Sáng kiến kinh nghiệm Xây dựng và thực hiện một số chủ đề dạy học STEM phần các định luật bảo toàn Vật lí 10 THPT

 MỤC LỤC Trang 
 PHẦN I. ĐẶT VẤN ĐỀ 
1. Lí do chọn đề tài 1 
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1 
3. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu 2 
4. Đóng góp của đề tài 2 
 PHẦN II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 
1. Cơ sở lí luận 
 1.1. Cơ sở lí luận về giáo dục STEM trong nhà trường phổ thông đáp ứng với chương 
 3 
trình GDPT mới 
 1.2. Xây dựng và thực hiện bài học STEM 8 
 1.3. Các bước phân tích hoạt động học của học sinh 20 
 1.4. Giáo dục STEM trong dạy học môn Vật lí 21 
2. Cở sở thực tiễn của dạy học Vật lý theo định hướng STEM ở một số trường PT 
 2.1. Thực trạng tổ chức dạy học môn Vật lý theo định hướng STEM ở một số trường 
 22 
THPT trên địa bàn huyện Thanh Chương. 
2.2. Nguyên nhân và khó khăn của thực trạng dạy học Vật lý ở trường THPT theo 
 26 
định hướng STEM 
3. Xây dựng và thực hiện một số chủ đề dạy học STEM phần các định luật bảo 
toàn Vật lí 10 THPT 
 3.1. Mô tả chủ đề 27 
 3.2. Mục tiêu 31 
 3.3. Thiết bị 32 
 3.4. Tiến trình dạy học 32 
4. Kết quả thực nghiệm sư phạm 50 
5. Một số kết quả đạt được khi tổ chức dạy học các chủ đề STEM phần các 
 51 
định luật bảo toàn Vật lí 10 THPT 
 PHẦN III. KẾT LUẬN 
1. Kết luận 53 
2. Kiến nghị đề xuất 53 
Tài liệu tham khảo 54 
 3. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu 
3.1. Mục đích nghiên cứu: 
 Việc đưa giáo dục STEM vào trường trung học mang lại nhiều ý nghĩa, phù hợp 
với định hướng đổi mới giáo dục phổ thông. Cụ thể là: 
 – Đảm bảo giáo dục toàn diện 
 – Nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM 
 – Hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho học sinh 
 – Kết nối trường học với cộng đồng 
 – Hướng nghiệp, phân luồng 
3.2. Nhiệm vụ nghiên cứu: 
 - Phân tích cơ sở lý luận và thực tiễn của giáo dục STEM trong trường phổ thông. 
 - Điều tra, phân tích thực trạng dạy học Vật lý theo định hướng STEM ở một số 
trường THPT trên địa bàn huyện Thanh Chương. Trên cơ sở đó phân tích các nguyên 
nhân, khó khăn để đề xuất hướng giải quyết của đề tài. 
 - Đề xuất giải pháp thực hiện đề tài nghiên cứu: Xây dựng các chủ đề dạy học STEM 
phần các định luật bảo toàn Vật lý 10 và tiến hành thực nghiệm tổ chức dạy học một 
số chủ đề tại trường THPT Thanh Chương 1. 
 - Trên cơ sở các chủ đề đã thực nghiệm, lựa chọn và giới thiệu cách tổ chức hoạt động 
cụ thể một số chủ đề dạy học STEM phần các định luật bảo toàn Vật lý 10 theo các 
phương pháp, hình thức dạy tích cực nhằm định hướng phát triển các năng lực HS. 
4. Đóng góp mới của đề tài 
 - Điều tra được thực trạng dạy học Vật lý theo định hướng STEM ở một số trường 
THPT trên địa bàn huyện Thanh Chương, phân tích các nguyên nhân, khó khăn, đưa 
ra hướng khắc phục, giải pháp để nâng cao chất lượng dạy học các môn học STEM, 
áp dụng thực nghiệm có hiệu quả tại trường THPT Thanh Chương 1. 
 - Xây dựng hệ thống các chủ đề dạy học STEM phần các định luật bảo toàn phục 
vụ giảng dạy một số bài học trong chương trình SGK Vật lý 10 nhằm phát triển năng 
lực cho HS. 
- Tổ chức dạy học một số chủ đề STEM phần các định luật bảo toàn Vật lý 10 tại 
trường phổ thông phù hợp với điều kiện dạy học của nhà trường và thu được những 
kết quả thiết thực nhằm nâng cao chất lượng dạy học bộ môn Vật lý và các môn học 
STEM, đưa giáo dục STEM vào trường học, góp phần vào phong trào thi đua đổi 
mới sáng tạo trong dạy học đáp ứng với yêu cầu chương trình GDPT tổng thể. 
 2 
 1.1.2. Dạy học các môn khoa học theo phương thức giáo dục STEM 
 Mỗi bài học STEM trong chương trình giáo dục phổ thông đề cập đến một vấn 
đề tương đối trọn vẹn, đòi hỏi học sinh phải học và sử dụng kiến thức thuộc các môn 
học trong chương trình để sử dụng vào giải quyết vấn đề đó. Tiến trình mỗi bài học 
STEM được thực hiện phỏng theo quy trình kĩ thuật (Hình 2), trong đó việc "Nghiên 
cứu kiến thức nền" (background research) trong tiến trình dạy học mỗi bài học 
STEM chính là việc học để chiếm lĩnh nội dung kiến thức trong chương trình giáo 
dục phổ thông tương ứng với vấn đề cần giải quyết trong bài học, trong đó học sinh 
là người chủ động nghiên cứu sách giáo khoa, tài liệu bổ trợ, tiến hành các thí nghiệm 
theo chương trình học (nếu có) dưới sự hướng dẫn của giáo viên; vận dụng kiến thức 
đã học để đề xuất, lựa chọn giải pháp giải quyết vấn đề; thực hành thiết kế, chế tạo, 
thử nghiệm mẫu; chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh thiết kế. Thông qua quá trình học tập 
đó, học sinh được rèn luyện nhiều kĩ năng để phát triển phẩm chất, năng lực. 
 Hình 2: Tiến trình bài học STEM 
 Tiến trình bài học STEM tuân theo quy trình kĩ thuật nêu trên nhưng các "bước" 
trong quy trình không được thực hiện một cách tuyến tính (hết bước nọ mới sang 
bước kia) mà có những bước được thực hiện song hành, tương hỗ lẫn nhau. Cụ thể 
là việc "Nghiên cứu kiến thức nền" được thực hiện đồng thời với "Đề xuất giải pháp"; 
"Chế tạo mô hình" được thực hiện đồng thời với "Thử nghiệm và đánh giá", trong 
 4 
 Những thông tin và ý kiến cá nhân này có thể sai hoặc không hoàn thành ở các 
mức độ khác nhau. Giáo viên có thể và cần phải dự đoán được mức độ hoàn thành 
của sản phẩm này để định trước phương án xử lí phù hợp. 
 – Cách thức tổ chức hoạt động: 
 Giáo viên giao nhiệm vụ (nội dung, phương tiện, cách thực hiện, yêu cầu sản 
phẩm phải hoàn thành); 
 Học sinh thực hiện nhiệm vụ (qua thực tế, tài liệu, video; cá nhân hoặc nhóm); 
Báo cáo, thảo luận (thời gian, địa điểm, cách thức); Phát hiện/phát biểu vấn đề (giáo 
viên hỗ trợ). 
 - Đánh giá: 
 Trên cơ sở các sản phẩm của cá nhân và nhóm học sinh, giáo viên đánh giá, nhận 
xét, giúp học sinh nêu đươc các câu hỏi/ vấn đề cần tiếp tục giải quyết, xác định 
được các tiêu chí cho giải pháp (sản phẩm khoa học hoặc sản phẩm kĩ thuật) cần 
thực hiện để giải quyết cấn đề đặt ra. Từ đó định hướng cho hoạt động tiếp theo của 
học sinh. 
 Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp 
 Trong hoạt động này, học sinh thực hiện hoạt động học tích cực, tự lực dưới sự 
hướng dẫn của giáo viên. Trong bài học STEM sẽ không còn các "tiết học" thông 
thường mà ở đó giáo viên "giảng dạy" kiến thức mới cho học sinh. Thay vào đó, học 
sinh tự tìm tòi, chiếm lĩnh kiến thức để sử dụng vào việc đề xuất, thiết kế sản phẩm 
cần hoàn thành. Kết quả là, khi học sinh hoàn thành bản thiết kế thì đồng thời học 
sinh cũng đã học được kiến thức mới theo chương trình môn học tương ứng. 
 – Mục đích: Hình thành kiến thức mới và đề xuất giải pháp. 
 Mục tiêu của hoạt động này là trang bị cho học sinh kiến thức, kĩ năng theo yêu 
cầu cần đạt của chương trình giáo dục phổ thông. 
 – Nội dung: Nghiên cứu nội dung sách giáo khoa, tài liệu, thí nghiệm để tiếp 
nhận, hình thành kiến thức mới và đề xuất giải pháp/thiết kế. 
 Về bản chất, nội dung của hoạt động này là học kiến thức mới của chương trình 
các môn học cần sử dụng để xây dựng và thực hiện giải pháp giải quyết vấn đề đặt 
ra. Học sinh được hướng dẫn nghiên cứu sách giáo khoa, tài liệu bổ trợ, làm thực 
hành, thí nghiệm để chiếm lĩnh kiến thức và rèn luyện kĩ năng theo yêu cầu cần đạt 
của chương trình. Các nhà trường, giáo viên sử dụng khung thời gian dành cho việc 
thực hiện nội dung này của chương trình để tổ chức hoạt động học của học sinh theo 
phương pháp, kĩ thuật dạy học tích cực; tăng cường hướng dẫn học sinh tự lực nghiên 
cứu sách giáo khoa và tài liệu bổ trợ để tiếp nhận và vận dụng kiến thức (ngoài thời 
gian trên lớp), dành nhiều thời gian trên lớp để tổ chức cho học sinh báo cáo, thảo 
luận, làm thực hành, thí nghiệm để nắm vững kiến thức và phát triễn các kĩ năng. 
 – Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh: Các mức độ hoàn thành nội dung 
 6 
 – Cách thức tổ chức hoạt động: 
 Giáo viên giao nhiệm vụ (Nêu rõ yêu cầu HS trình bày, báo cáo, giải thích, bảo 
vệ giải pháp/thiết kế); Học sinh báo cáo, thảo luận; Giáo viên điều hành, nhận xét, 
đánh giá + hỗ trợ HS lựa chọn giải pháp/thiết kế mẫu thử nghiệm. 
 - Đánh giá: 
 Theo từng bước trong quy trình hoạt động, giáo viên cần tổ chức cho học sinh/ 
nhóm học sinh trao đổi, thảo luận để lựa chọn hướng đi phù hợp. Sản phẩm cuối 
cùng được học sinh/nhóm học sinh trình bày để giáo viên đánh giá, nhận xét, góp ý 
hoàn thiện. 
 Hoạt động 4: Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá 
 Trong hoạt động này, học sinh tiến hành chế tạo mẫu theo bản thiết kế đã hoàn 
thiện sau bước 3; trong quá trình chế tạo đồng thời phải tiến hành thử nghiệm và 
đánh giá. Trong quá trình này, học sinh cũng có thể phải điều chỉnh thiết kế ban đầu 
để bảo đảm mẫu chế tạo là khả thi. 
 – Mục đích: Chế tạo và thử nghiệm mẫu thiết kế. 
 – Nội dung: Lựa chọn dụng cụ/thiết bị thí nghiệm; chế tạo mẫu theo thiết kế; 
thử nghiệm và điều chỉnh. 
 – Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh: Dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ 
vật đã chế tạo và thử nghiệm, đánh giá. 
 – Cách thức tổ chức hoạt động: Giáo viên giao nhiệm vụ (lựa chọn dụng 
cụ/thiết bị thí nghiệm để chế tạp, lắp ráp); Học sinh thực hành chế tạo, lắp ráp và 
thử nghiệm; Giáo viên hỗ trợ học sinh trong quá trình thực hiện. 
 Hoạt động 5: Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh 
 Trong hoạt động này, học sinh được tổ chức để trình bày sản phẩm học tập đã 
hoàn thành; trao đổi, thảo luận, đánh giá để tiếp tục điều chỉnh, hoàn thiện. 
 – Mục đích: Trình bày, chia sẻ, đánh giá sản phẩm nghiên cứu. 
 – Nội dung: Trình bày và thảo luận. 
 – Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh: Dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ 
vật... đã chế tạo được + Bài trình bày báo cáo. 
 – Cách thức tổ chức hoạt động: Giáo viên giao nhiệm vụ (mô tả rõ yêu cầu và 
sản phẩm trình bày); Học sinh báo cáo, thảo luận (bài báo cáo, trình chiếu, video, dung 
cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật đã chế tạo) theo các hình thức phù hợp (trưng bày, triển 
lãm, sân khấu hóa); Giáo viên đánh giá, kết luận, cho điểm và định hướng tiếp tục 
hoàn thiện. 
1.2. Xây dựng và thực hiện bài học STEM 
1.2.1 Tiêu chí xây dựng bài học STEM 
 8 
 Trong các bài học STEM, giáo viên cần kết nối và tích hợp một cách có mục 
đích nội dung từ các chương trình khoa học, công nghệ, tin học và toán. Lập kế 
hoạch để hợp tác với các giáo viên toán, công nghệ, tin học và khoa học khác để 
hiểu rõ nội hàm của việc làm thế nào để các mục tiêu khoa học có thể tích hợp trong 
một bài học đã cho. Từ đó, học sinh dần thấy rằng khoa học, công nghệ, tin học và 
toán không phải là các môn học độc lập, mà chúng liên kết với nhau để giải quyết 
các vần đề. Điều đó có liên quan đến việc học toán, công nghệ, tin học và khoa học 
của học sinh. 
 Tiêu chí 6: Tiến trình bài học STEM tính đến có nhiều đáp án đúng và coi sự 
thất bại như là một phần cần thiết trong học tập 
 Một câu hỏi nghiên cứu đặt ra, có thể đề xuất nhiều giả thuyết khoa học; một 
vấn đề cần giải quyết, có thể đề xuất nhiều phương án, và lựa chọn phương án tối 
ưu. Trong các giả thuyết khoa học, chỉ có một giả thuyết đúng. Ngược lại, các 
phương án giải quyết vấn đề đều khả thi, chỉ khác nhau ở mức độ tối ưu khi giải 
quyết vấn đề. Tiêu chí này cho thấy vai trò quan trọng của năng lực giải quyết vấn 
đề và sáng tạo trong dạy học STEM. 
1.2.2. Quy trình xây dựng bài học STEM 
 Bước 1: Lựa chọn chủ đề bài học 
 Căn cứ vào nội dung kiến thức trong chương trình môn học và các hiện tượng, 
quá trình gắn với các kiến thức đó trong tự nhiên; quy trình hoặc thiết bị công nghệ 
có sử dụng của kiến thức đó trong thực tiễn... để lựa chọn chủ đề của bài học. Những 
ứng dụng đó có thể là: Sữa chua/dưa muối – Vi sinh vật – Quy trình làm sữa 
chua/muối dưa; Thuốc trừ sâu – Phản ứng hóa học – Quy trình xử lí dư lượng thuốc 
trừ sâu; Hóa chất – Phản ứng hóa học – Quy trình xử lí chất thải; Sau an toàn – Hóa 
sinh – Quy trình trồng rau an toàn; Cầu vồng – Ra đar – Máy quang phổ lăng kính; 
Các mối ghép cơ khí; Mạch điện điều khiển cho ngôi nhà thông minh... 
 Bước 2: Xác định vấn đề cần giải quyết 
 Sau khi chọn chủ đề của bài học, cần xác định vấn đề cần giải quyết để giao cho 
học sinh thực hiện sao cho khi giải quyết vấn đề đó, học sinh phải học được những 
kiến thức, kĩ năng cần dạy trong chương trình môn học đã được lựa chọn (đối với 
STEM kiến tạo) hoặc vận dụng những kiến thức, kỹ năng đã biết (đối với STEM vận 
dụng) để xây dựng bài học. Theo những ví dụ nêu trên, nhiệm vụ giao cho học sinh 
thực hiện trong các bài học có thể là: Thiết kế, chế tạo một máy quang phổ đơn giản 
trong bài học về bản chất sóng của ánh sáng; Chế tạo bè nổi/thuyền khi học về Định 
luật Ác–si–mét; Chế tạo máy phát điện/động cơ điện khi học về cảm ứng điện từ; 
Thiết kế mạch lôgic khi học về dòng điện không đổi; Xây dựng quy trình làm sữa 
chua/muối dưa; Xây dựng quy trình xử lí hóa chất ô nhiễm trong nước thải; Quy 
trình trồng rau an toàn 
 10