Luận án Tiến sĩ Khoa học giáo dục: Dạy học trên cơ sở vấn đề bài học STEM chủ đề các thể của chất môn Khoa học tự nhiên 6

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:275

Thêm vào BST

Báo xấu

17
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Khoa học giáo dục "Dạy học trên cơ sở vấn đề bài học STEM chủ đề các thể của chất môn Khoa học tự nhiên 6" trình bày các nội dung chính sau: Cơ sở lí luận và thực tiễn của DH trên cơ sở vấn đề bài học STEM nhằm bồi dưỡng NL KHTN của HS; Thiết kế tiến trình dạy học trên cơ sở vấn đề bài học STEM chủ đề Các thể của chất; Thực nghiệm sư phạm.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Khoa học giáo dục: Dạy học trên cơ sở vấn đề bài học STEM chủ đề các thể của chất môn Khoa học tự nhiên 6

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÁN THỊ HƯƠNG THỦY DẠY HỌC TRÊN CƠ SỞ VẤN ĐỀ BÀI HỌC STEM CHỦ ĐỀ CÁC THỂ CỦA CHẤT MÔN KHOA HỌC TỰ NHIÊN 6 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC THÁI NGUYÊN - 2023
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÁN THỊ HƯƠNG THỦY DẠY HỌC TRÊN CƠ SỞ VẤN ĐỀ BÀI HỌC STEM CHỦ ĐỀ CÁC THỂ CỦA CHẤT MÔN KHOA HỌC TỰ NHIÊN 6 Ngành: LÝ LUẬN VÀ PPDH BỘ MÔN VẬT LÝ Mã số: 9140111 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Người hướng dẫn khoa học: 1. GS.TS Đỗ Hương Trà 2. PGS.TS Vũ Thị Kim Liên THÁI NGUYÊN - 2023
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Kết quả và số liệu nêu trong luận án là trung thực, khách quan, có nguồn gốc rõ ràng và được trích dẫn đầy đủ theo quy định. Những kết luận của luận án chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Thái Nguyên, ngày 10 tháng 11 năm 2023 Tác giả luận án Hán Thị Hương Thủy
ii LỜI CẢM ƠN Trước hết tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn chân thành, sâu sắc nhất tới GS.TS Đỗ Hương Trà và PGS. TS Vũ Thị Kim Liên. Các cô giáo đã cho tôi những định hướng khoa học và đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình hoàn thành luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 là cơ quan mà tôi đang công tác và Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên là cơ sở đào tạo đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận án. Tôi gửi lời cảm ơn đến các Thầy, Cô, các Đồng nghiệp trong Khoa Vật lý Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên. Tôi muốn gửi thành quả này của mình đến chồng và các con những người luôn đồng hành và cổ vũ tôi trong mọi hoàn cảnh. Tôi xin gửi lòng biết ơn đến Bố, Mẹ, các anh, chị, em trong gia đình đã luôn động viên và hỗ trợ tôi trong cuộc sống và quá trình học tập. Chính sự tin yêu và mong đợi của gia đình đã tạo thêm động lực cho tôi thực hiện thành công luận án này. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới các Thầy, Cô, Đồng nghiệp và bạn bè đã cổ vũ, động viên tôi vượt qua những khó khăn trong quá trình thực hiện luận án. Tác giả luận án Hán Thị Hương Thủy
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................ii MỤC LỤC ................................................................................................................. iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................... iv DANH MỤC CÁC BẢNG.......................................................................................... v DANH MỤC CÁC HÌNH .......................................................................................... vi MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 1. Lí do chọn đề tài ...................................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................................ 4 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................... 4 4. Khách thể nghiên cứu.............................................................................................. 4 5. Giả thuyết khoa học ................................................................................................ 4 6. Nhiệm vụ nghiên cứu .............................................................................................. 4 7. Phương pháp nghiên cứu......................................................................................... 5 8. Những đóng góp mới của luận án ........................................................................... 6 9. Cấu trúc của luận án ................................................................................................ 6 Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................................. 7 1.1. Các nghiên cứu về dạy học trên cơ sở vấn đề ...................................................... 7 1.1.1. Các nghiên cứu trên thế giới ............................................................................. 7 1.1.2. Các nghiên cứu trong nước ............................................................................. 10 1.2. Các nghiên cứu về giáo dục STEM.................................................................... 13 1.2.1. Các nghiên cứu trên thế giới ........................................................................... 13 1.2.2. Các nghiên cứu trong nước ............................................................................. 17 1.3. Các nghiên cứu về dạy học bồi dưỡng và phát triển năng lực khoa học ........... 20 1.3.1. Các nghiên cứu trên thế giới ........................................................................... 20 1.3.2. Các nghiên cứu trong nước ............................................................................. 24 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1.......................................................................................... 27 Chương 2: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA DẠY HỌC TRÊN CƠ SỞ VẤN ĐỀ BÀI HỌC STEM TRONG VIỆC BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC KHOA HỌC TỰ NHIÊN CỦA HỌC SINH ......................................................................... 28
iv 2.1. Dạy học trên cơ sở vấn đề .................................................................................. 28 2.1.1. Khái niệm ........................................................................................................ 28 2.1.2. Mục tiêu của dạy học trên cơ sở vấn đề .......................................................... 29 2.1.3. Đặc điểm của dạy học trên cơ sở vấn đề ......................................................... 30 2.1.5. Tình huống trong dạy học trên cơ sở vấn đề ................................................... 34 2.1.6. Tổ chức dạy học trên cơ sở vấn đề .................................................................. 39 2.2. Dạy học STEM ở Trung học cơ sở .................................................................... 42 2.2.1. Khái niệm về dạy học STEM .......................................................................... 42 2.2.2. Mục tiêu của dạy học STEM........................................................................... 43 2.2.3. Đặc điểm tâm sinh lí và nhận thức của học sinh đầu Trung học cơ sở ........... 44 2.2.4. Sản phẩm của dạy học STEM ở Trung học cơ sở ........................................... 46 2.3. Tiến trình dạy học trên cơ sở vấn đề bài học STEM.......................................... 48 2.3.1. Khái niệm bài học STEM ................................................................................ 48 2.3.2. Thiết kế tiến trình dạy học trên cơ sở vấn đề bài học STEM.......................... 49 2.4. Bồi dưỡng năng lực khoa học tự nhiên trong dạy học trên cơ sở vấn đề bài học STEM ................................................................................................................. 53 2.4.1. Khái niệm năng lực khoa học tự nhiên ........................................................... 53 2.4.2. Cấu trúc năng lực khoa học tự nhiên trong dạy học STEM ............................ 55 2.5. Điều tra thực tiễn ................................................................................................ 65 2.5.1. Điều tra lần thứ nhất ........................................................................................ 65 2.5.2. Điều tra lần thứ hai .......................................................................................... 73 2.5.3. Kết luận rút ra từ điều tra thực tiễn ................................................................. 76 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2.......................................................................................... 78 Chương 3: THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC TRÊN CƠ SỞ VẤN ĐỀ BÀI HỌC STEM CHỦ ĐỀ CÁC THỂ CỦA CHẤT ....................................................... 79 3.1. Phân tích nội dung kiến thức chủ đề Các thể của chất ....................................... 79 3.2. Nội dung chủ đề Các thể của chất trong chương trình giáo dục phổ thông ....... 81 3.2.1. Mục tiêu môn khoa học tự nhiên..................................................................... 81 3.2.2. Yêu cầu cần đạt về phẩm chất và năng lực ..................................................... 82 3.2.3. Yêu cầu cần đạt trong dạy học chủ đề Các thể của chất ................................. 85 3.3. Tiến trình dạy học trên cơ sở vấn đề bài học STEM chủ đề Các thể của chất... 85
v 3.3.1. Phân tích nội dung kiến thức của chủ đề......................................................... 85 3.3.2. Các kiến thức khoa học bổ trợ cho giáo viên .................................................. 86 3.3.3. Tổ chức dạy học trên cơ sở vấn đề bài học STEM ......................................... 88 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3........................................................................................ 122 Chương 4: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM................................................................ 123 4.1. Mục đích và nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm .................................................. 123 4.1.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm .................................................................... 123 4.1.2. Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm ................................................................... 123 4.2. Đối tượng và nội dung thực nghiệm sư phạm .................................................. 123 4.2.1. Đối tượng thực nghiệm sư phạm ................................................................... 123 4.2.2. Thời gian và nội dung thực nghiệm sư phạm................................................ 125 4.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm và lựa chọn thiết kế ................................ 125 4.3.1. Các phương pháp được sử dụng trong thực nghiệm sư phạm ...................... 125 4.3.2. Lựa chọn thiết kế ........................................................................................... 125 4.4. Diễn biến và kết quả thực nghiệm sư phạm ..................................................... 126 4.4.1. Kết quả thực nghiệm sư phạm vòng 1 .......................................................... 126 4.4.2. Diễn biến và kết quả thu trong thực nghiệm sư phạm vòng 2 ...................... 133 4.5. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm ........................................................... 147 4.5.1. Xây dựng tiêu chí đánh giá các mức độ đạt được của NL KHTN ................ 147 4.5.2. Nghiên cứu trường hợp: đánh giá sự phát triển NL KHTN của học sinh ..... 149 4.5.3. Đánh giá qua bài kiểm tra sau thực nghiệm sư phạm ................................... 152 4.5.4. Kết quả bài kiểm tra đánh giá năng lực của tám học sinh ............................ 161 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4........................................................................................ 165 KẾT LUẬN, ĐỀ XUẤT VÀ KHUYẾN NGHỊ ...................................................... 166 1. Kết luận ............................................................................................................... 166 2. Đề xuất nghiên cứu tiếp theo của đề tài .............................................................. 166 3. Khuyến nghị ........................................................................................................ 167 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 169 PHỤ LỤC
iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ DH Dạy học ĐG Đánh giá GD Giáo dục GD&ĐT Giáo dục và đào tạo GQ Giải quyết GQVĐ Giải quyết vấn đề GV Giáo viên HĐ Hoạt động HS Học sinh HT Học tập KH Khoa học KHTN Khoa học tự nhiên KN Kĩ năng LA Luận án MT Mục tiêu NC Nghiên cứu NL Năng lực NLTT Năng lực thành tố NL KHTN Năng lực Khoa học tự nhiên PPDH Phương pháp dạy học Problem Based Learning - PBL Dạy học trên cơ sở vấn đề PT Phổ thông SGK Sách giáo khoa THCS Trung học cơ sở TN Thí nghiệm TNSP Thực nghiệm sư phạm VĐ Vấn đề PPDHTC Phương pháp dạy học tích cực ND Nội dung PP Phương pháp CBQL Cán bộ quản lí
v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Các giai đoạn trong dạy học trên cơ sở vấn đề. ........................................39 Bảng 2.2. Năng lực nhận thức kiến thức khoa học tự nhiên. ....................................59 Bảng 2.3. Năng lực khám phá khoa học ...................................................................60 Bảng 2. 4. Cấu trúc năng lực khám phá KH và năng lực vận dụng kiến thức KH hướng tới phát triển bền vững .................................................................62 Bảng 2. 5. Cấu trúc năng lực khoa học tự nhiên .......................................................64 Bảng 2. 6. Tổng hợp kết quả điều tra câu hỏi 1 ........................................................66 Bảng 2. 7. Kết quả điều tra câu hỏi 2 ........................................................................67 Bảng 2. 8. Kết quả điều tra câu hỏi 6 ........................................................................70 Bảng 2. 9. Kết quả điều tra câu hỏi 9. .......................................................................71 Bảng 3. 1. Cấu trúc NL khoa học tự nhiên................................................................82 Bảng 3. 2. Yêu cầu cần đạt của chủ đề Các thể của chất. .........................................85 Bảng 3. 3. Thời gian tan chảy của các viên nước đá tương ứng với các giải pháp khác nhau .................................................................................................93 Bảng 3. 4. Rubric đánh giá NL KHTN bài học STEM “Hiện tượng nóng chảy” ....95 Bảng 4.1. Trung bình điểm kiểm tra đầu vào thực nghiệm. ...................................124 Bảng 4. 2. Bảng đánh giá T-Test độc lập điểm kiểm tra vòng 1 ............................124 Bảng 4. 3. Đánh giá T-Test độc lập điểm thực nghiệm sư phạm vòng 2................125 Bảng 4. 4. Cách thức phân tích dữ liệu thực nghiệm ..............................................126 Bảng 4. 5. Kết quả đánh giá TNSP tại trường thực nghiệm ...................................127 Bảng 4. 6. Kết quả NL KHTN của HS trong bài “Hiện tượng nóng chảy và đông đặc” ..............................................................................................136 Bảng 4. 7. Kết quả NL KHTN của HS trong bài “Hiện tượng bay hơi và ngưng tụ” ..............................................................................................141 Bảng 4. 8. Kết quả NL KHTN của HS trong bài “Tính chất của chất và sự chuyển thể của chất” ..........................................................................................146 Bảng 4. 9. Lượng hóa các mức độ đạt được của từng hành vi của NL KHTN.......147 Bảng 4. 10. Tiêu chí ĐG các mức độ đạt được của NL KHTN của HS .................147 Bảng 4. 11. Điểm học sinh đánh giá đồng đẳng đã qui đổi ....................................148 Bảng 4. 12. Điểm giáo viên đánh giá nhóm đã qui đổi ...........................................148 Bảng 4. 13. Bảng mã hóa học sinh 2 lớp thực nghiệm ...........................................149
vi Bảng 4. 14. Bảng mã hóa bài thực nghiệm .............................................................149 Bảng 4. 15. Kết quả đánh giá NL KHTN bài “Hiện tượng nóng chảy và đông đặc” .149 Bảng 4. 16. Kết quả đánh giá NL KHTN bài “Hiện tượng bay hơi và nhưng tụ” ..150 Bảng 4.17. Kết quả đánh giá NL KHTN bài “Tính chất của chất và sự chuyển thể của chất” ................................................................................................151 Bảng 4.18. Kết quả ý kiến chuyên gia đề kiểm tra đánh giá NL KHTN ................153 Bảng 4. 19. Ma trận bài kiểm tra ĐG NL KHTN lần 1 ..........................................154 Bảng 4. 20. Ma trận bài kiểm tra ĐG NL KHTN lần 2 ..........................................155 Bảng 4. 21. So sánh điểm trung bình của bài kiểm tra lần 1 ở hai cặp lớp cùng trường... 157 Bảng 4. 22. So sánh điểm trung bình của bài kiểm tra lần 1 ở hai cặp lớp khác trường ... 157 Bảng 4. 23. So sánh điểm trung bình của bài kiểm tra lần 2 ở hai cặp lớp khác trường ... 158 Bảng 4. 24. So sánh điểm trung bình của bài kiểm tra lần 2 ở hai cặp lớp cùng trường.. 159 Bảng 4. 25. Bảng so sánh điểm trung bình của 2 bài kiểm tra của 4 lớp thực nghiệm ..... 160 Bảng 4.26. Trọng số điểm của các năng lực thành phần của 2 bài kiểm tra ...........160 Bảng 4. 27. Hệ số SMD đánh giá mức độ ảnh hưởng của tác động .......................161 Bảng 4. 28. Bảng kết quả đánh giá năng lực của 8 học sinh...................................161 Bảng 4. 29. So sánh điểm trung bình của 2 bài kiểm tra NL với điểm NL ............162 Bảng 4.30. Kết quả đánh giá NL KHTN và biểu đồ biểu diễn ...............................163
vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1. So sánh dạy học trên cơ sở vấn đề và dạy học truyền thống .............................. 30 Hình 2.2. Sơ đồ minh họa tình huống gián đoạn.................................................................. 35 Hình 2.3. Sơ đồ minh họa tình huống liên tiếp..................................................................... 35 Hình 2.4. Các bước xây dựng một tình huống vấn đề ......................................................... 37 Hình 2.5. Các bước của tổ chức DH trên cơ sở VĐ............................................................. 39 Hình 2.6. Sản phẩm dạy học STEM đối với HS đầu THCS. .............................................. 47 Hình 2.7. So sánh tiến trình dạy học trên cơ sở vấn đề và dạy học STEM [6], [85] ........ 51 Hình 2. 8. Sơ đồ dạy học trên cơ sở vấn đề bài học STEM. ............................................... 52 Hình 2. 9. Sơ đồ năm giai đoạn xác định cấu trúc năng lực ................................................ 57 Hình 2. 10. Thang SOLO [92]. .............................................................................................. 61 Hình 2. 11. Kết quả điều tra câu hỏi 1 ................................................................................... 67 Hình 2. 12. Kết quả điều tra câu hỏi 4 ................................................................................... 68 Hình 2. 13. Kết quả điều tra câu hỏi 6 ................................................................................... 70 Hình 2. 14. Kết quả điều tra câu hỏi 9 ................................................................................... 72 Hình 2. 15. Kết quả điều tra câu hỏi 1. .................................................................................. 74 Hình 2. 16. Kết quả điều tra câu hỏi 2. .................................................................................. 74 Hình 2. 17. Kết quả điều tra câu hỏi 3. .................................................................................. 74 Hình 2. 18. Kết quả điều tra câu hỏi 4. .................................................................................. 75 Hình 2. 19. Kết quả đánh giá GV. ......................................................................................... 76 Hình 3. 1. Sự chuyển thể của chất.......................................................................................... 80 Hình 3. 2. Trạng thái của một số chất.................................................................................... 88 Hình 3. 3. Tiến trình DH trên cơ sở VĐ bài học STEM “Hiện tượng nóng chảy”........... 89 Hình 3. 4. Các giải pháp đề xuất bài 1................................................................................... 91 Hình 3. 5. Thực hiện các giải pháp đề xuất bài 1 ................................................................. 92 Hình 3. 6. Tiến trình DH trên cơ sở VĐ bài học STEM “Hiện tượng đông đặc”........... 102 Hình 3. 7. Các phương án thí nghiệm Bài “Hiện tượng đông đặc”.................................. 105 Hình 3. 8. Thực hiện các phương án thí nghiệm Bài “Hiện tượng đông đặc” ................ 106 Hình 3. 9. Tiến trình DH trên cơ sở VĐ bài học STEM “Hiện tượng bay hơi và ngưng tụ” ..................................................................................................................... 109
vii Hình 3. 10. Ảnh minh họa người dân vùng ven biển gặp hạn mặn thiếu nước ngọt để sinh hoạt........................................................................................................................ 110 Hình 3. 11. Các giải pháp đề xuất bài học STEM “Hiện tượng bay hơi và ngưng tụ” .. 112 Hình 3. 12. Minh họa cách tạo nước ngọt từ nước biển bằng năng lượng Mặt trời ....... 114 Hình 3.13. Tiến trình DH trên cơ sở VĐ bài học “Tính chất của chất và sự chuyển thể của chất” ....................................................................................................................... 116 Hình 3. 14. Hình minh họa vòng tuần hoàn của nước ....................................................... 118 Hình 3. 15. Hình minh họa sản phẩm mô hình “Chu trình của nước trong tự nhiên”.... 119 Hình 4. 1. Giải pháp đề xuất của HS ................................................................................... 128 Hình 4.2. Sản phẩm bài học 2. ............................................................................................. 130 Hình 4. 3. Tiến trình DH trên cơ sở VĐ bài học STEM "Hiện tượng nóng chảy và đông đặc"...................................................................................................................... 131 Hình 4. 4. Tiến trình DH trên cơ sở VĐ bài học STEM “Hiện tượng bay hơi và ngưng tụ” ..................................................................................................................... 132 Hình 4. 5. Kết quả thí nghiệm làm tan chảy 2 viên nước đá của HS ............................... 133 Hình 4. 6. HS đề xuất các giải pháp làm kem không cần tủ lạnh và thực hiện. .............. 134 Hình 4. 7. HS thảo luận các phương án đã đề xuất ............................................................ 134 Hình 4. 8. HS đánh giá và điều chỉnh sản phẩm. ............................................................... 135 Hình 4. 9. Kết luận của HS ................................................................................................... 135 Hình 4.10. HS đưa ra và giải thích một số hiện tượng thực tiễn....................................... 135 Hình 4. 11. HS đề xuất các phương án biến nước biển thành nước ngọt. ....................... 137 Hình 4.12. HS đề xuất cách thực hiện các phương án biến nước biển thành nước ngọt. .............................................................................................................................. 137 Hình 4.13. Thảo luận của HS về các phương án đề xuất. ................................................. 138 Hình 4.14. HS tiến hành các phương án biến nước biển thành nước ngọt. .................... 138 Hình 4.15. HS đánh giá và điều chỉnh các phương án biến nước biển thành nước ngọt ............................................................................................................................... 139 Hình 4.16. Kết luận của HS .................................................................................................. 139 Hình 4. 17. HS đưa ra và giải thích một số hiện tượng thực tiễn...................................... 140 Hình 4. 18. HS mô tả chu trình của nước trong tự nhiên................................................... 142
viii Hình 4.19. HS đề xuất mô hình “Chu trình của nước trong tự nhiên”. ............................ 142 Hình 4.20. Thảo luận của HS về các phương án đề xuất. ................................................. 143 Hình 4.21. HS thiết kế mô hình chu trình của nước trong tự nhiên. ................................ 143 Hình 4.22. HS đưa ra và giải thích một số hiện tượng thực tiễn....................................... 144 Hình 4.23. HS đánh giá và điều chỉnh mô hình “Chu trình của nước trong tự nhiên”... 144 Hình 4.24. Kết luận của HS.................................................................................................. 144 Hình 4.25. Điểm đánh giá NL KHTN của 8 HS bài 1....................................................... 150 Hình 4.26. Biểu đồ dây điểm đánh giá NL KHTN của 8 HS bài 2 .................................. 151 Hình 4.27. Biểu đồ dây điểm đánh giá NL KHTN của 8 HS bài 3 ................................. 151 Hình 4.28. Các mức độ của NL KHTN mà HS đạt được qua 3 bài học. ........................ 152 Hình 4.29. Đường phân phối chuẩn kết quả điểm kiểm tra lần 1 (Lớp 6A và 6A3) ...... 158 Hình 4. 30. Đường phân phối chuẩn kết quả điểm kiểm tra lần 1 (Lớp 6B và 6A2) ..... 158 Hình 4. 31. Đường phân phối chuẩn kết quả điểm kiểm tra lần 2 (Lớp 6A và 6A3) ..... 159 Hình 4. 32. Đường phân phối chuẩn kết quả điểm kiểm tra lần 2 (Lớp 6B và 6A2) ..... 159 Hình 4. 33. Biểu đồ dây điểm kiểm tra NL và điểm TBNL của 8 HS ............................. 162
1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học), thường được sử dụng khi bàn đến các chính sách phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học của mỗi quốc gia. Với những tiếp cận khác nhau, giáo dục STEM sẽ được hiểu và triển khai theo những cách khác nhau. Tổ chức dạy học theo STEM cho phép người học tự trang bị cho mình khả năng suy nghĩ hợp lý và khả năng rà soát và tìm kiếm xác nhận như học toán học và có kiến thức sâu rộng trong các lĩnh vực khoa học và công nghệ [6]. Tại Mỹ, ngay từ đầu những năm 90, đã hình thành xu hướng giáo dục mới gọi là giáo dục STEM. Trong chương trình giáo dục STEM, các môn học về khoa học công nghệ không dạy độc lập mà tích hợp lại với nhau thành một môn học thông qua phương pháp giảng dạy bằng dự án, trải nghiệm, thực hành... Tại nhiều nước châu Âu và châu Mỹ, để phát huy tối đa sự sáng tạo của học sinh các cấp, các hội chợ khoa học (Science fair) được tổ chức thường xuyên từ cấp trường đến cấp quốc gia [131]. Hiện tại, Giáo dục STEM đã được triển khai tại nhiều nước trên thế giới, đặc biệt là các nước công nghiệp phát triển như Mỹ, Úc, Phần Lan, Canada, Nhật Bản, Hàn Quốc… Như vậy, có thể thấy rằng giáo dục STEM trên thế giới đã trở thành trào lưu và đang phát triển mạnh mẽ tại nhiều nước trên thế giới [17], [29], [13]. Giáo dục STEM du nhập vào Việt Nam không phải bắt nguồn từ các nghiên cứu khoa học giáo dục hay từ chính sách vĩ mô về nguồn nhân lực mà bắt nguồn từ các cuộc thi Robot dành cho học sinh từ cấp tiểu học đến phổ thông trung học do các công ty công nghệ tại Việt Nam triển khai cùng với các tổ chức nước ngoài. Từ đó đến nay giáo dục STEM đã bắt đầu có sự lan tỏa với nhiều hình thức khác nhau, nhiều cách thức thực hiện khác nhau, nhiều tổ chức hỗ trợ khác nhau [31]. Chính phủ Việt Nam đã ra chỉ thị số 16/CT-TTg ngày 04/5/2017 của Thủ tướng Chính phủ về việc tăng cường năng lực tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4, trong đó nhấn mạnh 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, kĩ thuật và toán học (STEM), ngoại ngữ, tin học trong chương trình giáo dục phổ thông”. Công văn 4325/BGDĐT-GDTrH ngày 01 tháng 9 năm 2016 về hướng dẫn thực hiện nhiệm vụ giáo dục trung học năm học 2016-2017 đã đề cập đến tiếp cận
2 giáo dục STEM: “Tiếp tục quán triệt tinh thần giáo dục tích hợp khoa học - công nghệ - kĩ thuật - toán (Science - Technology - Engineering - Mathematic: STEM) trong việc thực hiện chương trình giáo dục phổ thông ở những môn học liên quan. Triển khai thí điểm giáo dục STEM tại một số trường đã lựa chọn”. Trong Chương trình giáo dục phổ thông năm 2018, giáo dục STEM vừa mang nghĩa thúc đẩy giáo dục các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học vừa thể hiện phương pháp tiếp cận liên môn, phát triển năng lực và phẩm chất người học. Trong Chương trình giáo dục phổ thông năm 2018, giáo dục STEM đã được chú trọng thông qua các biểu hiện: - Chương trình giáo dục phổ thông có đầy đủ các môn học STEM. Đó là các môn toán, khoa học tự nhiên, công nghệ, tin học sẽ đảm bảo cho đa số học sinh đều được học các môn học STEM. - Vị trí, vai trò của giáo dục tin học và giáo dục công nghệ trong Chương trình giáo dục phổ thông 2018 đã được nâng cao rõ rệt. Điều này không chỉ thể hiện rõ tư tưởng giáo dục STEM mà còn là sự điều chỉnh kịp thời của giáo dục phổ thông trước cuộc cách mạng công nghiệp 4.0. - Có các chủ đề STEM trong chương trình môn học tích hợp ở giai đoạn giáo dục cơ bản như các môn Tự nhiên và Xã hội, Khoa học, Tin học và Công nghệ (ở tiểu học), môn Khoa học tự nhiên (ở trung học cơ sở). - Các chuyên đề dạy học về giáo dục STEM ở lớp 10, 11, 12, các hoạt động trải nghiệm dưới hình thức câu lạc bộ nghiên cứu khoa học, trong đó có các hoạt động nghiên cứu STEM. - Tính mở của chương trình cho phép một số nội dung giáo dục STEM có thể được xây dựng thông qua chương trình địa phương, kế hoạch giáo dục nhà trường; qua những chương trình, hoạt động STEM được triển khai, tổ chức thông qua hoạt động xã hội hóa giáo dục. Tuy nhiên, khi vận dụng STEM vào thực tiễn nhà trường, giáo viên và học sinh còn gặp nhiều khó khăn như thời lượng thực hiện, tiến trình dạy học, tổ chức hoạt động, học liệu, …và cách thức đánh giá học sinh. Để tháo gỡ một phần khó khăn này, trong công văn 3089 của Bộ GD & ĐT ngày 14/8/2020 [5] đã nhấn mạnh: “Nội dung bài học theo chủ đề STEM cần gắn với việc giải quyết tương đối trọn vẹn một vấn đề, trong đó học sinh được tổ chức tham gia học tập một cách tích cực, chủ động và biết vận dụng kiến thức vừa học để giải quyết vấn đề đặt ra; thông qua đó góp phần hình thành phẩm chất, năng lực cho học sinh. Tùy thuộc vào đặc thù từng môn học và điều kiện cơ sở vật chất, các trường có thể áp dụng linh hoạt các hình thức tổ chức
3 giáo dục STEM như sau: Dạy học các môn khoa học theo bài học STEM; Tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM; Tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học, kĩ thuật”. Theo nghiên cứu của nhóm tác giả trường Đại học Thủ đô được công bố vào tháng 3 năm 2023 về thực trạng tổ chức DH STEM đã cho thấy 72,2% GV cho rằng khó khăn lớn nhất là thiếu thời gian để tổ chức DH STEM trên lớp, hơn nữa các kiến thức trong chủ đề STEM vượt ra khỏi chuyên môn của GV vì đòi hỏi sự tích hợp các kiến thức trong từng thành tố của GD STEM. Điều này đã ảnh hưởng đến việc vận dụng STEM bài học ở trường phổ thông [1]. Để tổ chức bài học STEM có thể vận dụng nhiều phương pháp dạy học tích cực như dạy học dự án, dạy học giải quyết vấn đề, dạy học trên cơ sở vấn đề, … Với những ưu điểm nổi bật như: nâng cao tính thực tiễn của môn học, nâng cao tính chủ động, sáng tạo và hứng thú của người học, nâng cao kĩ năng làm việc nhóm, kĩ năng phân tích, giải quyết vấn đề, kĩ năng trình bày, bảo vệ và phản biện ý kiến trước đám đông, người dạy - trong vai trò của người dẫn dắt - cũng sẽ tiếp thu được rất nhiều kinh nghiệm từ những cách nhìn, giải pháp mới từ phía người học để làm phong phú bài giảng và điều chỉnh tình huống nghiên cứu, các vấn đề tốt có tính liên kết lý thuyết rất cao, trên phương diện nghiên cứu khoa học, dạy học trên cơ sở vấn đề là một phương pháp quan trọng khi vấn đề nghiên cứu là mới và chưa có các lý thuyết nghiên cứu trước đó - lúc này dạy học trên cơ sở vấn đề sẽ cho cái nhìn rất sâu về vấn đề nghiên cứu để xây dựng các lý thuyết nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo. Cho đến nay, dạy học trên cơ sở vấn đề du nhập vào Việt Nam và đã được nghiên cứu, triển khai ở một số môn học, tuy nhiên, nghiên cứu, triển khai dạy học trên cơ sở vấn đề trong các bài học STEM còn hạn chế. Đó chính là một trong những định hướng cho việc lựa chọn đề tài nghiên cứu của chúng tôi. Trong dạy học môn Khoa học tự nhiên, ngoài các năng lực chung thì năng lực đặc thù của môn học cũng được đề cập: Năng lực khoa học tự nhiên. Năng lực khoa học tự nhiên thể hiện ở 3 thành tố: Nhận thức khoa học tự nhiên; Tìm hiểu thế giới tự nhiên và Vận dụng kiến thức kĩ năng đã học. Việc rèn năng lực khoa học tự nhiên qua các bài học STEM với những ND kiến thức gắn với thực tiễn không chỉ là việc làm theo đúng sự định hướng phát triển của GD mà còn giúp HS có hứng thú, tích cực hơn trong HT, đưa những kiến thức hàn lâm trở thành những kiến thức của cuộc sống, củng cố lòng tin ở HS vào khoa học, giúp HS dễ dàng khi tiếp cận cuộc sống... Với việc tổ chức bài học STEM theo dạy học trên cơ sở VĐ, các kĩ năng con người trong thế kỉ 21 sẽ dần được hoàn thiện như: - Kĩ năng tư duy phản biện và kĩ năng giải quyết vấn đề
4 - 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. Do đó, nó đáp ứng các yêu cầu của năng lực Khoa học tự nhiên. Để đánh giá được năng lực Khoa học tự nhiên theo yêu cầu cần đạt trong chương trình 2018 là khó khăn với giáo viên và học sinh, do vậy cần cấu trúc lại và thể hiện rõ các mức độ của tiêu chí chất lượng hành vi. Với những lí do trên, nghiên cứu lựa chọn đề tài: Dạy học trên cơ sở vấn đề bài học STEM chủ đề Các thể của chất môn Khoa học tự nhiên 6. 2. Mục tiêu nghiên cứu Đề xuất qui trình xây dựng, tổ chức dạy học trên cơ sở vấn đề bài học STEM chủ đề Các thể của chất môn Khoa học tự nhiên 6 nhằm bồi dưỡng NL KHTN của HS. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu - ND kiến thức Các thể của chất môn Khoa học tự nhiên 6. - Quy trình xây dựng và tổ chức dạy học trên cơ sở vấn đề bài học STEM - NL KHTN của HS 3.2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài Nội dung các kiến thức Các thể (trạng thái) của chất, tập trung vào các kiến thức sau: + Sự đa dạng của chất + Ba thể (trạng thái) cơ bản của chất + Sự chuyển đổi thể (trạng thái) của chất 4. Khách thể nghiên cứu NC được thực nghiệm với đối tượng HS lớp 6 trên địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc. 5. Giả thuyết khoa học Nếu đề xuất được cấu trúc của năng lực KHTN, đề xuất được quy trình xây dựng, tổ chức dạy học trên cơ sở vấn đề bài học STEM đáp ứng các yêu cầu bồi dưỡng năng lực KHTN cùng với việc phân tích các nội dung kiến thức chủ đề Các thể của chất môn Khoa học tự nhiên 6 thì sẽ góp phần bồi dưỡng năng lực KHTN của học sinh đáp ứng mục tiêu DH của môn học. 6. Nhiệm vụ nghiên cứu - NC cơ sở lý luận về việc bồi dưỡng NL KHTN của HS trong DH môn KHTN.
5 - NC quy trình xây dựng, tổ chức dạy học trên cơ sở vấn đề bài học STEM. - Xây dựng tiến trình DH trên cơ sở vấn đề bài học STEM chủ đề Các thể của chất. - Khảo sát thực trạng DH với việc tổ chức dạy học trên cơ sở vấn đề bài học STEM cũng như với việc bồi dưỡng NL KHTN của HS - Đề xuất các biện pháp tổ chức DH bồi dưỡng NL KHTN của HS - Phân tích một số ND kiến thức chủ đề Các thể của chất và khả năng vận dụng DH trên cơ sở vấn VĐ bài học STEM - Thiết kế tiến trình DH trên cơ sở vấn đề bài học STEM chủ đề Các thể của chất nhằm bồi dưỡng NL KHTN của HS. - Xây dựng công cụ ĐG NL KHTN trong DH chủ đề Các thể của chất môn KHTN 6. - Thực nghiệm sư phạm - Thu thập các dữ liệu thực nghiệm, đối chiếu với MT bồi dưỡng NL KHTN để phân tích các biểu hiện hành vi của HS. - ĐG tính khả thi và tính hiệu quả của các tiến trình dạy học theo quy trình đã đề xuất với việc bồi dưỡng NL KHTN của HS. 7. Phương pháp nghiên cứu 7.1. Phương pháp nghiên cứu lí thuyết - NC văn kiện của Đảng, Nhà nước, Bộ GD & ĐT về DH phát triển phẩm chất và NL của HS, trong đó tập trung vào NL KHTN. - NC sách, báo, tạp chí chuyên ngành, các luận văn, LA có liên quan đến đề tài - NC các tài liệu về GD học, tâm lí học, cơ sở lí luận của dạy học trên cơ sở vấn đề và giáo dục STEM. - NC chương trình, tài liệu DH môn Khoa học tự nhiên 7.2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn - Khảo sát, điều tra thực trạng việc vận dụng phương pháp dạy học tích cực, trong đó có DH trên cơ sở VĐ. - Khảo sát, điều tra thực trạng việc vận dụng STEM trong dạy học. 7.3. Phương pháp chuyên gia Trao đổi với các chuyên gia về các VĐ liên quan đến qui trình xây dựng và tổ chức dạy học trên cơ sở vấn đề bài học STEM và các công cụ để ĐG NL KHTN. 7.4. Phương pháp thực nghiệm Tiến hành TNSP nhằm kiểm định giả thuyết KH của đề tài; ĐG tính khả thi và hiệu quả của các tiến trình dạy học đã thiết kế đối với việc bồi dưỡng NL KHTN của HS.
6 7.5. Phương pháp thống kê toán học Sử dụng PP thống kê toán học để phân tích kết quả TNSP khi ĐG hiệu quả của tiến trình DH với việc bồi dưỡng NL KHTN của HS. 8. Những đóng góp mới của luận án Về mặt lí luận: - Đề xuất cấu trúc NL KHTN - Đề xuất quy trình xây dựng và tổ chức dạy học trên cơ sở vấn đề bài học STEM nhằm bồi dưỡng NL KHTN của HS. Về mặt thực tiễn: - Thiết kế 3 tiến trình DH trên cơ sở vấn đề bài học STEM bồi dưỡng NL KHTN của HS. - Xây dựng các Rubric, các bài kiểm tra để đánh giá NL KHTN trong DH trên cơ sở VĐ bài học STEM chủ đề Các thể của chất môn KHTN 6. Kết quả NC cung cấp số liệu và thông tin KH làm phong phú thêm tài liệu tham khảo phục vụ cho việc DH trên cơ sở vấn đề bài học STEM môn KHTN. 9. Cấu trúc của luận án Ngoài phần mở đầu, phần kết luận, các tài liệu tham khảo và phụ lục, LA gồm nội dung luận án được thể hiện qua 4 chương: Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu. Chương 2: Cơ sở lí luận và thực tiễn của DH trên cơ sở vấn đề bài học STEM nhằm bồi dưỡng NL KHTN của HS. Chương 3: Thiết kế tiến trình dạy học trên cơ sở vấn đề bài học STEM chủ đề Các thể của chất. Chương 4: Thực nghiệm sư phạm.
7 Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Các nghiên cứu về dạy học trên cơ sở vấn đề 1.1.1. Các nghiên cứu trên thế giới Một trong những mục tiêu quan trọng của quá trình DH là bồi dưỡng NL cho người học, vì NL đóng vai trò quan trọng trong đời sống sinh hoạt và làm việc của mỗi người, nên cần phải hình thành cho HS trong quá trình học. Đáp ứng mục tiêu này, các nền GD tiên tiến hiện nay đã và đang tích cực chuyển từ GD và DH định hướng nội dung kiến thức sang DH bồi dưỡng NL cho người học. DH nhằm bồi dưỡng NL đã trở thành một chủ đề nóng trong GD ngày nay và nó đã và đang trở thành xu hướng GD quốc tế. Những lợi ích của DH nhằm bồi dưỡng NL đã được các nhà hoạch định chính sách và những người có ảnh hưởng trong GD trên thế giới công nhận. Ở các nước có nền GD tiên tiến bậc nhất trên thế giới, bồi dưỡng NL cho người học được đặc biệt chú trọng. GD lấy người học làm trung tâm, giúp người học phát triển được sự hiểu biết linh hoạt và có kĩ năng học tập suốt đời. Các nhà GD đề cao các PPDH tích cực, trong đó có dạy học trên cơ sở vấn đề (Problem Based Learning - Viết tắt là PBL). PBL được tiên phong tại trường y của Đại học McMaster ở Hamilton vào những năm 1960 [50]. Sau đó, PBL được phát triển và sau đó mở rộng sang các lĩnh vực đào tạo khác như khoa học sức khỏe, toán, luật, giáo dục, kinh tế, kinh doanh, nghiên cứu xã hội và kỹ thuật [128]. Như vậy, PBL không hẳn là mới đối với nền GD của các nước phát triển. Ở Việt Nam, PBL xuất hiện với các thuật ngữ khác nhau như Dạy học trên cơ sở vấn đề; Dạy học dựa trên vấn đề; Dạy học theo vấn đề, ... PBL với ưu điểm nổi bật là gắn kết các kiến thức lí thuyết với thực tiễn, giữa bài học và đời sống xã hội, PBL tạo cơ hội hình thành và rèn luyện kĩ năng phân tích, giải quyết những vấn đề thực tiễn, kể cả kĩ năng sống ở người học, đáp ứng nhiệm vụ của GD vì sự phát triển bền vững. PBL góp phần tạo nên các thế hệ trẻ có đầy đủ kiến thức, kĩ năng và hành vi phục vụ sự nghiệp phát triển bền vững của đất nước và của địa phương. Do vậy, nghiên cứu tìm tòi cách thức đưa PBL vào DH trong nhà trường phổ thông là cách tiếp cận hiệu quả để đạt mục tiêu thực hiện nhiệm vụ đào tạo các công dân thế kỉ 21 [49]. Một trong những mục tiêu quan trọng nữa của PBL là phát triển các kĩ năng tự định hướng. Theo Loyens, Magda & Rikers [91] kĩ năng tự định hướng được định nghĩa là một quá trình mà trong đó các cá nhân chủ động xác định các nhu cầu học tập, xây