Thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề stem mô hình ròng rọc pa lăng vật lí 10 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh

Khám phá thiết kế và tổ chức dạy học STEM với mô hình ròng rọc pa lăng, giúp phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh lớp 10.

• Tác giả: Phan Nguyễn Thảo My
• Người hướng dẫn: Th.S. Lê Vũ Trường Sơn
• Trường học: Đại học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Sư phạm Vật lí
• Đề tài: Thiết Kế Dạy Học STEM Với Mô Hình Ròng Rọc Pa Lăng Để Phát Triển Năng Lực Giải Quyết Vấn Đề Của Học Sinh
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Đà Nẵng

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CỤM TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC BIỂU ĐỒ, SƠ ĐỒ
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Lý do chọn đề tài
• 0.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 0.3. Nhiệm vụ nghiên cứu
• 0.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 0.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY HỌC STEM NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
• 1.1. Năng lực giải quyết vấn đề
• 1.1.1. Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề
• 2. CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM “MÔ HÌNH RÒNG RỌC PA LĂNG” NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH
• 3. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Thiết Kế Dạy Học STEM Với Mô Hình Ròng Rọc Pa Lăng

Thiết kế dạy học STEM với mô hình ròng rọc pa lăng là một phương pháp giáo dục hiện đại, giúp học sinh phát triển năng lực giải quyết vấn đề. Mô hình này không chỉ mang lại kiến thức lý thuyết mà còn khuyến khích sự sáng tạo và tư duy phản biện của học sinh. Việc áp dụng mô hình này trong giảng dạy vật lý lớp 10 sẽ tạo ra môi trường học tập tích cực và hiệu quả.

1.1. Khái Niệm Về Dạy Học STEM

Dạy học STEM là phương pháp giáo dục tích hợp các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học. Mục tiêu chính là phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh thông qua các hoạt động thực tiễn.

1.2. Lợi Ích Của Mô Hình Ròng Rọc Pa Lăng

Mô hình ròng rọc pa lăng giúp học sinh hiểu rõ hơn về các khái niệm vật lý như lực, công và năng lượng. Học sinh có thể áp dụng kiến thức vào thực tiễn, từ đó nâng cao khả năng tư duy và giải quyết vấn đề.

II. Thách Thức Trong Việc Áp Dụng Dạy Học STEM

Mặc dù dạy học STEM với mô hình ròng rọc pa lăng mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức trong quá trình triển khai. Các giáo viên cần phải đối mặt với việc thiếu tài liệu hỗ trợ và thiết bị dạy học phù hợp.

2.1. Thiếu Tài Nguyên Dạy Học

Nhiều trường học chưa có đủ thiết bị và tài liệu cần thiết để thực hiện dạy học STEM hiệu quả. Điều này gây khó khăn cho giáo viên trong việc thiết kế bài học.

2.2. Khó Khăn Trong Đào Tạo Giáo Viên

Giáo viên cần được đào tạo bài bản về phương pháp dạy học STEM. Tuy nhiên, hiện tại, nhiều giáo viên vẫn chưa được trang bị đầy đủ kiến thức và kỹ năng cần thiết.

III. Phương Pháp Thiết Kế Dạy Học STEM Hiệu Quả

Để thiết kế dạy học STEM hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp giảng dạy tích cực và sáng tạo. Việc kết hợp lý thuyết với thực hành sẽ giúp học sinh dễ dàng tiếp thu kiến thức.

3.1. Sử Dụng Phương Pháp Học Tập Tích Cực

Phương pháp học tập tích cực khuyến khích học sinh tham gia vào quá trình học. Học sinh sẽ được thực hành và trải nghiệm thực tế thông qua việc chế tạo mô hình ròng rọc pa lăng.

3.2. Tích Hợp Công Nghệ Trong Dạy Học

Việc sử dụng công nghệ trong dạy học STEM giúp tạo ra môi trường học tập hấp dẫn. Các công cụ trực tuyến và phần mềm mô phỏng có thể hỗ trợ học sinh trong việc hiểu rõ hơn về các khái niệm vật lý.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Mô Hình Ròng Rọc Pa Lăng

Mô hình ròng rọc pa lăng không chỉ là một công cụ học tập mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn trong đời sống. Học sinh có thể thấy được sự liên kết giữa lý thuyết và thực tiễn thông qua các dự án thực tế.

4.1. Ứng Dụng Trong Ngành Công Nghiệp

Mô hình ròng rọc pa lăng được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp để nâng hạ vật nặng. Học sinh có thể tìm hiểu về cách thức hoạt động của các thiết bị này trong thực tế.

4.2. Tạo Ra Sản Phẩm Thực Tế

Học sinh có thể chế tạo các sản phẩm từ mô hình ròng rọc pa lăng, từ đó phát triển kỹ năng sáng tạo và giải quyết vấn đề. Điều này giúp học sinh tự tin hơn trong việc áp dụng kiến thức vào thực tiễn.

V. Kết Luận Về Thiết Kế Dạy Học STEM

Thiết kế dạy học STEM với mô hình ròng rọc pa lăng là một phương pháp hiệu quả để phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh. Việc áp dụng mô hình này không chỉ giúp học sinh tiếp thu kiến thức mà còn khuyến khích sự sáng tạo và tư duy phản biện.

5.1. Tương Lai Của Dạy Học STEM

Dạy học STEM sẽ tiếp tục phát triển và trở thành một phần quan trọng trong giáo dục hiện đại. Các trường học cần đầu tư vào cơ sở vật chất và đào tạo giáo viên để nâng cao chất lượng dạy học.

5.2. Khuyến Khích Sự Sáng Tạo Của Học Sinh

Khuyến khích học sinh tham gia vào các hoạt động sáng tạo sẽ giúp phát triển tư duy và khả năng giải quyết vấn đề. Mô hình ròng rọc pa lăng là một ví dụ điển hình cho việc áp dụng kiến thức vào thực tiễn.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo theo tinh thần Nghị quyết số 29-NQ/TW, Nghị quyết số 88/2014/QH13 và Quyết định số 404/QĐ-TTg đặt ra yêu cầu chuyển mạnh quá trình giáo dục từ chủ yếu trang bị kiến thức sang phát triển toàn diện phẩm chất và năng lực người học. Trong bối cảnh cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư với sự phát triển của trí tuệ nhân tạo, thực tế ảo và tự động hóa, yêu cầu hình thành nguồn nhân lực có năng lực giải quyết vấn đề (GQVĐ) và tư duy sáng tạo trở nên cấp thiết. Chỉ thị số 16/CT-TTg ngày 04/05/2017 của Thủ tướng Chính phủ đã giao nhiệm vụ cho ngành giáo dục thúc đẩy triển khai giáo dục khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học (STEM) trong chương trình giáo dục phổ thông.

Tại Việt Nam, việc dạy học phát triển năng lực GQVĐ còn gặp nhiều rào cản do sự chênh lệch điều kiện giữa các vùng miền, cơ sở vật chất thí nghiệm còn thiếu thốn và giáo viên chưa thành thạo các phương pháp dạy học tích cực. Tổng quan các công trình nghiên cứu trong nước cho thấy đã có đề tài nghiên cứu phát triển năng lực GQVĐ môn Vật lí, điển hình như nghiên cứu của tác giả Dương Đức Giáp ở nội dung Từ trường và Cảm ứng điện từ (Vật lí 11), nhưng chưa có nghiên cứu cụ thể nào về việc thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề STEM “Mô hình ròng rọc Pa lăng” thuộc chương trình Vật lí 10. Do đó, tác giả Phan Nguyễn Thảo My đã thực hiện khóa luận tốt nghiệp ngành Sư phạm Vật lí tại Trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng nhằm giải quyết khoảng trống này.

Mục tiêu nghiên cứu của khóa luận là tổ chức thành công dạy học chủ đề STEM “Mô hình ròng rọc Pa lăng” – Vật lí 10 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh.

Để đạt được mục tiêu trên, tác giả xác định 6 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

1. Nghiên cứu cơ sở lí luận về dạy học STEM và năng lực giải quyết vấn đề.
2. Tìm hiểu thực trạng về việc tổ chức dạy học theo hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh trung học phổ thông (THPT) hiện nay.
3. Thiết kế chủ đề STEM “Chế tạo mô hình ròng rọc Pa lăng” trong dạy học Vật lí 10.
4. Xây dựng bộ công cụ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học theo chủ đề đã thiết kế.
5. Thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá tính khả thi, hiệu quả của chủ đề.
6. Phân tích, sử dụng thống kê toán học để xử lí số liệu.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Cơ sở lí luận về dạy học STEM, hoạt động tổ chức dạy học STEM trong trường THPT; hoạt động dạy và học STEM chủ đề “Mô hình ròng rọc Pa lăng” cho học sinh lớp 10.
• Phạm vi nội dung kiến thức: Chương trình sách giáo khoa Kết nối tri thức với cuộc sống – Vật lí 10, bao gồm Chương III (Động lực học: Bài 13 “Tổng hợp và phân tích lực. Cân bằng lực”, Bài 17 “Trọng lực và lực căng”, Bài 21 “Moment lực. Cân bằng của vật rắn”) và Chương IV (Năng lượng, Công, Công suất: Bài 23 “Năng lượng. Công cơ học”).
• Phạm vi không gian và thời gian: Khảo sát thực trạng và thực nghiệm sư phạm trên học sinh, giáo viên các trường THPT tại thành phố Đà Nẵng trong tháng 3 năm 2024.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết của đề tài được xây dựng từ các quan điểm tiếp cận về năng lực và giáo dục STEM:

• Khái niệm năng lực và năng lực giải quyết vấn đề: Khóa luận tiếp cận định nghĩa năng lực theo hướng tổng hợp từ Đặng Thành Hưng, OECD và Chương trình Giáo dục phổ thông (GDPT) 2018; đồng thời tiếp cận định nghĩa năng lực GQVĐ của OECD (PISA 2012), Bộ GD&ĐT, và quan điểm của Trần Thị Ngọc Ánh – Nguyễn Thị Kim Huệ.
• Cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề trong môn Vật lí: Tác giả áp dụng mô hình cấu trúc của Trần Ngọc Thắng và Nguyễn Thị Nhị gồm 4 thành tố và 12 biểu hiện hành vi: (1) Phân tích vấn đề / Phát hiện vấn đề (3 biểu hiện); (2) Đưa ra giải pháp / Đề xuất giải pháp (3 biểu hiện); (3) Thực hiện giải pháp (3 biểu hiện); (4) Đánh giá giải pháp, vận dụng (3 biểu hiện). Bộ tiêu chí đánh giá được lượng hóa theo 3 mức độ (M1: Chưa đạt, M2: Đạt yêu cầu, M3: Tốt).
• Cơ sở lí luận về giáo dục STEM: Vận dụng tài liệu tập huấn của Bộ GD&ĐT, quan điểm của PGS.TS Lê Huy Hoàng và GS.TSKH Đỗ Đức Thái; bộ tiêu chí nhận diện gồm 6 tiêu chuẩn và quy trình 7 bước xây dựng chủ đề STEM trong môn Vật lí của Phạm Thị Phú và Lê Thịnh; quy trình 6 bước thiết kế chủ đề phát triển năng lực GQVĐ của nhóm tác giả TS. Nguyễn Thanh Nga; quy trình tổ chức dạy học STEM 5 hoạt động theo hướng dẫn của Bộ GD&ĐT; kết hợp các phương pháp dạy học dự án (8 bước), dạy học dựa trên vấn đề (PBL), dạy học dựa trên thiết kế (DBL) và mô hình 5E của Bybee.

Phương pháp nghiên cứu và nguồn dữ liệu thực tế bao gồm:

• Phương pháp nghiên cứu lí luận: Phân tích, tổng hợp các văn bản chỉ đạo của Đảng, Nhà nước, Bộ GD&ĐT, các tài liệu lí luận dạy học và công trình nghiên cứu liên quan.
• Phương pháp điều tra khảo sát: Thiết kế phiếu khảo sát trực tuyến qua Google Form, thu thập dữ liệu từ $N = 45$ giáo viên môn Vật lí công tác tại 16 trường THPT trên địa bàn thành phố Đà Nẵng (THPT Phan Châu Trinh, Võ Chí Công, Thái Phiên, Trần Phú, Hòa Vang, Thanh Khê, FPT Đà Nẵng, Tôn Thất Tùng, Sơn Trà, Ngũ Hành Sơn, Cẩm Lệ, Ngô Quyền, Nguyễn Hiền, Phan Thành Tài, Ông Ích Khiêm, Hoàng Hoa Thám).
• Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Thiết kế bản vẽ, lựa chọn vật liệu đơn giản, tái chế để chế tạo mô hình ròng rọc Pa lăng và tiến hành dạy học thực nghiệm sư phạm trên lớp 10 theo mô hình 4 nhóm học sinh.
• Phương pháp thống kê toán học: Sử dụng phần mềm thống kê để xử lý, phân tích số liệu điều tra thực trạng và đánh giá định lượng kết quả thực nghiệm sư phạm.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn về dạy học STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lí luận về năng lực, năng lực GQVĐ, giáo dục STEM và vai trò của dạy học STEM trong môn Vật lí ở trường THPT. Tác giả đã cụ thể hóa khung đánh giá năng lực GQVĐ thành bảng tiêu chí 3 mức độ (M1, M2, M3) tương ứng 12 biểu hiện hành vi làm công cụ đo lường trong dạy học Vật lí.

Bên cạnh phần lý luận, chương này trình bày kết quả điều tra thực trạng trên 45 giáo viên Vật lí THPT tại Đà Nẵng:

• Đặc điểm mẫu khảo sát: 46,8% giáo viên có kinh nghiệm từ 5–10 năm; 73,3% có trình độ Cử nhân; đa số đang giảng dạy khối 10 và 11.
• Khó khăn trong thực hiện Chương trình GDPT 2018: 97,8% (44/45 GV) gặp khó khăn về thay đổi phương thức đánh giá phẩm chất và năng lực; 73,3% gặp khó khăn về phương pháp giảng dạy và hỗ trợ học sinh tiếp cận kiến thức.
• Khó khăn của học sinh theo góc nhìn giáo viên: 88,4% nhận định học sinh chưa tích cực tham gia hoạt động và có sự không đồng đều về trình độ trong lớp.
• Thực trạng sử dụng năng lực GQVĐ: 22 GV thường xuyên và 23 GV thỉnh thoảng sử dụng năng lực GQVĐ để đánh giá học sinh; 66,7% GV thỉnh thoảng hướng dẫn học sinh vận dụng kiến thức vào thực tiễn; các kỹ năng được chú trọng rèn luyện nhiều nhất là thu thập/làm rõ thông tin và lựa chọn giải pháp phù hợp nhất (86,7%), xác định tình huống có vấn đề và đề xuất phương án (84,4%).
• Khó khăn khi phát triển năng lực: 91,1% GV gặp khó khăn khi đánh giá sự tham gia của từng cá nhân; 91,1% phản ánh cơ sở vật chất, trang thiết bị còn hạn chế; 66,7% (30/45 GV) cho rằng trình độ học sinh còn hạn chế.
• Thực trạng triển khai giáo dục STEM: 80,0% GV chưa từng áp dụng STEM vào dạy học, chỉ 20,0% (9/45 GV) từng triển khai (trong đó 4,0% dạy trên 2 lần). Trong số các GV đã triển khai STEM, 88,9% (8/9 GV) phản ánh khó khăn do cơ sở vật chất chưa đảm bảo và khó khăn khi xây dựng/thiết kế chủ đề; 77,8% gặp trở ngại về dạy học tích hợp liên môn và kiểm tra đánh giá; tuy nhiên 88,9% (8/9 GV) đồng thuận rằng dạy học STEM giúp học sinh phát triển năng lực, phẩm chất tốt hơn các tiết dạy thông thường.

Chỉ số khảo sát thực trạng giáo viên ($N = 45$)	Tỷ lệ (%)	Số lượng GV
GV gặp khó khăn về đổi mới phương thức đánh giá phẩm chất, năng lực	97,8%	44/45
GV nhận thấy cơ sở vật chất, thiết bị dạy học còn hạn chế	91,1%	41/45
GV gặp khó khăn khi đánh giá sự tham gia của từng cá nhân	91,1%	41/45
GV đánh giá học sinh chưa tích cực tham gia hoạt động học tập	88,4%	39/45
GV đánh giá trình độ học sinh trong lớp không đồng đều	88,4%	39/45
GV chưa từng áp dụng giáo dục STEM vào giảng dạy	80,0%	36/45
GV từng áp dụng giáo dục STEM vào giảng dạy	20,0%	9/45
GV dạy STEM đồng ý STEM giúp phát triển năng lực tốt hơn tiết học thông thường	88,9%	8/9

Chương 2: Thiết kế tiến trình dạy học chủ đề STEM “Mô hình ròng rọc Pa lăng” nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh

Chương 2 tập trung phân tích chương trình và thiết kế kế hoạch bài dạy chi tiết:

• Phân tích nội dung: Phân tích cấu trúc chương IV “Năng lượng. Công suất” (gồm 5 bài: Bài 23 Năng lượng - Công cơ học, Bài 24 Công suất, Bài 25 Động năng - Thế năng, Bài 26 Cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng, Bài 27 Hiệu suất; thời lượng 10 tiết) và các bài liên quan thuộc Chương III “Động lực học” (Bài 13, 17, 21) trong SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức với cuộc sống nhằm xác định kiến thức nền và yêu cầu cần đạt.
• Thiết kế tiến trình dạy học: Xây dựng chủ đề STEM “Chế tạo mô hình ròng rọc Pa lăng” theo quy trình 5 hoạt động của Bộ GD&ĐT:
  • Hoạt động 1: Xác định vấn đề (giao nhiệm vụ chế tạo mô hình ròng rọc Pa lăng từ vật liệu đơn giản/tái chế, xác định các tiêu chí kỹ thuật).
  • Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp (nghiên cứu kiến thức công cơ học, lực căng, moment lực, quy tắc cân bằng; phác thảo bản vẽ).
  • Hoạt động 3: Lựa chọn giải pháp (báo cáo, bảo vệ bản thiết kế mô hình, phản biện và hoàn thiện phương án khả thi).
  • Hoạt động 4: Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá (tiến hành gia công, lắp ráp mô hình ròng rọc Pa lăng, thử nghiệm nâng tải trọng và tinh chỉnh).
  • Hoạt động 5: Chia sẻ, thảo luận và điều chỉnh (trưng bày sản phẩm, thuyết trình nguyên lý hoạt động, đánh giá sản phẩm và rút kinh nghiệm).
• Xây dựng bộ công cụ đánh giá: Khóa luận thiết lập hệ thống tiêu chí và phiếu đánh giá đồng bộ gồm: Phiếu đánh giá bản thiết kế mô hình; Phiếu đánh giá sản phẩm mô hình ròng rọc Pa lăng; Phiếu đánh giá phần trình bày/thuyết trình; Phiếu tự đánh giá và đánh giá đồng đẳng về quá trình thực hiện dự án của học sinh theo từng nhóm; Bảng kiểm mức độ đạt được của 4 thành tố năng lực GQVĐ.

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

Chương 3 trình bày việc triển khai thực nghiệm sư phạm tại trường THPT ở Đà Nẵng:

• Mục đích và kế hoạch: Tổ chức dạy học thực nghiệm chủ đề đã thiết kế nhằm kiểm chứng tính khả thi của tiến trình dạy học và đánh giá mức độ phát triển năng lực GQVĐ của học sinh lớp 10. Lớp thực nghiệm được chia thành 4 nhóm học sinh thực hiện toàn bộ các pha của dự án.
• Đánh giá định tính: Quan sát tinh thần học tập, mức độ hứng thú, kỹ năng hợp tác nhóm, tính chủ động tìm kiếm vật liệu tái chế và khả năng giải quyết các mâu thuẫn nảy sinh trong quá trình thiết kế, lắp ráp mô hình.
• Đánh giá định lượng: Tổng hợp và xử lý số liệu điểm đánh giá từ nhiều phía: điểm bản thiết kế (giáo viên đánh giá), điểm chất lượng sản phẩm mô hình (giáo viên đánh giá), điểm thuyết trình/trình bày (giáo viên đánh giá), kết quả đánh giá quá trình làm việc của học sinh Nhóm 1, Nhóm 2, Nhóm 3, Nhóm 4 (tự đánh giá và đánh giá chéo đồng đẳng), và điểm tổng kết các mức độ (M1, M2, M3) theo 4 thành tố năng lực GQVĐ thông qua các công cụ thống kê toán học.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính của khóa luận:

• Cung cấp dữ liệu định lượng cụ thể về thực trạng dạy học phát triển năng lực và giáo dục STEM của 45 giáo viên Vật lí tại 16 trường THPT trên địa bàn TP. Đà Nẵng; chỉ ra rào cản lớn nhất là phương thức đánh giá (97,8%), cơ sở vật chất (91,1%) và việc chỉ có 20% giáo viên từng triển khai dạy học STEM.
• Xây dựng thành công bản thiết kế tiến trình dạy học chủ đề STEM “Mô hình ròng rọc Pa lăng” gồm 5 pha hoạt động gắn chặt với yêu cầu cần đạt của bài “Năng lượng. Công cơ học” và mạch kiến thức Động lực học trong SGK Vật lí 10 (bộ Kết nối tri thức với cuộc sống).
• Xây dựng bộ công cụ đo lường năng lực GQVĐ trong môn Vật lí hoàn chỉnh, bao gồm bảng tiêu chí 4 thành tố (12 biểu hiện hành vi, thang 3 mức độ) và 4 nhóm phiếu đánh giá (bản thiết kế, sản phẩm, thuyết trình, quá trình làm việc nhóm).
• Thực nghiệm sư phạm thành công trên 4 nhóm học sinh lớp 10, minh chứng tính khả thi của việc chế tạo mô hình ròng rọc Pa lăng từ vật liệu dễ kiếm, tái chế và hiệu quả phát triển các kỹ năng phân tích vấn đề, đề xuất giải pháp, thực hiện và đánh giá giải pháp của học sinh.

Giải pháp và đóng góp của đề tài:

• Đề xuất quy trình tích hợp giáo dục STEM vào môn Vật lí 10 theo định hướng phát triển năng lực GQVĐ, giải quyết được khó khăn thiếu thốn thiết bị thí nghiệm bằng cách sử dụng học liệu đơn giản, tái chế.
• Khóa luận đóng góp một mô hình bài dạy cụ thể, hoàn chỉnh cho chủ đề “Mô hình ròng rọc Pa lăng” – mảng nội dung chưa được nghiên cứu chi tiết trong các công trình nghiên cứu về phát triển năng lực GQVĐ môn Vật lí trước đây (vốn tập trung vào chương trình lớp 11).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu:

• Phạm vi khảo sát thực trạng giới hạn ở $N = 45$ giáo viên thuộc địa bàn các trường THPT tại thành phố Đà Nẵng, chưa đại diện cho các vùng miền khác có điều kiện kinh tế - xã hội khó khăn hơn (như khu vực Đồng bằng sông Cửu Long hoặc vùng sâu, vùng xa).
• Địa bàn thực nghiệm sư phạm mới chỉ triển khai trên đối tượng học sinh lớp 10 tại một trường THPT ở Đà Nẵng trong khung thời gian hẹp (tháng 3 năm 2024) với quy mô 4 nhóm học sinh, chưa tiến hành đối chứng mở rộng trên nhiều lớp học hay nhiều trường khác nhau.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

• Mở rộng quy mô thực nghiệm sư phạm trên nhiều đối tượng học sinh ở các trường THPT khác nhau, so sánh hiệu quả giữa các nhóm thực nghiệm và đối chứng trên mẫu số liệu lớn hơn.
• Tiếp tục thiết kế và hoàn thiện các chủ đề STEM khác cho toàn bộ các chương của chương trình Vật lí 10, 11, 12 theo Chương trình GDPT 2018 nhằm tạo thành hệ thống học liệu dạy học phát triển năng lực toàn diện.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo chuyên môn hữu ích cho:

• Giáo viên Vật lí cấp THPT: Trực tiếp sử dụng tiến trình 5 pha hoạt động dạy học chủ đề STEM “Mô hình ròng rọc Pa lăng” để giảng dạy nội dung Công cơ học và Năng lượng; áp dụng hệ thống phiếu đánh giá (đánh giá bản thiết kế, sản phẩm, quá trình làm việc nhóm) vào công tác kiểm tra, đánh giá định kỳ và thường xuyên theo Chương trình GDPT 2018.
• Sinh viên ngành Sư phạm Vật lí, Sư phạm Khoa học tự nhiên và học viên cao học chuyên ngành Lý luận và Phương pháp dạy học bộ môn Vật lí: Tham khảo phương pháp xây dựng bộ tiêu chí đo lường năng lực GQVĐ (4 thành tố, 12 biểu hiện, 3 mức độ), phương pháp điều tra thực trạng bằng Google Form và quy trình thiết kế bài dạy STEM theo quy chuẩn của Bộ GD&ĐT.

Câu hỏi thường gặp

1. Căn cứ pháp lý và văn bản chỉ đạo chính nào được tác giả sử dụng làm nền tảng triển khai giáo dục STEM trong khóa luận? Khóa luận căn cứ vào Nghị quyết số 29-NQ/TW, Nghị quyết số 88/2014/QH13, Quyết định số 404/QĐ-TTg về đổi mới căn bản toàn diện giáo dục, Chỉ thị số 16/CT-TTg ngày 04/05/2017 của Thủ tướng Chính phủ về tiếp cận Cách mạng công nghiệp 4.0, Chương trình GDPT 2018 và tài liệu Tập huấn cán bộ quản lý, giáo viên về xây dựng chủ đề giáo dục STEM trong giáo dục trung học do Bộ GD&ĐT ban hành.

2. Cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề trong môn Vật lí được tác giả sử dụng gồm những thành tố nào? Theo khung lí thuyết của Trần Ngọc Thắng và Nguyễn Thị Nhị được tác giả vận dụng, cấu trúc năng lực GQVĐ gồm 4 thành tố với 12 biểu hiện hành vi: (1) Phân tích vấn đề / Phát hiện vấn đề (3 biểu hiện); (2) Đưa ra giải pháp / Đề xuất giải pháp (3 biểu hiện); (3) Thực hiện giải pháp (3 biểu hiện); (4) Đánh giá giải pháp, vận dụng (3 biểu hiện), được đánh giá qua 3 mức độ M1 (Chưa đạt), M2 (Đạt yêu cầu), M3 (Tốt).

3. Khảo sát thực trạng 45 giáo viên Vật lí tại Đà Nẵng chỉ ra tỷ lệ giáo viên từng dạy STEM và khó khăn lớn nhất là gì? Khảo sát chỉ ra 80,0% giáo viên chưa từng áp dụng STEM vào dạy học, chỉ 20,0% từng triển khai. Khó khăn lớn nhất khi dạy học phát triển năng lực là thay đổi phương thức đánh giá (97,8%), thiếu cơ sở vật chất (91,1%) và khó đánh giá sự tham gia của từng cá nhân (91,1%). Đối với việc dạy STEM, 88,9% giáo viên gặp khó khăn do cơ sở vật chất chưa đảm bảo và khó thiết kế chủ đề, dù 88,9% khẳng định STEM giúp phát triển năng lực tốt hơn tiết dạy thông thường.

4. Nội dung chủ đề STEM “Mô hình ròng rọc Pa lăng” tích hợp những kiến thức nào trong sách giáo khoa Vật lí 10 Kết nối tri thức? Chủ đề tích hợp kiến thức trọng tâm từ Bài 23 “Năng lượng. Công cơ học” thuộc Chương IV (Năng lượng, Công, Công suất) kết hợp với các kiến thức nền tảng về lực ở Chương III (Động lực học) gồm Bài 13 “Tổng hợp và phân tích lực. Cân bằng lực”, Bài 17 “Trọng lực và lực căng” và Bài 21 “Moment lực. Cân bằng của vật rắn”.

5. Tiến trình dạy học chủ đề STEM trong khóa luận được tổ chức qua mấy hoạt động? Tiến trình được xây dựng theo quy trình 5 hoạt động chuẩn của Bộ GD&ĐT: Hoạt động 1 (Xác định vấn đề), Hoạt động 2 (Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp), Hoạt động 3 (Lựa chọn giải pháp), Hoạt động 4 (Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá), Hoạt động 5 (Chia sẻ, thảo luận và điều chỉnh).

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Phan Nguyễn Thảo My đã hệ thống hóa cơ sở lí luận và làm rõ thực trạng dạy học phát triển năng lực giải quyết vấn đề cùng việc triển khai giáo dục STEM môn Vật lí tại các trường THPT trên địa bàn TP. Đà Nẵng. Trên cơ sở đó, tác giả đã thiết kế hoàn chỉnh tiến trình dạy học 5 hoạt động cho chủ đề STEM “Mô hình ròng rọc Pa lăng” – Vật lí 10 và xây dựng bộ công cụ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề gồm 4 thành tố, 12 biểu hiện hành vi. Kết quả thực nghiệm sư phạm trên các nhóm học sinh lớp 10 đã khẳng định tính khả thi của mô hình chế tạo từ vật liệu tái chế và hiệu quả của chủ đề trong việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề của người học theo định hướng Chương trình GDPT 2018.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong diễn đàn kinh tế thế giới tại Dovos tháng 1/2015, thủ tướng Đức Angela Merkel có nhắc đến cách mạng công nghiệp lần thứ tư đang tác động mạnh mẽ trên nhiều lĩnh vực và nhiều quốc gia. Các phát minh về sự phát triển nhảy vọt như: trí tuệ nhân tạo (AI), thực tế ảo (VR), tương tác thực tế ảo tăng cường (AR),… để chuyển hóa phần lớn thông tin thế giới thực thành thế giới số. Trong tương lai nhiều việc làm chân tay sẽ không còn nữa, được thay thế bằng robot, cũng sẽ có ngành nghề mới ra đời mà chúng ta vẫn chưa hình dung hết được, như nghề bác sĩ cho robot, nghề quản lý các thiết bị bay không người lái,… Tiến sĩ Raja Roy Singh, nhà giáo dục nổi tiếng Ấn Độ, chuyên gia giáo dục nhiều năm ở UNESCO khu vực Châu Á - Thái Bình Dương đã khẳng định: “Để đáp ứng được những đòi hỏi mới đặt ra do sự bùng nổ kiến thức và sáng tạo ra kiến thức mới, cần thiết phải phát triển năng lực tư duy, năng lực giải quyết vấn đề một cách sáng tạo.

Các năng lực này có thể quy gọn lại thành năng lực giải quyết vấn đề” Giáo dục STEM (STEM – viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật), Mathematics (Toán học)) là một hướng tiếp cận mới giúp trang bị cho học sinh những kiến thức cần thiết liên quan đến 4 lĩnh vực là khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán. Điểm nổi bật của STEM là kết nối, liên hệ thông tin giữa các lĩnh vực vào trong cuộc sống. Định hướng đổi mới căn bản và toàn diện giáo dục nước ta trong giai đoạn hiện nay là “chuyển mạnh quá trình giáo dục từ chủ yếu trang bị kiến thức sang phát triển toàn diện năng lực và phẩm chất người học”. Cùng nhiệm vụ đặt ra cho ngành giáo dục: “Thúc đẩy triển khai giáo dục về khoa học, công nghệ, kỹ thuật, toán học (STEM) trong chương trình giáo dục phổ thông”.

Thông qua giáo dục STEM góp phần nâng cao chất lượng dạy học các môn học, năng lực giải quyết vấn đề (GQVĐ) là một trong những năng lực chung quan trọng cần trang bị cho học thông qua hoạt động dạy học các môn học, các cấp học. Năng lực giải quyết vấn đề giúp học sinh có khả năng phát hiện và giải quyết các vấn đề trong quá trình học tập và hoạt động thực tiễn. Việc dạy học phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh ở Việt Nam hiện nay chưa được phân bố đồng đều giữa các vùng, đặc biệt là những vùng sâu vùng xa điều kiện tiếp cận còn khó khăn. Ở Đồng bằng Sông Cửu Long, năng lực giải quyết vấn đề 1 của học sinh trung học phổ thông còn hạn chế vì do đặc tính văn hóa vùng miền, các em còn rụt rè thiếu tự tin, phần lớn cơ sở vật chất, trang thiết bị phục vụ cho việc học ở trường phổ thông còn hạn chế, đa số giáo viên chưa sử dụng thành thạo các phương pháp dạy học tích cực vì ít khi sử dụng, … Hiện nay có các nghiên cứu về việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề về các nhóm ngành, môn học khác nhau.

Về việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh của tác giả Dương Đức Giáp đã đề xuất nghiên cứu trong dạy học một số kiến thức về bộ môn vật lí nhưng phần nội dung tập trung về vấn đề Từ trường và Cảm ứng điện từ Vật lí 11. Qua những gì tôi đã biết, chưa có đề tài nghiên cứu cụ thể nào cho đề tài tôi thực hiện. Từ các lý do trên, việc vận dụng các kiến thức khoa học, kỹ thuật, công nghệ và toán học, đồng thời kích thích trí tò mò, khuyến khích sự sáng tạo của học sinh vào thiết kế dạy học chủ đề STEM “Mô hình ròng rọc Pa lăng” – Vật lí 10, giúp học sinh ứng dụng kiến thức vào thực tế và trải nghiệm, sáng tạo các vấn đề lý thuyết tạo ra các sản phẩm có tính ứng dụng thực tế cao và phát triền các năng lực liên quan của học sinh. Từ đó, tôi chọn đề tài: “Thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề STEM “Mô hình ròng rọc Pa lăng” – Vật lí 10 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh” cho đề tài khóa luận.

Mục tiêu nghiên cứu Tổ chức thành công dạy học chủ đề STEM “Mô hình ròng rọc Pa lăng” - Vật lí 10 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu cơ sở lí luận về dạy học STEM; năng lực giải quyết vấn đề. - Tìm hiểu thực trạng về việc tổ chức dạy học theo hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh Trung học phổ thông hiện nay. - Thiết kế chủ đề STEM “Chế tạo mô hình ròng rọc Pa lăng” trong dạy học Vật lí 10.

- Xây dựng bộ công cụ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học theo chủ đề đã thiết kế. - Thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá tính khả thi, hiệu quả của chủ đề. 2 - Phân tích, sử dụng thống kê toán học để xử lí số liệu. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu a.

Đối tượng - Cơ sở lí luận về dạy học STEM và hoạt động tổ chức dạy học STEM trong trường THPT. - Hoạt động dạy và học STEM của giáo viên và học sinh về chủ đề “Mô hình ròng rọc Pa lăng” cho học sinh lớp 10. Phạm vi nghiên cứu - Nội dung kiến thức nằm trong sách giáo khoa Kết nối tri thức với cuộc sống – Vật lí 10: + Chương III: Động lực học – Bài 13: “Tổng hợp và phân tích lực. Cân bằng lực” + Chương III: Động lực học – Bài 17: “Trọng lực và lực căng” + Chương III: Động lực học – Bài 21: “Moment lực.

Cân bằng của vật rắn” + Chương IV: Năng lượng, Công, Công suất – Bài 23: “Năng lượng. Công cơ học” - Đề tài nghiên cứu được thực hiện trên học sinh lớp 10 ở trường trung học phổ thông (THPT) trên địa bàn thành phố Đà Nẵng. - Thời gian: tháng 3 năm 2024 5. Phương pháp nghiên cứu a.

Phương pháp nghiên cứu lí luận - Nghiên cứu cơ sở lí luận dạy học, ý kiến của các nhà khoa học trong lĩnh vực giáo dục, luận văn có liên quan. Phương pháp điều tra khảo sát - Điều tra về việc tổ chức dạy học theo mô hình STEM ở trường THPT. - Điều tra thực trạng lồng ghép năng lực giải quyết vấn đề vào dạy học Vật lí 10 cho học sinh ở trường THPT. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 3 - Nghiên cứu, thiết kế bản vẽ, chế tạo mô hình ròng rọc Pa lăng từ các thiết bị, vật liệu đơn giản, dễ tìm, tái chế.

- Thực nghiệm dạy học STEM chủ đề “Chế tạo mô hình ròng rọc Pa lăng” trong dạy học vật lí lớp 10. Phương pháp nghiên cứu thống kê toán học - Dùng phương pháp thống kê toán học để xử lý và đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm với sự hỗ trợ của phần mềm thống kê. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY HỌC STEM NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 1. Năng lực giải quyết vấn đề 1.

Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề Năng lực là khái niệm được nhiều nhà nghiên cứu đề cập đến, khái niệm này được các nhà nghiên cứu bắt đầu quan tâm từ những năm 70 của thế kỷ XX. Khái niệm năng lực được các nhà nghiên cứu đề cập đến dưới các góc nhìn khác nhau. Theo cách tiếp cận dựa vào những đặc điểm chung (the generic approach), tác giả Đặng Thành Hưng cho rằng: “Năng lực là thuộc tính cá nhân cho phép cá nhân thực hiện thành công hoạt động nhất định, đạt kết quả mong muốn trong những điều kiện cụ thể” [7]. Với cách tiếp cận dựa vào hành vi (the behaviourist approach) thì OECD (The Organisation for Economic Co-operation and Development – Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế) định nghĩa: “Năng lực là khả năng cá nhân đáp ứng các yêu cầu phức hợp và thực hiện thành công nhiệm vụ trong bối cảnh cụ thể” [13].

Còn chương trình Giáo dục phổ thông 2018 coi: “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 kiến thức, kỹ năng và các thuộc tính cá nhân khác nhau như hứng thú, niềm tin, ý chí… thực hiện thành công một hoạt động nhất định, đạt kết quả mong muốn trong những điều kiện cụ thể” [3]. Có nhiều cách tiếp cận và diễn đạt khác nhau nhưng các khái niệm của năng lực đều có những điểm chung. Vậy có thể định nghĩa: Năng lực là tổ hợp các thuộc tính tâm lí độc đáo của cá nhân thể hiện trong hoạt động để thực hiện một nhiệm vụ cụ thể nào đó, đáp ứng được các yêu cầu và đảm bảo cho hoạt động đó đạt được kết quả mà nhiệm vụ đặt ra. Năng lực của mỗi con người được hình thành, bồi dưỡng và phát triển thông qua hoạt động và được hình thành trên cơ sở kiến thức, kĩ năng, giá trị như: Động cơ, ý chí, hứng thú… [5].

Vấn đề là trạng thái ở đó có sự mâu thuẫn hay có khoảng cách giữa thực tế với mong muốn [6]. Lúc này hoạt động nhận thức của con người có những mâu thuẫn. Để giải quyết các mâu thuẫn đó, người học phải có các kĩ năng tư duy như phân tích, tổng hợp, phê phán, sáng tạo, … nhằm tìm ra các phương án để giải quyết vấn đề. Trong học tập để giải quyết một vấn đề thì cần có quá trình, người học phải xác định được vấn đề cần 5 giải quyết, lựa chọn được phương án tối ưu để giải quyết được vấn đề mới hay vấn đề đã xác định và đánh giá được những gì đã xảy ra trong quá trình giải quyết vấn đề.

Do đó, để giải quyết được vấn đề, đòi hỏi người học cần có năng lực giải quyết vấn đề. Bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh trong dạy học là một trong những nhiệm vụ quan trọng của người giáo viên ở thế kỉ 21. Năng lực giải quyết vấn đề (NLGQVĐ) là khả năng của một cá nhân hiểu và giải quyết tình huống vấn đề khi mà giải pháp giải quyết chưa rõ ràng. Bao gồm sự sẵn sàng tham gia vào giải quyết tình huống vấn đề đó – thể hiện tiềm năng là công dân tích cực và xây dựng [14].