SKKN Phát huy năng lực sáng tạo và trải nghiệm thực tế cho học sinh thông qua dạy học stem bài “chuyển động ném” – vật lí 10

PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ
1. Lí do chọn đề tài
Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 được hình thành trên nền tảng cải tiến và đột phá của công nghệ số mà đặc trưng là sử dụng trí tuệ nhân tạo, robot, internet toàn cầu, công nghệ vật liệu siêu nhỏ (nano),… đã và đang tác động mạnh mẽ đến mọi lĩnh vực trong xã hội, dẫn đến nhu cầu nguồn nhân lực đáp ứng yêu cầu sản xuất ngày càng cao, đặc biệt nguồn nhân lực thuộc lĩnh vực Khoa học, Kĩ thuật, Công nghệ (lĩnh vực STEM). Vì vậy các quốc gia đã đưa ra các chính sách đột phá để có thể phát triển kịp theo xu thế của thời đại. Việt Nam cũng như các nước Châu Á trong khu vực cũng đang tích cực thay đổi để phát triển nền kinh tế tri thức trong bối cảnh toàn cầu hóa.
Tại hội nghị lần thứ 8 Ban Chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản Việt Nam đã quyết định ban hành nghị quyết số 29-NQ/TW ngày 4 tháng 11 năm 2013 về “đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo, đáp ứng yêu cầu công nghiệp hóa, hiện đại hóa trong điều kiện kinh tế thị trường định hướng xã hội chủ nghĩa và hội nhập quốc tế”. Nghị quyết này đặt nền móng cho hàng loạt các cải cách, thay đổi những năm về sau. Ví dụ như trong phần mục tiêu tổng quát, các chỉ tiêu quan trọng và nhiệm vụ trọng tâm giai đoạn 2016-2020, Nghị quyết Đại hội XII của Đảng đã xác định một trong những nhiệm vụ trọng tâm “đột phá chiến lược” đó là: “Đổi mới căn bản và toàn diện giáo dục, đào tạo (GDĐT); phát triển nguồn nhân lực, nhất là nguồn nhân lực chất lượng cao”; Nghị quyết số 88/2014/QH13 ngày 28/11/2014 của Quốc hội khóa 13 nêu rõ “Tạo chuyển biến căn bản, toàn diện về chất lượng và hiệu quả giáo dục phổ thông; kết hợp dạy chữ, dạy người và định hướng nghề nghiệp; góp phần chuyển nền giáo dục nặng về truyền thụ kiến thức sang nền giáo dục phát triển toàn diện cả về phẩm chất và năng lực, hài hòa trí, đức, thể, mỹ và phát huy tốt nhất tiềm năng của mỗi học sinh”. Và tiêu biểu nhất là ngày 26 tháng 12 năm 2018, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã ban hành chương trình Giáo dục phổ thông mới với mục tiêu chính là giáo dục con người phát triển toàn diện, vừa đáp ứng yêu cầu xã hội vừa phát triển cao nhất tiềm năng của mỗi cá nhân. Ngoài ra, chương trình còn đảm bảo phát triển năng lực, phẩm chất người học, phát triển hài hòa đức, trí, thể, mỹ thay vì chú trọng về mặt kiến thức.
Trong chương trình giáo dục phổ thông mới, STEM đóng vai trò cực kì quan trọng. Mô hình giảng dạy dựa trên ý tưởng trang bị cho người học những kiến thức, kĩ năng liên quan đến các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật, toán học dưới hình thức tiếp cận liên môn. Dạy học STEM ra đời không hướng đến mục tiêu đào tạo để học sinh trở thành những nhà toán học, nhà khoa học, kỹ sư hay những kỹ thuật viên mà chủ yếu là bản chất của STEM cũng phải đảm bảo sự tích hợp về mặt khoa học, công nghệ, toán để người học có thể phát triển những nhóm năng lực, đặc biệt là hướng đến tư duy, định hướng nghề nghiệp trong môi trường 4.0, trang bị cho học sinh kiến thức, kỹ năng để làm việc và phát triển trong thế giới công nghệ hiện đại ngày nay.
Và cũng trong chương trình giáo dục phổ thông mới, môn Vật lí là môn học thuộc nhóm môn Khoa học tự nhiên, được lựa chọn theo nguyện vọng và định hướng nghề nghiệp của học sinh. Môn Vật lí giúp học sinh tiếp tục phát triển các phẩm chất, năng lực đã được hình thành trong giai đoạn giáo dục cơ bản, tạo điều kiện để học sinh bước đầu nhận biết đúng năng lực, sở trường bản thân.
Thực tế hiện nay cho thấy, dù ý thức được vai trò của dạy học STEM song việc sử dụng dạy học STEM trong dạy học nói chung và trong dạy học môn Vật lí THPT nói riêng còn đạt hiệu quả chưa cao. Việc phát huy tính sáng tạo, trải nghiệm thực tế cho học sinh thông qua dạy học STEM gặp nhiều khó khăn. Nguyên nhân chủ yếu là do tâm lí của người GV ngại thay đổi, đặc biệt là sợ tốn thời gian, “cháy” giáo án hoặc gây ồn ào tới tiết học của lớp bên cạnh, … Thêm nữa, để tổ chức và sử dụng dạy học STEM, GV phải chuẩn bị vất vả, mất nhiều thời gian, công sức. Ngoài ra, một số GV còn lúng túng, không biết lựa chọn chủ đề STEM phù hợp với nội dung kiến thức và đặc điểm học sinh lớp mình giảng dạy; hoặc trong quá trình sử dụng, kỹ năng điều hành, tổ chức còn hạn chế nên chưa đạt được hiệu quả như mong muốn. Đặc biệt, năm học này là năm đầu tiên thực hiện Chương trình Giáo dục phổ thông 2018 đối với cấp THPT, áp dụng cho lớp 10, GV lại càng khó khăn hơn khi tổ chức dạy học STEM như: Tìm ý tưởng cho bài học, đánh giá quá trình học tập của học sinh, sắp xếp thời gian ngoại khóa để triển khai, và quan trọng hơn là các e HS lớp 10 năm nay là lứa HS hoàn thành bậc THCS theo chương trình cũ nhưng lại bắt đầu cấp học mới với chương trình GDPT 2018 nên một số HS chưa bắt nhịp kịp với sự thay đổi này, nhất là chưa quen với cách tiếp cận kiến thức hoàn toàn mới … Mặt khác, tư tưởng “có thi STEM đâu mà dạy”, “lấy thời gian (tiết PPCT) đâu ra để dạy STEM”, dần hình thành cho GV tâm lí dạy học cho xong, giáo viên không đầu tư cho tiết dạy. Do đó, hầu hết các GV chỉ xây dựng và thực hiện 2 chủ đề STEM theo yêu cầu, kế hoạch chỉ đạo của cấp trên, còn lại, với phần lớn các tiết học thông thường, việc sử dụng dạy học STEM là vô cùng hạn chế.
Nhận thấy vai trò cực kì quan trọng của dạy học STEM cũng như khắc phục các khó khăn khi triển khai dạy học STEM tại trường THPT nói chung và tại trường sở tại, chúng tôi quyết định thực hiện đề tài: “Phát huy năng lực sáng tạo và trải nghiệm thực tế cho học sinh thông qua dạy học STEM bài Chuyển động ném – Vật lí 10”.
2. Mục đích nghiên cứu
Vận dụng phương pháp dạy học STEM vào bài “Chuyển động ném” thuộc chương trình Vật lí 10 sách Kết nối tri thức với cuộc sống nhằm phát huy năng lực sáng tạo và trải nghiệm thực tế cho học sinh.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
– Nghiên cứu lí luận về phương pháp dạy học STEM.

– Tìm hiểu yêu cầu cần đạt của bài “Chuyển động ném” Vật lí 10 từ đó xác định các nội dung cần thực hiện.
– Khảo sát thực trạng dạy học STEM ở trường THPT.
– Xây dựng tiến trình dạy học.
– Thực nghiệm sư phạm tiến trình dạy học, đánh giá, tổng kết.
4. Đối tượng nghiên cứu
– Học sinh lớp 10A1, 10A2, 10A3 trường THPT Nghi Lộc 5 và quá trình dạy học Vật lí ở trường THPT.
5. Phạm vi nghiên cứu
– Cơ sở lí luận, thực tiễn, nội dung và phương pháp dạy học STEM và bài “Chuyển động ném” thuộc Vật lí 10 – chương trình Giáo dục phổ thông mới.
6. Thời gian nghiên cứu
Từ tháng 9 năm 2022 đến tháng 3 năm 2023.
7. Tính mới của đề tài
Đề tài nắm bắt xu thế dạy học theo phương pháp mới, đặt học sinh vào tình huống thực tiễn, học sinh vận dụng kiến thức đã học về “Chuyển động ném” để hiểu thêm về các môn thể thao như bóng chuyền, bóng rổ, … Tạo sân chơi bổ ích cho học sinh khi được trải nghiệm thực tế và chế tạo các thiết bị như máy bắn bóng, … Tổ chức dạy học bài “Chuyển động ném” theo dạy học STEM nhằm phát huy năng lực sáng tạo và trải nghiệm thực tế học sinh tại trường THPT Nghi Lộc 5 phù hợp với điều kiện dạy học của nhà trường và thu được những kết quả đáng khích lệ nhẳm nâng cao chất lượng dạy học bộ môn Vật lí, góp phần đưa dạy học STEM vào trường học và đẩy mạnh phong trào thi đua đổi mới sáng tạo trong dạy học đáp ứng với yêu cầu chương trình GDPT tổng thể.
8. Tính khả thi của đề tài
Ở đề tài này chúng tôi đã xây dựng và áp dụng hiệu quả khi giảng dạy tại trường THPT Nghi Lộc 5.
PHẦN II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
1. Cơ sở lí luận
1.1. Một số văn bản triển khai chương trình giáo dục STEM bậc THPT
• Nghị quyết Hội nghị lần thứ 8, Ban Chấp hành Trung ương khóa XI (Nghị quyết số 29-NQ/TW) ngày 04 tháng 11 năm 2013 về đổi mới căn bản, toàn diện Giáo dục và Đào tạo, đáp ứng nhu cầu công nghiệp hóa, hiện đại hóa trong điều kiện kinh tế thị trường định hướng xã hội chủ nghĩa và hội nhập quốc tế.
• Chỉ thị 16/CT-TTg ngày 04 tháng 5 năm 2017 về tăng cường năng lực tiếp
cận cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ 4 của Thủ tướng Chính phủ.
• Thông tư số 32/2018/TT-BGDĐT ngày 26/12/2018 ban hành chương trình giáo dục phổ thông mới.
• Kế hoạch số 1223/KH-BGDĐT về triển khai Đề án “Giáo dục hướng nghiệp và định hướng phân luồng học sinh trong giáo dục phổ thông giai đoạn 2018-
2025”.
• CV số 3089/BGDĐT-GDTrH ngày 14/8/2020 về việc triển khai thực hiện giáo dục STEM trong giáo dục trung học.
• Hướng dẫn nhiệm vụ năm học đối với các cấp học.
1.2. Cơ sở xây dựng khung chương trình giáo dục STEM bậc THPT
Khung Chương trình giáo dục STEM bậc học THPT được thiết kế tham chiếu mục tiêu chương trình GDPT 2018 và tích hợp mục tiêu giáo dục trải nghiệm, hướng nghiệp bậc THPT. Trên cơ sở hình thành kĩ năng thực hành và định hướng nghề nghiệp cho học sinh, hướng tiếp cận liên môn trong hướng nghiệp dạy nghề, chương trình giáo dục STEM đang được tiếp cận với triết lí: “Trải nghiệm – Kiến tạo” và được kế thừa từ khung chương trình giáo dục STEM của bậc Tiểu học và THCS. Chương trình giáo dục STEM bậc học THPT bao gồm các loại hình: STEM robotics, STEM tái chế, STEM công nghệ 4.0, STEM IoT.
1.3. Giáo dục STEM trong nhà trường phổ thông
Thực tế dạy học hiện nay cho thấy, giáo dục STEM trong giáo dục phổ thông đề cập đến các khía cạnh là dạy học tích hợp liên môn, phát triển năng lực và định hướng nghề nghiệp cho HS. Các khía cạnh này được thể hiện cụ thể dưới dạng bài học STEM tích hợp trong các lĩnh vực kiến thức Khoa học, Kĩ thuật, Công nghệ, Toán học để phát triển các nhóm năng lực chung và năng lực đặc thù của các môn học. Đối với cấp THPT, giáo dục STEM giúp HS tìm hiểu về nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM và trải nghiệm một số quy trình thiết kế kĩ thuật, định hướng nghề nghiệp. Trong giáo dục phổ thông, các chủ đề STEM được thực hiện dựa trên quy trình tìm tòi khám phá, thực hiện quy trình thiết kế kĩ thuật, trong đó những giai đoạn của các quy trình này đều tạo cơ hội phát triển tư duy phản biện cho HS. Để triển khai hiệu quả hoạt động dạy học theo định hướng giáo dục STEM, trước tiên GV phải cấu trúc lại những nội dung có tính thực tiễn có trong chương trình thành những chủ đề STEM hoặc bài học STEM. Thông qua việc hoàn thành các chủ đề STEM, bài học STEM HS có cơ hội thực hành, vận dụng các kiến thức liên quan để giải quyết những vấn đề xuất phát từ thực tiễn. Ngoài ra, GV cần thiết trang bị những năng lực dạy học sau:
• Lựa chọn vấn đề thực tiễn để xây dựng chương trình dạy học STEM.
• Xác định được mục tiêu và các kiến thức liên quan đến vấn đề đã chọn.
• Liên kết kiến thức các môn và liên kết kiến thức với vấn đề đã chọn.
• Thiết kế chương trình và nội dung dạy học theo quy trình kĩ thuật.
• Hướng dẫn HS tìm tòi khám phá về chủ đề.
• Đánh giá chủ đề STEM.
Giáo dục STEM giúp người học phát triển được những năng lực quan trọng của thế kỉ XXI như năng lực phân tích, năng lực khoa học, năng lực công nghệ, năng lực kĩ thuật, năng lực toán học, năng lực giải quyết vấn đề sáng tạo và tư duy phản biện, … Đây là những năng lực rất cần cho người học trong thế kỉ XXI.
1.4. Các mức độ áp dụng giáo dục STEM trong trường phổ thông.
1.4.1. Dạy học các môn khoa học theo bài học STEM
Bài dạy STEM (bài học theo chủ đề STEM) là quá trình dạy học dưới sự tổ chức của GV, HS chủ động thực hiện các hoạt động học tập trong một không gian, thời gian cụ thể để giải quyết các vấn đề thực tiễn trên cơ sở vận dụng kiến thức, kĩ năng trong các lĩnh vực STEM, góp phần hình thành phát triển phẩm chất và năng lực cho HS. Đây là hình thức tổ chức giáo dục STEM chủ yếu trong nhà trường. Theo cách này, các bài dạy STEM được triển khai ngay trong quá trình dạy học các môn học thuộc lĩnh vực STEM theo tiếp cận nội môn hoặc liên môn. Căn cứ vào cơ sở lý thuyết áp dụng, bài dạy STEM có thể được chia làm hai loại gồm: bài dạy STEM khoa học và bài dạy STEM kĩ thuật. Bài dạy STEM có nội dung bám sát chương trình giáo dục phổ thông, gắn kết với bản chất, nguyên lí khoa học của thế giới tự nhiên hoặc các vấn đề của thực tiễn, xã hội. Chủ đề STEM là chủ đề hướng tới việc vận dụng kiến thức tích hợp các lĩnh vực Toán, Khoa học, Kĩ thuật và Công nghệ nhằm giải quyết các vấn đề thực tiễn trong cuộc sống, sử dụng các phương pháp dạy học đưa học sinh vào các hoạt động tìm tòi và khám phá, định hướng hành động, sản phẩm; với các hình thức tổ chức dạy học đa dạng, lôi cuốn HS vào hoạt động kiến tạo, tăng cường hoạt động nhóm, tự lực chiếm lĩnh kiến thức mới và vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề; ưu tiên sử dụng các thiết bị, công nghệ sẵn có, dễ tiếp cận với chi phí tối thiểu.
1.4.2. Tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM
Hoạt động trải nghiệm STEM là hoạt động giáo dục do nhà giáo dục định hướng, thiết kế và hướng dẫn thực hiện, tạo cơ hội cho HS tiếp cận thực tế, thể nghiệm các cảm xúc tích cực, khai thác những kinh nghiệm đã có và huy động tổng hợp kiến thức, kĩ năng của các môn học thuộc lĩnh vực STEM để thực hiện những nhiệm vụ được giao hoặc giải quyết những vấn đề của thực tiễn đời sống nhà trường, gia đình, xã hội phù hợp với lứa tuổi; thông qua đó, chuyển hoá những kinh nghiệm đã trải qua thành tri thức mới, hiểu biết mới, kĩ năng mới góp phần phát huy tiềm năng sáng tạo và khả năng thích ứng với cuộc sống, môi trường và nghề nghiệp tương lai. Hoạt động trải nghiệm STEM được tổ chức thông qua hình thức câu lạc bộ hoặc các hoạt động trải nghiệm thực tế; được tổ chức theo sở thích, năng khiếu và lựa chọn của HS một cách tự nguyện. Hoạt động trải nghiệm STEM được tổ chức theo kế hoạch giáo dục hàng năm của nhà trường; nội dung mỗi buổi trải nghiệm được thiết kế thành hoạt động cụ thể, mô tả rõ mục đích, yêu cầu, tiến trình trải nghiệm và dự kiến kết quả. Nội dung hoạt động trải nghiệm STEM được lựa chọn phải gắn với việc thực hiện mục tiêu của chương trình giáo dục phổ thông, tạo hứng thú và động lực học tập nhằm phát triển phẩm chất và năng lực cho HS. Nội dung hoạt động trải nghiệm STEM có thể gắn với các hoạt động nghề nghiệp liên quan đến lĩnh vực STEM nhằm bổ trợ cho quá trình học tập, tạo hứng thú và động lực học tập, góp phần định hướng nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM cho HS.
1.4.3. Tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học, kỹ thuật
Nghiên cứu khoa học kĩ thuật dành cho HS trung học đã được triển khai từ những năm 2010. Với những ý nghĩa to lớn mà hoạt động này mang lại cho các em HS, tới nay, hoạt động này đã được triển khai rộng khắp tại các cơ sở giáo dục phổ thông trong cả nước. Kết quả nghiên cứu của HS được lựa chọn, giới thiệu tham gia các hội thi khoa học kĩ thuật các cấp được tổ chức thường niên. Theo quy định của hội thi, hoạt động này của HS có 22 lĩnh vực nghiên cứu. Trong đó, phần lớn các lĩnh vực liên quan tới khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học. Chính vì vậy, hoạt động nghiên cứu khoa học kĩ thuật dành cho HS trung học được coi là một trong những hình thức tổ chức giáo dục STEM điển hình trong trường phổ thông. Hoạt động này không mang tính đại trà mà dành cho những HS có năng lực, sở thích và hứng thú với các hoạt động tìm tòi, khám phá khoa học, kĩ thuật giải quyết các vấn đề thực tiễn. Thông qua quá trình tổ chức các bài dạy STEM và hoạt động trải nghiệm STEM, phát hiện các HS có năng khiếu để bồi dưỡng, tạo điều kiện thuận lợi cho HS tham gia nghiên cứu khoa học, kĩ thuật.
1.5. Xây dựng và thực hiện bài học STEM
1.5.1. Quy trình xây dựng chủ đề bài học STEM
Bước 1: Lựa chọn chủ đề bài học
Căn cứ vào nội dung kiến thức trong chương trình môn học và các hiện tượng, quá trình gắn với các kiến thức đó trong tự nhiên; quy trình hoặc thiết bị công nghệ có sử dụng của kiến thức đó trong thực tiễn… để lựa chọn chủ đề bài học.
Bước 2: Xác định vấn đề cần giải quyết
Sau khi lựa chọn chủ đề của bài học, cần xác định vấn đề cần giải quyết để giao cho HS thực hiện sao cho khi giải quyết vấn đề đó HS phải học được những kiến thức, kĩ năng cần dạy trong chương trình môn học đã lựa chọn hoặc vận dụng những kiến thức, kỹ năng đã biết để xây dựng bài học.
Bước 3: Xây dựng tiêu chí của thiết bị và giải pháp giải quyết vấn đề
Khi đã xác định vấn đề cần giải quyết (sản phẩm cần chế tạo) cần xác định rõ tiêu chí của giải pháp, sản phẩm. Các tiêu chí này phải hướng tới việc định hướng quá trình học tập và vận dụng kiến thức nền của HS chứ không nên tập trung đánh giá sản phẩm vật chất.
Bước 4: Thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động
Tiến trình tổ chức hoạt động học được thiết kế theo các phương pháp, kĩ thuật dạy học tích cực với 5 hoạt động học. Mỗi hoạt động được thiết kế rõ ràng về mục đích, nội dung và sản phẩm học tập mà HS phải hoàn thành. Các hoạt động này có thể được tổ chức cả trong và ngoài lớp học (ở trường, ở nhà và cộng đồng).
1.5.2. Tiến trình tổ chức dạy học STEM trong trường THPT
Mỗi bài học STEM thường được tổ chức theo 5 hoạt động như sau:
Hoạt động 1: Xác định vấn đề
• Mục đích: Xác định tiêu chí sản phẩm, phát hiện vấn đề/nhu cầu.
• Nội dung: Tìm hiểu hiện tượng, sản phẩm, công nghệ, đánh giá về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ…
• Dự kiến sản phẩm hoạt động của HS: Các mức độ hoàn thành nội dung (Bài ghi chép thông tin về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ, đánh giá, đặt câu hỏi về hiện tượng, công nghệ, sản phẩm).
• Cách tổ chức hoạt động: GV giao nhiệm vụ (nội dung, phương tiện, cách thực hiện, yêu cầu sản phẩm phải hoàn thành); HS thực hiện nhiệm vụ (qua thực tế, tài liệu, video, cá nhân hoặc nhóm); Báo cáo, thảo luận (thời gian, địa điểm, cách thức); Phát hiện/ phát biểu vấn đề (GV hỗ trợ).
Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp
• Mục đích: Hình thành kiến thức mới và đề xuất giải pháp.
• Nội dung: Nghiên cứu sách giáo khoa, tài liệu, thí nghiệm để tiếp nhận, hình thành kiến thức mới và đề xuất giải pháp/ thiết kế.
• Dự kiến sản phẩm hoạt động của HS: Các mức độ hoàn thành nội dung (xác định và ghi được thông tin, dữ liệu, giải thích, kiến thức mới, giải pháp/ thiết kế).
– Cách tổ chức hoạt động: GV giao nhiệm vụ (nêu rõ yêu cầu đọc/ nghe/ nhìn/ làm để xác định và ghi được thông tin, dữ liệu, giải thích kiến thức mới) HS nghiên cứu tài liệu, làm thí nghiệm (cá nhân, nhóm); Báo cáo, thảo luận. GV điều hành, “chốt” kiến thức mới và hỗ trợ HS đề xuất giải pháp/ thiết kế mẫu thử nghiệm.