SKKN Thiết kế chủ đề STEM nhằm phát triển năng lực vận dụng kiến thức và kỹ năng tự học cho học sinh khi dạy bài: “Định nghĩa và ý nghĩa của đạo hàm” – Đại số và Giải tích 11

PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ
1. Lý do chọn đề tài
Tại Nghị quyết Hội nghị lần thứ 8 của Ban Chấp hành Trung ương Đảng (Khoá XI) xác định nội dung đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo với các định hướng như sau: “Tiếp tục đổi mới mạnh mẽ phương pháp dạy và học theo hướng hiện đại; phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và vận dụng kiến thức, kỹ năng của người học; khắc phục lối truyền thụ áp đặt một chiều, ghi nhớ máy móc; tập trung dạy cách học, cách nghĩ, khuyến khích tự học, tạo cơ sở để người học tự cập nhật và đổi mới tri thức, kỹ năng, phát triển năng lực; chuyển từ học chủ yếu trên lớp sang tổ chức hình thức học tập đa dạng, chú ý các hoạt động xã hội, ngoại khóa, nghiên cứu khoa học; đẩy mạnh ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông trong dạy và học”.
Để thực hiện những định hướng nêu trên, các trường THPT đã và đang từng bước đổi mới nội dung, phương pháp, hình thức tổ chức dạy học và kiểm tra đánh giá theo định hướng năng lực người học, nhằm nâng cao chất lượng giáo dục, đáp ứng nguồn nhân lực phục vụ sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, đáp ứng yêu cầu hội nhập quốc tế. Đổi mới phương pháp dạy học hướng đến việc giúp người học ‘‘Học để biết, học để làm, học để cùng chung sống và học để tự khẳng định mình’’
Đồng thời, trước xu hướng phát triển của cuộc cách mạng 4.0, ngày 4/7/2017 thủ tướng chính phủ đã ban hành chỉ thị số 16/CT-TTg về tăng cường năng lực tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4. Thủ tướng đã đặt ra giải pháp cho ngành giáo dục như sau: 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 cận các xu thế công nghệ sản xuất mới, trong đó cần tập trung vào thúc đẩy đào tạo về khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học (STEM), ngoại ngữ, tin học trong chương trình giáo dục phổ thông… nhằm tạo ra nguồn lao động đáp ứng yêu cầu của cuộc cách mạng Công nghiệp lần thứ 4 đưa Việt Nam trở thành quốc gia Công nghiệp hóa, hiện đại hóa và hội nhập quốc tế sâu rộng.
Là giáo viên giảng dạy môn Toán bậc THPT nhiều năm, cùng với tinh thần học hỏi, mạnh dạn đổi mới phương pháp dạy học, mong muốn giúp học sinh hình thành và phát triển năng lực, biết vận dụng kiến thức đã học vào giải quyết các vấn đề thực tiễn đồng thời giúp học sinh hứng thú trong vấn đề nghiên cứu khoa học. Chúng tôi đã chọn đề tài : Thiết kế chủ đề STEM nhằm phát triển năng lực vận dụng kiến thức và kỹ năng tự học cho học sinh khi dạy bài: “Định nghĩa và ý nghĩa của đạo hàm” – Đại số và Giải tích 11 với mục đích chuyển hóa kiến thức, kỹ năng, thái độ thành năng lực và hơn hết là truyền cảm hứng học tập, phát triển năng lực vận dụng kiến thức và kỹ năng đã học vào thực tiễn trong cuộc sống. Mong muốn góp phần nâng cao chất lượng dạy và học cho học sinh

THPT và đó cũng là cách thể hiện nhận thức của chúng tôi về vấn đề đổi mới giáo dục.
2. Mục đích nghiên cứu
Thiết kế chủ đề giáo dục STEM trong dạy học bài ‘‘ Định nghĩa và ý nghĩa của đạo hàm’’ – Đại số và giải tích 11CB nhằm nâng cao sự liên hệ giữa môn Toán học và môn Vật Lý về mặt lý thuyết và thực tiễn của người học góp phần thực hiện hiệu quả đổi mới phương pháp dạy học. Phát huy tính tích cực, chủ động, phát triển phẩm chất và năng lực của người học, đồng thời hạn chế sự áp đặt, truyền thụ kiến thức một chiều của người dạy. Nghiên cứu phương pháp tổ chức, hỗ trợ người học tự lực và tích cực lĩnh hội tri thức, khả năng giải quyết vấn đề, khả năng giao tiếp, khả năng làm việc nhóm, phát triển những năng lực chuyên biệt của bộ môn.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
Trên cơ sở mục đích nghiên cứu, đề tài xác định nhiệm vụ đi sâu nghiên cứu làm rõ:
– Dạy học theo định hướng phát triển năng lực.
– Dạy học STEM
– Thiết kế chủ đề giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực vận dụng kiến thức và kỹ năng tự học cho học sinh khi dạy học bài ‘‘ Định nghĩa và ý nghĩa của đạo hàm’’ – Đại số và giải tích 11CB.
– Tiến hành thực nghiệm, thử nghiệm tại đơn vị công tác và các đơn vị khác.
– Khảo nghiệm kết quả thử nghiệm của đề tài thông qua lấy ý kiến của các đồng nghiệp và học sinh.
4. Phạm vi nghiên cứu
– Áp dụng đối với học sinh khối 11– ban cơ bản tại đơn vị công tác, trong hai năm học: 2020 – 2021 và 2021 – 2022.
– Xây dựng và thiết kế chủ đề giáo dục STEM khi dạy học bài ‘‘ Định nghĩa và ý nghĩa của đạo hàm’’ – Đại số và Giải tích 11CB
5. Phương pháp nghiên cứu
Trong đề tài này, chúng tôi tiến hành các phương pháp nghiên cứu sau: Phương pháp nghiên cứu tài liệu; phương pháp chuyên gia; phương pháp quan sát; phương pháp thực nghiệm sư phạm; phương pháp nghiên cứu các sản phẩm hoạt động (thông qua các bài tập, bài kiểm tra của học sinh); phương pháp phân tích, tổng hợp; phương pháp thống kê.
6. Những đóng góp của đề tài
Đề tài góp phần định hướng dạy học một số chủ đề Toán THPT theo định hướng phát triển năng lực học sinh tiếp cận với giáo dục STEM.

Đề tài làm sáng tỏ việc dạy học phát triển năng lực hợp tác nhóm bằng tổ chức các trò chơi.
Đề tài áp dụng dạy học theo định hướng thực tiễn, góp phần kích thích hứng thú học tập môn Toán, môn Vật Lý của học sinh, đưa môn Toán học trở về với thực tiễn đời sống, giúp học sinh có được những trải nghiệm có ý nghĩa.
Đề tài đã hình thành và phát triển các năng lực toàn diện, vận dụng linh hoạt kiến thức đã học vào thực tiễn lao động sản xuất tại địa phương, từ đó, hình thành kỹ năng sống, rèn luyện và nâng cao các năng lực (nhất là năng lực giải quyết vấn đề và năng lực nghiên cứu khoa học) và phát triển các phẩm chất cần thiết hiện nay.

PHẦN II: NỘI DUNG
I. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
1. Năng lực.
1.1. Khái niệm năng lực: Năng lực là khả năng vận dụng kiến thức, kinh nghiệm kĩ năng, thái độ và hứng thú để hành động một cách phù hợp và có hiệu quả trong các tình huống đa dạng của cuộc sống
Chương trình giáo dục định hướng phát triển năng lực còn gọi là dạy học định hướng kết quả đầu ra, ngày nay đã trở thành xu hướng giáo dục quốc tế.
1.2. Mô hình thành phần năng lực giáo dục theo UNESCO

Các thành phần năng lực Các trụ cột giáo dục của UNESO

Năng lực chuyên môn  Học để biết
Năng lực phương pháp
Học để làm

Năng lực xã hội  Học để cùng chung sống

Năng lực cá thể
Học để tự khẳng định
Dạy học định hướng phát triển năng lực không chỉ chú ý tích cực hóa HS về hoạt động trí tuệ mà còn chú ý rèn luyện năng lực giải quyết vấn đề gắn với những tình huống của cuộc sống, đồng thời gắn hoạt động trí tuệ với hoạt động thực tiễn. Tăng cường việc học tập theo nhóm đổi mới quan hệ GV- HS theo hướng cộng tác có ý nghĩa quan trọng nhằm phát triển năng lực xã hội. Bên cạnh việc học tập những tri thức và kỹ năng riêng lẻ của các môn học chuyên môn các chủ đề học tập phức hợp nhằm phát triển năng lực giải quyết các vấn đề phức hợp.
1.3. Những loại năng lực cần chú trọng rèn luyện cho HS trong quá trình dạy học
1.3.1. Nhóm năng lực chung, gồm:
* Năng lực tự học
– Xác định được nhiệm vụ học tập, đặt ra mục tiêu học tập

– Lập kế hoạch học tập.
– Nhận ra và điều chỉnh lại sai sót của bản thân, điều chỉnh
* Năng lực giải quyết vấn đề
– Phân tích được tình huống trong học tập.
– Xác định và biết tìm hiểu thông tin liên quan, đề xuất giải pháp để giải quyết vấn đề.
– Thực hiện giải quyết vấn đề
* Năng lực sáng tạo
– Đặt câu hỏi khác nhau về một hiện tượng.
– Hình thành ý tưởng dựa trên thông tin đã cho
– Suy nghĩ khái quát và hình thành tiền trình thực hiện
– Hứng thú, tự do trong suy nghĩ, chủ động nêu ý kiến.
* Năng lực tự quản lý
– Nhận ra được các yếu tố tác động đến hành động của bản thân trong học tập và trong giao tiếp hàng ngày; kiềm chế được cảm xúc của bản thân trong các tình huống ngoài ý muốn.
– Ý thức được quyền lợi và nghĩa vụ của mình
– Tự đánh giá, tự điều chỉnh những hành động của bản thân
– Đánh giá được hình thể của bản thân so với chuẩn về: chiều cao, cân nặng,….
* Năng lực giao tiếp
– Bước đầu đặt ra mục tiêu giao tiếp và hiểu được vai trò quan trong của việc trước khi giao tiếp.
– Khiêm tốn, lăng nghe tích cực trong giao tiếp; nhận ra được bối cảnh giao tiếp, đặc điểm, thái độ của đối tượng giao tiếp.
– Diễn đạt được ý tưởng một cách tự tin.
* Năng lực hợp tác
– Chủ động đề xuất mục đích hợp tác khi được giao nhiệm vụ được giao
– Biết trách nhiệm, vai trò cảu mình trong nhóm với công việc cụ thể
– Nhận biết được đặc điểm khả năng của từng thành viên, giao việc cho từng người
– Chủ động và gương mẫu hoàn thành việc được giao
– Biết dựa vào mục đích đặt ra để tổng kết hoạt động chung của nhóm, nêu mặt được, mặt thiếu sót của cá nhân và của cả nhóm.

* Năng lực sử dung công nghệ thông tin và truyền thông
– Sử dụng đúng cách, thành thạo các phần mềm ứng dụng…
– Xác định được thông tin cần thiết để thực hiện nhiệm vụ học tập…
* Năng lực sử dụng ngôn ngữ
– Nghe hiểu nội dung chính hay nội dung chi tiêt các bài đối thoại…
– Phát âm đúng nhịp điệu và ngữ điệu…
* Năng lực tính toán
– Sử dụng được các phép tính (cộng , trừ…)
– Sử dụng các thuật ngữ….
– Hiểu và biểu diễn được các mối quan hệ..
– Sử dụng được các dụng cụ….
1.3.2. Nhóm năng lực đặc thù trong môn Toán học
*Năng lực tư duy và lập luận toán học
– Thực hiện được các thao tác tư duy như: so sánh, phân tích, tổng hợp, đặc biệt hoá, khái quát hoá, tương tự; quy nạp, diễn dịch.
– Chỉ ra được chứng cứ, lí lẽ và biết lập luận hợp lí trước khi kết luận.
– Giải thích hoặc điều chỉnh được cách thức giải quyết vấn đề về phương diện toán học.
* Năng lực mô hình hoá toán học
– Xác định được mô hình toán học (gồm công thức, phương trình, bảng biểu, đồ thị,…) cho tình huống xuất hiện trong bài toán thực tiễn.
– Giải quyết được những vấn đề toán học trong mô hình được thiết lập.
– Thể hiện và đánh giá được lời giải trong ngữ cảnh thực tế và cải tiến được mô hình nếu cách giải quyết không phù hợp.
* Năng lực giải quyết vấn đề toán học
– Nhận biết, phát hiện được vấn đề cần giải quyết trong môn Toán.
– Lựa chọn, đề xuất được cách thức, giải pháp giải quyết vấn đề.
– Sử dụng được các kiến thức, kĩ năng toán học tương thích (bao gồm các công cụ và thuật toán) để giải quyết vấn đề đặt ra.
– Đánh giá được giải pháp đề ra và khái quát hoá được cho vấn đề tương tự.
* Năng lực giao tiếp toán học
– Nghe hiểu, đọc hiểu và ghi chép được các thông tin toán học cần thiết được trình bày dưới dạng văn bản toán học hay do người khác nói hoặc viết ra.

– Trình bày, diễn đạt (nói hoặc viết) được các nội dung, ý tưởng, giải pháp toán học trong sự tương tác với người khác (với yêu cầu thích hợp về sự đầy đủ, chính xác).
– Sử dụng được hiệu quả ngôn ngữ toán học (chữ số, chữ cái, kí hiệu, biểu đồ, đồ thị, các liên kết logic,…) kết hợp với ngôn ngữ thông thường hoặc động tác hình thể khi trình bày, giải thích và đánh giá các ý tưởng toán học trong sự tương tác (thảo luận, tranh luận) với người khác.
– Thể hiện được sự tự tin khi trình bày, diễn đạt, nêu câu hỏi, thảo luận, tranh luận các nội dung, ý tưởng liên quan đến toán học.
* Năng lực sử dụng công cụ, phương tiện học toán.
– Nhận biết được tên gọi, tác dụng, quy cách sử dụng, cách thức bảo quản các đồ dùng, phương tiện trực quan thông thường, phương tiện khoa học công nghệ (đặc biệt là phương tiện sử dụng công nghệ thông tin), phục vụ cho việc học Toán.
– Sử dụng được các công cụ, phương tiện học toán, đặc biệt là phương tiện khoa học công nghệ để tìm tòi, khám phá và giải quyết vấn đề toán học (phù hợp với đặc điểm nhận thức lứa tuổi).
– Nhận biết được các ưu điểm, hạn chế của những công cụ, phương tiện hỗ trợ để có cách sử dụng hợp lí.
2. Năng lực vận dụng kiến thức và kỹ năng tự học
2.1. Năng lực vận dụng kiến thức
2.1.1. Khái niệm về năng lực vận dụng kiến thức

‘‘Năng lực vận dụng kiến thức toán học vào thực tiễn là khả năng hệ thống hóa và phân loại kiến thức, hiểu rõ đặc điểm, nội dung thuộc tính của loại kiến thức đó để lựa chọn kiến thức phù hợp với mỗi hiện tượng, tình huống cụ thể xảy ra trong cuộc sống, tự nhiên và xã hội’’.
2.1.2. Các thành tố của năng lực vận dụng kiến thức
Cũng như các loại năng lực khác, NLVDKT được cấu thành bởi:
– Hệ thống kiến thức mà người học có được.
– Khả năng quan sát, phân tích tình huống.
– Khả năng tìm ra giải pháp để giải quyết tình huống.
– Xây dựng kế hoạch để giải quyết tình huống.
– Thực hiện kế hoạch, rút kinh nghiệm.
2.1.3. Các biểu hiện của năng lực vận dụng kiến thức
Theo chúng tôi, NLVDKT của HS THPT với các biểu hiện như sau:

– Nêu đúng các kiến thức về tình huống cần giải quyết.
– Phân tích được tình huống; phát hiện được vấn đề đặt ra của tình huống.
– Lập kế hoạch để giải quyết tình huống đặt ra.
– Xác định được và biết tìm hiểu các thông tin liên quan đến tình huống.
– Đưa ra được giải pháp giải quyết tình huống.
– Đặt ra các tình huống mới, trao đổi với bạn bè, thầy cô và tiến hành giải quyết tình huống đó.
– Bước đầu nghiên cứu khoa học.
2.1.4. Một số biện pháp phát triển năng lực vận dụng kiến thức cho học sinh
– Trước hết, giáo viên cần trang bị cho học sinh của mình nền tảng kiếnthức cơ bản một cách vững chắc. Đưa ra các tình huống để học sinh vận dụng kiến thức theo các cấp độ từ dễ đến khó, tăng cường các tình huống gắn liền với bối cảnh cụ thể (thực tiễn đời sống, thí nghiệm thực hành), tăng cường câu hỏi mở, câu hỏi yêu cầu học sinh sử dụng kiến thức nhiều bài, nhiều lĩnh vực, câu hỏi tích hợp.
– Tạo điều kiện cho HS tự đưa ra các tình huống cần giải quyết cho các bạn cùng nhóm, lớp.
– Khuyến khích học sinh lập nhóm, cùng tìm hiểu, nghiên cứu một số vấn đề mang tính thực tế, cấp thiết: lập kế hoạch, thực nghiệm, báo cáo kết quả (dù thành công hay thất bại).
2.2. Kỹ năng tự học
2.2.1. Khái niệm kỹ năng tự học
Kỹ năng tự học là quá trình tự trau dồi kiến thức không chỉ từ sách vở mà còn từ các trải nghiệm trong cuộc sống.
2.2.2 Phương pháp rèn luyện kỹ năng tự học hiệu quả
– Có kế hoạch và mục tiêu học tập rõ ràng: Có kế hoạch thì phải có mục tiêu, đó là động lực để học tập tốt hơn. Người học cần phải biết mình học vì cái gì, từ đó mới có hướng đi đứng đắn.
– Có phương pháp học tập: Để có kiến thức hay và bổ ích người học phải có phương pháp hay, khoa học, phù hợp với bản thân.
– Kỷ luật khi học: Đó là cách tốt nhất để rèn luyện kỹ năng tự học.
– Chủ động tìm kiếm tài liệu: Người học không nên chỉ tiếp thu kiến thức từ một nguồn như giáo viên cung cấp, sách vở…mà cần tìm kiếm tài liệu từ nhiều nguồn khác nhau như sách, báo, các trang mạng, các thí nghiệm, trải nghiệm thực tế…
– Tự kiểm tra kiến thức đã học: Một trong những kỹ năng quan trọng giúp học tập hiệu quả cao hơn chính là tự kiểm tra kiến thức của mình như: tự làm bài kiểm tra, liệt kê các nội dung chính, vẽ biểu đồ, bản đồ tư duy.
– Học cách ghi nhớ: Tìm ra cách giúp bản thân ghi nhớ nhanh nhất.
– Chọn lọc thông tin kiến thức: Kỹ năng quan trọng giúp người học không bị nhấn chìm trong lượng kiến thức mênh mông.
– Hiểu sâu và thường xuyên ôn lại: Việc hiểu sâu kiến thức giúp người học luôn nhớ và biết cách áp dụng. Ngoài ra thường xuyên ôn lại giúp người học không bị quên kiến thức.
3. Giáo dục STEM
3.1. Khái niệm giáo dục STEM
STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ tiếng Anh: Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (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. Các kiến thức và kĩ năng này được lồng ghép, tích hợp và bổ trợ cho nhau giúp HS phát triển năng lực giải quyết vấn đề, tạo ra được những sản phẩm trong cuộc sống hằng ngày.
Theo UNESCO: “Giáo dục STEM là chìa khóa hướng đến sáng tạo và sự tăng trưởng kinh tế trong thế giới kết nối mạng, nơi mà con người được bao quanh bởi công nghệ và sáng tạo”.
3.2. Mục tiêu của giáo dục STEM
– Thứ nhất, đưa trải nghiệm sáng tạo vào trong quá trình học tập. Học sinh được học trên cơ sở dự án, được giao nhiệm vụ theo từng dự án, từ đó phát huy tối đa khả năng tư duy sáng tạo và ứng dụng các kiến thức khoa học vào cuộc sống. Bên cạnh kiến thức khoa học, học sinh cũng được thấm dần các thói quen tư duy, nhìn nhận và đánh giá hiện tượng, sự kiện một cách logic.
– Thứ hai, đem lại sự hứng thú trong học tập. Nhiệm vụ giao cho học sinh phải đủ hấp dẫn để kích thích trí sáng tạo và tò mò. Để đạt được điều này, ngoài thiết kế bài giảng thì người giáo viên STEM cũng đóng vai trò vô cùng quan trọng, giúp duy trì sự hứng thú học tập của học sinh trong quá trình học tập. Vì vậy, cách thức truyền tải kiến thức và hướng dẫn học sinh trên lớp của giáo viên phải được đào tạo thật bài bản.
– Thứ ba, ở trong cách đánh giá năng lực học sinh. Thay vì những bài thi quyết định kết quả học tập của một cá nhân, giáo dục STEM đánh giá sự tiến bộ của nhóm theo một quá trình. Trong đó, học sinh được cọ xát, tranh luận, bảo vệ ý kiến của bản thân cũng như tạo thói quen hợp tác với các thành viên trong nhóm.