Dạy học STEM chủ đề Khối lượng riêng & Áp suất cho THCS (Luận văn)

Dạy học STEM chủ đề khối lượng riêng và áp suất cho học sinh THCS. Bài viết chia sẻ kinh nghiệm tổ chức, giúp học sinh hiểu sâu kiến thức khoa học.

• Tác giả: Nguyễn Vân Anh
• Người hướng dẫn: PGS. Mai Văn Lưu
• Trường học: Trường Đại học Giáo dục
• Chuyên ngành: Sư phạm Vật lí
• Đề tài: Tổ chức dạy học STEM chủ đề “Khối lượng riêng và áp suất” cho học sinh trung học cơ sở
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• MỤC LỤC
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG
• MỞ ĐẦU
• 1. Lý do chọn đề tài
• 2. Mục đích nghiên cứu
• 3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
• 3.1. Đối tượng nghiên cứu
• 3.2. Phạm vi nghiên cứu
• 4. Giả thuyết khoa học
• 5. Nhiệm vụ nghiên cứu
• 6. Phương pháp nghiên cứu
• 6.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
• 6.2. Các phương pháp nghiên cứu thực tiễn
• 6.3. Phương pháp thống kê toán học
• 7. Đóng góp mới của đề tài
• 7.1. Về thực tiễn
• 8. Dự kiến kết quả đạt được
• 9. Cấu trúc của luận văn
• 1. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ĐỀ GIÁO DỤC STEM NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC KHOA HỌC TỰ NHIÊN CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CƠ SỞ
• 1.1. Lý thuyết về giáo dục STEM trong trường trung học cơ sở
• 1.1.1. Thuật ngữ STEM
• 1.1.2. Giáo dục STEM
• 1.1.3. Mục tiêu giáo dục STEM
• 1.1.4. Phân loại STEM
• 1.1.5. Chủ đề giáo dục STEM
• 1.2. Phát triển năng lực KHTN của học sinh thông qua giáo dục STEM
• 1.2.1. Khái niệm năng lực KHTN
• 1.2.2. Biểu hiện năng lực KHTN của học sinh trong dạy học chủ đề STEM
• 1.2.3. Biện pháp phát triển năng lực KHTN của học sinh trong dạy học chủ đề STEM
• 1.3. Quy trình thiết kế chủ đề giáo dục STEM
• 1.4. Vận dụng dạy học mở mang tính thiết kế để tổ chức dạy học chủ đề STEM phát triển năng lực Khoa học tự nhiên
• 1.4.1. Khái niệm dạy học mở mang tính thiết kế
• 1.4.2. Đặc trưng của dạy học mở mang tính thiết kế
• 1.4.3. Tiến trình dạy học mở mang tính thiết kế chủ đề STEM phát triển năng lực Khoa học tự nhiên
• 1.5. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG CHỦ ĐỀ STEM CHỦ ĐỀ “KHỐI LƯỢNG RIÊNG VÀ ÁP SUẤT” THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC KHOA HỌC TỰ NHIÊN CỦA HỌC SINH TRUNG HỌC CƠ SỞ
• 2.1. Tổng quan nội dung chủ đề “Khối lượng riêng và áp suất” - KHTN 8
• 2.1.1. Vị trí của chủ đề “Khối lượng riêng và áp suất” - KHTN 8
• 2.1.2. Các mục tiêu cần đạt trong dạy học chủ đề “Khối lượng riêng và áp suất” - KHTN 8
• 2.1.3. Nội dung kiến thức chủ đề “Khối lượng riêng và áp suất” – KHTN 8
• 2.2. Xây dựng chủ đề STEM theo hướng phát triển năng lực KHTN của học sinh trong chương “Khối lượng riêng và áp suất”
• 2.2.1. Chủ đề STEM “Thợ lặn trong chai nhựa”
• 2.2.2. Chủ đề STEM “Thuyền đồ chơi”
• 2.2.3. Chủ đề STEM “Đèn trời”
• 2.2.4. Chủ đề STEM “Thang máy thủy lực”
• 2.3. Tiến trình tổ chức dạy học STEM chủ đề “Khối lượng riêng và áp suất” theo định hướng phát triển năng lực Khoa học tự nhiên cho học sinh Trung học cơ sở
• 2.3.1. Chủ đề STEM “Thợ lặn trong chai nhựa”
• 2.3.2. Chủ đề STEM “Thuyền đồ chơi”
• 2.3.3. Chủ đề STEM “Đèn trời”
• 2.3.4. Chủ đề STEM “Thang máy thủy lực”
• 2.4. Tiêu chí đánh giá năng lực Khoa học tự nhiên của học sinh trong dạy học chủ đề STEM
• 2.5. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM
• 3.1. Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm
• 3.1.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm
• 3.1.2. Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm
• 3.2. Đối tượng và thời gian, địa điểm thực nghiệm sư phạm
• 3.2.1. Đối tượng và địa bàn của thực nghiệm sư phạm
• 3.2.2. Kế hoạch thực nghiệm sư phạm
• 3.2.3. Thời gian thực nghiệm
• 3.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm
• 3.4. Kết quả thực nghiệm sư phạm
• 3.4.1. Phân tích định tính
• 3.4.2. Phân tích định lượng
• 3.5. Đánh giá, phân tích kết quả thực nghiệm sư phạm
• 3.6. Kết luận chương 3
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Dạy STEM Tổng Quan Về Khối Lượng Riêng Áp Suất THCS

Chủ đề khối lượng riêng và áp suất là một phần quan trọng trong chương trình Khoa học Tự nhiên lớp 8. Các kiến thức này không chỉ cung cấp nền tảng lý thuyết mà còn liên quan mật thiết đến nhiều ứng dụng thực tế trong đời sống. Dạy học STEM chủ đề này mang lại cơ hội tuyệt vời để học sinh (HS) phát triển năng lực KHTN, khả năng vận dụng kiến thức vào giải quyết vấn đề, và tư duy sáng tạo. Theo luận văn thạc sĩ của Nguyễn Vân Anh (2023), việc tổ chức dạy học STEM chủ đề này giúp HS hiểu sâu hơn các khái niệm trừu tượng và phát triển các kỹ năng thực hành cần thiết. Mục tiêu của việc dạy STEM là giúp HS liên hệ, kết nối các kiến thức đã học với thực tiễn thông qua giáo dục khoa học và phát triển năng lực tư duy, sử dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề thực tế. Một trong những vấn đề cốt lõi của chương trình giáo dục phổ thông mới là phát huy tính tích cực, sáng tạo, vận dụng kiến thức vào thực tiễn. Dạy học STEM chủ đề này không chỉ đơn thuần là truyền thụ kiến thức mà còn tạo cơ hội để HS khám phá, thử nghiệm, và thiết kế các sản phẩm ứng dụng. Điều này giúp tăng cường sự hứng thú học tập và phát triển toàn diện các phẩm chất và năng lực của HS. Bên cạnh đó, việc kết hợp các hoạt động thực hành, thí nghiệm, và thiết kế sản phẩm giúp HS nắm vững lý thuyết, tăng sự hứng thú trong học tập mà đồng thời phát huy năng lực KHTN cũng như khả năng vận dụng kiến thức, kĩ năng KHTN vào thực tiễn đời sống.

1.1. Khái Niệm Tầm Quan Trọng Của Khối Lượng Riêng

Khối lượng riêng là một đại lượng vật lý đặc trưng cho mỗi chất, được định nghĩa là khối lượng của một đơn vị thể tích chất đó. Hiểu rõ về khối lượng riêng giúp HS giải thích được nhiều hiện tượng trong tự nhiên và ứng dụng trong kỹ thuật. Khối lượng riêng là tỉ lệ giữa khối lượng và thể tích, D = m/V. Việc nắm vững khái niệm và đơn vị đo khối lượng riêng (kg/m3, g/cm3) là cơ sở để HS tiếp cận các bài toán và ứng dụng thực tế liên quan. Khối lượng riêng không chỉ là một khái niệm lý thuyết mà còn được áp dụng rộng rãi trong việc xác định chất liệu, kiểm tra chất lượng sản phẩm, và thiết kế các công trình kỹ thuật. Theo Nguyễn Vân Anh, việc kết hợp lý thuyết và thực hành giúp HS nắm vững kiến thức và phát triển khả năng vận dụng vào thực tế.

1.2. Áp Suất Định Nghĩa Đơn Vị Đo Ứng Dụng Cơ Bản

Áp suất là đại lượng vật lý đo lực tác dụng trên một đơn vị diện tích bề mặt. Áp suất có vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực, từ vật lý học, hóa học, đến kỹ thuật và đời sống hàng ngày. Áp suất được tính bằng công thức p = F/S, trong đó F là lực tác dụng và S là diện tích bề mặt. Đơn vị đo áp suất thường dùng là Pascal (Pa). Hiểu rõ về áp suất giúp HS giải thích được nhiều hiện tượng như tại sao vật nhọn dễ đâm xuyên hơn vật tù, tại sao lặn sâu xuống nước lại cảm thấy áp lực lớn hơn. Các ứng dụng của áp suất rất đa dạng, từ hệ thống phanh thủy lực trong ô tô đến các thiết bị đo áp suất trong y học. Nguyễn Vân Anh nhấn mạnh rằng việc giảng dạy áp suất cần kết hợp với các ví dụ thực tế để tăng tính trực quan và sinh động.

II. Thách Thức Dạy Khối Lượng Riêng Áp Suất Theo Phương Pháp Cũ

Dạy học theo phương pháp truyền thống thường tập trung vào việc truyền đạt kiến thức lý thuyết một cách thụ động, khiến HS khó khăn trong việc hình dung và vận dụng kiến thức vào thực tế. Một trong những hạn chế lớn nhất là thiếu các hoạt động thực hành, thí nghiệm để HS trực tiếp trải nghiệm và khám phá. Các khái niệm như khối lượng riêng và áp suất trở nên trừu tượng và khó hiểu đối với nhiều HS. Bên cạnh đó, việc thiếu liên kết giữa kiến thức học trong sách vở và các vấn đề thực tế trong cuộc sống khiến HS cảm thấy nhàm chán và mất hứng thú học tập. Theo Nguyễn Vân Anh, nhiều giáo viên (GV) vẫn dạy học theo phương pháp truyền thống khiến nhiều HS thụ động, thiếu khả năng tư duy sáng tạo, năng lực kỹ thuật chỉ biết đến các kiến thức hàn lâm mà chưa thể vận dụng vào trong đời sống, thực tiễn. Do đó, việc đổi mới phương pháp dạy học là cần thiết để nâng cao hiệu quả và chất lượng giáo dục.

2.1. Khó Khăn Trong Việc Trực Quan Hóa Các Khái Niệm

Khối lượng riêng và áp suất là những khái niệm trừu tượng, khó hình dung nếu chỉ học qua sách vở. HS thường gặp khó khăn trong việc liên hệ các khái niệm này với các hiện tượng và vật thể quen thuộc trong cuộc sống. Việc thiếu các mô hình trực quan, thí nghiệm thực tế khiến HS khó hiểu sâu sắc bản chất của các khái niệm. Ví dụ, HS có thể học thuộc công thức tính khối lượng riêng nhưng không hiểu tại sao các vật có cùng thể tích nhưng khối lượng khác nhau lại có khối lượng riêng khác nhau. Tương tự, HS có thể biết áp suất là lực trên một đơn vị diện tích nhưng không hiểu tại sao áp suất lại tăng khi diện tích giảm. Vì vậy, việc sử dụng các phương pháp dạy học trực quan là rất quan trọng để giúp HS nắm vững kiến thức.

2.2. Thiếu Tính Ứng Dụng Thực Tế Trong Bài Giảng

Phương pháp dạy học truyền thống thường tập trung vào việc truyền đạt kiến thức lý thuyết mà ít chú trọng đến việc liên hệ với các ứng dụng thực tế. HS thường không thấy được sự liên quan giữa những gì mình học và những gì xảy ra trong cuộc sống hàng ngày. Điều này khiến HS cảm thấy nhàm chán và không có động lực học tập. Ví dụ, HS có thể học về áp suất trong chất lỏng nhưng không biết áp suất này được ứng dụng như thế nào trong các thiết bị thủy lực, hệ thống cấp nước, hoặc các hoạt động lặn biển. Do đó, việc tích hợp các ví dụ và bài tập thực tế vào bài giảng là rất quan trọng để tăng tính hấp dẫn và hiệu quả của việc dạy học.

III. Phương Pháp Dạy STEM Giải Pháp Phát Triển Năng Lực KHTN

Dạy học STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) là một phương pháp tiếp cận liên ngành, tích hợp kiến thức và kỹ năng từ các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học để giải quyết các vấn đề thực tế. Trong bối cảnh dạy học khối lượng riêng và áp suất, STEM mang đến nhiều ưu điểm vượt trội. STEM giúp HS phát triển năng lực giải quyết vấn đề, tư duy sáng tạo, và khả năng làm việc nhóm. HS không chỉ học kiến thức mà còn được thực hành, thiết kế, và chế tạo các sản phẩm ứng dụng. Theo Nguyễn Vân Anh, giáo dục STEM cung cấp cho HS kiến thức và kỹ năng nền tảng để học lên cao và nghề nghiệp tương lai, từ đó, góp phần xây dựng đội ngũ nhân lực có năng lực và chất lượng. Hơn nữa, STEM tạo ra môi trường học tập tích cực, khuyến khích HS tự khám phá, thử nghiệm, và chia sẻ kiến thức. Điều này giúp tăng cường sự hứng thú học tập và phát triển toàn diện các phẩm chất và năng lực của HS.

3.1. Tích Hợp Kiến Thức Liên Môn Trong Bài Học

Dạy học STEM không giới hạn kiến thức trong một môn học mà tích hợp kiến thức từ nhiều môn học khác nhau. Ví dụ, khi thiết kế một mô hình thuyền nổi, HS cần áp dụng kiến thức về vật lý (lực đẩy Archimedes, khối lượng riêng), toán học (tính toán thể tích, diện tích), kỹ thuật (thiết kế hình dạng thuyền), và công nghệ (sử dụng vật liệu phù hợp). Việc tích hợp kiến thức liên môn giúp HS hiểu sâu sắc hơn về các khái niệm và thấy được mối liên hệ giữa các môn học. Điều này cũng giúp HS phát triển tư duy hệ thống và khả năng giải quyết các vấn đề phức tạp.

3.2. Xây Dựng Dự Án Thực Tế Thợ Lặn Thuyền Thang Máy

Dạy học STEM thường gắn liền với các dự án thực tế, trong đó HS được giao nhiệm vụ thiết kế và chế tạo các sản phẩm ứng dụng. Các dự án này có thể là thiết kế mô hình thợ lặn trong chai, chế tạo thuyền đồ chơi, xây dựng thang máy thủy lực. Qua các dự án này, HS không chỉ học kiến thức mà còn phát triển các kỹ năng thực hành, kỹ năng làm việc nhóm, và kỹ năng giải quyết vấn đề. HS được tự mình trải nghiệm quá trình thiết kế, chế tạo, thử nghiệm, và cải tiến sản phẩm. Điều này giúp HS nắm vững kiến thức và phát triển các năng lực cần thiết cho tương lai.

3.3. Phát Triển Kỹ Năng Tư Duy Sáng Tạo Giải Quyết Vấn Đề

Phương pháp STEM khuyến khích học sinh sáng tạo và giải quyết vấn đề một cách linh hoạt. Thay vì chỉ học thuộc lòng công thức, học sinh được khuyến khích đặt câu hỏi, thử nghiệm các giải pháp khác nhau và tìm ra cách tốt nhất để đạt được mục tiêu. Ví dụ, khi thiết kế một chiếc thuyền có thể chở được trọng lượng lớn nhất, học sinh sẽ phải tư duy về hình dạng, vật liệu, và cách phân bố trọng lượng để tối ưu hóa hiệu quả. Quá trình này giúp học sinh phát triển khả năng tư duy phản biện, kỹ năng làm việc nhóm và sự tự tin vào khả năng của mình. Chính vì vậy, STEM được ví như chiếc chìa khóa vàng mở ra cánh cửa thị trường việc làm đầy tiềm năng của đất nước.

IV. Hướng Dẫn Chi Tiết Dạy STEM Chủ Đề Khối Lượng Riêng Áp Suất

Để triển khai dạy STEM chủ đề khối lượng riêng và áp suất một cách hiệu quả, GV cần có kế hoạch bài dạy chi tiết và chuẩn bị đầy đủ các vật liệu, dụng cụ cần thiết. Các bước thực hiện bao gồm: giới thiệu vấn đề, hình thành ý tưởng, thiết kế, chế tạo, thử nghiệm, và đánh giá. GV cần tạo điều kiện để HS làm việc nhóm, chia sẻ kiến thức và kinh nghiệm. Theo kinh nghiệm của Nguyễn Vân Anh, việc khuyến khích HS tự đặt câu hỏi và tìm kiếm câu trả lời là rất quan trọng để phát triển năng lực KHTN. GV cũng cần linh hoạt điều chỉnh kế hoạch bài dạy để phù hợp với trình độ và khả năng của HS.

4.1. Thiết Kế Bài Giảng STEM Chi Tiết Hấp Dẫn

Một bài giảng STEM hiệu quả cần có mục tiêu rõ ràng, nội dung phù hợp, và các hoạt động đa dạng. GV nên bắt đầu bằng việc giới thiệu một vấn đề thực tế liên quan đến khối lượng riêng và áp suất. Sau đó, GV hướng dẫn HS hình thành ý tưởng và thiết kế sản phẩm. Trong quá trình thiết kế, GV cần cung cấp cho HS các kiến thức và kỹ năng cần thiết. Cuối cùng, GV hướng dẫn HS chế tạo, thử nghiệm, và đánh giá sản phẩm. GV nên sử dụng các phương pháp dạy học tích cực như dạy học dự án, dạy học giải quyết vấn đề, và dạy học hợp tác để tăng tính tương tác và hứng thú của HS.

4.2. Chuẩn Bị Vật Liệu Dụng Cụ Cho Các Hoạt Động Thực Hành

Để thực hiện các hoạt động thực hành một cách hiệu quả, GV cần chuẩn bị đầy đủ các vật liệu, dụng cụ cần thiết. Các vật liệu này có thể là chai nhựa, ống hút, vật nặng, giấy, bút, thước, kéo, keo dán, và các dụng cụ đo lường. GV nên lựa chọn các vật liệu dễ kiếm, an toàn, và thân thiện với môi trường. GV cũng nên chuẩn bị các hướng dẫn chi tiết về cách sử dụng các vật liệu và dụng cụ. Trước khi bắt đầu hoạt động, GV nên kiểm tra kỹ lưỡng các vật liệu và dụng cụ để đảm bảo an toàn cho HS.

V. Ứng Dụng Dạy STEM Thợ Lặn Trong Chai Nhựa Bài Học

Mô hình 'Thợ lặn trong chai nhựa' là một ví dụ điển hình về ứng dụng dạy STEM trong chủ đề khối lượng riêng và áp suất. HS được giao nhiệm vụ thiết kế và chế tạo một mô hình thợ lặn có thể chìm và nổi trong chai nước bằng cách điều chỉnh áp suất. Qua dự án này, HS không chỉ học về nguyên lý Archimedes mà còn phát triển kỹ năng thiết kế, chế tạo, và thử nghiệm. Theo Nguyễn Vân Anh, dự án này giúp HS hiểu sâu sắc hơn về mối liên hệ giữa lý thuyết và thực tế. Ngoài ra, dự án này còn giúp HS phát triển tư duy sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề, và kỹ năng làm việc nhóm.

5.1. Hướng Dẫn Thiết Kế Chế Tạo Mô Hình Thợ Lặn

Để thiết kế và chế tạo mô hình thợ lặn, HS cần chuẩn bị các vật liệu như chai nhựa, ống hút, vật nặng (đinh, ốc), và nước. HS cần thiết kế mô hình thợ lặn sao cho nó có thể chìm và nổi bằng cách điều chỉnh áp suất. HS có thể sử dụng ống hút để tạo ra một khoang chứa khí trong mô hình thợ lặn. Khi tăng áp suất trong chai, nước sẽ xâm nhập vào khoang chứa khí, làm tăng khối lượng của mô hình thợ lặn và khiến nó chìm xuống. Ngược lại, khi giảm áp suất, nước sẽ thoát ra khỏi khoang chứa khí, làm giảm khối lượng của mô hình thợ lặn và khiến nó nổi lên.

5.2. Thử Nghiệm Điều Chỉnh Để Mô Hình Hoạt Động Tốt Nhất

Sau khi chế tạo xong mô hình thợ lặn, HS cần thử nghiệm và điều chỉnh để nó hoạt động tốt nhất. HS có thể điều chỉnh khối lượng của mô hình thợ lặn bằng cách thêm hoặc bớt vật nặng. HS cũng có thể điều chỉnh kích thước của khoang chứa khí để thay đổi khả năng chìm nổi của mô hình thợ lặn. Trong quá trình thử nghiệm, HS cần quan sát kỹ lưỡng và ghi lại các kết quả. Từ đó, HS có thể rút ra các kết luận và điều chỉnh mô hình để đạt được hiệu quả tốt nhất. Quá trình này giúp HS phát triển năng lực quan sát, năng lực phân tích, và năng lực giải quyết vấn đề.

VI. Kết Luận Dạy STEM Tương Lai Phát Triển Năng Lực KHTN

Dạy học STEM chủ đề khối lượng riêng và áp suất là một phương pháp hiệu quả để phát triển năng lực KHTN cho HS THCS. Phương pháp này không chỉ giúp HS nắm vững kiến thức mà còn phát triển các kỹ năng cần thiết cho tương lai. Theo Nguyễn Vân Anh, giáo dục STEM tạo ra một môi trường học tập tích cực, khuyến khích HS tự khám phá, thử nghiệm, và chia sẻ kiến thức. Trong tương lai, việc ứng dụng rộng rãi phương pháp dạy STEM sẽ góp phần nâng cao chất lượng giáo dục và đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao cho đất nước.

6.1. Tổng Kết Các Ưu Điểm Của Dạy STEM Trong Môn KHTN

Dạy học STEM mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với phương pháp dạy học truyền thống. STEM giúp HS phát triển năng lực giải quyết vấn đề, tư duy sáng tạo, và kỹ năng làm việc nhóm. STEM cũng giúp HS hiểu sâu sắc hơn về mối liên hệ giữa lý thuyết và thực tế. Ngoài ra, STEM còn tạo ra một môi trường học tập tích cực, khuyến khích HS tự khám phá, thử nghiệm, và chia sẻ kiến thức.

6.2. Đề Xuất Khuyến Nghị Để Triển Khai Dạy STEM Hiệu Quả

Để triển khai dạy STEM hiệu quả, GV cần có kế hoạch bài dạy chi tiết và chuẩn bị đầy đủ các vật liệu, dụng cụ cần thiết. GV cũng cần được đào tạo về phương pháp dạy STEM. Bên cạnh đó, nhà trường cần tạo điều kiện để GV và HS tham gia các hoạt động STEM. Ngoài ra, cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa nhà trường, gia đình, và cộng đồng để hỗ trợ HS trong quá trình học tập STEM.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ĐỀ GIÁO DỤC STEM NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC KHOA HỌC TỰ NHIÊN CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CƠ SỞ 1. Lý thuyết về giáo dục STEM trong trường trung học cơ sở 1. Thuật ngữ STEM STEM là cách nó được viết bằng các chữ cái đầu tiên của các từ tiếng Anh: Science, Technology, Engineering, Maths. Khoa học: Bao gồm các kiến thức về vật lý, hóa học, sinh học và khoa học trái đất giúp HS hiểu biết về thế giới tự nhiên và vận dụng các kiến thức này để giải quyết các vấn đề khoa học trong cuộc sống.

sống mỗi ngày. Công nghệ: Phát triển khả năng sử dụng, quản lý, hiểu và ĐG công nghệ của HS, tạo cơ hội cho HS hiểu công nghệ đang phát triển như thế nào và tác động của nó đến cuộc sống của các em như thế nào. Kỹ thuật: Phát triển sự hiểu biết của HS về cách công nghệ phát triển thông qua quy trình thiết kế kỹ thuật, tạo cơ hội tích hợp kiến thức đa ngành và giúp các khái niệm liên quan trở nên dễ tiếp cận. Kỹ thuật cũng cung cấp cho sinh viên các kỹ năng để áp dụng một cách sáng tạo các nguyên tắc cơ bản về khoa học và toán học vào việc xây dựng các đối tượng, hệ thống hoặc quy trình sản xuất.

Toán học: Phát triển khả năng phân tích, suy luận và truyền đạt ý tưởng của HS một cách hiệu quả để giải quyết các vấn đề toán học trong ngữ cảnh thông qua tính toán, giải thích và giải pháp. Chu trình STEM 1. Giáo dục STEM Bản chất giáo dục theo định hướng STEM là cung cấp những kiến thức và kỹ năng cần thiết liên quan đến các lĩnh vực toán học, kĩ thuật, công nghệ và khoa học cho người học. Các kiến thức, kỹ năng nêu trên phải được tổng hợp, tích hợp, bổ sung cho nhau để giúp HS nắm được nguyên lý, đồng thời có khả năng vận dụng vào thực tiễn, tạo ra sản phẩm trong cuộc sống hàng ngày.

Trong đó, thông qua các kỹ năng khoa học, HS có thể nắm vững các khái niệm, nguyên tắc, định luật và kiến thức lý thuyết cơ bản của giáo dục khoa học. Mục tiêu hướng đến của giáo dục STEM là giúp HS liên hệ, kết nối các kiến thức đã học với thực tiễn thông qua giáo dục khoa học và phát triển năng lực tư duy, sử dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề thực tế. Tổ chức uy tín trong lĩnh vực giáo dục khoa học trên thế giới là Hiệp hội Giáo viên Khoa học Quốc gia (NSTA) được thành lập năm 1944 và đề xuất khái niệm giáo dục STEM, định nghĩa ban đầu là: “Giáo dục STEM là một nền giáo dục liên ngành là một phương pháp tiếp cận quá trình học tập trong đó các khái niệm học thuật nguyên tắc được tích hợp với các bài học trong thế giới thực và HS áp dụng kiến thức khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học để giúp kết nối trường học, cộng đồng, trong bối cảnh cụ thể của nơi làm việc và các tổ chức 6 toàn cầu, từ đó phát triển năng lực phát triển các lĩnh vực STEM và có khả năng cạnh tranh trong nền kinh tế mới" 1. Mục tiêu giáo dục STEM - Phát triển cho HS năng lực chuyên biệt trong các môn học STEM: là những kiến thức và kỹ năng liên quan đến các bộ môn khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học.

Trong đó, HS biết liên hệ kiến thức khoa học và toán học để giải quyết các vấn đề thực tiễn. HS biết sử dụng, quản lý và tiếp cận công nghệ, tìm hiểu về quy trình thiết kế, chế tạo sản phẩm. - Phát triển năng lực cốt lõi của HS: Giáo dục STEM chuẩn bị cho HS trước những cơ hội và thách thức của nền kinh tế toàn cầu đầy cạnh tranh của thế kỷ 21. Ngoài việc hiểu biết về các lĩnh vực khoa học, công nghệ và toán học, HS sẽ phát triển khả năng tư duy phản biện và hợp tác thành công.

Định hướng nghề nghiệp cho HS: Đào tạo STEM cung cấp cho HS kiến thức và kỹ năng nền tảng để học lên cao và nghề nghiệp tương lai. Từ đó, góp phần xây dựng đội ngũ nhân lực có năng lực và chất lượng, đặc biệt là trong lĩnh vực STEM, nhằm thực hiện mục tiêu xây dựng đất nước và phát triển đất nước. Trong thời đại cách mạng Công nghệ 4.0 hiện nay, vai trò của giáo dục STEM ngày càng trở nên quan trọng. Sự phát triển của công nghệ đã dẫn đến sự thay thế của máy móc trong một số ngành nghề và đây cũng là cơ hội phát triển đầu tiên cho một số ngành nghề.

Đối với những người trẻ tuổi đang tìm việc làm, sự thay đổi này mang đến cả cơ hội và thách thức. Vì lý do này, ngành giáo dục cần có những thay đổi tích cực để đào tạo nhân tài công nghệ cao. Trường học phải là môi trường giúp HS phát huy khả năng sáng tạo, khơi dậy niềm đam mê khoa học. Ngày nay, giáo dục STEM được ví như chiếc chìa khóa vàng mở ra cánh cửa thị trường việc làm đầy tiềm năng của đất nước.

Phân loại STEM Có ba cách để phân loại các chủ đề STEM. - Dựa trên các môn học STEM liên quan đến giải quyết vấn đề - Xây dựng phạm vi kiến thức để giải quyết các vấn đề STEM 7 - Theo mục đích bài học. Lấy các chủ đề STEM liên quan đến giải quyết vấn đề làm phân loại, các chủ đề STEM có thể được chia thành hai loại. + Hoàn thành các chủ đề STEM: HS vận dụng kiến thức từ cả 4 chủ đề STEM để giải quyết tình huống trong học tập và đời sống.

+ Thiếu chủ đề STEM: HS áp dụng kiến thức ở ít nhất hai trong bốn lĩnh vực STEM để giải quyết vấn đề. Phân loại các chủ đề STEM theo khối lượng kiến thức cần thiết để giải quyết một vấn đề, các chủ đề STEM có thể được phân thành hai loại: + Các môn học chính STEM được xây dựng dựa trên kiến thức của các môn khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học trong chương trình giáo dục phổ thông. Các sản phẩm của chủ đề STEM này có xu hướng đơn giản, theo định hướng sách giáo khoa và thường được xây dựng dựa trên nội dung thực tế, trải nghiệm của chương trình giáo dục phổ thông. + Chủ đề STEM mở rộng bao gồm những kiến thức ngoài chương trình, sách giáo khoa giáo dục phổ thông.

HS phải độc lập học và nghiên cứu kiến thức này bằng văn bản chuyên nghiệp. Loại sản phẩm STEM này phức tạp hơn. Cách cuối cùng để phân loại các môn học STEM là theo mục đích giáo dục. STEM sau đó được phân thành hai loại.

+ Dạy kiến thức mới: Các chủ đề STEM dựa trên cơ sở kết nối kiến thức của nhiều môn học khác nhau mà HS chưa học (hoặc mới học một phần). Thông qua việc giải quyết vấn đề, HS kết nối với các kiến thức đã học và tiếp thu kiến thức mới. + Các chủ đề STEM trong giáo dục ứng dụng được xây dựng dựa trên những gì HS đã học. Chủ đề STEM này phát huy khả năng vận dụng lý thuyết vào thực tế của HS.

Điều này giúp HS ghi nhớ và khắc sâu lý thuyết hơn. Chủ đề giáo dục STEM Chủ đề giáo dục STEM bao gồm 4 thành tố: Giải quyết vấn đề thực tiễn; Kiến thức thuộc lĩnh vực STEM; Định hướng thực hành; Làm việc nhóm. 8 - Chủ đề STEM để giải quyết các vấn đề thực tiễn: Ứng dụng kiến thức STEM để giải quyết các vấn đề thực tiễn là mục tiêu giáo dục nhìn từ góc độ sư phạm STEM. Do đó, các chủ đề của các môn học STEM luôn nhằm giải quyết các vấn đề và tình huống xã hội, kinh tế và môi trường trong cả cộng đồng địa phương và toàn cầu, thay vì giải quyết các vấn đề tưởng tượng và xa vời.

- Các khóa học STEM nên nhắm đến những HS biết áp dụng kiến thức STEM để giải quyết vấn đề. Các tiêu chuẩn nhằm đảm bảo tinh thần giáo dục STEM được tôn trọng, từ đó phát triển năng lực chuyên môn. - Chủ đề STEM định hướng thực hành: Định hướng hành động là tiêu chuẩn cho quan điểm giáo dục STEM nhằm hình thành và phát triển năng lực kết hợp giữa lý thuyết và thực hành của HS. HS tiếp thu kiến thức thông qua kinh nghiệm hơn là kiến thức chuyên ngành, và hiểu sâu hơn về các lý thuyết và nguyên tắc thông qua các hoạt động thực tế.

- Chủ đề STEM thúc đẩy tinh thần đồng đội giữa các sinh viên. Trên thực tế, cũng có những chủ đề STEM có thể được giải quyết riêng lẻ. Tuy nhiên, để giải quyết các nhiệm vụ phức tạp một cách thực tế, làm việc theo nhóm là hình thức được ưa chuộng hơn. Ngoài ra, khi làm việc theo nhóm, HS được đặt trong một môi trường thúc đẩy nhu cầu giao tiếp, chia sẻ ý tưởng và cùng nhau phát triển các giải pháp.

Phát triển năng lực KHTN của học sinh thông qua giáo dục STEM 1. Khái niệm năng lực KHTN Năng lực Khoa học tự nhiên được tổ chức thành ba nhóm năng lực: Năng lực nhận thức về Khoa học, năng lực tìm hiểu và khám phá Thế giới tự nhiên, và năng lực áp dụng kiến thức và kỹ năng đã học vào thực tiễn. - Năng lực nhận thức về Khoa học: Trình bày, giải thích và vận dụng kiến thức cốt lõi chung về tổ chức cấu trúc, tính đa dạng, hệ thống, quy luật vận động, tương tác và biến đổi trong thế giới tự nhiên. Chủ đề Khoa học: Vật chất và biến đổi của vật chất, sinh học, năng lượng và biến đổi vật chất, Trái đất và bầu trời; vai trò con người và cách ứng xử phù hợp với môi trường tự nhiên.

- Năng lực tìm hiểu và khám phá Thế giới tự nhiên: Thứ nhất, kĩ năng cơ 9 bản tìm tòi khám phá một số sự vật, hiện tượng trong tự nhiên và đời sống: quan sát, thu thập thông tin. Dự đoán, phân tích và xử lý dữ liệu. Dự đoán kết quả nghiên cứu. biện minh và trình bày.

- Năng lực áp dụng kiến thức và kỹ năng đã học vào thực tiễn: Bước đầu vận dụng kiến thức khoa học vào một số tình huống đơn giản, mô tả, dự đoán và giải thích các hiện tượng khoa học đơn giản. Cư xử phù hợp trong một số tình huống liên quan đến sức khỏe, gia đình và cộng đồng. Nêu ý kiến cá nhân để vận dụng kiến thức đã học vào việc bảo vệ, bảo tồn và phát triển bền vững môi trường.