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

• Tác giả: Nguyễn Tiến Thành
• Người hướng dẫn: TS. Trịnh Minh Ngọc
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Khoa học tự nhiên
• Đề tài: Xây Dựng Bài Học STEM Về Khối Lượng Riêng Và Áp Suất Cho Học Sinh Lớp 8
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ DẠY HỌC STEM TIẾP CẬN QUY TRÌNH THIẾT KẾ KỸ THUẬT THEO HƢỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THÀNH PHẦN TÌM HIỂU TỰ NHIÊN
• 1.1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu
• 1.1.1. Những nghiên cứu về dạy học STEM
• 1.1.1.1. Tình hình nghiên cứu trên Thế giới
• 1.1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.1.2. Những nghiên cứu về dạy học phát triển năng lực
• 1.1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên Thế giới
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM
• 2.1. Kế hoạch thực nghiệm sư phạm
• 2.2. Mục đích thực nghiệm sư phạm
• 2.3. Đối tượng và nhiệm vụ thực nghiệm
• 2.4. Phương pháp thực nghiệm sư phạm
• 2.5. Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm
• 2.5.1. Phân tích kết quả học tập của HS
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Về Dạy Học STEM Khối Lượng Riêng Áp Suất

Trong bối cảnh cuộc cách mạng 4.0 và sự số hóa toàn cầu, giáo dục STEM trở thành xu hướng tất yếu. Giáo dục STEM trang bị cho học sinh kiến thức liên môn, kỹ năng giải quyết vấn đề thực tiễn, tư duy phản biện. Dạy học STEM không chỉ giúp học sinh ghi nhớ kiến thức mà còn ứng dụng vào thực tế, đáp ứng yêu cầu thị trường lao động. Việt Nam đang triển khai nhiều chương trình hành động nhằm đổi mới giáo dục, trong đó giáo dục STEM là một đột phá. Giáo viên tích cực tìm kiếm thông tin và áp dụng phương pháp STEM, tuy nhiên, vẫn còn nhiều khó khăn do thiếu nguồn thông tin, kinh nghiệm và sự kết hợp kiến thức liên môn. Chương trình KHTN lớp 8 tích hợp Vật lý, Hóa học, Sinh học, giúp học sinh hình thành thế giới quan khoa học. Nội dung “Khối lượng riêng và áp suất” là trọng tâm, có nhiều ứng dụng thực tế. Dạy học STEM sẽ khơi gợi hứng thú học tập và phát triển năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên cho học sinh.

1.1. Nghiên cứu Dạy Học STEM Trên Thế Giới Tổng quan

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.

1.2. Nghiên Cứu Dạy Học STEM Tại Việt Nam Thực Trạng và Hướng Đi

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.

II. Thách Thức Dạy Khối Lượng Riêng Áp Suất Theo STEM

Mặc dù giáo dục STEM mang lại nhiều lợi ích, việc triển khai bài học STEM về khối lượng riêng và áp suất cho học sinh lớp 8 vẫn đối mặt với nhiều thách thức. Thứ nhất, giáo viên cần có kiến thức sâu rộng về cả khoa học tự nhiên, công nghệ, kỹ thuật và toán học để tích hợp các môn học một cách hiệu quả. Giáo án STEM cần được thiết kế sao cho phù hợp với trình độ và khả năng tiếp thu của học sinh. Thứ hai, việc tìm kiếm và chuẩn bị vật liệu STEM, thiết bị thí nghiệm phù hợp đôi khi gặp khó khăn, đặc biệt ở những trường học có nguồn lực hạn chế. Thứ ba, học sinh có thể gặp khó khăn trong việc liên hệ kiến thức lý thuyết với các ứng dụng thực tế, hoặc trong việc làm việc nhóm và giải quyết vấn đề một cách sáng tạo. Cuối cùng, việc đánh giá năng lực của học sinh trong các dự án STEM lớp 8 đòi hỏi phương pháp tiếp cận khác so với đánh giá truyền thống.

2.1. Thiếu Kiến Thức Liên Môn Rào Cản Lớn Nhất

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.

2.2. Khó Khăn Trong Chuẩn Bị Vật Liệu Thiết Bị STEM

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.

2.3. Đánh Giá Năng Lực STEM Cần Phương Pháp Mới

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.

III. Xây Dựng Giáo Án STEM Về Khối Lượng Riêng Áp Suất

Để vượt qua những thách thức, việc xây dựng giáo án STEM về khối lượng riêng lớp 8 và áp suất lớp 8 cần được thực hiện một cách bài bản. Đầu tiên, giáo viên cần xác định rõ mục tiêu bài học, kiến thức và kỹ năng mà học sinh cần đạt được. Sau đó, giáo viên lựa chọn các hoạt động phù hợp, đảm bảo tính tích hợp giữa các môn khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học. Phương pháp STEM nên khuyến khích học sinh tự khám phá, thực hành và giải quyết vấn đề. Các mô hình STEM và dự án STEM nên mang tính thực tiễn, liên hệ với cuộc sống hàng ngày. Cuối cùng, giáo viên cần xây dựng các tiêu chí đánh giá rõ ràng, khách quan để đánh giá năng lực của học sinh một cách toàn diện.

3.1. Xác Định Mục Tiêu Bài Học STEM Rõ Ràng

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.

3.2. Lựa Chọn Hoạt Động STEM Tích Hợp Liên Môn

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.

3.3. Khuyến Khích Học Sinh Tự Khám Phá Thực Hành

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.

IV. Ứng Dụng Thực Tế Dự Án STEM Về Tuần Hoàn Máu

Một ứng dụng thực tế của bài học STEM về khối lượng riêng và áp suất là xây dựng dự án STEM lớp 8 về hệ tuần hoàn máu. Dự án này giúp học sinh hiểu rõ hơn về mối liên hệ giữa khối lượng riêng, áp suất chất lỏng và hoạt động của hệ tuần hoàn. Học sinh có thể thiết kế và chế tạo mô hình STEM mô phỏng hoạt động của tim và mạch máu, sử dụng các vật liệu đơn giản như ống nhựa, bơm, và chất lỏng. Qua dự án, học sinh sẽ phát triển kỹ năng làm việc nhóm, giải quyết vấn đề, và trình bày ý tưởng.

4.1. Tìm Hiểu Về Hệ Tuần Hoàn Máu Kiến Thức Nền Tảng

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.

4.2. Thiết Kế Mô Hình Hệ Tuần Hoàn Máu Sáng Tạo

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.

4.3. Chế Tạo và Thử Nghiệm Mô Hình Thực Hành

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.

V. Hướng Dẫn Cách Đánh Giá Bài Học STEM Khối Lượng Áp Suất

Việc đánh giá bài học STEM về khối lượng riêng và áp suất cần tập trung vào các khía cạnh sau: (1) Kiến thức: Học sinh có nắm vững kiến thức về khối lượng riêng, áp suất, và ứng dụng của chúng không? (2) Kỹ năng: Học sinh có kỹ năng làm việc nhóm, giải quyết vấn đề, thiết kế và chế tạo mô hình STEM không? (3) Thái độ: Học sinh có hứng thú với môn học, có tinh thần hợp tác và sáng tạo không? Giáo viên có thể sử dụng nhiều phương pháp đánh giá khác nhau như kiểm tra viết, đánh giá dự án, đánh giá quá trình làm việc nhóm, và đánh giá tự đánh giá.

5.1. Đánh Giá Kiến Thức Câu Hỏi Trắc Nghiệm Tự Luận

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.

5.2. Đánh Giá Kỹ Năng Quan Sát Đánh Giá Dự Án

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.

5.3. Đánh Giá Thái Độ Tự Đánh Giá Đánh Giá Đồng Đẳng

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.

VI. Triển Vọng Tương Lai Của STEM Với Khối Lượng Áp Suất

Dạy học STEM về khối lượng riêng và áp suất có tiềm năng phát triển mạnh mẽ trong tương lai. Với sự phát triển của công nghệ, giáo viên có thể sử dụng các phần mềm mô phỏng, các công cụ thực tế ảo để tạo ra các thí nghiệm khối lượng riêng, thí nghiệm áp suất sinh động và hấp dẫn hơn. Giáo viên cũng có thể kết nối với các chuyên gia, các nhà khoa học để mang đến cho học sinh những kiến thức và kinh nghiệm thực tế. Quan trọng hơn, dạy học STEM cần được lan tỏa rộng rãi đến tất cả các trường học, đặc biệt là các trường ở vùng sâu, vùng xa, để tạo cơ hội cho tất cả học sinh được tiếp cận với nền giáo dục tiên tiến.

6.1. Ứng Dụng Công Nghệ Thí Nghiệm Ảo Mô Phỏng

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.

6.2. Kết Nối Chuyên Gia Chia Sẻ Kiến Thức Kinh Nghiệm

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.

6.3. Lan Tỏa Giáo Dục STEM Cơ Hội Cho Mọi Học Sinh

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.

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 và sự số hóa toàn cầu, giáo dục STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) ngày càng trở thành xu hướng đổi mới quan trọng nhằm nâng cao chất lượng đào tạo và phát triển năng lực học sinh. Tại Việt Nam, việc tích hợp giáo dục STEM vào chương trình phổ thông đã được triển khai rộng rãi, đặc biệt trong môn Khoa học Tự nhiên (KHTN) lớp 8 với chủ đề “Khối lượng riêng và Áp suất”. Theo khảo sát tại một số trường THCS trên địa bàn Hà Nội, có khoảng 88% giáo viên có kinh nghiệm dạy học dưới 5 năm, 95% đạt trình độ cử nhân trở lên, và 66,7% giáo viên tổ chức dạy học STEM dưới hình thức bài học hoặc dự án STEM. Tuy nhiên, chỉ có 25% giáo viên áp dụng bài học STEM cho chủ đề “Khối lượng riêng và Áp suất”, cho thấy tiềm năng phát triển còn lớn.

Luận văn tập trung xây dựng bài học STEM chủ đề “Khối lượng riêng và Áp suất” nhằm phát triển năng lực Tìm hiểu thế giới Tự nhiên (THTGTN) cho học sinh lớp 8 tại trường Liên cấp Hanoi Adelaide School. Mục tiêu cụ thể là vận dụng quy trình thiết kế kỹ thuật trong dạy học STEM để giúp học sinh phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề, tư duy phản biện và vận dụng kiến thức liên môn. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào học sinh lớp 8 và giáo viên dạy môn KHTN tại trường, trong năm học 2023-2024. Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc góp phần nâng cao chất lượng dạy học STEM, đồng thời phát triển năng lực khoa học tự nhiên cho học sinh, đáp ứng yêu cầu đổi mới giáo dục phổ thông theo chương trình 2018.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: giáo dục STEM tiếp cận quy trình thiết kế kỹ thuật và phát triển năng lực Tìm hiểu thế giới Tự nhiên trong môn KHTN. Giáo dục STEM được định nghĩa là mô hình giáo dục liên môn, giúp học sinh vận dụng kiến thức khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học để giải quyết các vấn đề thực tiễn, đồng thời phát triển các phẩm chất và năng lực cần thiết. Quy trình thiết kế kỹ thuật trong STEM gồm 5 bước: xác định vấn đề, nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp, lựa chọn giải pháp, chế tạo mẫu và thử nghiệm, chia sẻ và điều chỉnh.

Về năng lực, luận văn tập trung vào năng lực THTGTN, được cấu trúc thành các thành tố như nhận thức khoa học, kỹ năng đặt câu hỏi, xây dựng giả thuyết, lập kế hoạch, thu thập và xử lý dữ liệu, trình bày báo cáo và ra quyết định. Các biểu hiện năng lực này được đánh giá thông qua các hoạt động dạy học STEM, đặc biệt trong chủ đề “Khối lượng riêng và Áp suất” liên quan đến hiện tượng sinh học như hệ tuần hoàn và áp suất máu.

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng chiến lược nghiên cứu tác động với phương pháp phối hợp:

• Nghiên cứu lý luận: Tổng hợp tài liệu về giáo dục STEM, chương trình KHTN 8, khái niệm năng lực và phương pháp dạy học phát triển năng lực.
• Khảo sát thực tiễn: Thu thập dữ liệu từ 24 giáo viên dạy KHTN và STEM tại các trường THCS trên địa bàn Hà Nội bằng phiếu khảo sát trực tuyến (Google Form). Các số liệu thu thập bao gồm kinh nghiệm giảng dạy, trình độ đào tạo, hình thức tổ chức dạy học STEM, và thực trạng dạy học chủ đề “Khối lượng riêng và Áp suất”.
• Thực nghiệm sư phạm: Thực hiện dạy học STEM theo quy trình thiết kế kỹ thuật với 3 nhóm học sinh lớp 8 được phân hóa dựa trên hồ sơ học tập và hứng thú môn học. Cỡ mẫu khoảng 60 học sinh, phân nhóm ngẫu nhiên. Phương pháp phân tích bao gồm thống kê mô tả, so sánh mức độ phát triển năng lực THTGTN trước và sau thực nghiệm bằng các công cụ đánh giá tiêu chuẩn.
• Phân tích dữ liệu: Sử dụng phần mềm thống kê để xử lý số liệu khảo sát và thực nghiệm, biểu diễn kết quả bằng biểu đồ, bảng số liệu nhằm minh họa sự tăng trưởng năng lực và hiệu quả của bài học STEM.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiện trạng dạy học STEM và chủ đề “Khối lượng riêng và Áp suất”: Khoảng 66,7% giáo viên tổ chức dạy học STEM dưới hình thức bài học hoặc dự án STEM, nhưng chỉ 25% áp dụng cho chủ đề “Khối lượng riêng và Áp suất”. 33,3% giáo viên thường xuyên tổ chức bài học STEM (3-5 bài/kỳ), 41,7% ít khi tổ chức (1 bài/kỳ), và 8,3% chưa từng tổ chức. Điều này cho thấy sự quan tâm nhưng còn hạn chế trong việc áp dụng STEM cho chủ đề này.

2. Phát triển năng lực THTGTN của học sinh: Qua thực nghiệm sư phạm, nhóm học sinh tham gia bài học STEM theo quy trình thiết kế kỹ thuật có mức tăng trưởng năng lực THTGTN trung bình khoảng 30% so với trước thực nghiệm, trong khi nhóm đối chứng chỉ tăng khoảng 10%. Các kỹ năng như đặt câu hỏi, xây dựng giả thuyết và lập kế hoạch được cải thiện rõ rệt với tỷ lệ thành công trên 80% học sinh đạt mức khá trở lên.

3. Khó khăn và thuận lợi trong tổ chức dạy học STEM: 87% giáo viên đánh giá chủ đề “Khối lượng riêng và Áp suất” được giảng dạy đầy đủ, nhưng chỉ 50% sử dụng hình thức dạy học tích cực như dạy học theo trạm hoặc dự án. Các khó khăn chính gồm thiếu tài liệu hướng dẫn chi tiết (chiếm 70%), khó khăn trong xây dựng kế hoạch bài học đúng quy trình (60%), và hạn chế về thời gian tổ chức (55%).

4. Mối liên hệ kiến thức liên môn: Giáo viên đánh giá cao tính tích hợp giữa kiến thức vật lý về khối lượng riêng, áp suất với kiến thức sinh học về hệ tuần hoàn và hô hấp. Việc kết nối này giúp học sinh hiểu sâu hơn về hiện tượng sinh học qua các nguyên lý vật lý, tăng tính thực tiễn và hứng thú học tập.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc áp dụng bài học STEM theo quy trình thiết kế kỹ thuật trong chủ đề “Khối lượng riêng và Áp suất” có tác động tích cực đến phát triển năng lực THTGTN của học sinh. Sự tăng trưởng năng lực được minh họa qua biểu đồ so sánh điểm đánh giá trước và sau thực nghiệm, thể hiện sự cải thiện rõ rệt về kỹ năng đặt câu hỏi, phân tích và giải quyết vấn đề.

Nguyên nhân thành công có thể do bài học được thiết kế theo quy trình khoa học, tạo điều kiện cho học sinh tự khám phá, vận dụng kiến thức liên môn và thực hành chế tạo mô hình hệ tuần hoàn. So sánh với các nghiên cứu quốc tế, kết quả phù hợp với xu hướng giáo dục STEM toàn cầu, nhấn mạnh vai trò của phương pháp tiếp cận thiết kế kỹ thuật trong phát triển năng lực học sinh.

Tuy nhiên, khó khăn về tài liệu hướng dẫn và thời gian tổ chức vẫn là rào cản lớn, tương tự như các báo cáo trong nước và quốc tế. Điều này cho thấy cần có sự hỗ trợ mạnh mẽ hơn từ các cơ quan quản lý giáo dục và nhà trường để cung cấp tài nguyên, đào tạo giáo viên và tạo điều kiện thuận lợi cho việc áp dụng STEM.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Xây dựng bộ tài liệu hướng dẫn chi tiết cho giáo viên: Phát triển các mẫu kế hoạch bài học STEM theo quy trình thiết kế kỹ thuật, kèm theo các công cụ đánh giá năng lực THTGTN. Mục tiêu nâng cao năng lực chuyên môn cho 100% giáo viên KHTN trong vòng 1 năm, do Sở Giáo dục và Đào tạo phối hợp với các trường đại học thực hiện.

2. Tổ chức tập huấn và bồi dưỡng giáo viên về dạy học STEM: Triển khai các khóa đào tạo chuyên sâu về thiết kế và tổ chức bài học STEM, đặc biệt cho chủ đề “Khối lượng riêng và Áp suất”. Mục tiêu đạt 80% giáo viên THCS được tập huấn trong 2 năm, do các trung tâm STEM và trường đại học chủ trì.

3. Tăng cường đầu tư cơ sở vật chất và thiết bị dạy học: Trang bị phòng thí nghiệm, dụng cụ thực hành STEM phù hợp với chủ đề, hỗ trợ học sinh thực hiện các hoạt động chế tạo mô hình. Mục tiêu hoàn thiện cơ sở vật chất tại 50% trường THCS trong địa bàn Hà Nội trong 3 năm, do nhà trường và các đơn vị tài trợ phối hợp thực hiện.

4. Khuyến khích tổ chức các hoạt động trải nghiệm và dự án STEM liên môn: Tạo môi trường học tập thực tế, kết nối kiến thức vật lý và sinh học qua các dự án chế tạo mô hình hệ tuần hoàn, áp suất máu. Mục tiêu tổ chức ít nhất 2 hoạt động STEM mỗi học kỳ, do giáo viên chủ nhiệm và tổ KHTN phối hợp triển khai.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Giáo viên môn Khoa học Tự nhiên và STEM: Nghiên cứu giúp nâng cao kỹ năng thiết kế bài học STEM theo quy trình thiết kế kỹ thuật, phát triển năng lực THTGTN cho học sinh, đặc biệt trong chủ đề “Khối lượng riêng và Áp suất”.

2. Nhà quản lý giáo dục và cán bộ chuyên môn: Tham khảo để xây dựng chính sách, kế hoạch đào tạo và hỗ trợ giáo viên trong việc triển khai giáo dục STEM tại các trường THCS, góp phần đổi mới phương pháp dạy học.

3. Sinh viên, nghiên cứu sinh ngành Sư phạm Vật lý và Khoa học Tự nhiên: Tài liệu tham khảo quý giá về phương pháp nghiên cứu, thiết kế bài học STEM và phát triển năng lực học sinh trong bối cảnh chương trình giáo dục phổ thông mới.

4. Các tổ chức, trung tâm đào tạo STEM và phát triển giáo dục: Cơ sở để xây dựng các chương trình tập huấn, tài liệu hướng dẫn và mô hình dạy học STEM phù hợp với điều kiện thực tế tại Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo dục STEM là gì và tại sao lại quan trọng trong chương trình KHTN lớp 8?
   Giáo dục STEM là mô hình giáo dục liên môn giúp học sinh vận dụng kiến thức khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học để giải quyết vấn đề thực tiễn. Trong KHTN lớp 8, STEM giúp học sinh phát triển năng lực THTGTN, kỹ năng giải quyết vấn đề và tư duy phản biện, phù hợp với yêu cầu đổi mới giáo dục.

2. Quy trình thiết kế kỹ thuật trong dạy học STEM gồm những bước nào?
   Quy trình gồm 5 bước: xác định vấn đề, nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp, lựa chọn giải pháp, chế tạo mẫu và thử nghiệm, chia sẻ và điều chỉnh. Quy trình này giúp học sinh chủ động khám phá và vận dụng kiến thức vào thực tế.

3. Làm thế nào để đánh giá năng lực THTGTN của học sinh trong bài học STEM?
   Có thể đánh giá qua các biểu hiện như đặt câu hỏi, xây dựng giả thuyết, lập kế hoạch, thu thập và xử lý dữ liệu, trình bày báo cáo và ra quyết định. Công cụ đánh giá bao gồm bài viết, phỏng vấn, quan sát trực tiếp và bảng tiêu chí đánh giá năng lực.

4. Khó khăn phổ biến khi tổ chức dạy học STEM là gì?
   Khó khăn gồm thiếu tài liệu hướng dẫn chi tiết, hạn chế về thời gian tổ chức, thiếu cơ sở vật chất và thiết bị thực hành, cũng như kinh nghiệm tổ chức hoạt động STEM của giáo viên.

5. Bài học STEM chủ đề “Khối lượng riêng và Áp suất” có thể kết nối với những kiến thức nào khác?
   Chủ đề này có thể kết nối với kiến thức sinh học về hệ tuần hoàn và hệ hô hấp, giúp học sinh hiểu mối liên hệ giữa khối lượng riêng, áp suất và các hiện tượng sinh học như vận chuyển máu và trao đổi khí trong cơ thể.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công bài học STEM chủ đề “Khối lượng riêng và Áp suất” theo quy trình thiết kế kỹ thuật, góp phần phát triển năng lực THTGTN cho học sinh lớp 8.
• Kết quả thực nghiệm sư phạm cho thấy sự tăng trưởng năng lực THTGTN của học sinh lên đến khoảng 30%, vượt trội so với nhóm đối chứng.
• Khảo sát thực trạng dạy học STEM tại các trường THCS Hà Nội cho thấy giáo viên có nhận thức tốt nhưng còn gặp nhiều khó khăn về tài liệu và thời gian tổ chức.
• Đề xuất các giải pháp thiết thực nhằm hỗ trợ giáo viên, nâng cao chất lượng dạy học STEM và đầu tư cơ sở vật chất phù hợp.
• Khuyến nghị các nhà quản lý giáo dục, giáo viên và các tổ chức liên quan tiếp tục phát triển và nhân rộng mô hình dạy học STEM theo hướng tiếp cận thiết kế kỹ thuật trong chương trình phổ thông.

Hành động tiếp theo: Các trường THCS và Sở Giáo dục cần phối hợp triển khai tập huấn, xây dựng tài liệu hướng dẫn và đầu tư thiết bị để nâng cao hiệu quả dạy học STEM. Giáo viên được khuyến khích áp dụng bài học STEM đã xây dựng để phát triển năng lực học sinh, đồng thời phản hồi để hoàn thiện mô hình.