Dạy học STEM KHTN 6 chủ đề Trái Đất và Bầu Trời phát triển năng lực GQVĐ

Luận văn Thạc sĩ trình bày cách tổ chức dạy học STEM KHTN 6 chủ đề Trái Đất và Bầu Trời, bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh.

• Tác giả: Lương Thu Huyền
• Người hướng dẫn: GS. Đỗ Hương Trà
• Trường học: Đại học Đà Nẵng - Trường Đại học Sư phạm
• Chuyên ngành: Lý luận và Phương pháp giảng dạy Bộ môn Vật lí
• Đề tài: Tổ chức dạy học STEM chủ đề “Trái Đất và bầu trời” – Khoa học tự nhiên 6 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Đà Nẵng

Tóm tắt

I. Khái Niệm và Ý Nghĩa của Giáo Dục STEM trong Dạy Học Khoa Học Tự Nhiên

Giáo dục STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) là một phương pháp dạy học hiện đại nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh. Trong bối cảnh giáo dục hiện nay, tổ chức dạy học STEM đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng dạy học khoa học tự nhiên ở trường trung học cơ sở. Phương pháp này kết hợp các kiến thức từ các lĩnh vực khác nhau, giúp học sinh áp dụng lý thuyết vào thực tiễn. Đặc biệt, với chủ đề Trái Đất và Bầu Trời trong KHTN 6, học sinh không chỉ tiếp cận những kiến thức cơ bản về hệ Mặt Trời, địa lí địa chất mà còn phát triển kỹ năng tư duy sáng tạo và khả năng làm việc nhóm.

1.1. Định Nghĩa Giáo Dục STEM

Giáo dục STEM là phương pháp dạy học tích hợp các môn khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học. Mục tiêu chính là bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn của học sinh thông qua các hoạt động thực hành, thí nghiệm và dự án nhóm. Trong dạy học KHTN 6, phương pháp này tạo cơ hội cho học sinh khám phá, tìm hiểu và ứng dụng kiến thức vào cuộc sống hàng ngày.

1.2. Tầm Quan Trọng của STEM trong Phát Triển Năng Lực Học Sinh

Tổ chức dạy học STEM giúp phát triển năng lực giải quyết vấn đề toàn diện. Học sinh được rèn luyện tư duy phê phán, sáng tạo và kỹ năng giao tiếp. Với chủ đề Trái Đất và Bầu Trời, các em có thể chế tạo mô hình, thực hiện các dự án về hệ Mặt Trời, từ đó hiểu sâu hơn về vũ trụ và phát triển niềm đam mê khoa học.

II. Các Hình Thức và Tiến Trình Tổ Chức Dạy Học STEM

Tổ chức dạy học STEM bao gồm nhiều hình thức khác nhau. Các hình thức chính là: dạy học theo bài học STEM, hoạt động trải nghiệm, và hoạt động nghiên cứu khoa học kỹ thuật. Để tổ chức dạy học chủ đề STEM hiệu quả, giáo viên cần theo một quy trình thiết kế rõ ràng. Tiến trình này bao gồm: xác định vấn đề, tìm hiểu kiến thức nền tảng, thiết kế giải pháp, thực hiện và đánh giá kết quả. Trong dạy học KHTN 6, khi tổ chức dạy học chủ đề Trái Đất và Bầu Trời, giáo viên có thể sử dụng các hoạt động trải nghiệm như chế tạo mô hình hệ Mặt Trời, quan sát hiện tượng thiên văn, hoặc thực hiện các thí nghiệm liên quan đến giải quyết vấn đề của học sinh.

2.1. Các Hình Thức Dạy Học STEM

Dạy học các môn khoa học theo bài học STEM tập trung vào tích hợp kiến thức. Hoạt động trải nghiệm STEM giúp học sinh thực hành trực tiếp. Hoạt động nghiên cứu khoa học kỹ thuật khuyến khích học sinh tự khám phá. Trong dạy học KHTN 6 với chủ đề Trái Đất và Bầu Trời, các hoạt động này được kết hợp để phát triển năng lực giải quyết vấn đề một cách toàn diện.

2.2. Tiến Trình Thiết Kế Chủ Đề STEM

Quy trình thiết kế chủ đề STEM bắt đầu từ việc xác định vấn đề thực tiễn cần giải quyết. Tiếp theo, giáo viên phân tích nội dung kiến thức liên quan, thiết kế các hoạt động học tập, và xây dựng công cụ đánh giá năng lực. Với chủ đề Trái Đất và Bầu Trời trong KHTN 6, giáo viên có thể thiết kế bài học về chế tạo mô hình hệ Mặt Trời để học sinh giải quyết vấn đề về cấu trúc và vị trí các hành tinh.

III. Bồi Dưỡng Năng Lực Giải Quyết Vấn Đề thông qua Dạy Học STEM

Năng lực giải quyết vấn đề (GQVĐ) là một trong những năng lực quan trọng được phát triển thông qua dạy học STEM. Cấu trúc của năng lực GQVĐ bao gồm: khả năng xác định vấn đề, tìm kiếm thông tin, phân tích, đưa ra giải pháp và đánh giá kết quả. Các biện pháp bồi dưỡng năng lực GQVĐ trong giáo dục STEM bao gồm: tổ chức dạy học theo dự án, hoạt động nhóm, thí nghiệm thực hành, và sử dụng công nghệ. Trong dạy học chủ đề Trái Đất và Bầu Trời ở KHTN 6, giáo viên có thể tổ chức dạy học sao cho học sinh phải giải quyết vấn đề thực tiễn như: "Làm thế nào để chế tạo một mô hình chính xác về hệ Mặt Trời?", từ đó phát triển toàn diện năng lực GQVĐ.

3.1. Cấu Trúc Năng Lực Giải Quyết Vấn Đề

Năng lực GQVĐ gồm các thành phần: nhận thức và hiểu biết về vấn đề, kỹ năng phân tích tình huống, khả năng sáng tạo giải pháp, và kỹ năng đánh giá hiệu quả. Dạy học STEM giúp phát triển đầy đủ các thành phần này. Với chủ đề Trái Đất và Bầu Trời trong KHTN 6, học sinh có cơ hội nâng cao năng lực GQVĐ qua việc tổ chức dạy học thực tế, liên hệ và thí nghiệm.

3.2. Các Biện Pháp Bồi Dưỡng Năng Lực GQVĐ

Biện pháp bồi dưỡng năng lực GQVĐ trong giáo dục STEM bao gồm: tổ chức hoạt động nhóm để rèn luyện kỹ năng cộng tác, thí nghiệm thực hành để học sinh trải nghiệm trực tiếp, dự án dài hạn để phát triển tư duy kỹ thuật. Dạy học KHTN 6 với chủ đề Trái Đất và Bầu Trời nên áp dụng các biện pháp này để bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề hiệu quả nhất.

IV. Thiết Kế và Thực Nghiệm Bài Dạy STEM Chủ Đề Trái Đất và Bầu Trời

Thiết kế bài dạy STEM về chủ đề Trái Đất và Bầu Trời yêu cầu giáo viên phải phân tích nội dung chi tiết từ chương trình KHTN 6. Bài học "Chế tạo mô hình hệ Mặt Trời" là một ví dụ điển hình về dạy học STEM nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề. Kế hoạch bài dạy cần xác định rõ mục tiêu, nội dung, phương pháp dạy học, và đặc biệt là xây dựng công cụ đánh giá năng lực. Phiếu đánh giá và Rubic đánh giá giúp giáo viên và học sinh đánh giá mức độ phát triển của năng lực GQVĐ. Thực nghiệm sư phạm được tiến hành để kiểm chứng hiệu quả của tổ chức dạy học STEM trong phát triển năng lực học sinh.

4.1. Phân Tích Nội Dung Chủ Đề Trái Đất và Bầu Trời

Nội dung chương Trái Đất và Bầu Trời trong KHTN 6 bao gồm: hệ Mặt Trời, đặc điểm các hành tinh, Mặt Trăng, và các hiện tượng thiên văn. Phân phối thời gian dạy học cần cân bằng giữa lý thuyết và thực hành. Thiết kế kế hoạch bài dạy theo định hướng giáo dục STEM giúp học sinh giải quyết vấn đề thực tiễn. Bài học chế tạo mô hình hệ Mặt Trời là cơ hội tốt để tổ chức dạy học kích hoạt sự tham gia tích cực của học sinh.

4.2. Xây Dựng Công Cụ Đánh Giá và Kết Quả Thực Nghiệm

Công cụ đánh giá năng lực GQVĐ bao gồm phiếu đánh giá nhóm của giáo viên và Rubic đánh giá của từng học sinh. Phiếu tự đánh giá giúp học sinh nhận thức về tiến bộ của mình. Thực nghiệm sư phạm được thực hiện tại THCS Trần Hưng Đạo cho thấy hiệu quả của dạy học STEM trong phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh KHTN 6.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM NHẰM BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC GQVD Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC CƠ SỞ 1. Khái niệm về giáo dục STEM STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học), thường được sử dụng khi bàn đến các chính sách phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học của mỗi quốc gia. Sự phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học được mô tả bởi chu trình STEM (Hình 1.1), trong đó Science là quy trình khám phá ra kiến thức khoa học; Engineering là quy trình sử dụng kiến thức khoa học để thiết kế công nghệ mới nhằm giải quyết các VĐ; Toán là công cụ được sử dụng để thu nhận kết quả và chia sẻ kết quả đó với những người khác. “Science” trong chu trình STEM được mô tả bởi một mũi tên từ “Technology” sang “Knowledge” thể hiện quy trình sáng tạo khoa học.

Đứng trước thực tiễn với "Công nghệ" hiện tại, các nhà khoa học, với NL tư duy phản biện, luôn đặt ra những câu hỏi/VĐ cần tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện công nghệ, đó là các câu hỏi/VĐ khoa học.1 Chu trình Stem 8 Trả lời các câu hỏi khoa học hoặc giải quyết các VĐ khoa học sẽ phát minh ra các "Kiến thức" khoa học. Ngược lại, “Engineering” trong chu trình STEM được mô tả bởi một mũi tên từ “Knowledge” sang “Technology” thể hiện quy trình kĩ thuật. Các kĩ sư sử dụng "Kiến thức" khoa học để thiết kế, sáng tạo ra công nghệ mới. Như vậy, trong chu trình STEM, "Science" được hiểu không chỉ là "Kiến thức" thuộc các môn khoa học (như Vật lí, Hoá học, Sinh học) mà bao hàm "Quy trình khoa học" để khám phá ra kiến thức khoa học mới.

Tương tự như vậy, "Engineering" trong chu trình STEM không chỉ là "Kiến thức" thuộc lĩnh vực "Kĩ thuật" mà bao hàm "Quy trình kĩ thuật" để sáng tạo ra "Công nghệ" mới. Hai quy trình nói trên tiếp nối nhau, khép kín thành chu trình sáng tạo khoa học – kĩ thuật theo mô hình "xoáy ốc" mà cứ sau mỗi chu trình thì lượng kiến thức khoa học tăng lên và cùng với nó là công nghệ phát triển ở trình độ cao hơn. Phỏng theo chu trình STEM, GD STEM đặt HS trước những VĐ thực tiễn ("công nghệ" hiện tại) cần giải quyết, đòi hỏi HS phải tìm tòi, chiếm lĩnh kiến thức khoa học và vận dụng kiến thức để thiết kế và thực hiện giải pháp GQVĐ ("công nghệ" mới). Như vậy, mỗi bài học STEM sẽ đề cập và giao cho HS giải quyết một VĐ tương đối trọn vẹn, đòi hỏi HS phải huy động kiến thức đã có và tìm tòi, chiếm lĩnh kiến thức mới để sử dụng.

Quá trình đó đòi hỏi HS phải thực hiện theo "Quy trình khoa học" (để chiếm lĩnh kiến thức mới) và "Quy trình kĩ thuật" để sử dụng kiến thức đó vào việc thiết kế và thực hiện giải pháp ("công nghệ" mới) để GQVĐ. Đây chính là sự tiếp cận liên môn trong GD STEM, dù cho kiến thức mới mà HS cần phải học để sử dụng trong một bài học STEM cụ thể có thể chỉ thuộc một môn học. [1] Trong tài liệu này, GD STEM được sử dụng theo mô tả trong Chương trình GD phổ thông năm 2018 như sau: GD STEM là mô hình GD dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp HS áp dụng các kiến thức khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học vào giải quyết một số VĐ thực tiễn trong bối cảnh cụ thể. Các hình thức dạy học STEM 1.

Dạy học các môn khoa học theo bài học STEM - Đây là hình thức tổ chức GD STEM chủ yếu trong nhà trường trung học. GV thiết kế các bài học STEM để triển khai trong quá trình DH các môn học thuộc chương trình GD phổ thông theo hướng tiếp cận tích hợp nội môn hoặc tích hợp liên môn. - Nội dung bài học STEM bám sát nội dung chương trình của các môn học nhằm thực hiện chương trình GD phổ thông theo thời lượng quy định của môn học trong chương trình. - HS thực hiện bài học STEM được chủ động nghiên cứu sách giáo khoa, tài liệu học tập để tiếp nhận và vận dụng kiến thức thông qua các hoạt động: lựa chọn giải pháp GQVĐ; thực hành thiết kế, chế tạo, thử nghiệm mẫu thiết kế; chia sẻ, thảo luận, hoàn thiện hoặc điều chỉnh mẫu thiết kế dưới sự hướng dẫn của GV.

Tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM - Hoạt động trải nghiệm STEM được tổ chức thông qua các hình thức câu lạc bộ hoặc các hoạt động trải nghiệm thực tế; được tổ chức thực hiện theo sở thích, năng khiếu và lựa chọn của HS một cách tự nguyện. Nhà trường có thể tổ chức các hoạt tổ chức các không gian trải nghiệm STEM trong nhà trường; giới thiệu thư viện học liệu số, TN ảo, mô phỏng, phần mềm học tập để HS tìm hiểu, khám phá các TN, ứng dụng khoa học, kĩ thuật trong thực tiễn đời sống. - Hoạt động trải nghiệm STEM được tổ chức theo kế hoạch GD hằng năm của nhà trường; nội dung mỗi buổi trải nghiệm được thiết kế thành bài học cụ thể, mô tả rõ ràng mục đích, yêu cầu, tiến trình trải nghiệm và dự kiến kết quả. Ưu tiên những hoạt động liên quan, hoạt động tiếp nối ở mức vận dụng (thiết kế, thử nghiệm, thảo luận và chỉnh sửa) của các hoạt động trong bài học STEM theo kế hoạch DH của nhà trường.

- Tăng cường sự hợp tác giữa trường trung học với các cơ sở GD đại học, cơ sở nghiên cứu, cơ sở GD nghề nghiệp, doanh nghiệp, hộ kinh doanh, các thành phần kinh tế - xã hội khác và gia đình để tổ chức có hiệu quả các hoạt động trải nghiệm STEM phù hợp với các quy định hiện hành. Tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học kỹ thuật - Hoạt động này dành cho những HS có NL, sở thích và hứng thú với các hoạt động tìm tòi, khám phá khoa học, kĩ thuật giải quyết các VĐ thực tiễn; thông qua quá trình tổ chức DH các bài học STEM về hoạt động trải nghiệm phát hiện các HS có năng khiếu để bồi dưỡng, tạo điều kiện thuận lợi HS tham gia nghiên cứu khoa học, kĩ thuật. - Hoạt động nghiên cứu khoa học, kĩ thuật được thực hiện dưới dạng một đề tài/ dự án nghiên cứu bởi một cá nhân hoặc một nhóm hai thành viên, dưới sự hướng dẫn của GV hoặc nhà khoa học có chuyên môn phù hợp. - Dựa trên tình hình thực tiễn, có thể định kỳ tổ chức ngày hội STEM hoặc cuộc thi đua khoa học, kĩ thuật tại đơn vị để đánh giá, biểu dương nỗ lực của GV và HS trong việc tổ chức dạy và học, đồng thời lựa chọn các đề tài/ dự án nghiên cứu gửi tham gia Cuộc thi khoa học, kĩ thuật cấp trên.

Quy trình thiết kế chủ đề STEM Hình 1.2 Quy trình thiết kế chủ dề STEM Bước 1: Lựa chọn chủ đề STEM - Để xác định chủ đề STEM, GV có thể lựa chọn một trong hai cách sau: Cách 1: Xây dựng mạch nội dung chủ đề trong chương trình (cơ sở khoa học) 11 Lựa chọn chủ đề STEM để vận dụng kiến thức vào GQVĐ thực tiễn. - Để chọn chủ đê STEM theo cách này, GV cần phải: + Xác định mục tiêu của phần/ chương trong môn KHTN. + Xác định các mạch nội dung có thể gắn với các sản phẩm ứng dụng thực tiễn. + Phân tích các sản phẩm ứng dụng và xác định kiến thức các môn thuộc lĩnh vựcSTEM để GQVĐ.

+ Đặt tên cho chủ đề STEM. Cách 2: Xuất phát từ vấn đề thực tiễn Lựa chọn chủ đề STEM để xácđịnh kiến thức làm cơ sở khoa học trong chương trình để GQVĐ thực tiễn. - Để lựa chọn chủ đề GD STEM theo cách này, GV cần phải: + Xác định vấn đề thực tiễn gắn liền với môn KHTN. Đây là tình huống có vấn đề, có thể là các ứng dụng trong cuộc sống, con người cần giải quyết một công việc nào đó, thôi thúc HS tìm hiểu và thực hiện để đáp ứng nhu cầu.

+ Xác định nội dung môn KHTN liên quan vấn đề thực tiễn. + Xác định kiến thức các môn thuộc lĩnh vực STEM để GQVĐ. + Đặt tên cho chủ đề GD STEM. Bước 2: Xác định mục tiêu của chủ đề GD STEM - Mục tiêu: Xác định được các mục tiêu kiến thức, kĩ năng, thái độ và NL mà HS cần hướng tới sau khi thực hiện chủ đề GD STEM.

- Cách tiến hành: Về kiến thức: Trình bày về nội dung kiến thức HS học được thông qua chủ đề. + Xác định mức độ nhận thức của HS theo thang nhận thức Bloom cải tiến: Biết, hiểu, vận dụng, phân tích, đánh giá, sáng tạo. + Sử dụng các động từ hành động để viết mục tiêu sao cho các mục tiêu có thể lượng hóa và đánh giá được. Về kĩ năng: Trình bày những kĩ năng của HS được hình thành thông qua thực hiện các hoạt động học tập trong chủ đe GD STEM.

Mục tiêu kĩ năng xác định gồm nhóm kĩ năng tư duy, nhóm kĩ năng học tập và nhóm kĩ năng khoa học. Về thái độ: Trình bày về những tác động của việc thực hiện các hoạt động học đối với nhận thức, giá trị sống và định hướng hành vi của HS. Cần xác định rõ ý thức người học với con người, thiên nhiên, môi trường, ý thức trong học tập và tư duy khoa học. 12 Các NL chính cần hướng tới: các NL mà HS trong quá trình khám phá tri thức và vận dụng vào giải quyết các vấn đe thực tiễn, tạo ra các sản phẩm có giá trị thực tế.

Các NL hướng tới thường là NL GQVĐ, NL sáng tạo, NL hợp tác. Bước 3: Xác định các vấn đề cần giải quyết trong chủ đề GD STEM Mục tiêu: Xây dựng được bộ câu hỏi định hướng phục vụ cho tổ chức hoạt động STEM. - Cách tiến hành: + Xác định các vấn đề cần giải quyết trong chủ đề GD STEM. + Xây dựng các nội dung cụ thể cần sử dụng để GQVĐ.

+ Tương ứng với mỗi vấn đề trên đặt ra các câu hỏi định hướng có liên quan. Bước 4: Xác định các nội dung cụ thể cần sử dụng để GQVĐ trong chủ đề STEM - Mục tiêu: Xây dựng các nội dung cụ thể trong từng môn học liên quan đến từng vấn đề. - Cách tiến hành: Tìm hiểu xem trong môn Vật lí, Toán học, Hóa học, Công nghệ, Sinh học… có những nội dung nào liên quan đến chủ đề. Bước 5: Thiết kế hoạt động học tập - Mục tiêu: Xác định tiến trình hoạt động trong DH của chủ đe GD STEM.