Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Dạy học chủ đề elip – Toán 10 theo định hướng giáo dục STEM

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:69

Thêm vào BST

Báo xấu

2
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sáng kiến "Dạy học chủ đề elip – Toán 10 theo định hướng giáo dục STEM" nhằm mục đích góp phần cải thiện năng lực cho cả GV và HS. GV tìm hiểu kĩ hơn về phương pháp giáo dục STEM từ đó nâng cao năng lực chuyên môn. HS nhờ các hoạt động giải quyết vấn đề cũng được phát triển các năng lực đặc thù và năng lực chung, những kĩ năng mềm của người công dân toàn cầu trong thế kỉ XXI như tư duy phản biện và sáng tạo, kĩ năng diễn đạt và thuyết trình, kĩ năng trao đổi và cộng tác, liên kết các kiến thức đã học để giải quyết các vấn đề thực tế.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Dạy học chủ đề elip – Toán 10 theo định hướng giáo dục STEM

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGHỆ AN TRƯỜNG THPT QUỲ HỢP 3 =====  ===== SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM DẠY HỌC CHỦ ĐỀ ELIP – TOÁN 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM LĨNH VỰC: TOÁN HỌC Tên tác giả: 1. Vũ Thị Nghĩa 2. Nguyễn Thị Ngân Tổ bộ môn: Toán - Tin Số điện thoại: 035 623 6406 NĂM HỌC: 2023 – 2024 i
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ Science (khoa học), Technology (công nghệ), 1 STEM Engineering (kĩ thuật), Mathematics (toán học) 2 GDPT Giáo dục phổ thông 3 BGD&ĐT Bộ Giáo dục và Đào tạo 4 GV Giáo viên 5 HS Học sinh 6 CNTT Công nghệ thông tin 7 THPT Trung học phổ thông 8 THCS Trung học cơ sở 9 SGK Sách giáo khoa 10 PPDH Phương pháp dạy học 11 TNSP Thực nghiệm sư phạm 12 SKKN Sáng kiến kinh nghiệm ii
MỤC LỤC Trang PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ .......................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................ 1 2. Mục đích nghiên cứu .......................................................................................... 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................... 2 4. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 3 5. Dự kiến những đóng góp của đề tài ................................................................... 3 6. Tính mới, tính sáng tạo của đề tài ...................................................................... 3 PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................................. 4 CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ CƠ SỞ THỰC TIỄN ................................ 4 I. CƠ SỞ LÝ LUẬN ................................................................................................. 4 1. Một số vấn đề cơ bản về giáo dục STEM .......................................................... 4 1.1. Thuật ngữ STEM .......................................................................................... 4 1.2. Giáo dục STEM ............................................................................................ 4 1.2.1. Khái niệm giáo dục STEM ........................................................................ 4 1.2.2. Mục tiêu của giáo dục STEM .................................................................... 5 1.2.3. Vai trò, ý nghĩa của giáo dục STEM trong trường phổ thông .................. 5 1.3. Quy trình thiết kế kĩ thuật............................................................................. 6 1.4. Dạy học các môn khoa học theo bài học STEM .......................................... 9 2. Xây dựng và thực hiện bài dạy STEM ............................................................. 11 2.1. Quy trình xây dựng bài dạy STEM ............................................................ 11 2.1.1 Lựa chọn nội dung dạy học ...................................................................... 11 2.1.2 Xác định vấn đề cần giải quyết ................................................................ 11 2.1.3 Xây dựng tiêu chí sản phẩm/giải pháp giải quyết vấn đề ........................ 11 2.1.4. Thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học ......................................... 12 2.2. Thiết kế tiến trình dạy học .......................................................................... 12 2.2.1. Xác định vấn đề thiết kế, chế tạo............................................................. 12 2.2.2. Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp thiết kế ......................... 13 2.2.3. Lựa chọn giải pháp thiết kế ..................................................................... 13 2.2.4. Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá ..................................................... 14 iii
2.2.5. Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh.................................................................. 14 2.3. Đánh giá bài dạy STEM ............................................................................. 15 2.3.1. Đánh giá kế hoạch và tài liệu dạy học bài dạy STEM ............................ 15 2.3.2. Tổ chức hoạt động học cho HS trong bài dạy STEM ............................. 15 2.3.3 Hoạt động học của HS trong bài dạy STEM ............................................ 15 2.4. Đánh giá kết quả học tập ............................................................................ 16 2.4.1 Định hướng về hình thức đánh giá ........................................................... 16 2.4.2. Định hướng về phương pháp và công cụ đánh giá.................................. 16 2.4.3 Một số công cụ đánh giá........................................................................... 18 3. Mã QR .............................................................................................................. 19 II. CƠ SỞ THỰC TIỄN .......................................................................................... 20 1. Các kiến thức về elip ........................................................................................ 20 1.1. Định nghĩa đường elip ................................................................................ 20 1.2. Phương trình chính tắc của elip .................................................................. 20 1.3. Tâm sai của elip .......................................................................................... 20 1.4. Tính đối xứng của elip................................................................................ 20 1.5. Hình chữ nhật cơ sở .................................................................................... 20 1.6. Đường chuẩn của elip ................................................................................. 20 2. Khảo sát phỏng vấn điều tra GV và HS ........................................................... 20 2.1. Phiếu khảo sát ............................................................................................. 20 2.2. Kết quả khảo sát ......................................................................................... 23 3. Thực trạng dạy và học các nội dung chủ đề elip – Toán 10 theo định hướng giáo dục STEM tại trường THPT Quỳ Hợp 3 hiện nay ....................................... 25 4. Đề xuất phương án ........................................................................................... 25 CHƯƠNG II: DẠY HỌC CHỦ ĐỀ ELIP – TOÁN 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM ................................................................................................ 26 1. Xây dựng bài học STEM .................................................................................. 26 1.1. Bước 1: Lựa chọn nội dung dạy học .......................................................... 26 1.2. Bước 2: Xác định vấn đề cần giải quyết..................................................... 26 1.4. Bước 4: Thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học .............................. 28 2. Thực hiện bài học STEM ................................................................................. 29 2.1. Hoạt động 1: Xác định vấn đề thiết kế, chế tạo.......................................... 29 iv
2.2. Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp thiết kế ..... 31 2.3. Hoạt động 3: Lựa chọn giải pháp ............................................................... 35 2.4. Hoạt động 4: Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá .................................. 37 2.5. Hoạt động 5: Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh............................................... 39 3. Đánh giá kết quả học tập .................................................................................. 40 4. Khảo sát sự cấp thiết và tính khả thi của các giải pháp.................................... 40 4.1. Mục đích khảo sát ....................................................................................... 40 4.2. Nội dung khảo sát ....................................................................................... 41 4.3. Phương pháp khảo sát và thang đánh giá ................................................... 41 4.4. Đối tượng khảo sát ..................................................................................... 42 4.5. Kết quả khảo sát ......................................................................................... 42 CHƯƠNG III: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ..................................................... 45 1. Mục đích, nhiệm vụ TNSP ............................................................................... 45 1.1. Mục đích thực nghiệm ................................................................................ 45 1.2. Nhiệm vụ TNSP ......................................................................................... 45 2. Cách tiến hành .................................................................................................. 45 2.1. Chọn đối tượng TNSP ................................................................................ 45 2.2. Nội dung TNSP .......................................................................................... 45 3. Kết quả thực nghiệm sư phạm .......................................................................... 45 PHẦN III: KẾT LUẬN ......................................................................................... 47 1. Khả năng ứng dụng của đề tài .......................................................................... 47 2. Một số đề xuất .................................................................................................. 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 48 PHỤ LỤC ............................................................................................................... 49 Phụ lục 1: Rubic đánh giá bản vẽ kĩ thuật ............................................................ 49 Phụ lục 2: Rubic đánh giá sản phẩm mô hình sân vận động gắn mã QR ............ 50 Phụ lục 3: Rubic đánh giá bài báo cáo ................................................................ 51 Phụ lục 4 : Rubic đánh giá quá trình làm việc nhóm .......................................... 52 Phụ lục 5: Bài kiểm tra 15’ chủ đề elip ................................................................ 53 Phụ lục 6: Phiếu khảo sát sự cấp thiết và tính khả thi ......................................... 54 Phụ lục 7: Một số hình ảnh trong quá trình học chủ đề elip - Toán 10 theo định hướng giáo dục STEM ......................................................................................... 56 v
PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ 1. Lý do chọn đề tài Hiện nay, giáo dục STEM là một phương pháp giáo dục đang nhận được rất nhiều sự chú ý. Phương pháp giáo dục STEM được áp dụng tích cực trong các chương trình giáo dục ở các nước phát triển (như Mỹ, Đức, Pháp, Nhật Bản, …). Tại Việt Nam, giáo dục STEM cũng đang được BGD&ĐT định hướng để phát triển cho các em HS, sinh viên trong những năm gần đây. Trong công văn số 3089, BGD&ĐT đã yêu cầu các Sở triển khai thực hiện giáo dục STEM trong giáo dục trung học. Thông qua giáo dục STEM góp phần hình thành phẩm chất, năng lực cho HS, tăng cường năng lực tiếp cận cuộc cách mạng khoa học lần thứ tư, góp phần thực hiện mục tiêu của chương trình GDPT 2018. Theo Chương trình GDPT môn Toán được ban hành kèm theo thông tư số 32/208/TT-BGDĐT ngày 26/12/2018 của Bộ trưởng BGD&ĐT: “Môn toán ở trường phổ thông góp phần hình thành và phát triển các phẩm chất chủ yếu, năng lực chung và năng lực toán học cho HS, phát triển kiến thức, kĩ năng then chốt và tạo cơ hội để học sinh được trải nghiệm, vận dụng toán học vào thực tiễn, tạo lập sự kết nối giữa các ý tưởng toán học, giữa toán học với thực tiễn, giữa toán học với các môn học và hoạt động giáo dục khác, đặc biệt với các môn Khoa học, Khoa học tự nhiên, Vật lý, Hoá học, Sinh học, Công nghệ, Tin học để thực hiện giáo dục STEM”. Như vậy hoạt động giáo dục STEM trong Toán học là một trong những hoạt động dạy học giúp HS phát triển kiến thức và hình thành năng lực hiệu quả. Giáo dục hiện đại chuyển từ dạy học tiếp cận nội dung sang tiếp cận năng lực là một xu hướng đem lại hiệu quả cao trong giáo dục nhưng cũng đòi hỏi người dạy và người học đều phải thay đổi cách dạy và cách học, phải thực hiện thành công việc chuyển từ phương pháp dạy học theo lối “truyền thụ một chiều” sang dạy cách học, cách vận dụng kiến thức, rèn luyện kĩ năng, hình thành năng lực và phẩm chất. Giáo dục STEM với nhiệm vụ cung cấp các kiến thức và kĩ năng cần thiết cho HS thế kỉ XXI sẽ là mô hình giáo dục diện rộng trong tương lai gần của thế giới. Giáo dục STEM là phương pháp giáo dục tích hợp 4 bộ môn, bao gồm Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật) và Mathematics (Toán học). Điểm đặc biệt của phương pháp này là cách tiếp cận liên ngành trong quá trình học và lồng ghép các kiến thức lí thuyết trong bối cảnh thực tiễn. Nhờ vậy, HS có cái nhìn vừa đa chiều vừa có tính ứng dụng cao. STEM cho phép ứng dụng học tập vào các tình huống thực tế trong cuộc sống, thúc đẩy HS, truyền cảm hứng học tập, làm cho việc học trở thành một trải nghiệm thú vị. Giáo dục STEM đề cao đến việc hình thành và phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho người học. Trong mỗi bài học theo chủ đề STEM, HS được đặt trước một tình huống có vấn đề thực tiễn cần giải quyết liên quan đến các kiến thức khoa học. Để giải quyết vấn đề đó, HS phải tìm tòi, nghiên cứu những kiến thức thuộc các môn học có liên quan đến vấn đề (qua SGK, học liệu, thiết bị thí nghiệm, thiết bị công nghệ) và sử dụng chúng để giải quyết vấn đề đặt ra. Các kiến thức và kỹ năng này phải được tích hợp, lồng ghép và bổ trợ cho nhau giúp 1
HS không chỉ hiểu biết về nguyên lý mà còn có thể thực hành và tạo ra được những sản phẩm trong cuộc sống hằng ngày. Như vậy việc đưa giáo dục STEM vào trường phổ thông mang lại nhiều ý nghĩa, phù hợp với định hướng đổi mới GDPT. Cụ thể là đảm bảo giáo dục toàn diện, nâng cao hứng thú học tập các môn học thuộc lĩnh vực STEM, hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho HS, kết nối trường học với cộng đồng và hướng nghiệp, phân luồng. Thực trạng tại trường THPT Quỳ Hợp 3, khả năng tiếp thu của đa số HS còn hạn chế, rất ít em đam mê, hứng thú học tập hoặc chỉ học trên lý thuyết khô khan, ít biết vận dụng vào trong thực tế, chưa được chú trọng nhiều trong việc phát triển các năng lực. Trong chương trình GDPT 2018, elip là chủ đề được giới thiệu chính thức trong chương trình Toán 10, đồng thời được giới thiệu thêm trong chuyên đề : “Ba đường conic và ứng dụng”. Thực tế elip có rất nhiều ứng dụng như trong công nghệ,y học, thiết kế logo quảng cáo, thiết bị nội thất, kiến trúc xây dựng… Với mong muốn đem lại cho các em những bài giảng sinh động, hấp dẫn, giúp các em học hình học một cách dễ dàng hơn lại nhận thấy sự phù hợp giữa những ưu điểm nổi bật của phương pháp dạy học theo định hướng STEM với những ứng dụng phổ biến của elip trong thực tế hay những khó khăn khi giảng dạy chủ đề elip – toán 10, chúng tôi lựa chọn nghiên cứu đề tài “ Dạy học chủ đề elip – Toán 10 theo định hướng giáo dục STEM”. 2. Mục đích nghiên cứu Sáng kiến dạy học chủ đề elip - Toán 10 theo định hướng giáo dục STEM nhằm góp phần thực hiện chương trình GDPT 2018, hưởng ứng phong trào đổi mới phương pháp dạy học, hình thức tổ chức dạy học để chuyển từ chủ yếu quan tâm đến việc cung cấp kiến thức sang việc quan tâm hình thành, phát triển các năng lực, phẩm chất người học, phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo của HS, tăng cường kĩ năng thực hành thông qua việc thiết kế các sản phẩm liên quan đến bài học. Sáng kiến cũng nhằm mục đích góp phần cải thiện năng lực cho cả GV và HS. GV tìm hiểu kĩ hơn về phương pháp giáo dục STEM từ đó nâng cao năng lực chuyên môn. HS nhờ các hoạt động giải quyết vấn đề cũng được phát triển các năng lực đặc thù và năng lực chung, những kĩ năng mềm của người công dân toàn cầu trong thế kỉ XXI như tư duy phản biện và sáng tạo, kĩ năng diễn đạt và thuyết trình, kĩ năng trao đổi và cộng tác, liên kết các kiến thức đã học để giải quyết các vấn đề thực tế. Đồng thời giúp nâng cao năng lực số cho cả GV và HS. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đề tài được tiến hành với đối tượng nghiên cứu là 42 học sinh lớp 10C1 trường THPT Quỳ Hợp 3 năm học 2023 – 2024. Phạm vi nghiên cứu: phần “I. Đường elip” bài “Ba đường conic” SGK Toán 10 và bài “Elip” sách Chuyên đề học tập Toán 10” – Cánh diều. Tham khảo các kiến thức về elip trong các bộ sách “Kết nối tri thức với cuộc sống”, “ Chân trời sáng tạo”. 2
4. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lý luận: qua tài liệu, sách tham khảo, qua các luận văn, bài báo khoa học trên internet về giáo dục STEM. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: qua SGK Toán 10, sách Chuyên đề học tập Toán 10, qua các công văn của Bộ, Sở về hướng dẫn thực hiện STEM. Phương pháp thực nghiệm sư phạm: thực nghiệm sư phạm tại trường để kiểm tra tính hiệu quả việc áp dụng phương pháp dạy học theo định hướng giáo dục STEM trong dạy học chủ đề elip. Phương pháp đúc kết kinh nghiệm giáo dục: từ kinh nghiệm thực tiễn qua các năm giảng dạy của bản thân và học hỏi từ đồng nghiệp. Phương pháp điều tra, quan sát: Thiết kế phiếu điều tra, khảo sát từ GV và HS trên Google Form, dự giờ đồng nghiệp, tiếp nhận những góp ý của GV và HS về bài dạy, phân tích số liệu thu được và rút ra kết luận. 5. Dự kiến những đóng góp của đề tài Đề tài góp phần định hướng cách dạy và học chủ đề elip – Toán 10 theo định hướng giáo dục STEM bằng phương pháp khoa học và kĩ thuật dạy học tích cực, phát huy tính chủ động, ham tìm tòi, khám phá của HS, phát huy phẩm chất và năng lực của người học. Đồng thời cung cấp nguồn học liệu làm tài liệu tham khảo cho GV và HS khi dạy học về elip. Đề tài cũng góp phần nhỏ giúp định hướng nghề nghiệp và phát triển kĩ năng công nghệ thông tin của HS, giúp HS nhận thấy được tính thiết thực của toán học trong thực tế, góp phần làm cho dạy học theo định hướng giáo dục STEM trong nhà trường trở nên phổ biến hơn. 6. Tính mới, tính sáng tạo của đề tài Giáo dục STEM xuất hiện ở Việt Nam trong mấy năm trở lại đây, hiện mới đang ở bước truyền thông và mang tính thử nghiệm, chưa thực sự trở thành một hoạt động giáo dục chính thức trong trường phổ thông, hoặc nếu có thì còn rất ít trường thực hiện. Đặc biệt là với môn toán, một môn học khó áp dụng STEM trong giảng dạy nếu cho toán là thành tố trung tâm. Chúng tôi chọn dạy học chủ đề elip theo định hướng giáo dục STEM nhằm góp phần đưa phương pháp giáo dục STEM trở nên gần gũi hơn với thầy cô và HS trong nhà trường. HS được phát triển năng lực số, được truyền cảm hứng trong học tập toán thông qua thực hành làm các sản phẩm liên quan thực tế. Đây là một mục tiêu trong chương trình GDPT 2018 mà GV phải hình thành và phát triển cho HS. HS biết sử dụng các thiết bị hiện đại trong việc học, biết sử dụng máy tính cũng như biết khai thác tài nguyên, học liệu giúp việc học trở nên dễ dàng hơn. 3
PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ CƠ SỞ THỰC TIỄN I. CƠ SỞ LÝ LUẬN 1. Một số vấn đề cơ bản về giáo dục STEM 1.1. Thuật ngữ STEM STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học). Thuật ngữ này được sử dụng khi đề cập đến các chính sách phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học của mỗi quốc gia. Hiện nay, thuật ngữ này được dùng chủ yếu trong hai ngữ cảnh là giáo dục và nghề nghiệp. Trong ngữ cảnh giáo dục, đề cập tới STEM là muốn nhấn mạnh đến sự quan tâm của nền giáo dục đối với các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học; chú trọng đến dạy học các môn học STEM theo tiếp cận tích hợp liên môn, gắn với thực tiễn, hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực người học. Trong ngữ cảnh nghề nghiệp, STEM được sử dụng khi đề cập tới ngành nghề thuộc hoặc liên quan tới các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học. Đây là những ngành nghề có vai trò quyết định tới sức cạnh tranh của một nền kinh tế, đang và sẽ có nhu cầu cao trong xã hội hiện đại. 1.2. Giáo dục STEM 1.2.1. Khái niệm giáo dục STEM Theo Chương trình GDPT 2018, giáo dục STEM là mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp HS áp dụng các kiến thức khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học vào giải quyết một số vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể. Khi chủ đề tích hợp liên môn không chỉ liên quan tới khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán, mà còn quan tâm lồng ghép nghệ thuật và nhân văn (Art) thì sẽ có giáo dục STEAM. Theo đó, giáo dục STEM là một phương thức giáo dục nhằm trang bị cho HS những kiến thức khoa học gắn liền với ứng dụng của chúng trong thực tiễn. Nhìn chung, khi đề cập tới STEM, giáo dục STEM, có hai cách hiểu sau đây: Một là, tư tưởng (chiến lược, định hướng) giáo dục, bên cạnh định hướng giáo dục toàn diện, thúc đẩy giáo dục 4 lĩnh vực: Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học với mục tiêu “định hướng và chuẩn bị nguồn nhân lực đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các ngành nghề liên quan tới các lĩnh vực STEM, nhờ đó, nâng cao sức cạnh tranh của nền kinh tế”. Hai là, phương pháp tiếp cận liên môn (khoa học, công nghệ, kĩ thuật, toán) trong dạy học với mục tiêu: nâng cao hứng thú học tập các môn học thuộc lĩnh vực STEM; 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, phẩm chất cho người học. 4
1.2.2. Mục tiêu của giáo dục STEM GDPT giúp HS làm chủ kiến thức phổ thông, biết vận dụng hiệu quả kiến thức, kĩ năng đã học vào đời sống và tự học suốt đời, có định hướng lựa chọn nghề nghiệp phù hợp, biết xây dựng và phát triển hài hoà các mối quan hệ xã hội, có cá tính, nhân cách và đời sống tâm hồn phong phú, nhờ đó có được cuộc sống có ý nghĩa và đóng góp tích cực vào sự phát triển của đất nước và nhân loại. Cũng như các hoạt động giáo dục khác trong nhà trường, giáo dục STEM là một trong những hoạt động giáo dục góp phần thực hiện mục tiêu giáo dục tổng quát và toàn diện nêu trên của chương trình GDPT. Trong đó, giáo dục STEM là một trong những hoạt động giáo dục hiệu quả trong việc hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực cho HS. Một cách tổng quát, giáo dục STEM trong trường phổ thông hướng tới mục tiêu thúc đẩy giáo dục các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học trên tất cả các phương diện về chương trình, đội ngũ GV, cơ sở vật chất và chính sách; nâng cao nhận thức của nhà trường, xã hội về vai trò, ý nghĩa của các môn học thuộc lĩnh vực STEM trong trường phổ thông; thu hút sự quan tâm, nâng cao hứng thú và chất lượng học tập của HS về những môn học này; kết hợp với hoạt động giáo dục hướng nghiệp và định hướng phân luồng, nâng cao tỉ lệ HS có xu hướng lựa chọn nghề nghiệp thuộc các lĩnh vực STEM, đáp ứng yêu cầu về nguồn nhân lực STEM cho sự nghiệp công nghiệp hóa - hiện đại hóa của đất nước. 1.2.3. Vai trò, ý nghĩa của giáo dục STEM trong trường phổ thông Việc đưa giáo dục STEM vào trường phổ thông mang lại nhiều ý nghĩa, phù hợp với định hướng đổi mới GDPT. Cụ thể là: - Đảm bảo giáo dục toàn diện: Thực tiễn triển khai dạy học các môn học thuộc lĩnh vực STEM ở phổ thông cho thấy, có sự khác biệt về vai trò, vị trí giữa các môn học này. Cụ thể, toán và khoa học là những lĩnh vực được quan tâm, đầu tư. Trong khi đó, công nghệ và kĩ thuật chưa được quan tâm đúng mức. Trong bối cảnh cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, với tinh thần đổi mới của Chương trình GDPT 2018, vấn đề này cần phải được giải quyết triệt để. Một trong những giải pháp là thúc đẩy giáo dục STEM trong nhà trường phổ thông. Triển khai giáo dục STEM ở nhà trường, bên cạnh duy trì sự quan tâm các môn học thuộc lĩnh vực toán, khoa học, các lĩnh vực công nghệ, kĩ thuật cũng sẽ được quan tâm, đầu tư trên tất cả các phương diện về đội ngũ GV, chương trình, cơ sở vật chất để giáo dục STEM đạt hiệu quả mong muốn. - Nâng cao hứng thú học tập các môn học thuộc lĩnh vực STEM: Hứng thú học tập là một trong những yếu tố tâm lí đặc biệt quan trọng trong học tập, góp phần hình thành và phát triển năng lực HS. Nhờ có hứng thú HS sẽ tự giác và tích cực trong học tập và đó cũng là mầm mống của sáng tạo. Hứng thú học tập môn học nào đó không chỉ ảnh hưởng tích cực tới thành tích học tập của môn học đó, mà còn là yếu tố ảnh hưởng rất lớn tới xu hướng lựa chọn nghề nghiệp của HS sau khi kết thúc giai đoạn GDPT. Các hoạt động giáo dục STEM hướng tới việc vận dụng kiến thức 5
liên môn để giải quyết các vấn đề thực tiễn, HS được hoạt động, trải nghiệm và thấy được ý nghĩa của tri thức với cuộc sống, nhờ đó sẽ nâng cao hứng thú học tập của HS đối với các môn học thuộc lĩnh vực STEM và xuất hiện xu hướng lựa chọn nghề nghiệp phù hợp. - Hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho HS: Dạy học phát triển năng lực, phẩm chất HS là một trong những tư tưởng đổi mới chủ đạo của giáo dục và đào tạo Việt Nam. Đối với GDPT, tư tưởng này được thể hiện đầy đủ và toàn diện trong Chương trình GDPT 2018. Có nhiều phương thức để phát triển phẩm chất, năng lực cho người học, trong đó giáo dục STEM là một trong những phương thức phù hợp và rất hiệu quả. Khi triển khai các bài dạy STEM, HS được hợp tác với nhau, chủ động và tự lực thực hiện các nhiệm vụ học; được làm quen với hoạt động có tính chất nghiên cứu khoa học, kĩ thuật. Các hoạt động nêu trên góp phần tích cực vào hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực cho HS. Đó là các năng lực chung cốt lõi (tự chủ và tự học, giao tiếp và hợp tác, giải quyết vấn đề và sáng tạo); các năng lực đặc thù như năng lực toán học, năng lực khoa học, năng lực công nghệ và năng lực tin học. - Kết nối trường học với cộng đồng: Việc kết nối với xã hội là cần thiết để khai thác nguồn lực, để giúp HS có những trải nghiệm thực tiễn xã hội thay vì chỉ khu trú trong khuôn viên nhà trường. Để đảm bảo triển khai hiệu quả giáo dục STEM, cơ sở GDPT cần kết nối với các cơ sở giáo dục nghề nghiệp, giáo dục đại học, cơ sở nghiên cứu, cơ sở sản xuất tại địa phương nhằm khai thác nguồn lực về con người, cơ sở vật chất, tài chính 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: Hướng nghiệp và phân luồng là một trong những vấn đề rất quan trọng của GDPT. Triển khai tốt hoạt động này, không chỉ giúp HS lựa chọn được nghề nghiệp phù hợp với bản thân và gia đình, mà còn giúp định hướng lực lượng lao động cho những ngành nghề xã hội đang có nhu cầu. Với mục tiêu ban đầu của giáo dục STEM là phát triển nguồn nhân lực thuộc các lĩnh vực này, thì giáo dục STEM ở trường phổ thông phải kết nối chặt chẽ với giáo dục hướng nghiệp và phân luồng. Tổ chức tốt giáo dục STEM ở trường phổ thông, HS 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. Qua đó, HS có được lựa chọn nghề nghiệp đúng đắn. Thực hiện tốt giáo dục STEM ở trường phổ thông cũng là cách thức thu hút HS 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. 1.3. Quy trình thiết kế kĩ thuật Thiết kế kĩ thuật là quá trình phát hiện nhu cầu, vấn đề cần giải quyết, cần đổi mới trong thực tiễn; đề xuất giải pháp kĩ thuật công nghệ đáp ứng nhu cầu, giải quyết vấn đề đặt ra; hiện thực hoá giải pháp kĩ thuật, công nghệ; thử nghiệm và đánh giá 6
Sơ đồ quy trình thiết kế kĩ thuật trong giáo dục STEM: Xác định vấn đề Tìm hiểu tổng quan Xác định yêu cầu Đề xuất, đánh giá, lựa chọn giải pháp Thay đổi thiết kế, nguyên mẫu, kiểm chứng giải Xây dựng nguyên mẫu cho giải pháp pháp mới Kiểm chứng giải pháp Đáp ứng Một phần hoặc không yêu cầu đáp ứng yêu cầu Công bố kết quả mức độ đáp ứng nhu cầu, vấn đề đặt ra. Quá trình trên được thực hiện trên cơ sở xem xét đầy đủ các khía cạnh về tài nguyên, môi trường, kinh tế và nhân văn. Nội dung cụ thể của các bước trong quy trình thiết kế kĩ thuật gồm: Xác định vấn đề: Đây là xuất phát điểm của quá trình thiết kế kĩ thuật. Kết thúc bước này, cần phải trả lời rõ ràng các câu hỏi: Vấn đề/nhu cầu cần giải quyết là gì? Ai đang gặp vấn đề hay có nhu cầu cần giải quyết? Tại sao vấn đề hay nhu cầu đó cần giải quyết? Vấn đề, nhu cầu có thể được xác định thông qua quan sát thế giới tự nhiên, môi trường sống của con người, qua đọc tài liệu, qua khảo sát nhu cầu, qua trao đổi và giao tiếp để phát hiện (có khi tình cờ) những tồn tại chưa được giải quyết hay cần cải tiến, những mong muốn của con người trong từng bối cảnh cụ thể. Nghiên cứu tổng quan:Việc tìm hiểu tổng quan sẽ thừa hưởng kinh nghiệm của người khác, tránh được các sai lầm khi nghiên cứu. Có một số vấn đề cần tìm hiểu trong giai đoạn này như: Vấn đề, nhu cầu đã được giải quyết chưa; nếu được giải quyết rồi, các sản phẩm đó có ưu điểm, hạn chế gì; kiến thức, kĩ năng liên quan tới vấn đề bao gồm những gì và như thế nào... Thông tin tìm hiểu tổng quan có thể được thực hiện thông qua đọc các thông tin chung trong từ điển, bách khoa toàn thư, SGK cho các từ khóa của vấn đề; đọc các tài liệu kĩ thuật về các sản phẩm đã có; trao đổi trực tiếp với người dùng, với các chuyên gia; việc tham gia các diễn đàn liên 7
quan tới vấn đề cần giải quyết; qua tìm kiếm, sử dụng các thông tin trên internet ... Xác định yêu cầu: Giai đoạn này đề xuất những yêu cầu, tiêu chí thiết kế cần phải đạt được. Một trong những cách xây dựng đề xuất tiêu chí là dựa vào sự phân tích các quy trình, giải pháp hay các sản phẩm đang có. Yêu cầu, tiêu chí cần được xác định và phát biểu rõ ràng. Yêu cầu của một sản phẩm thường được thể hiện thông qua các chức năng, tiêu chuẩn thực hiện của mỗi chức năng; các giới hạn về đặc điểm vật lí (kích thước, khối lượng...); những vấn đề cần quan tâm về tài chính, bảo vệ môi trường, an toàn, thẩm mĩ... (nếu có). Đề xuất, đánh giá và lựa chọn giải pháp: Với yêu cầu và tiêu chí đã đặt ra, luôn luôn có nhiều giải pháp tốt để giải quyết. Nếu chỉ tập trung vào một giải pháp, rất có thể đã bỏ qua các giải pháp tốt hơn. Do vậy, trong giai đoạn này, trước hết cần đề xuất số lượng tối đa các giải pháp có thể, bám sát với yêu cầu, tiêu chí đã nêu. Để đề xuất các giải pháp thường sử dụng phương pháp công não (brain storming) kết hợp với sử dụng các công cụ hỗ trợ tư duy. Trên cơ sở các giải pháp đã đề xuất ở trên, cần xem xét và đánh giá một cách toàn diện về mức độ phù hợp với yêu cầu, tiêu chí đã đặt ra cho sản phẩm đã xác định trước đó. Trên cơ sở đó, lựa chọn giải pháp tốt nhất và phù hợp nhất với yêu cầu đặt ra. Việc lựa chọn giải pháp cũng cần căn cứ vào bối cảnh về điều kiện kinh tế, công nghệ, trang thiết bị và nhân lực thực hiện dự án kĩ thuật. Mặc dù đã được chọn, giải pháp thực hiện cũng cần xem xét lại để cải tiến, hoàn thiện. Đây là một việc quan trọng và cần được xem xét thường xuyên. Ngay cả khi hoàn thiện và đưa tới khách hàng vẫn có thể nghĩ tới việc hoàn thiện nó trong những nghiên cứu tiếp theo. Trong bước này, cần tự đặt và trả lời các câu hỏi dạng như: Ưu điểm lớn nhất của giải pháp là gì, hạn chế còn tồn tại của giải pháp là gì, có cách nào khắc phục hạn chế đó... Xây dựng nguyên mẫu: Mẫu sản phẩm được xem như là phiên bản “hoạt động” dựa trên giải pháp. Thường thì nó được chế tạo bởi các vật liệu không giống với sản phẩm cuối cùng, và vì vậy, chưa cần quan tâm tới tính mỹ thuật của sản phẩm. Mẫu này sẽ được xem xét, đánh giá, kiểm tra có đáp ứng các yêu cầu, tiêu chí đã đặt ra cho sản phẩm hay chưa. Tạo nguyên mẫu có thể liên quan đến việc sử dụng các vật liệu có sẵn, kết cấu, các dụng cụ, các mô đun chức năng, các kĩ thuật khác giúp hiện thực hóa giải pháp nhanh chóng và ít tốn kém. Kiểm chứng giải pháp: Quá trình hoàn thiện thiết kế liên quan tới các hoạt động có tính lặp lại hướng tới việc có một sản phẩm tốt nhất. Một trong số đó là: Đánh giá giải pháp – tìm kiếm lỗi và thay đổi; Đánh giá giải pháp mới - tìm kiếm lỗi mới và thay đổi... trước khi kết luận về bản thiết kế cuối cùng. Tại thời điểm này, nguyên mẫu sẽ được thử nghiệm để đánh giá mức độ đáp ứng các yêu cầu đặt ra cho sản phẩm (thường có sự tham gia của người sử dụng). Trên cơ sở đó, điều chỉnh, hoàn thiện giải pháp cho tới khi thỏa mãn các yêu cầu. Trong quá trình thử nghiệm, nếu giải pháp đề xuất chỉ đáp ứng một phần, hoặc không đáp ứng được các yêu cầu đặt ra, cần điều chỉnh giải pháp, nguyên mẫu để thử nghiệm lại. Trong một số trường hợp, có thể công bố kết quả với những hạn chế của nguyên mẫu ở mức chấp nhận 8
được và kết thúc quá trình thiết kế kĩ thuật. Công bố kết quả: Kết thúc quy trình kĩ thuật, một sản phẩm, một giải pháp được hoàn thiện đáp ứng yêu cầu cho trước giải quyết vấn đề hay nhu cầu trong thực tiễn. Bước cuối cùng này có ý nghĩa công bố kết quả đạt được của nghiên cứu. 1.4. Dạy học các môn khoa học theo bài học STEM Ở trường phổ thông hiện nay, chúng ta có thể có các hình thức tổ chức giáo dục STEM như sau: - Hình thức 1: Dạy học các môn khoa học theo bài học STEM (các bài học STEM được thiết kế và triển khai trong quá trình dạy học các môn khoa học như Toán học, Vật lí, Hoá học, Sinh học, Công nghệ, Tin học). Đây là hình thức được tổ chức dạy học trong nhà trường, do các GV phụ trách các môn khoa học triển khai trong quá trình dạy môn học đó, hoặc dạy học liên môn. Nội dung các chủ đề STEM bám sát nội dung chương trình SGK hoặc lồng ghép trong nội dung bài học trên lớp. - Hình thức 2: Tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM (câu lạc bộ hoặc các hoạt động trải nghiệm thực tế, thư viện học liệu số, thí nghiệm ảo, mô phỏng, phần mềm học tập). Hình thức này được tổ chức dựa trên sự chung tay của nhà trường với các tổ chức, doanh nghiệp hoặc các cơ sở giáo dục liên doanh, liên kết. - Hình thức 3: Hoạt động nghiên cứu khoa học, kĩ thuật (ngày hội STEM hoặc các cuộc thi khoa học kĩ thuật thực hiện dưới dạng đề tài/dự án có sự hướng dẫn của GV hoặc nhà khoa học có chuyên môn phù hợp). Hoạt động nghiên cứu khoa học này thường dành cho những em HS có năng lực, đam mê nghiên cứu và hứng thú với những trải nghiệm tìm tòi, khám phá khoa học, kĩ thuật để vận dụng vào giải quyết một vấn đề thực tiễn, thiết thực nào đó. Trong khuôn khổ của sáng kiến này, chúng tôi chỉ đề cập đến dạy học các môn khoa học theo bài học STEM. Dạy học các môn khoa học theo bài học STEM là quá trình dạy học dưới sự tổ chức của GV, HS chủ động thực hiện các hoạt động học tập trong một không gian, thời gian cụ thể để giải quyết các vấn đề thực tiễn trên cơ sở vận dụng kiến thức, kĩ năng trong các lĩnh vực STEM, góp phần hình thành phát triển phẩm chất và năng lực cho HS. Đây là hình thức tổ chức giáo dục STEM chủ yếu trong nhà trường. Theo cách này, các bài dạy STEM được triển khai ngay trong quá trình dạy học các môn học thuộc lĩnh vực STEM theo tiếp cận nội môn hoặc liên môn. Căn cứ vào cơ sở lý thuyết áp dụng, bài dạy STEM có thể được chia làm hai loại gồm: bài dạy STEM khoa học và bài dạy STEM kĩ thuật. Bài dạy STEM khoa học: Là bài dạy STEM được thiết kế dựa trên quy trình khoa học. Bài dạy STEM khoa học hướng tới tìm tòi, khám phá bản chất, quy luật của sự vật hiện tượng trong thế giới tự nhiên. Bài dạy STEM khoa học được sử dụng chủ yếu trong các môn Khoa học tự nhiên (ở THCS) và các môn Vật lí, Hóa học, Sinh học (ở THPT) và được sử dụng chủ yếu trong hoạt động hình thành kiến thức 9
mới của bài học. Bài dạy STEM khoa học bao gồm 5 hoạt động chính, phản ánh được những bước chính trong quy trình khoa học. Đó là: (1) Xác định vấn đề khoa học, đề xuất giả thuyết khoa học; (2) Thiết kế thực nghiệm kiểm chứng; (3) Lựa chọn phương án thực nghiệm; (4) Tổ chức thực nghiệm, thảo luận kết quả; (5) Báo cáo, đánh giá và điều chỉnh. Bài dạy này chú trọng hoạt động khám phá, tìm hiểu tự nhiên thông qua thực nghiệm khoa học, một trong những năng lực thành phần quan trọng của năng lực khoa học trong Chương trình GDPT 2018. Trọng tâm của bài dạy STEM khoa học là HS phải thiết kế và thực hiện được các thí nghiệm để phát hiện bản chất, quy luật, mối quan hệ của sự vật hiện tượng đề cập trong bài học. Từ đó, tự các em rút ra các kết luận có tính khoa học mà lẽ ra GV giảng dạy cho HS. Bài dạy STEM kĩ thuật: Là bài dạy STEM được thiết kế dựa trên quy trình thiết kế kĩ thuật (trình bày trong mục 1.3 của chương này). Bài dạy STEM kĩ thuật hướng tới phát hiện, đề xuất giải pháp giải quyết vấn đề trong thực tiễn trên cơ sở vận dụng các nguyên lí khoa học, toán và các công nghệ hiện có. Bài dạy STEM kĩ thuật được sử dụng trong các môn học của lĩnh vực STEM, là sự kết hợp giữa tìm tòi nguyên lí khoa học và vận dụng nó trong thiết kế, chế tạo các sản phẩm giải quyết vấn đề đặt ra hay đáp ứng nhu cầu của người sử dụng. Cấu trúc bài dạy STEM kĩ thuật gồm 5 hoạt động chính trên cơ sở quy trình 8 bước của hoạt động thiết kế kĩ thuật. Đó là các hoạt động: (1) Xác định vấn đề thiết kế, chế tạo; (2) Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp thiết kế; (3) Lựa chọn giải pháp thiết kế; (4) Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá; (5) Chia sẻ, thảo luận và điều chỉnh. Bài dạy STEM kĩ thuật chú trọng thiết kế, chế tạo; định hướng sản phẩm giải quyết vấn đề đặt ra. Bên cạnh tư duy sáng tạo và giải quyết vấn đề, bài dạy STEM kĩ thuật yêu cầu học sinh có năng lực khám phá khoa học (để chiếm lĩnh tri thức khoa học); năng lực về kĩ thuật, công nghệ trong vẽ thiết kế sản phẩm, lựa chọn và gia công vật liệu cơ khí; thiết kế, lập trình và lắp ráp mạch điện điều khiển và tự động hóa, in 3D, công nghệ IoT, Robotics… (để thiết kế, chế tạo sản phẩm). Việc học của HS giống như công việc của các kĩ sư (Engineer). Thông qua đó HS được tự mình khám phá tri thức khoa học, vận dụng tri thức đó để thiết kế, chế tạo các sản phẩm giải quyết vấn đề đặt ra, phát triển tư duy thiết kế, năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo. Tổ chức thực hiện bài dạy STEM kĩ thuật thường kết hợp giữa hoạt động trên lớp và hoạt động ngoài giờ học. Trong đó, các hoạt động xác định vấn đề; lựa chọn giải pháp; chia sẻ, thảo luận và điều chỉnh thường được bố trí trên lớp, có sự điều khiển, giám sát của GV. Các hoạt động còn lại diễn ra ở phòng bộ môn, phòng thực hành STEM, câu lạc bộ, hay các cơ sở giáo dục, trải nghiệm kĩ thuật, công nghệ ngoài nhà trường. Thiết kế bài dạy STEM được thực hiện dựa trên việc phân tích mạch nội dung, yêu cầu cần đạt trong chương trình, bối cảnh và vấn đề cần giải quyết trong thực tiễn thuộc các lĩnh vực khác nhau của đời sống. Trong đó chú ý tới các lĩnh vực biến đổi khí hậu, bảo vệ môi trường, phát triển bền vững, năng lượng tái tạo, sức khỏe, sản xuất thông minh... Nội dung cụ thể thiết kế bài dạy STEM được trình bày trong phần 2.Xây dựng và thực hiện bài dạy STEM của tài liệu này và được trình bày chi tiết cho bài dạy STEM kĩ thuật. 10
2. Xây dựng và thực hiện bài dạy STEM 2.1. Quy trình xây dựng bài dạy STEM Do đặc tính mới lạ và đặc thù quy trình thiết kế kĩ thuật, nội dung dưới đây trong sáng kiến này đề cập chi tiết tới quy trình xây dựng bài dạy STEM kĩ thuật. Quy trình xây dựng bài dạy STEM có thể dựa trên các bước cơ bản sau đây: 2.1.1 Lựa chọn nội dung dạy học Nội dung bài dạy STEM có thể lựa chọn bằng cách: - Dựa vào những nội dung kiến thức trong chương trình môn học và các hiện tượng, quá trình gắn với các kiến thức đó trong thực tiễn; - Xuất phát từ việc đáp ứng một số nhu cầu thiết thực trong sinh hoạt hàng ngày, trong sản xuất, trong cuộc sống, trong học tập; - Thông qua những câu chuyện về các phát minh, sáng chế của các nhà khoa học nổi tiếng dẫn đến nhu cầu mong muốn thử nghiệm, chứng minh thông qua các bài dạy STEM; - Tham khảo ý tưởng từ những bài học, hoạt động, dự án có sẵn trong các nguồn tài liệu trong nước và quốc tế (sách, báo, internet...). - Trong quá trình dạy học các môn học thuộc lĩnh vực STEM, cần thường xuyên đặt câu hỏi “những kiến thức đã học trong bài được ứng dụng ở đâu trong thực tiễn, có thể dùng nó để giải quyết những vấn đề gì”. Đặc biệt là những câu hỏi liên hệ, vận dụng vào bối cảnh thực tiễn của địa phương, nhà trường. 2.1.2 Xác định vấn đề cần giải quyết Dựa trên nội dung bài dạy STEM dự định triển khai, có thể đưa ra một tình huống có vấn đề mang tính thực tiễn khiến HS có nhu cầu thực hiện một nhiệm vụ cụ thể để giải quyết vấn đề. Nhiệm vụ học tập phải bao gồm các yêu cầu cụ thể về sản phẩm mà để hoàn thành nhiệm vụ, HS cần liên hệ và vận dụng kiến thức các môn học thuộc lĩnh vực STEM. Tình huống đặt ra cần có tiềm năng trong việc khuyến khích HS hoạt động và vận dụng kiến thức của nhiều môn học khác nhau, có tính khả thi về thời gian, phù hợp với năng lực của HS, điều kiện cơ sở vật chất của nhà trường và địa phương... Ngoài ra, các tình huống cũng cần phù hợp với sở trường, đặc điểm của đối tượng HS, tạo ra sự quan tâm, hứng thú của HS thông qua việc thấy được ý nghĩa và lợi ích của việc thực hiện. 2.1.3 Xây dựng tiêu chí sản phẩm/giải pháp giải quyết vấn đề Tiêu chí của sản phẩm trong bài dạy STEM là yếu tố quan trọng có vai trò định hướng mục tiêu, nội dung và cách thức tổ chức các hoạt động trong bài dạy. GV cần xác định các tiêu chí cụ thể cho sản phẩm sao cho: - HS huy động kiến thức đã học (STEM vận dụng)/khám phá được kiến thức mới (STEM kiến tạo) mới có thể đáp ứng các yêu cầu sản phẩm học tập GV đưa ra. 11
- HS vận dụng kiến thức và kinh nghiệm thực tiễn để đề xuất được các giải pháp có tính khoa học và khả thi; chế tạo sản phẩm; cải tiến, phát triển sản phẩm. - Thông qua việc thực hiện các hoạt động thiết kế trong bài dạy, HS có cơ hội phát triển các năng lực chung cốt lõi như tự chủ và tự học, giao tiếp và hợp tác, giải quyết vấn đề và sáng tạo. 2.1.4. Thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học Tiến trình tổ chức hoạt động dạy học được thiết kế theo các phương pháp và kĩ thuật dạy học tích cực với các hoạt động học bao hàm các bước của quy trình thiết kế kĩ thuật. Mỗi hoạt động học được thiết kế rõ ràng về mục tiêu, nội dung, sản phẩm học tập mà HS phải hoàn thành và cách thức tổ chức hoạt động học tập. Các hoạt động học tập đó có thể được tổ chức cả ở trong và ngoài lớp học. 2.2. Thiết kế tiến trình dạy học Tiến trình bài dạy STEM tuân theo quy trình thiết kế kĩ thuật, nhưng các bước trong quy trình có thể không cần thực hiện một cách tuần tự mà có thể thực hiện song song, tương hỗ lẫn nhau. Hoạt động nghiên cứu kiến thức nền có thể được tổ chức thực hiện đồng thời với việc đề xuất giải pháp; hoạt động chế tạo mẫu có thể được thực hiện đồng thời với việc thử nghiệm và đánh giá. Trong đó, bước này vừa là mục tiêu vừa là điều kiện để thực hiện bước kia. Trong bài dạy STEM, thường có hai sản phẩm học tập đặc trưng là bản thiết kế và sản phẩm chế tạo (gọi chung là sản phẩm hay sản phẩm STEM) bên cạnh các sản phẩm học tập thông thường như phiếu học tập đã hoàn thành, kết quả thảo luận trên bảng nhóm, bài trình chiếu, poster... Mỗi bài dạy STEM có thể được tổ chức theo 5 hoạt động. Các hoạt động có thể được tổ chức thực hiện một cách linh hoạt ở trong và ngoài lớp học theo nội dung và phạm vi kiến thức của từng bài học. Mỗi hoạt động phải được mô tả rõ mục tiêu, nội dung, dự kiến sản phẩm hoạt động của HS và cách thức tổ chức hoạt động. 2.2.1. Xác định vấn đề thiết kế, chế tạo Trong hoạt động này, GV giao cho HS nhiệm vụ học tập chứa đựng vấn đề, trong đó HS phải hoàn thành một sản phẩm cụ thể với các tiêu chí đòi hỏi HS phải sử dụng kiến thức mới trong bài học để đề xuất, xây dựng giải pháp và thiết kế nguyên mẫu của sản phẩm cần hoàn thành. Tiêu chí của sản phẩm là yêu cầu hết sức quan trọng, bởi đó chính là “tính mới” của sản phẩm, kể cả sản phẩm đó là quen thuộc với HS ; đồng thời, tiêu chí đó buộc HS phải nắm vững kiến thức mới thiết kế và giải thích được thiết kế cho sản phẩm cần làm. - Mục tiêu: Xác định tiêu chí sản phẩm; giúp HS phát hiện được vấn đề/nhu cầu; nhiệm vụ cần thực hiện; xác định tiêu chí của giải pháp, sản phẩm. - Nội dung: Trình bày rõ các hoạt động học cụ thể mà HS phải thực hiện. Đó có thể là các hoạt động tìm hiểu về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ; đánh giá về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ... 12
- Sản phẩm: Trình bày cụ thể về nội dung và hình thức của sản phẩm học tập (bài ghi chép thông tin về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ; đánh giá, đặt câu hỏi về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ). - Tổ chức thực hiện: GV giao nhiệm vụ (nội dung, phương tiện, cách thực hiện, yêu cầu sản phẩm phải hoàn thành); HS thực hiện nhiệm vụ (qua thực tế, tài liệu, video; cá nhân hoặc nhóm); báo cáo, thảo luận (thời gian, địa điểm, cách thức); phát hiện/phát biểu vấn đề (GV hỗ trợ). Giai đoạn này cần trình bày cụ thể các bước tổ chức hoạt động học cho HS từ chuyển giao nhiệm vụ, theo dõi, hướng dẫn, kiểm tra, đánh giá quá trình và kết quả thực hiện nhiệm vụ thông qua các sản phẩm học tập. Lưu ý: GV cần thông báo kênh thông tin để HS liên hệ khi cần hỗ trợ, đặc biệt là những nhiệm vụ HS tiến hành ở nhà. 2.2.2. Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp thiết kế Hoạt động này có thể được vận dụng khác nhau tùy thuộc bài dạy STEM là kiến tạo hay STEM vận dụng. Đối với bài dạy STEM kiến tạo, trong hoạt động này, GV sẽ không truyền thụ kiến thức mới cho HS theo cách truyền thống. Thay vào đó, HS thực hiện hoạt động học tích cực, tự lực dưới sự hướng dẫn của GV để chiếm lĩnh kiến thức mới, sử dụng vào việc đề xuất, thiết kế sản phẩm cần hoàn thành. Kết quả là, khi HS hoàn thành bản thiết kế thì đồng thời HS cũng đã học được kiến thức mới theo chương trình môn học tương ứng. Đối với bài dạy STEM vận dụng, học sinh huy động kiến thức đã biết của các môn học thuộc lĩnh vực STEM (tại thời điểm triển khai bài học) để giải quyết vấn đề đặt ra trong bài dạy STEM. - Mục tiêu: Hình thành kiến thức mới hoặc xác định lại các kiến thức đã học, cần vận dụng để đề ra giải pháp, đồng thời nhận biết được vai trò và ứng dụng của kiến thức vào thực tiễn. - Nội dung: Nghiên cứu nội dung SGK, tài liệu, thí nghiệm để tiếp nhận, hình thành kiến thức mới và đề xuất giải pháp/thiết kế. - Sản phẩm: Các mức độ hoàn thành nội dung (xác định và ghi được thông tin, dữ liệu, giải thích, kiến thức mới, giải pháp/thiết kế). - Tổ chức thực hiện: GV giao nhiệm vụ (nêu rõ yêu cầu đọc/nghe/nhìn/làm để xác định và ghi được thông tin, dữ liệu, giải thích, kiến thức mới); HS nghiên cứu SGK, tài liệu, làm thí nghiệm (cá nhân, nhóm); Báo cáo, thảo luận; GV điều hành, “chốt” kiến thức mới, hỗ trợ HS đề xuất giải pháp/thiết kế mẫu thử nghiệm. GV có thể chọn tổ chức dạy kiến thức nền tại lớp hoặc tổ chức cho HS tự khám phá ở nhà rồi báo cáo tại lớp. GV cũng có thể phối hợp cả hai cách này: dạy một phần tại lớp (thường là phần khó hoặc cần đến thí nghiệm, hoạt động có dẫn dắt...) và cho HS nghiên cứu một phần ở nhà (thường là phần tìm kiếm thêm thông tin trên internet, làm thí nghiệm dài thời gian, tổng hợp kiến thức từ nhiều nguồn tư liệu...). 2.2.3. Lựa chọn giải pháp thiết kế Trong hoạt động này, HS được tổ chức để trình bày, giải thích và bảo vệ bản 13
thiết kế kèm theo thuyết minh (sử dụng kiến thức mới học và kiến thức đã có); đó là sự thể hiện cụ thể của giải pháp giải quyết vấn đề. Nhờ sự trao đổi, góp ý của các bạn và GV, HS tiếp tục hoàn thiện (có thể phải thay đổi cả giải pháp để bảo đảm tính khả thi) bản thiết kế trước khi tiến hành chế tạo, thử nghiệm. - Mục tiêu: Lựa chọn và hoàn thiện giải pháp/phương án thiết kế. - Nội dung: Trình bày, giải thích, bảo vệ giải pháp/phương án thiết kế để lựa chọn và hoàn thiện. - Sản phẩm: Giải pháp/bản thiết kế được lựa chọn/hoàn thiện. - Tổ chức thực hiện: GV giao nhiệm vụ (nêu rõ yêu cầu HS trình bày, báo cáo, giải thích, bảo vệ giải pháp/thiết kế); HS báo cáo, thảo luận; GV điều hành, nhận xét, đánh giá + hỗ trợ HS lựa chọn giải pháp/thiết kế mẫu thử nghiệm. Lưu ý: GV cần nêu các câu hỏi dự kiến, tập trung làm rõ kiến thức được huy động để giải quyết vấn đề trong sản phẩm, về tính khả thi của phương án đề xuất. 2.2.4. Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá Trong hoạt động này, HS tiến hành chế tạo mẫu theo bản thiết kế đã hoàn thiện; đồng thời phải tiến hành thử nghiệm và đánh giá. Trong quá trình này, HS cũng có thể phải điều chỉnh thiết kế ban đầu để bảo đảm mẫu chế tạo là khả thi. - Mục tiêu: Chế tạo và thử nghiệm mẫu thiết kế. - Nội dung: Lựa chọn vật liệu, dụng cụ; lập kế hoạch và chế tạo mẫu theo thiết kế; thử nghiệm, đánh giá và điều chỉnh. - Sản phẩm: Dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật... chế tạo, thử nghiệm, đánh giá. - Tổ chức thực hiện: GV giao nhiệm vụ (lựa chọn dụng cụ/thiết bị thí nghiệm để chế tạo, lắp ráp...); HS thực hành chế tạo, lắp ráp và thử nghiệm; GV hỗ trợ HS trong quá trình thực hiện. Lưu ý: GV cần theo sát các hoạt động làm sản phẩm của HS và hỗ trợ kịp thời. 2.2.5. Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh Trong hoạt động này, HS được tổ chức để trình bày sản phẩm học tập đã hoàn thành; trao đổi, thảo luận, đánh giá để tiếp tục điều chỉnh, hoàn thiện. - Mục tiêu: Trình bày, chia sẻ, đánh giá sản phẩm nghiên cứu. - Nội dung: Trình bày và thảo luận về sản phẩm. - Sản phẩm: Dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật... đã chế tạo được, bài trình bày báo cáo. - Tổ chức thực hiện: GV giao nhiệm vụ (mô tả rõ yêu cầu và sản phẩm trình bày). HS báo cáo sản phẩm, có thể là poster (áp phích), quy trình hoặc dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật đã chế tạo theo các hình thức phù hợp (trình diễn, trưng bày, triển lãm, sân khấu hóa). GV đánh giá, định hướng để HS tiếp tục hoàn thiện, tổng kết. 14
2.3. Đánh giá bài dạy STEM 2.3.1. Đánh giá kế hoạch và tài liệu dạy học bài dạy STEM Mặc dù tên các hoạt động (5 hoạt động) trong bài dạy STEM (cả khoa học và kĩ thuật) đều đã được thiết kế phù hợp với mục tiêu bài dạy về kiến thức, năng lực và phẩm chất. Tuy vậy, cách viết và nội hàm từng hoạt động cần thể hiện đúng và đủ theo hướng dẫn trong Công văn 5512/BGDĐT-GDTrH. Tổng hợp mục tiêu trong các hoạt động của bài dạy STEM phải phản ánh được đầy đủ mục tiêu của bài học STEM. Các thiết bị dạy học trong bài dạy STEM có vai trò rất quan trọng, phải được nêu phù hợp với ý tưởng sư phạm của bài dạy. Cụ thể, đầy đủ và rõ ràng trong trường hợp các phương tiện, thiết bị như là một gợi ý của GV giúp HS giải quyết vấn đề (đề xuất thí nghiệm, hoặc thiết kế chế tạo). 2.3.2. Tổ chức hoạt động học cho HS trong bài dạy STEM Hoạt động chuyển giao nhiệm vụ của HS trong bài dạy STEM thường bắt đầu từ các tình huống có vấn đề, đảm bảo HS tích cực, hứng thú tiếp nhận nhiệm vụ. Nhiệm vụ học tập phải rõ ràng, cụ thể và được hiểu thống nhất trong cả lớp. Hoạt động đánh giá bám sát tiến trình khoa học (bài dạy STEM khoa học) hay tiến trình thiết kế kĩ thuật (bài dạy STEM kĩ thuật), đảm bảo phản ánh được tính đặc thù của bài dạy STEM. Phần nhiều thời gian trên lớp là HS hoạt động, thí nghiệm, thiết kế, tìm tòi và khám phá với tài liệu, phương tiện, thiết bị dạy học. Do đó, hoạt động giám sát, trợ giúp HS đảm bảo các em hiểu đúng, làm đúng và an toàn là rất quan trọng. Khi đánh giá, cần chú trọng về tiêu chí này. Bên cạnh đó, bài học STEM còn có thể diễn ra ngoài lớp học (ở phòng thí nghiệm, thực hành, cơ sở sản xuất…), GV cần có phương án để theo dõi, đôn đốc, nhắc nhở cũng như hỗ trợ HS. Đặc biệt là các phương án sử dụng công nghệ thông tin và truyền thông. Việc nhận xét, đánh giá của GV về tiến trình học tập, về sản phẩm học tập cần dựa vào các tiêu chí đã đặt ra trước đó, thúc đẩy đánh giá đồng đẳng, đánh giá vì sự tiến bộ của người học. 2.3.3 Hoạt động học của HS trong bài dạy STEM Trong bài học STEM, các hoạt động học tập của HS đa dạng, có tính hợp tác và hướng tới mục tiêu bài học. Bên cạnh đánh giá mức độ và hiệu quả của hoạt động hợp tác, vai trò của mỗi cá nhân cũng cần được làm rõ. Nhiều hoạt động học tập của HS trong bài học STEM mang tính chất giải quyết vấn đề và sáng tạo. Việc đánh giá cần xem xét cả quá trình và kết quả của hoạt động. Trong tiến trình đi tới giải pháp cuối cùng, việc thiếu sót hoặc chưa tối ưu, hay kể cả sai lầm trong hoạt động của HS là tất yếu. Mức độ chính xác, đúng đắn được đánh giá sản phẩm, giải pháp giải quyết vấn đề của HS không dựa trên khuôn mẫu nhất định, mà phụ thuộc vào các tiêu chí đã nêu trên cơ sở kinh nghiệm và nền tảng hiểu biết của GV. Để đảm bảo đánh giá chính xác, GV rất cần trải nghiệm các hoạt động học của học sinh để giải quyết các vấn đề đặt ra trong bài học. Báo cáo, thảo luận và điều chỉnh sản phẩm, giải pháp là một trong những hoạt 15