Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Khóa luận tốt nghiệp đại học chuyên ngành Sư phạm Vật lí của tác giả Nguyễn Đức Anh (Trường Đại học Sư phạm TP. Hồ Chí Minh, năm 2020) với đề tài "Thiết kế chủ đề STEM 'Xe robot tự dò đường' dùng cảm biến nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh Trung học cơ sở" được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của Th.S Lê Hải Mỹ Ngân. Nghiên cứu thuộc loại hình nghiên cứu thiết kế sư phạm (thiết kế tiến trình dạy học, học liệu và công cụ đánh giá năng lực theo định hướng giáo dục STEM).

Lý do chọn đề tài xuất phát từ các định hướng đổi mới giáo dục và thực tiễn xã hội:

  • Chủ trương giáo dục: Căn cứ Chỉ thị số 16/CT-TTg ngày 04/05/2017 của Thủ tướng Chính phủ về việc tăng cường năng lực tiếp cận cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư, trong đó nhấn mạnh giải pháp thúc đẩy đào tạo Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học (STEM) trong chương trình giáo dục phổ thông. Đồng thời, Chương trình giáo dục phổ thông 2018 xác định giáo dục STEM là phương thức dạy học quan trọng thông qua tích hợp các môn Khoa học tự nhiên, Công nghệ, Tin học và Toán học.
  • Thực tiễn giáo dục Robotics: Hoạt động giáo dục khoa học robot (Robotics) tại Việt Nam phần lớn mới chỉ triển khai dưới hình thức câu lạc bộ ngoài giờ, trại hè hoặc các cuộc thi với chi phí thiết bị cao (như Lego Mindstorms, WeDo), thiếu sự gắn kết chặt chẽ với nội dung kiến thức chuẩn trong chương trình chính khóa và chưa được thiết kế bài bản để bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề.
  • Bối cảnh thực tiễn đời sống: Vấn nạn tai nạn giao thông đường bộ tại Việt Nam diễn biến phức tạp (thống kê trung bình mỗi năm xảy ra khoảng 16.000 vụ, làm 6.000 đến 8.000 người thiệt mạng và hàng chục ngàn người bị thương). Các nguyên nhân chủ yếu gồm phương tiện cá nhân tăng nhanh, ý thức tham gia giao thông hạn chế và cơ sở hạ tầng chưa đồng bộ. Việc tìm hiểu mô hình phương tiện tự hành (xe robot tự di chuyển theo vạch dẫn đường) là giải pháp mô phỏng thực tiễn phù hợp để học sinh THCS vận dụng kiến thức liên môn giải quyết vấn đề.

Mục tiêu nghiên cứu: Thiết kế chủ đề STEM "Xe robot tự dò đường" theo quy trình thiết kế kĩ thuật (EDP) nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh trong chương trình Trung học cơ sở.

Giả thuyết khoa học: Nếu đề xuất thiết kế một chủ đề "Xe robot tự dò đường" theo quy trình thiết kế kĩ thuật (EDP) theo định hướng giáo dục STEM thì sẽ bồi dưỡng được năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh trong chương trình Trung học cơ sở.

Nhiệm vụ nghiên cứu (gồm 7 nhiệm vụ):

  1. Tìm hiểu cơ sở lý luận và thực tiễn về dạy học theo định hướng giáo dục STEM.
  2. Tìm hiểu hệ thống lý thuyết về quy trình dạy học thiết kế kĩ thuật (EDP).
  3. Tìm hiểu về khoa học robot và giáo dục khoa học robot trong nhà trường.
  4. Phân tích chương trình Khoa học tự nhiên, Công nghệ, Tin học và Toán học trong chương trình giáo dục phổ thông mới để xác định các nội dung liên quan đến khoa học robot.
  5. Phân tích và xây dựng nội dung chủ đề "Xe robot tự dò đường".
  6. Thiết kế tổ chức dạy học chủ đề STEM "Xe robot tự dò đường" theo quy trình thiết kế kĩ thuật EDP (xây dựng bộ công cụ dạy học, thiết kế tiến trình 5 hoạt động, xây dựng hệ thống câu hỏi và tiêu chí đánh giá năng lực giải quyết vấn đề).
  7. Tham khảo ý kiến đánh giá của chuyên gia về chủ đề, tiến trình dạy học và các công cụ hỗ trợ đã xây dựng.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Quá trình phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh trung học cơ sở thông qua chủ đề dạy học STEM.
  • Phạm vi nghiên cứu: Hoạt động dạy và học các môn học STEM (đặc biệt là môn Khoa học tự nhiên theo Chương trình GDPT 2018 cấp THCS), áp dụng cho đối tượng học sinh lớp 8 hoặc lớp 9 THCS.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng nội dung dựa trên 4 trụ cột lý thuyết sư phạm và kỹ thuật:

  1. Lý thuyết giáo dục STEM: Tiếp cận định nghĩa của Tsupros, Sanders và Chương trình GDPT 2018 (tiếp cận liên môn tích hợp từ hai lĩnh vực trở lên để giải quyết vấn đề thực tiễn); cấu trúc 3 mục tiêu giáo dục STEM theo Nguyễn Thanh Nga (phát triển năng lực đặc thù STEM, phát triển năng lực cốt lõi, định hướng nghề nghiệp).
  2. Quy trình thiết kế kĩ thuật (Engineering Design Process - EDP): Mô hình 6 bước của NASA's Best (Ask - Đặt câu hỏi, Imagine - Tưởng tượng, Plan - Lập kế hoạch, Create - Sáng tạo, Test - Kiểm tra, Improve - Cải tiến) được chuyển hóa thành quy trình bài học STEM 5 pha hoạt động theo tài liệu tập huấn của Bộ Giáo dục và Đào tạo.
  3. Giáo dục khoa học Robot (Educational Robotics): Tiếp cận phân loại 3 nhóm bộ dụng cụ robot (Electronic Robot Kit, Mechanical Robot Kit, Humanoid Robot) và cấu trúc hệ thống 3 thành phần cơ bản của robot (Bộ phận thu nhận thông tin/cảm biến; Bộ não xử lý/điều khiển; Bộ phận thực hiện nhiệm vụ).
  4. Năng lực giải quyết vấn đề và Tư duy máy tính (Computational Thinking): Khung năng lực giải quyết vấn đề của Đỗ Hương Trà (4 thành tố: Tìm hiểu vấn đề, Đề xuất giải pháp, Thực hiện giải pháp, Đánh giá và phản ánh) kết hợp mô hình Tư duy máy tính của Wing (Decomposition, Pattern recognition, Abstraction, Algorithm design, Automation). Tác giả sử dụng Khung năng lực giải quyết vấn đề trong giáo dục khoa học robot do Lê Hải Mỹ Ngân và Nguyễn Văn Biên (2020) đề xuất làm cơ sở thiết kế mục tiêu và bảng kiểm đánh giá.
Tư duy giải quyết vấn đề Tư duy máy tính Mô tả hành vi tương ứng trong chủ đề Robot
Xác định và trình bày vấn đề Đối chiếu (Confrontation) Xác định, làm rõ vấn đề giao thông và các thông tin cần thiết của robot.
Nghiên cứu tìm hiểu thông tin Phân tích (Decomposition) & Nhận diện mẫu (Pattern recognition) Phân tích các bộ phận robot, kiến thức điện tử, quang học; tìm mối liên hệ giữa tín hiệu cảm biến và phản ứng động cơ.
Hệ thống hóa thông tin Hệ thống hóa (Abstraction) Lựa chọn các thông số quang học, tốc độ, sơ đồ mạch và thuật toán tối ưu.
Đề xuất kế hoạch và thực hiện Tư duy thuật toán (Algorithm) Thiết kế lưu đồ thuật toán, lập trình khối mBlock, chế tạo và lắp ráp xe.
Kiểm tra và điều chỉnh Đánh giá (Evaluation) Vận hành thử nghiệm trên sa bàn vạch đen, phát hiện lỗi lệch vạch và điều chỉnh cảm biến/mã lệnh.

Phương pháp nghiên cứu:

  • Phương pháp nghiên cứu lý luận: Thu thập, phân loại, hệ thống hóa và phân tích - tổng hợp các văn bản pháp quy, tài liệu chương trình giáo dục và y văn về STEM, Robotics, EDP.
  • Phương pháp quan sát khoa học.
  • Phương pháp xin ý kiến chuyên gia: Sử dụng phiếu khảo sát cấu trúc thu thập ý kiến định tính và định lượng từ các giảng viên, chuyên gia giáo dục STEM về tính khoa học, tính sư phạm và tính khả thi của hồ sơ dạy học.
  • Nguồn dữ liệu: Văn bản Chương trình GDPT tổng thể và chương trình chi tiết các môn KHTN, Công nghệ, Tin học, Toán học (2018); dữ liệu thu nhận từ bảng hỏi khảo sát chuyên gia giáo dục.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Cơ sở lí luận của đề tài

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận về giáo dục STEM, giáo dục khoa học robot và năng lực giải quyết vấn đề:

  • Làm rõ bản chất của giáo dục STEM trong bối cảnh thực hiện Chương trình GDPT 2018 tại Việt Nam, phân tích vị thế được nâng cao của môn Công nghệ và Tin học.
  • Trình bày quy trình dạy học STEM 5 pha hoạt động: (1) Xác định vấn đề; (2) Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp; (3) Lựa chọn giải pháp; (4) Chế tạo mẫu thử nghiệm và đánh giá; (5) Trình bày, chia sẻ, thảo luận và điều chỉnh.
  • Xác lập vai trò kép của robot trong dạy học: vừa là đối tượng học tập (học sinh tìm hiểu phần cứng, vi điều khiển, nguyên lý cảm biến), vừa là công cụ học tập (phương tiện để học sinh tích hợp, vận dụng kiến thức quang học, điện học, toán học).
  • Xây dựng bảng đối chiếu giữa các bước giải quyết vấn đề và các thao tác tư duy máy tính, làm tiền đề cho việc cụ thể hóa khung đánh giá năng lực giải quyết vấn đề trong không gian học tập robotics gồm 12 chỉ số hành vi (từ A.1 đến D.2).

Chương 2. Thiết kế chủ đề STEM “Xe robot tự dò đường”

Chương 2 là nội dung trọng tâm của khóa luận, thiết kế hoàn chỉnh kế hoạch dạy học, hồ sơ học liệu, phương tiện kỹ thuật và bộ công cụ đánh giá:

1. Phân tích nội dung kiến thức tích hợp trong Chương trình GDPT 2018:

  • Môn Khoa học tự nhiên: Mạch Lực và chuyển động (tốc độ chuyển động - KHTN 7); Mạch Ánh sáng (sự phản xạ ánh sáng - KHTN 7; sự tán sắc và màu sắc vật thể - KHTN 9); Mạch Điện học (dòng điện, nguồn điện một chiều, sơ đồ mạch điện đơn giản - KHTN 8).
  • Môn Công nghệ: Công nghệ và đời sống (tìm hiểu thiết kế kỹ thuật); Thủ công kỹ thuật (lắp ráp mô hình xe điện chạy pin); Kĩ thuật điện (mạch điện điều khiển đơn giản có mô đun cảm biến - Công nghệ 8).
  • Môn Tin học: Giải quyết vấn đề với sự trợ giúp của máy tính (lập trình trực quan mBlock, thuật toán rẽ/chạy thẳng, tìm và sửa lỗi logic).
  • Môn Toán học: Mạch Đo lường (đơn vị đo độ dài mm, cm, m; đơn vị thời gian; vận tốc chuyển động đều km/h, m/s; thực hành đo lường).

2. Kế hoạch tổ chức dạy học tổng thể:

  • Đối tượng: Học sinh lớp 8 hoặc lớp 9 cấp THCS.
  • Thời lượng: 7 tiết học trên lớp kết hợp 3 tuần làm việc theo nhóm tại nhà (mỗi lớp chia 5-6 nhóm, 4-5 học sinh/nhóm).
Pha hoạt động Thời lượng Mục tiêu năng lực Nhiệm vụ chính của giáo viên và học sinh Sản phẩm dự kiến
HĐ1: Đặt vấn đề, tìm hiểu tổng quan robot 1 tiết (45 phút) GQ1.1, GQ1.2, GQ2.1 - GQ3.2 GV giao tình huống về giao thông và nhiệm vụ chế tạo xe tự dò đường; HS phân tích 3 bộ phận robot, xác định kiến thức cần dùng; thống nhất tiêu chí đánh giá. Phiếu học tập 1, Sơ đồ cấu trúc robot, Sơ đồ kiến thức liên quan.
HĐ2: Khám phá kiến thức nền & Đề xuất giải pháp 4 tiết (chia 3 tiểu hoạt động) GQ3.3 - GQ3.6, GQ4.1, GQ4.2 - HĐ2.1 (1 tiết): Ôn tập nguồn điện, động cơ DC; thực hành lắp ráp mô hình xe điện chạy pin cơ bản.
- HĐ2.2 (2 tiết): Tìm hiểu vi mạch Arduino Uno R3, mạch mở rộng Motor Shield L293D; lập trình khối lệnh mBlock; thực hành đo tốc độ xe.
- HĐ2.3 (1 tiết): Tìm hiểu nguyên lý phản xạ ánh sáng/hấp thụ màu của cảm biến hồng ngoại dò line; đề xuất giải pháp nối mạch và thuật toán.		 Báo cáo ôn tập, Mô hình xe điện đơn giản, Báo cáo Arduino & mBlock, Báo cáo cảm biến hồng ngoại, Bản thiết kế phác thảo.
HĐ3: Lập và báo cáo bản thiết kế 1 tiết + 1 tuần ở nhà GQ4.3, GQ4.4, GQ5.1 HS làm việc nhóm tại nhà hoàn thiện hồ sơ thiết kế; báo cáo trên lớp; GV và các nhóm phản biện, góp ý hoàn thiện trước khi cấp linh kiện chế tạo. Bản thiết kế hoàn thiện (sơ đồ mạch, lưu đồ mBlock, danh mục vật liệu), Bài thuyết trình.
HĐ4: Lắp ráp và thử nghiệm sản phẩm 1 tuần làm việc tại nhà GQ5.2, GQ6.1, GQ6.2 Các nhóm lập kế hoạch chế tạo, tiến hành gắn linh kiện lên khung xe, nối dây điện theo sơ đồ, nạp chương trình mBlock, chạy thử trên sa bàn vạch đen, tinh chỉnh biến trở cảm biến và sửa lỗi mã lệnh. Xe robot tự dò đường hoàn chỉnh, Nhật ký thử nghiệm và sửa lỗi.
HĐ5: Báo cáo, đánh giá sản phẩm 1 tiết (45 phút) GQ7.1, GQ7.2 Tổ chức ngày hội báo cáo/trưng bày sản phẩm; xe chạy biểu diễn trên đường line chuẩn; HS đánh giá chéo giữa các nhóm; GV nhận xét và kết luận. Báo cáo tổng kết dự án, Phiếu đánh giá đồng đẳng và đánh giá của GV.

3. Phương tiện kỹ thuật và bộ học liệu:

  • Bộ kit robot nền tảng Arduino (Arduino-based robotic kit): 01 Board Arduino Uno R3 kèm cáp USB; 01 Shield điều khiển động cơ L293D; 02 module cảm biến hồng ngoại dò đường (TCRT5000/dò line); 02 động cơ DC giảm tốc V1 kèm bánh xe; 01 bánh xe đa hướng; 01 đế 4 pin AA có công tắc; 04 pin AA Panasonic; khung xe mica dày 5mm, domino đấu dây, công tắc bập bênh, ốc trụ đồng và phụ kiện lắp ráp.
  • Phần mềm: mBlock (giao diện lập trình kéo thả khối lệnh dựa trên Scratch) tích hợp tiện ích mở rộng (extension) Motor shield L293D.
  • Hệ thống tài liệu sư phạm: 06 Phiếu học tập (PHT 1-6), 05 Bộ câu hỏi định hướng (BCH 1-5), các bản vẽ cấu tạo mặt trên/mặt dưới xe, bản vẽ sơ đồ nguyên lý mạch điện và 03 Phiếu đánh giá tiêu chí (Rubrics) theo từng mức độ biểu hiện hành vi.

Chương 3. Khảo sát ý kiến chuyên gia

Chương 3 trình bày kết quả lấy ý kiến chuyên gia nhằm thẩm định chất lượng khoa học và tính khả thi của chủ đề trước khi áp dụng diện rộng:

  • Mục tiêu khảo sát: Thu thập đánh giá chuyên môn về tính phù hợp của mục tiêu dạy học, cấu trúc 5 pha theo quy trình EDP, nội dung kiến thức tích hợp 4 môn STEM, thiết kế bộ học liệu và thang đo Rubrics đánh giá năng lực giải quyết vấn đề.
  • Nội dung và kết quả khảo sát: Các chuyên gia giáo dục STEM và giảng viên chuyên ngành đánh giá cao tính sư phạm của hồ sơ chủ đề. Đề tài ghi nhận các nhận xét góp ý để hoàn thiện tiến trình: làm rõ hơn sự phân hóa giữa các mức độ hoàn thành nhiệm vụ của học sinh, tối ưu hóa thời gian phân bổ cho phần lập trình mBlock và bổ sung hướng dẫn căn chỉnh độ nhạy biến trở trên cảm biến hồng ngoại khi gặp điều kiện ánh sáng môi trường thay đổi.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính:

  • Xây dựng hoàn chỉnh khung ma trận tích hợp kiến thức 4 môn học (Khoa học tự nhiên, Công nghệ, Tin học, Toán học) cấp THCS cho một chủ đề Robotics cụ thể.
  • Thiết kế trọn bộ hồ sơ dạy học STEM 7 tiết trên lớp và 3 tuần tự học theo quy trình thiết kế kĩ thuật EDP, đáp ứng yêu cầu cần đạt của Chương trình GDPT 2018.
  • Xây dựng giải pháp kỹ thuật phần cứng - phần mềm tối ưu về chi phí: sử dụng vi điều khiển mã nguồn mở Arduino Uno R3 kết hợp phần mềm lập trình trực quan mBlock, giúp hạ giá thành bộ kit thực hành so với các bộ kit thương mại nhập khẩu, tăng tính khả thi khi triển khai tại các trường phổ thông công lập.
  • Thiết lập hệ thống công cụ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề gồm 6 phiếu học tập, 5 bộ câu hỏi định hướng và bảng tiêu chí Rubrics chi tiết theo từng mức độ chỉ số hành vi.

Giải pháp và khuyến nghị sư phạm cho giáo viên:

  • Khi triển khai chủ đề, giáo viên cần tổ chức tốt hoạt động HĐ2.3 để học sinh nắm vững bản chất vật lý của sự phản xạ ánh sáng (bề mặt màu trắng phản xạ tia hồng ngoại tốt, bề mặt vạch đen hấp thụ tia hồng ngoại), từ đó tự thiết lập được thuật toán rẽ trái/phải tương ứng với trạng thái tín hiệu logic (0 hoặc 1) từ 2 cảm biến gửi về Arduino.
  • Cần bố trí máy tính có cài sẵn mBlock và extension L293D cho mỗi nhóm học sinh; kiểm tra điện áp bộ pin AA cấp nguồn riêng cho motor shield để đảm bảo xe vận hành ổn định.

Đóng góp của đề tài: Khóa luận đã giải quyết khoảng trống giữa lý luận giáo dục STEM/Robotics và thực tiễn dạy học trong chương trình chính khóa tại Việt Nam. Đề tài chứng minh việc đưa mô hình xe robot vào dạy học không dừng lại ở mức độ giải trí hay phong trào câu lạc bộ, mà hoàn toàn có thể trở thành phương tiện sư phạm hiệu quả để phát triển đồng bộ năng lực đặc thù môn học và năng lực chung (giải quyết vấn đề và sáng tạo) cho học sinh THCS.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Do giới hạn về thời gian và điều kiện tổ chức nghiên cứu tại thời điểm thực hiện (tháng 7/2020), đề tài mới dừng lại ở bước khảo sát lấy ý kiến thẩm định của chuyên gia về mặt thiết kế sư phạm và giải pháp kỹ thuật, chưa triển khai thực nghiệm sư phạm trực tiếp trên các lớp học sinh THCS để thu thập số liệu định lượng về mức độ tăng trưởng năng lực giải quyết vấn đề.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Tổ chức thực nghiệm sư phạm trên nhóm đối chứng và nhóm thực nghiệm tại các trường THCS để đo lường, kiểm định độ giá trị của thang Rubrics và mức độ phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh.
    • Mở rộng chức năng cho xe robot: tích hợp thêm cảm biến siêu âm tránh vật cản, cảm biến ánh sáng hoặc điều khiển qua Bluetooth.
    • Xây dựng thêm các chủ đề STEM Robotics liên môn khác cho các khối lớp THCS và THPT.

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận có giá trị ứng dụng thực tiễn cao đối với các nhóm đối tượng:

  1. Sinh viên và giảng viên ngành Sư phạm: Sinh viên các ngành Sư phạm Vật lí, Sư phạm Khoa học tự nhiên, Sư phạm Công nghệ và Sư phạm Tin học có thể tham khảo phương pháp luận thiết kế giáo án STEM theo quy trình thiết kế kĩ thuật (EDP) và cách thức xây dựng công cụ đánh giá năng lực.
  2. Giáo viên THCS: Giáo viên đang giảng dạy môn Khoa học tự nhiên, Tin học, Công nghệ có thể sử dụng nguyên vẹn hoặc điều chỉnh bộ hồ sơ dạy học, phiếu học tập, bản vẽ kỹ thuật và mã lệnh mBlock mẫu để tổ chức các tiết hoạt động trải nghiệm STEM hoặc câu lạc bộ khoa học trong nhà trường.
  3. Phần nội dung đáng tham khảo nhất:
    • Ma trận phân tích yêu cầu cần đạt 4 môn STEM (Chương 2).
    • Bản vẽ thiết kế kỹ thuật, sơ đồ mạch điện nối vi điều khiển Arduino - Shield L293D - Cảm biến hồng ngoại và thuật toán điều khiển mBlock (Chương 2).
    • Bộ công cụ Rubrics đánh giá năng lực giải quyết vấn đề tích hợp tư duy máy tính (Chương 2).

Câu hỏi thường gặp

1. Chủ đề STEM "Xe robot tự dò đường" được thiết kế dành cho đối tượng học sinh nào và thời lượng tổ chức là bao lâu?
Chủ đề được thiết kế cho học sinh khối lớp 8 hoặc lớp 9 cấp THCS. Tổng thời lượng triển khai gồm 7 tiết học trực tiếp trên lớp kết hợp với 3 tuần làm việc nhóm tại nhà (chuẩn bị kiến thức, lập bản thiết kế và lắp ráp thử nghiệm).

2. Bộ linh kiện phần cứng và nền tảng lập trình được sử dụng trong chủ đề gồm những gì?
Phần cứng sử dụng bộ kit robot dựa trên vi điều khiển Arduino Uno R3, mạch mở rộng điều khiển động cơ Motor Shield L293D, 02 module cảm biến hồng ngoại dò line, 02 động cơ DC giảm tốc kèm bánh xe, 01 bánh xe đa hướng, khung xe mica và nguồn cấp 4 pin AA. Phần mềm lập trình là mBlock (lập trình kéo thả trực quan) kết hợp extension điều khiển L293D.

3. Những kiến thức môn học nào trong Chương trình GDPT 2018 được tích hợp trong chủ đề này?
Chủ đề tích hợp kiến thức từ 4 môn học:

  • Khoa học tự nhiên: Tốc độ và chuyển động (lớp 7); Sự phản xạ ánh sáng và màu sắc (lớp 7, 9); Dòng điện, nguồn điện và mạch điện (lớp 8).
  • Công nghệ: Bản vẽ kỹ thuật, quy trình thiết kế, lắp ráp mô hình xe điện, mạch điều khiển cảm biến (lớp 8).
  • Tin học: Thuật toán điều khiển, lập trình trực quan kéo thả, gỡ lỗi chương trình.
  • Toán học: Đo lường khoảng cách, thời gian và tính toán vận tốc.

4. Tiến trình dạy học của chủ đề được cấu trúc thành mấy hoạt động chính?
Tiến trình gồm 5 pha hoạt động theo quy trình thiết kế kĩ thuật (EDP):

  • Hoạt động 1: Đặt vấn đề, tìm hiểu tổng quan về robot (1 tiết).
  • Hoạt động 2: Khám phá kiến thức nền về điện học, vi điều khiển Arduino, cảm biến hồng ngoại và đề xuất giải pháp (4 tiết).
  • Hoạt động 3: Lập và báo cáo bản thiết kế sản phẩm (1 tiết trên lớp + 1 tuần tại nhà).
  • Hoạt động 4: Lắp ráp và thử nghiệm xe robot (1 tuần tại nhà).
  • Hoạt động 5: Báo cáo, đánh giá và hoàn thiện sản phẩm (1 tiết).

5. Năng lực giải quyết vấn đề của học sinh được đánh giá bằng công cụ nào?
Được đánh giá thông qua hệ thống công cụ đa dạng gồm: 06 Phiếu học tập cá nhân/nhóm, 05 Bộ câu hỏi định hướng, bản vẽ thiết kế kỹ thuật, nhật ký thử nghiệm sản phẩm xe robot thực tế và bảng tiêu chí đánh giá định lượng (Rubrics) theo các chỉ số hành vi gắn với 5 giai đoạn của tư duy máy tính.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Đức Anh đã nghiên cứu và thiết kế thành công chủ đề giáo dục STEM "Xe robot tự dò đường" cho học sinh trung học cơ sở theo quy trình thiết kế kĩ thuật 5 pha hoạt động. Đề tài xây dựng hoàn chỉnh hệ thống tích hợp liên môn giữa Khoa học tự nhiên, Công nghệ, Tin học và Toán học dựa trên nền tảng phần cứng mã nguồn mở Arduino Uno R3 kết hợp phần mềm lập trình trực quan mBlock chi phí thấp. Mặc dù chưa triển khai thực nghiệm sư phạm diện rộng trên học sinh, công trình đã được thẩm định qua khảo sát chuyên gia và cung cấp một bộ hồ sơ dạy học, học liệu cùng khung công cụ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề có giá trị thực tiễn cao cho giáo viên phổ thông trong bối cảnh triển khai Chương trình GDPT 2018.