Tài liệu Thiết kế và tổ chức dạy học stem chủ đề “thời tiết” trong dạy học vật lý 10

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÝ ----------------- MAI THỊ THU HIỀN THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM CHỦ ĐỀ “THỜI TIẾT” TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ 10 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đà Nẵng, 2022 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÝ ----------------- MAI THỊ THU HIỀN THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM CHỦ ĐỀ “THỜI TIẾT” TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ 10 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Sư phạm Vật lý Khóa học: 2018 – 2022 Giảng viên hướng dẫn: TS. Dụng Văn Lữ Đà Nẵng, 2022 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô, bạn bè trong Khoa Vật lý - Đại học sư phạm Đà Nẵng đã giúp đỡ tận tình nhóm để nhóm có thể hoàn thành đề tài nghiên cứu này. Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Dụng Văn Lữ cùng với TS. Phùng Việt Hải đã cung cấp tài liệu nghiên cứu, hướng dẫn tận tình từ lúc em hình thành ý tưởng đến lúc hoàn thành xong đề tài nghiên cứu. Em xin cảm ơn quý thầy cô giảng viên khoa Vật lý trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm, sự nhiệt huyết với nghề cho em trong suốt quá trình học tập và làm đề tài nghiên cứu tại trường. Em cũng xin cảm ơn đến Ban giám hiệu trường THPT Hòa Vang, quý thầy cô tổ Vật lý, đặc biệt là cô Hoàng Châu Âu đã tạo điều kiện cho em tham dự, quan sát, tiếp cận học sinh, phân tích tiến trình, thực nghiệm sư phạm tại trường, làm cơ sở để hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp Do trình độ lý luận cũng như kinh nghiệm thực tiễn còn nhiều hạn chế nên bài nghiên cứu không thể không tránh khỏi những sai sót. Vì vậy, em rất mong được sự thông cảm, góp ý và đánh giá chân thành của quý thầy cô và bạn bè để chúng em có thể nâng cao kiến thức của bản thân, phục vụ tốt quá trình công tác của em sau này. Em xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, tháng 5 năm 2022 Sinh viên thực hiện (Ký và ghi rõ họ tên) Mai Thị Thu Hiền I MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................ I DANH MỤC VIẾT TẮT .............................................................................................. V DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................ VI DANH MỤC HÌNH ẢNH ....................................................................................... VIII MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài ......................................................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................................3 3. Nhiệm vụ nghiên cứu ................................................................................................3 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................3 5. Phương pháp nghiên cứu ..........................................................................................4 6. Cấu trúc đề tài nghiên cứu ........................................................................................4 CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ GIÁO DỤC STEM VỚI VIỆC PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC VẬT LÝ ....................................................................................................5 1.1. Giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông 2018 ................................5 1.1.1. Khái quát về giáo dục STEM ................................................................................5 1.1.1.1. Khái niệm STEM ................................................................................................5 1.1.1.2. Giáo dục STEM ..................................................................................................6 1.1.2. Các mức độ áp dụng STEM trong giáo dục ..........................................................6 1.1.3. Tiêu chí xây dựng bài học STEM..........................................................................8 1.1.4. Quy trình thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề STEM ..........................................10 1.1.5. Một số phương pháp và kĩ thuật tổ chức dạy học nhằm phát triển năng lực Vật lý của học sinh trong dạy học STEM ................................................................................13 1.1.5.1. Phương pháp 1: Dạy học dựa trên vấn đề ........................................................13 1.1.5.2. Phương pháp 2: Dạy học theo nhóm ................................................................14 1.1.5.3. Phương pháp 3: Dạy học dự án ........................................................................17 1.1.6. Đánh giá trong giáo dục STEM ...........................................................................17 1.1.7. Vai trò, ý nghĩa của giáo dục STEM trong chương trình GDPT 2018 ...............21 1.2. Bồi dưỡng năng lực vật lý của học sinh trong dạy học STEM ..............................21 1.2.1. Năng lực ..............................................................................................................21 1.2.2. Khái niệm năng lực vật lý của học sinh .............................................................22 1.2.3. Cấu trúc năng lực vật lý .......................................................................................22 1.2.4. Đánh giá năng lực vật lý của học sinh trong việc tổ chức dạy học STEM .........24 II KẾT LUẬN CHƯƠNG I ............................................................................................30 CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ CHỦ ĐỀ “THỜI TIẾT” TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ LỚP 10 THEO HƯỚNG BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC VẬT LÝ CHO HỌC SINH .......................................................................................................................................31 2.1. Xây dựng nội dung kiến thức chủ đề “Thời tiết” theo định hướng giáo dục STEM .......................................................................................................................................31 2.1.1. Chủ đề: Ẩm kế khô – ướt ....................................................................................31 2.1.2. Chủ đề: Vũ lượng kế (Máy đo lượng mưa) ........................................................31 2.1.3. Chủ đề: Phong tốc kế (Máy đo tốc độ gió)..........................................................32 2.1.4. Chủ đề: Thiết bị cảnh báo lũ................................................................................34 2.2. Thiết kế chủ đề STEM “Thời tiết” .........................................................................35 2.2.1. Tên chủ đề ...........................................................................................................35 2.2.2. Mô tả chủ đề ........................................................................................................35 2.2.3. Mục tiêu ...............................................................................................................36 2.2.3.1. Phát triển năng lực Vật lý .................................................................................36 2.2.3.2. Các năng lực chung ..........................................................................................38 2.2.3.3. Phát triển phẩm chất .........................................................................................38 2.2.4. Thiết bị và học liệu ..............................................................................................39 2.2.4.1. Chuẩn bị của giáo viên .....................................................................................39 2.2.4.2. Chuẩn bị của học sinh.......................................................................................66 2.2.5. Tiến trình dạy học ................................................................................................66 2.2.5.1. Chuỗi các hoạt động theo chủ đề ......................................................................66 2.2.5.2. Các hoạt động cụ thể ........................................................................................68 2.2.6. Công cụ đánh giá dạy học theo định hướng STEM ............................................83 2.2.6.1. Tiêu chí đánh giá năng lực Vật lý của HS ........................................................83 2.2.6.1.1. Ẩm kế khô – ướt ............................................................................................83 2.2.6.1.2. Vũ lượng kế ...................................................................................................86 2.2.6.1.3. Phong tốc kế ..................................................................................................89 2.2.6.1.4. Thiết bị cảnh báo lũ .......................................................................................91 2.2.6.2. Tiêu chí đánh giá sản phẩm ..............................................................................94 2.2.6.2.1. Ẩm kế khô – ướt ............................................................................................94 2.2.6.2.2. Vũ lượng kế ...................................................................................................95 2.2.6.2.3. Phong tốc kế ..................................................................................................95 III 2.2.6.2.4. Thiết bị cảnh báo lũ .......................................................................................96 2.2.6.3. Tiêu chí đánh giá thiết kế sản phẩm .................................................................97 2.2.6.4. Tiêu chí đánh giá quá trình thực hiện dự án .....................................................98 2.2.6.5. Phiếu lấy ý kiến học sinh khi tham gia lớp học STEM ....................................99 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ..........................................................................................100 CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ............................................................101 3.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm ...........................................................................101 3.2. Đối tượng thực nghiệm sư phạm ..........................................................................101 3.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm .....................................................................101 3.4. Quy trình thực nghiệm..........................................................................................101 3.5. Những thuận lợi và khó khăn gặp phải khi tiến hành thực nghiệm sư phạm .......102 3.6. Kế hoạch thực nghiệm sư phạm ...........................................................................102 3.7. Phân tích diễn biến thực nghiệm sư phạm............................................................103 3.8. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm ...............................................................113 3.8.1. Đánh giá định tính .............................................................................................113 3.8.2. Đánh giá định lượng ..........................................................................................117 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ..........................................................................................129 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................131 TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................133 PHỤ LỤC 1 ............................................................................................................... PLI PHỤ LỤC 2 ............................................................................................................ PLIII IV DANH MỤC VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ CMCN Cách mạng công nghiệp HS Học sinh GV Giáo viên TW Trung ương Bộ GD và ĐT Bộ Giáo dục và Đào tạo TT Thông tư GDPT Giáo dục phổ thông THPT Trung học phổ thông KHTN Khoa học tự nhiên PPDH Phương pháp dạy học GD Giáo dục OECD Tổ chức hợp tác và phát triển kinh tế CNTT Công nghệ thông tin HĐNGLL Hoạt động ngoài giờ lên lớp NL Năng lực CT Chương trình NLVL Năng lực Vật lý VL Vật lý HV Hành vi HĐ Hoạt động SGK Sách giáo khoa ĐH Đại học CĐ Cao đẳng V DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. 1. Ưu điểm và nhược điểm của dạy học theo nhóm ........................................16 Bảng 1. 2. Công cụ thu thập thông tin để đánh giá quá trình trong giáo dục STEM ....19 Bảng 1. 3. Bảng so sánh đánh giá năng lực và đánh giá kiến thức, kĩ năng .................19 Bảng 1. 4. Yêu cầu cần đạt và năng lực đặc thù của môn Vật lý ..................................22 Bảng 1. 5. Các mức độ biểu hiện hành vi của NLVL ...................................................24 Bảng 2. 1. Yêu cầu cần đạt chủ đề “Ẩm kế khô ướt” ...................................................31 Bảng 2. 2. Yêu cầu cần đạt chủ đề “Vũ lượng kế” .......................................................31 Bảng 2. 3. Yêu cầu cần đạt chủ đề “Phong tốc kế” ......................................................32 Bảng 2. 4. Yêu cầu cần đạt chủ đề “Thiết bị cảnh báo lũ” ...........................................34 Bảng 2. 5. Bảng thành tố phát triển NLVL ...................................................................36 Bảng 2. 6. Thiết bị và dụng cụ cho mô hình ‘‘Ẩm kế khô ướt’’ ..................................39 Bảng 2. 7. Giải thích chức năng từng bộ phận bản thiết kế mô hình ẩm kế khô – ướt.41 Bảng 2. 8. Bảng tra cứu độ ẩm không khí.....................................................................43 Bảng 2. 9. Thiết bị và dụng cụ cho mô hình “Vũ lượng kế” ........................................46 Bảng 2. 10. Giải thích chức năng từng bộ phận của bản thiết kế mô hình vũ lượng kế .......................................................................................................................................49 Bảng 2. 11. Các bước chế tạo mô hình vũ lượng kế .....................................................49 Bảng 2. 12. Thiết bị và dụng cụ cho mô hình “Phong tốc kế”......................................51 Bảng 2. 13. Thiết bị và dụng cụ cho mô hình “Phong tốc kế”......................................52 Bảng 2. 14. Các bước chế tạo mô hình phong tốc kế ...................................................53 Bảng 2. 15. Thiết bị và dụng cụ cho mô hình “Phong tốc kế” – Mô hình 2 .................54 Bảng 2. 16. Giải thích chức năng từng bộ phận của bản thiết kế mô hình phong tốc kế Mô hình 2.......................................................................................................................58 Bảng 2. 17. Các bước chế tạo mô hình phong tốc kế - Mô hình 2 ...............................59 Bảng 2. 18. Thiết bị và dụng cụ cho mô hình “Thiết bị cảnh báo lũ” ..........................60 Bảng 2. 19. Giải thích chức năng từng bộ phận của bản thiết kế thiết bị cảnh báo lũ ..63 Bảng 2. 20. Các bước chế tạo thiết bị cảnh báo lũ ........................................................64 Bảng 2. 21. Chuỗi các hoạt động dạy học theo chủ đề .................................................66 Bảng 2. 22. Các vấn đề cần tìm hiểu của các mô hình chủ đề ‘Thời tiết’ ....................71 Bảng 2. 23. Bảng tiến trình dự án .................................................................................71 Bảng 2. 24. Tiêu chí đánh giá năng lực VL mô hình “Ẩm kế khô – ướt” ....................83 Bảng 2. 25. Tiêu chí đánh giá năng lực VL theo mô hình “Vũ lượng kế” ...................86 Bảng 2. 26. Tiêu chí đánh giá năng lực VL theo mô hình “Phong tốc kế” ..................89 Bảng 2. 27. Tiêu chí đánh giá năng lực VL theo mô hình “Thiết bị cảnh báo lũ” .......91 Bảng 2. 28. Tiêu chí đánh giá sản phẩm ẩm kế khô – ướt ............................................94 Bảng 2. 29. Tiêu chí đánh giá sản phẩm vũ lượng kế ...................................................95 Bảng 2. 30. Tiêu chí đánh giá sản phẩm phong tốc kế (ống pi-to) - Mô hình 1 ...........95 Bảng 2. 31. Tiêu chí đánh giá sản phẩm phong tốc kế - Mô hình 2 .............................96 VI Bảng 2. 32. Tiêu chí đánh giá sản phẩm thiết bị cảnh báo lũ .......................................96 Bảng 2. 33. Tiêu chí đánh giá thiết kế sản phẩm ..........................................................97 Bảng 2. 34. Tiêu chí đánh giá quá trình thực hiện dự án ..............................................98 Bảng 2. 35. Phiếu khảo sát HS ......................................................................................99 Bảng 3. 1. Biểu hiện của HS ứng với tiêu chí đánh giá NLVL ..................................113 Bảng 3. 2. Tiêu chí đánh giá các mức độ đạt được của NLVL của HS ......................117 Bảng 3. 3. Biểu hiện NLVL của cả lớp .......................................................................118 Bảng 3. 4. Bảng quy đổi điểm dựa trên những biểu hiện năng lực Vật lý ..................120 Bảng 3. 5. Bảng đánh giá sản phẩm ............................................................................122 Bảng 3. 6. Bảng đánh giá thiết kế sản phẩm ...............................................................124 Bảng 3. 7. Bảng kết quả khảo sát HS ..........................................................................125 VII DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1. 1. Chu trình STEM (theo https://www.knowatom.com) ...................................5 Hình 1. 2. Con đường giáo dục STEM trong nhà trường ...............................................8 Hình 1. 3. Quy trình thiết kế chủ đề giáo dục STEM ...................................................11 Hình 1. 4. Quy trình thiết kế bài học STEM .................................................................11 Hình 1. 5. Tiến trình dạy học STEM ............................................................................12 Hình 1. 6. Sơ đồ tiến trình tổ chức dạy học kiến thức Vật lý theo định hướng giáo dục STEM.............................................................................................................................12 Hình 1. 7. Sơ đồ giải quyết vấn đề ................................................................................14 Hình 1. 8. Quy trình dạy học theo nhóm ......................................................................15 Hình 1. 9. Quy trình dạy học dự án ..............................................................................17 Hình 2. 1. Sơ đồ thiết kế mô hình ẩm kế khô – ướt ......................................................41 Hình 2. 2. Sản phẩm minh họa mô hình ẩm kế khô – ướt ............................................46 Hình 2. 3. Sơ đồ thiết kế mô hình vũ lượng kế .............................................................48 Hình 2. 4. Sản phẩm minh họa mô hình vũ lượng kế ...................................................51 Hình 2. 5. Sơ đồ thiết kế mô hình phong tốc kế ...........................................................52 Hình 2. 6. Sản phẩm minh họa mô hình phong tốc kế..................................................54 Hình 2. 7. Sơ đồ thiết kế mô hình phong tốc kế (Mô hình 2) .......................................58 Hình 2. 8. Sản phẩm minh họa mô hình máy đo tốc độ gió .........................................60 Hình 2. 9. Sơ đồ thiết kế thiết bị cảnh báo lũ ...............................................................63 Hình 2. 10. Sản phẩm minh họa thiết bị cảnh báo lũ ....................................................66 Hình 3. 1. Học sinh đang trả lời câu hỏi đặt vấn đề do giáo viên đưa ra ....................104 Hình 3. 2. GV hướng dẫn học sinh nghiên cứu kiến thức nền ...................................106 Hình 3. 3. Các nhóm thiết kế bản vẽ các mô hình ......................................................107 Hình 3. 4. Bản thiết kế của các nhóm .........................................................................107 Hình 3. 5. Nhóm 1 báo cáo bản thiết kế .....................................................................108 Hình 3. 6. Nhóm 2 báo cáo bản thiết kế .....................................................................108 Hình 3. 7. Nhóm 3 báo cáo bản thiết kế .....................................................................109 Hình 3. 8. Nhóm 4 báo cáo bản thiết kế .....................................................................109 Hình 3. 9. Các nhóm góp ý kiến và đặt câu hỏi giao lưu............................................110 Hình 3. 10. HS tiến hành chế tạo mô hình ..................................................................111 Hình 3. 11. Các nhóm thuyết trình về mô hình ..........................................................112 Hình 3. 12. Mô hình hoàn chỉnh của các nhóm ..........................................................113 Biểu đồ 3. 1. Biểu đồ về sự phát triển năng lực vật lý ở học sinh thông qua hoạt động STEM...........................................................................................................................122 VIII Biểu đồ 3. 2. Biểu đồ về kết quả đánh giá sản phẩm của HS .....................................124 Biểu đồ 3. 3. Biểu đồ về kết quả đánh giá bản vẽ thiết kế ..........................................125 IX MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong thế kỉ 21 hiện nay, muốn đất nước theo kịp cách mạng công nghiệp 4.0 (CMCN) và “sánh vai với các cường quốc năm châu” thì phải có một nền kinh tế thật thịnh vượng. Để có được điều đó cần phải dựa trên nền tảng của các ngành liên quan đến Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học. Mà thế hệ trẻ - lực lượng lao động trong tương lai chính là nhân tố để các ngành về công nghệp phát triển. Điều này đặt ra cho ngành giáo dục nhiệm vụ cấp bách là cần chuẩn bị cho học sinh (HS) những kĩ năng và kiến thức theo chuẩn toàn cầu để đáp ứng với nhu cầu hội nhập ngày càng cao. Cho đến nay đã có rất nhiều quốc gia theo đuổi chương trình giáo dục STEM bởi họ nhận thấy đó là hướng đi đúng và mang tính tất yếu trong bối cảnh cạnh tranh kinh tế giữa các quốc gia trên thế giới. Ở Mỹ, việc làm thuộc lĩnh vực STEM được dự báo mở rộng và phát triển nhanh hơn so với việc làm thuộc lĩnh vực phi STEM. Tương tự tại Úc, ước tính 75% những nghề phát triển nhanh nhất đòi hỏi kĩ năng và kiến thức về STEM. Như vậy, nguồn nhân lực thuộc lĩnh vực STEM cũng đang trở nên rất cần thiết đối với các quốc gia khác đặc biệt trong bối cảnh toàn cầu hóa hiện nay. Các nghiên cứu cho thấy rằng khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán đóng một vai trò quan trọng trong việc tạo ra các giá trị của cải vật chất của mỗi quốc gia. Tuy nhiên không có nhiều học sinh theo đuổi lĩnh vực này bởi học sinh không thấy được ý nghĩa của các môn học, không thấy được tính ứng dụng và tính thực tiễn của kiến thức. Vì thế mà tồn tại mâu thuẫn giữa thực tiễn giáo dục và thực tiễn cuộc sống đó là nhà trường thì dạy các môn học độc lập nhưng các vấn đề ngoài thực tiễn cuộc sống con người cần phải giải quyết thì luôn mang tính phức hợp. Giáo dục STEM khắc phục được các nhược điểm trên và giáo dục STEM đang dần trở thành một xu hướng giáo dục mang tính toàn cầu [1]. Trong bối cảnh đó, Nghị quyết số 88/2014/QH13 được ban hành. Mục tiêu đổi mới được Nghị quyết 88/2014/QH13 của Quốc hội quy định: “Đổi mới chương trình, sách giáo khoa giáo dục phổ thông nhằm tạo chuyển biến căn bản, toàn diện về chất lượng và hiệu quả giáo dục phổ thông; kết hợp dạy chữ, dạy người và định hướng nghề nghiệp; góp phần chuyển nền giáo dục nặng về truyền thụ kiến thức sang nền giáo dục phát triển toàn diện cả về phẩm chất và năng lực, hài hoà đức, trí, thể, mỹ và phát huy 1 tốt nhất tiềm năng của mỗi học sinh [1]. Tiếp nối với Nghị quyết thì Chỉ thị 16/CT-TTg (04/5/2017) của Thủ tướng Chính phủ đã đưa ra giải pháp về mặt giáo dục chính là: “Thay đổi mạnh mẽ các chính sách, nội dung, phương pháp giáo dục và dạy nghề nhằm tạo ra nguồn nhân lực có khả năng tiếp nhận các xu thế công nghệ sản xuất mới, trong đó cần tập trung vào thúc đẩy đào tạo về khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học (STEM), ngoại ngữ, tin học trong chương trình giáo dục phổ thông” [3]. Chính vì thế, chương trình Giáo dục phổ thông mới (TT32/BGDĐT, 26/12/2018) được Bộ giáo dục ban hành theo định hướng phát triển phẩm chất và năng lực của học sinh nhằm đáp ứng yêu cầu của sự nghiệp xây dựng, bảo vệ đất nước trong thời đại toàn cầu hoá và cách mạng công nghiệp mới [1]. Tổ chức triển khai giáo dục STEM trong trường phổ thông đảm bảo đầy đủ tinh thần đổi mới nêu trên, hiện thực hóa tư tưởng đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo. Giáo dục STEM góp phần nâng cao chất lượng dạy học các môn thuộc về STEM qua đó góp phần đổi mới giáo dục phổ thông. Bên cạnh đó đề cao đến việc hình thành và phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho người học, đề cao phong cách học tập mới - học tập sáng tạo [2]. Chính vì vậy, giáo dục STEM đang được kỳ vọng là bước đột phá mang lại hiệu quả to lớn trong trong công cuộc đổi mới, phát triển của giáo dục Việt Nam. Mục tiêu của GD STEM tương đồng với mục tiêu của chương trình GDPT mới nhưng việc đưa STEM vào GDPT đang gặp một số khó khăn, ví dụ như: Quy định thi cử, đánh giá chất lượng GD chưa phù hợp, sự hạn chế về nhận thức kĩ năng của đội ngũ giáo viên, ... Trong việc dạy học giáo viên (GV) cần xác định rõ mục tiêu dạy học nhằm phát triển năng lực nào cho HS và đánh giá được sự phát triển của NL đó (cụ thể phát triển được các năng lực vật lý cho HS). Nội dung chương “Chất rắn và chất lỏng. Sự chuyển thể” - Vật lý 10 là một chương mà kiến thức được áp dụng rất nhiều vào cuộc sống xung quanh chúng ta. Kiến thức của chương này sẽ giúp học sinh biết được các đặc tính, cấu trúc, chuyển động nhiệt, một số tính chất vĩ mô của chất lỏng, sự chuyển thể, độ ẩm không khí. Dự báo thời tiết là ứng dụng của khoa học và công nghệ để dự đoán trạng thái của khí quyển trong một thời gian trong tương lai và một địa điểm nhất định. Con người dùng dự báo thời tiết để có thể lên kế hoạch cho các hoạt động, hay tránh các thiên tai do thời tiết gây ra. Đứng trước thực tế đó, nghiên cứu thực trạng liên quan đến thời tiết 2 hiện nay, tìm ra giải pháp cơ bản để dự báo tốt nhất, hạn chế thiệt hại đối với nước ta, hướng tới một cuộc sống bình yên, an toàn cho bà con là công việc hết sức cấp thiết. Với tất cả những lý do trên, tôi chọn đề tài: “Thiết kế và tổ chức dạy học STEM chủ đề “Thời tiết” trong dạy học Vật lý 10” làm đề tài khóa luận. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Đề xuất được quy trình thiết kế chủ đề STEM theo hướng phát triển năng lực Vật lý cho học sinh, sử dụng quy trình này để thiết kế chủ đề STEM “Thời tiết” và vận dụng vào dạy học các bài học thuộc chương “Chất rắn và chất lỏng. Sự chuyển thể” - Vật lý 10 nhằm góp phần phát triển được năng lực Vật lý cho học sinh - Tiến hành thực nghiệm sư phạm tại trường phổ thông để đánh giá tính khả thi của chủ đề đã xây dựng trong bồi dưỡng năng lực Vật lý của học sinh. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu cơ sở lý luận về giáo dục STEM; năng lực Vật lý trong chương trình giáo dục phổ thông 2018. - Thiết kế chủ đề STEM “Thời tiết” trong dạy học Vật lý 10 - Xây dựng được bộ công cụ đánh giá năng lực Vật lý của học sinh trong dạy học theo chủ đề. - Thực nghiệm sư phạm đánh giá tính khả thi, hiệu quả của đề tài. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu a. Đối tượng nghiên cứu - Cơ sở lý luận về giáo dục STEM và tổ chức dạy học STEM trong trường trung học phổ thông - Hoạt động dạy và học STEM của giáo viên và học sinh về chủ đề “Thời tiết” cho học sinh lớp 10 b. Phạm vi nghiên cứu - Về kiến thức: 3 + Bài 38: Sự chuyển thể của các chất (Vật lý 10) + Bài 39: Độ ẩm không khí (Vật lý 10) - Về địa bàn: HS lớp 10 trường THPT trên địa bàn TP Đà Nẵng - Về thời gian: Quá trình nghiên cứu được thực hiện từ tháng 1 năm 2022 đến tháng 5 năm 2022 5. Phương pháp nghiên cứu a. Phương pháp nghiên cứu lý luận - Nghiên cứu chương trình, nội dung sách giáo khoa, sách GV và các tài liệu có liên quan - Nghiên cứu và nắm vững mục tiêu chung trong giáo dục, mục tiêu giáo dục của môn Vật lý ở trường trung học hiện nay. - Nghiên cứu khái niệm, quy trình tổ chức dạy STEM của GD cho HS hiện nay b. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Nghiên cứu, thiết kế bản vẽ, gia công mô hình liên quan đến chủ đề “Thời tiết” từ các thiết bị đơn giản, rẻ tiền, dễ kiếm. c. Phương pháp thực nghiệm sư phạm Thực nghiệm dạy học STEM chủ đề “Thời tiết” trong dạy học Vật lý lớp 10. 6. Cấu trúc đề tài nghiên cứu Ngoài các phần mở đầu, kết luận, kiến nghị, tài liệu tham khảo và mục lục thì nội dung của bài nghiên cứu khoa học được chia làm 3 chương, trong đó: • Chương 1. Cơ sở lí luận về giáo dục STEM với việc phát triển năng lực Vật lý • Chương 2. Thiết kế chủ đề “Thời tiết” trong dạy học Vật lý 10 theo hướng bồi dưỡng năng lực Vật lý cho học sinh • Chương 3. Thực nghiệm sư phạm 4 CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ GIÁO DỤC STEM VỚI VIỆC PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC VẬT LÝ 1.1. Giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông 2018 1.1.1. Khái quát về giáo dục STEM 1.1.1.1. Khái niệm STEM STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học). Sự phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học được mô tả bởi chu trình STEM, trong đó: + Science là quy trình sáng tạo ra kiến thức khoa học + Engineering là quy trình sử dụng kiến thức khoa học để thiết kế công nghệ mới nhằm giải quyết các vấn đề + Math là công cụ được sử dụng để thu nhận kết quả và chia sẻ kết quả đó với người khác [2]. Hình 1. 1. Chu trình STEM (theo https://www.knowatom.com) “Science” trong chu trình STEM được mô tả bởi một mũi tên từ “Technology” sang “Knowledge” thể hiện quy trình sáng tạo khoa học. Đứng trước thực tiễn với "Công nghệ" hiện tại, các nhà khoa học, với năng lực tư duy phản biện, luôn đặt ra những câu hỏi/vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện công nghệ, đó là các câu hỏi/vấn đề khoa học. Trả lời các câu hỏi khoa học hoặc giải quyết các vấn đề khoa học sẽ phát minh ra các "Kiến thức" khoa học. Ngược lại, “Engineering” trong chu trình STEM được mô tả 5 bởi một mũi tên từ “Knowledge” sang “Technology” thể hiện quy trình kĩ thuật. Các kĩ sư sử dụng "Kiến thức" khoa học để 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 lý, Hoá học, Sinh học) mà bao hàm "Quy trình khoa học" để phát minh ra kiến thức khoa học mới. Tương tự như vậy, "Engineering" trong chu trình STEM không chỉ là "Kiến thức" thuộc lĩnh vực "Kĩ thuật" mà bao hàm "Quy trình kĩ thuật" để sáng tạo ra "Công nghệ" mới. Hai quy trình nói trên tiếp nối 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 và cùng với nó là công nghệ phát triển ở trình độ cao hơn [2]. 1.1.1.2. Giáo dục STEM Phỏng theo chu trình STEM, giáo dục STEM đặt học sinh trước những vấn đề thực tiễn ("công nghệ" hiện tại) cần giải quyết, đòi hỏi học sinh phải tìm tòi, chiếm lĩnh kiến thức khoa học và vận dụng kiến thức để thiết kế và thực hiện giải pháp giải quyết vấn đề ("công nghệ" mới). Như vậy, mỗi bài học STEM sẽ đề cập và giao cho học sinh giải quyết một vấn đề tương đối trọn vẹn, đòi hỏi học sinh phải huy động kiến thức đã có và tìm tòi, chiếm lĩnh kiến thức mới để sử dụng. Quá trình đó đòi hỏi học sinh phải thực hiện theo "Quy trình khoa học" (để chiếm lĩnh kiến thức mới) và "Quy trình kĩ thuật" để sử dụng kiến thức đó vào việc thiết kế và thực hiện giải pháp ("công nghệ" mới) để giải quyết vấn đề. Đây chính là sự tiếp cận liên môn trong giáo dục STEM, dù cho kiến thức mới mà học sinh cần phải học để sử dụng trong một bài học STEM cụ thể có thể chỉ thuộc một môn học. Như vậy Giáo dục Stem là mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp học sinh áp dụng các kiến thức khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học vào giải quyết một số vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể. Mô hình GD STEM đề cấp đến một nội hàm bao gồm cả khía cạnh chương trình gíao dục, nguồn lực thực hiện chương trình và các chính sách thúc đẩy chương trình giáo dục STEM trong thực tiễn [2]. 1.1.2. Các mức độ áp dụng STEM trong giáo dục 1.1.2.1. Dạy học các môn học theo phương thức giáo dục STEM Đây là hình thức tổ chức giáo dục STEM chủ yếu trong nhà trường. Theo cách này, các bài học, hoạt động giáo dục STEM được triển khai ngay trong quá trình dạy học các môn học STEM theo tiếp cận liên môn. Các chủ đề, bài học, hoạt động STEM 6 bám sát chương trình của các môn học thành phần. Hình thức giáo dục STEM này không làm phát sinh thêm thời gian học tập [2]. 1.1.2.2. Tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM Để tổ chức thành công các hoạt động trải nghiệm STEM, cần có sự tham gia, hợp tác của các bên liên quan như trường trung học, cơ sở giáo dục nghề nghiệp, các trường đại học, doanh nghiệp. Trải nghiệm STEM còn có thể được thực hiện thông qua sự hợp tác giữa trường trung học với các cơ sở giáo dục đại học, giáo dục nghề nghiệp. Theo cách này, sẽ kết hợp được thực tiễn phổ thông với ưu thế về cơ sở vật chất của giáo dục đại học và giáo dục nghề nghiệp. Các trường trung học có thể triển khai giáo dục STEM thông qua hình thức câu lạc bộ. Tham gia câu lạc bộ STEM, học sinh được học tập nâng cao trình độ, triển khai các dự án nghiên cứu, tìm hiểu các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM. Đây là hoạt động theo sở thích, năng khiếu của học sinh. 1.1.2.3. Tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học, kĩ thuật Giáo dục STEM có thể được triển khai thông qua hoạt động nghiên cứu khoa học và tổ chức các cuộc thi sáng tạo khoa học kỹ thuật. Hoạt động này không mang tính đại trà mà dành cho những học sinh có năng lực, sở thích và hứng thú với các hoạt động tìm tòi, khám phá khoa học, kỹ thuật giải quyết các vấn đề thực tiễn. Tổ chức tốt hoạt động câu lạc bộ STEM cũng là tiền đề phát triển hoạt động sáng tạo khoa học kỹ thuật và triển khai các dự án nghiên cứu trong khuôn khổ cuộc thi khoa học kỹ thuật dành cho học sinh trung học. Bên cạnh đó, tham gia câu lạc bộ STEM và nghiên cứu khoa học, kĩ thuật là cơ hội để học sinh thấy được sự phù hợp về năng lực, sở thích, giá trị của bản thân với nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM. 7 Hình 1. 2. Con đường giáo dục STEM trong nhà trường 1.1.3. Tiêu chí xây dựng bài học STEM Để tổ chức được các hoạt động nói trên, mỗi bài học STEM cần được xây dựng theo đủ 6 tiêu chí: ➢ Tiêu chí 1: Chủ đề bài học có tính thực tiễn Trong các bài học STEM, học sinh được đặt vào các vấn đề thực tiễn xã hội, kinh tế môi trường và yêu cầu cần tìm các giải pháp [2]. ➢ Tiêu chí 2: Cấu trúc bài học kết hợp tiến trình khoa học và quy trình thiết kế kĩ thuật Bài học STEM được xây dựng dựa theo quy trình thiết kế kỹ thuật với tiến trình bao gồm 8 bước: xác định vấn đề; nghiên cứu kiến thức nền; đề xuất các giải pháp; lựa chọn giải pháp; chế tạo mô hình (nguyên mẫu); thử nghiệm và đánh giá; chia sẽ thảo luận; điều chế thiết kế Cấu trúc bài học STEM có thể được chia thành 5 hoạt động chính, thể hiện rõ 8 bước của quy trình thiết kế kỹ thuật như sau: + Hoạt động 1: Xác định vấn đề hoặc yêu cầu chế tạo một sản phẩm ứng dụng gắn liền với nội dung bài học với các tiêu chí cụ thể + Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền (bao gồm kiến thức trong bài học cần sử dụng để giải quyết vấn đề hoặc chế tạo sản phẩm theo yêu cầu) và đề xuất các giải pháp thiết kế đáp ứng các tiêu chí đã nêu 8 + Hoạt động 3: Trình bày và thảo luận phương án thiết kế, sử dụng kiến thức nền để giải thích, chứng minh và lựa chọn, hoàn thiện phương án tốt nhất (trong trường hợp có nhiều phương án). + Hoạt động 4: Chế tạo sản phẩm theo phương án thiết kế đã được lựa chọn; thử nghiệm và đánh giá trong quá trình chế tạo + Hoạt động 5: Trình bày và thảo luận về sản phẩm đã chế tạo; điều chỉnh, hoàn thiện thiết kế ban đầu [2]. ➢ Tiêu chí 3: PPDH đưa HS vào hoạt động tìm tòi, khám phá, trải nghiệm và tạo ra sản phẩm Quá trình tìm tòi khám phá được thể hiện trong tất cả các hoạt động của chủ đề STEM, tuy nhiên trong hoạt động 2 và hoạt động 4 quá trình này cần được khai thác triệt để. Trong hoạt động 2 học sinh sẽ thực hiện các quan sát, tìm tòi, khám phá để xây dựng, kiểm chứng các quy luật. Qua đó, học được kiến thức nền đồng thời rèn luyện các kĩ năng tiến trình như: Quan sát, đưa ra dự đoán, tiến hành thí nghiệm, đo đạc, thu thập số liệu, phân tích số liệu… Trong hoạt động 4, quá trình tìm tòi khám phá được thể hiện giúp học sinh kiểm chứng các giải pháp khác nhau để tối ưu hoá sản phẩm. Trong các bài học STEM, hoạt động học của học sinh được thực hiện theo hướng mở có "khuôn khổ" về các điều kiện mà học sinh được sử dụng (chẳng hạn các vật liệu khả dụng). Hoạt động học của học sinh là hoạt động được chuyển giao và hợp tác; các quyết định về giải pháp giải quyết vấn đề là của chính học sinh. Học sinh thực hiện các hoạt động trao đổi thông tin để chia sẻ ý tưởng và tái thiết kế nguyên mẫu của mình nếu cần. Học sinh tự điều chỉnh các ý tưởng của mình và thiết kế hoạt động tìm tòi, khám phá của bản thân [2]. ➢ Tiêu chí 4: Hình thức tổ chức bài học STEM lôi cuốn vào hoạt động nhóm kiến tạo Giúp học sinh làm việc cùng nhau như một nhóm kiến tạo không bao giờ là một việc dễ dàng. Tuy nhiên, việc này sẽ trở nên dễ dàng hơn nếu tất cả các giáo việc ở trường làm việc cùng nhau để để áp dụng làm việc nhóm, sử dụng cùng một ngôn ngữ, tiến trình và mong đợi cho học sinh. Làm việc nhóm trong thực hiện các hoạt động của bài học STEM là cơ sở để phát triển năng lực giao tiếp và hợp tác [2]. 9