Dạy học chủ đề “thiết kế hệ thống điều chỉnh độ ẩm không khí trong phòng” theo định hướng giáo dục stem 1

I

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

HUỲNH MAI THUẬN

DẠY HỌC CHỦ ĐỀ
“THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH ĐỘ
ẨM KHÔNG KHÍ TRONG PHỊNG”
THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM

LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÝ LUẬN VÀ PPDH BỘ MƠN VẬT LÍ

ĐÀ NẴNG – NĂM 2021


II

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

HUỲNH MAI THUẬN

DẠY HỌC CHỦ ĐỀ
“THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH ĐỘ
ẨM KHÔNG KHÍ TRONG PHỊNG”
THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM

Chun ngành: Lý luận và PPDH Bộ mơn Vật lí

Mã số: 8.14.01.11
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học:
TS. Dương Xuân Quý

ĐÀ NẴNG – NĂM 2021


I

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan bản luận văn này là kết quả nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, các kết quả, tài liệu được trích dẫn trong luận văn là trung thực. Kết quả nghiên
cứu này không trùng với bất cứ cơng trình nào đã được cơng bố trước đó.
Chúng tơi chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình.
Đà Nẵng, tháng 4 năm 2021
Tác giả luận văn

Huỳnh Mai Thuận


II

LỜI CẢM ƠN
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo sau đại học,
Ban chủ nhiệm khoa, q thầy,cơ giảng viên khoa Vật lí, trường Đại học Sư phạm
ĐHĐN và quý thầy, cô giảng viên trực tiếp giảng dạy, giúp đỡ chúng tơi trong suốt
q trình học tập.
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, q thầy, cơ giáo Vật lí

trường PT Hermann Gmeiner đã nhiệt tình giúp đỡ, trao đổi và tạo điều kiện thuận lợi
cho chúng tơi trong q trình nghiên cứu và thực hiện đề tài.
Đặc biệt chúng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn - TS.
Dương Xuân Quý đã tận tình hướng dẫn và ln động viên giúp đỡ chúng tơi trong
q trình nghiên cứu và hồn chỉnh luận văn.
Cuối cùng, chúng tơi xin bày tỏ lịng biết ơn tới gia đình, người thân và bạn bè
đã luôn giúp đỡ, động viên chúng tơi hồn thành luận văn này.
Đà Nẵng, tháng 4 năm 2021
Tác giả luận văn

Huỳnh Mai Thuận


III

BẢNG KÍ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT:

STT

Kí hiệu viết tắt

Nội dung viết tắt

1

GQVĐ

Giải quyết vấn đề

2

GQVĐTT

Giải quyết vấn đề thực tiễn

3

GV

Giáo viên

4

HS

Học sinh

5

Hv

Hành vi

6

NL

Năng lực

7

NXB

Nhà xuất bản

8

SGK

Sách giáo khoa

9

THPT

Trung học phổ thông

10

TNSP

Thực nghiệm sư phạm

11

TS

Tiến sĩ

IV

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN....................................................................................................... I
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... II
BẢNG KÍ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT: .......................................................................... III
DANH MỤC CÁC BẢNG:........................................................................................ VI
DANH MỤC HÌNH ẢNH: ..................................................................................... VII
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY HỌC STEM THEO
HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VÁN ĐỀ THỰC TIỄN CHO
HỌC SINH ................................................................................................................. 6
1.1. Giáo dục STEM trong dạy học .......................................................................... 6
1.1.1. Khái niệm về dạy học STEM ..................................................................... 6
1.1.2. Một số vấn đề cơ bản về giáo dục STEM ................................................... 8
1.2. Năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn ............................................................... 20
1.2.1. Khái niệm năng lực .................................................................................. 20
1.2.2. Khái niệm năng lực GQVĐTT của học sinh ............................................. 21
1.2.3. Cấu trúc của năng lực GQVĐTT .............................................................. 21
1.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1................................................................................. 26
CHƯƠNG 2: TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỀU CHỈNH
ĐỘ ẨM KHƠNG KHÍ TRONG BÀI “ĐỘ ẨM CỦA KHƠNG KHÍ” VẬT LÍ 10
.................................................................................................................................. 27
2.1. Xây dựng các hoạt động dạy học trải nghiệm chủ đề “Độ ẩm” ........................ 27
2.1.1. Tên chủ đề ............................................................................................... 27
2.1.2. Phân tích bài “Độ ẩm của khơng khí” Vật lí 10 dưới góc độ STEM.......... 27
2.1.3. Mục tiêu................................................................................................... 27
2.1.4. Thiết bị ......................................................................................... 29
2.1.5. Tiến trình dạy học: ................................................................................... 29
2.1.6. Hồ sơ dự án của học sinh: ........................................................................ 42

2.2. Đánh giá năng lực GQVĐ của HS trong dạy học qua trải nghiệm chủ đề “Độ
ẩm của khơng khí” ................................................................................................. 47


V
2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2................................................................................. 51
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ............................................................ 52
3.1. Mục đích và nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm .............................................. 52
3.1.1. Mục đích TNSP ....................................................................................... 52
3.1.2. Nhiệm vụ TNSP ....................................................................................... 52
3.2. Đối tượng và nội dung thực nghiệm sư phạm .............................................. 52
3.2.1. Đối tượng TNSP ...................................................................................... 52
3.2.2. Nội dung TNSP ........................................................................................ 52
3.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm. ............................................................... 53
3.3.1. Phương pháp quan sát .............................................................................. 53
3.3.2. Phương pháp thống kê toán học ............................................................... 53
3.4. Diễn biến và kết quả thực nghiệm sư phạm ..................................................... 53
3.4.1. Diễn biến và kết quả thu được khi dạy chủ đề “Độ ẩm của khơng khí” và
đưa ra vấn đề cần giải quyết cho HS (Vào chiều thứ 6, ngày 02/4/2021): ............... 53
3.4.2. Tiến hành dạy học cho học sinh trình bày và bảo vệ phương án thiết kế hệ
thống điều chỉnh độ ẩm khơng khí trong phịng. (Vào chiều thứ 6, ngày
09/4/2021): ........................................................................................................ 60
3.4.3. Tiến hành dạy học cho học sinh trình bày sản phẩm hệ thống điều chỉnh độ
ẩm khơng khí trong phịng. (Vào chiều thứ 6, ngày 16/4/2021): ......................... 66
3.5. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM .................................... 73
3.5.1 Xây dựng tiêu chí đánh giá........................................................................ 73
3.5.2 Đánh giá sự phát triển năng lực GQVĐ của HS: ...................................... 74
3.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3:............................................................................... 76
TỔNG KẾT: ............................................................................................................ 77
1. KẾT LUẬN: ..................................................................................................... 77

2. KHUYẾN NGHỊ .............................................................................................. 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 79


VI

DANH MỤC CÁC BẢNG:

Bảng 1.1. Cấu trúc năng lực GQVĐTT của HS
Bảng 2.1. Các thí nghiệm cần thực hiện để định hướng thiết kế sản phẩm
Bảng 2.2. Bảng yêu cầu sản phẩm tạo ẩm và hút ẩm
Bảng 2.3 Các hoạt động và thời lượng
Bảng 2.4.Các thành tố năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn trong dạy học qua trải
nghiệm
Bảng 3.1. Đánh giá khả năng hoạt động của máy tạo ẩm sử dụng loa tạo sương của
nhóm 1
Bảng 3.2. Đánh giá khả năng hoạt động của máy tạo ẩm sử dụng dây bấc và quạt đẩy
của nhóm 2
Bảng 3.3. Đánh giá khả năng hoạt động của máy hút ẩm sử dụng sị nóng lạnh của
nhóm 3
Bảng 3.4: Tiêu chí đánh giá các Hv.
Bảng 3.5. Kết quả thu được về năng lực giải quyết vấn đề của HS.
Bảng 3.6. Tiêu chí đánh giá các mức độ đạt được của NL GQVĐ.
Bảng 3.7. Thống kê tỉ lệ % thành tố 1 của các nhóm.
Bảng 3.8. Thống kê tỉ lệ % thành tố 2 của các nhóm
Bảng 3.9 Thống kê tỉ lệ % thành tố 3 của các nhóm.


VII

DANH MỤC HÌNH ẢNH:

Hình 1.1. Mục tiêu giáo dục STEM
Hình 1.2. Mơ hình 5E hướng dẫn tích hợp STEM
Hình 1.3. Tiến trình dạy học STEM theo phương pháp nghiên cứu khoa học
Hình 1.4. Vịng lặp thiết kế trong giáo dục STEM
Hình 1.5. Chủ đề STEM được dạy trong một mơn học duy nhất
Hình 1.6. Chủ đề STEM được dạy trong nhiều mơn học
Hình 1.7. Chủ đề STEM nhiều mơn phối hợp
Hình 1.8. Quy trình thiết kế chủ đề STEM
Hình 2.1. Bản vẽ mơ hình tạo ẩm dùng loa phun sương
Hình 2.2. Bản vẽ mơ hình tạo ẩm dùng dây bấc và quạt đẩy
Hình 2.3. Bản vẽ mơ hình máy hút ẩm dùng sị nóng lạnh
Hình 3.1. Bài giảng về độ ẩm và ảnh hưởng của độ ẩm khơng khí
Hình 3.2. Báo cáo về các sản phẩm tạo ẩm, hút ẩm có trên thị trường
Hình 3.3. Hình ảnh báo cáo về các sản phảm hút ẩm và tạo ẩm
Hình 3.4. Nhiệt độ và độ ẩm khơng khí tại lớp học
Hình 3.5. Thực nghiệm về tác nhân đẩy nhanh sự bay hơi của nước
Hình 3.6. Thí nghiệm làm bốc hơi nước trên dây bấc
Hình 3.7. Bản phương án thực hiện làm máy tạo ẩm của nhóm 1
Hình 3.8. Bản phương án thực hiện làm máy tạo ẩm của nhóm 2
Hình 3.9. Bản phương án thực hiện làm máy hút ẩm của nhóm 3
Hình 3.10. Bản thiết kế máy tạo ẩm dùng loa tạo sương
Hình 3.11. Bản thiết máy tạo ẩm sử dụng day bấc và quạt đẩy
Hình 3.12. Bản thiết kế máy hút ẩm sử dụng sị nóng lạnh Tec – 12708
Hình 3.13. Hình ảnh trình bày sảm phẩm máy tạo ẩm của nhóm 1
Hình 3.14. Hình ảnh trình bày sảm phẩm máy tạo ẩm của nhóm 2
Hình 3.15. Máy hút ẩm dùng sị nóng lạnh Tec-12708
Hình 3.16. Hình ảnh trình bày sảm phẩm máy tạo ẩm của nhóm 3
Hình 3.17. Phiếu học tập số 2 của nhóm 1

VIII
Hình 3.18. Phiếu học tập số 2 của nhóm 2
Hình 3.19. Phiếu học tập số 2 của nhóm 3
Hình 3.20. Hình ảnh tổng kết về sản phẩm STEM
Hình 3.21. Biểu đồ các mức độ của các nhóm đạt được ở 3 thành tố.


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Chúng ta đã bước sang thế kỷ 21, kỷ nguyên của nền kinh tế tri thức, thời đại
của tư duy, đà phát triển vượt bậc của khoa học công nghệ và tốc độ tăng trưởng nhanh
của nền kinh tế. Vấn đề đổi mới – sáng tạo đang trở nên cấp thiết đối với đất nước, tổ
chức, doanh nghiệp, giáo dục và các cá nhân. Đổi mới – sáng tạo chính là chìa khóa để
vươn tới thành công, là yếu tố cạnh tranh của các doanh nghiệp, các tổ chức và quốc
gia, là động lực phát triển giáo dục, xã hội và thay đổi thế giới.
Thực hiện Nghị quyết Trung ương 2 khóa VIII và các chủ trương của Đảng,
Nhà nước về định hướng chiến lược phát triển giáo dục – đào tạo trong thời kỳ cơng
nghiệp hóa, hiện đại hóa, lĩnh vực giáo dục và đào tạo nước ta với mục tiêu tổng quát
là tạo chuyển biến căn bản, mạnh mẽ về chất lượng, hiệu quả giáo dục, đào tạo; đáp
ứng ngày càng tốt hơn công cuộc xây dựng, bảo vệ Tổ quốc và nhu cầu học tập của
nhân dân. Giáo dục con người Việt Nam phát triển toàn diện và phát huy tốt nhất tiềm
năng, khả năng sáng tạo của mỗi cá nhân; yêu gia đình, yêu Tổ quốc, yêu đồng bào;
sống tốt và làm việc hiệu quả. Xây dựng nền giáo dục mở, thực học, thực nghiệm, dạy
tốt, học tốt, quản lý tốt; có cơ cấu và phương thức giáo dục hợp lý, gắn với xây dựng
xã hội học tập; bảo đảm các điều kiện nâng cao chất lượng; chuẩn hóa, hiện đại hóa,
dân chủ hóa, xã hội hóa và hội nhập quốc tế hệ thống giáo dục và đào tạo; giữ vững

định hướng xã hội chủ nghĩa và bản sắc dân tộc. Phấn đấu đến năm 2030, nền giáo dục
Việt Nam đạt trình độ tiên tiến trong khu vực.
Đối với một quốc gia đang phát triển như Việt Nam, tư duy giáo dục mang tính
“một chiều” tồn tại trong thời gian dài, và đặc biệt là tư duy rập khn cịn quá lớn đã
làm thui chột khả năng sáng tạo – đổi mới của thế hệ trẻ. Hiện tại giáo dục của nước ta
ở các bậc học còn rất hạn chế về phát triển tư duy khoa học và sáng tạo, chú trọng vào
việc truyền đạt kiến thức, mang nặng tính nhồi nhét khiến học sinh tiếp thu kiến thức
nhưng không có nhiều cơ hội để vận dụng kiến thức học được để ứng dụng vào đời
sống thường ngày. Việc bồi dưỡng năng lực của người học vận dụng những kiến thức
học được để giải quyết những vấn đề mà công việc và cuộc sống đặt ra còn nhiều hạn
chế từ đó dẫn đến giáo dục chưa tạo ra những con người năng động biết phát hiện ra


2
những vấn đề nảy sinh ra trong công việc chuyên mơn hoặc trong đời sống hàng ngày,
biết phân tích và giải quyết vấn đề để thúc đẩy công việc tốt lên.
Chúng tôi lựa chọn hướng nghiên cứu là triển khai dạy học các nội dung Vật lí
gắn với định hướng giáo dục STEM, nhằm phát triển các năng lực đặc thù gắn với các
yếu tố khoa học, công nghệ, kĩ thuật trên nền tảng toán học. Theo quan điểm này sẽ
đáp ứng được vấn đề vận dụng kiến thức vật lý phục vụ đời sống, từ đó tạo niềm hứng
thú, đam mê và sáng tạo cho học sinh trong việc học tập và ứng dụng của bộ môn vật
lý vào đời sống.
Định hướng nghiên cứu một đề tài thiết kế một sản phẩm ứng dụng vào thực tế
dựa vào kiến thức đã học ở trường phổ thông, tôi chọn nghiên cứu thiết kế sản phẩm
liên quan đến độ ẩm của khơng khí bởi Việt Nam là đất nước có khí hậu nhiệt đới gió
mùa nên thơng thường độ ẩm khá cao. Khi độ ẩm cao sẽ tăng cao nguy cơ các bệnh
khớp, tim mạch, ho, hen suyễn, đau đầu và những căn bệnh mãn tính kinh niên của
người cao tuổi… . Khi độ ẩm bắt đầu vượt quá 80% tạo điều kiện cho cây cối phát
triển, đồng thời bắt đầu xuất hiện nấm mốc, vi khuẩn, ruồi muỗi…phát triển mạnh gây
nguy hại cho sức khỏe con người cũng như dễ làm ẩm mốc, hư hỏng các máy và dụng

cụ quang học, điện tử, cơ khí, khí tài quân sự, lương thực, thực phẩm trong các kho
chứa.… Độ ẩm tốt cho sức khỏe được khuyến cáo là từ 55-65%, với độ ẩm này thì khả
năng thốt mồ hơi trên cơ thể người sẽ tốt hơn còn nếu độ ẩm cao hơn hay thấp hơn
khoảng này thì sẽ ảnh hưởng khơng tốt đến sức khỏe. Trong thực tế, để chống ẩm,
người ta phải thực hiện nhiều biện pháp như dùng hút ẩm, sấy nóng, thơng gió, bơi dầu
mỡ lên các chi tiết máy bằng kim loại, phủ lớp chất dẻo lên các bản mạch điện tử,...
tuy hiệu quả nhưng rất mất thời gian và tốn nhiều công đoạn thực hiện. Từ thực tế đó
bạn cần chế tạo một thiết bị có tính thực tiễn, đơn giãn, hiệu quả, dễ sử dụng để điều
chỉnh độ ẩm khơng khí trong phịng đến giá trị độ ẩm phù hợp. Thiết bị này dựa trên
nguyên tắt hút hơi ẩm khi độ ẩm cao và tạo hơi ẩm khi độ ẩm thấp. Một thiết bị như
vậy sẽ cần phải giải quyết các nhiệm vụ gì?
Từ những lí do trên, tôi quyết định chọn nghiên cứu đề tài: “Thiết kế hệ thống
điều chỉnh độ ẩm khơng khí trong phòng theo định hướng giáo dục STEM”.


3
2. Mục tiêu nghiên cứu
Dạy học chủ đề “Thiết kế hệ thống điều chỉnh độ ẩm khơng khí trong phịng”
theo định hướng giáo dục STEM để học sinh thiết kế được sản phẩm nhằm phát triển
năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn của HS.

3. Giả thuyết khoa học
Nếu xây dựng được chủ đề “Thiết kế hệ thống điều chỉnh độ ẩm khơng khí
trong phịng” theo định hướng giáo dục STEM trong đó học sinh thực hiện các nghiên
cứu chế tạo hệ thống điều chỉnh độ ẩm khơng khí trong phịng thì sẽ phát triển được
năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn của HS.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Hoạt động dạy và học ở trường THPT theo định hướng giáo dục STEM để học
sinh thiết kế được sản phẩm là thiết bị điều chỉnh độ ẩm không khí.
Phạm vi kiến thức Bài 39 “Độ ẩm khơng khí” thuộc chương chất rắn và chất

lỏng – Sự chuyển thể mơn Vật lí 10 và tiến hành thực nghiệm tại trường PT Hermann
Gmeiner Đà Nẵng

5. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu cơ sở lí luận về dạy học định hướng giáo dục STEM trong dạy
học Vật lí.
- Nghiên cứu cơ sở lí luận về dạy học phát triển năng lực giải quyết vấn đề thực
tiễn.
- Tìm hiểu lí thuyết về độ ẩm của khơng khí và các tác động của độ ẩm khơng
khí đến con người và mơi trường xung quanh.
- Xây dựng chủ đề và cách thức tổ chức dạy học chủ đề chế tạo hệ thống điều
chỉnh độ ẩm khơng khí trong phịng
- Chế tạo mẫu thiết bị thử kiểm tra tính ứng dựng thực tiễn của thiết bị.
- Tiến hành thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi của kế hoạch đã xây
dựng.


4
6. Phương pháp nghiên cứu
6.1. Các phương pháp nghiên cứu lý thuyết
- Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết
- Phương pháp phân loại và hệ thống hoá lý thuyết
- Phương pháp mơ hình hóa
- Phương pháp giả thuyết (phương pháp đề xuất và kiểm chứng giả thuyết)
6.2. Các phương pháp nghiên cứu thực tiễn
- Phương pháp quan sát
- Phương pháp thực nghiệm sư phạm
6.3. Các phương pháp toán học trong nghiên cứu
7. Tổng quan vấn đề nghiên cứu
Hiện đã có một số luận văn cao học nghiên cứu về dạy học STEM theo quan

điểm tích hợp:
Luận văn của Hồ Thị Thùy Dung (2018) với đề tài: Tổ chức dạy học chủ đề tích
hợp STEM “Máy phát điện” ở trường trung học phổ thông.
Luận văn của Thái Duy Vũ (2018) với đề tài: Tổ chức dạy học chủ đề tích hợp
STEM “Khoa học về những cây cầu” ở trường trung học phổ thông
Các tác giả xây dựng một chủ đề tích hợp ở mức độ cao, chủ đề được thực hiện
trong thời gian dài nên gặp khó khăn về khâu tổ chức.
Từ tháng 7 năm 2017 đến tháng 9 năm 2019, Bộ Giáo dục và đào tạo tổ chức
nhóm nghiên cứu thử nghiệm triển khai thí điểm việc dạy học tích hợp STEM ở 60
trường trên địa bàn 15 tỉnh thành phố. Đợt thí điểm nhằm nghiên cứu việc thực hiện
dạy học STEM trong dạy học các môn học Tốn, Vật lí, Hóa học, Sinh học, Tin học,
Cơng nghệ. Sau thí điểm, Bộ Giáo dục và đào tạo đã rút kinh nghiệm và triển khai tập
huấn GV cốt càn về dạy học STEM trên toàn quốc.
Nghiên cứu của chúng tôi hướng đến việc xây dựng chủ đề dạy học theo định
hướng này chủ yếu gắn với môn học Vật lí. Các mơn học khác đóng vai trị bổ trợ
trong việc giải quyết tổng hợp vấn đề đặt ra.


5
8. Bố cục của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục thì cấu trúc luận văn
gồm 3 chương:
Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn về dạy học STEM theo hướng phát triển năng lực
giải quyết vấn đề thực tiễn cho học sinh
Chương 2: Tổ chức dạy học STEM thiết kế thiết bị điều chỉnh độ ẩm khơng khí trong
bài “Độ ẩm của khơng khí” Vật lí 10
Chương 3: Thực nghiệm sư phạm.

KẾT LUẬN
- Kết luận

- Khuyến nghị


6

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY HỌC STEM
THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VÁN ĐỀ
THỰC TIỄN CHO HỌC SINH
1.1. Giáo dục STEM trong dạy học
1.1.1. Khái niệm về dạy học STEM
1.1.1.1. Giáo dục STEM trong trường trung học
Giáo dục STEM trong trường trung học là quan điểm dạy học định hướng phát
triển năng lực học sinh thuộc các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán
học.
Các kiến thức và kỹ năng về Khoa học, Cơng nghệ, Kỹ thuật và Tốn học được
tổ chức dạy học tích hợp được tổ chức dạy học tích hợp theo chủ đề nhằm giúp học
sinh vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề thực tiễn mang lại hiệu quả và có giá trị.
STEM là chữ viết tắt bằng tiếng Anh của bốn từ: Science (Khoa học),
Technology (Cơng nghệ), Engineering (Kỹ thuật) và Maths (Tốn học).
Science (Khoa học): gồm các kiến thức về Vật lý, Hóa học, Sinh học và Khoa
học trái đất nhàm giúp học sinh hiểu về thế giới tự nhiên và vân dụng kiến thức đó để
giải quyết vấn đề khoa học trong cuộc sống hàng ngày.
Technology (Công nghệ): phát triển khả năng sử dụng, quản lý, hiểu và đánh
giá công nghệ của học sinh, tạo cơ hội để học sinh hiểu về công nghệ được phát triển
như thế nào, ảnh hưởng của công nghệ mới tới cuộc sống.
Engineering (Kỹ thuật): phát triển sự hiểu biết của học sinh về cách công nghệ
đang phát triển thơng qua q trình thiết kế kỹ thuật, tạo cơ hội để tích hợp kiến thức
của nhiều mơn học, giúp cho khái niệm liên quan trở nên dễ hiểu. Kỹ thuật cũng cung
cấp cho học sinh những kỹ năng để vận dụng sáng tạo cơ sở Khoa học và Tốn học
trong q trình thiết kế các đối tượng, các hệ thống hay xây dựng các quy trình sản

xuất.
Maths (Toán học): phát triển ở học sinh khả năng phân tích, biện luận và truyền
đạt ý tưởng một cách hiệu quả thơng qua việc tính tốn, giải thích, các giải pháp giải
quyết các vấn đề tốn học trong các tình huấn đặt ra.
STEM là thuật ngữ rút gọn được sử dụng khi bàn đến các chính sách phát triển
về Khoa học, Cơng nghệ, Kĩ thuật và Tốn học của Mỹ. Thuật ngữ này lần đầu tiên


7
được giới thiệu bởi Quỹ Khoa học Mỹ (NSF) vào năm 2001. Trước đó, năm 1990,
NSF dùng thuật ngữ SMET tuy nhiên thuật ngữ này có cách phát âm giống từ
“SMUT” (một từ có ý nghĩa khơng tích cực), vì vậy SMET sau nay được đổi thành
STEM.
Hiện nay thuật ngữ STEM được dùng trong hai ngữ cảnh khác nhau đó là ngữ
cảnh giáo dục và ngữ cảnh nghề nghiệp.
Trong ngữ cảnh giáo dục, STEM nhấn mạnh đến sự quan tâm của nền giáo dục
đối với các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học. Quan tâm đến việc tích
hợp các mơn học trên gắn với thực tiễn để nâng cao năng lực cho người học. Giáo dục
STEM có thể được hiểu và diễn giải ở nhiều cấp độ như: chính sách STEM, chương
trình STEM, nhà trường STEM, mơn học STEM, bài học STEM hay hoạt động
STEM.
Trong ngữ cảnh nghề nghiệp, STEM được hiểu là nghề nghiệp thuộc các lĩnh
vực Khoa học, Cơng nghệ, Kĩ thuật và Tốn học, ví dụ: Nhóm ngành nghề về CNTT;
Y sinh; Kĩ thuật, Điện tử và Truyền thông….
Tùy từng ngữ cảnh khác nhau mà STEM được hiểu như là các môn học hay các
lĩnh vực.
1.1.1.2. Giáo dục STEM
Hiện nay, giáo dục STEM được nhiều tổ chức, nhà giáo dục quan tâm nghiên
cứu. Do đó, khái niệm về giáo dục STEM cũng được định nghĩa dựa trên các cách hiểu
khác nhau. Có ba cách hiểu chính về giáo dục STEM hiện nay là:

- Giáo dục STEM được hiểu theo nghĩa là quan tâm đến các mơn Khoa học,
Cơng nghệ, Kĩ thuật và Tốn học. Đây cũng là quan niệm về giáo dục STEM của Bộ
giáo dục Mỹ “Giáo dục STEM là một chương trình nhằm cung cấp hỗ trợ, tăng cường,
giáo dục Khoa học, Cơng nghệ, Kĩ thuật và Tốn học (STEM) ở tiểu học và trung học
cho đến bậc sau đại học”. Đây là nghĩa rộng khi nói về giáo dục STEM.
- Giáo dục STEM được hiểu theo nghĩa là tích hợp (liên ngành) của 4 lĩnh
vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học, tác giả Tsupros định nghĩa “Giáo dục
STEM là một phương pháp học tập tiếp cận liên ngành, ở đó những kiến thức hàn lâm
được kết hợp chặt chẽ với các bài học thực tế thông qua việc HS được áp dụng những


8
kiến thức Khoa học, Cơng nghệ, Kĩ thuật và Tốn học vào trong những bối cảnh cụ
thể tạo nên một kết nối giữa nhà trường, cộng đồng và các doanh nghiệp cho phép
người học phát triển những kĩ năng STEM và tăng khả năng cạnh tranh trong nền kinh
tế mới”.
- Giáo dục STEM được hiểu theo nghĩa là tích hợp (liên ngành) từ 2 lĩnh vực
về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên. Theo quan niệm này, tác giả
Sanders định nghĩa “Giáo dục STEM là phương pháp tiếp cận, khám phá trong
giảng dạy và học tập giữa hai hay nhiều hơn các môn học STEM, hoặc giữa một chủ
đề STEM và một hoặc nhiều môn học khác trong nhà trường”.
- Bên cạnh đó, giáo dục STEM cũng được quan niệm STEM như là chương
trình đào tạo dựa trên ý tưởng giảng dạy cho HS bốn lĩnh vực cụ thể - Khoa học, Công
nghệ, Kĩ thuật và Toán học - trong một liên ngành và phương pháp tiếp cận ứng dụng.
Thay vì dạy bốn lĩnh vực này theo những môn học tách biệt và rời rạc, STEM tổng
hợp chúng thành một mơ hình học tập liền mạch dựa trên các ứng dụng thực tế.
Trong nghiên cứu này giáo dục STEM được hiểu theo nghĩa thứ ba như sau:
“Giáo dục STEM là một quan điểm dạy học theo tiếp cận liên ngành từ hai trong các
lĩnh vực Khoa học, Cơng nghệ, Kĩ thuật và Tốn học trở lên. Trong đó nội dung học
tập được gắn với thực tiễn, PPDH theo quan điểm dạy học định hướng hành động”.

1.1.2. Một số vấn đề cơ bản về giáo dục STEM
1.1.2.1. Mục tiêu giáo dục STEM
Giáo dục STEM đã xuất hiện ở nhiều quốc gia trên thế giới. Tuy nhiên với
những bối cảnh khác nhau thì những mục tiêu cho giáo dục STEM ở các quốc gia đó
cũng khác nhau. Tại Anh, mục tiêu giáo dục STEM là tạo ra nguồn nhân lực nghiên
cứu khoa học chất lượng cao. Còn tại Mỹ mục tiêu cơ bản cho giáo dục STEM là:
trang bị cho tất cả các công dân những kĩ năng về STEM, mở rộng lực lượng lao động
trong lĩnh vực STEM bao gồm cả phụ nữ và dân tộc thiểu số nhằm khai thác tối đa
tiềm năng con người của đất nước, tăng cường số lượng HS sẽ theo đuổi và nghiên cứu
chuyên sâu về các lĩnh vực STEM. Tại Úc, mục tiêu của giáo dục STEM là xây dựng
kiến thức nền tảng của quốc gia nhằm đáp ứng các thách thức đang nổi lên của việc
phát triển một nền kinh tế cho thế kỉ 21. Tuy các phát biểu về mục tiêu giáo dục STEM


9
ở tầm quốc gia có khác nhau nhưng điểm chung cho các mục tiêu đó chính là sự tác
động đến người học. Có thể dễ nhận thấy giáo dục STEM như là một giải pháp trong
cải cách giáo dục của các quốc gia nhằm hướng tới phát triển con người nhằm đáp ứng
các mục tiêu phát triển kinh tế, phát triển của quốc gia trong thời đại tồn cầu hóa đầy
cạnh tranh.
Trong luận văn này trình bày mục tiêu giáo dục STEM theo nghĩa chung nhất.
Dưới góc độ giáo dục và vận dụng trong bối cảnh Việt Nam, giáo dục STEM một
mặt thực hiện đầy đủ mục tiêu giáo dục đã nêu trong chương trình giáo dục phổ thơng,
mặt khác giáo dục STEM nhằm:
- Phát triển các năng lực đặc thù của các môn học thuộc về STEM cho học
sinh: Đó là những kiến thức, kĩ năng liên quan đến các mơn học Khoa học, Cơng nghệ,
Kĩ thuật và Tốn học. Trong đó HS biết liên kết các kiến thức Khoa học, Toán học để
giải quyết các vấn đề thực tiễn. Biết sử dụng, quản lí và truy cập Cơng nghệ. HS biết
về quy trình thiết kế và chế tạo ra các sản phẩm.
- Phát triển các năng lực cốt lõi cho HS: Giáo dục STEM nhằm chuẩn bị cho

học sinh những cơ hội cũng như thách thức trong nền kinh tế cạnh tranh toàn cầu của
thế kỉ 21. Bên cạnh những hiểu biết về các lĩnh vực Khoa học, Cơng nghệ, Kĩ thuật,
Tốn học, HS sẽ được phát triển tư duy phê phán, khả năng hợp tác để thành công…
- Định hướng nghề nghiệp cho HS: Giáo dục STEM sẽ tạo cho học sinh có
những kiến thức, kĩ năng mang tính nền tảng cho việc học tập ở các bậc học cao hơn
cũng như cho nghề nghiệp trong tương lai của HS. Từ đó, góp phần xây dựng lực
lượng lao động có năng lực, phẩm chất tốt đặc biệt là lao động trong lĩnh vực STEM
nhằm đáp ứng mục tiêu xây dựng và phát triển đất nước.

Hình 1.1. Mục tiêu giáo dục STEM


10
1.1.2.2. Quy trình giáo dục STEM
a) Quy trình 5E
Quy trình 5E được Rodger W Bybee và cs xây dựng dựa trên mơ hình SCIS của
J. Myron Atkin và Robert Karplus (1962) - một mơ hình dùng để cải tiến chương trình
dạy học mơn Khoa học ở HS bậc tiểu học. Kể từ năm 1980, Quy trình 5E đã được
dùng để thiết kế các tài liệu giảng dạy. Quy trình hướng dẫn 5E đóng một vai trị quan
trọng q trình phát triển chương trình và xây dựng tài liệu giáo trình cho các lớp học
khoa học. Ngày nay, một số tác giả đã rất quan tâm đến quy trình 5E và coi nó là một
quy trình phù hợp để giáo dục STEM.
Quy trình 5E nhằm mơ tả tiến trình dạy học và có thể được sử dụng trong tồn
bộ chương trình, cho một chương hay một bài học cụ thể. Quy trình 5E gồm có 5 giai
đoạn trong một ch̃i q trình dạy học là: Engagement (Đặt vấn đề), Exploration
(khám phá), Explanation (giải thích), Elaboration/Extension (mở rộng) và
Evaluation (đánh giá) (Hình 1.2).

Hình 1.2. Mơ hình 5E hướng dẫn tích hợp STEM
Đặt vấn đề: Mục tiêu của giai đoạn này là để tạo sự chú ý và quan tâm của HS.

HS được đặt vào những tình huống, sự kiện hay vấn đề liên quan đến nội dung học tập
mang tính thách thức và gợi nhu cầu HS cần phải giải quyết. Về bản chất, ở đây là tạo
các tình huống có vấn đề khiến HS có những suy nghĩ như: tại sao điều đó lại có thể
xảy ra, em cũng đã từng suy nghĩ nhưng khơng biết lí giải thế nào, em muốn tìm hiểu


11
thêm về vấn đề này… Và khi đó HS cảm thấy cần thiết phải giải quyết hay học thêm
một vấn đề gì đó.
Khám phá: Đây là giai đoạn HS trải nghiệm thông qua các hoạt động như thu
thập thông tin dữ liệu, quan sát mơ hình, thí nghiệm, điều tra… để giải thích các hiện
tượng và phát triển khả năng nhận thức của bản thân. Vai trò của GV trong giai đoạn
khám phá là người chỉ dẫn và khởi đầu cho hoạt động. Cung cấp cho HS những kiến
thức nền cần thiết; những dụng cụ, nguyên vật liệu phục vụ hoạt động trải nghiệm của
HS và điều chỉnh những nhận thức sai lầm mà HS có thể gặp phải trong quá trình
khám phá.
Đây là giai đoạn HS suy nghĩ, lập kế hoạch và tổ chức những thông tin dữ liệu
thu thập được. Giai đoạn này HS có thể thực hiện các thí nghiệm, tiến hành nghiên
cứu, thiết kế các quy trình, thiết kế mẫu… Lựa chọn và áp dụng các phương pháp tiếp
cận có hệ thống thích hợp để trả lời câu hỏi mang tính phức hợp, để điều tra các vấn đề
mang tính thời sự và phát triển các giải pháp cho những thách thức và các vấn đề trong
thế giới thực.
Giải thích: HS phân tích và diễn giải các dữ liệu. Trao đổi những kiến thức và
các giải pháp mang tính khả thi. Sử dụng cơng nghệ thích hợp để phân tích và thơng
tin liên lạc.
Mở rộng: Giai đoạn này HS có cơ hội được mở rộng và củng cố những hiểu
biết của mình về các khái niệm, kiến thức. Học sinh tinh chỉnh các giải pháp, các quy
trình. Sửa đổi quy trình thử nghiệm để tìm hiểu thêm. Xác định và phân tích các kết
nối đến nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM.
Đánh giá: Đánh giá được tiến hành thơng qua việc HS phải trình bày giải pháp

của họ nhằm giải quyết các vấn đề được đặt ra ban đầu. HS được tham gia đánh giá
đồng đẳng. HS phải chứng minh sự hiểu biết của mình dựa trên kết quả các nhiệm vụ
thực hiện. GV sẽ đánh giá cả kiến thức và kĩ năng của HS, xem xét những minh chứng
cho thấy sự hiểu biết của HS.
Quy trình trên được xây dựng dựa trên lí thuyết kiến tạo, giúp HS có thể tự xây
dựng những hiểu biết của mình thơng qua những trải nghiệm và những ý tưởng mới.


12
b) Quy trình tiếp cận nghiên cứu khoa học
Cùng với quy trình 5E, hiện nay trên thế giới, giáo dục STEM được giảng dạy
theo phương pháp nghiên cứu khoa học. Đây là một phương pháp nghiên cứu trong đó
những vấn đề khoa học, những số liệu liên quan được thu thập nhằm xây dựng những
giả thuyết và những giả thuyết này được TN kiểm chứng. Theo cách tiếp cận này HS
sẽ được học theo cách của các nhà khoa học khám phá hay trả lời các câu hỏi khoa
học. Quy trình này phù hợp cho các hình thức giáo dục STEM thơng qua nghiên cứu
khoa học hay mơ hình sinh hoạt câu lạc bộ khoa học. Trên cơ sở quy trình nghiên cứu
khoa học, tiến trình dạy học STEM theo phương pháp nghiên cứu khoa học được cải
tiến như sau (Hình 1.3):

Hình 1.3. Tiến trình dạy học STEM theo phương pháp nghiên cứu khoa học
c) Quy trình tiếp cận theo lí thuyết thiết kế kĩ thuật
Đặc điểm nổi bật của giáo dục STEM là nhấn mạnh yếu tố kĩ thuật và cụ thể là
tính thiết kế. Do vậy, nhiều nhà sư phạm đã vận dụng quy trình thiết kế kĩ thuật để
giảng dạy STEM cho HS. Vòng lặp thiết kế là một ví dụ trong việc vận dụng quy trình
thiết kế kĩ thuật trong giáo dục STEM. Vòng lặp thiết kế là một hướng dẫn giúp HS
giải quyết các vấn đề nói chung và giải quyết vấn đề trong thiết kế nói riêng khi học
STEM một cách hiệu quả (Hình 1.4).

13

Hình 1.4. Vịng lặp thiết kế trong giáo dục STEM
Khác với quy trình tiếp cận nghiên cứu khoa học là dựa trên các câu hỏi, dựa
trên các giả thuyết khoa học để làm xuất phát điểm cho quá trình nhận thức của HS, và
ở đó quan tâm nhiều đến việc tìm ra các minh chứng để trả lời cho các câu hỏi khoa
học đó thì quy trình tiếp cận theo lí thuyết thiết kế kĩ thuật sẽ dựa trên các vấn đề và
tìm giải pháp cho các vấn đề cần phải giải quyết. Hay nói cách khác về bản chất ở đây
là dựa trên quy trình thiết kế kĩ thuật để giải quyết vấn đề.
1.1.2.3. Các con đường giáo dục STEM cho học sinh
Hiện nay, hầu hết các quốc gia trên thế giới khơng có mơn học mang tên STEM
cụ thể trong chương trình giáo dục phổ thơng. Giáo dục STEM thường được lồng ghép
qua các hình thức như sinh hoạt câu lạc bộ khoa học, hoạt động ngoài giờ lên lớp hay
được giảng dạy thông qua các môn Khoa học tự nhiên, Tốn học và Cơng nghệ. Nội
dung dưới đây trình bày một số con đường để giáo dục STEM cho HS trong đó tập
trung phân tích giáo dục STEM thơng qua dạy học các mơn học vì đây là hướng
nghiên cứu của đề tài.
a) Giáo dục STEM thông qua hoạt động ngoài giờ lên lớp
Trên thế giới, các hoạt động giáo dục nhằm phát triển năng lực, sự sáng tạo,
phẩm chất và kĩ năng, giáo dục sự nhân văn… được rất nhiều quốc gia quan tâm đặc
biệt là các quốc gia tiếp cận chương trình giáo dục phổ thông theo hướng phát triển
năng lực. Một số quốc gia gọi đó là hoạt động giáo dục ngồi trời, hoạt động ngoài giờ


14
lên lớp hay hoạt động trải nghiệm... Các hoạt động này thường được xây dựng dựa trên
các chủ đề rất đa dạng, một trong số đó liên quan đến khám phá thế giới tự nhiên, khoa
học trái đất, tìm hiểu Công nghệ, Kĩ thuật… Tuy tên gọi, nội dung khác nhau nhưng
nhìn chung các hoạt động trên đều hướng tới việc cung cấp cho HS các tình huống, bối
cảnh đa dạng và phong phú đòi hỏi sự phát triển, vận dụng nhiều tri thức kĩ năng, cho

phép HS tư duy sáng tạo và giải quyết vấn đề theo các cách khác nhau nhằm đạt được
kết quả tốt hơn; cung cấp cho HS cơ hội sáng tạo, dám nghĩ, dám làm. Bên cạnh đó tại
nhiều quốc gia, giáo dục khơng chỉ phó mặc cho nhà trường mà cịn có sự tham gia
của các cá nhân, tổ chức nhằm thúc đẩy sự chung tay góp sức của tồn xã hội trong
việc chia sẻ sứ mệnh giáo dục. Đây là những điều kiện thuận lợi để giáo dục STEM
cho HS.
b) Giáo dục STEM thông qua dạy học các môn thuộc về lĩnh vực STEM
Mơ hình giáo dục STEM qua dạy học các mơn khoa học tự nhiên khá phổ biến
trên thế giới, đặc biệt là ở nước Anh trong đó nội dung học tập của môn học được thiết
kế thành các chủ đề STEM và được giảng dạy theo các cách khác nhau:
+ Chủ đề STEM được dạy trong một môn học duy nhất (Hình 1.5):

Hình 1.5. Chủ đề STEM được dạy trong một mơn học duy nhất
Đây là mơ hình ở dạng đơn giản nhất, tuỳ theo quy mô của chủ đề mà có thể
được thiết kế để dạy trong một tiết hoặc nhiều tiết trong đó GV sẽ phân chia thời gian
để HS tham gia các hoạt động: thiết lập vấn đề; tìm kiếm các giải pháp hay cách thức
để giải quyết vấn đề; thu thập thông tin, bằng chứng và cuối cùng là tổng kết, rút ra
các kiến thức.


15
+ Chủ đề STEM được dạy trong nhiều môn học (Hình 1.6)

Hình 1.6. Chủ đề STEM được dạy trong nhiều môn học
Chủ đề STEM dạng này bao trùm nhiều hơn một môn học. Về bản chất, các
môn học sử dụng chung một vấn đề, một bối cảnh. Các GV dạy mỗi môn học khác
nhau sẽ dạy hủ đề STEM như cách dạy chủ đề STEM trong một môn học duy nhất
nhưng theo góc độ riêng của mơn mình. Ví dụ như về chủ đề “Chất lượng nguồn
nước”, GV mơn Hố Học sẽ cho HS tìm hiểu dưới góc độ nghiên cứu về độ pH trong
nước trong khi đó GV mơn Sinh học dạy HS theo định hướng STEM tập trung vào

nghiên cứu lồi sinh vật trong nguồn nước đó và ảnh hưởng đến chất lượng nguồn
nước như thế nào hay GV mơn Địa lí có thể hướng dẫn HS tìm hiểu ở góc độ là nguồn
nước bắt đầu từ đâu, cấu tạo địa chất có ảnh hưởng như thế nào tới nguồn nước…
+ Chủ đề STEM nhiều môn phối hợp (Hình 1.7)

Hình 1.7. Chủ đề STEM nhiều mơn phối hợp
Chủ đề STEM dạng này khá phức tạp, nó có sự liên kết kiến thức giữa các môn
rất chặt chẽ. Các mơn học vẫn tiếp cận chủ đề theo góc độ kiến thức chuyên môn riêng