Luận văn tốt nghiệp Đại học: Tổ chức dạy học một số kiến thức chương Cơ sở của nhiệt động lực học - Vật lý 10 theo định hướng giáo dục STEM

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:99

Thêm vào BST

Báo xấu

29
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bố cục của luận văn gồm phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, luận văn có 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 cơ sở của nhiệt động lực học – Vật lý 10 theo định hướng giáo dục STEM. Chương 3 - Thực nghiệm sư phạm. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn tốt nghiệp Đại học: Tổ chức dạy học một số kiến thức chương Cơ sở của nhiệt động lực học - 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 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC -VẬT LÝ 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM SVTH : Lê Thanh Trúc Ngành : Sư phạm Vật lý MSSV : K40.102.101 GVHD : TS. Nguyễn Thanh Nga Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC -VẬT LÝ 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM SVTH : Lê Thanh Trúc Ngành : Sư phạm Vật lý MSSV : K40.102.101 GVHD : TS. Nguyễn Thanh Nga Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2018
 MỤC LỤC   MỞ ĐẦU ................................................................................................................................................. 1 1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................................................................ 1 2. Mục đích của đề tài .................................................................................................................................... 2 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................................................. 2 3.1. Đối tƣợng nghiên cứu ............................................................................................................................ 2 3.2. Phạm vi nghiên cứu................................................................................................................................ 3 4. Giả thuyết khoa học ................................................................................................................................... 3 5. Nhiệm vụ nghiên cứu ................................................................................................................................. 3 6. Phƣơng pháp nghiên cứu ........................................................................................................................... 3 6.1. Phƣơng pháp nghiên cứu lý luận .......................................................................................................... 3 6.2. Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm .................................................................................................... 3 6.3. Phƣơng pháp thống kê toán học ........................................................................................................... 3 7. Cấu trúc của luận văn ................................................................................................................................ 4 CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƢỚNG GIÁO DỤC STEM ................... 5 1.1. Dạy học tích cực .................................................................................................................................. 5 1.1.1. Hoạt động dạy học ở trường phổ thông.............................................................................................. 5 1.1.2. Dạy học tích cực ở trường phổ thông ................................................................................................. 5 1.2. Dạy học theo định hƣớng giáo dục STEM ........................................................................................ 6 1.2.1. Giáo dục STEM ................................................................................................................................. 6 1.2.2. Mục tiêu giáo dục STEM ................................................................................................................... 7 1.2.3. Quy trình dạy học theo định hướng giáo dục STEM ......................................................................... 7 1.2.3.1. Quy trình 5E.................................................................................................................................. 7 1.2.3.2. Quy trình nghiên cứu khoa học ..................................................................................................... 9 1.3. Phát huy tính tích cực của học sinh trong dạy học theo định hƣớng giáo dục STEM .................. 9 1.3.1. Định nghĩa tính tích cực ..................................................................................................................... 9 1.3.2. Biểu hiện tính tích cực của học sinh trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM .................... 10 1.3.3. Biện pháp phát huy tính tích cực của học sinh trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM .... 11 1.4. Phát triển năng lực sáng tạo của học sinh theo định hƣớng giáo dục STEM .............................. 11 1.4.1. Khái niệm năng lực .......................................................................................................................... 12 1.4.2. Khái niệm năng lực sáng tạo ............................................................................................................ 12 1.4.3. Biểu hiện năng lực sáng tạo của học sinh trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM ............ 13 1.4.4. Biện pháp phát triển năng lực sáng tạo của học sinh trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM .......................................................................................................................................................... 14 1.5. Quy trình thiết kế chủ đề giáo dục STEM ...................................................................................... 15 1.6. Tiến trình tổ chức dạy học kiến thức Vật lý theo định hƣớng giáo dục STEM .......................... 15  KẾT LUẬN CHƢƠNG 1  .................................................................................................................... 18 CHƢƠNG 2: TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƢƠNG CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC – VẬT LÝ 10 THEO ĐỊNH HƢỚNG GIÁO DỤC STEM ...................................................... 19 2.1. Phân tích nội dung kiến thức chƣơng “Cơ sở của nhiệt động lực học – Vật lý 10” .................... 19 2.1.1. Mục tiêu dạy học theo chuẩn kiến thức, kỹ năng ............................................................................. 19 2.1.2. Phân tích nội dung kiến thức ............................................................................................................ 20
2.2. Xây dựng nội dung Chƣơng “Cơ sở của nhiệt động lực học – Vật lý 10” theo định hƣớng giáo dục STEM....................................................................................................................................................... 22 2.2.1. Chủ đề : Hiệu ứng nhà kính ............................................................................................................. 22 2.2.2. Chủ đề : Động cơ nhiệt đốt ngoài – động cơ Stirling....................................................................... 24 2.3. Tổ chức dạy học nội dung kiến thức chƣơng “Cơ sở của nhiệt động lực học – Vật lý 10” theo định hƣớng giáo dục STEM.......................................................................................................................... 25 2.3.1. Thiết bị dạy học chương “Cơ sở của nhiệt động lực học” theo định hướng giáo dục STEM .......... 25 2.3.2. Xây dựng nhiệm vụ dạy học ............................................................................................................ 33 2.3.3. Kế hoạch dạy học chính khóa theo định hướng giáo dục STEM ..................................................... 33 2.3.4. Kế hoạch dạy học ngoại khóa theo định hướng giáo dục STEM ..................................................... 39 2.4. Công cụ đánh giá dạy học theo định hƣớng STEM .......................................................................... 41 2.4.1. Tiêu chí đánh giá tính tích cực của HS trong dạy học theo định hướng STEM............................... 41 2.4.2. Tiêu chí đánh giá năng lực sáng tạo của HS trong dạy học theo định hướng STEM ...................... 43 2.4.3. Đánh giá mức độ nắm vững kiến thức ............................................................................................. 44  KẾT LUẬN CHƢƠNG 2  .................................................................................................................... 49 CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM .................................................................................................... 50 3.1. Mục đích thực nghiệm sƣ phạm ......................................................................................................... 50 3.2. Đối tƣợng thực nghiệm sƣ phạm ........................................................................................................ 50 3.3. Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm .................................................................................................. 50 3.4. Những thuận lợi và khó khăn gặp phải khi tiến hành thực nghiệm sƣ phạm ................................ 50 3.4.1. Thuận lợi .......................................................................................................................................... 50 3.4.2. Khó khăn .......................................................................................................................................... 51 3.5. Kế hoạch thực nghiệm sƣ phạm ......................................................................................................... 51 3.6. Phân tích diễn biến thực nghiệm sƣ phạm......................................................................................... 51 3.7. Đánh giá kết quả TNSP ....................................................................................................................... 63 3.7.1. Đánh giá tính tích cực ...................................................................................................................... 63 3.7.2. Đánh giá năng lực sáng tạo .............................................................................................................. 66 3.7.3. Đánh giá định lượng......................................................................................................................... 68 3.7.4. Đánh giá chung về việc tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM trong dạy học chương “Cơ sở của Nhiệt động lực học” ...................................................................................................................... 72  KẾT LUẬN CHƢƠNG 3  .................................................................................................................... 73  KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ  ............................................................................................................. 74 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN ............................................. 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................................................. 76 ii
 LỜI CẢM ƠN  ừ những ngày đầu thực hiện luận văn đến khi hoàn thành được luận văn, đó là cả T một quá trình cố gắng học tập và làm việc nghiêm túc, sửa chữa những thiếu sót và trưởng thành lên từng ngày của bản thân em. Tuy nhiên, sẽ không thể có được một sản phẩm hoàn chỉnh như ngày hôm nay nếu thiếu đi sự giúp đỡ, hỗ trợ, động viên tận tình của quý thầy cô, bạn bè và gia đình. Vì vậy, xin cho phép em được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình đến: - Quý thầy, cô giảng viên khoa Vật lý trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh đã dạy dỗ, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm, sự nhiệt huyết với nghề cho em và các bạn sinh viên khác trong suốt quá trình học tập tại trường. - Thầy TS. Nguyễn Thanh Nga, giảng viên đã trực tiếp hướng dẫn, hỗ trợ, dìu dắt em thực hiện luận văn. Thầy - với kinh nghiệm, sự nhiệt huyết cùng lòng yêu nghề của mình - đã truyền đạt tận tình cho em các kiến thức chuyên môn. Thầy đã chỉ bảo cho em những lúc khó khăn, tạo điều kiện cho em có thể giao lưu, làm việc cùng câu lạc bộ “STEM” của trường THCS - THPT để em có cơ hội học hỏi, trải nghiệm thực tế, hoàn thành được luận văn. Những góp ý của thầy thực sự rất quý báu và giúp ích rất nhiều để em có thể hoàn thành được luận văn tốt nghiệp của mình. - Thầy ThS Hoàng Phước Muội - Giáo viên môn Vật lý trường THCS - THPT Hoa Sen đã giúp em thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi của luận văn. - Anh Tôn Ngọc Tâm – Học viên cao học chuyên ngành Lý luận và phương pháp dạy học Vật lý đã hướng dẫn và giúp đỡ em trong quá trình chế tạo động cơ Stirling. - Ban giám hiệu trường THCS - THPT Hoa Sen (quận 9), quý thầy cô tổ Vật lý, các anh chị trong ban chủ nhiệm câu lạc bộ “STEM” đã tạo điều kiện cho em tham dự, quan sát, tiếp cận học sinh, phân tích tiến trình, thực nghiệm sư phạm tại trường, làm cơ sở để hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp. Cuối cùng, em xin gửi lời cám ơn của mình đến gia đình, bạn bè đã luôn sát cánh, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 04 năm 2018 Sinh viên Lê Thanh Trúc iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nội dung CT Chương trình ĐHSP Đại học sư phạm GDPT Giáo dục phổ thông GV Giáo viên HN Hà Nội HS Học sinh NL Năng lực NXB Nhà xuất bản SGK Sách giáo khoa SP Sư phạm TB Trung bình THCS Trung học cơ sở THPT Trung học phổ thông ThS Thạc sĩ TNSP Thực nghiệm sư phạm TP HCM Thành phố Hồ Chí Minh TS Tiến sĩ 0
 MỞ ĐẦU  1. Lý do chọn đề tài Xã hội ngày càng phát triển theo hướng toàn cầu hóa và hội nhập quốc tế. Việt Nam đang phát triển theo hướng công nghiệp hóa – hiện đại hóa. Để bắt kịp nhịp phát triển của thế giới, không bị tụt hậu về trình độ sản xuất, nhu cầu cấp thiết đặt ra là đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao, có khả năng thích ứng và hội nhập. Từ đó có cơ sở để các doanh nghiệp khởi nghiệp sáng tạo và phát triển, tăng cơ hội đầu tư vào thị trường Việt Nam, giảm giá các chi phí, đồng thời nâng cao trình độ khoa học và công nghệ. Bên cạnh đó, xu hướng phát triển của xã hội hiện đại phụ thuộc ngày càng nhiều vào sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật. Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 với xu hướng phát triển dựa trên sự tích hợp giữa các lĩnh vực khoa học và công nghệ cao, hướng tới phát triển trí tuệ nhân tạo - thay đổi nền sản xuất của toàn thế giới, ngày càng tác động mạnh mẽ đến mọi mặt của đời sống xã hội, dẫn đến việc thay đổi phương thức và lực lượng sản xuất. “Hiền tài là nguyên khí quốc gia”, để đào tạo được nguồn nhân lực trẻ chất lượng đó thì trước tiên phải có được những sự thay đổi cách mạng theo hướng tích cực, đổi mới, sáng tạo trong hệ thống giáo dục nước ta, buộc các nhà sư phạm đào tạo ra con người năng động, sáng tạo đáp ứng yêu cầu của xã hội hiện đại. Trước đây, giáo dục theo kiểu truyền thống lấy giáo viên làm trung tâm, học sinh bị đặt vào thế thụ động được truyền thụ kiến thức một chiều, kiến thức bị giới hạn chỉ trong sách giáo khoa. Vì vậy, phương pháp dạy học phải thay đổi theo hướng hiện đại, phát huy tính tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh, lấy học sinh làm trung tâm của quá trình dạy học. Giáo dục STEM là giải pháp góp phần tăng hiệu quả dạy học, phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh. Kiến thức và kỹ năng trong các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học được tích hợp thành các chủ đề, bài học nhằm phát triển các năng lực cốt lõi, năng lực đặc thù và định hướng nghề cho học sinh thông qua giải quyết các vấn đề thực tiễn. Hơn nữa, trong chỉ thị số 16/CT-TTg [19] của THỦ TƯỚNG CHÍNH PHỦ đã đưa ra giải pháp về mặt giáo dục là: “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 là “Thúc đẩy triển khai giáo dục về khoa học, công nghệ, kỹ 1
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.” Việc dạy học Vật lý ở bậc trung học phổ thông cũng không nằm ngoài xu hướng chung đó. Vật lý là một môn khoa học thực nghiệm, không thể tách rời thực tiễn cuộc sống, nó được hỗ trợ rất nhiều bằng công cụ Toán học. Kiến thức Vật lý là cơ sở để phát triển Kỹ thuật - Công nghệ. Ngoài ra, việc phát triển chương trình giáo dục phổ thông mới dựa trên tiếp cận năng lực đòi hỏi giáo viên phải định hướng xây dựng các chủ đề tích hợp gắn với thực tiễn, tổ chức giờ học Vật lý thú vị, gần gũi, nhằm giúp học sinh vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề thực tiễn. Nhiệt động lực học nghiên cứu các hiện tượng nhiệt về mặt năng lượng và biến đổi năng lượng. Mọi hoạt động của sự sống đều cần đến năng lượng. Con người luôn tìm cách để tạo ra năng lượng hay nói cụ thể hơn là chế tạo và cải tiến các loại động cơ để tạo ra năng lượng, phục vụ đời sống. Kiến thức phổ thông về nguồn năng lượng, về môi trường, rải đều ở các môn Vật Lý, Hóa, Sinh, Địa Lý. Hơn nữa, học sinh có thể tìm tòi các thông tin về nguồn năng lượng trên các phương tiện thông tin công nghệ. Do đó, các chủ đề này có thể triển khai dạy học theo định hướng giáo dục STEM. Trên cơ sở đó, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu: “Tổ chức dạy học một số kiến thức chương Cơ sở của nhiệt động lực học - Vật Lý 10 theo định hướng giáo dục STEM”. 2. Mục đích của đề tài - Xây dựng và tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM một số kiến thức chương “Cở sở của nhiệt động lực học” ở lớp 10 THPT nhằm phát huy tính tích cực, phát triển năng lực sáng tạo của học sinh. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tƣợng nghiên cứu - Cơ sở lý luận về giáo dục STEM. - Các nội dung kiến thức liên môn Vật Lý, Sinh, Công nghệ có liên quan đến chương “Cơ sở của nhiệt động lực học - Vật Lý 10” theo định hướng giáo dục STEM. - Nguyên lý hoạt động của động cơ nhiệt: động cơ đốt trong, động cơ đốt ngoài (động cơ Stirling). - Tiến trình tổ chức hoạt động dạy học môn Vật Lý 10 theo định hướng giáo dục STEM. - Phương pháp kiểm tra đánh giá trong giáo dục STEM. 2
3.2. Phạm vi nghiên cứu Hoạt động dạy học môn Vật Lý 10 trung học phổ thông tại Việt Nam, đặc biệt là “Chương cơ sở của nhiệt động lực học”. 4. Giả thuyết khoa học Nếu xây dựng và tổ chức dạy học một số kiến thức chương “Cơ sở của nhiệt động lực học – Vật Lý 10” theo định hướng giáo dục STEM thì sẽ phát huy tính tích cực, phát triển năng lực sáng tạo của học sinh. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu - Hệ thống cơ sở lý luận và thực tiễn về dạy học Chương “Cơ sở của nhiệt động lực học – Vật Lý 10” theo định hướng giáo dục STEM. - Phân tích nội dung kiến thức Chương “Cơ sở của Nhiệt động lực học – Vật lý 10” ở các bộ môn có liên quan. - Xây dựng tiến trình dạy học kiến thức “Cơ sở của Nhiệt động lực học – Vật lý 10” theo định hướng giáo dục STEM. - Thực nghiệm sư phạm (TNSP). 6. Phƣơng pháp nghiên cứu 6.1. Phƣơng pháp nghiên cứu lý luận - Nghiên cứu cơ sở lý luận về dạy học theo định hướng giáo dục STEM. - Nghiên cứu các tài liệu về tâm lý học, lý luận dạy học phổ thông, lý luận dạy học hiện đại, các thông tư, quyết định của Bộ Giáo dục và Đào tạo về đổi mới giáo dục, các bài báo, tạp chí có liên quan… - Nghiên cứu việc ứng dụng các kiến thức phần “Cơ sở của Nhiệt động lực học – Vật lý 10” vào trong thực tiễn. - Nghiên cứu các tài liệu liên quan đến việc tích hợp công nghệ, kỹ thuật sử dụng các phần mềm tin học hỗ trợ nhằm phát huy hiệu quả tối đa của quá trình dạy học. 6.2. Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ 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 từ đó rút ra kết luận của đề tài. - Phương tiện: dụng cụ ghi chép, trình chiếu, ghi hình. 6.3. Phƣơng pháp thống kê toán học Sử dụng các phương pháp thống kê, mô tả toán học để trình bày kết quả thực nghiệm sư phạm. 3
7. Cấu trúc của luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, luận văn 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 cơ sở của nhiệt động lực học – Vật lý 10 theo định hướng giáo dục STEM.  Chương 3: Thực nghiệm sư phạm 4
CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƢỚNG GIÁO DỤC STEM 1.1. Dạy học tích cực 1.1.1. Hoạt động dạy học ở trường phổ thông Hoạt động dạy học là hoạt động được thực hiện theo một chiến lược, chương trình đã được thiết kế, tác động đến học sinh (HS) nhằm hướng tới mục tiêu hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực của HS. Đối tượng của hoạt động học tập là lĩnh hội các tri thức, kỹ năng, kỹ xảo. Trước đây, giáo viên đóng vai trò trung tâm trong quá trình dạy học. Theo quan điểm dạy học hiện đại, hoạt động dạy học bao gồm 2 thành tố cơ bản có mối quan hệ hết sức mật thiết, có tính độc lập tương đối với nhau là hoạt động dạy của GV và hoạt động học của HS [8]. Chúng tương tác với nhau và tương tác với môi trường diễn ra hoạt động dạy học. Sự tương tác trong hoạt động dạy học mang tính đặc thù. Hoạt động dạy của GV: tổ chức, điều khiển hoạt động nhận thức của HS, giúp HS tìm tòi, khám phá tri thức, tạo ra sự phát triển tâm lí, năng lực, phẩm chất và hoàn thiện nhân cách [14]. Hoạt động học của HS: tự giác, tích cực, chủ động điều khiển hoạt động nhận thức – học tập của mình nhằm thu nhận, xử lí và biến đổi thông tin bên ngoài thành tri thức của bản thân, qua đó HS tự làm phong phú những giá trị của mình [14]. Ở Việt Nam, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã có văn bản quy định chuẩn nghề nghiệp dạy học [4]. Đây là yêu cầu chung về hoạt động dạy học cho tất cả giáo viên trong việc dạy các môn học ở trường phổ thông. Về phía HS, căn cứ vào mục tiêu của chương trình giáo dục, có những yêu cầu, chuẩn đánh giá để HS đáp ứng theo các thang, bậc của nền giáo dục [3]. Trong xu thế phát triển của khoa học, kỹ thuật trên thế giới, nền giáo dục của mỗi quốc gia đều phải được đổi mới, cải cách để đào tạo nguồn nhân lực phù hợp trình độ phát triển kinh tế, văn hóa của quốc gia và quốc tế. Để đáp ứng yêu cầu này, cần thiết phải nghiên cứu hoạt động dạy của GV và hoạt động học của HS xuất phát từ thực tiễn của mỗi quốc gia, dân tộc và xu thế phát triển của thế giới ngày nay [8]. 1.1.2. Dạy học tích cực ở trường phổ thông Dạy học tích cực là một quan niệm rộng về dạy học bao gồm hệ thống nhiều phương pháp, kỹ thuật, hình thức dạy học nhằm phát huy tính tự giác, tích cực, tự chủ, sáng tạo của HS; tăng cường sự tham gia của HS vào quá trình dạy học; tạo hứng thú học tập, tạo điều kiện cho HS phát triển tối đa khả năng học tập [14]. 5
Ngoài ra, dạy học tích cực còn hướng tới phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho HS. Dạy học tích cực sẽ đưa HS tới hoạt động giải quyết vấn đề. Các vấn đề gần gũi xuất phát từ thực tiễn, nhu cầu của cuộc sống sẽ có hiệu quả tốt nhất. Trong hoạt động này, GV là người định hướng, còn HS sẽ phải là người phát hiện và giải quyết vấn đề, rút ra kết luận cho bản thân. Trong dạy học tích cực ở trường phổ thông, HS là chủ thể của hoạt động học, GV đặt HS vào những tình huống, nhiệm vụ cụ thể sinh động kích thích động cơ muốn khám phá của HS. GV là người định hướng, tổ chức để HS tìm ra chân lí. Sau đó, GV sẽ đóng vai trò là người kết luận, kiểm tra đánh giá, trên cơ sở HS tự kiểm tra, đánh giá. Vai trò của GV và HS trong dạy học tích cực được thể hiện qua hình 1.1. Giáo viên (tác nhân) Học sinh (chủ thể) Định hướng/ Hướng dẫn Nghiên cứu, tìm tòi Tổ chức Thực hiện Trọng tài, cố vấn, kết Tự kiểm tra, tự điều luận, kiểm tra chỉnh Hình 1.1. Vai trò của GV và HS trong dạy học tích cực [14] 1.2. Dạy học theo định hƣớng giáo dục STEM 1.2.1. Giáo dục STEM STEM là viết tắt của các từ tiếng anh Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật), Math (Toán). Thuật ngữ STEM được dùng trong hai ngữ cảnh khác nhau đó là ngữ cảnh nghề nghiệp và ngữ cảnh giáo dục [11]. Trong phạm vi đề tài, chúng tôi quan tâm đến ngữ cảnh giáo dục của thuật ngữ STEM. Giáo dục STEM là giải pháp góp phần tăng hiệu quả dạy học, phát triển năng lực giải quyết vấn đề của HS, phát triển tư duy, logic, tự chủ, sáng tạo của HS đặc biệt trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật, giúp HS có thể hiểu rõ được ý nghĩa thực tiễn của các kiến thức Vật lý được học. Có nhiều cách hiểu về Giáo dục STEM, tuy nhiên, chúng tôi muốn đề cập đến ba cách hiểu chính [11]: - Quan tâm đến các môn Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học: Đây cũng là quan niệm về giáo dục STEM của Bộ giáo dục Mỹ, giáo dục STEM là một chương trình 6
nhằm cung cấp hỗ trợ, tăng cường, giáo dục Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học ở tiểu học và trung học cho đến bậc sau đại học. Đây là nghĩa rộng khi nói về giáo dục STEM. - Tích hợp của bốn lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học: Kiến thức hàn lâm được kết hợp chặt chẽ với các bài học thực tế thông qua việc HS được áp dụng những kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học vào trong những bối cảnh cụ thể nhằm tạo nên một kết nối giữa nhà trường, cộng đồng và các doanh nghiệp. - Tích hợp từ hai lĩnh vực về Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học trở lên: Giáo dục STEM là phương pháp tiếp cận, khám phá trong giảng dạy và học tập giữa hai hay nhiều hơn các môn học STEM, hoặc giữa một chủ đề STEM và một hoặc nhiều môn học khác trong nhà trường. 1.2.2. Mục tiêu giáo dục STEM 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: Là phát triển những kiến thức, kỹ năng liên quan đến các môn Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán. Hơn nữa, phải biết vận dụng phối hợp các kiến thức, kỹ năng để giải quyết các vấn đề thực tiễn. - Phát triển năng lực cốt lõi cho HS: Bên cạnh những hiểu biết về lĩnh vục Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học, giáo dục STEM trang bị cho HS những kỹ năng phù hợp để đáp ứng yêu cầu thách thức trong nền thế kỉ 21. Ví dụ: Tư duy phản biện, phê phán; năng lực sáng tạo; năng lực giao tiếp, hợp tác; kỹ năng thuyết trình,… - Định hướng nghề nghiệp cho HS: Giáo dục STEM tạo điều kiện cho HS có những kiến thức, kỹ năng nền tảng 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 cho xã hội, đặc biệt là đối với các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM. 1.2.3. Quy trình dạy học theo định hướng giáo dục STEM 1.2.3.1. Quy trình 5E Quy trình 5E, tạm dịch từ thuật ngữ tiếng Anh “5E Instructional Model” (Mô hình dạy học 5E), được đề nghị bởi Rodger W Bybee và cộng sự [24], có nguồn gốc từ những mô hình dạy học trước đó, như mô hình của John Dewey vào những năm 1930. Mô hình tiền thân trực tiếp của quy trình 5E là chu trình học Atkin và Karplus, công bố vào những 7
năm đầu thập niên 60, dùng trong mô hình SCIS (Science Curriculum Improvement Study – (tạm dịch: Nghiên cứu Cải thiện Chương trình học Khoa học) – bao gồm 3 phân đoạn: khám phá, phát minh (đổi lại sau, thành giới thiệu thuật ngữ), phát hiện (đổi lại sau, thành ứng dụng khái niệm). Quy trình 5E thêm một phân đoạn ở đầu, để khơi gợi kiến thức đã có ở người học, và một phân đoạn ở cuối, để đánh giá khả năng hiểu của người học. Sự khác biệt về các giai đoạn giữa mô hình tiền thân (SCIS) và quy trình 5E được tóm tắt ở bảng 1.1. dưới đây: Bảng 1.1. Bảng tóm tắt sự khác biệt về các giai đoạn giữa mô hình tiền thân (SCIS) và quy trình 5E Mô hình SCIS Quy trình 5E Đặt vấn đề (mới) Khám phá Khám phá Phát minh (giới thiệu thuật ngữ) Giải thích Phát hiện (áp dụng khái niệm) Mở rộng Đánh giá (mới) Chi tiết của 5 giai đoạn là như sau: - Đặt vấn đề: Bài học đặt HS vào những hoạt động ngắn, tình huống có vấn đề, kích thích sự tò mò và khơi gợi kiến thức cũ. Ví dụ: Vấn đề khiến HS có những suy nghĩ như: tại sao điều đó lại có thể xảy ra, em cũng đã từng suy nghĩ nhưng không biết lí giải thế nào,… - Khám phá: Đây là giai đoạn HS trải nghiệm thông qua các hoạt động như thu thập thông tin dữ liệu, quan sát mô hình, thí nghiệm, điều tra… [17] để giải thích các hiện tượng và phát triển khả năng nhận thức của bản thân. GV đóng vai trò khởi đầu cho hoạt động, cung cấp cho HS kiến thức cần thiết, các vật liệu dụng cụ cần thiết cho hoạt động trải nghiệm, điều chỉnh nhận thức sai lầm của HS trong quá trình khám phá. HS có thể thực hiện thí nghiệm để dùng kiến thức cũ tạo ra các ý tưởng mới, khám phá các khả năng, thiết kế các quy trình,… - Giải thích: Giai đoạn giải thích tập trung sự chú ý của HS vào một mặt cụ thể của trải nghiệm, tạo cơ hội thể hiện hiểu biết của họ về vấn đề. HS phân tích và diễn giải các dữ liệu, trao đổi kiến thức và đưa ra các giải pháp khả thi. Đây cũng là cơ hội để giáo viên trực tiếp giới thiệu khái niệm. Sự giải thích của giáo viên sẽ giúp HS hiểu sâu hơn vấn đề, và đây là điểm mấu chốt của giai đoạn này. - Mở rộng: Giai đoạn thách thức hiểu biết và kỹ năng của HS, HS có cơ hội được mở rộng và củng cố những hiểu biết của mình về các khái niệm, kiến thức, giúp cải thiện 8
chúng. Qua các hoạt động, HS phát triển hiểu biết sâu và rộng hơn, có kỹ năng thuần thục hơn. - Đánh giá: Phân đoạn này khuyến khích HS tự đánh giá khả năng và hiểu biết của mình, GV có cơ hội đánh giá tiến trình người học so với việc hoàn thành mục tiêu giáo dục. HS phải trình bày giải pháp của họ nhằm giải quyết các vấn đề được đặt ra ban đầu, chứng minh sự hiểu biết của mình dựa trên kết quả các nhiệm vụ thực hiện. 1.2.3.2. Quy trình nghiên cứu khoa học Quy trình dạy học dựa trên nghiên cứu khoa học (tạm dịch từ thuật ngữ “research- based”) sử dụng nghiên cứu và thực nghiệm làm xương sống – tức là, vấn đề khoa học và giả thuyết được đặt ra, sau đó sẽ có bước thu thập số liệu bằng thực nghiệm và kiểm chứng giả thuyết. Quá trình này mô phỏng việc các nhà khoa học khám phá các kiến thức trước đây. Mô hình này sử dụng các bước tương tự như một nghiên cứu khoa học thực thụ: Đặt câu hỏi nghiên cứu Đề xuất giả thuyết Trải nghiệm Quan sát và ghi chép Phân tích Chia sẻ kết quả Hình 1.2. Tiến trình dạy học STEM theo hướng nghiên cứu khoa học [27] 1.3. Phát huy tính tích cực của học sinh trong dạy học theo định hƣớng giáo dục STEM 1.3.1. Định nghĩa tính tích cực Có nhiều cách hiểu khác nhau về tính tích cực, đó là: - Theo Ôkôn thì: tính tích cực là lòng mong muốn hành động được nảy sinh do các động lực thúc đẩy hoạt động, do các quyết định dứt khoát và do ý chí của HS. Điều kiện của tính tích cực được biểu hiện bởi các yếu tố: hình dung rõ mục đích (thỏa mãn lòng 9
ham học hỏi, hứng thú, say mê), đi đến quyết định, thực hiện, đạt tới mục đích [16]. Như vậy tính tích cực trong hoạt động dựa trên nhu cầu và hứng thú cá nhân. - Theo L.V. Relrova: “Tính tích cực là một hiện tượng sư phạm biểu hiện sự gắng sức cao về nhiều mặt trong hoạt động học tập” [21]. - Theo P.V Erdơniev: “Tính tích cực học tập thực chất là nói đến tính tích cực nhận thức” [22]. - Theo Trần Thị Tuyết Oanh: “Tính tích cực nhận thức là thái độ cải tạo của chủ thể đối với khách thể thông qua sự huy động ở mức độ cao các chức năng tâm lý nhằm giải quyết những nhiệm vụ học tập” [15]. Trong luận văn, tính tích cực được hiểu: Là một trạng thái tâm lý sẵn sàng của người học, thể hiện sự mong muốn giải quyết các vấn đề gắn với thực tiễn trên cơ sở tạo hứng thú – động cơ và nỗ lực nhận thức của cá nhân. 1.3.2. Biểu hiện tính tích cực của học sinh 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,… 10
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: [13] (a) Khát khao tìm kiếm kiến thức mới liên quan đến các lĩnh vực khoa học, 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 giáo viên 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. 1.3.3. Biện pháp phát huy tính tích cực của học sinh 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: [13] - 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. 1.4. Phát triển năng lực sáng tạo của học sinh theo định hƣớng giáo dục STEM 11
1.4.1. Khái niệm năng lực Có nhiều cách định nghĩa năng lực theo các phạm trù khả năng, hoạt động, phẩm chất, thuộc tính,… Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế Thế giới (OECD) quan niệm NL 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” [25]. Còn theo F. E. Weinert, NL 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. NL 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” [26]. Tài liệu hội thảo chương trình (CT) giáo dục phổ thông (GDPT) tổng thể trong CT GDPT mới của Bộ Giáo dục và Đào tạo (Bộ GD và ĐT) xếp NL vào phạm trù hoạt động khi giải thích: “NL là sự huy động tổng hợp các kiến thức, kỹ năng và các thuộc tính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, ý chí... để thực hiện một loại công việc trong một bối cảnh nhất định” [2]. Cách hiểu của Từ điển tiếng Việt: NL là: “phẩm chất tâm lí và sinh lí tạo cho con người khả năng hoàn thành một loại hoạt động nào đó với chất lượng cao” [23]. Cách hiểu của Trần Trọng Thủy và Nguyễn Quang Uẩn: “NL 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” [18]. Trong phạm vi luận văn, năng lực của HS được hiểu là tổng hợp các kiến thức và kỹ năng nhận thức sẵn có và có thể học được 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. 1.4.2. Khái niệm năng lực sáng tạo Theo Trần Thị Tuyết Oanh, “Sáng tạo là khả năng tạo ra những giá trị mới (kiến thức mới, giải pháp mới,…) mà sản phẩm của sự sáng tạo không thể suy ra từ cái đã biết bằng cách suy luận logic hay bắt chước” [15]. Như vậy, quan điểm của tác giả nhấn mạnh tính mới đối với sản phẩm của sự sáng tạo. Theo Đức Uy: “Sáng tạo là quá trình trở nên nhạy cảm đối với những khó khăn, khiếm khuyết, những lỗ hổng kiến thức, yếu tố còn thiếu, những bất ổn,…là quá trình xác định khó khăn, tìm kiếm giải pháp, đưa ra phỏng đoán, nêu lên những giả thuyết về sự khiếm khuyết, kiểm tra và tái kiểm tra những giả thuyết đó, có thể là cả điều chỉnh và kiểm tra lại những điều chỉnh đó và cuối cùng là truyền đạt kết quả” [22]. 12
Theo Phan Dũng, sáng tạo gồm hai ý chính là có tính mới (khác với cái cũ, cái đã biết) và có lợi ích (tốt, có giá trị hơn cái cũ, cái đã biết) [5,6]. Sáng tạo là khả năng tạo ra được cái mới (khác với cái cũ, cái đã biết), tuy nhiên vẫn không chối bỏ việc sáng tạo trên cơ sở cái cũ, cái đã biết để tạo ra những cái tốt, có giá trị hơn cái đã biết. Trong phạm vi luận văn, năng lực sáng tạo của HS được hiểu là: HS phát hiện được vấn đề từ thực tiễn, đề xuất giải pháp và thực hiện giải pháp mang lại hiệu quả. Các cấp độ của năng lực sáng tạo được thể hiện bằng sơ đồ hình 1.3. Năng lực sáng Năng lực sáng tạo ở mức Năng lực sáng tạo ở mức kiệt Năng lực sáng tạo ở mức cao trung bình xuất tạo ở mức thấp (tài năng sáng (có năng lực (thiên tài sáng tạo) sáng tạo) tạo) Hình 1.3. Các cấp độ của năng lực sáng tạo [7] 1.4.3. Biểu hiện năng lực sáng tạo của học sinh trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM Lacne đã chỉ ra 7 đặc trưng của hoạt động sáng tạo chung cho mọi lĩnh vực khoa học như sau: [9] - Có sự tự lực chuyển các tri thức và kỹ năng sang một tình huống mới gần hoặc xa, bên trong hay bên ngoài giữa các hệ thống kiến thức. - Nhìn thấy những vấn đề mới trong các điều kiện quen thuộc. - Nhìn thấy cấu trúc của đối tượng đang nghiên cứu. - Nhìn thấy chức năng mới của đối tượng quen biết. - Xây dựng phương án mới về nguyên tắc, khác với những phương pháp quen thuộc đã biết. - Nhìn thấy nhiều cách giải quyết có thể có, tiến hành giải quyết theo từng cách và lựa chọn cách tối ưu. - Tự lực kết hợp với các phương thức hoạt động đã biết, tạo thành cái mới. 13
Dựa vào định nghĩa năng lực sáng tạo, kết hợp cùng các đặc trưng của hoạt động sáng của Lacne đưa ra, chúng tôi nêu ra một số biểu hiện có năng lực sáng tạo trong hoạt động nhận thức của HS khi học theo định hướng giáo dục STEM như sau: [13] (a) Tự lực phát hiện vấn đề mới, tình huống mới từ những tình huống quen liên quan đến các ngành nghề kỹ thuật. (b) Nghiên cứu tổng quan các giải pháp kỹ thuật có sẵn, sau đó đưa ra bình luận, lật đi lật lại vấn đề, trao đổi, chất vấn với các HS khác, với giáo viên, với chuyên gia,…Từ đó đề xuất các giải pháp kỹ thuật mới, tối ưu trên cơ sở kế thừa các giải pháp kỹ thuật đã có. (c) Tự đề xuất các giải pháp kỹ thuật phù hợp đem lại hiệu quả cao mà không tham khảo các giải pháp đã có. (d) Tự truyền tải tri thức và kỹ năng từ lĩnh vực quen biết sang tình huống mới, vận dụng kiến thức đã học trong điều kiện mới, hoàn cảnh mới. (e) Nhận ra cấu trúc kỹ thuật, chức năng, bản chất của đối tượng kỹ thuật. Thực chất là bao quát nhanh chóng, đôi khi tức khắc, các bộ phận kỹ thuật, các yếu tố bản chất củ đối tượng kỹ thuật trong mối tương quan giữa chúng. (f) Đề xuất mô hình giả thuyết, đưa ra phương án thực nghiệm để kiểm tra giả thuyết hay hệ quả suy ra từ giả thuyết với hiệu quả cao nhất có thể được trong những điều kiện đã cho. (g) Tự thiết kế sơ đồ nguyên lý, bản vẽ kỉ thuật thể hiện cấu tạo, chức năng, của đối tượng kỹ thuật đang nghiên cứu. 1.4.4. Biện pháp phát triển năng lực sáng tạo của học sinh trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM Căn cứ vào các biểu hiện của năng lực sáng tạo, có thể chỉ ra một số biện pháp để phát huy năng lực sáng tạo của HS trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM được thể hiện qua bảng. Bảng 1.2. Biện pháp phát triển năng lực sáng tạo của học sinh Biện pháp Minh họa Tổ chức hoạt động sáng tạo gắn Vấn đề rác thải đô thị ngày càng tăng cao, liền với quá trình vận dụng kiến thức chôn lấp chiếm nhiều diện tích. Nhu cầu sử dụng Vật lý để giải quyết các vấn đề thực nguồn năng lượng tái tạo để hạn chế cạn kiệt tiễn liên quan đến ngành nghề kỹ nguồn tài nguyên và giảm thiểu ô nhiễm môi thuật, sáng tạo ra những sản phẩm, trường đang là vấn đề tất yếu. Do đó, khi dạy công cụ mới, có ích cho xã hội. đến bài nguyên lý của nhiệt động lực học, GV có thể tổ chức cho HS chế tạo động cơ Stirling. 14