Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Dạy học môn Vật lý bằng phương pháp giáo dục STEM

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:46

Thêm vào BST

Báo xấu

5
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sáng kiến kinh nghiệm "Dạy học môn vật lý bằng phương pháp giáo dục STEM" nhằm đảm bảo giáo dục toàn diện; nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM; hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho học sinh; kết nối trường học với cộng đồng;....

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Dạy học môn Vật lý bằng phương pháp giáo dục STEM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc SÁNG KIẾN “DẠY HỌC MÔN VẬT LÝ BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIÁO DỤC STEM” Nhóm tác giả: 1. Dương Thùy Linh 2. Giang Thị Hồng Hà 3. Trần Thị Hồng 4. Nguyễn Mạnh Tú 5. Phạm Thị Thoa Đơn vị công tác: Trường THPT Hoa Lư A Ninh Bình, tháng 5 năm 2021 1
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ĐƠN YÊU CẦU CÔNG NHẬN SÁNG KIẾN Kính gửi: Hội đồng thẩm định sáng kiến Sở giáo dục và đào tạo tỉnh Ninh Bình I. Nhóm tác giả sáng kiến Chúng tôi gồm: Tỷ lệ (%) đóng góp Số Họ và tên Ngày Nơi công Chức danh Trình độ vào việc TT tháng năm tác chuyên tạo ra sinh môn sáng kiến Trường 1 Dương Thùy Linh 17/8/1987 THPT Giáo viên Thạc sĩ 25 Hoa Lư A Vật lý Trường 2 Giang Thị Hồng Hà 08/10/1976 THPT Tổ trưởng CM ĐHSP 20 Hoa Lư A Vật lý Trường 3 Trần Thị Hồng 30/6/1981 THPT Giáo viên ĐHSP 20 Hoa Lư A Vật lý 4 Nguyễn Mạnh Tú 04/5/1982 Trường THPT Giáo viên ĐHSP 20 Hoa Lư A Vật lý 5 Phạm Thị Thoa 13/8/1978 Trường THPT Giáo viên ĐHSP 15 Hoa Lư A Vật lý Là đồng tác giả đề nghị xét công nhận sáng kiến: “Dạy học môn vật lý bằng phương pháp giáo dục STEM”. II. Lĩnh vực áp dụng sáng kiến Sáng kiến được áp dụng trong lĩnh vực giảng dạy môn vật lý THPT. 2
III. Nội dung cơ bản của sáng kiến 1. Giải pháp cũ thường làm - Chương trình giáo dục hiện tại của chúng ta tập trung vào kiến thức lý thuyết mà ít chú ý đến các kỹ năng thực hành. Tập trung vào các bài toán giả định, tình huống lí tưởng và ít chú ý đến giúp người học vận dụng kiến thức, ứng dụng kiến thức vào trong thực tế. Tập trung vào hiểu kiến thức mà ít để ý đến việc giúp học sinh vận dụng kiến thức đã học vào thực tiễn. - Khi dạy học theo phương pháp truyền thống giáo viên chính là tâm điểm còn học sinh là khách thể, là quỹ đạo xung quanh. Giáo án dạy chương trình cũng được thiết kế theo một đường thẳng từ trên xuống. Nội dung giảng dạy theo tính truyền thống và mang đặc điểm về sự logic cao. Nhược điểm của cách dạy truyền thống là học sinh dễ tiếp thu kiến thức một cách thụ động, giờ học cũng buồn tẻ và kiến thức chỉ thiên về lý thuyết. Bởi vì không có nhiều cơ hội thực hành, nên học sinh khó có thể áp dụng những kiến thức đã học vào thực tiễn. 2. Giải pháp mới cải tiến Chương trình giáo dục phổ thông mới kế thừa các nguyên lí giáo dục nền tảng như “Học đi đôi với hành”, “Lí luận gắn liền với thực tiễn”, học sinh không những hiểu kiến thức mà phải biết vận dụng kiến thức vào thực tiễn đời sống. Phương thức giáo dục STEM là một trong những phương thức giáo dục giúp học sinh vận dụng kiến thức vào thực tiễn, đồng thời nó giúp học sinh vận dụng được các kiến thức liên môn vào giải quyết các vấn đề thực tiễn. Do đó, nó là phương thức giáo dục chủ yếu trong các trường phổ thông khi thực hiện chương trình mới. Chương trình giáo dục hiện tại không thiết kế để dạy theo phương thức giáo dục STEM. Vấn đề đặt ra là: Làm thế nào để đưa phương thức giáo dục STEM vào dạy các bài hoặc chủ đề của chương trình hiện tại và giúp học sinh thấy kiến thức được học có ích hơn trong đời sống, giúp học sinh sáng tạo hơn, hứng thú hơn trong học tập. Với những căn cứ nêu trên và từ thực tế nội dung chương trình môn Vật lí, cùng với sự tiếp cận giáo dục STEM chúng tôi đã soạn bài giảng vật lý theo phương pháp phát triển năng lực học sinh thông qua giáo dục STEM và đã đưa ra những giải pháp mới cải tiến: 3
+ Với mỗi bài học áp dụng được phương pháp giáo dục STEM, đầu tiên chúng tôi triển khai nhiệm vụ học tập để xác định vấn đề, nghiên cứu kiến thức nền, sau đó học sinh đề xuất các giải pháp và xây dựng bản thiết kế cuối cùng là chế tạo sản phẩm rồi thảo luận rút kinh nghiệm. + Khi học bài học theo phương pháp giáo dục STEM học sinh được tự mình tìm hiểu kiến thức nền vận dụng kiến thức vào thực tiễn nên càng nắm vững kiến thức nền hơn. + Trong tiết báo cáo sản phẩm giáo viên đưa ra những câu hỏi để học sinh hiểu sâu sắc hơn về những cái mà học sinh đã làm được và những nhược điểm nên học sinh càng nắm vững kiến thức hơn. Vì vậy, chúng tôi mới chọn tên sáng kiến là “Dạy học môn vật lý bằng phương pháp giáo dục STEM”. 2.1. Tổng quan về giáo dục STEM Xác định vấn đề Nghiên cứu kiến thức nền Toán Lý Hóa Sinh Tin CN (Nội dung dạy học theo chương trình được sắp xếp lại phù hợp) Đề xuất các giải pháp/bản thiết kế Lựa chọn giải pháp/bản thiết kế Chế tạo mô hình (nguyên mẫu) Thử nghiệm và đánh giá Chia sẻ và thảo luận Điều chỉnh thiết kế Tiến trình bài học STEM 2.2. Minh họa dạy học vật lý bằng phương pháp giáo dục STEM qua thiết kế máy phát điện xoay một pha chiều sử dụng sức gió 4
Điện xoay chiều đóng vai trò vô cùng quan trọng trong đời sống và kỹ thuật. Vì thế việc tạo ra dòng điện xoay chiều là điều rất cần thiết và bài “Máy phát điện xoay chiều” được xây dựng trong chương 3 của sách giáo khoa vật lý 12. Để có thể dạy bài “Máy phát điện xoay chiều” theo qui trình STEM tôi đã chuyển tiết học này thành bài thực hành “Thiết kế máy phát điện xoay chiều một pha sử dụng sức gió”. Trong chủ đề này, học sinh sẽ thực hiện dự án thiết kế và chế tạo được máy phát điện xoay chiều một pha sử dụng sức gió từ những nguồn vật liệu dễ kiếm, thân thiện với môi trường, giá thành rẻ, độ bền cao. Theo đó, học sinh phải tìm hiểu và chiếm lĩnh các kiến thức mới về: “Máy phát điện xoay chiều” – Bài 17 – sgk vật lý 12. Đồng thời, HS phải vận dụng các kiến thức cũ của các bài học: - Từ thông. Hiện tượng cảm ứng điên từ (Bài 23 – sgk Vật lí lớp 11); - Đại cương dòng điện xoay chiều (Bài 12 – sgk Vật lý 12). Giới thiệu chủ đề: dạy chủ đề trong 4 tiết. Chia lớp thành 3 nhóm. Hoạt động chính Thời lượng Hoạt động 1: Xác định yêu cầu chế tạo máy Tiết 1 phát điện xoay chiều một pha sử dụng sức gió. Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền, đề Tiết 2 xuất giải pháp. Hoạt động 3: Đề xuất các bản thiết kế, lựa Tiết 3 chọn phương án thiết kế máy phát điện xoay chiều một pha sử dụng sức gió. Hoạt động 4: Chế tạo, thử nghiệm máy 1 tuần (HS tự làm ở nhà theo nhóm). Hoạt động 5: Trình bày sản phẩm, chia sẻ, thảo Tiết 4 luận và điều chỉnh thiết kế CÁC CÂU HỎI THẢO LUẬN GIỮA CÁC NHÓM NHÓM I Câu 1 (cho nhóm III): Sản phẩm máy phát điện xoay chiều sử dụng sức gió mà nhóm bạn chế tạo nếu gió đổi chiều thì các bạn sẽ khắc phục như thế nào? 5
NHÓM II Câu 1 (cho cả 2 nhóm I và III): Trong suốt quá trình nghiên cứu, thiết kế rồi hoàn chỉnh sản phẩm. Theo nhóm các bạn, bước nào là bước khó khăn nhất để hoàn thành sản phẩm? NHÓM III Câu 1 (cho cả 2 nhóm I và II): Quan sát sản phẩm máy phát điện xoay chiều sử dụng sức gió của 2 nhóm I và II. Nhóm mình có thắc mắc: Tại sao 2 nhóm II và I cách làm giống nhau và bóng đèn đều sáng nhưng nhóm II đèn lại nhấp nháy còn nhóm I đèn lại sáng ổn định? Câu 2 (cho nhóm I): Máy phát điện xoay chiều sử dụng sức gió của nhóm bạn có thể sạc được điện thoại.Vậy khi chế tạo các bạn có tìm hiểu về tính an toàn cho điện thoại khi sạc không? CÂU HỎI CỦA GIÁO VIÊN 1. Sau khi học xong bài học này theo phương pháp giáo dục STEM thì các em học được điều gì? 2. Trong quá trình chế tạo, cả 3 nhóm đều có cách quấn dây như nhau, nhưng tạo sao nhóm III lại tạo ra suất điện động lớn hơn 2 nhóm còn lại(I và II) nhiều? 3. Mời nhóm III thực hành đo suất điện động được tạo ra từ máy phát điện xoay chiều của nhóm 4. Em hãy nêu ưu và nhược điểm của máy phát điện gió? 5. Tần số dòng điện chúng ta đang sử dụng là 50Hz( Hiệu điện thế 220V).Khi thiết kế máy phát điện xoay chiều sử dụng sức gió này, các em đã tính toán tần số dòng điện f chưa?Nêu phương án đo/ tính toán f? 6. Giả sử khi sử dụng máy phát điện dùng sức gió, năng lượng bị dư thừa.Các em hãy nêu phương án để tránh lãng phí năng lượng? 2.3. Kết quả đạt được Chúng tôi thấy khi áp dụng sáng kiến để giảng dạy cho học sinh thì hầu hết học sinh đều cảm thấy thích thú, qua sáng kiến này chúng tôi thấy khi các em vận dụng lý thuyết vào thực tiễn phải rất nhiều lần thử sai và qua các lần thử sai đó các em càng nắm vững được kiến thức nền hơn. Hơn nữa, mặc dù chế tạo máy phát điện gió không có gì là mới lạ với chúng ta nhưng bài học này có thể áp dụng vào thực tế giảng dạy và bước 6
đầu các em đã được tiếp cận chương trình giáo dục phổ thông mới “học đi đôi với hành”, dạy học lấy người học làm trung tâm, và cũng là bước đầu các em tập làm nghiên cứu khoa học từ đó phát triển năng lực của người học từ đó các em đam mê với môn học hơn. Đây là hình ảnh học sinh chế tạo sản phẩm: Học sinh rất hứng thú, lớp học sôi nổi, học sinh nào cũng phải hoạt động nên phát huy năng lực và phân loại học sinh. Chúng tôi đã áp dụng dạy lớp 12A, 12B năm học 2020 -2021 thì các em đã chế tạo thành công máy phát điện xoay chiều 1 pha sử dụng sức gió cả 3 nhóm đều tạo ra dòng điện để thắp sáng bòng đèn, có nhóm còn dùng máy phát điện để sạc điện thoại. Bài thuyết trình của các em được đình kèm trong phần phụ lục thể hiện sự sáng tạo, năng động và hứng thú với phương pháp dạy học STEM như chúng tôi đã triển khai. 7
8
9
Kết quả thống kê của từng lớp trước khi áp dụng sáng kiến năm 2019 -2020 Lớp Mức độ hứng thú Mức độ nắm Mức độ vận Kỹ năng thực vững kiến thức dụng kiến thức hành nền vào thực tiễn 12A 60% 70% 40% Còn lúng túng 12B 50% 80% 45% Còn lúng túng 12E 55% 65% 30% Còn lúng túng Kết quả thống kê của từng lớp sau khi áp dụng sáng kiến năm học 2020 - 2021 Lớp Mức độ Mức độ nắm Mức độ vận Kỹ năng thực hành hứng thú vững kiến dụng kiến thức nền thức vào thực tiễn 12A 95% 96% 90% Sử dụng tốt các thiết bị đo đạc về dòng điện, kỹ năng cơ khí 12B 90% 95% 85% Sử dụng tốt các thiết bị đo đạc về dòng điện, kỹ năng cơ khí IV. Hiệu quả kinh tế và xã hội dự kiến đạt được 1. Hiệu quả kinh tế 10
Khi áp dụng sáng kiến này để giảng dạy giúp các em học sinh vận dụng tốt lý thuyết vào thực tiễn, nắm chắc kiến thức nền, bước đầu tập làm nghiên cứu khoa học, hưng thú với môn học, phát triển năng lực học sinh, có thể tự chế tạo ra các sản phẩm ứng dụng trong thực tế để sử dụng tiết kiệm được kinh tế. 2. Hiệu quả xã hội Qua việc thực hiện sáng kiền này chúng tôi thấy sáng kiến mang lại rất nhiều lợi ích thiết thực, giúp giáo viên đổi mới phương pháp giảng dạy phát huy năng lực học sinh, học sinh rèn luyện tốt kỹ năng thực hành và hình thành tư duy nghiên cứu khoa học, cách dạy học bằng phương pháp giáo dục STEM này giúp học sinh chế tạo được các sản phẩm có nhiều ứng dụng trong thực tế thúc đẩy sự phát triển của xã hội. V. Điều kiện và khả năng áp dụng 1. Điều kiện áp dụng - Về điều kiện cơ sở vật chất: Nhà trường phải đảm bảo về cơ sở vật chất như phòng học phải được trang bị máy chiếu, phòng thực hành, dụng cụ thực hành đầy đủ. - Đối với Ban giám hiệu: Luôn quan tâm chú trọng đến việc nâng cao chất lượng dạy học và hằng năm nhà trường phải có kế hoạch và tạo điều kiện để đội ngũ giáo viên của trường thực hiện đổi mới phương pháp dạy học. - Đối với giáo viên:  Khi soạn bài, giáo viên phải đầu tư nhiều công sức và thời gian để soạn giảng các bài giảng áp dụng giáo dục STEM.  Giáo viên phải tích cực tự học, tự bồi dưỡng chuyên môn, nghiệp vụ.  Giáo viên cần coi trọng việc chuẩn bị những câu hỏi đặc biệt những câu hỏi có yêu cầu cao về nhận thức có thể cho học sinh thảo luận trong nhóm . - Đối với học sinh:  Phải chuẩn bị bài trước ở nhà, đọc thêm các sách tham khảo để nâng cao vốn hiểu biết.  Tham gia nhiệt tình, tự giác vào các hoạt động học tập.  Mạnh dạn trình bày những hiểu biết, suy nghĩ của mình trước tập thể. 2. Khả năng áp dụng Sáng kiến được áp dụng trong lĩnh vực giảng dạy môn vật lý THPT. 11
Trên đây là nội dung cơ bản của sáng kiến: “Dạy học môn vật lý bằng phương pháp giáo dục STEM”. Những vấn đề cụ thể của quá trình triển khai các giải pháp mới chúng tôi trình bày ở văn bản kèm theo. Nhóm tác giả mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các bạn đồng nghiệp, các nhà khoa học và quản lý giáo dục./. Chúng tôi xin cam đoan mọi thông tin nêu trong đơn là trung thực, đúng sự thật và hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật. XÁC NHẬN Hoa Lư, ngày 04 tháng 5 năm 2021 CỦA LÃNH ĐẠO ĐƠN VỊ CƠ SỞ Người nộp đơn Dương Thùy Linh Giang Thị Hồng Hà Trần Thị Hồng Nguyến Mạnh Tú Phạm Thị Thoa Phụ lục PHẦN I. CƠ SỞ LÝ LUẬN 12
I. TÌM HIỂU VỀ STEM, GIÁO DỤC STEM 1. Khái niệm STEM STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học). Sự phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học được mô tả bởi chu trình STEM (Hình 1), trong đó Science là quy trình sáng tạo ra kiến thức khoa học; Engineering là quy trình sử dụng kiến thức khoa học để thiết kế công nghệ mới nhằm giải quyết các vấn đề; Toán là công cụ được sử dụng để thu nhận kết quả và chia sẻ kết quả đó với những người khác. Engineers: Solve problems (Kỹ sư: Giải quyết vấn đề) Science (Nhà khoa học: Trả lời câu hỏi) Scientists: answer questions Technology Math Knowledge Hình 1: Chu trình STEM (theo https://www.knowatom.com) “Science” trong chu trình STEM được mô tả bởi một mũi tên từ “Technology” sang Engineering “Knowledge” thể hiện quy trình sáng tạo khoa học. Trả lời các câu hỏi khoa học hoặc giải quyết các vấn đề khoa học sẽ phát minh ra các "Kiến thức" khoa học. Ngược lại, “Engineering” trong chu trình STEM được mô tả bởi một mũi tên từ “Knowledge” sang “Technology” thể hiện quy trình kĩ thuật. Như vậy, trong chu trình STEM, "Science" được hiểu không chỉ là "Kiến thức" thuộc các môn khoa học (như Vật lí, Hoá học, Sinh học) mà bao hàm "Quy trình khoa học" để phát minh ra kiến thức khoa học mới. Tương tự như vậy, "Engineering" trong chu STEM không chỉ là "Kiến thức" thuộc lĩnh vực "Kĩ thuật" mà bao hàm"Quy trình kĩ thuật" để sáng tạo ra "Công nghệ" mới. Hai quy trình nói trên tiếp nối nhau, khép kín thành chu trình sáng tạo khoa học – kĩ thuật theo mô hình 13
"xoáy ốc" mà cứ sau mỗi chu trình thì lượng kiến thức khoa học tăng lên và cùng với nó là công nghệ phát triển ở trình độ cao hơn. 2. Giáo dục STEM Giáo dục STEM là một phương thức giáo dục nhằm trang bị cho học sinh những kiến thức khoa học gắn liền với ứng dụng của chúng trong thực tiễn, qua đó phát triển cho học sinh năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề cùng với những năng lực khác tương ứng, đáp ứng được yêu cầu của sự phát triển kinh tế – xã hội. Theo cách này, các bài học, hoạt động giáo dục STEM được triển khai ngay trong quá trình dạy học các môn học STEM theo tiếp cận liên môn. Các chủ đề, bài học, hoạt động STEM bám sát chương trình của các môn học thành phần. Hình thức giáo dục STEM này không làm phát sinh thêm thời gian học tập. 3. Vai trò, ý nghĩa của giáo dục STEM Việc đưa giáo dục STEM vào trường trung học mang lại nhiều ý nghĩa, phù hợp với định hướng đổi mới giáo dục phổ thông. Cụ thể là: – Đảm bảo giáo dục toàn diện: Triển khai giáo dục STEM ở nhà trường, bên cạnh các môn học đang được quan tâm như Toán, Khoa học, các lĩnh vực Công nghệ, Kỹ thuật cũng sẽ được quan tâm, đầu tư trên tất cả các phương diện về đội ngũ giáo viên, chương trình, cơ sở vật chất. – Nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM: Các dự án học tập trong giáo dục STEM hướng tới việc vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các vấn đề thực tiễn, học sinh được hoạt động, trải nghiệm và thấy được ý nghĩa của tri thức với cuộc sống, nhờ đó sẽ nâng cao hứng thú học tập của học sinh. – Hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho học sinh: Khi triển khai các dự án học tập STEM, học sinh hợp tác với nhau, chủ động và tự lực thực hiện các nhiệm vụ học; được làm quen hoạt động có tính chất nghiên cứu khoa học. Các hoạt động nêu trên góp phần tích cực vào hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực cho học sinh. – Kết nối trường học với cộng đồng: Để đảm bảo triển khai hiệu quả giáo dục STEM, cơ sở giáo dục phổ thông thường kết nối với các cơ sở giáo dục nghề nghiệp, đại học tại địa phương nhằm khai thác nguồn lực về con người, cơ sở vật chất triển khai hoạt động giáo dục STEM. Bên cạnh đó, giáo dục STEM phổ thông cũng hướng tới giải quyết các vấn đề có tính đặc thù của địa phương. 14
– Hướng nghiệp, phân luồng: Tổ chức tốt giáo dục STEM ở trường trung học, học sinh sẽ được trải nghiệm trong các lĩnh vực STEM, đánh giá được sự phù hợp, năng khiếu, sở thích của bản thân với nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM. Thực hiện tốt giáo dục STEM ở trường trung học cũng là cách thức thu hút học sinh theo học, lựa chọn các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM, các ngành nghề có nhu cầu cao về nguồn nhân lực trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư. II. GIÁO DỤC STEM TRONG TRƯỜNG TRUNG HỌC Mỗi bài học STEM trong chương trình giáo dục phổ thông đề cập đến một vấn đề tương đối trọn vẹn, đòi hỏi học sinh phải học và sử dụng kiến thức thuộc các môn học trong chương trình để sử dụng vào giải quyết vấn đề đó. Tiến trình mỗi bài học STEM được thực hiện phỏng theo quy trình kĩ thuật (Hình 2), trong đó việc "Nghiên cứu kiến thức nền" (background research) trong tiến trình dạy học mỗi bài học STEM chính là việc học để chiếm lĩnh nội dung kiến thức trong chương trình giáo dục phổ thông tương ứng với vấn đề cần giải quyết trong bài học, trong đó học sinh là người chủ động nghiên cứu sách giáo khoa, tài liệu bổ trợ, tiến hành các thí nghiệm theo chương trình học (nếu có) dưới sự hướng dẫn của giáo viên; vận dụng kiến thức đã học để đề xuất, lựa chọn giải pháp giải quyết vấn đề; thực hành thiết kế, chế tạo, thử nghiệm mẫu; chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh thiết kế. Thông qua quá trình học tập đó, học sinh được rèn luyện nhiều kĩ năng để phát triển phẩm chất, năng lực. 15
Xác định vấn đề Nghiên cứu kiến thức nền Toán Lý Hóa Sinh Tin CN (Nội dung dạy học theo chương trình được sắp xếp lại phù hợp) Đề xuất các giải pháp/bản thiết kế Lựa chọn giải pháp/bản thiết kế Chế tạo mô hình (nguyên mẫu) Thử nghiệm và đánh giá Chia sẻ và thảo luận Điều chỉnh thiết kế Hình 2: Tiến trình bài học STEM Tiến trình bài học STEM tuân theo quy trình kĩ thuật nêu trên nhưng các "bước" trong quy trình không được thực hiện một cách tuyến tính (hết bước nọ mới sang bước kia) mà có những bước được thực hiện song hành, tương hỗ lẫn nhau. Cụ thể là việc "Nghiên cứu kiến thức nền" được thực hiện đồng thời với "Đề xuất giải pháp"; "Chế tạo mô hình" được thực hiện đồng thời với "Thử nghiệm và đánh giá", trong đó bước này vừa là mục tiêu vừa là điều kiện để thực hiện bước kia. Vì vậy, mỗi bài học STEM được tổ chức theo 5 hoạt động như sau Hoạt động 1: Xác định vấn đề Trong hoạt động này, giáo viên giao cho học sinh nhiệm vụ học tập chứa đựng vấn đề, trong đó học sinh phải hoàn thành một sản phẩm học tập cụ thể với các tiêu chí đòi hỏi học sinh 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 16
thuộc với học sinh; đồng thời, tiêu chí đó buộc học sinh phải nắm vững kiến thức mới thiết kế và giải thích được thiết kế cho sản phẩm cần làm. – Mục đích: Xác định tiêu chí sản phẩm; phát hiện vấn đề/nhu cầu. – Nội dung: Tìm hiểu về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ; đánh giá về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ... – Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh: Các mức độ hoàn thành nội dung (Bài ghi chép thông tin về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ; đánh giá, đặt câu hỏi về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ). – Cách thức tổ chức hoạt động: Giáo viên giao nhiệm vụ (nội dung, phương tiện, cách thực hiện, yêu cầu sản phẩm phải hoàn thành); Học sinh 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 (giáo viên hỗ trợ). Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp Trong hoạt động này, học sinh thực hiện hoạt động học tích cực, tự lực dưới sự hướng dẫn của giáo viên. Trong bài học STEM sẽ không còn các "tiết học" thông thường mà ở đó giáo viên "giảng dạy" kiến thức mới cho học sinh. Thay vào đó, học sinh tự tìm tòi, chiếm lĩnh kiến thức để sử dụng vào việc đề xuất, thiết kế sản phẩm cần hoàn thành. Kết quả là, khi học sinh hoàn thành bản thiết kế thì đồng thời học sinh cũng đã học được kiến thức mới theo chương trình môn học tương ứng. – Mục đích: Hình thành kiến thức mới và đề xuất giải pháp. – Nội dung: Nghiên cứu nội dung sách giáo khoa, tài liệu, thí nghiệm để tiếp nhận, hình thành kiến thức mới và đề xuất giải pháp/thiết kế. – Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh: 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). – Cách thức tổ chức hoạt động: Giáo viên 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); Học sinh nghiên cứu sách giáo khoa, tài liệu, làm thí nghiệm (cá nhân, nhóm); Báo cáo, thảo luận; Giáo viên điều hành, “chốt” kiến thức mới + hỗ trợ HS đề xuất giải pháp/thiết kế mẫu thử nghiệm. Hoạt động 3: Lựa chọn giải pháp 17
Trong hoạt động này, học sinh được tổ chức để trình bày, giải thích và bảo vệ bản 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. Dưới sự trao đổi, góp ý của các bạn và giáo viên, học sinh tiếp tục hoàn thiện (có thể phải thay đổi để bảo đảm khả thi) bản thiết kế trước khi tiến hành chế tạo, thử nghiệm. – Mục đích: Lựa chọn giải pháp/bản thiết kế. – Nội dung: Trình bày, giải thích, bảo vệ giải pháp/thiết kế để lựa chọn và hoàn thiện. – Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh: Giải pháp/bản thiết kế được lựa chọn/hoàn thiện. – Cách thức tổ chức hoạt động: Giáo viên giao nhiệm vụ (Nêu rõ yêu cầu HS trình bày, báo cáo, giải thích, bảo vệ giải pháp/thiết kế); Học sinh báo cáo, thảo luận; Giáo viên điều hành, nhận xét, đánh giá + hỗ trợ HS lựa chọn giải pháp/thiết kế mẫu thử nghiệm. Hoạt động 4: Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá Trong hoạt động này, học sinh tiến hành chế tạo mẫu theo bản thiết kế đã hoàn thiện sau bước 3; trong quá trình chế tạo đồng thời phải tiến hành thử nghiệm và đánh giá. Trong quá trình này, học sinh cũng có thể phải điều chỉnh thiết kế ban đầu để bảo đảm mẫu chế tạo là khả thi. – Mục đích: Chế tạo và thử nghiệm mẫu thiết kế. – Nội dung: Lựa chọn dụng cụ/thiết bị thí nghiệm; chế tạo mẫu theo thiết kế; thử nghiệm và điều chỉnh. – Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh: Dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật… đã chế tạo và thử nghiệm, đánh giá. – Cách thức tổ chức hoạt động: Giáo viên giao nhiệm vụ (lựa chọn dụng cụ/thiết bị thí nghiệm để chế tạp, lắp ráp…); Học sinh thực hành chế tạo, lắp ráp và thử nghiệm; Giáo viên hỗ trợ học sinh trong quá trình thực hiện. Hoạt động 5: Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh Trong hoạt động này, học sinh 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 đích: Trình bày, chia sẻ, đánh giá sản phẩm nghiên cứu. 18
– Nội dung: Trình bày và thảo luận. – Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh: Dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật... đã chế tạo được + Bài trình bày báo cáo. – Cách thức tổ chức hoạt động: Giáo viên giao nhiệm vụ (mô tả rõ yêu cầu và sản phẩm trình bày); Học sinh báo cáo, thảo luận (bài báo cáo, trình chiếu, video, dung cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật đã chế tạo…) theo các hình thức phù hợp (trưng bày, triển lãm, sân khấu hóa); Giáo viên đánh giá, kết luận, cho điểm và định hướng tiếp tục hoàn thiện. III. XÂY DỰNG VÀ THỰC HIỆN BÀI HỌC STEM 1. Tiêu chí xây dựng bài học STEM Tiêu chí 1: Chủ đề bài học STEM tập trung vào các vấn đề của thực tiễn Trong các bài học STEM, học sinh được đặt vào các vấn đề thực tiễn xã hội, kinh tế, môi trường và yêu cầu tìm các giải pháp. Tiêu chí 2: Cấu trúc bài học STEM theo quy trình thiết kế kĩ thuật Quy trình thiết kế kĩ thuật cung cấp một tiến trình linh hoạt đưa học sinh từ việc xác định một vấn đề – hoặc một yêu cầu thiết kế – đến sáng tạo và phát triển một giải pháp. Theo quy trình này, học sinh thực hiện các hoạt động: (1) Xác định vấn đề – (2) Nghiên cứu kiến thức nền – (3) Đề xuất các giải pháp/thiết kế – (4) Lựa chọn giải pháp/thiết kế – (5) Chế tạo mô hình (nguyên mẫu) – (6) Thử nghiệm và đánh giá – (7) Chia sẻ và thảo luận – (8) Điều chỉnh thiết kế. Trong thực tiễn dạy học, quy trình 8 bước này được thể hiện qua 5 hoạt động chính: HĐ1: Xác định vấn đề (yêu cầu thiết kế, chế tạo) ––> HĐ2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất các giải pháp thiết kế ––> HĐ3: Trình bày và thảo luận phương án thiết kế ––> HĐ4: Chế tạo mô hình/thiết bị... theo phương án thiết kế (đã được cải tiến theo góp ý); thử nghiệm và đánh giá ––> HĐ5: Trình bày và thảo luận về sản phẩm được chế tạo; điều chỉnh thiết kế ban đầu. Trong quy trình kĩ thuật, các nhóm học sinh thử nghiệm các ý tưởng dựa nghiên cứu của mình, sử dụng nhiều cách tiếp cận khác nhau, mắc sai lầm, chấp nhận và học từ sai lầm, và thử lại. Sự tập trung của học sinh là phát triển các giải pháp để giải quyết vấn đề đặt ra, nhờ đó học được và vận dụng được kiến thức mới trong chương trình giáo dục. Tiêu chí 3: Phương pháp dạy học bài học STEM đưa học sinh vào hoạt động tìm tòi và khám phá, định hướng hành động, trải nghiệm và sản phẩm 19
Quá trình tìm tòi khám phá được thể hiện trong tất cả các hoạt động của chủ đề STEM, tuy nhiên trong hoạt động 2 và hoạt động 4 quá trình này cần được khai thác triệt để. Trong hoạt động 2 học sinh sẽ thực hiện các quan sát, tìm tòi, khám phá để xây dựng, kiểm chứng các quy luật, qua đó học được kiến thức nền đồng thời rèn luyện các kĩ năng tiến trình như: quan sát, đưa ra dự đoán, tiến hành thí nghiệm, đo đạc, thu thập số liệu, phân tích số liệu… Trong hoạt động 4, quá trình tìm tòi khám phá được thể hiện giúp học sinh kiểm chứng các giải pháp khác nhau để tối ưu hoá sản phẩm. Trong các bài học STEM, hoạt động học của học sinh được thực hiện theo hướng mở có "khuôn khổ" về các điều kiện mà học sinh được sử dụng (chẳng hạn các vật liệu khả dụng). Hoạt động học của học sinh là hoạt động được chuyển giao và hợp tác; các quyết định về giải pháp giải quyết vấn đề là của chính học sinh. Học sinh thực hiện các hoạt động trao đổi thông tin để chia sẻ ý tưởng và tái thiết kế nguyên mẫu của mình nếu cần. Học sinh tự điều chỉnh các ý tưởng của mình và thiết kế hoạt động tìm tòi, khám phá của bản thân. Tiêu chí 4: Hình thức tổ chức bài học STEM lôi cuốn học sinh vào hoạt động nhóm kiến tạo Giúp học sinh làm việc trong một nhóm kiến tạo là một việc khó khăn, đòi hỏi tất cả giáo viên STEM ở trường làm việc cùng nhau để áp dụng phương thức dạy học theo nhóm, sử dụng cùng một ngôn ngữ, tiến trình và yêu cầu về sản phẩm học tập mà học sinh phải hoàn thành. Làm việc nhóm trong thực hiện các hoạt động của bài học STEM là cơ sở phát triển năng lực giao tiếp và hợp tác cho học sinh. Tiêu chí 5: Nội dung bài học STEM áp dụng chủ yếu từ nội dung khoa học và toán mà học sinh đã và đang học Trong các bài học STEM, giáo viên cần kết nối và tích hợp một cách có mục đích nội dung từ các chương trình khoa học, công nghệ, tin học và toán. Lập kế hoạch để hợp tác với các giáo viên toán, công nghệ, tin học và khoa học khác để hiểu rõ nội hàm của việc làm thế nào để các mục tiêu khoa học có thể tích hợp trong một bài học đã cho. Từ đó, học sinh dần thấy rằng khoa học, công nghệ, tin học và toán không phải là các môn học độc lập, mà chúng liên kết với nhau để giải quyết các vần đề. Điều đó có liên quan đến việc học toán, công nghệ, tin học và khoa học của học sinh. 20