Vận dụng quy trình 6e trong dạy học vật lý trung học cơ sở theo định hướng stem thông qua chủ đề chậu cây thông minh​

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA VẬT LÝ


KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP

VẬN DỤNG QUY TRÌNH 6E
TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ TRUNG HỌC CƠ SỞ
THEO ĐỊNH HƯỚNG STEM
THÔNG QUA CHỦ ĐỀ CHẬU CÂY THÔNG MINH

GV hướng dẫn: Th.S Lê Hải Mỹ Ngân
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Minh Thảo
MSSV: 41.01.102.088

TP. Hồ Chí Minh, 2019


Nguyễn Thị Minh Thảo

Khố luận tốt nghiệp

LỜI CẢM ƠN
Tơi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến cô Lê Hải Mỹ Ngân, người đã ln tận tình
hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tơi trong suốt q trình học tập, nghiên cứu và hồn
thành khố luận.
Tơi xin chân thành cảm ơn Trường, Phịng đào tạo, các thầy cơ trong Khoa Vật lý
trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cho tơi thực hiện khố
luận này.
Tơi cũng muốn nói lời cảm ơn đến thầy cơ và 50 em học sinh (HS) của lớp 8 trường

THCS Trần Văn Ơn đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong q trình thực nghiệm sư phạm.
Qua đây tơi cũng xin bày tỏ lịng cảm ơn đến gia đình, người thân và bạn bè đã
giúp đỡ tơi trong suốt q trình thực hiện khố luận này.
TP. Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2019
Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Minh Thảo

i


Nguyễn Thị Minh Thảo

Khoá luận tốt nghiệp

MỤC LỤC
Lời cảm ơn ............................................................................................................. i
Mục lục.................................................................................................................. ii
Danh mục các chữ viết tắt .................................................................................. vi
Danh mục các hình ảnh ..................................................................................... vii
Mở đầu ...................................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài ...........................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu .....................................................................................1
3. Đối tượng nghiên cứu ...................................................................................1
4. Nội dung nghiên cứu và các vấn đề cần giải quyết ....................................1
5. Cấu trúc khoá luận .......................................................................................2
Chương 1. Cơ sở lý luận về dạy học theo định hướng stem chủ đề Robotics
và quy trình dạy học 6E ............................................................................................3
Giáo dục STEM ........................................................................................3
1.1.1 Khái niệm STEM và giáo dục STEM .................................................3

1.1.2 Các cách tiếp cận dạy học tích hợp STEM .........................................3
STEM Robotics .........................................................................................4
1.2.1 Giới thiệu về STEM Robotics .............................................................4
1.2.2 Lợi ích của việc áp dụng Robotics vào dạy học STEM ......................6
Quy trình dạy học 6E ...............................................................................6
1.3.1 Giới thiệu.............................................................................................6
1.3.2 Các giai đoạn theo quy trình dạy học 6E [6] ......................................7
Năng lực giải quyết vấn đề ....................................................................12
1.4.1 Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề...............................................12
1.4.2 Khung năng lực giải quyết vấn đề [4] ...............................................13
Kết luận chương 1 ...............................................................................................14
Chương 2. Phân tích nội dung và thiết kế tiến trình dạy học chủ đề Chậu
cây thơng mình 15

ii


Nguyễn Thị Minh Thảo

Khố luận tốt nghiệp

Mơ tả chủ đề............................................................................................15
Phân tích nội dung chủ đề trong chương trình phổ thơng hiện hành ...
..................................................................................................................15
Tài liệu hỗ trợ dạy học chủ đề Chậu cây thông minh .........................16
2.3.1 Thông tin độ ẩm cho một số cây trồng..............................................16
2.3.2 Cơng thức tính độ ẩm của đất ...........................................................17
2.3.3 Sơ đồ tư duy thiết kế hệ thống tưới nước tự động ............................17
2.3.4 Cảm biến độ ẩm ................................................................................18
2.3.4.1 Giới thiệu ....................................................................................18

2.3.4.2 Giá trị độ ẩm tương ứng với tín hiệu hiệu điện thế đầu ra AO...18
2.3.5 Máy bơm ...........................................................................................20
2.3.5.1 Nguyên tắc hoạt động của máy bơm ..........................................20
2.3.5.2 Cách cấp nguồn cho máy bơm ...................................................21
2.3.5.3 Sử dụng nguồn 12V ....................................................................21
2.3.5.4 Sử dụng nguồn 9V ......................................................................21
2.3.5.5 Sử dụng nguồn 4.5V ...................................................................21
2.3.6 Rơle ...................................................................................................21
2.3.7 Uno Arduino......................................................................................23
2.3.7.1 Thông tin chung ..........................................................................23
2.3.7.2 Nội dung lập trình cho chủ đề ....................................................24
2.3.7.3 Lập trình với mBlock .................................................................24
2.3.8 Sơ đồ kết nối các bộ phận của hệ thống tưới tự động .......................26
2.3.9 Bảng mạch đồng ................................................................................26
2.3.10 Hệ thống tưới nước tự động ..............................................................26
2.3.10.1 Bộ dụng cụ hệ thống tưới nước tự động .....................................26
2.3.10.2 Dụng cụ khác ..............................................................................28
2.3.10.3 Quy trình lắp đặt và vận hành.....................................................28
Kế hoạch bài dạy ....................................................................................30
iii


Nguyễn Thị Minh Thảo

Khoá luận tốt nghiệp

2.4.1 Định hướng thiết kế bài dạy ..............................................................30
2.4.2 Kế hoạch tổng thể..............................................................................30
Tiến trình dạy học ..................................................................................36
2.5.1 Giáo án buổi 1 - Độ ẩm của đất và cây trồng ....................................36

2.5.2 Giáo án buổi 2 - Máy bơm, Rơle và Arduino ...................................44
2.5.3 Giáo án buổi 3 - Người kỹ sư nhí......................................................54
Kết luận chương 2 ...............................................................................................63
Chương 3.

Thực nghiệm sư phạm .................................................................64

Mục tiêu, đối tượng, thời gian và phương pháp thực nghiệm sư phạm
..................................................................................................................64
3.1.1 Mục tiêu ............................................................................................64
3.1.2 Đối tượng và thời gian ......................................................................64
3.1.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm ..................................................64
Kế hoạch thực nghiệm sư phạm ...........................................................64
Diễn biến và phân tích diễn biến q trình thực nghiệm ...................65
3.3.1 Diễn biến quá trình thực nghiệm.......................................................65
3.3.1.1 Diễn biến buổi 1 .........................................................................65
3.3.1.2 Diễn biến buổi 2 .........................................................................67
3.3.1.3 Diễn biến buổi 3 .........................................................................70
3.3.2 Phân tích diễn biến q trình thực nghiệm .......................................73
3.3.2.1 Phân tích buổi 1 ..........................................................................73
3.3.2.2 Phân tích buổi 2 ..........................................................................73
3.3.2.3 Phân tích buổi 3 ..........................................................................74
Đánh giá kết quả thực nghiệm ..............................................................74
3.4.1 Ý kiến của HS ...................................................................................74
3.4.2 Ý kiến của GV ...................................................................................75
Kết luận chương 3 ...............................................................................................78
Kết luận chung ....................................................................................................79
iv

Nguyễn Thị Minh Thảo

Khoá luận tốt nghiệp

Danh mục tài liệu tham khảo .............................................................................80
Phục lục ................................................................................................................81

v


Nguyễn Thị Minh Thảo

Khoá luận tốt nghiệp

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Chú giải

GV

Giáo viên

HỌC SINH

Học sinh

BSCS

Biological Sciences Curriculum Study

STEM – CTL

STEM Center for Teaching and
Learning

NGSS

Next Generation Science Standards

THCS

Trung học cơ sở

vi


Nguyễn Thị Minh Thảo

Khố luận tốt nghiệp

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 2.1. Sơ đồ tư duy thiết kế hệ thống tưới tự động .........................................18
Hình 2.2. Cảm biến độ ẩm ....................................................................................18
Hình 2.3. Bộ thí nghiệm đo hiệu điện thế cảm biến độ ẩm .................................20
Hình 2.4. Máy bơm ...............................................................................................20
Hình 2.5. Adapter DC 12V và jack đực có domino..............................................21
Hình 2.6. Chân NO, COM và NC của rơle ...........................................................21
Hình 2.7. Chân DC+, DC- và IN của rơle ............................................................22
Hình 2.8 Sơ đồ mơ tả ngun lí hoạt động của rơle .............................................22

Hình 2.9. Sơ đồ mơ tả hoạt động của role khi nối với máy bơm ..........................23
Hình 2.10. Arduino Nano .....................................................................................23
Hình 2.11. Đoạn chương trình trên phần mềm lập trình Arduino ........................24
Hình 2.12. Sơ đồ kết nối các bộ phận ...................................................................26
Hình 2.13. Mạch đồng được in và hàn một số chi tiết cơ bản ..............................26

vii


Nguyễn Thị Minh Thảo

Khoá luận tốt nghiệp

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Theo Chỉ thị 16/CT-TTg ngày 4/5/2017 [1] về Tăng cường năng lực tiếp cận cuộc
Cách mạng công nghiệp lần thứ tư (cịn gọi là cách mạng cơng nghiệp 4.0), Thủ tướng
Chính phủ có u cầu 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
công nghệ sản xuất mới, trong đó cần tập trung vào thúc đẩy đào tạo về STEM bên
cạnh ngoại ngữ, tin học trong chương trình giáo dục phổ thơng. Thủ tướng Chính phủ
cũng đã giao trách nhiệm cho Bộ GD&ĐT thúc đẩy triển khai giáo dục STEM trong
chương trình giáo dục phổ thơng; tổ chức thí điểm tại một số trường phổ thơng ngay
từ năm học 2017-2018. Tại Việt Nam, từ năm 2014, Bộ Giáo dục và Đào tạo phối
hợp cùng Hội đồng Anh triển khai chương trình thí điểm STEM ở một số trường
trung học.
Trong thời đại IoT và công nghệ 4.0 như hiện nay, mọi đồ vật, mọi thiết bị đều
được kết nối với nhau qua mạng Internet, người dùng có thể điều khiển từ xa hay theo
dõi hoạt động của các thiết bị ấy trên các thiết bị thông minh như smartphone, tablet,
PC,....Chủ đề Chậu cây thơng minh giúp HS có thể kết hợp các thiết bị ứng dụng công

nghệ hiện đại vào việc thiết kế hệ thống tưới tự động đơn giản cho chậu cây của mình.
Bên cạnh đó, khi phân tích chương trình phổ thơng hiện nay, chủ đề Chậu cây
thông minh liên quan đến nội dung của một số phân mơn và nội dung nhất định như
Vật lí, Cơng nghệ, Sinh học và Tin học…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 chính khóa và hoạt
động trải nghiệm ngoại khóa, từ đó cho thấy được tính phù hợp để xây dựng chủ đề
theo định hướng dạy học STEM.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Vận dụng quy trình 6E trong dạy học vật lý THCS theo định hướng STEM thông
qua chủ đề Chậu cây thông minh nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho HS.
3. Đối tượng nghiên cứu
-

Kiến thức về các thiết bị trong bộ sản phẩm Chậu cây thông minh
Lý luận và tổ chức dạy học STEM, STEM Robotics, quy trình 6E

4. Nội dung nghiên cứu và các vấn đề cần giải quyết
-

Tìm hiểu hệ thống lý thuyết về mơ hình dạy học 6E kết hợp dạy học theo
định hướng STEM, STEM Robotics.
1


Nguyễn Thị Minh Thảo

Khố luận tốt nghiệp

-

Phân tích và xây dựng nội dung chủ đề Chậu cây thông minh.

-

Thiết kế tổ chức dạy học chủ đề STEM Chậu cây thông minh theo quy trình
dạy học 6E
 Xây dựng một hệ thống các cơng cụ dạy học: thí nghiệm, video,
tranh ảnh, phiếu bài tập, thơng tin thêm
 Thiết kế tiến trình dạy học để tổ chức các hoạt động
-

Tham khảo ý kiến đánh giá của chuyên gia về chủ đề, tiến trình dạy
học và các cơng cụ hỗ trợ đã xây dựng.

5. 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 lý luận về dạy học theo định hướng STEM chủ đề Robotics và
quy trình dạy học 6E
Chương 2: Phân tích nội dung và thiết kế tiến trình dạy học chủ đề Chậu cây thông
minh
Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

2


Nguyễn Thị Minh Thảo

Khoá luận tốt nghiệp

CHƯƠNG 1.
CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG
STEM CHỦ ĐỀ ROBOTICS VÀ QUY TRÌNH DẠY HỌC 6E
Giáo dục STEM
1.1.1 Khái niệm STEM và giáo dục STEM
STEM là chữ viết tắt của khoa học (Science), cơng nghệ (Technology), kỹ thuật
(Engineering), tốn học (Mathematics). Giáo dục STEM là phương thức giáo dục tích
hợp. Khác với các loại hình giảng dạy truyền thống tử trước - có sự phân tách các
mơn học một cách riêng rẽ, giáo dục STEM kết hợp 2 hay nhiều mơn học chính trên
lớp kết hợp bốn thành tố khoa học, cơng nghệ, kỹ thuật và tốn học nhằm mục đích
tập trung phát triển khả năng suy nghĩ, giải quyết tình huống trong thực tế [9].
Trong dự thảo chương trình giáo dục phổ thông tổng thể [2], giáo dục STEM đã
được chú trọng thông qua các biểu hiện cụ thể như sau:
- Chương trình giáo dục phổ thơng mới có đầy đủ các mơn học STEM: Tốn
học, Khoa học tự nhiên, Cơng nghệ, Tin học;
-

Vị trí vai trị của giáo dục tin học và giáo dục công nghệ trong chương trình
giáo dục phổ thơng mới được chú trọng hơn;

-

Các chủ đề STEM được thể hiện trong chương trình mơn học tích hợp ở
giai đoạn giáo dục cơ bản như các môn Tự nhiên và Xã hội , Khoa học, Tin
học và Công nghệ (ở tiểu học), môn Khoa học tự nhiên (ở trung học cơ sở);

-

Định hướng đổi mới phương pháp giáo dục nêu trong chương trình giáo
dục phổ thơng tổng thể phù hợp với giáo dục STEM ở cấp độ dạy học tích

hợp chủ đề liên mơn, vận dụng kiến thức liên môn giải quyết các vấn đề
thực tiễn;

Như vậy giáo dục STEM hiện nay đang là một vấn đề rất được quan tâm đưa vào
trường học – môi trường giáo dục chính thức. Giáo dục STEM đưa vào trường học
dưới một trong ba hình thức: tích hợp đơn mơn, tích hợp đa mơn hoặc tích hợp liên
mơn [6, 7].
1.1.2 Các cách tiếp cận dạy học tích hợp STEM
- Đa ngành
o Dạy học theo chủ đề
o Bám sát vào chuẩn kiến thức
o Chỉ xoay quanh chủ đề và không có mở rộng ngồi chủ đề
- Liên ngành
3


Nguyễn Thị Minh Thảo

-

Khoá luận tốt nghiệp

o Kết hợp từ 2 môn học trở lên vào dạy học
o Mục tiêu học tập là từ một khái niệm, hình thành các khái niệm mới hay
học được một kỹ năng mới
Xuyên ngành
o Kiến thức và kỹ năng được triển khai nhờ sự kết hợp từ hai hay nhiều
thành tố STEM
o Áp dụng cho các vấn đề, dự án thực tế
o Hình thành sự hiểu biết sâu rộng về một khái niệm, kiến thức mới (David

Lee EdTech, 26/7/2015)
STEM Robotics

1.2.1 Giới thiệu về STEM Robotics
Robotics là một nhánh liên kết giữa kỹ thuật và khoa học bao gồm các ngành như
kỹ thuật cơ khí, kỹ thuật điện tử, kỹ thuật thông tin, khoa học máy tính và các ngành
khác. Theo định nghĩa của NASA, khoa học robot là lĩnh vực nghiên cứu về robot,
trong đó robot được hiểu là các hệ thống máy móc có thể được sử dụng để thực hiện
một nhiệm vụ. Robot có hai loại bao gồm robot tự vận hành (tự động hóa) theo chức
năng đã thiết lập và robot có người điều khiển hoặc tác động để thực hiện một nhiệm
vụ [10]. Đây là một định nghĩa khá cụ thể để tiếp cận về khoa học robot. Robotics
liên quan đến việc thiết kế, xây dựng, vận hành và sử dụng robot, cũng như các hệ
thống máy tính để điều khiển, thu nhận thông tin và xử lý thông tin. Lĩnh vực khoa
học Robot là một hướng tiếp cận để cho HS thấy rằng kỹ thuật và công nghệ thông
tin có thể thú vị bằng cách làm cho kiến thức trừu tượng trở nên cụ thể hoá.
Từ định nghĩa về Robotics, ta thấy là lĩnh vực có sự giao thoa giữa khoa học, cơng
nghệ, kỹ thuật và tốn học. Từ thiết kế và lập trình đến xây dựng một cỗ máy đều đòi
hỏi kiến thức liên ngành cao và khiến HS trải qua một loạt các nhiệm vụ dựa trên việc
thực hiện các hoạt động tìm hiểu. Robotics liên quan đến lập trình và điện tử, do đó
nó là một phần không thể thiếu của STEM.
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng Robotics là một trong những yếu tố thúc đẩy thành
công nhất để khiến HS quan tâm đến các lĩnh vực khoa học, cơng nghệ, kỹ thuật và
tốn học. Thơng qua các hoạt động, HS tích cực tham gia phát triển khả năng giao
tiếp, tư duy phê phán và các kỹ năng hợp tác.
Dựa vào vai trò của robot trong quá trình học, những dự án hay hoạt động về
Robotics ở trường học được chia làm hai loại:

4

Nguyễn Thị Minh Thảo

Khoá luận tốt nghiệp

Robot như là đối tượng học tập: Robot được dạy như một môn học riêng, có
các chủ đề liên quan đến Robotics như thiết kế, xây dựng Robot, chương trình
robot và trí tuệ nhân tạo.
- Robot là cơng cụ cho học tập: Robot đóng vai trị như một cơng cụ học tập
thường áp dụng cho dạy học liên môn, dạy học dự án trong các mơn học Khoa
học, tốn học, tin học, cơng nghệ và cung cấp nhiều lợi ích mới cho giáo dục ở
tất cả các cấp học.
Trong những năm qua những dự án và sáng kiến giáo dục, giảng dạy Robotics
được phát triển ở các trường đại học, trường trung học, tiểu học, các trung tâm
hoặc các viện nghiên cứu giáo dục.
- Nhóm Lifelong Kindergarten tại MIT Media đang phát triển nhiều dự án
Robotics mở rộng từ sự khám phá cơ sở của chuyển động cơ học (Learning
about Motion) đến học kỹ thuật bằng việc thiết kế Robot. Mục tiêu của họ là
thu hút mọi người vào trải nghiệm học tập sáng tạo, đặc biệt là đối tượng mẫu
giáo.
- Mạng lưới Robo@Scuola của trường học ở Ấn Độ tập hợp thành một trường
mạng độc quyền quốc gia từ bậc tiểu học đến trung học cơ sở.
- Kama-Lin (vào năm 2006) lưu ý rằng mặc dù Robotics được sử dụng trong
giáo dục khắp thế giới như là một công cụ học tập, nhưng nó chỉ được triển
khai trong một số mơi trường học tập đặc biệt nhất định. Thông qua nghiên cứu
chất lượng các hoạt động, nhà nghiên cứu nhận thấy có rất nhiều lợi ích mà dạy
học Robotics mang lại: cơng nghệ robot hỗ trợ cho HS luyện tập và học những
kỹ năng cần thiết như kỹ năng hợp tác, khả năng nhận thức, sự tự tin, sự hiểu
biết sâu rộng.
Những nghiên cứu khác tập trung vào tích hợp Robotics vào những giai
đoạn đầu của giáo dục để phát triển các hoạt động thu hút HS và tạo mơi trường

luyện tập có hiệu quả. Việc xây dụng và lập trình một thiết bị liên quan đến
Robot cho phép HS khám phá những hiện tượng cơ học như sự truyền chuyển
động, chức năng của bánh rang, những dự án bảo vệ môi trường. (D Alimisis,
25/3/2009).
Robotics là công cụ hỗ trợ đắt lực cho việc học tập của HS. Hơn 20 năm về trước,
Robot lần tiên xuất hiện trong các lớp học ở Mỹ vì mục đích giáo dục. Ngồi các hoạt
động ở trên lớp, nhiều cuộc thi, cuộc triển lãm về Robot diễn ra như Robotfest, Robot
Cup, Robot Cup Junior là các cuộc thi quốc tế về Robot. Ngồi ra cịn có các cuộc thi
trong nước khác như ở Mỹ, cuộc thi The FISRT LEGO League đã thu hút 2800 nhóm
-

5


Nguyễn Thị Minh Thảo

Khoá luận tốt nghiệp

HS từ 9 đến 14 tuổi trên tồn thế giới. Ở châu Âu có các cuộc thi như RoboParty được tổ chức bởi trường đại học Minho - thử thách người tham dự thiết kế robot từ
ngơn ngữ lập trình scratch, CEABOT – cuộc thi về robot hình người tí hon,
RobotChallenge – Robot tự động,…
Hiện nay, để hỗ trợ cho việc giảng dạy Robotics, trên thị trường xuất hiện nhiều
bộ kit với mẫu mã đa dạng, phù hợp với từng mục đích sử dụng giảng dạy Robotics
cao cấp như LEGO Mindstorm EV3, LEGO Creator Robot explore, LEGO
Mindstorm NXT, STEM DIY Robot,…
-

-

-

1.2.2 Lợi ích của việc áp dụng Robotics vào dạy học STEM
Tăng hứng thú và hoạt động: Trẻ em rất tò mò và muốn tương tác, tìm hiểu thế
giới xung quanh. Thơng qua chương trình lập trình và lắp ráp trẻ có thể thử
nghiệm, vận hành mơ hình, trẻ phải di chuyển, hoạt động rất nhiều chứ không
ngồi một chỗ làm việc với màn hình máy tính.
Phát triển tư duy sáng tạo và tư duy phản biện: Lắp ráp Robot, thiết kế các
chương trình là các hoạt động đặt trẻ vào vai một người kỹ sư lắp ráp và lập
trình. Bằng cách tìm hiểu các động cơ, cảm biến, tạo ra những dự án, trẻ em có
thể phát triển khả năng tưởng tượng và khơi gợi khả năng giải quyết vấn đề của
chúng.
Phát triển kỹ năng làm việc nhóm, kỹ năng giao tiếp.
Phát triển kỹ năng thiết kế kỹ thuật.
Quy trình dạy học 6E

1.3.1 Giới thiệu
Tiền đề của mơ hình dạy học 6E là quy trình dạy học 5E. Quy trình 5E là một quy
trình dạy học do Biological Sciences Curriculum Study (BSCS) đặt ra vào năm 1980
nhằm giúp cho giáo viên (GV) dựa vào quy trình này để thiết kế tiến trình dạy học
với mục tiêu rèn luyện cho HS các kỹ năng của thế kỷ 21 đặt ra như khả năng thích
ứng với môi trường, kỹ năng giao tiếp xã hội, kỹ năng giải quyết vấn đề, khả năng tự
quản lý, khả năng tư duy [9]. 5E là viết tắt của 5 chữ E đó cũng chính là 5 giai đoạn
áp dụng vào thiết kế tiến trình dạy học, bao gồm Engage – gây hứng thú, Explore –
khám phá, Explain – giải thích, Enrich – làm phong phú, Evaluate – đánh giá. Vào
năm 2004 ITEEA’s STEM Center for Teaching and Learning (STEM – CTL) đã chọn
mơ hình giảng dạy 5E của BSCS. Những tiêu chuẩn giảng dạy trong chương trình
Engeneering by DeSIGN™ Model được phát triển theo khung chuẩn BSCS.

6

Nguyễn Thị Minh Thảo

Khoá luận tốt nghiệp

The Next Generation Science Standards (NGSS) nhấn mạnh việc thực hành thiết
kế kỹ thuật như một kỹ năng là một bộ phận không thể thiếu trong giáo dục khoa học
mà mọi HS nên học [8]. NGSS đặt thiết kế kỹ thuật ngang với các nội dung học thuật
các môn khoa học đặt ra trong chương trình giáo dục K12 của Mỹ. Điều này tạo cơ
hội cho các chương trình, mơ hình giáo dục phát triển, đặt biệt là STEM. Khi đó, tiêu
chuẩn NGSS đã thúc đẩy việc tăng cường, làm nổi bật lên thành tố T và E trong
STEM. STEM – CTL đề ra mơ hình chuẩn của BSCS để đáp ứng NGSS. Tuy nhiên
để tăng cường thành tố S và T trong STEM, từ mơ hình 5E, họ đưa ra mơ hình mới
6E thêm một yếu tố E thứ 6 là eNGINEER – kỹ thuật hố. Ý tưởng xuất phát của của
mơ hình học tập 6E bởi DeSIGN™ là để phát triển một mơ hình lấy HS làm trung
tâm mà sẽ kết hợp giữa thiết kế và khám phá. Mơ hình dạy học 5E đã được sử dụng
trong nhiều năm. Khi đưa vào giáo dục theo định hướng STEM, mơ hình chưa làm
rõ được yếu tố thiết kế kĩ thuật trong toàn bộ quy trình. Cuối cùng, mơ hình mới thêm
một yếu tố mới là e (được gọi là eNGINEER). Mơ hình mới 6E trong đó chữ e –
eNGINEER được đề xuất bổ sung vào bởi giáo sư Barry N. Burke. Một số nghiên
cứu cũng được thực hiện để phát triển việc dạy học sử dụng mơ hình 6E [5].
1.3.2 Các giai đoạn theo quy trình dạy học 6E [6]
Giai đoạn
Engage

Mơ tả
 Mục đích của giai đoạn
Engage là để gây sự
chú ý của HS và làm
cho HS tham gia vào

bài học và đánh giá sự
hiểu biết.
 Trong quá trình trải
nghiệm, HS lần đầu tiên
bắt gặp và xác định
nhiệm vụ được hướng
dẫn. Trong suốt giai
đoạn Engage, HS tạo
sự kết nối giữa kiến
thức cũ và kiến thức
mới, thiết lập một nền
tảng có tổ chức cho

Hoạt động HS
 Làm quen với
các khái niệm.
 Kiểm tra sự
hiểu biết.
 Làm rõ ý tưởng
lớn và kết nối
với hiểu biết.
 Xác
định
những gì mình
biết, cần biết và
muốn tìm hiểu.
 Góp phần xác
định và phát
triển mục tiêu
cho các bài

học.
7

Hoạt động GV
 Đặt câu hỏi.
 Tập hợp tài
liệu.
 Nghiên cứu và
trình bày các
khái
niệm
chính.
 Kết nối việc
học với kiến
thức và kinh
nghiệm trước
đó của HS.
 Mơ tả quy
trình thiết kế.


Nguyễn Thị Minh Thảo

Explore

Khoá luận tốt nghiệp

những hoạt động sắp  Nghiên cứu.
 Giám
sát

tới. Mục đích là để khơi  Tương tác với
hướng dẫn an
gợi sự tò mò của HS và
vật liệu và thiết
tồn.
khuyến khích các em tự
bị.
 Đánh giá sự
đặt câu câu hỏi cho  Làm sổ ghi
hiểu biết của
chính mình (Bybee,
chép, tài liệu cá
HS đối với
1997).
nhân.
cách
triển
khai.
 Mục đích của giai đoạn  Hình
thành  Giới thiệu các
Explore là tạo cơ hội
khái quát về
khái niệm Mô
cho HS tự xây dựng cho
các khái niệm
hình hóa (các
bản thân kiến thức cho
chính.
tiêu chí, giới
mỗi chủ đề.

 Tham gia thảo
hạn,
tiên
 Trong
giai
đoạn
luận nhóm và
đốn).
Explore, HS có cơ hội
lớp.
 Lặp lại quy
làm quen trực tiếp với  Tham gia vào
trình thiết kế.
hiện tượng và tài liệu.
thực hiện các  Khuyến khích
Khi các em làm việc
hoạt động mẫu
HS tham gia
nhóm, HS có được
(phân tích dự
thảo luận.
những kinh nghiệm
đốn).
 Sử dụng Câu
thơng qua chia sẻ và  So sánh dữ liệu
hỏi Socratic giao tiếp. GV đóng vai
nhóm với các
tìm hiểu sự
trị là người hướng dẫn,
tiêu chí và u

hiểu biết của
cung cấp tài liệu và
cầu.
HS, sau đó tìm
định hướng cho HS.  Tạo các mục và
hiểu
thêm
Chú trọng vào những
phát triển các
thông qua câu
câu hỏi, nhấn mạnh vào
câu hỏi bổ sung
hỏi bổ sung.
cách đặt câu hỏi, phân
trong sổ ghi  Tạo điều kiện
tích dữ liệu và tư duy
chép.
cho quá trình
phản biện. Thơng qua
làm
việc
việc tự thiết kế hay
nhóm.
được hướng dẫn tìm tịi,
 Khuyến khích
HS đưa ra các giả
ghi chép và
thuyết, rồi tự kiểm tra
phản hồi của
những phán đoán của

HS.
8


Nguyễn Thị Minh Thảo

Khoá luận tốt nghiệp

HS rồi tự rút ra kết luận
cho riêng mình (Bybee,
1997).
 Mục đích của giai đoạn
Explain là tạo cho HS
cơ hội để giải thích và
cải thiện những gì HS
đã học được và xác định
được ý nghĩa của nó.
 Explain là giai đoạn
mà người học bắt đầu
sử dụng ngơn ngữ của
mình để diễn tả những
gì mà họ đã học được.
 Sự giao tiếp diễn ra
giữa các người học với
nhau, với người hướng
dẫn thông qua việc
tương tác qua các hoạt
động và các câu hỏi.
Giai đoạn Explain giới
thiệu khái niệm liên

quan đến vấn đề và sửa
chữa hay định hướng
lại những quan niệm
sai. (Bybee, 1997).

 Giới thiệu các
khái niệm của
chủ đề, sự
tương tác, liên
kết của chúng
với nhau.
 Sử dụng Câu
hỏi Socratic tìm hiểu sự
hiểu biết của
HS, sau đó tìm
hiểu
thêm
thơng qua câu
hỏi bổ sung.
 Hướng
dẫn
lớp học thảo
luận.
 Làm chính xác
các khái niệm.
 Cung
cấp
nguồn tài liệu
thích hợp.
 Đặt ra các câu

hỏi mở rộng
chủ đề.
 Khuyến khích
sự ghi chép và
phản hồi từ
HS.
Engineering  Mục đích của giai đoạn  Áp dụng các  Giói thiệu các
eNGINEER là cho HS
khái
niệm,
khái niệm liên
cơ hội hiểu biết sâu hơn
nguyên tắc và
quan đến việc
Explain

 Áp dụng các
khái
niệm,
ngun tắc và
lý thuyết liên
quan đến hệ
thống.
 Sử dụng mơ
hình hóa đưa
ra giải pháp
cho vấn đề.
 Dựa vào quy
trình thiết kế để
hình thành các

giải thích.
 Tạo các mục và
giải thích các
khái
niệm
trong sổ ghi
chép.
 Sử dụng các hỗ
trợ từ công
nghệ thông tin
và các kỹ năng
của bản thân.

9


Nguyễn Thị Minh Thảo

Khoá luận tốt nghiệp

về các vấn đề bằng cách
vận dụng các khái niệm
và kỹ năng của mình.
HS sử dụng các khái
niệm đã học được về
thế giới tự nhiên và áp
dụng vào đời sống cộng
đồng.
 eNGINEER là giai
đoạn học tập mà người

học sử dụng những gì
đã khám phá và tích
hợp nó vào các khái
niệm để đưa ra những
quyết định thiết kế
trong từng giải pháp.
HS đưa ra những giải
pháp sáng tạo bằng
cách sử dụng bảng thiết
kế, hệ thống, mô hình,
các nguồn tài nguyên
và giá trị con người làm
cơ sở cho sự phát triển,
xây dựng, cải tiến, đánh
giá và thiết kế lại. ”Các
tài liệu được sử dụng
trong giai đoạn này
được thiết kế để làm
tăng cường việc học
tốn và các mơn khoa
học khác và các mơn
học chính khác và tận
dụng những vật liệu có
sẵn tích hợp với kỹ
thuật”













10

lý thuyết liên
quan đến Thiết
kế và Tài liệu
hướng dẫn đưa
ra quyết định.
Thiết kế, mơ
hình hóa để
phát triển tình
huống có vấn
đề.
Sử dụng sự
sáng tạo để
thiết kế và xây
dựng các giải
pháp.
Sử dụng Quy
trình thiết kế để
kiểm tra và
thiết kế lại các
giải pháp theo

các tiêu chí và
giới hạn đã đưa
ra.
Xác định các
vấn đề và sử
dụng Mơ hình
hóa để dự đoán
các giải pháp.
Đặt ra câu hỏi
“sẽ ra sao nếu”
vào các vấn đề
khác.
Kiểm soát chất
lượng của các












thiết kế và tư
liệu, mơ tả sự
tương tác kết
nối

giữa
chúng.
Lặp lại quy
trình thiết kế.
Tạo điều kiện
cho HS học
tập thông qua
inquiry
và
thiết kế.
Xây dựng sự
hiểu biết về
các lỗi trong
thiết kế.
Cung cấp cho
HS các nguồn
tư liệu áp dụng
các giải pháp
kỹ thuật.
Hướng dẫn HS
áp dụng các
phương pháp
kiểm tra đánh
gia.
Khuyến khích
ghi chép và
đổi mới sáng
tạo.

Nguyễn Thị Minh Thảo

Khố luận tốt nghiệp



Enrich

Evaluate

 Mục đích của giai đoạn
ENRICH là tạo cơ hội
cho HS khám phá sâu
hơn về những gì mà họ
đã được học và chuyển
từ khái niệm sang
những vấn đề phức tạp
hơn.
 Enrich là giai đoạn mà
người học có thể
chuyển sự hiểu biết và ý
nghĩ tới những tình
huống mới và ứng dụng
mới. HS hiểu và có thể
sử dụng các khái niệm,
chuyển hóa những gì đã
học được áp dụng vào
những tình huống mới
va những vấn đề mới.









giải pháp thiết
kế.
Tạo các mục và
giải thích sự
liên kết trong
khâu
eNGINEERing
trong sổ ghi
chép.
Hiểu quy trình  Cung cấp cho
thiết kế và áp
HS các tài
dụng cho các
nguyên để xác
tình
huống
định các ứng
mới.
dụng mới.
Làm
phong  Đặt ra câu hỏi
phú thêm sự

để đảm bảo
hiểu biết về các
giải quyết các
khái
niệm
vấn đề cho các
trong quá trình
tình
huống
eNGINEERing
rộng hơn.
cho các bối  Hướng dẫn HS
cảnh và vấn đề
giao tiếp hiệu
khác nhau.
quả thông qua
Tiến
hành
phiếu học tập,
nghiên
cứu
sổ ghi chép.
sâu.
Ghi nhận dữ
liệu vào sổ ghi
chép.

 Mục đích của giai đoạn  Thể hiện sự  Sử dụng các
Evaluate là để cho HS
hiểu biết về các

công cụ đánh
lẫn GV xác định việc
khái niệm và
giá trước để
học và hiểu đã diễn ra
sử dụng chúng.
xác định nhu
như thế nào.
cầu,
mong
11


Nguyễn Thị Minh Thảo

Khoá luận tốt nghiệp

 Evaluate, chữ “E” cuối
cùng, là một q trình
đánh giá khơng ngừng,
cho phép GV xem
người học đã hiểu được
về các khái niệm và
kiến thức. Sự ước lượng
và đánh giá không tách
rời mà phải diễn ra
đồng thời (trong mọi
giai đoạn) liên tục trong
suốt quá trình hướng
dẫn. Một số cơng cụ hỗ

trợ trong q trình đánh
giá là các phiếu tự đánh
giá, sự quan sát của
GV, các cuộc phỏng
vấn HS, và các sản
phẩm học tập theo
chuyên đề và theo dự
án. Việc phân tích
video bài giảng có thể
sử dụng để xác định
mức độ hiểu biết của
HS. HS sẽ hứng thú với
việc thể hiện những
hiểu biết của mình
thơng qua các bào chí,
bản vẽ, mơ hình và các
nhiệm vụ.

 Tự đánh giá để
xác định xem
bản thân đã
học, những gì
cần học hoặc
muốn.
 tìm hiểu trong
giai
đoạn
Engage và thực
hiện tự đánh
giá đan xem

trong từng giai
đoạn.
 Hoàn thành các
hoạt động đánh
giá theo các
bảng đánh giá
được thiết lập.
 Sử dụng sổ ghi
chép để cung
cấp tiến trình
các hoạt động
đã thực hiện và
các mục tiêu
học tập.











muốn và thiếu
sót của HS.
Đảm bảo rằng
việc học của
HS dựa trên

chuẩn Stem –
CTL
và
NGSS.
Sử dụng nhiều
cơng cụ đánh
giá q trình
trong mỗi giai
đoạn.
Giải thích về
các công cụ
đánh giá.
Cung
cấp
thông tin phản
hồi việc đánh
giá HS.
Sử dụng các
công cụ đánh
giá hiệu quả.

Năng lực giải quyết vấn đề
1.4.1 Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề
Theo PISA 2012 định nghĩa năng lực giải quyết vấn đề là năng lực được thể hiện
trong quá trình nhận thức của cá nhân để hiểu và giải quyết các tình huống có vấn đề.

12


Nguyễn Thị Minh Thảo

Khoá luận tốt nghiệp

Chỉ cần đưa ra biện pháp chung để giải quyết tình huống, khơng cần phải nêu rõ
phương pháp ngay lập tức [5]
1.4.2 Khung năng lực giải quyết vấn đề [4]
NL
Thành tố
Biểu hiện
giải
Khám phá và hiểu  Nhận dạng tình huống
quyết
vấn đề trong thực tiễn  Phát biểu vấn đề
vấn đề
 Xác định giải thích thơng tin về tình huống
thực
tiễn
Trình bày, phát  Sử dụng các cách khác nhau để diễn đạt vấn
biểu vấn đề dưới dạng
đề
bài tốn khoa học có  Nhận ra được các nhiện vụ bộ phận của vấn
thể giải quyết được
đề
Đề xuất giải pháp

Chỉ ra đích cuối cùng, mục tiêu của từng giai
đoạn để giải quyết, chỉ ra chiến lược giải quyết
vấn đề, các bước cần thực hiện, các kiến thức
cần huy động

Thực hiện giải pháp

Thực hiện được các giải pháp theo các bước đã
đề ra: huy động nguồn lực, tìm kiếm thông tin,
kiến thức đã biết

Đánh giá và điều
chỉnh giải pháp

 Đánh giá giải pháp
 Điều chỉnh giải pháp
 Rút ra kết luận

13


Nguyễn Thị Minh Thảo

Khoá luận tốt nghiệp

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Giáo dục STEM chủ đề Robotics đóng vai trị quan trọng và xuất hiện càng nhiều
trong công tác giáo dục HS ở tất cả các cấp lớp. Giáo dục STEM chủ đề Robotics
giúp HS hứng thú hơn trong việc học, rèn luyện các kỹ năng như làm việc nhóm, giao
tiếp, tư duy, bồi dưỡng năng lực sáng tạo trong các hoạt động cụ thể nhằm tự giải
quyết được các vấn đề mà các em gặp phải trong thực tế. Với các hoạt động trải
nghiệm HS không chỉ học những kiến thức mà cịn từ những kiến thức đó áp dụng
vào các hoạt động như làm thí nghiệm, thiết kế, xây dựng, chế tạo mơ hình, trình bày
sản phẩm,… Qua đó, HS được tiếp cận với công nghệ, kỹ thuật hiện đại trên thế giới,
giao lưu với nhau qua các lớp học, các cuộc thi, các cuộc triễn lãm.

Để hỗ trợ cho cơng tác giáo dục STEM cho GV, có rất nhiều biện pháp, cơng cụ,
quy trình mẫu được đưa ra một trong số đó là quy trình 6E. Dựa vào quy trình 6E,
GV có thể soạn tiến trình dạy học đáp ứng được việc rèn luyện các kỹ năng và tăng
sự hứng thú cho HS. Đặc biệt, việc thiết kế các hoạt động theo quy trình này sẽ làm
nổi bật lên hai thành tố T và E trong STEM mà hiện nay chính sách về giáo dục đang
quan tâm và đẩy mạnh.
Như vậy để phát huy hơn nữa những ưu điểm của STEM mang lại cho HS, GV có
thể xây dựng tiến trình dạy học theo quy trình 6E và áp dụng chủ đề Robotics vào
trong dạy học chủ đề.

14


Nguyễn Thị Minh Thảo

Khố luận tốt nghiệp

CHƯƠNG 2.
PHÂN TÍCH NỘI DUNG VÀ THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH
DẠY HỌC CHỦ ĐỀ CHẬU CÂY THƠNG MÌNH
Mơ tả chủ đề
Mỗi loại cây trồng sẽ cần một mức độ độ ẩm phù hợp cần được duy trì để đảm bảo
cho sự tăng trưởng tốt cho cây. Một hệ thống tưới cây tự động hóa để tự cung cấp
nước đảm bảo mức độ ẩm cần thiết là một nhu cầu cần thiết trong một số gia đình
hiện nay, đặc biệt khi họ đặt cây ở ngồi ban cơng, nơi có nắng, gió, mưa và có thể
làm ảnh hưởng đến cây. Trong chủ đề này, HS tìm hiểu về nhu cầu của cây, đồng thời
thiết kế một hệ thống tưới cây tự động hóa để có thể thiết lập việc cung cấp nước duy
trì độ ẩm cần thiết cho cây.
Phân tích nội dung chủ đề trong chương trình phổ thơng hiện hành
Mơn

Khối
Vật lý Lớp 7

Nội dung
Nguồn điện có khả năng cung cấp
dịng điện để các thiết bị điện hoạt
động.
- Pin là một nguồn điện.
Bài 25: Hiệu điện - Đơn vị hiệu điện thế.
thế
- Trên mỗi nguồn điện (pin) có ghi một
giá trị hiệu điện thế khác nhau.
- Dùng vôn kế để đo được hiệu điện thế.
Bài 26: Hiệu điện - Trong mạch điện kín, hiệu điện thế
thế giữa hai đầu
giữa hai đầu bóng đèn tạo ra dịng điện
dụng cụ dùng điện
chạy trong bóng đèn đó.
- Đối với một bóng đèn nhất định, hiệu
điện thế giữa hai đầu bóng đèn càng
lớn thì dịng điện chạy qua bóng đèn
càng lớn.
- Số vôn ghi trên mỗi dụng cụ điện cho
biết hiệu điện thế định mức để dụng cụ
đó hoạt động bình thường.
Phần mở rộng Có thể em chưa biết
- Mỗi thiết bị điện cần cấp một giá trị
hiệu điện thế nhất định để chúng hoạt
động bình thường.
Bài

Bài 19: Dịng điện. Nguồn điện

15


Nguyễn Thị Minh Thảo

Khố luận tốt nghiệp

-

Cơng
nghệ

Lớp 7

Tin
học

Lớp 8

Bài 27, 28: Thực hành đo hiệu điện
thế và cường độ
dòng điện
Bài 19: Các biện pháp chăm sóc cây
trồng
-

Bài 1: Máy tính và chương trình máy
tính

-

-

Bài 6: Câu lệnh điều kiện

Nếu cấp dưới giá trị này các thiết bị ấy
hoạt động yếu hơn bình thường.
Biết cách sử dụng vơn kế đo hiệu điện
thế hai đầu thiết bị điện.

Cây cần nước để sinh trưởng và phát
triển, vì vậy cần phải tưới nước đầy đủ
và kịp thời.
Cây trồng rất cần nước, tuy nhiên nếu
thừa nước sẽ gây ngập úng và cây
trồng sẽ dễ bị chết.
Con người chỉ dẫn cho máy tính thực
hiện cơng việc thơng qua các lệnh.
Viết chương trình là hướng dẫn máy
tính thực hiện các cơng việc giải một
bài tốn cụ thể.
Ngơn ngữ dùng để viết các chương
trình máy tính được gọi là ngơn ngữ
lập trình.
Cấu trúc câu lệnh điều kiện là if <điều
kiện> then <câu lệnh 1> else lệnh 2>.

Tài liệu hỗ trợ dạy học chủ đề Chậu cây thông minh

2.3.1 Thông tin độ ẩm cho một số cây trồng
Link tham khảo: />Độ ẩm
Tên loại cây
21% - 40%
41% - 60%
61% - 80%
Dâu tây
x
Hoa đồng tiền
x
Cỏ trái tim
x
Cây sống đời
x

16


Nguyễn Thị Minh Thảo

Khoá luận tốt nghiệp

Cây hoa cúc
Cây cẩm nhung

x
x

2.3.2 Cơng thức tính độ ẩm của đất
Xét một mẫu đất cần xác định độ ẩm, theo phương pháp xác định độ ẩm của đất

của Office of Environment and Heritage – Văn phịng mơi trường và Di sản New
South Wales, cơng thức tính độ ẩm của mẫu đất là
𝑊2 − 𝑊3
𝑀𝐶% =
𝑥 100
𝑊3 − 𝑊1
Với 𝑀𝐶 (moisture content): độ ẩm của đất
𝑊1 : khối lượng lọ chứa
𝑊2 : khối lượng của đất cần tính độ ẩm và lọ chứa
𝑊3 : khối lượng đất đã sấy khô và lọ chứa
Theo công thức, ta thấy:
𝑊3 − 𝑊1 = 𝑚đấ𝑡 𝑘ℎô
Nếu xem như đất sấy khơ khơng cịn chứa nước thì
𝑊2 − 𝑊3 = 𝑚đấ𝑡 𝑐ầ𝑛 𝑡í𝑛ℎ 𝑀𝐶 − 𝑚đấ𝑡 𝑘ℎơ = 𝑚𝑛ướ𝑐
Từ đó ta có cơng thức tính độ ẩm được ghi lại như sau:
𝑚𝑛ướ𝑐
𝐷% =
∗ 100
𝑚đấ𝑡 𝑘ℎô
2.3.3 Sơ đồ tư duy thiết kế hệ thống tưới nước tự động
Yêu cầu đặt ra cho hệ thống là duy trì độ ẩm cho cây. Vậy làm sao duy trì được độ
ẩm cho cây?. Để dảm bảo được độ ẩm của đất, chúng ta cần phải biết thơng tin độ ẩm
của đất từ đó sẽ tác động đến việc tưới nước, tức là khi đất thiếu nước, cụ thể là độ
ẩm nhỏ hơn giá trị độ ẩm đất cần cho cây thì ta sẽ tưới nước. Để ghi nhận được thông
tin này ta sử dụng cảm biến độ ẩm đất. Để thực hiện việc cung cấp nước cho cây một
cách tự động, ta dùng máy bơm. Khi độ ẩm dưới giá trị độ ẩm cần cho cây thì máy
bơm sẽ hoạt động. Hai thiết bị này tách rời lẫn nhau, để kết nối thông tin từ cảm biến
đến máy bơm để vận hành tự động ta sử dụng Arduino và rơle để xử lí thông tin và
điều khiển máy bơm.

17