Dạy học dự án Động lực học Vật lí 10 bằng máy in 3D phát triển năng lực học sinh

Khám phá phương pháp dạy học dự án Động lực học Vật lí 10, ứng dụng máy in 3D để phát triển năng lực vận dụng kiến thức, kĩ năng cho học sinh.

• Tác giả: Trương Thị Thanh Tuyền
• Người hướng dẫn: TS. Trần Quỳnh
• Trường học: Đại học Sư phạm - Đại học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Sư phạm Vật lí
• Đề tài: Tổ chức dạy học dự án có sự hỗ trợ của máy in 3D trong dạy học nội dung “Động lực học” – Vật lí 10 nhằm phát triển năng lực vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học của học sinh
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Đà Nẵng

Tóm tắt

I. Dạy học dự án động lực học vật lí 10 với máy in 3D

Dạy học dự án là phương pháp tiên tiến kết hợp máy in 3D để giảng dạy nội dung động lực học trong chương trình Vật lí 10. Phương pháp này giúp học sinh vận dụng kiến thức lý thuyết vào thực hành, tạo ra các mô hình vật lí thực tế. Máy in 3D cho phép học sinh thiết kế và chế tạo các thiết bị minh họa các định luật Newton, lực ma sát, và chuyển động của vật thể. Thông qua dự án này, học sinh phát triển năng lực vận dụng kiến thức một cách sâu sắc, không chỉ dừng lại ở việc ghi nhớ công thức mà còn hiểu rõ bản chất của các hiện tượng vật lí. Sự tích hợp công nghệ 3D trong giáo dục mở ra hướng đi mới, giúp học sinh trở thành những người sáng tạo, giải quyết vấn đề một cách hiệu quả.

1.1. Khái niệm dạy học dự án và máy in 3D

Dạy học dự án là phương pháp tổ chức hoạt động học tập theo hướng học tập tập trung vào một nhiệm vụ thực tiễn. Máy in 3D là công nghệ cho phép chuyển đổi các thiết kế số thành sản phẩm vật lí. Kết hợp hai phương pháp này giúp học sinh trải nghiệm động lực học thông qua việc tạo ra các mô hình cụ thể, từ đó nâng cao mức độ hiểu biết và khả năng áp dụng kiến thức.

1.2. Lợi ích của phương pháp kết hợp trong giáo dục

Phương pháp này mang lại nhiều lợi ích vượt trội: tăng cường sự hứng thú học tập, phát triển kĩ năng thực hành và tư duy sáng tạo. Học sinh có cơ hội làm việc theo nhóm, chia sẻ ý tưởng và giải quyết các vấn đề thực tiễn. Sử dụng máy in 3D biến những khái niệm trừu tượng thành những mô hình cụ thể, dễ hiểu hơn.

II. Nội dung động lực học vật lí 10 và ứng dụng máy in 3D

Nội dung động lực học trong Vật lí 10 bao gồm các chủ đề: định luật Newton thứ nhất, thứ hai, thứ ba; lực, khối lượng, gia tốc; lực ma sát; chuyển động của vật thể dưới tác dụng của lực. Máy in 3D đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các mô hình minh họa những định luật này. Học sinh có thể thiết kế các thiết bị thực hiện thí nghiệm, chẳng hạn như: hệ thống con lăn để nghiên cứu lực ma sát, cơ cấu kéo để minh họa định luật Newton thứ ba. Thông qua quá trình thiết kế và sản xuất các mô hình bằng máy in 3D, học sinh không chỉ học lý thuyết mà còn phát triển năng lực sáng tạo và kĩ năng giải quyết vấn đề. Việc sử dụng công nghệ hiện đại trong dạy học làm cho bài học trở nên sinh động, hấp dẫn và dễ tiếp thu hơn.

2.1. Các định luật Newton và ứng dụng thực tế

Ba định luật Newton là nền tảng của động lực học. Máy in 3D cho phép học sinh tạo ra những mô hình cụ thể để kiểm chứng các định luật này. Ví dụ, học sinh có thể thiết kế một xe tự chế để quan sát định luật Newton thứ hai, hoặc một hệ thống con lăn để phân tích lực ma sát. Qua các dự án này, kiến thức lý thuyết được chuyển hóa thành hành động thực tiễn.

2.2. Lực ma sát và các hiện tượng chuyển động

Lực ma sát là một trong những khái niệm khó hiểu trong động lực học. Sử dụng máy in 3D, học sinh có thể thiết kế các bộ phận với bề mặt khác nhau để so sánh mức độ ma sát. Điều này giúp họ hiểu rõ hơn về tính chất vật lí của lực ma sát và mối liên hệ với các yếu tố khác nhau.

III. Phát triển năng lực vận dụng kiến thức qua dạy học dự án

Dạy học dự án có sự hỗ trợ của máy in 3D là một cách hiệu quả để phát triển năng lực vận dụng kiến thức cho học sinh. Thay vì học thụ động, học sinh trở thành những người học chủ động, tham gia vào quá trình khám phá và sáng tạo. Khi thực hiện dự án động lực học, học sinh phải vận dụng kiến thức đã học để thiết kế, tính toán và chế tạo các mô hình. Quá trình này không chỉ giúp học sinh ghi nhớ lâu dài hơn mà còn phát triển các kĩ năng mềm như làm việc nhóm, giao tiếp, giải quyết vấn đề. Năng lực vận dụng được đánh giá thông qua khả năng của học sinh trong việc áp dụng kiến thức để giải quyết các tình huống thực tế. Dạy học dự án tạo ra những tình huống học tập thực nghiệm, nơi học sinh phải sử dụng các công cụ hiện đại như phần mềm thiết kế 3D và máy in 3D để hoàn thành nhiệm vụ.

3.1. Khái niệm và tiêu chí đánh giá năng lực vận dụng

Năng lực vận dụng kiến thức là khả năng sử dụng kiến thức và kĩ năng đã học để giải quyết các tình huống mới. Tiêu chí đánh giá bao gồm: độ chính xác trong tính toán, sáng tạo trong thiết kế, kỹ năng sử dụng công cụ, và hiệu quả trong giải quyết vấn đề. Máy in 3D cung cấp một nền tảng thực tế để học sinh thể hiện năng lực của mình.

3.2. Quá trình phát triển năng lực thông qua dự án

Quá trình dạy học dự án bao gồm các giai đoạn: lập kế hoạch, thiết kế, chế tạo, kiểm tra và cải tiến. Ở mỗi giai đoạn, học sinh vận dụng kiến thức động lực học để đạt được mục tiêu. Sự hỗ trợ của máy in 3D giúp họ chuyển đổi ý tưởng thành sản phẩm cụ thể, từ đó đánh giá hiệu quả thực tiễn của kiến thức lý thuyết.

IV. Thực hiện dạy học dự án động lực học với công nghệ 3D

Thực hiện dạy học dự án động lực học với máy in 3D đòi hỏi một kế hoạch chi tiết và tổ chức khoa học. Giáo viên cần định rõ mục tiêu dự án, phân chia nhiệm vụ cho học sinh, cung cấp các công cụ thiết kế 3D như TinkerCAD, và hướng dẫn quá trình in 3D. Các dự án cụ thể có thể bao gồm: thiết kế xe tự chế để kiểm chứng định luật Newton, tạo hệ thống ma sát để nghiên cứu ảnh hưởng của lực ma sát, hay xây dựng các cơ cấu minh họa chuyển động tròn. Trong quá trình thực hiện, học sinh không chỉ học kiến thức Vật lí mà còn phát triển kĩ năng công nghệ và tư duy sáng tạo. Việc sử dụng máy in 3D giúp học sinh hiểu rằng kiến thức khoa học có ứng dụng thực tế trong cuộc sống, khiến họ tự tin hơn trong việc học tập. Đánh giá kết quả dự án cần bao gồm cả sản phẩm vật lí và quá trình học tập của học sinh.

4.1. Kế hoạch và tổ chức dạy học dự án chi tiết

Kế hoạch dạy học dự án cần xác định rõ mục tiêu học tập, tài nguyên sử dụng, và tiến độ thực hiện. Giáo viên cần hướng dẫn học sinh sử dụng phần mềm thiết kế 3D và máy in 3D. Tổ chức học sinh thành các nhóm nhỏ giúp họ phát triển kĩ năng hợp tác. Mỗi dự án cụ thể nên liên kết với một hoặc nhiều chủ đề của động lực học.

4.2. Đánh giá và kết luận từ dự án thực tế

Đánh giá dự án cần xem xét chất lượng sản phẩm, quá trình thiết kế, và kĩ năng vận dụng kiến thức của học sinh. Qua các dự án này, có thể nhận thấy mức độ tiếp thu của học sinh về động lực học cũng như khả năng sáng tạo của họ. Máy in 3D là công cụ hữu ích để học sinh thấy được giá trị thực tiễn của kiến thức học tập.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC VẬN DỤNG KIẾN THỨC, KĨ NĂNG ĐÃ HỌC CỦA HỌC SINH THÔNG QUA TỔ CHỨC DẠY HỌC DỰ ÁN NỘI DUNG “ĐỘNG LỰC HỌC - VẬT LÍ 10” 1. Khái niệm năng lực Giáo dục trên thế giới đang đi theo xu hướng dạy học và đánh giá theo NL. Vì vậy mà dạy học theo NL đã và đang thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu, các nhà giáo dục và cả xã hội. Vậy thì NL là gì? Tác giả Phạm Minh Hạc cho rằng: " NL là một tổ hợp đặc điểm tâm lí của một người, tổ hợp này vận hành theo một mục đích nhất định tạo ra kết quả của một hoạt động nào đấy" [11].

Xem xét NL là tổng hợp các đặc điểm, thuộc tính tâm lý của cá nhân, các tác giả Trần Thị Uẩn đưa ra khái niệm “NL là một thuộc tính tích hợp của nhân cách, là tổ hợp các đặc tính tâm lí của cá nhân phù hợp với những yêu cầu đặc trưng của một hoạt động xác định đảm bảo cho hoạt động đó có kết quả tốt đẹp” [trích theo 13] Một số tác giả còn cho rằng: NL là một thuộc tính tâm lí phức hợp, là điểm hội tụ của nhiều yếu tố như tri thức, kĩ năng, kĩ xảo, kinh nghiệm, sự sẵn sàng hành động và trách nhiệm, hay NL là tổ hợp các kỹ năng của cá nhân đảm bảo thực hiện một dạng hoạt động nào đó, hoặc NL được thể hiện như một hệ thống khả năng, sự tạo thành, hoặc những kĩ năng thiết yếu, có thể giúp con người đủ điều kiện vươn tới một mục đích cụ thể [16]. Định nghĩa NL trong Từ điển Tiếng Việt cũng dựa trên các dấu hiệu tâm lý: “NL là phẩm chất tâm lí và sinh lí tạo cho con người khả năng hoàn thành một loại hoạt động nào đó với chất lượng cao” [4]. Các định nghĩa nêu trên dựa vào các dấu hiệu, tố chất và yếu tố khác nhau, nhưng đều chỉ ra một số các dấu hiệu đặc trưng cơ bản: Đề cập đến xu hướng để đạt được một kết quả, của một công việc cụ thể (học tập, tư duy, quản lý bản thân, …), do một con người cụ thể thực hiện mà không tồn tại NL chung chung. Có sự tác động của một cá nhân cụ thể, tới một đối tượng cụ thể (KTKN, quan 5 hệ xã hội,…) để có một sản phẩm nhất định, do đó có thể phân biệt được NL của người này với NL của người khác.

NL là một yếu tố cấu thành từ nhiều yếu tố trong một hoạt động cụ thể. NL chỉ tồn tại trong quá trình vận động, phát triển của một hoạt động cụ thể, vì vậy NL vừa là mục tiêu, vừa điều kiện và vừa là kết quả hoạt động. Từ những dấu hiệu bản chất trên, quá trình dạy học hình thành, phát triển NL cho HS tất yếu phải đưa cá nhân HS tham gia vào các hoạt động học tập, giáo dục. Chính vì vậy, CT GDPT tổng thể ban hành năm 2018 đã nêu rõ: “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 KTKN 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 sự kiện cụ thể.

Trong đó, NL cốt lõi là NL cơ bản thiết yếu mà bất kì ai cũng cần phải có để sống, học tập và làm việc hiệu quả” [2]. Định nghĩa này đã chỉ đạo toàn bộ quá trình dạy học theo hướng phát triển NL người học ở các bậc GDPT Việt Nam trong quá trình đổi mới hiện nay. Năng lực Vật lí ❖ Khái niệm Theo CTGDPT 2018 [1], Vật lí là môn học lựa chọn trong nhóm môn Khoa học tự nhiên ở giai đoạn định hướng nghề nghiệp. Cũng như một số NL khác, khó tìm được một định nghĩa cụ thể cho năng lực Vật lí.

Tuy nhiên, căn cứ định nghĩa về NL khoa học của OECD và cấu trúc NL khoa học theo quan điểm PISA có thể đưa ra khái niệm NLVL như sau: NL Vật lí là khả năng sử dụng kiến thức Vật lí để xác định câu hỏi và rút ra kết luận dựa trên các bằng chứng để hiểu và đưa ra quyết định về thế giới tự nhiên và những thay đổi đó phù hợp với hoạt động của con người. ❖ Cấu trúc, biểu hiện của NL Vật lí Theo CTGDPT tổng thể 2018 [1], NL Vật lí có cấu trúc và những biểu hiện cụ thể thể hiện qua bảng sau đây: Bảng 1. Yêu cầu cần đạt và năng lực đặc thù của môn Vật lí Thành phần năng lực Biểu hiện 1.Nhận thức Vật lí: (1) Nhận biết và nêu được các đối tượng, khái niệm, hiện 6 Nhận thức được kiến tượng, quy luật, quá trình Vật lí thức, kĩ năng phổ thông (2) Trình bày được các hiện tượng, quá trình Vật lí; đặc cốt lõi về: mô hình hệ điểm, vai trò của các hiện tượng, quá trình vật bằng các hình Vật lí; năng lượng và thức biểu đạt: nói, viết, đo, tính, vẽ, lập sơ đồ, biểu đồ. sóng; lực và trường; (3) Tìm được từ khoá, sử dụng được thuật ngữ khoa học, kết nhận biết được một số nối được thông tin theo logic có ý nghĩa, lập được dàn ý khi ngành, nghề liên quan đọc và trình bày các văn bản khoa học.

(4) So sánh, lựa chọn, phân loại, phân tích được các hiện tượng, quá trình Vật lí theo các tiêu chí khác nhau. (5) Giải thích được mối quan hệ giữa các sự vật, hiện tượng, quá trình. (6) Nhận ra điểm sai và chỉnh sửa được nhận thức hoặc lời giải thích; đưa ra được những nhận định phê phán có liên quan đến chủ đề thảo luận. (7) Nhận ra được một số ngành nghề phù hợp với thiên hướng của bản thân.

(1) Đề xuất vấn đề liên quan đến Vật lí: Nhận ra và đặt được câu hỏi liên quan đến vấn đề; phân tích được bối cảnh để đề xuất được vấn đề nhờ kết nối tri thức, kinh nghiệm đã có và dùng ngôn ngữ của mình để biểu đạt vấn đề đã đề xuất.Tìm hiểu thế giới tự (2) Đưa ra phán đoán và xây dựng giả thuyết: Phân tích vấn nhiên dưới góc độ Vật đề để nêu được phán đoán; xây dựng và phát biểu được giả lí: thuyết cần tìm hiểu. Tìm hiểu được một số (3) Lập kế hoạch thực hiện: Xây dựng được khung logic nội hiện tượng, quá trình dung tìm hiểu; lựa chọn được phương pháp thích hợp (quan Vật lí đơn giản, gần gũi sát, thực nghiệm, điều tra, phỏng vấn, tra cứu tư liệu); lập trong đời sống được kế hoạch triển khai tìm hiểu. (4) Thực hiện kế hoạch: Thu thập, lưu giữ được dữ liệu từ kết quả tổng quan, thực nghiệm, điều tra; đánh giá được kết quả dựa trên phân tích, xử lí các dữ liệu bằng các tham số thống kê đơn giản; so sánh được kết quả với giả thuyết; giải 7 thích, rút ra được kết luận và điều chỉnh khi cần thiết (5) Viết, trình bày báo cáo và thảo luận: Sử dụng ngôn ngữ, hình vẽ, sơ đồ, biểu bảng để biểu đạt được quá trình và kết quả tìm hiểu; viết được báo cáo sau quá trình tìm hiểu; hợp tác được với đối tác bằng thái độ tích cực và tôn trọng quan điểm, ý kiến đánh giá do người khác đưa ra để tiếp thu tích cực và giải trình, phản biện, bảo vệ được kết quả tìm hiểu một cách thuyết phục. (6) Ra quyết định và đề xuất ý kiến, giải pháp: Đưa ra được quyết định xử lí cho vấn đề đã tìm hiểu; đề xuất được ý kiến khuyến nghị vận dụng kết quả tìm hiểu, nghiên cứu, hoặc vấn đề nghiên cứu tiếp.

(1) Giải thích, chứng minh được một vấn đề thực tiễn. (2) Đánh giá, phản biện được ảnh hưởng của vấn đề thực tiễn 3. Vận dụng kiến thức, (3) Thiết kế được mô hình, lập được kế hoạch, đề xuất và kĩ năng đã học thực hiện được một số phương pháp hay biện pháp mới. (4) Nêu được giải pháp và thực hiện được một số giải pháp để bảo vệ thiên nhiên, thích ứng với biến đổi khí hậu; có hành vi, thái độ hợp lí nhằm phát triển bền vững.

Trong khóa luận này sẽ tập trung làm rõ và xây dựng kế hoạch nhằm phát triển NL VDKTKN đã học theo CTGDPT tổng thể 2018. Năng lực vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học 1. Khái niệm năng lực vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học của học sinh Theo Đại từ điển Tiếng Việt, vận dụng nghĩa là dùng tri thức, lí luận vào thực tiễn [4]. Theo Phan Thị Thanh Hội và Nguyễn Thị Tuyết Mai cho rằng: “Vận dụng kiến thức kĩ năng là mức độ nhận thức cao nhất của con người, quá trình này vừa giúp HS củng cố, nâng cao kiến thức vừa góp phần rèn luyện kĩ năng học tập và kĩ năng sống.

Thông qua vận dụng kiến thức vào thực tiễn thúc đẩy gắn kết kiến thức trong nhà trường với thực tiễn đời sống [12]. 8 NL gắn liền với kỹ năng, kỹ xảo trong lĩnh vực hoạt động tương ứng, chứa đựng những yếu tố mới mẻ, linh hoạt trong các thao tác hành động, có thể giải quyết nhiệm vụ thành công trong nhiều tình huống khác nhau, trong lĩnh vực hoạt động rộng hơn. Theo các tác giả Nguyễn Thị Thu Hằng, Phan Thị Thanh Hội vận dụng KTKN đã học là “ khả năng chủ thể phát hiện được VĐTT huy động được các kiến thưc liên quan hoặc tìm tòi, khám phá các kiến thức nhằm thực hiện giải quyết các VĐTT đạt hiệu quả” [9]. Tác giả Lê Thanh Huy và Lê Thị Thao cho rằng: “NL vận dụng kiến thức là khả năng của bản thân người học tự giải quyết những vấn đề đặt ra một cách nhanh chóng và hiệu quả bằng cách áp dụng kiến thức đã lĩnh hội vào những tình huống những hoạt động thực tiễn để tìm hiểu thế giới xung quanh và có khả năng biến đổi nó ” [6].

Một số quan niệm khác cũng cho rằng: NL VDKTKN đã học là khả năng của bản thân người học tự giải quyết những vấn đề đặt ra một cách nhanh chóng và hiệu quả bằng cách VDKTKN đã lĩnh hội vào những tình huống, những hoạt động thực tiễn để tìm hiểu thế giới xung quanh và khả năng biến đổi của nó. NL VDKTKN đã học thể hiện phẩm chất, nhân cách của con người trong quá trình hoạt động để thỏa mãn nhu cầu chiếm lĩnh tri thức [15].