Thiết Kế Hoạt Động STEM Với Thử Thách Tạo Ra Nam Châm Điện Từ Pin Điện Hóa

Khóa luận khám phá thiết kế hoạt động STEM với thử thách tạo ra nam châm điện từ pin điện hóa, thúc đẩy tư duy sáng tạo và kỹ năng thực hành.

• 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 Đại Học
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 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
• 1.6.3. Giáo dục STEM tại Việt Nam
• 1.7. Mối liên hệ giữa dạy học vật lý và giáo dục STEM
• 1.8. Dạy học môn Vật Lý theo định hướng giáo dục STEM
• 1.9. Kết luận chương 1
• 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
• 2.4. Kết luận chương 2
• 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
• 3.9. Kết luận chương 3
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Thiết Kế Hoạt Động STEM Trong Giáo Dục

Thiết kế hoạt động STEM là một phương pháp giáo dục hiện đại, kết hợp giữa Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học. Mục tiêu chính là phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh. Hoạt động này không chỉ giúp học sinh hiểu sâu về lý thuyết mà còn áp dụng kiến thức vào thực tiễn. Việc tạo ra nam châm điện từ pin điện hóa là một ví dụ điển hình cho việc áp dụng lý thuyết vào thực hành.

1.1. Giáo Dục STEM Là Gì

Giáo dục STEM là một phương pháp dạy học tích hợp, giúp học sinh phát triển kỹ năng và tư duy phản biện. Nó khuyến khích học sinh tham gia vào các hoạt động thực tiễn, từ đó nâng cao khả năng sáng tạo và giải quyết vấn đề.

1.2. Lợi Ích Của Thiết Kế Hoạt Động STEM

Thiết kế hoạt động STEM mang lại nhiều lợi ích cho học sinh, bao gồm khả năng làm việc nhóm, tư duy phản biện và khả năng ứng dụng kiến thức vào thực tiễn. Những kỹ năng này rất cần thiết trong thế kỷ 21.

II. Thách Thức Trong Việc Tạo Ra Nam Châm Điện Từ Pin Điện Hóa

Việc tạo ra nam châm điện từ pin điện hóa gặp nhiều thách thức. Học sinh cần hiểu rõ nguyên lý hoạt động của nam châm điện và cách thức hoạt động của pin điện hóa. Thách thức lớn nhất là làm sao để kết hợp các yếu tố này một cách hiệu quả trong quá trình thực hiện.

2.1. Nguyên Lý Hoạt Động Của Nam Châm Điện

Nam châm điện hoạt động dựa trên nguyên lý dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra từ trường. Học sinh cần nắm vững kiến thức này để có thể thiết kế và thực hiện thí nghiệm thành công.

2.2. Khó Khăn Trong Việc Ứng Dụng Pin Điện Hóa

Pin điện hóa có thể gặp khó khăn trong việc cung cấp điện năng ổn định. Học sinh cần tìm hiểu cách tối ưu hóa nguồn điện từ pin để đảm bảo nam châm điện hoạt động hiệu quả.

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

Phương pháp thiết kế hoạt động STEM bao gồm việc xác định mục tiêu, lựa chọn nguyên liệu và thiết kế quy trình thực hiện. Học sinh cần được hướng dẫn cụ thể để có thể thực hiện thí nghiệm một cách hiệu quả.

3.1. Xác Định Mục Tiêu Của Hoạt Động

Mục tiêu của hoạt động là giúp học sinh hiểu rõ cách tạo ra nam châm điện từ pin điện hóa. Điều này bao gồm việc nắm vững lý thuyết và thực hành.

3.2. Lựa Chọn Nguyên Liệu Phù Hợp

Việc lựa chọn nguyên liệu là rất quan trọng. Học sinh cần tìm hiểu các loại pin điện hóa và vật liệu cần thiết để tạo ra nam châm điện.

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 công nghệ tiên tiến. Việc hiểu rõ ứng dụng của nam châm điện giúp học sinh thấy được giá trị thực tiễn của kiến thức đã học.

4.1. Ứng Dụng Trong Công Nghiệp

Nam châm điện được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, từ máy móc đến thiết bị tự động hóa. Học sinh cần nhận thức được vai trò của nam châm điện trong sản xuất.

4.2. Ứng Dụng Trong Đời Sống Hàng Ngày

Nam châm điện cũng có mặt trong nhiều thiết bị gia dụng như máy hút bụi, loa và nhiều thiết bị khác. Điều này cho thấy tầm quan trọng của nam châm điện trong cuộc sống.

V. Kết Luận Về Thiết Kế Hoạt Động STEM Và Tương Lai

Thiết kế hoạt động STEM với thử thách tạo ra nam châm điện từ pin điện hóa không chỉ giúp học sinh phát triển kỹ năng mà còn khơi dậy niềm đam mê với khoa học. Tương lai của giáo dục STEM hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cơ hội cho học sinh trong việc phát triển nghề nghiệp.

5.1. Tương Lai Của Giáo Dục STEM

Giáo dục STEM sẽ tiếp tục phát triển và mở rộng, giúp học sinh trang bị những kỹ năng cần thiết cho thế kỷ 21. Điều này sẽ tạo ra một thế hệ học sinh sáng tạo và có khả năng giải quyết vấn đề.

5.2. Khuyến Khích Học Sinh Tham Gia

Việc khuyến khích học sinh tham gia vào các hoạt động STEM sẽ giúp họ phát triển toàn diện. Các hoạt động này không chỉ mang tính giáo dục mà còn tạo ra niềm vui và sự hứng thú trong học tập.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Khóa luận được thực hiện trong bối cảnh Việt Nam đang triển khai đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục phổ thông theo định hướng phát triển năng lực người học, gắn với yêu cầu của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0. Giáo dục STEM — vốn khởi nguồn từ Mỹ gần hai thập kỷ trước và đã được nhiều quốc gia như Anh, Singapore, Canada, Hồng Kông, Israel áp dụng — được xem là hướng tiếp cận phù hợp với định hướng đổi mới giáo dục Việt Nam. Tác giả xác định rằng việc tổ chức dạy học Vật lý theo định hướng STEM vừa đáp ứng yêu cầu chương trình giáo dục phổ thông mới, vừa tạo cơ hội để học sinh (HS) trải nghiệm, giải quyết vấn đề thực tiễn liên môn — điều mà dạy học truyền thống chưa thực hiện được một cách hệ thống.

Mục đích nghiên cứu của khóa luận gồm bốn nhiệm vụ:

1. Xây dựng cơ sở lý luận về giáo dục STEM.
2. Thiết kế hoạt động STEM với thử thách tạo ra nam châm điện từ nguồn pin điện hóa trong chương trình Vật lý 11.
3. Xây dựng rubric đánh giá năng lực của HS.
4. Dự kiến kết quả thực nghiệm sư phạm.

Câu hỏi nghiên cứu được tác giả đặt ra là: Thiết kế hoạt động dạy học Vật lý 11 theo định hướng STEM và rubric đánh giá năng lực của HS như thế nào để đánh giá được mức độ nhận thức các nội dung kiến thức cơ bản và nội dung liên quan đến lĩnh vực STEM, đồng thời tạo điều kiện cho HS làm quen với phương pháp học theo định hướng STEM?

Giả thuyết nghiên cứu: Nếu thiết kế được hoạt động dạy học và rubric đánh giá năng lực của HS theo định hướng STEM thì sẽ đánh giá đúng mức độ đạt được mục tiêu dạy học, đánh giá được mức độ hình thành và phát triển kiến thức, kỹ năng STEM, đồng thời tạo điều kiện cho HS trở nên tích cực, chủ động hơn trong học tập.

Đối tượng nghiên cứu: Cách thức thiết kế hoạt động dạy học theo định hướng STEM thông qua dạy học môn Vật lý lớp 11. Khách thể nghiên cứu là nội dung Vật lý 11, cụ thể: Chương II — Dòng điện không đổi và Chương IV — Từ trường. Phạm vi nghiên cứu: Chương trình Vật lý 11 cơ bản; đối tượng thực nghiệm là HS trường THPT khối 11.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết

Khóa luận sử dụng khung lý luận về giáo dục STEM như một quan điểm dạy học định hướng phát triển năng lực HS thuộc bốn lĩnh vực: Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật) và Mathematics (Toán học). Nền tảng lý luận được tổng hợp từ các tài liệu trong và ngoài nước, trong đó có công trình của Lê Xuân Quang (2017) về dạy học Vật lý theo định hướng giáo dục STEM và quan điểm của PGS.TS Nguyễn Văn Khánh — Chủ biên Chương trình môn Vật lý trong Chương trình giáo dục phổ thông mới — về các đặc điểm thiết kế chương trình mới (tích hợp ở giai đoạn cơ bản, phân hóa ở THPT; đề cao thực hành; định hướng nghề nghiệp).

Khung phân loại chủ đề STEM được tác giả trình bày theo ba tiêu chí:

Tiêu chí phân loại	Loại hình
Dựa trên lĩnh vực STEM tham gia	Chủ đề STEM đầy đủ (4 lĩnh vực) / Chủ đề STEM khuyết (≥2 lĩnh vực)
Dựa trên phạm vi kiến thức	Chủ đề STEM cơ bản (trong CTGDPT) / Chủ đề STEM mở rộng (ngoài SGK)
Dựa vào mục đích dạy học	Chủ đề STEM dạy kiến thức mới / Chủ đề STEM dạy vận dụng

Tiến trình tổ chức hoạt động STEM được xây dựng theo 6 pha: (1) Đặt vấn đề và chuyển giao nhiệm vụ; (2) Đề xuất phương án thiết kế sản phẩm; (3) Gia công, chế tạo sản phẩm theo bản vẽ; (4) Vận hành, thử nghiệm sản phẩm; (5) Thực hiện báo cáo sản phẩm; (6) Đánh giá, nhận xét chung.

HS tiếp cận và giải quyết vấn đề theo quy trình thiết kế kỹ thuật 8 bước: (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

Khóa luận sử dụng hai nhóm phương pháp chính:

• Nghiên cứu lý thuyết: Phân tích, tổng hợp các tài liệu liên quan đến giáo dục STEM, chương trình Vật lý phổ thông mới, mối liên hệ giữa dạy học Vật lý và giáo dục STEM.
• Thiết kế hoạt động dạy học: Xây dựng kịch bản bài học STEM, phiếu học tập, phiếu tự đánh giá, phiếu đánh giá đồng đẳng và rubric đánh giá năng lực HS.

Phần thực nghiệm được trình bày ở cấp độ dự kiến (chưa tiến hành thực nghiệm thực tế), theo thiết kế thực nghiệm có lớp thực nghiệm (dạy học STEM) và lớp đối chứng (dạy học theo phương pháp truyền thống). Dự kiến có sự góp ý từ giáo viên các bộ môn Toán, Vật lý, Hóa học, Sinh học và Công nghệ.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Cơ sở lý luận

Chương này trình bày toàn bộ nền tảng lý luận về giáo dục STEM phục vụ cho việc thiết kế hoạt động dạy học ở chương 2. Các nội dung chính gồm:

• Khái niệm và thế mạnh của giáo dục STEM: STEM được xác định là phương thức dạy học tích hợp liên môn theo chủ đề, đặt HS vào vị trí "nhà phát minh" phải giải quyết các vấn đề thực tiễn. Ba thế mạnh được nhấn mạnh: tính tích hợp ứng dụng, phát triển năng lực giải quyết vấn đề, và đặt người học vào vai trò chủ động sáng tạo.

• Chủ đề STEM và tiêu chí: Chủ đề STEM phải đảm bảo ba tiêu chí — hướng đến vấn đề thực tiễn, sử dụng kiến thức liên môn STEM để giải quyết vấn đề, và định hướng hoạt động thực hành theo nhóm.

• Bối cảnh quốc tế: Tác giả dẫn số liệu thống kê tại Mỹ giai đoạn 2004–2014, theo đó các việc làm liên quan đến khoa học và kỹ thuật tăng 26%, gấp đôi tốc độ tăng trưởng trung bình; dự báo giai đoạn 2010–2020, việc làm STEM có thể tăng đến 62%, gấp bốn lần tốc độ tăng trung bình; đến năm 2030 máy tính có thể thay thế 60% nghề nghiệp tương lai của con người. Tại Anh, Chương trình Hành động gồm 4 nội dung được triển khai, với các tập đoàn tư nhân đầu tư hơn tám triệu USD cho chương trình giáo dục STEM quốc gia.

• Mối liên hệ giữa Vật lý và STEM: Tác giả chỉ ra rằng môn Vật lý trong chương trình mới được thiết kế theo quan điểm tích hợp, chú trọng thực hành và hướng nghiệp — đây là cơ sở để tổ chức dạy học Vật lý theo định hướng STEM. Dạy học Vật lý theo định hướng STEM được xác định là tiếp cận liên ngành nhằm tạo cơ hội cho HS kết nối kiến thức Vật lý với kiến thức của các lĩnh vực STEM khác trong bối cảnh thực tiễn.

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

Đây là chương trọng tâm của khóa luận, trình bày sản phẩm thiết kế dạy học hoàn chỉnh cho HS lớp 11 (17 tuổi), mức độ tiếp thu khá. Hoạt động được tổ chức gồm ba hoạt động nối tiếp nhau:

Hoạt động 1 — Pin điện hóa hoạt động như thế nào? (10 phút): HS tìm hiểu cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của pin điện hóa thông qua phiếu học tập 01. Nội dung kiến thức bao gồm nguyên lý ion hóa của kẽm và đồng trong dung dịch axit, sự hình thành dòng electron qua mạch ngoài, và nguy cơ ô nhiễm môi trường từ pin phế thải (dẫn số liệu: mỗi gia đình Hà Nội có khoảng 10–15 thiết bị điện tử sử dụng pin; theo Sở Tài nguyên và Môi trường Hà Nội, mỗi ngày người dân thải ra hơn 5.400 tấn rác sinh hoạt và hơn 100 tấn rác thải nguy hại, trong đó có rác từ pin và ắc quy).

Hoạt động 2 — Thử làm pin điện hóa (15 phút): Các nhóm HS lựa chọn nguyên vật liệu từ nguồn có sẵn trong tự nhiên (chanh, khoai tây, cà chua, điện cực đồng-sắt, dây dẫn, đồng hồ vạn năng, đèn led) để thiết kế, lắp ráp và vận hành một pin điện hóa đủ để thắp sáng bóng đèn led. Kết quả yêu cầu: đo được suất điện động của pin và hoàn thành phiếu học tập 02.

Hoạt động 3 — Thử thách tạo nam châm điện từ nguồn pin điện hóa (20 phút): GV tổ chức dưới hình thức cuộc thi giữa các nhóm. Vật liệu gồm cuộn dây đồng, đinh sắt 7–10 phân, máy hàn và pin điện hóa tự tạo từ hoạt động 2. Các nhóm thiết kế nam châm điện, thuyết trình về sản phẩm và thi lực hút (nhóm nào hút được nhiều mảnh sắt nhỏ hơn thì thắng). Qua đó HS nêu được cách làm thay đổi từ trường của nam châm điện.

Chương 2 cũng xây dựng ba công cụ đánh giá:

• Phiếu tự đánh giá bản thân: 6 tiêu chí về mức độ tham gia cá nhân (thang 4 mức: Thường xuyên — Tương đối thường xuyên — Thỉnh thoảng — Hiếm khi).
• Phiếu đánh giá đồng đẳng: Đánh giá từng thành viên trong nhóm theo các tiêu chí tổ chức quản lý, đóng góp ý tưởng, hỗ trợ, nhiệt tình, hiệu quả làm việc, tính nghiêm túc.
• Rubric đánh giá năng lực: Gồm 4 tiêu chí (Kỹ thuật, Thực hành, Thuyết trình, Làm việc nhóm), mỗi tiêu chí có 4 mức độ (1–4 điểm) được mô tả cụ thể theo biểu hiện quan sát được.

Chương 3: Dự kiến thực nghiệm sư phạm

Chương này trình bày kế hoạch thực nghiệm ở cấp độ thiết kế, chưa có dữ liệu thực tế. Mục đích thực nghiệm nhằm trả lời bốn câu hỏi: (1) Hoạt động STEM có tạo cơ hội phát triển tư duy sáng tạo và giải quyết vấn đề không? (2) Có tạo thái độ tích cực và hứng thú không? (3) Có thúc đẩy tinh thần làm việc nhóm không? (4) Có nâng cao kết quả học tập không?

Thiết kế thực nghiệm theo phương pháp so sánh: lớp thực nghiệm (dạy học STEM) và lớp đối chứng (dạy học truyền thống). Nhiệm vụ thực nghiệm tập trung vào quan sát không khí lớp học, số HS phát biểu và tham gia thảo luận nhóm, mức độ tự lực của HS, và thái độ năng lực của GV. Tác giả dự kiến diễn biến từng hoạt động theo kịch bản chi tiết, trong đó nam châm của các nhóm sẽ được so sánh theo tiêu chí lực hút (số mảnh sắt nhỏ hút được) và xếp hạng nhất, nhì, ba.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

Khóa luận hoàn thành việc xây dựng một bộ thiết kế dạy học STEM khép kín cho nội dung Vật lý 11, bao gồm:

• Một kịch bản hoạt động STEM đầy đủ gồm 3 hoạt động với tổng thời lượng dự kiến khoảng 45 phút, có mục tiêu, vật liệu, tiến trình và công cụ đánh giá cụ thể.
• Tài liệu hướng dẫn HS về pin điện hóa và nam châm điện tích hợp thông tin khoa học và bối cảnh thực tiễn (ô nhiễm môi trường từ pin thải).
• Hai phiếu học tập (01 và 02) phục vụ hướng dẫn và ghi nhận kết quả hoạt động.
• Hai phiếu đánh giá (tự đánh giá bản thân và đánh giá đồng đẳng).
• Một rubric đánh giá năng lực HS với 4 tiêu chí và 4 mức độ được mô tả chi tiết.

Giải pháp và đề xuất

Tác giả đề xuất áp dụng quy trình thiết kế kỹ thuật 8 bước làm khung để HS tiếp cận và giải quyết vấn đề trong hoạt động STEM. Hình thức cuộc thi "Nam châm nào có lực hút mạnh hơn?" được đề xuất như một cơ chế tạo động lực học tập và so sánh kết quả thiết kế giữa các nhóm. Việc kết nối kiến thức liên môn (Vật lý: pin điện hóa, nam châm điện; Hóa học: thuyết điện li, phản ứng oxi hóa khử; Sinh học: quang hợp; Công nghệ: vẽ kỹ thuật; Kỹ thuật: quy trình chế tạo, lắp ráp) được trình bày như một đặc điểm quan trọng của thiết kế.

Đóng góp

Tác giả xác định đóng góp của khóa luận là cung cấp một ví dụ cụ thể về cách thiết kế hoạt động dạy học Vật lý 11 theo định hướng STEM, kết hợp với bộ công cụ đánh giá năng lực HS phù hợp với tinh thần chương trình giáo dục phổ thông mới, trong điều kiện cơ sở vật chất phổ thông (nguyên liệu từ rau củ quả, dụng cụ thông dụng).

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Tác giả thừa nhận giới hạn về trình độ lý luận và kinh nghiệm thực tiễn, đồng thời xác định đây là bước dự kiến thực nghiệm — toàn bộ kết quả thực nghiệm sư phạm chưa được thu thập và phân tích. Do đó, khóa luận chưa cung cấp bằng chứng thực nghiệm về hiệu quả của thiết kế đề xuất. Đây là hạn chế cốt lõi nhất mà tác giả đã nhận diện.

Từ phạm vi nghiên cứu, có thể xác định một số hướng mở cho nghiên cứu tiếp theo:

• Triển khai thực nghiệm thực tế tại một hoặc nhiều trường THPT để thu thập và phân tích dữ liệu định lượng và định tính về hiệu quả của hoạt động STEM đã thiết kế.
• Mở rộng thiết kế sang các nội dung khác của chương trình Vật lý 11 hoặc các lớp khác.
• Nghiên cứu ảnh hưởng lâu dài của dạy học STEM đến sự phát triển năng lực và định hướng nghề nghiệp của HS.

---

Giá trị tham khảo

Khóa luận có giá trị tham khảo chủ yếu đối với các đối tượng sau:

• Sinh viên sư phạm Vật lý đang tìm hiểu cách thiết kế hoạt động dạy học theo định hướng STEM, đặc biệt phần xây dựng kế hoạch bài học và bộ công cụ đánh giá (phiếu học tập, phiếu tự đánh giá, phiếu đánh giá đồng đẳng, rubric).
• Giáo viên Vật lý THPT muốn bước đầu áp dụng STEM với điều kiện cơ sở vật chất thông thường, không đòi hỏi thiết bị đặc biệt.
• Người làm đề tài nghiên cứu giáo dục STEM có thể tham khảo phần Chương 1 về khung lý luận, phân loại chủ đề STEM và tiến trình 6 pha tổ chức hoạt động STEM; phần Chương 2 về cách xây dựng rubric đánh giá năng lực theo 4 tiêu chí — 4 mức độ.
• Sinh viên chuyên ngành Giáo dục học, Phương pháp dạy học nghiên cứu về đánh giá năng lực người học trong dạy học tích hợp.

Phần tài liệu hướng dẫn HS về pin điện hóa và nam châm điện (Chương 2) có thể được dùng làm học liệu tham khảo trong giảng dạy Vật lý 11, chương Dòng điện không đổi và Từ trường.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Hoạt động STEM này tích hợp những môn học nào và ở mức độ nào? Hoạt động tích hợp năm lĩnh vực: Vật lý (pin điện hóa, nam châm điện), Hóa học (thuyết điện li, phản ứng oxi hóa khử của kẽm và đồng trong dung dịch axit), Sinh học (quá trình quang hợp liên quan đến nguồn nhiên liệu từ cây xanh, rau củ), Công nghệ (vẽ kỹ thuật, quy trình thiết kế pin điện hóa) và Kỹ thuật (quy trình chế tạo, lắp ráp thí nghiệm). Đây là chủ đề STEM cơ bản vì bám sát nội dung SGK và chương trình giáo dục phổ thông.

2. HS cần vật liệu gì để thực hiện hoạt động, và chi phí có cao không? Vật liệu gồm rau củ quả (chanh, khoai tây, cà chua), dây dẫn, điện cực sắt và đồng, đồng hồ vạn năng, đèn led, khay nhựa; cuộn dây đồng, đinh sắt 7–10 phân và máy hàn cho phần nam châm. Tác giả thiết kế hoạt động với nguyên liệu từ thiên nhiên, dễ kiếm và chi phí thấp, phù hợp với điều kiện cơ sở vật chất của trường THPT bình thường.

3. Rubric đánh giá năng lực của HS gồm những tiêu chí nào và đánh giá như thế nào? Rubric gồm 4 tiêu chí: Kỹ thuật (thiết kế bản vẽ và lựa chọn vật liệu), Thực hành (chế tạo pin và nam châm, đo suất điện động), Thuyết trình (phân tích bản vẽ, chỉ ra ưu nhược điểm sản phẩm, phản biện) và Làm việc nhóm (phân công, phối hợp). Mỗi tiêu chí có 4 mức độ từ 1 đến 4 điểm, được mô tả bằng biểu hiện hành vi quan sát được trong quá trình thực hiện.

4. Tại sao tác giả chọn thử thách "nam châm điện từ pin điện hóa tự tạo" mà không chọn chủ đề khác? Bối cảnh thực tiễn được tác giả xác định gồm ba vấn đề: (1) năng lượng hóa thạch đang cạn kiệt; (2) rác thải pin gây ô nhiễm môi trường (thủy ngân trong một cục pin có thể làm ô nhiễm 500 lít nước hoặc 1 m³ đất trong vòng 50 năm); (3) những vùng nghèo không có điện. Thử thách này cho phép HS vừa tiếp cận kiến thức hai chương Vật lý 11 (Dòng điện không đổi và Từ trường), vừa giải quyết vấn đề thực tiễn về môi trường và năng lượng thay thế.

5. Thực nghiệm sư phạm đã được tiến hành thực tế chưa, và kết quả thu được là gì? Khóa luận chỉ trình bày dự kiến thực nghiệm sư phạm, chưa thu thập kết quả thực tế. Tác giả mô tả kịch bản diễn biến dự kiến (HS hào hứng, tích cực làm việc nhóm, đo được suất điện động, thi lực hút giữa các nam châm) và xác định bốn câu hỏi cần trả lời sau khi thực nghiệm, nhưng số liệu kiểm chứng hiệu quả chưa có trong khóa luận.

---

Kết luận

Khóa luận của Lê Huyền Thương (Đại học Sư phạm Hà Nội 2, 2019) xây dựng một thiết kế hoạt động dạy học STEM hoàn chỉnh ở cấp độ lý luận và thiết kế, gắn nội dung Vật lý 11 (pin điện hóa, nam châm điện) với bài toán thực tiễn về môi trường và năng lượng thay thế. Sản phẩm cốt lõi là kịch bản ba hoạt động nối tiếp, hai phiếu học tập, hai phiếu đánh giá và một rubric bốn tiêu chí — bốn mức độ phục vụ đánh giá năng lực HS theo tinh thần chương trình phổ thông mới. Hạn chế chính là toàn bộ phần thực nghiệm sư phạm còn dừng ở mức dự kiến, chưa cung cấp bằng chứng thực nghiệm về hiệu quả của thiết kế đề xuất.

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 Khóa luận giáo dục học (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. 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.

Khóa luận giáo dục học Hình 1. 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. 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 Khóa luận giáo dục học 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. 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).

Khóa luận giáo dục học 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. 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 Khóa luận giáo dục học 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.

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.

Khóa luận giáo dục học 1. 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.