Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Khóa luận tốt nghiệp "Tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM một số kiến thức chuyên đề 'Mở đầu về điện tử học' Vật lí lớp 11 thuộc CT GDPT 2018 nhằm bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh" được thực hiện bởi sinh viên Mông Thị Bích Ngọc, dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Thanh Nga tại Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh (chuyên ngành Sư phạm Vật lí, mã ngành 7.211, bảo vệ năm 2022).

Lý do chọn đề tài xuất phát từ định hướng đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo theo tinh thần Chỉ thị 16/CT-TTg năm 2017 của Thủ tướng Chính phủ về việc thúc đẩy giáo dục STEM trong chương trình phổ thông; Chương trình Giáo dục phổ thông (CT GDPT) 2018 ban hành kèm theo Thông tư 32/2018/TT-BGDĐT; và Công văn hướng dẫn số 3089/BGDĐT-GDTrH ngày 14/8/2020 của Bộ Giáo dục và Đào tạo về việc triển khai dạy học theo chủ đề giáo dục STEM. Trong chương trình môn Vật lí 11 mới, chuyên đề học tập 11.3 "Mở đầu về điện tử học" là nội dung hoàn toàn mới, mang tính ứng dụng cao, liên quan trực tiếp đến mạch khuếch đại thuật toán và thiết bị cảm biến – nền tảng của tự động hóa hiện đại. Do tính chất mới lạ và mức độ phức tạp, việc giảng dạy chuyên đề này gặp nhiều khó khăn nếu chỉ tiếp cận lý thuyết thuần túy. Tác giả nhận định việc tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM sẽ tạo môi trường để học sinh vận dụng kiến thức chế tạo các thiết bị thực tế, qua đó bồi dưỡng năng lực sáng tạo.

Mục tiêu nghiên cứu: Bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh thông qua việc tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM một số kiến thức chuyên đề "Mở đầu về điện tử học" Vật lí lớp 11 thuộc CT GDPT 2018.

Nhiệm vụ nghiên cứu:

  1. Nhiệm vụ 1: Xây dựng cơ sở lý luận cho đề tài (lý luận về giáo dục trải nghiệm, lý thuyết giáo dục STEM, tổ chức hoạt động trải nghiệm theo định hướng STEM, cơ sở lý luận về bồi dưỡng năng lực sáng tạo cho học sinh).
  2. Nhiệm vụ 2: Xây dựng các nội dung chuyên môn (phân tích nội dung kiến thức chuyên đề "Mở đầu về điện tử học"; xây dựng tiến trình tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM phù hợp; biên soạn hệ thống phiếu học tập, phiếu theo dõi, tài liệu bổ trợ; xây dựng bộ công cụ kiểm tra, đánh giá kết quả học tập và năng lực sáng tạo của học sinh).
  3. Nhiệm vụ 3: Tiến hành thực nghiệm sư phạm tại trường THCS - THPT Hoa Sen, TP. Hồ Chí Minh nhằm kiểm chứng giả thuyết khoa học và rút ra các kết luận cần thiết.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Quá trình dạy học Vật lí ở trường trung học phổ thông.
  • Phạm vi không gian: Trường THCS - THPT Hoa Sen, TP. Hồ Chí Minh.
  • Phạm vi thời gian: Từ tháng 9/2021 đến tháng 4/2022.
  • Phạm vi nội dung: Tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM nhằm bồi dưỡng năng lực sáng tạo trong khuôn khổ chuyên đề "Mở đầu về điện tử học" – Vật lí 11.

Giả thuyết khoa học: Nếu xây dựng và tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM một số kiến thức chuyên đề "Mở đầu về điện tử học" Vật lí lớp 11 CT GDPT 2018 thì sẽ bồi dưỡng được năng lực sáng tạo cho học sinh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và văn bản quy phạm

Tác giả dựa trên hệ thống văn bản chỉ đạo gồm Chỉ thị 16/CT-TTg, Thông tư 32/2018/TT-BGDĐT và Công văn 3089/BGDĐT-GDTrH. Về mặt lý luận dạy học, đề tài tiếp cận:

  • Khái niệm và mục tiêu giáo dục STEM: Khung khái niệm theo Lê Xuân Quang (2017), Nguyễn Văn Biên - Tưởng Duy Hải (2019), PGS.TS Lê Huy Hoàng và sơ đồ mục tiêu giáo dục STEM của Nguyễn Thanh Nga (2018).
  • Hoạt động trải nghiệm: Định nghĩa của Bộ Giáo dục và Đào tạo (2018), quan điểm bản chất trải nghiệm của Nguyễn Thị Liên, cùng 4 phương thức tổ chức: Khám phá; Thể nghiệm, tương tác; Cống hiến; Nghiên cứu.
  • Năng lực sáng tạo (NLST): Các định nghĩa năng lực của OECD (2002), Hoàng Phê (2005), Đỗ Hương Trà (2016); khái niệm sáng tạo và cấu trúc NLST theo Huỳnh Văn Sơn (2009), Nguyễn Thanh Nga (2015), Tạ Hoàng Anh Khoa (2020), Lưu Thị Uyên (2019). Tác giả định nghĩa NLST của học sinh THPT là khả năng tìm kiếm, đề xuất đa dạng giải pháp cho vấn đề thực tế, lựa chọn và thực hiện thành công ít nhất một giải pháp trên cơ sở huy động tổng hợp tri thức, kỹ năng cũ và mới.

Quy trình dạy học chủ đề STEM

Nghiên cứu áp dụng quy trình dạy học dựa trên hoạt động thiết kế kỹ thuật (Bộ Giáo dục và Đào tạo, 2019; Nguyễn Thanh Nga, 2018) gồm 5 hoạt động chính:

  1. Hoạt động 1: Xác định vấn đề hoặc nhu cầu thực tiễn.
  2. Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp.
  3. Hoạt động 3: Thống nhất, lựa chọn giải pháp.
  4. Hoạt động 4: Lắp ráp mẫu, thử nghiệm và đánh giá.
  5. Hoạt động 5: Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh.

Khung công cụ đánh giá năng lực sáng tạo

Bộ công cụ đánh giá được thiết kế dựa trên tiêu chí đo chỉ số hành vi NLST, phân cấp theo 3 mức độ (Mức 1: chưa đạt/làm được khi có gợi ý lớn; Mức 2: đạt được khi có trợ giúp; Mức 3: tự lực thực hiện độc lập, chính xác):

Thành tố năng lực Mã hành vi Nội dung chỉ số hành vi
1. Phân tích tình huống và phát biểu vấn đề ST 1.1 Phân tích tình huống, nhận diện điều kiện bài toán đặt ra.
ST 1.2 Phát biểu đúng vấn đề/nhu cầu thực tiễn bằng ngôn ngữ khoa học.
2. Đề xuất và lựa chọn giải pháp kỹ thuật ST 2.1 Thu thập thông tin về các giải pháp kỹ thuật đã có để giải quyết vấn đề tương tự.
ST 2.2 Nhận xét, đánh giá ưu - nhược điểm của các giải pháp kỹ thuật đã có.
ST 2.3 Xác định và phát biểu kiến thức, kỹ năng khoa học cần sử dụng để thực hiện giải pháp.
ST 2.4 Đề xuất phương án giải quyết mới, làm rõ tính mới của phương án.
ST 2.5 Đánh giá, so sánh và lựa chọn phương án kỹ thuật tối ưu.
3. Lập bản thiết kế và thực hiện thi công ST 3.1 Thiết kế sơ đồ, bản vẽ thể hiện nguyên lý cấu tạo và cơ chế vận hành.
ST 3.2 Chỉ ra tính mới và lợi ích thực tiễn của bản thiết kế đã lập.
ST 3.3 Tìm kiếm vật liệu, linh kiện mới đảm bảo tính hiệu quả và tiết kiệm.
ST 3.4 Tiến hành lắp ráp, thi công mạch/mô hình theo bản thiết kế thống nhất.
4. Đánh giá và cải tiến quy trình thiết kế ST 4.1 Tự đánh giá ưu, nhược điểm của phương án sau khi chế tạo sản phẩm.
ST 4.2 Nhận xét, đánh giá ưu, nhược điểm về phương án của nhóm khác.
ST 4.3 Đưa ra đề xuất điều chỉnh hoàn thiện giải pháp đáp ứng yêu cầu thực tế.
5. Thể hiện tinh thần phản biện ST 5.1 Đặt các câu hỏi có giá trị phản biện một cách chính xác.
ST 5.2 Sẵn sàng xem xét, đánh giá lại và cải tiến vấn đề một cách kỹ lưỡng.

Phương pháp nghiên cứu thực tế

  • Phương pháp nghiên cứu lý luận: Phân tích, tổng hợp tài liệu về STEM, trải nghiệm, NLST và chương trình Vật lí 11.
  • Phương pháp điều tra, quan sát thực tiễn: Khảo sát thực trạng dạy học chuyên đề điện tử học và việc tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM tại một số trường THPT ở TP. Hồ Chí Minh; sử dụng phiếu quan sát ghi nhận biểu hiện của học sinh.
  • Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Tổ chức dạy học chủ đề STEM tại trường THCS - THPT Hoa Sen, đối chiếu hành vi thực tế với khung tiêu chí.
  • Phương pháp thống kê toán học: Xử lý số liệu, tính tỉ lệ phần trăm các mức độ đạt được ở từng thành tố năng lực nhằm rút ra kết luận định lượng.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Cơ sở lý luận dạy học theo định hướng giáo dục STEM

Chương này tập trung hệ thống hóa cơ sở lý thuyết về giáo dục STEM và bồi dưỡng năng lực sáng tạo:

  • Phân tích bản chất thuật ngữ STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) trong hai ngữ cảnh: nghề nghiệp và giáo dục phổ thông. Làm rõ ba cấp độ tiếp cận giáo dục STEM: quan tâm các môn học riêng lẻ, tích hợp 4 lĩnh vực vào bài học thực tế, và tiếp cận liên môn từ 2 lĩnh vực trở lên.
  • Xác định vai trò của giáo dục STEM trong việc bảo đảm giáo dục toàn diện, tăng hứng thú học tập, phát triển phẩm chất - năng lực, kết nối nhà trường với cộng đồng và hỗ trợ hướng nghiệp, phân luồng học sinh. Nêu rõ ba hình thức triển khai: dạy học môn khoa học theo phương thức STEM, tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM (câu lạc bộ, dự án thực tế), và tổ chức nghiên cứu khoa học kỹ thuật.
  • Phân tích bản chất của hoạt động trải nghiệm theo CT GDPT 2018 thông qua 4 phương thức hoạt động; nhấn mạnh đặc trưng trải nghiệm cho phép học sinh "thử và sai" để tự điều chỉnh.
  • Làm rõ cấu trúc năng lực sáng tạo của học sinh THPT trong môi trường giáo dục STEM. Từ đó, xác lập quy trình dạy học 5 bước theo chu trình thiết kế kỹ thuật và xây dựng bảng ma trận chỉ số hành vi đánh giá NLST gồm 5 nhóm thành tố (ST 1 đến ST 5).

Chương 2: Tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM một số kiến thức chuyên đề “Mở đầu về điện tử học” - Vật lí 11

Chương 2 cụ thể hóa nội dung chuyên môn của chuyên đề học tập 11.3 (thời lượng 10 tiết trong CT GDPT 2018):

  • Mục tiêu chuyên đề: Phân tích các mục tiêu năng lực Vật lí theo mã chuẩn, gồm Nhận thức vật lí (VL 1.1: nêu ứng dụng, nguyên tắc của cảm biến; VL 1.4: phân loại cảm biến theo nguyên tắc hoạt động, phạm vi sử dụng, hiệu quả kinh tế); Tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí (VL 2.3: lập kế hoạch tìm hiểu LDR, thermistor, op-amp, LED, Relay, CM; VL 2.4: thực hiện dự án tìm hiểu các linh kiện này); Vận dụng kiến thức, kỹ năng đã học (VL 3.3: thiết kế mạch điện ứng dụng đơn giản có sử dụng thiết bị đầu ra).
  • Cấu trúc mạch kiến thức: Gồm Khuếch đại thuật toán (2 tiết - NDKT-1, NDKT-2), Thiết bị cảm biến (2 tiết - NDKT-3, NDKT-4), Thiết bị đầu ra (2 tiết - NDKT-5, NDKT-6, NDKT-7), Thiết bị cảm biến và ứng dụng (1 tiết - NDKT-8, NDKT-9), Thiết kế mạch ứng dụng (2 tiết - NDTK-10), và Tổng kết chuyên đề (1 tiết).
  • Cơ sở khoa học các linh kiện điện tử:
    • Quang điện trở (LDR): Hoạt động dựa trên hiện tượng quang điện trong; trong bóng tối có trở kháng lên tới vài $\text{M}\Omega$, khi chiếu sáng điện trở giảm xuống vài trăm $\Omega$.
    • Điện trở nhiệt (Thermistor): Hoạt động dựa trên sự thay đổi trở kháng theo nhiệt độ theo biểu thức tuyến tính $\Delta R = k \cdot \Delta T$.
    • Bộ khuếch đại thuật toán (Op-amp): Khảo sát mô hình op-amp lý tưởng có trở kháng vào $Z_{\text{in}} = \infty$, trở kháng ra $Z_{\text{out}} = 0$, dòng điện tại các cổng đảo ($V_-$) và không đảo ($V_+$) bằng 0, hệ số khuếch đại vi sai $A$ đạt từ $10^5$ đến $10^6$.
    • Thiết bị đầu ra: Khảo sát cấu tạo và nguyên tắc đóng ngắt của Relay điều khiển 1 kênh dựa trên lực hút điện từ của cuộn dây; cấu tạo tiếp giáp p-n và cơ chế phát xạ bức xạ điện từ của đèn LED.
  • Thiết kế tiến trình thực dạy chủ đề STEM "Đèn ngủ tự động":
    • Xuất phát từ bài toán thực tiễn: nhu cầu sử dụng đèn ngủ thuận tiện, tự động bật khi phòng tối và tắt khi trời sáng để tiết kiệm điện và bảo vệ thị lực.
    • Phân bổ tiến trình dạy học qua 5 hoạt động theo quy trình kỹ thuật.
    • Xây dựng danh mục thiết bị, linh kiện: quang trở, điện trở, biến trở, transistor/op-amp, relay, LED, nguồn, bảng mạch test, mỏ hàn, vật liệu làm vỏ đèn.
    • Thiết lập hệ thống công cụ dạy học: phiếu học tập tìm hiểu kiến thức nền, phiếu kỹ thuật "Khăn trải bàn", rubric đánh giá bản thiết kế và rubric đánh giá sản phẩm hoàn thiện.

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

Chương 3 trình bày việc triển khai dạy học thực tế và xử lý dữ liệu thu được:

  • Tổ chức thực nghiệm: Tiến hành tại trường THCS - THPT Hoa Sen, TP. Hồ Chí Minh trong năm học 2021-2022. Quá trình chuẩn bị bao gồm lập danh sách học sinh theo dõi, chuẩn bị linh kiện, phiếu học tập và kế hoạch đánh giá.
  • Diễn biến thực nghiệm: Học sinh được chia thành các nhóm học tập (Nhóm 1 đến Nhóm 4), bầu nhóm trưởng, tiếp nhận nhiệm vụ thiết kế "Đèn ngủ tự động". Học sinh nghiên cứu tài liệu, thảo luận đề xuất giải pháp, vẽ sơ đồ nguyên lý mạch điện (sử dụng LDR điều khiển transistor/op-amp kích hoạt relay hoặc LED). Tác giả ghi nhận các nhóm thực hiện đo đạc, lắp thử nghiệm trên breadboard, tiến hành hàn mạch thực tế, thử nghiệm đóng ngắt bằng cách che/chiếu sáng quang trở và thử nghiệm trong phòng tối tắt điện lớp học.
  • Đánh giá kết quả:
    • Đánh giá định tính: Ghi nhận học sinh tích cực tranh luận, bảo vệ bản thiết kế, chủ động phát hiện lỗi kỹ thuật (như nhóm 1 có mối hàn chưa chắc chắn, nhóm 3 điều chỉnh độ nhạy biến trở khi thử nghiệm ánh sáng).
    • Đánh giá định lượng: Thống kê mức độ đạt được của học sinh theo từng thành tố năng lực sáng tạo (từ Thành tố 1 đến Thành tố 5), lượng hóa các chỉ số hành vi từ ST 1.1 đến ST 5.2. Kết quả thể hiện qua các bảng tỉ lệ phần trăm và biểu đồ từ 3.1 đến 3.6, cho thấy sự gia tăng rõ rệt ở mức độ 2 và mức độ 3 sau quá trình trải nghiệm.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính của nghiên cứu

Khóa luận đã kiểm chứng thành công tính khả thi và hiệu quả của tiến trình dạy học đề xuất thông qua các dữ liệu thực nghiệm:

  • Học sinh hoàn thành 100% các sản phẩm "Đèn ngủ tự động" theo nhóm; các mô hình hoạt động ổn định, tự động đóng mạch cấp điện cho đèn sáng khi cường độ ánh sáng môi trường giảm và tự ngắt điện khi có ánh sáng.
  • Về năng lực sáng tạo, số liệu lượng hóa các thành tố (từ Thành tố 1 đến Thành tố 5) cho thấy học sinh chuyển biến rõ nét từ Mức 1 (phụ thuộc vào hỗ trợ của giáo viên) sang Mức 2 và Mức 3 (chủ động đề xuất phương án, tự thiết kế sơ đồ mạch, tự chọn linh kiện, tự hàn lắp và biết cách thử nghiệm, phân tích lỗi để hoàn thiện sản phẩm). Tỉ lệ học sinh đạt Mức 3 ở các chỉ số phân tích tình huống (ST 1.1, ST 1.2), thiết kế sơ đồ nguyên lý (ST 3.1) và chế tạo mô hình (ST 3.4) chiếm tỉ trọng đáng kể theo bảng thống kê và biểu đồ thực nghiệm ở Chương 3.

Giải pháp và kiến nghị sư phạm của tác giả

  • Giáo viên cần đóng vai trò định hướng, hỗ trợ kỹ thuật kịp thời ở khâu phân tích mạch và hướng dẫn an toàn khi sử dụng mỏ hàn điện, tránh can thiệp làm mất tính chủ động, tự lực của học sinh.
  • Các trường THPT cần trang bị các bộ linh kiện điện tử cơ bản (LDR, điện trở nhiệt, op-amp, relay, LED, bo mạch thử nghiệm) và không gian thực hành STEM để học sinh có điều kiện chế tạo, thử nghiệm mô hình thực tế thay vì chỉ học lý thuyết trên giấy.
  • Tiến trình tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM cần bám sát quy trình thiết kế kỹ thuật 5 bước, trong đó khâu "nghiên cứu kiến thức nền" phải được gắn liền với mục tiêu giải quyết vấn đề thực tiễn.

Đóng góp về mặt học thuật

  • Về lý luận: Hệ thống hóa và gắn kết lý thuyết giáo dục STEM, bản chất của hoạt động trải nghiệm với cấu trúc năng lực sáng tạo của học sinh THPT; xây dựng bảng tiêu chí đánh giá NLST chi tiết với 5 nhóm thành tố và 14 chỉ số hành vi cụ thể trong môn Vật lí.
  • Về thực tiễn: Cung cấp kế hoạch bài dạy thực nghiệm hoàn chỉnh cho chủ đề "Đèn ngủ tự động" thuộc chuyên đề 11.3 "Mở đầu về điện tử học" (CT GDPT 2018), đi kèm hệ thống phiếu học tập, phiếu kỹ thuật "Khăn trải bàn", rubric đánh giá bản thiết kế và sản phẩm, làm tài liệu tham khảo trực tiếp cho giáo viên Vật lí THPT.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp theo

Hạn chế của nghiên cứu

  • Địa bàn thực nghiệm hẹp: Nghiên cứu mới chỉ tiến hành thực nghiệm sư phạm tại một cơ sở duy nhất là Trường THCS - THPT Hoa Sen, TP. Hồ Chí Minh với quy mô mẫu giới hạn trong phạm vi một lớp/nhóm nghiên cứu, chưa mở rộng ra các trường có điều kiện cơ sở vật chất và đối tượng học sinh đa dạng khác.
  • Kỹ năng thực hành của học sinh: Do chuyên đề mang tính kỹ thuật mới mẻ, một số học sinh ban đầu còn lúng túng trong thao tác hàn mạch điện, dẫn đến hiện tượng mối hàn chưa chắc chắn hoặc tiếp xúc kém ở một số nhóm (như tác giả ghi nhận tại nhóm 1).
  • Giới hạn nội dung: Đề tài mới chỉ khai thác một phần kiến thức của chuyên đề 11.3 (tập trung vào cảm biến quang trở LDR và mạch đóng ngắt thiết bị đầu ra), chưa xây dựng thành chuỗi trải nghiệm cho toàn bộ các nội dung khác như cảm biến nhiệt độ hay các ứng dụng phức tạp hơn của op-amp.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

  • Mở rộng phạm vi thực nghiệm sư phạm tại nhiều trường THPT trên các địa bàn khác nhau (cả trường công lập và tư thục) nhằm tăng cường độ tin cậy thống kê của giả thuyết khoa học.
  • Tiếp tục thiết kế và thử nghiệm các chủ đề trải nghiệm STEM cho các mạch kiến thức còn lại của chuyên đề 11.3, ví dụ: hệ thống báo cháy sử dụng nhiệt điện trở (thermistor), máy đo khoảng cách hoặc mạch khuếch đại đo lường sử dụng trọn vẹn các tính chất vi sai của op-amp.
  • Nghiên cứu các biện pháp rèn luyện kỹ năng gia công cơ khí, hàn mạch điện tử an toàn cho học sinh phổ thông trước khi bước vào các dự án chế tạo kỹ thuật phức tạp.

Giá trị tham khảo

Tài liệu này hữu ích cho các nhóm đối tượng và mục đích chuyên môn sau:

  • Giáo viên Vật lí tại các trường THPT: Là tài liệu tham khảo sư phạm trực tiếp khi triển khai dạy học chuyên đề lựa chọn 11.3 "Mở đầu về điện tử học" theo Chương trình GDPT 2018. Giáo viên có thể tái sử dụng tiến trình bài dạy 5 hoạt động của chủ đề "Đèn ngủ tự động" để tổ chức dạy học chính khóa hoặc hoạt động câu lạc bộ STEM.
  • Sinh viên ngành Sư phạm Vật lí và Khoa học Tự nhiên: Khóa luận cung cấp cấu trúc mẫu mực về cách xây dựng một đề tài nghiên cứu phương pháp dạy học STEM: từ cơ sở lý luận, phân tích chương trình, thiết kế hoạt động đến tổ chức thực nghiệm sư phạm và thống kê toán học.
  • Cán bộ quản lý chuyên môn và nhà nghiên cứu giáo dục: Cung cấp khung công cụ đánh giá năng lực sáng tạo định lượng (bảng chỉ số hành vi ST 1.1 đến ST 5.2 và hệ thống rubric đánh giá bản thiết kế/sản phẩm) đã được kiểm chứng thực tế tại trường phổ thông.

Câu hỏi thường gặp

1. Khóa luận sử dụng quy trình nào để thiết kế bài dạy STEM và gồm những hoạt động nào?

Khóa luận áp dụng quy trình dạy học STEM dựa trên hoạt động thiết kế kỹ thuật (theo tài liệu tập huấn của Bộ GD&ĐT năm 2019 và tài liệu của Nguyễn Thanh Nga năm 2018). Quy trình được cụ thể hóa thành 5 hoạt động dạy học:

  • Hoạt động 1: Xác định vấn đề hoặc nhu cầu thực tiễn (nhu cầu về chiếc đèn ngủ tự động bật/tắt tiết kiệm điện).
  • Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp (tìm hiểu quang trở LDR, op-amp/transistor, relay, LED và lập bản vẽ).
  • Hoạt động 3: Thống nhất, lựa chọn giải pháp (báo cáo, phản biện và hoàn thiện bản thiết kế).
  • Hoạt động 4: Lắp ráp mẫu, thử nghiệm và đánh giá (thi công lắp mạch, hàn linh kiện, thử nghiệm trong phòng tối).
  • Hoạt động 5: Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh (trưng bày sản phẩm, đánh giá và đề xuất hướng cải tiến).

2. Nguyên tắc hoạt động của mạch cảm biến ánh sáng trong sản phẩm "Đèn ngủ tự động" là gì?

Sản phẩm hoạt động dựa trên đặc tính của quang điện trở (LDR):

  • Khi trời tối (không có ánh sáng): Điện trở của LDR tăng cao (lên đến hàng $\text{M}\Omega$). Điện áp phân chia tại nhánh cầu đo đưa vào đầu vào của bộ so sánh/khuếch đại (hoặc cực điều khiển transistor) ở mức cao, kích hoạt transistor/op-amp dẫn dòng, đóng tiếp điểm của Relay (hoặc cấp dòng thuận cho LED), làm đèn ngủ bật sáng.
  • Khi trời sáng (có ánh sáng chiếu vào LDR): Xảy ra hiện tượng quang điện trong, giải phóng electron dẫn làm điện trở LDR giảm xuống rất thấp (còn từ một đến vài trăm $\Omega$). Điện áp đầu vào thay đổi, làm đầu ra ở mức thấp, ngắt relay/transistor, đèn ngủ tự động tắt.

3. Khung đánh giá năng lực sáng tạo trong khóa luận gồm những thành tố nào?

Khung đánh giá gồm 5 thành tố lớn với 14 chỉ số hành vi đo lường ở 3 mức độ biểu hiện:

  1. Thành tố 1: Phân tích tình huống và phát biểu được vấn đề mới/nhu cầu thực tiễn (ST 1.1, ST 1.2).
  2. Thành tố 2: Đề xuất và lựa chọn giải pháp kỹ thuật phù hợp (ST 2.1 đến ST 2.5).
  3. Thành tố 3: Lập bản thiết kế và thực hiện lắp ráp sản phẩm (ST 3.1 đến ST 3.4).
  4. Thành tố 4: Đánh giá và cải tiến quá trình thiết kế kỹ thuật (ST 4.1 đến ST 4.3).
  5. Thành tố 5: Tinh thần phản biện và sẵn sàng đánh giá lại vấn đề (ST 5.1, ST 5.2).

4. Thực nghiệm sư phạm được tiến hành tại đâu và thu được kết quả định tính nào tiêu biểu?

Thực nghiệm sư phạm được tiến hành tại Trường THCS - THPT Hoa Sen, TP. Hồ Chí Minh trong khoảng thời gian từ tháng 9/2021 đến tháng 4/2022. Về mặt định tính, quá trình thực nghiệm ghi nhận học sinh hào hứng tham gia hoạt động nhóm, chủ động tìm kiếm giải pháp và thiết kế sơ đồ mạch. Khi thử nghiệm thực tế bằng cách che tối quang trở hoặc tắt đèn lớp học, các nhóm học sinh đã tự phát hiện các lỗi kỹ thuật (như mối hàn chưa chắc chắn ở nhóm 1 hay độ nhạy biến trở chưa chuẩn ở nhóm 3) và tự trao đổi, phản biện để căn chỉnh sản phẩm thành công.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Mông Thị Bích Ngọc đã giải quyết trọn vẹn mục tiêu nghiên cứu thông qua việc thiết lập cơ sở lý luận vững chắc về giáo dục trải nghiệm STEM và phương pháp bồi dưỡng năng lực sáng tạo trong môn Vật lí. Tác giả đã cụ thể hóa thành công nội dung chuyên đề mới "Mở đầu về điện tử học" (Vật lí 11 - CT GDPT 2018) thành chủ đề trải nghiệm kỹ thuật "Đèn ngủ tự động" với tiến trình 5 hoạt động bài bản và bộ công cụ đánh giá năng lực rõ ràng. Kết quả thực nghiệm sư phạm tại trường THCS - THPT Hoa Sen đã kiểm chứng giả thuyết khoa học của đề tài, khẳng định tính hiệu quả và giá trị ứng dụng thực tiễn cao của mô hình dạy học này trong bối cảnh đổi mới giáo dục phổ thông hiện nay.