Thiết Kế Và Tổ Chức Dạy Học Chủ Đề STEM “Xe Thu Gom Đinh Sắt” Trong Dạy Học Vật Lý 9

Khám phá thiết kế và tổ chức dạy học STEM với chủ đề xe thu gom đinh sắt trong chương trình vật lý lớp 9, nâng cao kỹ năng học tập.

• Tác giả: Trương Thị Thắm
• Người hướng dẫn: TS. Phùng Việt Hải
• Trường học: Đại học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Sư phạm Vật lí
• Đề tài: Thiết Kế Và Tổ Chức Dạy Học Chủ Đề STEM “Xe Thu Gom Đinh Sắt” Trong Dạy Học Vật Lí 9
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Đà Nẵng

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Lí do chọn đề tài
• 0.2. Tổng quan đề tài nghiên cứu
• 0.3. Mục tiêu nghiên cứu
• 0.4. Nhiệm vụ nghiên cứu
• 0.5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 0.6. Phương pháp nghiên cứu
• 0.7. Cấu trúc của đề tài
• 1. CHƯƠNG 1: LÍ LUẬN VỀ GIÁO DỤC STEM VÀ VIỆC BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC SÁNG TẠO CHO HỌC SINH
• 1.1. Lý luận về giáo dục STEM
• 1.1.1. Khái niệm về giáo dục stem
• 1.1.2. Vai tró, ý nghĩa của giáo dục STEM trong giáo dục phổ thông
• 1.1.3. Các hình thức tổ chức các chủ đề STEM
• 1.1.4. Tiêu chí xây dựng chủ đề STEM
• 1.1.5. Các bước xây dựng và tổ chức dạy học chủ đề STEM
• 1.1.6. Một số phương pháp dạy học hiệu quả trong giáo dục STEM
• 1.1.7. Bồi dưỡng năng lực sáng tạo trong dạy học các chủ đề STEM
• 1.1.7.1. Khái niệm năng lực sáng tạo
• 1.1.7.2. Các biểu hiện của NL sáng tạo của học sinh trong dạy học chủ đề STEM
• 1.1.7.3. Một số biện pháp phát triển NLST của học sinh trong dạy học các chủ đề STEM
• 1.1.7.4. Tiêu chí đánh giá tính sáng tạo của học sinh trong dạy học chủ đề STEM
• 1.2. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
• 2. CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CHỦ ĐỀ DẠY HỌC STEM “XE THU GOM ĐINH SẮT” NHẰM BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 9
• 2.1. Phân tích nội dung chương “Điện lực học” – Vật lí 9 theo định hướng STEM
• 2.2. Phân tích nội dung kiến thức
• 2.3. Một số chủ đề dạy học theo hướng giáo dục STEM
• 2.4. Thiết kế chủ đề STEM “Xe thu gom đinh sắt” – Vật lí 9
• 2.4.1. Mô tả chủ đề
• 2.4.2. Thiết bị dạy học và học liệu
• 2.4.3. Tiến trình dạy học
• 2.4.4. Xây dựng bộ công cụ đánh giá trong chủ đề « Xe thu gom đinh sắt »
• 2.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
• 3. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM
• 3.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm
• 3.2. Nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm
• 3.3. Đối tượng và thời gian thực nghiệm sư phạm
• 3.4. Phương pháp thực nghiệm sư phạm
• 3.5. Những thuận lợi và khó khăn gặp phải khi tiến hành thực nghiệm sư phạm
• 3.6. Kết quả thực nghiệm sư phạm
• 3.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Tóm tắt

I. Giới thiệu Dạy Học STEM Xe Thu Gom Đinh Sắt Vật Lý 9

Giáo dục STEM đang trở thành xu hướng giáo dục được chú trọng trên toàn thế giới, đặc biệt là trong bối cảnh hội nhập và cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ 4. Dạy học STEM trang bị cho học sinh kiến thức và kỹ năng cần thiết trong các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học, tích hợp và lồng ghép chúng để học sinh có thể thực hành và tạo ra sản phẩm ứng dụng trong cuộc sống. Tại Việt Nam, giáo dục STEM được kỳ vọng mang lại hiệu quả to lớn trong đổi mới căn bản, toàn diện nền giáo dục. Chủ đề “Xe thu gom đinh sắt” trong Vật lý 9 là một ví dụ điển hình, kết hợp kiến thức về điện từ học, cơ học, và kỹ năng thiết kế để tạo ra sản phẩm hữu ích.

1.1. Tổng Quan Về Giáo Dục STEM và Ứng Dụng

Giáo dục STEM là phương pháp tiếp cận liên ngành, tích hợp kiến thức và kỹ năng từ Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, và Toán học để giải quyết các vấn đề thực tế. Trong ngữ cảnh Vật lý 9, ứng dụng STEM giúp học sinh hiểu sâu sắc các khái niệm như từ trường, lực điện từ, và nguyên lý hoạt động của động cơ điện. Việc xây dựng xe thu gom đinh sắt là một dự án STEM điển hình, khuyến khích học sinh vận dụng kiến thức đã học vào thực tiễn.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Dạy Học STEM Trong Vật Lý

Dạy học STEM trong Vật lý không chỉ giúp học sinh nắm vững kiến thức lý thuyết mà còn phát triển các kỹ năng mềm quan trọng như tư duy phản biện, giải quyết vấn đề, làm việc nhóm, và sáng tạo. Theo tài liệu gốc, giáo dục STEM giúp học sinh “vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề thực tiễn mang lại hiệu quả và có giá trị”. Qua việc thiết kế và chế tạo xe thu gom đinh sắt, học sinh được trải nghiệm quá trình nghiên cứu, thiết kế, thử nghiệm, và cải tiến sản phẩm, từ đó nâng cao khả năng tự học và khám phá khoa học.

II. Xác Định Vấn Đề Thu Gom Đinh Sắt Thách Thức Vật Lý 9

Việc thu gom đinh sắt vụn, đặc biệt trong các xưởng cơ khí hoặc công trình xây dựng, là một vấn đề thực tế đòi hỏi giải pháp hiệu quả. Phương pháp thủ công tốn nhiều thời gian và công sức, đồng thời tiềm ẩn nguy cơ gây tai nạn. Do đó, việc thiết kế một chiếc xe thu gom đinh sắt tự động là một giải pháp STEM sáng tạo, kết hợp kiến thức Vật lý, Kỹ thuật, và Công nghệ để giải quyết vấn đề này. Thách thức đặt ra là làm thế nào để tạo ra một thiết bị an toàn, hiệu quả, và dễ sử dụng.

2.1. Phân Tích Bài Toán Thực Tế Về Thu Gom Đinh Sắt

Bài toán thu gom đinh sắt không chỉ là một vấn đề đơn giản mà còn liên quan đến an toàn lao động và hiệu quả sản xuất. Theo tài liệu, giáo dục STEM tập trung vào “các vấn đề thực tiễn xã hội, kinh tế, môi trường và yêu cầu tìm các giải pháp”. Việc xây dựng xe thu gom đinh sắt giúp học sinh hiểu rõ hơn về ứng dụng của Vật lý trong thực tế, đồng thời rèn luyện kỹ năng phân tích và giải quyết vấn đề.

2.2. Các Yêu Cầu Kỹ Thuật Cho Xe Thu Gom Đinh Sắt Hiệu Quả

Để xây dựng một chiếc xe thu gom đinh sắt hiệu quả, cần xác định rõ các yêu cầu kỹ thuật như: lực hút của nam châm điện, khả năng di chuyển linh hoạt, dung tích chứa đinh sắt, và nguồn năng lượng sử dụng. Các yếu tố này cần được cân nhắc kỹ lưỡng trong quá trình thiết kế và chế tạo, đảm bảo sản phẩm đáp ứng được nhu cầu thực tế.

2.3. Khó khăn khi dùng phương pháp truyền thống

Việc thu gom đinh sắt bằng phương pháp thủ công thường mất thời gian và công sức. Ngoài ra, việc này còn tiềm ẩn nguy cơ tai nạn do đinh sắt sắc nhọn có thể gây thương tích. Xe thu gom đinh sắt giúp giảm thiểu những rủi ro này bằng cách tự động hóa quy trình thu gom. Chính vì vậy, giáo dục STEM giúp học sinh hình thành các ý tưởng sáng tạo dựa trên những vấn đề gặp phải trong cuộc sống.

III. Phương Pháp Thiết Kế STEM Xe Thu Gom Đinh Sắt Vật Lý 9

Quy trình thiết kế STEM cho xe thu gom đinh sắt bao gồm các bước: nghiên cứu kiến thức nền về điện từ học, cơ học, và kỹ thuật điện, đề xuất ý tưởng thiết kế, lựa chọn giải pháp tối ưu, chế tạo mô hình, thử nghiệm và đánh giá, và cuối cùng là hoàn thiện thiết kế. Trong quá trình này, học sinh cần vận dụng kiến thức Vật lý 9 về nam châm điện, động cơ điện, và mạch điện để xây dựng một sản phẩm hoạt động hiệu quả. Sự sáng tạo và kỹ năng giải quyết vấn đề được phát huy tối đa.

3.1. Lựa Chọn Vật Liệu và Linh Kiện Cho Xe Thu Gom

Việc lựa chọn vật liệu và linh kiện phù hợp là yếu tố quan trọng để đảm bảo tính khả thi và hiệu quả của dự án STEM. Nam châm điện cần có lực hút đủ mạnh để thu gom đinh sắt, động cơ điện cần có công suất phù hợp để di chuyển xe, và mạch điện cần được thiết kế an toàn và ổn định. Ngoài ra, cần xem xét đến tính sẵn có và giá thành của các vật liệu và linh kiện.

3.2. Xây Dựng Mạch Điện Cho Nam Châm Điện và Động Cơ Điện

Mạch điện là thành phần không thể thiếu trong xe thu gom đinh sắt. Việc thiết kế mạch điện cần đảm bảo cung cấp đủ năng lượng cho nam châm điện và động cơ điện, đồng thời có các biện pháp bảo vệ để tránh quá tải hoặc ngắn mạch. Học sinh cần nắm vững kiến thức về điện trở, cường độ dòng điện, và hiệu điện thế để thiết kế mạch điện một cách chính xác và an toàn.

IV. Ứng Dụng Vật Lý Thí Nghiệm Xe Thu Gom Đinh Sắt Hiệu Quả

Sau khi chế tạo, xe thu gom đinh sắt cần được thử nghiệm và đánh giá để kiểm tra hiệu quả hoạt động. Các tiêu chí đánh giá bao gồm: khả năng thu gom đinh sắt, tốc độ di chuyển, thời gian hoạt động liên tục, và độ an toàn. Dựa trên kết quả thử nghiệm, học sinh có thể điều chỉnh và cải tiến thiết kế để nâng cao hiệu suất của sản phẩm. Đây là giai đoạn quan trọng để học sinh áp dụng kiến thức Vật lý vào thực tế và rèn luyện kỹ năng thực hành.

4.1. Các Bước Thử Nghiệm và Đánh Giá Xe Thu Gom Đinh Sắt

Quá trình thử nghiệm và đánh giá xe thu gom đinh sắt bao gồm các bước: chuẩn bị khu vực thử nghiệm, thu thập dữ liệu về số lượng đinh sắt thu gom được, đo tốc độ di chuyển của xe, và kiểm tra độ an toàn của mạch điện. Dữ liệu thu thập được sẽ được phân tích và so sánh với các tiêu chí đã đặt ra để đánh giá hiệu quả của sản phẩm.

4.2. Điều Chỉnh và Cải Tiến Thiết Kế Dựa Trên Kết Quả

Dựa trên kết quả thử nghiệm, học sinh cần phân tích các điểm mạnh và điểm yếu của thiết kế, từ đó đề xuất các giải pháp điều chỉnh và cải tiến. Ví dụ, nếu lực hút của nam châm điện chưa đủ mạnh, cần tăng số vòng dây hoặc tăng cường độ dòng điện. Nếu xe di chuyển chậm, cần thay đổi động cơ điện có công suất lớn hơn hoặc giảm trọng lượng của xe.

4.3. Tối ưu hiệu suất của xe thu gom đinh sắt

Để xe thu gom hoạt động hiệu quả, cần tối ưu các yếu tố như lực hút nam châm, tốc độ di chuyển và dung lượng pin. Giáo dục STEM chú trọng các kỹ năng thực hành, thí nghiệm và sản xuất các sản phẩm. Thông qua đó, học sinh phát triển tư duy sáng tạo, tự tìm tòi và học hỏi.

V. Kết Luận và Hướng Phát Triển Dự Án STEM Xe Thu Gom

Dự án STEM về xe thu gom đinh sắt là một hoạt động học tập sáng tạo và bổ ích, giúp học sinh vận dụng kiến thức Vật lý 9 vào thực tế, rèn luyện kỹ năng thiết kế, chế tạo, thử nghiệm, và giải quyết vấn đề. Đồng thời, dự án cũng khơi gợi niềm đam mê khoa học và kỹ thuật, khuyến khích học sinh theo đuổi các ngành nghề liên quan đến STEM trong tương lai. Hướng phát triển của dự án có thể là tích hợp thêm các tính năng tự động hóa, sử dụng năng lượng tái tạo, hoặc mở rộng ứng dụng trong các lĩnh vực khác.

5.1. Đánh Giá Hiệu Quả Của Dự Án STEM Đối Với Học Sinh

Hiệu quả của dự án STEM có thể được đánh giá dựa trên các tiêu chí như: mức độ hiểu biết kiến thức Vật lý, kỹ năng thiết kế và chế tạo, khả năng làm việc nhóm, và sự sáng tạo trong giải quyết vấn đề. Theo tài liệu, giáo dục STEM giúp học sinh “hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất”. Việc thực hiện dự án xe thu gom đinh sắt giúp học sinh phát triển toàn diện các kỹ năng cần thiết cho tương lai.

5.2. Tiềm Năng Ứng Dụng và Phát Triển Của Xe Thu Gom Đinh Sắt

Chiếc xe thu gom đinh sắt không chỉ là một sản phẩm học tập mà còn có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong thực tế, đặc biệt là trong các xưởng cơ khí, công trình xây dựng, và khu công nghiệp. Việc phát triển và thương mại hóa sản phẩm này có thể mang lại lợi ích kinh tế và xã hội lớn.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh hội nhập quốc tế và yêu cầu chuẩn bị nguồn nhân lực cho cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư, ngành giáo dục Việt Nam thực hiện chuyển đổi phương pháp dạy học từ truyền thụ một chiều sang phát triển phẩm chất và năng lực người học. Định hướng này được thể hiện rõ qua Chỉ thị số 16/CT-TTg ngày 04/05/2017 của Thủ tướng Chính phủ về tăng cường năng lực tiếp cận cuộc Cách mạng công nghiệp 4.0 và Chương trình Giáo dục phổ thông tổng thể được Bộ Giáo dục và Đào tạo ban hành vào tháng 12/2018. Giáo dục STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) được xem là một phương thức dạy học phù hợp để thực hiện định hướng trên. Tuy nhiên, tại thời điểm nghiên cứu (2021), việc triển khai giáo dục STEM tại Việt Nam còn tập trung chủ yếu ở một số đô thị lớn và chưa được phổ cập đồng bộ trong trường phổ thông, đặc biệt là thiếu các nghiên cứu cụ thể về việc bồi dưỡng từng năng lực chuyên biệt qua từng nội dung bài học.

Về mặt thực tiễn đời sống, tình trạng đinh sắt và các mảnh phế thải kim loại rơi vãi trên đường giao thông gây nguy hiểm cho người và phương tiện. Vấn đề này có thể giải quyết bằng kiến thức vật lý về sự nhiễm từ của sắt và nguyên lý hoạt động của nam châm điện. Từ thực tế đó, đề tài "Thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề STEM 'Xe thu gom đinh sắt' trong dạy học Vật lí 9" được thực hiện nhằm gắn kết lý thuyết vật lý với giải quyết vấn đề thực tế, đồng thời bồi dưỡng năng lực sáng tạo cho học sinh.

Mục tiêu nghiên cứu tổng quát của khóa luận là thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề STEM "Xe thu gom đinh sắt" trong chương trình Vật lí 9 nhằm bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh. Để đạt được mục tiêu này, tác giả xác định 5 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

1. Nghiên cứu cơ sở lý luận về giáo dục STEM theo định hướng phát triển năng lực sáng tạo cho học sinh.
2. Phân tích nội dung kiến thức chương "Điện từ học" – Vật lí 9 theo định hướng giáo dục STEM.
3. Thiết kế chủ đề STEM "Xe thu gom đinh sắt" trong dạy học chương "Điện từ học" – Vật lí 9.
4. Xây dựng bộ công cụ đánh giá năng lực sáng tạo của học sinh trong dạy học chủ đề STEM "Xe thu gom đinh sắt".
5. Tiến hành thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá tính khả thi của tiến trình dạy học và mức độ phát triển năng lực sáng tạo của học sinh.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài được xác định như sau:

• Đối tượng nghiên cứu: Cơ sở lý luận về giáo dục STEM; hoạt động dạy và học chủ đề STEM "Xe thu gom đinh sắt" của giáo viên và học sinh lớp 9 nhằm phát triển năng lực sáng tạo.
• Phạm vi nội dung kiến thức: Kiến thức về mạch điện một chiều (Vật lí 7) và Bài 25: "Sự nhiễm từ của sắt, thép – Nam châm điện" (Vật lí 9, chương Điện từ học).
• Phạm vi khách thể và địa bàn: Học sinh khối lớp 9 tại trường trung học cơ sở trên địa bàn thành phố Đà Nẵng (với sự hỗ trợ phối hợp thực nghiệm từ giáo viên tổ Vật lí).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng trên các khung lý thuyết giáo dục và phương pháp nghiên cứu chuyên ngành Sư phạm Vật lí:

• Khung lý thuyết giáo dục STEM: Nghiên cứu tiếp cận khái niệm STEM theo tài liệu tập huấn của Bộ Giáo dục và Đào tạo (2019) và tài liệu của nhóm tác giả Nguyễn Thanh Nga, Phùng Việt Hải, Nguyễn Quang Linh, Hoàng Phước Muội (2018). Giáo dục STEM được tổ chức theo quy trình thiết kế kỹ thuật gồm các pha: nghiên cứu kiến thức nền, đề xuất giải pháp, lựa chọn giải pháp, chế tạo mô hình nguyên mẫu, thử nghiệm - đánh giá và hoàn thiện thiết kế. Cấu trúc bài học triển khai theo tiến trình 5 hoạt động học tập tích cực.
• Mô hình dạy học tích hợp: Tác giả tổng quan các phương pháp dạy học tương thích với giáo dục STEM gồm dạy học dựa trên vấn đề (PBL), quy trình dạy học 5E (Engage, Explore, Explain, Elaborate, Evaluate), dạy học dựa trên thiết kế, dạy học dựa trên thách thức và dạy học theo dự án.
• Khung năng lực sáng tạo: Năng lực sáng tạo của học sinh trong môn học được xác định là quá trình phát hiện vấn đề và đề xuất phương án giải quyết để tạo ra sản phẩm (vật chất hoặc tinh thần) có tính mới, có giá trị và có ý nghĩa thực tiễn. Tác giả vận dụng 3 biện pháp sư phạm để bồi dưỡng năng lực này: (1) Tổ chức vận dụng kiến thức STEM giải quyết vấn đề thực tiễn; (2) Rèn luyện kỹ năng phỏng đoán, xây dựng giả thuyết; (3) Luyện tập đề xuất phương án thực nghiệm kiểm tra dự đoán.

Khóa luận sử dụng 3 nhóm phương pháp nghiên cứu chính:

1. Phương pháp nghiên cứu lý luận: Phân tích, tổng hợp các văn bản chỉ đạo của Bộ Giáo dục và Đào tạo; nghiên cứu các công trình khoa học trong và ngoài nước về giáo dục STEM; phân tích chương trình, chuẩn kiến thức kỹ năng môn Vật lí cấp trung học cơ sở (trọng tâm là Vật lí 7 và Vật lí 9).
2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm kỹ thuật: Thiết kế bản vẽ kỹ thuật, lựa chọn linh kiện và gia công thử nghiệm mô hình xe thu gom đinh sắt mẫu từ các vật liệu phổ thông, chi phí thấp trước khi đưa vào bài học.
3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Tổ chức dạy học thực tế theo kế hoạch bài dạy đã thiết kế, sử dụng hệ thống phiếu học tập, phiếu quan sát và tiêu chí đánh giá để đo lường biểu hiện năng lực sáng tạo của học sinh.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Lí luận về giáo dục STEM và việc bồi dưỡng năng lực sáng tạo cho học sinh

Chương này hệ thống hóa toàn diện các vấn đề lý luận về giáo dục STEM và năng lực sáng tạo trong nhà trường phổ thông:

• Khái quát định nghĩa 4 thành tố STEM: Khoa học (Science), Công nghệ (Technology), Kỹ thuật (Engineering), Toán học (Maths) và chu trình tương hỗ giữa việc phát hiện tri thức khoa học và ứng dụng kỹ thuật tạo ra công nghệ mới.
• Xác định 3 hình thức tổ chức giáo dục STEM phổ biến: Dạy học các môn khoa học theo phương thức giáo dục STEM (STEM bài học), tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM (câu lạc bộ, ngày hội STEM) và tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học kỹ thuật.
• Trình bày 6 tiêu chí xây dựng chủ đề STEM, quy trình 4 bước thiết kế chủ đề (Lựa chọn chủ đề -> Xác định vấn đề -> Xây dựng tiêu chí sản phẩm -> Thiết kế tiến trình hoạt động) và tiến trình 5 hoạt động dạy học chuẩn của Bộ Giáo dục và Đào tạo.
• Xác định 7 biểu hiện cụ thể của năng lực sáng tạo trong hoạt động học tập STEM của học sinh trung học (tự lực phát hiện vấn đề, đề xuất giải pháp kỹ thuật mới, vận dụng tri thức vào hoàn cảnh mới, thiết kế sơ đồ nguyên lý/bản vẽ kỹ thuật, đề xuất mô hình giả thuyết thực nghiệm...).
• Xây dựng bảng khung gồm 9 tiêu chí đánh giá tính sáng tạo của học sinh, mỗi tiêu chí được lượng hóa theo 3 mức độ (Mức 1: Không có/Không đạt; Mức 2: Chưa rõ ràng/Đạt mức cơ bản; Mức 3: Rõ ràng/Mức độ sáng tạo cao).

Tiêu chí đánh giá năng lực sáng tạo	Mức 1 (Không có)	Mức 2 (Không rõ ràng)	Mức 3 (Rõ ràng)
TC1. Tìm ra vấn đề mới, tình huống mới và đề xuất phương án giải quyết	Không phát hiện ra vấn đề mới.	Phát hiện ra vấn đề nhưng không đề xuất được phương án giải quyết hiệu quả.	Phát hiện vấn đề mới và đề xuất được phương án giải quyết đúng, hiệu quả cao.
TC2. Thiết kế sơ đồ, bản vẽ nguyên lý và vận hành	Không đưa ra được bản thiết kế mới.	Bản thiết kế hợp lý nhưng dựa trên gợi ý có sẵn hoặc sao chép.	Đưa ra thiết kế hợp lý, độc lập tìm tòi khám phá, không dựa vào mẫu có sẵn.
TC3. Tìm giải pháp khảo sát, đo đạc đảm bảo độ chính xác	Không đưa ra được giải pháp mới.	Đưa ra giải pháp nhưng khó kiểm chứng độ chính xác.	Đưa ra và kiểm chứng rõ ràng giải pháp đo đạc chính xác, khả thi.
TC4. Tìm thiết bị, vật liệu mới thay thế đảm bảo hiệu quả, tiết kiệm	Không nắm rõ thiết bị, chỉ dùng vật liệu được cấp sẵn.	Biết dùng vật liệu thay thế nhưng hiệu quả chưa cao.	Sử dụng linh hoạt vật liệu thay thế, tiết kiệm chi phí và có tính thẩm mỹ.
TC5. Đề xuất cải tiến thiết kế cho hệ thống kỹ thuật	Không đề xuất được giải pháp cải tiến.	Có giải pháp cải tiến nhưng hiệu quả không rõ rệt.	Đề xuất được giải pháp thay đổi chi tiết kỹ thuật làm tăng rõ rệt hiệu quả hệ thống.
TC6. Tiến hành thi công, chế tạo	Không tiến hành thi công được.	Thi công được nhưng cần nhiều sự chỉ dẫn của giáo viên.	Tự lực tiến hành gia công, lắp ráp nhanh gọn, tiết kiệm và hoạt động tốt.
TC7. Vận dụng kiến thức vào thực tiễn kỹ thuật	Không vận dụng được vào thực tiễn.	Chỉ vận dụng được trong tình huống đơn giản, tương tự bài học.	Vận dụng linh hoạt, hiệu quả vào các tình huống kỹ thuật thực tế mới.
TC8. Tư duy phán đoán, xử lý tình huống phát sinh	Không phán đoán được sự cố, gây hư hỏng/lãng phí vật liệu.	Phán đoán được sự cố nhưng lúng túng khi xử lý.	Tư duy phán đoán tốt, giảm thiểu sai sót, xử lý linh hoạt sự cố phát sinh.
TC9. Đề xuất nhiều phương án giải quyết tối ưu	Chỉ thực hiện theo duy nhất một phương án có sẵn.	Đưa ra được 1-2 phương án nhưng ít có sự khác biệt.	Tự đề xuất nhiều phương án sáng tạo, độc đáo và chọn được giải pháp tối ưu.

Chương 2: Thiết kế chủ đề dạy học STEM “Xe thu gom đinh sắt” nhằm bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh trong dạy học Vật lí 9

Chương 2 là nội dung trọng tâm của khóa luận, thực hiện phân tích chương trình và thiết kế chi tiết kế hoạch bài dạy:

• Phân tích nội dung chương Điện từ học – Vật lí 9: Tác giả rà soát chuẩn kiến thức, kỹ năng của 19 bài học trong chương (từ Bài 21 đến Bài 39), từ đó đề xuất 3 chủ đề STEM tiềm năng: (1) Chế tạo mô hình quạt gió với động cơ đơn giản; (2) Xe thu gom đinh sắt; (3) Máy phát điện đơn giản.
• Xác định mục tiêu tích hợp STEM trong chủ đề "Xe thu gom đinh sắt":
  • Khoa học (Science): Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của nam châm điện; mối quan hệ giữa lực hút nam châm điện với số vòng dây cuộn cảm và cường độ dòng điện chạy qua cuộn dây (Bài 25 Vật lí 9); tính chất từ trường bị ngắt khi ngắt dòng điện.
  • Công nghệ (Technology): Quy trình lắp ráp mạch điện điều khiển, sử dụng công tắc và nguồn điện pin, vận hành mô hình thu gom kim loại.
  • Kỹ thuật (Engineering): Phác thảo bản vẽ kỹ thuật của khung xe và vị trí gắn nam châm điện; gia công lắp ráp các bộ phận cơ khí và mạch điện.
  • Toán học (Mathematics): Tính toán số vòng dây quấn, chiều dài dây đồng phù hợp với kích thước lõi sắt và điện áp nguồn; thống kê vật liệu và chi phí.
• Thiết bị và học liệu phục vụ bài học: Giáo viên chuẩn bị 2 bộ dụng cụ mẫu, mỗi bộ gồm: 01 bộ lắp ráp mô hình kỹ thuật lớp 5 (để làm khung gầm và bánh xe), 4 mét dây đồng cách điện (dây ê-may), 1 lõi sắt non hình trụ, 1 pin nguồn 3,7V, 1 công tắc, 1 bóng đèn LED chỉ thị trạng thái, dây nối điện và dụng cụ gia công.
• Cấu trúc tiến trình dạy học (Thời lượng 3 tiết kết hợp tự học theo nhóm):

Hoạt động	Tên hoạt động & Mục tiêu	Phương pháp / Kỹ thuật dạy học	Thời gian & Địa điểm
Hoạt động 1	Xác định yêu cầu thiết kế và chuyển giao nhiệm vụ: Tìm hiểu tác hại của đinh sắt rơi vãi trên đường; hình thành nhu cầu chế tạo thiết bị thu gom kim loại cơ động, hiệu quả; thống nhất tiêu chí sản phẩm.	Nêu vấn đề, trực quan (xem video, hình ảnh thực tế), đàm thoại.	20 phút (Tại lớp học)
Hoạt động 2	Nghiên cứu kiến thức nền: Ôn tập cấu tạo nam châm điện, mối quan hệ giữa lực từ với số vòng dây và cường độ dòng điện; tìm hiểu cách tự chế tạo nam châm điện từ lõi sắt và dây đồng.	Dạy học theo trạm (3 trạm kiến thức tương ứng 3 phiếu học tập).	25 phút (Tại lớp học)
Hoạt động 3	Đề xuất và lựa chọn giải pháp thiết kế: Thảo luận nhóm đề xuất các phương án cấu tạo xe và mạch điện nam châm; vẽ bản thiết kế kỹ thuật, giải thích nguyên lý hoạt động; báo cáo bảo vệ bản thiết kế trước lớp.	Dạy học hợp tác nhóm, thuyết trình, thảo luận phản biện.	1 tuần tại nhà (vẽ thiết kế) + 45 phút trên lớp (báo cáo)
Hoạt động 4	Chế tạo sản phẩm, thử nghiệm và đánh giá: Gia công khung xe từ bộ kỹ thuật, quấn cuộn dây nam châm điện, lắp ráp mạch điện với pin 3,7V và công tắc; vận hành thử nghiệm hút đinh sắt vụn trên sàn, tinh chỉnh thông số.	Thực hành chế tạo theo dự án, thử nghiệm thực tế.	1 tuần (Làm việc nhóm ngoài giờ học)
Hoạt động 5	Trình bày sản phẩm, thảo luận và đánh giá: Triển lãm và vận hành thử nghiệm mô hình xe thu gom đinh sắt; báo cáo thuyết minh tính năng; đánh giá chéo giữa các nhóm và giáo viên tổng kết.	Báo cáo sản phẩm, thảo luận đồng đẳng, đánh giá bằng rubric.	45 phút (Tại lớp học)

• Xây dựng bộ công cụ đánh giá: Tác giả thiết kế hệ thống 4 phiếu học tập (Phiếu 1: Phân công nhiệm vụ và kế hoạch dự án; Phiếu 2: Khảo sát kiến thức 3 trạm; Phiếu 3: Bản vẽ thiết kế và danh mục vật liệu; Phiếu 4: Hướng dẫn quy trình chế tạo); Phiếu đánh giá sản phẩm thiết kế (thang 10 điểm: hút được vật sắt thép [1đ], hoạt động bền bỉ [2đ], thu gom sạch phạm vi quét [4đ], hình thức đẹp [1đ], chi phí tiết kiệm [2đ]); Phiếu đánh giá báo cáo thiết kế (thang 10 điểm).

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

Nội dung chương trình bày việc triển khai thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm chứng tính khả thi của tiến trình dạy học và đánh giá sự phát triển năng lực sáng tạo của học sinh:

• Mục đích và đối tượng thực nghiệm: Tiến hành dạy học thực nghiệm chủ đề trên đối tượng học sinh lớp 9 tại trường trung học cơ sở nhằm kiểm tra tính phù hợp của cấu trúc bài dạy và công cụ đánh giá đã soạn thảo.
• Quy trình triển khai: Tổ chức cho học sinh chia thành các nhóm làm việc (4 nhóm), thực hiện đầy đủ 5 hoạt động theo kế hoạch bài dạy. Giáo viên đóng vai trò định hướng, hỗ trợ kỹ thuật và đánh giá quá trình thông qua hệ thống rubric.
• Phương pháp thu thập dữ liệu: Sử dụng phương pháp quan sát sư phạm ghi nhận thái độ tham gia; chấm điểm phiếu học tập cá nhân và nhóm; đánh giá sản phẩm mô hình xe thực tế và bài báo cáo của các nhóm thông qua bảng tiêu chí định lượng đã xây dựng ở Chương 1 và Chương 2.
• Đánh giá kết quả: Tổng hợp điểm số đánh giá mô hình xe thu gom đinh sắt, kết quả bài báo cáo và mức độ biểu hiện tính sáng tạo của học sinh theo 9 tiêu chí định lượng.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đạt được các kết quả cụ thể sau:

1. Thiết kế hoàn chỉnh một bài học STEM chuyên biệt cho môn Vật lí 9: Xây dựng kế hoạch dạy học chi tiết 3 tiết cho chủ đề "Xe thu gom đinh sắt", gắn kết chặt chẽ chuẩn kiến thức bài "Sự nhiễm từ của sắt, thép – Nam châm điện" với kỹ năng thiết kế kỹ thuật và giải quyết vấn đề thực tiễn.
2. Xây dựng bộ công cụ đánh giá sư phạm đồng bộ:
   • Hệ thống 4 phiếu học tập hỗ trợ học sinh tự học và làm việc nhóm theo tiến trình kỹ thuật.
   • Bảng tiêu chí 9 chỉ số đo lường năng lực sáng tạo được chia 3 mức độ rõ ràng, giúp giáo viên và học sinh có căn cứ đánh giá định lượng.
   • Hai thang đo 10 điểm cụ thể đánh giá chất lượng sản phẩm kỹ thuật và năng lực báo cáo thuyết minh.
3. Chế tạo thành công mô hình kỹ thuật mẫu: Đã thử nghiệm chế tạo mô hình xe thu gom đinh sắt hoạt động bằng nguồn điện pin 3,7V, sử dụng khung lắp ráp kỹ thuật kết hợp cuộn dây đồng quấn trên lõi sắt non, chứng minh tính khả thi về mặt kỹ thuật và kinh tế để học sinh THCS có thể tự thực hiện.
4. Đóng góp về mặt phương pháp dạy học: Đề tài cung cấp minh chứng thực tế về việc cụ thể hóa mô hình giáo dục STEM vào một đơn vị kiến thức cụ thể của chương trình Vật lí lớp 9, chuyển từ lý thuyết đại cương sang giáo án chi tiết có thể áp dụng trực tiếp tại các trường phổ thông.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế của đề tài:
  • Phạm vi thực nghiệm sư phạm mới chỉ triển khai trên quy mô lớp học hẹp tại một trường phổ thông, chưa mở rộng đối chứng diện rộng trên nhiều địa bàn khác nhau.
  • Điều kiện cơ sở vật chất và thời lượng học tập trên lớp (3 tiết) đòi hỏi phần lớn thời gian chế tạo, thử nghiệm phải thực hiện ngoài giờ học, dẫn đến việc kiểm soát quá trình làm việc độc lập của từng học sinh trong nhóm còn gặp khó khăn nhất định.
  • Mô hình sản phẩm còn ở mức độ nguyên mẫu đơn giản, sử dụng bộ lắp ráp kỹ thuật lớp 5 sẵn có và nguồn pin nhỏ nên phạm vi và công suất hút đinh còn giới hạn.
• Hướng nghiên cứu tiếp:
  • Tiếp tục hoàn thiện và nhân rộng quy trình thiết kế chủ đề STEM cho các nội dung khác trong chương "Điện từ học" (như chủ đề "Chế tạo mô hình quạt gió với động cơ đơn giản", "Máy phát điện đơn giản") và các chương khác trong chương trình Vật lí/Khoa học tự nhiên cấp THCS.
  • Nghiên cứu nâng cấp mô hình xe thu gom đinh sắt với các tính năng điều khiển từ xa hoặc tự động hóa để tăng cường yếu tố công nghệ và kỹ thuật cho học sinh các lớp trên.

Giá trị tham khảo

Khóa luận có giá trị tham khảo thiết thực cho các đối tượng sau:

• Sinh viên ngành Sư phạm Vật lí và Sư phạm Khoa học tự nhiên: Tham khảo cấu trúc của một khóa luận tốt nghiệp định hướng phương pháp dạy học; học hỏi cách thức thiết kế bài học STEM theo quy trình thiết kế kỹ thuật chuẩn 5 hoạt động của Bộ Giáo dục và Đào tạo.
• Giáo viên Vật lí và Khoa học tự nhiên tại các trường THCS: Có thể sử dụng trực tiếp kế hoạch bài dạy, hệ thống 4 phiếu học tập và các thang tiêu chí đánh giá năng lực sáng tạo trong chủ đề "Xe thu gom đinh sắt" để triển khai giảng dạy trong chương trình môn học hoặc hoạt động trải nghiệm STEM tại cơ sở.
• Cán bộ quản lý chuyên môn và người nghiên cứu giáo dục STEM: Tham khảo bảng ma trận 9 tiêu chí đánh giá năng lực sáng tạo như một công cụ đo lường định lượng trong các nghiên cứu thực nghiệm sư phạm liên quan.

Câu hỏi thường gặp

1. Chủ đề STEM "Xe thu gom đinh sắt" được thiết kế cho chương trình lớp mấy và phân bổ thời lượng như thế nào? Chủ đề được thiết kế cho học sinh lớp 9 trong chương "Điện từ học", tích hợp kiến thức mạch điện một chiều (Vật lí 7). Thời lượng của chủ đề gồm 3 tiết học trực tiếp trên lớp (Tiết 1: Hoạt động 1 và 2; Tiết 2: Hoạt động 3.2; Tiết 3: Hoạt động 5) kết hợp với 2 tuần làm việc nhóm tại nhà giữa các tiết để vẽ thiết kế kỹ thuật và chế tạo, thử nghiệm mô hình.

2. Bốn thành tố STEM (Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học) được thể hiện cụ thể ra sao trong chủ đề này?

• Khoa học (S): Cấu tạo, nguyên tắc hoạt động của nam châm điện; mối quan hệ của lực từ với số vòng dây cuộn cảm và cường độ dòng điện (Bài 25 Vật lí 9).
• Công nghệ (T): Lắp ráp mạch điện một chiều, sử dụng công tắc, pin và đèn LED chỉ thị.
• Kỹ thuật (E): Lập bản vẽ kỹ thuật khung xe, thực hiện quy trình gia công, quấn dây lõi sắt và lắp ráp các bộ phận cơ khí.
• Toán học (M): Tính toán số vòng dây quấn, chiều dài dây đồng phù hợp với kích thước lõi sắt và điện áp nguồn; lập bảng thống kê chi phí.

3. Danh mục thiết bị, vật liệu chính được sử dụng để chế tạo mô hình xe gồm những gì? Mỗi bộ dụng cụ thực hành gồm: 01 bộ mô hình kỹ thuật lớp 5 (làm khung xe và bánh xe), 4 mét dây đồng cách điện (dây ê-may), 1 lõi sắt non, 1 pin nguồn 3,7V, 1 công tắc bật/tắt, 1 bóng đèn LED, dây điện nối mạch và các dụng cụ lắp ráp thông thường.

4. Khóa luận sử dụng những công cụ cụ thể nào để đo lường và đánh giá năng lực của học sinh? Tác giả xây dựng bộ công cụ gồm 4 thành phần:

• Hệ thống 4 phiếu học tập (từ Phiếu 1 đến Phiếu 4) theo sát tiến trình 5 hoạt động.
• Bảng tiêu chí đánh giá năng lực sáng tạo gồm 9 tiêu chí, mỗi tiêu chí chia thành 3 mức độ định lượng.
• Phiếu đánh giá sản phẩm thiết kế theo thang điểm 10 (tập trung vào khả năng hút kim loại, độ bền, vùng hoạt động, thẩm mỹ và tính tiết kiệm).
• Phiếu đánh giá bài báo cáo và bản thiết kế theo thang điểm 10.

5. Ngoài chủ đề "Xe thu gom đinh sắt", tác giả còn đề xuất những chủ đề STEM nào khác cho chương Điện từ học – Vật lí 9? Qua phân tích nội dung chuẩn kiến thức kỹ năng toàn bộ chương Điện từ học, tác giả đề xuất thêm 2 chủ đề STEM khác gồm: (1) "Chế tạo mô hình quạt gió với động cơ đơn giản" (vận dụng kiến thức nam châm vĩnh cửu, lực điện từ và động cơ điện một chiều); (2) "Máy phát điện đơn giản" (vận dụng kiến thức hiện tượng cảm ứng điện từ và máy phát điện xoay chiều).

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Trương Thị Thắm đã hoàn thành đầy đủ các mục tiêu nghiên cứu thông qua việc hệ thống hóa cơ sở lý luận về giáo dục STEM và năng lực sáng tạo, đồng thời thiết kế chi tiết tiến trình dạy học 5 hoạt động cho chủ đề "Xe thu gom đinh sắt" trong chương trình Vật lí 9. Đề tài xây dựng được hệ thống công cụ đánh giá sư phạm hoàn chỉnh gồm phiếu học tập, thang điểm sản phẩm và bảng 9 tiêu chí lượng hóa năng lực sáng tạo của học sinh. Kết quả nghiên cứu và thực nghiệm khẳng định tính khả thi của mô hình bài học STEM trong việc giúp học sinh vận dụng kiến thức vật lý để giải quyết vấn đề thực tiễn đời sống, cung cấp tư liệu tham khảo có giá trị ứng dụng cao cho giáo viên phổ thông và sinh viên ngành sư phạm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. LÍ LUẬN VỀ GIÁO DỤC STEM VÀ VIỆC BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC SÁNG TẠO CHO HỌC SINH 1. Lý luận về giáo dục STEM 1. Khái niệm về giáo dục stem Giáo dục STEM trong trường trung học là quan điểm dạy học định hướng phát triển năng lực học sinh thuộc các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học [4].

Các kiến thức và kĩ năng về Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học được tổ chức dạy học tích hợp theo chủ đề nhằm giúp học sinh vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề thực tiễn mang lại hiệu quả và có giá trị. STEM là cách viết lấy chữ cái đầu tiên trong tiếng Anh của các từ: Science, Technology, Engineering, Maths. Science (Khoa học): gồm các kiến thức về Vật lý, Hóa học, Sinh học và Khoa học trái đất nhằm giúp học sinh hiểu về thế giới tự nhiên và vận dụng kiến thức đó để giải quyết các vấn đề khoa học trong cuộc sống hằng ngày. STEM STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học), thường được sử dụng khi bàn đến các chính sách phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học của mỗi quốc gia.

Sự phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học được mô tả bởi chu trình STEM (Hình 1), trong đó Science là quy trình sáng tạo ra kiến thức khoa học; Engineering là quy trình sử dụng kiến thức khoa học để thiết kế công nghệ mới nhằm giải quyết các vấn đề; Toán là công cụ được sử dụng để thu nhận kết quả và chia sẻ kết quả đó với những người khác.[3] Technogogy (Công nghệ): phát triển khả năng sử dụng, quản lý, hiểu và đánh giá công nghệ của học sinh, tạo cơ hội để học sinh hiểu về công nghệ được phát triển như thế nào, ảnh hưởng của công nghệ mới tới cuộc sống. 13 Engineering (Kỹ thuật): phát triển sự hiểu biết ở học sinh về cách công nghệ đang phát triển thông qua quá trình thiết kế kỹ thuật, tạo cơ hội để tích hợp kiến thức của nhiều môn học, giúp cho những khái niệm liên quan trở nên dễ hiểu. Kỹ thuật cũng cung cấp cho học sinh những kỹ năng để vận dụng sáng tạo cơ sở Khoa học và Toán học trong quá trình thiết kế các đối tượng, các hệ thống hay xây dựng các quy trình sản xuất. Maths (Toán học): phát triển ở học sinh khả năng phân tích, biện luận và truyền đạt tưởng một cách hiệu quả thông qua việc tính toán, giải thích, các giải pháp giải quyết các vấn đề toán học trong các tình huống đặt ra.

Thuật ngữ STEM được dùng trong hai ngữ cảnh khác nhau đó là ngữ cảnh giáo dục và ngữ cảnh nghề nghiệp. + Đối với ngữ cảnh giáo dục, STEM nhấn mạnh đến sự quan tâm của nền giáo dục đối với các môn Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học. Quan tâm đến việc tích hợp các môn học trên gắn với thực tiễn để nâng cao năng lực cho người học. Giáo dục STEM có thể được hiểu và diễn giải ở nhiều cấp độ như: chính sách STEM, chương trình STEM, nhà trường STEM, môn học STEM, bài học STEM, hoạt động STEM.

+ Đối với ngữ cảnh nghề nghiệp, STEM được hiểu là nghề nghiệp thuộc các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học. Vai tró, ý nghĩa của giáo dục STEM trong giáo dục phổ thông Việc đưa giáo dục STEM vào trường trung học 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 các môn học đang được quan tâm như Toán, Khoa học, các lĩnh vực Công nghệ, Kỹ 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. - Nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM: Các dự án học tập trong 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.

14 - Hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho học sinh: Khi triển khai các dự án học tập STEM, học sinh hợp tác với nhau, chủ động và tự lực thực hiện các nhiệm vụ học; được làm quen hoạt động có tính chất nghiên cứu khoa học. Các hoạt động nêu trên góp phần tích cực vào hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực cho học sinh. - Kết nối trường học với cộng đồng: Để đảm bảo triển khai hiệu quả giáo dục STEM, cơ sở giáo dục phổ thông thường kết nối với các cơ sở giáo dục nghề nghiệp, đại học tại địa phương nhằm khai thác nguồn lực về con người, cơ sở vật chất 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 trung học, 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. Thực hiện tốt giáo dục STEM ở trường trung học 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. Các hình thức tổ chức các chủ đề STEM 1. Dạy học các môn khoa học theo phương thức giáo dục STEM Đây là hình thức tổ chức giáo dục STEM chủ yếu trong nhà trường.

Theo cách này, các bài học, hoạt động giáo dục STEM được triển khai ngay trong quá trình dạy học các môn học STEM theo tiếp cận liên môn. Các chủ đề, bài học, hoạt động STEM bám sát chương trình của các môn học thành phần. Hình thức giáo dục STEM này không làm phát sinh thêm thời gian học tập. Tổ chức các hoạt động trải nghiệm STEM Trong hoạt động trải nghiệm STEM, học sinh được khám phá các thí nghiệm, ứng dụng khoa học, kỹ thuật trong thực tiễn đời sống.

Qua đó, nhận biết được ý nghĩa của khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học đối với đời sống con người, nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM. Đây cũng là cách thức để thu hút sự quan tâm của xã hội tới giáo dục STEM. 15 Để tổ chức thành công các hoạt động trải nghiệm STEM, cần có sự tham gia, hợp tác của các bên liên quan như trường trung học, cơ sở giáo dục nghề nghiệp, các trường đại học, doanh nghiệp Trải nghiệm STEM còn có thể được thực hiện thông qua sự hợp tác giữa trường trung học với các cơ sở giáo dục đại học, giáo dục nghề nghiệp. Theo cách này, sẽ kết hợp được thực tiễn phổ thông với ưu thế về cơ sở vật chất của giáo dục đại học và giáo dục nghề nghiệp.

Các trường trung học có thể triển khai giáo dục STEM thông qua hình thức câu lạc bộ. Tham gia câu lạc bộ STEM, học sinh được học tập nâng cao trình độ, triển khai các dự án nghiên cứu, tìm hiểu các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM. Đây là hoạt động theo sở thích, năng khiếu của học sinh. Tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học, kĩ thuật Giáo dục STEM có thể được triển khai thông qua hoạt động nghiên cứu khoa học và tổ chức các cuộc thi sáng tạo khoa học kỹ thuật.

Hoạt động này không mang tính đại trà mà dành cho những học sinh có năng lực, sở thích và hứng thú với các hoạt động tìm tòi, khám phá khoa học, kỹ thuật giải quyết các vấn đề thực tiễn. Tổ chức tốt hoạt động câu lạc bộ STEM cũng là tiền đề phát triển hoạt động sáng tạo khoa học kỹ thuật và triển khai các dự án nghiên cứu trong khuôn khổ cuộc thi khoa học kỹ thuật dành cho học sinh trung học. Bên cạnh đó, tham gia câu lạc bộ STEM và nghiên cứu khoa học, kĩ thuật là cơ hội để học sinh thấy được sự phù hợp về năng lực, sở thích, giá trị của bản thân với nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM 1. Tiêu chí xây dựng chủ đề STEM Tiêu chí 1: Chủ đề bài học STEM tập trung vào các vấn đề của thực tiễn Trong các bài học STEM, học sinh được đặt vào các vấn đề thực tiễn xã hội, kinh tế, môi trường và yêu cầu tìm các giải pháp.

Tiêu chí 2: Cấu trúc bài học STEM theo quy trình thiết kế kĩ thuật Quy trình thiết kế kĩ thuật cung cấp một tiến trình linh hoạt đưa học sinh từ việc xác định một vấn đề - hoặc một yêu cầu thiết kế - đến sáng tạo và phát triển một giải pháp. Theo quy trình này, học sinh thực hiện: (1). nghiên cứu kiến thức nền – (3). đề xuất nhiều ý tưởng cho các giải pháp – (4).

lựa chọn giải pháp tối ưu – (5). phát 16 triển và chế tạo một mô hình (nguyên mẫu) – (6). thử nghiệm và đánh giá – (7). hoàn thiện thiết kế.

Trong quy trình thiết kế kĩ thuật, các nhóm học sinh thử nghiệm các ý tưởng dựa nghiên cứu của mình, sử dụng nhiều cách tiếp cận khác nhau, mắc sai lầm, chấp nhận và học từ sai lầm, và thử lại. Sự tập trung của học sinh là phát triển các giải pháp. Tiêu chí 3: Phương pháp dạy học bài học STEM đưa học sinh vào hoạt động tìm tòi và khám phá, định hướng hành động, trải nghiệm và sản phẩm Trong các bài học STEM, hoạt động học của học sinh được thực hiện theo hướng mở có " khuôn khổ " về các điều kiện mà học sinh được sử dụng (chẳng hạn các vật liệu khả dụng). Hoạt động học của học sinh là hoạt động được chuyển giao và hợp tác; các quyết định về giải pháp giải quyết vấn đề là của chính học sinh.

Học sinh thực hiện các hoạt động trao đổi thông tin để chia sẻ ý tưởng và tái thiết kế nguyên mẫu của mình nếu cần. Học sinh tự điều chỉnh các ý tưởng của mình và thiết kế hoạt động khám phá của bản thân. Tiêu chí 4: Hình thức tổ chức bài học STEM lôi cuốn học sinh vào hoạt động nhóm kiến tạo Giúp học sinh làm việc cùng nhau như một nhóm kiến tạo không bao giờ là một việc dễ.