SKKN Thiết kế và tổ chức dạy học STEM chủ đề “ Moment lực. Cân bằng của vật rắn” nhằm phát triển phẩm chất, năng lực cho học sinh

Phần 1: ĐẶT VẤN ĐỀ
1. Lý do chọn đề tài
Mục tiêu của Chương trình giáo dục phổ thông 2018 là giúp học sinh phát triển toàn diện về đạo đức, trí tuệ, thể chất, thẩm mỹ và các kỹ năng cơ bản, phát triển năng lực cá nhân, tính năng động và sáng tạo.
Theo Chương trình giáo dục phổ thông 2018, 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 nhằm trang bị cho học sinh những kiến thức khoa học gắn liền với ứng dụng của chúng trong thực tiễn. Giúp học sinh thấy được ý nghĩa và tầm quan trọng của môn học, tạo hứng thú, sự quan tâm, thôi thúc học sinh chủ động học tập và làm việc hiệu quả, góp phần giáo dục hướng nghiệp, tạo cơ hội để học sinh tìm hiểu và xem xét các lĩnh vực nghề nghiệp theo nhiều góc độ để lựa chọn nghề nghiệp phù hợp với bản thân.
Vật lí có nhiều ưu thế trong việc thúc đẩy và triển khai giáo dục STEM. Sản phẩm, quá trình công nghệ được tạo ra thông qua giáo dục STEM góp phần phát triển năng lực nghiên cứu theo chu trình khoa học và chu trình kĩ thuật một cách trọn vẹn. Việc dạy học vật lí gắn với quá trình thực hiện bài học STEM tạo cơ hội mở cả về không gian và thời gian, tận dụng được sự hỗ trợ của cộng đồng, của hệ thống Internet, góp phần thúc đẩy, hỗ trợ giáo viên và học sinh đáp ứng được mục tiêu của Chương trình giáo dục phổ thông mới. Tuy nhiên, theo khảo sát tại địa phương, giáo dục STEM vẫn chưa được nhân rộng. Nguyên nhân do tài liệu tham khảo, hướng dẫn còn hạn chế. Đã có nhiều cuốn sách và luận văn đề cập đến dạy học STEM trong bộ môn vật lí nhưng các tài liệu này chủ yếu đề cập đến dạy học theo hình thức trải nghiệm STEM, chưa đi sâu vào hướng dẫn thiết kế tiến trình dạy học STEM trong từng tiết học cụ thể.
Nội dung chủ đề “ Moment lực. Cân bằng của vật rắn” có thể tổ chức dạy học theo hình thức STEM, tuy nhiên, theo tôi tìm hiểu, chưa có tài liệu nào hướng dẫn thực hiện dạy học chủ đề này theo hình thức STEM.
Từ những lí do trên, tôi mạnh dạn đề xuất sáng kiến với đề tài: “Thiết kế và tổ chức dạy học STEM chủ đề “ Moment lực. Cân bằng của vật rắn” nhằm phát triển phẩm chất, năng lực cho học sinh”.
2. Đóng góp của đề tài
– Về lí luận:
+ Làm sáng tỏ cơ sở lí luận về giáo dục STEM, vai trò của giáo dục STEM trong Chương trình giáo dục phổ thông 2018.
+ Đưa ra được quy trình xây dựng bài dạy STEM và các bước thiết kế tiến trình dạy học STEM.
+ Đưa ra được bộ công cụ đánh giá để đánh giá sự phát triển phẩm chất, năng lực của học sinh trong quá trình dạy học STEM.
– Về thực tiễn:
+ Đề tài góp phần đánh giá được thực trạng của việc giáo dục STEM trong dạy học Vật lí ở trường THPT.
+ Xây dựng được logic hình thành kiến thức và quy trình dạy học STEM chủ đề “Moment lực. Cân bằng của vật rắn” theo cả quy trình khoa học và quy trình kĩ thuật.
+ Thiết kế được chuỗi các hoạt động học dạy học STEM chủ đề “ Moment lực. Cân bằng của vật rắn”.
+ Đề tài đã bổ sung các mục tiêu phát triển năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí, năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo, phát triển năng lực số cho học sinh trong thời đại công nghệ 4.0 hiện nay.
+ Tổ chức thực nghiệm dạy học STEM chủ đề “ Moment lực. Cân bằng của vật rắn”.
+ Đề ra một số giải pháp trong việc nâng cao hiệu quả vận dụng giáo dục STEM trong dạy học.
+ Thông qua nội dung đề tài đóng góp thêm tài liệu tham khảo với các bạn đồng nghiệp giảng dạy bộ môn Vật lí nói chung về đổi mới PPDH nhằm giúp học sinh phát triển toàn diện về đạo đức, trí tuệ, thể chất, thẩm mỹ đáp ứng mục tiêu chương trình giáo dục phổ thông 2018.
Với những kết quả đem lại khi thực hiện đề tài này đã cho tôi thấy rằng việc dạy học Vật lí theo định hướng STEM trong giai đoạn hiện nay là rất cấp thiết và khả thi. Bằng trình độ và sự tâm huyết đối với nghề tôi tin rằng mọi GV đều có thể thiết kế và tổ chức dạy học STEM một cách có hiệu quả.

Phần 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ CƠ SỞ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
I. Cơ sở lí luận.
1. Một số vấn đề cơ bản về giáo dục STEM.
1.1. Một số khái niệm 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. Hiện nay, thuật ngữ này được dùng chủ yếu trong hai ngữ cảnh là giáo dục và nghề nghiệp.
Trong ngữ cảnh giáo dục, đề cập tới STEM là muốn nhấn mạnh đến sự quan tâm của nền giáo dục đối với các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học; chú trọng đến dạy học các môn học STEM theo tiếp cận tích hợp liên môn, gắn với thực tiễn, hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực người học.
Trong ngữ cảnh nghề nghiệp, STEM được sử dụng khi đề cập tới ngành nghề thuộc hoặc liên quan đến các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học. Đây là những ngành nghề có vai trò quyết định tới sức cạnh tranh của một nền kinh tế, đang và sẽ có nhu cầu cao trong xã hội hiện đại.
1.1.2. Giáo dục STEM
a. Khái niệm về giáo dục STEM
Với những tiếp cận khác nhau, giáo dục STEM được hiểu và triển khai theo những cách khác nhau.
– Một là, TƯ TƯỞNG ( chiến lược, định hướng) giáo dục, bên cạnh định hướng giáo dục toàn diện, THÚC ĐẨY giáo dục 4 lĩnh vực: Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học với mục tiêu “định hướng và chuẩn bị nguồn nhân lực đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các ngành nghề liên quan tới các lĩnh vực STEM, nhờ đó, nâng cao sức cạnh tranh của nền kinh tế”.
– Hai là, phương pháp TIẾP CẬN LIÊN MÔN (khoa học, công nghệ, kĩ thuật, toán) trong dạy học với mục tiêu: (1) Nâng cao hứng thú học tập các môn học thuộc lĩnh vực STEM; (2) Vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các vấn đề thực tiễn;
(3) Kết nối trường học và cộng đồng; (4) Định hướng hành động, trải nghiệm trong học tập; (5) Hình thành và phát triển năng lực và phẩm chất người học.
b. Mục tiêu của giáo dục STEM
Giáo dục STEM trong trường phổ thông hướng tới mục tiêu:
– Thúc đẩy giáo dục các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học trên tất cả các phương diện về chương trình, đội ngũ giáo viên, cơ sở vật chất và chính sách; nâng cao nhận thức của nhà trường, xã hội về vai trò, ý nghĩa của các môn học thuộc lĩnh vực STEM trong trường phổ thông.
– Thu hút sự quan tâm, nâng cao hứng thú và chất lượng học tập của học sinh về những môn học này.
– Kết hợp với hoạt động giáo dục hướng nghiệp và định hướng phân luồng, nâng cao tỉ lệ học sinh có xu hướng lựa chọn nghề nghiệp thuộc các lĩnh vực STEM, đáp ứng yêu cầu về nguồn nhân lực STEM cho sự nghiệp công nghiệp hóa – hiện đại hóa và phát triển kinh tế xã hội của đất nước.
c. Vai trò, ý nghĩa giáo dục STEM trong trường phổ thông
Việc đưa giáo dục STEM vào trường phổ thông mang lại nhiều ý nghĩa, phù hợp với định hướng đổi mới giáo dục phổ thông. Cụ thể là:
– Đảm bảo giáo dục toàn diện
Triển khai giáo dục STEM ở nhà trường, bên cạnh duy trì sự quan tâm các môn học thuộc lĩnh vực toán, khoa học, các lĩnh vực công nghệ, kĩ thuật cũng sẽ được quan tâm, đầu tư trên tất cả các phương diện về đội ngũ giáo viên, chương trình, cơ sở vật chất để giáo dục STEM đạt hiệu quả mong muốn.
– Nâng cao hứng thú học tập các môn học thuộc lĩnh vực STEM
Các hoạt động giáo dục STEM hướng tới việc vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các vấn đề thực tiễn, học sinh được hoạt động, trải nghiệm và thấy được nghĩa của tri thức với cuộc sống, nhờ đó sẽ nâng cao hứng thú học tập của học sinh đối với các môn học thuộc lĩnh vực STEM và xuất hiện xu hướng lựa chọn nghề nghiệp phù hợp.
– Hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho học sinh
Khi triển khai các bài dạy STEM, học sinh được hợp tác với nhau, chủ động và tự lực thực hiện các nhiệm vụ học; được làm quen với hoạt động có tính chất nghiên cứu khoa học, kĩ thuật. Các hoạt động nêu trên góp phần tích cực vào hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực cho học sinh. Đó là các năng lực chung cốt lõi (tự chủ và tự học, giao tiếp và hợp tác, giải quyết vấn đề và sáng tạo); các năng lực đặc thù như năng lực toán học, năng lực khoa học, năng lực công nghệ và năng lực tin học.
– Kết nối trường học với cộng đồng
Để đảm bảo triển khai hiệu quả giáo dục STEM, cơ sở giáo dục phổ thông cần kết nối với các cơ sở giáo dục nghề nghiệp, giáo dục đại học, cơ sở nghiên cứu, cơ sở sản xuất tại địa phương nhằm khai thác nguồn lực về con người, cơ sở vật chất, tài chính 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.
– Hướng nghiệp, phân luồng
Hướng nghiệp và phân luồng là một trong những vấn đề rất quan trọng của giáo dục phổ thông. Triển khai tốt hoạt động này, không chỉ giúp học sinh lựa chọn được nghề nghiệp phù hợp với bản thân và gia đình, mà còn giúp định hướng lực lượng lao động cho những ngành nghề xã hội đang có nhu cầu. Với mục tiêu ban đầu của giáo dục STEM là phát triển nguồn nhân lực thuộc các lĩnh vực này, thì giáo dục STEM ở trường phổ thông phải kết nối chặt chẽ với giáo dục hướng nghiệp và phân luồng.
Tổ chức tốt giáo dục STEM ở trường phổ thông, học sinh 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. Qua đó, học sinh có được lựa chọn nghề nghiệp đúng đắn. Thực hiện tốt giáo dục STEM ở trường phổ thông cũng là cách thức thu hút học sinh 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.
1.2. Giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông 2018
1.2.1. Định hướng giáo dục STEM trong Chương trình giáo dục phổ thông 2018
Trong Chương trình giáo dục phổ thông 2018, giáo dục STEM vừa mang nghĩa thúc đẩy giáo dục các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học vừa thể hiện phương pháp tiếp cận liên môn, phát triển năng lực và phẩm chất người học. Cụ thể là:
*Theo tiếp cận thúc đẩy giáo dục các lĩnh vực STEM
– Chương trình giáo dục phổ thông 2018 có đầy đủ các môn học thuộc lĩnh vực STEM. Đó là môn Toán, các môn Khoa học tự nhiên, môn Công nghệ và môn Tin học.
– Chương trình môn Toán chú trọng vận dụng toán học vào thực tiễn, dành thời lượng đáng kể cho các hoạt động trải nghiệm trong môn học. Quan điểm này là cơ sở tổ chức các hoạt động giáo dục STEM trong quá trình dạy học môn Toán.
– Vị trí, vai trò của môn Công nghệ và môn Tin học trong Chương trình giáo dục phổ thông 2018 đã được nâng cao rõ rệt. Điều này không chỉ thể hiện rõ tư tưởng giáo dục STEM mà còn là sự điều chỉnh kịp thời của giáo dục phổ thông trước cuộc Cách mạng công nghiệp 4.0.
– Việc hình thành nhóm môn Công nghệ và Nghệ thuật ở giai đoạn giáo dục định hướng nghề nghiệp cùng với quy định lựa chọn 5 môn học trong 3 nhóm, trong đó mỗi nhóm chọn ít nhất một môn sẽ đảm bảo mọi học sinh đều được học các môn học thuộc lĩnh vực STEM.
*Theo tiếp cận liên môn trong dạy học các lĩnh vực STEM
– Có nhiều chủ đề STEM trong chương trình môn học tích hợp ở giai đoạn giáo dục cơ bản như các môn Tự nhiên và Xã hội, Khoa học, Tin học và Công nghệ (ở tiểu học), môn Khoa học tự nhiên (ở trung học cơ sở).
– Có các chuyên đề học tập về STEM, nghề nghiệp STEM ở lớp 10, 11, 12 trong các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán; các hoạt động trải nghiệm dưới hình thức câu lạc bộ nghiên cứu khoa học, trong đó có các hoạt động nghiên cứu STEM.
– Tính mở của Chương trình giáo dục phổ thông 2018 cũng cho phép một số nội dung giáo dục STEM có thể được xây dựng thông qua nội dung giáo dục địa phương, kế hoạch giáo dục nhà trường; qua những chương trình, hoạt động STEM được triển khai, tổ chức thông qua hoạt động xã hội hóa giáo dục.
1.2.2. Định hướng giáo dục STEM trong môn Vật lí cấp trung học phổ thông
Thúc đẩy và triển khai giáo dục STEM là một trong những ưu thế của môn Vật lí trong Chương trình giáo dục phổ thông 2018. Giáo dục môn Vật lí thông qua giáo dục STEM luôn mang tính tích hợp, có ý nghĩa thực tiễn, liên hệ chặt chẽ với toán học và các môn khoa học khác. Đặc điểm này là cơ sở để tăng cường giáo dục STEM ngay trong dạy học môn Vật lí dựa vào các hoạt động nghiên cứu theo quy trình khoa học, quy trình thiết kế kĩ thuật, hoạt động nghiên cứu khoa học kĩ thuật.