Tổ chức hoạt động thực hành thiết kế và dạy học STEM cho sinh viên Vật lý CĐSP Luang Nam Tha

Nghiên cứu về hoạt động thực hành thiết kế và dạy học STEM cho sinh viên Vật lý tại Cao đẳng Sư phạm Luang Nam Tha, Lào, nhằm nâng cao chất lượng giáo dục.

• Tác giả: Touma Lauengladthavong
• Người hướng dẫn: TS. Cao Tiến Khoa
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Lý luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lý
• Đề tài: Tổ Chức Hoạt Động Thực Hành Thiết Kế Và Dạy Học Theo Định Hướng Giáo Dục STEM Cho Sinh Viên Khoa Vật Lý Trường Cao Đẳng Sư Phạm Luang Nam Tha Nước CHDCND Lào
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ Khoa học Giáo dục
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thái Nguyên

Tóm tắt

I. Tổng quan về tổ chức dạy học STEM Vật lý cho sinh viên sư phạm

Giáo dục STEM là phương pháp tích hợp bốn lĩnh vực: Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học. Phương pháp này khuyến khích người học liên kết kiến thức từ nhiều ngành để giải quyết vấn đề thực tế. Tại Trường Cao đẳng Sư phạm Luang Nam Tha, việc tổ chức dạy học STEM Vật lý cho sinh viên sư phạm nhằm nâng cao năng lực thực hành và thiết kế bài giảng. Sinh viên được tiếp cận quy trình học tập tích hợp, từ lý thuyết đến ứng dụng thực tiễn. Mô hình này giúp sinh viên phát triển tư duy sáng tạo, kỹ năng giải quyết vấn đề và khả năng làm việc nhóm. Việc áp dụng STEM trong đào tạo sư phạm Vật lý tạo nền tảng vững chắc cho sinh viên sau này trở thành giáo viên có năng lực đổi mới phương pháp dạy học. Đây là xu hướng giáo dục tiên tiến được nhiều quốc gia trên thế giới áp dụng thành công.

1.1. Khái niệm giáo dục STEM trong dạy học Vật lý

Giáo dục STEM là viết tắt của Science, Technology, Engineering và Mathematics. Trong dạy học Vật lý, STEM liên kết kiến thức khoa học với công nghệ và kỹ thuật. Người học không chỉ nắm lý thuyết mà còn áp dụng vào thực hành thiết kế. Quy trình CIPP bao gồm: Construct (tự xây dựng kiến thức), Interaction (tương tác xã hội), Physical participation (tham gia thể chất), Process learning (học quy trình) và Application (áp dụng kiến thức). Mô hình này giúp sinh viên sư phạm phát triển toàn diện năng lực chuyên môn và sư phạm.

1.2. Đặc điểm đào tạo tại Trường CĐSP Luang Nam Tha

Trường Cao đẳng Sư phạm Luang Nam Tha thuộc CHDCND Lào, chuyên đào tạo giáo viên cho địa phương. Chương trình đào tạo Vật lý chú trọng cả lý thuyết và thực hành. Sinh viên cần được trang bị phương pháp dạy học hiện đại để đáp ứng yêu cầu đổi mới giáo dục. Việc áp dụng STEM vào đào tạo sư phạm giúp sinh viên trải nghiệm phương pháp học tập tích hợp. Từ đó, sinh viên có thể vận dụng vào thực tế giảng dạy tại các trường phổ thông sau khi tốt nghiệp.

II. Phân tích thực trạng dạy học STEM tại CĐSP Luang Nam Tha

Thực trạng dạy học Vật lý tại Trường CĐSP Luang Nam Tha tồn tại nhiều hạn chế. Phương pháp giảng dạy chủ yếu dựa trên truyền đạt lý thuyết một chiều. Sinh viên thiếu cơ hội thực hành thiết kế và chế tạo mô hình thí nghiệm. Cơ sở vật chất phục vụ thực hành còn hạn chế, thiết bị thí nghiệm chưa đầy đủ. Đội ngũ giảng viên cần được bồi dưỡng thêm về phương pháp dạy học STEM. Nhận thức của sinh viên về vai trò của giáo dục STEM chưa đầy đủ. Nhiều sinh viên chưa quen với cách học tích hợp liên môn. Hoạt động nhóm và kỹ năng hợp tác còn yếu. Chương trình đào tạo chưa tích hợp đầy đủ nội dung STEM vào các học phần. Đây là những thách thức cần giải quyết để nâng cao chất lượng đào tạo sư phạm Vật lý tại trường.

2.1. Hạn chế về phương pháp và cơ sở vật chất

Phương pháp giảng dạy tại trường chủ yếu theo lối truyền thống, thầy đọc trò chép. Sinh viên ít được tham gia hoạt động thực hành thiết kế mô hình thí nghiệm. Phòng thí nghiệm thiếu thiết bị hiện đại, vật liệu phục vụ thực hành không đa dạng. Giảng viên chưa được đào tạo chuyên sâu về phương pháp dạy học STEM. Ngân sách đầu tư cho cơ sở vật chất thực hành còn hạn chế. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng đào tạo và năng lực thực hành của sinh viên sư phạm Vật lý.

2.2. Hạn chế về nhận thức và kỹ năng của sinh viên

Sinh viên sư phạm Vật lý tại CĐSP Luang Nam Tha chưa được tiếp cận đầy đủ với giáo dục STEM. Nhiều sinh viên thiếu kỹ năng làm việc nhóm và hợp tác trong học tập. Khả năng tư duy sáng tạo và giải quyết vấn đề thực tế còn hạn chế. Sinh viên chưa quen với việc liên kết kiến thức từ nhiều lĩnh vực khác nhau. Kỹ năng thiết kế và chế tạo mô hình thí nghiệm chưa được rèn luyện. Nhận thức về vai trò của STEM trong nghề giáo chưa sâu sắc.

III. Giải pháp tổ chức hoạt động thực hành thiết kế dạy học STEM

Giải pháp tổ chức dạy học STEM Vật lý tại CĐSP Luang Nam Tha bao gồm nhiều bước. Đầu tiên, giảng viên xây dựng quy trình hình thành ý tưởng triển khai STEM cho từng chủ đề. Sinh viên được chia nhóm, mỗi nhóm từ 4 đến 6 thành viên. Giảng viên giới thiệu kiến thức lĩnh vực STEM liên quan đến bài học. Sinh viên tự chủ động sắp xếp cấu trúc khoa học, mỗi thành viên đảm nhận nhiệm vụ cụ thể. Hoạt động thực hành thiết kế mô hình thí nghiệm sáng tạo được tổ chức thường xuyên. Sinh viên sử dụng vật liệu đơn giản, dễ kiếm tại địa phương để chế tạo mô hình. Quá trình thực hành bao gồm: vẽ hình ảnh, chụp ảnh từng bước, ghi chép sổ tay. Giảng viên hướng dẫn sinh viên quan sát video liên quan trên mạng. Mỗi nhóm cử đại diện báo cáo kết quả thực nghiệm trước lớp. Phương pháp này giúp sinh viên trải nghiệm đầy đủ quy trình STEM từ lý thuyết đến ứng dụng thực tiễn.

3.1. Quy trình tổ chức hoạt động thực hành thiết kế

Quy trình tổ chức hoạt động thực hành thiết kế STEM gồm các bước cơ bản. Bước một, giảng viên giới thiệu chủ đề và kiến thức STEM liên quan. Bước hai, sinh viên thảo luận nhóm để hình thành ý tưởng thiết kế. Bước ba, nhóm SV tự chủ động lựa chọn sản xuất bộ thí nghiệm phục vụ thực hành. Bước bốn, giảng viên giao tiến trình hoạt động và giải thích cho sinh viên thiết kế. Bước năm, sinh viên thực hiện chế tạo mô hình, ghi chép và chụp ảnh. Bước sáu, mỗi nhóm báo cáo kết quả và đánh giá sản phẩm.

3.2. Phát triển mô hình thí nghiệm sáng tạo cho sinh viên

Việc phát triển mô hình thí nghiệm sáng tạo là giải pháp hiệu quả trong dạy học STEM. Sinh viên được đưa vào hoạt động tìm tòi, khảo sát và trải nghiệm thực tế. Mô hình phải đặc trưng được dây chuyền, nguyên tắc và hệ thống sản xuất thông dụng. Vật liệu chế tạo đơn giản, phù hợp với điều kiện địa phương Lào. Giảng viên xây dựng mô hình mẫu bằng hình ảnh và PowerPoint để sinh viên quan sát. Sinh viên được cung cấp phiếu đề cương thí nghiệm trước khi thực hành. Hoạt động này giúp sinh viên hiểu sâu nguyên lý khoa học qua trải nghiệm trực tiếp.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tiễn của dạy học STEM Vật lý

Nghiên cứu về tổ chức dạy học STEM Vật lý cho sinh viên CĐSP Luang Nam Tha mang lại nhiều kết quả tích cực. Sinh viên phát triển được năng lực thực hành thiết kế và chế tạo mô hình thí nghiệm. Kỹ năng làm việc nhóm, tư duy sáng tạo và giải quyết vấn đề được nâng cao rõ rệt. Sinh viên hiểu sâu hơn về kiến thức Vật lý thông qua trải nghiệm thực tế. Phương pháp STEM giúp liên kết lý thuyết với ứng dụng trong cuộc sống. Kết quả nghiên cứu áp dụng thành công tại Khoa Vật lý Trường CĐSP Luang Nam Tha. Mô hình này có thể nhân rộng cho các trường sư phạm khác tại Lào và khu vực. Đào tạo giáo viên theo định hướng STEM đáp ứng yêu cầu đổi mới giáo dục hiện đại. Sinh viên sau khi tốt nghiệp có năng lực áp dụng phương pháp STEM vào giảng dạy tại trường phổ thông. Đây là đóng góp quan trọng cho sự phát triển giáo dục Vật lý tại CHDCND Lào.

4.1. Kết quả đạt được từ mô hình dạy học STEM

Mô hình dạy học STEM Vật lý tại CĐSP Luang Nam Tha đạt được nhiều kết quả khả quan. Sinh viên hứng thú và tích cực tham gia hoạt động thực hành thiết kế. Năng lực thực hành và kỹ năng sư phạm được cải thiện đáng kể. Sinh viên có khả năng liên kết kiến thức từ nhiều lĩnh vực STEM. Kỹ năng hợp tác nhóm và giao tiếp được phát triển. Kết quả học tập của sinh viên tăng lên rõ rệt so với phương pháp truyền thống. Mô hình được đánh giá phù hợp với điều kiện đào tạo tại Lào.

4.2. Ứng dụng và hướng phát triển trong đào tạo sư phạm

Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng rộng rãi trong đào tạo giáo viên Vật lý tại Lào. Các trường sư phạm khác có thể tham khảo mô hình tổ chức dạy học STEM này. Hướng phát triển bao gồm mở rộng nội dung STEM cho nhiều học phần khác. Cần đầu tư thêm cơ sở vật chất và bồi dưỡng đội ngũ giảng viên. Hợp tác quốc tế về giáo dục STEM giúp nâng cao chất lượng đào tạo. Sinh viên sư phạm được trang bị phương pháp dạy học hiện đại, đáp ứng yêu cầu đổi mới giáo dục trong thời kỳ hội nhập.

Trích đoạn nội dung tài liệu

phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, luận văn gồm có 03 chương: Chương1: Cơ sở lý luận và thực tiễn. Chương2: Xây dựng kế hoạch DH thực hành "Thiết kế và tổ chức hoạt động DH chủ đề (Năng lượng nước)" theo định hướng giáo dục STEM. Chương 3: Thực nghiệm sư phạm. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 1.

Các nghiên cứu về DH với việc bồi dưỡng NLST Khi nhắc đến công việc sự phát triển giáo dục của chúng ta hiện nay có thể nói được rằng việc quá trình DH là một trong tất cả con đường rất quan trọng mà các đất nước trên thế giời đang chủ ý làm hết sức để tìm hiểu con dường tốt nhất. Các nghiên cứu trong lớp học đã dược hoạt động khả lâu rồi và dược tiếp tục thực hành để mở rộng cho đến ngày hôm nay, điều này được thể hiện rõ nhiều công trình nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước. Trong đó mỗi bài nghiên cứu đều có ưu điểm - nhược điểm khác nhau và có những bài mà nghiên cứu về PPDH ví dụ: PPST, PPUBD, E-lerning, STEM… theo cách tự duy mình. Mỗi quốc gia đều đã phát triển những hoạt động, chính sách để thúc đầy sự phát triển của nền việc giáo dục cáng ngày tốt lên.

Ngoài trong đó các khu vực lại có vấn đề riêng mà chúng ta không thể mô tả cụ thể được hết, một trong đó là nước Lào mà hiện nay chính phủ đang tìm phong cách lãnh đạo để chú ý và bắt buộc mọi người GV, học sinh và SV phải tuân theo để cải cách trong việc giáo dục trong nước càng ngày phát triển. Các kết quả nghiên cứu trên thế giới Từ quá khứ đến hiện nay xã hội trên thế giới này đã được qua sự tiến hóa học hiểu rất nhiều, chiến lược toàn cầu đã dược thay đổi nhiều yếu tố để tồn tại trong môi trường tự nhiên và xã hội. Vào thế kì XXI các học giả Châu Phi, Châu Ân, Châu Á.đồng thời lập một trang nghiên cứu và đã phát triển “năng lực sáng tạo” của con người. Giáo dục "STEM" là từ viết tắt từ tiếng Anh của 4 ngành, đó là khoa học (Science), công nghệ (Technology), kỹ thuật (Engineering) và toán học (Maths) có nghĩa là kiến thức.

Thuật ngữ STEM được sử dụng đầu tiên Viện khoa học quốc gia của Mỹ (the National Science Foundation). STEM là một PP quản lý giáo dục tích hợp kiến thức trong nghiên cứu liên ngành bằng cách tập trung vào việc áp dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề trong cuộc sống thực tế bao gồm cả việc phát triển các quy trình hoặc sản phẩm mới điều đó có lợi cho cuộc sống và công việc đó là việc tạo ra sự hiểu biết về những lý thuyết hoặc quy tắc đó thông qua thực hiện thực tế, cùng với sự phát triển các kỹ năng tư duy, đặt câu hỏi, giải quyết vấn đề và tìm kiếm thông 5 tin và phân tích những phát hiện mới. Và có thể áp dụng việc tìm kiếm hoặc tích hợp nó vào cuộc sống hàng ngày [1]. Họ cho thấy hầu hết những quản lý học tập theo phương pháp STEM có 5 đặc điểm, đó là (1) giảng dạy tập trung vào hội nhập (2) giúp học sinh kết nối giữa 4 môn học với cuộc sống hàng ngày và nghề nghiệp (3) tập trung vào Phát triển kỹ năng trong thế kỷ 21 (4) thách thức ý tưởng của SV và (5) cho SV cơ hội bày tỏ ý kiến và hiểu rằng phù hợp với nội dung của cả 4 môn học.

Mục đích của quản lý học tập theo phương pháp giáo dục đầy đủ là để khuyến khích người học yêu thích và thấy giá trị của khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán. Hơn nữa ta còn thấy rằng những môn học gần gũi có thể được sử dụng hàng ngày. MoE & NSC (2003), nói rằng: STEM đề cập đến Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học. STEM là một nhóm giáo dục được sử dụng ở Hoa Kỳ đề cập đến các nghiên cứu trong lĩnh vực khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học.

STEM khuyến khích ý tưởng giáo dục học sinh trong bốn chuyên ngành cụ thể theo cách tiếp cận liên ngành và ứng dụng. STEM là một cách tiếp cận liên ngành để học trong đó các khái niệm học thuật nghiêm ngặt được kết hợp với các bài học trong thế giới thực khi học sinh áp dụng khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học trong các bối cảnh tạo ra sự kết nối giữa trường học, cộng đồng, công việc và doanh nghiệp toàn cầu cho phép phát triển biết chữ STEM và với nó khả năng cạnh tranh trong nền kinh tế mới (tr. Tóm lại ông nói rằng là nếu muốn cho kinh tế phát triền và nhà nước có thể ổn đing được cũng xã hội hiện nay con trọng nhất là phải nghiên cứu và phát triển năng lực sáng tạo co người tổng cả lý thuyết và thực hạnh thực tế [13]. Atman et al., 2007; Carr, Bennett cho thấy rằng là: Thiết kế kỹ thuật là quá trình các kỹ sư đưa ý tưởng của họ vào các mục tiêu dưới những hạn chế của các thông số kỹ thuật và điều kiện nhất định.

Khái niệm cơ bản của thiết kế kỹ thuật là giải quyết các vấn đề không có cấu trúc, đáp ứng các điều kiện hạn chế, tạo và phát triển các giải pháp khác nhau, tiến hành phân tích, đưa ra quyết định thiết kế hiệu quả, thực hiện đánh giá khách quan, xác định thiết kế tối ưu và xem xét các hậu quả tiềm năng của thiết kế thảo luận về các vấn đề, thiết kế hoặc giải pháp; tiến hành giao án về các giải pháp và thiết kế [10]. 6 NATIONAL STEM SCHOOL EDUCATION STRATEGY (2015) cho thấy rằng là: Giáo dục STEM là một thuật ngữ được sử dụng để gọi chung để giảng dạy các môn học trong chiếc ô của nó khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học và cũng là một cách tiếp cận liên ngành giảng dạy làm tăng sự quan tâm của SV trong các lĩnh vực liên quan đến STEM và cải thiện vấn đề của SV kỹ năng giải quyết và phân tích quan trọng STEM nằm trong một kiến thức nền tảng rộng lớn hơn cơ sở và việc giảng dạy. Chiến lược quốc gia tập trung vào hành động nâng kỹ năng nền tảng trong lĩnh vực học tập STEM, phát triển toán học, khoa học và công nghệ, và thúc đẩy sự phát triển của thế kỷ 21 kỹ năng giải quyết vấn đề, phân tích quan trọng và sáng tạo suy nghĩ. Nó nhận ra tầm quan trọng của việc tập trung vào STEM trong những năm đầu và duy trì sự tập trung này trong suốt thời gian đi học [14].

Mục tiêu 1) Đảm bảo tất cả học sinh học xong mạnh kiến thức nền tảng trong STEM và các kỹ năng liên quan: Hôm nay học sinh cần có môn học chính kiến thức cũng như các kỹ năng hợp tác, tư duy phê phán, sáng tạo và giải quyết vấn đề - và giáo dục STEM có một vai trò quan trọng trong đạt được điều này. Hệ thống trường học có trách nhiệm đảm bảo tất cả những người trẻ tuổi có một mức độ cơ bản của STEM biết chữ cho phép họ tham gia với, và thành công trong thế giới bên ngoài cổng trường. Xây dựng kiến thức STEM nền tảng cần phải bắt đầu từ thời thơ ấu và tiếp tục trong suốt học tiểu học và trung học. Nhà trường có cơ hội bồi dưỡng và nuôi dưỡng những người trẻ tuổi tò mò về STEM và có thể sử dụng Điều này để phát triển sự tham gia và học tập sau hơn.

Điều này đòi hỏi phải đổi mới tập trung vào thành tích trong STEM ‘xây dựng khối, đặc biệt là toán học, như cũng như chương trình giảng dạy đa ngành hiệu quả và phương pháp sư phạm xây dựng mối quan tâm của SV và hiệu suất trong giáo dục STEM. Mục tiêu 2) Đảm bảo rằng học sinh được truyền cảm hứng để đảm nhận nhiều hơn môn học STEM đầy thử thách: Trong khi mục tiêu chính của chiến lược quốc gia là để hỗ trợ tất cả những người trẻ tuổi trở nên nhiều hơn STEM có khả năng, một mục tiêu bổ sung là tăng tham gia vào các môn học STEM đầy thách thức trong năm trung học phổ thông. Hệ thống trường học có một vai trò quan trọng, hợp tác với ngành giáo dục đại học và công nghiệp, để khuyến khích SV phát triển khả năng 7 STEM cấp cao hơn, để xây dựng khát vọng cho sự tham gia của STEM ở cấp độ đại học và cho Nghề nghiệp liên quan đến STEM [9]. Southwest Regional STEM Network (2009), nói rằng là: Giáo dục STEM là một cách tiếp cận liên ngành để học tập trong đó các khái niệm học thuật nghiêm ngặt được kết hợp với các bài học thực tế khi học sinh áp dụng khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học trong các bối cảnh tạo ra sự kết nối giữa trường học, cộng đồng, công việc và doanh nghiệp toàn cầu cho phép phát triển STEM biết chữ và với nó khả năng cạnh tranh trong nền kinh tế mới nghĩa là hệ STEM là một PP quá trình DH rất là tinh tế, khoa học phải đi theo điều kiện tự nhiên.

Sự thay đổi của môi trường tự nhiên xã hội xung quanh, cách đưa sự kiến thật để học hiểu quyết định chỉnh sửa và thay đổi cho tương đối hợp lí với sự sử dụng, mức độ sự cần thiết và mức độ kiến thức của SV. Dành cho SV hiểu khoa học đúng hoàn toàn chính xác thông qua sự học biết lý thuyết, thực hạnh thực tế TN khoa học rồi SV có thể đưa kiến thức, kết quả học tập sử dụng trong cuộc sống hàng ngày được rất chính xác. Ngoài ra SV còn có thể học hiểu, chia sẻ, triền khai và phát triển sự kiến để cuộc sống có thể tôn tại trong xã hội và phát càng ngày càng tốt lên [29]. Knowlegde of Educational Context: Môi trường học tập được sử dụng để thực hiện chương trình giảng dạy STEM tập trung vào kỹ thuật sẽ cung cấp cho SV kinh nghiệm trong các yêu cầu đa dạng cũng như hỗ trợ và hỗ trợ trong các hoạt động thực hành.

Hơn nữa, phần cứng, thông lệ và thiết kế kỹ thuật số có thể được tích hợp với thiết bị sản xuất để tạo ra một không gian thực hành giống như không gian của nhà sản xuất (Saorín et al., 2017), tạo cơ hội cho SV thực hiện việc tự học. Kiến thức về quản lý không gian và sử dụng thiết bị là rất quan trọng đối với GV.