Dạy học một số chủ đề STEM phần phi kim nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho học sinh

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (763.47 KB, 8 trang )

(1)<div class='page_container' data-page=1>

NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ VÀ SÁNG TẠO

CHO HỌC SINH

Trần Trung Ninh1
Trần Thế Sang2
Đồn Thanh Tường3
Tóm tắt

Tổ chức dạy học các chủ đề STEM đã và đang thu hút sự quan tâm của các trường
học phổ thông, các thầy, cô, các nhà khoa học giáo dục trong những năm gần đây.
Thông qua giải quyết các vấn đề trong chủ đề STEM, học sinh có cơ hội phát triển
năng lực cốt lõi và năng lực chuyên môn. Bài viết này trình bày cấu trúc năng lực giải
quyết vấn đề và sáng tạo: quy trình thiết kế và tổ chức hoạt động dạy học chủ đề
STEM để phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo. Đã thiết kế và tổ chức
dạy học hai chủ đề STEM và thực nghiệm tại hai trường THPT ở Đắk lắk và Thành
phố Hồ Chí Minh. Sau khi thu thập kết quả, xử lí và phân tích thống kê, nhận thấy:
Có sự tiến bộ về năng lực giải quyết vấn đề (GQVĐ) và sáng tạo (ST) thông qua chủ
đề STEM dạy học thực nghiệm.

Từ khóa: Dạy học STEM; năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo; học sinh THPT; 
Đắk Lắk; Thành phố Hồ Chí Minh.

1. Mở đầu

Trong thế kỷ XX, Mỹ là nước dẫn đầu thế giới về giáo dục, khoa học, công nghệ từ đó
có ưu thế tuyệt đối về kinh tế, quân sự. Tuy nhiên, ngày nay nhiều nước đã cho thấy học
sinh của họ có một bước tiến vượt bậc và nổi trội so với học sinh của Mỹ trong kì thi PISA
như Phần Lan, Hàn Quốc, Hong Kong hay Singapore. Sự thụt lùi về giáo dục sẽ đe dọa
đến vị trí lãnh đạo về kinh tế, Quân sự của Mỹ trên phạm vi toàn cầu. Một trong những
bước đi quan trọng của Mỹ trong cải cách giáo dục để tìm lại vị thế của mình là phát triển
giáo dục STEM. Hiện nay ở Việt Nam, STEM và giáo dục STEM nói riêng vẫn chưa được

nghiên cứu sâu. Các bài viết, tài liệu về giáo dục STEM ở Việt Nam hiện nay có rất ít cơng
trình nghiên cứu bàn về cơ sở lí luận của giáo dục STEM và vận dụng nó vào dạy học bộ
môn. Đặc biệt, các chủ đề dạy học STEM trong mơn Hóa học cịn hạn chế.

1 Khoa Hóa học – Trường Đại học Sư phạm Hà Nội; Điện thoại: 0912488601.
2 Trường THPT Gia định – Thành phố Hồ Chí Minh.

</div>
(2)<div class='page_container' data-page=2>

Bài viết trình bày sơ lược về giáo dục STEM, quy trình dạy học mơn Hóa học theo
định hướng giáo dục STEM. Từ đó, xây dựng chủ đề về “Thiết bị lọc làm giảm hàm lượng
axit trong nước” trong chương trình Hóa học vơ cơ lớp 10 theo định hướng giáo dục STEM
nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo (NLGQVĐ&ST) cho HS.

2. Nội dung nghiên cứu
2.1. Giáo dục STEM là gì?

STEM là viết tắt của các từ tiếng Anh: Science (Khoa học), Technology (Công nghệ),
Engineering (Kĩ thuật) và Math (Toán học). Giáo dục STEM trang bị cho người học những 
kiến thức và kĩ năng liên quan đến các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học
[2]. Các kiến thức và kĩ năng này được lồng ghép, tích hợp và bổ trợ cho nhau giúp HS phát
triển NLGQVĐ&ST, tạo ra được những sản phẩm hữu ích trong cuộc sống hằng ngày. STEM
về bản chất là dạy học tích hợp liên môn, tùy vào từng đối tượng khác nhau mà mục tiêu
giáo dục STEM sẽ khác nhau. Với HS phổ thông, việc theo học các chủ đề STEM cịn có ảnh
hưởng tích cực tới khả năng lựa chọn nghề nghiệp tương lai. Khi được học trong những tình
huống thực tiễn, nhiều thách thức và cơ hội, HS sẽ chủ động, sáng tạo trong học tập, từ đó
khuyến khích các em có định hướng rõ ràng hơn khi chọn nghề nghiệp tương lai.

2.2. Mơ hình giáo dục STEM

Mơ hình giáo dục STEM qua dạy học các mơn Khoa học, Tốn học, Kĩ thuật, Cơng
nghệ khá phổ biến trên thế giới trong những năm gần đây, đặc biệt là ở Mỹ và các nước

công nghiệp phát triển như Anh, Đức, Nhật, Pháp, Hàn Quốc,… trong đó nội dung học tập
của mơn học được thiết kế thành các chủ đề STEM. Hiện nay, giáo dục STEM còn nhằm giải
quyết vấn đề cung cấp nhân lực trình độ cao cho các ngành kinh tế, khoa học, kĩ thuật [4];
Mục đích quan trọng nhất khi dạy học STEM là phát triển năng lực học sinh nhằm giải quyết
các vấn đề thực tiễn của cuộc sống, đáp ứng được nhu cầu của người học và phù hợp với
bối cảnh của người học.

2.2.1. Chủ đề STEM được dạy trong nhiều môn học

Chủ đề STEM dạng này là sự tích hợp kiến thức từ nhiều mơn học nhằm giải quyết một
vấn đề thực tiễn trong cuộc sống. Các GV dạy mỗi môn học khác nhau sẽ khai thác các yếu
tố STEM khác nhau theo góc độ riêng của mơn mình phụ trách.

2.2.2. Chủ đề STEM nhiều môn phối hợp

Chủ đề STEM dạng này khá phức tạp, có sự liên kết kiến thức giữa các môn rất chặt
chẽ. Các môn học được phối hợp với nhau để dạy học những nội dung có tính chất bổ trợ
nhau, đảm bảo những gì HS được học ở môn này sẽ là tiền đề, điều kiện về kiến thức, kĩ
năng để các em có thể học được ở môn tiếp theo [4].

</div>
(3)<div class='page_container' data-page=3>

- chủ đề, học qua hoạt động trải nghiệm và đặc biệt phương pháp học qua thực hành luôn
được áp dụng trong giáo dục STEM.

2.3. Quy trình dạy học mơn Hóa học theo định hướng giáo dục STEM

Từ kinh nghiệm quốc tế trong tiếp cận giáo dục STEM và từ thực tế nội dung chương
trình và sách giáo khoa mơn Hóa học trong chương trình giáo dục phổ thông tại Việt Nam,
chúng tôi đề xuất quy trình chung dạy học mơn Hóa học theo định hướng giáo dục STEM
gồm 5 bước cụ thể như sau (hình 1):

Hình 1. Quy trình dạy học mơn Hóa học theo định hướng giáo dục STEM
2.4. Một số chủ đề giáo dục STEM mơn Hóa học 10

Trong chương trình Hóa học 10 có thể thiết kế và tổ chức dạy học một số chủ đề STEM
như sau:

- Thiết kế mơ hình cấu tạo ngun tử;

- Thiết kế bảng tuần hồn các ngun tố Hóa học thơng minh;
- Xác định hàm lượng vitamin C trong các loại trái cây bằng iot;
- Q trình tạo oxi của cây Rong đi chó;

- Thiết kế mơ hình máy tạo oxi cho hồ cá;

- Thiết bị lọc làm giảm hàm lượng axit trong nước;

- Chế tạo hệ thống tên lửa sử dụng nguyên liệu trong đời sống thực tiễn;
- Thiết kế hệ thống theo dõi tốc độ phản ứng lên men đường.

Bài này sẽ giới thiệu chủ đề STEM “Thiết bị lọc làm giảm hàm lượng axit trong nước”.

2.4.1. Lí do chọn chủ đề “Thiết bị lọc làm giảm hàm lượng axit trong nước”

</div>
(4)<div class='page_container' data-page=4>

nhiên giá thành của các thiết bị lọc trên thị trường hiện tại khá cao, trong khi đó, HS hồn
tồn có thể áp dụng những kiến thức đã được học để chế tạo một hệ thống lọc nước có thể sử
dụng tại gia đình. Bên cạnh việc sử dụng các nguyên vật liệu gần gũi trong đời sống để chế
tạo hệ thống lọc nước, chủ đề còn giáo dục các em trong việc sử dụng tiết kiệm tài nguyên
và bảo vệ môi trường.

2.4.2. Mục tiêu STEM của chủ đề “Thiết bị lọc làm giảm hàm lượng axit trong nước”

S (Khoa học) T (Công nghệ) E (Kỹ thuật) M (Tốn học)

+ Hóa học: Nêu được tính
chất của các lớp vật liệu
chính ảnh hưởng trực tiếp
đến việc lọc nước làm giảm
hàm lượng axit; dự đoán
để lựa chọn nguyên liệu
phù hợp dựa vào các tính
chất trên.

+ Sinh học: Trình bày được
ảnh hưởng từ độ pH của
nước đối với sức khỏe con
người và mơi trường, từ đó
đề xuất phương án xử lý
phù hợp.

+ Khoa học mơi trường:
Hình thành và phát triển
thói quen sử dụng vật liệu
tái chế để tạo ra các sản
phẩm phục vụ đời sống,
bảo vệ môi trường.

+ Sử dụng được phần
mềm imindmap để
thiết kế sơ đồ tư duy
nhằm hệ thống hóa

kiến thức.

+ Tra cứu được các
thông tin cần thiết cho
dự án trên Internet.
+ Sử dụng được các trang
tương tác trực tuyến để
phục vụ việc học.

+ Lựa chọn và sắp xếp
các nguyên vật liệu hợp
lý để đạt được hiệu quả
lọc phù hợp nhất.
+ Sử dụng phù hợpcác
biện pháp thử nghiệm
(đúng biện pháp, liều
lượng, thao tác).

+ Tính tốn hợp lý số
lượng các vật liệu tạo
thành sản phẩm để đảm
bảo hiệu quả kinh tế.
+ Vận dụng các kiến
thức toán học để thiết
kế bản vẽ và thực hiện
sản phẩm.

2.4.3. Tiến hành hoạt động giáo dục STEM

Hoạt động 1: Thiết kế bản vẽ thiết bị và thuyết trình, thảo luận

Thời gian Hoạt động của GV Hoạt động của HS

15 phút

- Đưa ra yêu cầu của bản vẽ thiết kế
để HS có thể thực hiện.

- GV theo dõi việc thực hiện bản vẽ,
kịp thời tháo gỡ những vướng mắc
của từng nhóm.

- GV duyệt bản vẽ thiết kế của các
nhóm sau khi nhóm đã hồn thành.

- Lắng nghe, ghi chú, lựa chọn các nguyên vật liệu
phù hợp cho sản phẩm của nhóm.

- Suy nghĩ về bản vẽ để phù hợp với yêu cầu của
chủ đề. Thực hiện bản vẽ dựa trên những dụng cụ
và chất được GV chuẩn bị sẵn.

</div>
(5)<div class='page_container' data-page=5>

Hoạt động 2: Chế tạo thiết bị lọc nước

Thời gian Hoạt động của GV Hoạt động của HS

15 phút

- Cung cấp một số nguyên liệu có sẵn
cho HS.

- Quan sát, theo dõi q trình làm
việc nhóm của HS và hỗ trợ khi cần.

- Thử nghiệm với bản vẽ của nhóm, sử dụng các
công cụ đo lường để ghi nhận kết quả.

- Ghi chép tất cả các kết quả vào phiếu hoạt động
nhóm.

Hoạt động 3: Áp dụng thử nghiệm thiết bị lọc nước

Thời gian Hoạt động của GV Hoạt động của HS

15 phút

- GV hướng dẫn các nhóm tiến hành
đo pH của dung dịch thu được trước
và sau khi lọc.

- GV đơn đốc, nhắc nhở các nhóm
chưa thực hiện xong sản phẩm.

- HS tiến hành đo pH của dung dịch trước và sau
khi lọc, ghi lại kết quả.

- Thực hiện thao tác đo và ghi lại kết quả 3 lần.
- Các nhóm chưa hồn thành xong sản phẩm
nhanh chóng thực hiện theo sự hướng dẫn của GV.
Hoạt động 4. Báo cáo kết quả, đánh giá (15 phút)

Thời gian Hoạt động của GV Hoạt động của HS

15 phút

- Hướng dẫn các nhóm lên trình bày
về sản phẩm và kết quả của mình.
- Hướng dẫn các nhóm đặt câu hỏi,
dự đốn giải thích ngun nhân dẫn
đến kết quả đó.

- Đánh giá sơ bộ sản phẩm và kết quả.

- Các nhóm thuyết trình về sản phẩm và kết quả.
- Các HS khác xung phong đặt câu hỏi cho bất kỳ
sản phẩm nào.

- HS xung phong dự đốn ngun nhân dẫn đến
những kết quả trên.

Hình 1. Bản thiết kế thiết kế thiết bị 
lọc nước

Hình 2. Thiết bị lọc nước của 
các nhóm

Hình 3. Thử nghiệm lọc nước 
bằng thiết bị tự chế

2.5. Kết quả thực nghiệm sư phạm

Trong năm học 2017 -2018, đã tiến hành thực nghiệm sư phạm ở 2 trường THPT ở TP.
Hồ Chí Minh và tỉnh Đắk Lắk, thực nghiệm 02 chủ đề STEM đã đề xuất là “Thiết bị lọc làm

giảm hàm lượng axit trong nước”; và chủ đề “Chế tạo hệ thống tên lửa sử dụng nguyên liệu 
trong đời sống thực tiễn”; Thực nghiệm sư phạm với sự tham gia của 02 GV (Nguyễn Thị

</div>
(6)<div class='page_container' data-page=6>

dựng 02 đề kiểm tra trước và sau tác động vừa để đánh giá kết quả học tập, vừa đánh giá
NL GQVĐ &ST của HS.

Bảng 1: Bảng đánh giá sự tiến bộ NLGQVĐ&ST của lớp TN trước tác động và sau tác động
Tiêu chí

số

Bài kiểm tra TTĐ Bài kiểm tra STĐ

Số HS đạt điểm Điểm TBTC

3

Số HS đạt điểm Điểm

TBTC

3 2 1 0 2 1 0

1 33 33 5 0 2.39 52 18 1 0 2.72

2 17 51 3 0 2.20 31 40 0 0 2.44

3 8 32 28 3 1.63 30 37 4 0 2.37

4 8 32 28 3 1.63 30 37 4 0 2.37

5 5 32 28 6 1.51 28 42 1 0 2.38

6 0 17 47 7 1.14 16 37 18 0 1.97

7 0 0 26 45 0.37 1 23 34 13 1.17

8 0 27 32 12 1.21 6 44 20 1 1.77

Điểm trung bình các tiêu chí 1.51 Điểm trung bình các tiêu chí 2.15

Độ lệch chuẩn 0,63 Độ lệch chuẩn 0,49

Phép kiểm chứng t-test độc lập p= 0,67.10-5
Mức độ ảnh hưởng ES = 1,01

Độ tin cậy SpearMan – Brown: 0,88 Độ tin cậy SpearMan – Brown: 0,90
Phân tích mức độ tiến bộ của từng tiêu chí cho thấy:

- Các tiêu chí 1 (Phân tích được tình huống trong chủ đề STEM) và tiêu chí 2 (Phát hiện

và nêu được tình huống có vấn đề trong chủ đề STEM) có sự tiến bộ chậm. Điều này được giải

thích vì tiêu chí 1 và 2 là tiêu chí khơng khó, hầu hết các em đều có khả năng phân tích
được tình huống và phát hiện tình huống có vấn đề khá tốt trước khi được thực nghiệm
phương pháp mới.

- Tiêu chí 3 (Thu thập và làm rõ các thơng tin có liên quan đến vấn đề cần giải quyết trong

chủ đề STEM), tiêu chí 4 (Đề xuất và phân tích được một số giải pháp để giải quyết vấn đề trong 
chủ đề STEM, lựa chọn giải pháp phù hợp nhất) là nhóm các tiêu chí có mức độ tiến bộ nhanh

và tương đương nhau. Kết quả này được giải thích là vì các tiêu chí này có mối liên hệ với
nhau, từ việc thu thập được thông tin liên quan đến vấn đề cần giải quyết, HS hầu như đều
sẽ đề xuất được các giải pháp để giải quyết vấn đề, từ đó lựa chọn giải pháp phù hợp nhất
để tiến hành thực hiện.

- Tiêu chí 5 (Thực hiện và đánh giá giải pháp GQVĐ trong chủ đề STEM) là tiêu chí có sự 
tiến bộ rõ rệt nhất, bởi vì đây là tiêu chí khơng khó, nhưng hầu hết các em chưa quan tâm
đến việc đánh giá giải pháp đề ra, nên sau khi được thực nghiệm, được GV hướng dẫn, các
em đã tiến bộ hẳn trong việc thực hiện và đánh giá giải pháp của mình.

- Các tiêu chí 6 (Xác định và làm rõ ý tưởng mới trong chủ đề STEM; phân tích độ tin cậy của

</div>
(7)<div class='page_container' data-page=7>

sau tác động thấp hơn so với các tiêu chí khác nhưng xét về mức độ tiến bộ so với trước tác
động là nhanh. Điều này được giải thích bởi lẽ trước đây HS khơng tự xác định vấn đề, ý
tưởng mới mà hầu hết chỉ tập trung vào việc giải quyết vấn đề mà GV đặt ra. Sau khi thực
nghiệm, được GV hướng dẫn, tạo cơ hội và khuyến khích sự sáng tạo, HS sẽ là người đặt ra
những vấn đề mới và nghiên cứu để giải quyết vấn đề đó một cách tốt nhất.

Từ số liệu ở bảng thống kê điểm TB NL GQVĐ và ST và các tham số trong bài kiểm
tra trước và sau tác động (bảng 1) cho thấy điểm TBNL của bài kiểm tra STĐ cao hơn TTĐ,
với xác suất xảy ra ngẫu nhiên < 5% chứng tỏ sự chênh lệch điểm TB có ý nghĩa cao, việc tác
động của các biện pháp phát triển NL GQVĐ và ST là có hiệu quả.

Bên cạnh đó các giá trị độ tin cậy Spearman - Brown của điểm số thu được từ bài kiểm

tra TTĐ(0,88) và STĐ (0,90) đều lớn hơn 0,7 cho thấy các dữ liệu trên là đáng tin cậy.

Hệ số ảnh hưởng ES = 1,1 ở mức lớn, chứng tỏ nghiên cứu này có thể nhân rộng được.

Sự tiến bộ các tiêu chí NL GQVĐ &ST kiểm tra trước
và sau tác động của các lớp TN

Sự tiến bộ của NL GQVĐ&ST kiểm tra trước và sau
tác động của các lớp TN

Hình 4. Biểu đồ sự tiến bộ NLGQVĐ&ST của lớp TN

Theo biểu đồ sự tiến bộ NLGQVĐ, năng lực GQVĐ&ST của lớp TN sau tác động đều
tăng dần trong quá trình rèn luyện, thể hiện ở các hình bên trái, đồ thị biểu diễn mỗi tiêu
chí đều đi lên; ở các hình bên phải đường biểu diễn điểm TB các tiêu chí của lớp TN sau tác
động đều nằm ở phía trên cao hơn so với lớp TN trước tác động.

Dựa vào các tham số thống kê và phân tích số liệu ở trên cho thấy kết quả NL GQVĐ&
ST của HS ở 2 lớp TN được cải thiện rõ rệt qua các lần TN, mức độ ảnh hưởng của tác động
là lớn. Từ đó có thể kết luận dạy học STEM là có hiệu quả và khả thi, có thể áp dụng rộng
rãi trong dạy học Hóa học nói chung, dạy học chương trình Hóa học lớp 10 THPT nói riêng.
3. Kết luận

</div>
(8)<div class='page_container' data-page=8>

Hóa học trở nên gần gũi với cuộc sống của HS, gắn kiến thức lí thuyết với đời sống thực tế,
ứng dụng các tiến bộ khoa học kĩ thuật. Kết quả thực nghiệm sư phạm đã xác nhận sự tiến
bộ NLGQVĐ&ST của HS lớp thực nghiệm sau tác động cao hơn so với trước tác động là có
ý nghĩa thống kê và nghiên cứu này có hệ số ảnh hưởng ở mức độ lớn, do đó có thể nhân
rộng được.

Tài liệu tham khảo

1. Thủ tướng Chính phủ (2017), Chỉ thị số 16/CT-TTg về việc tăng cường năng lực tiếp cận

cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ 4.

2. Mark Windale (2016), “Giáo dục STEM bồi dưỡng những nhà đổi mới, sáng tạo trong
tương lai”, Hội thảo Vai trò của nhà nước và các tổ chức cá nhân có liên quan trong 
việc xây dựng chiến lược phát triển giáo dục STEM. Bộ Giáo dục và Đào tạo - Hội
đồng Anh.

3. Bộ Giáo dục và Đào tạo (2018), Chương trình giáo dục phổ thơng - Chương trình tổng thể.
4. Lê Xuân Quang (2017), Dạy học môn Công nghệ phổ thông theo định hướng giáo dục STEM.

Luận án Tiến sĩ Khoa học Giáo dục, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội.

5. Robert M. Capraro - Mary Margaret Capraro - James R. Morgan. (2013), STEM

project-based learning: An integrated science, technology, engineering, and mathematics (STEM) 
approach.Sense Publishers.

6. Trần Thế Sang, “Xây dựng và sử dụng một số chủ đề STEM nhằm phát triển năng lực giải

quyết vấn đề và sáng tạo cho học sinh lớp 10 trung học phổ thông” Luận văn thạc sĩ, Trường

ĐHSP Thành phố Hồ Chí Minh, 2019.

</div>

Dạy học một số chủ đề STEM phần phi kim nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho học sinh

<b>NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ VÀ SÁNG TẠO </b>

<b>CHO HỌC SINH</b>

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về