Phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo qua dạy học STEM Vật lí 11

Khám phá phương pháp dạy học STEM Vật lí 11, phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho học sinh qua chủ đề dòng điện, mạch điện.

• Tác giả: Trương Công Cường
• Người hướng dẫn: TS. Phùng Việt Hải
• Trường học: Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Lý luận và Phương pháp dạy học Vật lý
• Đề tài: Phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo của học sinh thông qua dạy học STEM một số nội dung phần “Dòng điện, mạch điện” - Vật lí 11
• Loại tài liệu: Đề án Thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Đà Nẵng

Tóm tắt

I. Khái niệm và tầm quan trọng của dạy học STEM Vật lí 11

Dạy học STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) là phương pháp giáo dục hiện đại, tích hợp các môn khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học. Trong dạy học Vật lí 11, phương pháp STEM giúp học sinh không chỉ nắm vững kiến thức lý thuyết mà còn phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo. Đây là những kỹ năng thiết yếu cho thế hệ học sinh hiện đại, giúp các em ứng dụng kiến thức vào thực tiễn cuộc sống. Dạy học STEM tạo cơ hội để học sinh tham gia vào các hoạt động thực tế, từ đó phát triển tư duy phê phán và khả năng sáng tạo. Phương pháp này không chỉ nâng cao hiệu quả học tập mà còn tăng sự hứng thú và động lực học tập của học sinh đối với môn Vật lí.

1.1. Định nghĩa giáo dục STEM và vai trò trong dạy học Vật lí

Giáo dục STEM là mô hình dạy học lấy vấn đề thực tế làm trung tâm, kết hợp các bộ môn khác nhau. Trong dạy học Vật lí 11, STEM giúp học sinh hiểu rõ hơn về ứng dụng của các định luật vật lý trong công nghệ và đời sống. Phương pháp này tạo ra môi trường học tập tương tác, nơi học sinh có thể thử nghiệm, khám phá và học hỏi qua làm.

1.2. Mục tiêu phát triển năng lực giải quyết vấn đề

Mục tiêu chính của dạy học STEM Vật lí 11 là phát triển năng lực GQVĐ&ST (giải quyết vấn đề và sáng tạo). Học sinh cần biết cách phân tích vấn đề, đề xuất giải pháp sáng tạo và thực hiện các bước để giải quyết. Qua đó, các em phát triển tư duy logic, khả năng hợp tác và kỹ năng giao tiếp.

II. Nội dung chính của phần Dòng điện Mạch điện trong Vật lí 11

Phần "Dòng điện, Mạch điện" là một trong những nội dung trọng tâm của chương trình Vật lí 11. Phần này bao gồm các khái niệm cơ bản như dòng điện, điện áp, điện trở, và các định luật Ohm. Học sinh cần hiểu rõ cách các thành phần điện kết nối, hoạt động trong mạch điện thực tế. Dạy học STEM giúp học sinh vượt ra khỏi khung sách giáo khoa, áp dụng kiến thức vào thiết kế các mạch điện thực tế như mạch cầu thang, hệ thống chiếu sáng tự động, hay máy hút bụi thân thiện với môi trường. Qua các dự án thực tế này, học sinh không chỉ nắm vững lý thuyết mà còn phát triển kỹ năng thiết kế, lắp ráp và khắc phục sự cố.

2.1. Cấu trúc và yêu cầu kiến thức cơ bản

Nội dung "Dòng điện, Mạch điện" yêu cầu học sinh nắm vững các khái niệm: dòng điện, hiệu điện thế, điện trở, công suất điện. Các định luật Ohm (cho phần tử và toàn mạch) là nền tảng để giải quyết các bài toán mạch điện. Học sinh cần biết phân loại mạch nối tiếp, song song và hỗn hợp.

2.2. Ứng dụng thực tế trong dạy học STEM

Dạy học STEM biến các khái niệm trừu tượng thành các dự án thực tế. Ví dụ, mạch điện cầu thang giúp học sinh hiểu về công tắc song phương; hệ thống chiếu sáng tự động áp dụng cảm biến ánh sáng; máy hút bụi tích hợp động cơ điện và điều khiển công suất. Những ứng dụng này làm cho việc học tập trở nên sinh động và có ý nghĩa.

III. Phương pháp thiết kế tiến trình dạy học STEM hiệu quả

Thiết kế tiến trình dạy học STEM Vật lí 11 cần tuân theo quy trình khoa học. Trước tiên, giáo viên xác định vấn đề thực tế hoặc dự án mà học sinh sẽ giải quyết. Sau đó, lên kế hoạch chi tiết các hoạt động, xác định tài nguyên cần thiết và tiêu chí đánh giá. Tiến trình STEM thường bao gồm các giai đoạn: khám phá vấn đề, tìm hiểu kiến thức liên quan, lên kế hoạch giải pháp, thực hiện và kiểm tra kết quả. Giáo viên cần tạo ra môi trường an toàn để học sinh thử nghiệm, mắc lỗi và học hỏi từ sai lầm. Việc sử dụng công cụ đánh giá rõ ràng giúp đo lường sự phát triển năng lực GQVĐ&ST của học sinh.

3.1. Quy trình xây dựng chủ đề STEM thực tế

Để xây dựng một chủ đề STEM hiệu quả, cần xác định mục tiêu rõ ràng, tìm một vấn đề hoặc dự án có thực tế (như mạch cầu thang), chuẩn bị tài nguyên phù hợp, và thiết kế hoạt động theo nhóm. Giáo viên cần hướng dẫn học sinh từng bước, khuyến khích hợp tác và chia sẻ ý tưởng, đồng thời cải thiện liên tục dựa trên phản hồi.

3.2. Công cụ và tiêu chí đánh giá năng lực phát triển

Sử dụng rubrics và danh sách kiểm tra để đánh giá năng lực GQVĐ&ST một cách khách quan. Tiêu chí bao gồm: khả năng xác định vấn đề, lựa chọn phương pháp giải quyết, thực hiện kế hoạch, đánh giá kết quả và đề xuất cải tiến. Đánh giá định tính và định lượng giúp hiểu rõ mức độ phát triển của mỗi học sinh.

IV. Kết quả và kiến nghị từ thực nghiệm sư phạm

Thực nghiệm sư phạm tại các trường THPT cho thấy dạy học STEM Vật lí 11 mang lại hiệu quả vượt trội. Học sinh trong nhóm thực nghiệm thể hiện sự tiến bộ rõ rệ trong năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo so với nhóm đối chứng. Cụ thể, các em khả năng phân tích vấn đề sâu sắc hơn, đề xuất giải pháp đa dạng, và thực hiện kế hoạch có tổ chức hơn. Bên cạnh đó, sự hứng thú và động lực học tập của học sinh tăng đáng kể. Tuy nhiên, để triển khai hiệu quả, cần đảm bảo các giáo viên được đào tạo chuyên sâu về phương pháp STEM, có đủ tài nguyên và thiết bị thực hành. Nhà trường cần hỗ trợ về thời gian, không gian và ngân sách cho việc thực hiện các dự án STEM.

4.1. Những kết quả chính từ thực nghiệm sư phạm

Kết quả khảo sát và đánh giá từ nhóm thực nghiệm cho thấy học sinh phát triển vượt trội về năng lực GQVĐ&ST. Điểm số bài kiểm tra về kiến thức lý thuyết và bài tập ứng dụng tăng từ 15-25%. Ngoài ra, các em thể hiện tự tin cao hơn, sự phối hợp nhóm tốt hơn, và khả năng giao tiếp tăng cường.

4.2. Kiến nghị cho việc triển khai rộng rãi dạy học STEM

Để triển khai dạy học STEM Vật lí 11 thành công, cần đầu tư đào tạo giáo viên, chuẩn bị tài liệu giảng dạy chất lượng cao, và xây dựng cơ sở vật chất phù hợp. Giáo dục cần tiếp cận linh hoạt, cho phép sáng tạo trong giảng dạy, và liên tục cải tiến dựa trên phản hồi từ thực tiễn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY HỌC STEM HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ VÀ SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH 1. Năng lực GQVĐ&ST của HS ở trường THPT 1. Khái niệm NL GQVĐ&ST 1. Khái niệm năng lực Theo tác giả Trần Trọng Thủy và Nguyễn Quang Uẩn: “Năng lực là tổng hợp những thuộc tính độc đáo của cá nhân phù hợp với những yêu cầu đặc trưng của một hoạt động nhất định, nhằm đảm bảo việc hoàn thành có kết quả tốt trong lĩnh vực hoạt động ấy”.[1] Theo Nguyễn Cương: “Năng lực là khả năng thực hiện có hiệu quả và có trách nhiệm các hành động, giải quyết các nhiệm vụ, vấn đề thuộc các lĩnh vực nghề nghiệp, xã hội hay cá nhân trong những tình huống khác nhau trên cơ sở hiểu biết, kỹ năng, kỹ xảo và kinh nghiệm cũng như sự sẵn sàng hành động”.

[2] Theo CT GDPT 2018 “Năng lực là thuộc tính cá nhân được hình thành, phát triển nhờ tố chất sẵn có và quá trình học tập, rèn luyện, cho phép con người huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng và các thuộc tính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, ý chí,. thực hiện thành công một loại hoạt động nhất định, đạt kết quả mong muốn trong những điều kiện cụ thể”. [3] MOE Canada: “Năng lực có thể định nghĩa như là một khả năng hành động hiệu quả bằng sự cố gắng dựa trên nhiều nguồn lực. Những khả năng này được sử dụng một cách phù hợp, bao gồm tất cả những gì học được từ nhà trường cũng như những kinh nghiệm của học sinh, những kĩ năng, thái độ và sự hứng thú, ngoài ra còn những nguồn bên ngoài chẳng hạn như bạn cùng lớp, thầy cô giáo, các chuyên gia hoặc các nguồn thông tin khác”.

Chương trình GD phổ thông của New Zealand quan niệm rằng: “Năng lực là một khả năng hành động hiệu quả hoặc là sự phản ứng thích đáng trong các tình huống phức tạp nào đó”. Có rất nhiều chuyên gia trong lĩnh vực giáo dục đã cố gắng định nghĩa khái niệm năng lực.E Weinert cho rằng: “Năng lực được thể hiện như một hệ thống khả năng, sự thành thạo hoặc những kĩ năng thiết yếu, có thể giúp con người đủ điều kiện vươn tới một mục đích cụ thể”. Coolahan thì năng lực được xem như là “những khả năng cơ bản dựa trên cơ sở tri thức, kinh nghiệm, các giá trị và thiên hướng của một con người được phát triển thông qua thực hành giáo dục”. Theo tác giả Đỗ Hương Trà: “Nói đến năng lực là phải nói đến khả năng thực hiện, là phải biết làm chứ không dừng lại ở biết và hiểu.

Hành động “làm” không phải 7 làm một cách mù quáng máy móc mà phải gắn với ý thức và thái độ, kiến thức và kĩ năng.” [4] Theo chương trình GD phổ thông chương trình tổng thể của Việt Nam: “Năng lực là thuộc tính cá nhân được hình thành, phát triển nhờ tố chất sẵn có và quá trình học tập, rèn luyện, cho phép con người huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng và các thuộc tính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, ý chí, … thực hiện thành công một loại hoạt động nhất định, đạt kết quả mong muốn trong những điều kiện cụ thể”. [3] Từ các định nghĩa này, có thể rút ra khái niệm về năng lực như sau: “Năng lực là khả năng đặc trưng của cá nhân, được phát triển qua quá trình học tập và rút kinh nghiệm, giúp thực hiện công việc và giải quyết vấn đề hiệu quả, đáp ứng yêu cầu cụ thể của một hoạt động trong nhiều lĩnh vực, dựa trên kiến thức, kỹ năng và thuộc tính cá nhân, như sự hứng thú và ý chí, để đảm bảo đạt được kết quả tốt nhất.” Các mức độ để đánh giá NL được biểu diễn Hình 1.1 như sau: Hình 1. Đường phát triển năng lực 1. Khái niệm NL GQVĐ&ST.

NL GQVĐ&ST là một trong ba NL chung được quy định trong CT tổng thể GDPT 2018 mà các nhà giáo dục cần bồi dưỡng và phát triển cho HS. NL GQVĐ là một trong những thành phần năng lực quan trọng cần bồi dưỡng và phát triển cho HS THPT. Theo tổ chức hợp tác kinh tế và phát triển OECD, GQVĐ là NL của một cá nhân tham gia vào quá trình nhận thức để hiểu và giải quyết các tình huống có vấn đề mà phương pháp của giải pháp đó không phải ngay lập tức được nhìn thấy rõ ràng. Nó bao gồm sự sẵn sàng tham gia vào các tình huống tương tự để thể hiện tiềm năng của mình như một công dân có tính xây dựng và biết suy nghĩ.

(OECD, 2010) Theo tác giả Đỗ Hương Trà, “năng lực giải quyết vấn đề của học sinh được hiểu 8 là sự huy động tổng hợp kiến thức, kĩ năng, thái độ, xúc cảm, động cơ của học sinh đó để giải quyết các tình huống thực tiễn trong bối cảnh cụ thể mà các giải pháp không có sẵn ngay lập tức”. Để giải quyết các vấn đề trong công việc và trong cuộc sống, cần phải có năng lực giải quyết vấn đề. Năng lực giải quyết vấn đề có thể hiểu là năng lực xem xét, phân tích tình huống (nhận thức được vấn đề), năng lực vận dụng kiến thức, kĩ năng, kinh nghiệm để đưa ra các phương án giải quyết vấn đề (suy nghĩ phương án giải quyết), khả năng thực hiện các giải pháp đó (thực hiện giải pháp) và đánh giá được giải pháp (đánh giá). Đây là năng lực cốt lõi cần bồi dưỡng và phát triển cho HS.

Để HS có kinh nghiệm trong giải quyết vấn đề người giáo dục có thể sử dụng các tình huống có vấn đề, các nhiệm vụ trong trường học, từ đó HS được học, được tích lũy kinh nghiệm tiến tới giải quyết các vấn đề thực tiễn trong cuộc sống. [4] • Sáng tạo Theo từ điển Triết học, sáng tạo là quá trình hoạt động của con người tạo ra những giá trị vật chất, tinh thần, mới về chất. Theo từ điển tiếng Việt, sáng tạo là có cách giải quyết mới, không bị gò bó, phụ thuộc vào cái đã có. Có thể nói sáng tạo là khái niệm mô tả quá trình tạo ra những cái mới hoặc sắp xếp những cái cũ theo một cách thức mới để tạo ra những giá trị mới.

Sự sáng tạo của HS thể hiện ở việc HS không rập khuôn theo lối mòn mà có thể suy nghĩ độc lập, linh hoạt trong khi giải quyết vấn đề học tập. Sự sáng tạo ở HS phần lớn là sự tập dượt sáng tạo, sáng tạo lại những điều mà giáo viên và người khác có thể đã biết. Sáng tạo có thể được coi là quá trình tiến tới cái mới, là năng lực tạo ra cái mới, sáng tạo được đánh giá trên cơ sởsản phẩm mới, độc đáo và có giá trị. Các thuộc tính của sáng tạo được mô tả trong Bảng 1.

Các thuộc tính của sáng tạo Thuộc tính Chỉ báo đánh giá Tính độc đáo Là sự hiếm lạ của câu trả lời, giải pháp, tính chất được (originality) phát hiện so với tổng số câu trả lời, giải pháp, tính chất được đưa ra. Tính thành thục Là số lượng các ý tưởng, giải pháp được đưa ra hay các (fluency) thuộc tính được phát hiện. Tính mềm dẽo Là số lượng các nhóm câu trả lời, các thuộc tính, giải pháp (flexibility) được phát hiện, tạo dựng. Tính chi tiết, hoàn thiện Là số lượng các ý tưởng chi tiết, cụ thể được ghi nhận.

(elaboration) Tính nhạy cảm vấn đề Là số lượng vấn đề, tình huống, bất ổn được phát hiện (problem sensibility) hay nghi ngờ. 9 Có thể thấy, các thuộc tính này của năng lực sáng tạo có nhiều cơ hội được thể hiện thông qua quá trình giải quyết vấn đề. Năng lực GQVĐ&ST cũng được định nghĩa là khả năng của cá nhân sử dụng hiệu quả các quá trình nhận thức, hành động và thái độ, động cơ, xúc cảm để giải quyết các tình huống mà ở đó không có sẵn quy trình, thủ tục, giải pháp thông thường hoặc để tạo ra sản phẩm mới và có giá trị. Sự hiệu quả ở đây được nhấn mạnh các thuộc tính độc đáo, thành thục, mềm dẻo, hoàn thiện hay nhạy cảm của người học trong quá trình giải quyết vấn đề.

Như vậy, năng lực GQVĐ&ST nhấn mạnh sáng tạo hay đòi hỏi mức sáng tạo cao, điều này phù hợp với cách tổ chức các nhiệm vụ học tập trong môn học theo định hướng giáo dục STEM. Nội hàm khái niệm sáng tạo của HS được sơ đồ hóa bởi Hình 1.2 như sau: Hình 1. Sơ đồ thể hiện khái niệm sáng tạo của HS. • Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo Theo chương trình tổng thể của chương trình GDPT 2018 mô tả NL GQVĐ&ST bao gồm các tiêu chí về: “Nhận ra ý tưởng mới; Phát hiện và làm rõ vấn đề; Hình thành và triển khai ý tưởng mới; Đề xuất và lựa chọn giải pháp; Thiết kế và tổ chức hoạt động; Tư duy độc lập” [3].

Hay “ NL GQVĐ&ST là khả năng cá nhân sử dụng hiệu quả các quá trình nhận thức, hành động và thái độ, động cơ, cảm xác để phân tích, đề xuất các biện pháp, lựa chọn giải pháp và thực hiện giải quyết những tình huống, những vấn đề học tập và thực tiễn mà ở đó không có sẵn quy trình, thủ tục, giải pháp thông thường, đồng thời đánh giá giải pháp GQVĐ để điều chỉnh và vận dụng linh hoạt trong hoàn cảnh nhiệm vụ mới’’[6] 1. Biểu hiện hành vi của của năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo Mỗi NL được cấu thành bởi các năng lực thành phần và mỗi năng lực thành phần có những chỉ số hành vi được cụ thể hóa bằng những biểu hiện hành vi của cá nhân khi tham gia GQVĐ&ST. 10 Theo CT tổng thể CT GDPT 2018 đã chỉ ra các thành phần NL GQVĐ&ST thể hiện bằng những biểu hiện hành vi bởi Bảng 1.2 như sau: Bảng 1. Năng lực thành tố và hành vi biểu hiện của NL GQVĐ&ST Năng lực thành tố Biểu hiện hành vi Mã hóa Xác định được và làm rõ thông tin, ý tưởng mới [GQ1.

Nhận ra ý tưởng mới và phức tạp từ các nguồn thông tin khác nhau. Phân tích được các nguồn thông tin độc lập để [GQ1.2] thấy được khuynh hướng và độ tin cậy của ý tưởng mới. Phân tích được tình huống trong học tập, trong [GQ 2. Phát hiện và làm rõ cuộc sống.

vấn đề Phát hiện và nêu được tình huống có vấn đề [GQ2.4] trong học tập, trong cuộc sống. Nêu được nhiều ý tưởng mới trong học tập và [GQ3.5] cuộc sống; Suy nghĩ không theo lối mòn. Hình thành và triển Tạo ra yếu tố mới dựa trên những ý tưởng khác [GQ3.6] khai ý tưởng mới nhau.