Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Dạy học một số chủ đề trong môn toán lớp 11 theo định hướng giáo dục STEM

Chia sẻ: Behodethuonglam | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:70

Thêm vào BST

Báo xấu

27
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của sáng kiến là nghiên cứu về giáo dục STEM từ đó thiết kế và tổ chức dạy học một số chủ đề môn toán lớp 11 theo định hướng giáo dục STEM. Mời các bạn cùng tham khảo bài viết dưới đây để nắm nội dung của sáng kiến kinh nghiệm!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Dạy học một số chủ đề trong môn toán lớp 11 theo định hướng giáo dục STEM

SỞ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO NGHỆ AN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Đề tài: DẠY HỌC MỘT SỐ CHỦ ĐỀ TRONG MÔN TOÁN LỚP 11 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM LĨNH VỰC: MÔN TOÁN.
Năm học 2020 2021 SỞ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO NGHỆ AN TRƯỜNG THPT CÁT NGẠN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Đề tài: DẠY HỌC MỘT SỐ CHỦ ĐỀ TRONG MÔN TOÁN LỚP 11 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM LĨNH VỰC: MÔN TOÁN. TÁC GIẢ : NGUYỄN THỊ XUÂN TỔ: TOÁN TIN ĐIỆN THOẠI: 0969 520 862
Năm học 2020 2021 LỜI CAM ĐOAN Năm học 2020 2021, tôi viết sáng kiến kinh nghiệm có tên là "Dạy học một số chủ đề trong môn toán lớp 11 theo định hướng giáo dục STEM". Tôi cam kết sản phẩm này là của cá nhân tôi tham khảo các tài liệu, tự thiết kế các chủ đề và viết SKKN, không sao chép SKKN của người khác để nộp. Nếu nhà trường và tổ chuyên môn phát hiện ra tôi sao chép của ai hay có sự tranh chấp về quyền sở hữu thì tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước ban chuyên môn về tính trung thực của lời cam đoan này. Thanh Chương, ngày 20/3/2021 Người viết SKKN Nguyễn Thị Xuân.
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Viết đầy đủ GD&ĐT Giáo dục và đào tạo CM Chuyên môn ĐC Đối chứng TN Thực nghiệm GV Giáo viên HS Học sinh SGK Sách giáo khoa THPT Trung học phổ thông THCS Trung học cơ sở TNSP Thực nghiệm sư phạm SKKN Sáng kiến kinh nghiệm KHKT Khoa học kỹ thuật GD STEM Giáo dục STEM CĐ Chủ đề CĐ DH Chủ đề dạy học
MỤC LỤC Phần 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1. Lý do chọn đề tài 1 1.2. Mục đích nghiên cứu 1 1.3. Nhiệm vụ nghiên cứu 1 1.4. Đối tượng nghiên cứu 2 1.5. Kế hoạch nghiên cứu. 2 1.6. Phương pháp nghiên cứu 2 1.7. Điểm mới của đề tài 3 Phần 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1. Cơ sở lí luận và thực tiễn 4 2.1.1. Một số vấn đề chung về giáo dục STEM. 4 2.1.2. Thực trạng của vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh 14 nghiệm. 2.2. Thiết kế và tổ chức dạy học một số chủ đề trong môn toán lớp 11 17 theo định hướng giáo dục STEM. 2.2.1. Mục tiêu của chương trình giáo dục phổ thông tổng thể môn 17 toán 2.2.2. Một số chủ đề môn toán lớp 11 thực hiện dạy học theo định 18 hướng giáo dục STEM 2.2.3. Thiết kế và tổ chức dạy học một số chủ đề trong môn toán lớp 20 11 theo định hướng giáo dục STEM. 2. 3. Thực nghiệm sư phạm 44 Phần 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC
Phần 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1. Lí do chọn đề tài Trong nhà trường phổ thông, môn Toán góp phần hình thành và phát triển các phẩm chất, năng lực chung và năng lực toán học bao gồm những thành phần: kiến thức và kĩ năng toán, các thao tác tư duy, tưởng tượng không gian, lập luận, giải quyết vấn đề, mô hình hoá toán học, giao tiếp và ngôn ngữ toán học, sử dụng công cụ, phương tiện học toán cho học sinh. Chính vì vậy, ngoài cung cấp kiến thức, môn Toán còn rèn luyện kĩ năng 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 khác, đặc biệt với các môn học thuộc lĩnh vực giáo dục STEM. Giáo dục STEM được đánh giá là một trong những giải pháp chuẩn bị nguồn nhân lực cho Cách mạng Công nghiệp 4.0, nguồn nhân lực “công dân toàn cầu thế hệ mới”. Với vai trò đó, thời gian qua, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã chỉ đạo các địa phương triển khai chương trình giáo dục STEM từ bậc học phổ thông. Tuy nhiên trong thực tế khi áp dụng tại một số trường THPT thì vẫn còn những cách hiểu khác nhau, nhiều cách vận dụng và nhiều cấp độ vận dụng khác nhau, khi triển khai có những vướng mắc nhất định và hiệu quả đạt được chưa cao vì nội dung này khá mới mẻ với GV và HS cũng như các cấp quản lý giáo dục. Đặc biệt là đối với riêng bộ môn toán, việc dạy học theo định hướng giáo dục STEM có nhiều khó khăn, vướng mắc đối với giáo viên dạy toán. Thực hiện công văn số: 1677/Sở GD&ĐT – GDTrH về việc triển khai thực hiện giáo dục STEM trong giáo dục trung học từ năm học 2020 – 2021 ngày 20 tháng 8 năm 2020 của Sở GD&ĐT Nghệ An, tại đơn vị tôi ngay từ đầu năm học 2020 2021 đã được quan tâm và triển khai đến toàn thể giáo viên. Để đạt hiệu quả cao hơn, thiết thực hơn trong dạy học chủ đề STEM đối với môn toán tôi viết đề tài: "Dạy học một số chủ đề trong môn toán lớp 11 theo định hướng giáo dục STEM". 1.2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu về giáo dục STEM từ đó thiết kế và tổ chức dạy học một số chủ đề môn toán lớp 11 theo định hướng giáo dục STEM. 1.3. Nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu về cơ sở lí luận về giáo dục STEM, về dạy học theo định hướng giáo dục STEM. Nghiên cứu thực trạng dạy học STEM trong trường phổ thông, thực trạng dạy học các chủ đề môn toán theo định hướng giáo dục STEM. 1
Thực nghiệm sư phạm để kiểm nghiệm tính hiệu quả của một số chủ đề đã thiết kế. 1.4. Đối tượng nghiên cứu Thiết kế và tổ chức dạy học một số chủ đề môn toán lớp 11 theo định hướng giáo dục STEM. 1.5. Kế hoạch nghiên cứu TT Thời gian Nội dung công việc Sản phẩm Tháng 7/2020 Chọn đề tài SKKN Bản đề cương chi 1 đến tháng tiết. Đăng ký với tổ CM 9/2020 Đọc tài liệu Tập hợp tài liệu lí Từ tháng thuyết. 2 10/2020 đến Khảo sát thực trạng. tháng 11 /2020. Tổng hợp số liệu. Số liệu khảo sát đã xử lí. Trao đổi với đồng nghiệp để Tập hợp ý kiến Từ tháng đề xuất biện pháp, các sáng đóng góp của đồng 11/2020 đến kiến. nghiệp. 3 đầu tháng 3/2021 Áp dụng thử nghiệm. Kết quả thử nghiệm. Viết báo cáo. Bản nháp báo cáo. Từ tháng 4 12/2020 đến Xin ý kiến của đồng nghiệp. Tập hợp ý kiến tháng 02/2021. đóng góp của đồng nghiệp. Từ tháng Hoàn thiện bản báo cáo. Bản báo cáo chính 5 02/2020 đến thức. 3/2021 1.6. Phương pháp nghiên cứu: sử dụng phối hợp các phương pháp sau Nhóm các phương pháp nghiên cứu lý thuyết + Phương pháp thu thập các nguồn tài liệu lý luận. + Phương pháp phân tích, tổng hợp các nguồn tài liệu đã thu thập Nhóm các phương pháp nghiên cứu thực tiễn 2
+ Điều tra thực trạng dạy học theo định hướng giáo dục STEM tại các trường THPT hiện nay. + Trao đổi với giáo viên trong nhóm + Thực nghiệm sư phạm Phương pháp thống kê toán học + Xử lý phân tích các kết quả thực nghiệm sư phạm. 1.7. Điểm mới của đề tài Một vài năm trở lại đây đã có giáo viên bắt đầu nghiên cứu vấn đề này, tuy nhiên chưa nhiều. Các chủ đề được chọn và dạy học theo định hướng giáo dục STEM là do tôi tự tìm hiểu và thiết kế. Đề tài của tôi thiết kế một số chủ đề trong môn toán lớp 11 dạy học theo định hướng giáo dục STEM phù hợp với các trường THPT đóng trên địa bàn có điều kiện Kinh tế xã hội còn khó khăn, các trường có HS dân tộc thiểu số, đầu vào tuyển sinh thấp, tại các trường THPT mà giáo dục STEM chưa được quan tâm đúng mực và triển khai chưa có hiệu quả cao. Trong thực tiễn giảng dạy bản thân tôi và các đồng nghiệp đã áp dụng đề tài của mình vào giảng dạy và đã thu được kết quả rất khả quan, học sinh hứng thứ hơn, tích cực, chủ động, sáng tạo hơn. Đề tài có thể làm tài liệu tham khảo cho giáo viên và học sinh trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM cho những năm học tiếp theo. 3
4
Phần 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 2.1.1. Một số vấn đề chung về giáo dục STEM. 2.1.1.1. Khái niệm STEM STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học), thường được sử dụng khi bàn đến các chính sách phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học của mỗi quốc gia. Sự phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học được mô tả bởi chu trình STEM, 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. “Science” trong chu trình STEM được mô tả bởi một mũi tên từ “Technology” sang “Knowledge” thể hiện quy trình sáng tạo khoa học. Đứng trước thực tiễn với "Công nghệ" hiện tại, các nhà khoa học, với năng lực tư duy phản biện, luôn đặt ra những câu hỏi/vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện công nghệ, đó là các câu hỏi/vấn đề 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. Các kĩ sư sử dụng "Kiến thức" khoa học để thiết kế, sáng tạo ra công nghệ mới. 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 "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. 2.1.1.2. Giáo dục STEM. Phỏng theo chu trình STEM, giáo dục STEM đặt học sinh trước những vấn đề thực tiễn ("công nghệ" hiện tại) cần giải quyết, đòi hỏi học sinh phải tìm tòi, chiếm lĩnh kiến thức khoa học và vận dụng kiến thức để thiết kế và thực hiện giải pháp giải quyết vấn đề ("công nghệ" mới). Như vậy, mỗi bài học STEM sẽ đề cập và giao cho học sinh giải quyết một vấn đề tương đối trọn vẹn, đòi hỏi học sinh phải huy động kiến thức đã có và tìm tòi, chiếm lĩnh kiến thức mới để sử dụng. Quá trình đó đòi hỏi học sinh phải thực hiện theo "Quy trình khoa học" (để chiếm lĩnh kiến thức mới) và "Quy trình kĩ thuật" để sử 5
dụng kiến thức đó vào việc thiết kế và thực hiện giải pháp ("công nghệ" mới) để giải quyết vấn đề. Đây chính là sự tiếp cận liên môn trong giáo dục STEM, dù cho kiến thức mới mà học sinh cần phải học để sử dụng trong một bài học STEM cụ thể có thể chỉ thuộc một môn học. Như vậy, giáo dục STEM là một phương thức giáo dục nhằm trang bị cho học sinh những kiến thức khoa học gắn liền với ứng dụng của chúng trong thực tiễn, qua đó phát triển cho học sinh năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề cùng với những năng lực khác tương ứng, đáp ứng được yêu cầu của sự phát triển kinh tế – xã hội. Các mức độ áp dụng giáo dục STEM trong giáo dục phổ thông như sau: a) Dạy học các môn khoa học theo phương thức giáo dục STEM Đây là hình thức tổ chức giáo dục STEM chủ yếu trong nhà trường. 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. b) Tổ chức các hoạt động trải nghiệm STEM Trong hoạt động trải nghiệm STEM, học sinh được khám phá các thí nghiệm, ứng dụng khoa học, kỹ thuật trong thực tiễn đời sống. Qua đó, nhận biết được ý nghĩa của khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học đối với đời sống con người, nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM. Đây cũng là cách thức để thu hút sự quan tâm của xã hội tới giáo dục STEM. Để tổ chức thành công các hoạt động trải nghiệm STEM, cần có sự tham gia, hợp tác của các bên liên quan như trường trung học, cơ sở giáo dục nghề nghiệp, các trường đại học, doanh nghiệp. Trải nghiệm STEM còn có thể được thực hiện thông qua sự hợp tác giữa trường trung học với các cơ sở giáo dục đại học, giáo dục nghề nghiệp. Theo cách này, sẽ kết hợp được thực tiễn phổ thông với ưu thế về cơ sở vật chất của giáo dục đại học và giáo dục nghề nghiệp. Các trường trung học có thể triển khai giáo dục STEM thông qua hình thức câu lạc bộ. Tham gia câu lạc bộ STEM, học sinh được học tập nâng cao trình độ, triển khai các dự án nghiên cứu, tìm hiểu các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM. Đây là hoạt động theo sở thích, năng khiếu của học sinh. c) Tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học, kĩ thuật Giáo dục STEM có thể được triển khai thông qua hoạt động nghiên cứu khoa học và tổ chức các cuộc thi sáng tạo khoa học kỹ thuật. Hoạt động này không mang tính đại trà mà dành cho những học sinh có năng lực, sở thích và hứng thú với các hoạt động tìm tòi, khám phá khoa học, kỹ thuật giải quyết các vấn đề thực tiễn. 6
Tổ chức tốt hoạt động câu lạc bộ STEM cũng là tiền đề phát triển hoạt động sáng tạo khoa học kỹ thuật và triển khai các dự án nghiên cứu trong khuôn khổ cuộc thi khoa học kỹ thuật dành cho học sinh trung học. Bên cạnh đó, tham gia câu lạc bộ STEM và nghiên cứu khoa học, kĩ thuật là cơ hội để học sinh thấy được sự phù hợp về năng lực, sở thích, giá trị của bản thân với nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM. 2.1.1.3. Dạy học theo định hướng giáo dục STEM a) Một số tiêu chí của chủ đề giáo dục STEM Khi xây dựng một chủ đề giáo dục STEM, một số câu hỏi có thể gặp phải với các GV đó là liệu chủ đề được xây dựng có đúng theo tinh thần STEM hay không hay là một chủ đề tích hợp khoa học đơn thuần. Điều gì tạo nên sự phân biệt một chủ đề giáo dục STEM với các chủ đề học tập khác. Điều đầu tiên cần phải khẳng định trước hết một chủ đề dạy học theo định hướng STEM phải là một chủ đề mang tính tích hợp. Một số tiêu chí của chủ đề giáo dục STEM là: Chủ đề STEM hướng tới giải quyết các vấn đề trong thế giới thực. Vận dụng kiến thức STEM để giải quyết các vấn đề thực tiễn chính là mục tiêu của dạy học theo quan điểm STEM. Do vậy, bài học STEM không phải là để giải quyết các vấn đề mang tính tưởng tượng và xa rời thực tế mà nó luôn hướng đến giải quyết các vấn đề các tình huống trong xã hội, kinh tế, môi trường trong cộng đồng địa phương của họ cũng như toàn cầu. Chủ đề STEM phải hướng tới việc HS vận dụng các kiến thức trong lĩnh vực STEM để giải quyết tiêu chí này nhằm đảm bảo theo đúng tinh thần giáo dục STEM, qua đó mới phát triển được những năng lực chuyên môn liên quan. Chủ đề STEM định hướng thực hành định hướng hành động là một đặc điểm của quan điểm STEM. Chỉ khi chủ đề STEM định hướng thực hành mới đảm bảo hình thành và phát triển năng lực cho HS. Điều này sẽ giúp HS có được kiến thức từ kinh nghiệm thực hành chứ không phải chỉ từ lí thuyết. Bằng cách xây dựng các bài giảng theo chủ đề và dựa trên thực hành, HS sẽ được hiểu sâu về lí thuyết, nguyên lí thông qua các hoạt động thực tế. Chính các hoạt động thực tế này sẽ giúp HS nhớ kiến thức lâu hơn và sâu hơn. HS sẽ được làm việc theo nhóm, tự thảo luận tìm tòi kiến thức, tự vận dụng kiến thức vào các hoạt động thực hành rồi sau đó có thể truyền đạt lại kiến thức cho người khác. Với cách học này, GV không còn là người truyền đạt kiến thức nữa mà sẽ là người hướng dẫn để HS tự xây dựng kiến thức cho chính mình. Chủ đề STEM khuyến khích làm việc nhóm giữa các HS. Trên thực tế có những chủ đề STEM vẫn có thể triển khai cá nhân. Tuy nhiên, làm việc theo nhóm là hình thức làm việc phù hợp trong việc giải quyết các nhiệm vụ phức 7
hợp gắn với thực tiễn. Làm việc theo nhóm là một kĩ năng quan trọng trong thế kỉ 21 bên cạnh đó khi làm việc theo nhóm HS sẽ được đặt vào môi trường thúc đẩy các nhu cầu giao tiếp chia sẻ ý tưởng và cùng nhau phát triển giải pháp. 2.1.1.4. Quy trình xây dựng bài học STEM Bước 1: Lựa chọn chủ đề bài học Căn cứ vào nội dung kiến thức trong chương trình môn học và các hiện tượng, quá trình gắn với các kiến thức đó trong tự nhiên; quy trình hoặc thiết bị công nghệ có sử dụng của kiến thức đó trong thực tiễn... để lựa chọn chủ đề của bài học. Những ứng dụng đó có thể là: Hiện tượng tán sắc ánh sáng – Tính chất sóng của ánh sáng – Máy quang phổ lăng kính; Hiện tượng khúc xạ và phản xạ ánh sáng – Gương cầu và thấu kính – Ống nhòm, kính thiên văn; Sự chìm, nổi – lực đẩy Ácsimét – Thuyền/bè; Hiện tượng cảm ứng điện từ – Định luật Cảm ứng điện từ và Định luật Lenxơ – Máy phát điện/động cơ điện; Vật liệu cơ khí; Các phương pháp gia công cơ khí; Các cơ cấu truyền và biến đổi chuyển động; Các mối ghép cơ khí; Mạch điện điều khiển cho ngôi nhà thông minh; Sữa chua/dưa muối – Vi sinh vật – Quy trình làm sữa chua/muối dưa; Thuốc trừ sâu – Phản ứng hóa học – Quy trình xử lí dư lượng thuốc trừ sâu; Hóa chất –Phản ứng hóa học – Quy trình xử lí chất thải; Sau an toàn – Hóa sinh – Quy trình trồng rau an toàn... Bước 2: Xác định vấn đề cần giải quyết Sau khi chọn chủ đề của bài học, cần xác định vấn đề cần giải quyết để giao cho học sinh thực hiện sao cho khi giải quyết vấn đề đó, học sinh phải học được những kiến thức, kĩ năng cần dạy trong chương trình môn học đã được lựa chọn (đối với STEM kiến tạo) hoặc vận dụng những kiến thức, kỹ năng đã biết (đối với STEM vận dụng) để xây dựng bài học. Theo những ví dụ nêu trên, nhiệm vụ giao cho học sinh thực hiện trong các bài học có thể là: Thiết kế, chế tạo một máy quang phổ đơn giản trong bài học về bản chất sóng của ánh sáng; Thiết kế, chế tạo một ống nhòm đơn giản khi học về hiện tượng phản xạ và khúc xạ ánh sáng; Chế tạo bè nổi/thuyền khi học về Định luật Ácsimét; Chế tạo máy phát điện/động cơ điện khi học về cảm ứng điện từ; Thiết kế mạch lôgic khi học về dòng điện không đổi; Thiết kế robot leo dốc, cầu bắc qua hai trụ, hệ thống tưới nước tự động, mạch điện cảnh báo và điều khiển cho ngôi nhà thông minh; Xây dựng quy trình làm sữa chua/muối dưa; Xây dựng quy trình xử lí dư lượng thuốc trừ sâu trong rau/quả; Xây dựng quy trình xử lí hóa chất ô nhiễm trong nước thải; Quy trình trồng rau an toàn… Bước 3: Xây dựng tiêu chí của thiết bị/giải pháp giải quyết vấn đề Sau khi đã xác định vấn đề cần giải quyết/sản phẩm cần chế tạo, cần xác định rõ tiêu chí của giải pháp/sản phẩm. Những tiêu chí này là căn cứ quan trọng 8
để đề xuất giả thuyết khoa học/giải pháp giải quyết vấn đề/thiết kế mẫu sản phẩm. Đối với các ví dụ nêu trên, tiêu chí có thể là: Chế tạo máy quang phổ sử dụng lăng kính, thấu kính hội tụ; tạo được các tia ánh sáng màu từ nguồn sáng trắng; Chế tạo ống nhòm /kính thiên văn từ thấu kính hội tụ, phân kì; quan sát được vật ở xa với độ bội giác trong khoảng nào đó; Quy trình sản xuất sữa chua/muối dưa với tiêu chí cụ thể của sản phẩm (độ ngọt, độ chua, dinh dưỡng...); Quy trình xử lí dư lượng thuốc trừ sâu với tiêu chí cụ thể (loại thuốc trừ sâu, độ "sạch" sau xử lí); Quy trình trồng rau sạch với tiêu chí cụ thể ("sạch" cái gì so với rau trồng thông thường)... Bước 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 5 loại hoạt động học. Mỗi hoạt động học được thiết kế rõ ràng về mục đích, nội dung và sản phẩm học tập mà học sinh phải hoàn thành. Các hoạt động học đó có thể được tổ chức cả ở trong và ngoài lớp học (ở trường, ở nhà và cộng đồng). Cần thiết kế bài học điện tử trên mạng để hướng dẫn, hỗ trợ hoạt động học của học sinh bên ngoài lớp học. 2.1.1.5. Dạy học các môn khoa học theo phương thức giáo dục STEM. 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 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 (Ghi chép thông tin về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ; đánh giá, đặt câu hỏi về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ). Kỹ thuật 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). 9
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 phải 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 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 10
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. 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. 2.1.1.6. Vai trò của môn toán trong dạy học STEM. a) Chương trình giáo dục phổ thông mới môn toán: Gắn liền với các môn STEM. Môn Toán hình thành, phát triển ở học sinh năng lực toán học, biểu hiện tập trung của năng lực tính toán, với các thành phần sau: tư duy và lập luận toán học; mô hình hoá toán học; giải quyết vấn đề toán học; giao tiếp toán học; sử dụng công cụ, phương tiện học Toán. Đồng thời, thông qua phương pháp tổ chức các hoạt động khám phá, luyện tập, thực hành và trải nghiệm toán học, môn Toán góp phần cùng các môn học và hoạt động giáo dục khác hình thành, phát triển ở học sinh các phẩm chất chủ yếu và năng lực chung đã quy định 11
trong Chương trình tổng thể, đặc biệt là khả năng tự nhận thức và tích cực hoá bản thân, khả năng tổ chức và quản lí hoạt động; giúp học sinh bước đầu xác định được năng lực, sở trường của bản thân nhằm định hướng và lựa chọn nghề nghiệp, rèn luyện nhân cách để trở thành người lao động và người công dân có trách nhiệm. b) Nội dung chương trình được phân chia theo hai giai đoạn: Giai đoạn giáo dục cơ bản (từ lớp 1 đến lớp 9): Đây là giai đoạn nền tảng cho việc học tập ở các trình độ tiếp theo, do đó chương trình mới giúp học sinh nắm được một cách có hệ thống các khái niệm, nguyên lí, quy tắc toán học cần thiết nhất cho tất cả mọi người, làm nền tảng cho việc học tập ở các trình độ học tập tiếp theo hoặc có thể sử dụng trong cuộc sống hằng ngày. Giai đoạn giáo dục định hướng nghề nghiệp (từ lớp 10 đến lớp 12): Giúp học sinh có cái nhìn tương đối tổng quát về Toán học, hiểu được vai trò và những ứng dụng của Toán học trong thực tiễn, những ngành nghề có liên quan đến Toán học để học sinh có cơ sở định hướng nghề nghiệp, cũng như có khả năng tự tìm hiểu những vấn đề có liên quan đến toán học trong suốt cuộc đời. c) Chương trình môn Toán nhấn mạnh các quan điểm: Kế thừa và phát huy ưu điểm của chương trình hiện hành và các chương trình trước đó, tiếp thu có chọn lọc kinh nghiệm xây dựng chương trình môn học của các nước tiên tiến trên thế giới, tiếp cận những thành tựu của khoa học giáo dục, có tính đến điều kiện kinh tế và xã hội Việt Nam. Chương trình bảo đảm tính tinh giản, thiết thực, hiện đại, phản ánh những nội dung nhất thiết phải được đề cập trong nhà trường phổ thông, đáp ứng nhu cầu hiểu biết thế giới cũng như hứng thú, sở thích của người học, phù hợp với cách tiếp cận của thế giới ngày nay. Chương trình quán triệt tinh thần "toán học cho mọi người", ai cũng học được Toán nhưng mỗi người có thể học Toán theo cách phù hợp với sở thích và năng lực cá nhân. Chú trọng tính ứng dụng, gắn kết với thực tiễn và các môn học khác (đặc biệt với các môn học thực hiện giáo dục STEM), gắn với xu hướng phát triển hiện đại của kinh tế, khoa học, đời sống xã hội và những vấn đề cấp thiết có tính toàn cầu (như biến đổi khí hậu, phát triển bền vững, giáo dục tài chính,...). Chương trình thực hiện tích hợp nội môn xoay quanh ba mạch kiến thức: Số, Đại số và Một số yếu tố giải tích; Hình học và Đo lường; Thống kê và Xác suất; thực hiện tích hợp liên môn thông qua các nội dung, chủ đề liên quan hoặc các kiến thức toán học được khai thác, sử dụng trong các môn học khác như Vật lí, Hoá học, Sinh học, Địa lí, Tin học, Công nghệ, Lịch sử, Nghệ thuật,... Chương trình môn Toán còn thực hiện tích hợp nội môn và liên môn thông qua các hoạt động thực hành và trải nghiệm trong giáo dục toán học. 12
Đảm bảo tính tích hợp và phân hoá. Đối với tất cả các cấp học: quán triệt tinh thần dạy học theo hướng cá thể hoá người học trên cơ sở bảo đảm đa số học sinh (trên tất cả các vùng miền của cả nước) đáp ứng được yêu cầu cần đạt của chương trình; đồng thời chú ý tới các đối tượng chuyên biệt (học sinh giỏi, học sinh khuyết tật, học sinh có hoàn cảnh khó khăn,…). Đối với cấp trung học phổ thông: thiết kế các nội dung học tập và hệ thống chuyên đề học tập giúp học sinh nâng cao kiến thức, kĩ năng thực hành, vận dụng giải quyết các vấn đề gắn với thực tiễn. Chương trình bảo đảm định hướng thống nhất và những nội dung giáo dục toán học cốt lõi, bắt buộc đối với học sinh toàn quốc, đồng thời trao quyền chủ động và trách nhiệm cho địa phương và nhà trường trong việc triển khai kế hoạch giáo dục phù hợp với đối tượng và điều kiện của địa phương, của cơ sở giáo dục. d) Về phương pháp dạy học, Chương trình môn Toán định hướng như sau: Thực hiện dạy học phù hợp với tiến trình nhận thức của học sinh (đi từ cụ thể đến trừu tượng, từ dễ đến khó). Quán triệt tinh thần "lấy người học làm trung tâm", phát huy tính tích cực, tự giác, chú ý nhu cầu, năng lực nhận thức, cách thức học tập khác nhau của từng cá nhân học sinh. Tổ chức quá trình dạy học theo hướng kiến tạo, trong đó học sinh được tham gia tìm tòi, phát hiện, suy luận giải quyết vấn đề. Linh hoạt trong việc vận dụng các phương pháp, kĩ thuật dạy học tích cực; kết hợp nhuần nhuyễn, sáng tạo với việc vận dụng các phương pháp, kĩ thuật dạy học truyền thống. Kết hợp các hoạt động dạy học trong lớp học với hoạt động thực hành trải nghiệm, vận dụng kiến thức toán học vào thực tiễn. Cấu trúc bài học bảo đảm tỉ lệ cân đối, hài hoà giữa kiến thức cốt lõi, kiến thức vận dụng và các thành phần khác. 2.1.1.7. Hướng dẫn thực hiện chủ đề dạy học theo định hướng giáo dục STEM trong trường Trung học a) Mục tiêu của giáo dục STEM Giáo dục STEM là một phương pháp dạy học nhằm hình thành, rèn luyện tri thức, năng lực cho học sinh (HS) thông qua các đề tài, các bài học, các chủ đề có nội dung thực tiễn. 13
Trong quá trình dạy học, các kiến thức và kỹ năng thuộc các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật, toán học được hình thành và phát triển thông qua việc vận dụng, phối hợp chúng để giải quyết vấn đề thực tiễn được đặt ra. Giáo dục STEM đề cao hoạt động thực hành và phương pháp mô hình trong giải quyết các vấn đề của thực tiễn cuộc sống thông qua hoạt động nhóm, hoạt động tập thể, hoạt động cộng đồng. Từ đó rèn luyện cho HS năng lực tư duy, sáng tạo, tranh luận, phản biện, … Giáo dục STEM cũng trang bị cho HS những kỹ năng phù hợp để phát triển trong thế kỷ 21: Tư duy phản biện và sáng tạo, Kỹ năng diễn đạt và thuyết trình, Kỹ năng trao đổi và cộng tác, Kỹ năng giải quyết vấn đề, Kỹ năng làm việc theo dự án. b) Yêu cầu về chủ đề giáo dục STEM Các chủ đề GD STEM có thể được xây dựng, thực hiện với nhiều mức độ khác nhau tùy thuộc vào khả năng xây dựng kế hoạch dạy học, giáo dục của đơn vị và sự đáp ứng của học sinh. Cụ thể: Các chủ đề GD STEM có thể là các nội dung hẹp và đơn giản, thiết bị phương tiện thực hiện gọn nhẹ, thời gian thực hiện không dài và thường kết hợp trong một bài học hoặc một phần của bài học nhằm xây dựng hoặc minh họa cho kiến thức của bài học, vận dụng kiến thức của bài học để góp phần hình thành hoặc củng cố một kỹ năng thiết yếu trong cuộc sống. Các chủ đề GD STEM có nội dung của một dự án nhằm luyện tập tìm hiểu, giải quyết một vấn đề trong thực tiễn cuộc sống, liên hệ chủ yếu với kiến thức của một bài học, thiết bị phương tiện thực hiện không quá phức tạp, thời gian và công sức thực hiện không dài, hoặc các chủ đề có nội dung của một dự án nhằm luyện tập tìm hiểu, giải quyết một vấn đề trong thực tiễn cuộc sống có tính chất tích hợp, liên môn, cần đầu tư nhiều cho các thiết bị phương tiện thực hiện và có thể tốn nhiều thời gian, công sức. c) Về hình thức tổ chức Các chủ đề dạy học theo định hướng giáo dục STEM có thể tổ chức lồng ghép trong một tiết dạy học, trong Một bài học chính khóa; tổ chức trong một tiết dạy học hoặc một bài học ngoại khóa; Các chủ đề dạy học có thể được xây dựng theo Chương trình giáo dục nhà trường (đảm bảo sự đăng ký tham gia tự nguyện của học sinh và cha mẹ học sinh) được xây dựng trong kế hoạch giáo dục nhà trường. Các chủ đề dạy học theo định hướng giáo dục STEM được xây dựng mới hoặc kết hợp với một số giờ học tại phòng học bộ môn trong nhà trường nhằm trang bị một số công cụ thực hành thông dụng để tiến hành một số tiết học về 14
GD STEM tại phòng bộ môn; tổ chức thành một cuộc thi trong phạm vi hẹp của nhóm hoặc lớp hay tổ chức thành một cuộc thi trong phạm vi rộng trong nhà trường hoặc rộng hơn. Các nội dung này phải được tính toán phù hợp và đảm bảo việc thực hiện đầy đủ nội dung chương trình theo qui định. d) Huy động các lực lượng xã hội tham gia Các doanh nghiệp, tổ chức xã hội có chức năng trong lĩnh vực giáo dục, có năng lực (đội ngũ,có cơ sở vật chất, trang thiết bị, có hệ thống bài học, chủ đề về GD STEM phù hợp) được Sở GD&ĐT thẩm định và cho phép hỗ trợ nhà trường tổ chức thực hiện các chủ đề GD STEM. 2.1.2. Thực trạng của vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm. Những năm qua, Bộ GDĐT, Sở GDĐT đã tổ chức nhiều hội thảo, tập huấn cán bộ quản lý, giáo viên thực hiện giáo dục STEM; tập huấn cán bộ quản lý, giáo viên các trường triển khai thí điểm hoạt động giáo dục này. Điều đó đã giúp cán bộ quản lý, giáo viên trung học nắm bắt nội dung, phương pháp, hình thức triển khai hoạt động giáo dục STEM có hiệu quả. Tại Nghệ An, chương trình giáo dục STEM được Sở Giáo dục và Đào tạo triển khai từ năm học 20182019 và được thực hiện 3 mức độ: dạy học theo chủ đề giáo dục STEM; dạy học thông qua hoạt động trải nghiệm STEM và dạy học thông qua hoạt động nghiên cứu khóa học của học sinh. Hiện cấp trung học đã xây dựng và thực hiện được 667 chủ đề giáo dục STEM. Đặc biệt có 2 trường THPT; 62 trường THCS được Bộ GD&ĐT chọn thí điểm triển khai GD STEM từ năm học 20182019 đã phát huy hiệu quả. (Số liệu cập nhật tính đến ngày 23/11/2020) Tuy nhiên, đây là một lĩnh vực mới, một cách tiếp cận mới do đó việc triển khai chương trình giáo dục STEM tại Nghệ An cũng như các địa phương khác còn gặp khó khăn, lúng túng. Đang có những vấn đề còn tồn tại trong việc triển khai giáo dục STEM. Cụ thể, thiếu khung chương trình, mô hình giáo dục STEM thống nhất cho các cấp học, bậc học, thiếu tài liệu giáo dục STEM và tài liệu hướng dẫn giáo dục STEM. Bên cạnh đó, giáo viên và cán bộ quản lý giáo dục ở các cấp học đã được tập huấn, chuyển giao công nghệ giáo dục STEM nhưng chưa mang lại hiệu quả cao, do đó sự hiểu biết và nhận thức về vấn đề này còn nhiều hạn chế. Việc triển khai giáo dục STEM đôi khi còn mang tính tự phát, nên hiệu quả chưa rõ ràng. Dù việc dạy học STEM ở Nghệ An còn tự phát, phòng học phục vụ cho STEM chưa có, chủ yếu dựa vào sự năng động tâm huyết của một số thầy, cô giáo nhưng đã thu hút được sự quan tâm, hứng thú của học sinh. Hiện nay, dù Giáo dục STEM là lĩnh vực mới, nhưng có vai trò hình thành kỹ năng toàn cầu cho học sinh, giúp các em vận dụng kiến thức đã học vào thực tiễn cuộc sống. 15