Tài liệu Tổ chức dạy học một số kiến thức chương

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Tôn Ngọc Tâm TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG “TỪ TRƯỜNG” VÀ “CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ” – VẬT LÝ 11 THPT THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Thành phố Hồ Chí Minh – 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Tôn Ngọc Tâm TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG “TỪ TRƯỜNG” VÀ “CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ” – VẬT LÝ 11 THPT THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí Mã số: 8140111 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN THANH NGA Thành phố Hồ Chí Minh – 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi. Các số liệu nêu trong luận văn là trung thực khách quan và chưa từng được công bố trong bất kì công trình nghiên cứu của tác giả nào khác. TP. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2018 Tác giả luận văn Tôn Ngọc Tâm LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận được sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình về mọi mặt từ các thầy cô, gia đình, bạn bè và các học sinh. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng Sau đại học, các giảng viên khoa Vật lí Trường Đại học Sư phạm Tp. Hồ Chí Minh. Đặc biệt với tất cả tấm lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn tới TS. Nguyễn Thanh Nga – người thầy đã giành nhiều thời gian dìu dắt, trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo tận tình và tôi cũng xin trân trọng và biết ơn Th.S Hoàng Phước Muội – đàn anh đi trước cũng đã nhiệt tình chỉ bảo trong suốt thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, cùng các em HS trường THCS – THPT Hoa Sen, chị Ngọc đã dành thời gian giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất để tôi tiến hành thực nghiệm sư phạm. Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với gia đình, bạn bè và các bạn học viên K27 đã động viên giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này. Xin chân thành cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2018 Tác giả Tôn Ngọc Tâm MỤC LỤC Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục viết tắt Danh mục các bảng Danh mục hình MỞ ĐẦU……. ................................................................................................... 1 Chương 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ GIÁO DỤC STEM TRONG TRƯỜNG PHỔ THÔNG ............................................ 4 1.1. Cơ sở tâm lý học lứa tuổi của học sinh trung học phổ thông đối với giáo dục STEM .................................................................................................... 4 1.1.1. Đặc điểm tâm lý lứa tuổi học sinh trung học phổ thông (THPT) ...... 4 1.1.2. Đặc điểm nhận thức lứa tuổi học sinh THPT .................................... 5 1.2. Hoạt động dạy học cho học sinh THPT theo định hướng giáo dục STEM . 6 1.2.1. Bản chất của quá trình dạy học .......................................................... 6 1.2.2. Đặc trưng của quá trình dạy học trong thời đại của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 ................................................................................. 7 1.3. Cơ sở lý thuyết về giáo dục STEM ............................................................. 9 1.3.1. Khái niệm về giáo dục STEM............................................................ 9 1.3.2. Đặc trưng của giáo dục STEM......................................................... 10 1.3.3. Chủ đề giáo dục STEM .................................................................... 11 1.4. Phát triển năng lực sáng tạo kỹ thuật của học sinh trong dạy học chủ đề STEM ........................................................................................................ 12 1.4.1. Khái niệm năng lực sáng tạo ............................................................ 12 1.4.2. Khái niệm năng lực sáng tạo kỹ thuật .............................................. 16 1.4.3. Biểu hiện của năng lực sáng tạo kỹ thuật của học sinh trung học phổ thông trong dạy học......................................................................... 22 1.4.4. Biện pháp phát triển năng lực sáng tạo kỹ thuật của học sinh trong dạy học chủ đề STEM ..................................................................... 24 1.4.5. Tiêu chí đánh giá năng lực sáng tạo kỹ thuật cho học sinh trong dạy học chủ đề STEM ............................................................................ 26 1.5. Dạy học mở mang tính thiết kế chủ đề giáo dục STEM ........................... 29 1.5.1. Khái niệm dạy học mở mang tính thiết kế ....................................... 29 1.5.2. Đặc trưng của dạy học mở mang tính thiết kế ................................. 29 1.5.3. Tiến trình dạy học mở mang tính thiết kế chủ đề STEM phát triển năng lực sáng tạo kỹ thuật............................................................... 30 1.6. Tiến trình thiết kế chủ đề giáo dục STEM ................................................ 33 1.6.1. Tiến trình thiết kế chủ đề giáo dục STEM ....................................... 33 1.6.2. Tiến trình thiết kế, chế tạo mô hình sản phẩm kỹ thuật hỗ trợ dạy học chủ đề giáo dục STEM .................................................................... 34 1.7. Tiến trình dạy học chủ đề STEM sáng tạo kỹ thuật. ................................. 37 1.8. Điều tra thực tiễn dạy học STEM trong trường phổ thông ....................... 41 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ............................................................................... 45 Chương 2. TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ CHỦ ĐỀ STEM CỦA KIẾN THỨC CHƯƠNG “TỪ TRƯỜNG” VÀ “CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ” – VẬT LÝ 11 THPT ......................................................... 46 2.1. Phân tích kiến thức chương “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ” theo định hướng giáo dục STEM .............................................................................. 46 2.2. Thiết kế chủ đề STEM “Xe đồ chơi vật lý sáng tạo” ................................ 47 2.2.1. Xây dựng tài liệu hướng dẫn học sinh ............................................. 47 2.2.2. Thiết kế phiếu học tập ...................................................................... 47 2.2.3. Xây dựng câu hỏi kiểm tra đánh giá kết quả học tập ....................... 47 2.2.4. Xây dựng kế hoạch dạy học chủ đề STEM “Xe đồ chơi sáng tạo” . 47 2.3. Thiết kế chủ đề STEM “Tàu Ya-ma-tô”.................................................... 52 2.3.1. Xây dựng tài liệu hướng dẫn học sinh ............................................. 52 2.3.2. Thiết kế phiếu học tập ...................................................................... 52 2.3.3. Xây dựng kế hoạch dạy học chủ đề STEM “Tàu Ya-ma-tô” .......... 52 2.4. Thiết kế chủ đề STEM “Động cơ điện một chiều” ................................... 56 2.4.1. Xây dựng tài liệu hướng dẫn học sinh ............................................. 56 2.4.2. Thiết kế phiếu học tập ...................................................................... 56 2.4.3. Xây dựng kế hoạch dạy học chủ đề STEM “Động cơ điện một chiều” ......................................................................................................... 56 2.5. Thiết kế chủ đề STEM “Loa điện” ............................................................ 62 2.5.1. Xây dựng tài liệu hướng dẫn học sinh ............................................. 62 2.5.2. Thiết kế phiếu học tập ...................................................................... 62 2.5.3. Xây dựng kế hoạch dạy học chủ đề STEM “Loa điện” ................... 62 2.6. Thiết kế chủ đề STEM “Máy biến áp” ...................................................... 68 2.6.1. Xây dựng tài liệu hướng dẫn học sinh ............................................. 68 2.6.2. Thiết kế phiếu học tập ...................................................................... 68 2.6.3. Xây dựng câu hỏi kiểm tra đánh giá kết quả học tập ....................... 68 2.6.4. Xây dựng kế hoạch dạy học chủ đề STEM “Máy biến áp” ............. 68 2.7. Chủ đề: “Máy thu thanh” ........................................................................... 74 2.7.1. Xây dựng tài liệu hướng dẫn học sinh ............................................. 74 2.7.2. Thiết kế phiếu học tập ...................................................................... 74 2.7.3. Xây dựng kế hoạch dạy học chủ đề STEM “Máy thu thanh”.......... 74 2.8. Công cụ đánh giá chủ đề STEM ................................................................ 79 2.8.1. Nguyên tắc đánh giá......................................................................... 79 2.8.2. Các yêu cầu đánh giá kết quả học tập .............................................. 80 2.8.3. Xây dựng bộ công cụ đánh giá ........................................................ 81 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ............................................................................... 89 Chương 3. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ..................................................... 89 3.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm ................................................................ 89 3.2. Đối tượng thực nghiệm sư phạm ............................................................... 89 3.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm .......................................................... 89 3.4. Kế hoạch tổ chức thực nghiệm sư phạm ................................................... 90 3.5. Phân tích diễn biến quá trình thực nghiệm sư phạm ................................. 90 3.5.1. Đối với chủ đề STEM “Xe đồ chơi sáng tạo”.................................. 91 3.5.2. Đối với chủ đề STEM “Tàu Ya-ma-tô” ........................................... 97 3.6. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm .................................................. 105 3.6.1. Đánh giá định tính .......................................................................... 105 3.6.2. Đánh giá định lượng ...................................................................... 121 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ............................................................................. 125 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 126 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ........................................... 128 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................... 129 PHỤ LỤC DANH MỤC VIẾT TẮT GV : Giáo viên HS : Học sinh KT : Kỹ thuật THPT : Trung học phổ thông NLST : Năng lực sáng tạo STKT : Sáng tạo kỹ thuật TDKT : Tư duy kỹ thuật DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Tiêu chí đánh giá năng lực sáng tạo kỹ thuật của học sinh trong dạy học chủ đề STEM ............................................................................. 26 Bảng 1.2. Khảo sát mức độ hứng thú của học sinh đối với môn vật lý. ........... 42 Bảng 1.3. Khảo sát việc học môn vật lý của học sinh ....................................... 42 Bảng 1.4. Khảo sát mức độ thích học môn vật lý của học sinh ........................ 43 Bảng 3.1. Bảng thống kê điểm số của học sinh lớp 11A7. ............................. 121 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Tiêu chí của chủ đề giáo dục STEM ................................................. 11 Hình 1.2. Sơ đồ cấu trúc năng lực sáng tạo trong hoạt động nhận thức của học sinh ............................................................................................. 15 Hình 1.3. Tiến trình dạy học mở mang tính thiết kế chủ đề STEM phát triển năng lực sáng tạo ....................................................................................... 30 Hình 1.4. Kiểu dạy học mở trong dạy kỹ thuật................................................. 32 Hình 1.5. Quy trình cấu trúc kiểu dạy thiết kế.................................................. 32 Hình 1.6. Quy trình cấu trúc kiểu dạy giải thích .............................................. 33 Hình 1.7. Quy trình thiết kế chủ đề giáo dục STEM ........................................ 33 Hình 1.8. Tiến trình thiết kế, chế tạo mô hình KT ............................................ 35 Hình 1.9. Tiến trình dạy học chủ đề STEM sáng tạo kỹ thuật ......................... 37 Hình 3.1. Các học sinh nhóm 2 đang vẽ cấu tạo DC motor ............................. 92 Hình 3.2. HS nhóm 4 đang tiến hành gia công, chế tạo sản phẩm ................... 93 Hình 3.3. Học sinh các nhóm tham gia thảo luận ............................................. 95 Hình 3.4. Sản phẩm của các nhóm sau nhiều lần sửa chữa, cải tiến ................ 96 Hình 3.5. HS nhóm 4 đang gia công, chế tạo mô hình tàu Ya-ma-tô ............. 101 Hình 3.6. HS nhóm 5 đang gia công, chế tạo mô hình tàu Ya-ma-tô ............. 101 Hình 3.7. Các thành viên nhóm 5 đang thuyết trình và vận hành sản phẩm .. 103 Hình 3.8. Sản phẩm mô hình tàu Ya-ma-tô của nhóm 5 ................................ 103 Hình 3.9. Sản phẩm của các nhóm học sinh ................................................... 104 Hình 3.10. Bản vẽ kỹ thuật của nhóm 1............................................................ 109 Hình 3.11. Bản vẽ kỹ thuật của nhóm 2............................................................ 109 Hình 3.12. Bản vẽ kỹ thuật của nhóm 4............................................................ 110 Hình 3.13. Bản vẽ thiết kế mới của học sinh nhóm 2 ....................................... 112 Hình 3.14. Học sinh tiến hành thay đổi một số chi tiết KT cho mô hình động cơ điện một chiều ................................................................................. 113 Hình 3.15. Học sinh đang gia công cải tiến xe để tải các vật nặng .................. 114 Hình 3.16. Học sinh nhóm 2 (bên trái), nhóm 5 (bên phải) đang lắp màng loa vào khung loa của mô hình loa điện ...................................................... 118 Hình 3.17. Học sinh đề xuất được tiến trình gia công, lắp ráp mô hình động cơ điện một chiều ................................................................................. 120 Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn điểm số của học sinh ............................................ 122 Hình 3.19. Biểu đồ thể hiện phần trăm điểm của HS ....................................... 123 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong thời đại của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 diễn ra trên toàn thế giới, nhiều nước phát triển đã chủ trương triển khai chương trình giáo dục theo hướng tích hợp khoa học, công nghệ, kỹ thuật, toán học. Đó là định hướng giáo dục STEM. Để bắt nhịp theo xu hướng chung của thế giới, đòi hỏi giáo dục Việt Nam phải nhanh chóng thay đổi để thích nghi và hội nhập quốc tế. Hiện nay, nước ta đang bước vào thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá để theo kịp với sự phát triển chung đó, hòa nhập với nền kinh tế thế giới - nền kinh tế tri thức. Yêu cầu đó đòi hỏi nền giáo dục nước ta phải đào tạo ra những con người có đủ tri thức, năng lực, trí tuệ và phẩm chất đạo đức tốt. Nghị quyết Ban chấp hành Trung ương 2 khoá VIII Đảng Cộng sản Việt Nam (12-1996) cũng đã khẳng định: “Khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện thành nếp tư duy sáng tạo của người học, từng bước áp dụng các phương pháp tiên tiến và phương tiện hiện đại vào quá trình dạy học, đảm bảo điều kiện và định hướng tự học, tự nghiên cứu cho học sinh…”. Điều đó cũng đã được khẳng định trong điều 28.2 Luật giáo dục: “…Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của HS; phù hợp với đặc điểm của từng lớp học, môn học; bồi dưỡng phương pháp tự học, khả năng làm việc theo nhóm; rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn; tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho học sinh”. Trước tình hình đó, việc triển khai các chương trình giáo dục mới, tiên tiến, hiệu quả trên thế giới vào Việt Nam là hướng đi đúng, cần thiết và quy luật tất yếu. Bên cạnh đó, nội dung kiến thức môn Vật lý rất thuận lợi để tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM; rất cần thiết cho việc nghiên cứu về giáo dục STEM, triển khai dạy học bộ môn Vật lý nói chung và triển khai vào dạy học phần “Từ trường và cảm ứng điện từ” nói riêng là hoàn toàn có cơ sở và phù hợp với định hướng đổi mới căn bản giáo dục Việt Nam sau 2015 theo hướng phát triển năng lực ở người học nhằm đáp ứng những đòi hỏi của xã hội hiện đại. 2 Với những lý do trên, chúng tôi lựa chọn đề tài: “Tổ chức dạy học một số kiến thức chương “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ” – Vật lý 11 THPT theo định hướng giáo dục STEM”. 2. Mục đích nghiên cứu Tổ chức dạy học một số kiến thức chương “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ” theo định hướng giáo dục STEM” nhằm phát triển năng lực sáng tạo kỹ thuật của học sinh. 3. Giả thuyết khoa học Nếu thiết kế và tổ chức dạy học một số kiến thức chương “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ” Vật lý 11 THPT theo định hướng giáo dục STEM thì sẽ phát triển được năng lực sáng tạo kỹ thuật cho học sinh. 4. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: cơ sở lý luận và thực tiễn về giáo dục STEM, nội dung kiến thức chương “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ” theo định hướng giáo dục STEM. - Phạm vi nghiên cứu: Hoạt động dạy và học một số kiến thức chương “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ” môn Vật lý lớp 11 Trung học phổ thông (THPT). 5. Nhiệm vụ nghiên cứu - Xây dựng cơ sở lý luận và thực tiễn về dạy học một số kiến thức chương “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ” theo định hướng giáo dục STEM. - Xây dựng tiến trình dạy học một số kiến thức chương “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ” theo định hướng giáo dục STEM. Đề xuất, xây dựng chủ đề giáo dục STEM trong dạy học một số kiến thức chương “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ”. - Thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm nghiệm giả thuyết đề ra. - Xây dựng bộ công cụ đánh giá năng lực sáng tạo kỹ thuật. 6. Phương pháp nghiên cứu 6.1. Phương pháp nghiên cứu lý luận 6.2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn 6.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm 6.4. Phương pháp thống kê toán học 7. Đóng góp của đề tài Về lý luận 3 Đề xuất tiến trình dạy học một số kiến thức chương “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ” theo định hướng giáo dục STEM. Nghiên cứu đề xuất, xây dựng chủ đề giáo dục STEM. Về thực tiễn Kết quả nghiên cứu của luận văn làm tài liệu tham khảo, nghiên cứu về giáo dục STEM và vận dụng vào dạy học một số kiến thức chương “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ” tại các trường phổ thông. 8. Cấu trúc của luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận và phần khuyến nghị, tài liệu tham khảo và mục lục thì nội dung của luận văn được cấu trúc thành 3 chương: Chương 1. Cơ sở lý luận và thực tiễn về giáo dục STEM trong trường phổ thông Chương 2. Tổ chức dạy học một số chủ đề STEM của kiến thức chương “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ” – Vật lý 11 THPT Chương 3. Thực nghiệm sư phạm 4 Chương 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ GIÁO DỤC STEM TRONG TRƯỜNG PHỔ THÔNG 1.1. Cơ sở tâm lý học lứa tuổi của học sinh trung học phổ thông đối với giáo dục STEM1 1.1.1. Đặc điểm tâm lý lứa tuổi học sinh trung học phổ thông (THPT) Ở tuổi thanh niên HS (15 – 18 tuổi) hay HS THPT đạt những điều kiện nhất định về sinh lý như: chiều cao, cân nặng, hệ tim mạch, hệ nội tiết và đặc biệt là hệ thần kinh. Sự liên kết các phần khác nhau của vỏ não tạo điều kiện cần thiết cho các hoạt động tiếp nhận, dẫn truyền, phân tích, tổng hợp, hệ thống hóa các kích thích lý học, hóa học, cơ học bên trong và bên ngoài cơ thể; kết nối các hoạt động của cơ thể với hoạt động riêng của hệ thần kinh. Tâm lý thanh niên HS được hình thành và phát triển dựa trên nền tảng của những cấu trúc và chức năng tâm lý đã có ở tuổi thiếu niên. Ở thời điểm này, thanh niên HS đã đạt được những thành tựu nổi bật về sự phát triển tâm lý như: tư duy trừu tượng phát triển và tính chủ định trong tất cả các quá trình nhận thức phát triển mạnh, xúc cảm – tình cảm trong sáng, đa dạng. Khả năng tự ý thức và đặc biệt là sự tự đánh giá phát triển mạnh mẽ, các em bắt đầu biết suy nghĩ, suy xét khi hành động. Các em có nhu cầu được khẳng định mình trong cộng đồng người. Ý thức về tính người lớn của bản thân phát triển mạnh, ý thức sẵn sàng hành động chứng tỏ mình là người lớn và muốn được công nhận là người trưởng thành đang hừng hực trong các em. Thanh niên HS có sự phát triển mang tính hài hòa, cân đối và đang gần đến mức hoàn thiện tính độc lập trong quan hệ với người lớn ở gia đình, trường học và xã hội; sự chiếm lĩnh và trở thành vai trò của hoạt động học tập – hướng nghiệp so với tất cả các hoạt động khác của lứa tuổi. Vì vậy, việc đưa vào trường phổ thông chương trình giáo dục theo định hướng STEM với những yêu cầu về tư duy, sáng tạo, thực hành là phù hợp với giai đoạn phát triển sinh lý của các em HS. Giáo dục STEM tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tư 1 Lý Minh Tiên, (2016) 5 duy và học tập các kiến thức khoa học của học sinh, cho sự phát triển các thao tác tư duy và các kỹ năng học tập của thanh niên học sinh. 1.1.2. Đặc điểm nhận thức lứa tuổi học sinh THPT Đặc điểm về hoạt động nhận thức lứa tuổi HS THPT được thể hiện qua các hoạt động: tri giác, trí nhớ, tư duy, chú ý,… có năm tính chất cơ bản: tính mục đích, tính chủ định, tính suy luận, tính hệ thống và tính thực tiễn. Những chính sách giáo dục và những phương cách giảng dạy cần phải tạo mọi điều kiện để thúc đẩy sự phát triển khả năng nhận thức của các em HS. a. Tri giác Tri giác của thanh niên HS là tri giác có mục đích, có suy xét và có hệ thống. Khi nhìn, nghe, tiếp xúc với các sự vật và hiện tượng xung quanh, thanh niên HS thường đặt câu hỏi: “Tôi tiếp xúc cái này để làm gì?”, “Cái này có ý nghĩa gì và nó có liên quan gì với những cái khác tôi đã biết?”, “Cái này quan trọng hơn cái nào?” Trong dạy học, GV nên hướng dẫn và khuyến khích HS tìm ra kiến thức nào là quan trọng và chủ yếu trong bài học, kiến thức đang học có liên quan gì với các kiến thức đã học và được ứng dụng trong thực tế ra sao, vị trí của kiến thức đang học trong hệ thống kiến thức có liên quan tới nó, kiến thức đang học có ý nghĩa gì cho thanh niên HS trong cuộc sống hiện tại và tương lai và tại sao phải học nó. b. Trí nhớ Cùng với xu hướng phát triển tính mục đích và tính ý nghĩa trong tri giác, tính chủ định trong ghi nhớ của thanh niên HS cũng phát triển mạnh. Ghi nhớ có ý nghĩa cũng phát triển mạnh và tạo nên tính logic, tính hệ thống trong nhận thức của thanh niên HS. Những hiện tượng cố gắng nhồi nhét kiến thức một cách máy móc vào bộ nhớ, cố gắng nhớ nguyên xi càng nhiều nội dung học tập càng tốt gần như ít thấy thể hiện ở các em. Thay vào đó là các em tìm kiếm những cách ghi nhớ mang tính ý nghĩa như: xác định các ý chính trong từng bài học khi học các môn khoa học xã hội, nhớ công thức các môn khoa học tự nhiên bằng các sơ đồ và các lập luận logic, sử dụng bản đồ tư duy. Ghi nhớ có ý nghĩa giúp thanh niên HS không chỉ có thể nhớ một khối lượng kiến thức đồ sộ mà còn giúp các em có thể dễ dàng tái hiện các thông tin cần 6 thiết để phục vụ cho quá trình giải quyết các bài tập và bài kiểm tra, giúp các em đạt được kết quả cao trong học tập. Ở tuổi thanh niên HS, các loại trí nhớ phát triển mạnh như: trí nhớ hình ảnh, trí nhớ ngôn ngữ, trí nhớ số học, trí nhớ vận động, trí nhớ logic,… GV và các bậc phụ huynh có thể dựa vào sự phát triển các loại trí nhớ ở từng em để làm cơ sở cho định hướng nghề nghiệp của các em. c. Tư duy Ở tuổi thanh niên HS, các loại tư duy phát triển mạnh như: tư duy trừu tượng, tư duy lý luận. Còn tư duy hình tượng và tư duy hành động vẫn đang phát triển và có vai trò hỗ trợ cho tư duy trừu tượng trong quá trình lĩnh hội các tri thức khoa học, rèn luyện các kỹ năng học tập. Các phẩm chất tư duy phát triển mạnh như: tính độc lập, tính lập luận, tính phê phán, tính linh hoạt, tính hệ thống, tính khái quát, tính sáng tạo. Các phương pháp dạy học có tác dụng phát triển tư duy như: phương pháp đàm thoại, phương pháp tình huống, phương pháp làm việc nhóm, phương pháp dạy học dự án,… Hệ thống câu hỏi và bài tập cần được thiết kế trên cơ sở đòi hỏi thanh niên phải sử dụng tất cả các khả năng của mình như: phân tích, chứng minh, tổng hợp, so sánh, bình luận, đánh giá, hệ thống hóa,… d. Chú ý Sự chú ý của thanh niên HS chịu sự chi phối của thái độ và hứng thú của các em đối với đối tượng của sự chú ý. Đối với những môn học được các em yêu thích, các em thường tập trung chú ý nhiều hơn. Các em có thể chủ động tìm hiểu các nội dung học tập mà các em yêu thích từ nhiều nguồn cung cấp thông tin khác nhau, dành nhiều thời gian và công sức để lĩnh hội các nội dung mà các em yêu thích. Và ngược lại đối với những môn các em không thích, khó hiểu, khó ghi nhớ,.. thì thường tỏ ra lơ là, không dành nhiều thời gian cho những môn học đó. 1.2. Hoạt động dạy học cho học sinh THPT theo định hướng giáo dục STEM 1.2.1. Bản chất của quá trình dạy học Bản chất của quá trình dạy học là giúp HS tiếp nhận kiến thức, hình thành kỹ năng, rèn luyện kỹ xảo thông qua đó HS có được những năng lực cần thiết cho cuộc sống. Sau những bài học trên lớp ngoài việc giúp HS đạt được những mục tiêu nhất 7 định do GV đề ra và gắn kết các kiến thức vào giải các bài tập trên giấy, khó giúp HS khắc sâu kiến thức và áp dụng vào thực tế. Tuy nhiên, chúng ta không thể phủ nhận những kết quả mà kiểu dạy học này mang lại. Bên cạnh đó, hoạt động dạy học cho học sinh THPT theo định hướng giáo dục STEM còn giúp HS có sự kết nối kiến thức trong các lĩnh vực chuyên môn của giáo dục STEM: Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học. Trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM về bản chất là: - Dạy học tích hợp: định hướng đầu ra, phát triển năng lực, lấy HS làm trung tâm và kết nối kiến thức vào thực tiễn cuộc sống; - Định hướng phát triển năng lực và đánh giá của định hướng phát triển năng lực là đánh giá quá trình; - Định hướng hành động; - Định hướng vận dụng vào giải quyết các vấn đề thực tiễn; Như vậy, nội dung và phương pháp dạy học không bị giới hạn về dạy học lý thuyết mà có sự gắn kết giữa các kiến thức và thực hành, gắn kết lý thuyết vào thực tế, giữa tư duy và hành động, hình thành kỹ năng, rèn luyện kỹ xảo thông qua các hoạt động thực hành định hướng sản phẩm và tiếp nhận kiến thức một cách nhẹ nhàng. 1.2.2. Đặc trưng của quá trình dạy học trong thời đại của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 a. Hoạt động nhóm Trong quá trình dạy học, khi GV giao cho HS các nhiệm vụ khó hoặc hàm lượng câu hỏi nhiều nên cần từ 3 – 6 học sinh lập thành một nhóm để cùng nhau giải quyết vấn đề. Trong dạy học theo nhóm chủ yếu được thiết kế sao cho có sự phân công công việc rõ ràng giữa các thành viên để tất cả HS đều có nhiệm vụ. Cần hướng dẫn HS cách phân chia nhiệm vụ các thành viên trong nhóm như: Nhóm trưởng, thư ký, thành viên báo cáo, các thành viên để làm mô hình, đọc hiểu, tìm kiếm thông tin,... Trong nhóm phải có sự đồng nhất, sự hỗ trợ và học hỏi lẫn nhau để hoàn thành tốt nhiệm vụ GV giao cho. b. Vẽ sơ đồ tư duy Sơ đồ tư duy là một phương pháp lưu trữ, sắp xếp thông tin, khái quát hóa tri thức trong một lĩnh vực nào đó bằng cách sử dụng từ khóa, hình ảnh là chủ đạo để kích 8 thích ghi nhớ lâu hoặc kích hoạt những ký ức cụ thể và làm nảy sinh những suy nghĩ, ý tưởng mới. Sơ đồ tư duy trong học tập giúp ghi nhớ, triển khai ý tưởng, tổng kết nội dung trong từng bài học, từng chương hay trong từng môn học, lập kế hoạch dự án,… một cách nhanh chóng và hiệu quả. Như vậy, HS phải đọc kỹ tài liệu hướng dẫn, vận dụng những điều đã học, đã biết trong cuộc sống để tóm tắt nội dung theo từ khóa quan trọng hoặc vẽ hình ảnh chủ đạo hoàn thành sơ đồ ngắn gọn, súc tích và dễ hiểu nhất. Điều này thể hiện khả năng nắm bắt kiến thức của HS và thông qua hoạt động này HS có thể ghi nhớ các kiến thức thật rõ ràng, mạch lạc, logic trong thời gian ngắn. c. Thiết kế, chế tạo mô hình Thông qua việc dạy và học môn Vật lý theo định hướng giáo dục STEM, HS được thiết kế, chế tạo các sản phẩm gắn liền với thực tiễn có liên quan đến thí nghiệm hoặc ứng dụng kiến thức được học. HS cần phải có bản vẽ kỹ thuật để hình dung hình dạng sản phẩm và bản vẽ sẽ giúp định hướng hoạt động thiết kế, chế tạo sản phẩm của HS. Sau đó, HS sử dụng các thiết bị, dụng cụ, nguyên vật liệu để chế tạo thành các sản phẩm mong muốn. d. Thuyết trình báo cáo Thuyết trình để báo cáo nội dung kiến thức học được trong bài, HS trình bày đặc điểm cấu tạo, nguyên lý hoạt động và quá trình thực hiện sản phẩm, nhiệm vụ của các thành viên trong nhóm, những khó khăn và cách khắc phục, cải tiến sản phẩm của nhóm. Thuyết trình báo cáo là một trong những hoạt động giúp HS chia sẻ kinh nghiệm chiếm lĩnh kiến thức, phản biện với các nhóm khác để bảo vệ chính kiến, giải đáp thắc mắc giữa các nhóm. Ngoài ra, còn giúp HS tự tin thể hiện kỹ năng trình bày một vấn đề khi đứng trước đám đông. GV ngoài việc theo sát quá trình hoạt động nhóm, tiến trình học tập cũng như quá trình hoàn thiện sản phẩm của các nhóm thì thuyết trình báo cáo giúp GV so sánh kết quả học tập giữa các nhóm để từ đó điều chỉnh và hoàn thiện định hướng kiểm tra, đánh giá đúng năng lực giữa các HS trong nhóm hoặc giữa các nhóm trong lớp. Ngoài việc kiểm tra, đánh giá kết quả học tập của HS thì khâu kiểm tra, đánh giá quá trình học tập của HS cũng mang lại tính khách quan hơn. 9 1.3. Cơ sở lý thuyết về giáo dục STEM 1.3.1. Khái niệm về giáo dục STEM 2 a. Thuật ngữ STEM STEM là thuật ngữ viết tắt chữ cái đầu tiên của các từ trong tiếng Anh: Science, Technology, Engineering, Mathematics. Science (Khoa học): gồm các kiến thức về Vật lý, Hóa học, Sinh học và Khoa học Trái đất nhằm giúp học sinh hiểu về thế giới tự nhiên và vận dụng kiến thức đó để giải quyết các vấn đề khoa học trong cuộc sống hàng ngày. Technology (Công nghệ): phát triển khả năng sử dụng, quản lý, hiểu và đánh giá công nghệ của học sinh, tạo cơ hội để học sinh hiểu về công nghệ được phát triển như thế nào, ảnh hưởng của công nghệ mới tới cuộc sống. Engineering (Kỹ thuật): phát triển sự hiểu biết của học sinh về cách công nghệ đang phát triển thông qua quá trình thiết kế kỹ thuật, tạo cơ hội để tích hợp kiến thức ở nhiều môn học, giúp cho những khái niệm liên quan trở nên dễ hiểu. Kỹ thuật cũng cung cấp cho học sinh những kỹ năng để vận dụng sáng tạo cơ sở Khoa học và Toán học trong quá trình thiết kế các đối tượng, các hệ thống hay xây dựng các quy trình sản xuất. Mathematics (Toán học): là môn học nhằm phát triển ở học sinh khả năng phân tích, biện luận và truyền đạt ý tưởng một cách hiệu quả thông qua việc tính toán, giái thích, các giải pháp giải quyết các vấn đề toán học trong các tình huống đặt ra. Thuật ngữ STEM được dùng trong hai ngữ cảnh khác nhau đó là ngữ cảnh giáo dục và ngữ cảnh nghề nghiệp. - Đối với ngữ cảnh giáo dục, STEM nhấn mạnh đến sự quan tâm của nền giáo dục đối với các môn Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học. Quan tâm đến việc tích hợp các môn học trên gắn với thực tiễn để nâng cao năng lực cho người học. Giáo dục STEM có thể được hiểu 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. 2 Lê Xuân Quang, (2017)