Khóa luận tốt nghiệp: Thiết kế chủ đề STEM xe robot tự dò đường nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh Trung học cơ sở

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:205

Thêm vào BST

Báo xấu

110
lượt xem 20
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của khóa luận là thiết kế chủ đề STEM “xe robot tự dò đường” theo quy trình thiết kế kĩ thuật (EDP) nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh trong chương trình Trung học cơ sở. Mời các bạn tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khóa luận tốt nghiệp: Thiết kế chủ đề STEM xe robot tự dò đường nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh Trung học cơ sở

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH NGUYỄN ĐỨC ANH THIẾT KẾ CHỦ ĐỀ STEM “XE ROBOT TỰ DÒ ĐƯỜNG” DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI NHẰM BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHO HỌC SINH THCS KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH NGUYỄN ĐỨC ANH THIẾT KẾ CHỦ ĐỀ STEM “XE ROBOT TỰ DÒ ĐƯỜNG” DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI NHẰM BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHO HỌC SINH THCS Chuyên ngành: Sư phạm Vật lí KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Th.S LÊ HẢI MỸ NGÂN Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2020
i LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo Đại học, Ban chủ nhiệm, quý Thầy Cô giáo khoa Vật lí trường Đại học Sư phạm TP. Hồ Chí Minh và quý Thầy Cô giáo trực tiếp giảng dạy, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô là chuyên gia về giáo dục STEM đã cho ý kiến góp ý sâu sắc về đề tài khoá luận. Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giảng viên hướng dẫn: Th.S Lê Hải Mỹ Ngân – người đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn, giúp đỡ, động viên, đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành khoá luận tốt nghiệp Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, người thân, bạn bè đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập 4 năm ở trường đại học và trong suốt thời gian thực hiện khoá luận này. Xin chân thành cảm ơn. TP. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2020 Tác giả NGUYỄN ĐỨC ANH
ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC HÌNH ẢNH MỞ ĐẦU Chương 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI ................................................................. 5 1.1. Giáo dục STEM ................................................................................................ 5 1.1.1. Khái niệm Giáo dục STEM......................................................................... 5 1.1.2. Mục tiêu của giáo dục STEM ..................................................................... 6 1.1.3. Giáo dục STEM ở Việt Nam....................................................................... 7 1.1.4. Quy trình dạy học STEM dựa trên hoạt động thiết kế kĩ thuật..................... 8 1.2. Giáo dục khoa học Robot ................................................................................ 13 1.2.1. Giới thiệu Giáo dục khoa học Robot ......................................................... 13 1.2.2. Giáo dục khoa học Robot và Giáo dục STEM........................................... 13 1.2.3. Công cụ Robot trong Giáo dục khoa học Robot ........................................ 14 1.2.4. Cấu trúc hệ thống của robot trong Giáo dục Robot ................................... 16 1.3. Dạy học phát triển năng lực giải quyết vấn đề ................................................. 17 1.3.1. Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề ....................................................... 17 1.3.2. Cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề .......................................................... 17 1.3.3. Giải quyết vấn đề theo Tư duy máy tính (Computational Thinking).......... 18 1.3.4. Khung năng lực giải quyết vấn đề trong giáo dục khoa học robot ............. 20 Chương 2. THIẾT KẾ CHỦ ĐỀ STEM “XE ROBOT TỰ DÒ ĐƯỜNG”.................. 24 2.1. Bối cảnh và ý nghĩa thực tiễn chủ đề ............................................................... 24
iii 2.2. Mục tiêu dạy học phát triển năng lực giải quyết vấn đề ....................................25 2.3. Phân tích nội dung kiến thức trong chủ đề ........................................................27 2.3.1. Môn Khoa học tự nhiên .............................................................................29 2.3.2. Môn Công nghệ .........................................................................................30 2.3.3. Môn Tin học..............................................................................................30 2.3.4. Môn Toán học ...........................................................................................31 2.4. Tiến trình tổng thể các pha hoạt động của tiến trình dạy học ............................32 2.5. Phương tiện, học liệu .......................................................................................35 2.5.1. Bộ dụng cụ Arduino – based robotic kit.....................................................35 2.5.2. Tài liệu hướng dẫn thực hiện sản phẩm .....................................................39 2.5.3. Học liệu trong chủ đề ................................................................................58 2.5.4. Bộ câu hỏi định hướng ..............................................................................61 2.6. Tiến trình tổ chức dạy học chi tiết ....................................................................65 2.6.1. Hoạt động 1: Đặt vấn đề. Tìm hiểu tổng quan về robot. .............................65 2.6.2. Hoạt động 2: Khám phá kiến thức .............................................................70 2.6.3. Hoạt động 3. Lập bản thiết kế sản phẩm ....................................................93 2.6.4. Hoạt động 4: Lắp ráp và vận hành sản phẩm .............................................97 2.6.5. Hoạt động 5: Báo cáo sản phẩm ................................................................98 2.7. Đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh ..........................................100 2.7.1. Công cụ đánh giá.....................................................................................100 2.7.2. Khung rubrics đánh giá năng lực giải quyết vấn đề..................................101 2.8. Một số lưu ý cho GV khi triển khai tổ chức dạy học chủ đề ...........................108 Chương 3. KHẢO SÁT Ý KIẾN CHUYÊN GIA ..................................................... 110
iv 3.1. Mục tiêu khảo sát .......................................................................................... 110 3.2. Đối tượng khảo sát ........................................................................................ 110 3.3. Hình thức khảo sát......................................................................................... 110 3.4. Nội dung khảo sát.......................................................................................... 110 3.5. Kết quả khảo sát ............................................................................................ 111 3.5.1. Danh sách các chuyên gia đã cho ý kiến ................................................. 111 3.5.2. Kết quả khảo sát ý kiến của chuyên gia .................................................. 111 3.5.3. Ý kiến của chuyên gia về chủ đề............................................................. 114 3.6. Nhận xét ........................................................................................................ 117 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC
v DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Chú thích GV Giáo viên HS Học sinh GD Giáo dục NL Năng lực GQ Giải quyết GQVD Giải quyết vấn đề EDP Engineering Design Process THCS Trung học cơ sở HĐ Hoạt động PHT Phiếu học tập PhĐG Phiếu đánh giá BCC Bộ công cụ
vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Các pha hoạt động của quy trình dạy học STEM theo thiết kế kĩ thuật ....... 11 Bảng 1.2. So sánh tư duy GQVD và tư duy máy tính[27] ........................................... 19 Bảng 1.3. Khung năng lực giải quyết vấn đề trong GD khoa học robot ...................... 20 Bảng 2.1. Bảng mục tiêu năng lực giải quyết vấn đề trong chủ đề .............................. 25 Bảng 2.2. Phân tích nội dung kiến thức môn KHTN .................................................. 29 Bảng 2.3. Phân tích nội dung kiến thức môn Công nghệ ............................................ 30 Bảng 2.4. Phân tích nội dung kiến thức môn Tin học ................................................. 30 Bảng 2.5. Phân tích nội dung kiến thức môn Toán học ............................................... 31 Bảng 2.6. Bảng tiến trình tổng thể tóm tắt các pha hoạt động dạy học ........................ 32 Bảng 2.7. Bộ dụng cụ sử dụng trong chủ đề. .............................................................. 36 Bảng 2.8. Hướng dẫn lắp ráp sản phẩm trong HĐ2.1. ................................................ 42 Bảng 2.9. Hướng dẫn lắp ráp sản phẩm trong HĐ2.2 ................................................. 46 Bảng 2.10. Hướng dẫn lắp ráp sản phẩm trong HĐ2.3 ............................................... 50 Bảng 2.11. Hướng dẫn lắp ráp hoàn thiện sản phẩm ................................................... 54 Bảng 2.12. Nguyên lí hoạt động sản phẩm ................................................................. 56 Bảng 2.13. Danh sách học liệu sử dụng trong chủ đề.................................................. 58 Bảng 2.14. Bộ câu hỏi định hướng số 1 ...................................................................... 61 Bảng 2.15. Bộ câu hỏi định hướng số 2. ..................................................................... 62 Bảng 2.16. Bộ câu hỏi định hướng số 3. ..................................................................... 63 Bảng 2.17. Bộ câu hỏi số 5......................................................................................... 63 Bảng 2.18. Bộ câu hỏi định hướng số 4. ..................................................................... 64 Bảng 2.19. Tiến trình dạy học Hoạt động 1. ............................................................... 65 Bảng 2.20. Tiến trình dạy học Hoạt động 2.1 ............................................................. 71 Bảng 2.21. Tiến trình dạy học hoạt động 2.2 .............................................................. 73 Bảng 2.22. Tiến trình dạy học Hoạt động 2.3 ............................................................. 82 Bảng 2.23. Tiến trình Hoạt động 3.1 .......................................................................... 94
vii Bảng 2.24. Tiến trình dạy học Hoạt động 3.2 ..............................................................95 Bảng 2.25. Tiến trình Hoạt động 4 ..............................................................................97 Bảng 2.26. Tiến trình dạy học Hoạt động 5. ................................................................98 Bảng 2.27. Bảng công cụ đánh giá năng lực GQVD..................................................100 Bảng 2.28. Khung rubrics đánh giá năng lực GQVD.................................................101 Bảng 3.1. Danh sách chuyên gia cho ý kiến ..............................................................111 Bảng 3.2. Kết quả khảo sát nhận xét chung chủ đề STEM “xe robot tự dò đường” ..112 Bảng 3.3. Kết quả khảo sát về Kế hoạch dạy học chủ đề "Xe robot tự dò đường" .....112 Bảng 3.4. Kết quả khảo sát về Phương tiện, học liệu chủ đề "Xe robot tự dò đường" 113 Bảng 3.5. Kết quả khảo sát về Công cụ đánh giá chủ đề "Xe robot tự dò đường" ......114 Bảng 3.6. Kết quả khảo sát về Hình thức của hồ sơ chủ đề "Xe robot tự dò đường" ..114 Bảng 3.7. Ý kiến chuyên gia về Bộ hồ sơ dạy học.....................................................114 Bảng 3.8. Ý kiến chuyên gia về sự phù hợp chủ đề với qui trình EDP.......................115 Bảng 3.9. Ý kiến chuyên gia về sự phù hợp với định hướng GD STEM ....................115
viii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Mục tiêu giáo dục STEM[3] ......................................................................... 7 Hình 1.2. Sơ đồ các bước quy trình thiết kế kĩ thuật EDP............................................. 9 Hình 1.3. Sơ đồ Quy trình dạy học STEM theo thiết kế kĩ thuật ................................. 10 Hình 1.4. Electronic Robot kit.................................................................................... 15 Hình 1.5. Mechanical Robot kit ................................................................................. 15 Hình 1.6. Humanoid robot.......................................................................................... 15 Hình 1.7. Sơ đồ các bộ phận của robot[23]................................................................. 16 Hình 2.1. Giao thông ở việt nam ................................................................................ 24 Hình 2.2. Sơ đồ mối liên hệ kiến thức và các bộ phận của robot................................. 28 Hình 2.3. Sơ đồ tiến trình dạy học .............................................................................. 35 Hình 2.4. Bản vẽ cấu tạo mặt trên xe robot................................................................. 39 Hình 2.5. Bản vẽ cấu tạo mặt dưới xe robot................................................................ 40 Hình 2.6. Bản vẽ sơ đồ mạch điện .............................................................................. 40 Hình 2.7. Sơ đồ khối lập trình mBlock ....................................................................... 41 Hình 2.8. Khối lệnh điều khiển xe chạy thẳng ............................................................ 49 Hình 2.9. Khối lệnh điều khiển xe đi lùi ..................................................................... 49 Hình 2.10. Khối lệnh điều khiển xe đi tới 3s, đi lùi 3s. ............................................... 49 Hình 2.11. Sơ đồ thu gọn tiến trình chủ đề ................................................................. 70
1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Theo Chỉ thị số 16/CT-TTg về việc tăng cường năng lực tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, giáo dục Việt Nam hiện nay cần phải:“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, kĩ thuật và toán học (STEM), ngoại ngữ, tin học trong chương trình giáo dục phổ thông”. Thông qua việc ban hành chỉ thị trên, giáo dục STEM chính thức được chú trọng trong đổi mới giáo dục và đào tạo hiện nay. Kể từ năm 2012 đến nay, giáo dục STEM đã được du nhập vào Việt Nam qua nhiều hình thức khác nhau, ví dụ như thông qua các cơ sở giáo dục tư nhân. Sau đó giáo dục STEM đã bắt đầu tạo được tiếng vang tại Việt Nam với nhiều hoạt động cộng đồng như Ngày hội STEM, các cuộc thi mô hình STEM,… với sự tham gia đông đảo của các trường trung học cơ sở và trung học phổ thông trong cả nước. Chính vì thế mà trong chương trình giáo dục phổ thông mới thực hiện từ năm 2019, giáo dục STEM được xác định là phương thức dạy học thông qua các môn khoa học, công nghệ, tin học và toán. Cho đến nay, giáo dục STEM đang được khuyến khích triển khai trong nhà trường. Một trong những mảng chủ đề thực tiễn trong giáo dục STEM là khoa học robot (robotics). Nội dung này cũng đã được triển khai đa phần dưới hình thức câu lạc bộ ngoài giờ, sử dụng các bộ công cụ lắp ráp như Lego, WeDo,.... Các hoạt động này tạo điều kiện cho học sinh được trải nghiệm và tìm hiểu về lĩnh vực khoa học robot. Nhiều nghiên cứu trên thế giới cũng khẳng định hiệu quả của việc tích hợp lĩnh vực khoa học robot vào dạy học (D. J. S. o. P. Alimisis & Education, 2009; Benitti, 2012; Eguchi, 2014; Nourbakhsh, Hamner, Crowley, & Wilkinson, 2004). Chính vì thế mà vấn đề quan tâm ở đây là một chủ đề STEM lĩnh vực khoa học robot (STEM – Robotics) gắn kết với các nội dung dạy học cụ thể trong chương trình có sự gắn kết như thế nào? Và việc dạy học một chủ đề STEM - khoa học robot có thể phát triển năng lực giải quyết vấn đề như thế Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Đức Anh
2 nào? Đó là lí do em nghiên cứu thực hiện thiết kế làm rõ sự gắn kết một chủ đề STEM khoa học robot với các nội dung trong chương trình môn học. Chủ đề STEM – Robotics mà em nghiên cứu trong đề tài là chủ đề “Xe robot tự dò đường” sử dụng cảm biến hồng ngoại, đây là một chủ đề được lồng ghép các kiến thức thuộc môn Công nghệ, Khoa học tự nhiên, Tin học và Toán học trong Chương trình giáo dục phổ thông mới. Thông qua chủ đề này, học sinh biết các vận dụng các kiến thức khác nhau để giải quyết các vấn đề thực tiễn thông qua việc tìm hiểu các cơ cấu hoạt động của xe robot, vi mạch Arduino, cảm biến hồng ngoại và lập trình vi điều khiển, để từ đó giúp học sinh phát triển được các năng lực đặc thù. Do đó đây là một chủ đề vừa có tính thực tiễn vừa có nhiều khả thi áp dụng trong cả chương trình dạy học ở các tiết học hoạt động trải nghiệm, từ đó cho thấy được tính phù hợp để xây dựng chủ đề theo định hướng giáo dục STEM, đặc biệt là dạy học định hướng phát triển năng lực được đề ra trong chương trình giáo dục phổ thông mới. Trên cơ sở đó, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu: “Thiết kế chủ đề STEM xe robot tự dò đường nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh Trung học cơ sở”. 2. Mục tiêu của đề tài Thiết kế chủ đề STEM “xe robot tự dò đường” theo quy trình thiết kế kĩ thuật (EDP) nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh trong chương trình Trung học cơ sở. 3. Giả thuyết khoa học Nếu đề xuất thiết kế một chủ đề “xe robot tự dò đường” theo quy trình thiết kế kĩ thuật (EDP) theo định hướng giáo dục STEM thì sẽ bồi dưỡng được năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh trong chương trình Trung học cơ sở. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu + Đối tượng nghiên cứu: Phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh trung học cơ sở thông qua chủ đề dạy học STEM. Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Đức Anh
3 + Phạm vi nghiên cứu: Hoạt động dạy và học các môn học STEM, đặc biệt là môn Khoa học tự nhiên theo chương trình phổ thông mới cấp Trung học cơ sở. 5. Nhiệm vụ đề tài - Tìm hiểu cơ sở lý luận và thực tiễn về dạy học theo định hướng giáo dục STEM. - Tìm hiểu hệ thống lý thuyết về quy trình dạy học thiết kế kĩ thuật EDP. - Tìm hiểu về khoa học robot và giáo dục khoa học robot trong nhà trường. - Phân tích chương trình Khoa học tự nhiên, Công nghệ, Tin học và Toán học trong chương trình giáo dục phổ thông mới để đưa ra một số nội dung liên quan khoa học robot trong nhà trường. - Phân tích và xây dựng nội dung chủ đề xe robot tự dò đường. - Thiết kế tổ chức dạy học chủ đề STEM xe robot tự dò đường theo quy trình thiết kế kĩ thuật EDP: • Xây dựng một hệ thống các công cụ dạy học: bộ dụng cụ xe, hướng dẫn lắp ráp, video, tranh ảnh, phiếu bài tập, thông tin thêm. • Thiết kế tiến trình dạy học để tổ chức các hoạt động. • Xây dựng hệ thống các câu hỏi, bảng tiêu chí đánh giá năng lực GQVD của học sinh khi học chủ đề. - Tham khảo ý kiến đánh giá của chuyên gia về chủ đề, tiến trình dạy học và các công cụ hỗ trợ đã xây dựng hoặc thực nghiệm (nếu có thể). 6. Phương pháp nghiên cứu - Đọc và nghiên cứu các tài liệu có liên quan đến đề tài. - Phân loại và hệ thống hóa lý thuyết. - Phân tích, tổng hợp thông tin. - Quan sát khoa học. - Lấy ý kiến chuyên gia. Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Đức Anh
4 7. Cấu trúc khoá luận Ngoài phần mở đầu, kết luận, danh mục các tài liệu tham khảo và phụ lục, đề tài gồm 3 chương: Chương 1: Cơ sở lí luận. Chương 2: Thiết kế chủ đề “Xe robot tự dò đường” Chương 3: Tham khảo ý kiến chuyên gia Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Đức Anh
5 Chương 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 1.1. Giáo dục STEM 1.1.1. Khái niệm Giáo dục STEM STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật), Mathematics (Toán học). Hiện nay thuật ngữ STEM được dùng trong nhiều ngữ cảnh khác nhau, phổ biến nhất là ngữ cảnh giáo dục và ngữ cảnh nghề nghiệp. + Trong ngữ cảnh giáo dục, STEM là sự quan tâm của nền giáo dục đối với lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học. Thông qua việc dạy học tích hợp các môn học trên với các nội dung gắn với thức tiễn, người học sẽ được phát triển và nâng cao năng lực [1] + Trong ngữ cảnh nghề nghiệp, STEM được hiểu là nghề nghiệp thuộc các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học. Ví dụ: Nhóm ngành nghề về Công nghệ thông tin; Y sinh; Kĩ thuật; Điện tử và Truyền thông…[1] Giáo dục STEM có nhiều cách hiểu khác nhau. Trong đó có một số cách hiểu chính về giáo dục STEM hiện nay là: - Giáo dục STEM là sự quan tâm đến các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học. Đây là cách hiểu theo nghĩa rộng khi nói về giáo dục STEM. Ở cách hiểu này, cứ tổ chức dạy học các môn thuộc lĩnh vực STEM nghĩa là giáo dục STEM.[1] - Giáo dục STEM là định hướng tích hợp liên môn của bốn lĩnh vực/ môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học. Tác giả Tsupros định nghĩa “Giáo dục STEM là một phương pháp học tập tiếp cận liên ngành, ở đó những kiến thức hàn lâm được kết hợp chặt chẽ với các bài học thực tế thông qua việc học sinh được áp dụng những kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học vào trong những bối cảnh cụ thể tạo nên sự kết nối giữa nhà trường, cộng đồng và các doanh nghiệp cho phép người học phát triển những kĩ năng STEM và tăng khả nặng cạnh tranh trong nền kinh tế mới”. Với cách hiểu này, giáo dục STEM được hiểu là giáo dục tích hợp STEM.[1] Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Đức Anh
6 - Giáo dục STEM là sự tích hợp từ ít nhất hai lĩnh vực/ môn học về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên. Theo quan niệm này, tác giả Sanders định nghĩa “Giáo dục STEM là mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp học sinh áp dụng các kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học vào giải quyết một số vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể”.[1] - Ngoài ra, theo Chương trình giáo dục phổ thông 2018, Bộ Giáo dục định nghĩa “Giáo dục STEM là mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp học sinh áp dụng các kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học vào giải quyết một số vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể.”[2] Trong phạm vi của khoá luận này, chúng tôi quan tâm hơn đến quan điểm Giáo dục STEM là sự tích hợp từ ít nhất hai lĩnh vực/môn học về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên. 1.1.2. Mục tiêu của giáo dục STEM Theo tác giả Nguyễn Thanh Nga, giáo dục STEM gồm 3 mục tiêu chính như sau: [3] + Phát triển năng lực đặc thù của các môn học thuộc về STEM cho học sinh. Đó là những kiến thức, kĩ năng liên quan đến các môn học Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học. Theo Chương trình tổng thể 2018, những năng lực đặc thù được phát triển thông qua các môn học trên bao gồm: Năng lực khoa học; Năng lực công nghệ; Năng lực tin học; Năng lực tính toán. + Phát triển các năng lực cốt lõi cho học sinh. Dạy học phát triển năng lực tuân theo một số nguyên tắc nhất định, một trong những nguyên tắc quan trọng đó là học sinh cần phải trải nghiệm quá trình hoạt động thực tiễn để từng bước hình thành và phát triển năng lực của mình. Theo Chương trình tổng thể 2018, Năng lực cốt lõi của học sinh bao gồm những Năng lực chung và những Năng lực đặc thù. Trong đó nhóm Năng lực chung bao gồm: Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo; Năng lực tự chủ và tự học; Năng lực giao tiếp và hợp tác.[2] Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Đức Anh
7 + Định hướng nghề nghiệp cho học sinh. Giáo dục STEM sẽ tạo cho học sinh có những kiến thức, kĩ năng mang tính nền tảng cho việc học tập ở các bậc học cao hơn cũng như cho nghề nghiệp trong tương lai. 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. Mục tiêu giáo dục STEM Phát triển năng Phát triển năng Định hướng nghề lực đặc thù STEM lực cốt lõi nghiệp Hình 1.1. Mục tiêu giáo dục STEM[3] 1.1.3. Giáo dục STEM ở Việt Nam Ngày 4/5/2017, Thủ tướng Chính phủ ban hành Chỉ thị số 16/CT-TTg về việc tăng cường năng lực tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư. Chỉ thị của Thủ tướng đề ra những giải pháp và nhiệm vụ thúc đẩy giáo dục tại Việt Nam. Trong đó Thủ tướng nhấn mạnh giải pháp: “…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, kĩ thuật và toán học (STEM), ngoại ngữ, tin học trong chương trình giáo dục phổ thông…”[4]. Với Chỉ thị trên, Việt Nam đã chính thức ban hành chính sách thúc đẩy giáo dục STEM trong nhà trường, tạo điều kiện để liên kết các sáng kiến và hoạt động giáo dục STEM hiện nay. Trong Chương trình giáo dục phổ thông 2018, giáo dục STEM cũng được chú trọng rất rõ ràng. GS. Nguyễn Minh Thuyết - Tổng Chủ biên Chương trình giáo dục phổ thông 2018 - cho rằng: “Chương trình cải thiện rõ vị trí của Giáo dục tin học và Giáo dục công nghệ. Điều này không chỉ thể hiện rõ tư tưởng giáo dục STEM, mà còn là sự điều chỉnh Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Đức Anh
8 kịp thời của giáo dục phổ thông trước cuộc cách mạng công nghiệp 4.0”[5]. Trong đó giáo dục STEM thể hiện thông qua các biểu hiện cụ thể như sau: [5] - Chương trình giáo dục phổ thông mới có đầy đủ các môn học STEM: Khoa học tự nhiên, Công nghệ, Tin học, Toán học. Giáo dục STEM cũng được thể hiện rõ trong các chương trình môn học này. - Vị trí của giáo dục tin học và giáo dục công nghệ được cải thiện rõ rệt. - Yêu cầu dạy học tích hợp và đổi mới phương pháp giáo dục tạo điều kiện tổ chức các chủ đề STEM trong chương trình môn học, góp phần phát triển năng lực vận dụng kiến thức liên môn giải quyết các vấn đề thực tiễn cho học sinh. - Tính mở của Chương trình GDPT mới cho phép một số nội dung giáo dục STEM có thể được xây dựng thông qua nội dung giáo dục của địa phương, kế hoạch giáo dục của nhà trường và những hoạt động giáo dục được xã hội hoá. 1.1.4. Quy trình dạy học STEM dựa trên hoạt động thiết kế kĩ thuật Quy trình thiết kế kĩ thuật (Engineering Design Process hay EDP) là một chuỗi các bước thực hiện mô tả lại cách mà các kĩ sư sử dụng để giải quyết vấn đề; người kĩ sư bắt đầu bằng đặt câu hỏi, hình dung các giải pháp, thiết kế kế hoạch, tạo mô hình, thực nghiệm và kiểm thử mô hình, sau đó thực hiện cải tiến.[1] Đây cũng là các bước mà kĩ sư tại NASA thực hiện. [6] Quy trình thiết kế kĩ thuật dùng để xác định và giải quyết vấn đề có bốn đặc trưng gồm: (1) tính lặp lại cao; (2) tính kết thúc mở, tức là một bài toán có thể có nhiều lời giải; (3) ngữ cảnh có ý nghĩa cho việc học các khái niệm khoa học, toán học và kĩ thuật; (4) kích thích tư duy hệ thống, mô hình hoá và phân tích[7]. Cũng theo NASA’s Best, quy trình EDP khác biệt với các quy trình dạy học khác ở hai điểm chính: thứ nhất, không có một lời giải cụ thể nhất định cho một bài toán; thứ hai, người học cần tự thiết kế bản thiết kế[6]. Có thể mô tả cụ thể quy trình EDP gồm 6 bước như sau: [1] (1) Đặt câu hỏi (Ask): Học sinh xác định vấn đề, các đòi hỏi cần phải đáp ứng và các ràng buộc được xem xét. Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Đức Anh