Xây Dựng Bài Học STEM Chủ Đề “Khối Lượng Riêng Và Áp Suất” Cho Học Sinh Khoa Học Tự Nhiên 8

Từ những năm 1990, Hoa Kỳ đã nỗ lực cải thiện giáo dục STEM để đáp ứng nhu cầu lực lượng lao động có kỹ năng. Mục đích là thu hút học sinh vào các chuyên ngành STEM, cải thiện nguồn nhân lực trong thị trường cạnh tranh. Những người ủng hộ tin rằng việc tăng cường Toán và Khoa học, cùng với Công nghệ và Kỹ thuật, sẽ giúp học sinh học tốt hơn và chuẩn bị tốt hơn cho giáo dục tiên tiến. Giáo dục STEM ngày càng quan trọng khi cuộc sống bị bao bọc bởi công nghệ và các vấn đề STEM phức tạp. Các quốc gia đã thành công trong việc áp dụng mô hình dạy học STEM, trang bị cho học sinh các kỹ năng cần thiết cho tương lai. Giáo dục STEM được công nhận là nền tảng cho sự phát triển và năng suất quốc gia, khả năng cạnh tranh kinh tế và thịnh vượng xã hội. Kiến thức và kỹ năng STEM là chìa khóa để nâng cao chất lượng lực lượng lao động STEM.

Dạy học STEM đã trở nên phổ biến ở Việt Nam, thể hiện hiệu quả cao trong nhiều môn học. STEM du nhập từ các cuộc thi chế tạo robot, sau đó lan rộng thành các công trình nghiên cứu, bài báo khoa học, bài học. Theo Vụ Giáo dục Trung học, giai đoạn 2021-2023 có hơn 88.529 bài giảng STEM được triển khai rộng rãi. Điều này cho thấy sự gia tăng về số lượng trường áp dụng phương pháp STEM. Các bài học liên ngành mang đến cho học sinh cơ hội hiểu về thế giới tích hợp, thay vì học kiến thức rời rạc. Tác giả Lê Huy Hoàng kết luận, giáo dục STEM hướng đến phát triển nguồn nhân lực về Khoa học, Kỹ thuật, Công nghệ và Toán học. Tác giả Nguyễn Quang Linh, Kiều Thị Khánh chỉ ra rằng giáo viên cần được hướng dẫn trong quá trình thiết kế và tổ chức dạy học theo giáo dục STEM. Dù giáo dục STEM được thúc đẩy mạnh mẽ, vẫn chưa có nghiên cứu cụ thể nào về việc tổ chức dạy học STEM với chủ đề “Khối lượng riêng và áp suất” thông qua các hiện tượng sinh học.

Để xây dựng bài học STEM hiệu quả, giáo viên cần hiểu sâu về vật lý lớp 8, khoa học lớp 8, đồng thời nắm vững kiến thức về công thức tính khối lượng riêng và công thức tính áp suất. Việc tích hợp kiến thức này với ứng dụng STEM trong thực tế là một thách thức lớn. Giáo viên cần sáng tạo trong việc thiết kế các hoạt động và thí nghiệm để giúp học sinh hiểu rõ hơn về mối liên hệ giữa lý thuyết và thực tiễn. Chẳng hạn, giáo viên có thể thiết kế thí nghiệm khối lượng riêng sử dụng các vật liệu đơn giản, dễ kiếm để học sinh tự tay thực hiện và khám phá.

Không phải trường học nào cũng có đủ thiết bị STEM hiện đại để phục vụ cho các thí nghiệm áp suất và thí nghiệm khối lượng riêng. Việc tìm kiếm và chuẩn bị vật liệu STEM phù hợp, đặc biệt là các vật liệu có tính ứng dụng cao, có thể tốn nhiều thời gian và công sức của giáo viên. Hơn nữa, giáo viên cần đảm bảo an toàn cho học sinh trong quá trình thực hiện thí nghiệm. Điều này đòi hỏi giáo viên phải có kinh nghiệm và kỹ năng hướng dẫn thực hành tốt. Các nguồn tài liệu mở và các trang web về giáo dục STEM có thể hỗ trợ giáo viên trong việc tìm kiếm ý tưởng và nguồn cung cấp vật liệu STEM phù hợp.

Đánh giá năng lực của học sinh trong giáo dục STEM không chỉ dừng lại ở việc kiểm tra kiến thức lý thuyết. Giáo viên cần đánh giá khả năng sáng tạo STEM, kỹ năng giải quyết vấn đề, làm việc nhóm và trình bày ý tưởng của học sinh. Các phương pháp đánh giá truyền thống như kiểm tra viết có thể không phù hợp để đánh giá toàn diện năng lực STEM. Giáo viên có thể sử dụng các phương pháp đánh giá thay thế như đánh giá dự án, đánh giá quá trình làm việc nhóm, hoặc yêu cầu học sinh tự đánh giá và đánh giá đồng đẳng. Bảng kiểm, rubric đánh giá là công cụ hữu ích để giáo viên đánh giá một cách khách quan và nhất quán.

Mục tiêu bài học STEM cần cụ thể, đo lường được, có tính khả thi, liên quan và có thời hạn (SMART). Ví dụ, mục tiêu có thể là "Học sinh có thể thiết kế và chế tạo một mô hình STEM minh họa nguyên lý hoạt động của hệ thống thủy lực sử dụng kiến thức về áp suất chất lỏng, với độ chính xác cao và tính thẩm mỹ đảm bảo trong vòng 2 tiết học". Mục tiêu rõ ràng giúp giáo viên định hướng hoạt động dạy học và học sinh biết được mình cần đạt được điều gì sau bài học. Mục tiêu cũng là cơ sở để xây dựng các tiêu chí đánh giá phù hợp.

Các hoạt động STEM nên tích hợp kiến thức từ các môn khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học một cách tự nhiên. Ví dụ, hoạt động thiết kế và chế tạo cầu sử dụng kiến thức về khối lượng riêng (để lựa chọn vật liệu), áp suất (để tính toán lực tác dụng), toán học (để tính toán kích thước và hình dạng), và kỹ thuật (để thiết kế cấu trúc cầu). Hoạt động nên khuyến khích học sinh làm việc nhóm, chia sẻ ý tưởng, và giải quyết vấn đề một cách sáng tạo. Các hoạt động cần được thiết kế sao cho phù hợp với thời gian và nguồn lực có sẵn.

Trong giáo dục STEM, vai trò của giáo viên là người hướng dẫn, hỗ trợ, không phải là người truyền đạt kiến thức một chiều. Giáo viên nên tạo điều kiện cho học sinh tự khám phá kiến thức thông qua các thí nghiệm khối lượng riêng, thí nghiệm áp suất, và các hoạt động thực hành khác. Học sinh nên được khuyến khích đặt câu hỏi, thử nghiệm các giải pháp khác nhau, và học hỏi từ sai lầm. Quá trình tự khám phá và thực hành giúp học sinh hiểu sâu hơn về kiến thức và phát triển các kỹ năng quan trọng.

Trước khi bắt tay vào dự án, học sinh cần tìm hiểu về cấu tạo và chức năng của hệ tuần hoàn máu. Hệ tuần hoàn có vai trò vận chuyển máu, oxy, chất dinh dưỡng đến các tế bào và loại bỏ chất thải. Tim là trung tâm của hệ tuần hoàn, bơm máu đi khắp cơ thể. Mạch máu gồm động mạch, tĩnh mạch và mao mạch, có chức năng vận chuyển máu từ tim đến các cơ quan và ngược lại. Áp suất máu là lực mà máu tác dụng lên thành mạch, có vai trò quan trọng trong việc duy trì hoạt động của hệ tuần hoàn.

Học sinh có thể sử dụng kiến thức về khối lượng riêng và áp suất chất lỏng để thiết kế mô hình STEM mô phỏng hoạt động của hệ tuần hoàn. Ví dụ, học sinh có thể sử dụng bơm để tạo áp suất đẩy chất lỏng (máu) đi trong ống (mạch máu). Học sinh có thể sử dụng các vật liệu khác nhau để tạo ra các mạch máu có kích thước và độ đàn hồi khác nhau, mô phỏng sự khác biệt giữa động mạch và tĩnh mạch. Học sinh cũng có thể sử dụng màu sắc khác nhau cho chất lỏng để phân biệt máu giàu oxy và máu nghèo oxy.

Sau khi thiết kế xong, học sinh tiến hành chế tạo mô hình STEM theo bản thiết kế. Quá trình chế tạo đòi hỏi học sinh phải có kỹ năng làm việc nhóm, kỹ năng sử dụng dụng cụ, và kỹ năng giải quyết vấn đề. Sau khi chế tạo xong, học sinh tiến hành thử nghiệm mô hình để kiểm tra tính đúng đắn và hiệu quả. Học sinh có thể điều chỉnh các thông số như áp suất, kích thước mạch máu để quan sát sự thay đổi và rút ra kết luận. Học sinh cần ghi lại kết quả thử nghiệm và trình bày trước lớp.

Kiểm tra viết vẫn là một phương pháp đánh giá kiến thức hiệu quả. Giáo viên có thể sử dụng câu hỏi trắc nghiệm để kiểm tra kiến thức cơ bản về khối lượng riêng, áp suất, công thức tính khối lượng riêng, công thức tính áp suất, và các khái niệm liên quan. Giáo viên cũng có thể sử dụng câu hỏi tự luận để kiểm tra khả năng vận dụng kiến thức vào giải quyết vấn đề và phân tích tình huống. Câu hỏi nên mang tính thực tiễn, liên hệ với cuộc sống hàng ngày.

Giáo viên có thể quan sát học sinh trong quá trình làm việc nhóm để đánh giá kỹ năng giao tiếp, hợp tác, phân công công việc, và giải quyết xung đột. Giáo viên cũng có thể đánh giá dự án của học sinh dựa trên các tiêu chí như tính sáng tạo, tính khoa học, tính ứng dụng, tính thẩm mỹ, và khả năng trình bày. Rubric đánh giá là công cụ hữu ích để giáo viên đánh giá một cách khách quan và nhất quán.

Học sinh có thể tự đánh giá mức độ hiểu biết của mình về kiến thức, kỹ năng và thái độ. Giáo viên có thể sử dụng bảng hỏi hoặc phỏng vấn để thu thập thông tin. Học sinh cũng có thể đánh giá đồng đẳng, đánh giá mức độ đóng góp của các thành viên trong nhóm. Việc tự đánh giá và đánh giá đồng đẳng giúp học sinh nhận ra điểm mạnh, điểm yếu của mình và cải thiện bản thân.

Công nghệ thực tế ảo (VR) và thực tế tăng cường (AR) có thể tạo ra các thí nghiệm áp suất ảo, giúp học sinh trải nghiệm và khám phá các hiện tượng vật lý một cách trực quan và sinh động. Các phần mềm mô phỏng có thể giúp học sinh thiết kế và thử nghiệm các mô hình STEM phức tạp mà không cần tốn kém chi phí và thời gian. Việc sử dụng công nghệ trong dạy học STEM giúp tăng tính tương tác, hứng thú và hiệu quả của bài học.

Giáo viên có thể mời các chuyên gia, các nhà khoa học đến trường để chia sẻ kiến thức và kinh nghiệm về khối lượng riêng, áp suất, và các ứng dụng của chúng trong thực tế. Học sinh có thể đặt câu hỏi, thảo luận với chuyên gia để hiểu sâu hơn về chủ đề. Việc kết nối với chuyên gia giúp học sinh có cái nhìn thực tế về ngành khoa học và kỹ thuật, khuyến khích học sinh theo đuổi sự nghiệp trong lĩnh vực này.

Giáo dục STEM cần được lan tỏa rộng rãi đến tất cả các trường học, đặc biệt là các trường ở vùng sâu, vùng xa. Cần có chính sách hỗ trợ, đào tạo giáo viên, cung cấp thiết bị và tài liệu để các trường có thể triển khai dạy học STEM một cách hiệu quả. Tạo cơ hội cho tất cả học sinh được tiếp cận với nền giáo dục tiên tiến, giúp các em phát triển toàn diện và đóng góp vào sự phát triển của đất nước.