Trạm 3: Trạm 3: Xây dựng định luật Gay-Luyxac theo
2. Nội dung nghiên cứu
2.1. STEM và giáo dục tích hợp STEM
STEM là viết tắt của 4 từ tiếng Anh Science (khoa học), Technology (công nghệ), Engineering (kĩ thuật) và Mathematics (toán) để nói đến 4 môn học trong chương trình giáo dục phổ thông. Ở các quốc gia khác nhau, tùy thời kì mà những môn học này được dạy theo những cách khác nhau, có thể là dạy đơn môn hoặc là dạy tích hợp để đáp ứng mục tiêu giáo dục của mỗi quốc gia. Để đáp ứng nhu cầu nguồn nhân lực thế kỉ 21, một quan điểm dạy học STEM được nhiều nhà giáo dục tán đồng đó là quan điểm tổ chức dạy học STEM theo hướng tích hợp của Tsupros: “Giáo dục STEM là một cách tiếp cận liên môn trong học tập, ở đó những khái niệm học thuật chính xác được kết hợp với bài học
88 JOURNAL OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
thực tiễn khi học sinh vận dụng khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học trong một bối cảnh cụ thể tạo nên sự kết nối giữa nhà trường, cộng đồng, việc làm và hoạt động kinh doanh toàn cầu cho phép sự phát triển những hiểu biết tối thiểu về STEM và cùng với nó là khả năng cạnh tranh trong nền kinh tế mới”[4]
Như vậy, thay vì việc đào tạo các nhà khoa học với kiến thức chuyên biệt sâu, rộng, giáo dục tích hợp STEM với mục tiêu cung cấp kiến thức nền tảng về STEM cùng khả năng phân tích, tổng hợp để hình thành năng lực STEM (STEM literacy) giải quyết các vấn đề thực tiễn, đáp ứng nhu cầu việc làm trong bối cảnh xã hội của công nghệ và kĩ thuật hiện đại.
Một đặc điểm quan trọng của giáo dục STEM là nhấn mạnh việc học tập trong những điều kiện phức hợp nhưng vẫn đảm bảo nắm chắc kiến thức cơ bản, rèn luyện những kĩ năng cơ bản.
2.2. Các loại hình giáo dục STEM 2.2.1.Các loại hình giáo dục STEM
Hiện nay, có nhiều nhà khoa học nghiên cứu đưa ra các loại hình giáo dục STEM như Lê Xuân Quang, Nguyễn Văn Biên…[3],[4]. Mỗi tác giả dựa trên các căn cứ khác nhau để phân loại, Lê Xuân Quang dựa trên khía cạnh các lĩnh vực STEM tham gia giải quyết vấn đề, ta có STEM đầy đủ, STEM khuyết; Nguyễn Văn Biên cho rằng có nhiều loại hình STEM hiện đang vận hành tại trường phổ thông Việt Nam, theo các chức năng, mục đích và đối tượng khác nhau mà có thể chia thành các loại khác nhau; Nếu dựa vào mức độ phổ biến và mức độ phức tạp của chủ đề STEM, có thể phân chia các loại hình STEM thành: tích hợp lồng ghép trong môn học; bài học STEM; chủ đề STEM; dự án STEM; nghiên cứu khoa học kỹ thuật. Tác giả Nguyễn Văn Biên cũng chỉ ra mỗi loại hình giáo dục STEM lại có các ưu, nhược điểm khác nhau, cần phải tối ưu nhược điểm của các loại hình. Nhưng theo chúng tôi, trong bối cảnh hiện nay cả nước vẫn đang thực hiện chương trình giáo dục phổ thông hiện hành, đang chuẩn bị triển khai chương trình GDPT mới thì loại hình giáo dục STEM lồng ghép trong môn học vẫn là loại hình có thể áp dụng phổ biến, đại trà nhất trong giai đoạn hiện nay và có thể đón đầu được chương trình giáo dục phổ thông mới. Loại hình giáo dục STEM này vừa đảm bảo hình thành các kiến thức, kĩ năng môn học; tạo hứng thú môn học, phát triển năng lực cho học sinh (HS), tạo ra sản phẩm thực tiễn… Nhưng vấn đề đặt ra làm thế nào để tổ chức được các hoạt động dạy học học giáo dục STEM lồng ghép? Nhóm tác giả sẽ đề xuất tiến trình tổ chức hoạt động dạy học giáo dục STEM, giúp giáo viên (GV) có thể vận dụng linh hoạt, hiệu quả.
2.2.2. Tiến trình tổ chức hoạt động dạy học giáo dục STEM lồng ghép.
Dựa trên đặc điểm tâm lý lứa tuổi học sinh trung học cơ sở, đặc điểm các môn Khoa học tự nhiên và đặc điểm của giáo dục STEM, chúng tôi đề xuất tiến trình tổ chức hoạt động dạy học giáo dục STEM lồng ghép như sau. Tiến trình không những chỉ giúp học sinh gắn các kiến thức khoa học, toán học với thực tiễn, mà còn giúp học sinh có
JOURNAL OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 89 được các kiến thức về công nghệ, kỹ thuật. Hơn nữa tiến trình sẽ giúp học sinh hình thành và phát triển năng lực nói chung, năng lực giải quyết vấn đề nói riêng.
Hoạt động 1: Làm nảy sinh vấn đề: Tổ chức tình huống có vấn đề thực chất là tạo ra các hoàn cảnh để HS ý thức được vấn đề cần giải quyết, có nhu cầu hứng thú giải quyết vấn đề, biết được mình cần phải làm gì và sơ bộ cần phải làm gì. Ở tình huống làm nảy sinh vấn đề, tiến trình cần nhấn mạnh việc xây dựng tình huống thực, gần gũi với HS, làm nảy sinh vấn đề cần phải xuất phát từ nhu cầu của HS, nhu cầu của xã hội. Điều này đòi hỏi việc xây dựng tình huống của GV phải linh hoạt,vận động theo sự biến đổi của xã hội tạo hứng thú và lôi cuốn HS vào tình huống có vấn đề, là phải đặt HS vào bối cảnh thực tiễn.
Hoạt động 2: Đề xuất giải pháp: Ở giai đoạn này, đầu tiên HS làm việc cá nhân, làm việc nhóm, sau đó làm việc cả lớp để trao đổi, tranh luận về những giải pháp của mình và của bạn nhằm cùng nhau tìm kiếm câu trả lời cho vấn đề cần giải quyết. Điều cần thiết ở hoạt động này GV trợ giúp cho HS địa chỉ các chuyên gia (kỹ sư, bác sỹ, thầy cô….); các cơ sở sản xuất nhà máy; các đường link trên Google, các trang web… uy tín để HS sẽ được hỗ trợ, đồng hành khi cần thiết về mặt kỹ thuật, công nghệ.
Hoạt động 3: Tiến hành giải pháp: HS tiến hành thực hiện các giải pháp đã đề xuất; GV đồng hành, trợ giúp khi cần thiết bằng cách lập các nhóm trao đổi, phản hồi ngược… ngoài giờ lên lớp hoặc nhóm online…
Hoạt động 4: Đánh giá, điều chỉnh giải pháp, hợp thức hóa kiến thức thu được: Sau khi HS thực hiện giải pháp và thu sản phẩm, HS sẽ phải giải thích kết quả, nguyên tắc hoạt động đối chiếu kết quả với giả thuyết, dự đoán, giải pháp ban đầu. Từ đó rút ra các kiến thức thu được trong quá trình thực hiện giải pháp về mặt toán học, khoa học, kỹ thuật và công nghệ.
2.3. Kết quả nghiên cứu
2.3.1. Mô tả tiến trình các hoạt động dạy học giáo dục STEM lồng ghép chủ đề “Lực đẩy Acsimet”
Lựa chọn chủ đề
Chủ đề đề cập đến các kiến thức sự tồn tại của lực đẩy Acsimet; cách xác định độ lớn của lực đẩy Acsimet là các khái niệm cơ bản trong Vật lí, nhưng đồng thời cũng có nhiều mối liên hệ mật thiết với các vấn đề trong cuộc sống như điều kiện vật nổi, chìm, vật lơ lửng, nguyên tắc hoạt động của tàu, thuyền,…
Mục tiêu của chủ đề
- Tiến hành được thí nghiệm xác định được độ lớn của lực đẩy Acsimet.
- Nêu được các ví dụ chứng tỏ sự tồn tại của lực đẩy Acsimet.
- Giải thích được các hiện tượng vật nổi thường gặp trong cuộc sống : Hiện tượng tàu ngầm chìm được trong nước; Hiện tượng con tàu 100000 tấn nổi trên mặt nước biển….
90 JOURNAL OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
- Tiến hành làm được “Mô hình tàu ngầm đơn giản”; “Mô hình thuyền với động cơ DC”; “Mô hình thợ lặn trong chai nhựa”; thiết kế được “Tuyên truyền giao thông đường thủy”; “Biện pháp chống đuối nước”.
- Điều chỉnh, đánh giá các giải pháp thực hiện: làm mô hình tàu ngầm đơn giản;
làm Mô hình thuyền với động cơ DC; làm Mô hình thợ lặn trong chai nhựa; thiết kế các apphic: Tuyên truyền giao thông đường thủy; Biện pháp chống đuối nước và rút ra các kinh nghiệm, khó khăn gặp phải; rút ra các kiến thức thu được.
Bảng phân bố các hoạt động của chủ đề
Bảng 1. Bảng phân bố các hoạt động thuộc chủ đề Lực đẩy Acsimet
Nội dung Tên hoạt động Cơ hội bồi dưỡng năng lực
Hình thức tổ chức DH của hoạt động Nội dung 1:
Tìm hiểu về Lực đẩy Ác- si-mét
Hoạt động 1: Phương, chiều của lực đấy Ác-si-mét
Năng lực giải quyết vấn đề
Dạy học giải quyết vấn đề Hoạt động 2 : Tìm hiểu về độ
lớn của lực đẩy Ác-si-mét
Năng lực giải quyết vấn đề
Dạy học giải quyết vấn đề Nội dung 2:
Tìm hiểu về vật nổi, vật chìm
Hoạt động 1: Xác định thể tích một vật nhờ lực đẩy Ác-si-mét
Năng lực giải quyết vấn đề
Dạy học giải quyết vấn đề Hoạt động 2: Tìm hiểu về điều
kiện của vật nổi, vật chìm
Năng lực giải quyết vấn đề
Dạy học giải quyết vấn đề
Nội dung 3:
Các ứng dụng của lực đẩy Ác- si-mét. Vật nổi, vật chìm
Hoạt động 1: Thiết kế tàu ngầm (STEM)
Năng lực giải quyết
vấn đề Dạy học dự án
Hoạt động 2: Thiết kế thuyền với động cơ motor DC đơn giản (STEM)
Năng lực giải quyết
vấn đề Dạy học dự án
Hoạt động 3: Thiết kế mô hình Thợ lặn trong chai nhựa (STEM)
Năng lực giải quyết
vấn đề Dạy học dự án
Hoạt động 4: Tuyên truyền an toàn giao thông đường thủy (STEM)
Năng lực giải quyết
vấn đề Dạy học dự án
Hoạt động 5: Biện pháp chống đuối nước (STEM)
Năng lực giải quyết
vấn đề Dạy học dự án
Tiến trình cụ thể của hoạt động “Thiết kế tàu ngầm”
Hoạt động làm nảy sinh vấn đề: HS quan sát các hình ảnh về (tàu thủy, tàu ngầm….) và đặt ra các câu hỏi liên quan đến các hình ảnh mà em quan sát được?
JOURNAL OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 91 Vấn đề: Nguyên tắc hoạt động của các thiết bị (tàu ngầm, thuyền, …) như thế nào?
Hoạt động đề xuất giải pháp:
1. Đề ra phương án thực hiện mô hình ?
………..
………..
2. Sơ đồ cấu tạo của mô hình tàu ngầm tàu ngầm
………..
3. Các thông số của mô hình
………..
4. Nguyên lý hoạt động của mô hình tàu ngầm
………
5. Vật liệu, dụng cụ gia công mô hình
Dụng cụ Số lượng Công dụng
6. Quá trình lắp ráp mô hình
- Em hãy nêu có bước thực hiện mô hình
………
- Theo em, điều khó khăn và thuận lợi khi tiến hành thiết kế mô hình
………
Hoạt động thực hiện giải pháp: Dựa trên giải pháp đã đề xuất, học sinh tiến hành thực hiện làm và thu sản phẩm (Hình 1)
2.3.2. Kết quả thực nghiệm
Tiến trình này đã được tổ chức dạy học tại lớp Học sinh lớp 8A3 – trường THCS Đông Hưng,Tiên Lãng, Hải Phòng (một trường ở ngoại thành, xa trung tâm thành phố) trong khoảng thời gian tháng từ 10/3/2019 đến 30/3/2019. Kết quả thực nghiệm cho thấy, tiến trình hoàn toàn khả thi, vượt qua rào cản khó khăn về cơ sở vật chất, về việc đảm bảo nội dung chương trình hiện hành… mà vẫn giúp HS tiếp cận với giáo dục tích hợp STEM.
92 JOURNAL OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
Hình 1. HS tiến hành làm, thử nghiệm sản phẩm 3. Kết luận
Như vậy, nhóm tác giả đã nghiên cứu và vận dụng loại hình giáo dục STEM lồng ghép. Kết quả ban đầu cho thấy giải pháp áp dụng giáo dục STEM lồng ghép vào giáo dục phổ thông giai đoạn hiện nay là phù hợp, khả thi không chỉ giúp giáo dục vừa tiếp cận giáo dục STEM, vừa có thể đón đầu chương trình giáo dục phổ thông mới. Tuy vậy, cần có các đánh giá sư phạm để đánh giá được sự hình thành và phát triển năng lực cho học sinh.
JOURNAL OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Bộ Giáo dục và Đào tạo (7/2017), Chương trình GDPT – chương trình tổng thể, Hà Nội.
2. Bộ Giáo dục và Đào tạo (2018), “Định hướng Giáo dục STEM ở trường phổ thông”, Tài liệu tập huấn, Hà Nội.
3. Nguyễn Văn Biên (2019), “Đề xuất tiêu chí đánh giá các loại hình giáo dục STEM”, Kỷ yếu ngày hội STEM 2019, Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội.
4. Lê Xuân Quang (2017), Dạy học môn công nghệ phổ thông theo định hướng giáo dục STEM, Luận án tiến sĩ, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội.
5. Thủ tướng Chính phủ (2017), Chỉ thị số 16/CT-TTg về việc tăng cường năng lực tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4, Hà Nội.
*Khoa Toán và Khoa học Tự nhiên – Trường Đại học Hải Phòng
**Khoa Sư phạm – Trường Đại học Thủ Đô Hà Nội
94 JOURNAL OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ GIÁO DỤC STEM TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “ĐIỆN TÍCH, ĐIỆN TRƯỜNG” – VẬT LÍ 11
TS. Nguyễn Thanh Nga*, Nguyễn Lục Hoàng Minh*, Tạ Thanh Trung*
TÓM TẮT
Bài báo trình bày lý luận cơ bản về giáo dục STEM như: khái niệm giáo dục STEM, tiến trình dạy học chủ đề giáo dục STEM. Phân tích minh họa nội dung kiến thức chương “Điện tích, điện trường” – Vật lí 11 theo định hướng giáo dục STEM. Từ đó, chúng tôi tiến hành xây dựng chủ đề giáo dục STEM và tổ chức dạy học nhằm phát triển năng lực sáng tạo của học sinh.
Từ khóa: Giáo dục STEM, quy trình, dạy học Vật lí, điện tích, điện trường 1. Đặt vấn đề
Mô hình giáo dục STEM đã không còn là một mô hình giáo dục xa lạ đối với các trường phổ thông tại Việt Nam. Chỉ thị của Thủ tướng Chính phủ về việc tăng cường năng lực tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 đã chỉ rõ nhiệm vụ của Bộ Giáo dục là “Thúc đẩy triển khai giáo dục về khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học (STEM) trong chương trình giáo dục phổ thông; tổ chức thí điểm tại một số trường phổ thông ngay từ năm học 2017 – 2018” [1]. Sự phổ cập giáo dục STEM trong cả nước đặt ra yêu cầu về các chủ đề STEM thiết thực và mang tính giáo dục phù hợp với định hướng của chương trình giáo dục mới [2].
Lĩnh vực điện học ở cấp Trung học phổ thông là một lĩnh vực quan trọng và góp phần hình thành ở học sinh những hiểu biết cơ bản về điện tích, điện trường... Những kiến thức cơ bản này là nguyên lí bên trong một số thiết bị có tính ứng dụng cao trong cuộc sống như thiết bị lọc bụi tĩnh điện, thiết bị phun sơn tĩnh điện, kính hiển vi ion. Tuy nhiên, các thí nghiệm hay chủ đề dạy học định hướng STEM thuộc kiến thức “Điện tích, điện trường” vẫn chưa được khai thác tối ưu để đưa vào dạy học. Thực trạng trên gây trở ngại lớn đối với học sinh phổ thông khi tiếp cận những kiến thức này.
2. Nội dung nghiên cứu