Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Khoa học giáo dục: Tổ chức dạy học chủ đề STEM Robotics nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh Trung học cơ sở

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

LÊ HẢI MỸ NGÂN

TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ
STEM ROBOTICS NHẰM PHÁT TRIỂN
NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
CỦA HỌC SINH TRUNG HỌC CƠ SỞ

Chuyên ngành: LÍ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC BỘ MƠN VẬT LÍ
Mã số: 9.14.01.11

TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

HÀ NỘI - 2022

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI


2

Người hướng dẫn khoa học:
PGS.TS Nguyễn Văn Biên (Trường Đại học Sư phạm Hà Nội)
PGS.TS Nguyễn Đông Hải (Đại học Tennessee Wesleyan)

Phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Thị Nhị, Trường Đại học Vinh
Phản biện 2: TS. Cao Tiến Khoa, Trường ĐHSP – Đại học Thái Nguyên
Phản biện 3: PGS.TS. Lê Thị Thu Hiền, Trường Đại học giáo dục – ĐHQG
Hà Nội

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp
tại
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội vào hồi …..giờ … ngày … tháng…
năm…

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
Thư viện Quốc Gia, Hà Nội
Thư viện Trường Đại học Sư phạm Hà Nội


DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
1. Ngan, L. H. M., Hien, N. Van, Hoang, L. H., Hai, N. D., Bien, N. Van, Minh, H. C., Nam,
V., Nam, V., Nam, V., Nam, V., & Nam, V. (2020). Exploring Viet namese Students ’
Participation and Perceptions of Science Classroom Environment in STEM Education
Context.
Jurnal
Penelitian
Dan
Pembelajaran
IPA,
6(1),
73–86.
/>2. Lê Hải Mỹ Ngân, Nguyễn Văn Biên (2020). Xây dựng khung năng lực giải quyết vấn đề
trong giáo dục khoa học robot của học sinh trung học cơ sở. Tạp chí Khoa học Trường
Đại học Sư phạm Hà Nội65(7), 184–196.
/>3. Nguyen, H. N., Le, X. Q., Nguyen, V. H., Nguyen, V. B., Nguyen, T. T. T., Thai, H. M.,
&Le, H. M. Ngan (2020). Transformative Perceptions of In-Service Teachers towards
STEM Education: The Vietnamese Case Study. Voprosy Obrazovaniya / Educational
Studies Moscow, 2, 204–229. />4. Lê Hải Mỹ Ngân, Nguyễn Thanh Tú, Mai Thị Kim Ngọc, Đặng Đông Phương, Vũ Quốc

Thắng, và Nguyễn Văn Biên (2020). Một số yếu tố ảnh hưởng hứng thú đối với lĩnh vực
Robotics của học sinh một số trường THCS tại TP Hồ Chí Minh. Tạp Chí Khoa học
Trường
ĐH
Sư
Phạm
Tp.HCM,
8,
1337–1350.
/>5. Lê Hải Mỹ Ngân, Nguyễn Thị Minh Thảo (2020). Thiết kế tổ chức dạy học chủ đề
STEM Hệ thống cấp nước tự động đơn giản theo quy trình dạy học 6E chương trình
trung học cơ sở. Tạp Chí Khoa học Trường ĐH Sư Phạm Tp.HCM, 17(2).
/>6. Lê Hải Mỹ Ngân, Nguyễn Trúc Vy (2021). Thói quen tham gia lớp học bằng ngôn ngữ
nói của học sinh trung học cơ sở trong môn khoa học. Tạp Chí khoa học Trường ĐH Sư
Phạm
Tp.HCM,
18(2),
321–
330. />7. Đặng Đông Phương, Lê Hải Mỹ Ngân (2021). Thiết kế tổ chức dạy học chủ đề STEM
robot hút bụi đơn giản theo quy trình thiết kế kĩ thuật cho học sinh trung học cơ sở. Tạp
Chí khoa học Trường ĐH Sư Phạm Tp.HCM, 18(8), 1495–1508.
/>8. Ngan, L. H. M., Khoa, N. D., Ky, N. T. A., Anh, N. T. K., & Bien, N. Van. (2021).
Exploring Perspective of Teachers on STEM - Robotics Education in Some High
Schools in Ho Chi Minh city - Vietnam. The 4th International Annual Meeting on STEM
Education (IAMSTEM 2021), National Taiwan Normal University.
9. Lê Hải Mỹ Ngân, Nguyễn Văn Biên, Nguyễn Đơng Hải (2021). Tích hợp khoa học, cơng
nghệ, kĩ thuật và toán trong chủ đề trải nghiệm STEM robotics cho học sinh trung học.
Hội Nghị Giảng Dạy Vật Lí Tồn Quốc Lần Thứ 5, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội.
10.Thang Vu Quoc, Dong-Phuong Dang, Ngan Le Hai My (2021), Designing STEM
Robotics topic Fire alarm system for 8 th-grade students to enhance students’ problemsolving competence, The 2nd International Conference on Innovations in Learning

Instruction and Teacher Education (ILITE 2021), Hanoi National University of Education,
2021.
CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
1. Lê Hải Mỹ Ngân (chủ nhiệm đề tài), Vận dụng quy trình dạy học 6E vào thiết kế một
số chủ đề theo định hướng STEM trong chương trình THCS, Đề tài Nghiên cứu khoa
học cấp cơ sở mã số CS.2018.19.56 (đã nghiệm thu).
2. Lê Hải Mỹ Ngân (chủ nhiệm đề tài), Nghiên cứu thực trạng dạy học theo định hướng
STEM lĩnh vực robotics ở Việt Nam và thế giới, Đề tài Nghiên cứu khoa học cấp cơ sở
mã số CS.2019.19.46 (đã nghiệm thu).


4
MỞ ĐẦU
Lí do chọn đề tài
Theo Bybee (2013), một chương trình GDSTEM trong nhà trường chưakhả thi, nên
cácchủ đề tích hợp STEM là định hướng được quan tâm. Hiện nay, roboticslà một chủ đề
thực tiễnđược nhiều nhà nghiên cứu quan tâm và nhận định là lĩnh vực có tiềm năng để
thực hiệnGDSTEM trong nhà trường. Theo Khine (2017), GDSTEMrobotics tạo môi
trườngcho HS thiết kế, chế tạo và vận hành sản phẩm robot để giải quyết vấn đề (GQVĐ).
Do đặc trưng gắn liền với công nghệ máy tính, TDMT cũng là một kết quả được ghi nhận
trong các nghiên cứu GD STEM robotics, với quan điểm là một phương thức để GQVĐ.
Việc tổ chứcGD STEM robotics dựa trênTDMTcó thể góp phần phát triển NL GQVĐ.
Ở Việt Nam, GD STEM được định nghĩa trong CTGDPT2018 và được đề cập trong
các chương trình các mơn Tốn, Khoa học, Tin học và Công nghệ.CTGDPT 2018đẩy
mạnh chương trìnhmôn công nghệ và tin học với mục tiêu bồi dưỡngnăng lựctiếp cận
công nghệ hiện đạicủa HS, làđiều kiện phù hợp đểthực hiệnGD STEM robotics.Để hướng
dẫn thực hiện GDSTEM trong nhà trường, công văn 3089/GDĐTTrH đượcban hành đã
làm rõba hình thức triển khai GD STEM trong nhà trường, trong đó, hoạt động trải nghiệm
là hình thức phù hợp để triển khai GD STEM robotics trong nhà trường.
Đề tài nhằm làm rõ cơ sở lí luận vềGD STEM robotics, đề xuất một cơ sở lí thuyết

cho việcthực hiệnGD STEM robotics dưới hình thức các chủ đề cho HS THCS nhằm bồi
dưỡng NLGQVĐtrong GD STEM robotics.
Mục đich nghiên c
́
ứu
Xác định cơ sở lí luận và thực tiễn về GD STEM robotics, năng lực GQVĐ và đề xuất
quy trình xây dựng chủ đề và tiến trình tổ chức chủ đề STEM robotics trong nhà trường
nhằm bồi dưỡng năng lực GQVĐ trong GD STEM robotics của HS trung học cơ sở
(THCS).
Giả thuyết nghiên cưú
Nếu xác định được cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề trong giáo dục STEM
robotics, đề xuất quy trình xây dựng chủ đề cùng với tiến trình tổ chức chủ đề STEM
robotics dựa trên cơ sở lí luận GD STEM robotics, năng lực GQVĐ và cơ sở thực tiễn
đối vớ i GD STEM robotics và thực hiện tổ chức theo tiến trình đó thì có thể bời dưỡ ng
năng lực GQVĐ trong GD STEM robotics cho HS THCS.
Nhiêm vu nghiên c
̣
̣
ưú
- Tổng quan các nghiên cứu GD STEM robotics, GD STEM robotics trong giáo
dục vật lí, các nghiên cứu về năng lực GQVĐ trong GD STEM robotics.
- Hệ thống cơ sở lí luận về GD STEM robotics về khái niệm, vai trò, phân loại bộ
thiết bị robotics, phân loại hình thức tổ chức và các đặc trưng cơ bản.
- Khả o sá t thực trạng GD STEM robotics trong trườ ng trung học, cụ thể về thực
trạng tham gia hoạt động của HS; quan điểm của GV các môn học STEM và GV vật lí
đối với lĩnh vực.
- Đề xuất cấu trúc năng lực GQVĐ trong GD STEM robotics cho HS THCS, với
các chỉ số hành vi đặc trưng trong lĩnh vực và tiêu chí chất lượng phù hợp.
- Đề xuấ t quy trì nh xây dựng chủ đề STEM robotics nhằ m bồi dưỡng năng lực
GQVĐ trong GD STEM robotics, trong đó làm rõ định hướng tích hợp nội dung giáo

dục vật lí trong chủ đề STEM robotics.
- Đề xuất tiến trình tổ chức chủ đề STEM robotics nhằ m bồi dưỡng năng lực
GQVĐ STEM robotics cho HS THCS.
- Phân tích các môn học STEM trong CTGDPT 2018, đặc biệt là môn Khoa học tự
nhiên (KHTN) và bộ thiết bị vi điều khiển Arduino để định hướng xây dựng chủ đề
STEM robotics.
- Thự c nghiệ m sư phạ m (TNSP) đánh giá năng lực GQVĐ trong GD STEM
robotics của HS THCS thông qua tổ chứ c chủ đề STEM robotics đã xây dựng.
Đôi t
́ ượng va pham vi nghiên c
̀ ̣
ưú


5
Đối tượng nghiên cứu là việc bồi dưỡng năng lực GQVĐ trong GD STEM robotics
của HS.
Nghiên cứu thiết kế và tổ chức chủ đề STEM robotics cho HS THCSnhằmphát
triểnnăng lực GQVĐ trong GD STEM robotics. Đề tài thực hiện khảo sát GV và HS, cũng
như thực nghiệm với nhóm đối tượng HS THCS ở Tp.HCM.
Phương pháp nghiên cứu
Luận án sử dụng phối hợp các phương pháp nghiên cứu sau: nghiên cứu lí thuyết
(phân tích, tổng hợp; phân loại và hệ thống hóa lí thuyết); nghiên cứu thực tiễn dạy và học
(điều tra, phỏng vấn, quan sát); thực nghiệm sư phạm và phương pháp thống kê tốn học.
Đong gop m
́
́ ới cua ln an
̉
̣ ́
- Hệ thớng cơ sở lí luận về GD STEM robotics, năng lực GQVĐ, từ đó xác định cấu

trúc năng lực GQVĐ trong GD STEM robotics.
- Thực trạng về GD STEM robotics tại Tp.HCM thông qua kết quả khảo sát HS, khảo
sát GV STEM và phỏng vấn GV vật lí đối với lĩnh vực.
- Làm rõ quy trình xây dựng và tiến trình tổ chức chủ đề STEM robotics nhằm bồi
dưỡng năng lực GQVĐ trong GD STEM robotics.
- Định hướng lựa chọn và thiết kế một số chủ đề STEM robotics tích hợp trong
CTGDPT 2018, cụ thể môn Khoa học tự nhiên (chủ đề Năng lượng và sự biến đổi).
- TNSP bước đầu khẳng định hiệu quả của quy trình xây dựng và tiến trình tổ chức
chủ đề STEM robotics nhằm bồi dưỡng năng lực GQVĐ trong GD STEM robotics của HS.
TỔNG QUANVÂN ĐÊ NGHIÊN C
́
̀
ƯU
́
Nghiên cứu về giáo dục STEM lĩnh vựcrobotics
Jung (2018)chỉ ra haiquan điểm về vai trò của robotics trong giáo dục. Thứ nhất,
robotics là công cụ hỡ trợ dạy học các mơn vật lí, tốn,… . Thứ hai, robotics là chủ đề học
tập để HSkhám phá kiến thứcthông qua nhiệm vụ thiết kế, chế tạo robot để GQVĐ. Anwar
(2019) khẳng định GD STEM robotics trong và ngoài trường họcđều tác động tích cực với
HS về cả kiến thức và kĩ năng. Khine(2017) tổng hợp các bài báo về GD STEM robotics từ
2013 đến 2017 cho rằng việc thực hiệnGD STEM robotics trong nhà trường vẫn còn khó
khăn và đòi hỏi nghiên cứu sâu hơn.Các phương thức triển khai hoạt động STEM robotics
vẫn là hướng mở cần tiếp tục nghiên cứu.Một số nghiên cứu hiện naythực hiện theo
hướng xây dựng các khóa học tích hợp STEM robotics trong nhà trường. Chen (2018)
nghiên cứu cho HS lớp 10 thiết kế chế tạo thuyền tự vận hành thông qua khố học tích
hợp STEM robotics. Ching(2019)xây dựng chương trình STEM robotics theo dự án
nhằmnâng cao kết quả học của HS lớp 4-6. Ching (2019)cho rằng một chương trình tích
hợp STEM robotics giúp GV dễ dàng hơn khi tiếp cận và sử dụng, như nội dung bổ sung
vào các môn học STEM, đồng thời tạo cho HS cơ hội tiếp cậnrobotics.
GD STEM robotics ở Việt Nam đầu tiên xuất hiện tại các trung tâm ngồi nhà trường

hoặc các chương trình ngoài giờ trong nhà trường, đặc biệt với HS tiểu học và THCS…
Trong bối cảnh hiện tại, các nghiên cứu GD STEM robotics ở Việt Nam vẫn còn hạn chế.
Một số các hoạt động trải nghiệm chế tạo sản phẩm robot được tổ chức ghi nhận hiệu quả
làm tăng hứng thú của HS đối với lĩnh vực. Các nghiên cứu còn rời rạc, việc tìm hiểu một
quan điểm tiếp cận cho GD STEM robotics, và quy trình thiết kế các chủ đề và tiến trình
dạy học theo định hướng phát triển năng lực phù hợp cho HS cần được quan tâm làm rõ.
Tóm lại, GD STEM robotics làđịnh hướng mở trong nghiên cứu.Việc làm rõ cơ sở lí
thuyết cho việc thiết kế và tổ chức thực hiệnGD STEM robotics trong nhà trường góp
phần bồi dưỡng năng lựccủa HS là cần thiết trong bối cảnh giáo dục hiện nay.
Nghiên cứu về giáo dục STEM robotics tronggiáo dụcvật lí
Các nghiên cứu GD STEM robotics thể hiện 2 định hướng tích hợp trong giáo dục
vật lí: (1) robotics là cơng cụ hỗ trợdạy học vật lí và (2) GD vật lí lồng ghép trong chủ đề
STEM robotics.
- Theo định hướng thứ nhất, một số đặc điểm có thể ghi nhận: (1) mục tiêu dạy học
là mục tiêu đặc thù của các môn khoa học, nhằm hình thành và củng cố kiến thức khoa


6
học cho HS; (2) các bộ thiết bị Lego được sử dụng phổ biến nhằm đảm bảo độ chính xác
cao; (3) các hoạt động học tập hướng đến các nhiệm vụ khám phá kiến thức vật lí đơn lẻ;
(4) hoạt động sử dụng bộ cơng cụ để tìm hiểu, khám phá kiến thức vật lí có thể nhằm mục
đích cung cấp thơng tin cho q trình thiết kế một sản phẩm kĩ thuật.
- Theo hướng tiếp cận thứ hai, robotics là chủ đề học tậpđể HS hiểu về chính lĩnh
vực robotics. Theo Jung (2018), quan điểm này thể hiện sự giao thoa và đáp ứng các mục
tiêu của GD STEM tích hợp. Nhiều chương trình ngoại khóa đã được thực hiện theo chủ
đề STEM robotics chế tạo một sản phẩm cụ thể, thơng qua đó HS chiếm lĩnh các tri thức
khoa học liên quan. Một số nghiên cứu gần đây thiết kế các chủ đề hay khóa học ngắn
STEM robotics cho HS trong nhà trường, đặc biệt sử dụng các vi điều khiển mã nguồn
mở.
Tóm lại, mối liên hệ GD vật lí và GD STEM robotics là tương hỗ nhau. Tùy vào mục

tiêu dạy học, dạy học vật lí có thể là hoạt động trọng tâm và công cụ robotics là phương
tiện hỗ trợ, hoặc trong định hướng tích hợp, việc dạy học vật lí có thể lồng ghép trong q
trình giải quyết vấn đề STEM robotics thơng qua thiết kế chế tạo một sản phẩm thực.
Nghiên cứu về phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong giáo dục STEM robotics
Nhiều nghiên cứu cho thấy GD STEM roboticscó những tác động tích cực đối với NL
GQVĐ của HS.Priemer (2020) dựa trên mô hình GQVĐ của PISA 2013 kết hợp phân tích
các nghiên cứu về GQVĐ trong GD STEM đề x́t một khung lí thút GQVĐ tởng quát.
Bên cạnh đó, các nghiên cứu về GD STEM robotics phản ánh HS thường gặp trở ngại do
khoảng cách giữa sự kì vọng trong ý tưởng của HS với tính phức tạp của sản phẩm, và
việc GQVĐ cần có một số nền tảng kiến thức. Do đó, việc tác động bằng những hướng
dẫn phù hợp cho HS trong quá trình tư duy rất quan trọng nhằm nâng cao NL GQVĐ trong
GD STEM robotics, trong đó con đường GQVĐ trong GD STEM robotics phù hợp theo
quy trình thiết kế kĩ thuật kết hợp với sự hỗ trợ của máy tính.
Các nghiên cứu bồi dưỡng năng lực GQVĐ trong lĩnh vực STEM robotics đang được
tập trung ở khía cạnh lập trình và có liên hệ mật thiết với tư duy máy tính.Theo Shute
(2017), TDMT là mợt phương thức GQVĐ hiệu quảvới các giải pháp có thể vận dụng trong
các bối cảnh khác nhau.Theo Chevalier (2020), định hướng nghiên cứu TDMT trong GD
STEM roboticscần nhấn mạnh vào quá trình tư duy huy động kiến thức, kĩ năng để định
hướng giải pháp trước khi thực hiện thử nghiệm.Các kết quả nghiên cứu GD STEM robotics
nhằm bồi dưỡng TDMT cho thấy tiến trình hoạt động xây dựng trên nền tảng TDMT có thể hỗ
trợ cho việc thực hiện GD STEM robotics một cách hiệu quả.
Dựa trên tổng quan nghiên cứu về GD STEM robotics, chúng tôi thấy rằng (1) hướng
nghiên cứu GD STEM robotics là xu thế trong bới cảnh GDViệt Nam; (2) GD STEM robotics
có thể góp phần GD vật lí; (3) NL GQVĐ trong các nghiên cứu về GD STEM roboticschưa
được làm trong khi giải quyết chế tạo một sản phẩm robotics; (4) TDMT là một phương thức
tư duy GQVĐ hiệu quả trong GD STEM robotics.
CƠ SỞ LI LUÂN V
́
̣
Ề TỔ CHỨC CHỦ ĐỀ STEM ROBOTICS NHẰM BỒI DƯỠNG 

NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
Giáo dục STEM
GD STEM theo quan điểm CTGDPT2018 ở Việt Namlà mô hình giáo dục dựa trên
cách tiếp cận liên môn, giúp học sinh áp dụng các kiến thức khoa học, công nghệ, kĩ thuật
và toán học vào giải quyết một số vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể .
Mơ hình tích hợp STEM của Kelley (2016)nêu rõ nợi hàm và mối quan hệ giữa các
lĩnh vực STEM theo định hướng thiết kế kĩ thuật (TKKT). GDSTEM là quan điểm dạy học
tích hợpliên kết chặt chẽ vớiNLGQVĐthực tiễn, trong đó TKKTlà nền tảng thực hiện giải
pháp kĩ thuật dựa trên q trìnhkhám phá khoa học.Yata (2020) nghiên cứumơ hình tích


7
hợp STEMcho thấy2 quá trìnhthiết kế và khám phá tương hỗ nhau trong GQVĐ: thiết
kếlàm nảy sinh nhu cầu khám phá và khám phá bổ sung thông tin cho thiết kế.
Mô hìnhGD STEM của Kelley (2016) và Yata (2020)phù hợp với hướng tiếp cận GD
STEM robotics, trong đóTKKT là nền tảng quan trọng trong GD STEM robotics.
Giáo dục STEM lĩnh vực robotics
Khái niệm
Alimisis (2012) làm rõ cấu trúc và nguyên lí hoạt động củarobot (hình 2.2).Trong luận
án, robotics được xem là chủ đề học tập trong GD STEM và GD STEM robotics được hiểu
là quan điểm dạy học trong đó HS khám phá và vận dụng kiến thức tích hợp thông qua
nghiên cứu, thiết kế và chế tạo robot để giải quyết vấn đề thực tiễn.
GD STEM robotics góp phần thực hiện các mục tiêu của GD STEM nhằm bồi dưỡng
các kĩ năng quan trọng và định hướng nghề nghiệp cho HS trong kỉ nguyên công nghệ
hiện đại, cụ thể: (1) góp phần phát triển năng lực của HS trong CTGDPT; (2) nâng cao
hứng thú học tập các môn học thuộc lĩnh vực STEM thơng qua q trình tiếp cận với các
bộ thiết bị robotics; (3) định hướng nghề nghiệp.

Hình 2.2- Sơ đồ cấu trúc và nguyên lí hoạt động của robot
Phân loại giáo dục STEM robotics

Trong GD STEM robotics, bộ thiết bị có đặ c tí nh lắ p rá p để HS có thể hiểu được
cơng nghệ về robotics chứ không chỉ là người sử dụng robot. Các nghiên cứu đề cậ p 2
loại bộ thiết bị, được gọi là bộ thiết bị điện tử và bộ thiết bị cơ họ c, hay bộ thiết bị số
hóa/thương mại và bộ thiết bị tự chế tạo.
GD STEM robotics trong nhà trường có thể thực hiện theo 3 hình thức, tương ứng
với các hướng tiếp cận khác nhau: (1) GD STEM robotics có thể được thực hiện theo hình
thức các cuộc thi; (2) GD STEM robotics thực hiện qua các chủ đề tích hợp; (3) GD STEM
robotics tổ chức theo hình thức câu lạc bộ, hoặc mơn học tự chọn.
Các mức độnhiệm vụhọc tập trong giáo dục STEM robotics


8

Hình 2.3- Các mức đợ nhiệm vụ học tập trong giáo dục STEM robotics
Komis (2016) đề xuất 5 mức độ nhiệm vụhọc tập trong GD STEM robotics: hai mức
độ thấp là quan sát và tìm hiểu, ba mức đợ tiếp theolà thực hành, sáng tạo và sáng chế.
Barak (2016) đề xuất3 mức độnhiệm vụ: (1) thực hànhvới nhiệm vụcó hướng dẫn cụ thể;
(2)giải quyết vấn đề với nhiệm vụ mở;(3) dự áncó tính thử thách để HS tự xác định vấn
đề, lựa chọn phương pháp và đề xuất giải pháp.Các mức độ nhiệm vụ học tập theo Komis
và Barak đều chỉ ra rằng, việc tổ chức hoạt động xuất phát từ HS nhận thức, làm quen với
bộ thiết bị, để từ đó làm nền tảng cho các hoạt động thiết kế chế tạo có tính mở.
Mối liên hệ giữa các lĩnh vựctrong giáo dục STEM robotics
Hình 2.4 thể hiện mối liên hệ giữa các lĩnh vực trong GD STEM robotics: kĩ thuật và
công nghệ là nền tảng kiến thức kĩ năng trong hoạt động thiết kế và chế tạo. Tư duy khám
phá khoa học và toán họcđịnh hướng giải pháp và thiết lập chương trình cho robot.

Hình 2.4- Mối liên hệ giữa các lĩnh vực trong giáo dục STEM robotics
Năng lực giải quyết vấn đề
Khái niệm và cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề
Theo Nguyễn Thị Lan Phương (2016), NL GQVĐ là khả năng cá nhân sử dụng hiệu

quả quá trình nhận thức, hành động và thái độ, xúc cảm để giải quyết tình huống vấn đề
mà khơng có sẵn quy trình, giải pháp. Theo Đỗ Hương Trà, NL GQVĐ của HS được thể
hiện thông qua các hoạt động trong quá trình GQVĐ, và cấu trúc NLGQVĐ.
Mối liên hệ giải quyết vấn đềvà tư duy máy tính


9
Kết quả tổng quan cho thấy năng lực GQVĐ trong GD STEM robotics có mối liên hệ
chặt chẽ với TDMT. Dựa trên các nghiên cứu, chúng tôi đối chiếu TDMT với tư duy GQVĐ
theo các cấu trúc năng lực GQVĐ đã tìm hiểu (bảng 2.3).
Bảng 2.3 - Sự tương thích giữa tư duy giải quyết vấn đề và tư duy máy tính
Giải quyết vấn
Tư duy máy tính [74, 103, 114]
đề[6, 21, 25]
Xác định vấn đề và hiểu Tìm hiểu vấn Xác định Xác định vấn đề và phân tích
được các thông tin, giới hạn
đề
vấn đề
bối cảnh tình huống vấn đề.
của vấn đề.
Phân tích, sắp xếp, kết nối
Phân rã
Phân tách vấn đề thành các
các thông tin với kiến thức
vấn đề
vấn đề nhỏ để giải quyết.
Đề xuất giải
đã biết và đưa ra giải pháp,
Lựa chọn Thu thập và xác định các
pháp

lựa chọn giải pháp phù hợp.
thông tin thông tin liên quan và cần
thiết cho vấn đề.
Lập kế hoạch để giải quyết
Thực hiện
Tư duy
Thiết lập các bước thực hiện
Thực hiện các hoạt động
giải pháp
thuật tốn GQVĐ mợt cách logic, khoa
theo kế hoạch.
học.
Đánh giá giải pháp đã thực
Đánh giá Phát hiện các lỗi trong quá
Đánh giá và
hiện và vấn đề đặt ra; phản
trình thực hiện giải pháp.
phản ánh,
ánh giá trị của giải pháp, xác
Khái quát Chuyển giao và ứng dụng
xây dựng
nhận những kiến thức và
hóa
mô hình giải pháp cho vấn
vấn đề mới
kinh nghiệm.
đề tương tự có liên quan
Năng lực giải quyết vấn đề trong giáo dục STEM robotics
NL GQVĐ trong GD STEM robotics được hiểu là khả năng thông hiểu và đề xuất giải
pháp robotics hoặc hệ thống tự động hóa dựa vào sự huy động kiến thức từ nhiều lĩnh

vực (khoa học, kĩ thuật, cơng nghệ, tốn học) trên cơ sở cấu tạo và nguyên tắc hoạt động
của robot, sử dụng công cụ vật chất robotics và máy tính để thực hiện giải pháp.
Dựa trên cơ sở lí thuyết, ý kiến chuyên gia, và cơ sở thực tiễn từ TNSP lần 1, cấu
trúc năng lực được hoàn thiện với 3 hợp phần, 6 thành tố và 12 chỉ số hành vi (bảng
2.4).Các chỉ số hành vi được xây dựng dựa trên cácđặc trưng của GD STEM robotics, và
bám sát các kĩ năng cốt lõicủa TDMT, gồm tư duy phân rã, lựa chọn thông tin, tư duy thuật
toán.
Bảng 2.4-Năng lực giải quyết vấn đề trong giáo dục STEM robotics
Hợp phần
Thành tố
Chỉ số hành vi
A1.1 Tìm hiểu tình huống vấn đề
A.Tìm hiểu A1 Phát hiện vấn đề
A1.2 Phát biểu vấn đề cần giải quyết
vấn đề
A2.1 Phân tích vấn đề cần giải quyết
A2 Phân tích vấn đề
B1 Nghiên cứu thơng tin
B1.1Đề xuất linh kiện của robot
B1.2Tìm hiểu thông tin liên quan
B. Đề xuất B2 Đề xuất giải pháp giải B2.1 Xây dựng sơ đờ xử lí thông tin
giải pháp
quyết vấn đề
B2.2 Xác định sơ đồ kết nới các bợ phận
robot
B2.3 Trình bày phương án thiết kế
C1 Thực hiện giải pháp giải C1.1 Lập kế hoạch thực hiện giải pháp
C.
Thực quyết vấn đề
C1.2 Thực hiện giải pháp

hiện, đánh C2 Đánh giá việc giải quyết C2.1 Thử nghiệm và đánh giá
giá
vấn đề, xây dựng vấn đề C2.2 Phát hiện vấn đề mới cần giải quyết.
mới


10
Hình 2.5 trình bày mức độ chất lượng hành vi được đề xuất trên hai cơ sở: (1) tính
tự lực của HS, được thể hiện qua mức độ hướng dẫn của GV; (2) độ phức tạp của nhiệm
vụ, thể hiện qua mức độ chi tiết trong kết quả thực hiện.
Hình 2.5 - Các mức độ hành vi năng lực GQVĐ trong GD STEM robotics
Bảng tiêu chí chất lượng hành vi năng lực GQVĐ trong GD STEM robotics hỗ trợ GV
thiết kế nhiệm vụ học tập phù hợp và đánh giá mức độ năng lực của HS.
Quy trình xây dựng chủ đề STEM robotics nhằm bồi dưỡngNL giải quyết vấn đề
Mỗi chủ đề STEM robotics gắn với tình huống cụ thể, tạo mơi trường cho HS thực
hiện nhiệm vụ mang tính kĩ thuật, cụ thể là thiết kế và chế tạo một sản phẩm robot.
Nguyên tắc sư phạm trong xây dựng chủ đề STEM robotics
Phân tích tổng quan và cơ sở lí luận về GD STEM robotics cho thấy một số các
nguyên tắc cốt lõi cần đảm bảo trong xây dựng chủ đề STEM robotics, bao gồm:(1) đảm
bảo kết nối với chương trình mơn học STEM trong nhà trường; (2) đảm bảo tính trọn vẹn
của chủ đề STEM robotics; (3) đảm bảo tính gắn kết với bộ thiết bị robotics; (4) đảm bảo
tính tích hợp liên mơn.
Quy trình xây dựng chủ đề STEM robotics
Quy trình xây dựng chủ đề STEM robotics (hình 2.6) được đề xuất dựa trên cơ sở
quy trình xây dựng chủ đề tích hợp của tác giả Nguyễn Văn Biên, kết hợp với các đặc
trưng và cơ sở lí thuyết về GD STEM robotics đã được làm rõ.


11
Hình 2.7 -Quy trình xây dựng chủ đề STEM robotics

(1) Đề xuất ý tưởng chủ đề:Sản phẩm robotics là đối tượng để HS tìm hiểu và cũng
thơng q đó HS khám phá và vận dụng các kiến thức liên môn. Ý tưởng được đề xuất
cần phải gắn với vấn đề thực tiễn hoặc nhu cầu nảy sinh trong quá trình học tập, phù hợp
với bộ thiết bị robotics được sử dụng và có sự kết nối với nội dụng chương trình các mơn
học.
(2) Lựa chọn chủ đề STEM robotics:Mỗi sản phẩm robotics có những yêu cầu cụ thể, từ
đơn giản đến phức tạp. GV lựa chọn chủ đề STEM roboticsphù hợp với đối tượng HS, thể
hiện qua sản phẩm và cácyêu cầu cụ thể đối với sản phẩm. Các yêu cầu đối với sản phẩm
trong chủ đề STEM robotics phải gắn kết với các nội dung chương trình học, phù hợp với
thời lượng và năng lực HS. GV cần dựa trên năng lực HS, chương trình học và thời gian.
(3) Xác định nội dung chủ đề STEM robotics:GV xác định các kiến thức và kĩ năng cần
thiết trong chủ đề dựa vào mối liên hệ giữa các lĩnh vực trong GD STEM robotics.Các kiến
thức và kĩ năng ở các lĩnh vực khơng độc lập mà có mối liên hệ chặt chẽ trong quá trình
thiết kế và chế tạo sản phẩm, được lồng ghép trong chính việc giải quyết từng yêu cầu
nhiệm vụ đối với robot.
(4) Xây dựng nội dung chủ đề:Việc xây dựng nội dung chủ đề STEM robotics cần bám
sát chương trình các mơn học và bộ thiết bị robotics được sử dụng. Nội dung công nghệ
về cấu tạo robot, nội dung kĩ thuật về bộ thiết bị là cơ sở GV cần hỗ trợ cung cấp để HS
tìm hiểu và vận dụng.Nội dung tin học về lập trình là cần thiết trong chủ đề STEM robotics.
Nội dung khoa học và tốn học được lồng ghép trong q trình thực hiện chủ đề, gắn liền
với linh kiện và sản phẩm robotics.
Trong trường hợp, các nội dung được xây dựng chưa phù hợp, hoặc thời lượng
chưa cho phép thì GV xem xét lại việc đề xuất và lựa chọn chủ đề. Điều này được thể
hiện bởi mũi tên quay ngược từ bước 4 trở về bước 1 trong quy trình.
1. Định hướng tích hợp giáo dục vật lí trong chủ đề STEM robotics
Trong chủ đề STEM robotics, HS phối hợp nhiều hoạt động khám phá và thiết kế
trong quá trình chế tạo sản phẩm.

Hình 2.8 - Giáo dục vật lí/khoa học trong các hoạt động chủ đề STEM robotics
Các hoạt động dạy học vật lí/khoa học có thể được tích hợp lồng ghép trong các

hoạt động theo 2 định hướng (1) khám phá vật lí thơng qua cơ sở ngun lí hoạt động của
thiết bị và (2) sử dụng thiết bị để khảo sát hiện tượng, thu thập và xử lí dữ liệu.
**Theo định hướng thứ nhất, vật lí là nguyên lí hoạt động của các thiết bị
robotics.Việc hiểu rõ nguyên lí hoạt động của thiết bị giúp người học phát triển các ý
tưởng giải pháp cho thiết kế hệ thống robot trong cả cấu trúc và tư duy xử lí thơng tin
nhằm thực hiện một chức năng nào đó.
**Theo định hướng thứ 2, giáo dục vật lí hay khoa học thông qua khảo sát, thu thập
dữ liệu sử dụng bộ thiết bị robotics. Trong hoạt động này, GV có thể hỗ trợ thiết lập một số
chương trình cho vi điều khiển để HS thực hiện khảo sát và ghi nhận được dữ liệu cần
thiết. Thông tin khảo sát giúp HS định hướng thiết kế sản phẩm.
Hai định hướng tích hợp giáo dục khoa học/vật lí có thể diễn ra đan xen trong quá


12
trình giải quyết một chủ đề STEM robotics (một thử thách kĩ thuật).
Tiến trình tổ chứcchủ đềSTEM robotics nhằm bồi dưỡng NL giải quyết vấn đề
Chúng tôi đề xuất tiến trình tổ chức gồm 5 hoạt động chính bám sát quy trình TKKT,
phù hợp với hướng dẫn theo cơng văn 3089và dựa trên quá trình thiết kế chế tạo sản
phẩm theo TDMT. Các kĩ năng cốt lõi của TDMT bao gồm: phân rã vấn đề, lựa chọn thông
tin, tư duy thuật tốn, đánh giá và khái qt hóa có thể hỗ trợ quá trình thiết kế chế tạo
sản phẩm robotics một cách hiệu quả.
+ Tư duy phân rã vấn đề giúp HS phân tích đối tượng sản phẩm robotics thành các
bộ phận cơ bản. Dựa vào đó, HS có thể lựa chọn những thơng tin quan trọng như tín hiệu
đầu vào cần ghi nhận, u cầu xử lí thơng tin đối với vi điều khiển và nhiệm vụ robot cần
thực hiện.
+ Tư duy lựa chọn thông tin, dữ liệu giúp HS lựa chọn các kiến thức và thông tin cần
thiết trong quá trình nghiên cứu để vận dụng hiệu quả trong thiết kế và chế tạo sản phẩm.
+ Tư duy thuật toán là một đặc trưng quan trọng trong giải quyết các vấn đề robotics,
không chỉ trong việc xây dựng chương trình vận hành cho sản phẩm. Tư duy thuật tốn
cịn giúp định hướng các bước thực hiện một cách khoa học trong hoạt động thiết kế và

chế tạo nhằm hạn chế thử sai và khó khăn trong q trình thiết kế kĩ thuật.
Hình 2.3 - Tiến trình tổ chức dạy học chủ đề STEM robotics theo quy trình thiết kế kĩ thuật

và giải quyết vấn đề theo tư duy máy tính
Chúng tơi làm rõ các bước hoạt động nhỏ và tuần tự trong mỗi pha hoạt động lớn để
hỗ trợ HS hình thành tư duy GQVĐ cụ thể và có thể vận dụng trong những bối cảnh và
vấn đề khác trong lĩnh vực robotics.Với đối tượng HS THCS mới tiếp cận, tiến trình dạy


13
học được xây dựng theo hướng phân tích đối tượng robot thành các nhiệm vụ nhỏ cần
tìm hiểu.Đầu tiên HS được đặt vào tình huống hay vấn đề thực tiễn để nhận thức nhiệm
vụ thiết kế chế tạo sản phẩm robotics. Pha khám phá các bộ phận robot là quá trình tìm
hiểu nghiên cứu về bợ thiết bị robotics, và cuối cùng là hoạt động thiết kế và chế tạo sản
phẩm hoàn thiện.
CƠ SỞ THỰC TIỄN VỀGIÁO DỤC STEMROBOTICS
Giáo dục STEM robotics ở Việt Nam
Tại Việt Nam, những hình thức phổ biến cho HS tiếp cận lĩnh vực robotics là các
cuộc thi quốc tế và ngày hội STEM. Trong nhà trường, GD STEM robotics ở hình thức câu
lạc bộ hoặc một số lớp học tăng cường ngoài giờ. Trong kết quả khảo sát với 107trên địa
bàn TP.HCM, chúng tơi có một vài thơng tin về tình hình các hoạt động STEM robotics
trong nhà trường.Số lượng GV chưa từng tham gia hoạt động robotics chiếm 66,1%, phản
ánh lĩnh vực này trong nhà trường còn hạn chế. Hai hình thức hoạt động GV đã từng
tham gia tương đối nhiều là hoạt động trải nghiệm robotics (15,8%) và chương trình tập
huấn về STEM robotics (12,9%). Tỉ lệ trường chưa trang bị bộ công cụ robotics chiếm tỉ lệ
cao (49,5%), có thể do điều kiện ngân sách nhà trường.
Thực trạng học sinh tham gia giáo dụcSTEM robotics
Nghiên cứu nhằm tìm hiểu thực trạng và thái độ HS THCS ở Tp.HCM tham gia các
hoạt động STEM robotics với bảng hỏixây dựng dựa trên công cụ đánh giáthái độ HS của
Cross (2016) và thực hiện trên 388 HS. Kết quả hơn 70% HS chưa từng tham gia hoạt

động roboticscho thấy điều kiện để HS tiếp cậnlĩnh vực roboticschưa nhiều cảtrong và
ngoài nhà trường.Gần 90% HS chưa từng tham gia cuộc thi robotics và chỉ khoảng 10%
số HS từng tham gia các cuộc thi cho thấytuy các cuộc thi robotics được hưởng ứng sôi
nổi,song hình thức hoạt động này còn hạn chế đối tượng.Kết quả thống kê về thái độ của
HS cho thấy lĩnh vực STEM robotics có thể tạo sự thu hút đối với HS, nhưng cũng cần
một định hướng thực hiện phù hợp để HS có thể tiếp cận, vì tính chất tích hợp của lĩnh
vực. Kết quả cũng chỉ ra rằng yếu tố giới tính, kinh nghiệm lập trình có ảnh hưởng đến sự
tò mò và tự tin của HS đối với lĩnh vực. Kết quả góp phần định hướng triển khai các hoạt
động robotics phù hợp với đối tượng HS.
Thực trạng quan điểmcủa giáo viênđối vớigiáo dục STEM robotics
Nghiên cứu tìm hiểu quan điểm của GV về GD STEM roboticssử dụngcông cụ khảo
sát của Khanlari. Xét vềkinh nghiệm hoạt động robotics, GV đã từng trải nghiệm hoạt động
robotics có nhận thức đầy đủ hơn, cho rằng GD STEM robotics là hoạt động học tập tích
hợp kiến thức gắn với hoạt động thiết kế và chế tạo robot. Xét về khía cạnh mơn học, GV
khoa học cho rằng trong GD STEM robotics, khía cạnhthiết kế và chế tạoquan trọng hơn
so với lắp ráp, trong khivới GV công nghệ - tin học thìngược lại. Xét về kinh nghiệm dạy
học, nhóm GV trẻ (<10 năm) nhận định đầy đủ đối với GD STEM robotics hơn.Theo GV,
tác động phát triển NL GQVĐ hợp tác và sáng tạo là tích cực nhất đối với HS, còn vấn đề
hạn chếvề thời gian và cơ sở vật chất là 2 khó khăn đáng kể nhất.Bên cạnh đó, kết quả
phỏng vấn cho thấy GV vật lí nhận thấy được vai trò và mối liên hệ giữa giáo dục vật lí với
GD STEM robotics và mong muốn phát triển chuyên môn cũng như kết hợp với GD thuộc
lĩnh vực cơng nghệ - tin học để có thể thực hiện tốt GD STEM robotics trong nhà trường.
XÂY DỰNG CÁCCHỦ ĐỀSTEMROBOTICSBỒI DƯỠNG NĂNG LỰC GIẢI 
QUYẾT VẤN ĐỀ
Giáo dục STEM robotics trong chương trình giáo dục phổ thơng 2018
Định hướng giáo dục STEM robotics trong chương trình 2018
CT GDPT 2018 đã nhấn mạnh sự cải thiện rõ nét chương trình môn công nghệ và
môn tin học, là điều kiện thuận lợi, tạo nền tảng cho GD STEM robotics trong nhà trường.
Ở cấp tiểu học, HS bước đầu hình thành tư duy thuật toán để GQVĐ thể hiện qua NLdiễn

14
đạt được các bước GQVĐ theo kiểu thuật toán. Ở cấp THCS, trong chủ đề Giải quyết vấn
đề với sự trợ giúp của máy tính, HS tiếp cận các khái niệm lập trình và tḥt toán từ lớp
6.Chương trình mơn cơng nghệ góp phần hỗ trợhoạt động STEM robotics qua thành phần
NLThiết kế công nghệ, ở các khối lớp 5, 8 và 10, đặc biệt ở cấp THCS, NL TKKT được
làm rõ ở khới 8 phù hợp để tích hợp trong hoạt động STEM robotics. Với định hướng đẩy
mạnh môn công nghệ và tin học trong CTGDPT 2018, việc thực hiện GD STEM robotics
trong nhà trường làkhả dĩ.
Tích hợpgiáo dục vật lítrong chủ đề STEM robotics sử dụng Arduino
Với điều kiện kinh phí hạn chế, vi điều khiển Arduino là một lựa chọn nhằm bồi
dưỡng năng lực GQVĐ của HS, tạo điều kiện linh hoạt cho HS phát triển ý tưởng cá nhân.
Với bộ thiết bị vi điều khiển Arduino, điện là nội dung cốt lõi cần cótrong các hoạt động.
Các kiến thức về nguồn điện, hiệu điện thế, mạch điện đơn giản, mạch điện song song,
nối tiếp sử dụng điện trở trong chủ đề “Năng lượng và sự biến đổi” (mơn KHTN lớp 8-9)
có thể được lồng ghép cho HS khám phá hoặc vận dụng trong quá trình chế tạo sản
phẩm.
- HS nhận biết và lựa chọn một số nguồn điện phù hợp với Arduinovà các linh kiện
khác như cảm biến, động cơ, buzzer…
- HS vẽsơ đồ mạch điệnkết nối linh kiện và Arduino, đồng thời giải thích cách mắc
mạch điện với nguồn điện và linh kiện một chiều.
- HS lắp ráp mạch điện sử dụng Arduino nối với các linh kiện 1 chiều như động cơ
điện 1 chiều, buzzer, rơ-le, máy bơm.
- HS vận dụng kiến thứcđiện trở, định luật Ohm, đoạn mạch một chiều nối tiếp, song
songđể xác định các mạch điện nối tiếp hoặc song song khi kết nối linh kiện với Arduino,
thực hiện đo cường độ dòng điện, hiệu điện thế để kiểm tra.
- HS hiểu và mô tả được cơ bản hoạt động và công dụng của rơ-le (relay) trong một
số hoạt động sử dụng rơ-le như một công tắc điện tử, hoạt động dựa vào tín hiệu điều
khiển của Arduino.
Một số nội dung vật lí thuộc các mạch nội dung trong chủ đề “Năng lượng và sự biến

đổi” được đề xuất tích hợp trong chủ đề STEM robotics như sau.
Mạch nội
Tích hợp giáo dục vật lí
Định hướngchủ đề
dung
trải nghiệm
Lực
và Các khái niệm động học về chuyển động thẳng  Thiết kế khảo sát
chuyển động cùng với các đại lượng quãng đường, thời gian, xe
chuyển
động
(lớp 7)
tốc độ được vận dụng trong các hoạt động khảo thẳng đều.
Tốc
độ sát và thiết lập hoạt động cho xe robot.
 Thiết kế và khảo
chuyển động
HS khảo sát, thu thập và xử lí dữ liệu tìm hiểu về sát chuyển động của
Đo tốc độ
chuyển động cua xe: đo tốc độ của xe, vẽ đồ thị- xe trên các đoạn
Đồ thị quãng nhận xét tính chất chuyển động, khảo sát chuyển đường khác nhau.
đường - thời động của xe trên những đoạn đường có tính chất  Xe robot di chuyển
gian
bề mặt khác nhau.
với tốc độ phụ thuộc
vào tín hiệu âm
thanh.
Âm thanh
– HS vận dụng kiến thức về độ to của âm có thể  Thiết bị cảnh báo
(lớp 7 +8)

gây ảnh hưởng đến con người, nhất là vấn đề ô ô nhiễm tiếng ồn
Độ to của âm nhiễm tiếng ồn.
 Mơ hình hệ thống
Độ cao của + HS khảo sát độ to của âm.
tự động hạn chế
âm
+ HS khảo sát sự thay đổi độ cao của âm buzzer tiếng ồn cho căn
Thu nhận âm phát ra theo điện áp xuất bởi Arduino;
phòng:
thanh ở cơ + HS thiết kế hệ thống khảo sát mối liên hệ giữa  Thiết bị phát bài
quan
thính điện áp và tần số âm buzzer phát ra.
hát theo yêu cầu
giác
+ Liên hệ giữa tần số và độ cao của âm để tìm hoặc mơ hình đàn
được mối liên hệ giữa điện áp cấp vào buzzer và đơn giản


15
các âm có tần số nhất định.
Âm thanh
Siêu âm có bản chất là sóng âm, HS có thể dựa
(lớp 7)
trên kiến thức cơ bản về âm thanh để liên hệ. Đây
Mơ tả sóng là kiến thức mới HS có thể khám phá dựa trên
âm và phản nền kiến thức đã có theo phương pháp tương tự.
xạ âm
HS xác định tần số và biên độ của sóng siêu
âm;giải thích ngun lí hoạt động động của cảm
biến siêu âm dựa vào sự phản xạ âm (hiện tượng

truyền sóng âm trong khơng khí); kết hợp công
thức tốc độ - quãng đường - thời gian s = v.t để
tính được khoảng cách từ cảm biến đến vật cản/
bề mặt phản xạ âm với vận tốc truyền âm trong
khơng khí là 340 m/s.
Ánh sáng
Sự phản xạ
ánh sáng (lớp
7)
Màu sắc (lớp
9)

Hồng ngoại là bức xạ không nhìn thấy được, có
tính chất tương tự ánh sáng là phản xạ trên các
bề mặt nhẵn phẳng. Với việc sử dụng cảm biến
hồng ngoại kết hợp với Arduino trong một số chủ
đề, HS có thể thực hiện một số hoạt động khám
phá liên quan nhằm tìm hiểu về hồng ngoại và
cũng để củng cố kiến thức về ánh sáng.
–HS vận dụng tính chất phản xạ ánh sáng để giải
thích nguyên lí hoạt động của cảm biến hồng
ngoại, thơng qua vẽ hình biểu diễn sự phản xạ tia
sáng trên bề mặt.
– HS khảo sát hoạt động của cảm biến hồng
ngoại trên một số bề mặt có tính khác nhau (gồ
ghề, trơn phẳng…), từ đó có thể phân biệt phản
xạ và phản xạ khuếch tán.
–HS nhận ra bề mặt đen phẳng nhẵn hấp thụ hầu
như toàn bộ năng lượng ánh sáng/năng lượng
bức xạ hồng ngoại.

Điện và Từ
– HS phân loại vật dẫn điện, vật không dẫn điện,
Mạch
điện liên hệ với dung dịch dẫn điện là nguyên lí cơ bản
đơn giản
của thiết bị ghi nhận độ dẫn điện của dung dịch.
Cảm ứng điện – HS vận dụng hiện tượng cảm ứng điện từtrong
từ
những thiết bị cần tạo ra dịng điện mà khơng cần
sử dụng nguồn, chẳng hạn như tín hiệu dòng điện
là cơ sở để thông báo vấn đề sự rung lắc, nếu
thiết kết một cảm biến có nam châm tự do chuyển
động khi bị rung lắc.

 Xe robot hút bụi tự
động tránh vật cản
 Gậy thông báo vật
cản cho người khiếm
thị
 Thùng rác thông
minh
 Hệ thống rửa tay
tự động
 Hệ thống cảnh báo
an ninh của cửa
hàng khi có khách ra
vào.
 Xe di chuyển theo
vạch kẻ đen
 Hệ thống đỗ xe

thông minh
 Mô hình báo cháy
và chữa cháy đơn
giản

 Hệ thống cảnh báo
chất lượng nước.
 Thiết bị cảnh báo
rung lắc hay động
đất

Thiết kế chủ đề STEMrobotics mơ hình xe robot di chủn theo đường kẻ đen sử
dụngvi điều khiểnArduino Uno
Chủ đề mơ hình robot di chuyển theo đường vạch đen thẳng
Bước 1. Đề xuất ý tưởng chủ đề
Do tình hình dịch Covid, vấn đề y tế và sức khỏe cộng đồng được quan tâm. Bên
cạnh đó, GV kết nối để HS vận dụng kiến thức về điện thuộc chương trình KHTN lớp 8.
HS cịn có thể mở rộng tìm hiểu về âm thanh hoặc ánh sáng, với tính chất phản xạ để
hiểu được nguyên lí của các cảm biến như cảm biến hồng ngoại hay cảm biến siêu âm
thường dùng để dò đường đi hay ghi nhận vật cản. Với đối tượng HS mới tiếp cận, vi điều
khiển Arduino Uno R3 giúp cụ thể hóa trực quan các đường đây nối giữa vi điều khiển và


16
các linh kiện, hơn nữa có thể trang bị linh kiện dễ dàng và giá thành thấp, phù hợp sử
dụng.
Bước 2. Lựa chọn chủ đề STEM robotics
Với HS THCS lần đầu tiếp cận và chưa học lập trình, chủ đề ởmức độ nhiệm vụ cơ
bản để HS làm quen với bộ thiết bị, vận dụng được kiến thức điện để hiểu được việc lựa
chọn nguồn điện phù hợp, kết hợp rèn luyện các kĩ năng bố trí và lắp mạch điện đơn giản

nhất chỉ cần sử dụng một cảm biến để nhận tín hiệu.
 Vấn đề: Thiết kế và chế tạo mô hình xe robot phục vụ di chuyển theo vạch kẻ đen có
thể thay nhân viên y tế hoặc tình nguyện viên thực hiện nhiệm vụ cung cấp thức ăn
hay nhu yếu phẩm cho các phòng ở khu cách li.
 Yêu cầu: Xe robot di chuyển ổn định theo vạch kẻ màu đen dạng đường thẳng.
Bước 3. Xác định nội dung chủ đề
Nội dung các lĩnh vực và vai trò trong chủ đề xe robot di chuyern theo vạch kẻ đen ở
mức độ cơ bản được cụ thể trong bảng 4.4.
Bảng 4.- Kiến thức, kĩ năng nền tảng và cách vận dụng để giải quyết các nhiệm vụ trong
chủ đề xe robot di chuyển theo vạch kẻ đen thẳng
Lĩnh vực
Nội dung
Vận dụng trong chủ đề STEM robotics
Khoa
- Hồng ngoại
HS có thể vận dụng kiến thức về phản xạ ánh sáng và sự
học
và phản xạ.
hấp thụ ánh sáng phụ thuộc vào màu sắc trong chương trình
- Tính chất hấp để hiểu được khái niệm về hồng ngoại và nguyên lí hoạt
thụ của bề mặt động của cảm biến hồng ngoại.
đen
Việc hiểu nguyên lí hoạt động của cảm biến giúp HS có thể
bố trí vị trí đặt linh kiện hiệu quả nhất có thể.
- Cơng suất
Xác định chiều quay đúng cho động cơ điện, lựa chọn giá trị
của động cơ
phù hợp để thiết lập chuyển động ổn định cho xe.
- Nguồn điện,
Lựa chọn nguồn điện phù hợp sử dụng cho linh kiện như

mạch điện.
Arduino, cảm biến.
Cơng
Cấu tạo robot
Phân tích sản phẩm và đề xuất linh kiện sử dụng phù hợp.
nghệ
Tín hiệu digital. Xác định tính hiệu 0/1 tương ứng đúng với tín hiệu có/khơng
bề mặt đen để viết chương trình (code) cho robot.
Tin học
Sơ đồ khối.
Viết chương trình thỏa mãn yêu cầu
Lập trình trực
+ Nếu có bề mặt đen thì xe chuyển động thẳng
quan.
+ Nếu khơng có bề mặt đen thì xe dừng lại
Kĩ thuật Cấu tạo vi điều Kết nối các linh kiện: cảm biến hồng ngoại, vi điều khiển
khiển và TKKT Arduino Uno R3 và động cơ.
Toán
Phép so sánh
So sánh tín hiệu vào với yêu cầu xử lí được thiết lập.
học
Bước 4. Xây dựng nội dung chủ đề
Với bộ thiết bị sử dụng vi điều khiển Arduino, cảm biến hồng ngoại nhận biết vạch kẻ
đen và động cơ điện, các nội dung được làm rõ bao gồm:
- Cấu tạo và nguyên lí hoạt động các linh kiện: cảm biến hồng ngoại, động cơ điện một
chiều.
- Cấu tạo các bộ phận của robot, vi điều khiển Arduino Uno R3, tín hiệu điện tử digital
(có/khơng) và lập trình trên mBlock được cụ thể hóa trong hướng dẫn thực hành, sơ đồ
mạch điện, số đồ khối lập trình, hướng dẫn dẫn trình trên mBlock và hướng dẫn chế tạo
sản phẩm xe robot di chuyển theo vạch kẻ đen.

Định hướng phát triển chủ đề STEM robotics xe robot theo vạch kẻ đen
Các hoạt động khám phá có thể lồng ghép trong q trình GQVĐ thiết kế sản phẩm.


17

Hình 4.6 - Các hoạt động khám phá và thiết kế trong chủ đề xe robot đi theo vạch kẻ đen
Yêu cầu sản phẩm
Kiến thức khoa học tích hợp
Xe
phục
vụdi - HS vận dụng kiến thức mạch điện đơn giản, nguồn điện, hiệu
chuyểnổn định theo điện thế trong tìm hiểu về các thông số của cảm biến, động cơ
vạchđen thẳng
và lắp ráp các linh kiện
- HS giải thích nguyên lí của cảm biến nhận biết vạch đen sử
dụng hồng ngoại dựa vào tính chất hấp thụ ánh sáng của bề
mặt đen và tính chất phản xạ của hồng ngoại .
Xe
phục
vụ
di - HS phát triển tư duy sử dụng nhiều cảm biến vật cản để nhận
chuyểnổn định trên biết đường kẻ bất kì.
vạch kẻ đen có hình - HS cần phải giải quyết được vấn đề “Làm cách nào xe có thể
dạng bất kì (có đoạn di chuyển động sang hướng khác”.
đường cong).
Xe phục vụ di chủn
theo vạch kẻ đen có
hình dạng bất kì và có
thể thay đổi tốc độ

nhanh chậmtheo khu
vực được yêu cầu.

- HS vận dụngkiến thức về tốc độ, quãng đường đểkhảo sát
mối liên hệ giữa thông số trong chương trình và tốc độ của xe
di chuyển bằng cách tính quãng đường xe di chuyển trong
khoảng thời gian nhất định.
- HS khảo sát tín hiệu nhận được từ cảm biến hồng ngoại trên
các bề mặt có tính chất khác nhau để đề xuất thiết kế hệ thống
vạch kẻ đen và thiết lập chuyển động của mơ hình xe phù hợp.

Tổ chức dạy học chủ đề STEM robotics bồi dưỡng năng lực giảiquyết vấn đề – chủ
đề mơ hình xe robot di chuyển theo vạch kẻ đen thẳng
Chúng tôi tập trung xây dựng hệ thống mục tiêu năng lực GQVĐ trong dạy học chủ
đề STEM robotics - xe robot di chuyển theo vạch kẻ đen thẳng.
Nhiệm vụ

Mục tiêu

Sản phẩm học tập

Hoạt động 1. Xác định nhiệm vụ và yêu cầu robot
1.1. Nêu vấn đề trong
tình huống

HS nêu được vấn đề cần giải quyết
về hệ thống xe phục vụ tự động

Phát biểu bằng lời.

18
1.2. Nêu vấn đềcần giải
quyết

HS nhận ra được vai trò hệ thống xe
tự động và phát biểu được giải pháp
với lí giải phù hợp
HS biểu diễn được cấu tạo 3 bộ phận
cơ bản của robot.

Nội dung ý tưởng của
cá nhân và của nhóm.

1.3.Trình bàycấu trúc,
chức năng các bộ phận
robot
1.4. Phân tích cấu trúc
HS xác định được chức năng của mỗi
các bộ phận của robot
bộ phận đối với robot di chuyển vạch
theo vạch kẻ đen thẳng
kẻ đen thẳng.
Hoạt động 2. Nghiên cứu các bộ phận robot

Bài trình bày tổng
quan cấu trúc robot

2.1. Xác định linh kiện

HS ghi nhớ được tên linh kiện

Vở ghi chú

2.2. Đặt câu hỏi tìm hiểu
về các linh kiện
2.3. Tìm hiểu cảm biến
hồng ngoại

HS nêu được các thắc mắc về các bộ
phận
HS nêu được khái niệm và tính chất
của hồng ngoại.
HS thực hiện thí nghiệm và ghi nhận.
HS nhận biết chức năng các chân
cắm trên cảm biến.
HS mô tả cách sử dụng cảm biến.
HS vẽ được mạch điện động cơ.
HS trình bày được nguyên lí hoạt
động của động cơ điện 1 chiều.
HS xác định được các chân cắm đợng
cơ.

Phát biểu.

2.4. Tìm hiểu động cơ
điện một chiều
2.5. Tìm hiểu vi điều
khiển Arduino + mạch
L293D

2.6. Thực hành kết nối
Arduino với động cơ và
lập trình điều khiển

Bài trình bày chức
năng từng bộ phận

Phát biểu.
Bài trình bày của HS
về kết quả thí nghiệm.
Bài trình bày kiến
thức.
Bài trình bày trong vở
hoặc PHT.
Phát biểu.
Phát biểu.
Bài ghi chép.

HS thực hiện két nối được động cơ
vào Arduino.
HS lập trình chương trình đơn giản để
điều khiển động cơ theo hướng dẫn.
2.7. Kết nối cảm biến và
HS hiểu và sử dụng được tín hiệu
Arduino + tín hiệu
digital để thiết lập điều kiện cho hoạt
động robot
Hoạt động 3. Thiết kế sản phẩm robot

Phát biểu bằng lời.

Bài ghi chép.

3.1. Đọc sơ đồ khối và
HS đọc hiểu sơ đồ khối, danh mục
xác định danh mục linh
linh kiện tối thiểu cho robot
kiện
3.2. Vẽ sơ đồ kết nối linh HS xác định được sơ đồ lắp ráp các
kiện
linh kiện
3.3. Thiết kế bản vẽ sản
HS trình bày thể hiện bản thiết kế
phẩm
Hoạt đợng 4. Chế tạo và vận hành robot

Phát biểu.
Bài ghi chép.

4.1. Lập trình theo sơ đồ
khối

Chương trình trên
mBlock

HS lập trình được theo sơ đồ khối.

Phát biểu.
Bài ghi chép.

Bản vẽ sơ đồ lắp ráp.

Bản thiết xe robot.


19
4.2.Chế tạo theo bản
HS nối được linh kiện và chế tạo theo Phát biểu.
thiết kế
bản thiết kế
Sản phẩm mô hình xe
Hoạt động 5. Thử nghiệm và cải tiến
5.1. Thử nghiệm vận
hành, ghi nhận kết quả
5.2. Đề xuất và thực hiện
cải tiến

HS vận hành để sản phẩm hoạt động
HS nêu được ý kiến thắc mắc về sản
phẩm.

Bài ghi chép của HS
về kết quả thử nghiệm
Phát biểu lời nói
Sản phẩm có cải tiến

THỰCNGHIỆM SƯ PHẠM
Mục đích thực nghiệm sư phạm
Nghiên cứu kiểm tra tác động của các chủ đề STEM robotics theo quy trình thiết kế
và tiến trình đã đề xuất nhằm kiểm tra giả thuyết nghiên cứu.
Thiết kế thực nghiệm sư phạm
Đối tượng thực nghiệm

TNSP được tiến hành với HS lớp 8 trường THCS Hoa Sen, không lựa chọn ngẫu
nhiên và mới làm quen với robotics. HS tham gia TNSP đa dạng năng lực, khoảng 30%
HS có năng lực học tốt, tinh thần tích cực và tự giác trong học tập. Chương trình tin học
trong nhà trường tập trung vào các nội dung tin học ứng dụng và văn phòng, nên hầu như
HS khơng được tiếp cận với lập trình.
Tiến trình thực nghiệm
TNSP lần 1 triển khai vào HK2 năm học 2019-2020trong 4 buổi, từ 02/6/2020 đến
11/6/2020 với chủ đề Hệ thống cung cấp nước đơn giản.
TNSP lần 2 tổ chức 2 chủ đề nhằm phân tích biểu hiệnnăng lựcGQVĐcủa HS sau
khi tham gia trọn vẹn 1 tiến trình (hình 5.2). Hầu hết các hoạt động đều diễn ra trong
phòng học và HShầu như khơng thực hiện hoạt động ở nhà.

Hình 5.2- Tiến trình tổ chức thực nghiệm sư phạm lần 2
Cơng cụ đánh giá và phương pháp xử lí dữ liệu
Chúng tôi phân tích định tính bằng cách diễn giải băng ghi hình, sử dụng thông tin
bằng ngôn ngữ nói (phát biểu, trao đổi) và ngôn ngữ viết (phiếu học tập, bản thiết kế) để
đánh giá các biểu hiện dựa vào rubric đánh giá theo từng chủ đề đối với năng lực GQVĐ
trong GD STEM robotics.
­ Trong TNSP lần 1, người nghiên cứu thực hiện đánh giá để ghi nhận một số biểu hiện
và ghi nhận những điều lưu ý điều chỉnh cho TNSP lần 2.
­ Trong TNSP lần 2, với chủ đề 1, kết quả đánh giá được thực hiện bởi 1 giám khảo là
GV trực tiếp phụ trách chủ đề tại 2 thời điểm khác nhau. Với chủ đề 2, hai giám khảo
độc lậpsẽ thực hiện đánh giá để đảm bảo khách quan. Trong TNSP lần 2, chúng tôi kết
hợp đánh giá một số kĩ năng GQVĐ dựa trên TDMTqua bài kiểm tra của Chen (2018).
Kết quả thực nghiệm sư phạm lần 1
Kết quả phân tích diễn biến và đánh giá NL GQVĐ trong GD STEM robotics cho thấy
một số hành vi chưa bộc lộ rõ nét do (1) nhiệm vụ học tập chưa phù hợp với năng lực của
HS; (2) HS lần đầu tiếp cận và (3) thời gian hạn chế. Với HS có kĩ năng về thực hành và

20
lập trình hạn chế thì NL thể hiện hầu hết ở mức thấp, hầu hết hoạt động được dẫn dắt bởi
GV.
Về tiến trình tổ chức hoạt động, một điểm cần lưu ý và điều chỉnh như sau.
- Thứ nhất, hoạt động STEM robotics cần được xây dựng phù hợp với đặc điểm HS
và dựa trên tính chất bộ thiết bị robotics. Các nhiệm vụ nên thiết kế từ nhận thức lí thuyết
đến thực hành.
- Thứ hai, với HS chưa có nền kiến thức-kĩ năng về kĩ thuật và lập trình, các nhiệm
vụ cần có phương thức hỗ trợ phù hợp và cụ thể.
+ Hoạt động 1 – Xác định vấn đề: GV hỗ trợ HS hiểu cấu trúc và chức năng các bợ
phận của robot trước khi phân tích cụ thể đối với sản phẩm robot cần chế tạo.
+ Họạt động 2 – Nghiên cứu các bộ phận robot: Quá trình tìm hiểu theo trật tự tìm
hiểu từng bợ phận đến cách liên kết các bộ phận và kết nối thành 1 hệ thống robot.
+ Hoạt động 3 – Thiết kế sản phẩm robot: GV hướng dẫn HS các bước hoàn thiện
bản thiết kế, bao gồm: (1) làm rõ cách thức xử lí thơng tin của robot với số lượng tín hiệu
vào và tín hiệu ra, (2) xác định danh mục số lượng linh kiện cụ thể, (3) xác định sơ đồ
mạch điện và (4) hoàn thiện phần cứng (cấu trúc) của sản phẩm.
- Thứ ba, HS mới tiếp cận thường gặp khó khăn trong thiết kế, một phần quan trọng
do chưa phân tích được cấu trúc robot và hiểu rõ ngun lí các linh kiện. Vì vậy, hoạt
động 2 - nghiên cứu kiến thức các bộ phận robot là rất quan trọng. GV cần lồng ghép các
hoạt động học tập theo 2 định hướng tích hợp giáo dục vật lí trong chủ đề STEM robotics
- Thứ tư, mỡi chủ đề là một quá trình GQVĐ STEM robotics - chế tạo sản phẩm robot
hoặc hệ thống tự động hóa với yêu cầu cụ thể. Do đó, việc bồi dưỡng năng lực cần thực
hiện qua tối thiểu 1 chủ đề, như vậy các chỉ số hành vi được phát triển dần qua các chủ
đề.
Kết quả nghiên cứu TNSP lần 1 cho thấy quy trình xây dựng và tiến trình tổ chức chủ
đề STEM robotics nhằm bồi dưỡng năng lực GQVĐ với HS mới tiếp cận cần đảm bảo: (1)
định hướng hoạt động khám phá tạo nền tảng kiến thức kĩ năng lập trình và thực hành cho
HS; (2) trải nghiệm trọn tiến trình học tập một chủ đề; (3) thời gian phù hợp . Đây là những
yếu tố được điều chỉnh ở nghiên cứu TNSP lần 2.

Về cấu trúc năng lực GQVĐ trong GD STEM robotics, một số chỉ số hành vi bị chưa
phù hợp, cần điều chỉnh.
- Thứ nhất, chúng tôi hợp nhất 2 chỉ số hành vi thành A2.1 Phân tích vấn đề cần giải
quyếttrong thành tố A2 để hạn chế việc trùng lặp biểu hiện hành vi.
- Thứ hai, các chỉ số B1.3, B2.2 và C1.2 biểu hiện khó đối với HS, cần xem xét lại mô tả
tiêu chí chất lượng.Chúng tơi đã canh chỉnh các tiêu chí chất lượng để đảm bảo có sự phù
hợp từ mức đợ thấp nhất đới với HS hồn tồn mới, đến mức độ hành vi cao nhất đối với
các em đam mê và yêu thích lĩnh vực này.
Kết quả thực nghiệm sư phạm lần 2
Kết quảnghiên cứu
Đánh giánăng lực giải quyết vấn đề trong GD STEM robotics
Đánh giá chung
Để đánh giá tổng thể sự phát triển hành vi GQVĐ của HS, chúng tôi thực hiện tính
điểm trung bình cho từng biểu hiện hành vi. Chúng tơi quy ước lượng hóa mức độ biểu
hiện hành vi như sau: hành vi ở mức 1 tương ứng 1 điểm, hành vi ở mức 2 tương ứng 2
điểm và hành vi ở mức 3 tương ứng 3 điểm. Ở đây, trung bình cộng cho từng biểu hiện
hành vi dùng để biểu diễn trực quan sự phát triển hành vi GQVĐ của HS qua 2 chủ đề,
chứ không có ý nghĩa phản ánh mức độ năng lực cụ thể.
Kết quả cho thấy điểm trung bình ở chủ đề 2 cao hơn so với chủ đề 1 trong hầu hết
các biểu hiện hành vi, thể hiện qua các cột biểu đồ màu cam cao hơn so với các cột biểu
đồ màu xanh trên hình 5.11.Song có một vài biểu hiện hành vi cần lưu ý.
+ HS biểu hiện không phát triển ở hành vi A1.2 Phát biểu vấn đề cần giải quyết.


21
+ HS thể hiện điểm chênh lệch ít giữa 2 chủ đề ở hành vi B1.2 Tìm hiểu thơng tin liên
quan.
Hình 5.11 - Đồ thị điểm trung bình chất lượng hành vi GQVĐ của HS qua 2 chủ đề
*Hợp phần năng lực A. Tìm hiểu vấn đề
Với hành vi A1.2Phát biểu vấn đề cần giải quyết, theo biểu đồ 5.12, một số HS có

biểu hiện hành vi mức 2 trong chủ đề 1, nhưng lại ở mức 1 trong chủ đề 2, nên điểm trung
bình ở chủ đề 2 bị giảm. Lí do có thể do các tình huống vấn đề được xây dựng chưa rõ
ràng và dựa trên các tiêu chí phù hợp nên các biểu hiện hành vi cũng không được biểu
hiện và đánh giá hiệu quả qua 2 chủ đề. Với hành vi A2.1 Phân tích vấn đề cần giải quyết,
tỉ lệ giữa số HS không biểu hiện và số HS đạt mức 1 trong chủ đề 1 tương đương với tỉ lệ
giữa số HS đạt mức 1 và số HS đạt mức 2 trong chủ đề 2. Điều này cho thấy khi HS được
hiểu rõ về cấu tạo robot thì việc phân tích sản phẩm robotics để chọn lọc các thông tin cần
thiết về nhiệm vụ của từng bộ phận sẽ thuận lợi hơn.
Hình 5.12 - Tỉ lệ số lượng HS theo chất lượng hành vi trong hợp phần A. Tìm hiểu vấn đề

*Hợp phần năng lực B. Đề xuất giải pháp
- Với hành vi B1.2 Tìm hiểu thơng tin liên quan, trong q trình thiết kế và chế tạo
sản phẩm, HS có thể ghi nhớ và nhắc lại các thông tin kiến thức về các bộ phận robot. Do
đó, hầu hết HS (12/15) đạt được mức 1 trong chủ đề 1. Một số HS (3/15) có năng lực tốt
đã thể hiện được ở mức 2. Chủ đề 2 với sản phẩm tương tự chủ đề 1, số HS đạt được
mức 2 tăng lên (9/15). Song, một số HS vẫn chưa thực hiện tốt nhiệm vụ khám phá và
ngược lại một số em hạn chế bộc lộ khả năng tự tìm tịi. Do đó, sự phát triển ở biểu hiện
hành vi này chưa cao.


22
- Với hành vi B1.1 Đề xuất linh kiện robot, HS sau khi đã được làm quen bộ thiết bị
và phân tích được sản phẩm robotics thì dễ dàng hơn để tìm hiểu và lựa chọn đề xuất linh
kiện phù hợp. Do đó, HS thể hiện sự phát triển tương đối ổn định trong hành vi này qua 2
chủ đề.
- Với các hành vi thuộc thành tố B2. Đề xuất giải pháp giải quyết vấn đề, HS thể
hiện sự phát triển ổn định. Điều này cho thấy các bước tuần tự và logic trong hoạt động 3
(thiết kế sản phẩm robot) có hiệu quả giúp HS dễ dàng xác định được các nội dung cần
thực hiện cho bản thiết kế và hồn thiện bản thiết kế mà khơng cần nhiều đến sự hướng
dẫn của GV.

*Hợp phần năng lực C.Thực hiện và đánh giá
Hợp phần C gồm 2 thành tố và 4 biểu hiện hành vi, trong đó chúng thơi hầu như
không thể đánh giá được biểu hiện hành vi C1.1 Lập kế hoạch thực hiện giải pháp. Điều
này có thể do khi chuyển từ pha thiết kế sang chế tạo, chính bản thiết kế đã là một kế
hoạch để HS thực hiện. Các hành vi C1.2 Thực hiện giải pháp, C2.1 Thử nghiệm và
đánh giávà C2.2 Phát hiện vấn đề mới cần giải quyếtthể hiện sự phát triển tương đối
ổn định.
Đánh giá cá nhân học sinh
Dựa vào biểu đồ mạng nhện năng lực của HS, chúng tôi phân HS thành 3 nhóm.
- Nhóm thứ nhất gồm 8 HS biểu hiện hành vi tương đối ổn định. Trong đó có 3 em
HS trên hình 5.14 có kĩ năng thực hành tốt, tích cực trong học tập, có cớ gắng hoàn thành
nhiệm vụ học tập. Chất lượng hành vi phát triển tương đối đều ở hầu hết chỉ số, loại trừ
thành tố A1. Các em HS còn lại tuy có biểu hiện tiến bộ, song đơi khi mất tập trung nên
biểu hiện không thống nhất trong các hoạt động, tập trung phát triển ổn định ở một số hoạt
động nhất định. Nhìn chung, kết quả đánh giá chất lượng hành vi của nhóm thứ nhất cho
thấy với các đối tượng HS mới tiếp cận và có kết quả học tập tương đối ổn thì tiến trình tổ
chức có tác động tích cực, giúp các em có thể phát triển NL GQVĐ trong GD STEM
robotics. Đặc biệt, phương thức giải quyết vấn đề bằng cách phân tách đối tượng robot
thành các bộ phận giúp HS có thể tiếp nhận kiến thức một cách có hệ thống cũng như
hình thành được tư duy phân tích vấn đề STEM robotics để giải quyết.
Hình 5.14 - Biểu đờ chất lượng hành vi của 3 HS phát triển ổn định qua 2 chủ đề

- Nhóm thứ hai gồm 5 HS có biểu hiện hành vi chưa ởn định. Nhóm này chủ yếu gồm
các HS thường mất tập trung trong giờ học. Kết quả phân tích cho thấy với các HS mới
tiếp cận thì việc tổ chức với số lượng HS và điều kiện trang thiết bị phù hợp là rất quan
trọng để GV có thể quản lí và tổ chức hoạt động học hiệu quả.
-Nhóm thứ ba gồm 2 HS giỏi và đã có kinh nghiệm về lập trình cũng như các hoạt động
STEM.HS 12NL có một vài chỉ số ở mức độ trội hơn so với cả lớp, nhưng một số hành vi
thì ổn định, chưa thể hiện được sự phát triển. Điều này có thể do định hướng thiết kế hoạt
động của GV (cho HS mới tiếp cận) nên hạn chế cơ hội để biểu hiện hành vi rõ nét.

Tác động kĩ năng giải quyết vấn đề dựa trên tư duy máy tính
Kết quả so sánh điểm trung bình TTĐ và STĐ đối với từng kĩ năng TDMT và toàn bài


23
kiểm tra phản ánh sự khác biệt có ý nghĩa thống kê, tức có sự tiến bộ ở HS. Trong đó, kĩ
năng trình bày và tư duy thuật tốn thể hiện khác biệt đáng kể. Kết quả phân tích sâu hơn
cho thấy chủ đề đặc biệt có tác động đối với 15 HS tham gia chủ đề 2, là những em tham
gia tích cực và biểu hiện cụ thể về NL GQVĐ trong GD STEM robotics.
Thảo luận
Kết quả TNSP lần 2 cho thấy các chủ đề ở mức độ cơ bản dự trên quy trình xây
dựng và tiến trình tổ chức đã đề xuất có những tác động tích cực trong bồi dưỡng năng
lực GQVĐ trong GD STEM robotics đối với HS mới tiếp cận.
- Thứ nhất,tư duy phân rã đối tượng nghiên cứu thành các đối tượng thành phần
được ứng dụng để HS phân tích cấu trúc sản phẩm robot và biểu diễn thành sơ đồ các bộ
phận trong mối liên hệ với nhau. Với cách thức phân tích vấn đề được định hướng rõ
ràng, tiến trình dạy học cho thấy tác động tích cực đối với chỉ số hành vi A2.1 phân tích
vấn đề cần giải quyết để định hướng cho hoạt động nghiên cứu và đề xuất giải pháp.
- Thứ hai,tư duy thuật toánứng dụng trong tiến trình GQVĐ giúpGV xây dựng hệ
thống nhiệm vụcó trật tự và mức độ hợp lí để hỗ trợ HS trong quá trình thiết kế sản phẩm.
Các hoạt động theo trình tự tuyến tính logic từ (1) xây dựng sơ đồ khối xử lí cho robot, (2)
xác định danh mục linh kiện phù hợp với sơ đồ khối, (3) vẽ sơ đồ mạch điện giữa các linh
kiện và (4) thiết kế phần cứng hình thành cấu trúc sản phẩm. Các bước tuần tự theo trình
tự logic có thể giúp HS ứng dụng trong các vấn đề khác, với các mức độ phức tạp khác
nhau tùy vào yêu cầu sản phẩm.
- Thứ ba, các nội dung khoa học được khám phá được HS hiểu và vận dụng trong
quá trình thiết kế và chế tạo sản phẩ, thể hiện qua những các ý kiến phát biểu hoặc các
thông tin được thể hiện trong sản phẩm học tập.
- Thứ tư, trong tiến trình dạy học, HS thể hiện hứng thú tham gia trong các hoạt
động 4 (chế tạo vận hành sản phẩm) và hoạt động 5 (thử nghiệm và điều chỉnh). Theo

phân tích diễn biến và đánh giá chất lượng hành vi, chúng tôi nhận thấy HS có thể thực
hiện các hoạt động chế tạo và thử nghiệm các vấn đề riêng lẻ và tự điều chỉnh (các chỉ số
hành vi C1.2 Thực hiện giải pháp và C2.1 Thử nghiệm và đánh giá). Điều này có thể do hệ
quả từ các hoạt đợng trước đó đạt được, tư duy phân rã để biết nhìn nhận đối tượng robot
thành các thành phần và tư duy thuật tốn giúp làm rõ nợi dung cớt lõi cần thiết trong thiết
kế, từ đó giúp hỡ trợ quá trình tư duy chế tạo. Điều này phù hợp với nhận định trong một
số nghiên cứu rằng sự hiểu biết rõ ràng về các bộ phận của robot là nền tảng quan trọng
để HS có thể thiết kế và chế tạo sản phẩm robotics hiệu quả.
Bên cạnh đó, một số hạn chế cho thấy những vấn đề cần lưu ý và điều chỉnh.
- Thứ nhất, các biểu hiện hành vi trong thành tố A1. Phát hiện vấn đề chưa được
bộc lộ và phát triển rõ nét, phản ánh cách thức lựa chọn tình huống vấn đề cần được lưu
ý, đặc biệt là làm rõ yêu cầu và đặc trưng cần có đối với một tình huống vấn đề STEM
robotics.
- Thứ hai,trong q trình thực nghiệm, hoạt đợng khám phá ở mức độ HS tự nghiên
cứu còn hạn chế vì năng lực tự tìm hiểu và tự đọc tài liệu của HS tham giaTNSP còn thấp.
Các hoạt động khám phá khoa họcđược thiết kế ở mức độ thực hiện hướng dẫn để HS
ghi nhận được thông tin liên quan và làm quen với thiết bị. Điều này một phần điều kiện
thời gian cịn hạn chế và HS tham gia hồn tồn mới với lĩnh vực này.
- Thứ ba, kết quả thực nghiệm cho thấy với đối tượng HS mới tiếp cận, việc tở chức
dạy học theo tiến trình đã đề x́t có thể bồi dưỡng để HS đạt được năng lực GQVĐ ở
mức 1 là mức độ nhận thức thấp, thực hiện theo hướng dẫn và hỗ trợ của GV, hoặc mức
2 khi năng lực thể hiện được sự tự lực một phần với các hoạt động riêng lẻ, rời rạc, đôi
khi cần sự trợ giúp của GV. Tuy nhiên, một vấn đề cần phải lưu ý chính là hành vi năng
lực còn phụ tḥc vào mức đợ khó của chính chủ đề STEM robotics. Do đó để HS có thể
đạt được các mức năng lực cao hơn thì đòi hỏi HS cần phải được rèn luyện nhiều hơn với
một số chủ đề có sự nâng cao về cả yếu tố kiến thức STEM và kĩ năng lập trình. Song
bước đầu với đối tượng HS THCS mới tiếp cận và chưa có nền tảng lập trình, kết quả của


24

đề tài đã cho thấy cơ sở lí thuyết về tổ chức triển khai trải nghiệm giáo dục STEM robotics
trong nhà trường như đề xuất là phù hợp và có thể tiếp tục phát triển để làm rõ hơn nữa.
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
Kết luận chung
Cơ sở lí luận chung và cơ sở thực tiễn của luận án
Đề tài đã hệ thống hố tởng quan các nghiên cứu về GD STEM robotics, chú ý định
hướng nghiên cứu giáo dục vật lí trong lĩnh vực này và các nghiên cứu về bồi dưỡng
năng lực GQVĐ của HS. Kết quả tổng quan cho thấy robotics có thể tiếp cận theo hướng
là một nội dung học tập trong GD STEM, và GD STEM robotics được tổ chức thành các
chủ đề tích hợp kết hợp trong chương trình nhà trường. Trong mỗi chủ đề, năng lực
GQVĐ để thiết kế và chế tạo một sản phẩm robotics càn được quan tâm và thúc đẩy phát
triển. Đặc biệt, trong GD STEM robotics, TDMT có mối liên hệ chặt chẽ với tư duy GQVĐ.
Kết quả tổng quan đã chỉ ra định hướng vận dụng TDMT để bồi dưỡng năng lực GQVĐ
trong lĩnh vực STEM robtoics có thể tiếp tục khai thác nghiên cứu.
Kết quả nghiên cứu khảo sát thực trạng về GD STEM robotics ở các trường trung
học trong phạm vi Tp.HCM cho thấy HS hứng thú, tị mị và có tâm thế để tham gia các
hoạt động STEM robotics trong nhà trường. Kết quả khảo sát GV các môn học STEM cho
thấy sự đồng tình của GV trong lợi ích và cần thiết để thực hiện hoạt động STEM robotics
tích hợp vào nhà trường. Tuy nhiên, quan điểm về GD STEM robotics của GV cũng có
những điểm khác biệt phụ thuộc vào kinh nghiệm dạy học, trải nghiệm hoạt động robotics
và mơn học. Bên cạnh đó, kết quả phỏng vấn GV vật lí đã cho thấy sự đồng tình về mối
liên hệ chặt chẽ giữa giáo dục vật lí với GD STEM robotics, sự cần thiết để cho HS được
tiếp cận GD STEM robotics và quan trọng là phản ánh nhu cầu phát triển chuyên môn
cũng như mong muốn sự phối hợp hiệu quả với GV các môn học liên quan (công nghệ tin học). Kết quả khảo sát thực tiễn cho thấy việc cần thiết xây dựng cơ sở lí luận rõ ràng
cho việc tổ chức GD STEM robotics trong nhà trường.
Cơ sở lí luận về cấu trúc năng lực GQVĐ trong GD STEM robotics, quy trình xây
dựng và tiến trình tổ chức chủ đề STEM robotics
Trên cơ sở lí luận chung, cấu trúc năng lực GQVĐ trong GD STEM robotics cho HS
trung học được đề xuất bao gồm 3 hợp phần, 6 thành tố và 12 biểu hiện hành vi. Nhìn
chung, cấu trúc năng lực GQVĐ trong GD STEM robotics bám sát cấu trúc năng lực

GQVĐ nói chung, thể hiện được các đặc trưng của GD STEM robotics và gắn kết với
TDMT như một phương thức để GQVĐ trong lĩnh vực robotics. Chất lượng biểu hiện hành
vi được đề xuất dựa trên mức độ tự lực của HS và mức độ phức tạp của nhiệm vụ thực
hiện. Cấu trúc năng lực có thể hỗ trợ định hướng thiết kế nhiệm vụ học tập và giúp GV
xây dựng được công cụ đánh giá phù hợp khi tổ chức dạy học chủ đề STEM robotics.
Cơ sở cho việc tổ chức GD STEM robotics trong nhà trường nhằm bồi dưỡng năng
lực GQVĐ trong GD STEM robotics được làm rõ thông qua quy trình xây dựng chủ đề
STEM robotics và tiến trình tổ chức dạy học chủ đề STEM robotics. Quy trình xây dựng và
tiến trình tổ chức dạy học chủ đề được đề xuất có sự kết nối chặt chẽ với giáo dục vật lí,
đảm bảo thể hiện những đặc trưng cốt lõi của GD STEM robotics. Tiến trình tổ chức chủ
đề STEM robotics thích ứng với thực tiễn tổ chức GD STEM hiện nay ở nước ta, thể hiện
qua tinh thần bám sát công văn 3089 của Vụ trung học về hướng dẫn thực hiện GD STEM
ở trường trung học. Điểm đặc biệt trong tiến trình tổ chức dạy học chủ đề STEM robotics
được đề xuất chính là sự phối hợp quy trình thiết kế kĩ thuật và các kĩ năng GQVĐ theo
TDMT nhằm mục đích xây dựng các bước hoạt động hiệu quả giúp HS có thể GQVĐ thiết
kế và chế tạo sản phẩm robotics. Trong quá trình thiết kế kĩ thuật, các kĩ năng GQVĐ
quan trọng theo TDMT như phân tích (phân rã) vấn đề, chọn lọc thơng tin và tư duy thuật
tốn (GQVĐ theo các bước có hệ thống) được tích hợp thể hiện để giúp HS GQVĐ hiệu
quả trong lĩnh vực STEM robotics.


25
Về thực nghiệm sư phạm
Kết quả TNSP cho thấy quy trình xây dựng chủ đề STEM robotics hỗ trợ GV định
hướng xây dựng các chủ đề phù hợp với đối tượng HS; tiến trình tổ chức chủ đề STEM
robotics có những tác động tích cực đến năng lực GQVĐ trong GD STEM robotics của
HS. Kết quả cho thấy hai kĩ năng cốt lõi để GQVĐ theo TDMT (phân rã vấn đề và tư duy
thuật tốn) đã giúp HS có thể hiểu rõ về cấu tạo và nguyên lí hoạt động của sản phẩm
robotics, đồng thời nâng cao khả năng tìm hiểu kiến thức và thiết kế sản phẩm.Bên cạnh
đó, biểu hiện tích cực của HS trong hoạt động chế tạo sản phẩm đã khẳng định 2 định

hướng quan trọng của tiến trình tổ chức dạy học: (1) làm rõ hoạt động nhận thức về cấu
tạo và nguyên lí hoạt động của sản phẩm robot; (2) nhấn mạnh việc đề xuất giải pháp và
xây dựng bản thiết kế trước khi chế tạo.
Tuy nhiên, đề tài chỉ đang thực nghiệm với đối tượng HS mới tiếp cận nên thời gian
thực hiện dài và hạn chế trong đánh giá biểu hiện năng lực. Kết quảcho thấy, đối tượng
HS mới tiếp cận và nền kiến thức chưa tốt về các môn học STEM sẽ gặp nhiều khó khăn
khi tham gia hoạt động STEM robotics. Do đó, trong khn khổ chương trình 2018 đang
được triển khai ngày càng rộng rãi, việc phối hợp giữa GV ở nhiều bộ môn liên quan là rất
cần thiết. Theo đó, một số hoạt động nhận thức về lĩnh vực, thực hành làm quen bộ thiết
bị sẽ được lồng ghép vào q trình dạy học các mơn nền tảng. Các chủ đề STEM robotics
nhằm củng cố để cụ thể hóa các kiến thức vật lí - khoa học trong chương trình. Bên cạnh
đó, kết quả đánh giá TNSP cũng cho thấy cấu trúc năng lực GQVĐ vẫn còn những chỉ số
hành vi trong cấu trúc chưa rõ để đánh giá chỉ số hành vi của HS, cần được thực nghiệm
với số lượng mẫu lớn và đa dạng hơn để chuẩn hóa.
Tóm lại, các kết quả đạt được của đề tài cho phép kết luận:Nghiên cứu GD
STEM robotics nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề đã được làm rõ thông qua cấu
trúc năng lực GQVĐ trong GD STEM robotics, quy trình xây dựng và tiến trình tổ chức chủ
đề STEM robotics; và bước đầu đã cho thấy những kết quả tác động tích cực đối với năng
lực GQVĐ trong GD STEM robotics.
Hướng phát triển nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu của đề tài có hạn, chúng tơi xin có một số đề nghị như sau:
- Tiếp tục triển khai xây dựng các chủ đề STEM robotics đa dạng về mặt nền tảng
dụng cụ và đối tượng HS vận dụng quy trình và tiến trình dạy học chủ đề STEM robotics
nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề theo tư duy máy tính trong robotics cho không
chỉ cho HS THCS mà cho cả đối tượng HS THPT.
- Thực hiện thực nghiệm sư phạm với đa dạng đối tượng học sinh và mức độ chủ
đề, đặc biệt, nghiên cứu tập trung sâu vào các phương pháp dạy học phù hợp đáp ứng
việc phát triển năng lực của học sinh.