Luận Văn Thạc Sĩ: Thiết Kế Hoạt Động STEM Với Thử Thách Tạo Ra Nam Châm Điện Từ Pin Điện Hóa

Khám phá luận văn thạc sĩ về thiết kế hoạt động STEM với thử thách tạo ra nam châm điện từ pin điện hóa, nâng cao kỹ năng sáng tạo.

• Tác giả: Lê Huyền Thương
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Anh Dũng
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội 2
• Chuyên ngành: Phương Pháp Dạy Học Vật Lý
• Đề tài: Thiết Kế Hoạt Động STEM Với Thử Thách Tạo Ra Nam Châm Điện Từ Pin Điện Hóa
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• MỤC LỤC
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Mục đích nghiên cứu
• 0.2. Đối tượng, khách thể, phạm vi nghiên cứu
• 0.3. Câu hỏi và giả thuyết nghiên cứu
• 0.4. Nhiệm vụ nghiên cứu
• 0.5. Phương pháp nghiên cứu
• 0.6. Cấu trúc đề tài
• 1. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN
• 1.1. Giáo dục STEM là gì ?
• 1.2. Thế mạnh của giáo dục STEM
• 1.3. Chủ đề STEM, phân loại chủ đề STEM
• 1.4. Vai trò của giáo dục STEM
• 1.5. Tiến trình tổ chức hoạt động trải nghiệm cho học sinh theo định hướng giáo dục STEM
• 1.6. Giáo dục STEM tại các nước phát triển
• 1.6.1. Giáo dục STEM tại Mỹ
• 1.6.2. Giáo dục STEM tại Anh
• 2. CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HOẠT ĐỘNG STEM VỚI THỬ THÁCH TẠO RA NAM CHÂM ĐIỆN TỪ NGUỒN PIN ĐIỆN HÓA
• 2.1. Thiết kế hoạt động STEM với thử thách tạo ra nam châm điện từ pin điện hóa
• 2.2. Phiếu tự đánh giá bản thân và phiếu đánh giá các thành viên trong hoạt động nhóm
• 2.2.1. Phiếu tự đánh giá bản thân
• 2.2.2. Phiếu đánh giá các thành viên trong hoạt động nhóm
• 2.3. Xây dựng rubric đánh giá năng lực của HS
• 3. CHƯƠNG 3: DỰ KIẾN THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM
• 3.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm
• 3.2. Đối tượng thực nghiệm
• 3.3. Phương pháp tiến hành
• 3.4. Nhiệm vụ thực nghiệm
• 3.5. Nội dung thực nghiệm
• 3.6. Dự kiến kết quả thực nghiệm sư phạm
• 3.7. Dự kiến diễn biến tiết dạy thực nghiệm
• 3.8. Công cụ đánh giá kết quả thực nghiệm
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Thiết Kế Hoạt Động STEM Nam Châm Điện Từ Pin Điện Hóa

Thiết kế hoạt động STEM là một phương pháp giáo dục hiện đại, giúp học sinh phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề thông qua các dự án thực tiễn. Trong bài viết này, sẽ khám phá thử thách tạo ra nam châm điện từ pin điện hóa, một hoạt động thú vị và bổ ích cho học sinh. Hoạt động này không chỉ giúp học sinh hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động của nam châm điện mà còn khuyến khích sự sáng tạo và tư duy phản biện.

1.1. Khái niệm về Thiết Kế Hoạt Động STEM

Thiết kế hoạt động STEM là sự kết hợp giữa Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học. Hoạt động này giúp học sinh áp dụng lý thuyết vào thực tiễn, từ đó phát triển kỹ năng cần thiết cho thế kỷ 21.

1.2. Tầm quan trọng của Nam Châm Điện trong STEM

Nam châm điện là một ứng dụng quan trọng trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp, y tế và công nghệ. Việc hiểu rõ về nam châm điện giúp học sinh có cái nhìn sâu sắc hơn về các ứng dụng thực tiễn của khoa học.

II. Vấn Đề và Thách Thức Trong Thiết Kế Hoạt Động STEM

Mặc dù thiết kế hoạt động STEM mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng tồn tại một số thách thức. Việc tạo ra nam châm điện từ pin điện hóa đòi hỏi học sinh phải nắm vững kiến thức về điện và từ trường. Ngoài ra, việc sử dụng các vật liệu an toàn và phù hợp cũng là một vấn đề cần được chú ý.

2.1. Khó Khăn Trong Việc Lựa Chọn Vật Liệu

Việc lựa chọn vật liệu phù hợp để tạo ra nam châm điện là một thách thức lớn. Học sinh cần tìm hiểu và thử nghiệm với nhiều loại vật liệu khác nhau để đạt được hiệu quả tốt nhất.

2.2. An Toàn Trong Thí Nghiệm

An toàn là yếu tố quan trọng trong mọi hoạt động STEM. Học sinh cần được hướng dẫn cách sử dụng thiết bị và vật liệu một cách an toàn để tránh tai nạn trong quá trình thực hiện thí nghiệm.

III. Phương Pháp Thiết Kế Hoạt Động STEM Tạo Nam Châm Điện

Để thiết kế hoạt động STEM hiệu quả, cần có một quy trình rõ ràng. Quy trình này bao gồm việc xác định mục tiêu, lựa chọn vật liệu, thực hiện thí nghiệm và đánh giá kết quả. Mỗi bước trong quy trình đều quan trọng và cần được thực hiện cẩn thận.

3.1. Xác Định Mục Tiêu Hoạt Động

Mục tiêu của hoạt động là giúp học sinh hiểu rõ nguyên lý hoạt động của nam châm điện và cách tạo ra nó từ pin điện hóa. Mục tiêu này cần được truyền đạt rõ ràng trước khi bắt đầu.

3.2. Lựa Chọn Vật Liệu và Thiết Bị

Việc lựa chọn vật liệu như dây đồng, pin điện hóa và các thiết bị thí nghiệm là rất quan trọng. Học sinh cần được hướng dẫn để chọn lựa vật liệu an toàn và hiệu quả cho thí nghiệm.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Nam Châm Điện Trong Cuộc Sống

Nam châm điện có nhiều ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày, từ các thiết bị điện tử đến các hệ thống giao thông. Việc hiểu rõ về nam châm điện giúp học sinh nhận thức được tầm quan trọng của khoa học trong cuộc sống.

4.1. Ứng Dụng Trong Công Nghiệp

Nam châm điện được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, từ máy móc đến thiết bị sản xuất. Học sinh sẽ thấy được sự kết nối giữa lý thuyết và thực tiễn.

4.2. Ứng Dụng Trong Y Tế

Trong y tế, nam châm điện được sử dụng trong các thiết bị như máy MRI. Việc hiểu về nam châm điện giúp học sinh nhận thức được vai trò của khoa học trong việc cải thiện sức khỏe con người.

V. Kết Luận và Tương Lai Của Thiết Kế Hoạt Động STEM

Thiết kế hoạt động STEM không chỉ giúp học sinh phát triển kỹ năng mà còn khuyến khích sự sáng tạo và tư duy phản biện. Tương lai của giáo dục STEM sẽ tiếp tục phát triển, mở ra nhiều cơ hội cho học sinh trong việc khám phá và sáng tạo.

5.1. Tương Lai Của Giáo Dục STEM

Giáo dục STEM sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao cho xã hội. Học sinh sẽ có nhiều cơ hội hơn để tham gia vào các lĩnh vực khoa học và công nghệ.

5.2. Khuyến Khích Sự Sáng Tạo

Việc khuyến khích học sinh tham gia vào các hoạt động STEM sẽ giúp phát triển tư duy sáng tạo và khả năng giải quyết vấn đề. Đây là những kỹ năng cần thiết cho thế kỷ 21.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Khóa luận tốt nghiệp đại học chuyên ngành Phương pháp dạy học Vật lí của tác giả Lê Huyền Thương (Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, năm 2019) được thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Anh Dũng. Đề tài xuất phát từ yêu cầu đổi mới căn bản giáo dục Việt Nam trong bối cảnh cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư và kinh nghiệm quốc tế về việc triển khai giáo dục STEM nhằm đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao. Bên cạnh đó, bối cảnh thực tiễn được tác giả khai thác là sự cạn kiệt nguồn năng lượng hóa thạch cùng tình trạng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng do rác thải pin phế thải sinh hoạt gây ra, từ đó đặt ra nhu cầu nghiên cứu nguồn điện từ nguyên liệu tự nhiên và các ứng dụng kỹ thuật liên quan.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định gồm 4 nội dung:

1. Xây dựng cơ sở lý luận về giáo dục STEM trong dạy học phổ thông.
2. Thiết kế hoạt động STEM với thử thách làm nam châm điện từ nguồn pin điện hóa thuộc chương trình Vật lý 11.
3. Xây dựng hệ thống công cụ đánh giá, bao gồm các phiếu đánh giá và rubric đánh giá năng lực của học sinh.
4. Dự kiến kết quả và tiến trình thực nghiệm sư phạm tại trường trung học phổ thông.

Nhiệm vụ nghiên cứu tương ứng bao gồm:

1. Nghiên cứu tổng quan cơ sở lý luận về giáo dục STEM.
2. Nghiên cứu phương pháp dạy học môn Vật lý theo định hướng giáo dục STEM.
3. Xây dựng phương án dự kiến thực nghiệm sư phạm.

Câu hỏi nghiên cứu được đặt ra là: Thiết kế hoạt động dạy học môn Vật lý 11 theo định hướng giáo dục STEM và rubric đánh giá năng lực của học sinh như thế nào để vừa đánh giá đúng mức độ nhận thức kiến thức cơ bản cùng kiến thức liên môn, vừa tạo điều kiện cho học sinh làm quen với phương pháp học tập mới? Giả thuyết nghiên cứu cho rằng nếu thiết kế được tiến trình hoạt động cùng rubric phù hợp sẽ đánh giá chuẩn xác mức độ đạt mục tiêu học tập, năng lực STEM, đồng thời thúc đẩy tính tích cực, chủ động của người học.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là cách thức thiết kế hoạt động dạy học theo định hướng STEM thông qua chương trình Vật lý lớp 11. Khách thể nghiên cứu được tác giả nêu trong văn bản gồm các kiến thức thuộc Chương II (Dòng điện không đổi) và Chương IV (Từ trường). Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong phạm vi kiến thức Chương trình Vật lý 11 cơ bản, hướng tới đối tượng thực nghiệm là học sinh lớp 11 (độ tuổi 17, mức độ tiếp thu khá).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng hệ thống cơ sở lý thuyết dựa trên các khái niệm, mô hình và quan điểm dạy học tích hợp:

• Khái niệm và bản chất giáo dục STEM: Tiếp cận liên môn tích hợp giữa bốn lĩnh vực Khoa học (Science), Công nghệ (Technology), Kỹ thuật (Engineering) và Toán học (Maths) nhằm giải quyết các vấn đề thực tiễn.
• Tiêu chí và phân loại chủ đề STEM: Chủ đề STEM được xác định qua 4 tiêu chí cốt lõi gồm: kiến thức thuộc lĩnh vực STEM, giải quyết vấn đề thực tiễn, định hướng hoạt động - thực hành, và làm việc nhóm. Khóa luận phân loại chủ đề theo 3 căn cứ: theo lĩnh vực tham gia (đầy đủ hoặc khuyết), theo phạm vi kiến thức (cơ bản hoặc mở rộng), và theo mục đích dạy học (dạy học kiến thức mới hoặc dạy học vận dụng).
• Khung tiến trình tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM: Cấu trúc hóa thành tiến trình sư phạm 6 pha:

Pha hoạt động	Tên pha	Nội dung hoạt động chính
Pha 1	Đặt vấn đề STEM và chuyển giao nhiệm vụ	Tạo tình huống có vấn đề gắn với thực tiễn, làm nảy sinh nhiệm vụ học tập.
Pha 2	Đề xuất phương án thiết kế sản phẩm	Phác thảo bản vẽ thiết kế, thuyết trình, thảo luận phản biện và thống nhất bản vẽ tối ưu.
Pha 3	Gia công, chế tạo theo bản vẽ	Nhận dụng cụ, vật liệu; phân công nhóm gia công chi tiết và lắp ráp sản phẩm.
Pha 4	Vận hành, thử nghiệm sản phẩm	Vận hành kiểm tra; nếu không đạt yêu cầu phải quay lại Pha 2 để hiệu chỉnh thiết kế.
Pha 5	Thực hiện báo cáo sản phẩm	Thuyết trình quá trình chế tạo, xử lý khó khăn, vận hành minh họa và đánh giá chéo.
Pha 6	Đánh giá, nhận xét chung	Giáo viên tổng kết hoạt động, nhận xét và đánh giá kết quả làm việc của các nhóm.

• Quy trình thiết kế kỹ thuật dành cho học sinh: Vận dụng mô hình 8 bước gồm: (1) Tìm hiểu thực tiễn, xác định vấn đề; (2) Nghiên cứu kiến thức nền; (3) Động não tìm giải pháp; (4) Lựa chọn giải pháp khả thi; (5) Thiết kế - chế tạo mẫu thử nghiệm; (6) Thử nghiệm mẫu thiết kế; (7) Báo cáo và thảo luận kết quả; (8) Đánh giá và thiết kế lại.

Phương pháp nghiên cứu thực tế bao gồm phương pháp nghiên cứu lý luận (thu thập, phân tích, tổng hợp tài liệu về giáo dục STEM và chương trình vật lý phổ thông), phương pháp thiết kế sư phạm (xây dựng giáo án, phiếu học tập, công cụ kiểm tra đánh giá), và phương pháp dự kiến thực nghiệm sư phạm đối chứng. Nguồn dữ liệu thứ cấp được khai thác từ tài liệu đổi mới Chương trình giáo dục phổ thông môn Vật lý của PGS.TS Nguyễn Văn Khánh, tài liệu nghiên cứu dạy học STEM của Lê Xuân Quang (2017), số liệu việc làm của Mỹ (tạp chí Live Science, VNIS), chính sách giáo dục STEM tại Anh (Chương trình Hành động 11, mô hình 4 cấp độ của Mark Windale), và dữ liệu quan trắc rác thải môi trường của Chi cục Môi trường Hà Nội, Viện Khoa học Môi trường và Phát triển, Sở Tài nguyên và Môi trường Hà Nội.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Cơ sở lý luận

Chương này tập trung tổng quan hệ thống lý luận về giáo dục STEM và định hướng triển khai trong môn Vật lý:

• Phân tích thế mạnh của STEM: Tích hợp kiến thức liên ngành xóa bỏ khoảng cách giữa hàn lâm và thực tiễn, phát triển năng lực giải quyết vấn đề thực tế, đặt học sinh vào vai trò người sáng tạo, tự học theo quan điểm của GS. Steven Chu.
• Tổng kết kinh nghiệm quốc tế: Tại Mỹ, thống kê giai đoạn 2004–2014 cho thấy việc làm liên quan đến khoa học và kỹ thuật tăng 26% (gấp hai lần tốc độ tăng trưởng trung bình), dự kiến giai đoạn 2010–2020 tăng 62% và đến năm 2030 máy tính có thể thay thế 60% nghề nghiệp thông thường. Tại Anh, giáo dục STEM triển khai qua Chương trình Hành động 11 với 4 nội dung (đào tạo giáo viên theo cặp/nhóm liên môn; bồi dưỡng giáo viên qua 4 cấp độ thực hành; tổ chức câu lạc bộ và ngày hội; huy động hơn 8 triệu USD từ các tập đoàn tư nhân để phát triển cơ sở vật chất).
• Định hướng dạy học môn Vật lý mới tại Việt Nam: Phân tích 6 đặc điểm cốt lõi gồm tích hợp ở cấp cơ sở và phân hóa ở trung học phổ thông; phát triển phẩm chất, năng lực và hướng nghiệp; tinh giản tính toán hàn lâm để chú trọng bản chất vật lý; đẩy mạnh thực hành và thí nghiệm; đa dạng hóa phương pháp dạy học; xem kiểm tra đánh giá là khâu then chốt nhằm đo lường năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên.

Chương 2. Thiết kế hoạt động STEM với thử thách tạo ra nam châm điện từ pin điện hóa

Chương này trình bày toàn bộ kế hoạch dạy học chi tiết cho chủ đề thực hành thời lượng 45 phút dành cho học sinh lớp 11, bao gồm việc tích hợp kiến thức liên môn: Khoa học (Vật lý: dòng điện không đổi, từ trường, nam châm điện; Hóa học: phản ứng oxi hóa - khử, thuyết điện li, dung dịch điện phân; Sinh học: quá trình quang hợp ở thực vật), Công nghệ (bản vẽ kỹ thuật, quy trình chế tạo nguồn điện), và Kỹ thuật (thao tác lắp ráp, hàn nối, vận hành mạch đo).

Tiến trình bài học 45 phút được cấu trúc thành 3 hoạt động nối tiếp:

• Hoạt động 1 (10 phút) - "Pin điện hóa hoạt động như thế nào?": Học sinh nghiên cứu tài liệu hướng dẫn về pin Galvani đơn giản (dung dịch axit loãng trong quả chanh bứt ion Zn²⁺ từ thanh kẽm khiến kẽm thừa electron mang điện âm, ion H⁺ nhận electron ở thanh đồng làm đồng tích điện dương, duy trì dòng điện), hoàn thành Phiếu học tập số 01 tìm hiểu cấu tạo pin và nguy cơ ô nhiễm từ pin phế thải.
• Hoạt động 2 (15 phút) - "Thử làm pin điện hóa": Các nhóm lựa chọn nguyên vật liệu tự nhiên (chanh, khoai tây, cà chua), dây nối, điện cực để tạo nguồn điện, dùng đồng hồ vạn năng đo suất điện động, đấu nối tiếp các nguồn pin để thắp sáng đèn LED và hoàn thiện Phiếu học tập số 02.
• Hoạt động 3 (20 phút) - "Thử thách tạo Nam châm điện từ nguồn pin điện hóa": Học sinh sử dụng đinh sắt (dài 7–10 cm), cuộn dây đồng và nguồn pin điện hóa vừa tạo để chế tạo nam châm điện; thi đua lực hút giữa các nhóm thông qua việc hút các mảnh sắt nhỏ; từ đó rút ra các yếu tố làm thay đổi cảm ứng từ của nam châm điện.

Hệ thống công cụ đánh giá được thiết kế hoàn chỉnh gồm: Phiếu tự đánh giá bản thân (6 tiêu chí, thang đo 4 mức độ từ Hiếm khi đến Thường xuyên), Phiếu đánh giá đồng đẳng giữa các thành viên nhóm (6 tiêu chí: Tổ chức và quản lý, Đóng góp ý tưởng, Hỗ trợ đồng đội, Nhiệt tình nghiêm túc, Làm việc hợp tác, Tính hiệu quả), và Rubric đánh giá năng lực học sinh gồm 4 tiêu chí:

Tiêu chí	Mức 1 (1 điểm)	Mức 2 (2 điểm)	Mức 3 (3 điểm)	Mức 4 (4 điểm)
Kỹ thuật	Phác thảo được bản vẽ pin điện hóa tự tạo.	Phác thảo được bản vẽ nam châm điện nhưng chọn vật dụng chưa hợp lý.	Phác thảo được bản vẽ nam châm điện; lựa chọn và sử dụng vật dụng, thiết bị hợp lý.	Phác thảo được bản vẽ; chọn vật dụng hợp lý; đọc bản vẽ và lắp ráp đúng phương án.
Thực hành	Nam châm điện chưa hoạt động tốt; nêu nguy cơ ô nhiễm môi trường nhưng chưa có giải pháp.	Nêu được nguy cơ ô nhiễm từ pin phế thải và đề xuất giải pháp; đo được suất điện động nhưng nam châm chưa hoạt động tốt.	Đo được suất điện động; nam châm hoạt động tốt; nêu được nguy cơ ô nhiễm nhưng chưa đề xuất được giải pháp.	Nêu được nguy cơ ô nhiễm và đề xuất biện pháp khắc phục; đo được suất điện động; nam châm điện hoạt động tốt.
Thuyết trình	Tham gia thuyết trình nhưng chưa tự tin hoặc chưa phân tích được bản vẽ và sản phẩm.	Thuyết trình tự tin, phân tích được bản vẽ và sản phẩm nhưng chưa chỉ ra ưu, nhược điểm.	Thuyết trình tự tin, phân tích rõ sản phẩm và bản vẽ, chỉ ra được ưu và nhược điểm của nhóm.	Thuyết trình tự tin, phân tích rõ ưu nhược điểm; phát hiện tính bất hợp lý trong phản biện của nhóm khác và đối đáp thuyết phục.
Làm việc nhóm	Chưa có sự phân công công việc hợp lý; chưa phối hợp khi thuyết trình.	Có phân công công việc nhưng chưa hợp lý; có sự phối hợp khi thuyết trình.	Có phân công công việc cụ thể (thư ký, gia công, quản lý vật liệu) nhưng thiếu phối hợp khi thuyết trình.	Phân công công việc rõ ràng cho từng thành viên; các thành viên phối hợp chặt chẽ trong suốt quá trình thuyết trình và chế tạo.

Chương 3. Dự kiến thực nghiệm sư phạm

Chương này vạch ra phương án thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm chứng tính khả thi của tiến trình dạy học đã thiết kế:

• Mục đích và đối tượng: Đánh giá tác động của hoạt động dạy học STEM đối với tư duy sáng tạo, tinh thần làm việc nhóm và kết quả học tập của học sinh khối 11 tại trường trung học phổ thông.
• Phương pháp tiến hành: Thiết kế phương án dạy thực nghiệm trên lớp thực nghiệm (học theo tiến trình STEM) và lớp đối chứng (học theo phương pháp truyền thống); xin ý kiến đóng góp từ các giáo viên thuộc các bộ môn Toán, Vật lý, Hóa học, Sinh học và Công nghệ để hoàn thiện kế hoạch bài học.
• Nhiệm vụ theo dõi: Quan sát không khí học tập (sự hào hứng hoặc thụ động), thống kê số lượng học sinh chủ động nêu giả thuyết hoặc phản biện khoa học, đánh giá mức độ tương tác nhóm và đối chiếu thời lượng thực tế với kế hoạch 45 phút dự kiến.
• Kịch bản tiến trình: Mô tả diễn biến thực nghiệm qua việc xử lý tình huống mâu thuẫn nhận thức về ô nhiễm pin phế thải, quá trình tự chế tạo pin điện hóa từ rau củ quả để làm sáng đèn LED, tổ chức phần thi đấu thực tế kiểm tra lực hút nam châm điện bằng số lượng mảnh sắt hút được, và quy trình các nhóm học sinh tự đánh giá, xếp loại lẫn nhau.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đã đạt được các kết quả cụ thể thông qua hệ thống dữ liệu và phương án sư phạm hoàn chỉnh:

• Thiết lập kế hoạch bài dạy thực nghiệm chi tiết cho chủ đề STEM thời lượng 45 phút, giải quyết được đồng thời hai nội dung vật lý quan trọng là nguồn điện hóa học và từ trường của dòng điện chạy trong ống dây có lõi sắt.
• Tích hợp số liệu thực tế về môi trường vào giáo án nhằm nâng cao ý thức xã hội cho học sinh: bình quân mỗi hộ gia đình tại Hà Nội sử dụng từ 10–15 thiết bị dùng pin; mỗi ngày thành phố phát sinh hơn 5.400 tấn rác sinh hoạt và hơn 100 tấn rác nguy hại (chỉ thu gom xử lý đúng quy chuẩn được 60–65 tấn/ngày); 1 viên pin chôn lấp có nguy cơ gây ô nhiễm 500 lít nước hoặc 1 m³ đất trong vòng 50 năm.
• Xây dựng hệ thống công cụ đo lường sư phạm đồng bộ gồm 2 phiếu học tập hình thành kiến thức, 2 biểu mẫu đánh giá thái độ làm việc nhóm và 1 bảng rubric định lượng năng lực học sinh qua 4 bậc điểm.
• Đóng góp khoa học của đề tài: Cụ thể hóa định hướng giáo dục STEM vào nội dung chuyên môn của môn Vật lý 11; cung cấp quy trình thiết kế kỹ thuật 8 bước gắn liền với chế tạo thực nghiệm cụ thể (dùng chanh, khoai tây, đinh sắt, cuộn dây đồng) thay vì các bài tập tính toán thuần túy lý thuyết.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận có hạn chế rõ ràng được ghi nhận ngay từ cấu trúc văn bản: đề tài mới dừng lại ở mức độ "Dự kiến thực nghiệm sư phạm" (Chương 3) mà chưa được tổ chức dạy học thực tế trên lớp học trung học phổ thông để thu thập số liệu thống kê định lượng (như điểm số bài kiểm tra, kiểm định t-test giữa nhóm đối chứng và thực nghiệm). Bản thân tác giả cũng khẳng định trong phần lời cảm ơn rằng công trình còn những hạn chế do kinh nghiệm thực tiễn và trình độ lý luận.

Hướng phát triển tiếp theo của nghiên cứu được xác định dựa trên phạm vi đề tài:

• Triển khai tiến trình dạy học đã thiết kế vào thực tế các lớp học lớp 11 để kiểm định mức độ tương thích về thời gian và độ bền của thiết bị tự chế.
• Thu thập số liệu thống kê thực nghiệm sư phạm đầy đủ để kiểm chứng giả thuyết nghiên cứu bằng các phương pháp toán học thống kê.
• Lấy ý kiến đánh giá trực tiếp từ hội đồng giáo viên liên môn (Toán, Hóa học, Sinh học, Công nghệ) để hoàn thiện hơn nữa tính tích hợp của bài học.

Giá trị tham khảo

Công trình là tài liệu hữu ích cho:

• Sinh viên chuyên ngành Sư phạm Vật lý và Sư phạm Khoa học tự nhiên trong việc học tập phương pháp thiết kế một kế hoạch bài dạy theo định hướng giáo dục STEM chuẩn mực.
• Giáo viên Vật lý tại các trường trung học phổ thông đang thực hiện đổi mới phương pháp giảng dạy, tìm kiếm phương án tổ chức tiết học trải nghiệm, ứng dụng vật liệu tái chế, vật liệu tự nhiên để dạy học phần "Dòng điện không đổi" và "Từ trường".
• Cán bộ quản lý chuyên môn và giáo viên các môn khoa học tự nhiên có nhu cầu tham khảo khung rubric 4 mức độ đánh giá năng lực thực hành và kỹ năng làm việc nhóm của học sinh.

Nội dung đáng giá nhất để trích dẫn hoặc áp dụng là bảng Rubric đánh giá 4 tiêu chí tại Chương 2 và cấu trúc tiến trình 6 pha tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM được mô hình hóa trong Chương 1.

Câu hỏi thường gặp

1. Khóa luận này tích hợp kiến thức của những môn học nào trong bài học thực hành?
Bài học tích hợp 5 phân môn thuộc 3 nhánh STEM: nhánh Khoa học gồm Vật lý (pin điện hóa, từ trường nam châm điện), Hóa học (sự điện li, phản ứng oxi hóa - khử hình thành cực điện), Sinh học (quá trình quang hợp tạo chất hữu cơ trong củ quả); nhánh Công nghệ gồm vẽ kỹ thuật và quy trình chế tạo; nhánh Kỹ thuật gồm các thao tác nối mạch, kiểm tra mối hàn và đo đạc thông số suất điện động.

2. Học sinh giải quyết thử thách kỹ thuật bằng quy trình mấy bước?
Học sinh tiếp cận và giải quyết nhiệm vụ chế tạo nam châm điện từ pin điện hóa thông qua quy trình thiết kế kỹ thuật gồm 8 bước: Tìm hiểu thực tiễn - xác định vấn đề; Nghiên cứu kiến thức nền; Động não tìm giải pháp; Lựa chọn giải pháp khả thi; Thiết kế - chế tạo mẫu thử nghiệm; Thử nghiệm mẫu thiết kế; Báo cáo và thảo luận kết quả; Đánh giá và thiết kế lại.

3. Tác giả sử dụng số liệu thực tế nào về ô nhiễm pin để xây dựng tình huống học tập?
Khóa luận dẫn số liệu từ Chi cục Môi trường Hà Nội và Viện Khoa học Môi trường và Phát triển: mỗi gia đình có khoảng 10–15 thiết bị dùng pin; 1 viên pin vứt bỏ có thể gây ô nhiễm 500 lít nước hoặc 1 m³ đất suốt 50 năm; toàn thành phố Hà Nội thải hơn 5.400 tấn rác sinh hoạt và hơn 100 tấn rác độc hại mỗi ngày nhưng năng lực xử lý phân loại chỉ đạt 60–65 tấn/ngày, phần còn lại bị chôn lấp hoặc đốt gây phát tán chì, thủy ngân, kẽm, niken.

4. Kế hoạch bài học được phân bổ thời gian thực hiện như thế nào?
Tổng thời lượng bài học là 45 phút, được chia làm 3 hoạt động nối tiếp: Hoạt động 1 tìm hiểu cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của pin điện hóa (10 phút); Hoạt động 2 chế tạo pin điện hóa từ rau củ quả và đo suất điện động (15 phút); Hoạt động 3 chế tạo nam châm điện từ pin tự tạo và thi đấu lực hút (20 phút).

5. Đề tài đã có kết quả thực nghiệm sư phạm thực tế trên lớp học hay chưa?
Chưa. Toàn bộ nội dung ở Chương 3 mới dừng lại ở mức "Dự kiến thực nghiệm sư phạm", bao gồm việc xây dựng mục đích, phương pháp đối chứng, phiếu quan sát và kịch bản diễn biến tiết dạy chứ chưa ghi nhận số liệu định lượng hay kết quả đo đạc từ một lớp học thực tế cụ thể.

Kết luận

Khóa luận của sinh viên Lê Huyền Thương đã hệ thống hóa các vấn đề lý luận cốt lõi về giáo dục STEM và mối liên hệ với đổi mới chương trình Vật lý phổ thông. Tác giả đã thiết kế trọn vẹn một hoạt động học tập 45 phút cho học sinh lớp 11 mang tính liên môn cao giữa Vật lý, Hóa học và Kỹ thuật thông qua thử thách tạo nam châm điện từ pin củ quả. Đề tài cung cấp hệ thống công cụ kiểm tra đánh giá đồng bộ và phương án thực nghiệm sư phạm rõ ràng, đóng vai trò là một tài liệu tham khảo có giá trị sư phạm thực tiễn trong công tác giảng dạy vật lý định hướng STEM.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề STEM và chuyển giao nhiệm vụ (2) Đề xuất phƣơng án thiết kế sản phẩm Phác thảo bản Thuyết trình Thống nhất bản vẽ thiết kế bản vẽ thiết kế vẽ thiết kế (3) Gia công chế tạo sản phẩm theo bản vẽ thiết kế Cung cấp dụng Gia công, chế Lắp ráp sản cụ, vật liệu tạo các chi tiết phẩm (4) Vận hành thử nghiêm Không đạt (5) Thực hiện báo cáo sản phẩn Thuyết trình về Đánh giá báo cáo sản phẩm sản phẩm (6) Đánh giá, nhân xét chung Hình 1. Sơ đồ tiến trình tổ chức hoạt động trải nghiệm theo định hƣớng giáo dục STEM ở trƣờng THPT 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Giáo dục STEM tại các nƣớc phát triển 1. Giáo dục STEM tại Mỹ Theo thống kê trong một bài viết tại ( https://www.com/43296- whatis-stem-education.html) về giáo dục STEM tại Mỹ từ năm 2004 đến năm 2014 các việc làm liên quan đến khoa học và kỹ thuật tăng 26% , gấp hai lần so với tốc độ tăng trƣởng trung bình của các ngành nghề khác.

Tỉ lệ phần trăm dự kiến các việc làm lĩnh vực STEM giai đoạn 2010 – 2020 Nguồn: http://vnis.vn/vi/tin-tuc/giao-duc-stem-tai-my-va-tam-quan-trong Trong giai đoạn 2010 – 2020, việc làm STEM có thể tăng đến 62% (gấp bốn lần tốc độ tăng trƣởng trung bình của các ngành nghề khác). Theo dự tính, vào năm 2030 máy tính sẽ thay thế 60% nghề nghiệp tƣơng lai của con ngƣời, con ngƣời sẽ phải trang bị những kỹ năng kỹ thuật cần thiết để thích ứng. Giáo dục STEM tại Anh Ở Anh, giáo dục STEM đƣợc đƣa thành một chƣơng trình quốc gia với mục tiêu tạo ra nguồn nhân lực nghiên cứu khoa học chất lƣợng hơn nữa, gọi là Chƣơng trình Hành động 11 bao gồm bốn nội dung là: (1) Tuyển dụng và đào tạo giáo viên giảng dạy STEM. Theo đó, dạy tích hợp không phải là một giáo viên dạy nhiều môn một lúc (bản thân Vƣơng Quốc Anh cũng thất bại 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

khi cố gắng thực hiện điều này) mà các giáo viên dạy các môn khác nhau phải hợp tác, cùng xây dựng bài giảng để học sinh có thể vận dụng kiến thức và kỹ năng của nhiều môn để giải quyết một vấn đề. Vì vậy, cần đào tạo giáo viên theo nhóm hoặc theo cặp. (2) Nâng cao trình độ nghiệp vụ của giáo viên. Qua nhiều năm làm việc với các giáo viên khoa học phổ thông ở nhiều nƣớc trên thế giới về việc thay đổi giáo trình và sách giáo khoa sang học tích hợp, Mark Windale phân loại trình độ của giáo viên thành bốn cấp: Thứ nhất là thử (try things out) làm một vài thí nghiệm khoa học nhỏ trình diễn cho học sinh; Thứ hai là tham gia một dự án khoa học (engaging in projects) dài hơi hơn, thu hút các giáo viên và học sinh cùng thực hiện; Thứ ba là xây dựng một lớp học STEM giống nhƣ câu lạc bộ với các hoạt động khoa học thƣờng xuyên; Thứ tƣ là các giáo viên dạy các môn khác nhau cùng viết giáo trình cho từng môn học để học sinh có thể trải nghiệm STEM ở bất cứ môn nào.

(3) Thúc đẩy phong trào giáo dục STEM bằng các hoạt động nhƣ câu lạc bộ, ngày hội, đại sứ STEM, ngày tham quan các phòng thí nghiệm, nhà máy… (4) Phát triển cơ sở vật chất hỗ trợ cho việc dạy và học. Điều này không chỉ cần đầu tƣ từ ngân sách nhà nƣớc mà còn từ phía khu vực tƣ nhân. Ở Anh, các tập đoàn tƣ nhân lớn đầu tƣ hơn tám triệu USD cho chƣơng trình giáo dục STEM quốc gia. Giáo dục STEM tại Việt Nam Thí điểm phƣơng pháp Giáo dục theo định hƣớng STEM nằm trong chuỗi hoạt động của bộ Giáo dục đào tạo Việt Nam về triển khai các phƣơng pháp tiếp cận giáo dục phổ thông theo hƣớng toàn diện khuyến khích sáng tạo và trải nghiệm.

Từ đó giúp cho giáo viên và học sinh hình thành những kĩ năng và tƣ duy quan trọng để hội nhâp sau này Giáo dục STEM tập trung vào việc tƣ duy sáng tạo bằng việc kết hợp bài hoc trên lớp với những vấn đề thực tiễn, STEM tập trung phát triển kĩ năng 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. cần thiết cho tƣơng lai nhƣ: làm việc nhóm; giao tiếp; nghiên cứu, giải quyết vấn đề; tƣ duy phản biện; sáng tạo. STEM là câu trả lời thực tiễn cho thấy tƣơng lai của chúng ta sẽ đƣợc xây dựng trên sự đổi mới, các phát minh, sự sáng tạo và giải quyết vấn đề. Mối liên hệ giữa dạy học vật lý và giáo dục STEM Tƣ tƣởng của dạy học theo định hƣớng giáo dục STEM là dựa trên sự kết nối kiến thức của các lĩnh vực chuyên môn:Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học, cũng nhƣ gắn với các vấn đề thực tiễn.

Những kiến thức về Khoa học tự nhiên và Toán học sẽ là cơ sở của Kỹ thuật, Công nghệ. Mặt khác, thông qua các ứng dụng trong Kỹ thuật, Công nghệ, các kiến thức về Khoa học tự nhiên và Toán học sẽ đƣợc hiểu một cách sâu sắc và rõ ràng hơn. Bên cạnh đó, giáo dục STEM còn giúp ngƣời học có khả năng vận dụng các kiến thức liên môn Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học để giải quyết các vấn đề phức hợp trong cuộc sống và nghề nghiệp (Lê Xuân Quang, 2017). Môn Vật lý trong chƣơng trình giáo dục phổ trông mới tại Việt Nam:PGS.TS Nguyễn Văn Khánh, Chủ biên Chƣơng trình môn Vật Lý trong Chƣơng trình giáo dục phổ thông mới cho biết, chƣơng trình môn Vật Lý trong chƣơng trình giáo dục phổ thông mới có những đặc điểm quan trọng sau : Tích hợp ở giai đoạn giáo dục cơ bản, phân hóa ở trung học phổ thông Trong Chƣơng trình giáo dục phổ thông, giáo dục vật lý đƣợc phân bố ở cả ba cấp học với các mức độ khác nhau.

Giúp phát triển năng lực học sinh, có tính hƣớng nghiệp Chƣơng trình môn Vật lý giúp học sinh đạt đƣợc các phẩm chất và năng lực đƣợc quy định trong Chƣơng trình giáo dục phổ thông tổng thể; đồng thời nhận biết đúng đƣợc một số năng lực, sở trƣờng của bản thân và lựa chọn đƣợc một số ngành nghề liên quan đến lĩnh vực mà môn học đề cập. 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Kiến thức đƣợc tiếp cận theo quan điểm mới Thiết kế chƣơng trình chú trọng vào bản chất, ý nghĩa vật lý của các đối tƣợng, đề cao tính thực tiễn; tránh khuynh hƣớng thiên về toán học; tạo điều kiện để giáo viên giúp học sinh phát triển tƣ duy khoa học dƣới góc độ vật lý, khơi gợi sự ham thích ở học sinh, tăng cƣờng khả năng vận dụng tri thức vào thực tiễn. Các chủ đề đƣợc thiết kế, sắp xếp từ trực quan đến trừu tƣợng, từ đơn giản đến phức tạp, từ hệ đƣợc xem nhƣ một hạt đến nhiều hạt; bƣớc đầu tiếp cận với một số nội dung hiện đại mang tính thiết thực, cốt lõi.

Chú ý thích đáng đến việc phát triển năng lực thông qua thực hành Bên cạnh việc sử dụng các mô hình vật lý và toán học, chƣơng trình chú trọng thích đáng đến việc hình thành năng lực tìm tòi khám phá các thuộc tính của đối tƣợng vật lý thông qua các nội dung thí nghiệm, thực hành dƣới các góc độ khác nhau. Chƣơng trình coi trọng việc rèn luyện cho học sinh kỹ năng vận dụng tri thức vật lý vào việc tìm hiểu và giải quyết ở mức độ nhất định một số vấn đề của thực tiễn, đáp ứng đòi hỏi của cuộc sống; vừa bảo đảm phát triển năng lực trên nền tảng những năng lực chung và Năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên đã hình thành ở giai đoạn giáo dục cơ bản, vừa đáp ứng yêu cầu định hƣớng vào một số ngành nghề cụ thể. Đổi mới phƣơng pháp giáo dục là yếu tố quyết định để phát triển năng lực học sinh Các phƣơng pháp giáo dục của môn Vật lý góp phần phát huy tính tích cực, chủ động và sáng tạo của ngƣời học, nhằm hình thành Năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên dƣới góc độ vật lý (Năng lực vật lý) cũng nhƣ góp phần hình thành các phẩm chất và năng lực chung đƣợc quy định trong Chƣơng trình giáo dục phổ thông tổng thể. Chƣơng trình đƣợc thiết kế nhằm tạo điều kiện cho giáo viên vận dụng các phƣơng pháp giáo dục một cách linh hoạt, sáng tạo, phù hợp với mục tiêu, nội dung giáo dục, đối tƣợng học sinh 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

và điều kiện cụ thể. Tùy theo yêu cầu cần đạt, có thể sử dụng một hoặc phối hợp nhiều phƣơng pháp dạy học trong một chủ đề. Đánh giá kết quả giáo dục là một khâu then chốt trong phát triển năng lực học sinh Đánh giá kết quả giáo dục là hoạt động xem xét, so sánh mức độ đạt đƣợc của mỗi học sinh theo yêu cầu cần đạt của môn học, tìm ra nguyên nhân, dự đoán năng lực phát triển còn tiềm ẩn ở học sinh. Đánh giá là một bộ phận hợp thành quan trọng của quá trình giáo dục.

Nó cho phép thu thập các thông tin về chất lƣợng học tập của học sinh, nhằm tạo các cơ hội và thúc đẩy quá trình học tập của học sinh. Vì vậy, việc đánh giá kết quả giáo dục học sinh phải xuất phát từ mục tiêu giáo dục của môn học. Trong nội dung, hình thức và phƣơng pháp kiểm tra đánh giá phát triển năng lực học sinh, chƣơng trình tạo điều kiện để chú trọng tập trung đánh giá các thành phần của năng lực vật lý. Bên cạnh đánh giá kiến thức, coi trọng đánh giá khả năng đề xuất các phƣơng án thí nghiệm và các kỹ năng thực hành vật lý.

Dạy học môn Vật Lý theo định hƣớng giáo dục STEM Bản chất của dạy học môn Vật lý theo định hƣớng giáo dục STEM là một cách tiếp cận liên ngành trong dạy học môn Vật lý nhằm tạo cơ hội cho HS kết nối những kiến thức đƣợc học trong môn Vật lý với các kiến thức cơ sở của các môn học thuộc lĩnh vực STEM với những vấn đề trong thực tiễn cuộc sống. Dạy học Vật Lý theo định hƣớng giáo dục STEM giúp HS có thể đƣa ra những suy nghĩ về những tình huống, giải quyết các vấn đề thực tiễn và đƣa ra các giải pháp sáng tạo khi có cơ hội áp dụng những kiến thức đƣợc học. Dạy học Vật Lý theo định hƣớng giáo dục STEM là một cách tiếp cận nhấn mạnh quá trình thực hành, thiết kế với mục tiêu vận dụng tích hợp kiến thức và phát triển các giải pháp giải quyết vấn đề và tƣ duy nhận thức.