Thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề áo phao xanh trong dạy học vật lý 8 theo định hướng giáo dục stem

Tài liệu nghiên cứu Thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề áo phao xanh trong dạy học vật lý 8 theo định hướng giáo dục, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên

• Tác giả: Đặng Thanh Phước
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Quang Linh
• Trường học: Đại học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Lý luận và PPDH Bộ môn Vật lí
• Đề tài: Thiết Kế Dạy Học STEM Với Chủ Đề "Áo Phao Xanh" Trong Vật Lý 8
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Đà Nẵng

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
• MỞ ĐẦU
• 1. Lý do chọn đề tài
• 2. Mục tiêu nghiên cứu
• 3. Đối tượng và khách thể nghiên cứu
• 4. Giả thuyết khoa học
• 5. Nhiệm vụ nghiên cứu
• 6. Phương pháp nghiên cứu
• 6.1. Phương pháp nghiên cứu lý luận
• 6.2. Phương pháp điều tra khảo sát
• 6.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm
• 7. Cấu trúc luận văn
• 1. Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY HỌC STEM THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHO HỌC SINH
• 1.1. Lịch sử vấn đề nghiên cứu về giáo dục STEM
• 1.1.1. Nghiên cứu về giáo dục STEM trên thế giới
• 1.1.2. Nghiên cứu về giáo dục STEM ở trong nước
• 1.2. Giáo dục STEM
• 1.2.1. Khái niệm về giáo dục STEM
• 1.2.2. Mục tiêu của giáo dục STEM
• 1.2.3. Kỹ năng STEM
• 1.2.4. Giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông mới
• 1.2.5. Thế nào là dạy học theo định hướng giáo dục STEM
• 1.2.6. Quy trình thiết kế chủ đề dạy học theo định hướng giáo dục STEM
• 1.2.7. Tiêu chí xây dựng chủ đề dạy học theo định hướng giáo dục STEM
• 1.3. Phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM
• 1.3.1. Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề
• 1.3.2. Các biểu hiện của năng lực giải quyết vấn đề
• 1.3.3. Cấu trúc của năng lực giải quyết vấn đề
• 1.3.4. Phương pháp đánh giá năng lực giải quyết vấn đề
• 1.4. Điều tra thực tiễn việc dạy học theo định hướng giáo dục STEM ở trường THCS
• 1.4.1. Mục đích điều tra
• 1.4.2. Phương pháp điều tra
• 1.4.3. Kết quả điều tra thông qua phiếu phỏng vấn
• 1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
• 2. Chương 2: THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM CHỦ ĐỀ “ÁO PHAO XANH”
• 2.1. Vị trí, cấu trúc, nội dung kiến thức và mục tiêu về chuẩn kiến thức kỹ năng của chương “Cơ học” vật lý 8
• 2.1.1. Phân tích nội dung dạy học phần Cơ học - Vật lí 8
• 2.1.2. Mục tiêu về chuẩn kiến thức kỹ năng
• 2.2. Thiết kế dạy học chủ đề “Áo phao xanh” theo định hướng giáo dục STEM
• 2.2.1. Lý do chọn chủ đề
• 2.2.2. Mục tiêu của chủ đề
• 2.2.3. Phân phối thời gian cho các nội dung kiến thức của chủ đề
• 2.2.4. Kiến thức STEM trong chủ đề
• 2.2.5. Chuẩn bị của giáo viên
• 2.2.6. Chuẩn bị của học sinh
• 2.2.7. Tiến hành hoạt động
• 2.2.7.1. Chuỗi hoạt động
• 2.2.7.2. Tổ chức các hoạt động
• 2.3. Đánh giá năng lực GQVĐ của HS trong quá trình dạy học
• 2.3.1. Các tiêu chí và phiếu để giáo viên đánh giá nhóm học sinh
• 2.3.2. Các tiêu chí và phiếu để học sinh tự đánh giá và đánh giá đồng đẳng
• 2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
• 3. Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM
• 3.1. Mục đích của thực nghiệm sư phạm
• 3.2. Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm
• 3.3. Kế hoạch thực nghiệm sư phạm
• 3.4. Tiến hành thực nghiệm sư phạm
• 3.5. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm
• 3.5.1. Đánh giá định tính
• 3.5.2. Đánh giá định lượng
• 3.5.3. Đánh giá chung về thực nghiệm sư phạm
• 3.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Thiết Kế Dạy Học STEM Vật Lý 8 Áo Phao Xanh

Giáo dục STEM đang ngày càng khẳng định vai trò quan trọng trong việc đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao, đáp ứng yêu cầu của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0. Thiết kế bài dạy STEM Vật Lý 8 với chủ đề áo phao xanh là một hướng đi đầy tiềm năng, kết hợp kiến thức vật lý lớp 8 với các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học. Chủ đề này không chỉ giúp học sinh hiểu sâu sắc các nguyên lý hoạt động áo phao dựa trên lực đẩy Archimedes mà còn khuyến khích các em vận dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề thực tiễn liên quan đến an toàn giao thông đường thủy. Việc dạy học tích hợp STEM thông qua dự án áo phao STEM sẽ tạo cơ hội cho học sinh phát triển tư duy sáng tạo, kỹ năng làm việc nhóm và khả năng giải quyết vấn đề một cách hiệu quả.

1.1. Vai trò của giáo dục STEM trong chương trình Vật Lý 8

Giáo dục STEM không chỉ là việc truyền đạt kiến thức mà còn là quá trình rèn luyện tư duy và kỹ năng cho học sinh. Thông qua các hoạt động thực hành và dự án, học sinh có cơ hội áp dụng kiến thức Vật lý lớp 8 vào thực tế, từ đó hiểu sâu sắc hơn về bản chất của các hiện tượng tự nhiên và vai trò của khoa học trong cuộc sống. Giáo dục STEM giúp học sinh phát triển các kỹ năng mềm như làm việc nhóm, giao tiếp, tư duy phản biện, và giải quyết vấn đề, những kỹ năng cần thiết cho sự thành công trong tương lai.

1.2. Giới thiệu chủ đề Áo phao xanh trong Vật lý 8 STEM

Chủ đề áo phao xanh là một chủ đề tích hợp liên môn, kết hợp kiến thức Vật lý lớp 8 về lực đẩy Archimedes và độ nổi với các lĩnh vực công nghệ, kỹ thuật và toán học. Học sinh sẽ được tìm hiểu về nguyên lý hoạt động áo phao, các yếu tố ảnh hưởng đến độ nổi, và cách tính toán thể tích áo phao phù hợp với từng đối tượng. Dự án này cũng khuyến khích học sinh sử dụng các vật liệu làm áo phao thân thiện với môi trường và thiết kế áo phao đảm bảo an toàn cứu sinh.

II. Thách Thức Dạy Vật Lý 8 Cần Thiết Kế Bài Dạy STEM Áo Phao

Mặc dù Vật lý lớp 8 có nhiều ứng dụng thực tiễn, việc truyền đạt kiến thức một cách khô khan và thiếu tính tương tác có thể khiến học sinh cảm thấy nhàm chán và khó tiếp thu. Một trong những thách thức lớn là làm thế nào để kết nối kiến thức vật lý với đời sống hàng ngày và khuyến khích học sinh tham gia tích cực vào quá trình học tập. Thiết kế bài dạy STEM với chủ đề áo phao STEM sẽ giúp giải quyết vấn đề này bằng cách tạo ra một môi trường học tập sáng tạo và khuyến khích học sinh vận dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề thực tiễn. Theo nghiên cứu của Đặng Thanh Phước, cần tăng cường các hoạt động nghiên cứu và tìm hiểu các ứng dụng vật lý trong áo phao để học sinh được nghiên cứu khoa học.

2.1. Khó khăn trong việc giảng dạy kiến thức lực đẩy Archimedes

Khái niệm lực đẩy Archimedes có thể trừu tượng đối với học sinh nếu không được minh họa bằng các ví dụ và thí nghiệm thực tế. Học sinh có thể gặp khó khăn trong việc hiểu rõ bản chất của lực đẩy và các yếu tố ảnh hưởng đến độ lớn của lực đẩy. Việc thiết kế thực hành STEM và các hoạt động trải nghiệm sẽ giúp học sinh hình dung rõ hơn về lực đẩy Archimedes và tính toán lực đẩy một cách chính xác.

2.2. Thiếu tính ứng dụng thực tiễn trong bài học Vật lý 8

Nhiều bài học Vật lý lớp 8 tập trung vào lý thuyết mà ít chú trọng đến việc ứng dụng kiến thức vào thực tế. Điều này có thể khiến học sinh cảm thấy kiến thức vật lý xa rời cuộc sống và không có giá trị thực tiễn. Dạy học tích hợp STEM sẽ giúp giải quyết vấn đề này bằng cách đưa ra các dự án và hoạt động gắn liền với thực tế, giúp học sinh thấy được vai trò của STEM trong trường học và Vật lý STEM trong cuộc sống.

III. Hướng Dẫn Thiết Kế Bài Dạy STEM Áo Phao Xanh Vật Lý 8

Để thiết kế bài dạy STEM chủ đề áo phao xanh hiệu quả, cần tuân thủ quy trình thiết kế bài dạy theo định hướng giáo dục STEM. Quy trình này bao gồm việc xác định vấn đề, nghiên cứu kiến thức nền, đề xuất giải pháp, thiết kế sản phẩm, chế tạo sản phẩm, thử nghiệm và đánh giá. Giáo viên cần đóng vai trò là người hướng dẫn, hỗ trợ học sinh trong quá trình học tập và tạo điều kiện cho học sinh phát huy tối đa khả năng sáng tạo và tư duy phản biện. Cần đảm bảo tính an toàn giao thông đường thủy trong quá trình thiết kế và thử nghiệm sản phẩm.

3.1. Xác định mục tiêu và nội dung kiến thức STEM chủ đề Áo phao

Mục tiêu của bài dạy STEM là giúp học sinh hiểu rõ về lực đẩy Archimedes, độ nổi và các yếu tố ảnh hưởng đến độ nổi, đồng thời vận dụng kiến thức để thiết kế và chế tạo áo phao có khả năng cứu sinh. Nội dung kiến thức bao gồm kiến thức Vật lý lớp 8, kiến thức về vật liệu, kiến thức về kỹ thuật thiết kế và chế tạo, và kiến thức về an toàn. Cần xác định rõ các chuẩn kiến thức kỹ năng cần đạt được sau bài học.

3.2. Lựa chọn phương pháp và hình thức tổ chức dạy học STEM

Nên sử dụng các phương pháp dạy học tích cực như phương pháp dự án, phương pháp vấn đáp, phương pháp trực quan, và phương pháp thực hành. Hình thức tổ chức dạy học có thể là làm việc nhóm, làm việc cá nhân, hoặc kết hợp cả hai. Cần tạo điều kiện cho học sinh được tham gia tích cực vào các hoạt động học tập và phát huy tối đa khả năng sáng tạo. Cần chú ý thiết kế sáng tạo áo phao dựa trên kiến thức đã học.

3.3. Chuẩn bị vật liệu và thiết bị cho dự án áo phao STEM

Vật liệu cần chuẩn bị bao gồm các loại vật liệu có khả năng nổi như xốp, nhựa, vải chống thấm, và các vật liệu kết dính. Thiết bị cần chuẩn bị bao gồm dụng cụ cắt, dụng cụ đo, và dụng cụ kiểm tra độ nổi. Cần lựa chọn các vật liệu và thiết bị an toàn và dễ sử dụng cho học sinh. Cần tính toán chính xác khối lượng riêng các vật liệu sử dụng.

IV. Tổ Chức Dạy Học Dự Án STEM Áo Phao Xanh Vật Lý 8 Hiệu Quả

Việc tổ chức dạy học dự án STEM áo phao xanh cần được thực hiện theo các bước rõ ràng, từ khâu giới thiệu vấn đề, hình thành ý tưởng, thiết kế, chế tạo, thử nghiệm và cải tiến sản phẩm. Giáo viên đóng vai trò quan trọng trong việc hướng dẫn, hỗ trợ học sinh, tạo điều kiện để các em phát huy tối đa khả năng sáng tạo và làm việc nhóm. Đánh giá sản phẩm cần dựa trên các tiêu chí rõ ràng, đảm bảo tính khoa học, kỹ thuật và thẩm mỹ, đồng thời đảm bảo độ nổi và an toàn cứu sinh.

4.1. Giao nhiệm vụ và hướng dẫn học sinh nghiên cứu kiến thức nền

Giáo viên giới thiệu vấn đề cần giải quyết (thiết kế và chế tạo áo phao) và hướng dẫn học sinh nghiên cứu các kiến thức nền liên quan đến lực đẩy Archimedes, độ nổi, áp suất chất lỏng và các yếu tố ảnh hưởng đến độ nổi. Học sinh có thể tìm kiếm thông tin từ sách giáo khoa, internet, hoặc các tài liệu tham khảo khác.

4.2. Hướng dẫn học sinh thiết kế và chế tạo áo phao STEM

Giáo viên hướng dẫn học sinh thiết kế áo phao dựa trên kiến thức đã học và các yêu cầu về kích thước, hình dạng, vật liệu và độ nổi. Học sinh cần vẽ bản thiết kế chi tiết và lựa chọn vật liệu phù hợp. Sau khi thiết kế xong, học sinh tiến hành chế tạo áo phao theo bản thiết kế.

4.3. Tổ chức thử nghiệm và đánh giá sản phẩm áo phao STEM

Sau khi chế tạo xong, học sinh tiến hành thử nghiệm áo phao để kiểm tra độ nổi và khả năng cứu sinh. Giáo viên hướng dẫn học sinh quan sát, đo đạc và ghi lại kết quả thử nghiệm. Dựa trên kết quả thử nghiệm, học sinh phân tích, đánh giá sản phẩm và đề xuất các cải tiến cần thiết. Việc đánh giá phải dựa trên các tiêu chí đánh giá năng lực GQVĐ cụ thể.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn và Kết Quả Nghiên Cứu Dạy Học STEM Áo Phao

Dự án áo phao xanh không chỉ giúp học sinh nắm vững kiến thức Vật lý lớp 8 mà còn tạo cơ hội cho các em vận dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề thực tiễn liên quan đến an toàn giao thông đường thủy. Sản phẩm áo phao do học sinh thiết kế và chế tạo có thể được sử dụng trong các hoạt động vui chơi giải trí dưới nước, hoặc trong các tình huống khẩn cấp. Theo nghiên cứu của Đặng Thanh Phước, việc tổ chức dạy học STEM giúp phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh.

5.1. Thúc đẩy tư duy sáng tạo và kỹ năng giải quyết vấn đề

Dự án áo phao xanh khuyến khích học sinh tư duy sáng tạo để thiết kế và chế tạo áo phao đáp ứng các yêu cầu về độ nổi, an toàn và thẩm mỹ. Học sinh phải đối mặt với nhiều vấn đề trong quá trình thiết kế và chế tạo và phải tìm ra các giải pháp để giải quyết các vấn đề đó. Điều này giúp học sinh rèn luyện kỹ năng giải quyết vấn đề một cách hiệu quả.

5.2. Nâng cao nhận thức về an toàn giao thông đường thủy

Thông qua dự án áo phao xanh, học sinh hiểu rõ hơn về tầm quan trọng của việc sử dụng áo phao khi tham gia các hoạt động dưới nước. Học sinh cũng được trang bị kiến thức về cách sử dụng áo phao đúng cách và cách ứng phó với các tình huống khẩn cấp trên sông nước.

VI. Kết Luận và Triển Vọng Dạy Học STEM Áo Phao Xanh Vật Lý 8

Việc thiết kế và tổ chức dạy học STEM với chủ đề áo phao xanh là một hướng đi đầy tiềm năng trong việc đổi mới phương pháp dạy học Vật lý lớp 8. Dự án này không chỉ giúp học sinh nắm vững kiến thức vật lý mà còn khuyến khích các em vận dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề thực tiễn, phát triển tư duy sáng tạo và kỹ năng làm việc nhóm. Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các giáo án STEM và bài học STEM Áo Phao khác để nâng cao chất lượng dạy học vật lý.

6.1. Đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo về STEM Vật lý

Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các chủ đề STEM khác liên quan đến kiến thức vật lý, ví dụ như thiết kế và chế tạo thuyền buồm, mô hình nhà chống lũ, hoặc hệ thống tưới tiêu tự động. Cần tìm kiếm các phương pháp đánh giá hiệu quả của dạy học STEM một cách khách quan và chính xác.

6.2. Kiến nghị để phát triển giáo dục STEM trong trường học

Cần tăng cường đào tạo và bồi dưỡng cho giáo viên về kiến thức và kỹ năng dạy học STEM. Cần đầu tư cơ sở vật chất và trang thiết bị cho các phòng thí nghiệm STEM. Cần khuyến khích sự hợp tác giữa nhà trường, gia đình và cộng đồng trong việc triển khai giáo dục STEM.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Thị trường lao động trong kỷ nguyên số ghi nhận sự gia tăng vượt bậc của các ngành nghề liên quan đến khoa học và kỹ thuật với tốc độ tăng trưởng 26% trong giai đoạn 2004-2014, gấp 2 lần mức trung bình của các lĩnh vực khác. Trước xu thế đó, giáo dục Việt Nam đang chuyển mình mạnh mẽ theo tinh thần của Chương trình Giáo dục phổ thông 2018 và Chỉ thị số 16/CT-TTg ngày 04/5/2017 của Thủ tướng Chính phủ về tăng cường năng lực tiếp cận cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư. Tuy nhiên, thực tế dạy học môn Vật lý cấp trung học cơ sở hiện nay vẫn chủ yếu truyền thụ kiến thức hàn lâm; học sinh thiếu cơ hội vận dụng lý thuyết vào giải quyết các bài toán đời sống thực tiễn.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm của luận văn là khắc phục sự mất cân đối giữa trang bị lý thuyết và thực hành trải nghiệm trong dạy học Vật lý lớp 8. Mục tiêu cụ thể của đề tài là xây dựng quy trình thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề giáo dục STEM "Áo phao xanh" thuộc chương "Cơ học", nhằm phát triển toàn diện năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh. Nghiên cứu được thực hiện tại trường Trung học cơ sở Hoàng Văn Thụ, tỉnh Lạng Sơn trong năm học 2019-2020.

Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện ở việc tạo ra một quy trình sư phạm khả thi với thời lượng gồm 2 tiết chính khóa và 5 ngày dự án ngoại khóa, giúp hơn 85% học sinh trong lớp thực nghiệm nâng cao rõ rệt các chỉ số thành phần của năng lực giải quyết vấn đề, đồng thời giải quyết bài toán tái chế 100% rác thải chai nhựa thành sản phẩm phao cứu sinh hữu ích cho cộng đồng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu xây dựng trên nền tảng khung lý thuyết giáo dục STEM của Honey (2014) và Hiệp hội Giáo viên Dạy Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ (NSTA, 1944). Mô hình này xác định STEM là phương thức giáo dục tích hợp liên ngành giữa bốn lĩnh vực: Khoa học (Science), Công nghệ (Technology), Kỹ thuật (Engineering) và Toán học (Mathematics), đưa các khái niệm học thuật gắn liền với bối cảnh thực tế.

Bên cạnh đó, đề tài vận dụng mô hình cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề gồm 4 thành tố cốt lõi: Tìm hiểu vấn đề; Thiết lập không gian vấn đề; Lập kế hoạch và thực hiện giải pháp; Đánh giá và phản ánh giải pháp. Tiến trình dạy học STEM được thiết kế chuẩn hóa qua 5 hoạt động học tập: Khởi động phát hiện vấn đề; Nghiên cứu kiến thức nền; Đề xuất ý tưởng thiết kế; Chế tạo thử nghiệm; Báo cáo và đánh giá sản phẩm. Ba khái niệm chuyên ngành nền tảng được tích hợp xuyên suốt là: Lực đẩy Ác-si-mét, Điều kiện cân bằng vật nổi, và Dạy học trải nghiệm liên môn.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được thu thập từ khảo sát thực trạng trên cỡ mẫu 45 giáo viên môn Vật lý và 126 học sinh khối 8 tại trường Trung học cơ sở Hoàng Văn Thụ, tỉnh Lạng Sơn. Mẫu nghiên cứu được lựa chọn theo phương pháp chọn mẫu thuận tiện có chủ đích, phản ánh đặc thù giảng dạy bộ môn khoa học tự nhiên tại khu vực miền núi phía Bắc.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích kết hợp giữa thống kê toán học mô tả và thực nghiệm sư phạm là nhằm đối chiếu khách quan giữa số liệu định lượng (tần suất, phần trăm) với các quan sát định tính qua phiếu tiêu chí Rubric đánh giá năng lực. Quá trình thu thập dữ liệu, thiết kế chủ đề và triển khai thực nghiệm sư phạm được tiến hành liên tục từ tháng 9/2019 đến tháng 1/2020.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Khảo sát thực tiễn cung cấp các số liệu quan trọng về thực trạng dạy và học môn Vật lý:

Thứ nhất, mức độ hiểu biết và vận dụng STEM của giáo viên còn hạn chế: 42/45 giáo viên (chiếm 93,3%) chưa từng được tập huấn về STEM; 43/45 giáo viên (chiếm 95,6%) chưa bao giờ vận dụng giáo dục STEM vào giảng dạy. Dù vậy, 77,8% giáo viên (35/45 thầy cô) đánh giá việc đưa STEM vào nhà trường là cần thiết hoặc rất cần thiết.

Thứ hai, rào cản lớn nhất đối với giáo viên nằm ở khâu thiết kế và thời gian: 44/45 giáo viên (chiếm 97,8%) phản ánh việc thiết kế hoạt động STEM làm mất nhiều thời gian; 41/45 giáo viên (chiếm 91,1%) thiếu thời lượng tiết học do chương trình nặng; 38/45 giáo viên (chiếm 84,4%) cho biết cơ sở vật chất không đủ phương tiện dạy học. Dù vậy, 100% giáo viên (45/45 người) đều khẳng định học sinh sẽ rất hứng thú khi được tự tay chế tạo sản phẩm.

Thứ ba, nhu cầu thực hành và trải nghiệm sáng tạo của học sinh rất cao: 89,7% học sinh (113/126 em) mong muốn áp dụng lý thuyết để chế tạo sản phẩm; 91,3% học sinh (115/126 em) hào hứng với các giờ học có ứng dụng kỹ thuật và thí nghiệm. Trái lại, 73,0% học sinh (92/126 em) cho biết giáo viên chủ yếu chỉ dùng thí nghiệm biểu diễn hoặc chiếu video mô phỏng, học sinh rất hiếm khi được tự tay làm thí nghiệm thực hành.

Thảo luận kết quả

Các phát hiện trên chỉ ra khoảng cách đáng kể giữa nguyện vọng thực hành chế tạo của học sinh (89,7%) và tỷ lệ triển khai STEM thực tế của giáo viên (chỉ 4,4%). Nguyên nhân chủ yếu xuất phát từ áp lực thi cử truyền thống và việc thiếu vắng các tài liệu hướng dẫn quy trình bài học mẫu.

Dữ liệu khảo sát có thể được hệ thống hóa rõ nét qua các biểu đồ hình cột phân tích các nhóm khó khăn của giáo viên và bảng phân phối tỷ lệ mức độ hứng thú của học sinh. Kết quả này tương đồng với các nghiên cứu của Nguyễn Văn Biên và Tưởng Duy Hải (2019), khẳng định mô hình dạy học tích hợp theo dự án là giải pháp tối ưu. Luận văn đã chứng minh tính khả thi của chủ đề "Áo phao xanh": chỉ với 2 tiết học trên lớp và 5 ngày chế tạo ngoại khóa tại nhà, học sinh không chỉ nắm vững kiến thức Lực đẩy Ác-si-mét và Sự nổi mà còn tự lực tính toán số lượng chai nhựa cần thiết để nâng một cơ thể người nổi cân bằng trong nước.

Đề xuất và khuyến nghị

Để nhân rộng mô hình dạy học STEM hiệu quả trong nhà trường trung học cơ sở, luận văn đưa ra 4 khuyến nghị then chốt:

Tập huấn chuẩn hóa phương pháp thiết kế bài học STEM cho 100% giáo viên bộ môn Khoa học tự nhiên trước năm 2022. Sở Giáo dục và Đào tạo phối hợp cùng các trường đại học sư phạm tổ chức các khóa bồi dưỡng chuyên sâu nhằm giảm thiểu ít nhất 30% thời gian chuẩn bị giáo án cho giáo viên.

Xây dựng ngân hàng chủ đề dạy học tích hợp sử dụng vật liệu tái chế giá rẻ như chai nhựa, xốp, ống hút. Tổ chuyên môn Vật lý - Công nghệ tại các trường trung học cơ sở triển khai tối thiểu 2 chủ đề STEM/học kỳ cho khối lớp 8, bắt đầu từ năm học 2020-2021.

Đổi mới công cụ kiểm tra đánh giá theo định hướng tiếp cận năng lực. Ban Giám hiệu nhà trường và giáo viên bộ môn áp dụng hệ thống phiếu đánh giá Rubric, phiếu tự đánh giá và đánh giá đồng đẳng, phân bổ tỷ trọng 20-30% điểm số thường xuyên cho các sản phẩm dự án sáng tạo.

Đầu tư không gian trải nghiệm khoa học mở tại các trường học. Nhà trường tận dụng phòng thực hành sẵn có để xây dựng góc sáng chế STEM, hướng tới mục tiêu 100% học sinh được trực tiếp làm thí nghiệm và chế tạo ít nhất 1 lần mỗi tuần trong giai đoạn 2021-2025.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và sản phẩm của luận văn mang lại giá trị thực tiễn cho 4 nhóm đối tượng:

Giáo viên môn Vật lý và Khoa học tự nhiên cấp Trung học cơ sở: Khai thác trực tiếp giáo án chi tiết 2 tiết, hệ thống phiếu học tập và 4 tiêu chí đánh giá năng lực giải quyết vấn đề để giảng dạy hiệu quả các bài học Lực đẩy Ác-si-mét và Sự nổi trong chương trình Vật lý 8 và Khoa học tự nhiên 8.

Cán bộ quản lý chuyên môn và Ban Giám hiệu trường phổ thông: Sử dụng các số liệu thực trạng về rào cản thời gian (91,1%) và thiết bị (84,4%) để hoạch định thời khóa biểu linh hoạt, bố trí ngân sách và xây dựng các câu lạc bộ STEM ngoại khóa.

Sinh viên chuyên ngành Sư phạm Vật lý và Sư phạm Khoa học tự nhiên: Nghiên cứu phương pháp luận thực nghiệm sư phạm, kỹ thuật tích hợp liên môn và cách xây dựng bộ công cụ đánh giá Rubric chuẩn hóa phục vụ quá trình kiến tập, thực tập giảng dạy.

Chuyên gia phát triển chương trình và tác giả sách giáo khoa: Tham khảo mô hình "Áo phao xanh" như một bài học điển hình về việc lồng ghép giáo dục bảo vệ môi trường, ứng phó biến đổi khí hậu và rèn luyện kỹ năng sinh tồn vùng lũ vào môn học chính khóa.

Câu hỏi thường gặp

Chủ đề “Áo phao xanh” giải quyết những đơn vị kiến thức nào trong chương trình Vật lý lớp 8? Chủ đề tích hợp trực tiếp kiến thức của Bài 10 (Lực đẩy Ác-si-mét), Bài 11 (Thực hành nghiệm lại lực đẩy Ác-si-mét) và Bài 12 (Sự nổi). Học sinh vận dụng công thức tính lực đẩy và điều kiện nổi của vật để tính toán thể tích và số lượng chai nhựa cần thiết giúp nâng người có trọng lượng 40-50 kg nổi an toàn.

Thời lượng tổ chức chủ đề STEM này được phân bổ ra sao để không quá tải chương trình? Tiến trình gồm 2 tiết học trên lớp kết hợp 5 ngày làm việc ngoại khóa. Tiết 1 dành cho việc tiếp thu kiến thức nền và phê duyệt bản vẽ kỹ thuật; 5 ngày ngoại khóa để các nhóm thu gom chai nhựa và chế tạo sản phẩm; Tiết 2 dành cho báo cáo, thử nghiệm độ nổi và đánh giá.

Làm thế nào để đánh giá khách quan năng lực giải quyết vấn đề của từng học sinh? Giáo viên sử dụng kết hợp ba công cụ: bảng tiêu chí quan sát Rubric theo 4 thành tố năng lực, phiếu tự đánh giá của cá nhân và phiếu đánh giá chéo giữa các thành viên trong nhóm. Cách tiếp cận đa chiều này triệt tiêu hoàn toàn sự ỷ lại trong làm việc tập thể.

Chủ đề này có khả thi tại các trường vùng sâu, vùng xa khó khăn về cơ sở vật chất không? Hoàn toàn khả thi vì nguyên liệu chế tạo sử dụng 100% rác thải nhựa sinh hoạt dễ tìm như chai nước khoáng đã qua sử dụng, dây rút nhựa, keo dán. Chi phí làm ra mỗi chiếc áo phao gần như bằng 0 đồng, rất phù hợp với các địa bàn miền núi như tỉnh Lạng Sơn.

Điểm đổi mới căn bản của đề tài so với cách dạy học Vật lý truyền thống là gì? Dạy học truyền thống chỉ dừng lại ở việc đọc số liệu lực kế trong phòng thí nghiệm; đề tài đưa học sinh vào vai trò kỹ sư thiết kế, phải liên kết toán học, kỹ thuật gia công và ý thức bảo vệ môi trường để giải quyết bài toán chống đuối nước thực tế.

Kết luận

• Hệ thống hóa hoàn chỉnh cơ sở lý luận về giáo dục STEM và cấu trúc 4 thành tố của năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh trung học cơ sở.
• Cung cấp dữ liệu thực trạng chính xác từ 45 giáo viên và 126 học sinh tại tỉnh Lạng Sơn, phản ánh rõ 97,8% thầy cô gặp khó khăn về thiết kế bài dạy.
• Xây dựng thành công quy trình dạy học chủ đề "Áo phao xanh" gồm 5 hoạt động học tập tích hợp giữa lý thuyết cơ học và bảo vệ môi trường.
• Đóng góp bộ công cụ đánh giá Rubric định lượng và định tính chuẩn xác, đảm bảo độ tin cậy cao cho việc đo lường năng lực người học.
• Kế hoạch giai đoạn 2020-2025 hướng tới nhân rộng mô hình tại các tỉnh miền núi phía Bắc và số hóa hệ thống học liệu trên nền tảng trực tuyến.

Công trình là tài liệu tham khảo giá trị cho các nhà giáo dục đang tìm kiếm giải pháp chuyển đổi phương pháp dạy học theo định hướng phát triển phẩm chất và năng lực học sinh. Hãy bắt đầu áp dụng quy trình thiết kế bài học STEM ngay hôm nay để biến mỗi giờ học Vật lý thành một không gian sáng tạo và trải nghiệm thực tiễn sống động cho học sinh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY HỌC STEM THEO HƯỚNG PHÁT TRIÉN NĂNG LỰC g iả i q u y ế t v á n đ ề CHO HỌC SINH 1. Lịch sử vấn đề nghiên cứu về giáo dục STEM 1. Nghiên cứu về giáo dục STEM trên thế giới Trên thế giới, các nhà lãnh đạo, các nhà khoa học đều nhấn mạnh vai trò của giáo dục STEM trong nền giáo dục tiên tiến. Tổng thống Barack Obama phát biểu tại Hội chợ Khoa học Nhà Trắng hàng năm, tổ chức lần thứ ba vào tháng 4 năm 2013 như sau: “Một trong những điều mà tôi tập trung khi làm Tổng thống là làm thế nào chúng ta tạo ra một phương pháp tiếp cận toàn diện cho khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học (STEM).

Chúng ta cần phải ưu tiên đào tạo đội ngũ giáo viên mới trong các lĩnh vực STEM để đảm bảo rằng tất cả chúng ta là một quốc gia ngày càng dành cho các giáo viên sự tôn trọng cao hơn mà họ xứng đáng”. Giáo sư Steven Chu, người đoạt giải Nobel Vật lý, phát biểu tại đại học SUSTech, ngày 16 tháng 10 năm 2016: “Giáo dục STEM là một loại hình giáo dục hướng dẫn bạn học cách tự học”, giáo sư Chu đã chỉ ra lợi thế của giáo dục STEM: “Tự học là rất quan trọng trong quá trình phát triển cá nhân. Học STEM cho phép mọi người tự trang bị cho mình khả năng suy nghĩ hợp lý, khả năng rà soát và tìm kiếm xác nhân như học toán học và có kiến thức sâu rộng. Nó mang đến cho bạn sự tự tin để đi đầu trong lĩnh vực mà chúng ta đang làm, thâm chí nhảy vào một lĩnh vực mới mà chúng ta chưa bao giờ đặt chân vào trước đây.

Bạn sẽ không bao giờ nói rằng bạn không thể chỉ vì thiếu kiến thức đầy đủ, đó là điểm quan trọng nhất của giáo dục STEM” [11]. Tháng 11/2016, Giáo sư Dan Shechtman, người đoạt giải Nobel về nghiên cứu hóa học và khoa học vật liệu cho biết: “Israel phải làm nhiều hơn nữa để thúc đẩy nghiên cứu khoa học để đảm bảo giữ được công nghệ của mình. Chính phủ phải khuyến khích các nghiên cứu khoa học và kỹ thuật ở độ tuổi trẻ”. Shechtman trả lời trong một cuộc phỏng vấn qua điện thoại rằng: “Tất cả trẻ em đều phải học chương trình cốt lõi và chính phủ phải nâng cao trình độ của một số giáo viên” [11].

5 Tháng 9/2013, Thủ tướng Malaysia ông Datuk Seri Najib Razak phát biểu: “Malaysia dự kiến 60% trẻ em và thanh thiếu niên tham gia chương trình giáo dục về khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học (STEM) vì sự nghiệp cho một tương lai tốt đẹp hơn của đất nước”. Najib cho biết: “Trẻ em và thanh thiếu niên có thể bị cuốn hút bởi khoa học thông qua một phương pháp giảng dạy và học tập thú vị hơn. Đó là hãy cho họ tham gia vào các dự án thực tế và cung cấp cho họ một số dự án đầy thách thức, để tìm giải pháp so với cách tiếp cân từ trên xuống mà ông cảm thấy khá là nhàm chán” [11]. Tờ TAME của Mỹ cho biết: “Từ năm 2004 đến năm 2014, việc làm liên quan đến khoa học và kỹ thuật tăng 26%, gấp hai lần so với tốc độ tăng trưởng trung bình của các ngành nghề khác.

Trong khi đó, việc làm STEM có tốc độ tăng trưởng gấp 4 lần so với tốc độ tăng trưởng trung bình của các ngành khác nếu tính từ năm 1950 đến 2007. Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì nhu cầu việc làm liên quan đến STEM ngày càng lớn, đòi hỏi ngành giáo dục cũng phải có những thay đổi để đáp ứng nhu cầu của xã hội. Giáo dục STEM có thể tạo ra những con người đáp ứng được nhu cầu công việc của thế kỷ mới, có tác động lớn đến sự thay đổi nền kinh tế đổi mới”. Trong một bài phát biểu trước thượng nghị viện Mỹ, Bill Gates đã từng nói: “Chúng ta không thể duy trì được nền kinh tế dẫn đầu toàn cầu trừ khi chúng ta xây dựng được lực lượng lao động có kiến thức và kỹ năng để sáng tạo”.

Bill Gates đặc biệt nhấn mạnh đến vai trò của giáo dục trong việc xây dựng lực lượng lao động này. Ông nói tiếp: “Chúng ta cũng không thể duy trì được một nền kinh tế sáng tạo trừ khi chúng ta có những công dân được đào tạo tốt về toán học, khoa học và kỹ thuật” [11]. Hiện tại, giáo dục STEM đã và đang được triển khai tại hầu hết các nước có nền giáo dục tiên tiến trên thế giới, đặc biệt là các nước công nghiệp phát triển như Mỹ, Úc, Phần Lan, Canada, Nhật Bản, Hàn Quốc. Như vây, có thể thấy rằng giáo dục STEM trên thế giới đã trở thành trào lưu và đang phát triển mạnh mẽ tại nhiều nước trên thế giới.

Thâm chí tại Canada người lao động nhập cư có các kỹ năng STEM sẽ được hưởng các phúc lợi xã hội tốt hơn so với người dân lao động bản xứ. Chính phủ Canada đánh giá cao những người nhập cư có các kỹ năng STEM, họ cho rằng đây là nguồn lao động chính cho họ và rằng người nhập cư có kỹ năng STEM sẽ thúc đẩy các 6 ngành nghề kinh tế của đất nước này phát triển, đặc biệt làm tăng khả năng giao thương quốc tế [10]. Nghiên cứu về giáo dục STEM ở trong nước Nhân thấy tiềm năng và những lợi ích thiết thực của giáo dục STEM, đặc biệt là giáo dục STEM tạo ra một sân chơi sáng tạo cho các em học sinh, nhằm giúp các em có cơ hội được tham gia các hoạt động có tính khoa học, hiện đại và nâng cao; công ty cổ phần DTT Eduspec đã lần đầu tên giới thiệu chương trình Giáo dục STEM vào Việt Nam từ năm 2011 tại hai thành phố lớn là Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh, sau đó là Đà Nẵng vào năm 2013 và Cần Thơ năm 2016. Đến nay, đã có hàng chục ngàn học sinh tại các thành phố này theo học và đã tham dự nhiều cuộc thi Robothon Quốc tế, Khoa học máy tính, Internet vạn vật trong suốt những năm qua [10].

Ngày 01/12/2015, công ty DTT Eduspec chính thức ra mắt chuỗi trung tâm “Học viện STEM” đáp ứng nhu cầu của các bạn học sinh đam mê STEM tại các cơ sở trên toàn quốc, với địa chỉ website là “hocvienstem. Một địa chỉ cũng khá nổi tiếng nữa là “Học viện Khám phá” [10]. Năm 2015, Bộ Khoa học và Công nghệ Việt Nam và Liên minh STEM tổ chức ngày hội STEM lần đầu tiên, tiếp theo đó là nhiều sự kiện tương tự trên toàn quốc, nổi bật là “Ngày hội STEM” quốc gia đã được tổ chức liên tục hàng [10]. Năm học 2015 - 2016, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã khuyến khích nội dung STEM trong chương trình giáo dục đào tạo.

Dự án thí điểm “Áp dụng phương pháp giáo dục STEM của Vương quốc Anh vào bối cảnh Việt Nam 2016- 2017” được triển khai từ tháng 01 năm 2016. Tháng 02 vừa qua, Hội đồng Anh kết hợp với Bộ Giáo dục và Đào tạo tổ chức giai đoạn 4 của dự án, rà soát và đánh giá phương pháp giáo dục theo định hướng STEM (khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán) tại 15 trường trung học cơ sở và THPT thuộc địa bàn Hà Nội, Hải Dương, Hải Phòng, Nam Định và Quảng Ninh [10]. Sở Giáo dục và Đào tạo Thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội, Cần Thơ, Đà Nẵng đều đã có chỉ đạo các cơ sở giáo dục trên địa bàn tiếp tục quán triệt tinh thần giáo dục tích hợp khoa học - công nghệ - kỹ thuật - toán trong việc thực hiện chương trình giáo dục phổ thông ở những môn học liên quan [10]. 7 Từ năm 2015, các tỉnh thành như Nam Định, Hải Phòng, Nghệ An, Hải Dương, Đồng Tháp, Lào Cai, Quảng Ninh, Bắc Ninh,.

đã và đang triển khai nhiều hoạt động về giáo dục STEM [10]. Nhiều trường học trong cả nước đã tổ chức đào tạo STEM với hàng ngàn lượt giáo viên và hàng trăm ngàn lượt học sinh từ các khóa ngắn hạn đến dài hạn và đưa vào chương trình chính khóa. Cụ thể, tại Thành phố Hồ Chí Minh đã có khoảng 100 trường dạy các môn Robotics, Khoa học máy tín h .; tại Hà Nội có gần 200 trường triển khai các môn Robotics, Khoa học máy tính, Khoa học dữ liệu, Internet vạn v ậ t. ; tại Đà Nẵng có hơn 20 trường triển khai các môn Robotics, Khoa học máy tín h.

Ông Nguyễn Khắc Thành Hiệu trưởng trường đại học FPT nói: “Trường tiểu học FPT cũng đã có kế hoạch triển khai giáo dục STEM vào chương trình chính khóa bắt buộc từ năm học 2017 - 2018, với sự kết hợp cùng Trung tâm American STEM” [10].vn cho biết: “Ở Việt Nam các trung tâm giáo dục ngoại khoá đã sớm áp dụng các chương trình đào tạo STEM cho học sinh nhiều lứa tuổi. Trên môi trường mạng, mạng xã hội chuyên về giáo dục STEM (stem.vn) đã chính thức được hòa mạng cùng Hệ tri thức Việt số hóa ngày 01/01/2018 vừa qua. Mạng xã hội stem.vn được xây dựng nhằm hỗ trợ các thành viên của cộng đồng STEM Việt Nam, những người quan tâm tới giáo dục STEM tại Việt Nam trao đổi, chia sẻ tài liệu học, khóa học, tăng cường các trải nghiệm, thông tin hoạt động về giáo dục STEM - một chủ đề mới phục vụ cách mạng công nghiệp 4. Chỉ thị 16/CT-TTg ngày 04/5/2017 đã chỉ rõ: “Tăng cường năng lực tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư (còn gọi là cách mạng công nghiệp 4.0) nhằm chủ động nắm bắt cơ hội, đưa ra các giải pháp thiết thực tận dụng tối đa các lợi thế, đồng thời giảm thiểu những tác động tiêu cực của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đối với Việt Nam”.

Thủ tướng Chính phủ Nguyễn Xuân Phúc đã nói: “Tất cả các bộ, ngành, địa phương triển khai đồng bộ nhiều giải pháp để thay đổi mạnh mẽ các chính sách, nội dung, phương pháp giáo dục và dạy nghề nhằm tạo ra nguồn nhân lực có khả năng tiếp nhận các xu thế công nghệ sản xuất mới, trong đó cần tập trung vào thúc đẩy đào tạo về STEM bên cạnh ngoại ngữ, tin học trong chương trình giáo dục phổ thông [10]”. Thủ tướng Chính phủ Nguyễn Xuân Phúc cũng đã giao trách nhiệm cho Bộ Giáo dục và Đào tạo thúc đẩy triển khai giáo dục STEM trong chương trình giáo dục 8 phổ thông; tổ chức thí điểm tại một số trường phổ thông ngay từ năm học 2017 - 2018 [2].