Khóa luận: Tổ chức hoạt động trải nghiệm chương Chất khí Vật lý 10 theo định hướng giáo dục STEM

Khóa luận tổ chức hoạt động trải nghiệm về chất khí Vật lý 10 theo phương pháp STEM. Nghiên cứu chi tiết các cách tiếp cận và phương pháp dạy học hiện đại.

• Chuyên ngành: Sư phạm Vật lý
• Đề tài: Tổ chức hoạt động trải nghiệm một số kiến thức chương Chất Khí - Vật lý 10 theo định hướng giáo dục STEM
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp

Tóm tắt

I. Tổng quan khóa luận tổ chức hoạt động trải nghiệm chương chất khí

Khóa luận nghiên cứu việc tổ chức hoạt động trải nghiệm cho kiến thức chương Chất khí trong sách giáo khoa Vật lý 10 theo định hướng giáo dục STEM. Chương Chất khí là phần nội dung quan trọng, bao gồm các định luật cơ bản về khí lý tưởng như Boyle-Mariotte, Charles và Gay-Lussac. Phương pháp giáo dục STEM tích hợp bốn lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học vào quá trình dạy học. Hoạt động trải nghiệm giúp học sinh tiếp cận kiến thức qua thực hành, từ đó phát triển năng lực sáng tạo và tư duy phản biện. Khóa luận xây dựng bốn chủ đề trải nghiệm chính: mô hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ thể người, bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles, bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay-Lussac và mô hình dự báo thời tiết phong vũ biểu. Mỗi chủ đề đều có kế hoạch tổ chức chi tiết, vật liệu thiết bị cụ thể và tiêu chí đánh giá rõ ràng. Qua đó, học sinh được vận dụng kiến thức lý thuyết vào giải quyết vấn đề thực tiễn, gắn liền với các ngành nghề kỹ thuật đời sống.

1.1. Vai trò của giáo dục STEM trong dạy học Vật lý

Giáo dục STEM là phương pháp tích hợp liên môn, giúp học sinh hiểu sâu bản chất kiến thức thông qua ứng dụng thực tế. Trong dạy học Vật lý, STEM cho phép học sinh không chỉ nắm vững lý thuyết mà còn biết cách thiết kế, chế tạo và kiểm chứng các mô hình thí nghiệm. Phương pháp này khuyến khích tư duy sáng tạo, khả năng hợp tác nhóm và kỹ năng giải quyết vấn đề. Giáo viên đóng vai trò hướng dẫn, đặt vấn đề để học sinh tự khám phá và xây dựng kiến thức. STEM tạo môi trường học tập chủ động, gắn liền lý thuyết với thực hành sản xuất.

1.2. Đặc điểm chương Chất khí trong sách giáo khoa Vật lý 10

Chương Chất khí nằm trong phần cơ bản của sách giáo khoa Vật lý 10, trình bày các đơn vị kiến thức về trạng thái và quy luật biến đổi của chất khí lý tưởng. Nội dung bao gồm các đại lượng đặc trưng như thể tích, áp suất, nhiệt độ cùng các định luật Boyle-Mariotte, Charles, Gay-Lussac và phương trình trạng thái khí lý tưởng. Chương còn giới thiệu đường đẳng nhiệt, đẳng tích, đẳng áp và ứng dụng trong đời sống như hô hấp, dự báo thời tiết. Kiến thức chương này có tính ứng dụng cao, phù hợp để tổ chức hoạt động trải nghiệm theo định hướng STEM.

II. Phân tích vấn đề tổ chức hoạt động trải nghiệm chất khí

Việc tổ chức hoạt động trải nghiệm chương Chất khí theo định hướng STEM gặp nhiều thách thức cần được phân tích kỹ lưỡng. Thứ nhất, nhiều giáo viên còn e ngại trước yêu cầu đổi mới phương pháp giảng dạy, thiếu kinh nghiệm trong thiết kế hoạt động trải nghiệm tích hợp STEM. Thứ hai, cơ sở vật chất tại các trường trung học phổ thông chưa đáp ứng đầy đủ nhu cầu trang bị thiết bị thí nghiệm hiện đại cho từng nhóm học sinh. Thứ ba, khung thời gian chương trình học hạn chế, việc bố trí thời gian cho hoạt động trải nghiệm cần cân đối hợp lý với nội dung lý thuyết. Thứ tư, đánh giá kết quả hoạt động trải nghiệm đòi hỏi tiêu chí đa chiều, không chỉ dựa vào điểm số truyền thống. Ngoài ra, học sinh có sự khác biệt về năng lực và hứng thú học tập, cần thiết kế hoạt động phù hợp với đa dạng đối tượng. Việc xây dựng kế hoạch tổ chức khoa học, có lộ trình rõ ràng là yếu tố quyết định hiệu quả của khóa luận nghiên cứu này.

2.1. Khó khăn về cơ sở vật chất và trang thiết bị

2.2. Thách thức trong đánh giá năng lực sáng tạo của học sinh

III. Giải pháp tổ chức hoạt động trải nghiệm chất khí theo STEM

Khóa luận đề xuất bốn giải pháp tổ chức hoạt động trải nghiệm chương Chất khí theo định hướng giáo dục STEM một cách hiệu quả. Giải pháp thứ nhất là xây dựng tiến trình tổ chức rõ ràng với các bước: đặt vấn đề, nghiên cứu tổng quan, đề xuất giải pháp kỹ thuật, thực hiện chế tạo và đánh giá sản phẩm. Giải pháp thứ hai là thiết kế bốn chủ đề trải nghiệm cụ thể có tính ứng dụng thực tiễn cao. Chủ đề một sử dụng chai nhựa và bong bóng để mô phỏng quá trình hô hấp ngoài dựa trên định luật Boyle-Mariotte. Chủ đề hai và ba thiết kế bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles và Gay-Lussac bằng vật liệu đơn giản. Chủ đề bốn chế tạo mô hình phong vũ biểu dự báo thời tiết. Giải pháp thứ ba là phân bố thời gian hợp lý cho từng giai đoạn hoạt động. Giải pháp thứ tư là xây dựng hệ thống tiêu chí đánh giá đa chiều, bao gồm đánh giá sản phẩm, quá trình thực hiện và năng lực sáng tạo của học sinh.

3.1. Thiết kế mô hình mô phỏng hô hấp ngoài bằng vật liệu tái chế

3.2. Thiết kế bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles và Gay Lussac

IV. Kết luận và ứng dụng hoạt động trải nghiệm chất khí

Khóa luận đã hoàn thành mục tiêu xây dựng và tổ chức hoạt động trải nghiệm cho kiến thức chương Chất khí Vật lý 10 theo định hướng giáo dục STEM. Kết quả thực nghiệm tại các lớp 10C3, 10C7 và 10C10 cho thấy hiệu quả tích cực. Học sinh phát triển rõ rệt năng lực sáng tạo qua các biểu hiện: tự phát hiện vấn đề, đề xuất giải pháp kỹ thuật mới và vận dụng kiến thức vào tình huống thực tế. Điểm số đánh giá sản phẩm và năng lực sáng tạo tăng đáng kể sau quá trình trải nghiệm. Tính tích cực của học sinh được cải thiện, thể hiện qua sự chủ động hợp tác nhóm và hứng thú khám phá. Khóa luận chứng minh rằng việc sử dụng vật liệu tái chế, vật liệu giá rẻ để chế tạo mô hình thí nghiệm là giải pháp khả thi, phù hợp với điều kiện thực tế. Nghiên cứu mở ra hướng phát triển cho việc đổi mới phương pháp dạy học Vật lý tại các trường trung học phổ thông trên cả nước.

4.1. Kết quả thực nghiệm về năng lực sáng tạo của học sinh

4.2. Hướng phát triển và ứng dụng trong thực tế giảng dạy

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG TRẢI NGHIỆM THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 1. Hoạt động trải nghiệm 1. Định nghĩa hoạt động trải nghiệm Theo Từ điển Tiếng Việt, “Trải nghiệm là sự trải qua, kinh qua một hoàn cảnh, môi trường, điều kiện nào đó để suy ngẫm, suy xét hay chứng thực một điều gì đó” [21]. Theo Lê Thị Thùy Linh, “Trải nghiệm chính là những tồn tại khách quan tác động vào giác quan con người, tạo cảm giác, tri giác, biểu tượng, con người cảm thấy có tác động đó và cảm nhận nó một cách rõ nét, để lại ấn tượng sâu đậm, rút ra bài học, vận dụng vào thực tiễn đời sống, hình thành nên các thái độ, giá trị” [13].

Theo Nguyễn Hữu Lễ, “Trải nghiệm là một hoạt động mà trong đó không có dấu hiệu chấm dứt, nó thể hiện hoạt động đang diễn ra và khả năng chuyển trạng thái (khi đạt được trải nghiệm này thì nhu cầu trải nghiệm mới đặt ra). Trải nghiệm bao giờ cũng tồn tại bởi một phương thức nhất định tương ứng với hệ quả nhất định cho mỗi cá nhân. Hoạt động học tập là một trong các phương thức trải nghiệm nếu nó diễn ra một cách chủ động và sự tích cực của mỗi cá nhân. Vì thế học tập trải nghiệm là hoạt động giáo dục có ý nghĩa đối lập với những gì mang tính “giáo điều, hàn lâm, sách vở” [12].

Theo Hiệp hội Giáo dục trải nghiệm (Association for Experiential Education - AEE) (1977), “Dạy học trải nghiệm là một phạm trù bao hàm nhiều phương pháp trong đó người dạy khuyến khích người học tham gia trải nghiệm thực tế, sau đó phản ánh, tổng kết lại để tăng cường hiểu biết, phát triển kĩ năng, định hình các giá trị sống và phát triển tiềm năng bản thân, tiến tới đóng góp tích cực cho cộng đồng và xã hội” [22]. Theo Nguyễn Thị Liên, “Hoạt động trải nghiệm được coi là một không gian giáo dục trong nhà trường phổ thông, trong đó có sự tích hợp nội dung học tập trong nhà trường từ các môn học gắn liền với kinh nghiệm của bản thân HS trong cuộc sống và NL sở trường của HS trong từng lĩnh vực để thích nghi với cuộc sống thực đang diễn ra bên trong và bên ngoài nhà trường” [14]. 6 Theo Chương trình giáo dục phổ thông - Hoạt động trải nghiệm và Hoạt động trải nghiệm, hướng nghiệp của Bộ Giáo dục và Đào tạo (26/12/2018), “Hoạt động trải nghiệm là hoạt động giáo dục do nhà giáo dục định hướng, thiết kế và hướng dẫn thực hiện, tạo cơ hội cho HS tiếp cận thực tế, thể nghiệm các cảm xúc tích cực, khai thác những kinh nghiệm đã có và huy động tổng hợp kiến thức, kĩ năng của các môn học để thực hiện những nhiệm vụ được giao hoặc giải quyết những vấn đề của thực tiễn đời sống nhà trường, gia đình, xã hội phù hợp với lứa tuổi; thông qua đó, chuyển hoá những kinh nghiệm đã trải qua thành tri thức mới, hiểu biết mới, kĩ năng mới góp phần phát huy tiềm năng sáng tạo và khả năng thích ứng với cuộc sống, môi trường và nghề nghiệp tương lai” [5]. Trong phạm vi luận văn, chúng tôi giữ nguyên tinh thần định nghĩa về hoạt động trải nghiệm của Bộ Giáo dục và Đào tạo và định nghĩa ngắn gọn về hoạt động trải nghiệm như sau: Hoạt động trải nghiệm là một phần quan trọng trong chương trình GDPT.

Hoạt động trải nghiệm có nội dung, phương pháp và đánh giá cụ thể; được nhà giáo dục định hướng, thiết kế và hướng dẫn thực hiện; nhằm gợi lên nhu cầu trải nghiệm cho HS, tạo cơ hội cho HS tiếp cận thực tế, trải nghiệm kiến thức để phát triển các phẩm chất và NL một cách toàn diện. Bản chất của hoạt động trải nghiệm Theo Nguyễn Thị Liên, “Bản chất của hoạt động trải nghiệm là hoạt động giáo dục được tổ chức theo con đường gắn lý thuyết với thực tiễn, tạo nên sự thống nhất giữa nhận thức và hành động, hình thành và phát triển cho HS niềm tin, tình cảm, những NL cần có của HS trong tương lai. Chính vì vậy trong nội dung, phương pháp, hình thức tổ chức của hoạt động có thể mang dáng dấp của hoạt động theo nghĩa hẹp. Tuy nhiên, điểm khác biệt giữa chúng chính là cách làm, cách triển khai hoạt động” [14].

Hoạt động trải nghiệm có các đặc trưng sau đây: [14] - Tính tham gia trực tiếp của HS vào từng hoạt động; - Tính tự chủ của HS trong kế hoạch và hành động của cá nhân; - Tính tập thể của HS; - Tính tiếp cận với môi trường sống trong và ngoài nhà trường; - Tính sáng tạo để thích ứng và tạo ra cái mới, giá trị mới cho bản thân; - Tính trọn vẹn của hoạt động thực tiễn; 7 - Tính công dân có trách nhiệm khi đặt người học vào các tình huống mới; - HS được khẳng định giá trị bản thân qua huy động kinh nghiệm và NL của mình; - HS hình thành các ý thức, phẩm chất cùng chung sống và sống có trách nhiệm với bản thân và xã hội; - HS được tiếp cận với các giá trị cuộc sống trong các tình huống thực tiễn. Nội dung của hoạt động trải nghiệm Theo Nguyễn Thị Hằng, “Nội dung của hoạt động trải nghiệm gồm: Hoạt động cá nhân, hoạt động tập thể (từ hai HS trở lên) về những chủ đề khoa học và cuộc sống. Hoạt động cá nhân được tổ chức dựa trên nhu cầu, độ tuổi, hứng thú, sở thích, năng khiếu riêng về các lĩnh vực khác nhau: kĩ thuật, mĩ thuật, học thuật, võ thuật, nghệ thuật (văn chương, âm nhạc, sân khấu…)…Hoạt động tập thể được tổ chức dựa trên nhu cầu chung, mục tiêu chung của tập thể. Hai hoạt động này không đối lập mà tương hỗ cho nhau.

Hoạt động cá nhân tích cực, sáng tạo góp phần nâng cao thành tích, hiệu quả cho hoạt động tập thể. Ngược lại, hoạt động tập thể nâng đỡ, hỗ trợ cho sự phát triển của hoạt động cá nhân” [8]. Nội dung cụ thể của hoạt động trải nghiệm được trình bày qua bảng 1. Nội dung của hoạt động trải nghiệm [8] Hoạt động Nội dung hoạt động Hoạt động thích nghi, tự chủ, tự lập, nghiên cứu khoa học, trải Hoạt động cá nghiệm thực tế, khám phá bản thân (sở thích, năng khiếu, NL, nhân ước mơ, định hướng nghề nghiệp) Hoạt động nghiên cứu khoa học, phát minh, sáng chế, biểu diễn nghệ thuật, thể thao, thực hành làm vườn, thực hành nấu ăn, thực hành chăn nuôi, thực hành nghề (mộc, đúc đồng, làm gốm, Hoạt động tập làm nón, hướng dẫn viên du lịch,…), Đoàn thanh thiếu niên, thể tình nguyện trong trường, tình nguyện trong khu vực, bảo vệ môi trường, bảo vệ di sản văn hóa, tham quan dã ngoại, chiến dịch an toàn giao thông, an toàn thực phẩm, khắc phục tư tưởng lỗi thời… Theo Nguyễn Thị Liên, “Việc xác minh nội dung của hoạt động trải nghiệm dựa trên cơ sở sau: Mục tiêu giáo dục toàn diện, Lý luận Giáo dục học Việt Nam về phân loại nội dung giáo dục, phân loại về hoạt động… Hoạt động trải nghiệm gồm 8 những nội dung cơ bản sau đây: Đạo đức và ý thức công dân; Khoa học - kĩ thuật - công nghệ; Văn hóa - nghệ thuật; Vui chơi - giải trí, Lao động; Thể dục thể thao Định hướng nghề nghiệp.

Ngoài ra, hoạt động trải nghiệm còn có các nội dung khác như: môi trường; dân số; giới tính, an toàn giao thông; giá trị và kĩ năng sống…” [14]. Theo chương trình Giáo dục phổ thông - Hoạt động trải nghiệm và Hoạt động trải nghiệm, hướng nghiệp của Bộ Giáo dục và Đào tạo (26/12/2018), “hoạt động trải nghiệm được thiết kế theo hướng vừa đồng tâm, vừa tuyến tính, xuyên suốt từ lớp 1 đến lớp 12 với các mạch nội dung hoạt động thống nhất sau: Hoạt động hướng vào bản thân, Hoạt động hướng đến xã hội, Hoạt động hướng đến tự nhiên và Hoạt động hướng nghiệp” [4]. Trong phạm vi luận văn, nội dung tổ chức hoạt động trải nghiệm của đề tài là các mô hình, thí nghiệm, ứng dụng,… có liên quan đến những định luật, quá trình biến đổi trạng thái chất khí trong chương “Chất khí - Vật lý 10” và một số kiến thức liên hệ thuộc các môn học khác như sinh học, toán học, địa lý… 1. Phương thức tổ chức hoạt động trải nghiệm Chương trình GDPT - Hoạt động trải nghiệm và Hoạt động trải nghiệm, hướng nghiệp của Bộ Giáo dục và Đào tạo (26/12/2018) đã đưa bốn phương thức tổ chức hoạt động trải nghiệm như sau: [5] - Phương thức Khám phá: là cách tổ chức hoạt động tạo cơ hội cho HS trải nghiệm thế giới tự nhiên, thực tế cuộc sống và công việc, giúp HS khám phá những điều mới lạ, tìm hiểu, phát hiện vấn đề từ môi trường xung quanh, bồi dưỡng những cảm xúc tích cực và tình yêu quê hương đất nước.

Nhóm phương thức tổ chức này bao gồm các hoạt động tham quan, cắm trại, thực địa và các phương thức tương tự khác. - Phương thức Thể nghiệm, tương tác: là cách tổ chức hoạt động tạo cơ hội cho HS giao lưu, tác nghiệp và thể nghiệm ý tưởng như diễn đàn, đóng kịch, hội thảo, hội thi, trò chơi và các phương thức tương tự khác. - Phương thức Cống hiến: là cách tổ chức hoạt động tạo cơ hội cho HS mang lại những giá trị xã hội bằng những đóng góp và cống hiến thực tế của mình thông qua các hoạt động tình nguyện nhân đạo, lao động công ích, tuyên truyền và các phương thức tương tự khác. 9 - Phương thức Nghiên cứu: là cách tổ chức hoạt động tạo cơ hội cho HS tham gia các đề tài, dự án nghiên cứu khoa học nhờ cảm hứng từ những trải nghiệm thực tế, qua đó đề xuất những biện pháp giải quyết vấn đề một cách khoa học.

Nhóm hình thức tổ chức này bao gồm các hoạt động khảo sát, điều tra, làm dự án nghiên cứu, sáng tạo công nghệ, nghệ thuật và các phương thức tương tự khác. Trong phạm vi luận văn, đề tài dựa trên các phương thức tổ chức hoạt động trải nghiệm của Bộ Giáo dục và Đào tạo, xây dựng và tổ chức hoạt động trải nghiệm cho HS vận dụng kiến thức chương “Chất khí - Vật lý 10” để nghiên cứu, thiết kế và chế tạo các sản phẩm, mô hình, thí nghiệm… theo định hướng giáo dục STEM. Hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM 1. Giáo dục STEM STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ tiếng anh Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật), Maths (Toán học).

Thuật ngữ STEM được dùng trong hai ngữ cảnh khác nhau đó là ngữ cảnh nghề nghiệp và ngữ cảnh giáo dục [16], [17].