Phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh qua dạy học STEM Năng lượng KHTN 6

Khám phá phương pháp dạy học STEM phần Năng lượng KHTN 6, giúp học sinh phát triển năng lực giải quyết vấn đề qua các chủ đề và rubric đánh giá cụ thể.

• Tác giả: Đoàn Minh Tường
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Văn Giáo
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lý
• Đề tài: Phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh thông qua dạy học một số chủ đề STEM – Phần “Năng lượng" - KHTN 6
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Đà Nẵng

Tóm tắt

I. Khái niệm và tầm quan trọng của STEM trong giáo dục

STEM là viết tắt của Science, Technology, Engineering, và Mathematics - bốn lĩnh vực khoa học tự nhiên quan trọng. Trong bối cảnh giáo dục hiện đại, dạy học STEM đã trở thành một phương pháp tiên tiến giúp học sinh phát triển toàn diện. Với chủ đề năng lượng KHTN 6, giáo viên có cơ hội tạo ra những bài học thực tế, kết nối kiến thức với đời sống. Phát triển năng lực giải quyết vấn đề không chỉ giúp học sinh hiểu sâu kiến thức mà còn rèn luyện kỹ năng tư duy, sáng tạo và hợp tác. Phương pháp này đặc biệt hiệu quả trong việc xây dựng nền tảng STEM vững chắc từ cấp trung học cơ sở, chuẩn bị cho học sinh đối mặt với những thách thức của thế kỷ 21.

1.1. Khái niệm STEM và giáo dục STEM

Giáo dục STEM là phương pháp dạy học tích hợp bốn lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học. Đây không phải học các môn riêng rẽ mà là tích hợp kiến thức để giải quyết các vấn đề thực tế. Trong dạy học chủ đề năng lượng, học sinh không chỉ học lý thuyết mà còn thực hành chế tạo các sản phẩm như xe chạy năng lượng mặt trời hay mô hình tuabin gió.

1.2. Mục tiêu phát triển năng lực giải quyết vấn đề

Năng lực giải quyết vấn đề là khả năng phân tích, tư duy, đề xuất giải pháp và thực hiện kế hoạch. Thông qua dạy học STEM chủ đề năng lượng, học sinh học cách nhận diện vấn đề, nghiên cứu, thiết kế và kiểm chứng giải pháp. Đây là quá trình phát triển tư duy phản biện và kỹ năng thực hành quan trọng cho tương lai.

II. Cấu trúc nội dung chương Năng lượng KHTN 6

Chương "Năng lượng và đời sống" trong KHTN 6 được thiết kế để giới thiệu khái niệm năng lượng từ những hình thức cơ bản nhất. Nội dung chương bao gồm các khái niệm về năng lượng, các dạng năng lượng khác nhau, quá trình chuyển hóa năng lượng và ứng dụng trong đời sống. Cấu trúc này tạo điều kiện thuận lợi để giáo viên áp dụng dạy học STEM một cách tự nhiên. Các nội dung như năng lượng mặt trời, năng lượng thủy điện, năng lượng gió là những ví dụ thực tế có thể chuyển thành những dự án thực tế. Điều này giúp học sinh không chỉ nắm vững kiến thức lý thuyết mà còn hiểu được ứng dụng thực tiễn của năng lượng trong xã hội.

2.1. Các dạng năng lượng và tầm quan trọng

Trong chương Năng lượng KHTN 6, học sinh được tiếp xúc với nhiều dạng năng lượng: năng lượng cơ học, nhiệt, ánh sáng, điện, hóa học và hạt nhân. Mỗi dạng có ứng dụng khác nhau trong đời sống. Dạy học STEM giúp học sinh hiểu rõ hơn qua việc thiết kế các mô hình thực tế, từ đó phát triển năng lực giải quyết vấn đề một cách hiệu quả.

2.2. Quá trình chuyển hóa và tiết kiệm năng lượng

Chuyển hóa năng lượng là quy trình thay đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác. Trong dạy học STEM chủ đề năng lượng, học sinh tìm hiểu cách tái sử dụng năng lượng thông qua các dự án như mô hình bánh xe nước hoặc tuabin gió, từ đó hiểu về bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

III. Thiết kế tiến trình dạy học STEM chủ đề Năng lượng

Tiến trình dạy học STEM được thiết kế theo các bước cụ thể: khám phá vấn đề, nghiên cứu, thiết kế giải pháp, thực hiện và đánh giá. Đối với chủ đề năng lượng KHTN 6, giáo viên có thể tổ chức ba dự án STEM chính: chế tạo xe chạy bằng năng lượng mặt trời, chế tạo bánh xe nước mô phỏng thủy điện, và chế tạo mô hình tuabin gió. Mỗi dự án được thiết kế để học sinh trải qua quá trình giải quyết vấn đề thực tế: từ hiểu bài toán, lên kế hoạch, sử dụng công cụ và nguyên vật liệu, thử nghiệm cho đến cải tiến. Phương pháp này không chỉ nâng cao năng lực giải quyết vấn đề mà còn phát triển kỹ năng làm việc nhóm và sáng tạo của học sinh.

3.1. Dự án 1 Xe chạy năng lượng mặt trời

Dự án chế tạo xe chạy bằng năng lượng mặt trời giúp học sinh hiểu về chuyển hóa năng lượng từ ánh sáng sang điện và chuyển động. Học sinh thiết kế xe sử dụng pin mặt trời, lựa chọn vật liệu, kiểm tra hiệu suất. Quá trình này phát triển năng lực kỹ thuật, tư duy logic và khả năng giải quyết các vấn đề thực tế.

3.2. Dự án 2 Bánh xe nước mô phỏng thủy điện

Dự án này giúp học sinh mô phỏng quá trình chuyển hóa năng lượng trong hệ thống thủy điện. Học sinh tính toán, thiết kế kết cấu bánh xe, thử nghiệm với nước chảy. Đây là cách hiệu quả để phát triển năng lực giải quyết vấn đề liên quan đến năng lượng tái tạo.

3.3. Dự án 3 Mô hình tuabin gió

Chế tạo mô hình tuabin gió giúp học sinh hiểu về năng lượng gió và chuyển hóa thành điện. Học sinh thiết kế cánh quay, lựa chọn hướng gió tối ưu, đo công suất sinh ra. Dự án này phát triển kỹ năng thiết kế, thực hành và tư duy giải quyết vấn đề năng lượng bền vững.

IV. Đánh giá năng lực giải quyết vấn đề trong dạy học STEM

Đánh giá năng lực là khâu quan trọng trong dạy học STEM chủ đề năng lượng KHTN 6. Giáo viên sử dụng rubric đánh giá để kiểm tra nhiều khía cạnh: khả năng phân tích vấn đề, lập kế hoạch, thực hiện, kiểm chứng kết quả và cải tiến. Các tiêu chí đánh giá không chỉ tập trung vào kết quả cuối cùng mà còn quá trình làm việc, sự sáng tạo và hợp tác. Thông qua đánh giá formative (đánh giá trong quá trình), giáo viên có thể hướng dẫn học sinh điều chỉnh chiến lược, từ đó nâng cao năng lực giải quyết vấn đề một cách liên tục. Phương pháp đánh giá toàn diện này giúp học sinh nhận ra điểm mạnh, điểm yếu và có động lực cải thiện.

4.1. Tiêu chí đánh giá năng lực giải quyết vấn đề

Rubric đánh giá bao gồm các tiêu chí: hiểu vấn đề, lập kế hoạch hợp lý, sử dụng công cụ và nguyên vật liệu hiệu quả, thực hiện thử nghiệm cẩn thận, phân tích kết quả và đề xuất cải tiến. Mỗi tiêu chí được chia thành các mức độ từ chưa đạt đến xuất sắc, giúp đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh một cách khách quan.

4.2. Phương pháp đánh giá formative và summative

Đánh giá formative được thực hiện trong quá trình dạy học, giúp học sinh nhận phản hồi kịp thời để cải tiến. Đánh giá summative thực hiện cuối chủ đề để đo lường năng lực giải quyết vấn đề tổng thể. Kết hợp cả hai phương pháp giúp học sinh phát triển toàn diện trong dạy học STEM chủ đề năng lượng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA GIÁO DỤC STEM TRONG DẠY HỌC PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH TRUNG HỌC CƠ SỞ 1. Năng lực và năng lực giải quyết vấn đề 1. Khái quát chung về năng lực Trên thế giới, trong các nghiên cứu về năng lực, nhiều tác giả đã định nghĩa năng lực ở những theo những cách tiếp cận khác nhau. Trong đó, cách tiếp cận về năng lực thường theo ba xu hướng sau: Thứ nhất định nghĩa năng lực là phẩm chất của nhân cách.

Năng lực là khả năng bên trong (phẩm chất tâm lý và sinh lý) của mỗi con người để đạt được một hoạt động nhất định (Binet và T. Simon; PA Rudich ; Covaliov AG, v.) [18] Thứ hai căn cứ vào thành phần cấu trúc của năng lực để xác định năng lực. Tất cả các định nghĩa trong nhóm này đều xác nhận rằng năng lực bao gồm các kỹ năng. Ví dụ: “Năng lực là tập hợp các kỹ năng tác động đến nội dung của một tình huống nhất định để giải quyết vấn đề do tình huống đó đặt ra” (Rogiers X.

Lobanova và Yu Shunin, v. Lobanova và Yu Shunin nhấn mạnh rằng " năng lực " và " kỹ năng " không nên được coi là từ đồng nghĩa. Kỹ năng thể hiện khả năng thực hiện các hành động nhận thức hoặc hành vi một cách thành thạo, chính xác và thích ứng với các điều kiện có thể thay đổi, trong khi năng lực có nghĩa là một hệ thống các hành động phức tạp, bao gồm năng lực và các thành phần phi nhận thức (thái độ, cảm xúc, động cơ, giá trị và đạo đức). [18] Thứ ba là xác định năng lực dựa trên nguồn gốc của năng lực: Năng lực được hình thành từ hoạt động và thông qua hoạt động năng lực có thể được hình thành và phát triển.

Có những tác giả có cùng quan điểm với nhóm này như John Erpenbeck; Weinert; chương trình giáo dục New Zealand; Dự thảo chương trình giáo dục phổ thông của Bộ Giáo dục và Đào tạo Việt Nam, v. Những định nghĩa điển hình theo quan điểm của hướng này là: “Năng lực là khả năng vận dụng kiến thức, kinh nghiệm, kỹ năng, thái độ và sự hứng thú để hành động phù hợp và hiệu quả trong các tình huống đa dạng của cuộc sống” (Thomas Armstrong, 2011). [18] Như vậy khái niệm năng lực có thể được hiểu ở nhiều góc độ và tầng bậc khác nhau. Trong tiếng Anh có 3 từ chỉ năng lực: (1) ability chỉ năng lực theo nghĩa Tâm lý học; (2) competence chỉ năng lực theo nghĩa thực hiện được công việc thực sự và (3) attribute dùng để diễn đạt năng lực nhuần nhuyễn trở thành thuộc tính hay phẩm chất của cá nhân.

Trong nghiên cứu này, chúng tôi tiếp cận khái niệm năng lực theo thuật ngữ “Competence” là tổ hợp khả năng và giá trị được cá nhân thể hiện thông qua các việc làm, hoạt động một cách có hiệu quả. [10] 7 Khi bàn về năng lực thì việc phân loại năng lực cũng là một vấn đề phức tạp, với nhiều quan điểm và cách tiếp cận khác nhau. Kết quả sự phân loại phụ thuộc vào lựa chọn quan điểm tiếp cận và tiêu chí lựa chọn để phân loại. Nhìn vào chương trình thiết kế năng lực của các nước có thể thấy hai loại chính đó là năng lực chung (general competence) và năng lực cụ thể, chuyên biệt (specific competence).

- Năng lực chung là năng lực cơ bản, thiết yếu để con người có thể sống và làm việc bình thường trong xã hội. Năng lực này được hình thành và phát triển do nhiều môn học, liên quan đến nhiều môn học. Vì thế có nước gọi là năng lực xuyên chương trình (Cross-curricular competencies). Hội đồng châu Âu gọi là năng lực chính (key competencies).

Cũng cần lưu ý là khái niệm năng lực chính được nhiều nước trong khối EU sử dụng với các thuật ngữ khác nhau như: năng lực nền tảng (socles de competencies), năng lực chủ yếu (essential competencies), kĩ năng chính (key skills), kỹ năng cốt lõi (core skills), năng lực cơ sở (basic competencies), khả năng/ phẩm chất chính (key qualifications), kĩ năng chuyển giao được (key transferable skills)… Theo quan niệm của EU, mỗi năng lực chung cần: a) Góp phần tạo nên kết quả có giá trị cho xã hội và cộng đồng; (b) Giúp cho các cá nhân đáp ứng được những đòi hỏi của một bối cảnh rộng lớn và phức tạp; (c) Chúng có thể không quan trọng với các chuyên gia, nhưng rất quan trọng với tất cả mọi người. - Năng lực cụ thể, chuyên biệt là năng lực riêng được hình thành và phát triển do một lĩnh vực/ môn học nào đó, vì thế chương trình Quebec gọi là năng lực môn học cụ thể (subject- specific competencies) để phân biệt với năng lực xuyên chương trình, năng lực chung. Sáng tạo và đọc diễn cảm là ví dụ để phân biệt hai loại năng lực này. Sáng tạo là năng lực chung, là sản phẩm của tất cả các môn học/ hoạt động và đòi hỏi vận dụng ở tất cả các môn học/ hoạt động; còn đọc diễn cảm là năng lực riêng, năng lực do môn Tiếng Việt và Văn học đảm nhận.

Trong cuộc sống rất cần năng lực sáng tạo; không sáng tạo thì không thể phát triển, thậm chí khó tồn tại. Nhưng không đọc diễn cảm được thì cũng không có ảnh hưởng lớn.” Tiếp thu quan niệm về năng lực của các nước phát triển, chương trình giáo dục phổ thông – chương trình tổng thể của Việt Nam đã xác định: “Năng lực là thuộc tính cá nhân được hình thành, phát triển nhờ tố chất sẵn có và quá trình học tập, rèn luyện, cho phép con người huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng và các thuộc tính cá nhân khác như 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, thiếu yếu mà bất kì ai cũng cần phải có để sống, học tập và làm việc hiệu quả.

Năng lực cốt lõi gồm năng lực chung và năng lực đặc thù. - Năng lực chung được hình thành, phát triển thông qua tất cả các môn học và hoạt động giáo dục: Năng lực tự chủ và tự học, năng lực giao tiếp và hợp tác, năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo. 8 - Những năng lực đặc thù được hình thành, phát triển chủ yếu thông qua một số môn học và hoạt động giáo dục nhất định: năng lực ngôn ngữ, năng lực tính toán, năng lực khoa học, năng lực công nghệ, năng lực tin học, năng lực thẩm mĩ, năng lực thể chất. Năng lực giải quyết vấn đề 1.

Khái niệm Như đã được định nghĩa trong Chương trình đánh giá học sinh Quốc tế, năng lực giải quyết vấn đề là “khả năng của một cá nhân hiểu và giải quyết các tình huống có vấn đề khi giải pháp chưa rõ ràng. Nó bao gồm việc tham gia giải quyết vấn đề đó - thể hiện tiềm năng là một nhân tố tích cực và đóng góp quyền công dân". [1] Theo Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể 2018 của Việt Nam [2], năng lực giải quyết vấn đề được hiểu là một trong các năng lực cốt lõi cần được hình thành và phát triển cho học sinh thông qua tất cả các môn học và hoạt động giáo dục. Đây là khả năng sử dụng các tri thức, kỹ năng, và thái độ đã học để xác định, phân tích và giải quyết các vấn đề trong học tập và cuộc sống.

Trong quyển Dạy học và phát triển năng lực môn Vật lí Trung học cơ sở của Đỗ Hương Trà (chủ biên) cho rằng: “Năng lực giải quyết vấn đề của học sinh được hiểu là sự huy động tổng hợp kiến thức, kĩ năng, thái độ, xúc cảm của học sinh đó để giải quyết các tình huống thực tiễn trong bối cảnh cụ thể mà các giải pháp không có sẵn ngay lập tức”.[4] Như vậy có thể hiểu: Năng lực giải quyết vấn đề khả năng giải quyết những vấn đề cụ thể trong một bối cảnh nhất định một cách có hiệu quả, trên cơ sở huy động kiến thức, kỹ năng và thái độ của chủ thể. Cấu trúc của năng lực giải quyết vấn đề Năng lực giải quyết vấn đề của học sinh được thể hiện thông qua những hoạt động trong quá trình giải quyết vấn đề. Phân tích cấu trúc của năng lực giải quyết vấn đề qua tiến trình giải quyết vấn đề có thể thấy có bốn thành tố sau: - Năng lực tìm hiểu vấn đề: nhận biết, phát hiện vấn đề, xác định được những thông tin đã cho, thông tin cần tìm. Theo Whimbet&Lockhead, người giải quyết vấn đề tốt là người biết tìm hiểu các sự kiện và mối quan hệ trong vấn đề một cách đầy đủ, chính xác.

Còn người giải quyết vấn đề không tốt thường không nhận được tầm quan trọng của việc đọc kỹ, hiểu chính xác tất cả các thông tin nên dễ hiểu sai, dẫn đến thất bại trong quá trình giải quyết vấn đề. - Năng lực đề xuất giải pháp giải quyết vấn đề: Phân tích, sắp xếp, kết nối các thông tin với kiến thức đã biết và đưa ra giải pháp, lựa chọn giải pháp tốt nhất để giải quyết vấn đề. Năng lực thiết lập không gian vấn đề bao gồm mô tả vấn đề bằng ngôn ngữ vật lí, thiết lập mối quan hệ giữa các đại lượng để giải quyết tình huống. - Năng lực thực hiện giải pháp giải quyết vấn đề: Trình bày giải pháp, điều chỉnh giải pháp cho phù hợp với thực tiễn khi có sự thay đổi.

9 - Năng lực đánh giá và phản ánh giải pháp, xây dựng vấn đề mới: Đánh giá giải pháp đã thực hiện và vấn đề đặt ra; phản ánh giá trị của giải pháp, xác nhận những kiến thức và kinh nghiệm. Như vậy, năng lực giải quyết vấn đề gồm bốn thành tố, mỗi thành tố bao gồm một số hành vi cá nhân khi học sinh làm việc độc lập hoặc khi làm việc nhóm trong quá trình giải quyết vấn đề. Các biểu hiện hành vi của năng lực giải quyết vấn đề Có thể cụ thể hóa kết quả đánh giá NL GQVĐ của HS thông qua các biểu hiện hành vi sau: Bảng 1. Cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề Năng lực thành tố Chỉ số hành vi 1.1 Tìm hiểu tình huống vấn đề 1.

Tìm hiểu tình huống vấn 1.2 Phát hiện vấn đề cần nghiên cứu đề 1.3 Phát biểu vấn đề 2.1 Diễn đạt lại tình huống bằng ngôn ngữ của chính mình 2. Đề xuất giải pháp 2.2 Tìm kiếm thông tin liên quan đến vấn đề 2.3 Đề xuất giải pháp giải quyết vấn đề 3.1 Lập kế hoạch cụ thể để thực hiện giải pháp 3.