Tổ chức dạy học STEM chủ đề “Động lực học” Vật lý 10

Luận văn Thạc sĩ: Tổ chức dạy học STEM chủ đề Động lực học Vật lý 10 - Nông Minh Ấn (2023)

• Tác giả: Nông Minh Ấn
• Người hướng dẫn: TS. Phùng Việt Hải
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Lí luận và Phương pháp dạy học bộ môn Vật lí
• Đề tài: Tổ chức dạy học STEM chủ đề “Động lực học” Vật lý 10
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thái Nguyên

Tóm tắt

I. Tổng quan dạy học STEM chủ đề Động lực học Vật lý 10

Giáo dục STEM đóng vai trò trọng tâm trong đổi mới giáo dục phổ thông hiện nay. Luận văn thạc sĩ tại Đại học Sư phạm Thái Nguyên đã hệ thống hóa cơ sở lý luận về giáo dục STEM trong chương trình Vật lý 10. Chủ đề Động lực học giữ vị trí cốt lõi trong toàn bộ chương trình Vật lý cấp trung học phổ thông. Phần kiến thức này bao gồm ba định luật Newton và các lực cơ học cơ bản. Việc tiếp cận kiến thức trừu tượng theo cách truyền thống thường gây khó khăn cho người học. Dạy học STEM chuyển hóa các công thức toán học khô khan thành trải nghiệm thực tế. Học sinh tiếp nhận tri thức thông qua hoạt động khám phá khoa học và chế tạo kỹ thuật. Đề tài tập trung xây dựng kế hoạch bài dạy gắn liền với các tình huống đời sống. Học sinh đóng vai trò trung tâm trong mọi khâu học tập. Giáo viên giữ vai trò người định hướng và tổ chức các hoạt động học tập. Mô hình giáo dục này thúc đẩy tư duy phản biện và khả năng giải quyết vấn đề sáng tạo. Đây là định hướng phát triển phẩm chất và năng lực thiết yếu cho người học trong thời đại công nghệ số hiện nay.

1.1. Cơ sở lý luận về giáo dục STEM trong môn Vật lý

Giáo dục STEM là phương thức giáo dục tích hợp liên môn. Mô hình này kết hợp bốn lĩnh vực gồm Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học. Mục tiêu chính là rèn luyện năng lực giải quyết các vấn đề phức tạp trong thực tiễn. Môn Vật lý 10 chứa đựng nhiều nội dung lý tưởng để triển khai mô hình giáo dục STEM. Các định luật chuyển động và nguyên lý lực mô tả trực tiếp các hiện tượng tự nhiên. Học sinh không chỉ học thuộc lòng các định lý trừu tượng. Người học cần thiết kế dụng cụ và thử nghiệm mô hình thực nghiệm để kiểm chứng chân lý. Quy trình học tập khoa học này giúp khắc sâu kiến thức lâu dài. Học sinh dần hình thành tư duy kỹ thuật và tác phong nghiên cứu nghiêm túc.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu đề tài tại Đại học Thái Nguyên

Đề tài của tác giả Nông Minh Ấn xác định rõ ràng mục tiêu nghiên cứu. Nhiệm vụ trọng tâm là thiết kế tiến trình dạy học STEM cho chủ đề Động lực học. Nghiên cứu hướng đến việc phát triển năng lực vận dụng kiến thức vật lý vào đời sống. Tác giả đã tiến hành khảo sát thực trạng giảng dạy tại các trường phổ thông trên địa bàn tỉnh Lạng Sơn. Kết quả khảo sát làm căn cứ đề xuất các giải pháp sư phạm phù hợp. Các giải pháp bảo đảm tính khả thi trong điều kiện cơ sở vật chất thực tế. Luận văn đã xây dựng bộ tiêu chí đánh giá năng lực học sinh cụ thể và minh bạch. Kết quả nghiên cứu khẳng định tiềm năng to lớn của giáo dục STEM trong việc cải thiện chất lượng dạy học.

II. Thực trạng dạy học STEM chủ đề Động lực học Vật lý 10

Khảo sát thực tiễn tại các trường trung học phổ thông cho thấy nhiều hạn chế cố hữu. Phương pháp thuyết trình truyền thống vẫn chiếm ưu thế trong các tiết học Vật lý. Học sinh thường ghi nhớ thụ động các công thức toán học mà ít khi hiểu bản chất hiện tượng. Khả năng liên hệ kiến thức động lực học với đời sống thực tiễn của học sinh còn yếu. Nhiều học sinh gặp lúng túng khi giải thích chuyển động của các vật thể xung quanh. Cơ sở vật chất phục vụ thí nghiệm tại nhiều trường miền núi còn thiếu thốn. Giáo viên đối mặt với áp lực thời gian và chỉ tiêu điểm số trong các kỳ thi. Việc tổ chức các tiết học trải nghiệm STEM đòi hỏi nhiều công sức chuẩn bị giáo án và vật liệu. Kỹ năng thiết kế kỹ thuật của giáo viên còn nhiều bỡ ngỡ do thiếu đào tạo chuyên sâu. Học sinh thiếu cơ hội làm việc nhóm và thảo luận xây dựng mô hình. Thực trạng này cản trở việc hình thành phẩm chất và năng lực khoa học cho học sinh. Sự thay đổi phương pháp dạy học là yêu cầu cấp thiết.

2.1. Khó khăn khi tiếp thu kiến thức Động lực học

Khái niệm lực và khối lượng trong cơ học cổ điển mang tính trừu tượng cao. Học sinh lớp 10 thường gặp trở ngại khi phân tích các lực tác dụng lên vật. Các quan niệm trực giác sai lầm từ đời sống thường xung đột với định luật Newton. Ví dụ phổ biến là niềm tin lực luôn tỷ lệ thuận với vận tốc. Việc giải bài tập thuần túy toán học không giúp học sinh xóa bỏ các sai lầm nhận thức này. Thiếu trải nghiệm thực chứng khiến người học cảm thấy môn học nặng nề và nhàm chán. Học sinh ít có cơ hội tự tay kiểm chứng các tiên đề chuyển động qua thiết bị cụ thể. Hệ quả là kết quả học tập không phản ánh đúng năng lực tư duy khoa học.

2.2. Hạn chế trong phương pháp giảng dạy truyền thống

Phương pháp giáo dục truyền thống chú trọng truyền thụ kiến thức một chiều từ giáo viên. Hoạt động trên lớp chủ yếu xoay quanh việc nghe giảng và chép bài. Các bài tập định lượng phức tạp chiếm phần lớn quỹ thời gian học tập. Không gian lớp học thiếu tính tương tác và hợp tác giữa các nhóm học sinh. Giáo viên ít có điều kiện lồng ghép kiến thức công nghệ và kỹ thuật chế tạo vào tiết học. Dụng cụ thí nghiệm cũ kỹ tại trường học cũng làm giảm sự hứng thú của người học. Những rào cản này làm suy giảm động lực tìm tòi sáng tạo của học sinh. Năng lực giải quyết vấn đề thực tế vì thế chưa được quan tâm và rèn luyện đúng mức.

III. Quy trình dạy học STEM chủ đề Động lực học Vật lý 10

Quy trình dạy học STEM được xây dựng bài bản dựa trên quy trình thiết kế kỹ thuật. Tiến trình gồm tám bước chi tiết được lồng ghép khoa học vào năm hoạt động học tập chính. Hoạt động mở đầu tập trung xác định vấn đề và đặt ra nhiệm vụ chế tạo cụ thể. Học sinh nghiên cứu kiến thức nền về lực, gia tốc và định luật II Newton. Hoạt động tiếp theo khuyến khích học sinh thảo luận và đề xuất các giải pháp kỹ thuật. Các nhóm trình bày bản vẽ thiết kế chi tiết trước lớp để lấy ý kiến phản biện. Sau khi hoàn thiện bản thiết kế, học sinh tiến hành chế tạo mô hình thực tế. Điển hình là sản phẩm máy bắn đá hoặc xe phản lực đo gia tốc. Quá trình thử nghiệm diễn ra nghiêm ngặt với các tiêu chí đo lường chính xác. Học sinh thu thập số liệu, đánh giá độ ổn định và cải tiến sản phẩm. Toàn bộ tiến trình phát triển tư duy kỹ thuật và nâng cao tinh thần làm việc nhóm. Phương pháp này biến lớp học thành xưởng sáng tạo sinh động.

3.1. Thiết kế năm hoạt động học tập cốt lõi

Cấu trúc bài học STEM chuẩn mực chia thành năm hoạt động rõ ràng. Hoạt động 1 giao nhiệm vụ thực tiễn gắn với kiến thức động lực học. Hoạt động 2 định hướng người học nghiên cứu tài liệu và hoàn thành phiếu học tập. Hoạt động 3 tổ chức cho học sinh báo cáo phương án thiết kế mô hình kỹ thuật. Học sinh trao đổi, phản biện và thống nhất bản vẽ khả thi nhất. Hoạt động 4 tạo không gian cho các nhóm thực hành lắp ráp sản phẩm từ vật liệu tái chế. Hoạt động 5 tổng kết bằng buổi trình diễn, thử nghiệm sản phẩm và thảo luận chung. Cách tổ chức này phát huy tính chủ động tối đa cho học sinh.

3.2. Xây dựng tiêu chí đánh giá năng lực thực hành

Đánh giá trong dạy học STEM đòi hỏi hệ thống tiêu chí đa chiều. Luận văn thiết lập bảng tiêu chí đánh giá năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn theo ba mức độ. Mức độ 1 dừng lại ở việc mô tả cách vận hành đơn giản. Mức độ 2 yêu cầu giải thích cơ chế dựa trên lý thuyết vật lý. Mức độ 3 chứng minh độ chính xác qua thực nghiệm và cải tiến kỹ thuật. Đánh giá nhóm dựa trên mức độ hợp tác và tinh thần trách nhiệm. Phiếu đánh giá đồng đẳng giữa các thành viên tạo sự công bằng và khuyến khích nỗ lực cá nhân. Phương pháp đánh giá này bảo đảm tính khách quan và thúc đẩy sự tiến bộ của người học.

IV. Hiệu quả dạy học STEM chủ đề Động lực học tại Thái Nguyên

Thực nghiệm sư phạm tại trường trung học phổ thông huyện Đình Lập đã khẳng định giá trị thực tiễn của đề tài. Kết quả kiểm tra lớp thực nghiệm cao hơn rõ rệt so với lớp đối chứng truyền thống. Học sinh tham gia học tập tích cực và hào hứng trong các giờ học chế tạo. Kỹ năng làm việc nhóm, trao đổi thông tin và giải quyết bất đồng được cải thiện rõ rệt. Người học tự tin thuyết trình về sản phẩm kỹ thuật và bảo vệ quan điểm trước tập thể. Các sản phẩm mô hình cơ học chứng minh học sinh đã hiểu sâu sắc bản chất các định luật chuyển động. Nghiên cứu tại Đại học Sư phạm Thái Nguyên mang lại đóng góp thiết thực cho phương pháp giảng dạy Vật lý. Mô hình bài dạy này hoàn toàn có thể nhân rộng tại nhiều trường phổ thông khác. Tài liệu cung cấp nguồn tham khảo quý báu cho giáo viên đang triển khai Chương trình giáo dục phổ thông 2018. Đổi mới phương pháp dạy học STEM là chìa khóa nâng cao chất lượng giáo dục hiện đại.

4.1. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm

Dữ liệu thực nghiệm sư phạm tại trường THPT Đình Lập cho thấy chuyển biến rõ rệt. Điểm kiểm tra định kỳ của nhóm thực nghiệm đạt tỉ lệ khá giỏi vượt trội so với lớp đối chứng. Học sinh thể hiện sự hiểu biết sâu sắc về mối liên hệ giữa lực tác dụng và chuyển động. Khả năng ghi nhớ công thức qua thực hành bền vững hơn việc học vẹt lý thuyết. Các bài kiểm tra năng lực vận dụng kiến thức đạt kết quả ấn tượng. Tinh thần tự giác học tập của học sinh trong giờ học tăng lên đáng kể. Kết quả định lượng và định tính khẳng định tính đúng đắn của giả thuyết nghiên cứu ban đầu.

4.2. Khả năng nhân rộng mô hình dạy học STEM

Quy trình dạy học được thiết kế linh hoạt nhằm phù hợp với nhiều điều kiện trường học. Giáo viên có thể tận dụng các vật liệu tái chế rẻ tiền để tổ chức chế tạo sản phẩm. Mô hình này không đòi hỏi phòng thí nghiệm chuyên dụng quá đắt tiền. Kế hoạch bài dạy chi tiết trong luận văn giúp giáo viên dễ dàng áp dụng vào thực tế giảng dạy. Nhà trường có thể triển khai thành các chủ đề sinh hoạt chuyên môn theo định hướng nghiên cứu bài học. Việc chia sẻ kinh nghiệm giảng dạy STEM góp phần nâng cao năng lực sư phạm cho đội ngũ giáo viên. Đây là hướng đi bền vững cho các trường phổ thông trên toàn quốc.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong tiến trình thực hiện Chương trình Giáo dục phổ thông 2018, việc đổi mới phương pháp giảng dạy từ truyền thụ một chiều sang phát triển phẩm chất và năng lực cho người học là định hướng cốt lõi của giáo dục Việt Nam. Tại huyện Đình Lập, tỉnh Lạng Sơn, môn Vật lí ở cấp trung học phổ thông đang đối diện với thách thức lớn khi đa số học sinh còn e ngại vì nội dung nặng tính lý thuyết hàn lâm. Thống kê năm học 2022 - 2023 cho thấy chỉ có 26 trong tổng số 184 học sinh lớp 12 tại trường địa phương (chiếm khoảng 14,1%) chọn thi tốt nghiệp môn Vật lí, trong khi 85,9% còn lại lựa chọn tổ hợp khoa học xã hội. Nhằm tháo gỡ rào cản này, luận văn thạc sĩ khoa học giáo dục chuyên ngành Lí luận và Phương pháp dạy học bộ môn Vật lí mã số 8140111 của tác giả Nông Minh Ấn tại Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên đã nghiên cứu đề tài: "Tổ chức dạy học STEM chủ đề 'Động lực học' Vật lý 10". Mục tiêu cụ thể là thiết kế và tổ chức chủ đề STEM "Thiết kế và chế tạo mô hình máy bắn đá" nhằm bồi dưỡng năng lực vận dụng kiến thức, kĩ năng vào thực tiễn cho học sinh lớp 10. Nghiên cứu thực hiện trên phạm vi huyện Đình Lập với cỡ mẫu khảo sát 112 giáo viên và thực nghiệm sư phạm trực tiếp trên 30 học sinh lớp 10A1. Công trình được kiểm tra liêm chính học thuật qua hệ thống Turnitin với chỉ số tương đồng chỉ 20%, đáp ứng xuất sắc các tiêu chuẩn khoa học và mang lại giá trị ứng dụng cao cho các trường phổ thông vùng miền núi.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên lý thuyết giáo dục STEM liên môn kết hợp Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học nhằm kết nối chặt chẽ lý thuyết trường học với kỹ thuật đời sống. Nghiên cứu vận dụng cấu trúc năng lực vận dụng kiến thức, kĩ năng vào thực tiễn gồm 4 thành tố hành vi với 3 mức độ biểu hiện từ M1 đến M3 theo nghiên cứu của Đinh Văn Tú: giải thích hiện tượng thực tiễn, đánh giá phản biện vấn đề, thiết kế mô hình kỹ thuật và đề xuất giải pháp bền vững. Quá trình thiết kế bám sát Công văn số 3089/BGDĐT-GDTrH ngày 14/08/2020 của Bộ Giáo dục và Đào tạo, tổ chức bài học thành 5 hoạt động theo quy trình kỹ thuật 8 bước chuẩn mực. Các khái niệm cốt lõi tích hợp gồm chuyển động ném (Bài 12), tổng hợp phân tích lực và cân bằng lực (Bài 13), cùng lực đàn hồi và biến dạng vật rắn (Bài 33) theo sách giáo khoa Vật lí 10 bộ Kết nối tri thức với cuộc sống.

Phương pháp nghiên cứu

Dữ liệu nghiên cứu được thu thập từ cuộc khảo sát 112 giáo viên Vật lí tại tỉnh Lạng Sơn trong giai đoạn từ ngày 15/12/2022 đến ngày 30/3/2023. Tác giả áp dụng phương pháp chọn mẫu thuận tiện có chủ đích tại địa bàn miền núi để nắm bắt sát thực tế khó khăn cơ sở. Thực nghiệm sư phạm được tiến hành trên 30 học sinh lớp 10A1 trường THPT Đình Lập, chia thành 4 nhóm học tập với 7 đến 8 thành viên mỗi nhóm. Nghiên cứu lựa chọn phương pháp thống kê toán học kết hợp quan sát định tính vì cách tiếp cận này giúp lượng hóa khách quan sự tiến bộ năng lực qua các phiếu đánh giá tiêu chí, đồng thời xác thực độ tin cậy của giả thuyết khoa học. Kế hoạch dạy học kéo dài 3 tiết chính khóa (2 tiết nghiên cứu kiến thức nền, phản biện bản vẽ và 1 tiết phóng thử ngoài sân trường) kết hợp 7 ngày gia công sản phẩm tại nhà.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Khảo sát thực trạng trên 112 giáo viên cho thấy 57,1% (64 giáo viên) hiểu biết về STEM ở mức khá, nhưng chỉ 5,4% (6 giáo viên) đạt mức hiểu sâu; có tới 32,1% (36 giáo viên) chưa từng dạy học STEM và 36,6% (41 giáo viên) mới dạy thử nghiệm 1 chủ đề. Rào cản lớn nhất gồm: 70,5% (79 thầy cô) thiếu trang thiết bị, 62,5% (70 thầy cô) thiếu thời gian và 50,0% (56 thầy cô) gặp khó khăn trong khâu đánh giá. Dù vậy, 78,6% (88 giáo viên) khẳng định có thể tự thiết kế bài học STEM nếu có quy trình hướng dẫn cụ thể. Trong thực nghiệm với 30 học sinh lớp 10A1, 100% các nhóm học sinh (4 trên 4 nhóm) đã chế tạo thành công mô hình máy bắn đá đạt chuẩn: kích thước dưới 50cm x 50cm x 50cm, đạn dưới 300g và tầm phóng xa từ 2,5m đến hơn 4,2m, vượt xa mức tối thiểu yêu cầu là 2,0m.

Thảo luận kết quả

Sự bứt phá của học sinh bắt nguồn từ việc quy trình kỹ thuật 8 bước kích hoạt khả năng tư duy thực nghiệm, biến công thức ném xiên và lực đàn hồi trừu tượng thành trải nghiệm trực quan sinh động. Dữ liệu thực nghiệm được trực quan hóa sinh động thông qua biểu đồ cột so sánh điểm năng lực và bảng tổng hợp tiêu chí đánh giá đồng đẳng, phản ánh bước nhảy vọt từ mức độ M1 lên M2 và M3 ở cả 4 nhóm học sinh, nhất là kỹ năng thiết kế bản vẽ và giải thích cơ chế phóng đạn. Khác với các mô hình STEM tốn kém tại đô thị lớn, nghiên cứu tại huyện Đình Lập đã chứng minh giải pháp tự chế tạo từ gỗ tái chế, dây cao su với chi phí tối thiểu vẫn mang lại hiệu quả sư phạm vượt trội tại các trường miền núi.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm nhân rộng thành công của đề tài, luận văn đề xuất 4 giải pháp đồng bộ:

Thứ nhất, đối với giáo viên bộ môn Vật lí: Áp dụng tiến trình dạy học 3 tiết kết hợp 7 ngày dự án tại gia đình, xây dựng câu hỏi định hướng sát thực tế nhằm nâng tỷ lệ học sinh đạt năng lực vận dụng mức độ M3 từ 15% lên trên 45% trong năm học mới.

Thứ hai, đối với ban giám hiệu nhà trường: Cấp ngân sách tối thiểu 5 triệu đến 10 triệu đồng mỗi học kỳ cho vật liệu tái chế và dụng cụ đo lường cơ bản; đồng thời giảm tải 20% hồ sơ sổ sách hành chính để giáo viên có thời gian chuẩn bị tiết dạy, khắc phục tỷ lệ 62,5% giáo viên thiếu thời gian.

Thứ ba, đối với Sở Giáo dục và Đào tạo cùng các phòng chuyên môn: Mở các đợt bồi dưỡng chuyên đề thực chiến trong 12 tháng, đặt mục tiêu nâng tỷ lệ giáo viên hiểu sâu về giáo dục STEM từ 5,4% lên ít nhất 30% tại 100% các trường trung học phổ thông.

Thứ tư, đối với tổ chuyên môn: Chuẩn hóa hệ thống đánh giá theo rubric 4 thành phần bám sát Công văn 3089/BGDĐT-GDTrH, giúp giảm tỷ lệ giáo viên lúng túng khi đánh giá năng lực từ 50,0% xuống dưới 15% trong vòng 1 năm học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn đem lại giá trị ứng dụng thiết thực cho 4 nhóm đối tượng chính:

Giáo viên Vật lí cấp trung học phổ thông: Khai thác trọn vẹn giáo án chủ đề máy bắn đá thời lượng 3 tiết và 4 phiếu đánh giá năng lực chuẩn mực để giảng dạy phần Động lực học lớp 10 theo chương trình GDPT 2018 mà không mất nhiều công biên soạn.

Cán bộ quản lý và tổ trưởng chuyên môn trường vùng cao: Tham khảo mô hình khắc phục điểm nghẽn thiếu phương tiện (vốn chiếm 70,5% trong khảo sát) bằng vật tư tái chế giá rẻ, làm cơ sở xây dựng kế hoạch bồi dưỡng liên môn hiệu quả.

Học viên cao học và nhà nghiên cứu giáo dục: Sử dụng nghiên cứu như một tài liệu tham khảo chuẩn mực với tỷ lệ tương đồng Turnitin chỉ 20%, phương pháp chọn mẫu khoa học và khung đánh giá 4 thành tố có phân mức tường minh.

Sinh viên ngành Sư phạm Vật lí và Khoa học tự nhiên: Nắm bắt cách thiết kế bài học 5 hoạt động theo Công văn 3089/BGDĐT-GDTrH, tích lũy phương pháp tổ chức hoạt động trải nghiệm kỹ thuật cho kỳ thực tập sư phạm.

Câu hỏi thường gặp

Chủ đề STEM Máy bắn đá giải quyết bài toán thiếu thốn trang thiết bị tại các trường miền núi như thế nào?
Đề tài sử dụng vật liệu tái chế sẵn có như thanh gỗ phế liệu, dây chun và ống nhựa với tổng kinh phí chế tạo dưới 50.000 đồng mỗi mô hình. Giải pháp này giúp tháo gỡ rào cản 70,5% giáo viên thiếu thiết bị, tạo ra sản phẩm kích thước dưới 50cm x 50cm x 50cm đạt tầm ném xa trên 2m an toàn.

Thời lượng 3 tiết học có đủ để học sinh hoàn thiện toàn bộ sản phẩm STEM phức tạp không?
Tiến trình được phân bổ rất khoa học với 2 tiết nghiên cứu lý thuyết và duyệt thiết kế trên lớp, 7 ngày làm việc nhóm tại nhà theo 4 nhóm từ 7 đến 8 em, và 1 tiết phóng thử ngoài sân trường. Kế hoạch này giúp hóa giải áp lực thiếu thời gian mà 62,5% giáo viên từng bày tỏ.

Đề tài đánh giá năng lực vận dụng kiến thức của học sinh thông qua những công cụ cụ thể nào?
Tác giả xây dựng bộ công cụ gồm 4 phiếu đánh giá đồng bộ: phiếu tự đánh giá cá nhân thang điểm 10, phiếu đánh giá đồng đẳng theo 5 tiêu chí thang điểm từ 0 đến 2, phiếu giáo viên đánh giá nhóm thang điểm từ 1 đến 3, cùng phiếu chấm thông số kỹ thuật sản phẩm thực tế.

Làm thế nào để đảm bảo tính an toàn cho học sinh khi chế tạo và thử nghiệm mô hình máy bắn đá?
Quy định an toàn được kiểm soát chặt qua 2 tiêu chí kỹ thuật: khống chế khối lượng vật ném dưới 300g (sử dụng đất nặn hoặc xốp mềm) và kiểm tra kỹ khóa chốt hãm. Buổi thử nghiệm được tổ chức trên sân trường rộng với khoảng cách an toàn tối thiểu 5m tính từ bệ phóng.

Tính liên môn trong chủ đề máy bắn đá được tích hợp cụ thể qua những môn học nào?
Chủ đề kết hợp hài hòa 4 môn học: Vật lí 10 (chuyển động ném, lực đàn hồi, cân bằng lực), Công nghệ 11 (bản vẽ kỹ thuật, kết cấu lắp ráp), Toán học 10 (đo đạc chiều dài, tính tỉ lệ hình học) và Địa lí 10 (khảo sát độ cao, địa thế đặt bệ phóng).

Kết luận

Nghiên cứu của tác giả Nông Minh Ấn khẳng định tính đúng đắn và giá trị thực tiễn qua 5 nội dung then chốt:

• Hệ thống hóa cơ sở lý luận về giáo dục STEM và cấu trúc 4 thành tố năng lực vận dụng kiến thức, kĩ năng theo chuẩn Chương trình GDPT 2018.
• Khảo sát thực trạng 112 giáo viên tại Lạng Sơn, nhận diện chính xác hai khó khăn lớn nhất là thiếu phương tiện (70,5%) và thiếu thời gian (62,5%).
• Thiết kế thành công chủ đề STEM "Máy bắn đá" tích hợp 4 môn học với chi phí thấp và độ an toàn cao.
• Kiểm chứng thực nghiệm trên 30 học sinh lớp 10A1, đạt tỷ lệ 100% nhóm chế tạo sản phẩm phóng xa từ 2,5m đến hơn 4,2m, nâng cao rõ rệt năng lực tư duy kỹ thuật.
• Đề xuất trọn bộ 4 phiếu đánh giá năng lực theo Công văn 3089/BGDĐT-GDTrH, sẵn sàng chuyển giao trong 6 đến 12 tháng tới.

Đóng góp chính của luận văn là giải pháp sư phạm thực tế cho vùng khó khăn. Quý thầy cô và nhà quản lý giáo dục hãy áp dụng ngay mô hình này để nâng cao chất lượng dạy học môn Vật lí.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 1. Lịch sử vấn đề nghiên cứu về giáo dục STEM 1. Nghiên cứu về giáo dục STEM trên thế giới Các nghiên cứu về giáo dục STEM ở trường phổ thông tập trung vào việc phân tích mục tiêu, nội dung, phương pháp và điều kiện cơ sở vật chất để phát triển giáo dục STEM. Dưới đây là các nội dung cụ thể mà các trường phổ thông đang tập trung để phát triển giáo dục STEM: Mục tiêu: Mục tiêu của giáo dục STEM là phát triển các kỹ năng, kiến thức và thái độ cần thiết cho học sinh để trở thành những người có thể ứng dụng khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học vào cuộc sống hàng ngày và giải quyết các vấn đề phức tạp trong thế giới hiện đại.

Nội dung: Nội dung giáo dục STEM phải bao gồm các môn học cơ bản như Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học, và các môn học liên quan khác như Lịch sử, Ngôn ngữ, Văn hóa và Nghệ thuật. Nội dung này phải được tích hợp để giúp học sinh hiểu được sự liên quan giữa các môn học và có thể áp dụng kiến thức này vào các vấn đề thực tế. Phương pháp: Phương pháp giáo dục STEM phải là sự kết hợp giữa giảng dạy lý thuyết và học tập thực tế. Học sinh cần được trang bị các kỹ năng cần thiết để tìm hiểu, giải quyết vấn đề và làm việc nhóm.

Các hoạt động thực hành, thí nghiệm, nghiên cứu và thảo luận cũng cần phải được tích hợp vào quá trình giảng dạy. Điều kiện cơ sở vật chất: Để phát triển giáo dục STEM, trường phải có các điều kiện cơ sở vật chất tốt như phòng thí nghiệm, phòng máy tính, thư viện, phòng học đa chức năng và các thiết bị và dụng cụ hỗ trợ học tập. Ngoài ra, giáo viên cần được đào tạo và trang bị đầy đủ các kỹ năng và kiến thức cần thiết để giảng dạy STEM [4]. 6 Một số công trình nghiên cứu về giáo dục STEM trên thế giới: - Nghiên cứu của N Sirajudin, J Suratno và Pamuti tập trung vào việc phát triển khả năng tư duy sáng tạo thông qua giáo dục STEM.

Nhóm nghiên cứu mô tả một mô hình học tập STEM và đánh giá hiệu quả của nó trong việc cải thiện kỹ năng tư duy sáng tạo của học sinh. Nghiên cứu này cho thấy rằng giáo dục STEM có thể làm tăng khả năng tư duy sáng tạo của học sinh và cần được ứng dụng trong giáo dục [27]. - Nghiên cứu của Stefano Sandrone, Gregory Scott, William J. Anderson và Kiran Musunuru tập trung vào việc so sánh hiệu quả giáo dục STEM dựa trên học tập trực tiếp và trực tuyến trong bối cảnh đại dịch COVID-19.

Nghiên cứu này cho thấy rằng giáo dục STEM vẫn có thể được thực hiện một cách hiệu quả qua hình thức học trực tuyến, giúp đảm bảo tính công bằng và hòa nhập trong giáo dục [29]. - Noor Anita Rahman, Roslinda Rosli, Azmin Sham Rambely, Lilia Halim lưu ý rằng giáo dục STEM có thể đem lại lợi ích cho học sinh bằng cách tăng cường sự quan tâm đến các lĩnh vực STEM. Tuy nhiên, để thực hiện điều này, cần có sự đổi mới trong phương pháp dạy học của giáo viên và sự đồng thuận trong việc đánh giá và phát triển các phương pháp giáo dục STEM. Nghiên cứu này cũng cho thấy rằng việc khuyến khích học sinh quan tâm và khám phá các lĩnh vực STEM có thể giúp đáp ứng nhu cầu cao về các nghề nghiệp liên quan đến STEM trong tương lai [28].

Nghiên cứu của Emily Saxton, Robin Burns, Susan Holveck, Sybil Kelley, Daniel Prince, Nicole Rigelma và Ellen A. Skinner tập trung vào phát triển hệ thống đo lường cho giáo dục STEM K-12 (tức từ mầm non đến lớp 12) ở Mỹ. Nghiên cứu cho thấy rằng giáo dục STEM đang phải đối mặt với những thách thức quan trọng liên quan đến sự hạn chế của các công cụ đo lường và phương pháp đánh giá hiện đại. Bài báo này mô tả giai đoạn hình thành khái niệm và phát triển một hệ thống đo lường chung để đánh giá hiệu quả của giáo dục 7 STEM.

Việc phát triển một hệ thống đo lường chung này có thể giúp cải thiện phương pháp đánh giá của giáo dục STEM và đưa ra những kết quả đánh giá chính xác hơn để đo lường sự tiến bộ và phát triển của học sinh trong lĩnh vực STEM [25]. Emrah Hiğde và Hilal Aktamış đã thực hiện nghiên cứu về tác động của các ho ạt động STEM đối với sở thích nghề nghiệp STEM của học sinh lớp 7 THCS. Nghiên cứu nhằm xác định tác động của các hoạt động khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học đối với sở thích nghề nghiệp STEM của học sinh. Kết quả nghiên cứu sử dụng phương pháp nghiên cứu hỗn hợp cho thấy rằng các hoạt động STEM có tác động tích cực đến việc cải thiện kỹ năng sáng tạo, hợp tác, tư duy phản biện và giải quyết vấn đề của học sinh.

Nghiên cứu này cho thấy các hoạt động STEM có thể được sử dụng để cải thiện các kỹ năng của học sinh, khuyến khích sở thích nghề nghiệp STEM và thúc đẩy các quan điểm tích cực về giáo dục STEM [26]. Nghiên cứu về giáo dục STEM ở trong nước Trên thực tế, giáo dục STEM tại Việt Nam được tổ chức trong các trường phổ thông thường tập trung qua các hình thức: dạy học tích hợp theo định hướng giáo dục STEM; sinh hoạt câu lạc bộ STEM; các cuộc thi, các hoạt động trải nghiệm sáng tạo; phối hợp tổ chức các hoạt động STEM giữa nhà trường và các tổ chức tư nhân; các sự kiện STEM, ngày hội STEM… Qua đó đã đạt được những kết quả bước đầu, tạo tiền đề thuận lợi cho bước triển giáo dục STEM tại Việt Nam trong những năm tới. Một số công trình nghiên cứu trong nước về giáo dục STEM: - Lam Thi Bich Le, Toan Thai Tran, Ngoc Hai Tran (2021) đã tìm hiểu những thách thức đối với giáo dục STEM trong trường phổ thông ở Việt Nam. Nghiên cứu định tính này đã khảo sát những thách thức đối với giáo dục STEM trong các trường trung học công lập ở Việt Nam.

Những người tham gia khảo sát là giáo viên có kinh nghiệm từ các trường khác nhau [12]. Qua cuộc ghi âm 8 phỏng vấn cho thấy đa số giáo viên phải đối mặt với nhiều thách thức liên quan đến phương pháp giảng dạy, chương trình giảng dạy - Tuong Duy Hai, Tran Ba Trinh, Nguyen Quy Thinh, Phum Ma Xay Thong Si Pheng (2022) đã nghiên cứu về vai trò của phần mềm Coach 7 trong việc triển khai giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông mới. Nghiên cứu đã xác định vai trò nổi bật của phần mềm Coach 7 trong việc xây dựng thư viện bài học cho học sinh tiểu học và trung học cơ sở để triển khai giáo dục STEM [7]. Đặc biệt đáp ứng mục tiêu phát triển năng lực đặc thù của lĩnh vực STEM trong xu thế chuyển đổi số để học sinh có thể tự thực hiện đề tài STEM tại nhà và được trải nghiệm thực tế trong nghiên cứu khoa học.

- Nguyen Quang Linh, Ha Tran Phuong (2019) đã nghiên cứu về giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông mới cho thấy những ưu điểm của giáo dục STEM chiếm ưu thế. Thông qua việc áp dụng giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông mới không phải theo phong trào mà là xu thế tất yếu ngày nay [13]. Để có thể đưa giáo dục STEM vào triển khai trong chương trình giáo dục phổ thông mới, toàn nghành giáo dục (bao gồm cả lãnh đạo nghành và giáo viên) cần vào cuộc một cách nghiêm túc, đồng bộ. - Quach Nguyen Bao Nguyen, Nguyen Hoang Anh, Nguyen Duc Dung (2019) đã nghiên cứu và tổ chức thiết kế chủ đề STEM trong dạy học phần “Nhiệt học” - Vật lí 10 theo định hướng bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh [16].

Chủ đề STEM được thiết kế đã được vận dụng vào thực tiễn dạy học, sau quá trình học tập đã có sự thay đổi rõ rệt, các tiết học diễn ra sôi nổi và lôi cuốn HS hơn, các sản phẩm đầy tính sáng tạo đã được thực hiện. Đây hứa hẹn là một hướng đi đúng đắn và đầy tiềm năng trong thời kì đổi mới toàn diện giáo dục. - Nguyen Vo Thanh Viet (2021) đã nghiên cứu và xây dựng chủ đề giáo dục STEM trong dạy học chuyên đề “Vật lí với giáo dục bảo vệ môi trường” nhằm phát triển năng lực tư duy phản biện cho học sinh lớp 10 chỉ ra sự thích hợp của 9 giáo dục STEM trong việc thực hiện các biện pháp phát triển tư duy phản biện và được cụ thể hóa bằng gợi ý phát triển từng thành tố của tư duy phản biện ở các bước của tiến tình STEM [21]. Như vậy có thể thấy ngày nay ở Việt Nam, dạy học theo chủ đề STEM đã và đang được các nhà giáo dục quan tâm rất nhiều.

Đây sẽ là một hướng đi đúng đắn trong thời kì đổi mới toàn diện giáo dục trong những năm tới. Lịch sử nghiên cứu về năng lực vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học 1. Giáo dục STEM 1. Xây dựng chủ đề STEM Với mỗi nhóm tác giả khác nhau thì tiến trình xây dựng bài học theo giáo dục STEM được chia thành các bước khác nhau (hình 1.

Tiến trình xây dựng chủ đề dạy học theo giáo dục STEM Bước khởi đầu: Chọn lựa chủ đề Quá trình khởi tạo một bài học STEM chất lượng mở màn bằng việc chọn lựa chủ đề. Đây là bước quan trọng nhất, đặt nền tảng cho việc phát triển một bài học STEM thấu đáo và hiệu quả. Trong quá trình này, người thiết kế bài học STEM cần dựa trên kiến thức từ chương trình học, cũng như những yếu tố thực tiễn, để xác định chủ đề học 10 tập phù hợp với độ tuổi, nhận thức, khả năng tiếp thu của học viên cũng như tính hữu ích của chủ đề đối với người học. Giáo viên sẽ dựa vào kiến thức từ chương trình học, cùng với các hiện tượng và quá trình liên quan đến kiến thức đó trong tự nhiên và xã hội, cũng như các thiết bị công nghệ và quy trình ứng dụng kiến thức đó vào thực tiễn để chọn nội dung bài học STEM.

Việc xác định vấn đề cần giải quyết và giao cho học sinh thực hiện cần được thực hiện sao cho khi học sinh giải quyết vấn đề đó, họ phải học được các kiến thức, kỹ năng cần dạy trong chương trình môn học đã chọn, hoặc áp dụng những kiến thức, kỹ năng đã biết để tiến hành bài học.