Thiết kế, tổ chức Chủ đề giáo dục STEM Phương pháp dạy học STEM

Thiết kế, tổ chức Chủ đề giáo dục STEM và Phương
pháp dạy học STEM trong trường trung học
Cách mạng công nghiệp lần thứ 4 và giáo dục STEM.
Thuật ngữ "Công nghiệp 4.0" lần đầu tiên được đưa ra ở CHLB Đức năm 2011 tại
Hội chợ - Công nghệ Hannover. Đến năm 2012, được sử dụng đặt tên cho một
chương trình hỗ trợ của Chính phủ Đức hợp tác với giới nghiên cứu và các hiệp hội
công nghiệp hàng đầu của Đức nhằm cải thiện quy trình quản lý và sản xuất trong
các ngành chế tạo thơng qua "điện tốn hóa". Từ đó đến nay, thuật ngữ "Cơng nghiệp
4.0" được sử dụng rộng rãi trên thế giới để mô tả cuộc Cách mạng công nghiệp lần
thứ 4 (CMCN 4.0).

Biểu đồ dưới đây cho chúng ta hình dung về 4 cuộc cách mạng công
nghiệp.

Phần I: Thiết kế, tổ chức Chủ đề giáo dục STEM
1. Đặt vấn đề
Trước yêu cầu đòi hỏi ngày càng cao về chất lượng nguồn nhân lực, ngày
4/5/2017, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành chỉ thị 16/CT-TTg về việc tăng cường
năng lực tiếp cận cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ 4. Trong đó, một trong các
giải pháp được nêu ra trong chỉ thị này là cần “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, kỹ thuật và tốn học (STEM)”


Tiếp đó, trong Chương trình giáo dục phổ thơng - Chương trình tổng thể được cơng
bố vào tháng 7/2017, Bộ Giáo dục và Đào tạo cũng đã xác định: “Cùng với Tốn
học, Khoa học tự nhiên và Tin học, mơn học Cơng nghệ góp phần thúc đẩy giáodục
STEM, một trong những xu hướng giáo dục đang được coi trọng ở nhiều quốc gia
trên thế giới và được quan tâm thích đáng trong đổi mới giáo dục phổ thông lần này
của Việt Nam”. Như vậy, giáo viên (GV) cần làm gì và làm như thế nào để thực hiện

giáo dục STEM - một yêu cầu giáo dục mà chương trình hiện hành khơng đề cập
đến, hay nói cách khác, một u cầu rất mới đối với GV.
2. Giáo dục STEM giải pháp để chuẩn bị nguồn nhân lực cho CMCN4
Vấn đề lớn nhất của ngành giáo dục cần giải hiện nay là chuẩn bị nguồn nhân lực
cho tương lai, đặc biệt cho CMCN 4.0. Giáo dục STEM được công nhận rộng rãi
trên thế giới là hướng đi đúng đắn cho vấn đề này.
STEM là viết tắt của 4 từ: Khoa học (Science), Cơng nghệ (Technology), Kỹ thuật
(Engineering) và Tốn học (Mathematics)
Science (Khoa học): gồm các kiến thức về Vật lý, Hóa học, Sinh học và Khoa học
trái đất nhằm giúp cho HS hiểu về thế giới tự nhiên và vận dụng kiến thức đó để
giải quyết các vấn đề khoa học trong cuộc sống hàng ngày.
Technology (Công nghệ): phát triển khả năng sử dụng, quản lý, hiểu và đánh giá
công nghệ được phát triển như thế nào, ảnh hưởng của công nghệ mới tới cuộc
sống
- Engineering (Kỹ thuật): phát triển sự hiểu biết ở HS về cách công nghệ đang phát
triển thơng qua q trình thiết kế kỹ thuật, tạo cơ hội để tích hợp kiến thức nhiều
mơn học, giúp cho các khái niệm liên quan trở nên dễ hiểu. Kỹ thuật cũng cung
cấp cho HS những kỹ năng để vận dụng sáng tạo cơ sở Khoa học và Toán học
trong quá trình thiết kế các đối tượng, các hệ thống hay xây dựng các quy trình sản
xuất.
- Maths (Tốn học): là môn học nhằm phát triển ở HS khả năng phân tích, biện
luận và truyền đạt ý tưởng một cách hiệu quả thơng qua việc tính tốn, giải thích,
các giải pháp giải quyết các vấn đề tốn học trong tình huống đặt ra.
3. Mục tiêu giáo dục STEM:
3.1 Phát triển các năng lực đặc thù của các môn học về STEM cho học sinh: đó là
những kiến thức, kỹ năng liên quan đến các môn học Khoa học, Công nghệ, Kỹ
thuật và Tốn Học. Trong đó HS biết liên kết các kiến thức Khoa học, Toán học để


giải quyết các vấn đề thực tiễn. HS biết sử dụng, quản lý và truy cập Công nghệ.

HS biết quy trình thiết kế và chế tạo ra các sản phẩm.
3.2 Phát triển các năng lực cốt lõi cho HS: giáo dục STEM nhằm chuẩn bị cho HS
những cơ hội cũng như thách thức trong nền kinh tế toàn cầu của thế kỷ 21. Bên
cạnh những hiểu biết về các lĩnh vực Khoa học, Cơng nghệ, Kỹ thuật, Tốn học,
HS sẽ được phát triển tư duy, khả năng hợp tác để thành công.
3.3 Định hướng nghề nghiệp cho HS: giáo dục STEM sẽ tạo cho HS những kiến
thức kỹ năng mang tính nền tảng cho việc học tập ở các bậc học cao hơn cũng như
cho nghề nghiệp tương lai của HS. 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.
4. Chủ đề giáo dục STEM:
- Chủ đề STEM hướng tới giải quyết các vấn đề trong thực tiễn: vận dụng kiến
thức STEM để giải quyết các vấn đề thực tiễn chính là mục tiêu của dạy học theo
quan điểm giáo dục STEM. Do vậy, chủ đề STEM không phải là để giải quyết các
vấn đề mang tính tưởng tượng và xa rời thực tế mà nó ln hướng đến giải quyết
các vấn đề các tình huống trong xã hội.
Chủ đề STEM phải hướng tới việc học sinh vận dụng các kiến thức trong lĩnh vực
STEM để giải quyết vấn đề: tiêu chí này nhằm đảm bảo theo đúng tinh thần giáo
dục STEM, qua đó mới phát triển được những năng lực chuyên môn liên quan.
- Chủ đề STEM định hướng thực hành: là một tiêu chí của quan điểm giáo dục
STEM nhằm hình thành và phát triển năng lực kết hợp lý thuyết và thực hành.
Điều này giúp HS có được kiến thức từ kinh nghiệm thực hành chứ không phải chỉ
từ lý thuyết. Bằng cách xây dựng các bài giảng theo chủ đề và dựa trên thực hành,
HS dễ hiểu sâu về lý thuyết, nguyên lý thông qua các hoạt động thực tế.
- Chủ đề STEM khuyến khích làm việc nhóm giữa các HS: trên thực tế cũng có
chủ đề STEM triển khai cho cá nhân. Tuy nhiên, làm việc theo nhóm là hình thức
làm việc phù hợp trong việc giải quyết các nhiệm vụ phức hợp gắn với thực tiễn.
Làm việc theo nhóm là một kĩ năng quan trọng trong thế kỉ 21, HS sẽ được đặt vào
môi trường thúc đẩy nhu cầu giao tiếp chia sẻ ý tưởng và cùng nhau phát triển giải
pháp.

Các biện pháp phát triển năng lực sáng tạo của HS thông qua giáo dục STEM:


- Tổ chức hoạt động sáng tạo gắn liền với quá trình vận dụng kiến thức STEM để
giải quyết các vấn đề thực tiễn liên quan đến ngành nghề kỹ thuật, sáng tạo ra
những sản phẩm mới hay công cụ mới có ích cho xã hội.
Tổ chức hoạt động sáng tạo gắn liền với quá trình xây dựng kiến thức mới.
Luyện tập phỏng đoán, dự đoán, xây dựng giả thuyết.
Luyện tập đề xuất phương án thí nghiệm kiểm tra dự đoán.
Các biện pháp phát triển tư duy kỹ thuật của HS thông qua giáo dục STEM:
Cung cấp phương tiện tư duy, đó là ngơn ngữ kỹ thuật, chính là các khái niệm kỹ
thuật nhằm tạo dựng và khắc sâu các biểu tượng về đối tượng mà khái niệm phản
ánh.
Sử dụng các phương tiện trực quan về kỹ thuật để tạo ra hình ảnh cảm tính, gây ấn
tượng ban đầu làm dữ liệu cho tư duy kỹ thuật.
Giao các bài toán dưới dạng tổ chức tình huống có vấn đề kỹ thuật nhằm kích thích
học sinh giải quyết các vấn đề kỹ thuật (các chủ đề STEM là các bài toán kỹ thuật).
Phối hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học với kinh nghiệm thực tiễn, giữa hành
động trí óc với hành động thực hành kỹ thuật.
- Tổ chức các hoạt động học tập đa dạng để đảm bảo sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến
thức lý thuyết với thực hành, chẳng hạn như: đề xuất giả thuyết kết hợp với thực
nghiệm kiểm tra, nghe giảng kết hợp với thí nghiệm, giảng giải kết hợp với trực
quan, lý luận kết hợp với thực hành chế tạo …

Rèn các thao tác cơ bản của tư duy: phân tích, so sánh, quy nạp, khái quát hóa …
Cấu trúc bài dạy phù hợp với logic nội dung kỹ thuật và logic nhận thức của HS.

Phần II. PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC STEM
I. Tổng Quan:
1. Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư – Việt Nam khơng thể đứng

ngồi


2. Các phương pháp dạy học tích cực



II. THẾ NÀO LÀ GD STEM



III. BIỆN PHÁP TRIỂN KHAI




Một số Chủ đề STEM
Chủ đề STEM máy lọc nước biển thành
nước ngọt sáng tạo:
Đối tượng và thời gian tổ chức chủ đề
Sản phẩm

Đối tượng

Thời gian

MÁY LỌC NƯỚC BIỂN THÀNH NƯỚC
NGỌT

HS k6

HS K7, 8, 9

HKII
HKI, II

a. Vấn đề thực tiễn
Thiếu nước ngọt để sinh hoạt là vấn đề luôn hiện diện đối với hoạt động đi biển.
Trong khi đó, nước biển rất dồi dào nhưng chứa hàm lượng muối cao nên không thể sử
dụng để sinh hoạt. Việc chưng cất nước biển thành nước ngọt là một trong các biện pháp
giải quyết được khó khăn trên. Vì vậy, việc tạo ra nước ngọt từ nước biển trở thành vấn đề
cấp thiết và thực tiễn. Bên cạnh đó, HS khi tham gia hoạt động thiết kế, chế tạo máy lọc
nước biển thành nước ngọt có nhiều cơ hội để lĩnh hội và vận dụng kiến thức bay hơi và
ngưng tụ, ...
b. Hình thành ý tưởng chủ đề
Bản vẽ thiết kế

Sử dụng chai nhựa

Tự làm máy nước
biển => nước ngọt
Máy lọc nước biển
thành nước ngọt
sáng tạo
Ngưng tụ, bay hơi

(sơ đồ hình thành ý tưởng chủ đề steam cây lau bàn phím)


c. Kiến thức steam trong chủ đề:
Tên

sản
phẩm

Khoa học (S)

Công nghệ (T)

Kĩ thuật (E)

Nghệ
thuật (A)

Toán học (M)

Máy
lọc
nước
biển
thành
nước
ngọt

Sự bay hơi và ngưng
tụ, các yếu tố ảnh
hưởng đến sự hấp
thụ nhiệt.

Mỏ hàn chì,
súng bắn keo để
gia công máy lọc

nước biển thành
nước ngọt

Bản vẽ và quy
trình lắp ráp
máy lọc nước
biển thành nước
ngọt.

Thiết kế
gọn nhẹ,
đơn giản,
dễ sử
dụng.

Đo chiều dài
ống dẫn cần
cắt theo bản
vẽ.

d. Mục tiêu của chủ đề
* Kiến thức
- Hiểu được các yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp thụ nhiệt của một vật.
- Vận dụng kiến thức sự bay hơi, sự ngưng tụ để tạo ra nước ngọt từ nước biển.
* Kỹ năng
- Thiết kế được bản vẽ cấu tạo máy lọc nước biển thành nước ngọt.
- Xây dựng được bản vẽ cấu tạo máy lọc nước biển thành nước ngọt.
- Chế tạo được máy lọc nước biển thành nước ngọt theo phương án thiết kế.
- Vận hành, thử nghiệm, cải tiến mô hình sản phẩm kỹ thuật.
- Làm việc nhóm, thuyết trình, lắng nghe, phản biện, bảo vệ chính kiến.

* Thái độ
- Hịa Nhã, có tinh thần trách nhiệm đối với nhiệm vụ chung của cả nhóm.
- Nhiệt tình, năng động trong q trình gia cơng, lắp ráp máy lọc nước biển thành nước
ngọt.
- Ý thức cộng đồng trước những khó khăn của ngư dân trên biển và vùng khó khăn thiếu
nước ngọt, sử dụng tiết kiệm nước ngọt.
e. Bộ câu hỏi định hướng
* Câu hỏi khái quát
- Bằng cách nào để giải quyết trình trạng thiếu nước ngọt sinh hoạt khi đi biển?


* Câu hỏi bài học
- Để tạo ra nước ngọt từ nước biển thì dựa trên nguyên lý nào?
- Máy lọc nước biển thành nước ngọt có cấu tạo như thế nào?
- Chế tạo máy lọc nước biển thành nước ngọt như thế nào?

Chủ đề STEM quạt điện mini sáng tạo:
Đối tượng và thời gian tổ chức
Sản phẩm
Quạt tản nhiệt mini sáng tạo

Đối tượng

Thời gian

HS K7
HS K8, 9

HKII
HKI, II

a. Vấn đề thực tiễn
Khi ngồi trong phòng máy thực hành, do q trình tỏa nhiệt của máy và cơng suất quạt
trần đã cũ khơng đủ làm mát cho cả phịng học. Thêm vào đó, trong những dịp sinh hoạt
tập trung người,học sinh dùng quạt tay thường rất mỏi tay và mệt. Vì vậy tự làm một chiếc
quạt điện mini là biện pháp hữu hiệu cho các vấn đề trên. quạt điện mini thường sử dụng
nguồn pin 9V, kích thước nhỏ gọn (cầm trên tay), Không chỉ được làm trên vật liệu dễ tìm,
dễ chế tạo mà cịn rất tiện lợi. Hơn nữa, trải nghiệm với quạt điện mini là cơ hội học sinh
tìm hiểu và chiếm lĩnh các kiến thức về mạch điện một chiều, động cơ điện một chiều, rèn
luyện các kỹ năng gia cơng cơ bản,...
b. Hình thành ý tưởng chủ đề
Mạch điện một
chiều, chuyển hóa
năng lượng. Kĩ
thuật điều chỉnh
hướng gió

Cơng nghệ vật liệu
cơ bản: motor 9V,đế
vỏ chai nhựa, pin
9V, dây điện,…

Quạt tản nhiệt mini
sáng tạo

Giải pháp giảm
nóng: cúp điện, sự
tỏa nhiệt của máy,
sinh hoạt tập trung

Thiết kế, chế tạo
đơn giản, dễ sử
dụng

(sơ đồ hình thành ý tưởng chủ đề steam quạt điện mini sáng tạo)


c. Kiến thức steam trong chủ đề:
Tên sản
phẩm

Khoa học (S)

Quạt điện Mạch điện một chiều;
mini sáng chuyển hóa năng
tạo
lượng: điện năng
thành cơ năng; Cân
bằng của vật có mặt
chân đế; trọng tâm
của vật rắn.

Cơng nghệ (T)

Kĩ thuật (E)

Nghệ
thuật
(A)

Tốn học
(M)

DC motor 9V, cánh
quạt, băng keo, súng
bắn keo, dao rọc giấy,
vỏ chai nhựa, cơng
tắc, pin, dây nối.

Bản vẽ và
quy trình lắp
ráp quạt
điện mini đé
vỏ chai.

Thiết kế
gọn
nhẹ,
đơn
giản, dễ
sử dụng

Đo đạc
kích
thước vật
liệu theo
bản vẽ
thiết kế.

d. Mục tiêu của chủ đề

* Kiến thức
- Phân tích được nguyên lý cấu tạo và nguyên lý hoạt động của quạt mini.
- Vận dụng các kiến thức mạch điện một chiều, rộng, cân bằng của vật có chân đế, trọng
tâm của vật rắn để thiết kế quạt điện mini.
*Kỹ năng
- Thiết kế được bản vẽ mô tả phương án thiết kế quạt điện mini.
- Đọc được bản vẽ thiết kế và chế tạo được quạt điện mini.
- Thuyết minh được ý tưởng thiết kế quạt mini, quy trình chế tạo quạt mini.
- Vận hành, thử nghiệm, cải tiến quạt mini.
- Biết làm việc nhóm, biết lắng nghe, phản biện và bảo vệ chính kiến của nhóm và cá nhân.
*Thái độ
- Hịa nhã với giáo viên, bản, bạn học có trách nhiệm với nhiệm vụ chung của cả nhóm.
- Tích cực, trung thực, tỉ mỉ khi gia công, chế tạo quạt điện mini.
- Tuân thủ các quy tắc về an toàn trong gia cơng, an tồn điện.
e. Bộ câu hỏi định hướng
* Câu hỏi khái quát
- Khi cúp điện hay sinh hoạt tập trung dưới thời tiết nóng bức, chúng ta nên làm gì để cảm
thấy dễ chịu hơn.
* Câu hỏi bài học- Quạt điện mini đế vỏ chai nhựa được chế tạo như thế nào?