MÔ HÌNH STEM ĐƠN GIẢN VỀ CHỦ ĐỀ ÁNH SÁNG – MÀU SẮC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA VẬT LÝ

----------

NGUYỄN THỊ DIỄM HƢƠNG

MÔ HÌNH STEM ĐƠN GIẢN
VỀ CHỦ ĐỀ ÁNH SÁNG – MÀU SẮC
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. Ngô Thị Phƣơng

TP. HỒ CHÍ MINH - 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA VẬT LÝ

----------

NGUYỄN THỊ DIỄM HƢƠNG

MÔ HÌNH STEM ĐƠN GIẢN
VỀ CHỦ ĐỀ ÁNH SÁNG – MÀU SẮC
Chuyên ngành: Vật lý đại cƣơng
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. Ngô Thị Phƣơng

TP. HỒ CHÍ MINH - 2017


LỜI CẢM ƠN
Trƣớc tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến TS. Ngô Thị Phƣơng,
ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn và luôn động viên, giúp đỡ để tôi có thể hoàn thành
luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trƣờng Đại học Sƣ phạm Thành phố Hồ
Chí Minh, đặc biệt là các thầy cô trong khoa Vật lý đã nhiệt tình giảng dạy và cung
cấp cho tôi nhiều kiến thức quý báu trong những năm học vừa qua.
Xin chân thành cảm ơn bạn Lê Minh Trung hỗ trợ tôi về kỹ thuật, cảm ơn
anh Trần Ngọc Huy giúp tôi thực hiện video bài giảng hƣớng dẫn thực hiện mô
hình.
Xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè luôn tạo động lực, giúp đỡ tôi
vƣợt qua những khó khăn trong quá trình thực hiện luận văn này.
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 04/2017

Sinh viên

Nguyễn Thị Diễm Hƣơng

1


MỤC LỤC
MỤC LỤC ...................................................................................................................2
DANH MỤC HÌNH ẢNH ..........................................................................................4

MỞ ĐẦU .....................................................................................................................5
1. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH GIÁO DỤC STEM .......................8
1.1.

Giáo dục STEM là gì? ...................................................................................8

1.1.1.

Khái niệm STEM ....................................................................................8

1.1.2.

Lịch sử hình thành và phát triển .............................................................8

1.2.

Nội dung của giáo dục STEM .......................................................................9

1.2.1.

Các kỹ năng cơ sở của STEM.................................................................9

1.2.2.

Các kỹ năng bổ trợ của STEM ..............................................................10

1.3.

Vai trò của giáo dục STEM .........................................................................10

1.3.1.

Phƣơng thức dạy và học........................................................................10

1.3.2.

Mục tiêu và phƣơng hƣớng ...................................................................11

1.4.

Đánh giá STEM với giáo dục hiện tại .........................................................12

1.4.1.

Ích lợi ....................................................................................................12

1.4.2.

Khó khăn ...............................................................................................12

1.4.3.

Hƣớng phát triển ...................................................................................12

2. CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...............................................13
2.1.

Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết ..............................................................13

2.1.1. Mục đích ................................................................................................13

2.1.2.

Nội dung nghiên cứu ............................................................................13

2.1.3.

Qui trình nghiên cứu .............................................................................13

2.2.

Phƣơng pháp thực nghiệm ...........................................................................13

2.2.1.

Mục đích ...............................................................................................13

2.2.2.

Nội dung thực hiện ...............................................................................13

2.3.

Qui trình xây dựng bộ thí nghiệm ...............................................................14

2.3.1.

Mục đích ...............................................................................................14

2.3.2.

Nội dung nghiên cứu ............................................................................14
2


2. CHƢƠNG 3: CÁC GÓI MÔ HÌNH STEM ĐƠN GIẢN VỀ ÁNH SÁNG –
MÀU SẮC .................................................................................................................16
Mô hình 1: ĐÈN TRÂN CHÂU
1.1.

Giới thiệu mô hình .......................................................................................17

1.2.

Nội dung thực hiện ......................................................................................17

1.2.1.

Chuẩn bị ................................................................................................17

1.2.2.

Thực hiện ..............................................................................................19

1.3.

Phƣơng thức thực hiện .................................................................................24

1.4.

Đánh giá tổng quát .......................................................................................25

Mô hình 2: XE MINI CHẠY BẰNG PIN MẶT TRỜI
2.1.

Giới thiệu mô hình .......................................................................................27

2.2.

Nội dung thực hiện ......................................................................................28

2.2.1.

Chuẩn bị ................................................................................................28

2.2.2.

Thực hiện ..............................................................................................29

2.3.

Phƣơng thức thực hiện .................................................................................35

2.4.

Đánh giá tổng quát .......................................................................................36

Mô hình 3: ĐÈN LAVA
3.1.

Giới thiệu mô hình .......................................................................................38

3.2.

Nội dung thực hiện ......................................................................................39

3.2.1.

Chuẩn bị ................................................................................................39

3.2.2.

Thực hiện ..............................................................................................40

3.3.

Phƣơng thức thực hiện .................................................................................43

3.4.

Đánh giá tổng quát .......................................................................................44

KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIÊN ................................................................46
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................47

3


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1: Một số dụng cụ cần thiết ..............................................................................18
Hình 2: Một số nguyên vật liệu mô hình 1 ...............................................................18

Hình 3: Sơ đồ nguyên lí hoạt động của mô hình 1....................................................19
Hình 4: Adapter .........................................................................................................19
Hình 5: Cảm biến ánh sáng .......................................................................................20
Hình 6: Relay ............................................................................................................20
Hình 7: Sơ đồ lắp đặt của mô hình 1 .........................................................................21
Hình 8: Hình dạng ly - hình nón cụt .........................................................................22
Hình 9: Mẫu giấy A...................................................................................................23
Hình 10: Mẫu giấy B .................................................................................................23
Hình 11: Đèn trân châu .............................................................................................26
Hình 12: Xe mini chạy bằng pin mặt trời .................................................................27
Hình 13: Một số nguyên vật liệu của mô hình 2 .......................................................28
Hình 14: Sơ đồ nguyên lý của mô hình 2..................................................................29
Hình 15: Pin mặt trời .................................................................................................29
Hình 16: Sơ đồ lắp đặt của mô hình 2 .......................................................................31
Hình 17: Khung xe ....................................................................................................32
Hình 18: Đèn lava .....................................................................................................38
Hình 19: Các nguyên vật liệu của mô hình 3 ............................................................39
Hình 20: Sơ đồ nguyên lý của mô hình 3..................................................................40
Hình 21: Sơ đồ lắp đặt của mô hình 3 .......................................................................41
Hình 22: Mô tơ tạo khí ..............................................................................................42

4


MỞ ĐẦU
Trong thời đại toàn cầu hóa đang diễn ra mạnh mẽ, cùng với sự phát triển
nhanh chóng của khoa học - công nghệ là sự bùng nổ của tri thức. Điều đó đem lại
nhiều cơ hội cũng nhƣ thách thức cho các lĩnh vực xã hội, đặc biệt là giáo dục. Quá
trình toàn cầu hóa yêu cầu nền giáo dục tri thức cao với những đòi hỏi về sự sáng
tạo, khả năng vận dụng kiến thức khoa học công nghệ vào sản xuất. Để bắt kịp sự

thay đổi nhanh chóng của thời đại giáo dục cần phải đổi mới về tƣ duy cũng nhƣ
phƣơng pháp. Trong chƣơng trình giáo dục phổ thông tổng thể, giáo dục Khoa học
tự nhiên có ý nghĩa vô cùng quan trọng, do đó việc dạy Khoa học tự nhiên nhƣ thế
nào trong giai đoạn phát triển thực tại luôn là vấn đề đáng quan tâm.
Để phù hợp với xu hƣớng chung của thế giới trong chƣơng trình giáo dục
mới của Việt Nam sắp tới, giáo dục Khoa học tự nhiên đƣợc chủ trƣơng tích hợp
thành một môn ở THCS và phân hóa sâu thành các môn ở THPT1. Bên cạnh đó với
mục tiêu nâng cao năng lực, tính sáng tạo của học sinh, giáo dục Khoa học tự nhiên
cần đi đôi với các hoạt động trải nghiệm sáng tạo, thực nghiệm khoa học. Đồng
nghĩa với điều này là sự đòi hỏi về một mô hình giáo dục mới có thể thỏa mãn xu
hƣớng phát triển nêu trên.
Trong các mô hình giáo dục mới hiện nay, giáo dục STEM (Science - Khoa
học, Technology - Công nghệ, Engineering - Kỹ thuật và Math -Toán học) đang là
một mô hình nhận đƣợc nhiều chú ý trên thế giới. Đây là mô hình giáo dục đƣợc
Hoa Kì áp dụng chính cho hầu hết các bang nhằm thúc đẩy sự phát triển một cách
toàn diện cả về kỹ năng lẫn kiến thức cho ngƣời học. STEM trang bị cho ngƣời học
những kiến thức và kĩ năng về các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán
học. Các kiến thức này không dạy riêng biệt mà tích hợp dƣới mô hình chung mang
tính thực tế. Mô hình STEM sử dụng phƣơng pháp “học qua hành”, ngƣời học có
đƣợc kiến thức từ kinh nghiệm thực hành chứ không phải chỉ từ lý thuyết. Giáo viên
không phải là ngƣời truyền dạy kiến thức mà chỉ là ngƣời hƣớng dẫn để ngƣời học
tự xây dựng kiến thức. STEM mang đến các hoạt động trải nghiệm thực tế, thông
qua đó ngƣời học không chỉ đƣợc trang bị các kỹ năng STEM mà còn đƣợc trang bị
1

Quốc Hội, Nghị quyết về đổi mới chƣơng trình, sách giáo khoa giáo dục phổ thông, Số 88/2014/QH13,
2014

5

các kỹ năng phù hợp trong thế kỉ 21. Ngƣời học STEM có khả năng tự giải quyết
vấn đề thông qua phối hợp kiến thức và kỹ năng các môn vận dụng trong công việc,
đặc biệt là ngành nghề liên quan Kỹ thuật – công nghệ. Song song với xu hƣớng
giáo dục và xu hƣớng nghề nghiệp STEM, theo một báo cáo của
STEMconnector.org, vào năm 2018, ƣớc tính cần 8,65 triệu lao động trong công
việc liên quan đến STEM2. Các ngành sản xuất phải đối mặt với sự thiếu hụt nguồn
nhân lực đƣợc đào tạo các chuyên ngành liên quan đến STEM. Qua đó nhận thấy sự
phù hợp, cần thiết và cấp thiết của giáo dục STEM đối với sự phát triển của xã hội
hiện nay.
Ở Việt Nam trong những năm gần đây, dạy học STEM ngày càng diễn ra sôi
nổi và nhận đƣợc nhiều sự quan tâm của cộng đồng. Các câu lạc bộ STEM, các
trung tâm giáo dục STEM tiếp nối nhau ra đời hoạt động tích cực và thu hút học
sinh. Tuy nhiên các mô hình giáo dục STEM ở Việt Nam còn khá sơ khai, đa phần
là áp dụng trực tiếp các mô hình của nƣớc ngoài cho học sinh mà bỏ qua sự khác
biệt giữa các nền giáo dục về tổ chức hệ thống giáo dục, về cơ sở vật chất, về thời
gian học, về phƣơng pháp giảng dạy cũng nhƣ cách thức tiếp nhận kiến thức của
học sinh. Chính vì lý do đó luận văn đƣợc thực hiện nhằm xây dựng mô hình STEM
phù hợp với giáo dục Việt Nam về nội dung, chƣơng trình, phƣơng pháp giáo dục,
điều kiện cơ sở vật chất cũng nhƣ trình độ và năng lực của học sinh.
Mục tiêu chính của luận văn là xây dựng các mô hình thí nghiệm lấy chủ đề
ánh sáng – màu sắc theo định hƣớng STEM làm tài liệu tham khảo cho giáo viên
vật lý, nhằm mục đích nâng cao chất lƣợng giáo dục và đem kiến thức vật lý gần
gũi hơn với cuộc sống, khởi tạo sự hứng thú và yêu thích khoa học cho học sinh.
Với mục tiêu trên luận văn hƣớng tới tìm hiểu và xây dựng các mô hình với phần lý
thuyết thuộc kiến thức Quang học phổ thông và phần kỹ năng thực hiện phù hợp với
đối tƣợng hƣớng tới là học sinh THCS.
Mô hình bao gồm tài liệu tham khảo, sản phẩm thực tế và video hƣớng dẫn.

2

My College Options® and STEMconnector®, Why STEM Students Jobs Full Report, 2013

6


Luận văn đƣợc trình bày với nội dung chính gồm 3 chƣơng:
Chương 1: Tổng quan về mô hình giáo dục STEM
Chƣơng này giúp ngƣời đọc có cái nhìn bao quát về giáo dục STEM, hiểu
đƣợc khái niệm STEM là gì, lịch sử hình thành và phát triển của giáo dục STEM,
vai trò của giáo dục STEM, những đánh giá về lợi ích, khó khăn cũng nhƣ hƣớng
phát triển của STEM với giáo dục hiện tại.
Chương 2: Phương pháp nghiên cứu
Trình bày về phƣơng pháp nghiên cứu đƣợc sử dụng trong luận văn.
Chương 3: Các gói mô hình STEM đơn giản về ánh sáng – màu sắc.
Giới thiệu và trình bày một số mô hình STEM đơn giản về chủ đề ánh sáng –
màu sắc xoay quanh các kiến thức Quang học của học sinh THCS: Ánh sáng trắng
và ánh sáng màu, hiện tƣợng khúc xạ ánh sáng, tác dụng của ánh sáng.

7


1. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH
GIÁO DỤC STEM
1.1. Giáo dục STEM là gì?
1.1.1. Khái niệm STEM
STEM là viết tắt của Science (Khoa học), Technology (Công nghệ),
Engineering (Kỹ thuật) và Mathematics (Toán học).
STEM là một chƣơng trình giáo dục, về bản chất đƣợc hiểu là trang bị cho
ngƣời học những kiến thức và kỹ năng cần thiết liên quan đến các lĩnh vực khoa

học, công nghệ, kỹ thuật và toán học. Các kiến thức và kỹ năng này phải đƣợc tích
hợp, lồng ghép và bổ trợ cho nhau, giúp ngƣời học không chỉ hiểu biết về nguyên lý
mà còn có thể thực hành và tạo ra đƣợc những sản phẩm có ích phục vụ cuộc sống
hằng ngày.
1.1.2. Lịch sử hình thành và phát triển
Vào những thập niên 50 và 60, Mỹ là nƣớc đầu tiên phổ cập giáo dục phổ
thông cho cả nƣớc và cũng là nƣớc đầu tiên tạo ra hệ thống các trƣờng cao đẳng, đại
học rộng rãi. Hệ thống giáo dục của họ vào thời điểm này đƣợc đánh giá là tốt nhất
thế giới, cùng với đó là những kết quả tuyệt vời mà nền khoa học và kinh tế Mỹ đạt
đƣợc. Tuy nhiên, không ít các quốc gia đã gặt hái đƣợc rất nhiều thành công trong
giáo dục, chẳng hạn nhƣ Phần Lan, Hàn Quốc, Hồng Kông hay Singapore thậm chí
còn đƣợc cho là đã vƣợt mặt Mỹ.
Trong những năm 90 của thế kỷ 20, Quỹ khoa học quốc gia Mỹ (NSF) đã bắt
đầu sử dụng từ viết tắt SMET thay cho khoa học, toán học, kĩ thuật và công nghệ
(Science, Mathematics, Engineering and Technology) vốn là một dự án giáo dục
đƣợc dự kiến phổ cập với vai trò cải cách là tìm lại vị thế về phát triển giáo dục của
quốc gia này. Các nhân viên của NSF nhận thấy phát âm của SMET rất giống với từ
“smut” (từ nói tục) từ đó thuật ngữ STEM ra đời thay thế cho SMET.
STEM từng bị nhầm lẫn là một chƣơng trình đào tạo liên quan tới tế bào gốc
(Stem cell). Điều này kéo dài cho đến tận mùa thu năm 2005, nhiều ngƣời đọc cuốn
“Thế giới phẳng” của Friedman (2005) , họ cho rằng Trung Quốc và Ấn Độ đang

8


vƣợt qua Mĩ trong lĩnh vực STEM. Từ đó, dự án STEM bắt đầu đƣợc đầu tƣ một
cách nghiêm túc và thuật ngữ STEM đã đƣợc ghi nhận. Giáo dục STEM bây giờ đã
trở nên rất phổ biến.
Một thống kê ở Mỹ cho thấy từ năm 2004 đến năm 2014, việc làm liên quan
đến khoa học và kỹ thuật tăng 26%, gấp hai lần so với tốc độ tăng trƣởng trung bình

của các ngành nghề khác. Trong khi đó, việc làm STEM có tốc độ tăng trƣởng gấp
4 lần so với tốc độ tăng trƣởng trung bình của các ngành khác nếu tính từ năm 1950
đến 20073.
1.2. Nội dung của giáo dục STEM
1.2.1.

Các kỹ năng cơ sở của STEM

Giáo dục STEM cung cấp cho học sinh các kỹ năng hiểu là sự tích hợp, lồng
ghép hài hòa từ bốn nhóm kỹ năng là: Kỹ năng khoa học, kỹ năng công nghệ, kỹ
năng kỹ thuật và kỹ năng toán học.
Kỹ năng khoa học: là khả năng liên kết các khái niệm, nguyên lý, định luật
và các cơ sở lý thuyết của giáo dục khoa học để thực hành và sử dụng kiến thức này
để giải quyết các vấn đề trong thực tế.[4]
Kỹ năng công nghệ: Là khả năng sử dụng, quản lý, hiểu biết, và truy cập
đƣợc công nghệ. Công nghệ là từ những vật dụng hằng ngày đơn giản nhất nhƣ quạt
mo, bút chì đến những hệ thống sử dụng phức tạp nhƣ mạng internet, mạng lƣới
điện quốc gia, vệ tinh… Tất cả những thay đổi của thế giới tự nhiên mà phục vụ
nhu cầu của con ngƣời thì đƣợc coi là công nghệ. [4]
Kỹ năng kỹ thuật: Là khả năng giải quyết vấn đề thực tiễn diễn ra trong cuộc
sống bằng cách thiết kế các đối tƣợng, hệ thống và xây dựng các quy trình sản xuất
để tạo ra đối tƣợng. Hiểu một cách đơn giản, học sinh đƣợc trang bị kỹ năng kỹ
thuật là có khả năng sản xuất ra đối tƣợng và hiểu đƣợc quy trình để làm ra nó. Học
sinh phải có khả năng phân tích, tổng hợp và kết hợp để biết cách làm thế nào cân
bằng các yếu tố liên quan (nhƣ khoa học, nghệ thuật, công nghệ, kỹ thuật) để có
đƣợc một giải pháp tốt nhất trong thiết kế và xây dựng quy trình. Ngoài ra, học sinh

3

My College Options® and STEMconnector®, Why STEM Students Jobs Full Report, 2013

9


còn có khả năng nhìn nhận ra nhu cầu và phản ứng của xã hội trong những vấn đề
liên quan đến kỹ thuật.[4]
Kỹ năng toán học: Là khả năng nhìn nhận và nắm bắt đƣợc vai trò của toán
học trong mọi khía cạnh tồn tại trên thế giới. Học sinh có kỹ năng toán học sẽ có
khả năng thể hiện các ý tƣởng một cách chính xác, áp dụng các khái niệm và kĩ
năng toán học vào cuộc sống hằng ngày.[4]
1.2.2. Các kỹ năng bổ trợ của STEM
Ngoài những kỹ năng về khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học, giáo
dục STEM còn cung cấp cho học sinh những kỹ năng cần thiết giúp học sinh phát
triển tốt nhƣ: kỹ năng giải quyết vấn đề, tƣ duy phản biện, kỹ năng cộng tác, kỹ
năng giao tiếp…
Kỹ năng giải quyết vấn đề: là kỹ năng rất cần cho học sinh trong môi cuộc
sống thực tế, đặc biệt là đối với cuộc sống mà số lƣợng các công việc có tính chất
sáng tạo và không lặp đi lặp lại tăng mạnh, đòi hỏi ngƣời lao động phải chủ động
trang bị năng lực giải quyết vấn đề.
Tư duy phản biện: đƣợc hiểu là một quá trình tƣ duy và phân tích thông tin
theo một hƣớng khác của một vấn đề để từ đó làm sáng tỏ và khẳng định lại vấn đề.
Đây thực sự là một cách tiếp cận tốt trong giáo dục mà vốn từ xƣa tới nay, học sinh
tiếp nhận thông tin, kiến thức từ giáo viên một cách thụ động. Tƣ duy phản biện sẽ
giúp học sinh hiểu vấn đề sâu hơn, hình thành lối suy nghĩ logic và kỹ năng xử lý
thông tin tốt hơn.
Kỹ năng cộng tác và giao tiếp: cũng là các kỹ năng vô cùng quan trọng để
phát triển trong thế kỷ 21 bởi các công việc ngày càng đòi hỏi sự chia sẻ, giao tiếp
và các kỹ năng này sẽ khiến vấn đề đƣợc giải quyết một cách nhanh chóng, trôi
chảy và mang lại hiệu quả cao.
1.3. Vai trò của giáo dục STEM

1.3.1.
Phƣơng thức dạy và học
STEM khá đa dạng về phƣơng pháp giảng dạy, tuy vậy một trong những
phƣơng pháp dạy và học mang lại hiệu quả cao nhất cho giáo dục STEM là phƣơng
pháp “Học qua hành - Learning by doing”[5]. Phƣơng pháp ”Học qua hành” giúp
10


học sinh có đƣợc kiến thức từ kinh nghiệm thực hành chứ không phải chỉ từ lý
thuyết.
Bằng cách xây dựng các bài giảng theo chủ đề và dựa trên thực hành, học
sinh sẽ đƣợc hiểu sâu về lý thuyết, nguyên lý thông qua các hoạt động thực tế.
Chính các hoạt động thực tế này sẽ giúp học sinh nhớ kiến thức lâu hơn, sâu hơn.
Học sinh sẽ đƣợc làm việc theo nhóm, tự thảo luận tìm tòi kiến thức, tự vận dụng
kiến thức vào các hoạt động thực hành rồi sau đó có thể truyền đạt lại kiến thức cho
ngƣời khác. Với cách học này, giáo viên không còn là ngƣời truyền đạt kiến thức
nữa mà sẽ là ngƣời hƣớng dẫn để học sinh tự xây dựng kiến thức cho chính mình.
Với cách dạy học này đòi hỏi cao ở ngƣời giảng dạy không chỉ đơn thuần là
hiểu rõ lý thuyết mà còn phải nắm vững kỹ thuật thực hiện, bài giảng đƣợc lựa chọn
đơn giản hay phức tạp tùy vào mức độ đánh giá tiếp thu của ngƣời học mà điều này
cũng đòi hỏi ngƣời giảng dạy khả năng đánh giá tổng quát khả năng tiếp thu của
ngƣời học. Dự đoán, quản lý và giải quyết tình huống cũng là kỹ năng không thể
thiếu đối với một ngƣời giáo dục STEM chuyên nghiệp.
Với ngƣời học thì mô hình này có tính hứng thú và hấp dẫn cao, vì dạy học
không đơn thuần là lý thuyết suông mà ngƣời học cần dựa trên nền tảng lý thuyết đã
có, triển khai và thực hành tạo sản phẩm hoàn thiện. Sản phẩm tạo thành càng hoàn
thiện bao nhiêu ngƣời học càng hứng thú và có động lực học tập cao về sau bấy
nhiêu.
1.3.2.
Mục tiêu và phƣơng hƣớng

Giáo dục STEM không phải là để học sinh trở thành những nhà toán học, nhà
khoa học, kỹ sƣ hay những kỹ thuật viên mà là cung cấp các kỹ năng có thể đƣợc sử
dụng để làm việc và phát triển trong thế giới công nghệ hiện đại ngày nay.
Đó cũng là lý do vì sao STEM đòi hỏi sự tích hợp, lồng ghép hài hòa không chỉ
với bốn kỹ năng chính mà còn là sự phát triển ngầm định của các kỹ năng bổ trợ.
Một vấn đề không cần bàn cãi đó là tác dụng thực tế của chúng đối với cuộc sống
hiện đại ngày nay.

11


1.4. Đánh giá STEM với giáo dục hiện tại
1.4.1.
Ích lợi
- Tích hợp nhiều kiến thức lý thuyết và thực tiễn trong một mô hình giáo dục.
-

Tạo hứng thú và hấp dẫn cho ngƣời học so với những tiết học đơn thuần.

-

Bên cạnh các kiến thức kỹ năng chính cần truyền tải còn thúc đẩy các kỹ

năng cần thiết nhƣ: giao tiếp, làm việc nhóm…
-

Cho phép ngƣời học phát triển toàn diện các kỹ năng cần thiết cho cuộc sống

hiện đại nhƣng vẫn đảm bảo tính linh động để ngƣời học phát huy sở trƣờng.
-

Ngƣời học đƣợc tiếp xúc thực tiễn ngay khi học, cho phép sự trải nghiệm

tích lũy kinh nghiệm và khả năng qua từng tiết học.
1.4.2.
Khó khăn
- Đòi hỏi cao về chuyên môn ngƣời giảng dạy, cả lý thuyết lẫn thực tiễn đều
cần nắm vững.
-

Mỗi mô hình giảng dạy cần đƣợc tính toán và xây dựng tỉ mỹ, đảm bảo mức

độ tƣ duy ngƣời học, không quá đơn giản cũng không quá phức tạp.
-

Để đạt hiệu quả tối ƣu cho cả chƣơng trình giảng dạy, cần áp dụng STEM

tuần tự với mọi lứa tuổi học.
-

Chi phí cho giáo dục là cần thiết đối với từng mô hình nhằm đạt hiệu quả cao

trong mô phỏng cũng nhƣ sản phẩm thực tế.
1.4.3.
Hƣớng phát triển
- Đào tạo đội ngũ chuyên môn cao, tích hợp khả năng giảng dạy lẫn hƣớng dẫn
thực tế.
-

Học hỏi từ các giáo trình nƣớc ngoài đặc biệt quốc gia tiên phong nhƣ Mỹ,

Canada…

-

Áp dụng STEM ngay từ bậc học thấp nhất đảm bảo nền tảng đi lên cho các
hƣớng phát triển về sau.

-

Chủ động tƣơng tác với ngƣời học, thông quá đó đánh giá mức độ tiếp thu,
cải thiện hoặc điều chỉnh cho phù hợp.

12


2. CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết
2.1.1. Mục đích
Nhằm mục đích nghiên cứu, thu thập những loại tài liệu có liên quan đến đề
tài, từ đó định hƣớng đƣợc nội dung, phạm vi và mức độ nghiên cứu của đề tài.
2.1.2. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu lí luận về phƣơng pháp giáo dục STEM.
-

Nghiên cứu lí luận về phƣơng pháp giảng dạy Vật lý ở THCS.

-

Nghiên cứu nội dung bài học Chƣơng III Vật lý lớp 9.

2.1.3. Qui trình nghiên cứu
Bƣớc 1: Tìm kiếm tài liệu liên quan đến đề tài.
Bƣớc 2: Đọc, tóm tắt những vấn đề liên quan đến đề tài.
Bƣớc 3: Xây dựng cơ sở lí luận cho đề tài.
2.2. Phƣơng pháp thực nghiệm
2.2.1.
Mục đích
Việc tạo ra mẫu sản phẩm giúp đánh giá xem thí nghiệm đã đáp ứng đủ các yêu
cầu về STEM (yêu cầu về kỹ năng và kiến thức thuộc các lĩnh khoa học, kỹ thuật,
công nghệ, toán học) hay chƣa và các yêu cầu đó có thích hợp cho đối tƣợng học
sinh đang hƣớng tới hay không. Ngoài ra, thông qua đó còn giúp xác định nguồn
nguyên vật liệu và linh kiện có dễ chuẩn bị hay không, dự đoán những sai lầm học
sinh có thể mắc phải và dự trù kinh phí cho thí nghiệm.
2.2.2. Nội dung thực hiện
Bƣớc 1: Xác định thí nghiệm cần thực hiện.
Dựa vào mục tiêu kiến thức và kỹ năng lựa chọn thí nghiệm phù hợp.
Bƣớc 2: Lập kế hoạch tạo mẫu sản phẩm.
Xem xét các mục tiêu chuẩn kiến thức, kỹ năng STEM và những kỹ năng của
thế kỉ 21 đã đặt ra cho thí nghiệm lên kế hoạch tạo mẫu sản phẩm gồm các phần:
13


-

Nguyên vật liệu, dụng cụ cần sử dụng.

-

Các bƣớc tiến hành.

-

Yêu cầu kết quả của mẫu sản phẩm.

Bƣớc 3: Tìm nguồn cung cấp nguyên vật liệu, linh kiện cần thiết.
Bƣớc 4: Tạo mẫu sản phẩm.
Tạo mẫu sản phẩm với vai trò là học sinh, xem xét lứa tuổi, trình độ, khả năng
của học sinh và yêu cầu của thí nghiệm muốn học sinh thực hiện.
Bƣớc 5: Khảo sát, đánh giá mẫu sản phẩm.
Qua bƣớc tạo mẫu sản phẩm phần nào hình dung đƣợc nội dung và các kỹ năng
cần thiết trong quá trình tiến hành thí nghiệm. Từ đó nhìn nhận và đánh giá lại thí
nghiệm về tính học thuật và tính khả thi của thí nghiệm.
Bƣớc 6: Điều chỉnh hoàn thiện sản phẩm.
2.3. Qui trình xây dựng bộ thí nghiệm
2.3.1.
Mục đích
Nhằm xây dựng các bộ thí nghiệm về màu sắc, ánh sáng theo định hƣớng
STEM dựa trên các cơ sở lý thuyết đã có.
2.3.2. Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu quy trình xây dựng bộ thí nghiệm định hướng STEM
Mỗi bộ thí nghiệm ngoài yêu cầu giải quyết một vấn đề kiến thức Vật lý còn
cần phải đảm bảo yêu cầu về khoa học, kỹ thuật, công nghệ và toán học. Vì vậy,
việc xây dựng một bộ thí nghiệm đƣợc thực hiện theo qui trình nhƣ sau:
Bƣớc 1: Xác định mục tiêu kiến thức Vật lý cần giải quyết cho bộ thí nghiệm sẽ
xây dựng.
Bƣớc 2: Xây dựng thí nghiệm cơ bản (thí nghiệm giải quyết mục tiêu kiến thức Vật
lý đã xác định).
Bƣớc 3: Xác định mục tiêu kỹ năng và yêu cầu kỹ thuật cho bộ thí nghiệm.
14

Bƣớc 4: Nâng cấp thí nghiệm tùy theo mục tiêu kỹ năng và yêu cầu kỹ thuật.
Bƣớc 5: Thiết kế tiến trình thực hiện thí nghiệm cho học sinh (các hoạt động đƣợc
tổ chức cho học sinh có thể làm tại lớp).

15


2. CHƢƠNG 3: CÁC GÓI MÔ HÌNH STEM ĐƠN
GIẢN VỀ ÁNH SÁNG – MÀU SẮC
Trong chƣơng này luận văn sẽ giới thiệu các gói mô hình STEM về chủ đề
ánh sáng – màu sắc xoay quanh mảng kiến thức Vật lý về ánh sáng trắng, ánh sáng
màu, tác dụng quang điện và hiện tƣợng khúc xạ của ánh sáng. Mô hình STEM xây
dựng bắt nguồn ý tƣởng từ các sản phẩm sáng tạo Vật lý đã có sẵn phù hợp với chủ
đề ánh sáng – màu sắc, sau đó đƣợc chọn lọc, thay đổi và bổ sung thêm các yếu tố
kỹ thuật, công nghệ, toán học. Cuối cùng thông qua thực nghiệm làm sản phẩm
mẫu, mô hình đƣợc cải tiến phù hợp với trình độ và năng lực của học sinh. Sau quá
trình tìm hiểu và nghiên cứu luận văn xây dựng đƣợc ba mô hình: Đèn trân châu,
Xe mini chạy bằng pin mặt trời và Đèn lava, các mô hình đƣợc trình bày chi tiết về
nguyên vật liệu cần thiết, từng bƣớc thực hiện, nguyên lý hoạt động của sản phẩm,
lƣu ý khi tiến hành cũng nhƣ một số gợi ý cho giáo viên trong quá trình áp dụng mô
hình.
Các gói mô hình dƣới đây hi vọng không chỉ giúp học sinh phát triển toàn
diện về kiến thức và kỹ năng trên các lĩnh vực STEM mà còn phát triển các kỹ năng
mềm cần thiết thông qua hoạt động trải nghiệm chế tạo sản phẩm. Đồng thời mô
hình đƣa kiến thức Vật lý gần gũi hơn với cuộc sống, khởi tạo sự hứng thú và yêu
thích khoa học cho học sinh.

16

Mô hình 1: ĐÈN TRÂN CHÂU
1.1. Giới thiệu mô hình
Tên: Đèn trân châu
Đối tƣợng, phạm vi bài học: Mô hình hƣớng tới đối tƣợng học sinh lớp 9, áp dụng
cho bài học Ánh sáng trắng và ánh sáng màu.
Nội dung và mục đích:
Nội dung: Học sinh dựa trên các vật liệu, linh kiện có sẵn thiết kế một chùm đèn
màu bằng nguồn phát ra ánh sáng trắng, chùm đèn hoạt động tự động bằng hệ thống
cảm quang (nghĩa là đèn sẽ hoạt động khi môi trƣờng thiếu ánh sáng và ngƣợc lại).
Mục đích:
 Học sinh biết cách tạo ra ánh sáng màu bằng việc chiếu ánh sáng trắng qua
tấm lọc màu.
 Học sinh biết ứng dụng quang trở để điều khiển hoạt động của đèn theo
cƣờng độ ánh sáng của môi trƣờng.
Kết quả dự kiến
 Chùm đèn phải đủ các loại màu sắc khác nhau: đỏ, vàng, xanh, tím, trắng.
 Mỗi ly đèn gồm 3 đèn led.
 Đèn hoạt động khi thiếu ánh sáng, tự ngắt khi đủ ánh sáng.
1.2. Nội dung thực hiện
1.2.1. Chuẩn bị
- Về kiến thức: Có kiến thức về vật lý cơ bản, kiến thức về kỹ thuật điện, kiến
thức về an toàn khi sử dụng, lắp đặt mạch điện. Nắm bắt và hiểu rõ nguyên lý hoạt
động cũng nhƣ cách lắp đặt của các linh kiện trong mạch điện.

17


- Về kỹ năng: Có kỹ năng cơ bản về sử dụng dụng cụ kỹ thuật điện (Kềm, Tua
vít…), kỹ năng đo đạc tính toán, kỹ năng thủ công về cắt dán, thƣờng thức và thẩm

mỹ.
- Về dụng cụ: Kéo, Tua-vít, Kềm, Ghim bấm giấy, kẹp gỗ, súng bắn keo,
thƣớc thẳng. Dƣới đây là một số ảnh minh họa các dụng cụ quan trọng:

Hình 1: Một số dụng cụ cần thiết

- Về nguyên vật liệu: Ly nhựa (tâm đáy đƣợc khoan lỗ đƣờng kính 1cm), đinh
ghim, keo nến, keo 2 mặt hoặc keo sữa, giấy lọc màu; linh kiện gồm: 1 quang trở
(cảm biến ánh sáng), 1 relay, dây led chùm, adapter hạ áp 220-5V, dây diện. Dƣới
đây là một số ảnh minh hoạ các linh kiện và nguyên vật liệu quan trọng:

Hình 2: Một số nguyên vật liệu mô hình 1

18


1.2.2. Thực hiện
Bƣớc 1: Nguyên cứu hoạt động

Hình 3: Sơ đồ nguyên lí hoạt động của mô hình 1

Hoạt động của mạch điện đƣợc tóm tắt qua sơ đồ nguyên lý nêu trên, cụ thể
nhƣ sau:
- Về nguồn cấp điện: Để mạch điện hoạt động ta sử dụng hai nguồn cung cấp
điện gồm nguồn 220V-AC (xoay chiều) lấy trực tiếp từ nguồn điện gia dụng cấp
điện hoạt động cho Led chùm và nguồn 5V-DC (một chiều) thông qua sử dụng
Adapter cấp điện hoạt động cho Cảm biến ánh sáng và Relay




Adapter là thiết bị dùng để chuyển đổi nguồn điện
cao áp chuẩn (AC – xoay chiều: 100-250V) thành
điện áp thấp hơn (DC – một chiều: 3-15V).
Chức năng chính của Adapter là cung cấp nguồn
điện thích hợp cho các thiết bị điện tử hoạt động ổn
định, ngoài ra Adapter còn dùng sạc pin cho các
thiết bị điển hình là pin cho laptop, smartphone.

Hình 4: Adapter

- Về mặt tín hiệu: Khi cảm biến ánh sáng hoạt động sẽ phát tín hiệu báo về
Relay tƣơng ứng với mức 5V khi có ánh sáng và 0V khi không có. Relay nhận tín
hiệu 5V sẽ ngắt điện cấp từ nguồn cho Led chùm và ngƣợc lại 0V sẽ đóng điện cấp
cho Led chùm.

19








Cảm biến ánh sáng sử dụng quang trở có khả năng
thay đổi điện trở theo cƣờng độ ánh sáng chiếu vào.
Tín hiệu xuất ra của cảm biến là digital HIGH (5V)
khi trời tối (cƣờng độ ánh sáng chiếu vào thấp) và
LOW nếu ngƣợc lại tƣợng trƣng cho các trạng thái

bật, tắt thiết bị điện tự động.
Cảm biến ánh sáng sử dụng điện áp chuẩn 5V.
Cảm biến ánh sáng có thể điều chỉnh đƣợc độ nhạy
Hình 5: Cảm biến ánh sáng
bằng nút vặn trên thân.



Nguyên lý hoạt động của quang trở:
Quang trở là một điện trở làm bằng chất bán dẫn hoạt động dựa trên hiệu ứng
quang điện trong. Nó có cấu tạo gồm một sợi dây bằng chất bán dẫn gắn trên một
đế cách điện. Để biết quang trở hoạt động nhƣ thế nào ta cần biết về khái niệm hiệu
ứng quang điện trong và chất bán dẫn. Hiệu ứng quang điện trong là hiện tƣợng
điện tử (electron) chuyển sang trạng thái kích thích và thoát ra khỏi liên kết nguyên
tử sau khi hấp thụ năng lƣợng từ các photo ánh sáng[2]. Chất bán dẫn là chất có độ
dẫn điện ở mức trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Chất này có thể
dẫn điện ở một điều kiện nào đó, ở một điều kiện khác sẽ không dẫn điện. Trong
trƣờng hợp của quang trở điều kiện để dẫn điện là ánh sáng. Khi ánh sáng chiếu
vào chất bán dẫn nhờ hiệu ứng quang điện trong làm phát sinh các electron tự do
tức sự dẫn điện tăng lên và làm giảm điện trở của chất bán dẫn.



Relay là một công tắc chuyển đổi hoạt động bằng
điện. Nói là một công tắc vì relay có 2 trạng thái ON
và OFF. Relay ở trạng thái ON hay OFF phụ thuộc
vào có dòng điện chạy qua relay hay không.
Relay sử dụng điện áp chuẩn 5V.





Hình 6: Relay

Nguyên lý hoạt động của relay:
Kết cấu của relay gồm 1 lõi sắt, 1 cuộn dây và một tiếp điểm. Khi có dòng điện
chạy qua relay, dòng điện này sẽ chạy qua cuộn dây bên trong và tạo ra một từ
trƣờng hút. Từ trƣờng hút này tác động lên một đòn bẩy bên trong làm đóng hoặc
mở các tiếp điểm điện và nhƣ thế sẽ làm thay đổi trạng thái của relay. Relay có 2
mạch hoạt động độc lập: một mạch là điều khiển relay ở trạng thái ON hay OFF,
một mạch điều khiển dòng điện ta cần kiểm soát có qua đƣợc relay hay không dựa
vào trạng thái ON hay OFF của relay.

20


- Về ánh sáng: Từ nguồn led trắng để tạo ra các ánh sáng màu khác nhau ta sử
dụng giấy lọc màu. Cho ánh sáng trắng đi qua giấy lọc màu nào ta sẽ thu đƣợc ánh
sáng màu tƣơng ứng.
Bƣớc 2: Lắp mạch điện
-

Đấu dây:

Hình 7: Sơ đồ lắp đặt của mô hình 1
Dựa vào sơ đồ lắp đặt tiến hành đấu dây
Đầu tiên, từ nguồn 220V-AC sử dụng Adapter hạ áp để có nguồn 5V-DC.
Tiếp đến, relay và Cảm biến ánh sáng hoạt động với điện áp 5V nên ta nối
chân DC+ của Relay và VCC của cảm biến ánh sáng vào dây màu đỏ của Adapter

(5V).
Sau đó, ta nối chân DC- của Relay, GND của cảm biến ánh sáng vào dây
màu đen của Adapter (Đất).
Tiếp theo, sau khi Relay sẽ nhận tín hiệu đóng ngắt dựa theo tín hiệu trả về
của Cảm biến ánh sáng thông qua việc xác định cƣờng độ ánh sáng do đó ta nối
chân DO (Tín hiệu ra) của cảm biến ánh sáng vào chân In (điều khiển đóng ngắt)
của Relay.
Cuối cùng, từ nguồn 220V-AC cấp điện cho Led chùm ta lấy một dây bất kỳ
trong hai dây cấp điện cho Led chùm cho đi ngang qua Relay vào cổng NO và ra
cổng COM hoặc ngƣợc lại đều đƣợc.
21


Bƣớc 3: Kiểm tra lại mạch
Để đảm bảo mạch điện hoạt động tốt và bình thƣờng, sau khi nối mạch xong
ta sẽ thực hiện kiểm tra lại mạch điện. Đầu tiên, ta kiểm tra các mối nối và chốt
điện, đảm bảo các mối nối chắc chắn, kín và không bị rò điện, nếu các mối nối hở
cần dùng súng bắn keo hoặc băng keo đen để làm kín lại, nếu mối nối thiếu chắc
chắn bắt buộc phải tháo ra và thực hiện nối lại. Sau khi đảm các mối nối đạt yêu cầu
kỹ thuật và thẩm mỹ, ta kiểm tra lại toàn bộ đƣờng dây điện một lần để chắc chắn
không có hiện tƣợng rò điện xảy ra trong toàn mạch. Cuối cùng, ta đóng mạch điện
và kiểm tra lại lần cuối, nếu đóng mạch mà có một thiết bị nào không hoạt động cần
kiểm tra ngay từ bƣớc đầu tiên và bắt đầu từ các mối nối điện gần thiết bị đó nhất.
Nếu đã kiểm tra kỹ lại toàn bộ các mối nối và dây điện vẫn không tìm ra vấn đề thì
ta tiền hành kiểm tra lại chất lƣợng thiết bị không hoạt động, kiểm tra xem đèn báo
có sáng hay không, điện có đi qua thiết bị hay không, nếu chất lƣợng thiết bị không
đảm bảo thì tiến hành thay mới để mạch điện hoạt động bình thƣờng.
Bƣớc 4: Thiết kế chùm đèn
Để thiết kế chùm đèn ta sử dụng các ly nhựa thông dụng nhƣ: ly nƣớc ngọt,
trà sữa.. Đa phần các ly nhựa này là ly trắng (trong suốt hoặc trắng đục) ta sẽ thay

đổi chúng thành các ly có màu sắc khác nhau bằng các sử dụng các giấy kính màu
bọc xung quanh ly và miệng ly. Số lƣợng ly sử dụng tùy thuộc và độ lớn của đèn
chùm mà ta muốn tạo ra. Chú ý các ly cần đƣợc đục trƣớc một lỗ ở đáy ly để tiện
cho việc luồn các đèn led vào ly ở bƣớc sau, và việc đục lỗ nên thực hiện trƣớc khi
ta thực hiện dán giấy kính màu để đảm bảo thẩm mỹ cũng nhƣ đơn giản về sau khi
đã dán giấy kính sẽ khó thực hiện thực hiện hơn.

Hình 8: Hình dạng ly - hình nón cụt
22


Nhận thấy các ly nhựa có hình dạng tƣơng đồng với hình nón cụt, để tạo ra
một ly màu từ một ly nhựa trong có sẵn ta sẽ tiến hành các công việc sau. Đầu tiên
ta đo các kích thƣớc của ly bao gồm đƣờng kính đáy, đƣờng kính miệng, chiều cao
và đƣờng sinh của ly. Tiếp đến ta dựa vào kích thƣớc đo đƣợc ta tính toán và cắt
giấy kính màu theo các mẫu dƣới đây: Mẫu hình tròn (Mẫu A) dán vào miệng ly và
mẫu còn lại (Mẫu B) để bao lấy phần thân của ly.

Mẫu A: cắt hình tròn có đƣờng kính dài
hơn đƣờng kính miệng ly khoảng
2-3mm.
Hình 9: Mẫu giấy A
Mẫu B: Để xác định mẫu này ta dựa vào
các số liệu đã đo trƣớc để tính toán góc
lệch α với cách tính sau:

Sau khi tính toán ra các số đo cần thiết ta
cắt mẫu B có hình dáng tƣơng tự phần
hình bị tô đen bên Hình 10.

Hình 10: Mẫu giấy B

Sau khi đã cắt đƣợc các mẫu nêu trên ta sẽ tiến hành dán vào ly để có đƣợc ly
màu nhƣ mong muốn. Chú ý ở phần này, ta chỉ nên cắt trƣớc một mẫu rồi dán thử
vào ly, nếu mẫu quá lớn hoặc có bé so với kích thƣớc ly thực tế do trong quá trình
đo đạc, tính toán hoặc cắt dán có sai phạm, thì ta có thể chỉnh sửa cho hợp lý với
kích thƣớc ly, tránh trƣờng hợp cắt hàng loạt rồi mới dán sẽ nếu có sai sót xảy ra sẽ
dẫn đến sai hàng loạt và tiêu tốn nguyên vật liệu tái thực hiện. Tiến hành dán nhƣ
sau: Đầu tiên ta dán mẫu B bao quanh thành ly, sau đó để cố định phần giấy kính
màu ta sử dụng súng bắn keo hoặc keo sữa quét vào mép dính khi đã bao quanh
thanh. Sau đó, ta tiếp tục với các mảnh giấy kính màu hình tròn và dán vào miệng
ly, lý do cắt các hình tròn này có đƣờng kính lớn hơn 2-3mm so với số đo thực tế để
23