Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo của học sinh trong dạy học STEM chủ đề Moment lực. Cân bằng của vật rắn - Vật lí 10 (KNTT)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:66

Thêm vào BST

Báo xấu

4
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu sáng kiến "Phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo của học sinh trong dạy học STEM chủ đề Moment lực. Cân bằng của vật rắn - Vật lí 10 (KNTT)" nhằm nghiên cứu cơ sở lý luận về giáo dục STEM trong trường phổ thông; dạy học định hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho học sinh THPT; Thiết kế, tổ chức dạy học STEM chủ đề Moment lực. Cân bằng của vật rắn- Vật lí 10 (KNTT) theo hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho HS THPT.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo của học sinh trong dạy học STEM chủ đề Moment lực. Cân bằng của vật rắn - Vật lí 10 (KNTT)

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGHỆ AN ---------- SÁNG KIẾN Đề tài: PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ VÀ SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC STEM CHỦ ĐỀ “MÔMEN LỰC. CÂN BẰNG CỦA VẬT RẮN” - VẬT LÍ 10 (KNTT) Lĩnh vực: Vật lí Năm học: 2023 - 2024
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGHỆ AN TRƯỜNG THPT TƯƠNG DƯƠNG 1 ---------- SÁNG KIẾN Đề tài: PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ VÀ SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC STEM CHỦ ĐỀ “MÔMEN LỰC. CÂN BẰNG CỦA VẬT RẮN” - VẬT LÍ 10 (KNTT) Lĩnh vực: Vật lí NHÓM TÁC GIẢ: STT HỌ VÀ TÊN CHỨC VỤ 1 Trần Thị Thùy Dung Giáo viên Vật lí 2 Hoàng Đăng Tùng Giáo viên Toán Số điện thoại: 0392.692.511 Năm học: 2023 – 2024 Tương Dương, tháng 05 năm 2024
MỤC LỤC NỘI DUNG DANH MỤC Trang MỤC LỤC DANH MỤC THỐNG KÊ CHỮ VIẾT TẮT Phần 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1 1. Lí do chọn đề tài 1 2. Mục đích nghiên cứu 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2 4. Nhiệm vụ nghiên cứu 2 5. Phương pháp nghiên cứu 2 6. Những đóng góp của đề tài 2 Phần 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 4 CHƯƠNG 1. CỞ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ PHÁT TRIỂN 4 NĂNG LỰC GQVĐ&ST CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC STEM CHỦ ĐỀ “MÔMEN LỰC. CÂN BẰNG CỦA VẬT RẮN” - VẬT LÍ 10 (KNTT) 1. Giáo dục STEM. 4 1.1. Khái niệm giáo dục STEM 4 1.1.1. Thuật ngữ STEM 4 1.1.2. Giáo dục STEM 4 1.2. Phân loại STEM 5 1.3. Vai trò, ý nghĩa giáo dục STEM trong trường phổ thông 5 1.4. Cơ sở thiết kế, tổ chức các hoạt động giáo dục STEM 6 1.4.1. Chu trình STEM 6 1.4.2. Quy trình thiết kế kỹ thuật 7 1.4.3. Phương pháp khoa học 7 1.5. Quy trình xây dựng bài dạy STEM và thiết kế tiến trình dạy học 8 1.5.1. Quy trình xây dựng bài dạy STEM 8
1.5.2. Thiết kế tiến trình dạy học 9 2. Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo. 12 2.1. Khái niệm năng lực. 12 2.2. Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo. 13 2.3. Cấu trúc và các biểu hiện hành vi của năng lực GQVĐ&ST. 13 3. Thực trạng dạy học theo mô hình giáo dục STEM phát triển năng lực 14 GQVĐ&ST ở trường THPT Tương Dương 1 3.1. Khảo sát thực trạng 14 3.1.1. Kết quả khảo sát GV 14 3.1.2. Kết quả khảo sát HS 17 3.2. Thuận lợi và khó khăn của thực trạng 19 3.2.1. Thuận lợi 19 3.2.2. Khó khăn 19 CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG KẾ HOẠCH BÀI HỌC STEM CHỦ ĐỀ 20 “MÔMEN LỰC. CÂN BẰNG CỦA VẬT RẮN” - VẬT LÍ 10 (KNTT) THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GQVĐ&ST CỦA HS 1. Phân tích nội dung kiến thức phần “Moment lực. Cân bằng của vật rắn” 20 trong chương trình Vật líTh THPT 2. Thiết kế tiến trình và tổ chức dạy học theo định hướng phát triển năng 24 lực GQVĐ&ST của HS theo mô hình giáo dục STEM chủ đề “Moment lực. Cân bằng của vật rắn” - Vật lí 10 (KNTT) 2.1. Mô tả chủ đề 24 2.2. Mục tiêu chủ đề 25 2.3. Chuẩn bị 26 2.4. Tiến trình dạy học 26 3. Xây dựng công cụ đánh giá trong dạy học STEM chủ đề “Moment lực. 39 Cân bằng của vật rắn ”. 3.1. Bảng kiểm đánh giá phương án thiết kế 39 3.2. Bảng kiểm đánh giá sản phẩm 40
3.3. Rubrics đánh giá NL GQVĐ&ST của HS trong dạy học STEM chủ 40 đề Mô hình cần trục tháp CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 46 1. Mục đích thực nghiệm sư phạm 46 2. Nhiệm vụ thực nghiệm 46 3. Đối tượng và thời gian thực nghiệm sư phạm 46 4. Kết quả thực nghiệm sư phạm 46 4.1. Phân tích định tính 46 4.2. Phân tích kết quả định lượng 48 5. Hiệu quả của đề tài. 50 6. Khảo sát sự cấp thiết và tính khả thi của đề tài 51 6.1. Mục đích khảo sát 51 6.2. Nội dung và phương pháp khảo sát 51 6.3. Đối tượng khảo sát 53 6.4. Kết quả khảo sát về sự cấp thiết và tính khả thi của các giải pháp đã 52 đề xuất Phần 3: KẾT LUẬN 55 1. Ý nghĩa của đề tài 55 2. Hướng phát triển của đề tài 55 3. Những kiến nghị, đề xuất. 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO Phụ lục 01 Phụ lục 02
DANH MỤC THỐNG KÊ CHỮ VIẾT TẮT STT Viết đầy đủ Viết tắt 1 Trung học phổ thông THPT 2 Giáo dục và đào tạo GD&ĐT 3 Học sinh HS 4 Giáo viên GV 5 Năng lực NL 6 Giáo dục phổ thông GDPT 7 Kết nối tri thức KNTT 8 Năng lực phẩm chất NLPC 9 Trường hợp TH 10 Giải quyết vấn đề và sáng tạo GQVĐ&ST 11 Kim đồng hồ KĐH 12 Cán bộ - Giáo viên CB - GV 13 Khoa học kĩ thuật KHKT 14 Phương pháp dạy học PPDH
PHẦN 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1. Lí do chọn đề tài Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư đã tạo ra sự thay đổi vô cùng to lớn, tác động đến nhiều lĩnh vực đời sống, kinh tế - xã hội và cũng chính là thách thức của ngành giáo dục trong việc đào tạo nguồn nhân lực theo nhu cầu mới của xã hội. Ngày 4/5/2017, Thủ tướng Chính phủ ban hành Chỉ thị số 16/CT-TTg về việc tăng cường năng lực tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư. Một trong các giải pháp mà Chỉ thị đề ra là: “Thay đổi mạnh mẽ các chính sách, nội dung, phương pháp giáo dục và dạy nghề nhằm tạo ra nguồn nhân lực có khả năng tiếp nhận các xu thế công nghệ sản xuất mới, trong đó cần tập trung vào thúc đẩy đào tạo về khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học (STEM), ngoại ngữ, tin học trong chương trình giáo dục phổ thông”. Giáo dục STEM là một giải pháp quan trọng và hiệu quả trong việc đổi mới căn bản và toàn diện nền giáo dục Việt Nam. Theo Chương trình GDPT 2018, giáo dục STEM là mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp học sinh áp dụng 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 giúp kết nối giữa trường học, cộng đồng, nơi làm việc và các tổ chức toàn cầu, để từ đó phát triển các năng lực trong lĩnh vực STEM và cùng với đó có thể cạnh tranh trong nền kinh kế mới. 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, học sinh (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, học sinh phải tìm tòi, nghiên cứu những kiến thức thuộc các môn học có liên quan đến vấn đề (qua sách giáo khoa, học liệu, thiết bị thí nghiệm, thiết bị công nghệ) và sử dụng chúng để giải quyết vấn đề đặt ra. Ngoài ra, giáo dục STEM còn đề cao một phong cách học tập mới cho người học, đó là phong cách học tập sáng tạo. Đặt người học vào vai trò của một nhà phát minh, người học sẽ phải hiểu thực chất của các kiến thức được trang bị; phải biết cách mở rộng kiến thức; phải biết cách sửa chữa, chế biến lại chúng cho phù hợp với tình huống có vấn đề mà người học đang phải giải quyết. Như vậy có thể thấy, giáo dục STEM chính là để HS có được cơ hội phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo (GQVĐ&ST), giúp các em thích ứng với môi trường lao động trong bối cảnh cuộc cách mạng Công nghiệp 4.0. Chủ đề “Moment lực. Cân bằng của vật rắn” trong chương trình Vật lí 10 có kiến thức cơ bản, dễ hiểu, có nhiều ứng dụng vào trong đời sống thực tiễn, khoa học kỹ thuật. Từ những lý do trên, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu: “Phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo của học sinh trong dạy học STEM chủ đề “Moment lực. Cân bằng của vật rắn” - Vật lí 10 (KNTT)”. 1
Học sinh thực hiện chủ đề STEM “Mô hình cần trục tháp”, thiết kế và chế tạo mô hình từ các vật liệu tái chế, từ đó phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo (GQVĐ&ST) một cách hiệu quả. 2. Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu cơ sở lý luận về giáo dục STEM trong trường phổ thông; dạy học định hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho HS THPT. - Thiết kế, tổ chức dạy học STEM chủ đề “Moment lực. Cân bằng của vật rắn”- Vật lí 10 (KNTT) theo hướng phát triển năng lực GQVĐ&ST cho HS THPT. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Phương pháp và hình thức tổ chức dạy học theo mô hình giáo dục STEM; Thực nghiệm sư phạm trên đối tượng học sinh lớp 10 trường THPT Tương Dương 1. - Phạm vi nghiên cứu: Hoạt động dạy và học khi tổ chức dạy học theo mô hình giáo dục STEM chủ đề “Moment lực. Cân bằng của vật rắn” - Vật lí 10 (KNTT) hướng phát triển năng lực GQVĐ&ST cho HS THPT. 4. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu cơ sở lí luận, cơ sở thực tiễn về giáo dục STEM; dạy học định hướng phát triển năng lực GQVĐ&ST. - Phân tích nội dung kiến thức về “Moment lực. Cân bằng của vật rắn” trong chương trình vật lý THPT. - Thiết kế và tổ chức thực hiện bài học STEM chủ đề “Moment lực. Cân bằng của vật rắn” - Vật lí 10 (KNTT) theo hướng phát triển năng lực GQVĐ&ST cho HS THPT. Học sinh thực hiện chủ đề STEM “Mô hình cần trục tháp” từ vật liệu tái chế. - Xây dựng tiêu chí đánh giá năng lực GQVĐ&ST thông qua mô hình giáo dục STEM chủ đề “Moment lực. Cân bằng của vật rắn” - Vật lí 10 (KNTT). - Tiến hành thực nghiệm sư phạm, phân tích kết quả thu được. Đánh giá hiệu quả việc dạy học STEM theo hướng phát triển năng lực GQVĐ&ST cho HS. 5. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý luận dạy học Vật lí theo mô hình giáo dục STEM; lý luận về năng lực GQVĐ&ST. - Khảo sát điều tra, phân tích tổng hợp lý thuyết, bài tập từ các tài liệu, sách giáo khoa, sách tham khảo, phỏng vấn trao đổi, nghiên cứu sản phẩm. - Xây dựng và sử dụng tiêu chí đánh giá năng lực GQVĐ&ST thông qua dạy học STEM chủ đề “Moment lực. Cân bằng của vật rắn” - Vật lí 10 (KNTT). - Tổ chức dạy học thực nghiệm và thực nghiệm sư phạm. Thu thập và phân tích số liệu, đánh giá kết quả thu được từ thực nghiệm sư phạm. 6. Những đóng góp của đề tài 2
- Trình bày cơ sở lý luận về giáo dục STEM; dạy học định hướng phát triển năng lực GQVĐ&ST. - Khảo sát điều tra và đưa ra được những kết luận khách quan về thực trạng dạy học theo mô hình giáo dục STEM phát triển năng lực GQVĐ&ST ở trường THPT Tương Dương 1. - Thiết kế và tổ chức thực hiện dạy học theo mô hình giáo dục STEM chủ đề “Moment lực. Cân bằng của vật rắn” - Vật lí 10 (KNTT), phát triển năng lực GQVĐ&ST cho HS THPT. - Học sinh thực hiện chủ đề STEM thiết kế, chế tạo “Mô hình cần trục tháp” từ vật liệu tái chế. - Tiến hành thực nghiệm sư phạm tại trường THPT Tương Dương 1 bài dạy theo mô hình giáo dục STEM. - Các kết quả nghiên cứu của đề tài làm tài liệu tham khảo, nghiên cứu về giáo dục STEM cho GV trường phổ thông. - Sản phẩm của chủ đề STEM có thể dùng làm phương tiện trực quan trong dạy học. 3
PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 1. CỞ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GQVĐ&ST CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC STEM CHỦ ĐỀ “MÔMEN LỰC. CÂN BẰNG CỦA VẬT RẮN” - VẬT LÍ 10 (KNTT) 1. Giáo dục STEM. 1.1. Khái niệm giáo dục STEM. 1.1.1. 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. 1.1.2. Giáo dục STEM Theo chương trình giáo dục phổ thông 2018, giáo dục STEM là mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp học sinh áp dụng các kiến thức khoa học, công nghệ, kỹ 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. Nhằm đa dạng hóa hình thức tổ chức giáo dục STEM trong trường phổ thông, tại Công văn số 3089/BGDĐT–GDTrH, ngày 14/8/2020 của Bộ Giáo dục và Đào tạo về việc triển khai thực hiện giáo dục STEM trong giáo dục trung học, giáo dục STEM được mở rộng hơn. Theo đó, 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. Nhìn chung, khi đề cập tới STEM, giáo dục STEM, cần nhận thức và hành động theo cả 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”. 4
- Hai là, phương pháp TIẾP CẬN LIÊN MÔN (khoa học, công nghệ, kĩ thuật, toán) trong dạy học với mục tiêu: (1) Nâng cao hứng thú học tập các môn học thuộc lĩnh vực STEM; (2) Vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các vấn đề thực tiễn; (3) Kết nối trường học và cộng đồng; (4) Định hướng hành động, trải nghiệm trong học tập; (5) Hình thành và phát triển năng lực và phẩm chất người học. 1.2. Phân loại STEM Dựa trên số các lĩnh vực STEM ta có: + STEM đầy đủ: cần vận dụng kiến thức của cả bốn lĩnh vực STEM để giải quyết vấn đề. + STEM khuyết: không cần phải vận dụng kiến thức cả bốn lĩnh vực STEM để giải quyết vấn đề. Dựa trên phạm vi kiến thức để giải quyết vấn đề STEM ta có: + STEM cơ bản: là loại hình STEM được xây dựng trên cơ sở kiến thức thuộc phạm vi các môn học Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học trong CTGDPT. + STEM mở rộng: là loại hình STEM có những kiến thức nằm ngoài chương trình và SGK. Sản phẩm STEM của loại hình này có độ phức tạp cao hơn. Các chủ đề thường được xây dựng trên cơ sở các nội dung mang tính bổ sung, mở rộng CTGDPT. Dựa vào mục đích dạy học ta có: + STEM kiến tạo: là STEM được xây dựng trên cơ sở kết nối kiến thức của nhiều môn học khác nhau mà HS chưa được học (hoặc được học một phần). HS sẽ vừa giải quyết được vấn đề và vừa lĩnh hội được tri thức mới. + STEM vận dụng: là STEM được xây dựng trên cơ sở những kiến thức HS đã được học. STEM dạng này sẽ bồi dưỡng cho HS năng lực vận dụng lý thuyết vào thực tế. Kiến thức lý thuyết được củng cố và khắc sâu. 1.3. Vai trò, ý nghĩa 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 giáo dục phổ thông. Cụ thể là: - Đảm bảo giáo dục toàn diện 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 giáo viên, 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 Các hoạt động 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 5
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 học sinh Khi triển khai các bài dạy STEM, học sinh 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 học sinh. 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 Để đảm bảo triển khai hiệu quả giáo dục STEM, cơ sở giáo dục phổ thông 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 để triển khai hoạt động giáo dục STEM. Bên cạnh đó, giáo dục STEM phổ thông cũng hướng tới giải quyết các vấn đề có tính đặc thù của địa phương. - Hướng nghiệp, phân luồng Tổ chức tốt giáo dục STEM ở trường phổ thông, 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. Qua đó, học sinh có được lựa chọn nghề nghiệp đúng đắn. Thực hiện tốt giáo dục STEM ở trường phổ thông cũng là cách thức thu hút học sinh theo học, lựa chọn các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM, các ngành nghề có nhu cầu cao về nguồn nhân lực trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư. 1.4. Cơ sở thiết kế, tổ chức các hoạt động giáo dục STEM Theo tiếp cận liên môn, giáo dục STEM hướng tới việc vận dụng kiến thức các môn học trong lĩnh vực STEM để giải quyết vấn đề thực tiễn. Do vậy, giáo dục STEM định hướng hoạt động và trải nghiệm, định hướng tìm tòi khám phá, định hướng thực hành và sản phẩm. Với đặc trưng như vậy, chu trình STEM, phương pháp khoa học (Scientific Method) và quy trình thiết kế kĩ thuật (Engineering Design Process) được xác định là cơ sở để thiết kế và tổ chức các hoạt động giáo dục STEM. Phương pháp khoa học hướng tới khám phá tri thức, thiết kế kĩ thuật hướng tới vận dụng tri thức khoa học để giải quyết các vấn đề thực tiễn, trong khi chu trình STEM thể hiện sự liên hệ, kết nối giữa các lĩnh vực STEM. 1.4.1. Chu trình STEM Khoa học tự nhiên, kĩ thuật và công nghệ có mối liên hệ mật thiết với nhau và cùng sử dụng toán làm công cụ quan trọng. Mối liên hệ này được thể hiện thông qua chu trình STEM (Hình 1.1). 6
Khoa học (Science) trong chu trình STEM được mô tả bởi một mũi tên từ Công nghệ (Technology) sang Tri thức (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, làm cơ sở cho việc hoàn thiện và phát triển công nghệ, đó là các câu hỏi, vấn đề khoa học. Hình 1.1. Chu trình STEM Trả lời các câu hỏi khoa học hoặc giải quyết các vấn đề khoa học sẽ phát minh ra các Tri thức khoa học. Ngược lại, Kĩ thuật (Engineering) trong chu trình STEM được mô tả bởi một mũi tên từ Tri thức sang Công nghệ thể hiện quy trình kĩ thuật. Các kĩ sư sử dụng Tri thức khoa học để thiết kế, sáng tạo ra công nghệ mới giải quyết vấn đề thực tiễn. Đặc trưng của Khoa học là phương pháp khoa học (Scientific Method), đặc trưng của Kĩ thuật là thiết kế kĩ thuật (engineering design). 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. 1.4.2. Quy trình thiết kế kỹ 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 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. 1.4.3. Phương pháp khoa học Đây là một phương pháp Hình 1.2. Quy trình thiết kế kỹ thuật nghiên cứu trong đó những vấn đề khoa học, những số liệu liên quan được thu thập 7
nhằm xây dựng những giả thuyết và những giả thuyết này được thực nghiệm kiểm chứng. Hình 1.3. Phương pháp khoa học trong giáo dục STEM 1.5. Quy trình xây dựng bài dạy STEM và thiết kế tiến trình dạy học 1.5.1. Quy trình xây dựng bài dạy STEM 1.5.1.1. 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 địa phương, nhà trường. 1.5.1.2. 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 học sinh có nhu cầu thực hiện một nhiệm vụ cụ 8
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, học sinh cần liên hệ và vận dụng kiến thức các môn học thuộc lĩnh vực STEM. 1.5.1.3. Xây dựng tiêu chí sản phẩm/ giải pháp giải quyết vấn đề Các tiêu chí đặt ra cho sản phẩm giúp học sinh làm căn cứ để đề xuất giải pháp giải quyết vấn đề cũng như lập kế hoạch để thực hiện hoạt động chế tạo sản phẩm. Giáo viên cần xác định các tiêu chí cụ thể cho sản phẩm sao cho: - Học sinh huy động kiến thức đã học (với bài dạy STEM vận dụng) hoặc khám phá được kiến thức mới (đối với bài dạy STEM kiến tạo) mới có thể đáp ứng các yêu cầu sản phẩm học tập giáo viên đưa ra. - Học sinh 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, học sinh 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. 1.5.1.4. 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 học sinh 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 (ở trường, ở nhà và cộng đồng). 1.5.2. 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. 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 học sinh và cách thức tổ chức hoạt động. Xác định vấn đề thiết kế, chế tạo 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 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 9
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 tiêu: Xác định tiêu chí sản phẩm; giúp học sinh 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 học sinh 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... – 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: 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). Giai đoạn này cần trình bày cụ thể các bước tổ chức hoạt động học cho học sinh 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. Hình 1.4. Tiến trình bài dạy STEM theo quy trình thiết kế kĩ thuật 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 10
này, giáo viên sẽ không truyền thụ kiến thức mới cho học sinh theo cách truyền thống. Thay vào đó, học sinh thực hiện hoạt động học tích cực, tự lực dưới sự hướng dẫn của giáo viên để chiếm lĩnh kiến thức mới, 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. 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 sách giáo khoa, 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: 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 học sinh đề xuất giải pháp/thiết kế mẫu thử nghiệm. Giáo viên có thể chọn tổ chức dạy kiến thức nền tại lớp hoặc tổ chức cho học sinh tự khám phá ở nhà rồi báo cáo tại lớp. Giáo viên 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 học sinh 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,...). Lựa chọn giải pháp thiết kế 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. Nhờ sự trao đổi, góp ý của các bạn và giáo viên, học sinh 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: Giáo viên giao nhiệm vụ (Nêu rõ yêu cầu học sinh 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 học sinh lựa chọn giải pháp/thiết kế mẫu thử nghiệm. 11
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 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... đã chế tạo và thử nghiệm, đánh giá. – Tổ chức thực hiện: Giáo viên giao nhiệm vụ (lựa chọn dụng cụ/thiết bị thí nghiệm để chế tạo, lắp ráp...); Học sinh thực hành chế tạo, lắp ráp và thử nghiệm; Giáo viên hỗ trợ học sinh trong quá trình thực hiện. 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 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: + Giáo viên giao nhiệm vụ (mô tả rõ yêu cầu và sản phẩm trình bày). + Học sinh 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). + Giáo viên đánh giá, định hướng để học sinh tiếp tục hoàn thiện, tổng kết 2. Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo. 2.1. Khái niệm năng lực. Theo từ điển tiếng Việt: “Năng lực là phẩm chất tâm lý và sinh lý tạo cho con người khả năng hoàn thành một loại hoạt động nào đó với chất lượng cao”. Theo “Chương trình giáo dục phổ thông - Chương trình tổng thể” của Bộ Giáo dục và Đào tạo (2018): “NL là thuộc tính cá nhân được hình thành, phát triển nhờ tố chất sẵn có và quá trình học tập, rèn luyện, cho phép con người huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng và các thuộc tính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, ý chí,... thực hiện thành công một loại hoạt động nhất định, đạt kết quả mong muốn trong những điều kiện cụ thể”. 12
Khái niệm NL được hiểu theo nhiều nghĩa khác nhau tùy vào cách diễn đạt. Nhưng tổng hợp lại, NL là khả năng vận dụng một cách linh hoạt và có tổ chức tất cả những yếu tố chủ quan (kiến thức, kỹ năng, thái độ, tình cảm, động cơ cá nhân,…) để giải quyết các vấn đề trong học tập, công việc và cuộc sống. 2.2. Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo. Năng lực giải quyết vấn đề: là khả năng cá nhân sử dụng hiệu quả các quá trình nhận thức, hành động và thái độ, động cơ, xúc cảm để giải quyết những tình huống có vấn đề mà ở đó không có sẵn quy trình, thủ tục, giải pháp thông thường; phát hiện những tình huống có vấn đề, biết phân tích, đề xuất các biện pháp GQVĐ và lựa chọn được giải pháp phù hợp nhất để giải quyết vấn đề đó, đồng thời đánh giá giải pháp GQVĐ; suy ngẫm về cách thức và tiến trình GQVĐ để điều chỉnh và vận dụng trong tình huống mới. Năng lực sáng tạo: là khả năng hình thành ý tưởng mới, đề xuất các giải pháp mới hay cải tiến cách làm mới một sự vật, có các giải pháp khác nhau để giải quyết một vấn đề, sự tò mò, thích đặt câu hỏi để khám phá sự thật xung quanh, năng lực tưởng tượng và tư duy sáng tạo. NL GQVĐ&ST là khả năng HS vận dụng các kiến thức, kĩ năng của mình để giải quyết các tình huống thực tiễn. Các ý tưởng mà HS đề ra có thể chưa có trong thực tiễn hoặc HS chưa biết hoặc được HS phát triển, cải tiến dựa trên cái đã có từ trước. Quá trình GQVĐ&ST luôn đi chung với nhau, trong quá trình giải quyết vấn đề, HS phải sáng tạo để tìm ra biện pháp tối ưu, hiệu quả và phù hợp với hoàn cảnh nhất. 2.3. Cấu trúc và các biểu hiện hành vi của năng lực GQVĐ&ST. Theo Bộ Giáo dục và Đào tạo (2018), cấu trúc và các biểu hiện hành vi của năng lực GQVĐ&ST bao gồm: Năng lực thành phần Biểu hiện (tiêu chí) của năng lực GQVĐ&ST 1. Nhận ra ý tưởng mới Biết xác định và làm rõ thông tin, ý tưởng mới và phức tạp từ các nguồn thông tin khác nhau; biết phân tích các nguồn thông tin độc lập để thấy được khuynh hướng và độ tin cậy của ý tưởng mới. 2. Phát hiện và làm rõ vấn Phát hiện và nêu được tình huống có vấn đề trong đề học tập và thực tiễn, đề xuất câu hỏi định hướng nghiên cứu. 3. Hình thành và triển khai Phân tích các thông tin có liên quan, hình thành ý ý tưởng mới tưởng mới và kết nối ý tưởng. Đề xuất giải pháp thay thế hoặc thay đổi giải pháp đã có cho phù hợp với bối cảnh, đánh giá mức độ rủi ro và có dự phòng. 13
4. Đề xuất, lựa chọn giải Thu thập và làm rõ các thông tin có liên quan pháp giải quyết vấn đề đến vấn đề. Đề xuất và phân tích được một số giải pháp giải quyết vấn đề. Lựa chọn được giải pháp phù hợp nhất. 5. Thực hiện và đánh giá Thực hiện và đánh giá giải pháp giải quyết vấn đề. giải pháp Suy ngẫm về cách thức và tiến trình giải quyết vấn đề để điều chỉnh và vận dụng trong bối cảnh mới. 6. Tư duy độc lập Đặt được nhiều câu hỏi có giá trị, không dễ dàng chấp nhận thông tin một chiều. Không thành kiến khi xem xét, đánh giá vấn đề; quan tâm tới các lập luận và minh chứng thuyết phục. Sẵn sàng xem xét, đánh giá lại vấn đề. Bảng 2.1. Các năng lực thành phần và biểu hiện của năng lực GQVĐ&ST của HS THPT 3. Thực trạng dạy học theo mô hình giáo dục STEM phát triển năng lực GQVĐ&ST ở trường THPT Tương Dương 1. 3.1. Khảo sát thực trạng Để tìm hiểu về thực trạng dạy học theo mô hình giáo dục STEM phát triển năng lực GQVĐ&ST ở trường THPT Tương Dương 1, tôi đã tiến hành khảo sát bằng phiếu điều tra đối với GV và HS. Nội dung khảo sát: Tìm hiểu nhận thức, hiểu biết, quá trình tổ chức dạy học theo mô hình giáo dục STEM phát triển năng lực GQVĐ&ST ở trường THPT Tương Dương 1. Đối tượng khảo sát: 6 GV dạy Vật lý – Công nghệ và 200 HS khối 10, 11 trường THPT Tương Dương 1 (Ngẫu nhiên). Thời gian khảo sát: Từ tháng 9/2023 đến tháng 10/2023. 3.1.1. Kết quả khảo sát GV 3.1.1.1. Khảo sát về STEM Bảng 3.1. Thống kê thâm niên dạy học của GV tham gia khảo sát Thâm niên giảng 1-5 năm 6-10 năm 10-20 năm dạy Số lượng 3 1 2 Tỉ lệ % 50 16.67 33.33 14