Sáng kiến kinh nghiệm Tổ chức dạy học chương “Động lực học chất điểm” Vật lý 10 THPT theo định hướng giáo dục STEM

 SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 
Đề tài: 
 TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC 
 CHƯƠNG “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM” VẬT 
 LÝ 10 THPT THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC 
 STEM 
 MÔN : VẬT LÝ 
 Lĩnh vực : Phương pháp dạy học môn Vật lý 
PHẦN I : ĐẶT VẤN ĐỀ --------------------------------------------------------------- 1 
1. Lý do chọn đề tài ---------------------------------------------------------------------- 1 
2. Mục đích nghiên cứu ------------------------------------------------------------------ 2 
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu --------------------------------------------------- 2 
4. Phương pháp nghiên cứu ------------------------------------------------------------- 2 
5. Tính mới và đóng góp của đề tài ----------------------------------------------------- 3 
PHẦN II : NỘI DUNG NGHIÊN CỨU --------------------------------------------- 4 
Chương 1 DẠY HỌC VẬT LÝ THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 
 PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Ở TRƯỜNG THPT 4 
 1.1. Giáo dục STEM ..................................................................................... 4 
 1.2. Năng lực giải quyết vấn đề .................................................................. 11 
 1.3. Giáo dục STEM với việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề của 
 học sinh ....................................................................................................... 17 
 1.4. Xây dựng chủ đề giáo dục STEM ....................................................... 21 
 1.5. Tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM ............................. 23 
Chương 2 TỔ CHỨC DẠY HỌC CHƯƠNG---------------------------------------- 29 
 2.1. Thực trạng việc dạy học chương “Động lực học chất điểm” theo 
 định hướng giáo dục STEM ........................................................................ 29 
 2.2. Xây dựng và tổ chức dạy học chương “Động lực học chất điểm” 
 theo định hướng giáo dục STEM ................................................................ 34 
 2.3. Công cụ đánh giá chủ đề giáo dục STEM theo định hướng phát triển 
 năng lực giải quyết vấn đề. ......................................................................... 43 
CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM SƯ PHAM ------------------------------------------ 48 
 3.1 Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm ................................ 48 
 3.2. Đối tượng và phương pháp TNSP ....................................................... 48 
 3.3. Nôi dung thực nghiệm sư phạm .......................................................... 49 
 3.4. Kết quả TNSP ...................................................................................... 52 
PHẦN III: KẾT LUẬN CHUNG---------------------------------------------------- 62 
PHỤ LỤC -------------------------------------------------------------------------------- 64 
 i 
 PHẦN I : ĐẶT VẤN ĐỀ 
 1. Lý do chọn đề tài 
 Thời đại 4.0 với những trải nghiệm ưu việt từ trí tuệ nhân tạo và sự tích hợp các 
lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và Toán học gọi tắt “ STEM”. 
 Ở nước ta, giáo dục STEM đã chính thức được đưa vào chương trình giáo dục 
phổ thông mới và được thể hiện cụ thể trong từng môn học như Toán, Khoa học tự 
nhiên, Vật lý, Hóa học, Sinh học, Công nghệ, Tin học của các cấp học, bậc học. 
 Đặc biệt, chỉ thị số 16/CT-TTg ngày 04 tháng 5 năm 2017 và Quyết định số 
522/QĐ-TTg ngày 14 tháng 5 năm 2018 của thủ tướng chính phủ đã yêu cầu tăng 
cường năng lực tiếp cận học cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4, thúc đẩy triển 
khai giáo dục về khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học trong chương trình giáo 
dục phổ thông, tổ chức hoạt động giáo dục tích hợp khoa học - công nghệ - kỹ thuật 
- toán phù hợp với xu hướng phát triển ngành nghề của quốc gia, đáp ứng thị trường 
lao động, chuẩn bị điều kiện đào tạo nhân lực đáp ứng yêu cầu của cuộc cách mạng 
công nghiệp lần thứ 4. 
Vật lý là môn khoa học được giảng dạy ở trường trung học phổ thông, kiến thức vật 
lý trung học phổ thông là cơ sở nền tảng cho học sinh nghiên cứu những ứng dụng 
của vật lý trong kĩ thuật và công nghệ, kiến thức liên môn vật lý với các môn khoa 
học, giúp học sinh có những hiểu biết nhất định về tri thức cơ sở vật lý để tiếp tục 
nghiên cứu vật lý trong các trường đại học hoặc bước vào cuộc sống lao động trong 
một xã hội hiện đại. 
Do đặc thù của môn Vật lý là môn khoa học thực nghiệm, nên một trong các khâu 
quan trọng của quá trình đổi mới phương pháp dạy học Vật lý là tăng cường hoạt động 
nghiên cứu và tìm hiểu các ứng dụng kỹ thuật của Vật lý của học sinh trong quá trình 
học tập thông qua việc giao nhiệm vụ liên quan đến việc tìm hiểu công dụng, nguyên 
tắc hoạt động, cấu tạo và chế tạo thí nghiệm để học sinh được nghiên cứu khoa học, 
qua đó giúp học sinh hiểu sâu sắc các kiến thức Vật lý. 
Khoa học, kĩ thuật và công nghệ phát triển như vũ bão, hàng năm có rất nhiều những 
thành tựu mới vĩ đại và kì diệu. Nhân loại bước vào kỉ nguyên mới với cuộc cách mạng 
 1 
 4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 
Đọc các tài liệu tham khảo liên quan đến đề tài, phân tích tổng hợp và khái quát hóa 
nội dung, xây dựng cơ sở lý luận của đề tài 
Nghiên cứu những chủ chương chính sách của Nhà nước, của ngành Giáo dục có 
liên quan tới nội dung nghiên cứu 
 4.2 Phương pháp thực nghiệm 
Thực nghiệm sư phạm theo định hướng phát triển năng lực STEM kết quả nghiên 
cứu để kiểm chứng giả thuyết khoa học của đề tài. 
 4.3 Phương pháp thống kê toán học 
Xử lý kết quả thực nghiệm sư phạm bằng công cụ toán học thống kê 
 5. Tính mới và đóng góp của đề tài 
* Về mặt lý luận: Tổng hợp cơ sở lý luận về giáo dục STEM; Năng lực giải quyết vấn 
đề và phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh. 
* Về mặt thực tiễn: 
+ Đánh giá thực trạng dạy học môn Vật lý ở một số trường THPT trên địa bàn huyện 
Tương Dương dưới góc độ giáo dục STEM. 
+ Xây dựng và tổ chức dạy học được 2 chủ đề STEM chương “Động lực học chất 
điểm” Vật lý 10 THPT phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh. 
 3 
+ STEM đóng: Bao gồm 4 lĩnh vực (Toán, Công nghệ, Kĩ thuật và Khoa học). 
+ STEM khuyết: Bao gồm ít hơn 4 lĩnh vực (Toán, Công nghệ, Kĩ thuật và Khoa 
học). 
+ STEAM: là hướng tiếp cận giáo dục sử dụng mô hình STEM kết hợp với nghệ 
thuật, nhân văn (Art). 
+ STEM và sáng tạo KHKT: STEM là cơ sở giúp học sinh phát triển thành các dự 
án sáng tạo KHKT. 
+ Môn học STEM: Là các môn học có nội hàm kiến thức thuộc mô hình giáo dục 
STEM. 
 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 một phương thức giáo dục nhằm trang bị cho học sinh 
những kiến thức khoa học gắn liền với ứng dụng của chúng trong thực tiễn, qua đó 
phát triển cho học sinh năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề cùng với những năng 
lực khác tương ứng, đáp ứng được yêu cầu của sự phát triển kinh tế - xã hội. Các 
mức độ áp dụng giáo dục STEM trong giáo dục phổ thông như sau: 
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 
 5 
thuật và toán, chính phủ Mỹ đã có nhiều chính sách thu hút nguồn nhân lực chất 
lượng cao cho các ngành nghề trên. Ví dụ như chính sách cấp Visa làm việc cho các 
sinh viên nước ngoài tốt nghiệp các ngành nghề thuộc các lĩnh vực về: khoa học, kĩ 
thuật, công nghệ và toán. Ban đầu quỹ khoa học quốc gia Mỹ (NSF) đã bắt đầu sử 
dụng từ viết tắt SMET thay cho khoa học, toán học, kĩ thuật và công nghệ (Science, 
Mathemetics, Engineering and Technology) (Mark Sanders - The Technology 
Teacher 2009) . Tuy nhiên, các nhân viên của NFS nhận thấy phát âm của SMET rất 
giống với từ “smut” (điều tục tĩu) từ đó thuật ngữ STEM ra đời thay thế cho SMET. 
Có một điều thú vị là STEM trong tiếng anh là một từ có nghĩa, gắn liền với Stem 
cell (tế bào gốc) vì vậy, cho đến tận năm 2003, rất ít người Mĩ thật sự biết STEM 
nghĩa là gì. 
Một trong những bước đi quan trọng của Mỹ trong cải cách giáo dục để tìm lại vị 
thế của mình là phát triển giáo dục STEM. Tại sao giáo dục STEM lại trở nên quan 
trọng như vậy và chúng ta cần phải hiểu như thế nào về giáo dục STEM? 
Giáo dục STEM tại Việt Nam 
 Giáo dục STEM xuất hiện ở Việt Nam từ năm 2010 bắt đầu từ các thành phố 
lớn và hầu hết tập trung vào 2 mảng chính là robot và lập trình. Trải qua thời gian 
phát triển, STEM trở thành đối tượng nghiên cứu và phương pháp giáo dục của nhiều 
nhà khoa học giáo dục và trở thành từ khóa tìm kiếm hàng đầu trong lĩnh vực kinh 
doanh giáo dục. Tuy nhiên, trong các trường học, STEM vẫn chưa được phổ biến 
rộng rãi. 
 Khác với các nước phát triển trên thế giới như Mỹ, giáo dục STEM du nhập 
vào Việt Nam không phải bắt nguồn từ các nghiên cứu khoa học giáo dục hay từ 
chính sách vĩ mô về nguồn nhân lực mà bắt nguồn từ các cuộc thi Robot dành cho 
học sinh từ cấp tiểu học đến phổ thông trung học do các công ty công nghệ tại Việt 
Nam triển khai cùng với các tổ chức nước ngoài. Ví dụ cuộc thi Robotics make X 
2019 của Công ty CP robot Công nghệ cao STEAM Việt Nam hay một số cuộc thi 
robocon của các hãng như Lego và một số cuộc thi robocon của các hãng khác trong 
nước. Từ đó đến nay giáo dục STEM đã bắt đầu có sự lan toả với nhiều hình thức 
 7 
+) Kỹ năng giải quyết vấn đề phức tạp 
+) Kỹ năng làm việc nhóm 
+) Kỹ năng tư duy phản biện 
+) Kỹ năng sáng tạo 
=> Các kỹ năng được lồng ghép trong các hoạt động học tập trong lớp hoặc ngoài 
lớp học. Các kỹ năng cũng được xây dựng có tính hệ thống, liên tục và kế thừa lẫn 
nhau. 
 - Thách thức học sinh vượt lên chính mình: Các bài tập, dự án học tập hoạc các 
chuyến đi thực địa đều đòi hỏi học sinh phải nỗ lực bản thân, phối hợp làm việc 
nhóm, khai thác các nguồn lực có sẵn để đạt đến những cột mốc mới về kiến thức, 
kinh nghiệm cũng như năng lực mới của mình. Sẽ không còn những bài tập chỉ là để 
học thuộc lòng, ghi nhớ và trả bài như lối học truyền thống. Mà thay vào đó học sinh 
phải vận dụng các kiến thức để định hướng giải quyết các vấn đề, sáng tạo và đổimới. 
 - Có tính hệ thống và kết nối giữa các bài học: Đây là một đặc điểm rất quan trọng 
giúp quá trình giáo dục đạt được hiệu quả cao đối với học sinh. Vì nếu như học sinh 
chỉ tham gia các bài học lý thuyết lẫn thực hành khác nhau, mà những bài học đó lại 
thiếu sự gắn kết, kế thừa và liên tục thì chắc chắn học sinh sẽ rơi vào các lỗ hổng 
kiến thức và rời rạc về mặt thông tin. Do đó để xây dựng được một chương trình giáo 
dục STEM tốt, rất cần những người có kiến thức xây dựng khung chương trình giáo 
dục STEM. 
=> Thông qua các đặc điểm ở trên thì học sinh sẽ nhận thức được sự giao thoa giữa 
các ngành khoa học và toán, thấy được sự cần thiết của các kiến thức khoa học để 
giải quyết một vấn đề nào đó. Đồng thời trong quá trình đó học sinh được khuyến 
khích sự sáng tạo dựa trên sở thích riêng của bản thân, nên các em sẽ tự tin hơn trong 
quá trình học tập. Điều thú vị hơn là giáo dục STEM giúp học sinh trải nghiệm qua 
các cảm xúc của thất bại cũng như thành công trong quá trình học tập, đó là một điều 
rất cần thiết cho sự phát triển trí thông minh cảm xúc và tạo động lực cho sự trưởng 
thành của trẻ 
 1.1.5. Chủ đề giáo dục STEM 
 9