Trong đó, một trong các giải pháp được nêu ra trong chỉ thị này là cần “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
Trang 1Thiết kế, tổ chức Chủ đề giáo dục STEM và Phương
pháp dạy học STEM trong trường trung học
Cách mạng công nghiệp lần thứ 4 và giáo dục STEM
Thuật ngữ "Công nghiệp 4.0" lần đầu tiên được đưa ra ở CHLB Đức năm 2011 tại Hội chợ - Công nghệ Hannover Đến năm 2012, được sử dụng đặt tên cho một chương trình hỗ trợ của Chính phủ Đức hợp tác với giới nghiên cứu và các hiệp hội công nghiệp hàng đầu của Đức nhằm cải thiện quy trình quản lý và sản xuất trong các ngành chế tạo thông qua "điện toán hóa" Từ đó đến nay, thuật ngữ "Công nghiệp 4.0" được sử dụng rộng rãi trên thế giới để mô tả cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ 4 (CMCN 4.0)
Biểu đồ dưới đây cho chúng ta hình dung về 4 cuộc cách mạng công nghiệp
Phần I: Thiết kế, tổ chức Chủ đề giáo dục STEM
1 Đặt vấn đề
Trước yêu cầu đòi hỏi ngày càng cao về chất lượng nguồn nhân lực, ngày 4/5/2017, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành chỉ thị 16/CT-TTg về việc tăng cường năng lực tiếp cận cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ 4 Trong đó, một trong các giải pháp được nêu ra trong chỉ thị này là cần “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 khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học (STEM)”
Trang 2Tiếp đó, trong Chương trình giáo dục phổ thông - Chương trình tổng thể được công
bố vào tháng 7/2017, Bộ Giáo dục và Đào tạo cũng đã xác định: “Cùng với Toán học, Khoa học tự nhiên và Tin học, môn học Công nghệ góp phần thúc đẩy giáodục STEM, một trong những xu hướng giáo dục đang được coi trọng ở nhiều quốc gia trên thế giới và được quan tâm thích đáng trong đổi mới giáo dục phổ thông lần này của Việt Nam” Như vậy, giáo viên (GV) cần làm gì và làm như thế nào để thực hiện giáo dục STEM - một yêu cầu giáo dục mà chương trình hiện hành không đề cập đến, hay nói cách khác, một yêu cầu rất mới đối với GV
2 Giáo dục STEM giải pháp để chuẩn bị nguồn nhân lực cho CMCN4
Vấn đề lớn nhất của ngành giáo dục cần giải hiện nay là chuẩn bị nguồn nhân lực cho tương lai, đặc biệt cho CMCN 4.0 Giáo dục STEM được công nhận rộng rãi trên thế giới là hướng đi đúng đắn cho vấn đề này
STEM là viết tắt của 4 từ: Khoa học (Science), Công nghệ (Technology), Kỹ thuật (Engineering) và Toán học (Mathematics)
Science (Khoa học): gồm các kiến thức về Vật lý, Hóa học, Sinh học và Khoa học trái đất nhằm giúp cho HS hiểu về thế giới tự nhiên và vận dụng kiến thức đó để giải quyết các vấn đề khoa học trong cuộc sống hàng ngày
Technology (Công nghệ): phát triển khả năng sử dụng, quản lý, hiểu và đánh giá công nghệ được phát triển như thế nào, ảnh hưởng của công nghệ mới tới cuộc sống
- Engineering (Kỹ thuật): phát triển sự hiểu biết ở HS về cách công nghệ đang phát triển thông qua quá trình thiết kế kỹ thuật, tạo cơ hội để tích hợp kiến thức nhiều môn học, giúp cho các khái niệm liên quan trở nên dễ hiểu Kỹ thuật cũng cung cấp cho HS những kỹ năng để vận dụng sáng tạo cơ sở Khoa học và Toán học trong quá trình thiết kế các đối tượng, các hệ thống hay xây dựng các quy trình sản xuất
- Maths (Toán học): là môn học nhằm phát triển ở HS khả năng phân tích, biện luận và truyền đạt ý tưởng một cách hiệu quả thông qua việc tính toán, giải thích, các giải pháp giải quyết các vấn đề toán học trong tình huống đặt ra
3 Mục tiêu giáo dục STEM:
3.1 Phát triển các năng lực đặc thù của các môn học về STEM cho học sinh: đó là những kiến thức, kỹ năng liên quan đến các môn học Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán Học Trong đó HS biết liên kết các kiến thức Khoa học, Toán học để
Trang 3giải quyết các vấn đề thực tiễn HS biết sử dụng, quản lý và truy cập Công nghệ
HS biết quy trình thiết kế và chế tạo ra các sản phẩm
3.2 Phát triển các năng lực cốt lõi cho HS: giáo dục STEM nhằm chuẩn bị cho HS những cơ hội cũng như thách thức trong nền kinh tế toàn cầu của thế kỷ 21 Bên cạnh những hiểu biết về các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học,
HS sẽ được phát triển tư duy, khả năng hợp tác để thành công
3.3 Định hướng nghề nghiệp cho HS: giáo dục STEM sẽ tạo cho HS những kiến thức kỹ năng mang tính nền tảng cho việc học tập ở các bậc học cao hơn cũng như cho nghề nghiệp tương lai của HS Từ đó, góp phần xây dựng lực lượng lao động
có năng lực, phẩm chất tốt, đặc biệt là lao động trong lĩnh vực STEM nhằm đáp ứng mục tiêu xây dựng và phát triển đất nước
4 Chủ đề giáo dục STEM:
- Chủ đề STEM hướng tới giải quyết các vấn đề trong thực tiễn: vận dụng kiến thức STEM để giải quyết các vấn đề thực tiễn chính là mục tiêu của dạy học theo quan điểm giáo dục STEM Do vậy, chủ đề STEM không phải là để giải quyết các vấn đề mang tính tưởng tượng và xa rời thực tế mà nó luôn hướng đến giải quyết các vấn đề các tình huống trong xã hội
Chủ đề STEM phải hướng tới việc học sinh vận dụng các kiến thức trong lĩnh vực STEM để giải quyết vấn đề: tiêu chí này nhằm đảm bảo theo đúng tinh thần giáo dục STEM, qua đó mới phát triển được những năng lực chuyên môn liên quan
- Chủ đề STEM định hướng thực hành: là một tiêu chí của quan điểm giáo dục STEM nhằm hình thành và phát triển năng lực kết hợp lý thuyết và thực hành Điều này giúp HS có được kiến thức từ kinh nghiệm thực hành chứ không phải chỉ
từ lý thuyết Bằng cách xây dựng các bài giảng theo chủ đề và dựa trên thực hành,
HS dễ hiểu sâu về lý thuyết, nguyên lý thông qua các hoạt động thực tế
- Chủ đề STEM khuyến khích làm việc nhóm giữa các HS: trên thực tế cũng có chủ đề STEM triển khai cho cá nhân Tuy nhiên, làm việc theo nhóm là hình thức làm việc phù hợp trong việc giải quyết các nhiệm vụ phức hợp gắn với thực tiễn Làm việc theo nhóm là một kĩ năng quan trọng trong thế kỉ 21, HS sẽ được đặt vào môi trường thúc đẩy nhu cầu giao tiếp chia sẻ ý tưởng và cùng nhau phát triển giải pháp
Các biện pháp phát triển năng lực sáng tạo của HS thông qua giáo dục STEM:
Trang 4- Tổ chức hoạt động sáng tạo gắn liền với quá trình vận dụng kiến thức STEM để giải quyết các vấn đề thực tiễn liên quan đến ngành nghề kỹ thuật, sáng tạo ra những sản phẩm mới hay 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
Các biện pháp phát triển tư duy kỹ thuật của HS thông qua giáo dục STEM:
Cung cấp phương tiện tư duy, đó là ngôn ngữ kỹ thuật, chính là các khái niệm kỹ thuật nhằm tạo dựng và khắc sâu các biểu tượng về đối tượng mà khái niệm phản ánh
Sử dụng các phương tiện trực quan về kỹ thuật để tạo ra hình ảnh cảm tính, gây ấn tượng ban đầu làm dữ liệu cho tư duy kỹ thuật
Giao các bài toán dưới dạng tổ chức tình huống có vấn đề kỹ thuật nhằm kích thích học sinh giải quyết các vấn đề kỹ thuật (các chủ đề STEM là các bài toán kỹ thuật) Phối hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học với kinh nghiệm thực tiễn, giữa hành động trí óc với hành động thực hành kỹ thuật
- Tổ chức các hoạt động học tập đa dạng để đảm bảo sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức lý thuyết với thực hành, chẳng hạn như: đề xuất giả thuyết kết hợp với thực nghiệm kiểm tra, nghe giảng kết hợp với thí nghiệm, giảng giải kết hợp với trực quan, lý luận kết hợp với thực hành chế tạo …
Rèn các thao tác cơ bản của tư duy: phân tích, so sánh, quy nạp, khái quát hóa … Cấu trúc bài dạy phù hợp với logic nội dung kỹ thuật và logic nhận thức của HS
Phần II PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC STEM
I Tổng Quan:
1 Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư – Việt Nam không thể đứng ngoài
Trang 52 Các phương pháp dạy học tích cực
Trang 7II THẾ NÀO LÀ GD STEM
Trang 9III BIỆN PHÁP TRIỂN KHAI
Trang 12Một số Chủ đề STEM Chủ đề STEM máy lọc nước biển thành
nước ngọt sáng tạo:
Đối tượng và thời gian tổ chức chủ đề
MÁY LỌC NƯỚC BIỂN THÀNH NƯỚC
NGỌT
HS k6
HS K7, 8, 9
HKII HKI, II
a Vấn đề thực tiễn
Thiếu nước ngọt để sinh hoạt là vấn đề luôn hiện diện đối với hoạt động đi biển Trong khi đó, nước biển rất dồi dào nhưng chứa hàm lượng muối cao nên không thể sử dụng để sinh hoạt Việc chưng cất nước biển thành nước ngọt là một trong các biện pháp giải quyết được khó khăn trên Vì vậy, việc tạo ra nước ngọt từ nước biển trở thành vấn đề cấp thiết và thực tiễn Bên cạnh đó, HS khi tham gia hoạt động thiết kế, chế tạo máy lọc nước biển thành nước ngọt có nhiều cơ hội để lĩnh hội và vận dụng kiến thức bay hơi và ngưng tụ,
b Hình thành ý tưởng chủ đề
(sơ đồ hình thành ý tưởng chủ đề steam cây lau bàn phím)
Bản vẽ thiết kế
Sử dụng chai nhựa
Máy lọc nước biển thành nước ngọt sáng tạo
Tự làm máy nước biển => nước ngọt
Ngưng tụ, bay hơi
Trang 13c Kiến thức steam trong chủ đề:
Tên
sản
phẩm
Khoa học (S) Công nghệ (T) Kĩ thuật (E) Nghệ
thuật (A)
Toán học (M)
Máy
lọc
nước
biển
thành
nước
ngọt
Sự bay hơi và ngưng
tụ, các yếu tố ảnh
hưởng đến sự hấp
thụ nhiệt
Mỏ hàn chì, súng bắn keo để gia công máy lọc nước biển thành nước ngọt
Bản vẽ và quy trình lắp ráp máy lọc nước biển thành nước ngọt
Thiết kế gọn nhẹ, đơn giản,
dễ sử dụng
Đo chiều dài ống dẫn cần cắt theo bản
vẽ
d Mục tiêu của chủ đề
* Kiến thức
- Hiểu được các yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp thụ nhiệt của một vật
- Vận dụng kiến thức sự bay hơi, sự ngưng tụ để tạo ra nước ngọt từ nước biển
* Kỹ năng
- Thiết kế được bản vẽ cấu tạo máy lọc nước biển thành nước ngọt
- Xây dựng được bản vẽ cấu tạo máy lọc nước biển thành nước ngọt
- Chế tạo được máy lọc nước biển thành nước ngọt theo phương án thiết kế
- Vận hành, thử nghiệm, cải tiến mô hình sản phẩm kỹ thuật
- Làm việc nhóm, thuyết trình, lắng nghe, phản biện, bảo vệ chính kiến
* Thái độ
- Hòa Nhã, có tinh thần trách nhiệm đối với nhiệm vụ chung của cả nhóm
- Nhiệt tình, năng động trong quá trình gia công, lắp ráp máy lọc nước biển thành nước
ngọt
- Ý thức cộng đồng trước những khó khăn của ngư dân trên biển và vùng khó khăn thiếu
nước ngọt, sử dụng tiết kiệm nước ngọt
e Bộ câu hỏi định hướng
* Câu hỏi khái quát
- Bằng cách nào để giải quyết trình trạng thiếu nước ngọt sinh hoạt khi đi biển?
Trang 14* Câu hỏi bài học
- Để tạo ra nước ngọt từ nước biển thì dựa trên nguyên lý nào?
- Máy lọc nước biển thành nước ngọt có cấu tạo như thế nào?
- Chế tạo máy lọc nước biển thành nước ngọt như thế nào?
Chủ đề STEM quạt điện mini sáng tạo:
Đối tượng và thời gian tổ chức
Quạt tản nhiệt mini sáng tạo HS K7
HS K8, 9
HKII HKI, II
a Vấn đề thực tiễn
Khi ngồi trong phòng máy thực hành, do quá trình tỏa nhiệt của máy và công suất quạt trần đã cũ không đủ làm mát cho cả phòng học Thêm vào đó, trong những dịp sinh hoạt tập trung người,học sinh dùng quạt tay thường rất mỏi tay và mệt Vì vậy tự làm một chiếc quạt điện mini là biện pháp hữu hiệu cho các vấn đề trên quạt điện mini thường sử dụng nguồn pin 9V, kích thước nhỏ gọn (cầm trên tay), Không chỉ được làm trên vật liệu dễ tìm,
dễ chế tạo mà còn rất tiện lợi Hơn nữa, trải nghiệm với quạt điện mini là cơ hội học sinh tìm hiểu và chiếm lĩnh các kiến thức về mạch điện một chiều, động cơ điện một chiều, rèn luyện các kỹ năng gia công cơ bản,
b Hình thành ý tưởng chủ đề
(sơ đồ hình thành ý tưởng chủ đề steam quạt điện mini sáng tạo)
Mạch điện một
chiều, chuyển hóa
năng lượng Kĩ
thuật điều chỉnh
hướng gió
Công nghệ vật liệu
cơ bản: motor 9V,đế
vỏ chai nhựa, pin
9V, dây điện,…
Quạt tản nhiệt mini sáng tạo
Giải pháp giảm nóng: cúp điện, sự tỏa nhiệt của máy, sinh hoạt tập trung
Thiết kế, chế tạo đơn giản, dễ sử dụng
Trang 15c Kiến thức steam trong chủ đề:
Tên sản
phẩm
Khoa học (S) Công nghệ (T) Kĩ thuật (E) Nghệ
thuật (A)
Toán học (M)
Quạt điện
mini sáng
tạo
Mạch điện một chiều;
chuyển hóa năng lượng: điện năng thành cơ năng; Cân bằng của vật có mặt chân đế; trọng tâm của vật rắn
DC motor 9V, cánh quạt, băng keo, súng bắn keo, dao rọc giấy,
vỏ chai nhựa, công tắc, pin, dây nối
Bản vẽ và quy trình lắp ráp quạt điện mini đé
vỏ chai
Thiết kế gọn nhẹ, đơn giản, dễ
sử dụng
Đo đạc kích thước vật liệu theo bản vẽ thiết kế
d Mục tiêu của chủ đề
* Kiến thức
- Phân tích được nguyên lý cấu tạo và nguyên lý hoạt động của quạt mini
- Vận dụng các kiến thức mạch điện một chiều, rộng, cân bằng của vật có chân đế, trọng
tâm của vật rắn để thiết kế quạt điện mini
*Kỹ năng
- Thiết kế được bản vẽ mô tả phương án thiết kế quạt điện mini
- Đọc được bản vẽ thiết kế và chế tạo được quạt điện mini
- Thuyết minh được ý tưởng thiết kế quạt mini, quy trình chế tạo quạt mini
- Vận hành, thử nghiệm, cải tiến quạt mini
- Biết làm việc nhóm, biết lắng nghe, phản biện và bảo vệ chính kiến của nhóm và cá nhân
*Thái độ
- Hòa nhã với giáo viên, bản, bạn học có trách nhiệm với nhiệm vụ chung của cả nhóm
- Tích cực, trung thực, tỉ mỉ khi gia công, chế tạo quạt điện mini
- Tuân thủ các quy tắc về an toàn trong gia công, an toàn điện
e Bộ câu hỏi định hướng
* Câu hỏi khái quát
- Khi cúp điện hay sinh hoạt tập trung dưới thời tiết nóng bức, chúng ta nên làm gì để cảm
thấy dễ chịu hơn.
* Câu hỏi bài học- Quạt điện mini đế vỏ chai nhựa được chế tạo như thế nào?