Luận văn Thạc sĩ Khoa học giáo dục: Tổ chức dạy học chủ đề “Các đặc trưng của âm” - Vật lí 12 theo định hướng STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:97

Thêm vào BST

Báo xấu

40
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài này thực hiện nhằm nghiên cứu việc tổ chức dạy học STEM chủ đề “ Các đặc trưng của âm” - Vật lí 12 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh. Đề xuất được các dự án dạy học STEM phần các đặc trưng của âm. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học giáo dục: Tổ chức dạy học chủ đề “Các đặc trưng của âm” - Vật lí 12 theo định hướng STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN THU HÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ “CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA ÂM” - VẬT LÍ 12 THEO ĐỊNH HƯỚNG STEM NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC THÁI NGUYÊN - 2020
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN THU HÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ “CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA ÂM” - VẬT LÍ 12 THEO ĐỊNH HƯỚNG STEM NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH Ngành: Lí luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí Mã số: 8.14.01.11 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Người hướng dẫn khoa học: TS. Cao Tiến Khoa THÁI NGUYÊN - 2020
LỜI CAM ĐOAN Luận văn "Tổ chức dạy học chủ đề “Các đặc trưng của âm”- Vật lí 12 theo định hướng STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh" được thực hiện từ tháng 9 năm 2019 đến tháng 9 năm 2020. Tôi xin cam đoan: Luận văn sử dụng những thông tin từ nhiều nguồn khác nhau, các thông tin đã được chọn lọc, phân tích, tổng hợp, xử lý và đưa vào luận văn đúng quy định. Số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này hoàn toàn trung thực và chưa từng được công bố, sử dụng trong công trình nghiên cứu của bất cứ tác giả nào khác. Thái Nguyên, tháng 10 năm 2020 Tác giả Nguyễn Thu Hà i
LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng đào tạo - Bộ phận sau Đại học, các thầy cô giáo trong khoa Vật lý trường Đại học Sư phạm- Đại học Thái Nguyên và các thầy cô giáo trực tiếp giảng dạy lớp Cao học K26 đã giúp đỡ, đóng góp nhiều ý kiến quý báu và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại trường. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Ban Giám hiệu, các thầy cô giáo và các em học sinh trường THPT Việt Bắc (TP. Lạng Sơn - Tỉnh Lạng Sơn) đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi tiến hành điều tra, thực nghiệm trong quá trình nghiên cứu luận văn. Bằng tình cảm trân trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin cảm ơn TS. Cao Tiến Khoa đã trực tiếp hướng dẫn, tận tình chỉ bảo, giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và các bạn học viên lớp Cao học K26 chuyên ngành Lí luận và Phương pháp dạy học bộ môn Vật lí- Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu. Thái Nguyên, tháng 10 năm 2020 Tác giả Nguyễn Thu Hà ii
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................... ii MỤC LỤC ................................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .......................................................................... vi DANH MỤC CÁC BẢNG ......................................................................................... vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ................................................................................... viii MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 1 1. Lí do chọn đề tài ....................................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu ................................................................................................ 3 3. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................................... 3 4. Giả thuyết khoa học .................................................................................................. 3 5. Nhiệm vụ nghiên cứu ................................................................................................ 3 6. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................... 4 7. Dự kiến đóng góp của đề tài ..................................................................................... 4 8. Cấu trúc luận văn ...................................................................................................... 4 Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC DẠY HỌC ĐỊNH HƯỚNG STEM NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHO HỌC SINH ........................................................................................ 5 1.1. Tổng quan về STEM .............................................................................................. 5 1.1.1. Khái niệm STEM ................................................................................................ 5 1.1.2. Giáo dục STEM .................................................................................................. 5 1.1.3. Mục tiêu của giáo dục STEM ............................................................................. 6 1.1.4. Vai trò, ý nghĩa của giáo dục STEM .................................................................. 7 1.1.5. Xây dựng và thực hiện bài học STEM ............................................................... 8 1.1.6. Thực trạng triển khai giáo dục STEM trong nhà trường phổ thông ở Việt Nam .................................................................................................................... 14 1.1.7. Thực trạng dạy học theo định hướng giáo dục STEM tại tỉnh Lạng Sơn......... 16 1.2. Năng lực giải quyết vấn đề .................................................................................. 16 iii
1.2.1. Khái niệm năng lực .......................................................................................... 16 1.2.2. Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề .............................................................. 17 1.2.3. Cấu trúc và các biểu hiện hành vi của năng lực giải quyết vấn đề ................... 18 1.2.4. Ý nghĩa của việc hình thành và phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho người học .................................................................................................................... 21 1.2.5. Tiến trình dạy học phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh ............ 23 1.2.6. Đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh ........................................... 23 1.3. Thực trạng dạy học theo định hướng giáo dục STEM ở trường trung học phổ thông Việt Bắc thành phố Lạng Sơn .................................................................... 25 1.3.1. Điều tra thực trạng dạy học theo định hướng giáo dục STEM để phát triển năng lực giải quyết vấn đề ở trường THPT Việt Bắc tỉnh Lạng Sơn ......................... 25 1.3.2. Đánh giá kết quả điều tra .................................................................................. 26 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ........................................................................................... 31 Chương 2: XÂY DỰNG TIẾN TRÌNH DẠY HỌC CHỦ ĐỀ “CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA ÂM” THEO ĐỊNH HƯỚNG STEM ĐỂ PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHO HỌC SINH ...................................... 32 2.1. Phân tích nội dung kiến thức, chủ đề các đặc trưng của âm ................................ 32 2.1.1. Mục tiêu, chuẩn kiến thức kĩ năng của chủ đề ................................................. 32 2.1.2. Phân tích nội dung, kiến thức của chủ đề ......................................................... 33 2.2. Thiết kế tiến trình dạy học ................................................................................... 37 2.2.1. Chuỗi hoạt động và mạch nội dung .................................................................. 37 2.2.2. Kế hoạch dạy học.............................................................................................. 39 2.3. Công cụ đánh giá trong chủ đề ............................................................................ 51 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ........................................................................................... 55 Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ................................................................ 56 3.1. Mục đích và nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm...................................................... 56 3.1.1. Mục đích của thực nghiệm sư phạm ................................................................. 56 3.1.2. Nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm ................................................................ 56 3.2. Đối tượng và phương pháp thực nghiệm sư phạm .............................................. 56 3.2.1. Đối tượng của thực nghiệm sư phạm ................................................................ 56 iv
3.2.2. Phương pháp thực nghiệm sư phạm ................................................................. 56 3.3. Tiến hành thực nghiệm sư phạm.......................................................................... 57 3.4. Kết quả thực nghiệm sư phạm ............................................................................. 58 3.4.1. Kết quả quan sát lại video giảng dạy và phân tích tiến trình dạy học trên lớp........ 58 3.4.2. Phân tích sản phẩm của HS .............................................................................. 64 3.4.3. Phân tích biểu hiện giải quyết vấn đề của HS qua sản phẩm. .......................... 68 3.4.4. Phân tích phiếu tự đánh giá của HS .................................................................. 70 3.4.5. Kết quả đánh giá năng lực GQVĐ theo nhóm .................................................. 72 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ........................................................................................... 74 KẾT LUẬN CHUNG ................................................................................................ 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 76 PHỤ LỤC................................................................................................................... 78 v
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Viết đầy đủ GQVĐ Giải quyết vấn đề GV Giáo viên HS Học sinh KT Kiểm tra KTDH Kĩ thuật dạy học NL Năng lực PT Phương tiện SGK Sách giáo khoa THPT Trung học phổ thông TN Thực nghiệm TNSP Thực nghiệm sư phạm vi
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Các tiêu chí xây dựng chủ đề dạy học STEM ...............................................8 Bảng 1.2. Tiêu chí đánh giá bài học STEM .................................................................13 Bảng 1.3. Cấu trúc của năng lực giải quyết vấn đề .....................................................18 Bảng 2.1: Phiếu HS tự đánh giá biểu hiện NLGQVĐ của mình ................................ 52 Bảng 3.1. Kế hoạch thực nghiệm sư phạm ..................................................................57 Bảng 3.2. Phân tích tiến trình học................................................................................58 Bảng 3.3. Phân tích năng lực GQVĐ của HS ..............................................................65 Bảng 3.4. Phân tích PHT của HS .................................................................................66 Bảng 3.5. Biểu hiện giải quyết vấn đề của HS ............................................................68 Bảng 3.6. Kết quả tự đánh giá năng lực GQVĐ của HS .............................................70 Bảng 3.7. Kết quả biểu hiện năng lực GQVĐ của từng HS ........................................71 Bảng 3.8. Kết quả từng mức biểu hiện năng lực GQVĐ .............................................72 Bảng 3.9. Kết quả phân tích từng biểu hiện năng lực GQVĐ trên nhóm ....................72 vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Mục tiêu của giáo dục STEM [3] ..................................................................6 Hình 3.1. Nhóm 3 tiến hành đo mức cường độ âm......................................................59 Hình 3.2. Nhóm 1,2 báo cáo kết quả phiếu học tập 1 ......................................................59 Hình 3.3. Nhóm 4 báo cáo kết quả phiếu học tập 1 .....................................................60 Hình 3.4. Nhóm 2 báo cáo kết quả hoạt động của nhóm ...................................................61 Hình 3.5. Nhóm 3 báo cáo kết quả hoạt động của nhóm ...................................................61 Hình 3.6. Bản vẽ thiết kế của nhóm 1, 4......................................................................62 Hình 3.7. Bản vẽ thiết kế của nhóm 2, 3......................................................................62 Hình 3.8. Sản phẩm của nhóm 1, 4 ..............................................................................63 Hình 3.9. Sản phẩm của nhóm 2, 3 ..............................................................................63 Hình 3.10. Thử nghiệm khả năng chống tiếng ồn mô hình nhà của nhóm 1...............64 Hình 3.11. Bản vẽ thiết kế của nhóm 1........................................................................66 Hình 3.12. Bản vẽ thiết kế của nhóm 2........................................................................67 Hình 3.13. Bản vẽ thiết kế của nhóm 3........................................................................67 Hình 3.14. Bản vẽ thiết kế của nhóm 4........................................................................68 viii
MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ thông tin và khoa học kĩ thuật, xã hội loài người không ngừng đi lên. Do vậy, giáo dục đào tạo ra những con người có đủ năng lực và phẩm chất đáp ứng nhu cầu phát triển của xã hội là hết sức quan trọng. Chỉ thị số 16/CT-TTg của Thủ tướng chính phủ ngày 04 tháng 5 năm 2017 đã đưa ra giải pháp về mặt giáo dục[10]:“...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”. Và đưa ra nhiệm vụ[10]: “Thúc đẩy triển khai giáo dục về khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học (STEM) trong chương trình giáo dục phổ thông; tổ chức thí điểm tại một số trường phổ thông ngay từ năm học 2017 - 2018”. STEM là viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật) và Math (Toán học). Giáo dục STEM về bản chất được hiểu là trang bị cho người học những kiến thức và kỹ năng cần thiết liên quan đến các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học. Những kiến thức và kỹ năng vừa nêu phải được tích hợp, lồng ghép và bổ trợ cho nhau giúp học sinh không chỉ hiểu biết về nguyên lý mà còn có thể áp dụng để thực hành và tạo ra được những sản phẩm trong cuộc sống hằng ngày. Trong đó với kỹ năng khoa học, học sinh được trang bị kiến thức về các khái niệm, các nguyên lý, các định luật và các cơ sở lý thuyết của giáo dục khoa học. Mục tiêu quan trọng nhất là thông qua giáo dục khoa học, học sinh có khả năng liên kết các kiến thức này để thực hành và có tư duy để sử dụng kiến thức vào thực tiễn để giải quyết các vấn đề trong thực tế. Với kỹ năng công nghệ, học sinh có khả năng sử dụng, quản lý, hiểu biết, và truy cập được công nghệ, từ những vật dụng đơn giản như cái bút, chiếc quạt đến những hệ thống phức tạp như mạng Internet, máy móc. Về kỹ năng kỹ thuật, học sinh được trang bị kỹ năng sản xuất ra đối tượng và hiểu được quy trình để làm ra nó. Vấn đề này đòi hỏi học sinh phải có khả năng tổng hợp và kết hợp để biết cách làm thế nào để cân bằng các yếu tố liên quan (như khoa học, nghệ thuật, công nghệ, kỹ thuật) để có được một giải pháp tốt nhất trong thiết kế và xây dựng 1
quy trình. Ngoài ra học sinh còn có khả năng nhìn nhận ra nhu cầu và phản ứng của xã hội trong những vấn đề liên quan đến kỹ thuật. Và cuối cùng, kỹ năng toán học là khả năng nhìn nhận và nắm bắt được vai trò của toán học trong mọi khía cạnh tồn tại trên thế giới. Học sinh có kỹ năng toán học sẽ có khả năng thể hiện các ý tưởng một cách chính xác, có khả năng áp dụng các khái niệm và kỹ năng toán học vào cuộc sống hằng ngày. Những học sinh học theo cách tiếp cận giáo dục STEM đều có những ưu thế nổi bật như: kiến thức khoa học, kỹ thuật, công nghệ và toán học chắc chắn; khả năng sáng tạo, tư duy logic; hiệu suất học tập và làm việc vượt trội; và có cơ hội phát triển các kỹ năng mềm toàn diện hơn trong khi không hề gây cảm giác nặng nề, quá tải đối với học sinh. Với học sinh phổ thông, việc theo học các môn học STEM còn có ảnh hưởng tích cực tới khả năng lựa chọn nghề nghiệp tương lai. Khi được học nhiều dạng kiến thức trong một thể tích hợp, học sinh sẽ chủ động thích thú với việc học tập thay vì thái độ e ngại hoặc tránh né một lĩnh vực nào đó, từ đó sẽ khuyến khích các em có định hướng tốt hơn khi chọn chuyên ngành cho các bậc học cao hơn và sự chắc chắn cho cả sự nghiệp về sau. Phương pháp dạy học giải quyết vấn đề là một phương pháp dạy học hiện đại, là con đường cơ bản để phát huy tính tích cực nhận thức của học sinh. Dạy học giải quyết vấn đề (dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề) là quan điểm dạy học nhằm phát triển năng lực tư duy, khả năng nhận biết và giải quyết vấn đề. Học sinh được đặt trong một tình huống có vấn đề, đó là tình huống chứa đựng mâu thuẫn nhận thức, thông qua việc giải quyết vấn đề, giúp học sinh lĩnh hội tri thức, kĩ năng và phương pháp nhận thức. Chủ đề các đặc trưng sinh lý của âm là nội dung ngắn gọn, đơn giản, dễ nhớ trong chương trình vật lý lớp 12 và có ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống hàng ngày. Vì vậy khi giảng dạy các bài này giáo viên chủ yếu dạy theo sách giáo khoa và lấy những ví dụ đơn giản trong thực tế hàng ngày, chưa đưa ra các phương pháp để giải quyết nhiều vấn đề tồn tại trong đời sống (VD: vấn đề ô nhiếm tiếng ồn, cảm nhận thực tiễn về âm…). Cách dạy quen thuộc trên của giáo viên xuất phát từ thực tế, giáo viên cần ít thời gian chuẩn bị bài, kiến thức đơn giản, học sinh có thể học theo sách giáo khoa. Tuy nhiên nó lại có nhược điểm là nhiều học sinh không lĩnh hội được kiến thức mang tính lôgic, chưa gắn lí thuyết 2
với thực hành, gắn tư duy và hành động vì học vẹt nên hay quên, học sinh chưa vận dụng được kiến thức vào thực tế. Qua nhiều năm giảng dạy lớp 12, tôi nhận thấy học sinh hiện nay phần lớn không biết vận dụng kiến thức về các đặc trưng sinh lý của âm vào thực tế, chưa biết cách bảo vệ mình và những người xung quanh khỏi ô nhiễm tiếng ồn và học sinh hiện nay thiếu năng lực làm việc tự lực, năng lực sáng tạo, năng lực giải quyết các vấn đề phức hợp, tinh thần làm việc và khả năng cộng tác làm việc. Chính vì vậy, để giúp học sinh tiếp cận được với kiến thức về các đặc trưng của âm và biết cách sử dụng nguồn âm phù hợp với nhu cầu sử dụng, nâng cao ý thức bảo vệ môi trường và giúp học sinh nâng cao năng lực giải quyết vấn đề, năng lực làm việc nhóm. Từ đó làm tăng thêm sự hứng thú, yêu thích với môn học. Xuất phát từ các lí do trên, với mong muốn đổi mới phương pháp dạy học, phát huy năng lực giải quyết vấn đề của học sinh và nâng cao chất lượng giáo dục, tôi đã chọn đề tài "Tổ chức dạy học chủ đề “ Các đặc trưng của âm”- Vật lí 12 theo định hướng STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh". 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu việc tổ chức dạy học STEM chủ đề “ Các đặc trưng của âm” - Vật lí 12 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh. Đề xuất được các dự án dạy học STEM phần các đặc trưng của âm 3. Đối tượng nghiên cứu Hoạt động dạy học STEM chủ đề “Đặc trưng của âm” - Vật lí 12. Một số thí nghiệm ứng dụng kiến thức phần “Các đặc trưng của âm” để phục vụ cho việc dạy học STEM Cơ sở lí thuyết về dạy học STEM và hình thức dạy học dự án nhắm phát triển năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn của học sinh 4. Giả thuyết khoa học Nếu tổ chức dạy học chủ đề “Đặc trưng của âm” - Vật lí 12 theo định hướng STEM thì sẽ phát triển được năng lực giải quyết vấn đề của học sinh. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu Để đạt được mục đích trên, tôi đề ra các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể như sau: 3
- Nghiên cứu cơ sở lí luận về dạy học STEM và cơ sở lí luận của các phương pháp, quan điểm dạy học hiện đại, trong đó dặc biệt quan tâm đến cơ sở lí luận của dạy học dự án. - Nghiên cứu mục tiêu dạy học về kiến thức, kĩ năng, thái độ, phát triển năng lực mà học sinh cần đạt khi học kiến thức phần “Đặc trưng của âm”. - Nghiên cứu chương trình sách giáo khoa và các sách tham khảo về chủ đề “Đặc trưng của âm” để thiết kế tiến trình dạy học. - Tìm hiểu thực tế dạy học các kiến thức phần “các đặc trưng của âm”. - Xây dựng công cụ đánh giá phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong dạy học STEM. - Tiến hành thực nghiệm sư phạm trên lớp học theo nội dung tiến trình đã soạn thảo. 6. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các văn kiện của Đảng, chỉ thị của Bộ giáo dục và đào tạo; nghiên cứu các luận văn, luận án, chương trình sách giáo khoa Vật lí, sách, báo, các tài liệu để xây dựng cơ sở lí luận của đề tài. - Phương pháp thực nghiệm khoa học giáo dục: tiến hành thực nghiệm sư phạm với tiến trình dạy học đã soạn đối với lớp thực nghiệm; Sử dụng phiếu điều tra. - Phương pháp thống kê toán học: Xử lí kết quả các bài kiểm tra, từ đó đánh giá kết quả thực nghiệm 7. Dự kiến đóng góp của đề tài - Tổ chức dạy học chủ đề “Các đặc trưng của âm”- Vật lí 12 theo định hướng STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh. - Bổ sung vào nguồn tài liệu tham khảo cho giáo viên THPT. 8. Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận, nội dung của luận văn có kết cấu 3 chương: Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn của việc dạy học theo định hướng STEM nhằm phát huy năng lực giải quyết vấn đề của học sinh. Chương 2: Thiết kế tiến trình dạy học “Đặc trưng của âm” - Vật lí 12 nhằm phát huy năng lực giải quyết vấn đề của học sinh. Chương 3: Thực nghiệm sư phạm 4
Chương 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC DẠY HỌC ĐỊNH HƯỚNG STEM NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHO HỌC SINH 1.1. Tổng quan về STEM 1.1.1. Khái niệm STEM 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. Thuật ngữ này lần đầu tiên được giới thiệu bởi Quỹ Khoa học Mỹ vào năm 2001. Với những tiếp cận khác nhau, giáo dục STEM sẽ được hiểu và triển khai theo những cách khác nhau. Khi đề cập tới STEM, có thể hiểu theo hai cách: Một là, tư tưởng giáo dục, định hướng giáo dục toàn diện, thúc đầy giáo dục bốn lĩnh vực chủ yếu là Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán với mục tiêu định hướng và chuẩn bị nguồn nhân lực đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các ngành nghề liên quan. Hai là, phương pháp tiếp cận liên môn (khoa học, công nghệ, kỹ thuật, toán) trong dạy học với mục tiêu nâng cao hứng thú học tập các môn học thuộc các lĩnh vực trên; vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các vấn đề thực tiễn; kết nối trường học và cộng đồng; định hướng hành động, trải nghiệm trong học tập; hình thành và phát triển năng lực và phẩm chất người học. Như vậy, thuật ngữ STEM có thể dùng trong hai ngữ cảnh: ngữ cảnh giáo dục và ngữ cảnh nghề nghiệp.[2] 1.1.2. Giáo dục STEM Phỏng theo chu trình STEM, giáo dục STEM đặt học sinh trước những vấn đề thực tiễn ("công nghệ" hiện tại) cần giải quyết, đòi hỏi học sinh phải tìm tòi, chiếm lĩnh kiến thức khoa học và vận dụng kiến thức để thiết kế và thực hiện giải pháp giải quyết vấn đề ("công nghệ" mới). Như vậy, mỗi bài học STEM sẽ đề cập và giao cho học sinh giải quyết một vấn đề tương đối trọn vẹn, đòi hỏi học sinh phải huy động kiến thức đã 5
có và tìm tòi, chiếm lĩnh kiến thức mới để sử dụng. Quá trình đó đòi hỏi học sinh phải thực hiện theo "Quy trình khoa học" (để chiếm lĩnh kiến thức mới) và "Quy trình kĩ thuật" để sử dụng kiến thức đó vào việc thiết kế và thực hiện giải pháp ("công nghệ" mới) để giải quyết vấn đề. Đây chính là sự tiếp cận liên môn trong giáo dục STEM, dù cho kiến thức mới mà học sinh cần phải học để sử dụng trong một bài học STEM cụ thể có thể chỉ thuộc một môn học. Như vậy, giáo dục STEM là một phương thức giáo dục nhằm trang bị cho học sinh những kiến thức khoa học gắn liền với ứng dụng của chúng trong thực tiễn, qua đó phát triển cho học sinh 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] 1.1.3. Mục tiêu của giáo dục STEM Mục tiêu giáo dục STEM Phát triển năng lực Phát triển năng lực Định hướng đặc thù STEM cốt lõi nghề nghiệp Hình 1.1. Mục tiêu của giáo dục STEM [3] - Phát triển các năng lực đặc thù của các môn học thuộc về STEM cho học sinh (HS): Đó là những kiến thức, kỹ năng liên quan đến các môn Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học. Trong đó HS biết liên kết các kiến thức khoa học, Toán học để giải quyết các vấn đề thực tiễn. HS biết sử dụng, quản lý và truy cập Công nghệ. HS biết về quy trình thiết kế và chế tạo ra các sản phẩm. - Phát triển các năng lực cốt lõi cho học sinh: Giáo dục STEM nhằm chuẩn bị cho HS những cơ hội cũng như thách thức trong nền kinh tế cạnh tranh toàn cầu của thế kỷ 21. Bên cạnh những hiểu biết về các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học, HS sẽ được phát triển tư duy phế phán, khả năng hợp tác để thành công. - Định hướng nghề nghiệp cho HS: Giáo dục STEM sẽ tạo cho HS có những kiến thức kỹ năng mang tính nền tảng cho việc học tập ở các bậc học cao hơn cũng như 6
cho nghề nghiệp trong tương lai của HS. Từ đó, góp phần xây dựng lực lượng lao động có năng lực, phẩm chất tốt, đặc biệt là lao động trong lĩnh vực STEM nhắm đáp ứng mục tiêu xây dựng và phát triển đất nước. 1.1.4. Vai trò, ý nghĩa của giáo dục STEM 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. Cụ thể là: - Đảm bảo giáo dục toàn diện: Triển khai giáo dục STEM ở nhà trường, bên cạnh các môn học đang được quan tâm như Toán, Khoa học, các lĩnh vực Công nghệ, Kỹ thuật cũng sẽ được quan tâm, đầu tư trên tất cả các phương diện về đội ngũ giáo viên, chương trình, cơ sở vật chất. - Nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM: Các dự án học tập trong giáo dục STEM hướng tới việc vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các vấn đề thực tiễn, học sinh được hoạt động, trải nghiệm và thấy được nghĩa của tri thức với cuộc sống, nhờ đó sẽ nâng cao hứng thú học tập của học sinh. - Hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho học sinh: Khi triển khai các dự án học tập STEM, học sinh hợp tác với nhau, chủ động và tự lực thực hiện các nhiệm vụ học; được làm quen hoạt động có tính chất nghiên cứu khoa học. Các hoạt động nêu trên góp phần tích cực vào hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực cho học sinh. - Kết nối trường học với cộng đồng: Để đảm bảo triển khai hiệu quả giáo dục STEM, cơ sở giáo dục phổ thông thường kết nối với các cơ sở giáo dục nghề nghiệp, đại học tại địa phương nhằm khai thác nguồn lực về con người, cơ sở vật chất triển khai hoạt động giáo dục STEM. Bên cạnh đó, giáo dục STEM phổ thông cũng hướng tới giải quyết các vấn đề có tính đặc thù của địa phương. - Hướng nghiệp, phân luồng: Tổ chức tốt giáo dục STEM ở trường trung học, học sinh sẽ được trải nghiệm trong các lĩnh vực STEM, đánh giá được sự phù hợp, năng khiếu, sở thích của bản thân với nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM. Thực hiện tốt giáo dục STEM ở trường trung học cũng là cách thức thu hút học sinh theo học, lựa chọn các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM, các ngành nghề có nhu cầu cao về nguồn nhân lực trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư.[1] 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 giáo dục STEM như sau: 7
1. Dạy học các môn khoa học theo bài học STEM - Đây là hình thức tổ chức giáo dục STEM chủ yếu trong nhà trường trung học. Giáo viên thiết kế các bài học STEM để triển khai trong quá trình dạy học các môn học thuộc chương trình giáo dục phổ thông theo hướng tiếp cận tích hợp nội môn hoặc tích hợp liên môn. - Nội dung bài học STEM bám sát nội dung chương trình của các môn học nhằm thực hiện chương trình giáo dục phổ thông theo thời lượng quy định của các môn học trong chương trình. - Học sinh thực hiện bài học STEM được chủ động nghiên cứu sách giáo khoa, tài liệu học tập để tiếp nhận và vận dung kiến thức thông qua các hoạt động: lựa chọn giải pháp giải quyết vấn đề; thực hành thiết kế, chế tạo, thử nghiệm mẫu thiết kế; chia sẻ, thảo luận, hoàn thiện hoặc điều chỉnh mẫu thiết kế dưới sự hướng dẫn của giáo viên. 2. Tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM 3. Tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học, kĩ thuật [1] 1.1.5. Xây dựng và thực hiện bài học STEM 1.1.5.1. Tiêu chí xây dựng bài học STEM Để tổ chức được các hoạt động nói trên, mỗi chủ đề dạy học STEM cần phải được xây dựng theo 6 tiêu chí sau: Bảng 1.1. Các tiêu chí xây dựng chủ đề dạy học STEM Tiêu chí Nội dung 1 Chủ đề bài học STEM thường đề cập đến các vấn đề thực tiễn 2 Cấu trúc bài học STEM theo quy trình thiết kế kĩ thuật 3 Thực hiện chủ đề dạy học STEM, đưa HS vào hoạt động tìm tòi và khám phá, định hướng hành động, trải nghiệm và tạo ra sản phẩm 4 Hình thức tổ chức bài học STEM lôi cuốn học sinh vào hoạt động nhóm kiến tạo 5 Nội dung bài học STEM áp dụng chủ yếu từ nội dung khoa học và toán mà HS đã và đang học 6 Tiến trình bài học STEM tính đến có nhiều đáp án đúng và coi sự thất bại như là một phần cần thiết trong học tập 1 Công văn số 3089/BGDĐT-GDTrH V/v triển khai thực hiện giáo dục STEM trong giáo dục trung học ngày 14/8/2020 8
Tiêu chí 1: Chủ đề bài học STEM đề cập đến các vấn đề của thực tiễn Trong các bài học STEM, học sinh được đặt vào các vấn đề thực tiễn xã hội, kinh tế, môi trường và yêu cầu tìm các giải pháp. Tiêu chí 2: Cấu trúc bài học STEM theo quy trình thiết kế kĩ thuật Quy trình thiết kế kĩ thuật cung cấp một tiến trình linh hoạt đưa học sinh từ việc xác định một vấn đề - hoặc một yêu cầu thiết kế - đến sáng tạo và phát triển một giải pháp. Theo quy trình này, học sinh thực hiện các hoạt động: (1) Xác định vấn đề - (2) Nghiên cứu kiến thức nền - (3) Đề xuất các giải pháp/thiết kế - (4) Lựa chọn giải pháp/thiết kế - (5) Chế tạo mô hình (nguyên mẫu) - (6) Thử nghiệm và đánh giá - (7) Chia sẻ và thảo luận - (8) Điều chỉnh thiết kế. Trong thực tiễn dạy học, quy trình 8 bước này được thể hiện qua 5 hoạt động chính: HĐ1: Xác định vấn đề (yêu cầu thiết kế, chế tạo) HĐ2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất các giải pháp thiết kế HĐ3: Trình bày và thảo luận phương án thiết kế HĐ4: Chế tạo mô hình/thiết bị... theo phương án thiết kế (đã được cải tiến theo góp ý); thử nghiệm và đánh giá - HĐ5: Trình bày và thảo luận về sản phẩm được chế tạo; điều chỉnh thiết kế ban đầu. Trong quy trình kĩ thuật, các nhóm học sinh thử nghiệm các ý tưởng dựa nghiên cứu của mình, sử dụng nhiều cách tiếp cận khác nhau, mắc sai lầm, chấp nhận và học từ sai lầm, và thử lại. Sự tập trung của học sinh là phát triển các giải pháp để giải quyết vấn đề đặt ra, nhờ đó học được và vận dụng được kiến thức mới trong chương trình giáo dục. Tiêu chí 3: Thực hiện chủ đề dạy học STEM, đưa HS vào hoạt động tìm tòi và khám phá, định hướng hành động, trải nghiệm và tạo ra sản phẩm Quá trình tìm tòi khám phá được thể hiện trong tất cả các hoạt động của chủ đề STEM, tuy nhiên trong hoạt động 2 và hoạt động 4 quá trình này cần được khai thác triệt để. Trong hoạt động 2 học sinh sẽ thực hiện các quan sát, tìm tòi, khám phá để xây dựng, kiểm chứng các quy luật, qua đó học được kiến thức nền đồng thời rèn luyện các kĩ năng 9
tiến trình như: quan sát, đưa ra dự đoán, tiến hành thí nghiệm, đo đạc, thu thập số liệu, phân tích số liệu… Trong hoạt động 4, quá trình tìm tòi khám phá được thể hiện giúp học sinh kiểm chứng các giải pháp khác nhau để tối ưu hoá sản phẩm. Trong các bài học STEM, hoạt động học của học sinh được thực hiện theo hướng mở có "khuôn khổ" về các điều kiện mà học sinh được sử dụng (chẳng hạn các vật liệu khả dụng). Hoạt động học của học sinh là hoạt động được chuyển giao và hợp tác; các quyết định về giải pháp giải quyết vấn đề là của chính học sinh. Học sinh thực hiện các hoạt động trao đổi thông tin để chia sẻ ý tưởng và tái thiết kế nguyên mẫu của mình nếu cần. Học sinh tự điều chỉnh các ý tưởng của mình và thiết kế hoạt động tìm tòi, khám phá của bản thân. Tiêu chí 4: Hình thức tổ chức bài học STEM lôi cuốn học sinh vào hoạt động nhóm kiến tạo Giúp học sinh làm việc trong một nhóm kiến tạo là một việc khó khăn, đòi hỏi tất cả giáo viên STEM ở trường làm việc cùng nhau để áp dụng phương thức dạy học theo nhóm, sử dụng cùng một ngôn ngữ, tiến trình và yêu cầu về sản phẩm học tập mà học sinh phải hoàn thành. Làm việc nhóm trong thực hiện các hoạt động của bài học STEM là cơ sở phát triển năng lực giao tiếp và hợp tác cho học sinh. Tiêu chí 5: Nội dung bài học STEM áp dụng chủ yếu từ nội dung khoa học và toán mà học sinh đã và đang học Trong các bài học STEM, giáo viên cần kết nối và tích hợp một cách có mục đích nội dung từ các chương trình khoa học, công nghệ, tin học và toán. Lập kế hoạch để hợp tác với các giáo viên toán, công nghệ, tin học và khoa học khác để hiểu rõ nội hàm của việc làm thế nào để các mục tiêu khoa học có thể tích hợp trong một bài học đã cho. Từ đó, học sinh dần thấy rằng khoa học, công nghệ, tin học và toán không phải là các môn học độc lập, mà chúng liên kết với nhau để giải quyết các vần đề. Điều đó có liên quan đến việc học toán, công nghệ, tin học và khoa học của học sinh. Tiêu chí 6: Tiến trình bài học STEM tính đến có nhiều đáp án đúng và coi sự thất bại như là một phần cần thiết trong học tập Một câu hỏi nghiên cứu đặt ra, có thể đề xuất nhiều giả thuyết khoa học; một vấn đề cần giải quyết, có thể đề xuất nhiều phương án, và lựa chọn phương án tối ưu. 10