Thiết kế chủ đề stem xe robot tự dò đường dùng cảm biến hồng ngoại nhằm bồi dưỡng năng lực

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH

NGUYỄN ĐỨC ANH

THIẾT KẾ CHỦ ĐỀ STEM
“XE ROBOT TỰ DÒ ĐƯỜNG” DÙNG CẢM BIẾN
HỒNG NGOẠI NHẰM BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC
GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHO HỌC SINH THCS

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2020


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH

NGUYỄN ĐỨC ANH

THIẾT KẾ CHỦ ĐỀ STEM
“XE ROBOT TỰ DÒ ĐƯỜNG” DÙNG CẢM BIẾN HỒNG
NGOẠI NHẰM BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT
VẤN ĐỀ CHO HỌC SINH THCS

Chuyên ngành: Sư phạm Vật lí
KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
Th.S LÊ HẢI MỸ NGÂN

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2020




i

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo Đại học, Ban
chủ nhiệm, quý Thầy Cơ giáo khoa Vật lí trường Đại học Sư phạm TP. Hồ Chí
Minh và q Thầy Cơ giáo trực tiếp giảng dạy, giúp đỡ tơi trong suốt q trình
học tập.
Tơi xin chân thành cảm ơn các thầy cô là chuyên gia về giáo dục STEM
đã cho ý kiến góp ý sâu sắc về đề tài khố luận. Đặc biệt, tơi xin bày tỏ lòng biết
ơn sâu sắc đến giảng viên hướng dẫn: Th.S Lê Hải Mỹ Ngân – người đã tận tình
chỉ bảo, hướng dẫn, giúp đỡ, động viên, đóng góp nhiều ý kiến q báu cho tơi
trong suốt q trình nghiên cứu và hồn thành khố luận tốt nghiệp
Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến gia đình, người thân, bạn bè đã
giúp đỡ, động viên tơi trong suốt quá trình học tập 4 năm ở trường đại học và
trong suốt thời gian thực hiện khoá luận này.
Xin chân thành cảm ơn.
TP. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2020
Tác giả

NGUYỄN ĐỨC ANH


ii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC HÌNH ẢNH
MỞ ĐẦU
Chương 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI...................................................................5
1.1. Giáo dục STEM...................................................................................................5
1.1.1. Khái niệm Giáo dục STEM..........................................................................5
1.1.2. Mục tiêu của giáo dục STEM.......................................................................6
1.1.3. Giáo dục STEM ở Việt Nam.........................................................................7
1.1.4. Quy trình dạy học STEM dựa trên hoạt động thiết kế kĩ thuật.....................8
1.2. Giáo dục khoa học Robot.................................................................................. 13
1.2.1. Giới thiệu Giáo dục khoa học Robot.......................................................... 13
1.2.2. Giáo dục khoa học Robot và Giáo dục STEM............................................ 13
1.2.3. Công cụ Robot trong Giáo dục khoa học Robot.........................................14
1.2.4. Cấu trúc hệ thống của robot trong Giáo dục Robot..................................... 16
1.3. Dạy học phát triển năng lực giải quyết vấn đề................................................... 17
1.3.1. Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề......................................................... 17
1.3.2. Cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề............................................................ 17
1.3.3. Giải quyết vấn đề theo Tư duy máy tính (Computational Thinking)..........18
1.3.4. Khung năng lực giải quyết vấn đề trong giáo dục khoa học robot..............20
Chương 2. THIẾT KẾ CHỦ ĐỀ STEM “XE ROBOT TỰ DÒ ĐƯỜNG”...................24
2.1. Bối cảnh và ý nghĩa thực tiễn chủ đề................................................................. 24


iii

2.2. Mục tiêu dạy học phát triển năng lực giải quyết vấn đề..................................... 25
2.3. Phân tích nội dung kiến thức trong chủ đề......................................................... 27
2.3.1. Môn Khoa học tự nhiên.............................................................................. 29

2.3.2. Mơn Cơng nghệ.......................................................................................... 30
2.3.3. Mơn Tin học............................................................................................... 30
2.3.4. Mơn Tốn học............................................................................................. 31
2.4. Tiến trình tổng thể các pha hoạt động của tiến trình dạy học............................. 32
2.5. Phương tiện, học liệu......................................................................................... 35
2.5.1. Bộ dụng cụ Arduino – based robotic kit..................................................... 35
2.5.2. Tài liệu hướng dẫn thực hiện sản phẩm...................................................... 39
2.5.3. Học liệu trong chủ đề.................................................................................. 58
2.5.4. Bộ câu hỏi định hướng................................................................................ 61
2.6. Tiến trình tổ chức dạy học chi tiết..................................................................... 65
2.6.1. Hoạt động 1: Đặt vấn đề. Tìm hiểu tổng quan về robot..............................65
2.6.2. Hoạt động 2: Khám phá kiến thức.............................................................. 70
2.6.3. Hoạt động 3. Lập bản thiết kế sản phẩm..................................................... 93
2.6.4. Hoạt động 4: Lắp ráp và vận hành sản phẩm.............................................. 97
2.6.5. Hoạt động 5: Báo cáo sản phẩm................................................................. 98
2.7. Đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh...........................................100
2.7.1. Công cụ đánh giá......................................................................................100
2.7.2. Khung rubrics đánh giá năng lực giải quyết vấn đề..................................101
2.8. Một số lưu ý cho GV khi triển khai tổ chức dạy học chủ đề............................108
Chương 3. KHẢO SÁT Ý KIẾN CHUYÊN GIA......................................................110


iv

3.1. Mục tiêu khảo sát............................................................................................110
3.2. Đối tượng khảo sát..........................................................................................110
3.3. Hình thức khảo sát...........................................................................................110
3.4. Nội dung khảo sát............................................................................................110
3.5. Kết quả khảo sát..............................................................................................111
3.5.1. Danh sách các chuyên gia đã cho ý kiến...................................................111

3.5.2. Kết quả khảo sát ý kiến của chuyên gia....................................................111
3.5.3. Ý kiến của chuyên gia về chủ đề..............................................................114
3.6. Nhận xét..........................................................................................................117
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT



vi

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Các pha hoạt động của quy trình dạy học STEM theo thiết kế kĩ thuật........11
Bảng 1.2. So sánh tư duy GQVD và tư duy máy tính[27]............................................ 19
Bảng 1.3. Khung năng lực giải quyết vấn đề trong GD khoa học robot.......................20
Bảng 2.1. Bảng mục tiêu năng lực giải quyết vấn đề trong chủ đề...............................25
Bảng 2.2. Phân tích nội dung kiến thức mơn KHTN.................................................... 29
Bảng 2.3. Phân tích nội dung kiến thức mơn Cơng nghệ.............................................. 30
Bảng 2.4. Phân tích nội dung kiến thức mơn Tin học................................................... 30
Bảng 2.5. Phân tích nội dung kiến thức mơn Tốn học................................................ 31
Bảng 2.6. Bảng tiến trình tổng thể tóm tắt các pha hoạt động dạy học.........................32
Bảng 2.7. Bộ dụng cụ sử dụng trong chủ đề................................................................. 36
Bảng 2.8. Hướng dẫn lắp ráp sản phẩm trong HĐ2.1................................................... 42
Bảng 2.9. Hướng dẫn lắp ráp sản phẩm trong HĐ2.2................................................... 46
Bảng 2.10. Hướng dẫn lắp ráp sản phẩm trong HĐ2.3................................................. 50
Bảng 2.11. Hướng dẫn lắp ráp hồn thiện sản phẩm.................................................... 54
Bảng 2.12. Ngun lí hoạt động sản phẩm................................................................... 56
Bảng 2.13. Danh sách học liệu sử dụng trong chủ đề................................................... 58

Bảng 2.14. Bộ câu hỏi định hướng số 1........................................................................ 61
Bảng 2.15. Bộ câu hỏi định hướng số 2........................................................................ 62
Bảng 2.16. Bộ câu hỏi định hướng số 3........................................................................ 63
Bảng 2.17. Bộ câu hỏi số 5........................................................................................... 63
Bảng 2.18. Bộ câu hỏi định hướng số 4........................................................................ 64
Bảng 2.19. Tiến trình dạy học Hoạt động 1.................................................................. 65
Bảng 2.20. Tiến trình dạy học Hoạt động 2.1............................................................... 71
Bảng 2.21. Tiến trình dạy học hoạt động 2.2................................................................ 73
Bảng 2.22. Tiến trình dạy học Hoạt động 2.3............................................................... 82
Bảng 2.23. Tiến trình Hoạt động 3.1............................................................................ 94


vii

Bảng 2.24. Tiến trình dạy học Hoạt động 3.2............................................................... 95
Bảng 2.25. Tiến trình Hoạt động 4............................................................................... 97
Bảng 2.26. Tiến trình dạy học Hoạt động 5.................................................................. 98
Bảng 2.27. Bảng công cụ đánh giá năng lực GQVD..................................................100
Bảng 2.28. Khung rubrics đánh giá năng lực GQVD.................................................101
Bảng 3.1. Danh sách chuyên gia cho ý kiến...............................................................111
Bảng 3.2. Kết quả khảo sát nhận xét chung chủ đề STEM “xe robot tự dò đường” .. 112

Bảng 3.3. Kết quả khảo sát về Kế hoạch dạy học chủ đề "Xe robot tự dò đường".....112
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát về Phương tiện, học liệu chủ đề "Xe robot tự dò đường" 113

Bảng 3.5. Kết quả khảo sát về Cơng cụ đánh giá chủ đề "Xe robot tự dị đường"......114
Bảng 3.6. Kết quả khảo sát về Hình thức của hồ sơ chủ đề "Xe robot tự dò đường" .. 114

Bảng 3.7. Ý kiến chuyên gia về Bộ hồ sơ dạy học.....................................................114
Bảng 3.8. Ý kiến chuyên gia về sự phù hợp chủ đề với qui trình EDP.......................115

Bảng 3.9. Ý kiến chuyên gia về sự phù hợp với định hướng GD STEM....................115


viii

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Mục tiêu giáo dục STEM[3]...........................................................................7
Hình 1.2. Sơ đồ các bước quy trình thiết kế kĩ thuật EDP..............................................9
Hình 1.3. Sơ đồ Quy trình dạy học STEM theo thiết kế kĩ thuật..................................10
Hình 1.4. Electronic Robot kit...................................................................................... 15
Hình 1.5. Mechanical Robot kit.................................................................................... 15
Hình 1.6. Humanoid robot............................................................................................ 15
Hình 1.7. Sơ đồ các bộ phận của robot[23].................................................................. 16
Hình 2.1. Giao thơng ở việt nam.................................................................................. 24
Hình 2.2. Sơ đồ mối liên hệ kiến thức và các bộ phận của robot..................................28
Hình 2.3. Sơ đồ tiến trình dạy học................................................................................ 35
Hình 2.4. Bản vẽ cấu tạo mặt trên xe robot.................................................................. 39
Hình 2.5. Bản vẽ cấu tạo mặt dưới xe robot................................................................. 40
Hình 2.6. Bản vẽ sơ đồ mạch điện................................................................................ 40
Hình 2.7. Sơ đồ khối lập trình mBlock......................................................................... 41
Hình 2.8. Khối lệnh điều khiển xe chạy thẳng.............................................................. 49
Hình 2.9. Khối lệnh điều khiển xe đi lùi....................................................................... 49
Hình 2.10. Khối lệnh điều khiển xe đi tới 3s, đi lùi 3s................................................. 49
Hình 2.11. Sơ đồ thu gọn tiến trình chủ đề................................................................... 70


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài

Theo Chỉ thị số 16/CT-TTg về việc tăng cường năng lực tiếp cận cuộc cách mạng
công nghiệp lần thứ tư, giáo dục Việt Nam hiện nay cần phải:“Thay đổi mạnh mẽ các
chính sách, nội dung, phương pháp giáo dục và dạy nghề nhằm tạo ra nguồn nhân lực có
khả năng tiếp nhận các xu thế cơng nghệ sản xuất mới, trong đó cần tập trung vào thúc
đẩy đào tạo về khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học (STEM), ngoại ngữ, tin học
trong chương trình giáo dục phổ thơng”. Thơng qua việc ban hành chỉ thị trên, giáo dục
STEM chính thức được chú trọng trong đổi mới giáo dục và đào tạo hiện nay.
Kể từ năm 2012 đến nay, giáo dục STEM đã được du nhập vào Việt Nam qua nhiều
hình thức khác nhau, ví dụ như thơng qua các cơ sở giáo dục tư nhân. Sau đó giáo dục
STEM đã bắt đầu tạo được tiếng vang tại Việt Nam với nhiều hoạt động cộng đồng như
Ngày hội STEM, các cuộc thi mô hình STEM,… với sự tham gia đơng đảo của các trường
trung học cơ sở và trung học phổ thông trong cả nước. Chính vì thế mà trong chương trình
giáo dục phổ thông mới thực hiện từ năm 2019, giáo dục STEM được xác định là phương
thức dạy học thông qua các mơn khoa học, cơng nghệ, tin học và tốn.
Cho đến nay, giáo dục STEM đang được khuyến khích triển khai trong nhà trường.
Một trong những mảng chủ đề thực tiễn trong giáo dục STEM là khoa học robot
(robotics). Nội dung này cũng đã được triển khai đa phần dưới hình thức câu lạc bộ ngồi
giờ, sử dụng các bộ công cụ lắp ráp như Lego, WeDo,.... Các hoạt động này tạo điều
kiện cho học sinh được trải nghiệm và tìm hiểu về lĩnh vực khoa học robot. Nhiều nghiên
cứu trên thế giới cũng khẳng định hiệu quả của việc tích hợp lĩnh vực khoa học robot vào
dạy học (D. J. S. o. P. Alimisis & Education, 2009; Benitti, 2012; Eguchi, 2014;
Nourbakhsh, Hamner, Crowley, & Wilkinson, 2004). Chính vì thế mà vấn đề quan tâm
ở đây là một chủ đề STEM lĩnh vực khoa học robot (STEM – Robotics) gắn kết với các

nội dung dạy học cụ thể trong chương trình có sự gắn kết như thế nào? Và việc dạy học
một chủ đề STEM - khoa học robot có thể phát triển năng lực giải quyết vấn đề như thế

Khoá luận tốt nghiệp

Nguyễn Đức Anh

2

nào? Đó là lí do em nghiên cứu thực hiện thiết kế làm rõ sự gắn kết một chủ đề STEM
khoa học robot với các nội dung trong chương trình môn học.
Chủ đề STEM – Robotics mà em nghiên cứu trong đề tài là chủ đề “Xe robot tự dò
đường” sử dụng cảm biến hồng ngoại, đây là một chủ đề được lồng ghép các kiến thức
thuộc môn Công nghệ, Khoa học tự nhiên, Tin học và Toán học trong Chương trình
giáo dục phổ thơng mới. Thơng qua chủ đề này, học sinh biết các vận dụng các kiến
thức khác nhau để giải quyết các vấn đề thực tiễn thông qua việc tìm hiểu các cơ cấu
hoạt động của xe robot, vi mạch Arduino, cảm biến hồng ngoại và lập trình vi điều
khiển, để từ đó giúp học sinh phát triển được các năng lực đặc thù. Do đó đây là một
chủ đề vừa có tính thực tiễn vừa có nhiều khả thi áp dụng trong cả chương trình dạy
học ở các tiết học hoạt động trải nghiệm, từ đó cho thấy được tính phù hợp để xây
dựng chủ đề theo định hướng giáo dục STEM, đặc biệt là dạy học định hướng phát
triển năng lực được đề ra trong chương trình giáo dục phổ thơng mới.
Trên cơ sở đó, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu: “Thiết kế chủ đề STEM xe robot
tự dò đường nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh Trung học cơ
sở”.
2. Mục tiêu của đề tài
Thiết kế chủ đề STEM “xe robot tự dị đường” theo quy trình thiết kế kĩ thuật
(EDP) nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh trong chương trình
Trung học cơ sở.
3. Giả thuyết khoa học
Nếu đề xuất thiết kế một chủ đề “xe robot tự dị đường” theo quy trình thiết kế
kĩ thuật (EDP) theo định hướng giáo dục STEM thì sẽ bồi dưỡng được năng lực giải
quyết vấn đề cho học sinh trong chương trình Trung học cơ sở.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
+ Đối tượng nghiên cứu: Phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh trung học

cơ sở thông qua chủ đề dạy học STEM.

Khoá luận tốt nghiệp

Nguyễn Đức Anh


3

+ Phạm vi nghiên cứu: Hoạt động dạy và học các môn học STEM, đặc biệt là môn

Khoa học tự nhiên theo chương trình phổ thơng mới cấp Trung học cơ sở.
5. Nhiệm vụ đề tài
- Tìm hiểu cơ sở lý luận và thực tiễn về dạy học theo định hướng giáo dục STEM.
- Tìm hiểu hệ thống lý thuyết về quy trình dạy học thiết kế kĩ thuật EDP.
- Tìm hiểu về khoa học robot và giáo dục khoa học robot trong nhà trường.
- Phân tích chương trình Khoa học tự nhiên, Cơng nghệ, Tin học và Tốn học trong

chương trình giáo dục phổ thơng mới để đưa ra một số nội dung liên quan khoa học
robot trong nhà trường.
- Phân tích và xây dựng nội dung chủ đề xe robot tự dò đường.
- Thiết kế tổ chức dạy học chủ đề STEM xe robot tự dò đường theo quy trình thiết kế kĩ

thuật EDP:
•

Xây dựng một hệ thống các công cụ dạy học: bộ dụng cụ xe, hướng dẫn lắp ráp,
video, tranh ảnh, phiếu bài tập, thông tin thêm.

•

Thiết kế tiến trình dạy học để tổ chức các hoạt động.

•

Xây dựng hệ thống các câu hỏi, bảng tiêu chí đánh giá năng lực GQVD của học
sinh khi học chủ đề.

- Tham khảo ý kiến đánh giá của chuyên gia về chủ đề, tiến trình dạy học và các công

cụ hỗ trợ đã xây dựng hoặc thực nghiệm (nếu có thể).
6. Phương pháp nghiên cứu
- Đọc và nghiên cứu các tài liệu có liên quan đến đề tài.
- Phân loại và hệ thống hóa lý thuyết.
- Phân tích, tổng hợp thông tin.
- Quan sát khoa học.
- Lấy ý kiến chuyên gia.

Khoá luận tốt nghiệp

Nguyễn Đức Anh


4

7. Cấu trúc khố luận
Ngồi phần mở đầu, kết luận, danh mục các tài liệu tham khảo và phụ lục, đề tài gồm 3
chương:
Chương 1: Cơ sở lí luận.

Chương 2: Thiết kế chủ đề “Xe robot tự dò đường”
Chương 3: Tham khảo ý kiến chuyên gia

Khoá luận tốt nghiệp

Nguyễn Đức Anh


5

Chương 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI
1.1. Giáo dục STEM
1.1.1. Khái niệm Giáo dục STEM
STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ),
Engineering (Kĩ thuật), Mathematics (Toán học). Hiện nay thuật ngữ STEM được dùng
trong nhiều ngữ cảnh khác nhau, phổ biến nhất là ngữ cảnh giáo dục và ngữ cảnh nghề
nghiệp.
+ Trong ngữ cảnh giáo dục, STEM là sự quan tâm của nền giáo dục đối với lĩnh vực

khoa học, công nghệ, kĩ thuật và tốn học. Thơng qua việc dạy học tích hợp các mơn
học trên với các nội dung gắn với thức tiễn, người học sẽ được phát triển và nâng cao
năng lực [1]
+ Trong ngữ cảnh nghề nghiệp, STEM được hiểu là nghề nghiệp thuộc các lĩnh vực khoa

học, cơng nghệ, kĩ thuật và tốn học. Ví dụ: Nhóm ngành nghề về Cơng nghệ thơng tin;

Y sinh; Kĩ thuật; Điện tử và Truyền thơng…[1]

Giáo dục STEM có nhiều cách hiểu khác nhau. Trong đó có một số cách hiểu chính về
giáo dục STEM hiện nay là:

-

Giáo dục STEM là sự quan tâm đến các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và

Toán học. Đây là cách hiểu theo nghĩa rộng khi nói về giáo dục STEM. Ở cách hiểu
này, cứ tổ chức dạy học các môn thuộc lĩnh vực STEM nghĩa là giáo dục STEM.[1]
-

Giáo dục STEM là định hướng tích hợp liên mơn của bốn lĩnh vực/ mơn Khoa

học, Cơng nghệ, Kĩ thuật và Tốn học. Tác giả Tsupros định nghĩa “Giáo dục STEM là
một phương pháp học tập tiếp cận liên ngành, ở đó những kiến thức hàn lâm được kết
hợp chặt chẽ với các bài học thực tế thông qua việc học sinh được áp dụng những kiến
thức Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học vào trong những bối cảnh cụ thể tạo
nên sự kết nối giữa nhà trường, cộng đồng và các doanh nghiệp cho phép người học
phát triển những kĩ năng STEM và tăng khả nặng cạnh tranh trong nền kinh tế mới”.
Với cách hiểu này, giáo dục STEM được hiểu là giáo dục tích hợp STEM.[1]

Khố luận tốt nghiệp

Nguyễn Đức Anh


6

-

Giáo dục STEM là sự tích hợp từ ít nhất hai lĩnh vực/ môn học về Khoa học, Công

nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên. Theo quan niệm này, tác giả Sanders định nghĩa “Giáo

dục STEM là mơ 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”.[1]
-

Ngoài ra, theo Chương trình giáo dục phổ thơng 2018, Bộ Giáo dục định nghĩa

“Giáo dục STEM là mơ hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp học sinh
áp dụng các kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học vào giải quyết một
số vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể.”[2]
Trong phạm vi của khoá luận này, chúng tôi quan tâm hơn đến quan điểm Giáo dục
STEM là sự tích hợp từ ít nhất hai lĩnh vực/mơn học về Khoa học, Cơng nghệ, Kĩ thuật
và Tốn học trở lên.
1.1.2. Mục tiêu của giáo dục STEM
Theo tác giả Nguyễn Thanh Nga, giáo dục STEM gồm 3 mục tiêu chính như sau: [3]
+ Phát triển năng lực đặc thù của các môn học thuộc về STEM cho học sinh. Đó là
những kiến thức, kĩ năng liên quan đến các mơn học Khoa học, Cơng nghệ, Kĩ thuật
và Tốn học. Theo Chương trình tổng thể 2018, những năng lực đặc thù được phát
triển thông qua các môn học trên bao gồm: Năng lực khoa học; Năng lực công nghệ;

Năng lực tin học; Năng lực tính tốn.
+ Phát triển các năng lực cốt lõi cho học sinh. Dạy học phát triển năng lực tuân theo

một số nguyên tắc nhất định, một trong những nguyên tắc quan trọng đó là học sinh
cần phải trải nghiệm quá trình hoạt động thực tiễn để từng bước hình thành và phát
triển năng lực của mình. Theo Chương trình tổng thể 2018, Năng lực cốt lõi của học
sinh bao gồm những Năng lực chung và những Năng lực đặc thù. Trong đó nhóm Năng
lực chung bao gồm: Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo; Năng lực tự chủ

và tự học; Năng lực giao tiếp và hợp tác.[2]

Khoá luận tốt nghiệp

Nguyễn Đức Anh


7

+ Định hướng nghề nghiệp cho học sinh. Giáo dục STEM sẽ tạo cho học sinh có

những kiến thức, kĩ năng mang tính nền tảng cho việc học tập ở các bậc học cao hơn
cũng như cho nghề nghiệp trong tương lai. Từ đó, góp phần xây dựng lực lượng lao

động có năng lực, phẩm chất tốt, đặc biệt là lao động trong lĩnh vực STEM nhằm
đáp ứng mục tiêu xây dựng và phát triển đất nước.

Mục tiêu giáo dục
STEM

Phát
lực đặ
Hình 1.1. Mục tiêu giáo dục STEM[3]
1.1.3. Giáo dục STEM ở Việt Nam
Ngày 4/5/2017, Thủ tướng Chính phủ ban hành Chỉ thị số 16/CT-TTg về việc tăng
cường năng lực tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư. Chỉ thị của Thủ tướng
đề ra những giải pháp và nhiệm vụ thúc đẩy giáo dục tại Việt Nam. Trong đó Thủ
tướng nhấn mạnh giải pháp: “…Thay đổi mạnh mẽ các chính sách, nội dung, phương
pháp giáo dục và dạy nghề nhằm tạo ra nguồn nhân lực có khả năng tiếp nhận các xu
thế cơng nghệ sản xuất mới, trong đó cần tập trung vào thúc đẩy đào tạo về khoa học,

cơng nghệ, kĩ thuật và tốn học (STEM), ngoại ngữ, tin học trong chương trình giáo
dục phổ thơng…”[4]. Với Chỉ thị trên, Việt Nam đã chính thức ban hành chính sách
thúc đẩy giáo dục STEM trong nhà trường, tạo điều kiện để liên kết các sáng kiến và
hoạt động giáo dục STEM hiện nay.
Trong Chương trình giáo dục phổ thơng 2018, giáo dục STEM cũng được chú trọng rất rõ
ràng. GS. Nguyễn Minh Thuyết - Tổng Chủ biên Chương trình giáo dục phổ thơng 2018 cho rằng: “Chương trình cải thiện rõ vị trí của Giáo dục tin học và Giáo dục công nghệ.
Điều này không chỉ thể hiện rõ tư tưởng giáo dục STEM, mà còn là sự điều chỉnh

Khoá luận tốt nghiệp

Nguyễn Đức Anh


8

kịp thời của giáo dục phổ thông trước cuộc cách mạng cơng nghiệp 4.0”[5]. Trong đó
giáo dục STEM thể hiện thông qua các biểu hiện cụ thể như sau: [5]
-

Chương trình giáo dục phổ thơng mới có đầy đủ các môn học STEM: Khoa học

tự nhiên, Công nghệ, Tin học, Toán học. Giáo dục STEM cũng được thể hiện rõ trong
các chương trình mơn học này.
-

Vị trí của giáo dục tin học và giáo dục công nghệ được cải thiện rõ rệt.

-

Yêu cầu dạy học tích hợp và đổi mới phương pháp giáo dục tạo điều kiện tổ

chức các chủ đề STEM trong chương trình mơn học, góp phần phát triển năng lực vận
dụng kiến thức liên môn giải quyết các vấn đề thực tiễn cho học sinh.
-

Tính mở của Chương trình GDPT mới cho phép một số nội dung giáo dục

STEM có thể được xây dựng thơng qua nội dung giáo dục của địa phương, kế hoạch
giáo dục của nhà trường và những hoạt động giáo dục được xã hội hố.
1.1.4. Quy trình dạy học STEM dựa trên hoạt động thiết kế kĩ thuật
Quy trình thiết kế kĩ thuật (Engineering Design Process hay EDP) là một chuỗi các
bước thực hiện mô tả lại cách mà các kĩ sư sử dụng để giải quyết vấn đề; người kĩ sư
bắt đầu bằng đặt câu hỏi, hình dung các giải pháp, thiết kế kế hoạch, tạo mơ hình, thực
nghiệm và kiểm thử mơ hình, sau đó thực hiện cải tiến.[1] Đây cũng là các bước mà kĩ
sư tại NASA thực hiện. [6]
Quy trình thiết kế kĩ thuật dùng để xác định và giải quyết vấn đề có bốn đặc trưng gồm:
(1) tính lặp lại cao; (2) tính kết thúc mở, tức là một bài tốn có thể có nhiều lời giải; (3)

ngữ cảnh có ý nghĩa cho việc học các khái niệm khoa học, tốn học và kĩ thuật; (4) kích

thích tư duy hệ thống, mơ hình hố và phân tích[7]. Cũng theo NASA’s Best, quy trình
EDP khác biệt với các quy trình dạy học khác ở hai điểm chính: thứ nhất, khơng có
một lời giải cụ thể nhất định cho một bài toán; thứ hai, người học cần tự thiết kế bản
thiết kế[6]. Có thể mơ tả cụ thể quy trình EDP gồm 6 bước như sau: [1]
(1) Đặt câu hỏi (Ask): Học sinh xác định vấn đề, các đòi hỏi cần phải đáp ứng

và các ràng buộc được xem xét.

Khoá luận tốt nghiệp

Nguyễn Đức Anh


9

(2) Tưởng tượng (Imagine): Học sinh suy nghĩ về các giải pháp và ý tưởng

nghiên cứu. Học sinh cũng cần xác định những gì người khác đã làm.
(3) Lập kế hoạch (Plan): Học sinh chọn từ 2 đến 3 ý tưởng hay nhất từ danh

sách liệt kê của họ và phác thảo các thiết kế có thể có, cuối cùng chọn một
thiết kế duy nhất cho nguyên liệu.
(4) Sáng tạo (Create): Học sinh xây dựng một mơ hình làm việc, hoặc nguyên

mẫu phù hợp với các yêu cầu thiết kế và các ràng buộc thiết kế.
(5) Kiểm tra (Test): Học sinh đánh giá các giải pháp thông qua thử nghiệm; thu

thập và phân tích dữ liệu; tóm tắt điểm mạnh và điểm yếu của thiết kế đã
được tìm thấy trong quá trình thử nghiệm.
(6) Cải tiến (Improve): Dựa vào kết quả kiểm tra, học sinh thực hiện các cải tiến

về thiết kế. Học sinh cũng xác định những thay đổi sẽ thực hiện và giải thích
cho các sửa đổi này.
Đặt câu
hỏi
Cải tiến

Kiểm
tra

Lập kế
hoạch
Sáng
tạo

Hình 1.2. Sơ đồ các bước quy trình thiết kế kĩ thuật EDP
Cụ thể hố quy trình thiết kế kĩ thuật, trong tài liệu tập huấn của Bộ giáo dục trung học
có đề xuất quy trình tổ chức hoạt động STEM theo các bước sau:

Khoá luận tốt nghiệp

Nguyễn Đức Anh


10

Xác định vấn đề hoặc nhu cầu thực tiễn
Nghiên cứu lí thuyết nền (học kiến thức mới)
Tốn

(Nội dung dạy học
Đề xuất các giải pháp khả dĩ
Chọn giải pháp tốt nhất
Chế tạo mơ hình hoặc mẫu thử nghiệm
Thử nghiệm và đánh giá
Chia sẻ và thảo luận
Điều chỉnh thiết kế
Hình 1.3. Sơ đồ Quy trình dạy học STEM theo thiết kế kĩ thuật
Tuy nhiên, tiến trình bài học STEM tuân theo quy trình kĩ thuật nêu trên nhưng bước
trong quy trình có thể khơng cần thực hiện theo trình tự hết bước này mới đến bước

tiếp theo, mà có những bước có thể thực hiện đồng thời, hỗ trợ lẫn nhau. Cụ thể việc
“Nghiên cứu kiến thức nền” có thể được thực hiện đồng thời “Đề xuất giải pháp”; “Chế
tạo mơ 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 pha hoạt động như sau:[8]

Khoá luận tốt nghiệp

Nguyễn Đức Anh


11

Bảng 1.1. Các pha hoạt động của quy trình dạy học STEM theo thiết kế kĩ thuật

HĐ1: Xác
định vấn
đề

HĐ2:
Nghiên
cứu kiến
thức nền
và đề xuất
giải pháp

HĐ3: Lựa
chọn giải
pháp

Khoá luận tốt nghiệp

Nguyễn Đức Anh


12

HĐ 4: Chế
tạo mẫu
thử
nghiệm và
đánh giá

Chế tạo
thử ngh
mẫu thiế

HĐ5:
Chia sẻ,
thảo luận,
điều
chỉnh.

Trìnhbày
chia sẻ,
giá sản p
nghiên c

Trong phạm vi đề tài này, tác giả sẽ áp dụng quy trình dạy học STEM theo quy trình

thiết kế kĩ thuật gồm 5 bước hoạt động nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho
học sinh.

Khoá luận tốt nghiệp

Nguyễn Đức Anh