XÂY DỰNG CHỦ đề STEM “NGÔI NHÀ tự làm mát” DÙNG TRONG dạy học KIẾN THỨC TIA HỒNG NGOẠI ở TRƯỜNG THPT

z
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI
KHOA VẬT LÍ
---------------------

BÙI THỊ SEN

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

XÂY DỰNG CHỦ ĐỀ STEM “NGÔI NHÀ TỰ LÀM MÁT”
DÙNG TRONG DẠY HỌC KIẾN THỨC TIA HỒNG NGOẠI
Ở TRƯỜNG THPT

Chuyên ngành

: LL&PPDH Bộ môn Vật lí

Mã sô

: 665103061

Năm 2020

1


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI
KHOA VẬT LÍ
---------------------

BÙI THỊ SEN

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP
XÂY DỰNG CHỦ ĐỀ STEM “NGÔI NHÀ TỰ LÀM MÁT”
DÙNG TRONG DẠY HỌC KIẾN THỨC TIA HỒNG NGOẠI
Ở TRƯỜNG THPT

Chuyên ngành

: LL&PPDH Bộ môn Vật lí

Mã sô

: 665103061

Sinh viên thực hiện: Bùi Thị Sen
Giảng viên hướng dẫn: TS. Dương Xuân Quý

Năm 2020

2


LỜI CẢM ƠN

3


Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm Hà Nội, Ban
Chủ nhiệm Khoa Vật lí; các thầy cô giáo trong khoa Vật lí nói chung và của Bộ môn
Lí luận và Phương pháp dạy học Vật lí nói riêng.

Đồng thời, tôi xin đặc biệt gửi lời tri ân chân thành đến thầy giáo TS. Dương
Xuân Quý đã luôn tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ em rất nhiều để em có thể
hoàn thành bài khoá luận naỳ.
Sau cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè của tôi đã luôn đồng hành, động viên
cũng như giúp đỡ tôi trong suốt quá trình hoàn thiện khoá luận.
Tác giả

BÙI THỊ SEN

4


MỤC LỤC

BẢNG CHỮ CÁI VIẾT TẮT
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9

Chữ viết tắt
CSLL
DH
GD

GV
HS
NL
TBTN
THPT
TN

Nội dung
Cơ sở lí luận
Dạy học
Giáo dục
Giáo viên
Học sinh
Năng lực
Thiết bị thí nghiệm
Trung học phổ thông
Thí nghiệm

5


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay, trong sự phát triển mạnh mẽ của xã hội hiện đại, ngành giáo dục
phải đổi mới về cả mục đích, nội dung, phương pháp cũng như phương tiện dạy học.
Muốn vậy, học sinh cần được trang bị những kiến thức khoa học gắn liền với ứng
dụng của chúng trong thực tiễn nhằm đáp ứng yêu cầu của sự phát triển kinh tế xã
hội. Quá trình đó đòi hòi học sinh phải thực hiện theo quy trình khoa học cũng như
quy trình kĩ thuật để vừa có thể có được kiến thức khoa học, vừa áp dụng kiến thức
vào thực tiễn. Có thể nói, để đáp ứng được những yêu cầu trên, dạy học STEM là

phương thức giáo dục tối ưu hơn cả.
Trong Vật lí – một môn khoa học thực nghiệm; khi triển khai dạy học theo
phương thức STEM, HS còn có thể tự xây dựng thiết bị thí nghiệm, sáng tạo mô hình
theo chủ đề để giải quyết vấn đề trong cuộc sống vô cùng hiệu quả.
Tìm hiểu thực tiễn ở trường phổ thông cũng như bối cảnh, hiện trạng xã hội hiện
nay cho thấy:
- Tại phòng thí nghiệm Vật lí của khoa Vật lí tại trường Đại học Sư phạm Hà Nội và
các trường THPT hiện chưa có thiết bị thí nghiệm phục vụ cho việc dạy học nội dung
kiến thức “Tia hồng ngoại”:
+ Do chưa có thiết bị thí nghiệm nghiên cứu tính chất nhiệt của tia hồng ngoại, học
sinh chỉ có thể cảm nhận bằng xúc giác mà không có TN kiểm chứng cụ thể.
+ Bên cạnh đó, với tính chất dễ bị hấp thụ của tia hồng ngoại, học sinh hoàn toàn
được học thông báo, các em phải thừa nhận lí thuyết một cách thụ động.
- Việc vận dụng kiến thức tia hồng ngoại vào thực tiễn giúp tăng cường hoạt động
trải nghiệm chiếm hữu kiến thức cho học sinh còn hạn chế hoặc bị bỏ qua.

6


- Trong khi đó, có thể thấy hiện trạng thực tế hiện nay Trái Đất đang đối mặt với
nguy cơ nóng lên mỗi ngày; tại Việt Nam nhiệt độ trong ngày cao nhất trong lịch sử
được cho là vào năm 2019 tại Hà Tĩnh, vào khoảng 43,4 độ C, nhiệt độ ở Hà Nội
cùng năm đó là khoảng 41 độ C:
+ Các biện pháp chống nóng thông thường mà con người hiện đại áp dụng rộng rãi,
phổ biến đó là sử dụng máy lạnh, máy điều hòa nhiệt độ, điều này càng khiến nhiệt
độ môi trường tăng cao; đồng thời, giá thành, chi phí để lắp đặt các hệ thống làm mát
cho ngôi nhà cũng khá là cao.
+ Cuộc sống hiện đại, trong ngôi nhà của chúng ta có rất nhiều các đồ dùng, thiết bị
điện, nhiệt – các nguồn phát ra tia hồng ngoại khiến nhiệt độ trong nhà luôn tăng.
Như vậy, cần một thiết bị, sản phẩm mô hình có thể vừa có thể giúp học sinh chiếm

lĩnh kiến thức, vừa có thể áp dụng kiến thức để giải quyết vấn đề thực tiễn.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Xây dựng bộ thiết bị giúp học sinh thực hiện được 2 thí nghiệm về tia hồng
ngoại: nghiên cứu tính chất nhiệt của tia hồng ngoại, nghiên cứu tính chất dễ bị hấp
thụ bởi các vật của tia hồng ngoại từ đó xây dựng chủ đề dạy học “mô hình ngôi
nhà tự làm mát” nhằm phát triển năng lực sáng tạo của học sinh.
3. Giả thuyết khoa học
Nếu xây dựng được bộ dụng cụ nghiên cứu tia hồng ngoại và xây dựng chủ đề
dạy học theo phương thức giáo dục STEM trong dạy học lớp 12 thì sẽ góp phần phát
triển được năng lực sáng tạo của học sinh.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài
4.1. Nghiên cứu lí thuyết
- Nghiên cứu CSLL về giáo dục STEM.
- Nghiên cứu CSLL về DH STEM trong dạy học vật lí.
7


- Nghiên cứu CSLL về việc xây dựng TBTN vật lí.
- Yêu cầu về khoa học - kĩ thuật và sư phạm của TBTN vật lí ở trường phổ thông.
- Yêu cầu về khoa học - kĩ thuật và sư phạm của sản phẩm STEM ở trường phổ thông.
4.2. Nghiên cứu thực tiễn
- NC các đề tài về việc xây dựng TBTN về tia hồng ngoại.
- NC nội dung kiến thức Vật lí bài “ Tia hồng ngoại và tia tử ngoại” để xác
định các kiến thức mà học sinh cần đạt.
- NC logic tiến trình xây dựng chủ đề STEM để xây dựng giáo án dạy học nội
dung kiến thức “ Tính chất của tia hồng ngoại”
- NC các TBTN hiện có để phân tích các ưu, nhược điểm.
- NC các TBTN cần tiến hành để dạy học nội dung kiến thức “ Tính chất của
tia hồng ngoại” theo quy trình STEM.
4.3. Xây dựng chủ đề STEM “Ngôi nhà tự làm mát”

4.4. Thử nghiệm, bổ sung, sửa đổi
4.5. Soạn thảo tiến trình dạy học các nội dung kiến thức Tia hồng ngoại theo quy
trình STEM.
4.6. Soạn thảo tiêu chí đánh giá sản phẩm của của đề STEM
4.7. Thực nghiệm sư phạm
4.8. Phân tích, đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm.
5. Phạm vi nghiên cứu
- Quá trình dạy học các nội dung kiến thức của bài “Tia hồng ngoại và tia tử
ngoại”
- Các TBTN đang được sử dụng trong quá trình dạy học.
- Các dự án STEM được xây dựng trong quá trình dạy học.

8


6. Phương pháp nghiên cứu của đề tài
- Phương pháp nghiên cứu lí thuyết
- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn
- Phương pháp thực nghiệm sư phạm
- Phương pháp thống kê toán học
7. Đóng góp của đề tài
- Theo phương thức giáo dục STEM, bộ dụng cụ cho phép xây dựng và thực hiện
được các thí nghiệm định tính, định lượng về nhiệt học trong chương trình Vật lí
THCS và THPT, tạo cơ hội để học sinh thực hiện đa dạng các hoạt động, thực hành
STEM:
- Với chương trình THCS, bộ dụng cụ có thể được sử dụng trong các thí nghiệm:
+ Nghiên cứu nguyên lí bình thông nhau.
+ Nghiên cứu về chất dẫn nhiệt, chất cách nhiệt.
+ Nghiên cứu các nội dung về sự dãn nở vì nhiệt.
- Với chương trình THPT, bộ dụng cụ có thể được sử dụng trong các thí nghiệm:

+ Nghiên cứu tính chất nhiệt của tia hồng ngoại
+ Nghiên cứu về tính chất dễ bị hấp thụ bởi các vật của tia hồng ngoại.
- Bên cạnh đó, bộ dụng cụ còn có thể được sử dụng để lồng ghép các sản phấm STEM:
+ Chế tạo nhiệt kế đơn giản đo được nhiệt độ trong khoảng từ 20 đến 60 độ C.
+ Kết hợp arduino và cảm biến nhiệt độ để thiết kế, chế tạo thiết bị đo nhiệt độ không khí
+ Chế tạo mô hình “Ngôi nhà làm mát tự động”
Soạn thảo tiến trình dạy học các nội dung kiến thức Tia hồng ngoại- Vật lí 12 nhằm
phát triển các năng lực đáp ứng yêu cầu của bộ môn và của xã hội.

9


7. Cấu trúc của khoá luận luận
Ngoài phần mục lục, mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, luận văn
gồm 3 chương:
Chương 1: Cơ sở lí luận của việc xây dựng chủ đề STEM trong dạy học vật lí
Chương 2: Xây dựng thiết bị dùng trong dạy học kiến thức tia hồng ngoại qua
chủ đề STEM “Ngôi nhà làm mát tự động”

10


CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA GIÁO DỤC STEM
TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ
1.1. Khái niệm
1.1.1. Khái niệm STEM
STEM là thuật ngữ được viết tắt bởi các từ Science (Khoa học), Technology
(Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học), bản chất được
hiểu là trang bị cho người học những kiến thức và kỹ năng cần thiết liên quan đến
các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học. Sự phát triển về Khoa học,

Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học được mô tả bằng chu trình STEM. Trong đó,
Science là quy trình sáng tạo ra kiến thức khoa học; Engineering là quy trình dùng
kiến thức khoa học để thiết kế công nghệ mới nhằm giải quyết các vấn đề; Toán là
công cụ được sử dụng nhằm thu nhận kết quả xủa lí kết quả.
1.1.2. Khái niệm giáo dục STEM
Giáo dục STEM là phương thức giáo dục trang bị cho học sinh những kiến
thức khoa học được gắn liền với ứng dụng của chúng trong thực tế, qua đó phát triển
cho học sinh năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề cũng như những năng lực tương
ứng khác nhằm đáp ứng được yêu cầu của sự phát triển kinh tế – xã hội. Các mức độ
áp dụng GD STEM trong GD phổ thông như sau:
a) Dạy học các môn học theo phương thức giáo dục STEM
Đây là hình thức tổ chức giáo dục STEM chủ yếu trong nhà trường. Theo cách
này, các bài học, hoạt động giáo dục STEM được triển khai ngay trong quá trình dạy
học các môn học STEM theo tiếp cận liên môn. Các chủ đề, bài học, hoạt động
STEM bám sát chương trình của các môn học thành phần. Hình thức giáo dục STEM
này không làm phát sinh thêm thời gian học tập.
b) Tổ chức các hoạt động trải nghiệm STEM
11


Trong hoạt động trải nghiệm STEM, học sinh được khám phá các ứng dụng
khoa học, kỹ thuật trong thực tiễn đời sống. Qua đó, nhận biết được ý nghĩa của khoa
học, công nghệ, kỹ thuật và toán học đối với đời sống con người, nâng cao hứng thú
học tập các môn học STEM. Đây cũng là cách thức để thu hút sự quan tâm của xã
hội tới giáo dục STEM.
Để tổ chức thành công các hoạt động trải nghiệm STEM, cần có sự tham gia,
hợp tác của các bên liên quan như trường trung học, cơ sở giáo dục nghề nghiệp, các
trường đại học, doanh nghiệp.
Trải nghiệm STEM còn có thể được thực hiện thông qua sự hợp tác giữa
trường trung học với các cơ sở giáo dục đại học, giáo dục nghề nghiệp. Theo cách

này, sẽ kết hợp được thực tiễn phổ thông với ưu thế về cơ sở vật chất của giáo dục
đại học và giáo dục nghề nghiệp.
Các trường trung học có thể triển khai giáo dục STEM thông qua hình thức
câu lạc bộ. Tham gia câu lạc bộ STEM, học sinh được học tập nâng cao trình độ,
triển khai các dự án nghiên cứu, tìm hiểu các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM. Đây
là hoạt động theo sở thích, năng khiếu của học sinh.
c) Tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học, kĩ thuật
Giáo dục STEM có thể được triển khai thông qua hoạt động nghiên cứu khoa
học và tổ chức các cuộc thi sáng tạo khoa học kỹ thuật. Hoạt động này không mang
tính đại trà mà dành cho những học sinh có năng lực, sở thích và hứng thú với các
hoạt động tìm tòi, khám phá khoa học, kỹ thuật giải quyết các vấn đề thực tiễn.
Tổ chức tốt hoạt động câu lạc bộ STEM cũng là tiền đề phát triển hoạt động
sáng tạo khoa học kỹ thuật và triển khai các dự án nghiên cứu trong khuôn khổ cuộc
thi khoa học kỹ thuật dành cho học sinh trung học. Bên cạnh đó, tham gia câu lạc bộ
STEM và nghiên cứu khoa học, kĩ thuật là cơ hội để học sinh thấy được sự phù hợp
về năng lực, sở thích, giá trị của bản thân với nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM.
12


1.1.3. Khái niệm năng lực
Trong khoa học tâm lí, người ta coi năng lực là những thuộc tính tâm lí riêng
của cá nhân; nhờ những thuộc tính này mà con người hoàn thành tốt đẹp một loại
hoạt đông nào đó, mặc dù phải bỏ ra ít sức lao động nhưng vẫn đạt kết qủa cao.
Người có năng lực về một mặt nào đó thì không phải nỗ lực nhiều trong quá
trình công tác mà vẫn khắc phục được những khó khăn nhanh chóng và dễ dàng hơn
những người khác hoặc có thể vượt qua được những khó khăn mới mà nhiều người
khác không vượt qua được.
Năng lực gắn liền với kĩ năng, kĩ xảo trong lĩnh vực hoạt động tương ứng. Song
kĩ năng, kĩ xảo liên quan đến việc thực hiện một loại hành động hẹp, chuyên biệt, đến
mức thành thạo, tự động hoá, máy móc. Còn năng lực chứa đựng yếu tố mới mẻ, linh

hoạt trong hành động, có thể giải quyết nhiệm vụ thành công trong nhiều tình huống
khác nhau, trong một lĩnh vực hoạt động rộng hơn. Thí dụ như: người có kĩ năng, kĩ
xảo thực hiện các phép đo lường thì có thể thực hiện nhanh chóng, chính xác các
phép đo, khéo léo lắp ráp các thiết bị để đo lường. Còn người có năng lực thực
nghiệm thì ngoài việc thực hiện các phép đo, còn có việc thiết kế các thí nghiệm, xử
lí các số liệu đo lường rút ra kết qủa, giải thích, đánh giá các kết quả đo được, rút ra
kết luận khái quát.
1.1.4 Khái niệm năng lực sáng tạo
“Sáng tạo là một loại hoạt động mà kết quả của nó là một sản phẩm tinh thần
hay vật chất có tính cách tân, có ý nghĩa xã hội, có giá trị” (Sáng tạo. Bách khoa toàn
thư Liên Xô. Tập 42, trang 54).
Năng lực sáng tạo có thể hiểu là khả năng tạo ra những giá trị mới về vật chất
và tinh thần, tìm ra cái mới, giải pháp mới, công cụ mới, vận dụng thành công những
hiểu biết đã có vào hoàn cảnh mới.

13


Trong nghiên cứu vật lí, quá trình sáng tạo đòi hỏi sự sáng tạo cao nhất là giai
đoạn từ những sự kiện thực nghiệm khởi đầu đề xuất mô hình giả thuyết và giai đoạn
đưa ra phương án thực nghiệm để kiểm tra hệ quả suy ra từ lí thuyết.
1.2. Cơ sở lí luận của dạy học theo phương thức giáo dục STEM
1.2.1. Vai trò, ý nghĩa của giáo dục STEM
Việc đưa giáo dục STEM vào trường trung học mang lại nhiều ý nghĩa, phù
hợp với định hướng đổi mới giáo dục phổ thông. Cụ thể là:
– Đảm bảo giáo dục toàn diện: Triển khai giáo dục STEM ở nhà trường, bên cạnh các
môn học đang được quan tâm như Toán, Khoa học, các lĩnh vực Công nghệ, Kỹ thuật
cũng sẽ được quan tâm, đầu tư trên tất cả các phương diện về đội ngũ giáo viên,
chương trình, cơ sở vật chất.
– Nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM: Các dự án học tập trong giáo dục

STEM hướng tới việc vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các vấn đề thực
tiễn, học sinh được hoạt động, trải nghiệm và thấy được ý nghĩa của tri thức với cuộc
sống, nhờ đó sẽ nâng cao hứng thú học tập của học sinh.
– Hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho học sinh: Khi triển khai các dự án
học tập STEM, học sinh hợp tác với nhau, chủ động và tự lực thực hiện các nhiệm vụ
học; được làm quen hoạt động có tính chất nghiên cứu khoa học. Các hoạt động nêu
trên góp phần tích cực vào hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực cho học sinh.
– Kết nối trường học với cộng đồng: Để đảm bảo triển khai hiệu quả giáo dục STEM,
cơ sở giáo dục phổ thông thường kết nối với các cơ sở giáo dục nghề nghiệp, đại học
tại địa phương nhằm khai thác nguồn lực về con người, cơ sở vật chất triển khai hoạt
động giáo dục STEM. Bên cạnh đó, giáo dục STEM phổ thông cũng hướng tới giải
quyết các vấn đề có tính đặc thù của địa phương.
– Hướng nghiệp, phân luồng: Tổ chức tốt giáo dục STEM ở trường trung học, học
sinh sẽ được trải nghiệm trong các lĩnh vực STEM, đánh giá được sự phù hợp, năng
khiếu, sở thích của bản thân với nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM. Thực hiện tốt
14


giáo dục STEM ở trường trung học cũng là cách thức thu hút học sinh theo học, lựa
chọn các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM, các ngành nghề có nhu cầu cao về nguồn
nhân lực trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư.
1.2.2. Giáo dục STEM trong trường trung học
Tiến trình bài học STEM tuân theo quy trình kĩ thuật nêu trên nhưng các
"bước" trong quy trình không được thực hiện một cách tuyến tính (hết bước nọ mới
sang bước kia) mà có những bước được thực hiện song hành, tương hỗ lẫn nhau. Cụ
thể là việc "Nghiên cứu kiến thức nền" được thực hiện đồng thời với "Đề xuất giải
pháp"; "Chế tạo mô hình" được thực hiện đồng thời với "Thử nghiệm và đánh giá",
trong đó bước này vừa là mục tiêu vừa là điều kiện để thực hiện bước kia. Vì vậy,
mỗi bài học STEM được tổ chức theo 5 hoạt động như sau:
 Hoạt động 1: Xác định vấn đề

Trong hoạt động này, giáo viên giao cho học sinh nhiệm vụ học tập chứa đựng
vấn đề, trong đó học sinh phải hoàn thành một sản phẩm học tập cụ thể với các tiêu
chí đòi hỏi học sinh phải sử dụng kiến thức mới trong bài học để đề xuất, xây dựng
giải pháp và thiết kế nguyên mẫu của sản phẩm cần hoàn thành. Tiêu chí của sản
phẩm là yêu cầu hết sức quan trọng, bởi đó chính là "tính mới" của sản phẩm, kể cả
sản phẩm đó là quen thuộc với học sinh; đồng thời, tiêu chí đó buộc học sinh phải
nắm vững kiến thức mới thiết kế và giải thích được thiết kế cho sản phẩm cần làm.
– Mục đích: Xác định tiêu chí sản phẩm; phát hiện vấn đề/nhu cầu.
– Nội dung: Tìm hiểu về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ; đánh giá về hiện tượng,
sản phẩm, công nghệ...
– Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh: Các mức độ hoàn thành nội dung
(Bài ghi chép thông tin về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ; đánh giá, đặt câu hỏi về
hiện tượng, sản phẩm, công nghệ).
– Cách thức tổ chức hoạt động: Giáo viên giao nhiệm vụ (nội dung, phương tiện,

15


cách thực hiện, yêu cầu sản phẩm phải hoàn thành); Học sinh thực hiện nhiệm vụ
(qua thực tế, tài liệu, video; cá nhân hoặc nhóm); Báo cáo, thảo luận (thời gian, địa
điểm, cách thức); Phát hiện/phát biểu vấn đề (giáo viên hỗ trợ).
 Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp

Trong hoạt động này, học sinh thực hiện hoạt động học tích cực, tự lực dưới sự
hướng dẫn của giáo viên. Trong bài học STEM sẽ không còn các "tiết học" thông
thường mà ở đó giáo viên "giảng dạy" kiến thức mới cho học sinh. Thay vào đó, học
sinh tự tìm tòi, chiếm lĩnh kiến thức để sử dụng vào việc đề xuất, thiết kế sản phẩm
cần hoàn thành. Kết quả là, khi học sinh hoàn thành bản thiết kế thì đồng thời học
sinh cũng đã học được kiến thức mới theo chương trình môn học tương ứng.

– Mục đích: Hình thành kiến thức mới và đề xuất giải pháp.
– Nội dung: Nghiên cứu nội dung sách giáo khoa, tài liệu, thí nghiệm để tiếp nhận,
hình thành kiến thức mới và đề xuất giải pháp/thiết kế.
– Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh: Các mức độ hoàn thành nội dung
(Xác định và ghi được thông tin, dữ liệu, giải thích, kiến thức mới, giải pháp/thiết kế).
– Cách thức tổ chức hoạt động:
Giáo viên giao nhiệm vụ (Nêu rõ yêu cầu đọc/nghe/nhìn/làm để xác định và
ghi được thông tin, dữ liệu, giải thích, kiến thức mới). Học sinh nghiên cứu sách giáo
khoa, tài liệu, làm thí nghiệm (cá nhân, nhóm); Báo cáo, thảo luận; Giáo viên điều
hành, “chốt” kiến thức mới + hỗ trợ HS đề xuất giải pháp/thiết kế mẫu thử nghiệm.
 Hoạt động 3: Lựa chọn giải pháp

Trong hoạt động này, học sinh được tổ chức để trình bày, giải thích và bảo vệ
bản thiết kế kèm theo thuyết minh (sử dụng kiến thức mới học và kiến thức đã có);
đó là sự thể hiện cụ thể của giải pháp giải quyết vấn đề. Dưới sự trao đổi, góp ý của
các bạn và giáo viên, học sinh tiếp tục hoàn thiện (có thể phải thay đổi để bảo đảm
khả thi) bản thiết kế trước khi tiến hành chế tạo, thử nghiệm.
– Mục đích: Lựa chọn giải pháp/bản thiết kế.
– Nội dung: Trình bày, giải thích, bảo vệ giải pháp/thiết kế để lựa chọn và hoàn thiện.
16


– Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh: Giải pháp/bản thiết kế được lựa
chọn/hoàn thiện.
– Cách thức tổ chức hoạt động: Giáo viên giao nhiệm vụ (Nêu rõ yêu cầu HS trình
bày, báo cáo, giải thích, bảo vệ giải pháp/thiết kế); Học sinh báo cáo, thảo luận; Giáo
viên điều hành, nhận xét, đánh giá + hỗ trợ HS lựa chọn giải pháp/thiết kế mẫu thử
nghiệm.
 Hoạt động 4: Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá

Trong hoạt động này, học sinh tiến hành chế tạo mẫu theo bản thiết kế đã hoàn
thiện sau bước 3; trong quá trình chế tạo đồng thời phải tiến hành thử nghiệm và
đánh giá. Trong quá trình này, học sinh cũng có thể phải điều chỉnh thiết kế ban đầu
để bảo đảm mẫu chế tạo là khả thi.
– Mục đích: Chế tạo và thử nghiệm mẫu thiết kế.
– Nội dung: Lựa chọn dụng cụ/thiết bị thí nghiệm; chế tạo mẫu theo thiết kế; thử
nghiệm và điều chỉnh.
– Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh: Dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật...
đã chế tạo và thử nghiệm, đánh giá.
– Cách thức tổ chức hoạt động: Giáo viên giao nhiệm vụ (lựa chọn dụng cụ/thiết
bị thí nghiệm để chế tạp, lắp ráp...); Học sinh thực hành chế tạo, lắp ráp và thử
nghiệm; Giáo viên hỗ trợ học sinh trong quá trình thực hiện.
 Hoạt động 5: Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh

Trong hoạt động này, học sinh được tổ chức để trình bày sản phẩm học tập đã
hoàn thành; trao đổi, thảo luận, đánh giá để tiếp tục điều chỉnh, hoàn thiện.
– Mục đích: Trình bày, chia sẻ, đánh giá sản phẩm nghiên cứu.
– Nội dung: Trình bày và thảo luận.
– Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh: Dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật...
đã chế tạo được và bài trình bày báo cáo.
– Cách thức tổ chức hoạt động: Giáo viên giao nhiệm vụ (mô tả rõ yêu cầu và sản
phẩm trình bày); Học sinh báo cáo, thảo luận (bài báo cáo, trình chiếu, video, dung
17


cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật đã chế tạo...) theo các hình thức phù hợp (trưng bày, triển
lãm, sân khấu hóa); Giáo viên đánh giá, kết luận, cho điểm và định hướng tiếp tục
hoàn thiện.
Sự phù hợp của tiến trình tổ chức các hoạt động học của học sinh trong các bài học
STEM với phương pháp dạy học tích cực được mô tả trong bảng sau:

Phương pháp dạy
học tích cực theo
mô hình 5E

Giáo dục STEM

Engage (1)

Xác định vấn đề/ HĐ1: Xác định vấn đề (nêu rõ tiêu
nhu cầu thực tiễn chí dụng cụ/thiết bị… cần chế tạo)

Explore (2)

Nghiên cứu kiến
thức mới cần sử
dụng

Explain (3)

Engineer (4)
(Extend/Elaborate
)

HĐ2: Học kiến thức mới; Đề xuất
các giải pháp/Bản thiết kế mẫu cần
chế tạo
Đề xuất các giải
pháp/ Bản thiết
kế
Lựa chọn 1 giải HĐ3: Trình bày/giải thích/bảo vệ

pháp/ Bản thiết giải pháp/Bản thiết kế mẫu
kế

Enrich / Evaluate Chế tạo mẫu
(5)
Thử nghiệm
Đánh giá

HĐ4: Lựa chọn dụng cụ, Chế tạo
mẫu và thử nghiệm
–

Chia sẻ và thảo HĐ5: Trình bày sản phẩm, Đánh
luận
giá, Điều chỉnh thiết kế
Điều chỉnh thiết
kế

(1) Engage (Gắn kết)
18


Khuyến khích học quan tâm đến các khái niệm sắp tới, đặt câu hỏi mở hoặc
ghi lại những gì họ đã biết về chủ đề. Thông qua các hoạt động đa dạng, giáo viên
thu hút sự chú ý và quan tâm của học sinh, các em cảm thấy có sự liên hệ và kết nối
với những kiến thức hoặc trải nghiệm trước đó.
(2) Explore (khám phá)

Học sinh được chủ động khám phá các khái niệm mới thông qua các trải
nghiệm học tập cụ thể. Các em sẽ trực tiếp khám phá và thao tác trên các vật liệu

hoặc học cụ đã được chuẩn bị sẵn. Giáo viên có thể yêu cầu học sinh thực hiện các
hoạt động như quan sát, làm thí nghiệm, thiết kế, thu số liệu.
(3) Explain (giải thích)

Học sinh tổng hợp kiến thức mới, trình bày, miêu tả, phân tích các trải nghiệm
hoặc quan sát thu nhận được ở bước Khám phá. Ở bước này, giáo viên có thể giới
thiệu các thuật ngữ mới, khái niệm mới, công thức mới, yêu cầu học sinh chia sẻ
những gì mà các em đã học được trong giai đoạn Khám phá trước khi giới thiệu
thông tin chi tiết một cách trực tiếp hơn. Cũng trong giai đoạn này, giáo viên đóng
vai trò hơp thức hóa kiến thức.
(4) Elaborate ( Áp dụng)

Học sinh có được không gian áp dụng; thực hành và vận dụng các kiến thức đã
học được ở bước Giải thích, làm sâu sắc hơn các hiểu biết, khéo léo hơn các kỹ năng,
và có thể áp dụng được trong những tình huống và hoàn cảnh đa dạng khác nhau.
Điều này giúp các kiến thức trở nên sâu sắc hơn đồng thời giúp học sinh củng cố kiến
thức trước khi được đánh giá thông qua các bài kiểm tra.

(5) Evaluate ( Đánh giá)
19


Có thể đánh giá chính thức (dưới dạng các bài kiểm tra) và phi chính thức (dưới
dạng những câu hỏi nhanh). Trong giai đoạn này, giáo viên có thể quan sát học sinh
thông qua các hoạt động nhóm nhỏ hoặc nhóm lớn để xem sự tương tác trong quá
trình học.. Các yếu tố hữu ích khác của Giai đoạn đánh giá bao gồm tự đánh giá, bài
tập viết và bài tập trắc nghiệm, hoặc các sản phẩm.
1.2.3. Xây dựng và thực hiện bài học STEM
Tiêu chí xây dựng bài học STEM
Tiêu chí 1: Chủ đề bài học STEM tập trung vào các vấn đề của thực tiễn

Tiêu chí 2: Cấu trúc bài học STEM theo quy trình thiết kế kĩ thuật
Theo quy trình này, học sinh thực hiện các hoạt động:
(1) Xác định vấn đề – (2) Nghiên cứu kiến thức nền – (3) Đề xuất các giải
1.2.3.1.
-

pháp/thiết kế – (4) Lựa chọn giải pháp/thiết kế – (5) Chế tạo mô hình (nguyên mẫu) –
(6) Thử nghiệm và đánh giá – (7) Chia sẻ và thảoluận – (8) Điều chỉnh thiết kế.
-

Trong thực tiễn dạy học, quy trình 8 bước này được thể hiện qua 5 hoạt động chính:
Tiêu chí 3: Phương pháp dạy học bài học STEM đưa học sinh vào hoạt động tìm tòi

-

và khám phá, định hướng hành động, trải nghiệm và sản phẩm
Tiêu chí 4: Hình thức tổ chức bài học STEM lôi cuốn học sinh vào hoạt động
nhóm kiến tạo
Tiêu chí 5: Nội dung bài học STEM áp dụng chủ yếu từ nội dung khoa học và toán

-

mà học sinh đã và đang học
Tiêu chí 6: Tiến trình bài học STEM tính đến có nhiều đáp án đúng và coi sự thất bại

-

như là một phần cần thiết trong học tập
1.2.3.2. Quy trình xây dựng bài học STEM
-

Bước 1: Lựa chọn chủ đề bài học
Căn cứ vào nội dung kiến thức trong chương trình môn học và các hiện tượng,
quá trình gắn với các kiến thức đó trong tự nhiên; quy trình hoặc thiết bị công nghệ
có sử dụng của kiến thức đó trong thực tiễn... để lựa chọn chủ đề của bài học. Những
ứng dụng đó có thể là: Sữa chua/dưa muối – Vi sinh vật – Quy trình làm sữa
chua/muối dưa; Thuốc trừ sâu – Phản ứng hóa học – Quy trình xử lí chất thải; Sau an
toàn – Hóa sinh – Quy trình trồng rau an toàn; Cầu vồng – Ra đar – Máy quang phổ
lăng kính; Kính tiềm vọng, kính mắt; Ống nhòm, kính thiên văn; Sự chìm, nổi – lực
20


đẩy Ác–si–mét – Thuyền/bè; Hiện tượng cảm ứng điện từ – Định luật Cảm ứng điện
từ và Định luật Lenxơ – Máy phát điện/động cơ điện; Vật liệu cơ khí; Các phương
pháp gia công cơ khí; Các cơ cấu truyền và biến đổi chuyển động; Các mối ghép cơ
-

khí; Mạch điện điều khiển cho ngôi nhà thông minh...
Bước 2: Xác định vấn đề cần giải quyết
Sau khi chọn chủ đề của bài học, cần xác định vấn đề cần giải quyết để giao
cho học sinh thực hiện sao cho khi giải quyết vấn đề đó, học sinh phải học được
những kiến thức, kĩ năng cần dạy trong chương trình môn học đã được lựa chọn (đối
với STEM kiến tạo) hoặc vận dụng những kiến thức, kỹ năng đã biết (đối với STEM
vận dụng) để xây dựng bài học. Theo những ví dụ nêu trên, nhiệm vụ giao cho học
sinh thực hiện trong các bài học có thể là: Thiết kế, chế tạo một máy quang phổ đơn
giản trong bài học về bản chất sóng của ánh sáng; Thiết kế, chế tạo một ống nhòm
đơn giản khi học về hiện tượng phản xạ và khúc xạ ánh sáng; Chế tạo bè nổi/thuyền
khi học về Định luật Ác–si–mét; Chế tạo máy phát điện/động cơ điện khi học về cảm
ứng điện từ; Thiết kế mạch lôgic khi học về dòng điện không đổi; Thiết kế robot leo
dốc, cầu bắc qua hai trụ, hệ thống tưới nước tự động, mạch điện cảnh báo và điều

khiển cho ngôi nhà thông minh; Xây dựng quy trình làm sữa chua/muối dưa; Xây
dựng quy trình xử lí dư lượng thuốc trừ sâu trong rau/quả; Xây dựng quy trình xử lí
hóa chất ô nhiễm trong nước thải; Quy trình trồng rau an toàn...
Trong quá trình này, việc thử nghiệm chế tạo trước các nguyên mẫu có thể
hỗ trợrất tốt quá trình xây dựng chủ đề. Qua quá trình xây dựng, giáo viên có thể
hình dungcác khó khăn học sinh có thể gặp phải, các cơ hội vận dụng kiến thức để
giải quyết vấn đề cũng như xác định được đúng đắn các tiêu chí của sản phẩm

-

trong bước 3.
Bước 3: Xây dựng tiêu chí của thiết bị/giải pháp giải quyết vấn đề
Sau khi đã xác định vấn đề cần giải quyết/sản phẩm cần chế tạo, cần xác định rõ
tiêu chí của giải pháp/sản phẩm. Những tiêu chí này là căn cứ quan trọng để đề xuất
giả thuyết khoa học/giải pháp giải quyết vấn đề/thiết kế mẫu sản phẩm. Đối với các
ví dụ nêu trên, tiêu chí có thể là: Chế tạo máy quang phổ sử dụng lăng kính, thấu
kính hội tụ; tạo được các tia ánh sáng màu từ nguồn sáng trắng; Chế tạo ống
21


nhòm/kính thiên văn từ thấu kính hội tụ, phân kì; quan sát được vật ở xa với độ bội
giác trong khoảng nào đó;
Quy trình sản xuất sữa chua/muối dưa với tiêu chí cụ thể của sản phẩm (độ ngọt,
độ chua, dinh dưỡng...); Quy trình xử lí dư lượng thuốc trừ sâu với tiêu chí cụ thể
(loại thuốc trừ sâu, độ "sạch" sau xử lí); Quy trình trồng rau sạch với tiêu chí cụ thể
("sạch"cái gì so với rau trồng thông thường)...
Các tiêu chí cũng phải hướng tới việc định hướng quá trình học tập và vận dụng
-

kiến thức nền của học sinh chứ không nên chỉ tập trung đánh giá sản phẩm vật chất.

Bước 4: Thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học.
Tiến trình tổ chức hoạt động dạy học được thiết kế theo các phương pháp và kĩ
thuật dạy học tích cực với 5 loại hoạt động học đã nêu ở trên. Mỗi hoạt động học
được thiết kế rõ ràng về mục đích, nội dung và sản phẩm học tập mà học sinh phải
hoàn thành. Các hoạt động học đó có thể được tổ chức cả ở trong và ngoài lớp học (ở
trường, ở nhà và cộng đồng).
Cần thiết kế bài học điện tử trên mạng để hướng dẫn, hỗ trợ hoạt động học của
học sinh bên ngoài lớp học.

22


1.4. Kết luận chương 1
Trong chương 1, chúng tôi đã hệ thống khái quát được CSLL về STEM , GD
STEM cũng năng lực sáng tạo của HS trong DH Vật lí và việc xây dựng và sử
dụng TBTN trong DH vật lí. Những nội dung thiết thực trong đổi mới DH, hướng
tới phát triển năng lực của người học gắn với các ứng dụng của chúng trong thực
tiễn.
Để xây dựng chủ đề STEM trong DH vật lí thì việc kết hợp xây dựng sản
phẩm STEM lồng ghép với việc thiết kế, xây dựng TBTN là một việc vô cùng hữu
ích và thúc đẩy quá trình phát triển năng lực sáng tạo của người thiết kế. Bộ thiết bị
cần đảm bảo các yêu cầu về mặt khoa học – kĩ thuật cùng với yêu cầu về mặt sư
phạm và thẩm mĩ.
Những lí luận trong chương 1 trên đây là cơ sở để chúng tôi vận dụng và tiến
hành các nội dung dưới đây của chương 2:
- Xây dựng chủ đề STEM “Ngôi nhà tự làm mát” theo quy trình khoa học.
- Thiết kế, chế tạo các TN có thể tiến hành để xây dựng kiến thức về tính chất
của tia hồng ngoại.
- Xây dựng công cụ đánh giá sản phẩm STEM theo chủ đề STEM tương ứng.

23


CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG THIẾT BỊ DÙNG TRONG DẠY HỌC
KIẾN THỨC TIA HỐNG NGOẠI QUA CHỦ ĐỀ STEM
“NGÔI NHÀ LÀM MÁT TỰ ĐỘNG ’’
2.1. Mô tả chủ đề: Ngôi nhà làm mát tự động”
Học sinh tìm hiểu và vận dụng kiến thức về chất dẫn nhiệt, chất cách nhiệt (Bài 22
– Vật lí 8), sự hấp thụ nhiệt của các chất ( Bài 23 – Vật lí 8), tính chất của tia
hồng ngoại (Bài 27 - Vật lí 12) thiết kế và chế tạo ngôi nhà có thể làm mát với
những tiêu chí cụ thể. Sau khi hoàn thành, học sinh sẽ được thử nghiệm tiến hành
đo nhiệt độ của ngôi nhà để thử nghiệm độ mát của nó sau đó tiến hành đánh giá
chất lượng sản phẩm.
2.1.1. Mục tiêu
a. Kiến thức:
– Vận dụng được các kiến thức về chất dẫn nhiệt, chất cách nhiệt và sự hấp thụ nhiệt
của các chất để chế tạo ngôi nhà theo yêu cầu,tiêu chí cụ thể;
– Vận dụng kiến thức đã học một cách sáng tạo để giải quyết các vấn đề tương tự.
b. Kĩ năng:
– Tıı́nh toán, vẽ được bản thiết kế ngôi nhà làm mát tự động đảm bảo các tiêu chí
đề ra;
– Lập kế hoạch cá nhân/nhóm để chế tạo và thử nghiệm dựa trên bản
thiết kế;
– Trình bày, bảo vệ được bản thiết kế và sản phẩm của mình, phản biện được
các ý kiến thảo luận;
– Tự nhận xét, đánh giá được quá trình làm việc cá nhân và nhóm.
c. Phát triển phẩm chất:
– Nghiêm túc, chủ động, tích cực tham gia các hoạt động học;

24

– Yêu thích sự khám phá, tìm tòi và vận dụng các kiến thức học được vào giải quyết
nhiệm vụ được giao;
– Có tinh thần trách nhiệm, hòa đồng, giúp đỡ nhau trong nhóm, lớp;
– Có ý thức tuân thủ các tiêu chuẩn kĩ thuật và giữ gìn vệ sinh chung khi
thực nghiệm.
d. Định hướng phát triển năng lưc:
– Tìm hiểu khoa học, cụ thể về các ứng dụng của tính chất của tia hồng ngoại;
– Giải quyết được nhiệm vụ thiết kế và chế tạo thuyền một cách sáng tạo;
– Hơp tác với các thành viên trong nhóm để thống nhất bản thiết kế và phân
công thực hiện;
– Tự nghiên cứu kiến thức, lên kế hoạch thiết kế, chế tạo, thử nghiệm và
đánh giá.

25