Tổ chức dạy học chủ đề “vật lí nhiệt” vật lí lớp 12 (ct gdpt 2018) theo định hướng giáo dục stem
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (11.28 MB, 116 trang )
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
-----------------------
ĐỖ THỊ TUYẾT
TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ
“VẬT LÍ NHIỆT” - VẬT LÍ LỚP 12 (CT GDPT 2018)
THEO ĐỊNH HƢỚNG GIÁO DỤC STEM
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PPDH BỘ MÔN VẬT LÍ
ĐÀ NẴNG – NĂM 2022
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
-----------------------
ĐỖ THỊ TUYẾT
TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ
“VẬT LÍ NHIỆT” - VẬT LÍ LỚP 12 (CT GDPT 2018)
THEO ĐỊNH HƢỚNG GIÁO DỤC STEM
Chuyên ngành: Lý luận và PPDH Bộ mơn Vật lí
Mã số: 8.14.01.11
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Dƣơng Xuân Quý
ĐÀ NẴNG –LỜI
NĂM
2022
CAM
IV
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết đầy đủ
Chữ viết tắt
CT GDPT
Chƣơng trình giáo dục phổ thơng
DH
Dạy học
ĐC
Đối chứng
GV
Giáo viên
GQVĐ
Giải quyết vấn đề
HĐTN
Hoạt động trải nghiệm
HS
Học sinh
NĐLH
Nhiệt động lực học
NL
Năng lực
PPDH
Phƣơng pháp dạy học
STEM
Khoa học - Công nghệ - Kĩ thuật - Tốn học
THPT
Trung học phổ thơng
TB
Trung bình
TS
Tiến sĩ
TNSP
Thực nghiệm sƣ phạm
V
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .........................................................................................................II
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. III
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT.................................................................................. IV
DANH MỤC CÁC BẢNG....................................................................................... VIII
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ HÌNHẢNH .......................................................... X
DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ ......................................................................................... XI
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ ...................................................................................XII
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................ 1
2. Tổng quan vấn đề nghiên cứu ............................................................................. 1
3. Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................... 4
4. Giả thuyết khoa học của đề tài ............................................................................ 4
5. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài ...................................................... 4
6. Nhiệm vụ nghiên cứu .......................................................................................... 4
7. Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................................... 5
8. Dự kiến kết quả đạt đƣợc .................................................................................... 5
9. Bố cục của luận văn/cấu trúc luận văn ............................................................... 6
Chƣơng 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC PHÁT TRIỂN NĂNG
LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC STEM ........7
1.1. Giáo dục STEM trong trƣờng trung học phổ thông ................................................. 7
1.1.1. Khái niệm về giáo dục STEM. ..................................................................... 7
1.1.2. Mục tiêu của giáo dục STEM ....................................................................... 7
1.1.3. Tiêu chí của chủ đề giáo dục STEM ............................................................. 8
1.1.4. Quy trình thiết kế chủ đề giáo dục STEM .................................................... 8
1.1.5. Dạy học các môn khoa học theo phƣơng thức giáo dục STEM ................... 8
1.2. Dạy học phát triển năng lực giải quyết vấn đề (GQVĐ) ............................................. 11
1.2.1. Khái niệm năng lực ....................................................................................... 11
VI
1.2.2. Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề ........................................................ 12
1.3. Thực trạng dạy học môn Vật lý theo định hƣớng giáo dục STEM nhằm phát triển
năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh........................................................................ 19
1.3.1. Mục đích điều tra ........................................................................................ 19
1.3.2. Đối tƣợngđiều tra ........................................................................................ 19
1.3.3. Phƣơng pháp điều tra .................................................................................. 19
1.3.4. Kết quả điều tra ........................................................................................... 19
KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 ..............................................................................................23
Chƣơng 2. XÂY DỰNG KẾ HOẠCH DẠY HỌC STEM .......................................24
CHỦ ĐỀ “VẬT LÍ NHIỆT” NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT
VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH .........................................................................................24
2.1. Phân tích nội dung kiến thức chủ đề “Vật lí nhiệt” – Vật lí 12 (CT GDPT 2018)
gắn với dạy học STEM .................................................................................................. 24
2.1.1. Cấu trúc nội dung chủ đề “Vật lí nhiệt” ..................................................... 24
2.1.2. Các khả năng tổ chức dạy học STEM chủ đề “ Vật lí nhiệt” ..................... 26
2.2. Xây dựng và tổ chức dạy học chủ đề “Vật lí nhiệt” – Vật lí 12 (CT GDPT 2018) 28
2.2.1 Bài học Stem: ĐỊNH LUẬT 1 CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC (NĐLH) 28
2.2.2. Hoạt động trải nghiệm Stem: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ĐÈN KÉO QUÂN . 41
2.3. Xây dựng rubrics đánh giá sự phát triển GQVĐ .................................................... 52
KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 ..............................................................................................57
CHƢƠNG 3. THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM ..............................................................58
3.1. Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sƣ phạm .................................................. 58
3.1.1. Mục đích của thực nghiệm sƣ phạm ........................................................... 58
3.1.2. Nhiệm vụ của thực nghiệm sƣ phạm .......................................................... 58
3.2. Đối tƣợng và phƣơng pháp của thực nghiệm sƣ phạm........................................... 58
3.2.1. Đối tƣợng của thực nghiệm sƣ phạm .......................................................... 58
3.3.2. Phƣơng pháp của thực nghiệm sƣ phạm ..................................................... 58
3.3. Kế hoạch thực nghiệm sƣ phạm ............................................................................. 58
3.4.1. Những thuận lợi, khó khăn trong quá trình TNSP ...................................... 61
VII
3.4.2. Kết quả TNSP ............................................................................................. 62
KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 ..............................................................................................85
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................87
TÀI LIỆN THAM KHẢO...........................................................................................88
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao)
VIII
DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu
bảng
Tên bảng
Bảng 1.1
Cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề
13
Bảng 1.2
Tiêu chí đánh giá chủ đề STEM
18
Bảng 1.3
Kết quả khảo sát thực trạng hiểu biết của GV về giáo dục
STEM
20
Bảng 1.4
Bảng khảo sát mong muốn của HS về nội dung và cách triển
22
Trang
khai bài học của GV
Bảng 2.1
Yêu cầu cần đạt của chủ đề Vật lí nhiệt
25
Bảng 2.2
Các bài học STEM có thể xây dựng ở chủ đề Vật lí nhiệt
26
Bảng 2.3
Một số bài học và trải nghiệm STEM
28
Bảng 2.4
Các thành tố biểu hiện trong bài học STEM định luật 1 của
NĐLH
29
Bảng 2.5
Các thành tố biểu hiện trong bài học STEM định luật 1 của
NĐLH
40
Bảng 2.6
Phiếu đánh giá bài thuyết trình bài học stem định luật 1 của
40
NĐLH
Bảng 2.7
Nội dung trong chủ đề “Thiết kế, chế tạo đèn kéo quân”
41
Bảng 2.8
Kế hoạch dự án Thiết kế, chế tạo đèn kéo quân
45
Bảng 2.9
Tiêu chí đánh giá sản phẩm đèn kéo quân
45
Bảng 2.10
Bảng cam kết quy tắc an tồn của phịng thí nghiệm
50
Bảng 2.11
Tiêu chí đánh giá vận hành của đèn kéo quân
51
Bảng 2.12
Rubrics đánh giá sự phát triển GQVĐ
52
Bảng 3.1
Kế hoạch TNSP chủ đề “Vật lí nhiệt”
59
Bảng 3.2
Danh sách học sinh phân theo các nhóm
62
Bảng 3.3
Phiếu đánh giá bài báo cáo và bản thiết kế sản phẩm
66
Bảng 3.4
Kết quả đánh giá hoạt động nhóm – Nhóm 1
66
Bảng 3.5
Kết quả đánh giá hoạt động nhóm – Nhóm 2
67
Bảng 3.6
Kết quả đánh giá hoạt động nhóm – Nhóm 3
68
Bảng 3.7
Kết quả đánh giá hoạt động nhóm – Nhóm 4
68
Bảng 3.8
Rubric đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của bạn Bảo Sinh
69
Bảng 3.9
Rubric đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của bạn Thu Diệp
70
Bảng 3.10
Rubric đánh giá năng lực giải quyết vấn đề” của bạn Cao
70
IX
Số hiệu
Tên bảng
bảng
Trang
Quý
Bảng 3.11
Rubric đánh giá năng lực giải quyết vấn đề Thanh Hiếu
71
Bảng 3.12
Rubric đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của nhóm 1
72
Bảng 3.13
Rubric đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của nhóm 2
72
Bảng 3.14
Rubric đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của nhóm 3
73
Bảng 3.15
Rubric đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của nhóm 4
74
Bảng 3.16
Bảng đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của lớp 10A1 với
cả chủ đề
74
Bảng 3.17
Phiếu đánh giá số 1: Đánh giá bài báo cáo và bản thiết kế sản
phẩm
78
Bảng 3.18
Phiếu đánh giá sản phẩm hoạt động của ĐÈN KÉO QUÂN
78
Bảng 3.19
Bảng tổng điểm trung bình cả chủ đề
80
Bảng 3.20
Rubric đánh giá năng lực giải quyết vấn đề khi thực hiện chủ
đề hoạt động của ĐÈN KÉO QUÂN nhóm 1,2
80
Bảng 3.21
Rubric đánh giá năng lực giải quyết vấn đề khi thực hiện chủ
đề hoạt động của ĐÈN KÉO QUÂN nhóm 3,4
81
Bảng 3.22
Bảng đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của lớp 10A1 với
chủ đề
82
X
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ HÌNHẢNH
Số hiệu
hình vẽ
Hình 2.1
Hình 2.2
Hình 2.3
Hình 2.4
Hình 2.5
Hình 2.6
Hình 2.7
Hình 3.1
HÌnh 3.2
Hình 3.3
Tên hình ảnh
Trang
Hình ảnh đun (nấu) một nồi thức ăn ở trên bếp
Hình ảnh minh họa sự trao đổi nhiệt lƣợng giữa hai hệ nhiệt động
Dụng cụ minh họa sự truyền nhiệt cho hệ nhiệt động để làm
tăng nội năng và sinh công
Dụng cụ minh họa sự truyền nhiệt cho hệ nhiệt động để làm
tăng nội năng và sinh cơng
Hình vẽ thiết kế đèn kéo quân
Dụng cụ và nguyên liệu dùng làm đèn kéo quân
Hình những lá thăm vấn đáp về vận hành của đèn kéo quân
HS chuẩn bịvật liệu, dụng cụ
HS chế tạo sản phẩm
HS hoàn chỉnh và giới thiệu sản phẩm
32
37
37
38
49
49
51
77
77
77
XI
DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ
Số hiệu
sơ đồ
Sơ đồ 1.1
Sơ đồ 1.2
Sơ đồ 2.1
Sơ đồ 2.2
Sơ đồ 2.3
Sơ đồ 2.4
Sơ đồ 2.5
Tên sơ đồ
Trang
Quy trình thiết kế chủ đề giáo dục STEM
Các giai đoạn của tiến trình xây dựng kiến thức Vật lí theo kiểu
phát hiện vàgiải quyết vấn đề
Cấu trúc nội dung của chủ đề Vật lí nhiệt
Sơ đồ gắn kết kiến thức Định luật 1 của Nhiệt động lực học
Sơ đồ chuyển hóa năng lƣợng của hệ nhiệt động
Sơ đồ quy ƣớc dấu của các đại lƣợng trong hệ thức định luật 1
của nhiệt động lực học
Sơ đồ hình thành ý tƣởng chủ đề STEM “Thiết kế, chế tạo đèn
kéo quân”
8
16
24
29
33
35
41
XII
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ
Số hiệu
biểu đồ
Tên biểu đồ
Trang
Biểu đồ 3.1
Biểu đồ so sánh năng lực tìm hiểu vấn đề của HS qua 2 chủ đề
83
Biểu đồ 3.2
Biểu đồ so sánh năng lực đề xuất giải pháp của HS qua 2 chủ đề
83
Biểu đồ 3.3
Thực hiện giải pháp giải quyết vấn đề của HS qua 2 chủ đề
84
Biểu đồ 3.4
Đánh giá việc giải quyết vấn đề của HS qua 2 chủ đề
84
Biểu đồ 3.5
Năng lực phát hiện vấn đề mới của HS qua 2 chủ đề
84
1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Nền kinh tế của thế kỉ 21 với đặc trƣng nổi bật là sự phát triển của Công nghệ
và nền tảng là nền kinh tế dựa trên tri thức và công nghệ. Điều này đặt ra cho ngành
giáo dục nhiệm vụ cần chuẩn bị nguồn nhân lực có chất lƣợng về Khoa học, Cơng
nghệ, Kĩ thuật và Toán học, làm tiền đề cho sự phát triển khoa học công nghệ, nâng
cao sức cạnh tranh của nền kinh tế, đáp ứng với nhu cầu hội nhập ngày càng cao của
mỗi quốc gia, dân tộc. Cho đến nay đã có rất nhiều quốc gia trên thế giới quan tâm
thúc đẩy giáo dục STEM ở mọi cấp độ trong đó có Việt Nam.
Để thích ứng, Thủ tƣớng chính phủ đã ra Chỉ thị số 16/CT-TTg, ngày 4/5/2017
về tăng cƣờng năng lực tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tƣ, trong đó có
nhấn mạnh đến việc triển khai giáo dục STEM trong giáo dục phổ thông. chuẩn bị điều
kiện đào tạo nhân lực đáp ứng yêu cầu của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4.
Trong giai đoạn vừa qua, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã triển khai nhiều hoạt động
để thực hiện đổi mới giáo dục theo hƣớng phát triển năng lực, phẩm chất của ngƣời
học. Chƣơng trình giáo dục phổ thơng 2018 xác định giáo dục STEM là một giải pháp
quan trọng, thông qua dạy học tích hợp liên mơn, vận dụng kiến thức giải quyết vấn đề
thực tiễn…Đó là những tiền đề tốt để triển khai chƣơng trình giáo dục phổ thơng 2018
nói chung, thúc đẩy giáo dục STEM trong trƣờng phổ thơng nói riêng.
Trong dạy học, mơn Vật lí có nhiều cơ hội để tổ chức dạy học theo phƣơng thức
STEM ở nhiều mức độ khác nhau, từ việc bƣớc đầu trải qua các công việc nghiên cứu
đền mức độ nghiên cứu các đề tài khoa học có ý nghĩa.
Chủ đề “Vật lí nhiệt” có các kiến thức liên quan đến sự biến đổi các thể của
chất, định luật 1 nhiệt động lực học có nhiều ứng dụng trong thực tiễn. Các nội dung
của chủ đề đƣợc đề cập ở lớp 10, chƣơng trình hiện hành và ở lớp 12 chƣơng trình
GDPT mới 2018. Nội dung của chủ đề tạo nhiều cơ hội để xây dựng các bài học
STEM ở nhiều mức độ khác nhau.
Với những lý do chúng tôi lựa chọn đề tài nghiên cứu là: Tổ chức dạy học chủ
đề “Vật lí nhiệt”-Vật lí 12 (CT GDPT 2018) theo định hƣớng giáo dục STEM.
2. Tổng quan vấn đề nghiên cứu
Ngày 4/5/2017, Thủ tƣớng Chính phủ đã ban hành Chỉ thị số 16/CT-TTg về
2
việc tăng cƣờng năng lực tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tƣ. Một trong
các giải pháp mà Chỉ thị của Thủ tƣớng đề ra nhằm thúc đẩy giáo dục STEM tại Việt
Namlà: “Thay đổi mạnh mẽ các chính sách, nội dung, phương pháp giáo dục và dạy
nghề nhằm tạo ra nguồn nhân lực có khả năng tiếp nhận các xu thế cơng nghệ sản
xuất mới, trong đó cần tập trung vào thúc đẩy đào tạo về khoa học, cơng nghệ, kĩ thuật
và tốn học (STEM), ngoại ngữ, tin học trong chương trình giáo dục phổ thơng”. Chỉ
thị cũng giao nhiệm vụ cho Bộ Giáo dục và Đào tạo“thúc đẩy triển khai giáo dục về
khoa học, công nghệ, kĩ thuật và tốn học (STEM) trong chương trình giáo dục phổ
thơng; tổ chức thí điểm tại một số trường phổ thông ngay từ năm học 2017 - 2018…”.
Với việc ban hành Chỉ thị trên, Việt Nam chính thức ban hành chính sách thúc đẩy
giáo dục STEM trong chƣơng trình giáo dục phổ thông.
STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công
nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học), thƣờng đƣợc sử dụng khi
bàn đến các chính sách phát triển về Khoa học, Cơng nghệ, Kĩ thuật và Toán học của
mỗi quốc gia. Theo Chƣơng trình giáo dục phổ thơng 2018 [1]: “Giáo dục STEM là
mơ hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp học sinh áp dụng các kiến thức
khoa học, cơng nghệ, kĩ thuật và tốn học vào giải quyết một số vấn đề thực tiễn trong
bối cảnh cụ thể”.[số thứ tự tài liệu trích dân chứ khơng ghi chú thích thế này]1
Thực hiện Chỉ thị số 16/CT-TTg, ngành giáo dục và đào tạo đã thực hiện nhiều
giải pháp nhằm thúc đẩy đào tạo về khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học ở tất cả
các bậc học, ngành học. Đối với giáo dục trung học, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã chỉ
đạo các địa phƣơng triển khai hoạt động nghiên cứu khoa học của học sinh trung học
cơ sở, trung học phổ thông và tổ chức Cuộc thi khoa học, kỹ thuật cấp quốc gia dành
cho học sinh trung học; tổ chức cuộc thi vận dụng kiến thức liên mơn để giải quyết
tình huống thực tiễn dành cho học sinh trung học; thí điểm mơ hình dạy học gắn với
sản xuất, kinh doanh và bảo vệ môi trƣờng tại địa phƣơng; hƣớng dẫn học sinh vận
dụng kiến thức liên môn vào giải quyết các vấn đề thực tiễn thông qua dạy học dựa
trên dự án, tổ chức các hoạt động trải nghiệm;... Những hoạt động trên đã góp phần đổi
mới phƣơng thức dạy học ở trƣờng trung học, góp phần bƣớc đầu triển khai giáo dục
STEM trong các nhà trƣờng.
1
Chương trình giáo dục phổ thơng ban hành theo Thông tư số 32/2018/TT-BGDĐT ngày 26/12/2018.
3
Bên cạnh đó, ngày 23/5/2018, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã ban hành Kế hoạch
số 333/KH-BGDĐT triển khai thí điểm giáo dục STEM trong giáo dục phổ thông ở 15
tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ƣơng với 60 trƣờng trung học cơ sở, trung học phổ
thông; Bộ cũng đã tổ chức Hội nghị đánh giá kết quả thí điểm vào tháng 6/2019 tại
thành phố Đà Nẵng. Trên cơ sở kết quả thí điểm thành cơng giáo dục STEM theo Kế
hoạch 333/KH-BGDĐT, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã ban hành Công văn số
3089/BGDĐT-GDTrH ngày 14/8/2020 [4] về việc triển khai thực hiện giáo dục STEM
trong giáo dục trung học. Cơng văn 3089 định hƣớng rõ 3 hình thức triển khai dạy học
phù hợp với điều kiện thực tiễn ở Việt Nam là: Dạy học STEM theo bài học gắn với
mơn học, thuộc các mơn: Tốn, Vật lí, Hóa học, Sinh học, Cơng nghệ, Tin học; tiếp
theo đó, dựa trên các bài học STEM , có thể tổ chức các hoạt động trải nghiệm STEM
dƣới dạng sinh hoạt câu lạc bộ. Hình thức và mức độ cao nhất là tổ chức nghiên cứu
khoa học với các đề tài có ý nghĩa thực tiễn và có tính mới, tính ứng dụng.
Trong vài năm trở lại đây, đã có rất nhiều nghiên cứu để triển khai giáo dục
STEM vào dạy học ở trƣờng phổ thông. Đặc biệt là theo định hƣớng của cơng văn
3089, đã có nhiều đề tài luận văn thạc sỹ vận dụng vào triển khai ở những nội dung cụ
thể của chƣơng trình các mơn học có liên quan, trong đó có mơn Vật lí ở trƣờng
THPT. Ví dụ: Tác giả Lê Quang (2019)-ĐHSP- ĐH Đà Nẵng với đề tài: Dạy học chủ
đề ” thiết kế máy quay li tâm làm khô quần áo” theo định hƣớng giáo dục STEM; tác
giả Chung Quang Tùng (2020) )-ĐHSP- ĐH Đà Nẵng với đề tài: Dạy học chủ đề
STEM ” Chế tạo máy bơm nƣớc tiện ích” trong dạy học vật lí 10; Tác giả Trần Thị
Hƣơng (2021)- ĐHSP Hà Nội với đề tài: Thiết kế chế tạo bộ dụng cụ dùng trong dạy
học STEM chủ đề ” Chuyển động tròn”- Vật lí 10 chƣơng trình 2018....Tuy vậy, do
chƣơng trình mới đang tiếp tục triển khai, nên rất cần tiếp tục có các nghiên cứu để
triển khai giáo dục STEM với các chủ đề dạy học khác. Chúng tôi xác định, chủ đề ”
Vật lí nhiệt” có nhiều cơ hội cho việc triển khai dạy học theo định hƣớng STEM tại
Việt Nam do nội dung này có nhiều kiến thức gắn với thực tiễn. Các thiết bị sử dụng
trong dạy học lại gần gũi, dễ kiếm. Và hiện chƣa có đề tài nào nghiên cứu triển khai
dạy học STEM với chủ đề ” Vật lí nhiệt”. Vì vậy, nghiên cứu của chúng tôi xác định là
”Tổ chức dạy học chủ đề “Vật lí nhiệt”-Vật lí 12 (CT GDPT 2018) theo định hướng
giáo dục STEM. Các câu hỏi nghiên cứu được xác định là:
4
Cơ sở của dạy học STEM trong phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học
sinh trong học tập mơn Vật lí là gì?
Nội dung “ Vật lí nhiệt” có thể xây dựng đƣợc các chủ đề bài học hoặc hoạt
động trải nghiệm STEM thế nào?
3. Mục tiêu nghiên cứu
Xây dựng một số bài học và hoạt động trải nghiệm STEM chủ đề “Vật lí
nhiệt” để sử dụng trong dạy học Vật lí ở trƣờng THPT nhằm phát triển năng lực giải
quyết vấn đề của học sinh.
4. Giả thuyết khoa học của đề tài
Nếu lựa chọn và tổ chức đƣợc một số bài học và hoạt động trải nghiệm STEM
trong dạy học chủ đề “Vật lí nhiệt”, trong đó tạo điều kiện và cơ hội để HS giải quyết
các vấn đề gắn với thực tiễn cuộc sống, thì có thể góp phần phát triển đƣợc năng lực
giải quyết các vấn đề của học sinh.
5. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
a. Đối tƣợng nghiên cứu Việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh
thông qua thực hiện các bài học và hoạt động trải nghiệm STEM chủ đề“Vật lí nhiệt”
b. Phạm vi nghiên cứu: Quá trình dạy học nội dung “Nội năng. Định luật 1 của
nhiệt động lực học”
6. Nhiệm vụ nghiên cứu
Để đạt đƣợc mục tiêu nghiên cứu trên, chúng tôi nhận thấy cần thực hiện đƣợc
một số nhiệm vụ sau:
6.1. Nghiên cứu cơ sở lý luận về dạy học phát triển năng lực; về năng lực giải
quyết vấn đề
6.2. Nghiên cứu về dạy học STEM và việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề
trong dạy học STEM.
6.3. Nghiên cứu cơ sở thực tiễn: Điều tra thực trạng việc tổ chức dạy học STEM
6.4. Nghiên cứu mục tiêu dạy học môn khoa học tự nhiên; Chƣơng trình và
SGK hiện hành, chƣơng trình GD phổ thơng mới và các tài liệu tham khảo có liên
quan đến nội dung kiến thức “Vật lí nhiệt” chƣơng trình GDPT 2018, để xây dựng các
bài học và hoạt động trải nghiệm.
5
6.5. Xây dựng tiến trình dạy học một số bài học và hoạt động trải nghiệm
STEM trong chủ đề “Vật lí nhiệt”
6.6. Tiến hành thực nghiệm sƣ phạm.
7. Phƣơng pháp nghiên cứu
7.1. Phương pháp nghiên cứu lý luận
- Nghiên cứu các văn kiện của Đảng, các chỉ thị của Bộ Giáo dục và Đào tạo,
sách, bài báo tạp chí chuyên ngành về dạy học và đổi mới phƣơng pháp dạy học hiện
nay ở trƣờng phổ thông.
- Nghiên cứu cơ sở lý luận về giáo dục STEM và kiểm tra đánh giá theo định
hƣớng phát triển năng lực giải quyết vấn đềcủa học sinh.
- Nghiên cứu nội dung chƣơng trình, SGK, sách giáo viên và các tài liệu tham
khảo để xác định đƣợc các đặc điểm và mục tiêu dạy học chủ đề “Phƣơng trình trạng
thái” – Vật lí 12 (CT GDPT 2018).
7.2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn
Tìm hiểu việc dạy thông qua phỏng vấn, trao đổi với giáo viên và việc học thông
qua trao đổi với học sinh, đồng thời sử dụng phiếu khảo sát nhằm đánh giá tình hình
dạy học chủ đề “Cơ sở của nhiệt động lực học” – Vật lí 10 (CT GDPT hiện hành), cụ thể là:
- Tìm hiểu những khó khăn của giáo viên khi dạy học chủ đề “Cơ sở của nhiệt
động lực học”– Vật lí 10 (CT GDPT hiện hành).
- Tìm hiểu những vƣớng mắc mà học sinh gặp phải khi học chủ đề “Cơ sở của
nhiệt động lực học” – Vật lí 10 (CT GDPT hiện hành).
- Đánh giá thực trạng năng lực giải quyết vấn đề của học sinh.
- Tiến hành thực nghiệm sƣ phạm để đánh giá hiệu quả của đề tài.
7.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm
Tiến hành thực nghiệm sƣ phạm để kiểm tra giả thuyết khoa học của đề tài.
7.4. Phương pháp thống kê toán học
Xử lí các số liệu thu đƣợc từ thực nghiệm sƣ phạm.
8. Dự kiến kết quả đạt đƣợc
- Xác định cơ sở lý luận của việc tổ chức dạy học STEM nhằm phát triển năng lực
giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học vật lí lớp 12 - chƣơng trình GDPT 2018
- Xây dựng một số tiến trình bài học và hoạt động trải nghiệm STEM gắn với
chủ đề “ Vật lí nhiệt”
6
- Đóng góp vào xu thế triển khai dạy học STEM vào thực tế.
- Có thể sửa dụng làm tài liệu tham khảo cho giáo viên các trƣờng THPT.
9. Bố cục của luận văn/cấu trúc luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận chung và tài liệu tham khảo, luận văn có cấu trúc
3 chương:
Chƣơng 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn của việc phát triển năng lực giải quyết vấn
đề của học sinh trong dạy học STEM
chƣơng 2: Xây dựng kế hoạch dạy học stem chủ đề “Vật lí nhiệt”nhằm phát
triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh
Chƣơng 3: Thực nghiệm sƣ phạm
7
Chƣơng 1
CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC PHÁT TRIỂN NĂNG
LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC STEM
1.1. Giáo dục STEM trong trƣờng trung học phổ thông
1.1.1. Khái niệm về giáo dục STEM.
STEM là viết tắt của các từ tiếng anh Science (Khoa học), Technology (Cơng
nghệ), Engineering (Kỹ thuật), Math (Tốn). Thuật ngữ STEM đƣợc dùng trong hai
ngữ cảnh khác nhau đó là ngữ cảnh nghề nghiệp và ngữ cảnh giáo dục.
Trong phạm vi đề tài, chúng tôi quan tâm đến ngữ cảnh giáo dục của thuật ngữ
STEM, tức là nhấn mạnh đến sự quan tâm của nền giáo dục đối với các môn học Khoa
học, Cơng nghệ, Kỹ thuật và Tốn học.
Giáo dục STEM là một cách tiếp cận liên ngành trong quá trình học, trong đó
các khái niệm học thuật mang tính nguyên tắc đƣợc lồng ghép với các bài học trong
thế giới thực, ở đó học sinh áp dụng các kiến thức trong khoa học, cơng nghệ, kỹ thuật
và tốn học vào các bối cảnh cụ thể, giúp kết nối giữa trƣờng học, cộng đồng, nơi làm
việc và các tổ chức tồn cầu để từ đó phát triển các năng lực trong lĩnh vực STEM và
khả năng cạnh tranh trong nền kinh kế mới (Theo Hiệp hội các Giáo viên dạy khoa học
Mỹ-NSTA).
Trong phạm vi đề tài, chúng tôi sử dụng khái niệm giáo dục STEM theo chƣơng
trình giáo dục phổ thông tổng thể 2018 của Việt Nam [1]: “Giáo dục STEM: là mơ
hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp học sinh áp dụngcác kiến thức
khoahọc, công nghệ, kĩ thuật và toán học vào giải quyết một số vấn đề thực tiễn trong
bối cảnh cụ thể.”
1.1.2. Mục tiêu của giáo dục STEM
Dựa trên những nghiên cứu về giáo dục STEM, mục tiêu của giáo dục STEM
gồm những nội dung cơ bản sau [4]:
- Phát triển các năng lực đặc thù của các môn học về STEM cho học sinh: Chú
trọng phát triển những kiến thức, kỹ năng liên quan đến các môn Khoa học, Công
nghệ, Kỹ thuật, Toán. Hơn nữa, phải biết vận dụng phối hợp các kiến thức, kỹ năng để
giải quyết các vấn đề thực tiễn.
8
- Phát triển năng lực cốt lõi cho học sinh: Bên cạnh những hiểu biết về lĩnh vực
Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học, giáo dục STEM trang bị cho học sinh
những kỹ năng phù hợp để đáp ứng yêu cầu mang tính thách thức trong thế kỉ 21.
- Định hướng nghề nghiệp cho học sinh: Giáo dục STEM tạo điều kiện cho học
sinh có những kiến thức, kỹ năng nền tảng cho việc học tập ở các bậc học cao hơn
cũng nhƣ cho nghề nghiệp tƣơng lai của các em, góp phần đào tạo ra nguồn nhân lực
chất lƣợng cho xã hội, đặc biệt là đối với các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM.
1.1.3. Tiêu chí của chủ đề giáo dục STEM
Để xây dựng chủ đề giáo dục STEM cần dựa trên bốn tiêu chí cơ bản [4]:
- Hƣớng tới giải quyết các vấn đề trong thực tiễn, các tình huống xã hội, kinh
tế, mơi trƣờng trong cộng đồng địa phƣơng hay toàn cầu.
- Hƣớng tới việc học sinh vận dụng các kiến thức trong lĩnh vực STEM để giải
quyết vấn đề.
- Định hƣớng thực hành nhằm hình thành và phát triển năng lực kết hợp lý
thuyết cho học sinh.
- Khuyến khích làm việc nhóm giữa các học sinh.
1.1.4. Quy trình thiết kế chủ đề giáo dục STEM
Dựa trên mục tiêu giáo dục STEM và các tiêu chí của chủ đề STEM, quy trình
thiết kế chủ đề giáo dục STEM đƣợc thực hiện theo sơ đồ nhƣ hình 1.1 [4]:
Vấn đề
thực
tiễn
Ý tƣởng
chủ đề
STEM
Xác định
kiến thức
STEM
cần giải
quyết
Xác định
mục tiêu
chủ đề
STEM
Xây dựng bộ
câu hỏi định
hƣớng chủ đề
STEM
Sơ đồ 1.1. Quy trình thiết kế chủ đề giáo dục STEM
1.1.5. Dạy học các môn khoa học theo phương thức giáo dục STEM
Mỗi bài học STEM đƣợc tổ chức theo 5 hoạt động sau [4] :
Hoạt động 1: Xác định vấn đề
Trong hoạt động này giáo viên giao cho học sinh nhiệm vụ chứa đựng vấn đề,
trong đó học sinh phải hồn thành một sản phẩm cụ thể với các tiêu chí địi hỏi học
sinh phải sử dụng các kiến thức mới trong bài học để đề xuất, xây dựng giải pháp và
9
thiết kế nguyên mẫu của sản phẩm cần hoàn thành. Tiêu chí của sản phẩm là yêu cầu
hết sức quan trọng, bởi đó chính là “tính mới” của sản phẩm, kể cả sản phẩm đó là
quen thuộc với học sinh; đồng thời, tiêu chí đó giúp học sinh nắm vững kiến thức mới
thiết kế và giải thích đƣợc thiết kế cho sản phẩm cần làm.
- Mục tiêu: Xác định tiêu chí sản phẩm; phát hiện vấn đề/ nhu cầu.
- Nội dung: Tìm hiểu về hiện tƣợng, sản phẩm, cơng nghệ; đánh giá về hiện
tƣợng, sản phẩm, công nghệ…
- Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh: Các mức độ hồn thành nội dung
(Ghi chép thơng tin về hiện tƣợng, sản phẩm, công nghệ; đánh giá, đặt câu hỏi về hiện
tƣợng, sản phẩm, công nghệ).
- Kỹ thuật tổ chức hoạt động:Giáo viên giao nhiệm vụ (nội dung, phƣơng tiện,
cách thực hiện, yêu cầu sản phẩm phải hoàn thành); Học sinh thực hiện nhiệm vụ (qua
thực tế, tài liệu, video; cá nhân hoặc nhóm); Báo cáo, thảo luận (thời gian, địa điểm,
cách thức); Phát hiện, phát biểu vấn đề (giáo viên hỗ trợ).
Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp
Học sinh thực hiện hoạt động học tích cực, tự lực dƣới sự hƣớng dẫn của giáo
viên.Học sinh tự tìm tịi, chiếm lĩnh kiến thức để sử dụng vào việc đề xuất, thiết kế sản
phẩm cần hoàn thành. Kết quả là khi học sinh hoàn thành bản thiết kế thì đồng thời
học sinh cũng đã có đƣợc kiến thức mới theo chƣơng trình mơn học tƣơng ứng.
- Mục tiêu: Hình thành kiến thức mới và đề xuất giải pháp.
- Nội dung: Nghiên cứu nội dung sách giáo khoa, tài liệu, thí nghiệm để tiếp
nhận, hình thành kiến thức mới và đề xuất giải pháp/ thiết kế.
- Dự kiến sản phẩm của học sinh: Các mức độ hoàn thành của học sinh (Xác định
và ghi đƣợc thông tin, dữ liệu, giải thích, kiến thức mới, giải pháp/ thiết kế).
- Cách thức tổ chức hoạt động: Giáo viên giao nhiệm vụ (Nêu rõ nhiệm vụ
đọc/nghe/nhìn/làm để xác định và ghi đƣợc thơng tin, dữ liệu, giải thích, kiến thức
mới); Học sinh nghiên cứu sách giáo khoa, tài liệu, làm thí nghiệm (cá nhân hoặc
nhóm); Báo cáo, thảo luận; Giáo viên điều hành, “chốt” kiến thức mới + hỗ trợ học
sinh đề xuất giải pháp/ thiết kế mẫu thử nghiệm.
Hoạt động 3: Lựa chọn giải pháp
Học sinh đƣợc tổ chức để trình bày, giải thích và bảo vệ thiết kế của mình kèm
10
theo thuyết minh (sử dụng kiến thức mới, kiến thức đã có); đó là sự thể hiện cụ thể giải
pháp giải quyết vấn đề. Dƣới sự trao đổi, đóng góp ý kiến của các bạn và giáo viên,
học sinh tiếp tục hồn thiện (có thể thay đổi bản thiết kế để đảm bảo tính khả thi) bản
thiết kế trƣớc khi chế tạo, thử nghiệm.
- Mục đích: Lựa chọn giải pháp/bản thiết kế.
- Nội dung: Trình bày giải thích bảo vệ giải pháp/thiết kế để lựa chọn và hoàn thiện.
- Dự kiến sản phẩm của học sinh: Giải pháp/bản thiết kế đƣợc lựa chọn/hoàn thiện.
- Cách thức tổ chức hoạt động: Giáo viên giao nhiệm vụ (Nêu rõ yêu cầu học
sinh trình bày, báo cáo, giải thích, bảo vệ giải pháp/thiết kế); Học sinh báo cáo, thảo
luận; Giáo viên điều hành, nhận xét, đánh giá + hỗ trợ học sinh lựa chọn giải
pháp/thiết kế mẫu thử nghiệm.
Hoạt động 4: Chế tạo mẫu, thử nghiệm, đánh giá
Học sinh tiến hành chế tạo mẫu, thử nghiệm theo bản thiết kế đã hoàn thành sau
3 bƣớc ở trên, trong quá trình chế tạo đồng thời phải tiến hành thử nghiệm và đánh giá.
Trong quá trình này học sinh có thể phải điều chỉnh bản thiết kế ban đầu để đảm bảo
mẫu chế tạo là khả thi.
- Mục đích: Chế tạo và thử nghiệm mẫu thiết kế.
- Nội dung: Lựa chọn dụng cụ/thiết bị thí nghiệm; chế tạo theo mẫu thiết kế, thử
nghiệm và điều chỉnh.
- Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh:Dụng cụ/thiết bị/mơ hình/đồ
vật,…đã chế tạo, thử nghiệm và đánh giá.
- Cách thức tổ chức hoạt động:Giáo viên giao nhiệm vụ (lựa chọn dụng cụ/thiết
bị thí nghiệm để chế tạo, lắp ráp,…); Học sinh thực hành chê tạo, lắp ráp và thử
nghiệm; Giáo viên hỗ trợ học sinh trong quá trình thực hiện.
Hoạt động 5: Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh
Học sinh đƣợc tổ chức để trình bày sản phẩm đã hoàn thành; trao đổi, thảo luận,
đánh giá để tiếp tục hồn thiện sản phẩm.
- Mục đích: Trình bày, chia sẽ, đánh giá sản phẩm nghiên cứu.
- Nội dung: Trình bày và thảo luận.
- Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh: Dụng cụ/thiết bị/mơ hình/đồ vật,…đã
chế tạo đƣợc và bài trình bày báo cáo.
11
- Cách thức tổ chức hoạt động: Giáo viên giao nhiệm vụ (Mơ tả rõ u cầu và sản
phẩm trình bày); Học sinh báo cáo, thảo luận (bài báo cáo, trình chiếu, video dụng cụ/thiết
bị/mơ hình/đồ vật đã chế tạo,…) theo các hình thức phù hợp (trƣng bày, triển lãm, sân khấu
hóa,…); Giáo viên đánh giá, kết luận, cho điểm và định hƣớng tiếp tục hoàn thiện.
1.2. Dạy học phát triển năng lực giải quyết vấn đề (GQVĐ)
1.2.1. Khái niệm năng lực
Theo tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế Thế giới OECD: Năng lực là khả năng
đáp ứng một cách hiệu quả những yêu cầu phức hợp trong một bối cảnh cụ thể.
Trong chƣơng trình GDPT – Chƣơng trình tổng thể năm 2018 đã xác định:
Năng lực: là thuộc tính cá nhân đƣợc hình thành, phát triển nhờ tố chất sẵn có và q
trình học tập, rèn luyện, cho phép con ngƣời huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng và
các thuộc tính cá nhân khác nhƣ hứng thú, niềm tin, ý chí,... thực hiện thành cơng một loại
hoạt động nhất định, đạt kết quả mong muốn trong những điều kiện cụ thể.
Năng lực cốt lõi: là năng lực cơ bản, thiết yếu mà bất kì ai cũng cần phải có để sống,
học tập và làm việc hiệu quả.
Chƣơng trình giáo dục phổ thơng hình thành và phát triển cho học sinh những năng
lực cốt lõi sau:
Những năng lực chung: đƣợc hình thành, phát triển thơng qua tất cả các môn học và
hoạt động giáo dục: năng lực tự chủ và tự học, năng lực giao tiếp và hợp tác, năng lực giải
quyết vấn đề và sáng tạo;
Những năng lực đặc thù: đƣợc hình thành, phát triển chủ yếu thông qua một số môn
học và hoạt động giáo dục nhất định: năng lực ngôn ngữ, năng lực tính tốn, năng lực khoa
học, năng lực cơng nghệ, năng lực tin học, năng lực thẩm mĩ, năng lực thể chất.
Bên cạnh việc hình thành, phát triển các năng lực cốt lõi, chƣơng trình giáo dục phổ
thơng cịn góp phần phát hiện, bồi dƣỡng năng khiếu của học sinh.
Các quan điểm của các tác giả đƣa ra đều có chung nhận định là: Năng lực là
khả năng cá nhân trong việc tổng hợp kiến thức, kĩ năng, thái độ để thực hiện thành
cơng một nhiệm vụ nào đó trong một bối cảnh xác định, năng lực không phải là một
thuộc tính đơn nhất mà nó là khả năng kết hợp linh hoạt các kiến thức, kĩ năng với thái
độ, tình cảm, giá trị và động cơ cá nhân.
12
Đặc trƣng của năng lực của mỗi HS đƣợc hình thành bộc lộ qua các hành động.
Chính vì thế với mỗi HS, năng lực đƣợc hình thành sẽ có sự khác biệt nhất định phụ
thuộc vào nội dung chƣơng trình, hình thức dạy học, phƣơng pháp dạy học... Năng lực
đƣợc hình thành thơng qua các hoạt động nên trong q trình dạy học để phát triển
năng lực của HS thì việc xây dựng các hoạt động học là vô cùng cần thiết.
1.2.2. Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề
Theo GS.TS Đỗ Hƣơng Trà: “Năng lực giải quyết vấn đề của học sinh đƣợc
hiểu là sự huy động tổng hợp kiến thức, kĩ năng, thái độ, xúc cảm, động cơ của học
sinh đó để giải quyết các tình huống thực tiễn trong bối cảnh cụ thể mà các giải pháp
không có sẵn ngay lập tức”[15]
Cấu trúc và các biểu hiện hành vi của năng lực giải quyết vấn đề
Năng lực giải quyết vấn đề của học sinh đƣợc thể hiện thơng qua những hoạt
động trong q trình giải quyết vấn đề. Phân tích cấu trúc của năng lực giải quyết vấn
đề qua tiến trình dạy học GQVĐ có thể thấy có 4 thành tố sau:[15]
Năng lực tìm hiểu vấn đề: Nhận biết, phát hiện vấn đề, xác định đƣợc những
thông tin đã cho, thơng tin cần tìm. Ngƣời giải quyết vấn đề tốt là ngƣời biết tìm hiểu
các sự kiện và mối quan hệ trong vấn đề một cách đầy đủ, chính xác.
Năng lực đề xuất giải pháp GQVĐ: Phân tích, sắp xếp, kết nối các thơng tin với
kiến thức đã biết và đƣa ra giải pháp, lựa chọn giải pháp tốt nhất để GQVĐ. Năng lực
này bao gồm mô tả vấn đề bằng ngơn ngữ vật lí, thiết lập mối quan hệ giữa các đại
lƣợng để giải quyết tình huống.
Năng lực thực hiện giải pháp GQVĐ: Thực hiện giải pháp, điều chỉnh giải pháp
cho phù hợp với thực tiễn khi có sự thay đổi.
Năng lực đánh giá và phản ánh giải pháp, xây dựng vấn đề mới: Đánh giá giải
pháp đã thực hiện và vấn đề đặt ra; phản ánh giá trị của giải pháp, xác nhận những
kiến thức và kinh nghiệm.
Nhƣ vậy, năng lực giải quyết vấn đề gồm 4 thành tố, mỗi thành tố gồm một số
hành vi sẽ đƣợc hình thành khi học sinh làm việc độc lập hoặc khi làm việc nhóm
trong q trình giải quyết vấn đề đƣợc thể hiện cụ thể qua bảng sau:
