giáo dục mới và học hỏi kinh nghiệm của các nước có nền giáo dục tiên tiến là cần thiết, nhằm thay đổi căn bản giáo dục phổ thông tại Việt Nam Trong vài năm trở lại đây, STEM xuất hiện ở Việt Nam và mới chỉ mang tính thử nghiệm mà chưa thực sự trở thành một hoạt động giáo dục chính thức Do đó STEM và giáo dục STEM vẫn chưa được nghiên cứu một cách sâu sắc và nghiêm túc, cũng như ứng dụng sâu rộng vào thực tế

Với tình hình nước ta hiện nay, trước yêu cầu đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa và hội nhập kinh tế quốc tế đòi hỏi nền giáo dục nước ta phải đào tạo ra những con người có đủ tri thức, trí tuệ, năng lực và phẩm chất tốt Với chủ trương khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện thành nếp tư duy sáng tạo cho người học, từng bước áp dụng các phương pháp tiên tiến và phương tiện hiện đại vào quá trình dạy học nhằm phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh, phù hợp với đặc điểm từng môn học, lớp học Tất cả những yêu cầu này sẽ được STEM và giáo dục STEM giải quyết một cách hiệu quả

Là một giáo viên, trăn trở của chúng tôi đối với mỗi bài dạy là phải làm sao cho học sinh phát huy tính tích cực và phát triển được năng lực tư duy sáng tạo Vì vậy,

chúng tôi đã nghiên cứu và nhận thấy STEM là quan điểm dạy học định hướng cho các phương pháp giảng dạy giúp tạo hiệu quả cao nhất công tác dạy học Vật lý Đặc biệt là các kiến thức thuộc phần cơ học vật lý lớp 10 rất phù hợp với mục tiêu giảng dạy theo

định hướng giáo dục STEM Với những lý do trên, chúng tôi lựa chọn đề tài “Thiết kế

và sử dụng chủ đề định hướng giáo dục STEM trong phần cơ học vật lý lớp 10 Trung học phổ thông” để nghiên cứu

2 Mục tiêu nghiên cứu

Tổ chức dạy học một số nội dung kiến thức phần cơ học Vật lý 10 theo định hướng STEM nhằm phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh

3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: cơ sở lý luận và thực tiễn về giáo dục STEM, nội dung kiến thức phần cơ học vật lý lớp 10 trung học phổ thông theo định hướng giáo dục STEM

- Phạm vi nghiên cứu: Hoạt động dạy và học một số kiến thức phần cơ học vật lý 10 ở trường phổ thông

4 Giả thuyết khoa học

Nếu tổ chức dạy học một số nội dung kiến thức phần cơ học vật lý 10 theo định hướng STEM thì sẽ phát huy tính tích cực, phát triển năng lực sáng tạo của học sinh

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý luận về giáo dục STEM, dạy học định hướng phát triển năng lực học sinh THPT

- Phân tích một số nội dung kiến thức phần cơ học vật lý 10 trung học phổ thông theo định hướng STEM

- Xây dựng chủ đề giáo dục STEM nội dung kiến thức phần cơ học vật lý 10 trung học phổ thông

- Đề xuất tiến trình dạy học các chủ đề giáo dục STEM đã xây dựng

- Xây dựng bộ công cụ đánh giá năng lực của học sinh theo định hướng giáo dục STEM

- Thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá giả thuyết khoa học

6 Phương pháp nghiên cứu

- Nhóm phương pháp nghiên cứu lý luận: bao gồm phương pháp phân tích,

tổng hợp và khái quát hóa nhằm nghiên cứu những tài liệu thuộc phạm vi đề tài trong

và ngoài nước về các vấn đề như khái niệm, cơ sở lý luận …

- Nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Là phương pháp điều tra, quan

sát sư phạm, thực nghiệm sư phạm … nhằm sử dụng để điều tra thực trạng dạy học môn Vật lý dưới góc độ STEM, những hiểu biết của giáo viên về giáo dục STEM Từ

đó xây dựng và sử dụng các bảng điểm quan sát năng lực của học sinh trong quá trình trải nghiệm học tập môn Vật lý theo định hướng giáo dục STEM Từ đó xác định nhiệm vụ và xây dựng nội dung, tiến hành các hoạt động thực nghiệm sư phạm

- Nhóm phương pháp thống kê toán học: Sử dụng các lý thuyết Toán học như

thống kê xác suất, cả phương tiện của logic, đại số … sử dụng máy tính điện tử với các

kỹ thuật xử lý để xử lý và phân tích các mẫu điều tra và thực nghiệm

8 Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và phần kiến nghị, tài liệu tham khảo và mục lục thì nội dung của luận văn được cấu trúc thành 3 chương:

Chương 1 Cơ sở lý luận và thực tiễn giáo dục STEM trong trường phổ thông

Chương 2 Tổ chức dạy học một số chủ đề STEM nội dung một số kiến thức phần cơ học vật lý 10 trung học phổ thông

Chương 3 Thực nghiệm sư phạm

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ GIÁO DỤC STEM

TRONG TRƯỜNG PHỔ THÔNG

1.1 Cơ sở tâm lý học lứa tuổi của học sinh trung học phổ thông đối với giáo dục

STEM

Đối với lứa tuổi học sinh trung học phổ thông, việc giáo viên nắm bắt tâm lý lứa tuổi để lựa chọn phương pháp dạy học phù hợp là điều hết sức quan trọng và cần thiết Bởi ở giai đoạn này, hoạt động học tập vẫn là chủ đạo nhưng tính chất, mức độ thì phức tạp và cao hơn hẳn so với lứa tuổi thiếu niên Đòi hỏi ở các em sự tự giác, độc lập và vận dụng sáng tạo kiến thức Công tác dạy học trong nhà trường, cụ thể là trong một lớp học, không chỉ mang tính chất cung cấp kiến thức và hoàn chỉnh tri thức mà còn có tác dụng hình thành thế giới quan, nhân sinh quan cho học sinh

1.1.1 Đặc điểm tâm lý lứa tuổi học sinh trung học phổ thông [Tài liệu tham

khảo số 17] và [Tài liêu tham khảo số 18].

Học sinh trung học phổ thông đang ở tuổi thanh niên là giai đoạn phát triển bắt đầu từ lúc dậy thì và kết thúc khi bước vào tuổi trưởng thành

Tuổi thanh niên thể hiện tính chất phức tạp và nhiều mặt của hiện tượng, nó được giới hạn ở hai mặt: sinh lý và tâm lý Đây là vấn đề khó khăn và phức tạp, vì không phải lúc nào nhịp điệu và các giai đoạn của sự phát triển tâm sinh lý cũng trùng hợp với các thời kỳ trưởng thành về mặt xã hội Có nghĩa là sự trưởng thành về mặt thể chất, nhân cách trí tuệ, năng lực lao động sẽ không trùng hợp với thời gian phát triển của lứa tuổi Việc phát triển tâm lý của tuổi thanh niên không chỉ phụ thuộc vào giới hạn lứa tuổi, mà trước hết là phụ thuộc vào môi trường sống, cách giáo dục cũng như điều kiện xã hội (vị trí của thanh niên trong xã hội; khối lượng tri thức, kỹ năng mà họ nắm được và một loạt các nhân tố khác…) có ảnh hưởng đến sự phát triển lứa tuổi

1.1.1.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến lứa tuổi học sinh THPT

a) Đặc điểm về sự phát triển thể chất

Ở lứa tuổi của thanh niên, với sự tăng trưởng về mặt cơ thể của các em học sinh có tính chất vừa phải, không nhanh và không có nhiều biến động Sự phát triển về hệ thần kinh của các em trong giai đoạn này lại có những thay đổi quan trọng về cấu trúc bên trong của não và các chức năng của não Số lượng dây thần kinh liên hợp giữa các vùng chức năng trên vỏ não tăng nhanh, liên kết các phần khác nhau Chính điều này tạo điều kiện cần thiết cho hoạt động tiếp nhận, dẫn truyền, phân tích, tổng hợp, hệ thống hóa các kích thích lý học, hóa học, cơ học bên trong và bên ngoài cơ thể Nó còn phối hợp điều

hòa các hoạt động của cơ thể, đặc biệt là các hoạt động của cơ thể, nội tạng và nội tiết với các hoạt động riêng của hệ thần kinh Yếu tố này tạo nên điều kiện cần thiết cho quá trình

tư duy và học tập các kiến thức khoa học của học sinh, bổ trợ cho sự phát triển các thao tác tư duy và các kỹ năng học tập

b) Vị trí của các em trong gia đình, nhà trường và xã hội

Các em đã có nhận thức trách nhiệm và có nhiều quyền lợi hơn, người lớn bắt đầu trao đổi với các em về những vấn đề quan trọng và các em đã có thể nói lên tiếng nói cá nhân một cách tự tin và có thể chịu trách nhiệm cho vấn đề đó Như vậy có thể nói các em đã ý thức được quyền lợi, nghĩa vụ của mình và có xu hướng muốn tự khẳng định vị trí của bản thân

1.1.2 Đặc điểm nhận thức lứa tuổi học sinh trung học phổ thông [Tài liệu tham khảo số 17] và [Tài liêu tham khảo số 18]

1.1.2.1.Sự phát triển của tự ý thức

Đây là một đặc điểm nổi bật trong sự phát triển nhân cách của học sinh trung học phổ thông, nó có ý nghĩa to lớn đối với sự phát triển tâm lý của lứa tuổi này Biểu hiện của sự tự ý thức là nhu cầu tìm hiểu và tự đánh giá những đặc điểm tâm lý của mình theo chuẩn mực đạo đức của xã hội, theo quan điểm về mục đích cuộc sống… Điều đó khiến các em quan tâm sâu sắc tới đời sống tâm lý, những phẩm chất nhân cách và năng lực riêng của bản thân Các em không chỉ nhận thức về cái tôi hiện tại của mình mà còn nhận thức về vị trí của mình trong xã hội tương lai; không chỉ chú ý đến vẻ bên ngoài mà còn đặc biệt chú trọng tới phẩm chất bên trong; có khuynh hướng phân tích và đánh giá bản thân mình một cách độc lập dù có thể có sai lầm khi đánh giá Ý thức làm người lớn khiến các em có nhu cầu khẳng định mình, muốn thể hiện cá tính của mình một cách độc đáo, muốn người khác quan tâm, chú ý đến mình…

1.1.2.2 Sự hình thành thế giới quan

Đây có thể xem là nét chủ yếu trong tâm lý thanh niên, vì các em sắp bước vào cuộc sống xã hội, có nhu cầu tìm hiểu khám phá để có cách nhìn nhận về mọi thứ xung quanh, về các nguyên tắc và quy tắc ứng xử, những chuẩn mực hình thành giá trị của con người Các em quan tâm đến nhiều vấn đề như: thói quen đạo đức, cái xấu cái đẹp, cái thiện cái ác, quan hệ giữa cá nhân với tập thể, giữa cống hiến với hưởng thụ, giữa quyền lợi và nghĩa vụ trách nhiệm… Tuy nhiên vẫn có những em chưa được giáo dục đầy đủ về thế giới quan, chịu ảnh hưởng của tư tưởng bảo thủ, lạc hậu như: có thái độ coi thường phụ nữ, coi khinh lao động chân tay, ý thức tổ chức kỉ luật kém, thích có cuộc sống thụ động và hưởng thụ…

1.1.2.3 Đặc điểm giao tiếp

- Nhìn chung trong giai đoạn này phạm vi giao tiếp của các em được mở rộng

và tính người lớn của các em được thừa nhận ngày càng nhiều, tính độc lập trong giao tiếp với người lớn ngày càng tăng Các em tham gia nhiều nhóm xã hội và có nhiều vai trò khác nhau, từ đó nảy sinh nhiều cơ hội hình thành giá trị xã hội Điều này vừa là cơ hội vừa là thách thức đối với giáo viên chúng ta trong quá trình định hướng cái tốt và tích cực cho các em Bởi lẽ học sinh ở lứa tuổi này có xu hướng coi trọng quan hệ với những người cùng lứa tuổi hơn so với những người lớn hoặc nhỏ tuổi, đó là bởi sự tương đồng về suy nghĩ, cảm xúc và hành động

- Trong việc giao tiếp với thầy cô giáo ở giai đoạn này có sự khác biệt rõ rệt so với khi các em còn ở trường trung học cơ sở Các em đóng vai trò chủ động, sáng tạo trong học tập Đây là cơ hội thuận lợi cho việc phát triển tính người lớn trong các em Các

em có thể tự quản lý lớp, tự quản lý thời khóa biểu học tập, tìm kiếm tài liệu học tập bằng nhiều nguồn khác nhau; tham gia các hoạt động ngoại khóa, các hoạt động xã hội, hoạt động hướng nghiệp; thảo luận và góp ý về các khía cạnh của quá trình học tập như: nội dung chương trình, phương pháp và hình thức học tập, các điều kiện vật chất và thiết bị phục vụ cho việc học, đánh giá việc dạy học và những vấn đề khác liên quan đến học tập với tư cách là học sinh Điều này rất thuận lợi để học sinh rèn luyện và trưởng thành về nhận thức, kỹ năng…

1.2 Hoạt động dạy học cho học sinh trung học phổ thông

1.2.1 Bản chất của quá trình dạy học Vật lý [Tài liệu tham khảo số 9].

Quá trình dạy học Vật lý là chuỗi liên tiếp các hành động dạy, hành động học đan xen giữa người học và người dạy, họ tương tác với nhau trong khoảng không gian

và thời gian nhất định, nhằm thực hiện nhiệm vụ dạy học Mục tiêu nhằm làm cho học sinh nắm vững và có ý thức về các cơ sở của bộ môn Vật lý; có thói quen ứng dụng kiến thức vào đời sống; hướng tới sự phát triển tư duy sáng tạo của học sinh, nhằm giáo dục tư tưởng và giáo dục lao động cho học sinh

Quá trình dạy học Vật lý được đặc trưng bởi sự tương tác của các thành phần sau:

- Nội dung dạy học

- Hoạt động dạy: Giáo viên tạo ra các hoạt động để kích thích động cơ học tập của học sinh, tổ chức quá trình dạy học có sử dụng thí nghiệm Vật lý và các phương tiện

kỹ thuật hỗ trợ dạy học, định hướng chỉ dẫn hoạt động tự lực của học sinh và kiểm tra, đánh giá kết quả, đánh giá kiến thức và kỹ năng

và phương tiện công nghệ thông tin…

1.2.2 Mục tiêu của dạy học Vật lý ở trường phổ thông

Theo bộ Luật Giáo dục của nước Cộng hòa Xã hội Chủ nghĩa Việt Nam, mục

1 điều 27 chỉ rõ: Mục tiêu của giáo dục phổ thông là giúp học sinh phát triển toàn diện

về đạo đức, trí tuệ, thể chất, thẩm mĩ và các kỹ năng cơ bản, phát triển năng lực cá nhân, tính năng động và sáng tạo, hình thành nhân cách con người Việt Nam Xã hội Chủ nghĩa, xây dựng tư cách và trách nhiệm công dân; Chuẩn bị cho học sinh tiếp tục học lên hoặc đi vào cuộc sống lao động, tham gia xây dựng và bảo vệ Tổ quốc.[Luật giáo dục 2005 38/2005/QH11]

Đồng thời, trong văn kiện Đại hội Đảng Cộng sản Việt Nam lần thứ X có

nêu: Coi trọng bồi dưỡng cho học sinh, sinh viên khát vọng mãnh liệt xây dựng đất

nước giàu mạnh, gắn liền lập nghiệp bản thân với tương lai của cộng đồng, của dân tộc, trau dồi cho học sinh, sinh viên bản lĩnh, phẩm chất và lối sống của thế hệ trẻ Việt Nam hiện đại [Nội dung văn kiện đại hội Đảng - chính phủ Phương hướng, nhiệm vụ phát triển kinh tế - xã hội 5 năm 2006 - 2010]

Có thể nói mục tiêu giáo dục xuyên suốt vẫn là giáo dục toàn diện nhằm đào tạo những lao động mới có trí tuệ, có nhân cách, năng động, sáng tạo, chủ động thích ứng với nền kinh tế tri thức và sự phát triển của thời đại

Qua đó, mục tiêu cụ thể của dạy học Vật lý ở trường phổ thông có những

điểm chính sau:[Quyết định số 16/2006/QĐ-BGDĐT ngày 5/5/2006 của Bộ GD&ĐT]

a) Về kiến thức

Đạt được hệ thống kiến thức Vật lý phổ thông, cơ bản và phù hợp với những quan điểm hiện đại như khái niệm về các sự vật hiện tượng; các đại lượng, định luật, nguyên lý Vật lý; thuyết Vật lý; ứng dụng phổ biến của Vật lý trong đời sống và trong sản xuất; các phương pháp chung của nhận thức khoa học…

b) Về kỹ năng

- Quan sát các hiện tượng và quá trình Vật lý trong tự nhiên, trong đời sống hàng ngày hoặc trong các thí nghiệm, biết điều tra, sưu tầm, tra cứu các tài liệu từ các nguồn khác nhau để thu thập thông tin cần thiết cho việc học tập môn Vật lý

- Sử dụng được các dụng cụ đo phổ biến của Vật lý, biết lắp ráp và tiến hành các thí nghiệm đơn giản

- Phân tích, tổng hợp và xử lý được các thông tin thu được để rút ra kết luận; đề ra các dự đoán đơn giản về các mối quan hệ, bản chất của hiện tượng hay quá trình Vật lý; đề xuất phương án thí nghiệm để kiểm tra dự đoán đã đề ra

- Vận dụng được những kiến thức Vật lý để mô tả, giải thích các hiện tượng

và quá trình Vật lý, giải các bài tập Vật lý và giải quyết các vấn đề đơn giản trong đời sống và sản xuất ở mức độ phổ thông

- Sử dụng được các thuật ngữ Vật lý; các biểu, bảng, đồ thị để trình bày rõ ràng, chính xác những hiểu biết cũng như những kết quả thu được qua thu thập và xử lí thông tin

c) Về thái độ

- Có hứng thú học Vật lý, yêu thích tìm tòi khoa học, trân trọng những đóng góp của Vật lý cho sự tiến bộ của xã hội và công lao của các nhà khoa học

- Có thái độ khách quan, trung thực, tác phong tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác và

có tinh thần hợp tác trong việc học tập môn Vật lý cũng như trong việc áp dụng các hiểu biết đã có được

- Có ý thức vận dụng những hiểu biết Vật lý vào đời sống nhằm cải thiện điều kiện sống, học tập và để bảo vệ môi trường sống tự nhiên

- Có thế giới quan, nhân sinh quan, tư duy khoa học và những phẩm chất, năng lực theo mục tiêu của giáo dục phổ thông

1.2.3 Đặc trưng của quá trình dạy học trong thời đại của cuộc Cách mạng công nghiệp 4.0 [Tài liệu tham khảo số 23]

- Ngày nay, thế giới đang trải qua những thay đổi lớn lao chưa từng có Cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư – còn được gọi là công nghiệp thế hệ 4.0 đã, đang

và sẽ tiếp tục tạo ra những biến động mạnh mẽ, gây ảnh hưởng đến mọi mặt của cuộc sống con người trong thế kỷ 21 Cuộc Cách mạng này sẽ ảnh hưởng sâu sắc đến nền kinh tế, xã hội toàn cầu, trong đó có nền giáo dục Nó đặt ra những vấn đề cấp bách cho nền giáo dục cần phải hành động và chuẩn bị hành trang cần thiết cho người học

tự tin bước vào cuộc sống

- Chúng ta cần định vị cụ thể cách thức, phương pháp của đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo Theo đó, sự thay đổi về quan niệm, tư duy của quá trình dạy và học là một trong những yếu tố then chốt để tiến tới đổi mới căn bản và toàn diện nền giáo dục nói chung, đổi mới theo hướng giáo dục 4.0 nói riêng

- Đối với quá trình dạy: cần chuyển từ truyền thụ kiến thức sang hình thành phẩm chất và phát triển năng lực người học hay là tổ chức một nền giáo dục mở, thực học, thực nghiệm Thay đổi phát triển giáo dục từ chủ yếu theo số lượng sang chú trọng cả số lượng, chất lượng và hiệu quả; từ chỉ chú trọng giáo dục nhân cách nói chung sang kết hợp giáo dục nhân cách với phát huy tốt nhất tiềm năng cá nhân; từ quan niệm cứ có kiến thức là có năng lực sang quan niệm kiến thức chỉ là yếu tố quan trọng của năng lực

- Đối với quá trình học: cần chuyển từ học thuộc, học nhớ nhiều sang hình thành năng lực vận dụng, thích nghi, giải quyết vấn đề, tư duy độc lập Không chỉ học trong sách vở, qua tài liệu mà phải học qua nhiều hình thức khác như qua trò chơi, liên hệ tương tác, cung ứng đám đông, học bằng dự án Đặc biệt, với học sinh phổ thông - người lao động trong tương lai - cần thay đổi suy nghĩ học một lần cho cả đời bằng việc học tập suốt đời

1.3 Cơ sở lý thuyết về giáo dục STEM [Tài liêu tham khảo số 11]

1.3.1 Khái niệm về giáo dục STEM

STEM là viết tắt của các từ tiếng anh Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật), Math (Toán) Thuật ngữ STEM được dùng trong hai ngữ cảnh khác nhau đó là ngữ cảnh nghề nghiệp và ngữ cảnh giáo dục

Trong phạm vi đề tài, chúng tôi quan tâm đến ngữ cảnh giáo dục của thuật ngữ STEM, tức là nhấn mạnh đến sự quan tâm của nền giáo dục đối với các môn học Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học

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

1.3.2 Mục tiêu của giáo dục STEM

Có ba mục tiêu chính: [Mục tiêu giáo dục STEM trong trường trung học; tài

liệu tham khảo số 11; tr 12]

- 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 cho 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

1.3.3 Tiêu chí xây dựng chủ đề giáo dục STEM

Để xây dựng chủ đề giáo dục STEM cần dựa trên bốn tiêu chí cơ bản:

- Hướng tới giải quyết các vấn đề trong thực tiễn, các tình huống xã hội, kinh

tế, môi trường trong cộng đồng địa phương hay toàn cầu

- Hướng tới việc học sinh vận dụng các kiến thức trong lĩnh vực STEM để giải quyết

- Định hướng thực hành nhằm hình thành và phát triển năng lực kết hợp lý thuyết cho học sinh

- Khuyến khích làm việc nhóm

1.4 Dạy học dự án chủ để STEM phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo

1.4.1 Khái niệm về dạy học dự án

Dạy học theo dự án là một hình thức dạy học, trong đó học sinh dưới sự điều khiển và giúp đỡ của giáo viên, học sinh phải tự lực giải quyết một nhiệm vụ học tập mang tính phức tạp không chỉ về mặt lý thuyết mà đặc biệt về mặt thực hành, thông qua đó tạo ra các sản phẩm thực hành có thể giới thiệu, công bố được

1.4.2 Đặc trưng của dạy học dự án

Dạy học dự án có đặc trưng thể hiện trên sơ đồ hình 1.1

Vấn đề gắn với

Hình 1.1 Sơ đồ mô tả các đặc trưng của dạy học dự án.[tài liệu tham khảo số 11; tr 47]

Dạy học dự án hỗ trợ phát triển kỹ năng tư duy siêu nhận thức, phát triển

năng lực hợp tác,tự giám sát, phân tích dữ liệu, và đánh giá thông tin

1.4.3 Tầm quan trọng của dạy học dự án đối với học sinh

- Thiết lập mối liên hệ giữa nội dung học tập với cuộc sống ngoài học đường, hướng tới các vấn đề của thực tiễn nghề nghiệp

- Phát triển những kỹ năng phát hiện và giải quyết vấn đề thực tiễn

- Tạo cơ hội cho học sinh tự tìm hiểu chính mình, tự khẳng định mình

1.4.4 Tiến trình dạy học dự án chủ đề STEM phát triển năng lực sáng tạo và phát huy tính tích cực của học sinh

1.4.4.1 Tiến trình cơ bản dạy học dự án

Các giai đoạn của dạy học dự án được chúng tôi mô tả trong sơ đồ hình 1.2

và các hoạt động của giáo viên và học sinh trong tiết học sử dụng phương pháp dạy học dự án ở Bảng 1.1

Hình 1.2 Các giai đoạn dạy học theo dự án[tài liệu tham khảo số 25]

Chuẩn bị - Xây dựng bộ câu hỏi định - Làm việc nhóm để lựa chọn (Xây dựng ý tưởng, hướng: xuất phát từ nội dung chủ đề dự án

lựa chọn chủ đề, xây học và mục tiêu cần đạt được - Xây dựng kế hoạch dự án: xác dựng kế hoạch thực định những công việc cần làm, hiện dự án) - Thiết kế dự án: xác định lĩnh thời gian dự kiến, vật liệu, kinh

vực thực tiễn ứng dụng nội phí, phương pháp tiến hành dung học, người học, ý tưởng và phân công công việc trong

- Thiết kế các nhiệm vụ cho - Chuẩn bị các nguồn thông tin

học sinh: làm thế nào để học đáng tin cậy để chuẩn bị thực sinh thực hiện xong thì bộ câu hiệndự án

hỏi được giải quyết và các mục tiêu đồng thời cũng đạt được

- Chuẩn bị các tài liệu hỗ trợ - Cùng giáo viên thống nhất các giáo viên và học sinh cũng như tiêu chí đánh giá dự án

các điều kiện thực hiện dự án trong thực tế

Thực hiện dự án

- Quan sát, hướng dẫn, đánh - Phân công nhiệm vụ các thành giá học sinh trong quá trình viên trong nhóm thực hiện dự án thực hiện dự án theo đúng kế hoạch

- Liên hệ đoàn trường, khách - Tiến hành thu thập, xử lý thông mời cần thiết cho học sinh tin thu được

- Chuẩn bị cơ sở vật chất, tạo - Xây dựng sản phẩm hoặc bản điều kiện thuận lợi cho các em báo cáo

thực hiện dự án - Liên hệ, tìm nguồn giúp đỡ khi

- Bước đầu thông qua sản cần

phẩm cuối của các nhóm học - Thường xuyên phản hồi, thông sinh báo thông tin cho giáo viên và

Bảng 1.1.Các hoạt động của giáo viên và học sinh trong tiến trình dạy học theo dự

án

Tiến trình dạy học dự án chủ đề STEM phát triển năng lực sáng tạo và phát huy tính tích cực của học sinh được tổ chức theo hướng phối kết hợp giữa các tiết dạy chính khóa và các tiết dạy ngoại khóa, vận dụng những kiến thức khoa học, kinh

nghiệm mà học sinh đã tích lũy từ trước để thực hiện chủ đề STEM Trong quá trình thực hiện chủ đề học sinh sẽ tích lũy được thêm nhiều kiến thức, kỹ năng mới

Tiến trình được mô tả bằng sơ đồ hình 1.3

Vấn đề thực tiễn

Phát hiện dự án

Xác định mục tiêu dự án

Lên kế hoạch thực hiện dự án

Triển khai kế hoạch

1.5 Phát triển năng lực sáng tạo của học sinh trong dạy học chủ đề STEM

1.5.1 Khái niệm năng lực sáng tạo

Trong dự thảo chương trình giáo dục phổ thông sau năm 2015 của Bộ Giáo dục và Đào tạo, coi sáng tạo là một trong những năng lực chung cần được hình thành

và phát triển cho học sinh Năng lực đó có ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển của toàn

xã hội, là khả năng tạo ra cái mới có tính hữu dụng phục vụ cho đời sống của con người và những điều cốt yếu làm tiền đề cho sự phát triển của nhân loại Sáng tạo mang tính tinh thần của mỗi cá nhân và mỗi người lại có cách thức và con đường sáng tạo khác nhau dựa trên những phẩm chất độc đáo của cá nhân

Như “Năng lực sáng tạo là khả năng tạo cái mới hoặc giải quyết một vấn đề

một cách mới mẻ của con người” (Theo tác giả Huỳnh Văn Sơn (2009), Tâm lí học

sáng tạo, Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam, Hà Nội, tr 129) [Tài liêu tham khảo số 19]

1.5.2 Biểu hiện của năng lực sáng tạo của học sinh trong dạy học chủ đề STEM

Lacne đã chỉ ra 7 đặc trưng của hoạt động sáng tạo chung cho mọi lĩnh vực khoa học như sau:

- Có sự tự lực chuyển các tri thức và kỹ năng sang một tình huống mới gần hoặc xa, bên trong hoặc bên ngoài giữa các hệ thống kiến thức

- Nhìn thấy những vấn đề mới trong các điều kiện quen thuộc

- Nhìn thấy cấu trúc của đối tượng đang nghiên cứu

- Nhìn thấy chức năng mới của đối tượng quen biết

- Xây dựng phương án mới về nguyên tắc, khác với những phương pháp quen thuộc đã biết

- Nhìn thấy nhiều cách giải quyết có thể có, tiến hành giải quyết theo từng cách và lựa chọn cách tối ưu

- Tự lực kết hợp với các phương thức hoạt động đã biết, tạo thành cái mới

* Dựa vào định nghĩa năng lực sáng tạo, kết hợp cùng các đặc trưng của hoạt động sáng của Lacne đưa ra, chúng tôi nêu ra một số biểu hiện có năng lực sáng tạo trong hoạt động nhận thức của học sinh khi học theo định hướng giáo dục STEM như sau:

[Tài liêu tham khảo số 11; tr 16].

a Tự lực phát hiện vấn đề mới, tình huống mới từ những tình huống quen

liên quan đến các ngành nghề kỹ thuật

b Nghiên cứu tổng quan các giải pháp kỹ thuật có sẵn, sau đó đưa ra bình luận, lật đi lật lại vấn đề, trao đổi, chất vấn với các học sinh khác, với giáo viên, với chuyên gia, …Từ đó đề xuất các giải pháp kỹ thuật mới, tối ưu trên cơ sở kế thừa các giải pháp kỹ thuật đã có

c Tự đề xuất các giải pháp kỹ thuật phù hợp đem lại hiệu quả cao mà không

tham khảo các giải pháp đã có

d Tự truyền tải tri thức và kỹ năng từ lĩnh vực quen biết sang tình huống

mới, vận dụng kiến thức đã học trong điều kiện mới, hoàn cảnh mới

e Nhìn thấy cấu trúc kỹ thuật, chức năng, bản chất của đối tượng kỹ thuật Thực chất là bao quát nhanh chóng, đôi khi tức khắc, các bộ phận kỹ thuật, các yếu tố

bản chất của đối tượng kỹ thuật trong mối tương quan giữa chúng

f Đề xuất mô hình giả thuyết, đưa ra phương án thực nghiệm để kiểm tra giả thuyết hay hệ quả suy ra từ giả thuyết với hiệu quả cao nhất có thể được trong những điều kiện đã cho

g Tự thiết kế sơ đồ nguyên lý, bản vẽ kĩ thuật thể hiện cấu tạo, chức năng,

của đối tượng kỹ thuật đang nghiên cứu

1.5.3 Biện pháp phát triển năng lực sáng tạo của học sinh trong dạy học chủ đề STEM

Căn cứ vào các biểu hiện của năng lực sáng tạo, có thể chỉ ra một số biện pháp để phát huy năng lực sáng tạo của học sinh trong dạy học theo định hướng giáo

dục STEM: [Tài liêu tham khảo số 11; tr 17]

- Tổ chức hoạt động sáng tạo gắn liền với quá trình vận dụng kiến thức Vật

lý để giải quyết các vấn đề thực tiễn liên quan đến ngành nghề kĩ thuật, sáng tạo ra những sản phẩm, công cụ mới, có ích cho xã hội

- Tổ chức hoạt động sáng tạo gắn liền với quá trình xây dựng kiến thức mới

- Luyện tập phỏng đoán, dự đoán, xây dựng giả thuyết

- Luyện tập đề xuất phương án thí nghiệm kiểm tra dự đoán

1.6 Phát huy tính tích cực của học sinh trong dạy học theo định hướng giáo dục

STEM [Tài liêu tham khảo số 10].

1.6.1 Định nghĩa tính tích cực

Theo V.Ôkôn thì: tính tích cực là lòng mong muốn hành động được nảy sinh

do các động lực thúc đẩy hoạt động, do các quyết định dứt khoát và do ý chí của học sinh Điều kiện của tính tích cực được biểu hiện bởi các yếu tố: hình dung rõ mục đích (thỏa mãn lòng ham học hỏi, hứng thú, say mê), đi đến quyết định, thực hiện, đạt tới mục đích Như vậy tính tích cực trong hoạt động dựa trên nhu cầu và hứng thú cá

nhân [V.Ôkon, “Những cơ sở dạy học nêu vấn đề”, NXB Giáo dục, 1976, tài liệu

tham khảo số 22]

Như vậy tính tích cực được hiểu là một trạng thái tâm lý sẵn sàng của người học, thể hiện sự mong muốn giải quyết các vấn đề gắn với thực tiễn trên cơ sở tạo sự hứng thú

có động cơ và nỗ lực nhận thức của cá nhân

1.6.2 Biểu hiện tính tích cực của học sinh trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM

Dấu hiệu của tính tích cực được G I Sukina nêu ra như sau: [Tạp chí giáo

- Tập trung ý chí vào vấn đề đang học, kiên trì làm cho xong các nhiệm vụ học tập được giao, không nản chí trước tình huống khó khăn, thái độ phản ứng khi giáo viên báo hết giờ như: tiếc rẻ, cố gắng làm cho xong,…

* Dựa vào các dấu hiệu của tính tích cực trong hoạt động nhận thức của G.I Sukina đưa ra, chúng tôi nêu ra một số biểu hiện tính tích cực trong hoạt động nhận thức của học sinh khi học theo định hướng giáo dục STEM như sau:

a Khát khao tìm kiếm kiến thức mới liên quan đến các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật hay toán

b Hào hứng khi gặp một tình huống mới liên quan đến các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật hay toán Học sinh bắt tay vào giải quyết vấn đề, lên kế hoạch thực hiện ngay

c Tích cực tìm kiếm tài liệu từ nhiều nguồn, trao đổi thông tin, thảo luận với các học sinh khác, với giáo viên và các chuyên gia về vấn đề liên quan đến các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật hay toán

d Chủ động thành lập nhóm, diễn đàn trao đổi thông tin để thực hiện nhiệm

- 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

- Môi trường học an toàn, thân thiện, có các suất học bổng xứng đáng, tạo mối liên hệ chặt chẽ giữa trường đại học và doanh nghiệp

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Trong chương I, chúng tôi trình bày về cơ sở lí luận về tính tích cực và năng lực sáng tạo, quy trình thiết kế chủ đề giáo dục STEM và tiến trình tổ chức dạy học kiến thức Vật lý theo định hướng giáo dục STEM

Đầu tiên chúng tôi trình bày về đặc điểm tâm lý học lứa tuổi học sinh trung học phổ thông nói chung Sau đó là mục tiêu của quá trình dạy học và đặc trưng của dạy học trong thời đại công nghiệp 4.0

Trong phần tiếp theo, chúng tôi cung cấp những cái nhìn cơ bản nhất về dạy học theo định hướng giáo dục STEM, thông qua định nghĩa thuật ngữ STEM, khái niệm Giáo dục STEM, làm rõ mục tiêu giáo dục STEM và quy trình dạy học theo định hướng giáo dục STEM

Chúng tôi trình bày về dạy học dự án chủ đề STEM nhằm phát triển năng lực sáng tạo và phát huy tính tích cực của học sinh

Cuối cùng, chúng tôi nêu lên các khái niệm tính tích cực, năng lực sáng tạo trong hoạt động nhận thức của học sinh theo định hướng giáo dục STEM, đưa ra một

số biểu hiện của tính tích cực, biểu hiện của năng lực sáng tạo của học sinh và các biện pháp để phát huy tính tích cực và năng lực sáng tạo

Từ những nghiên cứu về cơ sở lý luận, chúng tôi nhận thấy rằng, giáo dục STEM là một quan điểm dạy học tích cực, có mục tiêu cụ thể và khi ứng dụng nó vào dạy học ở trường phổ thông sẽ phát huy tính tích cực và sáng tạo của học sinh Hơn nữa, việc tổ chức dạy học Vật lý theo định hướng giáo dục STEM đã có tiến trình cụ thể Trong chương 2 của luận văn, chúng tôi sẽ trình bày chi tiết hơn việc tổ chức dạy học một số kiến thức phần cơ học vật lý 10 trung học phổ thông theo định hướng giáo dục STEM

2.1.1 Chuẩn kiến thức, kỹ năng của chương

Nhìn chung, mục tiêu về kiến thức và kỹ năng của chương tập trung chủ yếu vào các vấn đề sau:

- Tìm hiểu khái niệm lực, biết tổng hợp lực và phân tích lực đồng quy;

- Tìm hiểu nội dung ba định luật Newtơn Khái niệm trọng lượng và trọng lực;

- Nghiên cứu và giải thích các hiện tượng trong tự nhiên về lực hấp dẫn;

- Phát biểu được nội dung và viết được biểu thức của định luật Húc, biết được ứng dụng trong thực tiễn và giải một số bài toán liên quan;

- Tìm hiểu đặc điểm của lực hướng tâm, chuyển động li tâm;

- Tìm hiểu sự cân bằng của vật có mặt chân đế và điều kiện cân bằng;

- Tìm hiểu động lượng, định luật bảo toàn động lượng

Cụ thể, chuẩn kiến thức kĩ năng của phần cơ học Vật lý 10 là:

Kiến thức

a) Tổng hợp và phân Biết cách tổng hợp lực và phân tích lực theo quy tắc

tích lực Điều kiện hình bình hành và điều kiện để tính tổng hợp lực

d) Lực đàn hồi của lò

xo Định luật Húc

Biết được nội dung của Định luật Húc Hiểu được Đặc điểm của lực đàn hồi, biết xác định được độ cứng của lò xo

f) Các dạng cân bằng Phân biệt được các dạng cân bằng, cân bằng của vật

cân bằng của một vật có mặt chân đế Biết cách tăng mức vững vàng của

có mặt chân đế vật Giải thích được một số hiện tượng trong thực tế

g) Động lượng Định Hiểu được khái niệm, đặc điểm, công thức của động

luật bảo toàn động lượng Định luật bảo toàn động lượng Vận dung và

lượng Chuyển động giải thích một số hiện tượng trong thực tế

bằng phản lực

Kĩ năng

- Vận dụng được công thức tổng hợp lực và quy tắc Hình bình hành để giải các bài tập đơn giản

- Vận dụng được công thức Định luật II Newtơn

để làm các bài tập đơn giản

- Giải thích được tại sau mặt trăng có thể chuyển động gần như tròn đều quanh trái đất Trái đất chuyển động gần như tròn đều quanh mặt trời

- Vận dụng công thức tính độ lớn lực đàn hồi để tìm

Độ cứng của lò xo

- Vận dụng công thức tính lực hướng tâm

- Giải thích được các dạng cân bằng của một vật

cân bằng của một vật có mặt chân đế, vận dụng cân bằng của vật có mặt chân đế trong thực tế

- Vận dung được công thức tính động lượng của vật

của hệ vật, Định luật bảo toàn động lượng, ứng dung định luật bảo toàn động lượng trong thực tế

Bảng 2.1 Chuẩn kiến thức, kỷ năng của phần cơ học vật lý lớp 10 trung học phổ

thông

2.1.2 Nội dung kiến thức Phần cơ học Vật lý 10 trung học phổ thông

a) Tổng hợp và phân tích lực và điều kiện cân bằng:

- Tổng hợp lực là thay thế nhiều lực tác dụng đồng thời vào một vật bằng một lực có tác dụng giống hệt như toàn bộ các lực ấy

- Phân tích lực là thay thế một lực bằng hai hay nhiều lực có tác dụng giống hệt như lực ấy

Hình 2.1.1 Mô tả nội dung kiến thức tổng hợp lực

- Điều kiện cân bằng của chất điểm: Một chất điểm cân bằng khi tổng các

lực tác dụng lên nó cân bằng không

Lực tổng hợp phải thỏa điều kiện: F1−F2 F F1+F2

b) Ba định luật Newtơn:

- Định luật I Newtơn:

Nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào hoặc chịu tác dụng của các lực

có hợp lực bằng không thì vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên đang chuyển động

sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều

- Định luật II Newtơn:

Gia tốc của một vật cùng hướng với lực tác dụng lên vật Độ lớn của gia tốc tỉ

lệ thuận với độ lớn của lực và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật hayF ma

m

F

Trong trường hợp vật chịu tác dụng của nhiều lực thì F là hợp lực

- Định luật III Newtơn:

Trong mọi trường hợp, khi vật A tác dụng lên vật B một lực thì vật B cũng tác dụng lại vật A một lực Hai lực này cùng nằm trên một đường thẳng, có cùng phương nhưng ngược chiều

Ta có: F AB = − F BA

Hình 2.1.2 Mô tả nội dung kiến thức Định luật III Newtơn c) Lực hấp dẫn Định luật vạn vật hấp dẫn:

- Lực hấp dẫn: Mọi vật trong vũ trụ đều hút nhau với một lực gọi là lực hấp

dẫn Lực hấp dẫn là lực tác dụng từ xa, qua khoảng không gian giữa các vật

- Định luật vạn vật hấp dẫn: Lực hấp dẫn giữa hai chất điểm bất kì tỉ lệ thuận

với tích hai khối lượng của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng

Công thức: 12 2

hd

r

m m G

F = (Trong đó m1, m2 là khối lượng của hai chất điểm, r

là khoảng cách giữa chúng; G = 6,67.10-11 Nm2/kg2 gọi là hằng số hấp dẫn)

Hình 2.1.3 Mô tả kiến thức Lực hấp dẫn làm các hành tinh quay quanh Mặt Trời d) Lực đàn hồi của lò xo:

- Hướng và điểm đặt của lực đàn hồi của lò xo

1 Lực đàn hồi xuất hiện ở hai đầu của lò xo và tác dụng vào các vật tiếp xúc (hay gắn) với lò xo làm nó biến dạng

2 Khi lò xo bị biến dạng lực đàn hồi của lò xo hướng theo trục của lò xo vào phía trong, còn khi nén lực đàn hồi của lò xo hướng theo trục của lò xo ra ngoài

- Độ lớn của lực đàn hồi của lò xo - Định luật Húc

Trong giới hạn đàn hồi, độ lớn của lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo

Fdh = k|∆l|

Trong đó k là độ cứng (hay hệ số đàn hồi) của lò xo, có đơn vị là N/m;

∆l = |l – l0| là độ biến dạng (độ dãn hay nén) của lò xo

Hình 2.1.4 Mô tả nội dung kiến thức Định luật Húc

e) Lực hướng tâm:

- Định nghĩa: Lực hướng tâm là lực (hay hợp của các lực) tác dụng vào một vật

chuyển động tròn đều và gây ra cho vật gia tốc hướng tâm

r

vmma

2 ht

- Chuyển động li tâm

Trong chuyển động tròn của một vật, khi lực ma sát nghỉ cực đại không đủ lớn

để đóng vai trò của lực hướng tâm, lúc này vật trượt trên mặt tiếp xúc rồi văng ra theo phương tiếp tuyến quỹ đạo Chuyển động này gọi là chuyển động li tâm

Hình 2.1.5 Mô tả nội dung kiến thức Lực hướng tâm và chuyển động li tâm f) Các dạng cân bằng Cân bằng của một vật có mặt chân đế

* Điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế là giá của trọng lực phải xuyên qua mặt chân đế (hay trọng tâm “rơi” trên mặt chân đế)

Hình 2.1.6 Mô tả nội dung kiến thức Cân bằng của một vật có mặt chân đế

* Mức vững vàng của cân bằng

- Phụ thuộc vào độ cao của trọng tâm và diện tích mặt chân đế

- Muốn tăng mức vững vàng thì hạ thấp trọng tâm và tăng diện tích mặt chân

đế

g) Mô men lực đối với vật có trục quay

Momen lực đối với một trục quay là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực và được đo bằng tích của lực với cánh tay đòn của nó

M = F.d Trong đó: M là Momen lực có đơn vị (N.m)

F là lực tác dụng vào vật có trục quay (N)

D là cánh tay đòn của lực (m)

Hình 2.1.7 Mô tả nội dung kiến thức Momen lực h) Quy tắc hợp lực song song cùng chiều

- Hợp lực của hai lực song song cùng chiều là một lực song song, cùng chiều và

có độ lớn bằng tổng các độ lớn của hai lực ấy

- Giá của hợp lực chia khoảng cách giữa hai giá của hai lực song song thành những đoạn tỉ lệ nghịch với độ lớn của hai lực ấy

F = F1 + F2;

1 2 2

+ Lực ở trong phải ngược chiều với hai lực ở ngoài

+ Hợp lực của hai lực ở ngoài phải cân bằng với lực ở trong

Hình 2.1.8 Mô tả nội dung kiến thức hợp lực của 2 lực song song cùng chiều

i) Động lượng - Định luật bảo toàn động lượng

- Động lượng của một vật khối lượng m đang chuyển động với vận tốc v là đại lượng xác định bởi công thức p =mv

- Độ biến thiên động lượng của một vật trong một khoảng thời gian nào đó bằng xung lượng của lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian đó, ta có: p=Ft

- Định luật bảo toàn động lượng của hệ cô lập: Động lượng của một hệ cô lập là một đại lượng bảo toàn

- Chuyển động bằng phản lực: Theo định luật bảo toàn động lượng, ta có

Hình 2.1.9 Mô tả nội dung kiến thức Định luật bảo toàn động lượng

* Một số ứng dụng phần cơ học trong đời sống thực tế:

Trong tự nhiên và cuộc sống xung quanh chúng ta có rất nhiều hiện tượng được giải thích và ứng dụng trong thực tế;

+ Định luật III Newtơn: Vận động viên điền kinh tiến về phía trước do mặt sàn tác dụng phản lực lên chân vận động viên;

+ Lực đàn hồi: Bắn cung, vận động viên nhảy cầu, lò xo trong bút bi, làm giảm

+ Lực hướng tâm: đường ô tô và đường sắt ở những đoạn đường cong thường phải làm nghiêng về phía tâm cong;

Hình 2.1.10 Mô tả nội dung kiến thức Lực hướng tâm

+ Cân bằng của một vật có mặt chân đế: đèn dầu để bàn, cần cẩu khi đưa đồ vật lên cao tăng diện tích mặt chân đế

Hình 2.1.11 Mô tả nội dung kiến thức Cân bằng của một vật có mặt chân đế

Động lượng Định luật bảo toàn động lượng: Chuyển động của tên lửa về phía trước phải phóng nhiên liệu đốt cháy về phía sau để bảo toàn động lượng

Hình 2.1.12 Mô tả nội dung kiến thức Định luật bảo toàn động lượng

Đây đều là những hiện tượng gắn liền với thực tế mà học sinh có thể quan sát hoặc tiến hành thực nghiệm trực tiếp cũng như giải thích được những hiện tượng thực

tế trong cuộc sống rất trực quan, sinh động.…

2.2 Thiết kế chủ đề giáo dục STEM nội dung kiến thức phần cơ học Vật lý lớp 10 trung học phổ thông

Dựa vào kiến thức phần cơ học vật lý lớp 10 trung học phổ thông, chúng tôi đề xuất một số chủ đề STEM để tổ chức dạy học cho học sinh được thể hiện ở bảng 2.1

Đáp ứng nhu cầu vui chơi giải trí của học sinh Trải nghiệm tự làm xe đồ chơi nhằm phát triển năng lực sáng tạo và tư duy, kỹ thuật của học sinh

tạo

Để đánh đều lòng trắng và lòng đỏ của trứng là việc làm rất đơn giản và nhẹ nhàng nếu sở hữu chiếc máy đánh trứng khi làm bánh

Xe bong bóng là xe đồ chơi hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển động bằng phản lực Tổ chức trò chơi tự làm xe bong bóng để đua Tạo điều kiện cho học sinh lĩnh hội kiến thức về chuyển động phản lực và vui chơi giải trí

Xây dựng hoạt động ngoại khóa cho học sinh tự chế tạo thí nghiệm đồ chơi cơ học thú vị làm từ cây tre góp phần làm học sinh yêu thích môn vật lí

Để có tiết học sinh động, học sinh tự tìm hiểu kiến thức, việc xác định độ cứng của một lò xo bất kì góp phần giúp học sinh hiểu được những ứng dụng thực tế của các lò xo

tạo

Trong đời sống thực tế, đôi lúc ta gia công vật liệu nếu không có các công cụ hỗ trợ thì công việc gặp rất nhiều khó khăn Nên việc nghiên cứu

tự tạo bộ dụng cụ tiện lợi để hỗ trợ quá trình gia công vật liệu là việc làm thiết thực và ý nghĩa Bảng 2.2 Các chủ đề STEM có thể thực hiện

b) Hình thành ý tưởng chủ đề

Hình 2.2.1 Sơ đồ hình thành ý tưởng chủ đề STEM “Bập bênh và mô hình bập bênh”

c) Kiến thức STEM trong chủ đề

đế

Bảng 2.3 Các kiến thức STEM được thể hiện trong chủ đề

động của mô hình lực của hai lực song

Bập bênh và mô hình bập bênh

với một trục quay Công nghệ bập bênh đơn giản

vật liệu cơ bản chế tạo

Bảng điện, ống nhựa,

nút chai

d) Mục tiêu của chủ đề

- Kiến thức:

+ Trình bày được điều kiện cân bằng của vật có mặt chân đế

+ Sử dụng được kiến thức về Momen lực, điều kiện cân bằng của vật quay quanh một trục cố định để giải thích hoạt động của bập bênh

+ Trình bày được cấu tạo và mô tả được hoạt động của bập bênh

+ Nêu được công năng của một số thiết bị như: cờ lê, máy khoan, tua vít,… và các vật liệu như: bảng điện, ống nhựa PVC, ke L có lỗ,… đối với mô hình bập bênh

+ Thuyết trình được về mô hình bập bênh

+ Thiết kế được poster giới thiệu về bập bênh và bộ kit bập bênh

+ Phối hợp làm việc nhóm, hoàn thành được nhiệm vụ đúng thời gian

+ Tuân thủ nội quy của phòng học STEM

e) Bộ câu hỏi định hướng

Câu hỏi khái quát: Làm thế nào để công việc thiết kế gọn nhẹ và đơn

- Hướng dẫn học sinh xem tài liệu - Đọc tài liệu

- Giải đáp những thắc mắc về Momen lực, - Chuẩn bị những câu hỏi về cánh tay đòn cánh tay đòn Quy tắc hợp lực của hai lực lực tác dụng lên vật có trục quay, hợp lực song song cùng chiều của hai lực song song cùng chiều

- Giải đáp những thắc mắc về các dạng cân - Chuẩn bị những câu hỏi về trọng tâm bằng, điều kiện cân bằng và mức vững của vật, điều kiện cân bằng của vật có mặt vàng của vật có mặt chân đế chân đế, mức vững vàng của cân bằng

- Giao nhiệm vụ về nhà chuẩn bị các vật - Nhận nhiệm của giáo viên và chuẩn bị liệu và vật dụng cần thiết hỗ trợ trước cho tuần sau

Tuần 2: 10 phút: Giao nhiệm vụ nhóm

Ban cán sự lớp tự chia hay chia nhóm

theo

Ổn định lớp và chia lớp thành 4 nhóm học sự điều động của giáo viên

sinh Linh động sử dụng cơ cấu nhóm sẵn

có của lớp

Giao nhiệm vụ nhóm: Đọc tài liệu hướng Tiếp nhận nhiệm vụ Nhóm trưởng phân dẫn, thực hiện các nhiệm vụ sau: chia công việc có các thành viên

1 Đọc tài liệu chủ đề và hoàn thành

những câu hỏi trong tài liệu

2 Thiết kế poster giới thiệu mô hình bập

bênh và chuẩn bị bài báo cáo về nó

- Tổ chức học sinh làm việc nhóm để đọc Làm việc nhóm, thực hiện nhiệm vụ Các

và hoàn thiện tài liệu, lắp ráp và vận hành nhóm học sinh thực hiện đồng thời các

- Quan sát, tổ chức các nhóm hoạt động - Đọc và hoàn thiện tài liệu chủ đề

tích cực, ổn định Chú ý quan sát và hỗ trợ - Lắp ráp và vận hành mô hình bập bênh các nhóm khi được yêu cầu - Thiết kế poster giới thiệu chủ đề

Thực hiện báo cáo (40 phút)

Tiêu chí đánh giá học sinh trong chủ đề

“Bập bênh và mô hình bập bênh”

- Đưa ra tiêu chí đánh giá cho chủ đề

- Hướng dẫn học sinh tiến hành chủ đề -Tiến hành thực hiện chủ đề

Thực hiện đánh giá và nhận xét (20 phút)

- Đánh giá sản phẩm chủ đề -Trình bày sản phẩm chủ đề

- Nhận xét: Nguyên lý hoạt động của mô -Lắng nghe ý kiến nhận xét của giáo viên

hình bập bênh: cân bằng của vật có trục hướng dẫn và tiếp nhận ý kiến

* Những khó khăn học sinh có thể gặp phải :

- không xác định đúng trọng tâm của bập bênh

- Khi các em khoan lỗ vào ống nhựa mà không đánh dấu

2.2.2 Chủ đề “Lực đàn hồi của lò xo”

a) Vấn đề thực tiễn

Trong đời sống hằng ngày, việc ứng dụng lò xo để làm giảm xóc khi đi xe trên những đoạn đường không được bằng phẳng, hoặc ứng dụng của lò xo có thể điều chỉnh ngòi bút bi khi sử dụng và khi không sử dụng, hay ứng dụng của lò xo làm lực kế để

đo trọng lượng của vật, trong buổi học việc treo nhiều trọng vật vào lực kế ta thấy lò xo dãn ra nhiều hơn Việc tìm hiểu mối liên hệ độ dãn của lò xo với độ lớn của lực đàn hồi của lò xo, cũng thúc đẩy sự tư duy của học sinh và hiểu được đối với những lò xo khác nhau sẽ có độ cứng khác nhau để vận dụng vào thực tiễn của học sinh

độ cứng của lò xo khác nhau độ cứng của độ dãn của lò xo

lò xo trong đời sống lò xo để xác định độ

gũi, dễ tìm, có định độ cứng của

nhau