Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Xây dựng và thực hiện một số chủ đề dạy học Stem cơ bản Vật lí trung học phổ thông

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:76

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu sáng kiến "Xây dựng và thực hiện một số chủ đề dạy học Stem cơ bản Vật lí trung học phổ thông" nhằm 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 lí theo định hướng STEM. Trên cơ sở đó phân tích các nguyên nhân, khó khăn để đề xuất hướng giải quyết của đề tài.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Xây dựng và thực hiện một số chủ đề dạy học Stem cơ bản Vật lí trung học phổ thông

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NINH BÌNH TRƯỜNG THPT NHO QUAN A  SÁNG KIẾN XÂY DỰNG VÀ THỰC HIỆN MỘT SỐ CHỦ ĐỀ DẠY HỌC STEM CƠ BẢN VẬT LÍ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG Bộ môn: Vật lí Tên tác giả: 1. Nguyễn Phong Cầm – Tổ trưởng CM 2. Trương Thị Thu Hường – Giáo viên Vật lí 3. Nguyễn Thị Hồng Loan – Giáo viên Vật lí 4. Hoàng Đình Trung – Giáo viên Vật lí Đơn vị: Trường THPT Nho Quan A
Năm học 2021 - 2022 2
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ĐƠN YÊU CẦU CÔNG NHẬN SÁNG KIẾN Kính gửi : Hội đồng chấm Sáng kiến - Trường THPT Nho Quan A. - Sở Giáo dục và Đào tạo tỉnh Ninh Bình. Chúng tôi gồm: TT Họ và tên Ngày tháng Nơi Chức vụ Trình Tỷ lệ năm sinh công độ CM (%) đóng tác góp 1 Nguyễn Phong Cầm 05/09/1979 TTCM Thạc sỹ 25 2 Trương Thị Thu 08/10/1989 Giáo Đại Học 25 THPT Hường viên Nho 3 Nguyễn Thị Hồng 24/06/1988 Giáo Thạc sỹ 25 Quan Loan viên A 4 Hoàng Đình Trung Giáo Đại Học 25 viên 1. Tên sáng kiến, lĩnh vực áp dụng - Tên sáng kiến: “ XÂY DỰNG VÀ THỰC HIỆN MỘT SỐ CHỦ ĐỀ DẠY HỌC STEM CƠ BẢN VẬT LÍ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG” - Lĩnh vực áp dụng: Giảng dạy môn Vật lí - cấp học THPT. 2. Nội dung a. Giải pháp cũ thường làm: - Trong dạy học vật lí làm thí nghiệm là một hoạt động khá đặc trưng của bộ môn. Tuy nhiên, chương trình giáo dục hiện hành thì đang tập trung chủ yếu vào kiến thức lý thuyết mà ít chú trọng đến các kĩ năng thực hành, chưa giúp người học vận dụng kiến thức ứng dụng vào thực tế. - Phương pháp dạy học truyền thống là lấy giáo viên làm trung tâm. Giáo viên sẽ là người thuyết trình, diễn giải kho tàng tri thức còn học sinh sẽ là lắng nghe, ghi chép và học thuộc. Phương pháp này sẽ chỉ cho phép các học sinh có thể đạt được mức độ tái hiện nên nó mang tính thụ động khá nhiều. Do đó chưa đi sâu vào phát triển năng lực và phẩm chất người học. *Ưu điểm Đối với giáo viên: Giải pháp cũ thường làm trên thì giáo viên không phải mất quá nhiều thời gian và công sức để tìm hiểu, sưu tầm tư liệu, chuẩn bị các nội dung phục vụ cho bài giảng. Hầu hết giáo viên chỉ cần truyền tải nội dung trong sách giáo khoa. Đối với học sinh: Học theo phương pháp trên thì học sinh chỉ tập trung vào những kiến thức đã có sẵn trong sách giáo khoa, học sinh không mất nhiều thời gian chuẩn bị cho các bài học. * Nhược điểm. 3
Dạy và học theo phương pháp trên, rất ít học sinh có hứng thú và động lực học tập, học sinh dễ tiếp thu một cách thụ động mà không phát huy được tính tích cực, chủ động, sáng tạo của bản thân. Giờ học cũng trở nên buồn tẻ và kiến thức chỉ thiên về lý thuyết. Bởi vì không có nhiều cơ hội thực hành, nên học sinh khó có thể áp dụng những kiến thức đã học vào thực tiễn. b. Giải pháp mới cải tiến: Phương pháp giáo dục STEM giúp người học không bị nhàm chán với những lý thuyết khô cứng, củng cố thêm những kiến thức thực tiễn cần thiết và trang bị cho người học khả năng vận dụng linh hoạt kiến thức vào đời sống. Đây là một kỹ năng cực kỳ cần thiết đối với thế hệ trẻ trong kỷ nguyên mới. Trong các tiết học STEM, những tình huống thực tế được đưa ra như một đề tài hoặc dự án. Để giải quyết vấn đề, học sinh phải tìm hiểu, nghiên cứu các kiến thức của những môn học liên quan, ngoài ra phải trực tiếp trải nghiệm, quan sát, phân tích đánh giá vấn đề để đưa ra kết luận. * Ưu điểm: Giáo viên sẽ tổ chức cho học sinh hoạt động thực hành để khám phá tri thức mới và vận dụng nó để củng cố rèn luyện kỹ năng của bản thân. Học sinh được đóng vai trò chủ động trong mỗi giờ học. Các em tự thực hiện, nghiên cứu, áp dụng các phương pháp mới để giải quyết vấn đề. Giúp hình thành cho người học những phẩm chất như là tính độc lập, tinh thần chịu trách nhiệm và tính sáng tạo. Mỗi tiết học cũng trở nên sinh động hơn, học sinh có hứng thú và động lực học tập, tiếp thu kiến thức một cách linh hoạt, phát huy được tính tích cực, chủ động, sáng tạo của bản thân. * Nhược điểm: Tuy phương pháp giáo dục STEM đã được chứng minh là phương pháp tốt, hiệu quả, nhưng thực tế triển khai không chắc chắn đạt được như mong muốn, nếu như việc chuẩn bị không được chu đáo thì sẽ khiến cho học sinh rèn luyện những kỹ năng và kĩ xảo này một cách máy móc. Chương trình giáo dục hiện tại chưa thiết kế để dạy theo phương pháp giáo dục STEM và thời lượng có hạn trong một tiết học nên các hoạt động chưa thể khai thác tối đa năng lực của các em học sinh. 3. Hiệu quả kinh tế, xã hội dự kiến đạt được - Hiệu quả kinh tế: Thúc đẩy sự phát triển các năng lực cho học sinh, đặc biệt là năng lực giải quyết vấn đề; kích thích, tạo hứng thú cho các em khi học tập bộ môn Vật lí; nâng cao thành tích học tập bộ môn của HS. Việc yêu thích và hứng thú học tập bộ môn Vật lí giúp các em hiểu biết kiến thức từ đó biết vận dụng linh hoạt từ lí thuyết vào thực tế đời sống giải quyết các vấn đề cần thiết trong cuộc sống. Giúp HS hiểu được các ứng dụng khoa học kỹ thuật, chế tạo các sản phẩm áp dụng vào thực tiễn. Giáo viên tiếp cận được chương trình giáo dục phổ thông mới là phát triển phẩm chất và năng lực người học. - Hiệu quả xã hội: 4
Giáo dục STEM dạy cho học sinh cách giải quyết vấn đề bằng việc sử dụng các kỹ năng tư duy phản biện, các em sẽ được học cách phân tích các vấn đề và lên kế hoạch để giải quyết chúng, giúp các em phát minh ra những ý tưởng và dự án mang tính đổi mới. Trong những tiết học, học sinh có trình độ khác nhau vẫn có thể làm việc trong cùng một nhóm để giải quyết các vấn đề, ghi chép dữ liệu, viết báo cáo, thuyết trình và hơn thế nữa và kết quả là các em học sinh được hợp tác với nhau và cùng phát triển trong môi trường yêu cầu khả năng làm việc nhóm cao. Học sinh được tiếp cận với công nghệ nhiều hơn, các em sẽ sẵn sàng đón nhận chúng thay vì do dự hay lo sợ. Điều này sẽ giúp các em có được lợi thế lớn trong một môi trường toàn cầu đang ngày càng trở nên công nghệ hóa. Đặc biệt, học sinh được trải nghiệm với các sản phẩm thực hành có thể là thành công hoặc là thất bại và thông qua đó, các em có thể phát triển trí tuệ một cách lành mạnh đúc rút cho mình nhiều kinh nghiệm trong thực tiễn. 4. Điều kiện và khả năng áp dụng - Điều kiện áp dụng: Sáng kiến “ XÂY DỰNG VÀ THỰC HIỆN MỘT SỐ CHỦ ĐỀ DẠY HỌC STEM CƠ BẢN VẬT LÍ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG” đang được áp dụng tại trường THPT Nho Quan A giúp học sinh có những tiết học đầy hứng thú, sinh động và đạt hiệu quả cao. - Khả năng áp dụng: Thông qua kết quả việc áp dụng sáng kiến này ở học sinh chúng tôi thiết nghĩ, sáng kiến này có tính khả thi rất cao, có khả năng áp dụng rộng rãi cho mọi trường THPT; mọi đối tượng của người dạy và học hướng đến dạy học rộng rãi trong chương trình giáo dục phổ thông mới. - Danh sách những người đã tham gia áp dụng thử hoặc áp dụng sáng kiến lần đầu : TT Họ và tên Ngày tháng Nơi Chức Trình Nội năm sinh công vụ độ dung tác CM hỗ trợ 1 Nguyễn Phong Cầm 05/09/1979 TTCM Thạc Xây sỹ dựng THPT chương Nho trình Quan giảng A dạy, giảng dạy 2 Trương Thị Thu 08/10/1989 Giáo Đại Xây Hường viên Học dựng chương trình giảng dạy, 5
giảng dạy 3 Nguyễn Thị Hồng 24/06/1988 Giáo Thạc Xây Loan viên sỹ dựng chương trình giảng dạy, giảng dạy 4 Hoàng Đình Trung 02/03/1981 Giáo Đại Xây viên Học dựng chương trình giảng dạy, giảng dạy Chúng tôi xin cam đoan mọi thông tin nêu trong đơn làtrung thực, đúng sự thật và hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật. XÁC NHẬN CỦA Nho Quan, ngày 09 tháng 05 năm 2022 ĐƠN VỊ CÔNG TÁC Người nộp đơn NHÓM TÁC GIẢ Nguyễn Phong Cầm Trương Thị Thu Hường Nguyễn Thị Hồng Loan Hoàng Đình Trung 6
PHẦN MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 đang làm thay đổi căn bản nền sản xuất của thế giới, tạo ra những cơ hội rất lớn nhưng cũng đặt ra những thách thức không nhỏ cho mỗi quốc gia. Điều này đặt ra cho ngành Giáo dục và Đào tạo (GD-ĐT) một sứ mệnh to lớn là chuẩn bị nguồn nhân lực chất lượng cao để đáp ứng yêu cầu phát triển đất nước. Để thực hiện được nhiệm vụ này, GD-ĐT rất cần thiết phải đưa giáo dục STEM vào nhà trường, bởi những ưu thế của giáo dục STEM trong dạy học, góp phần tích cực trong việc đổi mới phương pháp dạy học theo chương trình giáo dục phổ thông (GDPT) mới, thực sự giúp học sinh (HS) hướng đến thế giới công nghệ 4.0 và các lợi thế khác, đáp ứng được mục tiêu đào tạo con người có năng lực trong cuộc sống tương lai, phù hợp nhu cầu nhân lực lao động trong thời đại công nghệ 4.0 đang diễn ra mạnh mẽ trên thế giới. Giáo dục STEM một mặt thực hiện đầy đủ mục tiêu giáo dục đã nêu trong chương trình GDPT mới, mặt khác nhằm phát triển các năng lực cốt lõi cho HS, phát triển các năng lực đặc thù của môn học thuộc về STEM và định hướng nghề nghiệp cho HS. Để đón đầu chương trình GDPT mới, nhiều địa phương và trường học đã đi trước một bước trong việc triển khai giáo dục STEM. Trong quá trình triển khai dạy học các môn học STEM, một trong những yêu cầu đối với giáo viên (GV) là phải biết cách tổ chức, thiết kế các hoạt động STEM một cách sáng tạo có hiệu quả, phù hợp với điều kiện dạy học. Tuy nhiên hiện nay qua khảo sát tôi nhận thấy việc triển khai dạy học STEM ở các trường THPT còn nhiều hạn chế, bên cạnh đó, một số GV vẫn chưa có nhận thức đầy đủ về bản chất dạy học STEM cũng như cách thiết kế hoạt động, tổ chức, thực hiện dạy học STEM như thế nào cho có hiệu quả trong môn học. Hơn nữa, hiện nay trên các trang mạng điện tử, tài liệu sách vở, các tạp chí giáo dục đã cung cấp rất nhiều các vấn đề chung về giáo dục STEM nhưng các tài liệu hướng dẫn cụ thể việc tổ chức dạy học các môn học theo định hướng STEM trong trường phổ thông còn chưa nhiều.Vì vậy nghiên cứu sâu về dạy học STEM, đề xuất cách thức thiết kế và tổ chức cho HS học tập hiệu quả các môn học STEM nói chung, Vật lý nói riêng như thế nào là một hướng nghiên cứu mới cập nhật, cần thiết trong bối cảnh nền GD-ĐT Việt Nam đang đổi mới căn bản và toàn diện. Vật lí với đặc thù là bộ môn khoa học thực nghiệm có tính công nghệ và kỹ thuật rất cao, có nhiều kiến thức liên quan đến thực tiễn, thực hành cùng với nền tảng để học Vật lí là Toán học nên rất thuận lợi trong việc triển khai dạy học theo phương thức STEM bằng các hình thức tăng cường các hoạt động nghiên cứu, trải nghiệm sáng tạo, câu lạc bộ.... Qua đó giúp HS hiểu được các ứng dụng khoa học kỹ thuật, chế tạo các sản phẩm áp dụng vào đời sống thực tiễn, đồng thời giúp HS không những hiểu sâu sắc các kiến thức Vật lí, từ đó tạo động lực, lòng đam mê, yêu thích bộ môn. Nói tóm lại, dạy học Vật lí theo phương thức STEM là một hướng giáo dục phù hợp giúp HS phát triển đầy đủ các năng lực đặc thù và năng lực cốt lõi theo mục tiêu của chương trình GDPT mới. 7
Qua quá trình nghiên cứu và giảng dạy bộ môn Vật lí ở THPT chúng tôi thấy có thể khai thác, thiết kế và thực hiện được nhiều chủ đề dạy học STEM ở tất cả các phần cơ, nhiệt, điện, từ ... của bộ môn Vật lí, kích thích được sự hứng thú, tích cực của HS trong quá trình dạy học. Với những lí do trên nhằm nâng cao hiệu quả và chất lượng dạy học, chúng tôi đã nghiên cứu đề tài “Xây dựng và thực hiện một số chủ đề dạy học STEM cơ bản Vật lí Trung học phổ thông”. Hy vọng đề tài sẽ góp một phần nhỏ, là nguồn tài liệu có ích giúp các thầy cô và các bạn đọc tham khảo và vận dụng vào quá trình dạy học môn Vật lí theo định hướng STEM ở các trường phổ thông. 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: HS trường THPT Nho Quan A. - Phạm vi nghiên cứu: Các chủ đề dạy học STEM phần cơ, nhiệt, điện và từ thuộc chương trình Vật lý THPT. Tiến hành thực nghiệm sư phạm tại trường THPT Nho Quan A - Thời gian nghiên cứu: Từ tháng 9/2021 đến tháng 4/2022 3. 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 lí theo định hướng STEM. 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 cơ, nhiệt, điện và từ - Vật lí THPT và tiến hành thực nghiệm tổ chức dạy học một số chủ đề tại lớp 10A, 10B, 10G, 10H, 11C, 11M, 12A, 12E - trường THPT Nho Quan A. - 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 cơ, nhiệt, điện và từ Vật lí THPT 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 lí theo định hướng STEM ở trường, 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. - Xây dựng hệ thống các chủ đề dạy học STEM phần cơ, nhiệt, điện và từ phục vụ giảng dạy một số bài học trong chương trình SGK Vật lí THPT nhằm phát triển năng lực cho HS. - Tổ chức dạy học một số chủ đề STEM phần cơ, nhiệt, điện và từ 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 lí 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. 8
PHẦN NỘI DUNG 1. Cơ sở lý luận về giáo dục STEM trong nhà trường phổ thông đáp ứng với chương trình GDPT mới 1.1. Khái niệm về giáo dục STEM STEM là viết tắt của từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật), Mathematics (Toán học). Giáo dục STEM về bản chất được hiểu trang bị cho người học những kiến thức và kĩ năng cần thiết liên quan đến các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học. Các kiến thức và kĩ năng này phải được tích hợp, lồng ghép và bổ trợ cho nhau, giúp HS không chỉ hiểu về nguyên lí mà còn có thể thực hành và tạo ra các sản phẩm trong cuộc sống hằng ngày. Đối với giáo dục STEM, các kiến thức khoa học, toán học, công nghệ và kĩ thuật không chỉ được dạy học theo hướng trang bị kiến thức thông thường mà được vận dụng nhằm giải quyết các tình huống thực tiễn trong cuộc sống. Việc làm này đem lại tác dụng lớn giúp cho trải nghiệm học tập của HS trở nên thú vị hơn, tạo động lực thúc đẩy các em hứng thú với việc học tập và nghiên cứu khoa học, công nghệ ngay từ nhỏ. Sự gắn kết đa dạng các thành phần giáo dục, tạo thành một hệ sinh thái giáo dục, sẽ là một trong những chìa khóa giúp nuôi dưỡng và đào tạo những thế hệ công dân toàn cầu có kiến thức và kỹ năng, đặc biệt là tư duy sáng tạo trong thời đại mới. Như vậy giáo dục STEM là một phạm trù rộng và liên quan đến nhiều lĩnh vực với hai đặc điểm nổi bật là tính tích hợp liên môn và hoạt động thực hành gắn với lí thuyết. Với giáo dục STEM, HS có thể học để lập trình điều khiển, chế tạo robot nhưng cũng có thể đơn giản là chế tạo ra những sản phẩm phục vụ đời sống, hay những đồ chơi mang tính chất giải trí nhưng lại giúp HS hiểu bản chất hiện tượng và tiếp thu kiến thức Vật lí một cách dễ dàng nhất. Qua đó cho thấy việc dạy và học STEM không nhất thiết cần điều kiện cơ sở vật chất, công nghệ hiện đại mà hoàn toàn tùy thuộc vào ý tưởng triển khai bài dạy của GV. 1.2.Chủ đề dạy học STEM trong trường trung học Chủ đề STEM là chủ đề dạy học được thiết kế dựa trên vấn đề thực tiễn kết hợp với chuẩn kiến thức, kỹ năng của các môn khoa học trong chương trình phổ thông. Trong quá trình dạy học, GV tổ chức cho HS làm việc nhóm, sử dụng công nghệ truyền thống và hiện đại, công cụ toán học để tạo ra những sản phẩm có tính ứng dụng thực tiễn, phát triển kỹ năng và tư duy HS. Chủ đề STEM cần đảm bảo các tiêu chí: giải quyết vấn đề thực tiễn, kiến thức trong chủ đề thuộc lĩnh vực STEM, định hướng hoạt động thực hành, làm việc nhóm. Có thể phân loại các chủ đề dạy học STEM dựa vào các tiêu chí sau. Dựa vào phạm vi kiến thức để giải quyết vấn đề STEM, người ta chia chủ đề STEM thành hai loại: Chủ đề STEM cơ bản được xây dựng trên cơ sở kiến thức thuộc phạm vi các môn khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán trong chương trình giáo dục phổ thông. Các sản phẩm chủ đề STEM này thường đơn giản, bám sát nội dung sách 9
giáo khoa (SGK) và thường được xây dựng trên cơ sở các nội dung thực hành, thí nghiệm trong chương trình giáo dục phổ thông. Chủ đề STEM mở rộng có những kiến thức nằm ngoài chương trình giáo dục phổ thông và SGK. Những kiến thức đó HS phải tự tìm hiểu và nghiên cứu từ tài liệu chuyên ngành. Sản phẩm STEM loại hình này có độ phức tạp cao hơn. Dựa vào mục đích dạy học, ta có thế chia chủ đề STEM thành hai loại chính: Chủ đề STEM dạy học kiến thức mới được xây dựng trên cơ sở kết nối kiến thức của nhiều môn học khác nhau mà HS chưa được học hoặc được học một phần, HS sẽ vừa giải quyết được vấn đề và vừa lĩnh hội tri thức mới. Chủ đề STEM dạy học và vận dụng được xây dựng trên cơ sở những kiến thức HS đã được học. Chủ đề STEM dạng này bồi dưỡng cho HS năng lực vận dụng lý thuyết vào thực tiễn. Kiến thức lý thuyết được củng cố và khắc sâu. 1.3.Quy trình xây dựng chủ đề 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 bài học. Bước 2: Xác định vấn đề cần giải quyết Sau khi lựa chọn chủ đề của bài học, cần xác định vấn đề cần giải quyết để giao cho HS thực hiện sao cho khi giải quyết vấn đề đó HS phải học được những kiến thức, kỹ năng cần dạy trong chương trình môn học đã lựa chọn hoặc vận dụng những kiến thức, kỹ năng đã biết để xây dựng bài học. Bước 3: Xây dựng tiêu chí của thiết bị và giải pháp giải quyết vấn đề Sau khi đã xác định vấn đề cần giải quyết (sản phẩm cần chế tạo) cần xác định rõ tiêu chí của giải pháp, sản phẩm. Các tiêu chí này phải hướng tới việc định hướng quá trình học tập và vận dụng kiến thức nền của HS chứ không nên tập trung đánh giá sản phẩm vật chất. Bước 4: Thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động Tiến trình tổ chức hoạt động học được thiết kế theo các phương pháp, kĩ thuật dạy học tích cực với 5 hoạt động học. Mỗi hoạt động được thiết kế rõ ràng về mục đích, nội dung và sản phẩm học tập mà HS phải hoàn thành. Các hoạt động này có thể được tổ chức cả trong và ngoài lớp học (ở trường, ở nhà và cộng đồng). 1.4. Tiến trình tổ chức dạy học STEM trong trường Trung học Mỗi bài học STEM thường được tổ chức theo 5 hoạt động như sau: Hoạt động 1: Xác định vấn đề Trong hoạt động này, GV giao cho HS nhiệm vụ học tập chứa đựng vấn đề, trong đó HS phải hoàn thành một sản phẩm học tập cụ thể với các tiêu chí đòi hỏi HS phải sử dụng kiến thức mới trong bài học để đề xuất, xây dựng giải pháp và thiết kế nguyên mẫu của sản phẩm cần hoàn thành. Tiêu chí của sản phẩm là yêu cầu hết sức quan trọng, bởi đó chính là "tính mới" của sản phẩm, kể cả sản phẩm đó là quen thuộc với HS; đồng thời, tiêu chí đó buộc HS phải nắm vững kiến thức mới thiết kế và giải thích được thiết kế cho sản phẩm cần làm. Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp 10
Trong hoạt động này, HS thực hiện hoạt động học tích cực, tự lực dưới sự hướng dẫn của GV. HS phải 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 HS hoàn thành bản thiết kế thì đồng thời cũng đã học được kiến thức mới theo chương trình môn học tương ứng. Hoạt động 3: Lựa chọn giải pháp Trong hoạt động này, HS được tổ chức để trình bày, giải thích và bảo vệ bản thiết kế kèm theo thuyết minh (sử dụng kiến thức mới học và kiến thức đã có); đó là sự thể hiện cụ thể của giải pháp giải quyết vấn đề. Dưới sự trao đổi, góp ý của các bạn, GV và HS tiếp tục hoàn thiện (có thể phải thay đổi để bảo đảm khả thi) bản thiết kế trước khi tiến hành chế tạo, thử nghiệm. Hoạt động 4: Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá HS tiến hành chế tạo mẫu theo bản thiết kế đã hoàn thiện; trong quá trình chế tạo đồng thời phải tiến hành thử nghiệm và đánh giá. Trong quá trình này, HS cũng có thể phải điều chỉnh thiết kế ban đầu để bảo đảm mẫu chế tạo là khả thi và tối ưu (theo nhận thức của HS). Hoạt động 5: Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh Trong hoạt động này, HS 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. 2. Cở sở thực tiễn của dạy học Vật lý theo định hướng STEM ở trường THPT Nho Quan A 2.1.Thực trạng tổ chức dạy học môn Vật lý theo định hướng STEM - Từ năm học 2020 – 2021 nhà trường đặt ra nhiệm vụ dạy học theo định hướng Stem cho các nhóm chuyên môn. Tuy nhiên do phương pháp dạy học theo định hướng Stem còn mới đối với giáo viên, ngoài ra việc dạy học còn bị ảnh hưởng của dịch Covid 19. Trong khi đó cơ sở phòng thực hành của nhà trường còn chưa hoàn thiện, thiếu thiết bị thực hành, nên HS chưa được trải nghiệm thực hành nhiều mà chủ yếu nắm bắt lý thuyết và quan sát thực hành qua các thí nghiệm ảo do giáo viên thuyết trình. Vì vậy đa số các em không hứng thú với môn học và ít nhận thấy vai trò ứng dụng của Vật lí vào đời sống. Học sinh không được trải nghiệm thực tế, nên việc đưa kiến thức khoa học trở nên nặng nề. -Việc tổ chức dạy học theo hướng giáo dục STEM ở trường THPT nói chung còn hạn chế, chủ yếu còn giao nhiệm vụ cho tổ nhóm tạo ra 1 sản phẩm STEM chứ chưa mang tính tự giác. Đó cũng là lí do các em học Vật lí chủ yếu là để đối phó với các kì kiểm tra còn yếu tố đam mê yêu thích rất ít. 2.2 Quá trình điều tra Trước khi đưa vào áp dụng sáng kiến này chúng tôi đã tiến hành điều tra về sự hứng thú, cách thức học và nội dung phương pháp học môn Vật lí với học sinh như sau: - Đối tượng điều tra: Học sinh của nhà trường năm học 2021 – 2022. - Thời gian điều tra: Bắt đầu từ tháng 9/2021 - Tổng số học sinh được điều tra: 248 em. 2.2.1. Kết quả điều tra ý kiến HS về bộ môn Vật lí 11
KẾT QUẢ CÂU NỘI DUNG Số Tỉ lệ lượng % Sự hứng thú học môn Vật lí ở các em thuộc 1 mức nào? Rất thích 29 11,7 Thích 46 18,5 Bình thường 108 43,5 Không thích 65 26,3 2 Em thích học môn Vật lý vì: Môn Vật lí là một trong những môn thi học sinh giỏi và thi tốt nghiệp THPT Quốc Gia và xét tuyển 193 77,8 các trường Đại học. Bài học sinh động, thầy cô dạy vui vẻ, dễ hiểu. 182 73,4 Kiến thức dễ nắm bắt. 39 15,7 Kiến thức gắn thực tế nhiều. 137 55,2 Trong giờ học môn Vật lý em thích được học 3 như thế nào? Tập trung nghe giảng, phát biểu ý kiến, thảo luận 202 81,5 và làm việc. Nghe giảng và ghi chép một cách thụ động. 46 18,5 Được làm các thí nghiệm thực hành để hiểu sâu sắc 186 75 vấn đề về Vật lí Làm các bài tập nhiều để ôn thi, kiểm tra. 224 90,3 4 Nội dung dạy học? Không cần thí nghiệm thực hành nhiều. 62 25 Tăng cường học lí thuyết và giải bài tập gắn với kì 107 43,1 thi, kiểm tra. Giảm tải lí thuyết, vận dụng kiến thức đã học để đưa kiến thức vào thực tiễn, tăng cường phần thực 141 56.9 hành. Kết quả khảo sát cho thấy số lượng HS rất yêu thích và thích môn Vật lí rất thấp chỉ chiếm 11,7% và 18,5%; HS thích học bộ môn là do Vật lí là một trong những môn thi học sinh giỏi và thi tốt nghiệp THPT Quốc Gia và xét tuyển các trường Đại học. HS cũng rất chú trọng các nội dung dạy học gắn với các kì thi chiếm 77,8%. Rõ ràng qua phân tích thì HS vẫn chủ yếu học theo lối truyền thống nặng về thi cử đối phó, do vậy mà HS ít có yếu tố đam mê nghiên cứu và thực sự yêu thích là rất ít, kĩ năng thực hành rất hạn chế. Vậy đó là lí do chúng tôi muốn đưa phương pháp dạy học STEM vào để giảng dạy kết hợp phương pháp truyền thống. 12
2.2.2. Kết quả điều tra việc dạy học theo hướng giáo dục STEM ở trường a. Biểu đồ thống kê số lượng HS đã được học các chủ đề môn Vật lý theo định hướng giáo dục STEM 2.2.3. Kết quả điều tra sự hứng thú của HS khi tham gia hoạt động Stem năm 2020 - 2021 2.3. Những thuận lợi và khó khăn khi đưa STEM vào trường phổ thông hiện nay 2.3.1. Thuận lợi - Trong thời đại công nghệ số việc GV và HS có khả năng tiếp cận với các phương pháp dạy học và học tập tương đối dễ dàng nhờ hệ thống kết nối toàn cầu. GV và HS có thể tham khảo các mô hình dạy học STEM của các trường học trong và ngoài nước. - Mỗi trường học đều có chiến lược phát triển, đầu tư cho các hoạt động dạy học, khuyến khích cho các GV dạy học tiếp cận năng lực người học đặc biệt các trường tiến tới kiểm định chất lượng ở mức độ cao thì càng được chú trọng hơn. - Bộ Giáo dục, Sở giáo dục, các phòng đào tạo và trường học của một số địa phương như Hà Nội, Nam Định… đã được thực hiện thí điểm và cho nhiều 13
kết quả rất tốt, học sinh rất tích cực và sáng tạo chủ động trong cách tiếp cận phương pháp học tập này. - Nhà trường nơi chúng tôi công tác luôn khuyến khích và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để GV và HS thực hiện hoạt động giáo dục dạy học STEM. 2.3.2. Khó khăn - Việc HS tiếp cận phương pháp dạy học STEM cũng đòi hỏi nhất định về mặt năng lực khoa học tự nhiên, các em phải đam mê và chịu khó làm việc. - HS đa phần chưa quen với dạy học theo định hướng Stem. HS hiện tại yếu tố đam mê nghiên cứu chưa nhiều vì các em ngại làm việc do lối giáo dục chỉ tiếp cận kiến thức đã quen thuộc nên các em tương đối bị động trong công việc. - Việc thực hiện ngoài không gian trường học cũng gặp một số khó khăn, vì các em ở trong một đội nhóm có thể ở nhiều địa bàn cách xa nhau nên việc liên lạc trao đổi, hoạt động nhóm cũng gặp nhiều khó khăn. - Cơ sở vật chất ở các trường còn hạn chế. - Đặc biệt hình thức dạy học truyền thống đã ăn sâu vào tâm thức mỗi giáo viên nên việc đưa STEM vào trong trường phổ thông gặp một số khó khăn. 3. Xây dựng một số chủ đề dạy học theo định hướng STEM Vật lý THPT 3.1. Phân tích đặc điểm nội dung Vật lí chương trình THPT dưới góc độ STEM Các kiến thức của chương trình Vật lí THPT hiện hành rất gần gũi và có nhiều ứng dụng trong đời sống và kỹ thuật. Đây là một điểm rất thuận lợi để triển khai dạy học theo định hướng STEM. Trong đề tài này, chúng tôi chủ yếu tập trung đi sâu nghiên cứu vào nội dung của chuyển động tròn đều, các định luật Niutow, cân bằng và chuyển động của vật rắn, các định luật bảo toàn, các hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng, pin điện hoá từ thiên nhiên, cách tạo ra dòng điện xoay chiều. HS được tiếp cận những kiến thức này bằng những phương pháp dạy học tích cực và gắn liền với thực tiễn như dạy học STEM sẽ giúp HS hiểu sâu sắc hơn lý thuyết cũng như vận dụng nó để giải quyết những vấn đề hay và khó liên quan đến đời sống mà những phương pháp dạy học truyền thống khó có thể đem lại hiệu quả cao. Chương trình Vật lí 10, 11 là nền tảng để HS học tốt chương Vật lí lớp 12 phục vụ cho kì thi Tốt nghiệp THPT Quốc gia và xét tuyển vào các trường Đại học. Vì vậy nếu xây dựng được một số chủ đề dạy học STEM chúng ta chú trọng việc định hướng tư duy một cách tích cực thì sẽ có tác dụng tốt trong việc phát triển các năng lực cốt lõi và năng lực đặc thù của môn học. 3.2. Đề xuất một số chủ đề dạy học STEM Vật lý THPT Dựa vào nhu cầu thực tiễn của cuộc sống mà HS cần khám phá, kết hợp với nội dung kiến thức chương trình SGK Vật lí , GV có thể xây dựng được rất nhiều chủ đề dạy học STEM. Tuy nhiên khi lựa chọn, xây dựng và thực hiện các chủ đề STEM này thì GV cần lưu ý không nên để ảnh hưởng đến thời lượng dạy học của bộ môn, xáo trộn nhiều kiến thức trong chương trình dạy học. Sau khi học xong chủ đề STEM, HS phải nắm được các chuẩn kiến thức, kĩ năng được 14
quy định trong chương trình THPT, các chủ đề STEM khai thác phù hợp với điều kiện thực tiễn dạy học của nhà trường, trình độ của HS. Trên cơ sở đó, nhóm chuyên môn đã đề xuất một số chủ đề STEM Vật lí phù hợp trong quá trình dạy học tại nhà trường. Với các chủ đề STEM cơ bản được xây dựng trên cơ sở kiến thức thuộc phạm vi các môn khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán trong chương trình giáo dục phổ thông. Các sản phẩm chủ đề STEM này thường đơn giản, bám sát nội dung SGK và thường được xây dựng trên cơ sở các nội dung thực hành, thí nghiệm trong chương trình GDPT. 4. Tổ chức dạy học một số chủ đề STEM Vật lí THPT Trong những chủ đề mà nhóm chuyên môn đã đề xuất để dạy học một số bài học Vật lí thuộc chương trình THPT hiện hành theo phương thức STEM, trong quá trình tổ chức dạy học, chúng tôi đã tổ chức cho HS thực hiện thông qua nhiều hình thức như lồng ghép dạy học chủ đề STEM vào một số tiết học trên lớp, dạy học dự án, các hoạt động trải nghiệm như: tổ chức hoạt động ngoại khóa, giao nhiệm vụ về nhà cho HS dưới sự hướng dẫn của GV. Trong sáng kiến này chúng tôi lựa chọn giới thiệu và xin được trình bày cụ thể quá trình tổ chức dạy học 7 chủ đề STEM với các hình thức dạy học như đã nói trên như sau TT Chủ đề thực tiễn Kiến thức, kỹ năng môn Vật lý có liên quan 1 Cân lò xo Bài 12: Lực đàn hồi của lò xo. Định luật Húc. – Vật lí 10 2 Cân thăng bằng Bài 18: Cân bằng của một vật có trục quay cố định. Momen lực - Vật lí 10 3 Xe chạy bằng bóng bay Bài 23: Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng - Vật lí 10 4 Dụng cụ kiểm chứng hiện Bài 37: Các hiện tượng bề mặt của tượng căng bề mặt của chất lỏng chất lỏng – Vật lí 10 5 Pi điện hoá từ thiên nhiên Bài 7. Dòng điện không đổi. Nguồn điện – Vật lí 11 6 Thí nghiệm mô phỏng đường Bài toán sử dụng mối liên hệ giữa tròn lượng giác trong giải toán dao động điều hoà và chuyển động Vật lý 12 tròn đều - Vật lí 12 7 Mô hình hệ thống máy phát Chủ đề 6: Từ thông. Cảm ứng điện điện từ. Suất điện động cảm ứng - Vật lí 11 Bài 17: Máy phát điện xoay chiều - Vật lí 12 15
4.1. Tổ chức dạy học chủ đề STEM “Cân lò xo” - Hình thức tổ chức: Hoạt động ngoại khóa ngoài giờ lên lớp tại phòng thực hành bộ môn Vật lý. - Thời gian tổ chức: 45 phút - Đối tượng tham gia: HS lớp 10A, 10B, 10G, 10H 4.1.1.Lí do chọn chủ đề Lực đàn hồi của lò xo. Định luật Húc là phần kiến thức Vật lí rất quan trong trong chương trình Vật lí THPT và được ứng dụng nhiều trong cuộc sống. Khi HS học bài 12: Lực đàn hồi của lò xo. Định luật Húc, HS nảy sinh vấn đề nghiên cứu: Muốn cân những vật có khối lượng nhỏ từ các dụng cụ có sẵn: dây cao su, lò xo, kẹp giấy, dây thép… và các quả cân có trong phòng thí nghiệm thì làm cách nào?. Từ đó chúng tôi định hướng cho HS tự chế tạo “Cân lò xo” từ một số vật dụng có sẵn trong đời sống đồng thời còn giúp HS lĩnh hội và tiếp thu được kiến thức. 4.1.2.Mục tiêu của chủ đề - HS trình bày được hướng và điểm đặt của lực đàn hồi của lò xo - Trình bày được nguyên lý tạo ra cân lò xo. - Vận dụng được các kiến thức được học để thiết kế, chế tạo cân lò xo. - Phát triển các phẩm chất (thái độ tích cực, hợp tác, yêu thích, say mê khoa học, có ý thức bảo vệ môi trường), các năng lực chung (năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo, giao tiếp và hợp tác, tự chủ và tự học) cho HS. 4.1.3.Chuẩn bị Mỗi nhóm chuẩn bị các dụng cụ và vật liệu cần thiết chế tạo cân lò xo như sau: + Ống nhựa 27, nắp bịt ống nhựa 27 + Một chiếc lò xo. + Nan hoa xe đạp. + Kìm, bút dạ, kéo, băng dính, ống mút, dây buộc. + Một số quả cân 50g; 100g; 200g + Cát, sỏi… 4.1.4.Thiết kế hoạt động học tập Hoạt động 1: Tìm hiểu chung về lực đàn hồi của lò xo. Định luật Húc a. Mục tiêu: - Học sinh xác định được đặc điểm về lực đàn hồi của lò xo: điểm đặt, phương, chiều của lực đàn hồi của lò xo; giới hạn đàn hồi. Ứng dụng của lực đàn hồi của lò xo: Lực kế, cân… b. Tổ chức thực hiện STT HOẠT ĐỘNG NỘI DUNG 1 Chuyển giao GV tổ chức cho đại diện các nhóm HS báo cáo, nhiệm vụ thảo luận kết quả thực hiện nhiệm vụ về nhà: tìm hiểu, nghiên cứu về Lực đàn hồi của lò xo. 2 Thực hiện nhiệm Đại diện các nhóm HS báo cáo nội dung được giao vụ về nhà qua bài thuyết trình powerpoint về Lực đàn 16
hồi của lò xo, giới hạn đàn hồi. Ứng dụng của lực đàn hồi của lò xo: Lực kế, cân… 3 Báo cáo kết quả và Các nhóm còn lại phản biện, thảo luận và ghi chép thảo luận nhận xét của GV. 4 Đánh giá kết quả GV nhận xét, đánh giá kết quả các nhóm. Chốt lại thực hiện nhiệm kiến thức cần nắm về lực đàn hồi của lò xo. vụ học tập Kết quả sản phẩm các nhóm (bài thuyết trình) được GV thu lại để đánh giá. Hoạt động 2: Đề xuất các phương án chế tạo “Cân lò xo” a. Mục tiêu: - HS thảo luận, đề xuất phương án chế tạo cân lò xo. b. Tổ chức thực hiện STT HOẠT ĐỘNG NỘI DUNG 1 Chuyển giao GV đặt vấn đề, tổ chức cho các nhóm HS thảo nhiệm vụ luận, đề xuất phương án chế tạo cân lò xo. 2 Thực hiện nhiệm Các nhóm HS thảo luận, đề xuất phương án chế vụ tạo cân lò xo. 3 Báo cáo kết quả và - HS vận dụng các kiến thức đã được tìm hiểu về thảo luận lực đàn hồi của lò xo. HS có thể đề xuất phương án: + Dùng ống nhựa 27 để làm vỏ cân. + Dùng các quả cân có sẵn để xác định chỉ số của cân. 4 Đánh giá kết quả GV nhận xét phương án đã đưa ra, các phương án thực hiện nhiệm đều đúng, có tính khả thi. Vấn đề đặt ra là, phương vụ học tập án các em đã đề xuất, hãy suy nghĩ xem trong thực tế chúng ta có thể sử dụng những vật liệu nào để chế tạo cân lò xo? Hoạt động 3: Tiến hành chế tạo “Cân lò xo” a. Mục tiêu: - HS thảo luận, đề xuất cách tối ưu chế tạo “cân lò xo” dựa trên phương án đã xây dựng b. Tổ chức thực hiện STT HOẠT ĐỘNG NỘI DUNG 1 Chuyển giao - - Đặt vấn đề: GV yêu cầu học sinh nêu cách chế nhiệm vụ tạo “cân lò xo” dựa trên phương án đã xây dựng. Yêu cầu các nhóm tiến hành hoạt động, lập quy trình chế tạo cân lò xo. 2 Thực hiện nhiệm - Giải quyết vấn đề: HS thảo luận, huy động kiến vụ thức Vật lí liên quan đến Lực đàn hồi của lò xo. Đưa ra lựa chọn phương án tối ưu nhất 3 Báo cáo kết quả và - HS đề xuất phương án: thảo luận 1. + Thiết kế bản vẽ chế tạo “Cân lò xo”. 17
- HS tiến hành làm “Cân lò xo”: Bước 1: Chuẩn bị nguyên liệu Bước 2: Chế tạo vỏ cân: Sử dụng ống nhựa 27 Bước 3: Dùng kìm uốn thanh nan hoa xe đạp. Một đầu gắn với lò xo, đầu còn lại xuyên qua ống nhựa sau đó cố định thanh nan hoa xe ở đầu của ống. Dùng băng keo gắn chặt để cố định nan hoa xe. Bước 4: Sử dụng một thanh nan hoa khác để làm kim chỉ số đo của cân. Bước 5: Chế tạo đĩa cân: sử dụng phương pháp toán học để xác định trọng tâm của đĩa cân. Dùng kéo để xác định 3 vị trí để buộc dây treo sao cho đĩa cân thăng bằng. Bước 6: Lắp đĩa cân xác định vị trí vạch số 0. Sử dụng các quả cân có trong phòng thí nghiệm để đánh vạch cho chiếc cân để xác định các vị trí ứng với quả cân 50g, 100g, 150g, 200g, 250g, 300g, 350g, 400g. Ghi số liệu trên vỏ cân: 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 3,5; 4 4 Đánh giá kết quả GV nhận xét phương án đã đưa ra, nhấn mạnh lưu thực hiện nhiệm ý trong quá trình chế tạo đặc biệt về giới hạn đàn vụ học tập hồi của lò xo, trọng tâm của cán cân và đĩa cân Hoạt động 4: Tiến hành thực hiện thí nghiệm với Cân lò xo. a. Mục tiêu: - HS tiến hành chế tạo “cân lò xo” b. Tổ chức thực hiện STT HOẠT ĐỘNG NỘI DUNG 1 Chuyển giao - GV hướng dẫn HS làm thí nghiệm để cân được 18
nhiệm vụ 150g đường và 200g cát - - Tổ chức phân công các nhóm làm thí nghiệm 2 Thực hiện nhiệm - - Các nhóm tiến hành thí nghiệm để cân được vụ 150g đường và 200g cát dưới sự hướng dẫn của GV 3 Báo cáo kết quả và - Các nhóm tiến hành thí nghiệm - thảo luận - + Nhóm 1: Cân và lấy ra 150g đường: Đổ đường vào đĩa cân, đến khi đầu kim chỉ số đo của cân chỉ vào giá trị 1,5. + Nhóm 2: Cân và lấy ra 200g cát: Đổ cát vào đĩa cân, đến khi đầu kim chỉ số đo của cân chỉ vào giá trị 2. 4 Đánh giá kết quả GV nhận xét giải thích cách cân đo đường và cát thực hiện nhiệm - GV nhấn mạnh cho HS những vấn đề: giới hạn vụ học tập đàn hồi của lò xo. Hoạt động 5: Tổ chức hoạt động đánh giá, tổng kết chủ đề “ Cân lò xo” a. Mục tiêu: HS tự nhận xét, đánh giá các sản phẩm của nhóm mình và nhóm bạn theo phiếu đánh giá. b. Tổ chức thực hiện STT HOẠT ĐỘNG NỘI DUNG 1 Chuyển giao GV tổ chức cho HS tự nhận xét, đánh giá các sản nhiệm vụ phẩm của nhóm mình và nhóm bạn theo phiếu đánh giá. 2 Thực hiện nhiệm HS hoàn thành phiếu đánh giá. vụ - 3 Báo cáo kết quả và Các nhóm trình bày tự nhận xét, đánh giá các sản thảo luận phẩm của nhóm mình và nhóm bạn theo phiếu đánh giá. 4 Đánh giá kết quả - GV nhận xét, tóm tắt nội dung chính của chủ đề, thực hiện nhiệm các kiến thức bài học cần nắm được sau khi học vụ học tập xong bài học - GV khuyến khích mỗi HS sau khi học chủ đề này hãy tự chế tạo một cân lò xo, đồ chơi thú nhúm bằng lò xo… 19
Một số hình ảnh khi HS thực hiện chế tạo Cân lò xo 20