Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Công cuộc đổi mới căn bản và toàn diện nền giáo dục Việt Nam theo tinh thần Nghị quyết số 29-NQ/TW của Ban Chấp hành Trung ương Đảng (năm 2013) đặt trọng tâm vào việc chuyển dịch từ phương thức truyền thụ kiến thức rời rạc sang hình thành, phát triển phẩm chất và năng lực của học sinh. Nhằm đáp ứng yêu cầu nguồn nhân lực chất lượng cao trong bối cảnh cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư, mô hình giáo dục STEM (Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học) đã trở thành một định hướng giáo dục then chốt được cụ thể hóa trong Chương trình Giáo dục phổ thông 2018.

Về mặt chủ trương và pháp lý, định hướng triển khai giáo dục STEM trong nhà trường phổ thông được xác lập qua nhiều văn bản chỉ đạo của Chính phủ và Bộ Giáo dục và Đào tạo:

  • Chỉ thị số 16/CT-TTg năm 2017 của Thủ tướng Chính phủ nhấn mạnh việc thúc đẩy đào tạo STEM, ngoại ngữ và tin học trong chương trình giáo dục phổ thông.
  • Công văn số 3089/BGDĐT-GDTrH ngày 14/8/2020 của Bộ Giáo dục và Đào tạo về việc hướng dẫn triển khai thực hiện giáo dục STEM trong các trường trung học.
  • Quyết định số 146/QĐ-TTg năm 2022 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt đề án với mục tiêu đến năm 2025 có 50% cơ sở giáo dục từ tiểu học đến THPT tổ chức hoạt động giáo dục STEM/STEAM, và đạt tỷ lệ 80% vào năm 2030.

Về mặt khoa học và thực tiễn đời sống, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học vật liệu đặt ra yêu cầu con người phải liên tục nghiên cứu, chế tạo các vật liệu mới nhằm tối ưu hóa độ bền, độ cứng, khả năng chịu lực và giảm thiểu tác động môi trường. Điển hình như vật liệu siêu dẻo Hydrogel Fabric có độ bền chắc gấp 5 lần gang thép được ứng dụng trong y học tái tạo làm gân và dây chằng nhân tạo; hay cấu trúc vật liệu siêu nhẹ Tensairity được ứng dụng trong kỹ thuật xây dựng các mái vòm nhịp lớn (wide-span roof structures) và cầu đi bộ (theo nghiên cứu của Luchsinger, 2004).

Trong Chương trình Giáo dục phổ thông 2018 môn Vật lí lớp 10, mạch kiến thức "Biến dạng của vật rắn" cung cấp cho học sinh hiểu biết nền tảng về tính chất cơ học của vật liệu (biến dạng kéo, biến dạng nén, giới hạn đàn hồi, độ dãn, độ cứng của lò xo, Định luật Hooke). Việc tổ chức dạy học nội dung này theo phương thức trải nghiệm STEM cho phép học sinh trực tiếp tham gia vào chu trình thiết kế kỹ thuật, chế tạo thiết bị đo lường thực tế, qua đó khắc phục tính trừu tượng của lý thuyết và phát triển năng lực Vật lí.

Từ những cơ sở trên, tác giả Lê Cao Thăng đã thực hiện khóa luận tốt nghiệp với đề tài: "Tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM trong dạy học nội dung 'Biến dạng của vật rắn' - Vật lí 10 THPT nhằm phát triển năng lực Vật lí của học sinh".

Mục tiêu nghiên cứu: Xây dựng hoạt động trải nghiệm STEM trong dạy học một số kiến thức thuộc nội dung "Biến dạng của vật rắn" - Vật lí 10 THPT nhằm phát triển năng lực Vật lí của học sinh THPT.

Nhiệm vụ nghiên cứu:

  1. Nhiệm vụ 1: Xây dựng cơ sở lý luận cho đề tài
    • Nghiên cứu lý luận về giáo dục trải nghiệm.
    • Nghiên cứu về giáo dục STEM.
    • Nghiên cứu về tổ chức hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM.
    • Hệ thống hóa lý thuyết về năng lực Vật lí của học sinh THPT.
    • Thiết kế công cụ đánh giá năng lực Vật lí của học sinh THPT.
  2. Nhiệm vụ 2: Thiết kế nội dung và kế hoạch dạy học
    • Phân tích nội dung "Biến dạng của vật rắn" trong Chương trình Giáo dục phổ thông 2018 môn Vật lí lớp 10.
    • Xây dựng ý tưởng và cấu trúc chủ đề STEM thuộc mạch nội dung "Biến dạng của vật rắn".
    • Xây dựng kế hoạch tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM đáp ứng yêu cầu cần đạt của mạch nội dung.
    • Xây dựng hệ thống công cụ kiểm tra, đánh giá năng lực Vật lí của học sinh lớp 10 THPT.
  3. Nhiệm vụ 3: Tiến hành thực nghiệm sư phạm
    • Tổ chức thực nghiệm sư phạm tại trường THPT trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh.
    • Thu thập dữ liệu và đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm.
    • Kiểm chứng giả thuyết khoa học của đề tài và rút ra các kết luận cần thiết.

Đối tượng nghiên cứu: Hoạt động dạy học môn Vật lí lớp 10 ở trường THPT nhằm phát triển năng lực Vật lí của học sinh.

Phạm vi nghiên cứu:

  • Không gian: Dạy học Vật lí 10 tại trường THCS - THPT Hoa Sen, Thành phố Hồ Chí Minh.
  • Thời gian: Từ tháng 09/2023 đến tháng 04/2024.
  • Nội dung: Hoạt động dạy học mạch nội dung "Biến dạng của vật rắn" (Vật lí 10) theo hình thức trải nghiệm STEM.

Giả thuyết khoa học: Nếu tổ chức được hoạt động trải nghiệm STEM một số kiến thức thuộc nội dung "Biến dạng của vật rắn" - Vật lí 10 thì sẽ phát triển được năng lực Vật lí của học sinh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và khái niệm sử dụng

  1. Khái niệm và mô hình giáo dục STEM:

    • Thuật ngữ STEM khởi nguồn từ Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ (NSF) vào thập niên 1990 dưới sự chủ trì của Giám đốc Rita Colwell (ban đầu đề xuất từ viết tắt SMET), sau đó được Giám đốc Giáo dục và Nhân sự Judith Ramaley đổi thành STEM. Một trong những dự án đầu tiên sử dụng từ viết tắt này là STEAMTEC tại Đại học Massachusetts Amherst vào năm 1998.
    • Giáo dục STEM được xác định là mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận tích hợp liên môn 4 lĩnh vực:
      • Khoa học (Science): Gồm các kiến thức Vật lí, Hóa học, Sinh học, Khoa học Trái đất.
      • Công nghệ (Technology): Phát triển khả năng sử dụng, quản lý, hiểu và đánh giá công nghệ.
      • Kỹ thuật (Engineering): Tích hợp kiến thức đa môn qua quá trình thiết kế kỹ thuật, rèn luyện kỹ năng vận dụng sáng tạo cơ sở khoa học và toán học.
      • Toán học (Maths): Phát triển khả năng phân tích, tính toán, biện luận, giải quyết vấn đề toán học trong bối cảnh thực tế.

  2. Hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM:

    • Căn cứ Chương trình Giáo dục phổ thông 2018 (ban hành ngày 26/12/2018) và quan niệm của các nhà nghiên cứu giáo dục (Bùi Ngọc Diệp, 2014; Nguyễn Thị Liên, 2016), hoạt động trải nghiệm là hoạt động giáo dục có mục đích, tạo cơ hội cho học sinh tiếp cận thực tế, huy động tổng hợp kiến thức và kỹ năng liên môn để tạo ra sản phẩm hoặc giải quyết vấn đề đời sống.
    • Các hình thức tổ chức hoạt động trải nghiệm trong môn Vật lí bao gồm: Câu lạc bộ học thuật, Hoạt động tham quan - dã ngoại, Sân khấu tương tác (diễn đàn kịch tương tác), Hoạt động ngoại khóa, Trò chơi học tập/mô phỏng, và Hoạt động nghiên cứu khoa học.

  3. Cấu trúc năng lực Vật lí của học sinh THPT: Theo Chương trình Giáo dục phổ thông 2018 môn Vật lí, năng lực Vật lí gồm 3 thành tố:

    • Nhận thức kiến thức vật lí: Nhận diện hiện tượng, mô hình hệ vật lí, biểu đạt bằng lời nói/ký hiệu/sơ đồ, phân loại và phân tích logic.
    • Tìm tòi, khám phá thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí: Đề xuất vấn đề, đặt câu hỏi, xây dựng giả thuyết khoa học, lập và thực hiện kế hoạch nghiên cứu, thu thập - xử lý số liệu, rút ra kết luận và báo cáo.
    • Vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học vào thực tiễn: Mô hình hóa hệ vật lí, giải thích hiện tượng đời sống, chứng minh và phản biện vấn đề kỹ thuật, gia công chế tạo thiết bị, đề xuất giải pháp ứng xử thích hợp với môi trường và công nghệ.

  4. Tiến trình dạy học trải nghiệm STEM: Tác giả áp dụng tiến trình gồm 6 bước tích hợp quy trình thiết kế kỹ thuật (theo Nguyễn Thanh Nga & Hoàng Phước Muội, 2018):

    • Bước 1: Đặt vấn đề STEM và chuyển giao nhiệm vụ.
    • Bước 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp.
    • Bước 3: Đề xuất phương án thiết kế sản phẩm (phác thảo bản vẽ kỹ thuật, thuyết trình và phản biện bản vẽ).
    • Bước 4: Gia công, chế tạo sản phẩm theo bản vẽ thiết kế.
    • Bước 5: Vận hành, thử nghiệm sản phẩm.
    • Bước 6: Thực hiện báo cáo sản phẩm, đánh giá và nhận xét chung.

Phương pháp nghiên cứu thực tế đã sử dụng

Phương pháp Nội dung triển khai cụ thể Nguồn dữ liệu / Công cụ thu thập
Nghiên cứu lý luận Phân tích, tổng hợp các công trình khoa học trong và ngoài nước về giáo dục STEM, Chương trình GDPT 2018 môn Vật lí, tài liệu về tâm lý học và lý luận dạy học. Sách chuyên ngành, kỷ yếu hội thảo, bài báo khoa học, văn bản quy phạm pháp luật (Chỉ thị 16/CT-TTg, Công văn 3089/BGDĐT-GDTrH, Quyết định 146/QĐ-TTg).
Thực nghiệm sư phạm Triển khai giảng dạy chủ đề STEM "Cân lò xo" tại 01 lớp học cụ thể ở trường THPT; tổ chức cho học sinh làm việc nhóm, thiết kế, gia công và thử nghiệm sản phẩm. Kế hoạch bài dạy, giáo án thực nghiệm tại lớp 10A1 trường THCS - THPT Hoa Sen, TP.HCM.
Đánh giá năng lực Kết hợp phân tích định tính (biểu hiện hành vi học tập, biên bản quan sát) và phân tích định lượng (thang đo Rubric theo 3 thành tố năng lực). Bảng tiêu chí Rubric đánh giá năng lực Vật lí, phiếu đánh giá sản phẩm, hồ sơ thiết kế, ảnh chụp, video ghi hình tiết học.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Cơ sở lý luận tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM phát triển năng lực Vật lí của học sinh THPT

Chương 1 hệ thống hóa khung lý thuyết nền tảng cho việc tích hợp giáo dục STEM vào hoạt động trải nghiệm môn Vật lí:

  • Lịch sử và bản chất giáo dục STEM: Phân tích sự phát triển từ thuật ngữ SMET sang STEM tại Hoa Kỳ và quá trình thể chế hóa mô hình này tại Việt Nam. Phân tích mục tiêu phát triển 4 nhóm năng lực đặc thù: Năng lực khoa học, Năng lực công nghệ, Năng lực kỹ thuật, và Năng lực toán học.
  • Vai trò của giáo dục STEM tại Việt Nam: Thúc đẩy hình thành phẩm chất, phát triển năng lực cốt lõi, đảm bảo mục tiêu giáo dục toàn diện và hỗ trợ công tác phân luồng, hướng nghiệp cho học sinh trung học.
  • Hoạt động trải nghiệm môn Vật lí: Phân loại 4 nhóm hoạt động cốt lõi (hướng vào bản thân, hướng đến xã hội, hướng đến tự nhiên, hướng nghiệp) cùng 6 hình thức tổ chức dạy học cụ thể trong nhà trường.
  • Xây dựng tiêu chí và công cụ đánh giá năng lực Vật lí: Xây dựng khung đánh giá 3 thành tố năng lực với các chỉ số hành vi cụ thể (từ VL1.1 đến VL3.4) được chia thành 4 mức độ biểu hiện rõ ràng trong bảng Rubric:
Thành tố năng lực Mã tiêu chí Nội dung năng lực thành phần
1. Nhận thức kiến thức vật lí VL1.1 Trình bày kiến thức vật lí phổ thông bằng các hình thức biểu đạt (nói, viết, vẽ sơ đồ, biểu đồ).
VL1.2 Thiết lập, chứng minh các kiến thức vật lí.
VL1.3 Tìm kiếm từ khóa, mô tả các tình huống thực tiễn thông qua kiến thức vật lí.
VL1.4 Nhận diện một số ngành nghề liên quan đến kiến thức vật lí trong bài học.
2. Tìm tòi, khám phá thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí VL2.1 Đặt câu hỏi và xác định vấn đề cần nghiên cứu.
VL2.2 Đề xuất dự đoán, giả thuyết khoa học cho vấn đề nghiên cứu.
VL2.3 Lập kế hoạch thực hiện (lựa chọn phương pháp lý thuyết hoặc thực nghiệm).
VL2.4 Thực hiện giải pháp, tiến hành thí nghiệm, thu thập và xử lý số liệu.
VL2.5 Trình bày, thảo luận kết quả và tham gia tranh biện khoa học.
VL2.6 Đánh giá quá trình thực hiện, chỉ ra giới hạn áp dụng và hướng nghiên cứu tiếp theo.
3. Vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học vào thực tiễn VL3.1 Vận dụng công thức và kiến thức vật lí để giải quyết các bài tập lý thuyết/thực hành.
VL3.2 Giải thích các hiện tượng tự nhiên và ứng dụng kỹ thuật trong thực tế.
VL3.3 Đánh giá, phản biện tác động của vấn đề thực tiễn và đề xuất giải pháp.
VL3.4 Gia công, chế tạo mô hình, thiết bị đáp ứng yêu cầu kỹ thuật thực tiễn.
VL3.5 Giải thích và thực hiện các quy tắc ứng xử an toàn với công nghệ và môi trường tự nhiên.
  • Tiêu chuẩn thiết kế chủ đề STEM: Xác lập 6 tiêu chí sư phạm cốt lõi (tập trung vào vấn đề thực tiễn; kết hợp tiến trình khoa học và quy trình thiết kế kỹ thuật; định hướng hành động và tạo ra sản phẩm; hoạt động nhóm kiến tạo; tích hợp khoa học và toán học; chấp nhận nhiều đáp án và xem thất bại thử nghiệm là một phần học tập).

Chương 2. Tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM trong dạy học với nội dung “Biến dạng của vật rắn” - Vật lí 10 nhằm phát triển năng lực Vật lí của học sinh

Chương 2 trình bày quy trình xây dựng kế hoạch dạy học thực tế:

  • Phân tích vị trí mạch nội dung: Trong Chương trình Vật lí 10 (gồm 7 chủ đề: Giới thiệu mục đích học tập môn Vật lí; Động học; Động lực học; Công, Năng lượng, Công suất; Động lượng; Chuyển động tròn; Biến dạng của vật rắn), nội dung "Biến dạng của vật rắn" được bố trí thời lượng 4 tiết học.
  • Yêu cầu cần đạt theo chương trình:
    • Nêu được khái niệm biến dạng kéo, biến dạng nén.
    • Mô tả được các đặc tính của lò xo: giới hạn đàn hồi, độ dãn, độ cứng.
    • Thiết kế hoặc lựa chọn phương án thí nghiệm, tìm mối liên hệ giữa lực đàn hồi và độ biến dạng của lò xo, từ đó phát biểu và vận dụng Định luật Hooke.
  • Thiết kế chi tiết chủ đề STEM "Cân lò xo":
    • Mục đích và ý nghĩa sản phẩm: Chế tạo thiết bị cân đo khối lượng nhỏ gọn, tiện dụng, phục vụ nhu cầu đo lường trong đời sống hàng ngày nhằm kiểm tra độ chính xác của hàng hóa.
    • Cơ sở khoa học và kỹ thuật: Sản phẩm hoạt động dựa trên nguyên lý cân bằng lực. Khi treo vật khối lượng $m$, lò xo chịu tác dụng của trọng lực $\vec{P}$ ($P = mg$) và lực đàn hồi $\vec{F}{đh}$ ($F{đh} = k \cdot \Delta l$). Ở trạng thái cân bằng: $$P = F_{đh} \implies mg = k \cdot \Delta l \implies m = \frac{k \cdot \Delta l}{g}$$ (với gia tốc trọng trường lấy $g = 10\text{ m/s}^2$, $k$ là độ cứng của lò xo, $\Delta l$ là độ biến dạng).
    • Cấu tạo kỹ thuật: Móc treo ống, lò xo, kim chỉ thị, ống nhựa dán thước đo khối lượng, móc treo vật.
    • Quy cách vật liệu và thông số kỹ thuật chế tạo:
Tên thiết bị / Vật liệu Thông số kỹ thuật Mục đích sử dụng
Giấy A4 Kích thước $210 \times 297\text{ mm}$ Chia vạch đo độ dài và thang đo khối lượng
Lò xo Chiều dài tự nhiên $5\text{ cm}$, độ cứng $k = 80 - 100\text{ N/m}$ Bộ phận cảm biến lực đàn hồi chính
Ống nhựa Chiều dài $30\text{ cm}$, đường kính ngoài $2\text{ cm}$ Ống bao bảo vệ và làm thân cân gắn thước đo
Dây kim loại Chiều dài $30\text{ cm}$, đường kính $1\text{ mm}$ Làm móc treo ống, móc treo tải trọng và kim chỉ thị
Dụng cụ gia công Kéo, dao rọc giấy, súng bắn keo Gia công, cắt gọt và cố định các chi tiết
  • Xây dựng bộ công cụ kiểm tra đánh giá: Thiết kế hệ thống phiếu học tập định hướng nghiên cứu kiến thức nền, phiếu đánh giá bản vẽ thiết kế kỹ thuật và bảng tiêu chí nghiệm thu sản phẩm "Cân lò xo" hoàn thiện.

Chương 3. Thực nghiệm sư phạm

Chương 3 mô tả quá trình và kết quả triển khai thực nghiệm sư phạm:

  • Địa bàn và đối tượng thực nghiệm: Lớp 10A1, trường THCS - THPT Hoa Sen, TP.HCM trong năm học 2023 - 2024, phối hợp cùng các giáo viên bộ môn Vật lí (ThS. Tôn Ngọc Tâm, ThS. Chiêm Nữ Cam Loan).
  • Kế hoạch và tiến trình thực nghiệm:
    • Hoạt động 1: Chuyển giao nhiệm vụ thiết kế dụng cụ đo khối lượng từ thực tiễn mua bán hàng ngày.
    • Hoạt động 2: Học sinh tự học kiến thức nền về biến dạng kéo, độ cứng của lò xo và định luật Hooke thông qua phiếu học tập.
    • Hoạt động 3: Hoạt động nhóm phác thảo bản vẽ kỹ thuật Cân lò xo; tổ chức báo cáo, phản biện bản vẽ trước lớp để hoàn thiện phương án tối ưu.
    • Hoạt động 4 & 5: Học sinh nhận vật liệu, thực hiện cắt gọt ống nhựa, uốn móc kim loại, căn chỉnh thang đo khối lượng, lắp ráp và thử tải hiệu chuẩn cân.
    • Hoạt động 6: Báo cáo sản phẩm hoàn thiện, giải trình sai số đo lường và tham gia đánh giá chéo giữa các nhóm.
  • Phương pháp thu thập và phân tích kết quả:
    • Đánh giá định tính: Ghi nhận chuyển biến về thái độ hợp tác nhóm, tính chủ động nghiên cứu tài liệu, tư duy kỹ thuật trong xử lý sai lệch khi hiệu chuẩn vạch chia độ của cân.
    • Đánh giá định lượng: Đánh giá mức độ đạt được của học sinh trên cả 3 thành tố năng lực (Nhận thức vật lí, Tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí, Vận dụng kiến thức vào thực tiễn). Phân tích chi tiết mức độ phát triển năng lực của toàn thể học sinh lớp 10A1 và phân tích sâu trường hợp 04 học sinh tiêu biểu (HS1, HS2, HS3, HS4).

Kết quả và đóng góp

Kết quả nghiên cứu chính

  1. Về mặt lý luận: Hệ thống hóa cơ sở lý luận về giáo dục STEM và hoạt động trải nghiệm theo Chương trình Giáo dục phổ thông 2018; xây dựng quy trình 6 bước dạy học trải nghiệm STEM gắn với mạch kiến thức biến dạng cơ học ở cấp THPT.
  2. Về mặt thiết kế sư phạm: Xây dựng hoàn chỉnh kế hoạch bài dạy chủ đề STEM "Cân lò xo" thuộc nội dung "Biến dạng của vật rắn" (Vật lí 10) với các thông số kỹ thuật rõ ràng, phiếu học tập và tiến trình tổ chức hoạt động cụ thể.
  3. Về mặt công cụ đánh giá: Xây dựng bảng Rubric đánh giá năng lực Vật lí chi tiết gồm 3 thành tố, 15 chỉ số hành vi cụ thể, hỗ trợ đắc lực cho việc quan sát hành vi và chấm điểm sản phẩm.
  4. Về kết quả thực nghiệm: Dữ liệu thực nghiệm tại lớp 10A1 trường THCS - THPT Hoa Sen cho thấy học sinh đã hoàn thành sản phẩm Cân lò xo hoạt động ổn định, xác định chính xác khối lượng vật thể trong phạm vi đàn hồi của lò xo. Mức độ đạt được ở các thành tố năng lực (đặc biệt là kỹ năng lập kế hoạch thí nghiệm, chế tạo thiết bị và giải thích hiện tượng thực tiễn) có sự gia tăng rõ rệt so với giai đoạn đầu tiếp cận.

Giải pháp và kiến nghị của tác giả

  • Đối với giáo viên: Cần chuẩn bị kỹ hệ thống phiếu học tập định hướng và dự trù các phương án xử lý kỹ thuật (như chọn lò xo có độ cứng phù hợp $k = 80 - 100\text{ N/m}$, dây kim loại không quá nặng làm dãn lò xo trước khi móc tải); linh hoạt thời gian để học sinh có đủ điều kiện gia công và hiệu chỉnh sai số.
  • Đối với nhà trường phổ thông: Tăng cường trang bị không gian thực hành, vật liệu tái chế và dụng cụ gia công an toàn; khuyến khích các hình thức sinh hoạt câu lạc bộ và dự án STEM liên môn nhằm tạo môi trường trải nghiệm thường xuyên cho học sinh.

Đóng góp mới của khóa luận

  • Thiết kế một chủ đề trải nghiệm STEM hoàn chỉnh, khả thi, sử dụng vật liệu chi phí thấp, dễ tìm kiếm (ống nhựa, lò xo ngắn, dây kim loại, giấy A4) nhưng vẫn đảm bảo chuẩn kiến thức, kỹ năng của Chương trình GDPT 2018 môn Vật lí 10.
  • Cung cấp khung công cụ đánh giá năng lực Vật lí tường minh, tích hợp giữa đánh giá quá trình (bản vẽ, thảo luận, chế tạo) và đánh giá sản phẩm (độ chính xác, độ bền, tính thẩm mỹ của cân).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Phạm vi thực nghiệm sư phạm chỉ mới được tiến hành trên 01 lớp học (lớp 10A1) tại một trường phổ thông liên cấp (THCS - THPT Hoa Sen, TP.HCM), chưa mở rộng đối chứng trên nhiều loại hình trường THPT khác nhau (trường chuyên, trường công lập vùng ven).
    • Nội dung nghiên cứu tập trung vào 01 chủ đề STEM ("Cân lò xo") trong phạm vi 4 tiết học của mạch nội dung "Biến dạng của vật rắn".
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Mở rộng thực nghiệm sư phạm trên nhiều lớp học và các trường THPT có điều kiện cơ sở vật chất khác nhau để kiểm định tính khái quát của mô hình.
    • Tiếp tục thiết kế và phát triển thêm các chủ đề trải nghiệm STEM cho các mạch kiến thức khác trong toàn bộ chương trình Vật lí cấp THPT (Lớp 10, 11 và 12).

Giá trị tham khảo

  • Đối với sinh viên ngành Sư phạm Vật lí, Sư phạm Khoa học Tự nhiên: Khóa luận là tài liệu mẫu về cấu trúc đề tài phương pháp dạy học theo Chương trình GDPT 2018; cung cấp phương pháp luận chi tiết để thiết kế chủ đề STEM từ mục tiêu, yêu cầu cần đạt đến tiến trình hoạt động 6 bước.
  • Đối với giáo viên môn Vật lí THPT: Có thể sử dụng trực tiếp giáo án, bản vẽ kỹ thuật, thông số vật liệu và thang đo rubric đánh giá của chủ đề "Cân lò xo" để triển khai giảng dạy nội dung Biến dạng của vật rắn lớp 10.
  • Đối với cán bộ quản lý chuyên môn: Cung cấp minh chứng thực tiễn và bộ tiêu chí kiểm tra, đánh giá học sinh trong hoạt động trải nghiệm STEM, phục vụ việc hướng dẫn triển khai Công văn 3089/BGDĐT-GDTrH tại các cơ sở giáo dục.

Câu hỏi thường gặp

1. Khóa luận căn cứ vào những văn bản chỉ đạo nào để khẳng định tính pháp lý của việc triển khai giáo dục STEM?

Tác giả viện dẫn các văn bản quy phạm pháp luật và chỉ đạo chuyên môn gồm: Nghị quyết số 29-NQ/TW (năm 2013) về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục; Chỉ thị số 16/CT-TTg (năm 2017) của Thủ tướng Chính phủ về tiếp cận Cách mạng công nghiệp 4.0; Chương trình Giáo dục phổ thông 2018; Công văn số 3089/BGDĐT-GDTrH (ngày 14/8/2020) của Bộ GD&ĐT hướng dẫn giáo dục STEM trong trường trung học; và Quyết định số 146/QĐ-TTg (năm 2022) của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt đề án nâng cao tỷ lệ cơ sở giáo dục tổ chức STEM/STEAM.

2. Năng lực Vật lí của học sinh THPT trong khóa luận được cấu trúc thành những thành tố nào?

Căn cứ theo Chương trình GDPT 2018 môn Vật lí, năng lực Vật lí gồm 3 thành tố:

  1. Nhận thức kiến thức vật lí (các tiêu chí VL1.1 đến VL1.4).
  2. Tìm tòi, khám phá thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí (các tiêu chí VL2.1 đến VL2.6).
  3. Vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học vào thực tiễn (các tiêu chí VL3.1 đến VL3.5).

3. Sản phẩm STEM được xây dựng trong khóa luận là gì và vận hành theo nguyên lý nào?

Sản phẩm là "Cân lò xo". Sản phẩm vận hành dựa trên nguyên lý cân bằng lực: khi treo vật khối lượng $m$, vật chịu tác dụng của trọng lực $P = mg$ (hướng thẳng đứng từ trên xuống) và lực đàn hồi của lò xo $F_{đh} = k \cdot \Delta l$ (hướng thẳng đứng từ dưới lên). Khi vật đứng yên cân bằng: $$P = F_{đh} \iff mg = k \cdot \Delta l$$ (với $g = 10\text{ m/s}^2$). Biết hệ số đàn hồi $k$ và độ dãn $\Delta l$, học sinh xác định được khối lượng $m$ của vật thông qua thang chia độ vạch sẵn trên thân cân.

4. Thông số kỹ thuật của các vật liệu chính để chế tạo Cân lò xo được quy định như thế nào?

Các vật liệu chính bao gồm:

  • Lò xo: Chiều dài tự nhiên $5\text{ cm}$, độ cứng $k = 80 - 100\text{ N/m}$.
  • Ống nhựa làm thân cân: Chiều dài $30\text{ cm}$, đường kính $2\text{ cm}$.
  • Dây kim loại làm móc và kim chỉ thị: Chiều dài $30\text{ cm}$, đường kính $1\text{ mm}$.
  • Giấy A4: Kích thước $210 \times 297\text{ mm}$ dùng làm bảng chia vạch khối lượng.

5. Thực nghiệm sư phạm của đề tài được triển khai tại đâu, trong thời gian nào?

Thực nghiệm sư phạm được tiến hành tại lớp 10A1, trường THCS - THPT Hoa Sen (Thành phố Hồ Chí Minh) trong khoảng thời gian từ tháng 09/2023 đến tháng 04/2024, dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Nguyễn Thanh Nga và sự phối hợp của các giáo viên Vật lí tại trường.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Lê Cao Thăng đã giải quyết đồng bộ và hoàn chỉnh bài toán tổ chức dạy học trải nghiệm STEM cho mạch kiến thức "Biến dạng của vật rắn" thuộc Chương trình Giáo dục phổ thông 2018 môn Vật lí 10. Bằng việc xây dựng thành công chủ đề thực hành "Cân lò xo" với thông số kỹ thuật rõ ràng và hệ thống tiêu chí Rubric đánh giá 3 thành tố năng lực chi tiết, nghiên cứu đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả của mô hình qua thực nghiệm tại trường THCS - THPT Hoa Sen. Đây là tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và thực tiễn cao cho sinh viên sư phạm, giáo viên Vật lí và các nhà quản lý trong việc đổi mới phương pháp dạy học theo định hướng phát triển năng lực học sinh.