Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh thông qua dạy học STEM Hiện tượng quang điện

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:68

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu sáng kiến nhằm nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM; Xây dựng giáo án dạy học STEM Hiện tượng quang điện và sử dụng giáo án trong quá trình dạy học chủ đề “Hiện tượng quang điện” để bồi dưỡng phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh thông qua dạy học STEM Hiện tượng quang điện

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGHỆ AN SÁNG KIẾN KINH NGHIỂM ĐỀ TÀI PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CHO HỌC SINH THÔNG QUA DẠY HỌC STEM CHỦ ĐỀ HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN Lĩnh vực Bộ môn: Vật Lý Anh Sơn, tháng 04 năm 2023 Trang 1
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGHỆ AN TRƯỜNG THPT ANH SƠN SÁNG KIẾN ĐỀ TÀI PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CHO HỌC SINH THÔNG QUA DẠY HỌC STEM CHỦ ĐỀ HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN Tác giả: Lê Đình Hóa Lĩnh vực bộ môn: Vật Lý Đơn vị: Trường THPT Anh Sơn 3 Anh Sơn, tháng 04 năm 2023 Trang 2
MỤC LỤC Tran NỘI DUNG g PHẦN 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1 1. Lý do chọn đề tài. 1 2. Mục đích nghiên cứu 1 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1 4. Giả thuyết khoa học 2 5. Nhiệm vụ nghiên cứu 2 6. Phương pháp nghiên cứu 2 7. Đóng góp mới của đề tài 2 PHẦN 2: NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI 3 CHƯƠNG 1:Cơ sở lý luận và thực tiễn 3 1. Giáo dục STEM 3 1.1. Khái niệm giáo dục STEM 3 1.2. Các mức độ áp dụng giáo dục STEM trong giáo dục phổ thông 3 1.3.Quy trình xây dựng bài học STEM 4 2. Dạy học phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh 9 2.1. Dạy học Vật lý ở trường THPT theo định hướng phát triển năng lực 9 người học 2.2. Năng lực thực nghiệm của học sinh trong học tập vật lý 11 3.Dạy học chủ đề Máy biến áp theo định hướng giáo dục STEM 16 4. Tìm hiểu thực trạng dạy học chủ đề liên môn Vật lý- Công nghệ theo định hướng giáo dục STEM tại một số trường THPT trên địa bàn huyện 17 Anh Sơn, huyện Con Cuông tỉnh Nghệ An 4.1. Mục đích tìm hiểu 17 4.2. Đối tượng và Phương pháp tìm hiểu 17 4.3. Kết quả điều tra 18 CHƯƠNG 2: Xây dựng và tổ chức dạy học STEM chủ đề máy biến áp, Phát 20 Trang 3
triển năng lực thực nghiệm cho học sinh 1.Lựa chọ chủ đề 20 2. Mô tả chủ đề 20 3.Mục tiêu 20 4. Thiết bị 22 5. Thiết kế tiến trình dạy học 21 5.1. thiết kế các mẫu phiếu đánh giá theo giáo dục STEM 22 5.2. Thiết kế bộ câu hỏi định hướng cho học sinh tạo sản phẩm 24 5.3. Kế hoạch dạy học 26 5.4. Thiết kế bài học 27 6. Tiến trình tổ chức dạy học theo kế hoạch 38 6.1.Bài học triển khai dự án 38 6.2.Đôn đốc hướng dẫn học sinh thực hiện bản thiết kế của dự án 38 6.3. Tổ chức thực hiện bài học trình bày giải pháp và bảo vệ bản thiết kế 39 6.4. Đôn đốc và giúp đỡ học sinh chế tạo và thử nghiệm lò đốt rác 40 6.5. Tổ chức thực hiện bài học trưng bày và hoàn thiện sản phẩm 40 7.Kết quả đạt được 40 7.1. Khảo sát sự cấp thiết và tính khả thi của đè tài và các giải pháp đề xuất 41 7.2.Đánh giá kết quả đat được 46 PHẦN III: KẾT LUẬN 48 1. Các vấn đề đạt được 48 2.Các khó khăn khi triển khai đề tài 48 3. Đề xuất 49 Tài liệu tham khảo 51 Trang 4
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Viết đầy đủ HS Học sinh GV Giáo viên THPT Trung học phổ thông SGK Sách giáo khoa Trang 5
Phần 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1. Lý do chọn đề tài. Giáo dục STEM đang trở thành một xu hướng giáo dục mang tính tất yếu trên thế giới. Hình thức giáo dục này đóng vai trò là đòn bẩy để thực hiện mục tiêu giáo dục năng lực cho các công dân tương lai đáp ứng nhu cầu của nền khoa học công nghệ 4.0 trong thế kỉ XXI. Chỉ thị số 16/CT-TTg ngày 04 tháng 5 năm 2017 và quyết định số 522/QĐ- TTg ngày 14 tháng 5 năm 2018 của Thủ tướng Chính phủ đã yêu cầu tăng cường năng lực tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, thúc đẩy triển khai giáo dục về khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học trong chương trình giáo dục phổ thông, tổ chức hoạt động giáo dục tích hợp khoa học - công nghệ - kĩ thuật - toán phù hợp với xu hướng nghành nghề của từng quốc gia, đáp ứng thị trường lao động, chuẩn bị điều kiện đào tạo nhân lực đáp ứng yêu cầu của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ IV. Bộ môn vật lý có đặc thù là học sinh cần phải được trang bị các kỹ năng thực nghiệm để tiếp thu các tri thức mới, vận dụng các kiến thức mới để giải quyết các vấn đề thực tế, thực nghiệm mới hơn trong cuộc sống. Giáo dục STEM rất thích hợp khi áp dụng trong học tập và giảng dạy môn Vật lí ở phổ thông, đặc biệt là chủ đề “Hiện tượng quang điện”, trong cả hai quy trình quy trình khoa học (câu hỏi - giả thuyết - kiểm chứng - kết luận) quy trình kĩ thuật (Xác định vấn đề - Nghiên cứu kiến thức nền - Đề xuất các giải pháp/thiết kế - Lựa chọn giải pháp/thiết kế - Chế tạo mô hình (nguyên mẫu) - Thử nghiệm và đánh giá - Chia sẻ và thảo luận - Điều chỉnh thiết kế). Việc áp dụng giáo dục STEM vào dạy học thông qua các hoạt động trải nghiệm sẽ giúp cho phương pháp dạy học phát huy năng lực của người học nói chung và phát huy năng lực thực nghiệm nói riêng, sẽ được giải quyết một cách dễ dàng hơn. Chính vì những lý do trên mà tôi chọn đề tài :“Phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh thông qua dạy học STEM Hiện tượng quang điện”. 2. Mục đích nghiên cứu - Nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM - Xây dựng giáo án dạy học STEM Hiện tượng quang điện và sử dụng giáo án trong quá trình dạy học chủ đề “Hiện tượng quuang điện” để bồi dưỡng phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh. - Kết nối trường học với cộng đồng. - Hướng nghiệp, phân luồng học sinh THPT. 3. Đối Tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối Tượng nghiên cứu - Năng lực thực nghiệm. Trang 6
- lý thuyết dạy học STEM. - Quá trình dạy học vật lý. - Học sinh lớp 12 THPT Anh Sơn 3, Anh Sơn, Nghệ An:. 3.2. Phạm vi nghiên cứu - Chủ đề “ Hiện tượng quang điện” trong chương trình vật lý 12. - Thời gian: từ tháng 10/2022 đến tháng 4/2023. 4.Giả thuyết khoa học Nếu xây dựng được một giáo án STEM dạy học trải nghiệm về “Hiện tượng quang điện” thì sẽ góp phần phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu lý luận dạy học bồi dưỡng năng lực cho học sinh. - Nghiên cứu các thành tố cấu trúc của năng lực thực nghiệm, biểu hiện của năng lực thực nghiệm, tiêu chí đánh giá năng lực thực nghiệm. - Nghiên cứu lý thuyết giáo dục STEM. Phát triển năng lực thực nghiệm qua hoạt động giáo dục STEM. - Tìm hiểu mục tiêu, nội dung, dạy học “Hiện tượng quang điện”. - Tìm hiểu Thực trang dạy học “Hiện tượng quang điện” ở một số trường THPT huyện Anh Sơn, Huyện Con Cuông. - Xây dựng giáo án và đề xuất phương án phát triển năng lực của HS thông qua giáo dục STEM Hiện tượng quang điện. - Thực nghiệm sư phạm. 6. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu các tài liệu lý luận về phương pháp thực nghiệm khoa học. - Nghiên cứu chương trình sách giáo khoa, sách tham khảo và các tài liệu liên quan. - Thực nghiệm Vật lý. - Thực nghiệm sư phạm. - Điều tra, quan sát. - Phương pháp thống kê toán học. 7. Đóng góp mới của đề tài Đề tài “ Phát triển năng lực thực nghiệm qua dạy học STEM Hiện tượng quang điện” sẽ đóng góp một tài liệu đúng trọng tâm cho chương trình giáo dục STEM. Đề tài thiết kế hoàn chỉnh được giáo án dạy học STEM về Hiện tượng quang điện để bồi dưỡng, phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh. Trang 7
PHẦN 2: NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI CHƯƠNG 1:CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 1. Giáo dục STEM 1.1. Khái niệm giáo dục 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 (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. 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 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. 1.2. Các mức độ áp dụng giáo dục STEM trong giáo dục phổ thông 1.2.1.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. 1.2.2.Tổ chức các hoạt động trải nghiệm STEM Trang 8
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. 1.2.3.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 tínhđại 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. 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. 1.3.Quy trình xây dựng bài học STEM 1.3.1.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 – (4) Lựa chọn Trang 9
giải pháp –(5)Thiết kế mô hình (nguyên mẫu) – (6) Thử nghiệm và đánh giá – (7) Chia sẻ và thảo luận – (8) Điều chỉnh thiết kế. 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 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 và toán. Lập kế hoạch để hợp tác với các giáo viên toán, công nghệ 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 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 và khoa học của học sinh. Tiêu chí 6: Tiến trình bài học STEM tính đến có nhiều đáp án đúng và coi sự thất bại như là một phần cần thiết trong học tập Một câu hỏi nghiên cứu đặt ra, có thể đề xuất nhiều giả thuyết khoa học; một vấn đề cần giải quyết, có thể đề xuất nhiều phương án, và lựa chọn phương án tối ưu. Trong các giả thuyết khoa học, chỉ có một giả thuyết đúng. Ngược lại, các phương án giải quyết vấn đề đều khả thi, chỉ khác nhau ở mức độ tối ưu khi giải quyết vấn đề. Tiêu chí này cho thấy vai trò quan trọng của năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo trong dạy học STEM. Trang 10
1.3.2. 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. 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 dung) để xây dựng bài học 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 để đề xuất giả thuyết khoa học/giải pháp giải quyết vấn đề/thiết kế mẫu sản phẩm. 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 đã nêu ở trên. 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). 1.3.3. Tiến trình dạy học theo phương thức STEM Trang 11
Xác định vấn đề Nghiên cứu kiến thức nền Toán Lí Hóa Sinh Tin Công nghệ (Nội dung dạy học theo chương trình được sắp xếp lại phù hợp) Đề xuất các giải pháp Lựa chọn giải pháp Thiết kế mô hình Thử nghiệm và đánh giá Chia sẻ và thảo luận Điều chỉnh thiết kế Hình 1: Tiến trình bài học STEM 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 1), 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. 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 Trang 12
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 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. 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. 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. 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. 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. Trang 13
2. Dạy học phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh 2.1. Dạy học Vật lý ở trường THPT theo định hướng phát triển năng lực người học Phương pháp dạy học theo quan điểm phát triển năng lực của chương trình giáo dục tổng thể 2018 không chỉ chú ý tích cực hóa HS về hoạt động trí tuệ, mà còn chú ý rèn luyện năng lực giải quyết vấn đề gắn với những tình huống của cuộc sống và nghề nghiệp, đồng thời gắn hoạt động trí tuệ với hoạt động thực hành, thực tiễn. Tăng cường việc học tập trong nhóm, đổi mới quan hệ giáo viên và học sinh theo hướng cộng tác có ý nghĩa quan trọng nhằm phát triển năng lực xã hội. Bên cạnh việc học tập tri thức và kĩ năng riêng lẻ của môn học, cần bổ sung các chủ đề hoạt động phức hợp nhằm phát triển năng lực giải quyết các vấn đề phức hợp. Những định hướng chung, tổng quát về chương trình giáo dục tổng thể 2018 về dạy học định hướng phát triển năng lực là: - Phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động của người học, hình thành và phát triển năng lực tự học. Trên cơ sở đó trau dồi các phẩm chất linh hoạt, độc lập sáng tạo của tư duy. - Có thể lựa chọn một cách linh hoạt các phương pháp chung và phương pháp đặc thù của môn học để thực hiện. Tuy nhiên, dù sử dụng phương pháp nào cũng phải đảm bảo được nguyên tắc: “HS tự mình hoàn thành nhiệm vụ nhận thức với sự tổ chức, hướng dẫn của GV”. - Việc sử dụng phương pháp dạy học gắn chặt với các hình thức tổ chức dạy học. Tùy theo mục tiêu, nội dung, đối tượng và điều kiện cụ thể mà có những hình thức tổ chức thích hợp như học cá nhân, học nhóm, học trong lớp, học ở ngoài lớp ...Cần chuẩn bị tốt về phương pháp đối với các giờ thực hành để đảm bảo yêu cầu rèn luyện kĩ năng thực hành, vận dụng kiến thức vào thực tiễn, nâng cao hứng thú cho người học. Việc đổi mới phương pháp dạy học của GV theo tình thần chương trình giáo dục tổng thể 2018 được thể hiện qua các đặc trưng cơ bản sau: - Dạy học thông qua tổ chức liên tiếp các hoạt động học tập, từ đó giúp học sinh tự khám phá ra những điều chưa biết chứ không phải thụ động tiếp thu những tri thức được sắp đặt sẵn. Theo tinh thần này, GV là người tổ chức và chỉ đạo học sinh tiến hành các hoạt động học tập như nhớ lại kiến thức cũ, phát hiện kiến thức mới, vận dụng sáng tạo kiến thức đã biết vào các tình huống học tập hoặc tình huống thực tiễn… - Chú trọng rèn luyện cho HS những tri thức, phương pháp để họ biết cách nghiên cứu sách giáo khoa và các tài liệu học tập, biết cách tự tìm lại những kiến thức đã có, biết cách suy luận để tìm tòi và phát hiện kiến thúc mới…Các tri thức phương pháp thường là những quy tắc, quy trình, phương thức hành động . Tuy nhiên cũng cần coi trọng cả các phương pháp có tính dự đoán, giả định…Cần rèn luyện cho HS các thao tác tư duy như phân tích, tổng hợp, đặc biệt hóa, khái quát hóa, tương tự, quy lạ về quen…Để dần hình thành và phát triển tiềm năng sáng tạo của HS. Trang 14
- Tăng cường phối hợp học tập cá thể với học tập hợp tác theo phương châm: “ Tạo điều kiện cho HS nghĩ nhiều hơn, làm nhiều hơn và thảo luận nhiều hơn”. Điều đó có nghĩa, mỗi HS vừa cố gắng tự lực một cách độc lập, vừa hợp tác chặt chẽ với nhau trong quá trình tiếp cận, phát hiện và tìm tòi kiến thức mới. Lớp học trở thành môi trường giao tiếp thầy – trò và trò – trò nhằm vận dụng sự hiểu biết và kinh nghiệm của từng cá nhân, của tập thể trong giải quyết các nhiệm vụ học tập chung. - Chú trọng đánh giá kết quả học tập theo mục tiêu bài học trong suốt tiến trình dạy học thông qua hệ thống câu hỏi, bài tập. Chú trọng phát triển kỹ năng tự đánh giá và đánh giá lẫn nhau của HS với nhiều hình thức như theo lời giải / đáp án mẫu, theo hướng dẫn, hoặc tự xác định tiêu chí để có thể phê phán, tìm được nguyên nhân và nêu cách sửa chữa các sai sót. Dạy học theo định hướng phát triển năng lực không hoàn toàn khác biệt (hay trái ngược) với dạy học theo tiếp cận nội dung, mà là sự phát triển trên cơ sở các kết quả của dạy học theo tiếp cận nội dung. Dạy học định hướng phát triển năng lực về bản chất chỉ là cần và coi trọng thực hiện mục tiêu kiến thức, kỹ năng, thái độ ở các mức độ cao hơn, thông qua việc yêu cầu HS “vận dụng những kiến thức, kỹ năng một cách tự tin, hiệu quả và thích hợp trong hoàn cảnh phức hợp có biến đổi, trong học tập cả trong nhà trường và ngoài nhà trường, trong đời sống thực tiễn”. Việc dạy học thay vì chỉ dừng lại ở hướng tới mục tiêu dạy học hình thành kiến thức, kỹ năng và thái độ tích cực ở HS thì còn hướng tới mục tiêu xa hơn đó là trên cơ sở kiến thức, kỹ năng được hình thành, phát triển khả năng thực hiện các hành động có ý nghĩa với người học. Dạy học định hướng phát triển năng lực được thể hiện trong các thành tố của quá trình dạy học như sau: - Về mục tiêu dạy học: Mục tiêu kiến thức - ngoài các yêu cầu về mức độ nhận biết, tái hiện kiến thức cần có những mức độ cao hơn như vận dụng kiến thức trong các tình huống, các nhiệm vụ gắn với thực tế. Với các mục tiêu về kỹ năng cần yêu cầu HS đạt được ở mức độ phát triển kỹ năng, thực hiện các hoạt động đa dạng. Các mục tiêu này đạt được thông qua các hoạt động trong và ngoài nhà trường. - Về phương pháp dạy học: Ngoài cách dạy học thuyết trình cung cấp kiến thức cần tổ chức hoạt động dạy học thông qua trải nghiệm, giải quyết những nhiệm vụ thực tiễn. Như vậy thông thường, qua một hoạt động học tập, HS sẽ được hình thành và phát triển không phải một loại năng lực mà là được hình thành đồng thời nhiều năng lực, hoặc nhiều năng lực thành tố mà ta không cần tách biệt từng thành tố trong quá trình dạy học. - Về nội dung dạy học: Cần xây dựng các hoạt động, chủ đề, nhiệm vụ đa dạng gắn với thực tiễn. - Về kiểm tra đánh giá: Về bản chất đánh giá năng lực cũng phải thông qua đánh giá khả năng vận dụng kiến thức và kĩ năng thực hiện nhiệm vụ của HS trong các tình huống phức tạp khác nhau. Trong chuẩn năng lực đều có những nhóm năng lực chung. Trên cơ sở năng lực chung, các nhà lý luận dạy học bộ môn cụ thể hóa Trang 15
thành những năng lực chuyên biệt. Tuy nhiên không dừng ở các năng lực chuyên biệt, các tác giả đều cụ thể hóa thành năng lực thành phần, những năng lực thành phần này được cụ thể hóa thành các thành tố liên quan đến kiến thức, kĩ năng…Để định hướng quá trình dạy học, kiểm tra đánh giá của giáo viên. Dạy học tất cả các môn học trong nhà trường đều phải hướng tới phát triển phẩm chất và năng lực người học. Vật lý ở trường THPT chủ yếu là Vật lý thực nghiệm. Vì thế, ngoài việc hướng tới hình thành các năng lực cho HS, môn Vật lý còn phải hình thành cho HS năng lực thực nghiệm như là một năng lực chuyên biệt. Trong đề tài, chúng tôi nghiên cứu dạy học nhằm phát triển năng lực thực nghiệm qua dạy học bài máy biến áp dưới hình thức giáo dục STEM. 2.2. Năng lực thực nghiệm của học sinh trong học tập vật lý 2.2.1. Khái niệm về năng lực thực nghiệm Năng lực là một tập hợp hoặc tổng hợp những thuộc tính của cá nhân con người, đáp ứng những nhu cầu lao động, đảm bảo cho hoạt động và đạt được kết quả cao; Năng lực là sự kết nối tri thức, hiểu biết, khả năng, mong muốn... Năng lực mô tả việc giải quyết những đòi hỏi về nội dung trong các tình huống. Theo từ điển tâm lý học “Năng lực là tập hợp các tính chất hay phẩm chất tâm lý của cá nhân, đóng vai trò là điều kiện bên trong tạo thuận lợi cho việc thực hiện tốt một dạng hoạt động nhất định” Năng lực gắn liền với kiến thức, kĩ năng, thái độ trong một lĩnh vực hoạt động tương ứng, năng lực có nhiều mức độ khác nhau. Năng lực bao gồm năng lực chung và năng lực chuyên biệt. Trong đó năng lực chung là hệ thống những thuộc tính trí tuệ cá nhân, đảm bảo cho cá nhân nắm bắt được tri thức và hoạt động một cách dễ dàng, có hiệu quả. Năng lực chung gồm: Năng lực tự học, năng lực giải quyết vấn đề, năng lực sáng tạo, năng lực quản lý, năng lực giao tiếp, năng lực hợp tác, năng lực sử dung công nghệ thông tin và truyền thông, năng lực ngôn ngữ, năng lực tính toán. Năng lực chuyên biệt là năng lực của một lĩnh vực nào đó, nó vừa thể hiện được những đặc tính của năng lực chung, nhưng đồng thời nó còn có những biểu hiện đặc thù riêng cho lĩnh vực đó. Năng lực chuyên biệt của môn Vật lý, được thể hiện qua bảng sau: Stt Năng lực chung Biểu hiện năng lực trong môn Vật lý Nhóm năng lực làm chủ phát triển - Lập được kế hoạch tự học và điều chỉnh, thực hiện kế hoạch có hiệu quả 1 Năng lực tự học - Tìm kiếm thông tin về nguyên tắc cấu tạo, hoạt động của các ứng dụng kĩ thuật Trang 16
- Đánh giá được mức độ chính xác của nguồn tin - Đặt được câu hỏi về sự vật quanh ta - Tóm tắt được nội dung vật lý trọng tâm của văn bản. - Tóm tắt thông tin bằng sơ đồ tư duy, bản đồ khái niệm, bảng biểu sơ đồ khối - Tự đặt câu hỏi và thiết kế, tiến hành được phương án thí nghiệm để trả lời cho câu hỏi đó. - Đặc biệt quan trọng là năng lực thực nghiệm Đặt được những câu hỏi về hiện tượng tự nhiên: Hiện Năng lực giải tượng ... Diễn ra như thế nào? Điều kiện diễn ra hiện quyết vấn đề tượng là gì? Các đại lượng trong hiện tượng tự nhiên có (đặc biệt quan mối quan hệ với nhau như thế nào? Các dụng cụ có trọng là NL giải nguyên tắc cấu tạo và hoạt động như thế nào? 2 quyết vấn đề - Đưa ra được cách thức tìm ra câu trả lời cho các câu bằng con đường hỏi đặt ra thực nghiệm hay còn gọi là NL - Tiến hành thực hiện các cách thức tìm câu trả lời thực nghiệm) bằng suy luận lý thuyết hoặc khảo sát thực nghiệm; - Khái quát hóa rút ra kết luận từ kết quả thu được - Đánh giá độ tin cậy của kết quả thu được - Thiết kế được phương án thí nghiệm để kiểm tra giả thuyết (hoặc dự đoán) Năng lực sáng - Lựa chọn được phương án thí nghiệm tối ưu 3 tạo - Giải được bài tập sáng tạo - Lựa chọn được cách thức giải quyết vấn đề tối ưu Năng lực tự Không có tính đặc thù 4 quản lý Nhóm năng lực về quản lý xã hội - Sử dụng được ngôn ngữ vật lý để mô tả hiện tượng - Lập được bảng và mô tả bảng số liệu thực nghiệm Năng lực giao - Vẽ được đồ thị từ bảng số liệu cho trước 5 tiếp - Vẽ được sơ đồ thí nghiệm - Mô tả được sơ đồ thí nghiệm - Đưa ra các lập luận logic. Biện chứng Trang 17
- Tiến hành thí nghiệm theo nhóm 6 Năng lực hợp tác - Tiến hành thí nghiệm theo các khu vực khác nhau Nhóm năng lực công cụ (Các năng lực này sẽ được hình thành trong quá trình hình thành năng lực ở trên) Năng lực sử - Sử dụng một số phần mềm chuyên dụng, để mô hình dụng công nghệ hóa quá trình vật lý 7 thông tin và truyền thông (ICT) - Sử dụng ngôn ngữ khoa học để diễn tả quy luật vật lý Năng lực sử 8 - Sử dụng bảng biểu, đồ thị để diễn tả quy luật vật lý dụng ngôn ngữ - Đọc hiểu được đồ thị, bảng biểu - Mô hình hóa quy luật vật lý bằng các công thức toán Năng lực tính học 9 toán - Sử dụng toán học để suy luận từ kiến thức đã biết ra hệ quả hoặc ra kiến thức mới. Năng lực thực nghiệm thuộc nhóm năng lực chuyên biệt, môn Vật lý có khả năng bồi dưỡng cho học sinh năng lực thực nghiệm, vì Vật lý là môn khoa học thực nghiệm. Biểu hiện của năng lực thực nghiệm - Đặt được những câu hỏi về hiện tượng tự nhiên: Hiện tượng diễn ra như thế nào? Điều kiện diễn ra hiện tượng là gì? Những đại lượng nào mô tả được hiện tượng? Đo lường đại lượng đó như thế nào? Các đại lượng trong hiện tượng tự nhiên có mối quan hệ với nhau như thế nào? - Đưa ra được các phương án tìm ra câu trả lời cho các câu hỏi đã đặt ra: + Nêu được dự đoán (giả thuyết) + Xây dựng phương án thí nghiệm + Mô hình hóa phương án thí nghiệm + Dự đoán kết quả thí nghiệm. - Óc tò mò quan sát, sự khéo léo, niềm say mê thực hành thí nghiệm - Thực hiện được các phương án tìm câu trả lời bằng thực nghiệm: + Có kĩ năng sử dụng các thiết bị đo + Có kĩ năng lựa chọn lắp ráp dụng cụ thí nghiệm theo sơ đồ TN + Có kĩ năng quan sát đo đạc, thu thập sắp xếp dữ liệu quan sát. - Khái quát hóa rút ra kết luận từ kết quả thu được; - Đánh giá độ tin cậy của kết quả thu được Trang 18
+ Kĩ năng xác định sai số phép đo + Đối chiếu kết quả với giả thuyết đã xây dựng. 2.2.2.Cấu trúc của năng lực thực nghiệm - Kiến Thức: + Kiến thức vật lí liên quan đến quá trình cần khảo sát. + Kiến thức về thiết bị, về an toàn. + Kiến thức về xử lí số liệu, kiến thức về sai số. + Kiến thức về biểu diễn số liệu dưới dạng bảng biểu, đồ thị. - Kĩ Năng: + Thiết kế phương án thí nghiệm + Chế tạo dụng cụ + Lựa chọn dụng cụ + Lắp ráp dụng cụ thí nghiệm + Thay đổi các đại lượng + Sử dụng dụng cụ đo: hiệu chỉnh dụng cụ đo, đọc số liệu + Sửa chưa các sai hỏng thông thường + Quan sát diễn biến hiện tượng + Ghi lại kết quả + Biểu diễn kết quả bằng bảng biểu, đồ thị + Tính toán sai số + Biện luận, trình bày kết quả + Tự đánh giá cải tiến phép đo - Phẩm chất: + Tính kiên nhẫn + Tính trung thực + Tính tỉ mỉ + Tính tích cực + Thái độ hợp tác 2.2.3. Vị trí vai trò của năng lực thực nghiệm trong hệ thống năng lực cần bồi dưỡng cho học sinh Về vị trí Trang 19
Năng lực thực nghiệm thuộc nhóm năng lực chuyên biệt của môn Vật lý. Trong năng lực chuyên biệt của môn Vật lý, năng lực thực nghiệm thuộc nhóm năng lực về phương pháp, Ta có thể mô hình hóa vị trí của năng lực thực nghiệm trong môn Vật lý bằng sơ đồ sau: Năng lực chuyên biệt Năng lực sử Năng lực trao đổi dụng kiến thức thông tin Vật lý Năng lực về phương pháp Năng lực cá nhân Năng lực mô hình Năng lực hóa thực nghiệm Hình 2 : Vị trí năng lực thực nghiệm trong năng lực chuyên biệt môn Vật lý Về vai trò Năng lực thực nghiệm thuộc nhóm vai trò về phương pháp. Phương pháp dẫn đường cho hành động: “Phương pháp quan trọng hơn phát minh, vì có phương pháp tốt thì sẽ tìm ra được những phát minh mới quan trọng hơn phát minh đã có” (Laudau) Năng lực thực nghiệm là sự kết hợp biện chứng giữa tư duy lý thuyết và tư duy thực nghiệm, gắn lý thuyết với thực tiễn, gắn học với hành, có tác dụng tốt trong việc giáo dục những con người hành động, khắc phục được tình trạng giáo dục hàn lâm đang khá phổ biến hiện nay ở các nhà trường Việt Nam. 2.2.4. Tiêu chí đánh giá năng lực thực nghiệm Từ sơ đồ phương pháp thực nghiệm Vấn đề Dự đoán HQLG TNKT Kết luận Quan sát Thực tiễn Thí nghiệm Trang 20