Xây Dựng và Tổ Chức Chủ Đề STEM Trong Dạy Học Vật Lý

Khóa luận trình bày phương pháp tổ chức chủ đề STEM trong dạy học điện KHTN 9, phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh.

• Tác giả: Huỳnh Ngô Gia Phúc
• Người hướng dẫn: TS. Mai Hoàng Phương
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Sư Phạm Vật Lí
• Đề tài: Xây Dựng và Tổ Chức Chủ Đề STEM Trong Dạy Học
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ DẠY HỌC THEO MÔ HÌNH GIÁO DỤC STEM Ở TRƯỜNG THCS
• 1.1. Dạy học theo mô hình giáo dục STEM
• 1.2. Năng lực giải quyết vấn đề của học sinh
• 1.3. Quy trình thiết kế chủ đề giáo dục STEM ở trường trung học cơ sở
• 1.4. Tổ chức dạy học chủ đề STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề ở học sinh
• 1.5. Đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học chủ đề STEM
• KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
• 2. CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG CHỦ ĐỀ STEM TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC THUỘC MẠCH NỘI DUNG “ĐIỆN” - KHTN 9 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH
• 2.1. Phân tích nội dung kiến thức “Điện” thuộc môn KHTN 9 theo mô hình giáo dục STEM
• 2.2. Xây dựng chủ đề STEM “Quạt tích điện mini” nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh
• 2.3. Xây dựng công cụ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học chủ đề STEM “Quạt tích điện mini”
• KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
• 3. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM
• 3.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm
• 3.2. Nội dung thực nghiệm sư phạm
• 3.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm
• 3.4. Thống kê toán học
• KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Xây Dựng Chủ Đề STEM Trong Dạy Học Vật Lý

Chủ đề STEM trong dạy học Vật lý đang trở thành một xu hướng quan trọng trong giáo dục hiện đại. Việc tích hợp các yếu tố khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học không chỉ giúp học sinh phát triển kiến thức mà còn rèn luyện kỹ năng giải quyết vấn đề. Theo Bộ Giáo dục và Đào tạo, giáo dục STEM là một mô hình giáo dục liên môn, giúp học sinh áp dụng kiến thức vào thực tiễn. Điều này không chỉ tạo ra môi trường học tập tích cực mà còn khuyến khích sự sáng tạo và tư duy phản biện của học sinh.

1.1. Khái Niệm Về Giáo Dục STEM

Giáo dục STEM là một phương pháp dạy học tích hợp, kết hợp các môn học khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học. Mô hình này giúp học sinh phát triển năng lực giải quyết vấn đề và tư duy phản biện.

1.2. Lợi Ích Của Việc Tổ Chức Chủ Đề STEM

Tổ chức chủ đề STEM trong dạy học Vật lý mang lại nhiều lợi ích, bao gồm việc nâng cao sự hứng thú học tập, phát triển kỹ năng thực hành và khả năng làm việc nhóm cho học sinh.

II. Thách Thức Trong Việc Xây Dựng Chủ Đề STEM

Mặc dù việc xây dựng chủ đề STEM trong dạy học Vật lý mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng gặp phải không ít thách thức. Một trong những vấn đề lớn nhất là sự thiếu hụt tài liệu và nguồn lực hỗ trợ cho giáo viên. Ngoài ra, việc đào tạo giáo viên về phương pháp dạy học STEM cũng cần được chú trọng. Theo nghiên cứu của Huỳnh Ngô Gia Phúc (2023), nhiều giáo viên vẫn chưa nắm rõ các phương pháp dạy học tích cực và cách tích hợp các môn học.

2.1. Thiếu Tài Liệu Hỗ Trợ

Nhiều giáo viên gặp khó khăn trong việc tìm kiếm tài liệu phù hợp để xây dựng chủ đề STEM, dẫn đến việc áp dụng không hiệu quả trong giảng dạy.

2.2. Đào Tạo Giáo Viên Về STEM

Việc đào tạo giáo viên về phương pháp dạy học STEM còn hạn chế, ảnh hưởng đến chất lượng giảng dạy và khả năng áp dụng thực tiễn.

III. Phương Pháp Xây Dựng Chủ Đề STEM Hiệu Quả

Để xây dựng chủ đề STEM hiệu quả trong dạy học Vật lý, cần áp dụng một số phương pháp cụ thể. Việc thiết kế các hoạt động học tập dựa trên dự án là một trong những cách tiếp cận hiệu quả. Theo nghiên cứu, việc cho học sinh tham gia vào các dự án thực tế giúp họ áp dụng kiến thức vào thực tiễn và phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề.

3.1. Thiết Kế Hoạt Động Học Tập Dựa Trên Dự Án

Thiết kế các hoạt động học tập dựa trên dự án giúp học sinh áp dụng kiến thức vào thực tiễn, từ đó phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề.

3.2. Tích Hợp Công Nghệ Trong Dạy Học

Sử dụng công nghệ trong dạy học STEM không chỉ giúp học sinh tiếp cận kiến thức một cách trực quan mà còn khuyến khích sự sáng tạo và tư duy phản biện.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Chủ Đề STEM Trong Dạy Học Vật Lý

Việc áp dụng chủ đề STEM trong dạy học Vật lý đã cho thấy những kết quả tích cực. Nghiên cứu của Huỳnh Ngô Gia Phúc (2023) cho thấy học sinh có khả năng giải quyết vấn đề tốt hơn khi tham gia vào các hoạt động STEM. Họ không chỉ nắm vững kiến thức mà còn phát triển kỹ năng làm việc nhóm và tư duy phản biện.

4.1. Kết Quả Nghiên Cứu Về Năng Lực Giải Quyết Vấn Đề

Nghiên cứu cho thấy học sinh tham gia vào các hoạt động STEM có khả năng giải quyết vấn đề cao hơn so với phương pháp dạy học truyền thống.

4.2. Phát Triển Kỹ Năng Làm Việc Nhóm

Các hoạt động nhóm trong chủ đề STEM giúp học sinh phát triển kỹ năng làm việc nhóm, từ đó nâng cao khả năng giao tiếp và hợp tác.

V. Kết Luận Về Tương Lai Của Chủ Đề STEM Trong Giáo Dục

Chủ đề STEM trong giáo dục Vật lý không chỉ là một xu hướng mà còn là một yêu cầu cần thiết trong bối cảnh hiện đại. Việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh thông qua các hoạt động STEM sẽ giúp họ tự tin hơn trong việc đối mặt với các thách thức trong tương lai. Theo Bộ Giáo dục và Đào tạo, việc tích hợp STEM vào chương trình học sẽ tiếp tục được đẩy mạnh trong những năm tới.

5.1. Xu Hướng Tích Hợp STEM Trong Giáo Dục

Xu hướng tích hợp STEM vào giáo dục sẽ tiếp tục phát triển, đáp ứng nhu cầu của xã hội hiện đại và thị trường lao động.

5.2. Định Hướng Phát Triển Năng Lực Cho Học Sinh

Định hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh thông qua giáo dục STEM sẽ giúp họ trở thành những công dân toàn cầu trong tương lai.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Chương trình Giáo dục phổ thông 2018 (CTGDPT 2018) đánh dấu bước chuyển dịch căn bản của nền giáo dục Việt Nam từ định hướng truyền thụ kiến thức sang hình thành, phát triển phẩm chất và năng lực cho người học. Trong bối cảnh thực hiện Nghị quyết số 29-NQ/TW của Ban Chấp hành Trung ương Đảng về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo, cùng Chỉ thị số 16/CT-TTg ngày 04/05/2017 của Thủ tướng Chính phủ về việc tăng cường năng lực tiếp cận cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư, giáo dục STEM (Science - Khoa học, Technology - Công nghệ, Engineering - Kỹ thuật, Mathematics - Toán học) đã trở thành một định hướng giáo dục trọng tâm. Nhằm cụ thể hóa định hướng này ở bậc trung học, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã ban hành Công văn số 3089/BGDĐT-GDTrH hướng dẫn triển khai dạy học theo các chủ đề giáo dục STEM.

Trong cấu trúc chương trình môn Khoa học tự nhiên (KHTN) cấp Trung học cơ sở (THCS), mạch nội dung "Điện" ở lớp 9 giữ vị trí nền tảng, cung cấp các khái niệm then chốt về điện trở, định luật Ohm, đoạn mạch một chiều mắc nối tiếp, mắc song song, công suất và năng lượng dòng điện. Đây là tiền đề trực tiếp cho mạch nội dung "Dòng điện, mạch điện" thuộc môn Vật lí 11 ở cấp Trung học phổ thông. Nhằm chuẩn bị nguồn tài liệu mở, có tính thực tiễn cao cho giáo viên khi triển khai CTGDPT 2018 đối với khối lớp 9 trong năm học 2024–2025, việc nghiên cứu xây dựng tiến trình dạy học STEM gắn với các ứng dụng kỹ thuật thực tế là yêu cầu cấp thiết.

Đề tài khóa luận được xác định cụ thể như sau:

• Mục đích nghiên cứu: Thiết kế và tổ chức dạy học một số kiến thức thuộc mạch nội dung "Điện" (KHTN 9) theo mô hình giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề (NLGQVĐ) của học sinh.
• Nhiệm vụ nghiên cứu:
  1. Nhiệm vụ 1: Xây dựng cơ sở lý luận về dạy học theo mô hình giáo dục STEM và cơ sở lý luận về phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh THCS.
  2. Nhiệm vụ 2: Phân tích nội dung kiến thức "Điện" (KHTN 9), tìm hiểu ứng dụng thực tiễn, xây dựng ý tưởng, thiết kế tiến trình dạy học chủ đề STEM ("Quạt tích điện mini"), hệ thống phiếu học tập và bộ công cụ kiểm tra, đánh giá NLGQVĐ của học sinh.
  3. Nhiệm vụ 3: Tiến hành thực nghiệm sư phạm tại trường THCS, thu thập dữ liệu và xử lý kết quả để kiểm chứng giả thuyết khoa học của đề tài.
• Đối tượng nghiên cứu: Hoạt động dạy học một số kiến thức thuộc mạch nội dung "Điện" – KHTN 9 theo mô hình giáo dục STEM; Năng lực giải quyết vấn đề của học sinh THCS.
• Phạm vi nghiên cứu:
  • Không gian: Trường THCS Phú Hòa Đông, huyện Củ Chi, Thành phố Hồ Chí Minh.
  • Thời gian: Từ tháng 09/2022 đến tháng 04/2023.
• Giả thuyết khoa học: Nếu vận dụng cơ sở lý luận của mô hình giáo dục STEM để tổ chức dạy học một số kiến thức thuộc mạch nội dung "Điện" trong môn Khoa học tự nhiên lớp 9 thì sẽ phát triển được NLGQVĐ cho học sinh THCS.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận thiết lập khung lý thuyết dựa trên các văn bản quy phạm và nghiên cứu chuyên ngành về giáo dục STEM và lý luận dạy học:

• Chu trình giáo dục STEM: Tiếp cận theo tài liệu hướng dẫn của Bộ Giáo dục và Đào tạo (2019), mô tả mối quan hệ tương hỗ hai chiều giữa Quy trình khoa học (Science: từ Công nghệ sang Tri thức nhằm nghiên cứu, khám phá quy luật) và Quy trình kỹ thuật (Engineering: từ Tri thức sang Công nghệ nhằm vận dụng tri thức vào thiết kế, sáng tạo công nghệ mới) theo mô hình xoáy ốc nâng cao.
• Quy trình thiết kế kỹ thuật (EDP): Vận dụng mô hình quy trình thiết kế kỹ thuật của NASA gồm 6 bước: Đặt câu hỏi (Ask) $\rightarrow$ Tưởng tượng (Imagine) $\rightarrow$ Lập kế hoạch (Plan) $\rightarrow$ Sáng tạo (Create) $\rightarrow$ Kiểm tra (Test) $\rightarrow$ Cải tiến (Improve).
• Tiến trình bài học STEM 5 hoạt động: Cụ thể hóa hướng dẫn của Vụ Giáo dục Trung học thành cấu trúc 5 pha hoạt động:
  1. Hoạt động 1: Xác định vấn đề.
  2. Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức khoa học và đề xuất giải pháp.
  3. Hoạt động 3: Lựa chọn giải pháp.
  4. Hoạt động 4: Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá.
  5. Hoạt động 5: Chia sẻ, thảo luận và điều chỉnh.
• Cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề: Kế thừa Thông tư số 32/2018/TT-BGDĐT và khung cấu trúc của Đỗ Hương Trà, tác giả tinh gọn cấu trúc NLGQVĐ thành 6 thành tố chính: (1) Tìm hiểu vấn đề; (2) Đề xuất giải pháp giải quyết vấn đề; (3) Thực hiện giải pháp giải quyết vấn đề; (4) Thiết kế và tổ chức hoạt động; (5) Tư duy độc lập; (6) Xem xét, đánh giá lại vấn đề; được cụ thể hóa thành 10 biểu hiện hành vi đặc trưng.
• Bộ công cụ đánh giá (Rubric): Thiết kế bảng kiểm và phiếu đánh giá theo tiêu chí với thang đo 4 mức độ (từ Mức 1 đến Mức 4) phục vụ cả đánh giá định tính lẫn định lượng hóa điểm số quy đổi về thang điểm 10.

Hệ thống phương pháp nghiên cứu thực tế được triển khai bao gồm:

Nhóm phương pháp	Nội dung và kỹ thuật thực hiện	Nguồn dữ liệu / Phương tiện
Nghiên cứu lý luận	Phân tích, tổng hợp tài liệu về CTGDPT 2018, lý luận dạy học STEM, quy trình EDP, lý luận về NLGQVĐ và kỹ thuật xây dựng Rubric.	Văn bản của Bộ GD&ĐT, tài liệu tập huấn giáo dục STEM, các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước.
Nghiên cứu thực tiễn	Điều tra, khảo sát thực trạng giảng dạy kiến thức "Điện" và nhận thức về giáo dục STEM của giáo viên THCS tại TP. Hồ Chí Minh.	Phiếu khảo sát giáo viên, chương trình và sách giáo khoa hiện hành.
Thực nghiệm sư phạm	Tổ chức dạy học thực tế chủ đề "Quạt tích điện mini" theo kế hoạch bài dạy 5 pha đã thiết kế tại trường THCS.	Kế hoạch bài dạy, hồ sơ học tập của học sinh, thiết bị ghi hình, biên bản quan sát giờ học.
Thống kê toán học	Sử dụng các tham số thống kê mô tả để lượng hóa điểm số Rubric, tính tỷ lệ phần trăm các mức độ đạt được ở từng thành tố năng lực.	Bảng điểm Rubric đánh giá của giáo viên, phiếu tự đánh giá và đánh giá đồng đẳng của học sinh.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Cơ sở lí luận về dạy học theo mô hình giáo dục STEM ở trường THCS

Chương này tập trung hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý luận về giáo dục STEM và năng lực giải quyết vấn đề ở cấp THCS:

• Làm rõ bản chất thuật ngữ STEM dưới hai góc độ: ngữ cảnh giáo dục (tích hợp liên môn gắn với thực tiễn) và ngữ cảnh nghề nghiệp.
• Xác định 3 mục tiêu cốt lõi của giáo dục STEM: phát triển năng lực đặc thù các môn STEM, phát triển năng lực cốt lõi (tư duy phản biện, hợp tác), và định hướng nghề nghiệp.
• Phân tích 4 tiêu chí của một chủ đề giáo dục STEM: (1) Hướng tới giải quyết vấn đề thực tiễn; (2) Vận dụng kiến thức STEM; (3) Định hướng thực hành; (4) Khuyến khích làm việc nhóm.
• Xác định biểu hiện của giáo dục STEM trong CTGDPT 2018 thông qua sự hiện diện đầy đủ của các môn học Khoa học tự nhiên, Công nghệ, Tin học, Toán học và tính mở của chương trình.
• Xây dựng cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề gồm 6 thành tố, 10 biểu hiện hành vi và đề xuất 4 biện pháp sư phạm nhằm phát triển năng lực này qua dạy học STEM.
• Mô tả quy trình thiết kế chủ đề STEM 4 bước và tiến trình 5 pha bài dạy theo quy trình thiết kế kỹ thuật EDP của NASA.
• Thiết lập nguyên tắc đánh giá năng lực trong giáo dục STEM (định hướng sản phẩm, kết hợp đánh giá của giáo viên với tự đánh giá và đánh giá đồng đẳng) cùng bảng Rubric tổng quát gồm 16 tiêu chí chi tiết chia theo 4 mức độ thực hiện.

Chương 2. Xây dựng chủ đề STEM trong dạy học một số kiến thức thuộc mạch nội dung "Điện" - KHTN 9 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh

Chương 2 là phần trọng tâm thiết kế sư phạm của khóa luận:

• Phân tích yêu cầu cần đạt mạch nội dung "Điện" (KHTN 9):
  • Điện trở của dây dẫn: Nêu và vận dụng công thức tính điện trở phụ thuộc kích thước và vật liệu ($R = \rho \frac{l}{S}$), đơn vị Ohm ($\Omega$), k$\Omega$, M$\Omega$.
  • Định luật Ohm: Thực hiện thí nghiệm xây dựng hệ thức $I = \frac{U}{R}$.
  • Đoạn mạch một chiều: Đoạn mạch nối tiếp ($I = I_1 = I_2$, $U = U_1 + U_2$, $R_{tđ} = R_1 + R_2$) và đoạn mạch song song ($I = I_1 + I_2$, $U = U_1 = U_2$, $\frac{1}{R_{tđ}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2}$).
  • Năng lượng dòng điện và công suất điện: Nêu công suất định mức, chứng minh dòng điện mang năng lượng, tính điện năng tiêu thụ và công suất trong mạch đơn giản.
• Xây dựng chủ đề STEM "Quạt tích điện mini":
  • Xác định mục tiêu kiến thức (nguyên lý nguồn điện một chiều, động cơ điện mini, biến trở điều chỉnh tốc độ, mạch sạc pin tích điện), kỹ năng và thái độ.
  • Phân bổ tiến trình tổ chức dạy học thành 5 hoạt động học tập tương ứng với các pha EDP:
    • Hoạt động 1: Nhận giao nhiệm vụ chế tạo quạt tích điện mini giải quyết tình huống mất điện hoặc làm mát di động.
    • Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền về đoạn mạch điện, biến trở và lập phương án thiết kế sơ đồ nguyên lý.
    • Hoạt động 3: Báo cáo, phản biện và thống nhất bản vẽ thiết kế kỹ thuật.
    • Hoạt động 4: Tiến hành gia công, lắp ráp mô hình quạt, thử nghiệm mạch điện và điều chỉnh sai hỏng.
    • Hoạt động 5: Báo cáo sản phẩm, vận hành thử nghiệm trước lớp và đánh giá chất lượng.
  • Xây dựng hệ thống công cụ hỗ trợ: Phiếu học tập số 1 (tìm hiểu kiến thức), Phiếu học tập số 2 (hướng dẫn thiết kế), bảng phân công nhiệm vụ nhóm và tiêu chí đánh giá bản vẽ/sản phẩm.
• Xây dựng công cụ đánh giá chi tiết: Thiết lập bộ Rubric chuyên biệt đánh giá NLGQVĐ của học sinh gắn liền với các hoạt động thực hiện chủ đề "Quạt tích điện mini".

Chương 3. Thực nghiệm sư phạm

Chương 3 trình bày việc triển khai dạy học trên lớp và xử lý dữ liệu thu được:

• Kế hoạch thực nghiệm: Triển khai tại khối 9 trường THCS Phú Hòa Đông (huyện Củ Chi, TP.HCM), dưới sự phối hợp của giáo viên bộ môn Huỳnh Thị Phương Thảo.
• Diễn biến thực nghiệm qua 2 giai đoạn:
  • Giai đoạn 1 (Chuẩn bị): Rà soát kế hoạch dạy học, chuẩn bị nguyên vật liệu mẫu (động cơ DC mini, cánh quạt, pin sạc, module sạc, công tắc, biến trở, khung vỏ tái chế) và các phiếu đánh giá.
  • Giai đoạn 2 (Tổ chức dạy học trên lớp): Tổ chức lớp học theo nhóm, áp dụng kỹ thuật dạy học tích cực (kỹ thuật khăn trải bàn khi thảo luận nhóm), tổ chức các phiên thảo luận bản vẽ, hướng dẫn học sinh chế tạo và điều hành buổi báo cáo, phản biện sản phẩm.
• Đánh giá kết quả thực nghiệm:
  • Đánh giá định tính: Ghi nhận sự chuyển biến trong hành vi học tập của học sinh, khả năng tự phát hiện lỗi sai trong mạch điện (chập mạch, đấu ngược cực động cơ, chọn sai trị số biến trở) và tinh thần hợp tác nhóm.
  • Đánh giá định lượng: Thống kê mức độ đạt được của từng thành tố năng lực giải quyết vấn đề qua bảng số liệu tỷ lệ phần trăm và biểu đồ phân bố điểm số ở từng mức độ.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu mang lại những kết quả và giá trị đóng góp cụ thể trong thực tiễn giáo dục:

• Kết quả thực nghiệm:
  • Học sinh tham gia lớp thực nghiệm đã hoàn thành các sản phẩm "Quạt tích điện mini" vận hành ổn định, có khả năng tích điện và điều chỉnh được tốc độ quay bằng biến trở.
  • Dữ liệu lượng hóa từ công cụ Rubric cho thấy sự cải thiện rõ rệt của học sinh qua 4 mức độ ở các thành tố năng lực giải quyết vấn đề:
    • Năng lực phát hiện và làm rõ vấn đề có sự gia tăng tỷ lệ học sinh đạt Mức 3 và Mức 4 (tự xác định nhiệm vụ kỹ thuật và phân tích các yêu cầu thiết kế mạch điện).
    • Năng lực đề xuất và lựa chọn giải pháp: Học sinh biết so sánh các phương án mắc mạch song song hoặc nối tiếp để tối ưu hiệu điện thế cấp cho động cơ và thời lượng sử dụng pin.
    • Năng lực thiết kế, chế tạo và thử nghiệm: Đa số các nhóm tự điều chỉnh được kế hoạch khi gặp sự cố kỹ thuật trong quá trình lắp ráp thực tế.
• Đề xuất giải pháp sư phạm:
  • Tác giả đề xuất quy trình kết hợp linh hoạt giữa hoạt động cá nhân và làm việc nhóm thông qua kỹ thuật khăn trải bàn.
  • Tăng cường sử dụng Rubric tự đánh giá và đánh giá đồng đẳng để học sinh tự nhận thức điểm mạnh, điểm yếu của sản phẩm trước khi báo cáo chính thức.
• Đóng góp mới của đề tài:
  • Hệ thống hóa và làm sáng tỏ cơ sở lý luận về việc phát triển NLGQVĐ thông qua mô hình giáo dục STEM ở cấp THCS theo CTGDPT 2018.
  • Thiết kế hoàn chỉnh tiến trình dạy học bài bản cho chủ đề STEM "Quạt tích điện mini" gắn với mạch nội dung "Điện" (KHTN 9).
  • Cung cấp bộ công cụ đánh giá NLGQVĐ chi tiết, có tính khả thi và định lượng hóa rõ ràng, làm tài liệu tham khảo cho giáo viên trung học cơ sở.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận chỉ ra một số điểm giới hạn trong quá trình triển khai:

• Hạn chế về phạm vi và thời gian: Nghiên cứu thực nghiệm sư phạm chỉ mới được tiến hành tại một đơn vị trường học (Trường THCS Phú Hòa Đông, huyện Củ Chi, TP.HCM) trong khoảng thời gian từ tháng 09/2022 đến tháng 04/2023, do đó quy mô mẫu khảo sát chưa bao quát toàn bộ các đối tượng học sinh ở các khu vực địa lý khác nhau.
• Hạn chế về nội dung kiến thức: Đề tài mới chỉ tập trung xây dựng một chủ đề STEM đơn lẻ ("Quạt tích điện mini") trong mạch nội dung "Điện", chưa bao quát toàn bộ các chủ đề khác của môn Khoa học tự nhiên 9.
• Hướng nghiên cứu tiếp theo:
  • Tiếp tục mở rộng thiết kế các chủ đề STEM cho các mạch nội dung kiến thức khác trong chương trình KHTN 9 (như Quang học, Năng lượng, Hóa học, Sinh học).
  • Triển khai thực nghiệm sư phạm trên diện rộng ở nhiều trường THCS với các điều kiện cơ sở vật chất khác nhau nhằm hoàn thiện bộ công cụ đánh giá năng lực.

Giá trị tham khảo

Bản khóa luận có giá trị ứng dụng thiết thực đối với nhiều đối tượng trong lĩnh vực giáo dục:

• Giáo viên môn Khoa học tự nhiên cấp THCS: Có thể sử dụng trực tiếp kế hoạch bài dạy chủ đề "Quạt tích điện mini", hệ thống phiếu học tập và bảng tiêu chí Rubric đánh giá trong quá trình giảng dạy mạch kiến thức "Điện" theo CTGDPT 2018.
• Sinh viên và học viên ngành Sư phạm Vật lí, Sư phạm Khoa học tự nhiên: Tham khảo phương pháp chuyển hóa quy trình thiết kế kỹ thuật (EDP) thành tiến trình bài dạy 5 pha hoạt động và cách thức xây dựng công cụ đánh giá năng lực theo chuẩn đầu ra.
• Cán bộ quản lý chuyên môn tại các trường THCS: Tham khảo cấu trúc tổ chức và tiêu chí đánh giá hoạt động giáo dục STEM theo định hướng chỉ đạo của Bộ Giáo dục và Đào tạo.

Câu hỏi thường gặp

1. Khóa luận lựa chọn chủ đề STEM nào để dạy học mạch kiến thức "Điện" môn KHTN 9?

Khóa luận lựa chọn và thiết kế chủ đề STEM mang tên "Quạt tích điện mini". Chủ đề này tích hợp các kiến thức nền tảng trong mạch "Điện" của KHTN 9 gồm: điện trở dây dẫn, biến trở, định luật Ohm, đoạn mạch điện một chiều mắc nối tiếp và song song, cùng các kiến thức về công suất và năng lượng dòng điện.

2. Quy trình thiết kế kỹ thuật được tác giả vận dụng trong khóa luận là mô hình nào?

Tác giả vận dụng mô hình Quy trình thiết kế kỹ thuật (EDP) của NASA gồm 6 bước: Đặt câu hỏi (Ask), Tưởng tượng (Imagine), Lập kế hoạch (Plan), Sáng tạo (Create), Kiểm tra (Test), và Cải tiến (Improve). Quy trình này được chuyển hóa sư phạm thành tiến trình bài học 5 hoạt động theo hướng dẫn của Vụ Giáo dục Trung học.

3. Năng lực giải quyết vấn đề của học sinh được cấu trúc thành những thành tố nào?

Khóa luận xây dựng cấu trúc NLGQVĐ gồm 6 thành tố chính:

1. Tìm hiểu vấn đề (nhận biết, phát hiện và mô tả vấn đề).
2. Đề xuất giải pháp giải quyết vấn đề (kết nối thông tin, mô tả bằng ngôn ngữ vật lí).
3. Thực hiện giải pháp giải quyết vấn đề (trình bày và điều chỉnh giải pháp).
4. Thiết kế và tổ chức hoạt động (lập kế hoạch, điều phối nguồn lực).
5. Tư duy độc lập (đặt câu hỏi, lập luận minh chứng).
6. Xem xét, đánh giá lại vấn đề (đánh giá hiệu quả, đề xuất cải tiến).

4. Địa bàn và thời gian tiến hành thực nghiệm sư phạm của đề tài là ở đâu?

Thực nghiệm sư phạm được tiến hành tại Trường THCS Phú Hòa Đông (huyện Củ Chi, Thành phố Hồ Chí Minh) với sự hỗ trợ của giáo viên Vật lí Huỳnh Thị Phương Thảo, trong khoảng thời gian từ tháng 09/2022 đến tháng 04/2023.

5. Công cụ Rubric đánh giá NLGQVĐ trong khóa luận được phân chia theo thang mức độ nào?

Công cụ Rubric trong khóa luận được xây dựng dựa trên 16 tiêu chí cụ thể, mỗi tiêu chí được phân chia thành 4 mức độ thực hiện (từ Mức 1: mức độ sơ khởi/chưa tự lực, cần hỗ trợ; đến Mức 4: mức độ hoàn chỉnh, độc lập, sáng tạo và chính xác), hỗ trợ giáo viên chấm điểm định tính và quy đổi định lượng sang hệ điểm 10.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Huỳnh Ngô Gia Phúc đã giải quyết trọn vẹn mục tiêu nghiên cứu thông qua việc thiết lập cơ sở lý luận vững chắc về giáo dục STEM và năng lực giải quyết vấn đề ở cấp THCS. Tác giả đã thiết kế thành công tiến trình dạy học chủ đề STEM "Quạt tích điện mini" tích hợp các kiến thức trọng tâm của mạch nội dung "Điện" trong môn Khoa học tự nhiên 9 theo đúng quy trình thiết kế kỹ thuật EDP 5 hoạt động. Kết quả thực nghiệm sư phạm tại Trường THCS Phú Hòa Đông đã kiểm chứng giả thuyết khoa học, chứng minh tính khả thi của phương án dạy học và hiệu quả của bộ công cụ Rubric trong việc bồi dưỡng, đánh giá năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh. Công trình là tài liệu tham khảo có giá trị ứng dụng thực tiễn cao cho giáo viên và sinh viên sư phạm trong lộ trình thực hiện Chương trình Giáo dục phổ thông 2018.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ DẠY HỌC THEO MÔ HÌNH GIÁO DỤC STEM Ở TRƯỜNG THCS 1. Day học theo mô hình giáo dục STEM (Bộ Giáo Dục và Đào tạo, 2019) 1. Thuật ngữ STEM STEM là cách viết lay chữ cái đầu tiên trong tiếng Anh của các từ: Science, Technology, Engineering.

Science (Khoa hoc): gom các kiến thức về Vật lý, Hóa học, Sinh học và Khoa học Trái đất nhằm giúp HS hiểu về thé giới tự nhiên và vận dụng kiến thức đó dé giải quyết các van dé khoa học trong cuộc sông hàng ngày. Technology (Công nghệ): phát trién khả nang sử dụng. hiểu và đánh công nghệ của HS, tạo cơ hội dé HS hiểu về công nghệ được phát triển như thế nao, ảnh hưởng cúa công nghệ mới tới cuộc sống. Engineering (Kỹ thuật): phát triên sự hiểu biết ở HS về cách công nghệ đang phát triển thông qua quá trình thiết kế kỳ thuật, tạo cơ hội dé tích hợp kiến thức của nhiêu môn học.

giúp cho những khái niệm liên quan trở nên dễ hiểu. Kỹ thuật cũng cung cấp cho HS những kỹ năng dé vận dụng sáng tạo cơ sở Khoa học và Toán học trong quá trình thiết kế các đối tượng. các hệ thông hay xây dựng các quy trình sản xuất. Maths (Toán học): là môn học nhằm phát triển ở HS khả năng phân tích, biện luận và truyền đạt ý tưởng một cách hiệu quả thông qua việc tính toán.

giải thích. các giải pháp giải quyết các van đẻ toán học trong các tỉnh hudng đặt ra. Thuật ngữ STEM được dùng trong hai ngữ canh khác nhau đó là ngữ cảnh giáo dục và ngữ cảnh nghẻ nghiệp. - Đổi với ngữ cảnh giáo duc, STEM nhìn mạnh đến sự quan tâm của nên giáo dục đối với các môn Khoa học, Công nghệ, Kỳ thuật và Toàn học.

Quan tâm đến việc tích hợp các môn học trên gắn với thực tiền để nâng cao NL cho người học. Giáo dục STEM có thê được hiéu và diễn giải ở nhiều cấp độ như: chính sách STEM, chương trình STEM, nhà trường STEM, môn học STEM, bài học STEM, hoạt động STEM. - Đối với ngữ cảnh nghệ nghiệp, STEM được hiểu là nghề nghiệp thuộc các lĩnh vực Khoa học. Kỹ thuật và Toán học.

(Nguyễn Thanh Nga. Science = e ie 33 es Sẽ zo s5 ge IN #8 =o gỗ Technology Math Knowledge š ? ea >e HỆ: $§ ° số Engineering Sơ đồ I. Chu trình STEM (Bộ GD & ĐT, 2019) “Science” trong chu trình STEM được mô ta bởi một mũi tên từ “Technology” sang “Knowledge” thé hiện quy trình sáng tạo khoa hoc. Dứng trước thực tiễn với “Công nghệ” hiện tại, các nhà khoa học, với năng lực tư duy phản biện, luôn đặt ra những câu hoi/van dé cần tiếp tục nghiên cứu.

hoàn thiện công nghệ. đó là các câu hỏi/vấn dé khoa học. Trả lời các câu hỏi khoa học hoặc giải quyết các van đề khoa học sẽ phát minh ra các "Kiến thức" khoa học. Ngược lại, “Engineering” trong chu trình STEM được mô tả bởi một mũi tên từ “Knowledge” sang “Technology” thé hiện quy trình kĩ thuật.

Các kĩ sư sử dụng "Kiến thức" khoa học đẻ thiết kế, sáng tạo ra công nghệ mới. Như vậy, trong chu trình STEM, "Science" được hiểu không chỉ là "Kiến thức" thuộc các môn khoa học (như Vật lí, Hoá hoc, Sinh học) mà bao hàm “Quy trình khoa học" đề phat minh ra kiến thức khoa học mới. Tương tự như vậy, "Engineering" trong chu trình STEM không chi là "Kiến thức" thuộc lĩnh vực "Ki thuật” mà bao hàm "Quy trình kĩ thuật" dé sáng tạo ra "Công nghệ" mới. Hai quy trình nói trên tiếp nói nhau, khép kín thành chu trình sáng tạo khoa học - kĩ thuật theo mô hình "xoáy ốc" mà cứ sau mỗi chu trình thì lượng kiến thức khoa học tăng lên va cùng với nó là công nghệ phát triển ở trình độ cao hơn.

Giáo dục STEM Có ba cách hiểu chính về giáo dục STEM như sau: a. Quan tâm đến các môn Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học Đây cũng 1a quan niệm về giáo dục STEM của Bộ giáo dục Mỹ. giáo dục STEM là một chương trình nhăm cung cấp hỗ trợ, tăng cường, giáo dục Khoa học, Công nghệ. Kỹ thuật và Toán học ở tiêu học và trung học cho đến bậc sau đại học.

Dây là nghĩa rộng khi nói về giáo dục STEM. Tích hợp của bón lĩnh vực Khoa học. Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học Kiến thức hàn lâm được kết hợp chặt chẽ với các bài học thực tế thông qua việc HS được áp dụng những kiến thức Khoa học, Công nghệ. Kỹ thuật và Toán học vào trong những bỗi cảnh cụ thê nhằm tạo nên một kết nỗi giữa nhà trường, cộng đông và các doanh nghiệp.

Tích hợp từ hai lĩnh vực về Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học trở lên Giáo dục STEM là phương pháp tiếp cận. khám phá trong giảng dạy và học tập giữa hai hay nhiều hơn các môn học STEM. hoặc giữa một chủ dé STEM và một hoặc nhiều môn học khác trong nhà trường. Mục tiêu giáo dục STEM Mục tiêu giáo dục STEM Sơ dé 1.

Mục tiêu giáo dục STEM - Phát triển các năng lực đặc thà của các môn học thuộc về STEM cho hoc sinh 10 Đó là những kiến thức, kỹ năng liên quan đến các môn học Khoa học, Công nghệ. Kỹ thuật và Toán học. Trong đó học sinh biết liên kết các kiến thức Khoa học. Toán học dé giải quyết các van dé thực tiễn.

Học sinh biết sử dung, quản lý và truy cập Công nghệ. Học sinh biết về quy trình thiết kế và chế tạo ra các sản phẩm. - Phát triển các năng Ìực cối lõi cho học sinh Giáo dục STEM nhằm chuẩn bị cho học sinh những cơ hội cũng như thách thức trong nên kinh tế cạnh tranh toàn cau của thé ky 21. Bên cạnh những hiéu biết về các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học, học sinh sẽ được phát triển tư duy phê phan, kha năng hợp tác dé thành công.

- Định hướng nghề nghiệp cho học sinh Giáo dục STEM sẽ tạo cho học sinh có những kiến thức, kỹ nang mang tính nên tảng cho việc học tập ở các bậc học cao hơn cũng như cho nghề nghiệp trong tương lai của học sinh. góp phần xây dựng lực lượng lao động có năng lực, phẩm chat tốt, đặc biệt là lao động trong lĩnh vực STEM nhằm đáp ứng mục tiêu xây dựng và phát triển đất nước. Tăng cường trang bị cho học sinh phô thông những kỹ năng về STEM, tăng Cường số lượng học sinh sẽ theo đuôi và nghiên cứu chuyên sâu về các lĩnh vực STEM. Quá trình sáng tao có thé được nuôi dưỡng trong hoc sinh nhưng phải cần thời gian và học sinh cân được nhúng trong môi trường và không gian đặc thù đẻ kích thích sự sáng tạo.

Do vậy, tiếp cận giáo dục STEM phải là tiếp cận mang tính liên ngành dé tạo ra sự kết hợp hài hòa giữa các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỳ thuật và Toán học nhằm mang đến cho học sinh những trải nghiệm thực tế thực sự có ý nghĩa. Chủ đề giáo dục STEM Giải quyết vấn đề thực tiễn Định hướng thực hành Sơ đồ 1. Tiêu chí của chủ dé giáo dục STEM ~ Chủ dé STEM hướng tới giải quyết các vẫn đề trong thực tiễn Vận dụng kiến thức STEM đề giải quyết các vấn đề thực tiền chính là mục tiêu của day học theo quan điểm giáo dục STEM. Do vậy, chủ đề STEM không phải là dé giải quyết các vấn đề mang tính tưởng tượng và xa rời thực tế mà nó luôn hướng đến giải quyết các van đề các tình huông trong xã hội.

kinh tế, môi trường trong cộng đồng địa phương của họ cũng như toàn cau. — Chủ dé STEM phải hướng tới việc học sinh vận dung các kiến thức trong lĩnh vực STEM dé giải quyết van dé Tiêu chí này nhằm dam bảo theo đúng tinh than giáo dục STEM, qua đó mới phát trién được những năng lực chuyên môn liên quan. — Chu dé STEM định hướng thực hành Định hướng hành động là một tiêu chí của quan điểm giáo dục STEM nhằm hình thành và phát triển năng lực kết hợp lý thuyết và thực hành cho học sinh. Diều này sẽ giúp học sinh có được kiến thức từ kinh nghiệm thực hành chứ không phải chỉ 12 từ lý thuyết.

Bằng cách xây dựng các bài giảng theo chu dé và dựa trên thực hành, học sinh sẽ hiệu sâu về lý thuyết. nguyên lý thông qua các hoạt động thực tế. ~ Chủ dé STEM khuyến khích làm việc nhóm giữa các học sinh Trên thực tế có những chủ đề STEM vẫn có thé triên khai cá nhân. làm việc theo nhóm là hình thức làm việc phù hợp trong việc giải quyết các nhiệm vụ phức hợp gắn với thực tiễn.

Làm việc theo nhóm là một kỹ năng quan trọng trong thể ki 21, bên cạnh đó khi làm việc theo nhóm học sinh sẽ được đặt vào môi trường thúc đây các nhu cau giao tiếp chia sẻ ý tưởng và cùng nhau phát triển giải pháp. Giáo duc STEM trong chương trình Giáo duc phố thông 2018 Việt Nam là quốc gia đang trong quá trình công nghiệp hóa. hiện đại hóa và hội nhập quốc tế, cuộc Cách mạng 4.0 mở ra nhiều cơ hội trong việc nâng cao trình độ công nghệ, nâng cao năng lực sản xuất và cạnh tranh sản phẩm đồng thời là cơ hội lớn cho sản xuất công nghiệp với trình độ và công nghệ tiên tiền. Tại Chi thị số 16/CT- TTg ngày 4/5/2017 của Thủ tướng Chính phủ đã chỉ rõ: “Cuộc cách mang công nghiệp lần thứ 4 với xu hướng phát triển dựa trên nén tảng tích hợp cao độ của hệ thống kết nổi số hóa - Vật lí— Sinh học với sự đột phá của Internet van vật va trí tue nhân tạo đang làm thay đổi căn bản nên sản xuất của thé giới.

Cách mạng công nghiệp lan thứ 4 với đặc điểm là tận dung mot cách triệt để sự lan tỏa của số hóa và công nghệ thông tin, Làn sóng công nghệ mới nay dang điển ra với tốc độ khác nhau tại các quốc gia trên thể giới. nhưng đang tác động mạnh mẽ, ngày một tăng tới mọi mặt của đời song kinh té- xã hội, dan đến việc thay doi phương thức và lực lượng san xuất của xã hội.