Tổ Chức Hoạt Động Trải Nghiệm STEM Trong Dạy Học Vật Lý 10

Tổ chức hoạt động STEM trong dạy học Vật lý là một phương pháp giáo dục hiện đại, giúp học sinh… 140 trang · Trường Đại Học Sư Phạm TP Hồ Chí Minh · 2021.

• Tác giả: Mai Thị Hồng Phượng
• Người hướng dẫn: TS. Phùng Việt Hải
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm TP Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Sư phạm vật lý
• Đề tài: Tổ Chức Hoạt Động STEM Trong Dạy Học Vật Lý
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp đại học
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• 1. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA HOẠT ĐỘNG TRẢI NGHIỆM THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM
• 1.1. Hoạt động trải nghiệm
• 1.1.1. Định nghĩa hoạt động trải nghiệm
• 1.1.2. Bản chất của hoạt động trải nghiệm
• 1.1.3. Nội dung của hoạt động trải nghiệm
• 1.1.4. Phương thức tổ chức hoạt động trải nghiệm
• 1.1.5. Hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM
• 1.1.6. Giáo dục STEM
• 1.1.7. Mục tiêu giáo dục STEM
• 1.1.8. Bản chất hoạt động trải nghiệm STEM
• 1.1.9. Bồi dưỡng năng lực vật lý của học sinh trong hoạt động trải nghiệm STEM
• 1.1.9.1. Khái niệm năng lực
• 1.1.9.2. Khái niệm năng lực vật lí của học sinh
• 1.1.9.3. Cấu trúc năng lực vật lí
• 1.1.10. Biện pháp bồi dưỡng năng lực vật lí của học sinh trong tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM
• 1.1.11. Quy trình thiết kế hoạt động trải nghiệm STEM bồi dưỡng năng lực vật lí của học sinh
• 1.1.12. Tiến trình tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM bồi dưỡng năng lực vật lí của học sinh
• 1.1.13. Đánh giá năng lực vật lí của học sinh trong việc tổ chức các hoạt động trải nghiệm STEM
• 1.1.13.1. Nguyên tắc đánh giá
• 1.1.13.2. Công cụ đánh giá
• 1.1.13.2.1. Công cụ đánh giá sản phẩm của học sinh
• 1.1.13.2.2. Công cụ đánh giá năng lực vật lí của học sinh
• 1.2. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
• 2. CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HOẠT ĐỘNG TRẢI NGHIỆM STEM TRONG DẠY HỌC VỚI NỘI DUNG KIẾN THỨC CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” – VẬT LÍ 10 NHẰM BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC VẬT LÍ CỦA HỌC SINH
• 2.1. Phân tích nội dung kiến thức chương “Các định luật bảo toàn” (Vật lí 10 cơ bản)
• 2.2. Cấu trúc của chương
• 2.3. Mục tiêu dạy học theo chuẩn kiến thức - kĩ năng của chương “Các định luật bảo toàn”
• 2.4. Phân tích nội dung kiến thức chương “Các định luật bảo toàn”
• 2.5. Thiết kế chủ đề trải nghiệm STEM của chương “Các định luật bảo toàn” (Vật Lí 10 cơ bản)
• 2.5.1. Chủ đề 1: “Ai xa hơn”
• 2.5.2. Chủ đề 2: “Cỗ xe của thần gió”
• 2.6. Xây dựng bộ công cụ đánh giá năng lực vật lí cho học sinh trong hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM
• 2.6.1. Công cụ đánh giá chủ đề “Ai xa hơn”
• 2.6.2. Công cụ đánh giá chủ đề “Cỗ xe của thần gió”
• 2.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
• 3. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM
• 3.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm
• 3.2. Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm
• 3.3. Đối tượng thực nghiệm sư phạm
• 3.4. Phương pháp thực nghiệm sư phạm
• 3.4.1. Phương pháp quan sát
• 3.4.2. Phương pháp thống kê toán học
• 3.5. Quy trình thực nghiệm
• 3.6. Những thuận lợi và khó khăn gặp phải khi tiến hành thực nghiệm sư phạm
• 3.7. Kế hoạch thực nghiệm sư phạm
• 3.8. Phân tích diễn biến thực nghiệm sư phạm
• 3.9. Công tác chuẩn bị
• 3.10. Diễn biến, kết quả thu được khi thực nghiệm chủ đề
• 3.11. Kết quả thực nghiệm sư phạm
• 3.11.1. Đánh giá định tính
• 3.11.2. Đánh giá định lượng
• 3.11.3. Đánh giá tổng quan
• 3.12. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC 3: Tài liệu hướng dẫn chủ đề “AI XA HƠN”
• PHỤ LỤC 4: Tài liệu hướng dẫn chủ đề “CỖ XE CỦA THẦN GIÓ”

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Tổ Chức Hoạt Động STEM Trong Dạy Học Vật Lý

Tổ chức hoạt động STEM trong dạy học Vật lý là một phương pháp giáo dục hiện đại, giúp học sinh phát triển năng lực tư duy và kỹ năng giải quyết vấn đề. Hoạt động này không chỉ giúp học sinh tiếp cận kiến thức một cách thực tiễn mà còn khuyến khích sự sáng tạo và hợp tác giữa các em. Việc áp dụng giáo dục STEM vào dạy học Vật lý không chỉ mang lại hiệu quả cao trong việc truyền đạt kiến thức mà còn tạo ra môi trường học tập tích cực và thú vị.

1.1. Định Nghĩa Và Ý Nghĩa Của Hoạt Động STEM

Hoạt động STEM được hiểu là sự tích hợp giữa Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học trong quá trình học tập. Mục tiêu chính của hoạt động này là giúp học sinh phát triển tư duy phản biện và khả năng giải quyết vấn đề thực tiễn.

1.2. Lợi Ích Của Việc Tổ Chức Hoạt Động STEM Trong Dạy Học

Việc tổ chức hoạt động STEM trong dạy học Vật lý giúp học sinh không chỉ nắm vững kiến thức mà còn phát triển các kỹ năng mềm như làm việc nhóm, giao tiếp và tư duy sáng tạo.

II. Thách Thức Trong Việc Tổ Chức Hoạt Động STEM Trong Dạy Học Vật Lý

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc tổ chức hoạt động STEM trong dạy học Vật lý cũng gặp phải không ít thách thức. Các giáo viên thường phải đối mặt với việc thiếu tài liệu, thiết bị và thời gian để thực hiện các hoạt động này. Hơn nữa, sự thiếu hụt về đào tạo chuyên môn cho giáo viên cũng là một rào cản lớn.

2.1. Thiếu Tài Nguyên Và Thiết Bị Học Tập

Nhiều trường học không có đủ thiết bị và tài nguyên cần thiết để tổ chức các hoạt động STEM, điều này ảnh hưởng đến chất lượng giảng dạy và học tập.

2.2. Khó Khăn Trong Việc Đào Tạo Giáo Viên

Giáo viên cần được đào tạo bài bản về phương pháp dạy học STEM để có thể áp dụng hiệu quả trong lớp học. Tuy nhiên, hiện nay, nhiều giáo viên vẫn chưa được trang bị đầy đủ kiến thức và kỹ năng cần thiết.

III. Phương Pháp Tổ Chức Hoạt Động STEM Trong Dạy Học Vật Lý

Để tổ chức hoạt động STEM hiệu quả trong dạy học Vật lý, giáo viên cần áp dụng các phương pháp giảng dạy tích cực. Các phương pháp này bao gồm học tập dựa trên dự án, học tập trải nghiệm và học tập hợp tác. Những phương pháp này không chỉ giúp học sinh tiếp cận kiến thức một cách thực tiễn mà còn khuyến khích sự sáng tạo và hợp tác giữa các em.

3.1. Học Tập Dựa Trên Dự Án

Phương pháp học tập dựa trên dự án cho phép học sinh thực hiện các dự án thực tế, từ đó áp dụng kiến thức Vật lý vào cuộc sống hàng ngày.

3.2. Học Tập Trải Nghiệm

Học tập trải nghiệm giúp học sinh có cơ hội thực hành và trải nghiệm thực tế, từ đó củng cố kiến thức và phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Hoạt Động STEM Trong Dạy Học Vật Lý

Hoạt động STEM không chỉ giúp học sinh nắm vững kiến thức mà còn tạo ra những sản phẩm thực tiễn có giá trị. Các dự án STEM có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ thiết kế mô hình đến nghiên cứu khoa học. Điều này không chỉ giúp học sinh phát triển năng lực mà còn tạo ra những sản phẩm có thể ứng dụng trong thực tế.

4.1. Các Dự Án STEM Thành Công

Nhiều trường học đã tổ chức thành công các dự án STEM, giúp học sinh phát triển kỹ năng và tạo ra những sản phẩm có giá trị thực tiễn.

4.2. Kết Quả Nghiên Cứu Về Hoạt Động STEM

Nghiên cứu cho thấy rằng việc tổ chức hoạt động STEM trong dạy học Vật lý đã giúp học sinh cải thiện đáng kể năng lực và sự hứng thú với môn học.

V. Kết Luận Về Tổ Chức Hoạt Động STEM Trong Dạy Học Vật Lý

Tổ chức hoạt động STEM trong dạy học Vật lý là một xu hướng giáo dục hiện đại, mang lại nhiều lợi ích cho học sinh. Tuy nhiên, để đạt được hiệu quả cao, cần có sự đầu tư về tài nguyên, thiết bị và đào tạo giáo viên. Việc áp dụng các phương pháp giảng dạy tích cực sẽ giúp học sinh phát triển toàn diện và sẵn sàng cho tương lai.

5.1. Tương Lai Của Hoạt Động STEM Trong Giáo Dục

Hoạt động STEM sẽ tiếp tục phát triển và trở thành một phần quan trọng trong chương trình giáo dục, giúp học sinh chuẩn bị tốt hơn cho tương lai.

5.2. Khuyến Khích Sự Tham Gia Của Học Sinh

Cần khuyến khích học sinh tham gia vào các hoạt động STEM để phát triển kỹ năng và năng lực của bản thân, từ đó tạo ra những công dân có trách nhiệm và sáng tạo.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trước bối cảnh cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư tác động sâu sắc đến kinh tế - xã hội toàn cầu, giáo dục Việt Nam đã và đang thực hiện bước chuyển biến căn bản từ nền tảng truyền thụ kiến thức sang mô hình phát triển toàn diện phẩm chất và năng lực người học. Định hướng đổi mới này được thể chế hóa thông qua Nghị quyết số 88/2014/QH13 của Quốc hội về đổi mới chương trình, sách giáo khoa giáo dục phổ thông; Chỉ thị số 16/CT-TTg ngày 04/5/2017 của Thủ tướng Chính phủ về việc tăng cường năng lực tiếp cận cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư (chú trọng thúc đẩy giáo dục Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học - STEM); và Thông tư số 32/2018/TT-BGDĐT ngày 26/12/2018 của Bộ Giáo dục và Đào tạo ban hành Chương trình Giáo dục phổ thông mới (CTGDPT 2018).

Trong CTGDPT 2018, Hoạt động trải nghiệm và Hoạt động trải nghiệm, hướng nghiệp trở thành hoạt động giáo dục bắt buộc từ lớp 1 đến lớp 12. Song song đó, giáo dục STEM được định hướng lồng ghép linh hoạt nhằm kết nối tri thức học thuật với thực tiễn thông qua việc giải quyết các vấn đề liên ngành. Tuy nhiên, thực trạng dạy học môn Vật lí tại các trường trung học phổ thông (THPT) hiện nay phần lớn vẫn mang nặng tính lý thuyết hàn lâm; các mục tiêu học tập chủ yếu dừng ở mức nhận biết, thông hiểu và vận dụng thấp để giải các dạng bài tập lý tưởng hóa, thiếu gắn kết với thực tiễn kỹ thuật và đời sống. Thực trạng này làm suy giảm sự hứng thú học tập của học sinh đối với bộ môn Vật lí.

Nội dung kiến thức chương "Các định luật bảo toàn" thuộc chương trình Vật lí 10 có tính thực tiễn cao, liên quan trực tiếp đến nhiều ứng dụng kỹ thuật và đời sống, là cơ sở thuận lợi để xây dựng các chủ đề trải nghiệm STEM theo tinh thần Công văn số 3089/BGDĐT-GDTrH và Công văn số 5512/BGDĐT-GDTrH của Bộ Giáo dục và Đào tạo. Xuất phát từ bối cảnh đó, khóa luận lựa chọn đề tài: "Tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM trong dạy học với nội dung kiến thức “Các định luật bảo toàn” – Vật lí 10 Trung học phổ thông nhằm bồi dưỡng năng lực vật lí của học sinh".

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu:

• Mục tiêu nghiên cứu: Thiết kế và tổ chức các hoạt động trải nghiệm STEM trong dạy học một số nội dung kiến thức chương “Các định luật bảo toàn” – Vật lí 10 THPT nhằm bồi dưỡng năng lực vật lí của học sinh.
• Giả thuyết khoa học: Nếu tổ chức được hoạt động trải nghiệm STEM trong dạy học một số nội dung kiến thức chương “Các định luật bảo toàn” – Vật lí 10 thì sẽ góp phần bồi dưỡng năng lực vật lí của học sinh.
• Nhiệm vụ nghiên cứu:
  1. Nhiệm vụ 1: Xây dựng cơ sở lí luận về tổ chức hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM.
  2. Nhiệm vụ 2: Lựa chọn và sắp xếp các nội dung kiến thức hợp lí, đúng định hướng giáo dục STEM, đảm bảo tính khoa học của chủ đề.
  3. Nhiệm vụ 3: Xây dựng các tiến trình dạy học phù hợp với từng phần nội dung kiến thức của các chủ đề chương “Các định luật bảo toàn” – Vật lí 10 THPT.
  4. Nhiệm vụ 4: Xây dựng hệ thống kiểm tra đánh giá nhằm đánh giá kết quả học tập, năng lực vật lí của học sinh lớp 10 THPT.
  5. Nhiệm vụ 5: Tổ chức thực nghiệm sư phạm ở trường phổ thông trên địa bàn, xây dựng công cụ đánh giá, đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm để kiểm chứng giả thuyết khoa học của đề tài và rút ra các kết luận cần thiết.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Hoạt động dạy học trải nghiệm STEM môn Vật lí ở trường THPT.
• Phạm vi nghiên cứu: Hoạt động dạy học trải nghiệm STEM với nội dung kiến thức chương “Các định luật bảo toàn” – Vật lí 10 THPT; địa bàn thực nghiệm sư phạm tại trường THCS - THPT Hoa Sen, quận Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh vào năm 2021.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận thiết lập nền tảng lý luận dựa trên các quan điểm giáo dục hiện đại và các văn bản chỉ đạo chuyên môn của ngành giáo dục:

• Khung lý thuyết về hoạt động trải nghiệm: Tiếp cận theo định nghĩa của CTGDPT 2018 kết hợp quan điểm lý luận của Nguyễn Thị Liên, Lê Thị Thùy Linh. Hoạt động trải nghiệm được xem là không gian giáo dục tích hợp lý thuyết với thực tiễn, tạo cơ hội cho học sinh trải qua quá trình "thử" và "sai" để chuyển hóa kinh nghiệm thành tri thức và năng lực. Phân loại 4 phương thức tổ chức theo CTGDPT 2018: Phương thức Khám phá; Phương thức Thể nghiệm, tương tác; Phương thức Cống hiến; Phương thức Nghiên cứu.
• Khung lý thuyết về giáo dục STEM: Sử dụng định nghĩa của Hiệp hội Giáo viên dạy Khoa học Quốc gia Mỹ (NSTA), Tsupros N. (2009) và Lê Xuân Quang (2017); xác định mục tiêu giáo dục STEM theo Nguyễn Thanh Nga bao gồm phát triển năng lực đặc thù STEM, năng lực cốt lõi và định hướng nghề nghiệp.
• Khung lý thuyết về năng lực vật lí (NLVL): Căn cứ chuẩn đầu ra môn Vật lí trong CTGDPT 2018 và khung đánh giá năng lực khoa học của OECD/PISA. Cấu trúc NLVL gồm 3 thành tố: (1) Nhận thức vật lí, (2) Tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí, (3) Vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học. Khóa luận tập trung bồi dưỡng hai thành tố trọng tâm: Nhận thức vật lí và Vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học.
• Mô hình tiến trình dạy học STEM: Vận dụng tài liệu tập huấn "Xây dựng và thực hiện các chủ đề giáo dục STEM trong trường trung học" (Bộ GD&ĐT, 2019) dựa trên quy trình thiết kế kỹ thuật, chia thành 5 hoạt động: Xác định vấn đề; Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp; Lựa chọn giải pháp; Chế tạo và thử nghiệm; Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh.

Phương pháp nghiên cứu thực tế được triển khai đồng bộ:

• Phương pháp nghiên cứu lí luận: Phân tích, tổng hợp tài liệu, văn bản quy phạm pháp luật, chương trình và sách giáo khoa Vật lí 10, các công trình nghiên cứu về giáo dục STEM và đo lường năng lực học sinh.
• Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Tổ chức dạy học thực nghiệm theo các kế hoạch bài dạy đã thiết kế tại trường THCS - THPT Hoa Sen; sử dụng các phương tiện thu thập dữ liệu gồm phiếu học tập, phiếu đánh giá tiêu chí, biên bản ghi chép quan sát lớp học và ghi hình.
• Phương pháp thống kê toán học: Thống kê mô tả dữ liệu điểm số, phân tích biểu hiện hành vi năng lực vật lí của học sinh trước và sau thực nghiệm.
• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu định tính từ biên bản quan sát, bài thuyết trình, bản vẽ kỹ thuật; dữ liệu định lượng từ bảng quy đổi điểm và Rubric đánh giá sản phẩm của các nhóm học sinh thuộc câu lạc bộ STEM và các lớp thực nghiệm.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Cơ sở lí luận của hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM

Chương này tập trung hệ thống hóa cơ sở lý luận về hoạt động trải nghiệm, giáo dục STEM và năng lực vật lí. Tác giả làm rõ bản chất của hoạt động trải nghiệm là quá trình tích lũy kinh nghiệm thông qua thực hành, nhấn mạnh đặc trưng cho phép học sinh mắc lỗi và học hỏi từ những sai lầm kỹ thuật. Về giáo dục STEM, chương luận giải chu trình tương tác giữa Khoa học (tạo tri thức mới), Kỹ thuật (ứng dụng giải quyết vấn đề), Công nghệ (sản phẩm tạo thành) và Toán học (công cụ định lượng, chia sẻ kết quả).

Về năng lực vật lí, tác giả phân tích chi tiết cấu trúc 3 thành tố và xác định 7 biện pháp bồi dưỡng năng lực thông qua hoạt động trải nghiệm STEM (luyện tập khả năng dự đoán, xây dựng giả thuyết, đề xuất phương án giải quyết vấn đề, thực hiện và cải tiến phương án, báo cáo tổng kết). Về mặt đánh giá, chương 1 xây dựng nguyên tắc đánh giá năng lực kết hợp đánh giá quá trình và đánh giá kết quả, kết hợp tự đánh giá và đánh giá đồng đẳng. Công cụ đánh giá được xây dựng dưới dạng Rubric phân tích (Analytical Rubric), gồm:

• Bảng tiêu chí đánh giá sản phẩm của học sinh (4 mức độ: Tốt, Khá, Trung bình, Yếu) dựa trên 4 tiêu chí cốt lõi: Vận dụng kiến thức liên môn STEM, Thực hiện đúng quy trình thiết kế kỹ thuật, Khả năng vận hành của sản phẩm, Lựa chọn vật liệu tái chế/tiết kiệm.
• Bảng tiêu chí đánh giá các mức độ biểu hiện hành vi năng lực vật lí (3 mức: Mức 3 - Tự lực và hoàn chỉnh, Mức 2 - Có sự hỗ trợ hoặc chưa hoàn chỉnh, Mức 1 - Chưa thực hiện được).

Chương 2: Thiết kế hoạt động trải nghiệm STEM trong dạy học với nội dung kiến thức chương “Các định luật bảo toàn” – Vật lí 10 nhằm bồi dưỡng năng lực vật lí của học sinh

Nội dung chương 2 mở đầu bằng việc phân tích cấu trúc chương "Các định luật bảo toàn" theo chương trình chuẩn Vật lí 10 hiện hành, bao gồm 5 bài với tổng thời lượng 8 tiết:

Tên bài học trong SGK Vật lí 10	Nội dung kiến thức trọng tâm	Thời lượng
Bài 23: Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng	Động lượng, xung lượng của lực, hệ cô lập, định luật bảo toàn động lượng, chuyển động bằng phản lực	2 tiết
Bài 24: Công và Công suất	Công cơ học, công phát động, công cản, công suất	2 tiết
Bài 25: Động năng	Định nghĩa động năng, công thức tính, định lý biến thiên động năng	1 tiết
Bài 26: Thế năng	Thế năng trọng trường, thế năng đàn hồi, liên hệ công và thế năng	2 tiết
Bài 27: Cơ năng	Cơ năng trọng trường, cơ năng đàn hồi, định luật bảo toàn cơ năng	1 tiết

Từ cấu trúc kiến thức trên, tác giả đã tiến hành thiết kế chi tiết 2 chủ đề trải nghiệm STEM:

1. Chủ đề 1: “Ai xa hơn” (Thời lượng: 5 tiết trên lớp tại phòng STEM). Vấn đề thực tiễn xuất phát từ mong muốn khám phá không gian của con người thông qua tên lửa đẩy hoạt động bằng phản lực. Học sinh vận dụng kiến thức về áp lực, động lượng, định luật bảo toàn động lượng và nguyên tắc chuyển động bằng phản lực để thiết kế, chế tạo mô hình xe phản lực chuyển động nhờ quả bóng bay. Kế hoạch bài dạy được phân bổ qua 5 hoạt động: Xác định vấn đề (20 phút); Huy động kiến thức nền và đề xuất bản thiết kế (70 phút); Lựa chọn bản thiết kế (20 phút); Chế tạo và thử nghiệm sản phẩm (70 phút tại nhà/phòng thực hành); Trình bày sản phẩm và đánh giá (45 phút thi đua trên đường chạy thực tế).
2. Chủ đề 2: “Cỗ xe của thần gió”. Chủ đề khai thác nội dung kiến thức về công, động năng và định luật bảo toàn cơ năng; hướng dẫn học sinh thiết kế chế tạo mô hình Tuabin gió và xe chạy bằng năng lượng gió, giúp nhận thức sâu sắc về việc chuyển hóa năng lượng sạch và bảo vệ môi trường.

Song song với kế hoạch dạy học, chương 2 hoàn thiện bộ công cụ đánh giá chuyên biệt cho từng chủ đề, bao gồm hệ thống phiếu học tập định hướng, bảng tiêu chí đánh giá bản vẽ kỹ thuật, bảng tiêu chí đánh giá sản phẩm mô hình và thang đo quy đổi biểu hiện năng lực vật lí sang điểm số.

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

Chương 3 trình bày việc triển khai thực nghiệm sư phạm tại trường THCS - THPT Hoa Sen (quận Thủ Đức, TP. Hồ Chí Minh), có sự phối hợp trực tiếp của giáo viên bộ môn Công nghệ (cô Trần Thị Ngọc, cô Nguyễn Thị Thanh Nga, cô Đoàn Thị Thanh Xuân), tổ bộ môn Vật lí và Câu lạc bộ STEM của trường.

Tiến trình thực nghiệm tập trung vào chủ đề "Ai xa hơn", ghi nhận diễn biến làm việc của các nhóm học sinh (Nhóm 2, 3, 4, 5). Tác giả tiến hành quan sát trực tiếp, phân tích sản phẩm bản vẽ thiết kế, quy trình gia công khung xe từ vật liệu tái chế (chai nhựa, nắp chai, que xiên tre, ống hút) và kỹ thuật gắn bóng bay tạo lực phản lực. Các nhóm đã trải qua chu trình thử nghiệm đường chạy thực tế, phát hiện các lỗi kỹ thuật như bánh xe bị lệch trục, thân xe quá nặng, luồng khí xả không thẳng hướng, từ đó tiến hành điều chỉnh thiết kế nguyên mẫu.

Kết quả đánh giá được thể hiện trên hai phương diện:

• Đánh giá định tính: Học sinh thể hiện sự hào hứng rõ rệt so với các tiết học lý thuyết truyền thống; tính tự chủ, kỹ năng làm việc nhóm và năng lực giải quyết vấn đề kỹ thuật được cải thiện. Các em đã biết sử dụng định luật bảo toàn động lượng để giải thích vì sao khi không khí phụt ra phía sau thì xe chuyển động về phía trước, đồng thời nhận diện được các yếu tố ma sát cản trở chuyển động.
• Đánh giá định lượng: Đánh giá thông qua việc đối chiếu hành vi thực tế của học sinh với Rubric năng lực vật lí. Khóa luận ghi nhận cụ thể biểu hiện và mức độ đạt được chỉ số hành vi của học sinh (tiêu biểu như phiếu học tập và bản thiết kế của học sinh Trần Thị Mai Anh - Nhóm 2; bản vẽ và mô hình thực nghiệm của Nhóm 3, Nhóm 4, Nhóm 5). Điểm số quy đổi từ các tiêu chí sản phẩm và bài báo cáo cho thấy học sinh đạt mức khá và tốt ở thành tố Nhận thức vật lí và Vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đạt được các kết quả cụ thể phản ánh trong văn bản:

• Xây dựng thành công quy trình và tiến trình dạy học cho 2 chủ đề trải nghiệm STEM: Chủ đề "Ai xa hơn" (5 tiết, chế tạo xe phản lực bằng bong bóng ứng dụng định luật bảo toàn động lượng) và Chủ đề "Cỗ xe của thần gió" (chế tạo mô hình Tuabin gió/xe chạy bằng gió ứng dụng bảo toàn cơ năng).
• Xây dựng hoàn chỉnh hệ thống công cụ đánh giá năng lực vật lí trong hoạt động trải nghiệm STEM, bao gồm 4 bảng tiêu chí Rubric phân tích (đánh giá bản thiết kế xe phản lực, sản phẩm xe phản lực, bản thiết kế Tuabin gió, sản phẩm Tuabin gió) và bảng quy đổi mức độ biểu hiện hành vi năng lực sang điểm số.
• Dữ liệu thực nghiệm tại trường THCS - THPT Hoa Sen minh chứng tính khả thi của tiến trình dạy học: các nhóm học sinh (Nhóm 2, 3, 4, 5) hoàn thành bản vẽ kỹ thuật, tự lắp ráp mô hình từ vật liệu tái chế, tổ chức thử nghiệm vận hành và giải thích chính xác nguyên lý phản lực dựa trên định luật bảo toàn động lượng.

So với các nghiên cứu trước đây mà tác giả chỉ ra:

• Nghiên cứu không dừng lại ở mức độ lý luận chung về giáo dục STEM mà cụ thể hóa thành kế hoạch bài dạy chi tiết bám sát cấu trúc phân phối chương trình của Bộ Giáo dục và Đào tạo, phù hợp với điều kiện cơ sở vật chất của các trường phổ thông tại Việt Nam (tận dụng phòng STEM và câu lạc bộ ngoại khóa).
• Đóng góp bộ công cụ đo lường tường minh biểu hiện hành vi của năng lực vật lí theo chuẩn CTGDPT 2018, giúp giáo viên dễ dàng quan sát, ghi nhận và cho điểm khách quan quá trình học tập của học sinh thay vì chỉ đánh giá điểm số bài tập trên giấy.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận chỉ ra một số điểm hạn chế và hướng phát triển đề tài dựa trên phạm vi nghiên cứu thực tế:

• Hạn chế: Quy mô thực nghiệm sư phạm còn hẹp, mới chỉ tiến hành trên đối tượng học sinh tại một cơ sở giáo dục (trường THCS - THPT Hoa Sen, quận Thủ Đức) và chủ yếu triển khai sâu trên chủ đề 1 ("Ai xa hơn") trong khuôn khổ câu lạc bộ STEM; chưa có điều kiện mở rộng thực nghiệm diện rộng đối với toàn bộ các lớp học chính khóa để thu thập mẫu thống kê đối chứng quy mô lớn. Một phần thời lượng chế tạo và thử nghiệm học sinh phải thực hiện tại nhà, đòi hỏi tính tự giác cao và sự phối hợp theo dõi của giáo viên.
• Hướng nghiên cứu tiếp: Tiếp tục hoàn thiện và tiến hành thực nghiệm sư phạm đối với chủ đề 2 ("Cỗ xe của thần gió") trên các lớp học chính khóa; mở rộng quy trình thiết kế hoạt động trải nghiệm STEM sang các chương kiến thức khác của chương trình Vật lí cấp THPT; nghiên cứu tối ưu hóa thời lượng thực hiện để phù hợp hơn với khung phân phối tiết học chính khóa trên lớp.

Giá trị tham khảo

Tài liệu là nguồn tham khảo hữu ích cho các đối tượng trong ngành giáo dục:

• Sinh viên ngành Sư phạm Vật lí và Học viên cao học chuyên ngành Lý luận và Phương pháp dạy học bộ môn Vật lí: Tham khảo cấu trúc thiết kế một đề tài nghiên cứu thực nghiệm sư phạm hoàn chỉnh; phương pháp xây dựng ma trận năng lực theo định hướng CTGDPT 2018; cách phân rã mục tiêu dạy học thành các chỉ số hành vi có thể đo lường được.
• Giáo viên môn Vật lí và môn Khoa học tự nhiên tại các trường phổ thông: Trực tiếp sử dụng hoặc cải biên giáo án 2 chủ đề STEM ("Ai xa hơn" và "Cỗ xe của thần gió") vào các giờ dạy học trải nghiệm, sinh hoạt câu lạc bộ khoa học kỹ thuật hoặc giảng dạy bài học STEM theo Công văn 5512/BGDĐT-GDTrH.
• Phần nội dung có giá trị tham khảo cao nhất: Hệ thống Rubric phân tích đánh giá bản thiết kế và sản phẩm cơ học; quy trình tổ chức 5 hoạt động học tập kỹ thuật tích hợp vật liệu tái chế thân thiện với môi trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Khóa luận tập trung bồi dưỡng những thành tố nào trong cấu trúc năng lực vật lí của học sinh?

Căn cứ chuẩn CTGDPT môn Vật lí 2018 gồm 3 thành phần năng lực, đề tài xác định phạm vi tập trung bồi dưỡng 2 thành tố cốt lõi: Nhận thức vật lí (thông qua việc trình bày, giải thích bản chất các hiện tượng, định luật bảo toàn) và Vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học (thông qua việc thiết kế, chế tạo, thử nghiệm và cải tiến mô hình kỹ thuật dựa trên kiến thức vật lí).

2. Hai chủ đề trải nghiệm STEM được thiết kế trong khóa luận có tên là gì và ứng với nội dung kiến thức nào?

Hai chủ đề được thiết kế trong chương 2 gồm:

• Chủ đề 1: "Ai xa hơn" – gắn liền với kiến thức Bài 23 (Động lượng, Định luật bảo toàn động lượng và chuyển động bằng phản lực).
• Chủ đề 2: "Cỗ xe của thần gió" – gắn liền với kiến thức Bài 24, 25, 27 (Công, Động năng và Định luật bảo toàn cơ năng).

3. Tiến trình bài học STEM của chủ đề "Ai xa hơn" được tổ chức theo những hoạt động nào và thời lượng ra sao?

Chủ đề được thực hiện trong thời lượng 5 tiết trên lớp (tại phòng STEM), phân chia thành 5 hoạt động:

• Hoạt động 1: Xác định vấn đề / Tiêu chí sản phẩm (20 phút).
• Hoạt động 2: Huy động kiến thức nền và đề xuất bản thiết kế (70 phút).
• Hoạt động 3: Lựa chọn phương án thiết kế (20 phút).
• Hoạt động 4: Chế tạo và thử nghiệm sản phẩm (70 phút).
• Hoạt động 5: Trình bày sản phẩm và đánh giá (45 phút).

4. Địa bàn thực nghiệm sư phạm của đề tài được triển khai ở đâu và với sự hỗ trợ của những ai?

Thực nghiệm sư phạm được tiến hành tại trường THCS - THPT Hoa Sen, quận Thủ Đức, TP. Hồ Chí Minh với sự phối hợp hỗ trợ chuyên môn của giáo viên môn Công nghệ (cô Trần Thị Ngọc, cô Nguyễn Thị Thanh Nga, cô Đoàn Thị Thanh Xuân), các giáo viên tổ bộ môn Vật lí và Ban chủ nhiệm Câu lạc bộ STEM của nhà trường.

5. Rubric đánh giá sản phẩm của học sinh trong đề tài bao gồm các tiêu chí cụ thể nào?

Rubric đánh giá sản phẩm được chia thành 4 mức độ (Tốt, Khá, Trung bình, Yếu) dựa trên 4 tiêu chí:

• Vận dụng kiến thức liên môn STEM trong chế tạo sản phẩm.
• Sản phẩm được thực hiện theo đúng quy trình thiết kế kỹ thuật.
• Khả năng vận hành của sản phẩm khi chạy thử nghiệm.
• Lựa chọn vật liệu khi chế tạo (ưu tiên vật liệu tái chế, thân thiện môi trường, tiết kiệm chi phí).

Kết luận

Khóa luận của tác giả Mai Thị Hồng Phượng đã giải quyết trọn vẹn mục tiêu nghiên cứu thông qua việc thiết lập cơ sở lý luận vững chắc về hoạt động trải nghiệm STEM và đề xuất tiến trình dạy học 5 bước cho chương "Các định luật bảo toàn" – Vật lí 10. Đề tài đã xây dựng chi tiết 2 chủ đề giáo dục thực hành ("Ai xa hơn" và "Cỗ xe của thần gió") đi kèm hệ thống Rubric phân tích định lượng rõ ràng nhằm đo lường năng lực nhận thức và vận dụng vật lí của học sinh. Kết quả thực nghiệm sư phạm tại trường THCS - THPT Hoa Sen đã kiểm chứng tính khả thi của tiến trình bài dạy, chứng minh phương thức trải nghiệm STEM giúp học sinh làm chủ kiến thức học thuật và phát triển năng lực giải quyết vấn đề kỹ thuật thực tiễn. Công trình cung cấp một tài liệu tham khảo có giá trị ứng dụng cao cho giáo viên phổ thông trong bối cảnh thực hiện đổi mới giáo dục theo CTGDPT 2018.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA HOẠT ĐỘNG TRẢI NGHIỆM THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 1. Hoạt động trải nghiệm 1. Định nghĩa hoạt động trải nghiệm Theo từ điển Tiếng Việt, “Trải nghiệm được hiểu là những gì con người đã từng kinh qua thực tế, từng biết, từng chịu”.[5] Theo Từ điển Bách khoa Việt Nam, “trải nghiệm theo nghĩa chung nhất là bất kì một trạng thái có màu sắc xúc cảm nào được chủ thể cảm nhận, trải qua, đọng lại thành bộ phận (cùng với tri thức, ý thức…) trong đời sống tâm lí của từng người. Theo nghĩa hẹp hơn, chuyên biệt hơn của tâm lí học, là những tín hiệu bên trong, nhờ đó nghĩa của các sự kiện đang diễn ra đối với cá nhân được ý thức, chuyển thành ý riêng của cá nhân, góp phần lựa chọn tự giác các động cơ cần thiết, điều chỉnh hành vi của cá nhân”[6].

(Từ điển Bách khoa Việt Nam 4, 2005, tr. Theo Lê Thị Thùy Linh, “Trải nghiệm chính là những tồn tại khách quan tác động vào giác quan con người, tạo cảm giác, tri giác, biểu tượng, con người cảm thấy có tác động đó và cảm nhận nó một cách rõ nét, để lại ấn tượng sâu đậm, rút ra bài học, vận dụng vào thực tiễn đời sống, hình thành nên các thái độ, giá trị” [7]. Theo Nguyễn Thị Liên, “Hoạt động trải nghiệm được coi là một không gian giáo dục trong nhà trường phổ thông, trong đó có sự tích hợp nội dung học tập trong nhà trường từ các môn học gắn liền với kinh nghiệm của bản thân học sinh trong cuộc sống và năng lực sở trường của học sinh trong từng lĩnh vực để thích nghi với cuộc sống thực đang diễn ra bên trong và bên ngoài nhà trường” [8]. Theo chương trình giáo dục phổ thông 2018, chương trình Hoạt động trải nghiệm, hướng nghiệp: “ Hoạt động trải nghiệm, hướng nghiệp là hoạt động giáo dục do nhà giáo dục định hướng, thiết kế và hướng dẫn thực hiện, tạo cơ hội cho học sinh tiếp cận thực tế, thể nghiệm các cảm xúc tích cực, khai thác những kinh nghiệm đã có và huy động tổng hợp kiến thức, kĩ năng của các môn học khác nhau để thực hiện những nhiệm vụ được giao hoặc giải quyết những vấn đề của thực tiễn đời sống nhà trường, gia đình, xã hội phù hợp với lứa tuổi; thông qua đó, chuyển 14 hoá những kinh nghiệm đã trải qua thành tri thức mới, kĩ năng mới góp phần phát huy tiềm năng sáng tạo và khả năng thích ứng với cuộc sống, môi trường và nghề nghiệp tương lai”.[2] Trong phạm vi khóa luận, chúng tôi giữ nguyên tinh thần định nghĩa về hoạt động trải nghiệm của Bộ Giáo dục và Đào tạo và định nghĩa lại ngắn gọn về hoạt động trải nghiệm như sau: “Hoạt động trải nghiệm là hoạt động giáo dục có nội dung, phương pháp và đánh giá cụ thể; được nhà giáo dục định hướng, thiết kế và hướng dẫn thực hiện; nhằm gợi lên nhu cầu trải nghiệm cho học sinh, tạo cơ hội cho học sinh tiếp cận thực tế, trải nghiệm kiến thức để phát triển các phẩm chất và năng lực một cách toàn diện.

Bản chất của hoạt động trải nghiệm Bản chất của hoạt động trải nghiệm là quá trình tích lũy kinh nghiệm, từ đó giúp con người hình thành vốn kiến thức, phẩm chất và năng lực của chính mình. Quá trình trải nghiệm thường chứa đựng yếu tố “thử” và “sai”. Do đó, học tập qua trải nghiệm cho phép học sinh mắc sai lầm và coi đó là cơ hội để học sinh có thể học từ chính “sai lầm” của mình.