Khóa luận tốt nghiệp đại học: Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức chương "Cơ sở của nhiệt động lực học" - Vật lý 10 THPT theo định hướng giáo dục STEM

TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM KHOA: LÝ – HÓA - SINH ---------- NGUYỄN THỊ HÒA THIẾT KẾ TIẾN TR NH DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƢƠNG “CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC ” - VẬT LÝ 10 THPT THEO ĐỊNH HƢỚNG GI O D C STEM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Quảng Nam, 6/2020 TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM KHOA: LÝ – HÓA - SINH ---------- KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC THIẾT KẾ TIẾN TR NH DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƢƠNG “CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC ” - VẬT LÝ 10 THPT THEO ĐỊNH HƢỚNG GI O D C STEM Sinh viên thực hiện NGUYỄN THỊ HÒA MSSV: 2116020119 CHUYÊN NGÀNH: SƢ PHẠM VẬT LÝ KHÓA: 2016 – 2020 Cán bộ hướng dẫn Th.s NGUYỄN THỊ VÂN SA MSCB: Quảng Nam, 6/2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả mới mà tôi công bố trong khóa luận là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Quảng Nam, ngày…..tháng…..năm 2020 Tác giả Nguyễn Thị Hòa LỜI CẢM ƠN Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến cô giáo ThS. Nguyễn Thị Vân Sa - Người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn chỉnh bài khóa luận này. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu cùng quý Thầy Cô khoa Lý - Hóa - Sinh - Trường Đại Học Quảng Nam đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành tốt bài khóa luận này cũng như đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu cùng tập thể quý thầy cô giáo, tập thể lớp 10/1 và 10/2 trường THPT Phan Bội Châu đã nhiệt tình giúp đỡ, trao đổi và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình tiến hành khảo sát thực tế và thực nghiệm sư phạm đề tài này. Cuối cùng tôi xin gởi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã giúp đỡ và động viên tôi trong quá trình học tập và thực hiện đề tài. Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn! Người thực hiện Nguyễn Thị Hòa DANH M C C C CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ ĐC Đối chứng GV Giáo viên HS Học sinh NL Năng lực SGK Sách giáo khoa SGV Sách giáo viên THPT Trung học phổ thông TN Thực nghiệm DANH M C CÁC HÌNH Hình 1.1. Tiêu chí của chủ đề giáo dục STEM ................................................................. 10 Hình 2.1. Xilanh lớn của động cơ Stirling......................................................................... 32 Hình 2.2. Chế tạo pit-tông tự do ........................................................................................ 32 Hình 2.4. Mô hình động cơ nhiệt đốt ngoài....................................................................... 33 Hình 2.3. Chế tạo trục quay ............................................................................................... 34 Hình 2.5. Giản đồ (P,V) của động cơ Stirling. .................................................................. 35 Hình 2.6. Các giai đoạn hoạt động của chu trình Stirling loại pit-tông tự do. .................. 35 DANH M C CÁC BẢNG Bảng 2.1. Các dụng cụ để chế tạo động cơ nhiệt đốt ngoài .............................................. 29 Bảng 2.2. Các vật liệu để chế tạo động cơ nhiệt đốt ngoài ............................................... 29 Bảng 2.3. Tiêu chí đánh giá tính tích cực của HS trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM .......................................................................................................................... 43 Bảng 3.1. Mẫu thực nghiệm .............................................................................................. 49 Bảng 3.2. Bảng phân phối tần số (fi) các điểm số (Xi) của bài kiểm tra sau TN............... 51 Bảng 3.3. Bảng phân phối tần suất của hai nhóm ĐC và TN ............................................ 52 Bảng 3.4. Bảng phân loại học lực học sinh ....................................................................... 52 Bảng 3.5. Các tham số thống kê ........................................................................................ 53 DANH M C C C ĐỒ THỊ Đồ thị 3.1. Biểu đồ phân bố điểm của 2 nhóm TN và ĐC ................................................ 51 Đồ thị 3.2. Biểu đồ phân phối tần suất của hai nhóm TN và ĐC ...................................... 52 Đồ thị 3.3. Biểu đồ phân loại học lực của học sinh ........................................................... 53 Phần 1. MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Nhân loại đã bước vào thế kỉ XXI, thế kỉ mà sự phát triển của xã hội dựa vào tri thức và khả năng của con người. Vì thế xã hội đang đòi hỏi những con người năng động, sáng tạo có khả năng chiếm lĩnh tri thức cho bản thân để theo kịp sự phát triển ngày càng cao của xã hội. Từ thực tế đó đã đặt ra nhiệm vụ cho ngành giáo dục không chỉ hướng tới tri thức cho học sinh mà điều cốt yếu là bồi dưỡng khả năng tự học, tự nghiên cứu cho mỗi người để từ đó trang bị cho họ cách tự lĩnh hội kiến tức để hướng tới mục tiêu học tập suốt đời. Nhưng bên cạnh sự phát triển của khoa học công nghệ là sự chênh lệch lớn giữa kiến thức thực tế và kiến thức thu được từ nhà trường, việc dạy học ở trường còn coi nặng về lý thuyết chưa đáp ứng được yêu cầu thực tế. Vì vậy, việc đổi mới phương pháp dạy học nhằm nâng cao chất lượng dạy học và tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh là vấn đề trọng tâm, then chốt hiện nay của ngành giáo dục và là vấn đề đang được Đảng, nhà nước và toàn xã hội quan tâm. Đảng và nhà nước ta đã nhận thức rõ nhiệm vụ này và đã được cụ thể hóa qua Luật Giáo Dục điều 28 Luật giáo dục 2005: “Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo của học sinh; phù hợp với đặc điểm của từng môn học; bồi dưỡng phương pháp tự học, khả năng làm việc nhóm, rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn, tác động đến tình cảm đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho học sinh”[8]. Để thực hiện được điều đó nhất định phải thực hiện thành công việc chuyển từ phương pháp 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. 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 giải quyết vấn đề. Trước bối cảnh đó nhà nước ta đã đưa ra niều giải pháp và nhiều phương pháp dạy học và kiểm tra đánh giá kết quả giáo dục, trong đó dạy học STEM là một trong những phương pháp phù hợp được đưa ra từ năm 2017 thông qua chỉ thị 16 về việc tăng cường năng lực tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 năm 2017. Dạy học theo định hướng STEM là phương thức giảng dạy dựa trên ý tưởng trang bị cho người học những kiến thức, kĩ năng liên quan đến các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học, theo cách tiếp cận liên môn và thông qua thực hành, ứng dụng, trải nghiệm sáng tạo và người học có thể áp dụng để giải quyết các vấn đề trong cuộc sống hàng ngày. Ở nước ta thì phương pháp này còn mới và mới được sử dụng thí điểm ở một số trường. Giáo dục STEM xuất hiên ở Việt Nam trong vài năm trở lại đây, hiện nay mới đang ở bước truyền thông và mang tính thực nghiệm, chưa thực sự trở thành môt hoạt động giáo dục chính thức trong trường phổ thông. Tuy nhiên, giáo dục STEM với nhiệm vụ cung cấp các kiến thức và kĩ năng cần thiết cho học sinh thế kỉ 21 sẽ là mô hình giáo dục diện rộng trong tương lai gần của thế giới. Do vậy, giáo dục STEM rất cần sự quan tâm và nhận thức của toàn xã hội. Hiện nay ở nước ta, STEM và giáo dục STEM nói riêng vẫn chưa được nghiên cứu sâu. Các bài viết, tài liệu về giáo dục STEM hiện nay mới chỉ mang tính chất thông tin và bình luận. Bên cạnh đó môn Vật lý là môn khoa học thực nghiệm, nên một trong các khâu quan trọng của quá trình đổi mới phướng pháp dạy học vật lý là tăng cường hoạt động nghiên cứu và tìm hiểu các ứng dụng kĩ thuật liên quan đến việc tìm hiểu công dụng, nguyên tắc hoạt động, cấu tạo và chế tạo thí nghiệm để học sinh được nghiên cứu khoa học qua đó giúp học sinh hiểu sâu sắc các kiến thức và Vật lý là môn có nhiều điểm tương đồng với giáo dục STEM, có nhiều ứng dụng trong thực tế và là môn khoa học ứng dụng các kiến thức nền tảng của các môn khoa học cơ bản như: Toán học, Công Nghệ, Hóa học,… Qua quá trình nghiên cứu chương trình Vật Lý 10 THPT, tôi thấy kiến thức phần “nhiệt học” có rất nhiều ứng dụng trong đời sống và kĩ thuật và đặc biệt là “các nguyên lí của nhiệt động lực học” được ứng dụng rất nhiều trong các máy móc và động cơ. Nhưng với phương pháp dạy học tiếp cận nội dung còn coi nặng về lý thuyết chưa đáp ứng được yêu cầu thực tế không còn phù hợp làm cho học sinh chỉ hiểu về các nguyên lý theo hình thức lý thuyết. Chính vì những lý do trên, với mong muốn góp phần vào việc đổi mới và nâng cao hiệu quả dạy học môn Vật Lý ở trường THPT nên tôi quyết định chọn đề tài “Thiết kế tiến tr n d c một số kiến thức c ương “Cơ sở của nhiệt động lực h c” - vật lý 10 THPT t eo đ n ư ng g o d c ” làm đề tài nghiên cứu cho bài khóa luận của mình. 2. Mục tiêu đề tài - Xây dựng hệ thống cơ sở lí luận và cơ sở thực tiễn về giáo dục STEM. - Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức Vật Lý 10 phần nhiệt học cụ thể là chương “cơ sở của nhiệt động lực” theo định hướng giáo dục STEM và vận dụng vào dạy học thực tế trong giáo dục hiện nay. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Hoạt động dạy và học chủ đề “cơ sở của nhiệt động lực học” theo định hướng giáo dục STEM. - Phạm vi nghiên cứu: + Phạm vi nội dung: Quá trình dạy và học chương “cơ sở nhiệt động lực học”- Vật lý 10 ở các trường trung học phổ thông Việt Nam. + Địa bàn nghiên cứu: Khảo sát tại trường THPT Phan Bội Châu, thành phố Tam Kỳ, tỉnh Quảng Nam. 4. Nhiệm vụ nghiên cứu Để đạt được mục tiêu đề ra, đề tài có những nhiệm vụ chính sau đây: - Hệ thống cơ sở lí luận và thực tiễn về dạy học Vật Lý phổ thông theo định hướng giáo dục STEM. - Xây dựng tiến trình dạy học môn Vật Lý phổ thông theo định hướng giáo dục STEM của chương“Cơ sở của nhiệt động lực học” - vật lý 10. - Tiến hành thực nghiệm sư phạm để đánh giá hiệu quả việc dạy học theo định hướng STEM nhằm kiểm nghiệm giả thuyết nêu ra. 5. Phƣơng pháp nghiên cứu 5.1. Phương pháp nghiên cứu lí thuyết - Nghiên cứu văn kiện của Đảng, các chính sách của nhà nước, chỉ thị của Bộ Giáo Dục và Đào tạo về đổi mới giáo dục phổ thông. - Nghiên cứu tài liệu và một số công trình khoa học đã công bố liên quan đến các nội dung trong đề tài. - Nghiên cứu nội dung chương trình SGK, SGV và các tài liệu tham khảo liên quan đến nội dung chủ đề “cơ sở của nhiệt động lực học” Vật lý 10. - Nghiên cứu cơ sở lí luận về việc thiết kế, chế tạo và sử dụng các dụng cụ thí nghiệm đơn giản. 5.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm - Nghiên cứu thực tiễn dạy học STEM ở các trường THPT hiện nay. - Trao đổi với giáo viên về phương pháp dạy học theo định hướng STEM ở trường THPT. - Tiến hành khảo sát bằng phương pháp điều tra, phương pháp đàm thoại và phỏng vấn với học sinh và giáo viên, tham quan phòng thí nghiệm Vật lý, tham khảo về kế hoạch sử dụng các thiết bị Vật lý ở các trường THPT. 5.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm - Tiến hành TNSP giảng dạy chủ đề “cơ sở của nhiệt động lực học”- Vật lý 10 theo định hướng giáo dục STEM. - Kiểm tra, đánh giá kết quả học tập của học sinh. 6. Giả thuyết khoa học Tổ chức dạy học chương “Cơ sở của nhiệt động lực học” Vật lý 10 theo định hướng giáo dục STEM sẽ tạo được hứng thú cho học sinh trong học tập, tác động tích cực đến kết quả học tập và góp phần hình thành, phát triển các năng lực giải quyết vấn đề và năng lực tư duy sáng tạo của học sinh và nâng cao chất lượng dạy học. 7. Bố cục của khóa luận Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, phụ lục thì khóa luận gồm có 3 chương: Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn của việc dạy học theo định hướng STEM Chương 2: Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức chương “Cơ sở của nhiệt động lực học” - Vật lý 10 THPT theo định hướng giáo dục STEM Chương 3: Thực nghiệm sư phạm Phần 2. NỘI DUNG CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƢỚNG STEM 1.1. Cơ sở lý luận 1.1.1. Một số khái niệm 1.1.1.1. STEM STEM (trước đây SMET) là viết tắc của các từ : Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật) và Mathematics (Toán học). Thuật ngữ này thường được sử dụng khi giải quyết các chính sách giáo dục và lựa chọn chương trình giảng dạy trong các trường học để nâng cao khả năng cạnh tranh trong phát triển khoa học và công nghệ. 1.1.1.2. Giáo dục STEM Có ba cách hiểu chính về giáo duc STEM hiện nay là: - Quan tâm đến các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học: Đây cũng là quan niệm về giáo dục STEM của Bộ Giáo dục Mỹ: Giáo dục STEM là một chương trình nhằm cung cấp hỗ trợ, tăng cường, giáo dục Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học (STEM) ở tiểu học và trung học cho đến bậc sau đại học. - Tích hợp 4 lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học: Giáo dục STEM là một phương pháp học tập tiếp cận liên ngành, ở đó những kiến thức hàn lâm được kết hợp chặt chẽ với các bài học thực tế thông qua việc HS được áp dụng những kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học vào trong những bối cảnh cụ thể tạo nên một kết nối giữ nhà trường, cộng đồng và các doanh nghiệp cho phép người học phát triển những kĩ năng STEM và tăng khả năng cạnh tranh trong nền kinh tế mới. - Tích hợp từ 2 lĩnh vực về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên: Giáo dục STEM là phương pháp tiếp cận khám phá trong giảng dạy và học tập giữa hai hay nhiều hơn các môn học STEM, hoặc giữa một chủ đề STEM và một hoặc nhiều môn học khác trong nhà trường Giáo dục STEM hướng đến các mục tiêu chính là phát triển các năng lực đặc thù của các môn học thuộc về STEM, phát triển các năng lực cốt lõi và định hướng nghề nghiệp cho HS. 1.1.2. Một số vấn đề cơ bản về giáo dục STEM 1.1.2.1. Mục tiêu của giáo dục STEM - Mục tiêu đầu tiên của giáo dục STEM là đưa trải nghiệm sáng tạo vào trong quá trình học tập. Học sinh được học trên cơ sở dự án, được giao nhiệm vụ theo từng dự án, từ đó phát huy tối đa khả năng tư duy sáng tạo và ứng dụng các kiến thức khoa học vào cuộc sống. Bên cạnh kiến thức khoa học, học sinh cũng được thấm dần các thói quen tư duy, nhìn nhận và đánh giá hiện tượng, sự kiện một cách logic. - Mục tiêu thứ hai của giáo dục STEM là đem lại sự hứng thú trong học tập. Nhiệm vụ giao cho học sinh phải đủ hấp dẫn để kích thích trí sáng tạo và tò mò. Để đạt được điều này, ngoài thiết kế bài giảng thì người giáo viên STEM cũng đóng vai trò vô cùng quan trọng, giúp duy trì sự hứng thú học tập của học sinh trong quá trình học tập. Vì vậy, cách thức truyền tải kiến thức và hướng dẫn học sinh trên lớp của giáo viên phải được đào tạo thật bài bản. - Điểm khác biệt tiếp theo của giáo dục STEM là ở trong cách đánh giá năng lực học sinh. Thay vì những bài thi quyết định kết quả học tập của một cá nhân, giáo dục STEM đánh giá sự tiến bộ của nhóm theo một quá trình. Trong đó, học sinh được cọ xát, tranh luận, bảo vệ ý kiến của bản thân cũng như tạo thói quen hợp tác với các thành viên trong nhóm. Quá trình học được thiết kế theo nhiều giai đoạn, tương ứng với mỗi giai đoạn học sinh đều phải trình bày ý tưởng, thiết kế và sản phẩm cuối cùng của mình. Vào giai đoạn cuối của dự án, các nhóm sẽ có cơ hội trình bày tư duy, ý tưởng và giải pháp. Qua đó, ta thấy rằng giáo dục STEM thỏa mãn ít nhất 3/5 mục tiêu được đề xuất từ Bộ Giáo dục, gồm mục tiêu về giảm tải kiến thức kinh viện, thay đổi phương pháp dạy học và phương pháp đánh giá học sinh. 1.1.2.2. Mối liên hệ tƣơng tác giữa các lĩnh vực trong giáo dục STEM Theo David D.Thomburg (2008), các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học có mối quan hệ chặt chẽ trong mô hình STEM. Toán học và Công nghệ được sử dụng trong nghiên cứu Khoa học và Kĩ thuật nhằm giúp con người khám phá và cải tạo thế giới. Mặt khác Khoa học và Kĩ thuật thúc đẩy sự phát triển tiến bộ của Toán học và Công nghệ. Sự khác biệt giữa Khoa học và Kĩ thuật thể hiện ở mục đích và phương thức thực hiện. Mục đích của Khoa học là sự “tìm kiếm” nhằm nghiên cứu về sự vật, hiện tượng tự nhiên còn Kĩ thuật thiên về sự “thực hiện” nhằm thiết kế và chế tạo các vật thể cho sự tiến bộ của nhân loại. Để khám phá tự nhiên, Khoa học liên quan đến “phương pháp khoa học” bao gồm quá trình xây dựng giả thuyết và xác minh được hình thành và phát triển cho HS ở nhiều cấp, lớp. Để thiết kế và chế tạo, Kĩ thuật cần hình thành và phát triển cho người học sự sáng tạo và đổi mới, là những thuộc tính rất cần thiết trong lĩnh vực Kĩ thuật nhưng rất khó để định lượng và cần có thời gian hình thành lâu dài trong môi trường học tập và kích thích sự sáng tạo. Sự khác biệt này có tính chất tương đối vì trong Khoa học cũng cần có sự sáng tạo và trong nghiên cứu Kĩ thuật cũng cần có phương pháp Khoa học. Do vậy, tiếp cận giáo dục STEM phải là tiếp cận mang tính liên ngành để tạo ra sự kết hợp hài hòa giữa các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học giúp HS trải nghiệm thực tế nhằm khám phá tri thức và sáng tạo ra các sản phẩm có ý nghĩa. 1.1.2.3. Các kỹ năng của giáo dục STEM Mục tiêu của giáo dục STEM là phát triển cho người học các kĩ năng có thể được sử dụng để làm việc và phát triển trong thế giới công nghệ hiện đại. Kỹ năng STEM được hiểu là sự tích hợp, lồng ghép hài hòa từ bốn nhóm kỹ năng là: Kỹ năng khoa học, kỹ năng công nghệ, kỹ năng kỹ thuật và kỹ năng toán học. - Kĩ năng khoa học: Là khả năng liên kết các khái niệm, nguyên lý, định luật và các cơ sở lý thuyết của giáo dục khoa học để thực hành và sử dụng kiến thức này vào việc giải quyết các vấn đề trong thực tế. - Kĩ năng công nghệ: Học sinh có khả năng sử dụng, quản lý, hiểu biết và truy cập được công nghệ từ những vật dụng đơn giản như cái bút, chiếc quạt đến những hệ thống sử dụng phức tạp như mạng internet, máy móc. - Kĩ năng kĩ thuật: Học sinh được trang bị kỹ năng kỹ thuật là có khả năng sản xuất ra đối tượng và hiểu được quy trình để làm ra nó. Vấn đề này đòi hỏi học sinh phải có khả năng phân tích, tổng hợp và kết hợp để biết cách làm thế nào cân bằng các yếu tố liên quan (như khoa học, nghệ thuật, công nghệ, kỹ thuật) để có được một giải pháp tốt nhất trong thiết kế và xây dựng quy trình. Ngoài ra, học sinh còn có khả năng nhìn nhận ra nhu cầu và phản ứng của xã hội trong những vấn đề liên quan đến kĩ thuật. - Kĩ năng toán học: Là khả năng nhìn nhận và nắm bắt được vai trò của toán học trong mọi khía cạnh tồn tại trên thế giới. Học sinh có kỹ năng toán học sẽ có khả năng thể hiện các ý tưởng một cách chính xác, áp dụng các khái niệm và kĩ năng toán học vào cuộc sống hằng ngày. Song song với kĩ năng STEM, giáo dục STEM cũng trang bị cho HS những kĩ năng phù hợp để phát triển trong thế kỉ 21. Bộ kĩ năng thế kỉ 21 được tóm tắt gồm những kĩ năng chính: - Tư duy phản biện và kĩ năng giải quyết vấn đề; - Kĩ năng trao đổi và cộng tác; - Tính sáng tạo và kĩ năng phát kiến; - Văn hóa công nghệ và thông tin truyền thông; - Kĩ năng làm việc theo dự án; - Kĩ năng thuyết trình. 1.1.2.4. Đặc trƣng của giáo dục STEM - Cách tiếp cận liên ngành và thông qua thực hành, ứng dụng: Thay vì dạy bốn môn học STEM như các đối tượng tách biệt và rời rạc, giáo dục STEM kết hợp chúng thành một mô mình học tập gắn kết dựa trên các ứng dụng thực tế. Qua đó HS vừa học được kiến thức khoa học, vừa học được cách vận dụng kiến thức đó vào thực tiễn thông qua các thao tác thực hành. - Kiến thức được lồng ghép với các bài toán trong thế giới thực: Điều này thể hiện tính thực tiễn và tính ứng dụng kiến thức trong việc giải quyết các vấn đề thực tế. Các chương trình giáo dục STEM nhất thiết phải hướng đến các hoạt động thực hành và vận dụng kiến thức để tạo ra sản phẩn hoặc giải quyết các vấn đề của thực tế cuộc sống. - Kết nối giữa trường học, cộng đồng và các tổ chức toàn cầu: Đây cũng là đặc trưng Kỉ nguyên thế giới phẳng, của cách mạng công nghệ 4.0. Do vậy, giáo dục STEM không chỉ hướng đến vấn đề cụ thể trong trường học hay địa phương mà phải đặt trong mối liên hệ với bối cảnh hội nhập kinh tế toàn cầu và giải quyết các vấn đề chung của thế giới như: biến đổi khí hậu, năng lượng tái tạo, bảo vệ môi trường,… 1.1.2.5. Phân loại STEM Việc phân loại STEM là cần thiết bởi đó là một trong những cơ sở cho việc lựa chọn các hình thức tổ chức giáo dục STEM, phương pháp giáo dục STEM hay xây dựng các chủ đề giáo dục STEM đảm bảo phù hợp với mục tiêu, điều kiện, bối cảnh triển khai STEM khác nhau. - Phân loại dựa trên các lĩnh vực STEM tham gia giải quyết vấn đề: + STEM đầy đủ: là loại hình STEM yêu cầu người học cần vận dụng kiến thức của cả bốn lĩnh vực STEM để giải quyết vấn đề. + STEM khuyết: là loại hình STEM mà người học không phải vận dụng kiến thức cả bốn lĩnh vực STEM để giải quyết vấn đề. - Phân loại dựa trên phạm vi kiến thức để giải quyết vấn đề STEM: + STEM cơ bản: là loại hình STEM được xây dựng trên cơ sở kiến thức thuộc phạm vi các môn học Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trong chương trình giáo dục phổ thông. Các sản phẩm STEM này thường đơn giản, chủ đề giáo dục STEM thường bám sát nội dung sách giáo khoa và thường được xây dựng trên cơ sở các nội dung thực hành, thí nghiệm trong chương trình giáo dục phổ thông. + STEM mở rộng: là loại hình STEM có những kiến thức nằm ngoài chương trình và sách giáo khoa. Những kiến thức đó người học phải tự tìm hiểu và nghiên cứu. Sản phẩm STEM của loại hình này có độ phức tạp cao hơn. - Phân loại dựa vào mục đích dạy học: + STEM dạy kiến thức mới: là STEM được xây dựng trên cơ sở kết nối kiến thức của nhiều môn học khác nhau mà HS chưa được học (hoặc được học một phần). HS sẽ vừa giải quyết được vấn đề và vừa lĩnh hội được tri thức mới. + STEM vận dụng: là STEM được xây dựng trên cơ sở kết nối kiến thức HS đã được học. STEM dạng này sẽ bồi dưỡng cho HS năng lực vận dụng lý thuyết vào thực tế, kiến thức lý thuyết được củng cố và khắc sâu. 1.1.2.6. Chủ đề giáo dục STEM Chủ đề giáo dục STEM phải được xây dựng đúng theo tinh thần STEM không phải là một chủ đề tích hợp khoa học đơn thuần. Một chủ đề dạy học theo định hướng STEM phải là một chủ đề được thiết kế dựa trên vấn đề thực tiễn kết hợp với chuẩn kiến thức, kỹ năng của các môn khoa học trong chương trình phổ thông và phải thỏa mãn đầy đủ các tiêu chí chủ đề STEM. Hình 1.1. Tiêu chí của chủ đề giáo dục STEM - Chủ đề STEM hướng tới giải quyết các vấn đề trong thế giới thực: Vận dụng kiến thức STEM để giải quyết các vấn đề thực tiễn chính là mục tiêu của dạy học theo quan đểm STEM. Do vậy, bài học 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, kinh tế, môi trường cộng đồng địa phương cũng như toàn cầu. - Chủ đề STEM phải hướng tới việc HS vận dụng các kiến thức trong lĩnh vực STEM để giải quyết vấn đề. - Chủ đề STEM định hướng thực hành: Định hướng thực hành là một đặc đểm của quan điểm giáo dục STEM. Khi chủ đề STEM định hướng thực hành mới đảm bảo hình thành và phát triển năng lực cho HS. Điều này sẽ giúp HS có đươc kiến thức từ kinh nghiệm thực hành chứ không phải chỉ từ lý thuyết, HS sẽ được hiểu sâu về lý thuyết, nguyên lí thông qua các hoạt động thực tế. Hoạt động thực tế này sẽ giúp HS nhớ kiến thức lâu hơn và sâu hơn. HS sẽ được làm việc theo nhóm, tự thảo luận tìm tòi kiến thức, tự vận dụng kiến thức vào các hoạt động thực hành rồi sau đó có thể truyền đạt lại kiến thức cho người khác. Với cách học này, giáo viên không còn là người truyền đạt kiến thức nữa mà sẽ là người hướng dẫn để HS tự xây dựng kiến thức cho chính mình. - Chủ đề STEM khuyến khích làm việc theo nhóm giữa các HS: Trên thực tế có những chủ đề STEM vẫn có thể triển khai cá nhân. Tuy nhiên, làm việc theo nhóm là hình thức làm việc phù hợp trong việc giải quyết các nhiệm vụ phức tạp gắn với thực tiễn. Làm việc theo nhóm là một kĩ năng quan trọng trong thế kỉ 21 bên cạnh đó khi làm việc theo nhóm HS sẽ được đặt vào môi trường thúc đẩy các nhu cầu giao tiếp chia sẽ ý tưởng và cùng nhau phát triển giải pháp. 1.1.2.7 . Xây dựng kế hoạch bài học theo định hƣớng giáo dục STEM Xây dựng kế hoạch bài học STEM là một phần quan trọng góp phần làm nên thành công cho bài học. Kế hoạch bài học được xây dựng phải bám sát các đặc trưng, yêu cầu của giáo dục tích hợp STEM, bài học mới mang lại hiệu quả giáo dục như kì vọng. Nhận thức được tầm quan trọng đó, khi xây dựng kế hoạch cho một bài học STEM, tôi đã thực hiện các bước sau: - Xác định chủ đề dạy học: Dựa vào nội dung khoa học của chương trình môn học, giáo viên lựa chọn các chủ đề phù hợp trong từng chương, phần. Các chủ đề có thể là sự tích hợp các vấn đề trong một môn học, ở các môn học khác nhau, thậm chí là ở các lĩnh vực khác nhau. Các chủ đề được lựa chọn chứa đựng nội dung khoa học, có tính công nghệ, kĩ thuật và có sử dụng công cụ toán học để có thể triển khai thành bài học STEM, tuy nhiên không nhất thiết luôn có đủ cả 4 lĩnh vực S.T.E.M. - Gắn chủ đề dạy học với một vấn đề thực thế: Tùy theo khả năng xây dựng kế hoạch dậy học của GV, trình độ của HS, điều kiện cơ sở vật chất dạy học của nhà trường mà nội dung của vấn đề thực tế có thể có 3 mức độ khác nhau: + Nội dung hẹp và đơn giản, thiết bị, phương tiện thực hiện gọn nhẹ, thời gian không dài, thường gói gọn trong một bài học nhằm xây dựng hoặc minh họa cho kiến thức khoa học, vận dụng kiến thức của bài học để hình thành hoặc củng cố một số kĩ năng trong thực tế cuộc sống. + Nội dung khá rộng (một dự án nhỏ), liên hệ với kiến thức của hai hoặc ba môn học, thiết bị và phương tiện thực hiện không quá phức tạp, thời gian không dài, ít tốn công sức nhằm luyện tập cho các em cách thức tìm hiểu, giải quyết một vấn đề đơn giản trong cuộc sộng. + Nội dung rộng (một dự án lớn), có tính chất tích hợp liên môn, cần nhiều trang thiết bị, phương tiện thực hiện, tốn nhiều thời gian, công sức nhằm luyện tập cho các em cách thức tìm hiểu, giải quyết một vấn đề tương đối phức tạp trong cuộc sống. Đối với các môn học Vật lý, GV thường đặt ra yêu cầu là chế tạo một sản phẩm cụ thể để giải quyết một vấn đề thực tiễn. - Lựa chọn hình thức tổ chức và thời gian thực hiện: Tùy thuộc vào chủ đề và vấn đề thực tế, GV lựa chọn hình thức dạy học (chính khóa, ngoại khóa hoặc kết hợp cả hai) và thời gian thực hiên hợp lí. - Trình bày các nội dung khoa học liên quan đến vấn đề thực tế: Đây là những kiến thức cơ bản, cốt lõi của vấn đề khoa học GV cần truyền đạt, những kiến thức hỗ trợ về công nghệ, kĩ thuật và toán học, làm nền tảng để HS có thể vận dụng giải quyết vấn đề thực tế đặt ra ở trên. - Xác định rõ nhiệm vụ mà HS sẽ giải quyết: Các nhiệm vụ đặt ra phải tạo hứng thú cho HS và có tính thách thức, không quá dễ mà cũng không quá khó. Theo tiến trình bài học, các nhiệm vụ được đặt ra giải quyết các vấn đề từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp phù hợp với nguyên tắc sư phạm. - Hỗ trợ cho các nhóm HS thực hiện nhiệm vụ: Để làm được điều này, GV phải có hiểu biết về công nghệ, có kinh nghiệm trong thiết kế kĩ thuật. GV phải hình dung được các bước trong quy trình thiết kế kĩ thuật mà HS có thể sẽ thực hiện. Từ đó, GV sẽ có những gợi mở (bằng phiếu học tập), hỗ trợ cần thiết để HS có thể tháo gỡ khó khăn và thực hiện có kết quả nhiệm vụ của mình. GV cần khuyến khích HS phát triển những ý tưởng riêng của họ về cách giải quyết vấn đề. GV phải khéo léo gợi mở các giải pháp cho vấn đề của HS, tránh những gợi ý có tính áp đặt, tính duy nhất. Hãy để HS đưa ra nhiều ý tưởng để giải quyết vấn đề của họ. Một điều HS cần phải học là thường có nhiều giải pháp cho một vấn đề, chứ không phải chỉ một giải pháp duy nhất. - Hướng dẫn HS lựa chọn một trong những ý tưởng để thử nghiệm: Khi có nhiều ý tưởng giải pháp được đưa ra, việc lựa chọn giải pháp tối ưu sẽ được thảo luận kĩ lưỡng trong nhóm HS. Lúc này GV sẽ nhấn mạnh vào các yêu cầu, điều kiện, tiêu chí để HS phân tích, chỉ rõ ưu, nhược điểm của từng giải pháp. - Tạo điều kiện cho HS thử nghiệm các ý tưởng, giải pháp và tự đánh giá: Các nhóm HS sẽ thử nghiệm các ý tưởng và thu thập dữ liệu về sản phẩm thu được hoặc hiệu quả của các ý tưởng. Sau đó, các nhóm sẽ phân tích giữ liệu đó và quyết định chọn giải pháp nào để sản phẩm của họ đáp ứng yêu cầu, tiêu chí đặt ra. - Tổ chức cho các nhóm HS trình bày giải pháp hoặc sản phẩm của mình và đánh giá lẫn nhau: Việc trao đổi, thảo luận kết quả giữa các nhóm không chỉ giúp họ có thêm thông tin về công nghệ mới, thêm kinh nghiệm trong việc thiết kế quy trình kĩ thuật, mà còn giúp cho cả lớp chọn được sản phẩm tốt nhất. Đây là các hoạt động chính của GV khi xây dựng một bài học theo định hướng STEM. Thực tế, tùy thuộc vào nội dung khoa học, thời lượng của bài học, mức độ