Khóa luận tốt nghiệp: Tổ chức dạy học chương Các định luật bảo toàn – Vật lý 10 theo định hướng giáo dục STEM

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:101

Thêm vào BST

Báo xấu

47
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài nghiên cứu được thực hiện nhằm tổ chức dạy học một số kiến thức chương Các định luật bảo toàn – Vật lý 10 theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát huy tính tích cực và bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề trong thực tiễn của HS. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Khóa luận tốt nghiệp: Tổ chức dạy học chương Các định luật bảo toàn – Vật lý 10 theo định hướng giáo dục STEM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ HUỲNH THỊ MỸ DUYÊN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TỔ CHỨC DẠY HỌC CHƯƠNG CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN - VẬT LÝ 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM Chuyên ngành: Sư Phạm Vật Lý TP. Hồ Chí Minh, năm 2019
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ TỔ CHỨC DẠY HỌC CHƯƠNG CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN - VẬT LÝ 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM Sinh viên thực hiện: Huỳnh Thị Mỹ Duyên Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thanh Nga TP. Hồ Chí Minh, năm 2019
LỜI CẢM ƠN ời đầu tiên, em xin phép được trân trọng cảm ơn thầy cô trong khoa L Vật Lý đã tận tình truyền thụ kiến thức, tạo điều kiện thuận lợi nhất cho em được học tập và nghiên cứu. Với lòng biết ơn chân thành và sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn tới TS. Nguyễn Thanh Nga, giảng viên hướng dẫn em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này. Thầy không chỉ nhiệt tình hướng dẫn, dìu dắt mà còn luôn động viên em những lúc khó khăn trong quá trình nghiên cứu. Sự hiểu biết sâu sắc về khoa học cũng như kinh nghiệm của thầy là tiền đề để em đạt được kết quả này. Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban Giám hiệu trường trung học phổ thông Nguyễn Du, cô Phạm Thị Vi và thầy Tôn Ngọc Tâm đã tận tình chỉ bảo, chia sẻ kinh nghiệm, kiến thức và giúp đỡ rất nhiều em trong quá trình thực nghiệm đề tài tại trường. Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các em học sinh trường trung học phổ thông Nguyễn Du đã tham gia và tích cực hợp tác với chúng tôi trong suốt quá trình thực nghiệm đề tài tại trường. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình tới Mẹ, bạn đồng học Trần Thanh Lan và bạn bè đã luôn quan tâm, ủng hộ, động viên, khích lệ, và giúp đỡ để tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này. Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 04 năm 2019 Sinh viên Huỳnh Thị Mỹ Duyên
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nội dung CT Chương trình ĐHSP Đại học sư phạm GV Giáo viên HN Hà Nội HS Học sinh NXB Nhà xuất bản SGK Sách giáo khoa SP Sư phạm TB Trung bình THPT Trung học phổ thông ThS Thạc sĩ TNSP Thực nghiệm sư phạm TP HCM Thành phố Hồ Chí Minh TS Tiến sĩ
MỤC LỤC MỞ ĐẦU ............................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................1 2. Mục đích nghiên cứu ......................................................................................2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................................2 3.1. Đối tượng nghiên cứu .....................................................................2 3.2. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................2 4. Giả thuyết khoa học .......................................................................................2 5. Nhiệm vụ nghiên cứu .....................................................................................2 6. Phương pháp nghiên cứu ...............................................................................3 7. Những đóng góp của đề tài ............................................................................3 8. Cấu trúc của đề tài .........................................................................................3 CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM ............................................................................................................4 1.1. Giáo dục STEM .............................................................................................4 1.1.1. Khái niệm .........................................................................................4 1.1.2. Các mức độ áp dụng giáo dục STEM .............................................5 1.1.3. Mục tiêu giáo dục STEM ................................................................6 1.1.4. Vai trò, ý nghĩa của giáo dục STEM ..............................................6 1.2. Tính tích cực của HS trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM ...7 1.2.1. Định nghĩa tính tích cực .................................................................7 1.2.2. Biểu hiện tính tích cực của HS trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM .................................................................................8 1.2.3. Biện pháp phát huy tính tích cực của HS trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM .....................................................................9 1.3. Năng lực giải quyết vấn đề của HS theo định hướng giáo dục STEM ...10 1.3.1. Khái niệm năng lực ........................................................................10
1.3.2. Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề ...........................................10 1.3.3. Quy trình giải quyết vấn đề ...........................................................11 1.3.4. Biểu hiện năng lực giải quyết vấn đề của HS trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM ..........................................................12 1.4. Tiến trình dạy học các kiến thức vật lý theo định hướng giáo dục STEM .......................................................................................................................13 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ................................................................................17 CHƯƠNG 2. TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN – VẬT LÝ 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM .............................................................................................18 2.1. Phân tích nội dung kiến thức chương “Các định luật bảo toàn – Vật lý 10” ........ ........................................................................................................18 2.1.1. Mục tiêu dạy học theo chuẩn kiến thức, kỹ năng .........................18 2.1.2. Nội dung kiến thức ........................................................................20 2.2. Xây dựng chủ đề Trạm phong điện mini ..................................................22 2.2.1. Mô tả chủ đề ...................................................................................22 2.2.2. Mục tiêu chủ đề ..............................................................................23 2.2.3. Thiết bị ............................................................................................24 2.2.4. Các yếu tố lĩnh vực STEM trong chủ đề ......................................24 2.2.5. Tiến trình dạy học..........................................................................25 2.3. Xây dựng chủ đề Máy bay động cơ dây thun ...........................................29 2.3.1. Mô tả chủ đề ..................................................................................29 2.3.2. Mục tiêu chủ đề .............................................................................30 2.3.3. Thiết bị ...........................................................................................30 2.3.4. Các yếu tố lĩnh vực STEM trong chủ đề ......................................31 2.3.5. Tiến trình dạy học .........................................................................32 2.4. Công cụ đánh giá dạy học theo định hướng giáo dục STEM ................35 2.4.1. Tiêu chí đánh giá tính tích cực của HS trong dạy học theo định hướng STEM .................................................................................35
2.4.2. Tiêu chí đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của HS trong dạy học theo định hướng STEM .........................................................38 2.4.3. Đánh giá mức độ nắm vững kiến thức .........................................38 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ............................................................................40 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM .....................................................41 3.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm ................................................................41 3.2. Đối tượng thực nghiệm sư phạm .............................................................41 3.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm ........................................................41 3.4. Những thuận lợi và khó khăn gặp phải khi tiến hành thực nghiệm sư phạm .... ........................................................................................................41 3.4.1. Thuận lợi........................................................................................41 3.4.2. Khó khăn ........................................................................................42 3.5. Kế hoạch thực nghiệm sư phạm .................................................................42 3.6. Phân tích diễn biến thực nghiệm sư phạm ................................................42 3.6.1. Giai đoạn 1: Thông báo dự án thiết kế sản phẩm theo định hướng giáo dục STEM cho học sinh ...........................................42 3.6.2. Giai đoạn 2: Tổ chức tiến trình dạy học ......................................42 3.6.3. Giai đoạn 3: Kiểm tra và đánh giá kết quả tiến trình dạy học ....52 3.7. Đánh giá kết quả TNSP ..............................................................................52 3.7.1. Đánh giá tính tích cực ...................................................................52 3.7.2. Đánh giá năng lực giải quyết vấn đề ............................................55 3.7.3. Đánh giá định lượng .....................................................................63 3.7.4. Đánh giá chung về việc tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM trong dạy học chương “Các định luật bảo toàn” .....69 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ............................................................................70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................71 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................................73 PHỤ LỤC .....................................................................................................76
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 4, 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, kỹ thuật và toán học (STEM), ngoại ngữ, tin học trong chương trình giáo dục phổ thông” [17]. Giáo dục STEM tiếp tục được nhắc đến qua các văn bản như: chỉ thị số 3131/CT-BGDĐT, công văn số 4325/BGDĐT-GDTrH, chương trình giáo dục phổ thông tổng thể, chỉ thị số 2699/CT-BGDĐT [1-4], [6]. Như vậy, thông qua việc ban hành các văn bản trên, giáo dục STEM được chú trọng trong đổi mới giáo dục và đào tạo hiện nay. Giáo dục STEM là quan điểm dạy học định hướng phát triển năng lực cho HS thuộc các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học. Các kiến thức này được tổ chức dạy học tích hợp theo chủ đề nhằm giúp HS vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề thực tiễn [11]. Trong giáo dục tích hợp STEM, nội dung và phương pháp dạy học có sự liên kết giữa lý thuyết và thực hành, giữa tư duy và hành động. Phương pháp dạy học theo định hướng giáo dục STEM không chỉ giúp HS nhận ra được mối liên hệ giữa các kiến thức, tính thực tiễn và tính ứng dụng kiến thức trong việc giải quyết các vấn đề trong cuộc sống mà còn rèn luyện cho HS các kỹ năng cần thiết như kỹ năng làm việc nhóm, kỹ năng giải quyết vấn đề, tư duy phản biện và sáng tạo. Như vậy, giáo dục STEM không phải để biến HS thành nhà khoa học, kỹ sư mà là chuẩn bị cho công dân toàn cầu thế hệ mới [8]. Với những nghiên cứu trong nước thời gian gần đây cũng đã chứng tỏ tính hiệu quả của phương pháp dạy học theo định hướng giáo dục STEM. Cụ thể, trong nghiên cứu của Lê Xuân Quang (2017), tác giả chỉ ra rằng dạy học theo định hướng giáo dục STEM giúp tăng hứng thú và tích cực [11]. Tiếp theo, trong nghiên cứu của Lê Ngọc Tứ và cộng sự (2017) việc tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM là khả thi và phát triển tư duy khoa học cho HS. Các em rất hứng thú với các nhiệm vụ mang tính khoa học và có ý nghĩa thực tiễn [20]. Bên cạnh đó, hai tác giả Hoàng Phước Muội và Nguyễn Thanh Nga (2017) cũng chỉ ra tiến trình trên đảm bảo HS đạt được mục tiêu cơ bản về kiến thức
2 vật lý, phát huy được tính tích cực và năng lực sáng tạo cho HS [10]. Vật lý là một môn học thực nghiệm, quan hệ chặt chẽ với thực tiễn. Vật lý không chỉ là cơ sở của kỹ thuật và công nghệ mà các đại lượng, định luật của vật lý còn được hiểu một cách sâu sắc và cụ thể hơn thông qua toán học. Chương Các định luật bảo toàn – Vật lý 10 nghiên cứu về năng lượng và các đại lượng bảo toàn. Kiến thức mà HS được học trong chương gắn liền với những ứng dụng thực tiễn trong kỹ thuật và đời sống. Chính vì những lý do trên, chúng tôi chọn nghiên cứu đề tài: “Tổ chức dạy học chương Các định luật bảo toàn – Vật lý 10 theo định hướng giáo dục STEM”. 2. Mục đích nghiên cứu Tổ chức dạy học một số kiến thức chương Các định luật bảo toàn – Vật lý 10 theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát huy tính tích cực và bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề trong thực tiễn của HS. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu Hoạt động dạy học chương Các định luật bảo toàn – Vật lý 10 theo định hướng giáo dục STEM. 3.2. Phạm vi nghiên cứu Quá trình dạy và học chương Các định luật bảo toàn – Vật lý 10 trung học phổ thông tại Việt Nam. 4. Giả thuyết khoa học Nếu thiết kế và tổ chức dạy học một số kiến thức chương Các định luật bảo toàn – Vật lý 10 theo định hướng giáo dục STEM thì sẽ phát huy tính tích cực và bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề trong thực tiễn của HS. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu - Tìm hiểu cơ sở lý luận và thực tiễn về dạy học theo định hướng giáo dục STEM. - Xây dựng tiến trình dạy học một số kiến thức chương Các định luật bảo toàn – Vật lý 10 theo định hướng giáo dục STEM. - Thực nghiệm sư phạm đề tài tại trường trung học phổ thông. - Đánh giá kết quả thực nghiệm.
3 6. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý luận: nghiên cứu cơ sở lý luận về dạy học theo định hướng giáo dục STEM. - Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: điều tra thực trạng phát triển của dạy học theo định hướng giáo dục STEM ở Việt Nam. - Phương pháp thực nghiệm sư phạm: tiến hành dạy thực nghiệm ở trường phổ thông theo quy trình, phương pháp và tổ chức tiến trình dạy học đã đề xuất; phân tích kết quả thu được trong quá trình thực nghiệm sư phạm để rút ra kết luận về tính hợp lý của quy trình, tính hiệu quả và mức độ khả thi của đề tài. - Phương pháp thống kê toán học: sử dụng phương pháp thống kê toán học xử lý, trình bày kết quả thực nghiệm sư phạm để kiểm định giả thuyết khoa học và tính khả thi của đề tài. 7. Những đóng góp của đề tài - Về lý luận: hệ thống cơ sở lý luận về dạy học theo định hướng giáo dục STEM. - Về thực tiễn: xây dựng tiến trình và triển khai dạy học một số kiến thức chương Các định luật bảo toàn – Vật lý 10 theo định hướng giáo dục STEM. 8. Cấu trúc của đề tài Ngoài phần mở đầu, kết luận, kiến nghị, tài liệu tham khảo và phụ lục, cấu trúc của đề tài nghiên cứu gồm 3 chương: Chương 1. Cơ sở lý luận về dạy học theo định hướng giáo dục STEM Chương 2. Tổ chức dạy học một số kiến thức chương Các định luật bảo toàn – Vật lý 10 theo định hướng giáo dục STEM Chương 3. Thực nghiệm sư phạm
4 CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 1.1. Giáo dục STEM 1.1.1. Khái niệm STEM là một thuật ngữ viết tắt bằng tiếng Anh của bốn từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật) và Mathematics (Toán học). Trong đó, mối quan hệ giữa 4 yếu tố này có thể hiểu qua chu trình STEM được thiết kế theo chương trình giảng dạy của KnowAtom (Hình 1) [33]. Nhìn vào chu trình, chúng ta có thể hình dung mối quan hệ này như sau: Science là quy trình sáng tạo ra kiến thức khoa học; Engineering là quy trình sử dụng kiến thức khoa học để thiết kế công nghệ mới nhằm giải quyết các vấn đề; Toán là công cụ được sử dụng để thu nhận kết quả và chia sẻ kết quả đó với những người khác [1]. Như vậy, yếu tố Khoa học trong thuật ngữ STEM không chỉ bao gồm các môn khoa học như Vật lý, Hóa học, Sinh học và Khoa học trái đất mà còn bao hàm một quy trình khoa học để phát minh ra kiến thức mới từ yêu cầu của thực tiễn công nghệ trong đời sống. Tương tự, yếu tố Kỹ thuật không chỉ là những kiến thức về kỹ thuật mà còn bao hàm cả quy trình kỹ thuật để chế tạo ra công nghệ mới từ kiến thức khoa học của nhân loại. Hiện nay thuật ngữ STEM được dùng trong hai ngữ cảnh khác nhau đó là ngữ cảnh giáo dục và ngữ cảnh nghề nghiệp [11]. Trong phạm vi đề tài, chúng tôi quan tâm đến ngữ cảnh giáo dục của thuật ngữ STEM. Hình 1.1. Chu trình STEM được thiết kế bởi chương trình dạy học của KnowAtom [33]
5 Giáo dục STEM là mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp HS áp dụng các kiến thức khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học vào giải quyết một số vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể [11]. Nếu xét dựa trên chu trình STEM được thiết kế bởi chương trình dạy học của KnowAtom, chúng ta còn có thể hiểu giáo dục STEM là một phương thức giáo dục nhằm trang bị cho HS những kiến thức khoa học gắn liền với ứng dụng của chúng trong thực tiễn, qua đó phát triển cho HS năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề cùng với những năng lực khác tương ứng, đáp ứng được yêu cầu của sự phát triển kinh tế – xã hội [1]. 1.1.2. Các mức độ áp dụng giáo dục STEM Có nhiều mức độ áp dụng giáo dục STEM, tuy nhiên, chúng tôi muốn bàn đến ba mức độ áp dụng giáo dục STEM trong giáo dục phổ thông như sau [1]: - Dạy học các môn khoa học theo phương thức giáo dục STEM: có thể hiểu đây là một hình thức tổ chức giáo dục STEM phần lớn diễn ra trong nhà trường. Trong đó, những bài học và hoạt động giáo dục STEM sẽ được triển khai ngay trong quá trình dạy học các môn học STEM và nội dung luôn bám sát chương trình của các môn học thành phần. Như vậy, hình thức này không phát sinh thêm thời gian học tập. - Tổ chức các hoạt động trải nghiệm STEM: có thể hiểu đây là một hình thức từ việc tổ chức cho HS khám phá các thí nghiệm, ứng dụng khoa học, kỹ thuật trong thực tiễn đời sống sẽ biết được ý nghĩa của khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học đối với đời sống con người. Qua hoạt động, không chỉ tăng hứng thú của HS đối với những môn học STEM mà còn tạo được sự quan tâm của xã hội tới giáo dục STEM. - Tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học, kỹ thuật: có thể hiểu đây là một hình thức được triển khai thông qua hoạt động nghiên cứu khoa học và tổ chức các cuộc thi sáng tạo khoa học kỹ thuật. Hoạt động này chỉ dành cho những HS có năng lực, sở thích và hứng thú với các hoạt động tìm tòi, khám phá khoa học, kỹ thuật giải quyết các vấn đề thực tiễn. Trong phạm vi đề tài, giáo dục STEM được áp dụng ở mức độ “dạy học các
6 môn khoa học theo phương thức giáo dục STEM” với môn học thành phần là môn Vật lý 10 (Cơ bản). 1.1.3. Mục tiêu giáo dục STEM Tùy thuộc vào bối cảnh từng quốc gia sẽ có những mục tiêu khác nhau về giáo dục STEM. Dưới góc độ giáo dục và vận dụng trong bối cảnh Việt Nam, mục tiêu giáo dục STEM bao gồm: phát triển năng lực đặc thù về STEM; phát triển năng lực cốt lõi; định hướng nghề nghiệp [11]. - Phát triển các năng lực đặc thù của các môn học về STEM cho HS: có thể hiểu là phát triển những kiến thức, kỹ năng liên quan đến các môn Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học. Không chỉ thế, HS còn phải vận dụng được các kiến thức, kỹ năng đó để giải quyết được vấn đề thực tiễn liên quan trong đời sống của chính các em và cộng đồng. - Phát triển năng lực cốt lõi cho HS: có thể hiểu là phát triển những kỹ năng phù hợp để đáp ứng yêu cầu thách thức trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 như năng lực giải quyết vấn đề, năng lực hợp tác, năng lực giao tiếp, năng lực sáng tạo. - Định hướng nghề nghiệp cho HS: có thể hiểu là thông qua giáo dục STEM, HS trang bị được những kiến thức, kỹ năng nền cơ bản 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 cao trong thời kỳ hội nhập, đặt biệt là thời kỳ hội nhập công nghệ 4.0. 1.1.4. Vai trò, ý nghĩa của giáo dục STEM Đối với thực tiễn giáo dục Việt Nam hiện nay, việc đưa giáo dục STEM vào trường trung học mang lại nhiều ý nghĩa, phù hợp với định hướng đổi mới giáo dục phổ thông như đảm bảo giáo dục toàn diện; nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM; hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho HS; kết nối trường học với cộng đồng; hướng nghiệp, phân luồng [1]. - Đảm bảo giáo dục toàn diện: có thể hiểu là thông qua việc triển khai giáo dục STEM ở nhà trường, giúp cho các môn học như Toán, Khoa học, Công nghệ, Kỹ
7 thuật được quan tâm và đầu tư phát triển nhiều hơn. - Nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM: có thể hiểu là thông qua việc vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các vấn đề thực tiễn trong các dự án học tập của giáo dục STEM, HS sẽ được tự bản thân trải nghiệm và nhận ra mối liên hệ mật thiết của những kiến thức được học với cuộc sống, từ đó sẽ nâng cao được hứng thú học tập của các em. - Hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho HS: có thể hiểu là thông qua việc thực hiện các nhiệm vụ trong dự án học tập STEM, HS sẽ làm quen dần với hoạt động có tính chất nghiên cứu khoa học, từ đó góp phần đáng kể vào quá trình hình thành, phát triển phẩm chất và năng lực của các em. - Kết nối trường học với cộng đồng: có thể hiểu là thông qua việc khai thác các nguồn lực (nhân lực và vật lực) để đảm bảo việc triển khai hiệu quả giáo dục STEM, nhà trường sẽ thường kết nối với các cơ sở giáo dục nghề nghiệp, đại học tại địa phương. Từ đây, trường học không chỉ gắn kết được với cộng đồng tại địa phương nói riêng và cả nước nói chung mà còn hướng tới giải quyết các vấn đề có tính đặc thù ở địa phương sinh sống. - Hướng nghiệp, phân luồng: có thể hiểu là thông qua việc trải nghiệm trong các lĩnh vực STEM nhờ việc tổ chức tốt giáo dục STEM ở trường trung học, HS sẽ đánh giá được sự phù hợp, năng khiếu, sở thích của bản thân với những nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM. Cho nên, việc thực hiện tốt giáo dục STEM ở trường trung học cũng có thể nói là một trong những cách thức thu hút HS theo học, lựa chọn các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM, đây là những ngành nghề có nhu cầu cao về nguồn nhân lực trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư trên thế giới hiện nay. 1.2. Tính tích cực của HS trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM 1.2.1. Định nghĩa tính tích cực Khi đề cập đến tính tích cực, có nhiều cách hiểu khác nhau như: - Theo V.L.Lênin: “Tính tích cực được xác định như là tổng các dấu hiệu đặc trưng cho sức mạnh bên trong với thành tích đã thành hiện thực”.
8 - Theo từ điển Tiếng Việt (Hoàng Phê chủ biên, 1994), “Tích cực là có ý nghĩa, có tác dụng khẳng định, tác dụng thúc đẩy sự phát triển; tỏ ra chủ động, có những hoạt động nhằm tạo ra sự biến đổi theo hướng phát triển; hăng hái, tỏ ra nhiệt tình đối với nhiệm vụ, với công việc”. Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, tính tích cực có thể được hiểu là thái độ tự giác, chủ động, sẵn sàng của người học, có khát vọng và mong muốn giải quyết các vấn đề trong học tập. 1.2.2. Biểu hiện tính tích cực của HS trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM Dấu hiệu của tính tích cực được G. I. Sukina nêu ra như sau: [9] - Khao khát, tự nguyện tham gia trả lời các câu hỏi của GV, bổ sung các câu trả lời của bạn, thích được phát biểu ý kiến của mình về vấn đề nêu ra. - Thường xuyên nêu thắc mắc, đòi hỏi giải thích cặn kẽ những vấn đề mà GV trình bày chưa đủ rõ. - Chủ động vận dụng linh hoạt những kiến thức, kỹ năng đã học để nhận thức những vấn đề mới. - Mong muốn được góp ý với thầy, với bạn những thông tin mới lấy từ những nguồn khác nhau, có khi vượt ra ngoài phạm vi bài học, môn học. - Ngoài những biểu hiện nói trên mà GV dễ nhận thấy, còn có những biểu hiện về mặt xúc cảm, khó nhận thấy hơn như thờ ơ hay hào hứng, phớt lờ hay ngạc nhiên, hoan hỉ hay buồn chán trước một nội dung nào đó của bài học hoặc tìm ra lời giải thích hay cho một bài tập khó. - 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 GV 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 HS khi học theo định hướng giáo dục STEM như sau: [12] a) Khát khao tìm kiếm kiến thức mới liên quan đến các lĩnh vực khoa học,
9 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. HS 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 HS khác, với GV 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 vụ học tập được giao phó. e) Kiên trì giải quyết nhiệm vụ học tập được giao mặc dù gặp phải vấn đề khó, chủ động chia sẻ các giải pháp tìm được. f) Tự mở rộng bài học, mở rộng phạm vi kiến thức sang các lĩnh vực khác, thiết kế sơ đồ bài học để dễ nhớ và vận dụng. 1.2.3. Biện pháp phát huy tính tích cực của HS trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM - Để phát huy tính tích cực của HS trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM, GV cần tạo ra và duy trì hứng thú, động cơ học tập cho HS. Các biện pháp khả dĩ là: [12] - Tổ chức các nội dung dạy học gắn với thực tiễn, vận dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề thực tiễn. - Đưa HS 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.
10 1.3. Năng lực giải quyết vấn đề của HS theo định hướng giáo dục STEM 1.3.1. Khái niệm năng lực Hiện nay, khái niệm năng lực có nhiều định nghĩa khác nhau, phản ánh các khía cạnh khác nhau của vấn đề này, đó là: - Theo Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế Thế giới (OECD) quan niệm năng lực là: “khả năng cá nhân đáp ứng các yêu cầu phức hợp và thực hiện thành công nhiệm vụ trong một bối cảnh cụ thể” [21]. - Còn theo F. E. Weinert, năng lực là “tổng hợp các khả năng và kỹ năng nhận thức sẵn có hoặc có thể học được ở cá nhân nhằm giải quyết những vấn đề nảy sinh trong cuộc sống. Năng lực cũng hàm chứa động cơ và ý chí để cá nhân hành động một cách có trách nhiệm, có sự phê phán để đi đến giải pháp” [23]. - Cách hiểu của Từ điển tiếng Việt, năng lực là: “phẩm chất tâm lý và sinh lý tạo cho con người khả năng hoàn thành một loại hoạt động nào đó với chất lượng cao” [13]. - Theo tài liệu Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể, năng lực được hiểu là “thuộc tính cá nhân được hình thành, phát triển nhờ tố chất sẵn có và quá trình học tập, rèn luyện, cho phép con người huy động tổng hợp các kiến thức, kỹ năng và các thuộc tính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, ý chí,... thực hiện thành công một loại hoạt động nhất định, đạt kết quả mong muốn trong những điều kiện cụ thể” [2]. - Cách hiểu của Lương Việt Thái: “Năng lực là tổng hợp những thuộc tính độc đáo của cá nhân phù hợp với những yêu cầu đặc trưng của một hoạt động nhất định, nhằm đảm bảo việc hoàn thành có kết quả tốt trong lĩnh vực hoạt động ấy” [16]. Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, năng lực của HS được hiểu Là tập hợp các kiến thức và kỹ năng nhận thức phát triển nhờ tố chất sẵn có của mỗi HS nhằm giải quyết những vấn đề nảy sinh trong học tập và thực tiễn cuộc sống, giúp HS có thể giải quyết thành công vấn đề đó. 1.3.2. Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề Vấn đề là một hệ thống các mệnh đề và yêu cầu hành động được đặt trong ngữ cảnh mà HS chưa đủ kiến thức và kỹ năng để giải quyết. Có nhiều cách hiểu khác nhau về năng lực giải quyết vấn đề. Chúng tôi trình bày hai cách định nghĩa sau:
11 Theo định nghĩa trong đánh giá PISA (2003): “Năng lực giải quyết vấn đề là khả năng một cá nhân có khả năng sử dụng các quy trình nhận thức để đối mặt và giải quyết những vấn đề thật mang tính chất liên ngành trong khi giải pháp không phải luôn rõ ràng và những mảng kiến thức để giải quyết vấn đề không chỉ nằm riêng lẽ trong một lĩnh vực toán học, khoa học hay đọc hiểu” [22]. Theo Nguyễn Cảnh Toàn “Giải quyết vấn đề là hoạt động trí tuệ được coi là trình độ phức tạp và cao nhất về nhận thức, vì cần huy động tất cả các năng lực trí tuệ của cá nhân. Để giải quyết vấn đề, chủ thể phải huy động trí nhớ, tri giác, lý luận, khái niệm hóa, ngôn ngữ, đồng thời sử dụng cả cảm xúc, động cơ, niềm tin ở năng lực bản thân và khả năng kiểm soát được tình thế” [19]. Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, năng lực giải quyết vấn đề của HS được hiểu là: HS có khả năng huy động hiệu quả các kiến thức, kỹ năng đã lĩnh hội để đề xuất giải pháp và thực hiện giải pháp nhằm mang lại hiệu quả giải quyết được vấn đề. 1.3.3. Quy trình giải quyết vấn đề Quy trình giải quyết vấn đề có thể được thực hiện qua ba bước: phân tích vấn đề, hình thành giải pháp, kiểm tra tính đúng đắn của giải pháp. Hình 1.2. Quy trình giải quyết vấn đề. Bước 1. phân tích vấn đề Tiến hành thu thập các dữ liệu, huy động kiến thức và kỹ năng để phân tích từng dữ liệu, xem xét mối quan hệ giữa các dữ liệu trong đó cần làm rõ ngữ cảnh xảy ra tình huống có vấn đề. Bước 2. Hình thành giải pháp.
12 Sau khi hiểu rõ được tình huống có vấn đề, tiến hành hình thành mục tiêu, đề xuất phương hướng, kế hoạch để hình thành giải pháp nhằm giải quyết được vấn đề. Giải pháp này có thể được thay đổi nếu cần và phụ thuộc vào mục tiêu đặt ra khi tiến hành giải quyết vấn đề. Bước 3. Kiểm tra tính đúng đắn của giải pháp Khi hoàn tất giải pháp thực hiện vấn đề cần nghiên cứu sâu hơn về giải pháp thông qua việc kiểm tra tính đúng đắn của giải pháp. Nếu giải pháp đặt ra và thực hiện giải quyết hiệu quả được vấn đề thì kết thúc quá trình, còn nếu giải pháp đặt ra và thực hiện giải quyết hiệu quả được vấn đề thì tiến hành thao tác phân tích lại vấn đề một lần nữa. 1.3.4. Biểu hiện năng lực giải quyết vấn đề của HS trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể mới [2] đã mô tả năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo bao gồm 6 năng lực thành phần với các biểu hiện của năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo. Bảng 1.1 : Bảng mô tả năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo [2] Năng lực hợp phần Biểu hiện Biết xác định và làm rõ thông tin, ý tưởng mới và phức tạp từ các nguồn thông tin khác nhau; biết Nhận ra ý tưởng mới phân tích các nguồn thông tin độc lập để thấy được khuynh hướng và độ tin cậy của ý tưởng mới. Phân tích được tình huống trong học tập, trong Phát hiện và làm rõ cuộc sống; phát hiện và nêu được tình huống có vấn vấn đề đề trong học tập, trong cuộc sống. Nêu được nhiều ý tưởng mới trong học tập và cuộc sống; suy nghĩ không theo lối mòn; tạo ra yếu Hình thành và triển khai tố mới dựa trên những ý tưởng khác nhau; hình ý tưởng mới thành và kết nối các ý tưởng; nghiên cứu để thay đổi giải pháp trước sự thay đổi của bối cảnh; đánh giá rủi ro và có dự phòng. Biết thu thập và làm rõ các thông tin có liên quan Đề xuất, lựa chọn giải đến vấn đề; biết đề xuất và phân tích được một số pháp giải pháp giải quyết vấn đề; lựa chọn được giải pháp phù hợp nhất. Lập được kế hoạch hoạt động có mục tiêu, nội Thiết kế và tổ chức dung, hình thức, phương tiện hoạt động phù hợp; hoạt động tập hợp và điều phối được nguồn lực (nhân lực, vật lực) cần thiết cho hoạt động, biết điều chỉnh kế
13 hoạch và việc thực hiện kế hoạch, cách thức và tiến trình giải quyết vấn đề cho phù hợp với hoàn cảnh để đạt hiệu quả cao; đánh giá được hiệu quả của giải pháp và hoạt động. Biết đặt nhiều câu hỏi có giá trị, không dễ dàng chấp nhận thông tin một chiều; không thành kiến Tư duy độc lập khi xem xét, đánh giá vấn đề; biết quan tâm tới các lập luận và minh chứng thuyết phục; sẵn sàng xem xét, đánh giá lại vấn đề. 1.4. Tiến trình dạy học các kiến thức vật lý theo định hướng giáo dục STEM Theo tài liệu tập huấn Xây dựng và thực hiện các chủ đề giáo dục STEM trong trường trung học của Bộ giáo dục và Đào tạo (2019) [1], tiến trình tổ chức dạy học các kiến thức vật lý theo định hướng giáo dục STEM được thể hiện như sơ đồ hình 1.3. Hình 1.3. Tiến trình tổ chức dạy học các kiến thức vật lý theo định hướng giáo dục STEM [1] Cụ thể, tiến trình tổ chức dạy học các kiến thức vật lý theo định hướng giáo dục STEM được tổ chức theo 5 hoạt động sau: Hoạt động 1: Xác định vấn đề Trong hoạt động này, GV giao cho HS nhiệm vụ học tập chứa đựng vấn đề, trong đó HS phải hoàn thành một sản phẩm học tập cụ thể với các tiêu chí đòi hỏi HS phải sử dụng kiến thức vật lý mới trong bài học để đề xuất, xây dựng giải pháp và thiết kế mô hình của sản phẩm cần hoàn thành. Tiêu chí của sản phẩm là yêu cầu hết sức quan trọng, bởi đó chính là "tính mới" của sản phẩm, kể cả sản phẩm đó là quen thuộc với HS; đồng thời, tiêu chí đó buộc HS phải nắm vững kiến thức vật lý mới thiết kế và giải thích được thiết kế cho sản phẩm cần làm.