Đại Học Thái Nguyên Tổ Chức Dạy Học STEM Chủ Đề Cần Trục Tháp - Vật Lý 10

Tài liệu nghiên cứu Tổ chức dạy học stem chủ đề cần trục tháp, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về giáo dục.

• Tác giả: Trần Minh Phượng
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Thu Hà
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Lý luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí
• Đề tài: Dạy Học STEM Chủ Đề Cần Trục Tháp Tại Đại Học Thái Nguyên
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• MỞ ĐẦU. MỞ ĐẦU
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3. Giả thuyết nghiên cứu
• 1.4. Nhiệm vụ nghiên cứu
• 1.5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.6. Phương pháp nghiên cứu
• 1.7. Cấu trúc luận văn
• 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN
• 1.1. Lịch sử vấn đề nghiên cứu về việc vận dụng mô hình giáo dục STEM trong dạy học hình thành và phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh
• 1.2. Mô hình giáo dục STEM
• 1.2.1. Khái niệm mô hình giáo dục STEM
• 1.2.2. Mục tiêu của giáo dục STEM
• 2. THIẾT KẾ HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC STEM CHỦ ĐỀ “CẦN TRỤC THÁP”
• 2.1. Thiết kế tiến trình dạy học bài học chủ đề STEM “Cần Trục Tháp”
• 2.2. Ý tưởng thiết kế
• 2.3. Kế hoạch bài dạy
• 2.4. Rubric đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong bài học STEM “Cần trục tháp”
• 2.5. Cách thức triển khai đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học bài học STEM
• 3. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM
• 3.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm
• 3.2. Đối tượng, phương pháp thực nghiệm sư phạm
• 3.3. Đánh giá kết quả thực nghiệm tại trường THPT Bế Văn Đàn
• 3.3.1. Đánh giá định tính
• 3.3.2. Đánh giá định lượng kết quả thực nghiệm sư phạm
• 3.4. Kết luận chương 3
• KẾT LUẬN CHUNG
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Dạy Học STEM Chủ Đề Cần Trục Tháp Tại Đại Học Thái Nguyên 55 ký tự

Bài viết này tập trung vào việc triển khai dạy học STEM chủ đề cần trục tháp trong bối cảnh Đại học Thái Nguyên. Giáo dục STEM là một phương pháp tiếp cận liên môn, kết hợp khoa học, công nghệ, kỹ thuật, và toán học để giải quyết các vấn đề thực tế. Chủ đề cần trục tháp mang đến một cơ hội tuyệt vời để học sinh áp dụng kiến thức lý thuyết vào thực hành, phát triển tư duy sáng tạo và kỹ năng giải quyết vấn đề. Việc tích hợp ứng dụng STEM vào chương trình học giúp học sinh hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động của cần trục tháp và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của nó. Bài viết cũng sẽ đề cập đến các nguồn tài liệu STEM phù hợp với chủ đề này.

1.1. Tầm quan trọng của Giáo dục STEM trong Kỹ Thuật Xây Dựng

Giáo dục STEM đóng vai trò then chốt trong việc đào tạo kỹ sư xây dựng tương lai. Việc hiểu rõ nguyên lý hoạt động của các thiết bị như cần trục tháp thông qua dạy học STEM giúp sinh viên có kiến thức nền tảng vững chắc để thiết kế, xây dựng và vận hành các công trình một cách an toàn và hiệu quả. STEM engineering ứng dụng trong xây dựng không chỉ giới hạn ở cần trục tháp mà còn bao gồm nhiều lĩnh vực khác như thiết kế kết cấu, quản lý dự án và sử dụng vật liệu mới.

1.2. Mục tiêu của việc Dạy Học STEM về Cần Trục Tháp

Mục tiêu chính của việc dạy học STEM về cần trục tháp là giúp sinh viên nắm vững nguyên lý hoạt động, cấu tạo và ứng dụng của thiết bị này. Bên cạnh đó, sinh viên còn được rèn luyện kỹ năng làm việc nhóm, tư duy phản biện và giải quyết vấn đề thông qua các dự án thực tế. Bài giảng STEM cần được thiết kế sao cho sinh viên có thể tự mình thiết kế, lắp ráp và vận hành mô hình cần trục tháp.

II. Vấn Đề Thách Thức Khi Dạy Học STEM Về Cần Trục Tháp 56 ký tự

Việc dạy học STEM chủ đề cần trục tháp không phải lúc nào cũng suôn sẻ. Một trong những thách thức lớn nhất là sự thiếu hụt về tài liệu STEM phù hợp và dễ tiếp cận. Nhiều sinh viên cũng gặp khó khăn trong việc áp dụng kiến thức lý thuyết vào thực hành, đặc biệt là khi phải làm việc với các phần mềm mô phỏng cần trục tháp phức tạp. Ngoài ra, việc đảm bảo an toàn trong quá trình thực hành cũng là một vấn đề cần được quan tâm đặc biệt. Để vượt qua những thách thức này, giảng viên cần có sự chuẩn bị kỹ lưỡng và phương pháp giảng dạy sáng tạo.

2.1. Thiếu Hụt Tài Liệu STEM Chuyên Sâu Về Cần Trục Tháp

Hiện nay, số lượng tài liệu STEM chuyên sâu về cần trục tháp còn hạn chế, đặc biệt là các tài liệu bằng tiếng Việt. Điều này gây khó khăn cho sinh viên trong việc tìm kiếm thông tin và nghiên cứu. Để giải quyết vấn đề này, Đại học Thái Nguyên cần đầu tư vào việc biên soạn và dịch thuật các tài liệu STEM chất lượng cao.

2.2. Khó khăn trong Áp Dụng Kiến Thức vào Thực Hành Cần Trục Tháp

Nhiều sinh viên gặp khó khăn trong việc chuyển đổi kiến thức lý thuyết về nguyên lý hoạt động cần trục tháp thành các kỹ năng thực hành. Việc sử dụng các phần mềm mô phỏng cần trục tháp cũng đòi hỏi sinh viên phải có kiến thức về STEM mathematics và STEM engineering tốt. Giảng viên cần có phương pháp giảng dạy trực quan và sinh động để giúp sinh viên hiểu rõ hơn về cần trục tháp.

2.3. Đảm Bảo An Toàn Vận Hành Cần Trục Tháp trong Thực Hành

An toàn vận hành cần trục tháp là một yếu tố quan trọng cần được đảm bảo trong quá trình thực hành. Sinh viên cần được trang bị đầy đủ kiến thức về các quy tắc an toàn và được hướng dẫn sử dụng thiết bị một cách cẩn thận. Các thí nghiệm STEM cần được thực hiện dưới sự giám sát chặt chẽ của giảng viên.

III. Phương Pháp STEM Thiết Kế Lắp Ráp Cần Trục Tháp Hiệu Quả 59 ký tự

Để dạy học STEM chủ đề cần trục tháp hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp sư phạm phù hợp. Một trong những phương pháp hiệu quả nhất là chia nhỏ quá trình thiết kế và lắp ráp cần trục tháp thành các bước nhỏ, giúp sinh viên dễ dàng tiếp cận và thực hiện. Việc sử dụng các phần mềm thiết kế 3D và mô phỏng cần trục tháp cũng giúp sinh viên hình dung rõ hơn về sản phẩm cuối cùng. Ngoài ra, việc khuyến khích sinh viên tự nghiên cứu và tìm tòi các giải pháp sáng tạo cũng là một yếu tố quan trọng.

3.1. Chia Nhỏ Quy Trình Thiết Kế Cần Trục Tháp theo Phương Pháp STEM

Việc chia nhỏ quy trình thiết kế cần trục tháp thành các bước nhỏ giúp sinh viên dễ dàng tiếp cận và quản lý dự án. Các bước có thể bao gồm: Nghiên cứu nguyên lý hoạt động cần trục tháp, lựa chọn vật liệu chế tạo cần trục tháp, thiết kế bản vẽ kỹ thuật và mô phỏng cần trục tháp.

3.2. Ứng Dụng Phần Mềm Thiết Kế 3D Mô Phỏng Cần Trục Tháp

Các phần mềm thiết kế 3D và mô phỏng cần trục tháp là công cụ hỗ trợ đắc lực cho sinh viên trong quá trình thiết kế và thử nghiệm. Các phần mềm này giúp sinh viên hình dung rõ hơn về sản phẩm cuối cùng và phát hiện các lỗi thiết kế sớm.

IV. Ứng Dụng Thí Nghiệm STEM Đánh Giá Hiệu Quả Bài Tập STEM 60 ký tự

Các thí nghiệm STEM đóng vai trò quan trọng trong việc củng cố kiến thức và rèn luyện kỹ năng cho sinh viên. Các bài tập STEM cần được thiết kế sao cho sinh viên có thể áp dụng kiến thức lý thuyết vào giải quyết các vấn đề thực tế. Việc đánh giá hiệu quả của các bài tập STEM cần dựa trên các tiêu chí rõ ràng và khách quan. Để đánh giá, giảng viên có thể sử dụng rubric đánh giá được đề cập trong tài liệu gốc.

4.1. Thiết Kế Các Thí Nghiệm STEM Thực Tế Về Cần Trục Tháp

Các thí nghiệm STEM cần được thiết kế sao cho sinh viên có thể tự mình kiểm chứng các nguyên lý hoạt động cần trục tháp. Ví dụ, sinh viên có thể thực hiện các thí nghiệm về sức nâng, độ ổn định và an toàn vận hành cần trục tháp.

4.2. Đánh Giá Năng Lực Giải Quyết Vấn Đề Qua Bài Tập STEM

Việc đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của sinh viên thông qua bài tập STEM cần dựa trên các tiêu chí rõ ràng như khả năng xác định vấn đề, đề xuất giải pháp, thực hiện và đánh giá kết quả. Giảng viên có thể sử dụng các phương pháp đánh giá khác nhau như chấm điểm báo cáo, phỏng vấn và quan sát trực tiếp.

V. Kết Quả Nghiên Cứu Hiệu Quả Dạy Học STEM Cần Trục Tháp 57 ký tự

Nghiên cứu về dạy học STEM chủ đề cần trục tháp tại Đại học Thái Nguyên cho thấy phương pháp này mang lại hiệu quả tích cực trong việc nâng cao kiến thức, kỹ năng và hứng thú học tập của sinh viên. Sinh viên tham gia chương trình dạy học STEM có khả năng giải quyết vấn đề tốt hơn, tư duy sáng tạo hơn và làm việc nhóm hiệu quả hơn so với sinh viên học theo phương pháp truyền thống. Kết quả này khẳng định tiềm năng của giáo dục STEM trong việc đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao cho ngành kỹ thuật xây dựng.

5.1. Nâng Cao Kiến Thức và Kỹ Năng Về Kỹ Thuật Xây Dựng

Dạy học STEM giúp sinh viên nắm vững kiến thức về kỹ thuật xây dựng, đặc biệt là về cần trục tháp. Sinh viên có thể áp dụng kiến thức này vào giải quyết các vấn đề thực tế trong công việc sau này.

5.2. Phát Triển Tư Duy Sáng Tạo và Kỹ Năng Giải Quyết Vấn Đề STEM

Giáo dục STEM khuyến khích sinh viên tư duy sáng tạo và tìm kiếm các giải pháp mới cho các vấn đề kỹ thuật. Sinh viên cũng được rèn luyện kỹ năng làm việc nhóm và giao tiếp hiệu quả.

VI. Tương Lai Dạy Học STEM Chủ Đề Cần Trục Tháp Tại Thái Nguyên 57 ký tự

Việc dạy học STEM chủ đề cần trục tháp tại Đại học Thái Nguyên có nhiều tiềm năng phát triển trong tương lai. Cần tiếp tục đầu tư vào cơ sở vật chất, trang thiết bị và tài liệu STEM để nâng cao chất lượng giảng dạy. Ngoài ra, cần tăng cường hợp tác với các doanh nghiệp trong ngành xây dựng để tạo cơ hội cho sinh viên thực tập và trải nghiệm thực tế. Giảng dạy STEM cần được đổi mới liên tục để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường lao động.

6.1. Mở Rộng Quy Mô và Nâng Cao Chất Lượng Giảng Dạy STEM

Đại học Thái Nguyên cần mở rộng quy mô dạy học STEM và nâng cao chất lượng giảng dạy STEM để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của xã hội.

6.2. Tăng Cường Hợp Tác Với Doanh Nghiệp Kỹ Thuật Xây Dựng

Việc tăng cường hợp tác với các doanh nghiệp kỹ thuật xây dựng giúp sinh viên có cơ hội thực tập và làm việc trong môi trường thực tế, từ đó nâng cao kỹ năng và kinh nghiệm.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh đổi mới căn bản giáo dục phổ thông theo chương trình 2018, việc vận dụng mô hình giáo dục STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) ngày càng được chú trọng nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh. Tại tỉnh Cao Bằng, trong năm học 2022-2023, Sở Giáo dục đã triển khai dạy học STEM ở các trường THPT, trong đó có Trường THPT Bế Văn Đàn với đối tượng nghiên cứu là học sinh lớp 10A5. Mục tiêu nghiên cứu tập trung vào tổ chức dạy học STEM chủ đề “Cần trục tháp” trong môn Vật lí 10, nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề thông qua mạch nội dung “Cân bằng lực, moment lực”. Phạm vi nghiên cứu bao gồm 8 tiết học trong chủ đề “Động lực học” với trọng tâm là thiết kế và chế tạo mô hình cần trục tháp đơn giản.

Nghiên cứu nhằm giải quyết các khó khăn thực tiễn trong thi công nhà cao tầng như vận chuyển vật liệu nặng, khối lượng lớn lên cao trình, qua đó vận dụng kiến thức vật lí để thiết kế công cụ hỗ trợ hiệu quả. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh, góp phần nâng cao chất lượng dạy học môn Vật lí theo định hướng giáo dục STEM, đồng thời đáp ứng yêu cầu đổi mới giáo dục phổ thông và chuẩn bị nguồn nhân lực chất lượng cao cho các ngành kỹ thuật, công nghệ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên mô hình giáo dục STEM, một cách tiếp cận liên môn tích hợp kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học nhằm giải quyết các vấn đề thực tiễn. Khung lý thuyết bao gồm:

• Mô hình giáo dục STEM: Tập trung vào việc tổ chức các hoạt động học tập theo quy trình thiết kế kỹ thuật gồm xác định vấn đề, nghiên cứu kiến thức nền, đề xuất và lựa chọn giải pháp, chế tạo, thử nghiệm, đánh giá và điều chỉnh sản phẩm.

• Năng lực giải quyết vấn đề: Theo quan điểm của Đỗ Hương Trà và cộng sự, năng lực này bao gồm 5 thành tố chính: Tìm hiểu vấn đề, Tìm tòi và huy động kiến thức, Thiết kế mô hình giải quyết vấn đề, Thử nghiệm và đánh giá, Trình bày và thảo luận sản phẩm. Mỗi thành tố được đánh giá qua 11 tiêu chí hành vi với 3 mức độ đạt được.

• Khái niệm bài học STEM: Là quá trình tổ chức dạy học tích hợp liên môn, xuất phát từ tình huống thực tiễn, nhằm phát triển phẩm chất và năng lực học sinh thông qua việc thiết kế, chế tạo sản phẩm có tính ứng dụng.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Nghiên cứu sử dụng dữ liệu thu thập từ khảo sát 120 giáo viên và 264 học sinh tại các trường THPT trên địa bàn thành phố Cao Bằng, đặc biệt là lớp 10A5 trường THPT Bế Văn Đàn. Ngoài ra, các tài liệu lý luận, chương trình giáo dục phổ thông, văn bản pháp luật và các nghiên cứu trước đây về giáo dục STEM cũng được khai thác.

• Phương pháp phân tích: Kết hợp phân tích định tính và định lượng. Phân tích định lượng dựa trên thống kê số liệu khảo sát, đánh giá năng lực học sinh qua phiếu đánh giá rubic và kết quả thực nghiệm sư phạm. Phân tích định tính thông qua quan sát, phỏng vấn, thảo luận nhóm và đánh giá sản phẩm học tập.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được tiến hành trong năm học 2022-2023, với giai đoạn khảo sát thực trạng từ tháng 10 đến tháng 12/2022, thiết kế và tổ chức dạy học STEM trong 8 tiết học thuộc chủ đề “Cần trục tháp”, thực nghiệm sư phạm và đánh giá kết quả trong các tháng tiếp theo.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Thực trạng nhận thức và vận dụng giáo dục STEM của giáo viên: Trong số 120 giáo viên khảo sát, 56,7% đã tìm hiểu khá kỹ về dạy học STEM, 8,3% tìm hiểu sâu, nhưng vẫn còn 35% chỉ biết sơ qua. Về vận dụng, 68,3% giáo viên đã áp dụng dạy học STEM ít nhất một chủ đề, trong khi 26,7% chưa từng áp dụng.

2. Mức độ cần thiết của dạy học STEM theo đánh giá giáo viên: 63,4% giáo viên cho rằng việc tổ chức dạy học STEM là cần thiết, 7,5% đánh giá rất cần thiết, chỉ 5,8% cho rằng không cần thiết. Điều này phản ánh sự quan tâm ngày càng tăng đối với mô hình này.

3. Khó khăn trong tổ chức dạy học STEM: 74,2% giáo viên cho biết thiếu phương tiện, 65,8% thiếu thời gian, 61,7% mất nhiều thời gian soạn giáo án, 51,7% đánh giá còn bất cập, 36,6% cho rằng trình độ học sinh chưa phù hợp.

4. Ý thức và tham gia của học sinh: 75% học sinh chưa từng nghe về STEM, tuy nhiên 100% cho biết nhà trường có tổ chức và họ đã tham gia các hoạt động STEM. Học sinh hào hứng với các hoạt động thực hành, thảo luận, chế tạo sản phẩm và nhận thấy ứng dụng kiến thức vật lí trong thực tiễn.

5. Hiệu quả dạy học STEM chủ đề “Cần trục tháp”: Qua thực nghiệm sư phạm, học sinh đã trình bày được câu hỏi liên quan đến tình huống thực tiễn, xác định vấn đề, nêu tên và vận dụng kiến thức vật lí về tổng hợp lực, cân bằng lực, moment lực để thiết kế và chế tạo mô hình cần trục tháp đơn giản. Sản phẩm mô hình đáp ứng các tiêu chí kỹ thuật, vận hành ổn định, nâng được vật nặng tối thiểu 0,2kg lên độ cao 0,3m với ít nhất 2 mức khối lượng khác nhau.

Thảo luận kết quả

Kết quả khảo sát và thực nghiệm cho thấy giáo dục STEM là phương pháp hiệu quả để phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh, nhất là trong môn Vật lí với nội dung liên quan đến kỹ thuật và công nghệ. Việc tổ chức dạy học theo quy trình STEM giúp học sinh chủ động tìm tòi kiến thức, vận dụng liên môn, phát triển kỹ năng thực hành và tư duy phản biện.

Khó khăn về phương tiện và thời gian là những thách thức phổ biến, tương tự như các nghiên cứu trước đây tại các địa phương khác. Điều này đòi hỏi sự hỗ trợ từ nhà trường và ngành giáo dục để đầu tư trang thiết bị và xây dựng kế hoạch dạy học phù hợp.

Việc thiết kế chủ đề “Cần trục tháp” dựa trên mạch nội dung “Cân bằng lực, moment lực” không chỉ giúp học sinh hiểu sâu kiến thức vật lí mà còn phát triển kỹ năng thiết kế, chế tạo sản phẩm thực tế, tạo hứng thú học tập và nâng cao năng lực giải quyết vấn đề. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân phối thời lượng các hoạt động dạy học STEM và bảng đánh giá năng lực học sinh theo rubic, minh họa sự tiến bộ rõ rệt qua từng hoạt động.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường đào tạo, bồi dưỡng giáo viên về dạy học STEM: Tổ chức các khóa tập huấn chuyên sâu về phương pháp dạy học STEM, kỹ năng thiết kế bài học và đánh giá năng lực học sinh. Mục tiêu nâng tỷ lệ giáo viên hiểu và vận dụng thành thạo STEM lên trên 80% trong vòng 1-2 năm. Chủ thể thực hiện: Sở Giáo dục và Đào tạo, các trường đại học sư phạm.

2. Đầu tư trang thiết bị và vật liệu dạy học STEM: Cung cấp đầy đủ dụng cụ, thiết bị thực hành như bộ nguyên liệu chế tạo mô hình, phòng thí nghiệm, công cụ hỗ trợ kỹ thuật. Mục tiêu đảm bảo 100% trường THPT có đủ điều kiện tối thiểu để tổ chức dạy học STEM trong 3 năm tới. Chủ thể thực hiện: Bộ Giáo dục và Đào tạo, các địa phương.

3. Xây dựng và phổ biến các chủ đề STEM phù hợp với chương trình và thực tiễn địa phương: Phát triển các chủ đề STEM gắn liền với nội dung chương trình và ứng dụng thực tế như “Cần trục tháp” để tăng tính hấp dẫn và hiệu quả. Mục tiêu hoàn thiện bộ chủ đề STEM mẫu trong 1 năm. Chủ thể thực hiện: Các nhóm nghiên cứu giáo dục, trường đại học sư phạm.

4. Tăng cường hoạt động trải nghiệm và đánh giá năng lực học sinh theo định hướng STEM: Áp dụng đa dạng các hình thức đánh giá như quan sát, hồ sơ học tập, sản phẩm, hỏi đáp để đánh giá toàn diện năng lực giải quyết vấn đề. Mục tiêu nâng cao chất lượng đánh giá và phản hồi trong 2 năm. Chủ thể thực hiện: Giáo viên, nhà trường.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Giáo viên môn Vật lí và các môn khoa học tự nhiên: Nghiên cứu cung cấp phương pháp tổ chức dạy học STEM cụ thể, giúp giáo viên thiết kế bài học tích hợp, phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh.

2. Nhà quản lý giáo dục và cán bộ chuyên môn: Tham khảo để xây dựng chính sách, kế hoạch đào tạo, đầu tư trang thiết bị và triển khai mô hình giáo dục STEM hiệu quả tại các trường phổ thông.

3. Sinh viên, nghiên cứu sinh ngành Sư phạm Vật lí và Giáo dục khoa học: Tài liệu tham khảo quý giá về lý thuyết, phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm sư phạm trong lĩnh vực giáo dục STEM.

4. Các tổ chức, cá nhân quan tâm đến đổi mới giáo dục và phát triển kỹ năng thế kỷ 21: Cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn để phát triển các chương trình giáo dục liên môn, nâng cao năng lực học sinh đáp ứng yêu cầu xã hội hiện đại.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo dục STEM là gì và tại sao lại quan trọng trong dạy học Vật lí?
   Giáo dục STEM là mô hình tích hợp Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn. Trong Vật lí, STEM giúp học sinh vận dụng kiến thức liên môn để thiết kế, chế tạo sản phẩm, tăng cường kỹ năng thực hành và tư duy sáng tạo.

2. Làm thế nào để tổ chức một bài học STEM hiệu quả?
   Bài học STEM cần xuất phát từ tình huống thực tiễn, xác định vấn đề rõ ràng, huy động kiến thức nền, đề xuất và lựa chọn giải pháp, chế tạo và thử nghiệm sản phẩm, cuối cùng là đánh giá và điều chỉnh. Mỗi bước cần có mục tiêu, nhiệm vụ và sản phẩm cụ thể.

3. Khó khăn phổ biến khi triển khai dạy học STEM là gì?
   Thiếu trang thiết bị, thời gian chuẩn bị bài giảng, kỹ năng của giáo viên và trình độ học sinh là những khó khăn chính. Cần có sự hỗ trợ từ nhà trường và ngành giáo dục để khắc phục.

4. Làm sao đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong bài học STEM?
   Có thể đánh giá qua quan sát hoạt động, hồ sơ học tập, sản phẩm thực tế và phương pháp hỏi đáp. Phiếu đánh giá rubic với các tiêu chí cụ thể giúp đánh giá chính xác các thành tố năng lực.

5. Chủ đề “Cần trục tháp” có ý nghĩa gì trong giáo dục STEM?
   Chủ đề này liên kết kiến thức vật lí về lực, cân bằng và moment lực với ứng dụng thực tế trong xây dựng, giúp học sinh phát triển kỹ năng thiết kế, chế tạo mô hình, từ đó nâng cao năng lực giải quyết vấn đề và hứng thú học tập.

Kết luận

• Giáo dục STEM là phương pháp hiệu quả để phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh, đặc biệt trong môn Vật lí 10.
• Tổ chức dạy học STEM chủ đề “Cần trục tháp” giúp học sinh vận dụng kiến thức liên môn, thiết kế và chế tạo mô hình thực tế.
• Thực trạng tại Cao Bằng cho thấy giáo viên và học sinh đã có nhận thức và tham gia tích cực, nhưng còn nhiều khó khăn về phương tiện và thời gian.
• Đề xuất các giải pháp đào tạo giáo viên, đầu tư trang thiết bị, xây dựng chủ đề STEM và nâng cao đánh giá năng lực học sinh.
• Tiếp tục triển khai thực nghiệm, mở rộng phạm vi nghiên cứu và hoàn thiện các chủ đề STEM phù hợp với chương trình giáo dục phổ thông.

Các nhà giáo dục, quản lý và nghiên cứu hãy áp dụng và phát triển mô hình dạy học STEM, đặc biệt với các chủ đề thực tiễn như “Cần trục tháp”, để nâng cao chất lượng giáo dục và chuẩn bị nguồn nhân lực cho tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 1. Lịch sử vấn đề nghiên cứu về việc vận dụng mô hình giáo dục STEM trong dạy học hình thành và phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh Trong mỗi bài học có vận dụng mô hình giáo dục STEM, học sinh được đặt trước tình huống thực tiễn, từ đó người học xác định được vấn đề cần nghiên cứu, việc giải quyết vấn đề nghiên cứu tuân theo quy trình thiết kế kĩ thuật và cần sử dụng các kiến thức thuộc các các môn Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán. Chính vì lẽ đó, giáo dục STEM đề cao đến việc hình thành và phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho người học. Đã có nhiều nghiên cứu trước đó về việc vận dụng mô hình giáo dục STEM trong dạy học các môn học nhằm hình thành và phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh.

Nghiên cứu của nhóm tác giả Nguyễn Phương Liên, Nguyễn Thị Phương, Lê Thái Hưng (2019) đã chỉ ra rằng mô hình giáo dục STEM có tác dụng trong việc hình thành và phát triển thành tố năng lực giải quyết vấn đề (thuộc năng lực hợp tác giải quyết vấn đề) cho học sinh, từ đó đề xuất mô hình hoạt động giáo dục STEM trong trường phổ thông nhằm phát triển năng lực hợp tác giải quyết vấn đề [6]. Tác giả Trần Thế Sang (2019) dựa trên những đặc điểm của mô hình giáo dục STEM và cấu trúc của năng lực giải quyết vấn đề từ đó đề xuất các chủ đề giáo dục STEM trong dạy học môn Hoá 10 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho học sinh. Kết quả thực nghiệm cũng đã chứng tỏ được những biện pháp mà tác giả đề xuất trong việc vận dụng mô hình giáo dục STEM trong dạy học nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh là khả thi và có tính ứng dụng cao [13]. Cùng đề cập tới việc thiết kế các chủ đề STEM trong dạy học bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh, nhóm tác giả Quách Nguyễn Bảo 5 Nguyên, Nguyễn Hoàng Anh, Nguyễn Đức Dũng (2019) đã lựa chọn và xây dựng chủ đề STEM “Sản xuất nến” và “Chế tạo máy lọc nước” khi dạy phần “Nhiệt học” môn Vật lí nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh.

Tiến trình dạy học đã được thử nghiệm trên 42 học sinh tại trường trung học phổ thông Phan Thành Tài, thành phố Đà Nẵng và cho kết quả chứng tỏ khả năng xác định vấn đề cần giải quyết từ tình huống thực tiễn, khả năng tìm giải pháp giải quyết vấn đề, khả năng lập luận vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề [11]. Đề cập tới giáo dục STEM nhưng khai thác ở khía cạnh giáo dục khoa học robot, nhóm tác giả Lê Mĩ Hải Ngân và Nguyễn Văn Biên (2020) dựa trên các đặc trưng của giáo dục khoa học robot và các đặc điểm của năng lực giải quyết vấn đề đã xây dựng khung năng lực giải quyết vấn đề trong giáo dục khoa học robot của học sinh trung học cơ sở gồm Phát hiện vấn đề, Phân tích vấn đề, Nghiên cứu và lựa chọn thông tin, Đề xuất giải pháp, Thiết kế sản phẩm, Chế tạo sản phẩm, Vận hành và điều chỉnh. Kết quả nghiên cứu đã được xác nhận tính khả thi và phù hợp thông qua thực nghiệm sư phạm và khảo sát lấy ý kiến chuyên gia của nhóm tác giả [10]. Giáo dục STEM trong dạy học phát triển năng lực giải quyết vấn đề cũng đã được nhóm tác giả Nguyễn Quang Linh, Nunthida PHAYSITH, Soulivon KHAMPHA (2021) mở rộng phạm vi nghiên cứu ở các tỉnh phía Bắc nước Cộng hoà Dân chủ Nhân dân Lào.

Nhóm tác giả đã đề xuất tiến trình dạy học chủ đề STEM “Tua-bin gió” và chủ đề “Kính tiềm vọng”, sau đó tiến hành thực nghiệm sư phạm trên 52 học sinh tại hai trường trung học cơ sở PhuKhun và trường trung học cơ sở Songmeuang, nước Cộng hoà Dân Chủ Nhân Dân Lào. Kết quả thực nghiệm cho thấy việc thiết kế và tổ chức dạy học thông qua các chủ đề STEM đã giúp học sinh có cơ hội để bộc lộ các biểu hiện của năng lực giải quyết vấn đề [7]. Cùng nhằm vào việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh thông qua hoạt động dạy học theo định hướng giáo dục STEM nhưng nhóm tác giả Dương Bích Thảo, Phạm Minh Khánh, Lê Thị Yến Nhi và Trần Thiên Kim 6 (2022) đã khai thác thêm mô hình dạy học 6E trong dạy học chủ đề lập trình ngôn ngữ Python với robot và trình diễn robot Vex Iq đối với học sinh lớp 11. Kết quả nghiên cứu đã chứng tỏ học sinh có thể giải quyết thành công các vấn đề nghiên cứu khi được tham gia các hoạt động học tập theo định hướng giáo dục STEM [14].

Ngoài những nghiên cứu trên, còn có nhiều nghiên cứu khác cùng quan tâm đến việc vận dụng mô hình giáo dục STEM trong dạy học nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh với các đối tượng và phạm vi nghiên cứu khác nhau như nhóm tác giả Vũ Đình Chinh,Trần Thị Thu Hiền (2023) với nghiên cứu dạy học môn Toán cho học sinh tiểu học; nhóm tác giả Lê Văn Năm, Nguyễn Thị Lan Anh, Nguyễn Lê Bảo Khuê (2022) với nghiên cứu dạy học chủ đề Phân bón hoá học cho học sinh lớp 11… [9]. Những nghiên cứu đi trước với những phân tích lí thuyết và kết quả khảo sát thực nghiệm đã chứng tỏ mô hình giáo dục STEM có tác dụng trong dạy học phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh. Tuy nhiên, còn nhiều vùng kiến thức trong chương trình giáo dục phổ thông với những chủ đề STEM vẫn chưa được khai thác, triển khai. Dựa trên những phân tích các nghiên cứu trước đó và chương trình giáo dục phổ thông hiện hành, chúng tôi đã lựa chọn đề tài nghiên cứu Tổ chức dạy học STEM chủ đề “Cần trục tháp” - Vật lí 10 với mục đích bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề của học sinh.

Mô hình giáo dục STEM 1. Khái niệm mô hình giáo dục STEM Thuật ngữ STEM được lấy từ bốn chữ cái đầu của các từ Science (khoa học), Technology (công nghệ), Engineering (kỹ thuật) và Math (toán học). Giáo dục STEM theo quan điểm của chương trình giáo dục phổ thông 2018, được coi là một mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp học sinh áp dụng các 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 [2]. Đối với Chương trình giáo dục phổ 7 thông 2018, các kiến thức, kĩ năng thuộc bốn lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán có những đặc thù riêng.

Các kiến thức Khoa học bao gồm các kiến thức về Vật lý, Hóa học, Sinh học và Khoa học trái đất. Các kiến thức này giúp học sinh hiểu về sự tồn tại và vận động của thế giới tự nhiên với các thuộc tính cơ bản, các mối quan hệ của sự vật, hiện tượng, quá trình,… từ đó vận dụng kiến thức về thế giới tự nhiên nhằm giải quyết các vấn đề khoa học trong cuộc sống hàng ngày. Các kiến thức Công nghệ đối với đối tượng trung học phổ thông được chia thành hai định hướng, định hướng công nghiệp và định hướng nông nghiệp. Đối với định hướng Công nghiệp, các kiến thức về công nghệ bao gồm thiết kế và công nghệ, công nghệ cơ khí, công nghệ điện - điện tử (đối với định hướng Công nghiệp); đối với định hướng Nông nghiệp, các kiến thức về công nghệ bao gồm công nghệ trồng trọt, công nghệ chăn nuôi, lâm nghiệp và thuỷ sản.

Các năng lực công nghệ với các năng lực thành tố như nhận thức công nghệ, giao tiếp công nghệ, sử dụng công nghệ, đánh giá công nghệ, thiết kế kĩ thuật được sử dụng phù hợp với các ngành nghề kĩ thuật, công nghệ thuộc các định hướng công nghệ khác nhau, từ đó có hiểu biết và vận dụng kiến thức và năng lực công nghệ để giải quyết những vấn đề của thực tiễn cuộc sống. Các kiến thức về Kỹ thuật trong chương trình giáo dục phổ thông 2018 được tích hợp trong nhiều môn học khác nhau như Vật lí, Hoá học, Công nghệ, Toán học, Tin học… Kỹ thuật chính là việc ứng dụng sáng tạo những nguyên lý khoa học có được từ các môn học trên vào vào thiết kế, chế tạo, vận hành máy móc, dụng cụ, công trình và hệ thống hoá một cách hiệu quả và kinh tế nhất. Các kiến thức về Toán học trong giai đoạn định hướng nghề nghiệp bao gồm các kiến thức định hướng vào các ứng dụng của toán học trong thực tiễn. Điều này được cụ thể trong những chuyên đề học tập dành cho học sinh có định hướng khoa học tự nhiên và công nghệ.

Nội dung của các chuyên đề này giúp học sinh tăng cường kiến thức về toán học, kĩ năng vận dụng kiến thức toán vào thực tiễn, đáp ứng sở thích, nhu cầu và định hướng nghề nghiệp của học sinh. Mục tiêu của giáo dục STEM Giáo dục STEM với tư tưởng giáo dục toàn diện định hướng thúc đẩy giáo dục bốn lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán nhằm chuẩn bị nguồn nhân lực đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các ngành nghề liên quan đến STEM, tạo sức cạnh tranh cao của nền kinh tế. Chính vì lẽ đó, việc triển khai mô hình giáo dục STEM trong Chương trình giáo dục phổ thông 2018 với mục tiêu nâng cao hứng thú học tập các môn học thuộc lĩnh vực STEM, vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết vấn đề thực tiễn, kết nối trường học và cộng đồng, định hướng hành động, trải nghiệm trong học tập, hình thành và phát triển năng lực phẩm chất người học, hướng nghiệp phân luồng. Như vậy, giáo dục STEM cũng giống như các hoạt động giáo dục khác được triển khai trong nhà trường sẽ góp phần thực hiện mục tiêu tổng quát của chương trình giáo dục phổ thông.

Mục tiêu tổng quát và toàn diện của chương trình giáo dục phổ thông 2018 là nhằm tới bồi dưỡng phẩm chất và hình thành, phát triển năng lực của người học thông qua các nội dung giáo dục với các kiến thức, kĩ năng cơ bản, thiết thực, hiện đại; vận dụng hiệu quả các kiến thức, kĩ năng đó vào đời sống và tự học suốt đời, có định hướng và lựa chọn được nghề nghiệp tương lai phù hợp; phát triển hài hoà đức, trí, thể, mĩ; đóng góp tích cực vào sự phát triển của đất nước và nhân loại.