phần mở đầu, kết luận chung và tài liệu tham khảo, luận văn có cấu trúc 3 chương: Chƣơng 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn của việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học STEM chƣơng 2: Xây dựng kế hoạch dạy học stem chủ đề “Vật lí nhiệt”nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh Chƣơng 3: Thực nghiệm sƣ phạm 7 Chƣơng 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC STEM 1. Giáo dục STEM trong trƣờng trung học phổ thông 1. Khái niệm về giáo dục STEM. STEM là viết tắt của các từ tiếng anh Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật), Math (Toán).
Thuật ngữ STEM đƣợc dùng trong hai ngữ cảnh khác nhau đó là ngữ cảnh nghề nghiệp và ngữ cảnh giáo dục. Trong phạm vi đề tài, chúng tôi quan tâm đến ngữ cảnh giáo dục của thuật ngữ STEM, tức là nhấn mạnh đến sự quan tâm của nền giáo dục đối với các môn học Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học. Giáo dục STEM là một cách tiếp cận liên ngành trong quá trình học, trong đó các khái niệm học thuật mang tính nguyên tắc đƣợc lồng ghép với các bài học trong thế giới thực, ở đó học sinh áp dụng các kiến thức trong khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học vào các bối cảnh cụ thể, giúp kết nối giữa trƣờng học, cộng đồng, nơi làm việc và các tổ chức toàn cầu để từ đó phát triển các năng lực trong lĩnh vực STEM và khả năng cạnh tranh trong nền kinh kế mới (Theo Hiệp hội các Giáo viên dạy khoa học Mỹ-NSTA). Trong phạm vi đề tài, chúng tôi sử dụng khái niệm giáo dục STEM theo chƣơng trình giáo dục phổ thông tổng thể 2018 của Việt Nam [1]: “Giáo dục STEM: là mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp học sinh áp dụngcác kiến thức khoahọc, công nghệ, kĩ thuật và toán học vào giải quyết một số vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể.
Mục tiêu của giáo dục STEM Dựa trên những nghiên cứu về giáo dục STEM, mục tiêu của giáo dục STEM gồm những nội dung cơ bản sau [4]: - Phát triển các năng lực đặc thù của các môn học về STEM cho học sinh: Chú trọng phát triển những kiến thức, kỹ năng liên quan đến các môn Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán. Hơn nữa, phải biết vận dụng phối hợp các kiến thức, kỹ năng để giải quyết các vấn đề thực tiễn. 8 - Phát triển năng lực cốt lõi cho học sinh: Bên cạnh những hiểu biết về lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học, giáo dục STEM trang bị cho học sinh những kỹ năng phù hợp để đáp ứng yêu cầu mang tính thách thức trong thế kỉ 21. - Định hướng nghề nghiệp cho học sinh: Giáo dục STEM tạo điều kiện cho học sinh có những kiến thức, kỹ năng nền tảng cho việc học tập ở các bậc học cao hơn cũng nhƣ cho nghề nghiệp tƣơng lai của các em, góp phần đào tạo ra nguồn nhân lực chất lƣợng cho xã hội, đặc biệt là đối với các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM.
Tiêu chí của chủ đề giáo dục STEM Để xây dựng chủ đề giáo dục STEM cần dựa trên bốn tiêu chí cơ bản [4]: - Hƣớng tới giải quyết các vấn đề trong thực tiễn, các tình huống xã hội, kinh tế, môi trƣờng trong cộng đồng địa phƣơng hay toàn cầu. - Hƣớng tới việc học sinh vận dụng các kiến thức trong lĩnh vực STEM để giải quyết vấn đề. - Định hƣớng thực hành nhằm hình thành và phát triển năng lực kết hợp lý thuyết cho học sinh. - Khuyến khích làm việc nhóm giữa các học sinh.
Quy trình thiết kế chủ đề giáo dục STEM Dựa trên mục tiêu giáo dục STEM và các tiêu chí của chủ đề STEM, quy trình thiết kế chủ đề giáo dục STEM đƣợc thực hiện theo sơ đồ nhƣ hình 1.1 [4]: Xác định Vấn đề Xác định Xây dựng bộ Ý tƣởng kiến thức thực mục tiêu câu hỏi định chủ đề STEM tiễn chủ đề hƣớng chủ đề STEM cần giải STEM STEM quyết Sơ đồ 1. Quy trình thiết kế chủ đề giáo dục STEM 1. Dạy học các môn khoa học theo phương thức giáo dục STEM Mỗi bài học STEM đƣợc tổ chức theo 5 hoạt động sau [4] : Hoạt động 1: Xác định vấn đề Trong hoạt động này giáo viên giao cho học sinh nhiệm vụ chứa đựng vấn đề, trong đó học sinh phải hoàn thành một sản phẩm cụ thể với các tiêu chí đòi hỏi học sinh phải sử dụng các kiến thức mới trong bài học để đề xuất, xây dựng giải pháp và 9 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 giúp học sinh nắm vững kiến thức mới thiết kế và giải thích đƣợc thiết kế cho sản phẩm cần làm.
- Mục tiêu: Xác định tiêu chí sản phẩm; phát hiện vấn đề/ nhu cầu. - Nội dung: Tìm hiểu về hiện tƣợng, sản phẩm, công nghệ; đánh giá về hiện tƣợng, sản phẩm, công nghệ… - Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh: Các mức độ hoàn thành nội dung (Ghi chép thông tin về hiện tƣợng, sản phẩm, công nghệ; đánh giá, đặt câu hỏi về hiện tƣợng, sản phẩm, công nghệ). - Kỹ thuật tổ chức hoạt động:Giáo viên giao nhiệm vụ (nội dung, phƣơng tiện, cách thực hiện, yêu cầu sản phẩm phải hoàn thành); Học sinh thực hiện nhiệm vụ (qua thực tế, tài liệu, video; cá nhân hoặc nhóm); Báo cáo, thảo luận (thời gian, địa điểm, cách thức); Phát hiện, phát biểu vấn đề (giáo viên hỗ trợ). Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp Học sinh thực hiện hoạt động học tích cực, tự lực dƣới sự hƣớng dẫn của giáo viên.Học sinh 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 có đƣợc kiến thức mới theo chƣơng trình môn học tƣơng ứng. - Mục tiêu: Hình thành kiến thức mới và đề xuất giải pháp. - Nội dung: Nghiên cứu nội dung sách giáo khoa, tài liệu, thí nghiệm để tiếp nhận, hình thành kiến thức mới và đề xuất giải pháp/ thiết kế. - Dự kiến sản phẩm của học sinh: Các mức độ hoàn thành của học sinh (Xác định và ghi đƣợc thông tin, dữ liệu, giải thích, kiến thức mới, giải pháp/ thiết kế).
- Cách thức tổ chức hoạt động: Giáo viên giao nhiệm vụ (Nêu rõ nhiệm vụ đọc/nghe/nhìn/làm để xác định và ghi đƣợc thông tin, dữ liệu, giải thích, kiến thức mới); Học sinh nghiên cứu sách giáo khoa, tài liệu, làm thí nghiệm (cá nhân hoặc nhóm); Báo cáo, thảo luận; Giáo viên điều hành, “chốt” kiến thức mới + hỗ trợ học sinh đề xuất giải pháp/ thiết kế mẫu thử nghiệm. Hoạt động 3: Lựa chọn giải pháp Học sinh đƣợc tổ chức để trình bày, giải thích và bảo vệ thiết kế của mình kèm 10 theo thuyết minh (sử dụng kiến thức mới, kiến thức đã có); đó là sự thể hiện cụ thể giải pháp giải quyết vấn đề. Dƣới sự trao đổi, đóng góp ý kiến của các bạn và giáo viên, học sinh tiếp tục hoàn thiện (có thể thay đổi bản thiết kế để đảm bảo tính khả thi) bản thiết kế trƣớc khi chế tạo, thử nghiệm. - Mục đích: Lựa chọn giải pháp/bản thiết kế.
- Nội dung: Trình bày giải thích bảo vệ giải pháp/thiết kế để lựa chọn và hoàn thiện. - Dự kiến sản phẩm của học sinh: Giải pháp/bản thiết kế đƣợc lựa chọn/hoàn thiện. - Cách thức tổ chức hoạt động: Giáo viên giao nhiệm vụ (Nêu rõ yêu cầu học sinh trình bày, báo cáo, giải thích, bảo vệ giải pháp/thiết kế); Học sinh báo cáo, thảo luận; Giáo viên điều hành, nhận xét, đánh giá + hỗ trợ học sinh lựa chọn giải pháp/thiết kế mẫu thử nghiệm. Hoạt động 4: Chế tạo mẫu, thử nghiệm, đánh giá Học sinh tiến hành chế tạo mẫu, thử nghiệm theo bản thiết kế đã hoàn thành sau 3 bƣớc ở trên, trong quá trình chế tạo đồng thời phải tiến hành thử nghiệm và đánh giá.
Trong quá trình này học sinh có thể phải điều chỉnh bản thiết kế ban đầu để đảm bảo mẫu chế tạo là khả thi. - Mục đích: Chế tạo và thử nghiệm mẫu thiết kế. - Nội dung: Lựa chọn dụng cụ/thiết bị thí nghiệm; chế tạo theo mẫu thiết kế, thử nghiệm và điều chỉnh. - Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh:Dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật,…đã chế tạo, thử nghiệm và đánh giá.
- Cách thức tổ chức hoạt động:Giáo viên giao nhiệm vụ (lựa chọn dụng cụ/thiết bị thí nghiệm để chế tạo, lắp ráp,…); Học sinh thực hành chê tạo, lắp ráp và thử nghiệm; Giáo viên hỗ trợ học sinh trong quá trình thực hiện. Hoạt động 5: Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh Học sinh đƣợc tổ chức để trình bày sản phẩm đã hoàn thành; trao đổi, thảo luận, đánh giá để tiếp tục hoàn thiện sản phẩm. - Mục đích: Trình bày, chia sẽ, đánh giá sản phẩm nghiên cứu. - Nội dung: Trình bày và thảo luận.
- Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh: Dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật,…đã chế tạo đƣợc và bài trình bày báo cáo. 11 - Cách thức tổ chức hoạt động: Giáo viên giao nhiệm vụ (Mô tả rõ yêu cầu và sản phẩm trình bày); Học sinh báo cáo, thảo luận (bài báo cáo, trình chiếu, video dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật đã chế tạo,…) theo các hình thức phù hợp (trƣng bày, triển lãm, sân khấu hóa,…); Giáo viên đánh giá, kết luận, cho điểm và định hƣớng tiếp tục hoàn thiện. Dạy học phát triển năng lực giải quyết vấn đề (GQVĐ) 1. Khái niệm năng lực Theo tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế Thế giới OECD: Năng lực là khả năng đáp ứng một cách hiệu quả những yêu cầu phức hợp trong một bối cảnh cụ thể.
Trong chƣơng trình GDPT – Chƣơng trình tổng thể năm 2018 đã xác định: Năng lực: là thuộc tính cá nhân đƣợc hình thành, phát triển nhờ tố chất sẵn có và quá trình học tập, rèn luyện, cho phép con ngƣời huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng và các thuộc tính cá nhân khác nhƣ 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. Năng lực cốt lõi: là năng lực cơ bản, thiết yếu mà bất kì ai cũng cần phải có để sống, học tập và làm việc hiệu quả.