Dạy học chủ đề stem chế tạo máy bơm nước tiện ích trong dạy học vật lý 10

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

CHUNG QUANG TÙNG

DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM
“CHẾ TẠO MÁY BƠM NƢỚC TIỆN ÍCH”
TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ 10

LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP DẠY HỌC BỘ MÔN VẬT LÝ

ĐÀ NẴNG – NĂM 2020


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

CHUNG QUANG TÙNG

DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM
“CHẾ TẠO MÁY BƠM NƢỚC TIỆN ÍCH”
TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ 10

Chuyên ngành: Lý luận và PPDH Bộ mơn Vật lí
Mã số: 8.14.01.11

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
TS. Dƣơng Xuân Quý

ĐÀ NẴNG – NĂM 2020

III

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Số thứ tự

Chữ viết tắt

Chữ đầy đủ

1

DH

Dạy học

2

GĐ

Giai đoạn

3

GQVD

Giải quyết vấn đề

4

GQVDTT

GQVDTT

5

GV

GV

6

HS

HS

7

NL

Năng lực

8

PPDH

Phương pháp dạy học

9

PTNL

PTNL

10

SGK

Sách giáo khoa

11

THPT

Trung học phổ thông

12

TNSP

Thực nghiệm sư phạm


IV

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... I
LỜI CẢM ƠN ...............................................................................................................II
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................ III
DANH MỤC CÁC BẢNG.......................................................................................... IX
DANH MỤC CÁC HÌNH, SƠ ĐỒ .............................................................................. X
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài/ Tính cấp thiết của đề tài ............................................................1
2. Tổng quan vấn đề nghiên cứu/Lịch sử vấn đề nghiên cứu .....................................2
3. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................................3
4. Giả thuyết khoa học ................................................................................................3
5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...........................................................................3
6. Nhiệm vụ nghiên cứu ..............................................................................................3
7. Phương pháp nghiên cứu.........................................................................................4
8. Dự kiến kết quả đạt được ........................................................................................4
9. Bố cục của luận văn/cấu trúc luận văn ....................................................................4
CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY HỌC STEM THEO
HƢỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ THỰC TIỄN CHO
HỌC SINH .....................................................................................................................5
1.1. Giáo dục STEM trong dạy học .........................................................................5
1.1.1. Khái niệm về dạy học STEM ........................................................................5
1.1.2. Mục tiêu của dạy học STEM ........................................................................6
1.1.3. Các kỹ năng của dạy học STEM ...................................................................7
1.1.4. Phân loại STEM (theo mức độ áp dụng) ......................................................8
1.1.5. Chủ đề giáo dục STEM...............................................................................10
1.2. Phát triển năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn trong dạy học STEM ........10
1.2.1. Khái niệm năng lực .....................................................................................10
1.2.2. Năng lực gải quyết vấn đề thực tiễn của học sinh trong dạy học vật lý .....11
1.3. Đặc điểm của học sinh có năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn ...................16
1.4. Thực trạng về việc dạy học STEM theo hƣớng phát trển năng lực thực tiễn
cho HS.......................................................................................................................17

1.5. Qui trình tổ chức dạy học STEM theo định hƣớng phát triển năng lực giải
quyết vấn đề thực tiễn .............................................................................................17
1.5.1 Qui trình dạy học các mơn khoa học theo phương thức giáo dục STEM ...17


V
1.5.2 Qui trình hướng dẫn học sinh thực hiện một dự án khoa học kỹ thuật theo
phương thức giáo dục STEM ................................................................................19
1.6. Tiêu chí đánh giá năng lực giải quyết vấn để thực tiễn theo định hƣớng
giáo dục STEM dƣới dạng nghiên cứu khoa học .................................................22
1.6.1 Tiêu chí đánh giá dự án khoa học, kĩ thuật: .................................................22
1.6.2. Rurbic đánh giá dự án khoa học kỹ thuật: ..................................................24
KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 ............................................................................................26
CHƢƠNG 2. TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM “CHẾ TẠO MÁY BƠM NƢỚC ÍCH”
TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 10 THEO HƢỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC
GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ THỰC TIỄN CỦA HỌC SINH .........................................28
2.1. Phân tích nội dung chƣơng “Cơ học chất lƣu” bài “Áp suất thủy tĩnh.
Nguyên lý Pa-xcan” và bài “Sự chảy thành dòng của chất lỏng và chất khí.
Định luật Bec-nu-li” - Vật lí 10 NC dƣới góc độ STEM ......................................28
2.1.1. Mục tiêu bài “Áp suất thủy tĩnh. Nguyên lý Pa-xcan” và bài “Sự chảy
thành dòng của chất lỏng và chất khí. Định luật Bec-nu-li” - Vật lí 10 NC .........28
2.1.2. Cấu trúc nội dung bài “Áp suất thủy tĩnh. Nguyên lý Pa-xcan” và bài “Sự
chảy thành dòng của chất lỏng và chất khí. Định luật Bec-nu-li” Vật lí 10 NC ..31
2.1.3. Mối quan hệ giữa mục tiêu, chương trình, nội dung bài “Áp suất thủy tĩnh.
Nguyên lý Pa-xcan” và bài “Sự chảy thành dòng của chất lỏng và chất khí. Định
luật Bec-nu-li” Vật lý 10 với mục tiêu, nội dung giáo dục STEM .......................34
2.2. Xây dựng quy trình hƣớng dẫn HS thực hiện dự án “Chế tạo máy bơm
nƣớc tiện ích” ...........................................................................................................35
2.3. Tiến trình dạy học chế tạo máy bơm nƣớc tiện ích theo định hƣớng giáo
dục STEM ................................................................................................................39

2.3.1. Hoạt động 1: Hình thành ý tưởng ...............................................................40
2.3.2. Hoạt động 2: Xác định vấn đề nghiên cứu .................................................40
2.3.3. Hoạt động 3: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp ....................41
2.3.4. Hoạt động 4: Lựa chọn giải pháp ...............................................................42
2.3.5. Hoạt động 5: Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá ..................................43
2.3.6. Hoạt động 6: Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh ..............................................44
2.3.7. Hoạt động 7: Hoàn thiện sản phẩm và vận hành sản phẩm ........................44
2.4. Đánh giá năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn của học sinh trong dạy học
qua trải nghiệm chủ đề “chế tạo máy bơm nƣớc tiện ích” ..................................45
KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 ............................................................................................50
CHƢƠNG 3. THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM ..............................................................51
3.1. Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sƣ phạm.........................................51


VI
3.1.1. Mục đích của thực nghiệm sư phạm ...........................................................51
3.1.2. Nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm ..........................................................51
3.2. Đối tƣợng và thời gian của thực nghiệm sƣ phạm ........................................51
3.2.1. Đối tượng thực nghiệm sư phạm ................................................................51
3.2.2. Thời gian thực nghiệm sư phạm: ................................................................51
3.3. Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm ..............................................................51
3.3.1. Phát hiện nhóm HS năng lực GQVDTT .....................................................51
3.3.2. Phương pháp quan sát .................................................................................52
3.3.3. Phương pháp thống kê toán học .................................................................52
3.4. Phân tích diễn biến và đánh giá kết quả thực nghiệm sƣ phạm. .................52
3.4.1. Diễn biến và kết quả thu được ở hoạt động hình thành ý tưởng ................52
3.4.2. Diễn biến và kết quả thu được ở hoạt động xác định vấn đề nghiên cứu ...52
3.4.3. Diễn biến và kết quả thu được ở hoạt động nghiên cứu kiến thức nền và đề
xuất giải pháp ........................................................................................................53
3.4.4. Diễn biến và kết quả thu được ở hoạt động lựa chọn giải pháp .................55

3.4.5. Diễn biến và kết quả thu được ở hoạt động chế tạo mẫu, thử nghiệm và
đánh giá .................................................................................................................56
3.4.6. Diễn biến và kết quả thu được ở hoạt động chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh 58
3.4.7. Diễn biến và kết quả thu được ở hoạt động hoàn thiện sản phẩm và vận
hành sản phẩm ......................................................................................................60
3.5. Phân tích định tính kết quả thực nghiệm sƣ phạm tại trƣờng THPT Ba Gia
Tỉnh Quảng Ngãi ......................................................................................................65
3.5.1. Kết quả đạt được của các tiêu chí theo bảng Rurbic đánh giá ....................65
3.5.2. Kết quả đạt được theo tiêu chí đánh giá sản phẩm .....................................66
3.5.3. Bảng kiểm quan sát năng lực GQVDTT của HS trong dạy học qua trải
nghiệm chủ đề “chế tạo máy bơm nước tiện ích” .................................................67
KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 ............................................................................................73
KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................74
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................76
PHỤ LỤC ................................................................................................................. PL1




IX

DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu bảng
1.1

1.2

Tên bảng
Cấu trúc năng lực GQVDTT trong dạy học vật lí
Các giai đoạn học tập trải nghiệm với việc phát triển

NLGQVĐTT

Trang
11

15

1.3.

Tiêu chí đánh giá dự án khoa học, kỹ thuật

22

1.4

Rurbic đánh giá dự án khoa học kỹ thuật

24

2.1

Mục tiêu bài “Áp suất thủy tĩnh. Nguyên lý Pa-xcan”

28

2.2

2.3

2.4

3.1

3.2

3.3

Mục tiêu bài “Sự chảy thành dòng của chất lỏng và
chất khí. Định luật Bec-nu-li”
Kiến thức STEM trong chủ đề “chế tạo máy bơm
nước tiện ích”
Rubric đánh giá năng lực GQVDTT trong dạy học
chủ đề “chế tạo máy bơm nước tiện ích”
Bảng kết quả đánh giá dự án
Bảng kiểm quan sát năng lực GQVDTT của HS Đỗ
Thành Ân lớp 10A3 – Trường THPT Ba Gia
Bảng kiểm quan sát năng lực GQVDTT của HS
Nguyễn Công Hậu lớp 10A3 – Trường THPT Ba Gia

30

34

45

66

67

70

X

DANH MỤC CÁC HÌNH, SƠ ĐỒ
Số hiệu

Tên hình vẽ, sơ đồ

hình vẽ

Trang

1.1

Chu trình STEM (theo )

5

1.2

Sơ đồ tiến trình bài học STEM

18

3.1

Sơ đồ nguyên mẫu

53

3.2

Sơ đồ thiết kế giải pháp 1

54

3.3

Sơ đồ thiết kế giải pháp 2

55

3.4

Các vật liệu thiết kế máy bơm nước tiện ích

57

3.5

Sản phẩm lần 1 (theo ngun mẫu)

57

3.6

Sản phẩm lần 02

58

3.7

Bình tự áp

59

3.8

Sản phẩm hồn thiện giải pháp 1

60

3.9

Chế tạo mô tơ bơm nước DC12V

63

3.10

Các vật liệu cho thiết kế giải pháp 2

63

3.11

Sản phẩm hoàn thiện của giải pháp 2

64

1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài/ Tính cấp thiết của đề tài
Thực hiện Nghị quyết Trung ương 8 khóa XI và các chủ trương của Đảng, Nhà
nước về định hướng chiến lược phát triển giáo dục – đào tạo trong thời kỳ cơng nghiệp
hóa, hiện đại hóa. Mục tiêu là giáo dục con người Việt Nam phát triển toàn diện và
phát huy tốt nhất tiềm năng, khả năng sáng tạo của mỗi cá nhân; yêu gia đình, yêu Tổ
quốc, yêu đồng bào; sống tốt và làm việc hiệu quả. Để đạt mục tiêu, cần xây dựng nền
giáo dục mở, thực học, thực nghiệp, dạy tốt, học tốt, quản lý tốt; có cơ cấu và phương
thức giáo dục hợp lý, gắn với xây dựng xã hội học tập; bảo đảm các điều kiện nâng
cao chất lượng; chuẩn hóa, hiện đại hóa, dân chủ hóa, xã hội hóa và hội nhập quốc tế
hệ thống giáo dục và đào tạo; giữ vững định hướng xã hội chủ nghĩa và bản sắc dân
tộc. Phấn đấu đến năm 2030, nền giáo dục Việt Nam đạt trình độ tiên tiến trong khu
vực.
Hiện tại giáo dục ở các bậc học của nước ta còn rất hạn chế về phát triển tư duy
khoa học và sáng tạo. Hiện mới chỉ chú trọng vào việc truyền đạt theo kiểu nhồi nhét
kiến thức, khiến HS chỉ ghi nhớ kiến thức tạm thời để đi thi mà khơng có nhiều cơ hội
để vận dụng kiến thức học được vào đời sống thường ngày. Việc bồi dưỡng năng lực
của người học vận dụng những kiến thức học được để giải quyết những vấn đề mà
công việc và cuộc sống đặt ra cịn nhiều hạn chế từ đó dẫn đến giáo dục chưa tạo ra
những con người năng động, biết phát hiện ra những vấn đề nảy sinh ra trong công
việc chuyên mơn hoặc trong đời sống hàng ngày, biết phân tích và giải quyết vấn đề để
thúc đẩy công việc tốt lên.
Hiện nay ở nước ta đang bước đầu nghiên cứu triển khai dạy học các môn Khoa
học tự nhiên, trong đó có Vật lí theo định hướng giáo dục STEM, nhằm phát triển các
năng lực đặc thù gắn với các yếu tố khoa học, công nghệ, kĩ thuật trên nền tảng toán
học. Một trong những định hướng nghiên cứu của đề tài STEM là thiết kế một sản

phẩm ứng dụng vào thực tế, dựa vào kiến thức được học ở trường phổ thông. Theo
quan điểm này sẽ đáp ứng được vấn đề dạy học kiến thức vật lí gắn liền với phục vụ
đời sống, từ đó tạo niềm hứng thú, đam mê và sáng tạo cho HS trong việc học tập và
ứng dụng của bộ môn vật lý vào đời sống.


2
Dựa trên kinh nghiệm dạy học và lí luận dạy học STEM, chúng tôi chọn nghiên
cứu thiết kế sản phẩm liên quan đến thực tế về việc sử dụng nước tưới tiêu cho đất
nông nghiệp của người nông dân ở các xã khu Tây Huyện Sơn Tịnh, Tỉnh Quảng
Ngãi.
Hiện nay, ở các xã khu Tây Huyện Sơn Tịnh, Tỉnh Quảng Ngãi do đặc điểm của
vị trí địa lý tự nhiên nên nhiều hộ gia đình có những vùng đất với diện tích nhỏ khoảng
từ 50 – 150 m2 và ở trên cao nên khơng thể có nước để canh tác, vì diện tích nhỏ và xa
khu dân cư nên nếu sử dụng máy chạy nước bằng nhiên liệu xăng dầu hoặc mô tơ chạy
nước bằng năng lượng điện xoay chiều thì chi phí q tốn kém so thu nhập từ canh tác
nên rất nhiều gia đình bỏ hoang đất khơng canh tác hoặc trồng những loại cây trồng
chủ yếu dựa vào nguồn nước trời dẫn đến hiệu quả kinh tế khơng cao.
Từ những lí do trên, chúng tơi quyết định chọn nghiên cứu đề tài: “DẠY HỌC
CHỦ ĐỀ STEM “CHẾ TẠO MÁY BƠM NƢỚC TIỆN ÍCH” TRONG DẠY HỌC
VẬT LÝ 10”
2. Tổng quan vấn đề nghiên cứu/Lịch sử vấn đề nghiên cứu
Hiện đã có một số luận văn cao học nghiên cứu về dạy học STEM theo quan
điểm tích hợp:
Luận văn của Đỗ Thị Thanh Hải (2018) với đề tài: Tổ chức hoạt động dạy học
STEM về dòng điện xoay chiều (Vật lý 12) nhằm định hướng PTNL giải quyết vấn đề
cho HS
Luận văn của Hồ Thị Thùy Dung (2018) với đề tài: Tổ chức dạy học chủ đề tích
hợp STEM “Máy phát điện” ở trường trung học phổ thông.
Luận văn của Thái Duy Vũ (2018) với đề tài: Tổ chức dạy học chủ đề tích hợp

STEM “Khoa học về những cây cầu” ở trường trung học phổ thông
Các tác giả xây dựng một chủ đề tích hợp ở các mức độ rộng: Dạy học các môn
khoa học theo phương thức giáo dục STEM và tổ chức các hoạt động trải nghiệm
STEM
Nghiên cứu của chúng tôi hướng đến việc dạy học theo định hướng này chủ yếu
gắn với việc sử dụng các kiến thức khoa học của các môn STEM, trong đó trọng tâm
kiến thức Vật lí, kết hợp với kiến thức Công nghệ, Kĩ thuật và gắn với thực tiễn địa
phương mà các em HS đang sinh sống. Nghiên cứu này hướng tới tổ chức hoạt động


3
nghiên cứu khoa học, kĩ thuật cho HS trung học phổ thông là mức độ cao của giáo dục
theo STEM.
3. Mục tiêu nghiên cứu
Xây dựng được chủ để STEM “Chế tạo máy bơm nước tiện ích” để sử dụng
trong dạy học một số kiến thức chương “Cơ học chất lưu”- Vật lí lớp 10 nhằm phát
triển năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn của học sinh.
4. Giả thuyết khoa học
Nếu thiết kế được chủ đề STEM và xây dựng kế hoạch tổ chức dạy học, trong đó
HS học tập nghiên cứu kiến thức nền để từ đó thực hiện giải pháp kĩ thuật - công nghệ
chế tạo máy bơm nước tiện ích nhằm hỗ trợ người nơng dân trong việc tưới tiêu thì sẽ
phát triển được năng lực GQVDTT của HS.
5. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Việc phát triển năng lực GQVDTT của đối tượng HS có năng lực nghiên cứu
khoa học kỹ thuật trong hoạt động dạy học ở trường THPT theo định hướng giáo dục
STEM
- Việc dạy học bài 41 “Áp suất thủy tỉnh. Nguyên lý Pa-xcan” và Bài 42 “Sự
chảy thành dòng của chất lỏng và chất khí. Định luật Bec-nu-li” thuộc chương V “Cơ
học chất lưu” - Vật lí 10 NC tại trường THPT Ba Gia, huyện Sơn Tịnh, tỉnh Quảng
Ngãi

6. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu cơ sở lí luận về dạy học định hướng giáo dục STEM trong dạy học
Vật lí.
- Nghiên cứu cơ sở lí luận về dạy học PTNL GQVDTT.
- Tìm hiểu thực tiễn về dạy học vật lí, về dạy học theo định hướng STEM ở
trường phổ thông hiện nay
- Xây dựng chủ đề và cách thức tổ chức dạy học chủ đề thiết kế máy bơm nước
tiện ích.
- Tìm hiểu các giải pháp, tạo mẫu thiết bị thử kiểm tra tính ứng dựng thực tiễn
của thiết bị máy bơm nước tiện ích nhằm hỗ trợ người nơng dân trong việc tưới tiêu.
- Tiến hành thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi của kế hoạch đã xây
dựng.


4
7. Phƣơng pháp nghiên cứu
7.1. Các phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết
- Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết
- Phương pháp phân loại và hệ thống hoá lý thuyết
- Phương pháp mơ hình hóa
- Phương pháp giả thuyết (phương pháp đề xuất và kiểm chứng giả thuyết)
7.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu thực tiễn
- Phương pháp quan sát
- Phương pháp thực nghiệm sư phạm
7.3. Các phƣơng pháp toán học trong nghiên cứu
8. Dự kiến kết quả đạt đƣợc
Thiết kế thành cơng thiết bị “máy bơm nước tiện ích” nhằm hỗ trợ người nông
dân trong việc tưới tiêu.
9. Bố cục của luận văn/cấu trúc luận văn
- Mở đầu

- Nội dung
+ Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tễn về dạy học Stem theo hướng PTNL
GQVDTT cho HS
+ Chương 2: Tổ chức dạy học Stem “Chế tạo máy bơm nước tiện ích” trong dạy
học vật lý 10 theo hướng PTNL GQVDTT của HS
+ Chương 3: Thực nghiệm sư phạm
- Kết luận


5

CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY HỌC STEM
THEO HƢỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
THỰC TIỄN CHO HỌC SINH
1.1. Giáo dục STEM trong dạy học
1.1.1. Khái niệm về dạy học STEM
Theo tài liệu [4], STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học),
Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Tốn học), thường
được sử dụng khi bàn đến các chính sách phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật
và Toán học của mỗi quốc gia. Sự phát triển về Khoa học, Cơng nghệ, Kĩ thuật và
Tốn học được mơ tả bởi chu trình STEM (Hình 1.1), trong đó Science là quy trình
sáng tạo ra kiến thức khoa học; Engineering là quy trình sử dụng kiến thức khoa học
để thiết kế công nghệ mới nhằm giải quyết các vấn đề; Tốn là cơng cụ được sử dụng
để thu nhận kết quả và chia sẻ kết quả đó với những người khác.

(Kỹ sư: Giải quyết vấn đề)

Math

Knowledge

Scientists: answer questions

Technology

(Nhà khoa học: Trả lời câu hỏi)

Engineers: Solve problems

Science

Engineering

Hình 1.1. Chu trình STEM (theo )
“Science” trong chu trình STEM được mơ tả bởi một mũi tên từ “Technology”
sang “Knowledge” thể hiện quy trình sáng tạo khoa học. Đứng trước thực tiễn với
"Công nghệ" hiện tại, các nhà khoa học, với năng lực tư duy phản biện, luôn đặt ra
những câu hỏi/vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu, hồn thiện cơng nghệ, đó là các câu
hỏi/vấn đề khoa học. Trả lời các câu hỏi khoa học hoặc giải quyết các vấn đề khoa học


6
sẽ phát minh ra các "Kiến thức" khoa học. Ngược lại, “Engineering” trong chu trình
STEM được mơ tả bởi một mũi tên từ “Knowledge” sang “Technology” thể hiện quy
trình kĩ thuật. Các kĩ sư sử dụng "Kiến thức" khoa học để thiết kế, sáng tạo ra công
nghệ mới. Như vậy, trong chu trình STEM, "Science" được hiểu khơng chỉ là "Kiến
thức" thuộc các mơn khoa học (như Vật lí, Hố học, Sinh học) mà bao hàm "Quy trình
khoa học" để phát minh ra kiến thức khoa học mới. Tương tự như vậy, "Engineering"
trong chu STEM không chỉ là "Kiến thức" thuộc lĩnh vực "Kĩ thuật" mà bao hàm"Quy
trình kĩ thuật" để sáng tạo ra "Cơng nghệ" mới. Hai quy trình nói trên tiếp nối nhau,

khép kín thành chu trình sáng tạo khoa học – kĩ thuật theo mơ hình "xốy ốc" mà cứ
sau mỗi chu trình thì lượng kiến thức khoa học tăng lên và cùng với nó là cơng nghệ
phát triển ở trình độ cao hơn.
1.1.2. Mục tiêu của dạy học 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 [4], [7], [8] . 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 GV,
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, HS 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 HS.
– Hình thành và PTNL, phẩm chất cho HS: Khi triển khai các dự án học tập
STEM, HS 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 HS.
– 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.


7
– Hướng nghiệp, phân luồng: Tổ chức tốt giáo dục STEM ở trường trung học,
HS 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 giáo
dục STEM ở trường trung học cũng là cách thức thu hút HS 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.
1.1.3. Các kỹ năng của dạy học STEM
Giáo dục STEM không phải là để HS trở thành những nhà toán học, nhà khoa
học, kỹ sư hay những kỹ thuật viên mà là phát triển cho HS các kỹ năng có thể được
sử dụng để làm việc và phát triển trong thế giới công nghệ hiện đại ngày nay [18].
Kỹ năng khoa học: là khả năng liên kết các khái niệm, nguyên lý, định luật và
các cơ sở lý thuyết của giáo dục khoa học để thực hành và sử dụng kiến thức này để
giải quyết các vấn đề trong thực tế.
Kỹ năng công nghệ: Là khả năng sử dụng, quản lý, hiểu biết, và truy cập được
công nghệ. Công nghệ là từ những vật dụng hằng ngày đơn giản nhất như quạt mo, bút
chì đến những hệ thống sử dụng phức tạp như mạng internet, mạng lưới điện quốc gia,
vệ tinh… Tất cả những thay đổi của thế giới tự nhiên mà phục vụ nhu cầu của con
người thì được coi là cơng nghệ.
Kỹ năng kỹ thuật: Là khả năng GQVDTT diễn ra trong cuộc sống bằng cách
thiết kế các đối tượng, hệ thống và xây dựng các quy trình sản xuất để tạo ra đối
tượng. Hiểu một cách đơn giản, HS được trang bị kỹ năng kỹ thuật là có khả năng sản
xuất ra đối tượng và hiểu được quy trình để làm ra nó. HS phải có khả năng phân tích,
tổng hợp và kết hợp để biết cách làm thế nào cân bằng các yếu tố liên quan (như khoa
học, nghệ thuật, cơng nghệ, kỹ thuật) để có được một giải pháp tốt nhất trong thiết kế
và xây dựng quy trình. Ngồi ra, HS cịn có khả năng nhìn nhận ra nhu cầu và phản
ứng của xã hội trong những vấn đề liên quan đến kỹ thuật.
Kỹ năng toán học: Là khả năng nhìn nhận và nắm bắt được vai trị của tốn học
trong mọi khía cạnh tồn tại trên thế giới. HS có kỹ năng tốn học sẽ có khả năng thể
hiện các ý tưởng một cách chính xác, áp dụng các khái niệm và kĩ năng toán học vào
cuộc sống hằng ngày.


8
Ngồi những kỹ năng về khoa học, cơng nghệ, kỹ thuật và tốn học, giáo dục

STEM cịn cung cấp cho HS những kỹ năng cần thiết giúp HS phát triển tốt trong thế
kỷ 21 như: kỹ năng giải quyết vấn đề, tư duy phản biện, kỹ năng cộng tác, kỹ năng
giao tiếp…
Kỹ năng giải quyết vấn đề là kỹ năng rất cần cho HS trong thế kỷ 21, thế kỷ mà
số lượng các cơng việc có tính chất sáng tạo và khơng lặp đi lặp lại tăng mạnh, địi hỏi
người lao động phải chủ động trang bị năng lực giải quyết vấn đề. Tư duy phản biện
được hiểu là một q trình tư duy và phân tích thơng tin theo một hướng khác của một
vấn đề để từ đó làm sáng tỏ và khẳng định lại vấn đề. Đây thực sự là một cách tiếp cận
tốt trong giáo dục mà vốn từ xưa tới nay, HS tiếp nhận thông tin, kiến thức từ GV một
cách thụ động. Tư duy phản biện sẽ giúp HS hiểu vấn đề sâu hơn, hình thành lối suy
nghĩ logic và kỹ năng xử lý thông tin tốt hơn. Kỹ năng cộng tác và giao tiếp cũng là
các kỹ năng vô cùng quan trọng để phát triển trong thế kỷ 21 bởi các công việc ngày
càng đòi hỏi sự chia sẻ, giao tiếp và các kỹ năng này sẽ khiến vấn đề được giải quyết
một cách nhanh chóng, trơi chảy và mang lại hiệu quả cao.
1.1.4. Phân loại STEM (theo mức độ áp dụng)
Phỏng theo chu trình STEM, giáo dục STEM đặt HS trước những vấn đề thực
tiễn ("cơng nghệ" hiện tại) cần giải quyết, địi hỏi HS phải tìm tịi, chiếm lĩnh kiến thức
khoa học và vận dụng kiến thức để thiết kế và thực hiện giải pháp giải quyết vấn đề
("công nghệ" mới). Như vậy, mỗi bài học STEM sẽ đề cập và giao cho HS giải quyết
một vấn đề tương đối trọn vẹn, địi hỏi HS phải huy động kiến thức đã có và tìm tịi,
chiếm lĩnh kiến thức mới để sử dụng. Q trình đó địi hỏi HS phải thực hiện theo
"Quy trình khoa học" (để chiếm lĩnh kiến thức mới) và "Quy trình kĩ thuật" để sử dụng
kiến thức đó vào việc thiết kế và thực hiện giải pháp ("công nghệ" mới) để giải quyết
vấn đề. Đây chính là sự tiếp cận liên môn trong giáo dục STEM, dù cho kiến thức mới
mà HS cần phải học để sử dụng trong một bài học STEM cụ thể có thể chỉ thuộc một
môn học [4].
Như vậy, giáo dục STEM là một phương thức giáo dục nhằm trang bị cho HS
những kiến thức khoa học gắn liền với ứng dụng của chúng trong thực tiễn, qua đó
phát triển cho HS năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề cùng với những năng lực

9
khác tương ứng, đáp ứng được yêu cầu của sự phát triển kinh tế – xã hội. Các mức độ
áp dụng giáo dục STEM trong giáo dục phổ thông như sau:
a. Dạy học các môn khoa 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 q trình dạy
học các mơn học STEM theo tiếp cận liên môn. Các chủ đề, bài học, hoạt động STEM
bám sát chương trình của các mơn học thành phần. Hình thức giáo dục STEM này
khơng làm phát sinh thêm thời gian học tập.
b. Tổ chức các hoạt động trải nghiệm STEM
Trong hoạt động trải nghiệm STEM, HS được khám phá các thí nghiệm, ứng
dụng khoa học, kỹ thuật trong thực tiễn đời sống. Qua đó, nhận biết được ý nghĩa của
khoa học, cơng nghệ, kỹ thuật và tốn 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 cịn có thể được thực hiện thơng 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 thơng qua hình thức câu
lạc bộ. Tham gia câu lạc bộ STEM, HS 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 HS.
c. Tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học, kĩ thuật
Giáo dục STEM có thể được triển khai thơng qua hoạt động nghiên cứu khoa học
và tổ chức các cuộc thi sáng tạo khoa học kỹ thuật. Hoạt động này khơng mang tính

đại trà mà dành cho những HS có năng lực, sở thích và hứng thú với các hoạt động tìm
tịi, khám phá khoa học, kỹ thuật giải quyết các vấn đề thực tiễn.


10
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 HS trung học. Bên cạnh đó, tham gia câu lạc bộ STEM và
nghiên cứu khoa học, kĩ thuật là cơ hội để HS thấy được sự phù hợp về năng lực, sở
thích, giá trị của bản thân với nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM.
1.1.5. Chủ đề giáo dục STEM
Chủ đề giáo dục STEM trong trường trung học là chủ đề được thiết kế dựa trên
vấn đề thực tiễn kết hợp với chuẩn kiến thức, kỹ năng của các môn khoa học trong
chương trình phổ thơng. Trong q trình dạy học, GV tổ chức cho HS làm việc nhóm,
sử dụng cơng nghệ truyền thống và hiện đại, cơng cụ tốn học để tạo ra sản phẩm có
tính ứng dụng thực tế, phát triển kỹ năng và tư duy của HS.
Chủ đề STEM cần đảm bảo các tiêu chí: GQVDTT, kiến thức trong chủ đề thuộc
lĩnh vực STEM, định hướng hoạt động – thực hành, làm việc nhóm. Cụ thể [7]:
- Chủ đề dạy học STEM hướng tới các vấn đề trong thực tiễn
- Các kiến thức trong lĩnh vực STEM để giải quyết vấn đề
- Chủ đề dạy học STEM định hướng hoạt động - thực hành
- HS làm việc nhóm để thực hiện chủ đề STEM
1.2. Phát triển năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn trong dạy học STEM
1.2.1. Khái niệm năng lực
Theo tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế Thế giới OECD thì: “Năng lực là khả
năng đáp ứng một cách hiệu quả những yêu cầu phức hợp trong một bối cảnh cụ thể”
hay trong tài liệu tập huấn thí điểm phát triển chương trình giáo dục phổ thông của Bộ
giáo dục và Đào tạo cho rằng: “Năng lực là sự huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ
năng và các thuộc tính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, ý chí... để thực hiện một
loạt công việc trong bối cảnh nhất định”. Các quan điểm của các tác giả đưa ra đều có

chung nhận định là: Năng lực là khả năng cá nhân trong việc tổng hợp kiến thức, kĩ
năng, thái độ để thực hiện thành cơng một nhiệm vụ nào đó trong một bối cảnh xác
định, năng lực không phải là một thuộc tính đơn nhất mà nó là khả năng kết hợp linh
hoạt các kiến thức, kĩ năng với thái độ, tình cảm, giá trị và động cơ cá nhân.
Đặc trưng của năng lực của mỗi HS được hình thành bộc lộ qua các hành động.
Chính vì thế mỗi HS năng lực được hình thành sẽ có sự khác biệt nhất định phụ thuộc


11
vào nội dung chương trình, hình thức dạy học, phương pháp dạy học... Năng lực được
hình thành thơng qua các hoạt động nên trong quá trình dạy học để PTNL của HS thì
việc xây dựng các hoạt động học là vô cùng cần thiết.
1.2.2. Năng lực gải quyết vấn đề thực tiễn của học sinh trong dạy học vật lý
1.2.2.1. Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn
Theo các tài liệu [2], [3], [11] chúng tôi sử dụng khái niệm: “Năng lực GQVDTT
là khả năng kết hợp một cách linh hoạt và có tổ chức kiến thức, kĩ năng với thái độ,
tình cảm, giá trị, động cơ cá nhân...nhằm đáp ứng hiệu quả một yêu cầu phức hợp của
hoạt động trong bối cảnh nhất định”. Cũng theo các tài liệu đó “Năng lực GQVDTT
thơng qua: Phát hiện/ xác định rõ vấn đề cần giải quyết, Thực hiện giải pháp, đánh
giá cách làm của mình, khám phá các giải pháp mới”
Dựa trên cấu trúc 3 thành phần của năng lực GQVDTT, dựa trên đặc điểm dạy
học của môn Vật lí, chúng tơi cụ thể hóa các thành tố năng lực với các chỉ số hành vi
và mức độ biểu hiện trong dạy học vật lí như trong bảng 1.1.
Bảng 1.1. Cấu trúc năng lực GQVDTT trong dạy học vật lí
Năng

Các mức độ tƣơng ứng với các chỉ số hành vi

lực

Thành tố

thành

năng lực

Chỉ số hành vi

Mức 1

Mức 2

Mức 3

Mức 4

phần
Xác
Phát được

định Mô tả được các Chỉ mô tả Ngôn ngữ Mơ tả gần Mơ tả đầy
khó sự kiện vật lí bằng ngơn mơ tả lộn đầy đủ các đủ, chính

hiện/ khăn, mâu trong tình huống ngữ
xác

đời xộn

sự

thuẫn trong và khó khăn đặt sống

bằng ngôn kiện

định rõ các sự kiện ra

ngữ Vật lí

vấn đề thực tiễn

Trình bày được Khơng

cần giải

đặc điểm, biểu trình

quyết

hiện của vấn đề.

được

Trình bày Trình bày Tự
bày lộn
khơng

gắn với

các

thực

điểm

tiễn

kiện xác các sự

xộn, gần đủ các bày
đủ đặc điểm
đặc
đạt Diễn

đủ

trình
đẩy
các

đặc điểm

Mơ tả được Diễn đạt được các Mơ

tả, Diễn

đạt Diễn

các dữ kiện đặc điểm, biểu diễn

đạt còn thiếu, tương đối đầy

đạt
đủ,


12
và đặt ra hiện, sự kiện … tùy
câu hỏi/bài theo
tốn

ngơn

lẫn đầy

tiện, nhầm

đủ chuẩn xác

ngữ không theo nhiều các bằng ngôn bằng ngôn

ứng khoa học.

các

ngôn thuật ngữ ngữ

với vấn đề

ngữ

khoa khoa học

cần

học

giải

khoa ngữ khoa

học

học

quyết theo Phát biểu được Nêu được Phát biểu Phát biểu Phát biểu
ngơn
vật lí

ngữ vấn đề cần giải khó

khăn được

quyết theo ngơn nhưng
ngữ khoa học.

đề

nhưng đề

khơng phát cịn

hiện

về

đạt hỏi

dài bài tốn,

đề

dịng,

lộn nhiệm vụ

xộn.

hợp lí

định Xác

định Phân

rõ ý hỏi

con không xác các nhiệm sơ bộ kế công được
nhưng hoạch thực nhân

về thời gian thực cách thức, khơng
kế hoạch

trí

bố hiện về con lên
nhân người,

ra

thời thời

gian
lực Thu thập và sắp Chưa

chọn

pháp pháp

giải liên quan đến vấn xếp
đề

kế

và

gian thời gian

thực hiện

Chọn, sắp Chọn được Chọn, sắp

hiện đề xuất và xếp các thông tin chọn, sắp xếp
giải

sự,

về hoạch vật

lực và đưa vật lực và lực

Thực Năng

hay

biểu rõ vấn khăn, chưa còn

người, về vật lực, định được vụ

hiện

vấn rõ vấn đề

nhưng bằng câu

khó diễn

Đề ra kế Xác định được kế Lúng túng, Xác
hoạch thực hoạch

vấn được

được gần

được một

thơng tin

đủ ếp hợp lí

số thơng tin

thơng tin

và

đủ

thông tin
cho

việc

giải quyết
Đề

xuất

(các) Không

rõ Các

Các

Chọn được

phương án giải phương án phương án phương án các
quyết

cịn chung cịn
chung

Đánh giá tính khả Khơng

dịng

dài phương án
hợp lí

Chưa biết Chọn được Chọn và lí


13
thi của phương án chọn
đưa

ra.

ra đánh

Chọn được

giá phương án giải được

tính khả thi nhưng hưa tính tối ưu

phương án tối ưu phương án của
tối ưu

chỉ rõ tính của

phương án tối ưu

phương

chọn

án

dựa

trên thực
tiễn
Xây

kế Chưa đề ra Kế

dựng

hoạch và thống được
nhất kế hoạch

kế dài

hoạch Rõ

dòng, dung thực vụ

chưa

hoạch

nội Rõ nhiệm

rõ hiện nhưng hiện

nhiệm vụ

trật thời gian

tự

thời hồn

Thực hiện Phân cơng nhiệm Làm

việc Làm

việc Có

giải

tiện, cịn

lúng gắng

đã nêu

hiện

giải

pháp chưa ra kết túng,

theo kế hoạch

quả,

cố Tự
làm

lực
việc

cần nhưng vẫn và

đạt
kết

ra kết quả, trợ mới đạt quả,

sản

sản phẩm
Rút ra kết quả của Không nêu Nêu
rõ

thành

sản hỗ trợ để cần sự hỗ được

phẩm

giải pháp đã đưa

và

chưa

gian

pháp vụ, tiến hành thực tùy

thực

kết quả

ra Nêu

được được

một được

phẩm.
ra Nêu

rõ

một được các

kết quả cụ số

biểu số kết quả kết

thể nào

của nhưng cịn nghiên

hiện
kết quả

chưa

quả

đầy cứu

đủ
Đánh Đánh
giá

giải

giá Đánh

giá

cách Khơng đưa Đưa ra ý Bước đầu Đưa ra ý

pháp làm của mình và ra được ý kiến

cách đưa ra kết đề xuất những cải kiến
làm
của
mình,

luận

bình có những ý kiến đánh

cho luận khơng kiến

tiến mong muốn. việc làm

phù hợp

bình giá

xác

luận, đánh đáng cho
giá

cho kết

giải pháp

quả,

sản phẩm