SKKN Thiết kế và tổ chức dạy học theo định hướng stem chủ đề phương pháp giải một số bài toán toàn mạch – môn vật lí 11

PHẦN I. ĐẶT VẤN ĐỀ
1. Lý do chọn đề tài
Thực hiện Nghị quyết số 29-NQ/TW ngày 04/11/2013 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, thực hiện Chỉ thị số 16/CT-TTG ngày 04/5/2017 của Thủ tướng chính phủ về việc tăng cường năng lực tiếp cận Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4, 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 công nghệ sản xuất mới, trong đó cần tập trung vào cuộc 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…”.
Giáo dục STEM theo Chương trình giáo dục phổ thông năm 2018 (Bộ Giáo dục và Đào tạo) được hiểu là “mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp HS áp dụng các kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học vào giải quyết một số vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể”. Như vậy, giáo dục STEM về bản chất được hiểu là trang bị cho người học những kiến thức và kỹ năng cần thiết liên quan đến các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học. Các kiến thức và kỹ năng này phải được tích hợp, lồng ghép và bổ trợ cho nhau, giúp HS không chỉ hiểu biết về nguyên lý mà còn có thể thực hành và tạo ra được những sản phẩm trong cuộc sống hằng ngày.
Giáo dục STEM nhằm chuẩn bị cho HS những cơ hội, cũng như thách thức trong nền kinh tế cạnh tranh toàn cầu của thế kỉ 21. Bên cạnh những hiểu biết về các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học, HS sẽ được phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo, năng lực giao tiếp và hợp tác, năng lực tự chủ và tự học.
Giáo dục STEM sẽ tạo cho HS có những kiến thức, kỹ năng mang tính nền tảng cho việc học tập ở các bậc học cao hơn cũng như cho nghề nghiệp trong 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.
Ở trường trung học phổ thông, Vật Lí là môn học thuộc nhóm môn Khoa học tự nhiên, giúp HS tiếp tục phát triển các phẩm chất, năng lực đã được định hình trong giai đoạn giáo dục cơ bản, củng cố các phẩm chất, kỹ năng cốt lõi, tạo điều kiện để HS bước đầu nhận biết đúng năng lực, sở trường của bản thân, có thái độ tích cực đối với môn học.
Việc áp dụng giáo dục STEM, hoạt động trải nghiệm sẽ giúp cho phương pháp dạy học phát huy năng lực làm việc nhóm, tự học, của người học nói chung và phát huy năng lực thực nghiệm nói riêng, sẽ được giải quyết một cách dễ dàng hơn.

Xuất phát từ yêu cầu đổi mới dạy học, từ chương trình giáo dục phổ thông mới, từ ý nghĩa thực tiễn của áp dụng phương pháp STEM trong dạy học Vật Lí bậc THPT nên chúng tôi đã chọn đề tài: “Thiết kế và tổ chức dạy học theo định hướng STEM chủ đề phương pháp giải một số bài toán toàn mạch – Vật Lí 11” THPT theo định hướng hình thành và phát triển năng lực cho học sinh.
2. Mục đích, nhiệm vụ của đề tài
– Ứng dụng việc dạy học STEM trong Vật Lí 11 – phần định luật Ôm toàn mạch.
– Đưa ra giải pháp xây dựng, lập kế hoạch bài dạy và tiến hành dạy STEM trong bộ môn Vật Lí học bậc THPT, tìm những yếu tố ảnh hưởng đến việc khai thác hiệu quả tiết dạy học theo phương pháp STEM hiện nay.
– Thông qua thiết kế và soạn – giảng – vận dụng phương pháp STEM cho chủ đề: Phương pháp giải một số bài toán toàn mạch – Vật Lí 11 bậc THPT để hướng tới các mục tiêu bài học, rèn lyện các kĩ năng tiến trình khoa học như: tự nghiên cứu tài liệu, hoạt động nhóm, thu thập thông tin dữ liệu; xử lý thông tin (so sánh, sắp xếp, phân loại, liên hệ…); suy luận, áp dụng, chủ động tiến hành hoạt động STEM, liên hệ thực tiễn.
3. Đối tượng, phạm vi, thời gian nghiên cứu
3.1. Đối tượng
– HS khối 11 tại trường THPT Lê Hồng Phong.
– Môn Vật Lí 11 – THPT.
3.2. Phạm vi nghiên cứu.
– Lớp 11C, 11D1, 11D2 trường THPT Lê Hồng Phong.
– Kiến thức bài 8,9, 11chương II – SGK Vật Lí 11 bậc THPT.
3.3. Kế hoạch thời gian thực hiện.

Thời gian Nội dung

Tháng 9/2022 – 12/2022 Viết đề cương và triển khai sáng kiến trong giai đoạn thử nghiệm, khảo sát và đánh giá kết quả đạt được.
Tháng 1/2023 – 03/2023 Hoàn thiện sáng kiến kinh nghiệm.
4. Phương pháp nghiên cứu
4.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
4.2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn
5. Đóng góp mới của đề tài
– Đề tài: “Thiết kế và tổ chức dạy học theo định hướng Stem chủ đề phương

pháp giải một số bài toán toàn mạch – Vật Lí 11” là sự vận dụng phương pháp STEM trong dạy học một cách linh hoạt, sáng tạo, phù hợp với mục tiêu của chương trình giáo dục phổ thông mới, phát triển các kỹ năng: làm việc nhóm, tự học, vận dụng kiến thức.
– Đề tài đóng góp mới về thiết kế hoàn chỉnh kế hoạch bài dạy chủ đề giải toán toàn mạch bằng phương pháp STEM sau khi đã thực nghiệm, hiệu chỉnh.
– Đề tài giúp HS tiếp cận – phát huy kỹ năng tự thiết kế, tự lấy số liệu, vận dụng kiến thức để tính toán, và làm mô hình của một số mạch điện kín Vật Lí 11 chương trình hiện hành và có thể áp dụng cho chương trình mới 2018 phần điện một chiều (tương tự như thực hành với dụng cụ thật).
PHẦN II. NỘI DUNG
I. CỞ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN
1. Cơ sở lí luận
1.1. Cơ sở pháp lí
– Theo Công văn số 5512/BGDĐT-GDTrH [1] về việc xây dựng và tổ chức thực hiện kế hoạch giáo dục của nhà trường.
– Theo Công văn số 3089/ BGDĐT-GDTrH [2] về hướng dẫn một số nội dung thực hiện giáo dục STEM và tổ chức, quản lý hoạt động giáo dục STEM trong trường trung học.
1.2.1. Khái niệm về giáo dục STEM
* STEM [3] 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, 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. “Science” trong chu trình STEM được mô tả bởi một mũi tên từ “Technology” sang “Knowledge” thể hiện quy trình sáng tạo khoa học. Đứng trước thực tiễn với “Công nghệ” hiện tại, các nhà khoa học, với năng lực tư duy phản biện, luôn đặt ra những câu hỏi/vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện công nghệ, đó là các câu hỏi/vấn đề khoa học. Trả lời các câu hỏi khoa học hoặc giải quyết các vấn đề khoa học sẽ phát minh ra các “Kiến thức” khoa học. Ngược lại, “Engineering” trong chu trình STEM được mô tả bởi một mũi tên từ “Knowledge” sang “Technology” thể hiện quy trình kĩ thuật. Các kĩ sư sử dụng “Kiến thức” khoa học để thiết kế, sáng tạo ra công nghệ mới. Như vậy, trong chu trình STEM, “Science” được hiểu không chỉ là “Kiến thức” thuộc các môn khoa học (như Vật lí, Hoá học, Sinh học) mà bao hàm “Quy trình khoa học” để phát minh ra kiến thức khoa học mới. Tương tự như vậy, “Engineering” trong chu STEM không chỉ là “Kiến thức” thuộc lĩnh vực “Kĩ thuật” mà bao hàm”Quy trình kĩ thuật” để sáng tạo ra “Công nghệ” mới. Hai quy trình nói trên tiếp nối nhau, khép kín thành chu trình sáng tạo khoa học – kĩ thuật theo mô hình “xoáy ốc” mà cứ sau mỗi chu trình thì lượng kiến thức khoa học tăng lên và cùng với nó là công nghệ phát triển ở trình độ cao hơn.
Phỏng theo chu trình STEM, giáo dục STEM đặt HS trước những vấn đề thực tiễn (“công nghệ” hiện tại) cần giải quyết, đòi hỏi HS phải tìm tòi, chiếm lĩnh kiến thức khoa học và vận dụng kiến thức để thiết kế và thực hiện giải pháp giải quyết vấn đề (“công nghệ” mới). Như vậy, mỗi bài học STEM sẽ đề cập và giao cho HS giải quyết một vấn đề tương đối trọn vẹn, đòi hỏi HS phải huy động kiến thức đã có và tìm tòi, chiếm lĩnh kiến thức mới để sử dụng. Quá trình đó đòi hỏi HS phải thực hiện theo “Quy trình khoa học” (để chiếm lĩnh kiến thức mới) và “Quy trình kĩ thuật” để sử dụng kiến thức đó vào việc thiết kế và thực hiện giải pháp (“công nghệ” mới) để giải quyết vấn đề. Đây chính là sự tiếp cận liên môn trong giáo dục STEM, dù cho kiến thức mới mà HS cần phải học để sử dụng trong một bài học STEM cụ thể có thể chỉ thuộc một môn học.
1.2.2. Vai trò, ý nghĩa của giáo dục STEM
Việc đưa giáo dục STEM vào trường trung học 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 các môn học đang được quan tâm như Toán, Khoa học, các lĩnh vực Công nghệ, Kỹ thuật cũng sẽ được quan tâm, đầu tư trên tất cả các phương diện về đội ngũ GV, chương trình, cơ sở vật chất.
– Nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM: Các dự án học tập trong giáo dục STEM hướng tới việc vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các vấn đề thực tiễn, HS được hoạt động, trải nghiệm và thấy được ý nghĩa của tri thức với cuộc sống, nhờ đó sẽ nâng cao hứng thú học tập của học sinh.
– Hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho học sinh: Khi triển khai các dự án học tập STEM, HS hợp tác với nhau, chủ động và tự lực thực hiện các nhiệm vụ học; được làm quen hoạt động có tính chất nghiên cứu khoa học. Các hoạt động nêu trên góp phần tích cực vào hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực cho học sinh.
– Kết nối trường học với cộng đồng: Để đảm bảo triển khai hiệu quả giáo dục STEM, cơ sở giáo dục phổ thông thường kết nối với các cơ sở giáo dục nghề nghiệp, đại học tại địa phương nhằm khai thác nguồn lực về con người, cơ sở vật chất 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: Tổ chức tốt giáo dục STEM ở trường trung học, HS 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. Thực hiện tốt giáo dục STEM ở trường trung học cũng là cách thức thu hút HS 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.
1.2.3. Hình thức tổ chức giáo dục STEM
Như đã nói ở trên giáo dục STEM là một phương thức giáo dục nhằm trang bị cho HS những kiến thức khoa học gắn liền với ứng dụng của chúng trong thực tiễn, qua đó phát triển cho HS năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề cùng với những năng lực khác tương ứng, đáp ứng được yêu cầu của sự phát triển kinh tế – xã hội. Các hình thức – mức độ áp dụng giáo dục STEM trong giáo dục phổ thông như sau:
a, Dạy học các môn khoa học theo phương thức giáo dục STEM.
Đây là hình thức tổ chức giáo dục STEM chủ yếu trong nhà trường. Theo cách này, các bài học, hoạt động giáo dục STEM được triển khai ngay trong quá trình dạy học các môn học STEM theo tiếp cận liên môn. Các chủ đề, bài học, hoạt động STEM bám sát chương trình của các môn học thành phần. Hình thức giáo dục STEM này không làm phát sinh thêm thời gian học tập.
b, Tổ chức các hoạt động trải nghiệm STEM
Trong hoạt động trải nghiệm STEM, HS được khám phá các thí nghiệm, ứng dụng khoa học, kỹ thuật trong thực tiễn đời sống. Qua đó, nhận biết được ý nghĩa của Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học đối với đời sống con người, nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM. Đây cũng là cách thức để thu hút sự quan tâm của xã hội tới giáo dục STEM.
Để tổ chức thành công các hoạt động trải nghiệm STEM, cần có sự tham gia, hợp tác của các bên liên quan như trường trung học, cơ sở giáo dục nghề nghiệp, các trường đại học, doanh nghiệp.
Trải nghiệm STEM còn có thể được thực hiện thông qua sự hợp tác giữa trường trung học với các cơ sở giáo dục đại học, giáo dục nghề nghiệp. Theo cách này, sẽ kết hợp được thực tiễn phổ thông với ưu thế về cơ sở vật chất của giáo dục đại học và giáo dục nghề nghiệp.
Các trường trung học có thể triển khai giáo dục STEM thông qua hình thức câu lạc bộ. Tham gia câu lạc bộ STEM, HS được học tập nâng cao trình độ, triển khai các dự án nghiên cứu, tìm hiểu các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM. Đây là hoạt động theo sở thích, năng khiếu của học sinh.
c, Tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học, kĩ thuật
Giáo dục STEM có thể được triển khai thông qua hoạt động nghiên cứu khoa học và tổ chức các cuộc thi sáng tạo khoa học kỹ thuật. 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, kỹ thuật giải quyết các vấn đề thực tiễn.
Tổ chức tốt hoạt động câu lạc bộ STEM cũng là tiền đề phát triển hoạt động sáng tạo khoa học kỹ thuật và triển khai các dự án nghiên cứu trong khuôn khổ cuộc thi khoa học kỹ thuật dành cho HS trung học. Bên cạnh đó, tham gia câu lạc bộ STEM và nghiên cứu khoa học, kĩ thuật là cơ hội để HS thấy được sự phù hợp về năng lực, sở thích, giá trị của bản thân với nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM.