SKKN Phát triển phẩm chất, năng lực học sinh thông qua tổ chức thực hiện dạy học chủ đề STEM phần “Momen Lực. Điều kiện cân bằng của vật” Vật Lí 10, tại trường THPT

PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1. Lý do chọn đề tài
Năm học 2022-2023 là năm đầu tiên thực hiện chương trình giáo dục phổ thông 2018 đối với lớp 10 trung học phổ thông. Trên tinh thần Nghị quyết số 29/NQ-TW với nội dung đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo đã nhấn mạnh “Đổi mới nội dung giáo dục theo hướng tinh giản, hiện đại, thiết thực, phù hợp với lứa tuổi, trình độ và ngành nghề; tăng thực hành, vận dụng kiến thức vào thực tiễn”. Giáo dục định hướng phát triển phẩm chất, năng lực người học nhằm đảm bảo chất lượng đầu ra của việc dạy học.
Thực hiện mục tiêu giáo dục phổ thông giúp học sinh làm chủ kiến thức phổ thông, biết vận dụng hiệu quả kiến thức kỹ năng đã học vào đời sống và tự học suốt đời, có định hướng lựa chọn nghề nghiệp phù hợp, biết xây dựng và phát triển hài hòa các mối quan hệ xã hội, có cá tính, nhân cách và đời sống tâm hồn phong phú, nhờ đó có được cuộc sống có ý nghĩa và đóng góp tích cực vào sự phát triển của đất nước và nhân loại. Giáo dục phổ thông mới chú trọng phát triển phẩm chất và năng lực người học thông qua nội dung giáo dục với những kiến thức, kỹ năng cơ bản, thiết thực hiện đại, phát triển hài hòa đức, trí, thể, mỹ.
Vật lý là môn khoa học thực nghiệm, nên một trong các khâu quan trọng của quá trình đổi mới phương pháp dạy học Vật lý là tăng cường hoạt động nghiên cứu và tìm hiểu các ứng dụng kỹ thuật của Vật lý cho học sinh trong quá trình học tập thông qua việc giao nhiệm vụ liên quan đến việc tìm hiểu công dụng, nguyên tắc hoạt động, cấu tạo, chế tạo và sử dụng một số dụng cụ đơn giản từ các vật liệu sẵn có để học sinh được trải nghiệm nghiên cứu khoa học, qua đó giúp học sinh hiểu biết sâu sắc hơn các kiến thức Vật lý. Với những trải nghiệm ưu việt từ trí tuệ nhân tạo và sự tích hợp các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học gọi tắt là “STEM”.
Tuy nhiên dạy dọc theo định hướng giáo dục STEM tại trường THPT Quỳ Hợp chưa được chú trọng và nhân rộng. Đây là phương thức giáo dục tích hợp theo cách tiếp cận liên môn và thông qua thực hành, ứng dụng, trải nghiệm, hiện đang còn tương đối mới. Chính vì lý do trên mà chúng tôi chọn đề tài sáng kiến: Phát triển phẩm chất, năng lực học sinh thông qua tổ chức thực hiện dạy học chủ đề STEM phần “Momen Lực. Điều kiện cân bằng của vật” Vật Lí 10, tại trường THPT Quỳ Hợp. Để góp phần giúp các em nắm vững kiến thức, có khả năng liên hệ, liên kết giữa các kiến thức; có khả năng vận dụng kiến thức, kĩ năng vào cuộc sống, công việc giúp các em thực hiện “Học đi đôi với hành”, nâng cao hiệu quả công việc trong cuộc sống lao động sau này của các em.
1.2. Mục đích nghiên cứu
Nâng cao nhận thức và năng lực tổ chức dạy học chủ đề STEM cho giao viên

Tổ chức dạy học chủ đề STEM phần Momen lực, điều kiện cân bằng của vật trong chương trình vật lí lớp 10 thông qua đó nhằm phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo,của học sinh, giúp học sinh biết vận dụng kiến thức về Momen lực và điều kiện cân bằng của vật vào cuộc sống. Tạo niềm vui và hứng thú tìm tòi, nghiên cứu, học tập góp phần nâng cao chất lượng giáo dục.
Hoạt động học tập phù hợp cho cả dạy học trực tiếp và dạy học trải nghiệm. Qua hoạt động học tập giúp học sinh biết cách nghiên cứu khoa học.
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng: Học sinh lớp 10 trường THPT Quỳ Hợp
Phạm vi nghiên cứu:
– Nghiên cứu lí luận về giáo dục STEM
– Nghiên cứu tổ chức hoạt động dạy học chủ đề STEM
– Nghiên cứu về lí thuyết Momen lực. Tìm hiểu một số ứng dụng về Momen
– Nghiên cứu nguyên lí và cấu tạo của cân đòn. Chế tạo và sử dụng cân đòn.
– Nghiên cứu về đòn bẩy, chế tạo và sử dụng đòn bẩy.
1.4. Phương pháp nghiên cứu
– Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu cơ sở lí luận; nghiên cứu các tài liệu về Momen lực, điều kiện cân bằng của vật.
– Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm khoa học: Nghiên cứu áp dụng kiến thức vật lí chế tạo công cụ sử dụng trong cuộc sống.
– Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Sau khi hoàn thiện kế hoạch đề tài thì tiến hành thực nghiệm dạy học trên các đối tượng học sinh khác nhau để kiểm tra đánh giá tính đúng đắn, tính thực tiễn và thiết thực của đề tài. Kết quả thực nghiệm được đánh giá qua phiếu khảo sát và bài kiểm tra của học sinh.
– Phương pháp xử lí số liệu: Bằng toán thống kê, sử dụng đồ hoạ vẽ đồ thị.
1.5. Thời gian nghiên cứu
– Từ tháng 5/2021 đến tháng 12/2021 hình thành ý tưởng
– Từ tháng 1/2021 đến tháng 12/2022 nghiên cứu và thử nghiệm.
– Từ tháng 01/2023 đến tháng 4/2023 viết thành đề tài.
1.6. Tính mới và những đóng góp của đề tài
– Góp phần nâng cao lí luận về giáo dục STEM
– Đánh giá thực trạng dạy học môn Vật lý ở trường THPT Quỳ Hợp dưới góc độ giáo dục STEM.
– Xây dựng và tổ chức dạy học được một số chủ đề STEM phần “Momen Lực, điều kiện cân bằng của vật” Vật lý 10 THPT
– Phát triển năng lực giải quyết vấn đề, năng lực tư duy kỹ thuật, năng lực sáng tạo, năng lực giao tiếp, năng lực làm việc nhóm, năng lực hướng nghiệp cho học sinh thông qua dạy học chủ đề STEM.
– Nội dung của đề tài thực tế và gần gũi đời sống. Đề tài được áp dụng các phương pháp phù hợp, linh hoạt, đa dạng, sử dụng các hình ảnh rõ nét, các thí nghiệm đơn giản giúp học sinh dễ hình thành năng lực và sử dụng.

PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
CHƯƠNG I:
CÁC CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

I. Cơ sở lí luận
1.1. Một số vấn đề cơ bản về giáo dục STEM
1.1.1. Thuật ngữ STEM
STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán 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, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học được mô tả bởi chu trình STEM (Hình 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; Toán là công cụ được sử dụng để thu nhận kết quả và chia sẻ kết quả đó với những người khác.

Hình 1
Giáo dục STEM được sử dụng theo mô tả trong Chương trình giáo dục phổ thông năm 2018 như sau: Giáo dục STEM là mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp học sinh áp dụng các kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học vào giải quyết một số vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể.
1.1.2. Khoa học – Kĩ thuật – Công nghệ – Toán học.
Mỗi bài học STEM trong chương trình giáo dục phổ thông đề cập đến một vấn đề tương đối trọn vẹn, đòi hỏi học sinh phải học và sử dụng kiến thức thuộc các môn học trong chương trình để sử dụng vào giải quyết vấn đề đó. Tiến trình mỗi bài học STEM được thực hiện phỏng theo quy trình kĩ thuật (Hình 2), trong đó việc “Nghiên cứu kiến thức nền” (background research) trong tiến trình dạy học mỗi bài học STEM chính là việc học để chiếm lĩnh nội dung kiến thức trong chương trình giáo dục phổ thông tương ứng với vấn đề cần giải quyết trong bài học, trong đó học sinh là người chủ động nghiên cứu sách giáo khoa, tài liệu bổ trợ, tiến hành các thí nghiệm theo chương trình học (nếu có) dưới sự hướng dẫn

của giáo viên; vận dụng kiến thức đã học để đề xuất, lựa chọn giải pháp giải quyết vấn đề; thực hành thiết kế, chế tạo, thử nghiệm mẫu; chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh thiết kế. Thông qua quá trình học tập đó, học sinh được rèn luyện nhiều kĩ năng để phát triển phẩm chất, năng lực.
Hình 2: Tiến trình bài học STEM
1.1.3. Giáo dục STEM
Trên cơ sở các bài học STEM cho tất cả học sinh nêu trên, trong quá trình thực hiện sẽ có một số học sinh có sở trường, hứng thú (là những học sinh có vai trò chủ chốt của nhóm trong việc chế tạo, thử nghiệm mẫu) cần được khuyến khích và tạo điều kiện để tiếp tục mở rộng, đi sâu. Nhà trường cần có những hình thức tổ chức phù hợp tạo môi trường để các học sinh này được phát huy năng lực, sở trường của mình; cũng từ đó phát hiện và hướng dẫn những học sinh này say mê nghiên cứu thực hiện các dự án Khoa học, Kĩ thuật để tham gia “Cuộc thi khoa học kĩ thuật dành cho học sinh trung học”. Đây là mức độ cao của giáo dục STEM trong giáo dục phổ thông.
1.2. Lý thuyết về giáo dục STEM trong trường Trung học.
1.2.1. Giáo dục STEM trong trường trung học.
Giáo dục STEM trong trường trung học là quan điểm dạy học định hướng

phát triển năng lực học sinh thuộc các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học.
Các kiến thức và kỹ năng về Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học được tổ chức dạy học tích hợp theo chủ đề nhằm giúp học sinh vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề thực tiễn mang lại hiệu quả và có giá trị
1.2.2. Mục tiêu giáo dục STEM trong trường trung học.
Giáo dục STEM là một phương thức giáo dục nhằm trang bị cho học sinh những kiến thức khoa học gắn liền với ứng dụng của chúng trong thực tiễn.
Nội dung bài học theo chủ đề (sau đây gọi chung bài học) STEM gắn với việc giải quyết tương đối trọn vẹn một vấn đề, trong đó học sinh được tổ chức tham gia học tập một cách tích cực, chủ động và biết vận dụng kiến thức vừa học để giải quyết vấn đề đặt ra; thông qua đó góp phần hình thành phẩm chất năng lực cho học sinh.
1.2.3. Chủ đề dạy học STEM trong trường trung học
Khi xây dựng một chủ đề giáo dục STEM, một số câu hỏi có thể gặp phải với các giáo viên đó là liệu chủ đề được xây dựng có đúng theo tinh thần STEM hay không hay là một chủ đề tích hợp khoa học đơn thuần. Điều gì tạo nên sự phân biệt một chủ đề giáo dục STEM với các chủ đề học tập khác. Điều đầu tiên cần phải khẳng định trước hết một chủ đề dạy học theo định hướng STEM phải là một chủ đề mang tính tích hợp. Khái niệm STEM hay giáo dục STEM là một khái niệm rộng và nhiều tầng bậc, do vậy điều này cũng ảnh hưởng tới việc xác định hay cách đánh giá về một chủ đề giáo dục STEM. Trong nội dung trình bày dưới đây nghiên cứu đề xuất một số tiêu chí nhằm xác định về một chủ đề giáo dục STEM

Hình 1.2. Tiêu chí của chủ đề giáo dục STEM
– Chủ đề STEM hướng tới giải quyết các vấn đề trong thế giới thực
Vận dụng kiến thức STEM để giải quyết các vấn đề thực tiễn chính là mục tiêu của dạy học theo quan điểm STEM. Do vậy, bài học STEM không phải là để giải quyết các vấn đề mang tính tưởng tượng và xa rời thực tế mà nó luôn hướng đến giải quyết các vấn đề các tình huống trong xã hội, kinh tế, môi trường trong cộng đồng địa phương của họ cũng như toàn cầu
Chủ đề STEM phải hướng tới việc HS 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.
Định hướng hành động là một đặc điểm của quan điểm STEM. Chỉ khi chủ đề STEM định hướng thực hành mới đảm bảo hình thành và phát triển năng lực cho HS. Điều này sẽ giúp học sinh có được kiến thức từ kinh nghiệm thực hành chứ không phải chỉ từ lí thuyết. Chính các hoạt động thực tế này sẽ giúp học sinh nhớ kiến thức lâu hơn và sâu hơn. Học sinh sẽ được làm việc theo nhóm, tự thảo luận tìm tòi kiến thức, tự vận dụng kiến thức vào các hoạt động thực hành rồi sau đó có thể truyền đạt lại kiến thức cho người khác. Với cách học này, giáo viên không còn là người truyền đạt kiến thức nữa mà sẽ là người hướng dẫn để học sinh tự xây dựng kiến thức cho chính mình.
Chủ đề STEM làm việc nhóm giữa các học sinh
Trên thực tế có những chủ đề STEM vẫn có thể triển khai 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 bên cạnh đó khi làm việc theo nhóm học sinh sẽ được đặt vào môi trường thúc đẩy các nhu cầu giao tiếp chia sẻ ý tưởng và cùng nhau phát triển giải pháp .
1.2.4. Phân loại chủ đề STEM dựa vào mục đích dạy học
Chủ đề stem dạy học kiến thức mới: Được xây dựng trên cơ sở kết nối kiến thức của nhiều môn học khác nhau mà học sinh chưa được học ( hoặc được học một phần). Học sinh sẽ vừa giải quyết được vấn đề và vừa lĩnh hội được tri thức mới.
Chủ đề stem dạy học vận dụng: Được xây dựng trên cơ sở những kiến thức học sinh đã được học. Chủ đề stem dạng này sẽ bồi dưỡng cho học sinh năng lực vận dụng lý thuyết vào thực tiễn. Kiến thức lý thuyết được củng cố và khắc sâu.
1.2.5. Phát triển năng lực sáng tạo của học sinh thông qua dạy học chủ đề STEM.
Giáo dục STEM nhằm chuẩn bị cho học sinh những cơ hội cũng như các thách thức trong nền kinh tế cạnh tranh toàn cầu của thế kỷ 21. Bên cạnh những hiểu biết về các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học, học sinh sẽ được phát triển tư duy phê phán khả năng hợp tác để thành công.
1.2.6. Phát triển tư duy kỹ thuật của học sinh thông qua dạy học chủ đề STEM .
Đó là những kiến thức liên quan đến các môn Khoa học, Kỹ thuật, Công nghệ và Toán học. Trong đó học sinh biết liên kết kiến thức Khoa học, Toán học để giải quyết các vấn đề thực tiễn. Học sinh biết sử dụng, quản lý và truy cập Công nghệ. Học sinh biết về quy trình thiết kế và chế tạo ra sản phẩm.
1.2.7. Phát triển năng lực hướng nghiệp của học sinh thông qua dạy học chủ đề STEM
Giáo dục STEM sẽ tạo cho học sinh có những kiến thức kỹ năng mang tính nền tảng cho việc học tập ở các bậc cao hơn, cũng như cho nghề nghiệp tương lai của học sinh. 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.
Tăng cường trang bị cho học sinh phổ thông những kỹ năng về STEM, tăng cường số lượng học sinh sẽ theo đuổi và nghiên cứu chuyên sâu về các lĩnh vực stem.
Quá trình sáng tạo có thể được nuôi dưỡng trong học sinh nhưng phải cần thời gian và học sinh cần được nhúng trong môi trường và không gian đặc thù để kích thích sự sáng tạo. Do vậy tiếp cận giáo dục STEM phải là tiếp cận liên ngành để tạo ra sự kết hợp hài hòa giữa các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học nhằm mang đến cho học sinh những trải nghiệm thực tế có ý nghĩa.
1.2.8. Quy trình thiết kể chủ đề 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 của bài học.

Bước 2: Xác định vấn đề cần giải quyết
Sau khi chọn chủ đề của bài học, cần xác định vấn đề cần giải quyết để giao cho học sinh thực hiện sao cho khi giải quyết vấn đề đó, học sinh phải học được những kiến thức, kĩ năng cần dạy trong chương trình môn học đã được lựa chọn (đối với STEM kiến tạo) hoặc vận dụng những kiến thức, kỹ năng đã biết (đối với STEM vận dụng) để xây dựng bài học
Bước 3: Xây dựng tiêu chí của thiết bị/giải pháp giải quyết vấn đề
Sau 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. Những tiêu chí này là căn cứ quan trọng để đề xuất giả thuyết khoa học/giải pháp giải quyết vấn đề/thiết kế mẫu sản phẩm.
Bước 4: Thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học.
Tiến trình tổ chức hoạt động dạy học được thiết kế theo các phương pháp và kĩ thuật dạy học tích cực với 5 hoạt động học sau đây. Mỗi hoạt động học được thiết kế rõ ràng về mục đích, nội dung và sản phẩm học tập mà học sinh, phải hoàn thành. Các hoạt động học đó có thể được tổ chức cả ở trong và ngoài lớp học ở trường, ở nhà và cộng đồng.
Hoạt động 1: Xác định vấn đề
Trong hoạt động này, Giáo viên giao cho học sinh nhiệm vụ học tập chứa đựng vấn đề, trong đó học sinh phải hoàn thành một sản phẩm học tập cụ thể với các tiêu chí đòi hỏi học sinh phải sử dụng kiến thức mới trong bài học để đề xuất, xây dựng giải pháp và thiết kế nguyên mẫu của sản phẩm cần hoàn thành. Tiêu chí của sản phẩm là yêu cầu hết sức quan trọng, bởi đó chính là “tính mới” của sản phẩm, kể cả sản phẩm đó là quen thuộc với học sinh; đồng thời, tiêu chí đó buộc học sinh phải nắm vững kiến thức mới thiết kế và giải thích được thiết kế cho sản phẩm cần làm.
– Mục đích: Xác định tiêu chí sản phẩm; phát hiện vấn đề/nhu cầu.
– Nội dung: Tìm hiểu về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ; đánh giá về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ…
– Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh: 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, sản phẩm, công nghệ).
– Cách thức tổ chức hoạt động: Giáo viên giao nhiệm vụ (nội dung, phương tiện, cách thực hiện, yêu cầu sản phẩm phải hoàn thành); Học sinh 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 giáo viên hỗ trợ).
Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp
Trong hoạt động này, học sinh thực hiện hoạt động học tích cực, tự lực dưới

sự hướng dẫn của Giáo viên. Trong bài học STEM sẽ không còn các “tiết học” thông thường mà ở đó giáo viên giảng dạy” kiến thức mới cho học sinh. Thay vào đó, học sinh phải tự tìm tòi, chiếm lĩnh kiến thức để sử dụng vào việc đề xuất, thiết kế sản phẩm cần hoàn thành. Kết quả là, khi học sinh hoàn thành bản thiết kế thì đồng thời học sinh cũng đã học được kiến thức mới theo chương trình học tương ứng.
– Mục đích: Hình thành kiến thức mới và đề xuất giải pháp,
– Nội dung: Nghiên cứu nội dung sách giáo khoa, tài liệu, thí nghiệm ghi nhận, hình thành kiến thức mới và đề xuất giải pháp/thiết kế.
– Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh: 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 thức tổ chức hoạt động: Giáo viên 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); Học sinh nghiên cứu sách giáo khoa, tài liệu, làm thí nghiệm (cá nhân nhóm); Báo cáo, thảo luận; Giáo viên điều hành, “chốt” kiến thức mới và hỗ trợ học sinh đề xuất giải pháp/thiết kế mẫu thử nghiệm.