›

Khóa luận Thiết kế dạy học chủ đề STEM “Cối giã gạo bằng sức nước”

pdf 67 trang thiennha21 16/04/2022 3541
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Khóa luận Thiết kế dạy học chủ đề STEM “Cối giã gạo bằng sức nước”", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfkhoa_luan_thiet_ke_day_hoc_chu_de_stem_coi_gia_gao_bang_suc.pdf

Nội dung text: Khóa luận Thiết kế dạy học chủ đề STEM “Cối giã gạo bằng sức nước”

  1. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA VẬT LÝ NGUYỄN THỊ THANH HÀ THIẾT KẾ DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM “CỐI GIÃ GẠO BẰNG SỨC NƢỚC” KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Lý luận và phƣơng pháp dạy học bộ môn Vật Lý Hà Nội, 2019
  2. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA VẬT LÝ NGUYỄN THỊ THANH HÀ THIẾT KẾ DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM “CỐI GIÃ GẠO BẰNG SỨC NƢỚC” KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Lý luận và phƣơng pháp dạy học bộ môn Vật Lý Ngƣời hƣớng dẫn khoa học ThS. Ngô Trọng Tuệ Hà Nội, 2019
  3. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu “Thiết kế dạy học chủ đề STEM cối giã gạo bằng sức nƣớc” là công trình nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, tất cả các số liệu và kết quả nghiên cứu trình bày trong khóa luận là trung thực, không trùng lặp với các khóa luận khác. Trong quá trình nghiên cứu, tôi có sử dụng một số tài liệu tham khảo. Đó chỉ là cơ sở để tôi rút ra vấn đề cần tìm hiểu trong đề tài của mình. Hà Nội, tháng 5 năm 2019 Tác giả Nguyễn Thị Thanh Hà
  4. LỜI CẢM ƠN Xin trân trọng cảm ơn quý thầy/cô trong khoa Vật Lý đã trang bị kiến thức và tạo điều kiện thuận lợi để em thực hiện đề tài này. Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến ThS. Ngô Trọng Tuệ, ngƣời thầy đã tận tình chỉ bảo, hết lòng hƣớng dẫn em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này. Xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu, quý thầy/cô cùng các em học sinh trƣờng THPT Lý Nhân Tông và trƣờng THPT Dƣơng Xá đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện cho tác giả trong công tác khảo sát điều tra và thực nghiệm sƣ phạm. Tác giả vô cùng biết ơn công lao sinh thành, nuôi nấng, dạy dỗ của cha mẹ trong suốt những năm qua. Tác giả cũng chân thành cảm ơn bạn bè giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập và thực hiện đề tài nghiên cứu này. Do điều kiện chủ quan và khách quan, khóa luận không tránh khỏi những sai sót. Tác giả mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp để tiếp tục hoàn thiện, nâng cao chất lƣợng vấn đề nghiên cứu. Hà Nội, tháng 5 năm 2019 Tác giả Nguyễn Thị Thanh Hà
  5. MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 1.Lí do chọn đề tài 1 2. Mục đ ch nghiên cứu 2 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 2 4. Giả thuyết khoa học 3 5. Nhiệm vụ nghiên cứu 3 6. Phƣơng pháp nghiên cứu 3 7. Đóng góp của đề tài 3 8. Cấu trúc hóa luận 3 CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ GIÁO DỤC STEM TRONG TRƢỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 5 1.1. Lí luận về giáo dục STEM trong trƣờng trung học phổ thông 5 1.1.1. Khái niệm chung về giáo dục STEM 5 1.1.2. Đặc điểm của giáo dục STEM 7 1.1.3. Mục tiêu của giáo dục STEM 8 1.2. Kỹ thuật dạy học sử dụng trong giáo dục STEM. 9 1.3. Quy trình thiết kế và tổ chức bài giảng dạy học chủ đề STEM 10 1.3.1. Quy trình thiết kế xây dựng bài học STEM 10 1.3.2. Tiến trình tổ chức bài giảng dạy học chủ đề STEM 11 1.4. Năng lực phát triển qua giáo dục chủ đề STEM 14 1.5. Điều tra thực trạng về việc áp dụng mô hình giáo dục STEM trong việc dạy học ở trƣờng trung học phổ thông 16 1.5.1. Mục đích, đối tượng, phương pháp, nội dung điều tra 16 1.5.2. Những thuận lợi và khó khăn trong quá trình điều tra 17 1.5.3. Kết quả điều tra 17 Kết luận chƣơng 1 23 CHƢƠNG 2: TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM “CỐI GIÃ GẠO BẰNG SỨC NƢỚC” 25 2.1. Nội dung chủ đề STEM “cối giã gạo bằng sức nƣớc” 25 2.1.1. Vấn đề của cuộc sống (Technology) 25 2.1.2. Kiến thức Vật Lý liên quan đến chủ đề STEM (Science) 27
  6. 2.1.3. Giải pháp kỹ thuật (Engineering) 29 2.1.4. Kiến thức toán học (Maths) 40 2.2. Mục tiêu dạy học chủ đề STEM “cối giã gạo bằng sức nƣớc” 40 2.2.1. Kiến thức 40 2.2.2. Kỹ năng 40 2.2.3. Thái độ 41 2.3. Tiến trình tổ chức dạy học chủ đề STEM “cối giã gạo bằng sức nƣớc” . 41 Kết luận chƣơng 2 48 CHƢƠNG 3: DỰ KIẾN THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 49 3.1. Mục đ ch, đối tƣợng và phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm 49 3.1.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm 49 3.1.2. Đối tượng thực nghiệm sư phạm 49 3.1.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm 49 3.2. Dự kiến triển khai thực nghiệm sƣ phạm 49 3.2.1. Thời gian triển khai thực nghiệm sư phạm 49 3.2.2. Các tiêu chí đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 50 Kết luận chƣơng 3 53 KẾT LUẬN 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55
  7. BẢNG CỤM TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Viết đầy dủ Nxb Nhà xuất bản NSTA National Science Teachers Association TS Tiến sĩ ThS Thạc Sĩ THPT Trung học phổ thông
  8. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Hiểu biết của giáo viên về giáo dục STEM 18 Bảng 1.2 Thực trạng áp dụng bài giảng dạy học theo chủ đề STEM trong dạy học môn Vật Lý trong trƣờng THPT 18 Bảng 1.3 Việc áp dụng bài giảng dạy học theo chủ đề STEM trong dạy học môn Vật lí với bối cảnh thực tế 19 Bảng 1.4 Khó hăn trong thiết kế bài giảng chủ đề STEM sử dụng trong dạy học Vật Lý 19 Bảng 1.5 Những ƣu điểm với học sinh khi sử dụng bài giảng dạy học chủ đề STEM trong dạy học môn Vật Lý 20 Bảng 1.6 Khó hăn của học sinh khi sử dụng bài giảng dạy học chủ đề STEM để học môn Vật lí 20 Bảng 1.7 Phƣơng pháp nâng cao hiệu quả sử dụng bài giảng dạy học chủ đề STEM trong dạy học Vật Lý 20 Bảng 1.8 Đánh giá sự cần thiết của việc sử dụng bài giảng dạy học chủ đề STEM cho học sinh THPT 21 Bảng 1.9 Hiểu biết của học sinh về bài giảng dạy học chủ để STEM 21 Bảng 1.10 Thực trạng học sinh tiếp cận vơi giáo dục STEM 21 Bảng 1.11 Thực trạng vận dụng kiến thức Vật Lý của học sinh 22 Bảng 2.1 Vật liệu và dụng cụ cần thiết để làm mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc 32 Bảng 2.2 Kết quả thử nghiệm 39 Bảng 2.3 Tiêu ch đánh giá sản phẩm mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc 46 Bảng 3.1 Các tiêu ch đánh giá chủ đề STEM “cối giã gạo bằng sức nƣớc” 50
  9. DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ chu trình STEM [5]. 7 Hình 1.2 Sơ đồ mục tiêu của giáo dục STEM. 8 Hình 2.1 Cối giã gạo bằng sức nƣớc của ngƣời dân tộc H‟mông [8]. 26 Hình 2.2 Mô hình hiện vật mô tả cối giã gạo bằng sức nƣớc của dân tộc Thái[10] 27 Hình 2.3 Vật liệu tre rỗng. 32 Hình 2.4 Vật liệu tre đặc. 32 Hình 2.5 Vật liệu nứa. 32 Hình 2.6 Vật liệu gỗ. 33 Hình 2.7 Máy khoan. 33 Hình 2.8 Máy cắt. 33 Hình 2.9 Cƣa. 34 Hình 2.10 Súng bắn keo. 34 Hình 2.11 Đục gỗ. 34 Hình 2.12 Băng d nh xốp. 35 Hình 2.13 Đinh sắt. 35 Hình 2.14 Ảnh mô hình đầu chày. 35 Hình 2.15 Ảnh mô hình thân đòn. 36 Hình 2.16 Ảnh mô hình chân trụ của chày. 37 Hình 2.17 Ảnh ghép các chi tiết của mô hình. 37 Hình 2.18 Sản phẩm mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc hoàn chỉnh 38 Hình 2.19 Video thử nghiệm hoạt động của mô hình. 39 Hình 2.20 Hình ảnh cối giã gạo bằng sức nƣớc. 41 Hình 2.21 Video hoạt động của cối giã gạo bằng sức nƣớc. 42
  10. MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Thời nay, với sự phát triển mạnh mẽ dồn dập nhƣ vũ bão của cuộc Cách mạng khoa học ĩ thuật thì giáo dục là nhân tố quan trọng tạo nên bƣớc tiến đột phá của khoa học công nghệ. Xã hội ngày nay đòi hỏi mỗi ngƣời chúng ta phải có năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề khéo léo, vừa có năng lực áp dụng kiến thức, kỹ năng về khoa học, công nghệ, kỹ thuật, toán học để giải quyết những vấn đề thực tiễn đem lại hiệu quả cao nhất. Theo xu hƣớng phát triển của thời đại ngày nay yêu cầu ngành giáo dục cũng cần chuẩn bị cho học sinh những kỹ năng và iến thức theo chuẩn toàn cầu. Nhằm đáp ứng những nhu cầu của xã hội bắt buộc ngành giáo dục phải có sự chuyển mình đổi mới tích cực. Đổi mới phƣơng pháp, cách thức dạy học là một yêu cầu tất yếu trong sự nghiệp đổi mới giáo dục và đào tạo ở nƣớc ta nhằm đáp ứng bối cảnh của thời đại, nhu cầu phát triển đất nƣớc, nhu cầu phát triển nguồn nhân lực. Đây cũng là vấn đề cấp bách mà toàn ngành giáo dục xem là phƣơng châm để nâng cao chất lƣợng giáo dục và đào tạo. Đổi mới cách thức dạy học trong giáo dục phổ thông theo hƣớng hiện đại, chủ động, sáng tạo, vận dụng kiến thức, thay đổi tƣ duy, phát huy năng lực tự học và phát triển năng lực sáng tạo. Mô hình giáo dục STEM là một trong những quan điểm giáo dục mới mang lại hiệu quả tích cực, phù hợp với yêu cầu thời đại và xu thế phát triển của đất nƣớc. Giáo dục STEM là một chƣơng trình giảng dạy giúp học sinh định hƣớng phát triển năng lực thuộc các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học. STEM trang bị cho học sinh những kiến thức, ĩ năng về các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học (theo cách tiếp cận liên môn) để học sinh có thể áp dụng những kiến thức đó nhằm giải quyết các vấn đề trong cuộc sống. Thay cho phƣơng pháp dạy học truyền thống là dạy bốn môn học (khoa học, công nghệ, kỹ thuật, toán học) nhƣ các đối tƣợng tách biệt và rời rạc, STEM kết hợp chúng thành một mô hình học tập gắn kết dựa trên các ứng dụng thực tế. Trong mỗi bài học theo chủ đề STEM, học sinh đƣợc giáo viên đặt trƣớc một tình huống có vấn đề thực tiễn liên quan đến các kiến thức khoa học cần giải quyết. Học sinh phải tìm hiểu, nghiên cứu những kiến thức 1
  11. thuộc các môn học có liên quan đến vấn đề đó và sử dụng chúng kết hợp năng lực sáng tạo để giải quyết vấn đề đặt ra. Từ đó giúp học sinh không chỉ hiểu biết xuông về kiến thức lý thuyết trên sách vở mà còn có thể áp dụng để thực hành và tạo ra đƣợc những sản phẩm hữu ích trong cuộc sống hằng ngày. Học sinh có thể phát huy tối đa t nh sáng tạo, phát triển kỹ năng cần thiết (kỹ năng hợp tác nhóm, kỹ năng giải quyết vấn đề, kỹ năng phân tích, tổng hợp, ) để ứng dụng làm việc và phát triển trong thế giới công nghệ hiện đại ngày nay. Giáo dục STEM tạo nên những con ngƣời có thể đáp ứng đƣợc nhu cầu công việc của thế kỷ 21, đáp ứng sự phát triển kinh tế, xã hội của quốc gia đồng thời tác động mạnh mẽ đến sự phát triển của nền kinh tế tri thức trong bối cảnh toàn cầu hóa. STEM là một mô hình giáo dục hiện đại đã đƣợc triển khai tại các nƣớc Âu, Mỹ. Mô hình giáo dục STEM là một trong những cải cách giáo dục quan trọng giúp Mỹ tìm lại vị thế của mình. Nhƣng ở Việt Nam, STEM vẫn đang là một chƣơng trình há mới mẻ và chƣa đƣợc triển khai rộng rãi vì yêu cầu cao về sự sáng tạo dạy học tích hợp liên môn cùng cơ sở vật chất hiện đại để ứng dụng thực hành các dự án STEM. Chúng ta đang dần tiếp cận với phƣơng pháp dạy học sáng tạo này và hoàn thiện nó phù hợp với môi trƣờng học tập và xây dựng nền tảng vững chắc cho sự nghiệp phát triển giáo dục trong tƣơng lai. Vì những lý do trên, em đã chọn đề tài “Thiết kế dạy học chủ đề STEM: Cối giã gạo bằng sức nƣớc” để làm đề tài nghiên cứu khóa luận tốt nghiệp đại học của mình. Mục đích nghiên cứu Thiết kế dạy học chủ đề STEM „„Cối giã gạo bằng sức nƣớc” nhằm phát triển năng lực sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề và năng lực hợp tác nhóm cho học sinh. 3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Đối tƣợng nghiên cứu: Quy trình thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề STEM. - Phạm vi nghiên cứu: Thiết kế dạy học chủ đề STEM “Cối giã gạo bằng sức nƣớc”. 2
  12. 4 Giả thuyết khoa học Nếu thiết kế đƣợc tiến trình dạy học chủ đề STEM “Cối giã gạo bằng sức nƣớc” một cách thích hợp thì sẽ giúp học sinh phát triển năng lực hợp tác nhóm, năng lực sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề qua đó nâng cao ết quả, chất lƣợng dạy học. 5 Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu về lí luận và cách sử dụng mô hình giáo dục STEM. - Nghiên cứu quy trình thiết kế và tổ chức chủ đề STEM. - Nghiên cứu cách thức thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề STEM “Cối giã gạo bằng sức nƣớc” - Đề xuất tiêu ch đánh giá biểu hiện năng lực sáng tạo, năng lực hợp tác nhóm, năng lực giải quyết vấn đề của học sinh khi học chủ đề STEM “Cối giã gạo bằng sức nƣớc”. 6 Phƣơng pháp nghiên cứu 6.1. Nghiên cứu lí luận - Nghiên cứu khái niệm, quy trình thiết kế và tổ chức chủ đề STEM. 6.2. Nghiên cứu thực tiễn - Nghiên cứu thực tiễn về sử dụng mô hình giáo dục STEM trong dạy học ở trƣờng trung học phổ thông trong bài dạy học chủ đề STEM “Cối giã gạo bằng sức nƣớc”. - Xin ý kiến giáo viên về tổ chức dạy học chủ đề STEM “Cối giã gạo bằng sức nƣớc”. 7 Đóng góp của đề tài 7 1 Đóng góp về mặt lí luận Hệ thống hóa một số cơ sở lí luận về khái niệm mô hình giáo dục STEM, thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề STEM ở trƣờng trung học phổ thông. 7 Đóng góp về mặt thực tiễn Nghiên cứu tiến trình các bƣớc thiết kế và tổ chức dạy học theo chủ đề STEM “Cối giã gạo bằng sức nƣớc”. . 8 Cấu t c khóa uận Cấu trúc khóa luận gồm ba chƣơng: 3
  13. CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ GIÁO DỤC STEM TRONG TRƢỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG. CHƢƠNG 2: TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM “CỐI GIÃ GẠO BẰNG SỨC NƢỚC” CHƢƠNG 3: DỰ KIẾN THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 4
  14. CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ GIÁO DỤC STEM TRONG TRƢỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 1 1 Lí uận về giáo dục STEM t ong t ƣờng t ung học phổ thông 1.1.1. Khái niệm chung về giáo dục STEM a. Khái niệm giáo dục STEM Thuật ngữ STEM là cách viết ghép những chữ cái đầu tiên trong tiếng Anh của các từ: Science (khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật) và Maths (Toán học) [3-tr.9]. Thuật ngữ này lần đầu tiên đƣợc giới thiệu bởi Quỹ Khoa học Mỹ vào năm 2001. STEM thể hiện mối quan hệ giữa Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật, Toán học trong sự phát triển của khoa học - ĩ thuật. Trong giáo dục, STEM nhấn mạnh đến sự quan tâm của nền giáo dục đối với bốn môn học trên, đặc biệt là việc tích hợp bốn môn học thành một mô hình học tập gắn kết dựa trên các ứng dụng thực tiễn nhằm nâng cao năng lực ngƣời học. Hiệp hội các giáo viên dạy khoa học quốc gia Mỹ (National Science Teachers Association - NSTA) đƣợc thành lập năm 1944 - là tổ chức uy tín trong lĩnh giáo dục khoa học trên thế giới đã đề xuất ra khái niệm giáo dục STEM (STEM education) với cách định nghĩa ban đầu nhƣ sau: "Giáo dục STEM là cách tiếp cận liên ngành trong quá trình học, trong đó các hái niệm học thuật mang tính nguyên tắc đƣợc lồng ghép với các bài học trong thế giới thực, ở đó các học sinh áp dụng các kiến thức trong khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán vào trong các bối cảnh cụ thể giúp kết nối giữa trƣờng học, cộng đồng, nơi làm việc và các tổ chức toàn cầu, để từ đó phát triển các năng lực trong lĩnh vực STEM và cùng với đó có thể cạnh tranh trong nền kinh kế mới." (Tsupros, Kohler, & Hallinen, 2009) Giáo dục STEM về bản chất đƣợc hiểu là trang bị cho ngƣời học những kiến thức và kỹ năng cần thiết liên quan đến các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học. Các kiến thức và kỹ năng đó phải đƣợc tích hợp, lồng ghép theo chủ đề và bổ trợ cho nhau nhằm giúp học sinh không chỉ hiểu biết về nguyên lý, lý thuyết đơn thuần trên sách vở mà còn có thể vận dụng 5
  15. những kiến thức đó giải quyết vấn đề thực tiễn một cách hiệu quả và tạo ra đƣợc những sản phẩm có giá trị trong cuộc sống hằng ngày. Trong đó với kỹ năng hoa học (Science), học sinh đƣợc trang bị kiến thức về Vật Lý, Sinh học, Hóa học, Khoa học trái đất. Mục tiêu nhằm thông qua giáo dục khoa học giúp học sinh có khả năng liên ết các kiến thức này vận dụng giải quyết các vấn đề trong thực tế. Kỹ năng công nghệ (Technology), học sinh đƣợc phát triển khả năng sử dụng, quản lý, hiểu biết, và truy cập đƣợc công nghệ, tạo cơ hội cho học sinh đƣợc hiểu về sự ảnh hƣởng và phát triển của công nghệ mới tới cuộc sống hàng ngày. Kỹ năng ỹ thuật (Engineering), học sinh đƣợc trang bị kỹ năng sản xuất ra đối tƣợng và hiểu đƣợc quy trình để làm ra nó. Vấn đề này đòi hỏi học sinh phải có khả năng tổng hợp và liên kết để cân bằng các yếu tố liên quan (nhƣ hoa học, nghệ thuật, công nghệ, kỹ thuật) để có đƣợc một giải pháp tốt nhất trong thiết kế và xây dựng quy trình, giúp cho những khái niệm liên quan cũng trở nên dễ hiểu hơn. Ngoài ra học sinh còn có khả năng nhìn nhận ra nhu cầu và phản ứng của xã hội trong những vấn đề liên quan đến kỹ thuật. Kỹ năng toán học (Maths) học sinh đƣợc phát triển khả năng phân t ch, biện luận và truyền đạt ý tƣởng một cách hiệu quả. Học sinh có kỹ năng toán học sẽ có khả năng thể hiện các ý tƣởng một cách chính xác, có khả năng áp dụng các khái niệm và kỹ năng toán học vào cuộc sống hằng ngày. Giáo dục STEM vận dụng phƣơng pháp học tập dựa trên thực hành và các hoạt động trải nghiệm sáng tạo. Các phƣơng pháp giáo dục tiến bộ, linh hoạt nhất nhƣ: Học qua dự án - chủ đề, học qua trò chơi, học qua thực hành luôn đƣợc áp dụng triệt để cho các môn học tích hợp STEM. b. Chu trình STEM STEM thể hiện mối quan hệ giữa Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật, Toán học trong sự phát triển của khoa học - ĩ thuật đƣợc khái quát trong chu trình STEM dƣới đây. 6
  16. Science (Khoa học) Technology Mathematic Knowledge (Công nghệ) (Toán học) (Kiến thức) Engineering (Kĩ thuật) Hình 1.1 Sơ đồ chu trình STEM [5] Chu trình trên đây bao gồm hai quy trình sáng tạo: Quy trình khoa học và Quy trình ĩ thuật. Quy trình khoa học: Xuất phát là từ công nghệ hiện tại, thể hiện trình độ của các ứng dụng tri thức khoa học trong thực tiễn, các nhà khoa học thƣờng xuyên đặt ra các câu hỏi khoa học. Để trả lời đƣợc câu hỏi khoa học đó, các nhà hoa học thực hiện quy trình: câu hỏi - giả thuyết - kiểm chứng - kết luận. Kết quả là phát minh ra kiến thức mới cho nhân loại. Quy trình ĩ thuật: Xuất phát từ vấn đề hay đòi hỏi của thực tiễn, các nhà công nghệ áp dụng kiến thức khoa học, sáng tạo ra giải pháp công nghệ ứng dụng các kiến thức khoa học đó để giải quyết vấn đề. Để thực hiện việc này, các nhà công nghệ thực hiện quy trình: vấn đề - giải pháp - thử nghiệm - kết luận. Kết quả là phát minh ra các công nghệ mới cho nhân loại. Hai quy trình nói trên tiếp nối nhau, khép kín thành chu trình sáng tạo khoa học - ĩ thuật theo mô hình "xoáy ốc" (quy luật "phủ định của phủ định") mà cứ sau mỗi chu trình thì lƣợng kiến thức khoa học tăng lên và cùng với nó là công nghệ phát triển ở trình độ cao hơn. 1.1.2. Đặc điểm của giáo dục STEM Theo tác giả Nguyễn Thành Hải – Thành viên hiệp hội NSTA và NARST, Nghiên cứu sinh tiến sĩ ngành Giáo dục Khoa học, Viện Nghiên cứu Giáo dục STEM của Đại học Missouri (Mỹ) đã có bài viết rút ra ba đặc điểm quan trọng khi nói về giáo dục STEM [6]. 7
  17.  Thứ nhất đó là cách tiếp cận "liên ngành": Khác với "đa ngành", cách tiếp cận “liên ngành” dù cũng là có nhiều ngành, nhiều lĩnh vực nhƣng nó thể hiện rõ sự kết nối và bổ trợ lẫn nhau trong các ngành. Do vậy, nếu một chƣơng trình học, một trƣờng học, một tổ chức giáo dục chỉ có nhiều môn, nhiều giáo viên dạy các ngành khác nhau mà không có sự kết nối và bổ trợ lẫn nhau thì chƣa đƣợc gọi là giáo dục STEM.  Thứ hai là sự lồng ghép với các bài học trong thế giới thực: Đó là sự thể hiện tính thực tiễn và tính ứng dụng kiến thức trong việc giải quyết các vấn đề thực tiễn. Học sinh phá đƣợc rào cản của việc học kiến thức lý thuyết khô khan trên sách vở với thực hành ứng dụng thực tế. Do vậy, chƣơng trình giáo dục STEM bắt buộc phải hƣớng học sinh đến các hoạt động thực hành. Các em vận dụng kiến thức, nguyên lý để tạo ra sản phẩm hoặc giải quyết các vấn đề của thực tế cuộc sống.  Thứ ba là sự kết nối từ trƣờng học, cộng đồng đến các tổ chức toàn cầu: Trong thời đại cách mạng công nghiệp 4.0 hiện nay, nơi mà tự động hóa và điều khiển từ xa thông qua các thiết bị điện tử di động lên ngôi, thông qua đƣờng truyền Internet. Do vậy, quá trình giáo dục STEM không chỉ hƣớng đến vấn đề cụ thể của địa phƣơng mà phải đặt trong mối liên hệ với bối cảnh kinh tế toàn cầu và các xu hƣớng chung của thế giới, ví dụ nhƣ biến đổi khí hậu, năng lƣợng tái tạo 1.1.3. Mục tiêu của giáo dục STEM Giáo dục STEM hƣớng tới ba mục tiêu chính [3-tr.13]. Mục tiêu giáo dục STEM Phát triển năng lực Phát triển năng lực Định hƣớng nghề đặc thù STEM cốt lõi nghiệp Hình 1.2 Sơ đồ mục tiêu của giáo dục STEM 8
  18.  Phát triển năng lực đặc thù của các môn học về STEM cho học sinh: Bao gồm kiến thức về khoa học, công nghệ, kỹ thuật, toán học. Học sinh biết cách tổng hợp, liên kết và cân bằng những kiến thức đó nhằm có đƣợc giải pháp tốt nhất giải quyết vấn đề thực tiễn.  Phát triển năng lực cốt lõi cho học sinh: Học sinh đƣợc phát triển khả năng tƣ duy logic sáng tạo, kỹ năng hợp tác nhóm, kỹ năng giải quyết vấn đề. Ngoài ra, học sinh có cơ hội phát triển các kỹ năng mềm toàn diện hơn mà hông tạo cảm giác nặng nề, quá tải với mỗi bài học.  Định hƣớng nghề nghiệp cho học sinh: Với học sinh phổ thông, việc theo học các môn học STEM còn có ảnh hƣởng tích cực tới khả năng lựa chọn nghề nghiệp tƣơng lai. Khi đƣợc học nhiều dạng kiến thức trong một thể tích hợp, sẽ tạo cho học sinh sự chủ động, hứng thú với việc học tập thay vì thái độ chán nản hoặc tránh né một lĩnh vực nào đó. Từ nền tảng đó sẽ khuyến h ch các em có định hƣớng tốt hơn hi chọn chuyên ngành cho các bậc học cao hơn và sự chắc chắn cho cả sự nghiệp về sau. 1.2. Kỹ thuật dạy học sử dụng trong giáo dục STEM. Kỹ thuật dạy học là những biện pháp, cách thức hoạt động của của giáo viên và học sinh trong các tình huống hành động nhỏ nhằm thực hiện và điều khiển quá trình dạy học. Các kỹ thuật dạy học là những đơn vị nhỏ nhất của phƣơng pháp dạy học. Có những kỹ thuật dạy học chung, có những kỹ thuật đặc thù của từng phƣơng pháp dạy học [7]. Trong giáo dục STEM, giáo viên có thể chọn lọc áp dụng những kỹ thuật dạy học vào bài giảng giúp tiết dạy đạt hiệu quả cao nhất với từng chủ đề STEM. Những kỹ thuật dạy học tích cực là một trong những lựa chọn hàng đầu. Kỹ thuật dạy học tích cực hỗ trợ giúp học sinh không những tiếp thu kiến thức một cách nhanh chóng mà còn phát triển năng lực. Kỹ thuật dạy học này còn mang ý nghĩa đặc biệt trong việc phát huy tính tích cực của học sinh tham gia vào quá trình học tập; kích thích khả năng tƣ duy, tính sáng tạo và sự cộng tác làm việc nhóm của học sinh. Điều quan trọng là giáo viên phải biết linh 9
  19. hoạt chọn ĩ thuật dạy học phù hợp tuỳ theo bài học. Giáo viên có thể áp dụng những kỹ thuật dạy học tích cực sau: 1. Kỹ thuật “các mảnh ghép”. 2. Kỹ thuật “ hăn trải bàn”. 3. Kỹ thuật “động não”, 4. Kỹ thuật “lƣợc đồ tƣ duy”, 5. Kỹ thuật “ghép nhóm”. 6. Kỹ thuật “bể cá”. 7. Kỹ thuật “chia sẻ nhóm đôi”. 8. Kỹ thuật “tia chớp”. 9. Kỹ thuật “ổ bi”. 10. Kĩ thuật "XYZ". 11. Kĩ thuật Kipling. 12. Kĩ thuật KWL. 13. Kỹ thuật đặt câu hỏi. 14. Và các kỹ thuật dạy học tích cực khác. 1.3. Quy trình thiết kế và tổ chức bài giảng dạy học chủ đề STEM 1.3.1. Quy trình thiết kế xây dựng bài học STEM [5].  Bƣớc 1: Lựa chọn chủ đề bài học STEM: Dựa vào các vấn đề thực tiễn, các tình huống xảy ra có vấn đề, các hiện tƣợng, quá trình, ứng dụng trong cuộc sống hàng mà gắn với nó là những iến thức nằm trong chƣơng trình các môn học để lựa chọn chủ đề của bài học. Những ứng dụng đó có thể là các hiện tƣợng Vật Lý gần gũi nhƣ: Sự chìm, nổi - lực đẩy Ác-si-mét - Thuyền/bè; Hiện tƣợng tán sắc ánh sáng - T nh chất sóng của ánh sáng - Máy quang phổ lăng nh; Hiện tƣợng húc xạ và phản xạ ánh sáng - Gƣơng cầu và thấu nh - Cầu vồng - Ống nhòm, nh thiên văn; Hiện tƣợng cảm ứng điện từ - Định luật Cảm ứng điện từ và Định luật Lenxơ - Máy phát điện/động cơ điện/máy bắt muỗi; Lựa chọn chủ đề bài học STEM giáo viên cần xác định rõ mục tiêu, ý tƣởng chủ đề STEM và những iến thức STEM trong bài học. 10
  20.  Bƣớc 2: Xác định vấn đề cần giải quyết trong bài học: Chủ đề STEM giống nhƣ một bài toán mở có t nh chất ỹ thuật đặt ra cho học sinh nhằm hƣớng các em giải quyết vấn đề thực tiễn. Vậy nên câu hỏi của bài toán cần xác định rõ ràng. Do đó, sau hi chọn đƣợc chủ đề STEM của bài học, giáo viên cần xác định rõ vấn đề cần giải quyết. Sao cho khi thực hiện giải quyết vấn đề đó, học sinh sẽ nắm đƣợc những iến thức, ĩ năng cần dạy trong chƣơng trình môn học đã đƣợc lựa chọn để xây dựng bài học. Nhiệm vụ giao cho học sinh thực hiện trong các bài học có thể là: Thiết ế, chế tạo một mô hình thực tế nào đó. Giáo viên có thể dẫn hƣớng học sinh bằng cách xây dựng bộ câu hỏi định hƣớng chủ đề STEM.  Bƣớc 3: Xây dựng tiêu ch của thiết bị, giải pháp giải quyết vấn đề: Sau hi đã xác định vấn đề cần giải quyết, giáo viên cần xác định rõ tiêu chí của thiết bị sản phẩm, giải pháp giải quyết vấn đề. Những tiêu ch này là căn cứ quan trọng để dẫn hƣớng học sinh đề xuất giả thuyết hoa học/thiết ế mẫu sản phẩm/giải pháp giải quyết vấn đề. Nó giúp học sinh thực hiện đúng vấn đề cần giải quyết trong bài học, tránh lạc đề, sai mục đ ch. Đối với các ví dụ nêu trên, tiêu ch có thể là: Chế tạo ống nhòm từ thấu nh hội tụ, phân ì; quan sát đƣợc vật ở xa với độ bội giác trong hoảng nào đó; chế tạo và lắp ráp đƣợc máy bắt muỗi từ nguồn điện một chiều 6V; xây dựng đƣợc bản vẽ thiết ế mô hình nhà chống sét  Bƣớc 4: Thiết ế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học chủ đề STEM: Tiến trình tổ chức hoạt động dạy học đƣợc thiết ế theo các phƣơng pháp và ĩ thuật dạy học t ch cực với 3 loại hoạt động học: tìm hiểu thực tiễn, nghiên cứu iến thức nền và giải quyết vấn đề. Cần thiết ế rõ ràng về mục đ ch, nội dung và sản phẩm học tập mà học sinh phải hoàn thành trong mỗi hoạt động học. Để tạo hiệu quả cao nhất, các hoạt động học có thể đƣợc tổ chức ở trong và ngoài lớp học (ở trƣờng, ở nhà và cộng đồng). Ngoài ra, giáo viên cần thiết ế bài học điện tử trên mạng để hƣớng dẫn, hỗ trợ hoạt động học của học sinh bên ngoài lớp học. 1.3.2. Tiến trình tổ chức bài giảng dạy học chủ đề STEM [5]. Hoạt động 1: Tìm hiểu thực tiễn, phát hiện vấn đề 11
  21.  Đặt vấn đề, giao nhiệm vụ: - Ban đầu, giáo viên giao nhiệm vụ cho học sinh yêu cầu: Tìm hiểu một số hiện tƣợng trong tự nhiên; tìm hiểu cấu tạo, chức năng và nguyên tắc hoạt động của một vật dụng hữu ích hàng ngày hoặc thiết bị công nghệ; tìm hiểu thực trạng về một vấn đề nhằm làm xuất hiện vấn đề cần nghiên cứu. Nhiệm vụ ban đầu phải đảm bảo tính vừa sức để lôi cuốn học sinh tham gia thực hiện; tránh những nhiệm vụ quá dễ hoặc quá khó gây ra sự nhàm chán, không tạo đƣợc hứng thú đối với học sinh. Ví dụ: Tìm hiểu nguyên lý cấu tạo và hoạt động của chiếc đèn pin led (sau khi tìm hiểu và giải thích, học sinh sẽ học đƣợc kiến thức mới về mạch điện một chiều mắc nối tiếp, phản xạ ánh sáng, nguyên lý truyền thẳng ánh sáng ), từ đó có thể đặt ra yêu cầu chế tạo một chiếc đèn pin led. Tìm hiểu thực trạng lũ lụt xảy ra ở Việt Nam; nghiên cứu các kiến thức về lũ nhƣ: chất lƣu, áp suất chất lỏng, xoáy nƣớc, sự nổi, sức cản, Từ đó có thể đặt ra yêu cầu chế tạo mô hình ngôi nhà chống lũ.  Học sinh hoạt động tìm hiểu, nghiên cứu: Học sinh thực hiện nhiệm vụ: tìm hiểu về quy trình, cấu tạo, chức năng, nguyên lý hoạt động của thiết bị đƣợc giao; thu thập thông tin. Từ đó xác định đƣợc vấn đề cần giải quyết và kiến thức STEM có liên quan cần sử dụng để giải quyết vấn đề.  Thảo luận nhóm, báo cáo: Dựa vào kết quả hoạt động tìm hiểu nghiên cứu trên của học sinh, giáo viên tổ chức cho các nhóm học sinh hoạt động thảo luận, báo cáo xác định vấn đề cần giải quyết.  Nhận xét, đánh giá: Căn cứ vào báo cáo của các nhóm học sinh, giáo viên nhận xét, đánh giá và dẫn dắt học sinh nêu đƣợc các câu hỏi và vấn đề cần tiếp tục giải quyết. Giúp học sinh xác định đƣợc các tiêu chí cho sản phẩm, giải pháp cần thực hiện để giải quyết vấn đề đặt ra. Từ đó định hƣớng cho hoạt động tiếp theo của học sinh. Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền  Học kiến thức mới: 12
  22. Học sinh đƣợc tiếp thu kiến thức mới có liên quan đến chủ đề thông qua các hoạt động: nghiên cứu tài liệu khoa học (sách giáo khoa, báo chí, internet); làm bài tập; thực hành thí nghiệm để nắm vững kiến thức.  Giải thích về hiện tượng, quy trình, cấu tạo của thiết bị: Học sinh vận dụng kiến thức mới vừa học kết hợp với các kiến thức cũ giải thích về hiện tƣợng, quy trình, cấu tạo, nguyên lý hoạt động của thiết bị đƣợc tìm hiểu. Từ đó xác định đƣợc những vấn đề cần tiếp tục hoàn thiện theo yêu cầu của nhiệm vụ học tập.  Thảo luận nhóm, báo cáo: Dựa vào kết quả hoạt động tìm hiểu nghiên cứu trên của học sinh, giáo viên tổ chức cho các nhóm học sinh hoạt động thảo luận, báo cáo trình bày kiến thức mới và cách vận dụng kiến thức đó để giải thích hiện tƣợng, quy trình, cấu tạo, của thiết bị.  Nhận xét, đánh giá: Căn cứ vào kết quả báo cáo của các nhóm học sinh, giáo viên nhận xét, đánh giá, "chốt" kiến thức, ĩ năng để học sinh ghi nhận và sử dụng; làm rõ hơn vấn đề cần giải quyết; xác định rõ tiêu chí của sản phẩm ứng dụng mà học sinh phải hoàn thành. Hoạt động 3: Giải quyết vấn đề  Đề xuất giả thuyết/giải pháp giải quyết vấn đề: Dựa vào các tiêu chí của sản phẩm, học sinh thảo luận đề xuất ý tƣởng, phƣơng án giả thuyết hoặc giải pháp giải quyết vấn đề (bao gồm thiết kế phƣơng án th nghiệm, mô hình, biện pháp giải quyết vấn đề hiệu quả an toàn, ). Học sinh có thể nêu ý tƣởng chung theo nhóm hoặc ý kiến cá nhân, sau đó thống nhất chọn giải pháp khả thi và hiệu quả nhất.  Thực hành thử nghiệm giải pháp: Các nhóm lần lƣợt lựa chọn dụng cụ, vật liệu cần trong thí nghiệm và thực hành hoạt động theo phƣơng án đã thiết kế: chế tạo thiết bị theo mẫu thử nghiệm đã thiết kế; phân tích số liệu thí nghiệm/thử nghiệm; rút ra kết luận/phân tích kết quả thử nghiệm. Giáo viên đƣa ra cho học sinh những lƣu ý một số hó hăn, nguy hiểm mà học sinh có thể gặp phải khi thực hiện hoàn thành sản phẩm. 13
  23.  Trưng bày kết quả và báo cáo: Giáo viên tổ chức cho các nhóm học sinh vận hành thử nghiệm sản phẩm và báo cáo kết quả.  Nhận xét, đánh giá: Giáo viên yêu cầu các nhóm nộp lại dụng cụ, vật liệu dƣ và tập hợp sản phẩm đã hoàn thành. Trên cơ sở sản phẩm học tập của học sinh, giáo viên tổ chức cho học sinh tự nhận xét, đánh giá các hoạt động và sản phẩm của nhóm mình và các bạn. Sau đó giáo viên chốt lại bài học đƣa ra nhận xét, đánh giá về quá trình chế tạo dụng cụ của các nhóm; tóm tắt nội dung chính của chủ đề STEM. Học sinh ghi nhận các kết quả và tiếp tục chỉnh sửa, bổ sung, hoàn thiện sản phẩm. 1 4 Năng ực phát triển qua giáo dục chủ đề STEM Trong thời đại của Cách mạng công nghiệp 4.0 hiện nay, cùng tốc độ phát triển ngày một tăng nhanh của khoa học - công nghệ; lƣợng tri thức khoa học ngày càng mở rộng; cơ cấu nghề nghiệp trong xã hội thay đổi liên tục Từ đó đòi hỏi mỗi cá nhân phải trang bị đầy đủ năng lực để thích ứng. Qua chƣơng trình giáo dục STEM, con ngƣời có thể hoàn thiện và định hƣớng phát triển năng lực nhằm đáp ứng kịp nhu cầu của thời đại. Cụ thể một số năng lực đƣợc phát triển qua giáo dục STEM nhƣ sau:  Phát triển năng lực sáng tạo, tư duy logic [3-tr.16]: Một số biểu hiện năng lực sáng tạo trong hoạt động nhận thức của học sinh thông qua giáo dục chủ đề STEM nhƣ sau: - Tự tìm ra vấn đề mới dựa trên tình huống quen thuộc, hiện tƣợng thông thƣờng trong cuộc sống hàng ngày trong hoạt động tự tìm hiểu thực tiễn, phát hiện vấn đề. - Tự chuyển tri thức, kỹ năng từ lĩnh vực quen thuộc sang tình huống mới; vận dụng kiến thức giải thích cấu trúc kỹ thuật, chức năng, nguyên lý hoạt động của đối tƣợng kỹ thuật trong hoạt động nghiên cứu kiến thức nền. - Tự đề xuất giải pháp kỹ thuật mới tối ƣu đem lại hiệu quả cao; tự thiết kế bản vẽ kỹ thuật, sơ đồ nguyên lý thể hiện cấu tạo, chức năng của đối tƣợng kỹ thuật đang nghiên cứu; đề xuất mô hình giả thuyết, đƣa ra phƣơng án thực 14
  24. nghiệm để kiểm tra mô hình giả thuyết hay hệ quả suy ra từ giả thuyết với hiệu quả cao nhất trong hoạt động đề xuất, chế tạo mô hình thiết bị giải quyết vấn đề.  Phát triển năng lực giải quyết vấn đề: Biểu hiện của năng lực giải quyết vấn đề trong hoạt động nhận thức của học sinh thông qua giáo dục chủ đề STEM nhƣ sau: - Phát hiện, xác định đƣợc nhiệm vụ, mục đ ch ch nh vấn đề cần giải quyết trong chủ đề STEM trong hoạt động tìm hiểu thực tiễn phát hiện vấn đề. - Đề xuất ý tƣởng, phƣơng án giả thuyết hoặc giải pháp giải quyết vấn đề (bao gồm thiết kế phƣơng án th nghiệm, mô hình, biện pháp giải quyết vấn đề hiệu quả an toàn, ) trong hoạt động đề xuất giả thuyết, giải pháp giải quyết vấn đề. - Lập và thực hiện đƣợc kế hoạch giải quyết vấn đề trong hoạt động thực hành giải pháp.  Phát triển năng lực tự chủ và tự học: Xuyên suốt quá trình học chủ đề STEM, ngƣời học làm chủ kiến thức của bản thân, dựa vào kiến thức bản thân lĩnh hội đƣợc vận dụng chúng và đƣa ra những giải pháp và tự thực hành thử nghiệm giải pháp đó. Học sinh làm chủ, là nhân vật chính trong giờ học. Giáo viên chỉ là ngƣời dẫn đƣờng, góp ý. Giáo dục chủ đề STEM giúp học sinh phát huy đƣợc tối ƣu năng lực tự chủ, tự học.  Phát triển năng lực hợp tác nhóm: Trong tất cả bài học giáo dục chủ đề STEM, hầu nhƣ xuyên suốt bài học đều áp dụng “phƣơng pháp thảo luận nhóm” và phƣơng pháp “hợp tác”. Một lớp sẽ chia thành nhiều nhóm nhỏ cùng nhau thảo luận vấn đề cần giải quyết, cùng nhau xây dựng ý tƣởng góp ý đƣa ra biện pháp tối ƣu nhất và thực hiện hóa chúng rồi từ đó cùng nhau rút ra inh nghiệm và tạo sản phẩm hoàn chỉnh. Thảo luận nhóm giúp cho học sinh tham gia bài học một cách chủ động, tạo cơ hội cho các em đƣợc giao lƣu học hỏi và chia sẻ kiến thức và tạo niềm tin, tình đoàn ết giữa các bạn cùng lớp. Ngoài ra nó còn rèn cho học sinh một số kỹ năng: ỹ năng giao tiếp tƣơng tác với bạn học, kỹ năng lắng nghe và phản biện, kỹ năng giải quyết mâu thuẫn, Qua mỗi bài học chủ đề STEM, năng lực hợp tác nhóm của học sinh đƣợc thể hiện và phát triển. 15
  25.  Phát triển tư duy kỹ thuật [3-tr.22]: Dựa vào mục đ ch và các tiêu chí của giáo dục STEM, học sinh có thể phát triển tƣ duy ỹ thuật thông qua các hoạt động nhận thức khi học nhƣ sau - Hình thành khái niệm kỹ thuật kết hợp với các khái niệm đã học từ trƣớc trong hoạt động nghiên cứu kiến thức nền. - Sử dụng đƣợc thuật ngữ kỹ thuật, hiểu bản chất của ngôn ngữ kỹ thuật và vận dụng đƣợc các thuật ngữ đó trong hoạt động nghiên cứu kiến thức nền. - Thiết kế kỹ thuật, vẽ sơ đồ nguyên lý và giải thích và vận dụng đƣợc sơ đồ đó trong thực tiễn trong hoạt động giải quyết vấn đề. - Thực hiện thiết kế chế tạo, lắp ráp mô hình kỹ thuật: tính toán mua nguyên vật liệu, phát thảo, đo đạc, vận hành, sửa chữa, trong hoạt động thực hành thử nghiệm giải pháp.  Phát triển năng lực hướng nghiệp [3-tr.26]: Nhƣ ta biết, hình thành cho ngƣời học năng lực hƣớng nghiệp là một trong ba mục tiêu chính của giáo dục STEM bằng cách tạo cho học sinh những kiến thức, kỹ năng nền tảng cho nghề nghiệp trong tƣơng lai. Năng lực hƣớng nghiệp của học sinh đƣợc hình thành phát triển thông qua các năng lực: - Năng lực nhận biết bản thân: sở th ch, ƣớc mơ, mục tiêu trong cuộc sống, - Năng lực nhận thức nghề nghiệp: nắm đƣợc xu hƣớng nghề nghiệp tại ở địa phƣơng, môi trƣờng đào tạo, nơi làm việc sau tốt nghiệp, - Năng lực xây dựng kế hoạch nghề nghiệp: Xác định mục tiêu nghề nghiệp. Tìm kiếm cơ hội thông qua quan hệ xã hội. Bồi dƣỡng, rèn luyện để phát triển nghề nghiệp. 1 5 Điều tra thực trạng về việc áp dụng mô hình giáo dục STEM trong việc dạy học ở t ƣờng trung học phổ thông 1.5.1. Mục đích, đối tượng, phương pháp, nội dung điều tra  Mục đích điều tra: Điều tra thực trạng về việc áp dụng mô hình giáo dục STEM trong việc dạy học ở trƣờng Trung học phổ thông nhằm tìm hiểu thực trạng giáo dục 16
  26. STEM trong trƣờng THPT từ đó đề xuất các biện pháp cải thiện giúp giáo dục STEM tiếp cận gần hơn với học sinh THPT.  Đối tượng điều tra: Đối tƣợng điều tra bao gồm: 40 học sinh lớp 10A1 và cán bộ giáo viên tổ Vật Lý thuộc trƣờng Trung học phổ thông Lý Nhân Tông, thành phố Bắc Ninh, tỉnh Bắc Ninh. 45 học sinh lớp 10A3 và cán bộ giáo viên tổ Vật Lý thuộc trƣờng Trung học phổ thông Dƣơng Xá, Gia Lâm, Hà Nội.  Phương pháp điều tra: Điều tra qua phiếu phỏng vấn cho học sinh và giáo viên. Hệ thống câu hỏi đƣợc thiết kế với nội dung súc tích, dễ hiểu, đảm bảo tính khách quan và đa dạng: câu hỏi đóng, câu hỏi mở, câu hỏi có nhiều đáp án lựa chọn, câu hỏi viết Ngoài ra còn sử dụng một số phƣơng pháp hác nhƣ: đàm thoại, phỏng vấn,  Nội dung điều tra: Nội dung khảo sát tập trung vào những vấn đề: - Nhận thức của giáo viên và học sinh về giáo dục STEM. - Thực trạng áp dụng mô hình giáo dục STEM trong dạy học môn Vật Lý trong trƣờng THPT. - Những hó hăn của giáo viên và học sinh khi tiếp cận với giáo dục STEM. 1.5.2. Những thuận lợi và khó khăn trong quá trình điều tra Thuận lợi: Ban giám hiệu nhà trƣờng, các thầy cô giáo và học sinh tạo điều kiện thuận lợi, nhiệt tình giúp đỡ, tham gia hoạt động điều tra nhằm giúp đƣa ra ết quả khảo sát chân thực và chuẩn nhất. Khó hăn: Đối tƣợng điều tra thuộc nhiều địa phƣơng hác nhau tạo hó hăn trong việc di chuyển và làm việc. 1.5.3. Kết quả điều tra 1.5.3.1. Thực trạng nhận thức của giáo viên về giáo dục STEM Tổng số giáo viên tham gia khảo sát: 20 giáo viên. a. Nhận thức của giáo viên về giáo dục STEM: 17
  27. Bảng 1.1 Hiểu biết của giáo viên về giáo dục STEM TT Nội dung Số Lƣợng % 1 Đã biết về mô hình giáo dục STEM 15 75% 2 Chƣa biết về mô hình giáo dục STEM 5 25% Theo kết quả khảo sát của bảng 1.5.1, phần lớn giáo viên đã từng nghe và biết về mô hình giáo dục STEM (75%), nhƣng bên cạnh đó cũng hông nhỏ số giáo viên chƣa tiếp cận với mô hình dạy học này (25%). Điều này cho thấy, giáo dục STEM đã tiếp cận đến nền giáo dục ở Việt Nam nhƣng vẫn còn khá mới mẻ. b.Thực trạng áp dụng mô hình giáo dục STEM trong dạy học môn Vật Lý trong trường THPT. Bảng 1.2 Thực trạng áp dụng bài giảng dạy học theo chủ đề STEM trong dạy học môn Vật Lý t ong t ƣờng THPT TT Nội dung Số ƣợng % 1 Chƣa từng sử dụng bài giảng dạy học theo chủ đề 16 80% STEM trong dạy học môn Vật Lý trong trƣờng THPT. 2 Đã từng sử dụng bài giảng dạy học theo chủ đề 4 20% STEM trong dạy học môn Vật Lý trong trƣờng THPT. Theo kết quả bảng 1.5.2, có 20% giáo viên đã áp dụng giáo dục chủ đề STEM còn lại phần lớn 80% chƣa áp dụng giáo dục STEM vào bài giảng. Từ thực trạng trên cho thấy, dù phần lớn giáo viên đã biết về giáo dục STEM nhƣng việc áp dụng mô hình giáo dục STEM vào bài học vẫn còn xa lạ trong trƣờng THPT. Đây cũng là vấn đề cần đặt ra, nhà giáo dục cần có giải pháp để giải quyết thực trạng này, giúp giáo dục STEM không chỉ còn là lý thuyết nghe qua mà nó sẽ đến gần với thầy cô và học sinh hơn qua những bài học, trải nghiệm thực tế. Dù giáo viên chƣa có nhiều điều kiện để áp dụng mô hình giáo dục STEM cho học sinh, nhƣng các phƣơng thức và kiến thức liên môn mà những giáo viên đã từng sử dụng để giáo dục STEM cho học sinh rất đa dạng và 18
  28. phong phú. Điều này giúp cho hoạt động hình thành kiến thức và kỹ năng của học sinh bền vững, nhanh chóng và hiệu quả hơn. c.Việc áp dụng bài giảng dạy học theo chủ đề STEM với bối cảnh thực tế: Bảng 1.3 Việc áp dụng bài giảng dạy học theo chủ đề STEM trong dạy học môn Vật lí với bối cảnh thực tế TT Nội Dung Số ƣợng % 1 Việc sử dụng bài giảng dạy học chủ đề STEM 20 100% trong dạy học môn Vật Lí có phù hợp với bối cảnh của trƣờng mình dạy. 2 Việc sử dụng bài giảng dạy học chủ đề STEM 0 0% trong dạy học môn Vật Lí không phù hợp với bối cảnh của trƣờng mình dạy. Sau khi tìm hiểu về giáo dục STEM, 100% giáo viên nhận thức rằng giáo dục STEM là hoàn toàn phù hợp với bối cảnh giáo dục hiện tại. d. Khó khăn trong việc thiết kế bài giảng dạy học chủ đề STEM sử dụng trong dạy học môn Vật lí: Bảng 1.4 Khó khăn t ong thiết kế bài giảng chủ đề STEM sử dụng trong dạy học Vật Lý TT Nội dung Số Lƣợng % 1 Là hoạt động mới nên chƣa có inh nghiệm 18 90% 2 Chƣa có tài liệu hƣớng dẫn 10 50% 3 Kiến thức, kỹ năng về STEM hạn chế 2 10% 4 Kiến thức liên ngành hạn chế 2 10% 5 Ý kiến khác 0 0% Theo kết quả điều tra, đa số giáo viên (90%) cảm thấy hó hăn hi thiết kế bài giảng chủ đề STEM do chƣa có inh nghiệm vì mô hình còn mới. 50% thấy hó hăn vì chƣa có tài liệu hƣớng dẫn. Và số ít 10% cảm thấy khó hăn về hạn chế trong kiến thức liên ngành và kiến thức về STEM. e. Những ưu điểm với học sinh khi sử dụng bài giảng dạy học chủ đề STEM trong dạy học môn Vật lí: 19
  29. Bảng 1.5 Những ƣu điểm với học sinh khi sử dụng bài giảng dạy học chủ đề STEM trong dạy học môn Vật Lý TT Nội dung Số Lƣợng % 1 Giúp học sinh hiểu rõ hơn iến thức Vật lí. 10 50% 2 Giúp học sinh ham học hỏi, tìm tòi, yêu thích môn 10 50% học. 3 Giúp học sinh nhớ lâu kiến thức. 15 75% 4 Phát huy đƣợc năng lực của học sinh. 20 100% 5 Giúp học sinh vận dụng kiến thức vật lí vào cuộc 20 100% sống. 6 Giúp học sinh phát triển tƣ duy, ỹ năng của nhà 4 20% khoa học. f. Đánh giá khó khăn của học sinh khi sử dụng bài giảng dạy học chủ đề STEM để học môn Vật lí: Bảng 1.6 Khó khăn của học sinh khi sử dụng bài giảng dạy học chủ đề STEM để học môn Vật lí TT Nội dung Số Lƣợng % 1 Học sinh khó vận dụng kiến thức và ĩ thuật. 2 10% 2 Kỹ năng về ĩ thuật của học sinh hạn chế. 18 90% 3 Khả năng tƣ duy ĩ thuật của học sinh hạn chế. 15 75% 4 Khả năng tự học kiến thức của học sinh hạn chế. 4 20% 5 Ý kiến khác 0 0% g. Phương pháp nâng cao hiệu quả sử dụng bài giảng dạy học chủ đề STEM trong dạy học Vật Lý: Bảng 1.7 Phƣơng pháp nâng cao hiệu quả sử dụng bài giảng dạy học chủ đề STEM trong dạy học Vật Lý TT Nội dung Số Lƣợng % 1 Giao cho học sinh làm trƣớc các hoạt động nhỏ, 20 100% nền tảng ở nhà. 2 Hƣớng dẫn học sinh tự học kiến thức . 18 90% 20
  30. 3 Nâng cao sự liên kết giữa lí thuyết và thực tiễn. 18 90% 4 Mỗi bài giảng đều tạo cho học sinh hứng thú tìm 17 85% tòi. 5 Tăng cƣờng cho học sinh tìm hiểu ứng dụng ĩ 20 100% thuật của vật lí. h. Đánh giá sự cần thiết của việc sử dụng bài giảng dạy học chủ đề STEM: Bảng 1.8 Đánh giá sự cần thiết của việc sử dụng bài giảng dạy học chủ đề STEM cho học sinh THPT TT Nội dung Số Lƣợng % 1 Không cần thiết. 0 0% 2 Cần thiết. 17 85% 3 Rất cần thiết. 3 15% 1.5.3.2. Thực trạng nhận thức của học sinh về giáo dục STEM: Tổng số học sinh tham gia khảo sát: 85 học sinh. a.Nhận thức của học sinh về giáo dục STEM: Bảng 1.9 Hiểu biết của học sinh về bài giảng dạy học chủ để STEM TT Nội dung Số Lƣợng % 1 Đã biết 15 17,64% 2 Chƣa biết 70 82,36% b.Thực trạng Thực trạng học sinh tiếp cận vơi giáo dục STEM : Bảng 1.10 Thực trạng học sinh tiếp cận vơi giáo dục STEM TT Nội dung Số ƣợng % 1 Chƣa từng đƣợc học 100 100% 2 Đã từng đƣợc học 0 0% 21
  31. c.Thực trạng vận dụng kiến thức Vật Lý của học sinh: Bảng 1.11 Thực trạng vận dụng kiến thức Vật Lý của học sinh TT Nội dung Số ƣợng % 1 Giải thích hiện tƣợng vật lí trong tự nhiên. 85 100% 2 Làm bài tập. 85 100% 3 Tìm hiểu ứng dụng kiến thức vật lí trong các 40 47,05% thiết bị, máy móc. 4 Tìm hiểu ứng dụng kiến thức vật lí trong công 2 2,35% trình xây dựng. 5 Giải thích hoạt động của thiết bị, máy móc. 30 35,29% 6 Thiết kế mô hình thiết bị, máy móc. 0 0% 7 Chế tạo thiết bị, máy móc. 0 0% 22
  32. Kết luận chƣơng 1 Trong chƣơng này, tác giả đã nghiên cứu các cơ sở lí luận về dạy học chủ đề STEM phục vụ cho việc tiến hành đề tài. Các cơ sở lí luận đã nghiên cứu đƣợc tóm tắt nhƣ sau: Giáo dục STEM là một phƣơng pháp dạy học giúp học sinh định hƣớng phát triển năng lực thuộc các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học. STEM trang bị cho học sinh những kiến thức, ĩ năng về các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học (theo cách tiếp cận liên môn) để học sinh có thể áp dụng những kiến thức đó nhằm giải quyết các vấn đề trong cuộc sống. Mỗi bài học chủ đề STEM đều gắn liền một vấn đề cần giải quyết, giáo viên vận dụng những kỹ thuật dạy học tích cực dẫn dắt học sinh nhận biết, phân tích và hƣớng tới giải quyết vấn đề đó. Giáo dục STEM giúp cho học sinh không chỉ học xuông lý thuyết trên sách vở mà còn có thể trực tiếp thực hành áp dụng kiến thức đó tạo ra đƣợc những sản phẩm hữu ích cho cuộc sống. Ngoài ra, học STEM học sinh còn có thể phát huy tối đa t nh sáng tạo, phát triển những kỹ năng cần thiết (kỹ năng hợp tác nhóm, kỹ năng giải quyết vấn đề, kỹ năng phân tích, tổng hợp, ), khả năng tƣ duy ỹ thuật để ứng dụng làm việc và phát triển trong thế giới công nghệ hiện đại ngày nay. Giáo dục STEM tạo nên những con ngƣời có thể đáp ứng đƣợc nhu cầu công việc của thế kỷ 21, đáp ứng sự phát triển kinh tế, xã hội của quốc gia đồng thời tác động mạnh mẽ đến sự phát triển của nền kinh tế tri thức. Qua kết quả điều tra, tác giả nhận thấy STEM là một mô hình giáo dục hiện đại, khá mới mẻ và chƣa đƣợc triển khai rộng rãi. Giáo viên THPT dù biết đến mô hình giáo dục STEM và đánh giá đƣợc hiệu quả của nó nhƣng hầu nhƣ hông có điều kiện để thực hiện mô hình học tập này cho học sinh vì còn gặp nhiều hó hăn nhƣ: Giáo dục STEM là hoạt động mới nên giáo viên chƣa có inh nghiệm, không có nhiều điều kiện để tiếp cận với các nguồn tài liệu giáo dục mới do đó iến thức, kỹ năng về STEM còn hạn chế. Họ cũng không có nhiều điều kiện để nghiên cứu các kiến thức liên ngành để lồng ghép kiến thức cho chủ đề STEM Để học sinh tiếp cận gần hơn với giáo 23
  33. dục chủ đề STEM thì các nhà lãnh đạo giáo dục cần đƣa ra những giải pháp cụ thể để rút ngắn khoảng cách giữa lý thuyết và thực hành nhƣ: mở rộng thêm lớp tập huấn cho giáo viên; tăng cƣờng xây dựng những “Nguồn học liệu mở” - thƣ viện câu hỏi, bài tập, đề thi, kế hoạch bài dạy, tài liệu tham khảo có chất lƣợng về giáo dục STEM; triển khai giáo dục STEM vào trong chƣơng trình giáo dục phổ thông; tổ chức ngày hội STEM 24
  34. CHƢƠNG : TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM “CỐI GIÃ GẠO BẰNG SỨC NƢỚC” 2.1. Nội dung chủ đề STEM “cối giã gạo bằng sức nƣớc” 2.1.1. Vấn đề của cuộc sống (Technology) Từ xa xƣa đến nay gạo luôn là nguồn lƣơng thực chính sử dụng hàng ngày của ngƣời dân Việt Nam. Để làm ra những hạt gạo trắng ngần ngƣời nông dân phải tách trấu và cám từ hạt thóc ra. Ngày nay khi nền công nghiệp phát triển, con ngƣời đã chế tạo ra đủ thứ máy: máy xay, máy sát, máy sàng, để giúp ngƣời nông dân tách ra những hạt gạo rất thuận tiện, nhanh chóng và mang lại năng suất cao. Nhƣng từ thuở xa xƣa, trƣớc giai đoạn phát triển công nghiệp hóa – hiện đại hóa, hi chƣa có nguồn năng lƣợng điện và nền nông nghiệp chƣa biết đến áp dụng những máy móc kỹ thuật công nghiệp hiện đại thì ngƣời nông dân vẫn lao động với công cụ thô sơ: cày, bừa, cuốc, hái Để có đƣợc hạt gạo sạch thơm ngƣời dân phải sử dụng những chiếc cối giã gạo để tách đƣợc gạo từ hạt thóc. Những chiếc cối giã gạo bằng tay làm tốn rất nhiều thời gian và sức lực của ngƣời lao động. Do vậy, trên những miền núi một số dân tộc ngƣời Thái, ngƣời Mƣờng, ngƣời Cống, ngƣời H‟Mông, đã lợi dụng sức nƣớc để giã gạo để giảm sức lao động. Họ là những ngƣời cƣ trú chủ yếu ở gần những con sông, con suối, họ đã biết lợi dụng dòng nƣớc suối chảy xiết phát minh ra những chiếc cối giã gạo bằng sức nƣớc rất độc đáo phục vụ cho đời sống của mình. Chiếc cối này có cấu tạo khác với cối giã gạo thông thƣờng là phần cán họ thiết kế gần nhƣ một chiếc bập bênh, chỗ chân đạp họ khoét rỗng thành lòng máng để chứa nƣớc. Khi nƣớc đổ đầy vào máng sẽ nâng cần cối lên, nƣớc chảy ra hết cần cối lại hạ xuống giáng chày vào trong lòng cối chứa thóc và chu trình đó cứ lặp đi lặp lại. Mỗi buổi sáng, trƣớc hi lên nƣơng làm rẫy, ngƣời nông dân lại mang lúa đổ vào cối và chiếc cối lợi dụng sức nƣớc sẽ tự hoạt động đều theo nhịp để tách vỡ vỏ thóc lộ ra hạt gạo trắng ngần. Một ngày họ có thời gian làm nhiều việc khác và khi chiều muộn cò bay mỏi cánh, đàn trâu no căng bụng trở về chuồng thì cũng là lúc gạo đã giã xong, ngƣời dân chỉ cần ra đổ gạo và đem về thổi cơm. Đối với ngƣời dân ở đây, những chiếc cối giã gạo bằng sức nƣớc này đã trở thành 25
  35. dụng cụ không thể thiếu ở vùng đồng bào sinh sống. Họ xem nó nhƣ một ngƣời bạn thân thiết, gắn bó không thể thiếu trong cuộc sống. Hình 2.1 Cối giã gạo bằng sức nước của người dân tộc H’mông [8]. Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp thì hầu hết các hâu lao động của ngƣời nông dân cũng chuyển sang áp dụng máy móc công nghiệp hiện đại. Nhƣng ở một số vùng núi phía Bắc, ngƣời dân vẫn sử dụng cối giã gạo bằng sức nƣớc nhƣ một nét văn hóa đặc trƣng. Những chiếc cối giã gạo bằng sức nƣớc thể hiện sự kết hợp giữa hai nguồn tri thức dân gian và tri thức hiện tại trong việc bảo vệ, khai thác và sử dụng có hiệu quả các nguồn tài nguyên thiên nhiên đặc biệt là nguồn tài nguyên nƣớc phục vụ cho sự phát triển bền vững của xã hội. Công cụ cổ xƣa này ch nh là một thứ năng lƣợng xanh mà nhân loại bây giờ đang hƣớng tới [9]. Ngoài giúp ngƣời dân trong đời sống sinh hoạt thì những chiếc cối này còn tạo nên một cảnh quan yên bình, thơ mộng cạnh các dòng suối chảy quanh bản nhƣ một nét đẹp văn hóa dân tộc, hấp dẫn hách du lịch tới tham quan, nghiên cứu. Cối giã gạo bằng sức nƣớc đƣợc công nhận là một di sản văn hóa trên địa bàn tỉnh Sơn La. 26
  36. Hình 2.2 Mô hình hiện vật mô tả cối giã gạo bằng sức nước của dân tộc Thái[10]. 2.1.2. Kiến thức Vật Lý liên quan đến chủ đề STEM (Science) Những chiếc cối giã gạo bằng sức nƣớc đƣợc chế tạo từ việc áp dụng những kiến thức khoa học: Vật Lý, Sinh Học, Địa Lý và nhiều chuyên môn khác. Những kiến thức Vật lý đƣợc áp dụng trong chủ đề gồm: 1. Sự chuyển hóa từ thế năng sang động năng  Thế năng trọng trƣờng: Định nghĩa: Thế năng trọng trƣờng của một vật là dạng năng lƣợng tƣơng tác giữa Trái Đất và vật; nó phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trƣờng [1-tr.138]. Biểu thức tính thế năng trọng trƣờng: Khi một vật khối lƣợng m đặt ở độ cao z so với mặt đất (trong trọng trƣờng của Trái Đất) thì thế năng trọng trƣờng của vật đƣợc định nghĩa bằng công thức [1-tr.138]: Wt = m.g.z Trong đó: Wt là thế năng trọng trƣờng(J). m là khối lƣợng của vật (kg). g là gia tốc trọng trƣờng (m/s2). 27
  37. z là độ cao của vật so với mặt đất (m). Ý nghĩa của thế năng trọng trƣờng: Khi vật ở vị tr có độ cao z so với mặt đất thì vật có khả năng sinh công, tức là vật mang năng lƣợng, năng lƣợng này dự trữ bên trong vật dƣới dạng gọi là thế năng.  Động năng: Định nghĩa: Động năng là dạng năng lƣợng của một vật có đƣợc do nó đang chuyển động [1-tr.134]. Biểu thức t nh động năng [1-tr.135]. Trong đó: Wđ là động năng của vật (J). m là kh ối lƣợng của vật (kg). v là vận tốc của vật (m/s).  Cơ năng: Định nghĩa: Cơ năng của một vật chuyển động dƣới tác dụng của trọng lực bằng tổng động năng và thế năng trọng trƣờng của vật [1-tr.144]. Định luật bảo toàn cơ năng: Trong quá trình chuyển động, nếu vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực, động năng có thể chuyển thành thế năng và ngƣợc lại, và tổng của chúng tức là cơ năng đƣợc bảo toàn ( hông đổi theo thời gian) [2-tr.137].  Sự chuyển hóa thế năng thành động năng: Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng, ta thấy hi dòng nƣớc ở những con suối chảy từ chỗ cao xuống thấp chính là hiện tƣợng chuyển hóa thế năng thành động năng. Nƣớc ở vị trí cao dự trữ một thế năng nhất định. Khi những lƣợng nƣớc đó chảy xuống, thế năng dự trữ sẽ chuyển hóa thành động năng, làm mất cân bằng của cối giã gạo. 28
  38. 2. Các dạng cân bằng. Có ba dạng cân bằng là: cân bằng bền, cân bằng không bền và cân bằng phiếm định. Khi vật bị kéo ra khỏi vị trí cân bằng một chút mà trọng lực của vật có xu hƣớng [1-tr.109]: - Kéo nó trở về vị trí cân bằng, thì đó là vị trí cân bằng bền. - Kéo nó ra xa vị trí cân bằng, thì đó là vị trí cân bằng không bền. - Giữ nó đứng yên ở vị trí mới, thì đó là vị trí cân bằng phiếm định. Theo nguyên lý hoạt động của cối giã gạo bằng sức nƣớc thì nó là hiện tƣợng cân bằng bền. 3. Cân bằng của một vật có trục quay cố định: Momen lực [1-tr.102]: Momen lực đối với một trục quay là đại lƣợng đặc trƣng cho tác dụng làm quay của lực và đƣợc đo bằng tích của lực với cánh tay đòn của nó. M = F.d Trong đó: M là momen lực (N.m). F là lực tác dụng lên vật (N). d là cánh tay đòn của lực (m). Điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định (quy tắc momen lực)[1-tr.102]. Muốn cho một vật có trục quay cố định ở trạng thái cân bằng thì tổng các momen lực có xu hƣớng làm vật quay theo chiều im đồng hồ phải bằng tổng các momen lực có xu hƣớng làm vật quay ngƣợc chiều im đồng hồ. Cấu tạo của chiếc cối giã gạo bằng sức nƣớc cũng là một vật có trục quay cố định. Dựa vào điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định mà ngƣời ta sẽ tính toán và thiết kế ra chiếc cối hoạt động mang lại năng suất tốt nhất. 2.1.3. Giải pháp kỹ thuật (Engineering) Thiết kế mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc  Cấu tạo mô hình cối giã gạo bằng sức nước: Mô hình gồm các bộ phận sau: 29
  39. - Cối giã: hình lăng trụ tròn đƣợc khoét rỗng lòng, có phần miệng lớn hơn phần đáy. Dùng để chứa thóc và gạo sau khi thành phẩm - Chày: là một thanh gỗ đặc dài khoảng 40cm đến 80cm, to bằng bắp tay. - Đòn: là một thanh gỗ hoặc đá dài, nằm ngang, một đầu đƣợc đục thành máng chứa nƣớc, một đầu gắn chày. - Chân đỡ: gồm hai chân, nối giữa là một thanh gỗ trên đó gắn thân đòn. Chân đỡ gắn vào giữa đòn làm trụ đỡ tạo sự cân bằng cho đòn tại điểm đặt.  Thiết kế số liệu cụ thể cho mô hình: Cối giã gạo bằng sức nƣớc hoạt động theo nguyên lý đòn bẩy: một đầu là chày giã có khối lƣợng m(kg), một đầu còn lại là máng đựng nƣớc có thể tích V(m3). Phần đòn giống nhƣ chiếc đòn bẩy. Phần chân đỡ chính là trục quay cố định. Gần giống nhƣ chiếc bập bênh. Nƣớc khối lƣợng riêng D = 1000kg/m3. Mà D = m/V. Vậy để cối hoạt động đƣợc (tức là phần chày phải lệch khỏi vị trí cân bằng) thì phần máng đƣợc thiết kế có thể tích phải lớn hơn m/1000 (m3) Cơ chế hoạt động của cối: - Vị tr ban đầu của cối: phần chày nằm hơi chếch xuống dƣới do sức nặng m của chày. - Khi nƣớc chảy vào máng: phía máng nƣớc bắt đầu tăng hối lƣợng, đến khi khối lƣợng nƣớc trong máng bằng khối lƣợng chày m(kg) thì đòn bẩy cân bằng (ta xét đòn bẩy đơn giản có 2 cánh tay đòn bằng nhau hoặc chênh nhau không nhiều). - Sau đó, nƣớc tiếp tục chảy vào làm khối lƣợng nƣớc trong máng lúc này lớn hơn hối lƣợng m của chày, hi đó đòn bẩy sẽ nghiêng về phía máng nƣớc và chày đƣợc nâng lên. - Khi chày đã đƣợc nâng lên độ cao tối đa, đồng nghĩa với việc máng nƣớc bị hạ xuống tối thiểu, lúc này độ nghiêng của đòn bẩy đƣợc thiết kế để nƣớc trong máng chảy ra ngoài cho đến khi khối lƣợng nƣớc trong máng còn lại nhỏ hơn khối lƣợng m. Khi đó dù nƣớc vẫn tiếp tục chảy vào nhƣng máng bị nghiêng không còn chứa đƣợc lƣợng nƣớc lớn hơn m(kg) nữa từ đó làm chày đƣợc hạ xuống vì phần chày lúc này lại nặng hơn phần máng. 30
  40. - Khi chày hạ xuống thì máng nƣớc đƣợc nâng lên, quay trờ về vị trí cân bằng có sức chứa V(m3) ban đầu, cũng là lúc kết thúc một nhịp giã. Do nƣớc không ngừng chảy vào máng nên quá trình trên đƣợc lặp đi lặp lại liên tục. Trong thực tế ngƣời ta thiết kế cánh tay đòn ph a bên gáo nƣớc dài hơn cánh tay đòn ph a bên chày giã. Mục đ ch là để giảm lƣợng nƣớc phải chảy vào để tạo lực rất lớn nâng chày lên khi đó ta chỉ cần tạo một cái máng có thể tích nhỏ hơn so với cách thiết kế 2 cánh tay đòn bằng nhau. Từ nguyên lý trên, áp dụng điều kiện cân bằng của vật có trục quay cố định (tức F1.d1 = F2.d2) xác khoảng cách cánh tay đòn d1, d2 phù hợp với khối lƣợng của chày và lƣợng nƣớc chứa đƣợc của máng nhằm thiết kế vị trí của trục quay cố định sao cho cối nằm cân bằng ở vị tr ban đầu. Áp dụng kiến thức toán học tính toán chọn các số liệu của từng chi tiết nhƣ sau: + Đòn: dài 60cm; đƣờng kính 4,5cm. Phần máng chứa nƣớc dài: 20cm. Cánh tay đòn: Từ trụ đến máng nƣớc: 33cm. Từ trụ đến chày 27cm. Máng chứa lƣợng nƣớc tối đa: 120ml. + Chày: 14cm. + Chân đế cao: 25cm.  Danh sách vật liệu: Chọn vật liệu chính dùng làm mô hình là tre. Do đặc tính của tre cứng, có phần ống rỗng phía trong dễ chứa nƣớc và giá thành rẻ, dễ kiếm. Nếu dùng gỗ phải đục đẽo nhiều. 31
  41. Bảng 2.1 Vật liệu và dụng cụ cần thiết để làm mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc STT Tên vật Số Công dụng Hình minh họa vật liệu liệu ƣợng vật liệu 1 Tre rỗng 2 cây Dùng để làm thân chày và chân đỡ Hình 2.3 Vật liệu tre rỗng. 2 Tre nhỏ 1 cây Dùng để làm đặc làm chày chày Hình 2.4 Vật liệu tre đặc. 3 Thanh 1 cây Dùng làm nứa trục quay nối giữa thân chày và chân đỡ. Hình 2.5 Vật liệu nứa. 32
  42. 4 Tấm gỗ 1 tấm Dùng để làm phẳng đế cho mô hình. Hình 2.6 Vật liệu gỗ. 5 Máy 1 Khoan lỗ khoan trên thân tre để khớp các chi tiết với nhau Hình 2.7 Máy khoan. 6 Máy cắt 1 Cắt phẳng để chân đỡ đứng thăng bằng. Hình 2.8 Máy cắt. 33
  43. 7 Cƣa 1 Cƣa tre thành đoạn nhỏ cần dùng Hình 2.9 Cƣa. 8 Súng bắn 1 Nối các mấu, keo gắn chân trụ với phần đế. Hình 2.10 Súng bắn keo. 9 Đục 1 Tạo khuôn dáng cho phần chày. Hình 2.11 Đục gỗ. 34
  44. 10 Băng 1 Cố định trục dính xốp quay, tránh cho thân chày chạy trên trục bị đảo vành. Hình 2.12 Băng d nh xốp. 11 Đinh nhỏ 10 Cố định các mấu nối. Hình 2.13 Đinh sắt.  Quá trình chế tạo mô hình cối giã gạo bằng sức nước. - Bước 1: Tạo đầu chày. Dùng cƣa cƣa 1 đốt tre đặc dài 14cm, sau đó đục cho tròn thành hình chiếc chày. Đầu gắn với thân đòn nhỏ hơn đầu giã. Mài nhằn. Hình 2.14 Ảnh mô hình đầu chày. 35
  45. - Bước 2: Tạo phần đòn (thân chày) Chọn 2 gióng tre có độ dài rộng tƣơng đƣơng nhau (4,5cm). Dùng cƣa tách hai gióng ra khỏi thân (đoạn tre dài 60cm). Lƣu ý để nguyên đốt hai đầu để chặn làm máng đựng nƣớc. Sau đó dùng máy cắt tạo thành máng đựng nƣớc cho một đầu, đo chiều dài máng khoảng 20cm. Tạo trục quay cánh tay đòn: Khoan hai lỗ trên thân của gióng tre để vừa cho thanh nứa chạy qua. Sao cho khoảng cách cánh tay đòn từ tâm đến đầu máng và chày lần lƣợt là 33cm và 27cm. Đầu bên ia đục một lỗ tròn vừa bằng đầu trên của chày để gắn chày vào. Hình 2.15 Ảnh mô hình thân đòn. - Bước 3: Tạo chân trụ của chày Chọn 2 gióng tre thẳng đều nhau. Dùng máy cắt để cắt phẳng chân mỗi gióng cao 25cm . Dựng đứng song song hai ống tre. Đo ch thƣớc đƣờng kính thanh nứa. Dùng máy khoan khoan hai lỗ tròn vừa bằng đƣờng kính thanh nứa trên một đầu của hai ống tre. Sao cho thanh nứa xuyên qua hai ống tre. 36
  46. Hình 2.16 Ảnh mô hình chân trụ của chày. - Bước 4: Lắp ghép các phần thành mô hình cối giã gạo hoàn chỉnh. Ghép thân đòn với phần đầu chày, dùng đinh để cố định phần nối. Ghép phần thân đòn với trụ chân bằng thanh nứa. Dùng đinh cố định các mấu nối. Dùng hai miếng băng d nh xốp cố định thân đòn trên thanh nứa. Tiếp tục ghép phần chân trụ với phần đế gỗ bằng keo nến. Sử dụng súng bắn keo. Hình 2.17 Ảnh ghép các chi tiết của mô hình. 37
  47. - Bước 5: Tạo phần cối Dùng cƣa cƣa lấy một đoạn tre có phần ống đƣờng kính rộng. Sao cho phần đáy cối vừa trùng để chạm vào đầu chày khi chày ở vị tr ban đầu.  Sản phẩm hoàn chỉnh mô hình cối giã gạo bằng sức nước: Hình 2.18 Sản phẩm mô hình cối giã gạo bằng sức nước hoàn chỉnh 38
  48.  Thử nghiệm mô hình: Hình 2.19 Video thử nghiệm hoạt động của mô hình. Bảng 2.2 Kết quả thử nghiệm Lần đo Lƣợng nƣớc chảy vào Số lần giã/phút (lần) máng/phút (lít) 1 0,75 lít 12 lần 2 1,5 lít 18 lần 3 2,5 lít 27 lần 4 3,5 lít 32 lần 5 6 lít 0 lần Kết luận: - Khi tăng tốc độ dòng chảy thì chày hoạt động nhanh hơn. - Tuy nhiên, Nếu dòng chảy quá mạnh và đặt ở cuối máng nƣớc thì chày không hạ đƣợc, cối sẽ không thể trở về vị trí cân bằng ban đầu và không hoạt động đƣợc. Nếu dòng chảy quá yếu và đặt ở phần đầu máng nƣớc thì chày sẽ hoạt động rất chậm. Từ đây, ta rút ra một số lƣu ý: chỗ đặt cối giã gạo bằng sức nƣớc so với dòng chảy của nƣớc và điều chỉnh lƣu lƣợng nƣớc cho phù hợp để cối hoạt động tốt nhất. Nên để dòng nƣớc chảy trực tiếp vào giữa lòng máng, tốc độ chảy của nƣớc không quá chậm cũng hông quá nhanh. 39
  49. 2.1.4. Kiến thức toán học (Maths) Học sinh áp dụng kiến thức toán học vào hoạt động: - Thực hiện t nh điều kiện cân bằng của vật có trục quay cố định, xử lý số liệu để đƣa ra ch thƣớc mô hình để nó hoạt động tối ƣu nhất. - Đo ch thƣớc các chi tiết, vật liệu là thanh tre để cƣa, hoan, đục, cắt phù hợp với bản vẽ. - T nh toán lƣợng nƣớc, tốc độ nƣớc chảy để cối giã gạo hoạt động. 2.2 Mục tiêu dạy học chủ đề STEM “cối giã gạo bằng sức nƣớc” 2.2.1. Kiến thức - Nắm đƣợc định nghĩa, biểu thức của động năng, thế năng, cơ năng, momen lực. - Phát biểu đƣợc định luật bảo toàn cơ năng, sự chuyển hóa thế năng thành động năng. - Trình bày đƣợc điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định. - Nêu đƣợc các dạng cân bằng. - Trình bày đƣợc cấu tạo của cối giã gạo bằng sức nƣớc. - Vận dụng đƣợc kiến thức thế năng, động năng, cơ năng, điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định để giải thích nguyên lý hoạt động và thiết kế mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc. - Nêu đƣợc công năng của một số thiết bị: cƣa, máy hoan, đục, 2.2.2. Kỹ năng - Thiết kế đƣợc bản vẽ mô tả phƣơng án chế tạo mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc. - Đọc và lấy đƣợc thông tin về cấu tạo hoạt động của mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc. - Gia công và lắp ráp đƣợc mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc. - Thuyết trình đƣợc về mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc, làm rõ đƣợc cấu tạo, nguyên lý hoạt động, quy trình thiết kế mô hình. - Vận hành, thử nghiệm mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc. - Biết phối hợp làm việc nhóm, lắng nghe, sắp xếp thời gian hợp lý. - Rèn tƣ duy phản biện và bảo vệ chính kiến của bản thân. 40
  50. 2.2.3. Thái độ - Hăng hái, tích cực tham gia các hoạt động học tập. - Tuân thủ các quy tắc về an toàn trong gia công. - Có trách nhiệm với nhiệm vụ chung của nhóm, nhiệm vụ đƣợc giao. - Có hứng thú với bài học, yêu thích môn học. 2.3. Tiến t ình tổ chức dạy học chủ đề STEM “cối giã gạo bằng sức nƣớc” Xây dựng tiến trình dạy học chủ đề STEM “cối giã gạo bằng sức nƣớc” thành hai tiết. Mỗi tiết có thời lƣợng 45 phút: Tiết 1: Tìm hiểu và thiết kế bản mô hình “cối giã gạo bằng sức nƣớc” Hoạt động 1: Tìm hiểu vấn đề cuộc sống 1.Mục đích: - Biết đƣợc nhu cầu và cách ngƣời dân tộc giã gạo. - Nắm đƣợc cấu tạo, nguyên lý hoạt động của cối giã gạo bằng sức nƣớc. - Biết đƣợc công dụng của cối giã gạo bằng sức nƣớc. - Biết đƣợc giá trị thực dụng, giá trị văn hóa của cối giã gạo bằng sức nƣớc. 2. Nội dung: - Cho học sinh quan sát một số hình ảnh, video và bài báo tƣ liệu về cối giã gạo bằng sức nƣớc. Hình 2.20 Hình ảnh cối giã gạo bằng sức nước. 41
  51. Hình 2.21 Video hoạt động của cối giã gạo bằng sức nước. - Đặt vấn đề yêu cầu học sinh quan sát, thảo luận nhóm tìm hiểu về cối giã gạo bằng sức nƣớc: nguồn gốc, cấu tạo, cách thức hoạt động, ứng dụng trong thực tế, - Từ đó giáo viên đƣa ra yêu cầu cho hoạt động tiếp theo của học sinh: chế tạo mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc. 3. Sản phẩm: Học sinh trình bày đƣợc cối giã gạo bằng sức nƣớc trong thực tế có cấu tạo, hoạt động, ứng dụng nhƣ nào. Giá trị mà nó mang lại 4. Đánh giá và kết luận: - Học sinh trao đổi nhận xét bài trình bày của các nhóm và rút ra kinh nghiệm. - Giáo viên tổng kết lại, đánh giá chung. Từ đó đƣa ra mục tiêu, vấn đề tiếp theo cần giải quyết: chế tạo mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc. Hoạt động 2: Hình thành kiến thức nền 1.Mục đích: - Nắm đƣợc định nghĩa, biểu thức của động năng, thế năng, cơ năng, momen lực. - Nắm đƣợc định luật bảo toàn cơ năng, sự chuyển hóa thế năng thành động năng. - Hiểu đƣợc điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định. 42
  52. - Nêu đƣợc các dạng cân bằng. - Vận dụng đƣợc kiến thức Vật Lý về thế năng, động năng, cơ năng, định luật bảo toàn cơ năng, sự chuyển hóa thế năng thành động năng để giải thích nguyên lý hoạt động của cối giã gạo bằng sức nƣớc. - Vận dụng điều kiện cân bằng của vật có trục quay cố định để xác định điều kiện chế tạo mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc hoạt động hợp lý nhất. 2. Nội dung: - Cho học sinh nghiên cứu tài liệu, tổng kết rút ra những kiến thức Vật Lý có liên quan đến chủ đề. Vận dụng kiến thức đó để giải thích chủ đề. - Cho học sinh thảo luận nhóm, sử dụng kỹ thuật “các mảnh ghép” để quá trình đạt hiệu quả hơn. 3. Sản phẩm: - Học sinh trình bày đƣợc: Định nghĩa, biểu thức của động năng, thế năng, cơ năng. Định luật bảo toàn cơ năng, sự chuyển hóa thế năng thành động năng. Điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định, momen lực. Các dạng cân bằng. - Vận dụng đƣợc kiến thức thế năng, động năng, cơ năng, điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định giải thích nguyên lý hoạt động và xác định đƣợc những vấn đề cần tiếp tục hoàn thiện mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc. 4. Đánh giá và kết luận: - Dựa vào kết quả trình bày của các nhóm học sinh, giáo viên nhận xét, đánh giá ết quả của từng nhóm. - Giáo viên chốt lại kiến thức, ĩ năng để học sinh ghi nhận và sử dụng. - Giáo viên xác định rõ tiêu chí của mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc mà học sinh phải hoàn thành. Hoạt động 3: Thiết kế mô hình cối giã gạo bằng sức nước và giải thích 1. Mục đích: - Học sinh thiết kế đƣợc mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc. - Học sinh thuyết trình, giải th ch đƣợc mô hình thiết kế. 2. Nội dung: 43
  53. - Giáo viên áp dụng kỹ thuật dạy học tích cực “ hăn trải bàn”. - Bƣớc 1. Phác thảo bản vẽ: Giáo viên cho học sinh hoạt động nhóm, thảo luận đƣa ra ý tƣởng phác thảo bản vẽ mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc. - Bƣớc 2. Thuyết trình về bản vẽ: Các nhóm cử đại diện thuyết trình về bản vẽ thiết kế mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc. Trong đó cần làm rõ: cấu tạo cối giã gạo bằng sức nƣớc, dự kiến vật liệu sử dụng, Các nhóm khác phản biện, góp ý, bổ sung. - Bƣớc 3. Thống nhất bản vẽ thiết kế: Các nhóm trao đổi, thảo luận, phản biện chỉ ra ƣu nhƣợc điểm của từng bản vẽ thiết kế. Sau đó thống nhất ra bản vẽ thiết kế chung nhất. Giáo viên định hƣớng cho học sinh thống nhất bản thiết kế phù hợp với tiêu chí của mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc và phù hợp nguồn lực: vật liệu, dụng cụ, inh ph , năng lực của các nhóm. 3. Sản phẩm: - Bản thiết kế mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc tối ƣu nhất. - Bài thuyết trình về bản thiết kế mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc. 4. Đánh giá và kết luận: - Giáo viên nhận xét, đánh giá quá trình tham gia hoạt động của từng nhóm. Thống nhất lại phƣơng án thiết kế mô hình. - Giáo viên tổng kết lại kiến thức. Tiết 2: Thực hành chế tạo mô hình “cối giã gạo bằng sức nƣớc” Hoạt động 4: Chế tạo và thử nghiệm mô hình cối giã gạo bằng sức nước 1. Mục đích: - Học sinh gia công và chế tạo đƣợc mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc. - Học sinh thử nghiệm mô hình hoạt động thành công. 2. Nội dung: - Bƣớc 1. Cung cấp dụng cụ: Các nhóm nhận dụng cụ, vật liệu cần thiết từ giáo viên hoặc tự chuẩn bị đầy đủ vật liệu. - Bƣớc 2. Chế tạo mô hình theo bản thiêt kế: Các nhóm tiến hành gia công, lắp ráp, chế tạo ra mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc theo phƣơng án thiết kế đã thống nhất ở trên. Nhóm trƣởng điều phối, phân công nhiệm vụ 44
  54. cho các thành viên trong nhóm gia công, chế tạo các chi tiết của mô hình. Sau đó, nhóm sẽ lắp ráp các chi tiết thành một sản phẩm hoàn chỉnh. - Bƣớc 3. Kiểm tra sản phẩm: Giáo viên cho các nhóm kiểm tra sản phẩm trƣớc khi vận hành: cối giã gạo có cân bằng không? Sản phẩm đã lắp đúng theo bản thiết kế chƣa? Kiểm tra các mấu kết nối giữa các chi tiết - Bƣớc 4. Vận hành thử nghiệm mô hình: Sau khi kiểm tra sản phẩm, học sinh tiến hành thử nghiệm hoạt động của mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc. Kiểm tra xem cối có hoạt động đúng theo nguyên lý hông. Nếu chƣa đạt yêu cầu thì các nhóm cần kiểm tra sửa lại mô hình, xem lại phƣơng án thiết kế. Nếu mô hình hoạt động ổn định, phù hợp với tiêu ch ban đầu thì các nhóm tiến hành viết báo cáo và chuẩn bị thuyết trình cho sảm phẩm. - Sau khi tất cả các nhóm hoàn thành sản phẩm, giáo viên yêu cầu các nhóm nộp lại dụng cụ, vật liệu dƣ và tập hợp sản phẩm đã hoàn thành. Lưu ý: Trong hoạt động này, giáo viên cần quản lý, phổ biến, nhắc nhở học sinh cách sử dụng các vật dụng, tuân thủ đúng quy tắc an toàn khi sử dụng một số vật dụng có t nh sát thƣơng nhƣ: sử dụng máy cƣa, máy hoan, dao, éo, đục, búa, súng bắn eo 3. Sản phẩm: - Mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc hoàn chỉnh. 4. Đánh giá và kết luận: - Giáo viên quan sát quá trình thực hành của học sinh rút ra nhận xét, đánh giá quá trình tham gia hoạt động của từng nhóm. Rút ra kết luận bài học và những hó hăn, lƣu ý cần thiết khi thực hiện mô hình. Hoạt động 5: Trình bày, giới thiệu mô hình cối giã gạo bằng sức nước 1. Mục đích: - Học sinh trình bày đƣợc quá trình gia công và chế tạo mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc. - Học sinh nếu đƣợc các hó hăn trong quá trình thực hiện. - Học sinh hiểu và nắm rõ mô hình mà nhóm mình làm. 2. Nội dung: 45
  55. - Bƣớc1. Thuyết trình về mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc: Giáo viên tổ chức cho các nhóm lần lƣợt thuyết trình về mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc. Các nhóm cần chỉ ra: nguyên lý cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách chế tạo, công dụng của mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc; đặc biệt chỉ ra các khó hăn và biện pháp giải quyết. Khuyến khích học sinh phối hợp thuyết minh và vận hành sản phẩm để minh họa. - Bƣớc 2. Phản biện, góp ý: Giáo viên tổ chức cho các nhóm phản biện, nhận xét, góp ý về mô hình sản phẩm và phần trình bày của nhóm khác. - Bƣớc 3. Đánh giá báo cáo sản phẩm: Giáo viên và học sinh dựa vào bảng tiêu ch đánh giá sản phẩm để đánh giá sản phẩm cho từng nhóm Bảng 2.3 Tiêu chí đánh giá sản phẩm mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc STT Mục đánh giá Tiêu chí Điểm tối đa Điểm đánh giá 1 Mô hình cối giã gạo Hoạt động 20 bằng sức nƣớc ổn định 2 Hình thức 10 đẹp 3 Thuyết trình Chỉ rõ đƣợc 10 cấu tạo 4 Chỉ rõ đƣợc 10 nguyên lý hoạt động 5 Nêu đƣợc 10 cách chế tạo mô hình 6 Nêu đƣợc 10 hó hăn và biện pháp khắc phục 7 Phong thái 20 tự tin, nói lƣu loát 46
  56. 8 Phản biện Trả lời đúng 10 các câu hỏi Tổng 100 3. Sản phẩm: - Mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc hoàn chỉnh. - Bài thuyết trình về mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc. 4. Đánh giá và kết luận: - Giáo viên quan sát quá trình hoạt động thuyết trình và thảo luận của học sinh rút ra nhận xét, đánh giá quá trình tham gia hoạt động của từng nhóm. - Rút ra kết luận bài học và những hó hăn, lƣu ý cần thiết khi thực hiện mô hình. - Giáo viên dựa vào điểm tiêu ch đánh giá sản phẩm, và quá trình tham gia hoạt động để hen thƣởng khích lệ các nhóm hoàn thành tốt nhiệm vụ và nhắc nhở các nhóm chƣa hoàn thành tốt. 47
  57. Kết uận chƣơng Trong chƣơng 2, tác giả đã xây dựng đƣợc hoàn chỉnh bài dạy về chủ đề STEM “cối giã gạo bằng sức nƣớc”. Phân t ch nội dung của chủ đề STEM “cối giã gạo bằng sức nƣớc”, nêu rõ bốn kỹ năng mà STEM hƣớng tới. Phân tích những mục tiêu mà chủ đề hƣớng tới. Đặc biệt đã xây dựng hoàn chỉnh chi tiết cụ thể tiến trình tổ chức dạy học chủ đề STEM “cối giã gạo bằng sức nƣớc”. Từ cơ sở đó, có thể áp dụng chủ đề này vào thực nghiệm sƣ phạm thành một bài học hoàn chỉnh về giáo dục STEM. 48
  58. CHƢƠNG 3: DỰ KIẾN THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 3 1 Mục đích, đối tƣợng và phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm 3.1.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm Dựa trên cơ sở tiến trình tổ chức dạy học chủ đề STEM “cối giã gạo bằng sức nƣớc” ở chƣơng 2, chúng tôi tiến hành thực nghiệm sƣ phạm với mục đ ch sau: - Đánh giá t nh hả thi và hiệu quả của việc triển khai giáo dục chủ đề STEM vào trong trƣờng THPT. Qua đó sửa đổi, bổ sung hoàn thiện tiến trình dạy học để phù hợp với học sinh - Khả năng vận dụng kiến thức vào đời sống thực tế của học sinh THPT lớp 10. - Phát triển tính sáng tạo, tƣ duy giải quyết vấn đề và kỹ năng làm việc nhóm của học sinh. 3.1.2. Đối tượng thực nghiệm sư phạm Đối tƣợng thực nghiệm với 85 học sinh của 2 lớp: - Lớp 10A1 (có 40 học sinh) của trƣờng Trung học phổ thông Lý Nhân Tông, thành phố Bắc Ninh, tỉnh Bắc Ninh. - Lớp 10A0 (có 45 học sinh) của trƣờng Trung học phổ thông Lý Nhân Tông, thành phố Bắc Ninh, tỉnh Bắc Ninh. 3.1.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm Lớp thực nghiệm đƣợc tổ chức buổi học giáo dục chủ đề STEM “cối giã gạo bằng sức nƣớc” theo tiến trình tổ chức dạy học ở chƣơng 2. 3 Dự kiến t iển khai thực nghiệm sƣ phạm 3.2.1. Thời gian triển khai thực nghiệm sư phạm Tiến hành thực nghiệm sƣ phạm trong thời gian thực tập sƣ phạm đợt 2. Thuộc vào học kỳ 2 của lớp 10, học sinh đã học kiến thức Vật Lý cơ bản để áp dụng vào chủ đề STEM “cối giã gạo bằng sức nƣớc”. Dựa vào tiến trình tổ chức dạy học ở chƣơng 2, áp dụng dạy học cho 2 lớp tham gia thực nghiệm 10A0 và 10A1 mỗi lớp 2 tiết nhƣ tiến trình dạy học. Tiết 1: Tìm hiểu và thiết kế bản mô hình “cối giã gạo bằng sức nƣớc” - Thời lƣợng tiết học: 45 phút. 49
  59. - Địa điểm: Tại lớp học. Tiết 2: Thực hành chế tạo mô hình “cối giã gạo bằng sức nƣớc” - Thời lƣợng tiết học: 45 phút. - Địa điểm: Nhà đa năng hoặc sân trƣờng. 3.2.2. Các tiêu chí đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm Thực hiện đánh giá chủ đề STEM “cối giã gạo bằng sức nƣớc” theo các tiêu chí sau: Bảng 3.1 Các tiêu chí đánh giá chủ đề STEM “cối giã gạo bằng sức nƣớc” Giai Tiêu chí Mức độ thể hiện đoạn Đánh Rất rõ Rõ Không Không giá ràng ràng rõ ràng có Vấn đề 1. Đƣa ra đƣợc vấn đề thực thực tiễn tiễn, các sự kiện, lịch sử phát triển của nền nông nghiệp từ xa xƣa để nhận thấy sự phát minh sáng tạo, công dụng hữu ích của cối giã gạo bằng sức nƣớc. Ý tƣởng 2. Đề xuất đƣợc ý tƣởng thiết kế mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc. Phân 3. Trình bày rõ các kiến thức tích tính Vật Lý liên quan đến cối giã khả thi gạo bằng sức nƣớc; phân tích đƣợc thời gian thực hiện chế tạo sản phẩm hợp lý; chọn vật liệu phù hợp; dự trù kinh phí cho dự án. Từ đó chỉ ra ý tƣởng thiết kế mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc và thực 50
  60. hiện đƣợc. Hoạch 4. Xác định và lựa chọn mục định tiêu thiết kế mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc. 5. Vạch ra nhiệm vụ và hoạt động cụ thể để thực hiện chế tạo sản phẩm. 6. Phân công nhiệm vụ cụ thể, rõ ràng cho từng thành viên trong nhóm. Lập tiến 7. Lên kế hoạch thực hiện độ thiết kế mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc từng bƣớc cụ thể, phù hợp khả năng của từng thành viên trong nhóm. 8. Có kế hoạch báo cáo tiến độ và hình thức báo cáo. 9. Dự trù hó hăn hi thực hiện. Đề xuất đƣợc phƣơng án dự phòng. Tổ chức 10. Tìm hiểu cấu tạo và thực nguyên lý hoạt động của cối hiện giã gạo bằng sức nƣớc. 11. Phân tích cấu trúc các chi tiết. Dựa vào điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định để t nh toán đƣa ra số liệu hợp lý cho từng chi tiết trong mô hình. 12. Đề xuất bản thiết kế chi tiết, tiến hành gia công chế tạo mô hình theo bản thiết kế. 51
  61. 13. Vận hành thử nghiệm thành công mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc. Sản 14. Bản thiết kế cối giã gạo phẩm bằng sức nƣớc. 15. Mô hình cối giã gạo bằng sức nƣớc. 16. Bài thuyết trình về cách thức cấu tạo, nguyên lý hoạt động của mô hình. Mở rộng 17. Đánh giá ƣu nhƣợc điểm chủ đề của cối giã gạo bằng sức nƣớc. 18. Đề xuất phƣơng án thử nghiệm cải tiến sản phẩm. 52
  62. Kết uận chƣơng 3 Trong chƣơng này, tác giả đƣa ra phƣơng hƣớng dự kiến thực nghiệm sƣ phạm gồm: - Mục đ ch, đối tƣợng và phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm. - Thời gian dự kiến thực nghiệm sƣ phạm. Từ tiến trình dạy học chủ đề STEM “cối giã gạo bằng sức nƣớc” đã xây dựng ở chƣơng 2, tác giả đƣa ra bảng tiêu ch đánh giá chủ đề STEM “cối giã gạo bằng sức nƣớc”. Qua đó, chúng ta có thể đánh giá đƣợc tính khả thi của việc tổ chức dạy học chủ đề STEM trong trƣờng THPT; đánh giá đƣợc sự phát triển năng lực cần thiết của học sinh: năng lực hợp tác nhóm, năng lực giải quyết vấn đề, năng lực sáng tạo, 53
  63. KẾT LUẬN Tổng kết quá trình nghiên cứu, đề tài này đã giải quyết đƣợc các vấn đề: Đề tài đã làm rõ đƣợc cơ sở lý luận về giáo dục STEM trong trƣờng THPT. Chỉ rõ đƣợc khái niệm, đặc điểm, mục tiêu của giáo dục STEM. Nghiên cứu lý luận quy trình thiết kế chung, tổ chức dạy một chủ đề STEM nhằm giúp học sinh phát triển các năng lực cần có. Điều tra thực trạng giáo dục STEM trong trƣờng THPT mục đ ch xác định đƣợc những hó hăn, hạn chế của giáo viên và học sinh trên con đƣờng tiếp cận với giáo dục STEM. Từ đó yêu cầu các nhà quản lý giáo dục phải có những giải pháp hợp lý, hiệu quả. Dựa trên cơ sở nghiên cứu lý luận về giáo dục STEM, tác giả đã xây dựng hoàn chỉnh chủ đề STEM “cối giã gạo bằng sức nƣớc” theo bốn yêu cầu về công nghệ, khoa học, kỹ thuật và toán học. Xác định rõ mục tiêu chủ đề hƣớng tới, từ đó thiết kế chi tiết tiến trình dạy học cho chủ đề nhằm đạt đƣợc mục đ ch nghiên cứu của đề tài. Dựa vào nghiên cứu đối tƣợng, mục đ ch, các phƣơng pháp thực nghiệm, tác giả đƣa ra ế hoạch triển khai dự kiến thực nghiệm sƣ phạm để kiểm tra tính khả thi và hiệu quả của đề tài, từ đó rút kinh nghiệm, đánh giá, bổ sung, hoàn thiện. Cũng dựa vào kết quả thực nghiệm đó rút inh nghiệm cho nghiên cứu và thực hiện những chủ đề STEM khác. 54
  64. TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu 1. Lƣơng Duyên Bình (chủ biên) – Nguyễn Xuân Chí – Tô Giang – TRần Chí Minh – Vũ Quang – Bùi Gia Thịnh (2013), sách giáo khoa Vật Lý lớp 10, Nxb Giáo Dục. 2. Nguyễn Thế Khôi (tổng chủ biên) – Phạm Quý Tƣ (chủ biên) – Lƣơng Tất Đạt – TRần Chí Minh – Lê Chân Hùng – Nguyễn Ngọc Hƣng – Phạm Đình Thiết – Bùi Trọng Tuân – Lê Trọng Tƣờng (2006), sách giáo khoa Vật Lý lớp 10 Nâng cao, Nxb Giáo Dục. 3. Nguyễn Thanh Nga (chủ biên) – Phùng Việt Hải – Nguyễn Quang Linh – Hoàng Phƣớc Muội (2017), Thiết kế và tổ chức chủ đề giáo dục STEM cho học sinh trung học cơ sở và trung học phổ thông, Nxb Đại học Sƣ phạm TP Hồ Chí Minh. 4. Nguyễn Thanh Nga (chủ biên) - Nguyễn Anh Dũng – Phùng Việt Hải – Nguyễn Quang Linh – Hoàng Phƣớc Muội – Ngô Trọng Tuệ (2018), dạy học chủ đề STEM cho học sinh trung học cơ sở và trung học phổ thông, Nxb Đại học Sƣ phạm TP Hồ Chí Minh. 5. Bộ Giáo dục và Đào tạo (2018), Định hướng giáo dục STEM trong trường Trung học. Các trang web tham khảo: 6. giao-duc-stem 7. thay-co 8. 9. va-doi-song-cua-nguoi-tay-n20140408152915750.htm 10. =2007 55
  65. PHỤ LỤC PHIẾU PHỎNG VẤN GIÁO VIÊN (Phiếu phỏng vấn phục vụ nghiên cứu khoa học, không có mục đích đánh giá, rất mong thầy (cô) hợp tác và giúp đỡ) Họ và tên: Nam/Nữ: Nơi công tác: Số năm công tác: Xin thầy cô vui lòng cho biết về một số nội dung dƣới đây hi thiết kế, sử dụng bài giảng dạy học chủ đề STEM cho HS trong môn Vật lí. Câu 1: Thầy cô đã biết về giáo dục STEM? (Chọn một ý) A. Đã biết về mô hình giáo dục STEM . B. Chƣa biết về mô hình giáo dục STEM . Câu 2: Thầy cô đã sử dụng bài giảng dạy học theo chủ đề STEM trong dạy học môn Vật lí cho học sinh hay chƣa? (Chọn một ý) A. Chƣa từng. B. Đã từng sử dụng. Thầy cô đã thiết kế bài giảng chủ đề STEM trong dạy học môn Vật lí cho học sinh với những chủ đề và có sự liên môn giữa những môn học nào? (nếu câu hỏi 1 chọn A có thể bỏ qua câu hỏi này) Câu 3: Theo thầy cô, việc sử dụng bài giảng dạy học chủ đề STEM trong dạy học môn Vật lí có phù hợp với bối cảnh của trƣờng mình dạy hay không? A. Có B. Không Câu 4: Theo thầy cô, việc thiết kế bài giảng dạy học chủ đề STEM sử dụng trong dạy học môn Vật lí có những hó hăn gì? (Chọn một hay nhiều ý) A. Là hoạt động mới nên giáo viên chƣa có inh nghiệm. B. Chƣa có tài liệu hƣớng dẫn giáo viên . C. Kĩ năng, iến thức về STEM của giáo viên còn hạn chế D. Kiến thức liên ngành hạn chế. Ý kiến khác:
  66. Câu 5: Khi sử dụng bài giảng dạy học chủ đề STEM trong dạy học môn Vật lí, thầy cô thấy có những ƣu điểm nào đối với học sinh? (Chọn một hay nhiều ý) A. Giúp học sinh hiểu rõ hơn iến thức Vật lí B. Giúp học sinh ham học hỏi, tìm tòi, yêu thích môn học C. Giúp học sinh nhớ lâu kiến thức D. Phát huy đƣợc năng lực của HS E. Giúp học sinh vận dụng kiến thức vật lí vào cuộc sống F. Giúp học sinh phát triển tƣ duy, ỹ năng của nhà khoa học. Câu 6: Theo thầy cô, học sinh sử dụng bài giảng dạy học chủ đề STEM để học môn Vật lí có những hó hăn gì? (Chọn một hay nhiều ý) A. Học sinh khó vận dụng kiến thức và ĩ thuật. B. Kỹ năng về ĩ thuật của học sinh hạn chế. C. Khả năng tƣ duy ĩ thuật của học sinh hạn chế. D. Khả năng tự học kiến thức của học sinh hạn chế. Ý kiến khác: Câu 7: Theo thầy cô, để nâng cao hiệu quả sử dụng bài giảng dạy học chủ đề STEM trong dạy học vật lí cần phải làm những gì? (Chọn một hay nhiều ý) A. Giao cho học sinh làm trƣớc các hoạt động nhỏ, nền tảng ở nhà. B. Hƣớng dẫn học sinh tự học kiến thức . C. Nâng cao sự liên kết giữa lí thuyết và thực tiễn. D. Mỗi bài giảng đều tạo cho học sinh hứng thú tìm tòi. E. Tăng cƣờng cho học sinh tìm hiểu ứng dụng ĩ thuật của vật lí. Câu 8: Thầy cô đánh giá thế nào về sự cần thiết của việc sử dụng bài giảng dạy học chủ đề STEM? (Chọn một ý) A.Không cần thiết. B.Cần thiết. C. Rất cần thiết. Em xin chân thành cảm ơn sự hợp tác và giúp đỡ của quý thầy cô!
  67. PHIẾU ĐIỀU TRA HỌC SINH (Phiếu phỏng vấn phục vụ nghiên cứu khoa học, không có mục đích đánh giá học sinh, rất mong các em cộng tác và trả lời trung thực) Họ và tên: Nam/nữ: Lớp: Trƣờng: Nhằm cung cấp thông tin về thực trạng học tập bằng phƣơng pháp dạy học theo chủ đề STEM trong môn Vật lí. Mong các em trả lời các câu hỏi dƣới đây. Câu 1: Các em đã biết đến bài giảng dạy học chủ đề STEM chƣa? (Chọn một ý) A. Chƣa biết. B. Đã biết. C. Biết nhƣng chƣa đƣợc học. Câu 2: Các em đã đƣợc học những chủ đề, nội dung nào theo hình thức dạy học STEM ? . . Câu 3: Khi học kiến thức vật lí, em có vận dụng kiến thức ở các lĩnh vực nào? (Chọn một hay nhiều ý) A. Giải thích hiện tƣợng vật lí trong tự nhiên. B. Làm bài tập. C. Tìm hiểu ứng dụng kiến thức vật lí trong các thiết bị, máy móc. D. Tìm hiểu ứng dụng kiến thức vật lí trong công trình xây dựng. E. Giải thích hoạt động của thiết bị, máy móc. F. Thiết kế mô hình thiết bị, máy móc. G. Chế tạo thiết bị, máy móc. Ý kiến hác: Chân thành cảm ơn em!