SKKN: Phát triển năng lực GQVĐ&ST cho HS qua STEM Vật Lí 10 - Mômen lực

Chuyên khảo giáo dục phân tích Skkn cấp tỉnh phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo của học sinh trong dạy học stem chủ, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất

• Tác giả: Trần Thị Thùy Dung
• Trường học: Trường THPT Tương Dương 1
• Chuyên ngành: Vật lí
• Đề tài: Phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo của học sinh trong dạy học stem chủ đề “Mômen lực. Cân bằng của vật rắn” - Vật lí 10 (KNTT)
• Loại tài liệu: Sáng kiến
• Năm xuất bản: 2023-2024
• Địa điểm: Tương Dương

Mục lục chi tiết

• MỤC LỤC
• DANH MỤC THỐNG KÊ CHỮ VIẾT TẮT
• 1. Phần 1: ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1.1. Lí do chọn đề tài
• 1.2. Mục đích nghiên cứu
• 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Nhiệm vụ nghiên cứu
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Những đóng góp của đề tài
• 2. Phần 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GQVĐ&ST CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC STEM CHỦ ĐỀ “MÔMEN LỰC. CÂN BẰNG CỦA VẬT RẮN” - VẬT LÍ 10 (KNTT)
• 1.1. Giáo dục STEM. Khái niệm giáo dục STEM
• 1.1.1. Thuật ngữ STEM
• 1.1.2. Giáo dục STEM
• 1.1.3. Phân loại STEM
• 1.1.4. Vai trò, ý nghĩa giáo dục STEM trong trường phổ thông
• 1.1.5. Cơ sở thiết kế, tổ chức các hoạt động giáo dục STEM
• 1.1.6. Chu trình STEM
• 1.1.7. Quy trình thiết kế kỹ thuật
• 1.1.8. Phương pháp khoa học
• 1.1.9. Quy trình xây dựng bài dạy STEM và thiết kế tiến trình dạy học
• 1.1.10. Quy trình xây dựng bài dạy STEM
• 1.1.11. Thiết kế tiến trình dạy học
• 1.2. Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo. Khái niệm năng lực. Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo. Cấu trúc và các biểu hiện hành vi của năng lực GQVĐ&ST. Thực trạng dạy học theo mô hình giáo dục STEM phát triển năng lực GQVĐ&ST ở trường THPT Tương Dương 1
• 1.3. Khảo sát thực trạng
• 1.3.1. Kết quả khảo sát GV
• 1.3.2. Kết quả khảo sát HS
• 1.3.3. Thuận lợi và khó khăn của thực trạng
• 1.3.4. Khó khăn
• CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG KẾ HOẠCH BÀI HỌC STEM CHỦ ĐỀ “MÔMEN LỰC. CÂN BẰNG CỦA VẬT RẮN” - VẬT LÍ 10 (KNTT) THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GQVĐ&ST CỦA HS
• 2.1. Phân tích nội dung kiến thức phần “Moment lực. Cân bằng của vật rắn” trong chương trình Vật líTh THPT
• 2.2. Thiết kế tiến trình và tổ chức dạy học theo định hướng phát triển năng lực GQVĐ&ST của HS theo mô hình giáo dục STEM chủ đề “Moment lực. Cân bằng của vật rắn” - Vật lí 10 (KNTT)
• 2.2.1. Mô tả chủ đề
• 2.2.2. Mục tiêu chủ đề
• 2.2.3. Tiến trình dạy học
• 2.3. Xây dựng công cụ đánh giá trong dạy học STEM chủ đề “Moment lực. Cân bằng của vật rắn ”. Bảng kiểm đánh giá phương án thiết kế
• 2.3.1. Bảng kiểm đánh giá sản phẩm
• 2.3.2. Rubrics đánh giá NL GQVĐ&ST của HS trong dạy học STEM chủ đề Mô hình cần trục tháp
• CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM
• 3.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm
• 3.2. Nhiệm vụ thực nghiệm
• 3.3. Đối tượng và thời gian thực nghiệm sư phạm
• 3.4. Kết quả thực nghiệm sư phạm
• 3.4.1. Phân tích định tính
• 3.4.2. Phân tích kết quả định lượng
• 3.5. Hiệu quả của đề tài. Khảo sát sự cấp thiết và tính khả thi của đề tài
• 3.5.1. Mục đích khảo sát
• 3.5.2. Nội dung và phương pháp khảo sát
• 3.5.3. Đối tượng khảo sát
• 3.5.4. Kết quả khảo sát về sự cấp thiết và tính khả thi của các giải pháp đã đề xuất
• 3. Phần 3: KẾT LUẬN
• 3.1. Ý nghĩa của đề tài
• 3.2. Hướng phát triển của đề tài
• 3.3. Những kiến nghị, đề xuất.
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• Phụ lục 01
• Phụ lục 02
• DANH MỤC THỐNG KÊ CHỮ VIẾT TẮT

Tóm tắt

I. Tổng quan STEM Vật Lí 10 Nền tảng tư duy thế kỷ 21

Giáo dục phổ thông theo chương trình mới đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc đổi mới phương pháp dạy học, chuyển từ truyền thụ kiến thức sang phát triển năng lực và phẩm chất cho học sinh. Trong bối cảnh đó, giáo dục STEM nổi lên như một giải pháp chiến lược, đặc biệt trong môn Vật lí. Cách tiếp cận này không chỉ giúp học sinh nắm vững kiến thức khoa học mà còn trang bị kỹ năng khoa học cần thiết cho thế kỷ 21. STEM Vật Lí 10: Phát triển tư duy giải quyết vấn đề không còn là một khái niệm xa vời mà đã trở thành mục tiêu cụ thể, giúp kết nối tri thức học thuật với các vấn đề thực tiễn. Mục tiêu của phương pháp này là khơi dậy sự sáng tạo, rèn luyện tư duy phản biện và khả năng làm việc nhóm, thay vì chỉ tập trung vào việc giải các bài tập lý thuyết thuần túy. Thông qua các dạy học dự án Vật Lý 10, học sinh được đặt vào vai trò của một nhà khoa học, một kỹ sư thực thụ, phải tự mình nghiên cứu, thiết kế và chế tạo sản phẩm. Quá trình này giúp các em hiểu sâu sắc bản chất của các định luật vật lí và thấy được giá trị của việc vận dụng kiến thức vào thực tiễn. Theo Chỉ thị số 16/CT-TTg, việc thúc đẩy đào tạo STEM trong chương trình giáo dục phổ thông là một nhiệm vụ trọng tâm nhằm chuẩn bị nguồn nhân lực chất lượng cao, đáp ứng yêu cầu của cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư. Do đó, việc tích hợp mô hình STEM vào giảng dạy Vật lí lớp 10 không chỉ là một xu hướng mà còn là yêu cầu bắt buộc để nâng cao chất lượng giáo dục toàn diện.

1.1. Khái niệm và vai trò của giáo dục STEM trong chương trình mới

Theo Chương trình GDPT 2018, giáo dục STEM là mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận tích hợp liên môn, giúp học sinh áp dụng kiến thức Khoa học (Science), Công nghệ (Technology), Kĩ thuật (Engineering) và Toán học (Mathematics) để giải quyết vấn đề thực tiễn. Vai trò của STEM trong chương trình Vật Lý 10 mới là đặc biệt quan trọng. Nó giúp chuyển hóa những kiến thức vật lí trừu tượng thành các sản phẩm hữu hình thông qua hoạt động học tập trải nghiệm. Thay vì chỉ học lý thuyết, học sinh được tham gia vào các dự án, từ đó nâng cao hứng thú học tập và định hướng nghề nghiệp sớm. Giáo dục STEM đảm bảo sự phát triển toàn diện, hình thành các năng lực chung cốt lõi như tự chủ, hợp tác và đặc biệt là năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo. Mô hình này còn kết nối trường học với cộng đồng, khuyến khích học sinh giải quyết các vấn đề của địa phương, tạo ra những công dân có trách nhiệm và năng động.

1.2. Mục tiêu cốt lõi Định hướng phát triển năng lực người học

Mục tiêu hàng đầu của việc áp dụng STEM trong dạy học Vật lí 10 là định hướng phát triển năng lực cho học sinh, thay vì chỉ tập trung vào điểm số. Cụ thể, mô hình này nhắm đến việc hình thành năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo (GQVĐ&ST). Năng lực này được biểu hiện qua khả năng nhận ra ý tưởng mới, phân tích tình huống, đề xuất và lựa chọn giải pháp, sau đó thực hiện và đánh giá giải pháp đó. Học sinh không chỉ học cách trả lời câu hỏi mà còn học cách đặt câu hỏi, không dễ dàng chấp nhận thông tin một chiều mà luôn tìm kiếm minh chứng thuyết phục. Theo nghiên cứu của nhóm tác giả tại trường THPT Tương Dương 1, việc phát triển năng lực GQVĐ&ST giúp học sinh thích ứng tốt hơn với môi trường lao động trong tương lai, nơi sự sáng tạo và khả năng giải quyết các vấn đề phức tạp được đề cao.

II. Thực trạng dạy học Vật Lý 10 và thách thức cần vượt qua

Mặc dù tầm quan trọng của giáo dục STEM đã được công nhận, việc triển khai trên thực tế vẫn đối mặt với nhiều thách thức. Một khảo sát thực trạng tại trường THPT Tương Dương 1 cho thấy một bức tranh rõ nét về khoảng cách giữa mong muốn và hiện thực. Đa số giáo viên (100%) đều quan tâm đến STEM và mong muốn giảng dạy theo định hướng này, nhưng chỉ một phần nhỏ (16.67%) đã từng thực sự triển khai một chủ đề STEM hoàn chỉnh. Nguyên nhân chính đến từ nhiều rào cản. Thứ nhất, việc thiết kế một bài giảng STEM đòi hỏi nhiều thời gian và công sức nghiên cứu. Thứ hai, trình độ học sinh không đồng đều và cơ sở vật chất, kinh phí còn hạn chế. Đặc biệt, một khó khăn lớn được 66.66% giáo viên chỉ ra là "khó đánh giá sự tham gia của cá nhân học sinh" trong các dự án nhóm. Về phía học sinh, dù có tới 92.5% thể hiện sự quan tâm và muốn học tập theo phương pháp STEM Vật Lý, nhưng 82.5% cho biết ít khi được hướng dẫn vận dụng kiến thức vào thực tiễn. Điều này cho thấy phương pháp giảng dạy truyền thống, tập trung vào lý thuyết và giải bài tập theo khuôn mẫu vẫn chiếm ưu thế, làm hạn chế khả năng phát triển năng lực giải quyết vấn đề một cách toàn diện. Việc vượt qua những thách thức này đòi hỏi một chiến lược đồng bộ từ việc tập huấn giáo viên, đầu tư cơ sở vật chất đến việc đổi mới phương pháp kiểm tra, đánh giá.

2.1. Khảo sát thực tế Khoảng cách giữa nhận thức và hành động

Kết quả khảo sát từ sáng kiến kinh nghiệm cho thấy một nghịch lý đáng chú ý. Về nhận thức, cả giáo viên và học sinh đều đánh giá cao tầm quan trọng của việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề. Tuy nhiên, trong hành động, việc này chưa được chú trọng đúng mức. Có tới 83.33% giáo viên thừa nhận chỉ "thỉnh thoảng" hoặc "hiếm khi" quan tâm đến năng lực này trong các bài giảng. Điều này phản ánh thực trạng dạy học vẫn còn nặng về truyền thụ kiến thức một chiều. Học sinh chưa có nhiều cơ hội đối mặt với các bài tập tình huống Vật Lý thực tế, nơi các em phải tự mình tìm tòi, phân tích và đưa ra giải pháp. Khoảng cách này chính là rào cản lớn nhất ngăn cản việc triển khai thành công mô hình STEM trong nhà trường phổ thông.

2.2. Các khó khăn khi áp dụng phương pháp dạy học tích cực

Việc triển khai các phương pháp dạy học tích cực như dạy học dự án Vật Lý 10 gặp phải nhiều trở ngại. Theo khảo sát, các khó khăn chính bao gồm: mất nhiều thời gian chuẩn bị (66.66%), trình độ học sinh hạn chế (66.66%), và kinh phí eo hẹp (50%). Ngoài ra, một rào cản tâm lý là giáo viên chưa thực sự nắm rõ quy trình tổ chức và đánh giá một hoạt động STEM. Hình thức kiểm tra, đánh giá hiện hành, đặc biệt là các kỳ thi lớn, vẫn tập trung vào kiểm tra kiến thức lý thuyết qua hình thức trắc nghiệm. Điều này tạo ra áp lực khiến giáo viên và học sinh ưu tiên việc luyện giải bài tập thay vì dành thời gian cho các hoạt động thực hành thí nghiệm Vật Lý 10 hay các dự án sáng tạo. Để giáo dục STEM thực sự đi vào chiều sâu, cần có sự thay đổi trong cả cách dạy, cách học và cách đánh giá.

III. Hướng dẫn 5 bước triển khai dự án STEM Vật Lý 10 hiệu quả

Để giải quyết những thách thức nêu trên, sáng kiến kinh nghiệm đã hệ thống hóa một quy trình tổ chức bài dạy STEM gồm 5 hoạt động cốt lõi, tuân theo quy trình thiết kế kỹ thuật. Quy trình này cung cấp một lộ trình rõ ràng, giúp giáo viên tự tin hơn trong việc triển khai phương pháp STEM Vật Lý. Bắt đầu bằng việc xác định một vấn đề thực tiễn, giáo viên sẽ dẫn dắt học sinh vào một nhiệm vụ cụ thể, có tiêu chí sản phẩm rõ ràng. Đây là bước khơi gợi sự tò mò và tạo động lực học tập. Tiếp theo, học sinh không được cung cấp kiến thức một cách thụ động mà phải tự mình nghiên cứu kiến thức nền thông qua sách giáo khoa, tài liệu và thí nghiệm. Quá trình này giúp hình thành năng lực giải quyết vấn đề ngay từ những bước đầu tiên. Sau khi có nền tảng kiến thức, các nhóm sẽ đề xuất, trình bày và bảo vệ giải pháp thiết kế của mình. Giai đoạn này thúc đẩy mạnh mẽ tư duy phản biện và kỹ năng giao tiếp. Hai bước cuối cùng là chế tạo, thử nghiệm và chia sẻ sản phẩm. Đây là giai đoạn học tập trải nghiệm thực sự, nơi học sinh được vận dụng kiến thức vào thực tiễn, đối mặt với thất bại, học cách điều chỉnh và hoàn thiện sản phẩm. Quy trình 5 bước này là một mô hình STEM linh hoạt, có thể áp dụng cho nhiều chủ đề khác nhau trong chương trình Vật Lý 10 mới.

3.1. Giai đoạn 1 2 Từ xác định vấn đề đến nghiên cứu kiến thức nền

Hoạt động 1, "Xác định vấn đề", là bước khởi đầu quan trọng. Giáo viên đưa ra một tình huống thực tế, ví dụ như "Làm thế nào để vận chuyển vật liệu lên các tòa nhà cao tầng?", từ đó giao nhiệm vụ thiết kế một sản phẩm cụ thể (ví dụ: mô hình cần trục tháp) với các tiêu chí rõ ràng. Hoạt động 2, "Nghiên cứu kiến thức nền", yêu cầu học sinh tự lực tìm hiểu các kiến thức liên quan, chẳng hạn như khái niệm Momen lực, quy tắc Momen lực và điều kiện cân bằng của vật rắn. Giai đoạn này chuyển vai trò của giáo viên từ người giảng bài thành người hướng dẫn, cố vấn. Học sinh phải chủ động chiếm lĩnh tri thức để giải quyết nhiệm vụ được giao, qua đó củng cố kỹ năng khoa học và tự học.

3.2. Giai đoạn 3 5 Thiết kế chế tạo và trình bày sản phẩm học tập

Hoạt động 3, "Lựa chọn giải pháp thiết kế", là nơi các nhóm trình bày bản vẽ, giải thích nguyên lý hoạt động và bảo vệ ý tưởng của mình. Hoạt động này khuyến khích sự tương tác, thảo luận và góp ý để hoàn thiện bản thiết kế cuối cùng. Hoạt động 4, "Chế tạo, thử nghiệm và đánh giá", là giai đoạn thực hành. Học sinh sử dụng các vật liệu (khuyến khích vật liệu tái chế) để chế tạo sản phẩm theo bản thiết kế, tiến hành thử nghiệm, ghi nhận kết quả và điều chỉnh nếu cần. Cuối cùng, hoạt động 5, "Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh", các nhóm sẽ trình bày sản phẩm hoàn thiện, chia sẻ kinh nghiệm và những khó khăn đã gặp phải. Giai đoạn này không chỉ là buổi báo cáo mà còn là cơ hội để học hỏi lẫn nhau, thúc đẩy văn hóa học tập hợp tác trong các câu lạc bộ STEM.

IV. Case study STEM Vật Lí 10 Dự án Mô hình Cần trục tháp

Để minh họa cho quy trình 5 bước, đề tài nghiên cứu đã triển khai một dự án cụ thể: “Thiết kế và chế tạo mô hình Cần trục tháp” dựa trên chủ đề “Momen lực. Cân bằng của vật rắn” trong chương trình Vật Lý 10 mới. Dự án này là một ví dụ điển hình của dạy học dự án Vật Lý 10, nơi học sinh phải vận dụng kiến thức vào thực tiễn một cách toàn diện. Nhiệm vụ đặt ra là chế tạo một mô hình cần trục tháp từ vật liệu tái chế, có khả năng nâng một vật nặng 300g và có tầm với xa nhất có thể, trong khi vẫn đảm bảo các tiêu chí về kích thước. Để hoàn thành nhiệm vụ, học sinh không chỉ cần hiểu rõ về Momen lực, ngẫu lực và điều kiện cân bằng, mà còn phải áp dụng các kiến thức về kỹ thuật (lắp ráp cơ cấu), công nghệ (sử dụng motor, công tắc) và toán học (tính toán tỉ lệ, cánh tay đòn). Dự án này đã biến một bài học vật lí lý thuyết thành một hoạt động học tập trải nghiệm hấp dẫn. Quá trình từ lên ý tưởng, thiết kế bản vẽ, lựa chọn vật liệu, chế tạo, thử nghiệm và cải tiến sản phẩm đã giúp học sinh phát triển mạnh mẽ năng lực giải quyết vấn đề và kỹ năng làm việc nhóm.

4.1. Vận dụng kiến thức Momen lực để xây dựng mô hình STEM

Dự án yêu cầu học sinh phải trả lời các câu hỏi cốt lõi: Làm thế nào để cần cẩu cân bằng khi nâng vật nặng? Vị trí đặt đối trọng và khối lượng của nó phải được tính toán như thế nào? Đây chính là lúc các kiến thức về "Quy tắc Momen lực" được áp dụng. Học sinh phải tính toán sao cho tổng momen lực làm vật quay theo chiều kim đồng hồ bằng tổng momen lực làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ. Việc này đòi hỏi các em phải thực hiện thực hành thí nghiệm Vật Lý 10 ngay trên mô hình của mình, đo đạc cánh tay đòn, tính toán lực để tìm ra giải pháp tối ưu. Qua đó, kiến thức vật lí không còn là những công thức khô khan mà trở thành công cụ hữu ích để giải quyết một bài toán kỹ thuật thực tế.

4.2. Xây dựng bộ công cụ đánh giá năng lực GQVĐ ST của học sinh

Một trong những đóng góp quan trọng của sáng kiến kinh nghiệm là việc xây dựng bộ công cụ đánh giá chi tiết, giải quyết khó khăn mà nhiều giáo viên gặp phải. Công cụ này không chỉ đánh giá sản phẩm cuối cùng mà còn tập trung vào cả quá trình. Nó bao gồm: Bảng kiểm đánh giá phương án thiết kế, Bảng kiểm đánh giá sản phẩm, và Rubrics đánh giá năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo (GQVĐ&ST). Rubrics được xây dựng dựa trên các tiêu chí cụ thể như: khả năng nhận ra ý tưởng mới, phân tích vấn đề, đề xuất giải pháp, thực hiện và đánh giá. Cách đánh giá này mang tính toàn diện, giúp giáo viên có cái nhìn khách quan về sự tiến bộ của từng học sinh, đồng thời khuyến khích các em phát triển đầy đủ các kỹ năng cần thiết trong giáo dục STEM.

V. Hiệu quả của mô hình STEM Vật Lý 10 qua thực nghiệm sư phạm

Kết quả thực nghiệm sư phạm được tiến hành tại trường THPT Tương Dương 1 đã chứng minh hiệu quả vượt trội của phương pháp STEM Vật Lý so với phương pháp truyền thống. Phân tích định tính cho thấy không khí lớp học trở nên sôi nổi, tích cực hơn hẳn. Học sinh chủ động thảo luận, hợp tác và thể hiện sự sáng tạo không giới hạn qua các mô hình cần trục tháp độc đáo. Các em không còn tâm lý e ngại môn Vật lí mà thay vào đó là sự hứng thú, say mê khi được tự tay làm ra sản phẩm. Quá trình làm việc nhóm giúp phát triển kỹ năng giao tiếp, thuyết trình và bảo vệ ý kiến. Đặc biệt, năng lực giải quyết vấn đề được cải thiện rõ rệt. Khi gặp sự cố kỹ thuật như motor cháy hay kết cấu không vững chắc, các nhóm không bỏ cuộc mà cùng nhau phân tích nguyên nhân và tìm ra giải pháp khắc phục. Về mặt định lượng, kết quả kiểm tra sau thực nghiệm cho thấy điểm số của lớp thực nghiệm cao hơn đáng kể so với lớp đối chứng. Điều này khẳng định rằng, học tập trải nghiệm thông qua các dự án STEM không chỉ giúp phát triển năng lực mà còn củng cố và đào sâu kiến thức nền tảng một cách hiệu quả, đáp ứng mục tiêu của chương trình Vật Lý 10 mới.

5.1. Phân tích định tính Thay đổi tích cực trong thái độ học tập

Thông qua quan sát và phỏng vấn, kết quả cho thấy học sinh tham gia dự án STEM thể hiện thái độ học tập chủ động và có trách nhiệm hơn. Các em tự giác phân công công việc, tìm kiếm tài liệu và không ngần ngại đặt câu hỏi cho giáo viên và các nhóm khác. Sự tự tin của học sinh được nâng cao khi các em trình bày và bảo vệ sản phẩm của mình. Quan trọng hơn, dự án đã khơi dậy niềm đam mê khoa học và kỹ thuật. Nhiều học sinh bắt đầu quan tâm đến các nghề nghiệp trong lĩnh vực STEM, đây là một trong những thành công lớn nhất về mặt định hướng phát triển năng lực và hướng nghiệp.

5.2. Phân tích định lượng Cải thiện rõ rệt về kết quả học tập

Các số liệu thu thập được từ các bài kiểm tra trước và sau thực nghiệm đã cung cấp minh chứng thuyết phục về hiệu quả của mô hình. Tỷ lệ học sinh đạt điểm khá, giỏi ở lớp thực nghiệm tăng lên, trong khi tỷ lệ điểm yếu, kém giảm đi rõ rệt so với lớp đối chứng. Điều này cho thấy việc vận dụng kiến thức vào thực tiễn thông qua các dự án STEM giúp học sinh hiểu sâu và nhớ lâu hơn kiến thức lý thuyết. Mô hình này chứng tỏ tính ưu việt trong việc đạt được cả hai mục tiêu: vừa phát triển năng lực phẩm chất, vừa nâng cao kết quả học tập.

VI. Tương lai của giáo dục STEM Vật Lý 10 Kiến nghị và đề xuất

Thành công của dự án “Mô hình Cần trục tháp” khẳng định rằng giáo dục STEM là hướng đi đúng đắn để đổi mới dạy học Vật lí theo chương trình Vật Lý 10 mới. Tuy nhiên, để mô hình này có thể được nhân rộng và phát triển bền vững, cần có những giải pháp đồng bộ. Trước hết, cần tăng cường các chương trình tập huấn chuyên sâu cho giáo viên về phương pháp thiết kế và tổ chức hoạt động STEM. Các nhà trường cần tạo điều kiện về cơ sở vật chất, không gian sáng tạo và có chính sách hỗ trợ kinh phí cho các dự án của học sinh. Việc thành lập và duy trì các câu lạc bộ STEM là rất cần thiết để tạo ra một sân chơi khoa học, nơi học sinh có thể theo đuổi đam mê và phát triển các ý tưởng sáng tạo ngoài giờ học chính khóa. Bên cạnh đó, cần có sự thay đổi trong quan niệm về kiểm tra, đánh giá, đưa các tiêu chí đánh giá năng lực và sản phẩm dự án vào hệ thống đánh giá chính thức. Việc tổ chức các "Ngày hội STEM" cấp trường, cấp cụm trường sẽ là nguồn động lực to lớn, khuyến khích cả giáo viên và học sinh tham gia vào hoạt động dạy học dự án Vật Lý 10. Tương lai của việc dạy học Vật lí không nằm ở những trang sách giáo khoa, mà nằm ở khả năng biến kiến thức thành những giải pháp hữu ích cho cuộc sống.

6.1. Ý nghĩa và đóng góp của đề tài trong đổi mới giáo dục

Đề tài đã góp phần hệ thống hóa cơ sở lý luận và thực tiễn về việc áp dụng phương pháp STEM Vật Lý để phát triển năng lực giải quyết vấn đề. Nó cung cấp một giáo án mẫu chi tiết, một case study thành công và một bộ công cụ đánh giá khả thi có thể được các giáo viên khác tham khảo và áp dụng. Sáng kiến này chứng tỏ rằng, ngay cả trong điều kiện còn nhiều khó khăn của một trường huyện vùng cao, việc triển khai STEM vẫn hoàn toàn có thể thực hiện hiệu quả nếu có sự đầu tư nghiêm túc và phương pháp đúng đắn.

6.2. Đề xuất nhân rộng mô hình dạy học dự án trong nhà trường

Để nhân rộng mô hình, cần có sự chỉ đạo thống nhất từ Sở Giáo dục và Ban Giám hiệu nhà trường, yêu cầu mỗi tổ chuyên môn xây dựng và thực hiện ít nhất một chủ đề dạy học STEM mỗi học kỳ. Cần xây dựng một kho học liệu số về các ý tưởng, dự án STEM để giáo viên có thể tham khảo và chia sẻ kinh nghiệm. Đồng thời, cần kết nối với các trường đại học, doanh nghiệp địa phương để tìm kiếm sự hỗ trợ về chuyên môn và nguồn lực. Việc nhân rộng thành công mô hình dạy học dự án sẽ tạo ra một bước đột phá trong việc nâng cao chất lượng giáo dục phổ thông, đáp ứng yêu cầu của xã hội trong giai đoạn mới.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. CỞ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GQVĐ&ST CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC STEM CHỦ ĐỀ “MÔMEN LỰC. CÂN BẰNG CỦA VẬT RẮN” - VẬT LÍ 10 (KNTT) 1. Giáo dục STEM.

Khái niệm giáo dục STEM. Thuật ngữ STEM STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học). Thuật ngữ này được sử dụng khi đề cập đến các chính sách phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học của mỗi quốc gia. Hiện nay thuật ngữ này được dùng chủ yếu trong hai ngữ cảnh là giáo dục và nghề nghiệp.

Giáo dục STEM Theo chương trình giáo dục phổ thông 2018, giáo dục STEM là mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp học sinh áp dụng các kiến thức khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học vào giải quyết một số vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể. Khi chủ đề tích hợp liên môn không chỉ liên quan tới khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán, mà còn quan tâm lồng ghép nghệ thuật và nhân văn (Art), thì sẽ có giáo dục STEAM. Nhằm đa dạng hóa hình thức tổ chức giáo dục STEM trong trường phổ thông, tại Công văn số 3089/BGDĐT–GDTrH, ngày 14/8/2020 của Bộ Giáo dục và Đào tạo về việc triển khai thực hiện giáo dục STEM trong giáo dục trung học, giáo dục STEM được mở rộng hơn. Theo đó, giáo dục STEM là một phương thức giáo dục nhằm trang bị cho học sinh những kiến thức khoa học gắn liền với ứng dụng của chúng trong thực tiễn.

Nhìn chung, khi đề cập tới STEM, giáo dục STEM, cần nhận thức và hành động theo cả hai cách hiểu sau đây: - Một là, TƯ TƯỞNG (chiến lược, định hướng) giáo dục, bên cạnh định hướng giáo dục toàn diện, THÚC ĐẨY giáo dục 4 lĩnh vực: Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật, và Toán học với mục tiêu “định hướng và chuẩn bị nguồn nhân lực đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các ngành nghề liên quan tới các lĩnh vực STEM, nhờ đó, nâng cao sức cạnh tranh của nền kinh tế”. 4 - Hai là, phương pháp TIẾP CẬN LIÊN MÔN (khoa học, công nghệ, kĩ thuật, toán) trong dạy học với mục tiêu: (1) Nâng cao hứng thú học tập các môn học thuộc lĩnh vực STEM; (2) Vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các vấn đề thực tiễn; (3) Kết nối trường học và cộng đồng; (4) Định hướng hành động, trải nghiệm trong học tập; (5) Hình thành và phát triển năng lực và phẩm chất người học. Phân loại STEM Dựa trên số các lĩnh vực STEM ta có: + STEM đầy đủ: cần vận dụng kiến thức của cả bốn lĩnh vực STEM để giải quyết vấn đề. + STEM khuyết: không cần phải vận dụng kiến thức cả bốn lĩnh vực STEM để giải quyết vấn đề.

Dựa trên phạm vi kiến thức để giải quyết vấn đề STEM ta có: + STEM cơ bản: là loại hình STEM được xây dựng trên cơ sở kiến thức thuộc phạm vi các môn học Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học trong CTGDPT. + STEM mở rộng: là loại hình STEM có những kiến thức nằm ngoài chương trình và SGK. Sản phẩm STEM của loại hình này có độ phức tạp cao hơn. Các chủ đề thường được xây dựng trên cơ sở các nội dung mang tính bổ sung, mở rộng CTGDPT.

Dựa vào mục đích dạy học ta có: + STEM kiến tạo: là STEM được xây dựng trên cơ sở kết nối kiến thức của nhiều môn học khác nhau mà HS chưa được học (hoặc được học một phần). HS sẽ vừa giải quyết được vấn đề và vừa lĩnh hội được tri thức mới. + STEM vận dụng: là STEM được xây dựng trên cơ sở những kiến thức HS đã được học. STEM dạng này sẽ bồi dưỡng cho HS năng lực vận dụng lý thuyết vào thực tế.

Kiến thức lý thuyết được củng cố và khắc sâu. Vai trò, ý nghĩa giáo dục STEM trong trường phổ thông Việc đưa giáo dục STEM vào trường phổ thông mang lại nhiều ý nghĩa, phù hợp với định hướng đổi mới giáo dục phổ thông. Cụ thể là: - Đảm bảo giáo dục toàn diện Triển khai giáo dục STEM ở nhà trường, bên cạnh duy trì sự quan tâm các môn học thuộc lĩnh vực toán, khoa học, các lĩnh vực công nghệ, kĩ thuật cũng sẽ được quan tâm, đầu tư trên tất cả các phương diện về đội ngũ giáo viên, chương trình, cơ sở vật chất để giáo dục STEM đạt hiệu quả mong muốn. - Nâng cao hứng thú học tập các môn học thuộc lĩnh vực STEM Các hoạt động giáo dục STEM hướng tới việc vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các vấn đề thực tiễn, học sinh được hoạt động, trải nghiệm và thấy được ý nghĩa của tri thức với cuộc sống, nhờ đó sẽ nâng cao hứng thú học tập của học sinh 5 đối với các môn học thuộc lĩnh vực STEM và xuất hiện xu hướng lựa chọn nghề nghiệp phù hợp.

- Hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho học sinh Khi triển khai các bài dạy STEM, học sinh được hợp tác với nhau, chủ động và tự lực thực hiện các nhiệm vụ học; được làm quen với hoạt động có tính chất nghiên cứu khoa học, kĩ thuật. Các hoạt động nêu trên góp phần tích cực vào hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực cho học sinh. Đó là các năng lực chung cốt lõi (tự chủ và tự học, giao tiếp và hợp tác, giải quyết vấn đề và sáng tạo); các năng lực đặc thù như năng lực toán học, năng lực khoa học, năng lực công nghệ và năng lực tin học. - Kết nối trường học với cộng đồng Để đảm bảo triển khai hiệu quả giáo dục STEM, cơ sở giáo dục phổ thông cần kết nối với các cơ sở giáo dục nghề nghiệp, giáo dục đại học, cơ sở nghiên cứu, cơ sở sản xuất tại địa phương nhằm khai thác nguồn lực về con người, cơ sở vật chất, tài chính để triển khai hoạt động giáo dục STEM.

Bên cạnh đó, giáo dục STEM phổ thông cũng hướng tới giải quyết các vấn đề có tính đặc thù của địa phương. - Hướng nghiệp, phân luồng Tổ chức tốt giáo dục STEM ở trường phổ thông, học sinh sẽ được trải nghiệm trong các lĩnh vực STEM, đánh giá được sự phù hợp, năng khiếu, sở thích của bản thân với nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM. Qua đó, học sinh có được lựa chọn nghề nghiệp đúng đắn. Thực hiện tốt giáo dục STEM ở trường phổ thông cũng là cách thức thu hút học sinh theo học, lựa chọn các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM, các ngành nghề có nhu cầu cao về nguồn nhân lực trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư.

Cơ sở thiết kế, tổ chức các hoạt động giáo dục STEM Theo tiếp cận liên môn, giáo dục STEM hướng tới việc vận dụng kiến thức các môn học trong lĩnh vực STEM để giải quyết vấn đề thực tiễn. Do vậy, giáo dục STEM định hướng hoạt động và trải nghiệm, định hướng tìm tòi khám phá, định hướng thực hành và sản phẩm. Với đặc trưng như vậy, chu trình STEM, phương pháp khoa học (Scientific Method) và quy trình thiết kế kĩ thuật (Engineering Design Process) được xác định là cơ sở để thiết kế và tổ chức các hoạt động giáo dục STEM. Phương pháp khoa học hướng tới khám phá tri thức, thiết kế kĩ thuật hướng tới vận dụng tri thức khoa học để giải quyết các vấn đề thực tiễn, trong khi chu trình STEM thể hiện sự liên hệ, kết nối giữa các lĩnh vực STEM.

Chu trình STEM Khoa học tự nhiên, kĩ thuật và công nghệ có mối liên hệ mật thiết với nhau và cùng sử dụng toán làm công cụ quan trọng. Mối liên hệ này được thể hiện thông qua chu trình STEM (Hình 1. 6 Khoa học (Science) trong chu trình STEM được mô tả bởi một mũi tên từ Công nghệ (Technology) sang Tri thức (Knowledge) thể hiện quy trình sáng tạo khoa học. Đứng trước thực tiễn với công nghệ hiện tại, các nhà khoa học, với năng lực tư duy phản biện, luôn đặt ra những câu hỏi, vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu, làm cơ sở cho việc hoàn thiện và phát triển công nghệ, đó là các câu hỏi, vấn đề khoa học.

Chu trình STEM Trả lời các câu hỏi khoa học hoặc giải quyết các vấn đề khoa học sẽ phát minh ra các Tri thức khoa học. Ngược lại, Kĩ thuật (Engineering) trong chu trình STEM được mô tả bởi một mũi tên từ Tri thức sang Công nghệ thể hiện quy trình kĩ thuật. Các kĩ sư sử dụng Tri thức khoa học để thiết kế, sáng tạo ra công nghệ mới giải quyết vấn đề thực tiễn. Đặc trưng của Khoa học là phương pháp khoa học (Scientific Method), đặc trưng của Kĩ thuật là thiết kế kĩ thuật (engineering design).

Hai quy trình nói trên tiếp nối nhau, khép kín thành chu trình sáng tạo khoa học – kĩ thuật theo mô hình "xoáy ốc" mà cứ sau mỗi chu trình thì lượng kiến thức khoa học tăng lên và cùng với nó là công nghệ phát triển ở trình độ cao hơn. Quy trình thiết kế kỹ thuật Thiết kế kĩ thuật là quá trình phát hiện nhu cầu, vấn đề cần giải quyết, cần đổi mới trong thực tiễn; đề xuất giải pháp kĩ thuật, công nghệ đáp ứng nhu cầu, giải quyết vấn đề đặt ra; hiện thực hoá giải pháp kĩ thuật, công nghệ; thử nghiệm và đánh giá mức độ đáp ứng nhu cầu, vấn đề đặt ra. Quá trình trên được thực hiện trên cơ sở xem xét đầy đủ các khía cạnh về tài nguyên, môi trường, kinh tế và nhân văn. Phương pháp khoa học Đây là một phương pháp Hình 1.

Quy trình thiết kế kỹ thuật nghiên cứu trong đó những vấn đề khoa học, những số liệu liên quan được thu thập 7 nhằm xây dựng những giả thuyết và những giả thuyết này được thực nghiệm kiểm chứng. Phương pháp khoa học trong giáo dục STEM 1. Quy trình xây dựng bài dạy STEM và thiết kế tiến trình dạy học 1. Quy trình xây dựng bài dạy STEM 1.