SKKN Tổ chức dạy học một số bài dạy stem nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh lớp 10 thpt

A. MỞ ĐẦU
1. Lí do lựa chọn đề tài
Tổ chức dạy học theo bài dạy STEM là hình thức tổ chức dạy học mới, phù hợp với định hướng đổi mới chương trình giáo dục phổ thông 2018. Hoạt động STEM được đưa vào trong tiết dạy, có thể hướng đến mục tiêu hình thành kiến thức mới cho học sinh, cũng có thể là cũng cố hay ứng dụng kiến thức vừa học. Vì vậy tổ chức dạy học theo bài dạy STEM sẽ mang đến hứng thú cho học sinh. Các em sẽ mong chờ đến tiết học để vận hành sản phẩm của mình. Các em sẽ tự đánh giá mức độ hoàn thành sản phẩm của nhóm mình so với các nhóm khác và sẽ tự hoàn thiện lại sản phẩm. Qua quá trình nghiên cứu và chế tạo sản phẩm, các em sẽ hiểu hơn những kiến thức trong bài học của mình.
Dạy học theo bài dạy STEM phát triển nhiều kĩ năng cho học sinh. Thông qua bài dạy STEM, học sinh có quyền đưa ra giải pháp để giải quyết vấn đề, học sinh tìm tòi, khám phá và chia sẻ ý tưởng với nhau. Bài dạy STEM giúp tăng cường hoạt động nhóm, giúp phát triển năng lực giao tiếp và hợp tác cho học sinh, giúp các em tự lực chiếm lĩnh kiến thức và vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề. Vì vậy qua bài dạy STEM sẽ hình thành năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh, giúp các em biết phát hiện và giải quyết các vấn đề gặp phải trong học tập cũng như trong cuộc sống. Ngoài ra,việc các em có thể chế tạo những dụng cụ thí nghiệm đơn giản, các mô hình ứng dụng giúp các em hình thành kĩ năng thiết kế, chế tạo và vận hành nhằm giúp ích cho cuộc sống sau này của các em.
Tổ chức dạy học theo bài dạy STEM phù hợp với tiến trình dạy học và đặc thù môn vật lý THPT. Vật lý THPT là một trong những môn học khó học, khó hiểu, vì vậy một trong những nhiệm vụ quan trong của người giáo viên là phải làm thế nào để học sinh say mê và yêu thích môn học của mình. Bản thân luôn trăn trở, làm thế nào để các em học tập tích cực, chủ động và sáng tạo môn học của mình. Chính vì lý do này mà tôi đã cũng đồng nghiệp thiết kế kế hoạch và tổ chức dạy học các tiết dạy STEM nhằm mang lại sự hứng thú, say mê học tập cho các em. Với các sản phẩm STEM là những dụng cụ thí nghiệm đơn giản, những mô hình minh họa cũng cố kiến thức trực quan, các em sẽ chiếm lĩnh và hiểu sâu kiến thức mà các em vừa học được.
Thực trạng dạy học vật lý ở trường chúng tôi trong những năm gần đây, các thầy cô đã chú trọng đổi mới phương pháp dạy học. Tuy nhiên, qua điều tra thấy rằng số tiết dạy theo bài học STEM còn chưa nhiều và chưa đạt hiệu quả như mong muốn.
Vì những lí do đã nêu trên, chúng tôi quyết định chọn đề tài nghiên cứu khoa học là “TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ BÀI DẠY STEM NHẰM

PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHO HỌC SINH LỚP 10 THPT ”.
2. Mục đích nghiên cứu
Thiết kế và tổ chức dạy học một số tiết dạy STEM trong chương trình vật lý 10 THPT nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh giúp các em có khả năng phát hiện sớm và giải quyết các vấn đề trong thực tiễn cuộc sống.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
– Đề tài được thực hiện trong nội dung 2 bài thuộc chương trình Vật lý 10 THPT theo chương trình GDPT 2018
– Đối tượng: Học sinh lớp 10A7, 10A8.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu
Đề tài tập trung làm rõ một số vấn đề sau:
– Nghiên cứu lý luận và xác định một số biện pháp nâng cao năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh thông qua một số bài dạy STEM vật lý 10 THPT
– Tìm hiểu thực trạng về vận dụng bài học STEM vào vật lý ở một số trường phổ thông mà bản thân công tác.
– Nghiên cứu mục tiêu, cấu trúc, nội dung chương trình vật lý 10 THPT mới
– Đề xuất tiến trình dạy học một số bài dạy STEM thuộc chương trình vật lý 10 THPT nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh.
– Tổ chức dạy học và thực nghiệm sư phạm, đánh giá tính khả thi của kế hoạch đã xây dựng.
5. Phương pháp nghiên cứu
– Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu chương trình vật lý 10 mới THPT, nghiên cứu các tài liệu về dạy học phát triển năng lực, nghiên cứu cơ sở lý luận của bài dạy STEM
– Phương pháp thực nghiệm : Tổ chức thực nghiệm sư phạm để xem xét tính khả thi và hiệu quả của đề tài
– Phương pháp thu thập và xử lý số liệu.
6. Đóng góp của đề tài
6.1. Về lý luận
– Hệ thống hóa cơ sở lý luận về bài dạy STEM và phát triển phẩm chất, năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh trong dạy học vật lý ở trường phổ thông
– Đề xuất được một số biện pháp phát triển phẩm chất và năng lực cho học sinh trong dạy học vật lý ở trường phổ thông
6.2. Về thực tiễn

– Xây dựng được tiến trình dạy học theo lý thuyết bài dạy STEM một số bài trong chương trình vật lý 10 THPT theo hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh.
– Tổ chức dạy học các bài dạy STEM theo tiến trình đã xây dựng nhằm đưa hoạt động STEM vào trong tiết dạy vật lý 10 THPT. Qua bài dạy STEM giúp học sinh chủ động nghiên cứu SGK, lựa chọn giải pháp giải quyết vấn đề, thực hành thiết kế, chế tạo, thử nghiệm và chia sẻ, đánh giá, thảo luận và hoàn thiện sản phẩm dưới sự hướng dẫn của giáo viên.
B. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
CHƯƠNG I. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN BÀI DẠY STEM TRONG MÔN VẬT LÍ THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH
1.1. Bài dạy STEM.
1.1.1. Khái niệm bài dạy STEM
Bài dạy STEM (Bài học theo chủ đề STEM) là quá trình dạy học dưới sự tổ chức của giáo viên, học sinh 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 năng lực và phẩm chất cho học sinh. Trọng tâm bài dạy STEM khoa học là học sinh phải thiết kế và thực hiện được các thí nghiệm để phát hiện bản chất, quy luật , mối quan hệ của sự vật, hiện tượng đề cập trong bài học. Từ đó, tự các em rút ra kết luận có tính khoa học mà lẽ ra, giáo viên giảng dạy cho học sinh.
Căn cứ vào cơ sở lý thuyết áp dụng, bài dạy STEM có thể được chia làm 2 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, được xây dựng dựa trên hoạt động tích cực theo phương pháp khoa học 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 học sinh 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, dễ tiếp cận với chi phí tối thiểu.
Như vậy, tổ chức bài dạy STEM là một kiểu tổ chức dạy học theo đó việc học của học sinh giống như công việc của kĩ sư. Thông qua bài dạy STEM, học sinh được tự mình khám phá tri thức khoa học, vận dụng tri thức đó để thiết kế, chế tạo các sản phẩm giải quyết vấn đề đặt ra, phát triển tư duy thiết kê, năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo. Học tập là một quá trình tích cực. Trong dạy học GV cần tổ chức cho HS có thời gian cũng như không gian khám phá và trải nghiệm để có thể tiếp thu các nội dung học tập một cách tích cực.
1.1.2. Đặc điểm của bài dạy STEM
Việc đưa giáo dục STEM vào trường THPT 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
– Nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM
– Hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho HS
– Kết nối trường học với cộng đồng
– Hướng nghiệp, phân luồng
1.1.3. Các hình thức tổ chức bài dạy STEM
Bộ Giáo dục và Đào tạo đã đưa ra định hướng hai hình thức baid dạy STEM có thể triển khai ở trường phổ thông như sau:
– Bài dạy STEM khoa học
Là bài dạy STEM được thiết kế dựa trên quy trình khoa học. Bài dạy STEM khoa học hướng tới tìm tòi, khám phá bản chất, quy luật của sự vật hiện tượng trong thế giới tự nhiên.
Bài dạy STEM khoa học được sử dụng chủ yếu trong các môn khoa học tự nhiên (ở trung học cơ sở) và các môn vật lý, hóa học, sinh học ( ở trung học phổ thông) và được sử dụng chủ yếu trong hoạt động hình thành kiến thức mới của bài học.
Bài dạy STEM khoa học bao gồm 5 hoạt động chính, phản ánh được những bước chính trong quy trình khoa học. Đó là các hoạt động: (1) xác định vấn đề khoa học, đề xuất giả thuyết khoa học; (2)Thiết kế thực nghiệm kiểm chứng; (3) Lựa chọn phương án thực nghiệm; (4) Tổ chức thực nghiệm, thảo luận kết quả; (5) Báo cáo, đánh giá và điều chỉnh.
Bài dạy STEM kiểu này chú trọng hoạt động khám phá, tìm hiểu tự nhiên thông qua thực nghiệm khoa học, một trong những thành phần năng lực quan trọng trong chương trình giáo dục phổ thông 2018.
Trọng tâm của bào dạy STEM khoa học là học sinh phải thiết kế và thực hiện được các thí nghiệm để phát hiện bản chất, quy luật, mối quan hệ của sự vật hiện tượng đề cập trong bài học. Từ đó, tự các em rút ra các kết luận có tính khoa học mà lẽ ra, giáo viên giảng dạy cho học sinh.
Tổ chức bài dạy STEM khoa học thường diễn ra trong phòng học bộ môn, với đầy đủ các dụng cụ thí nghiệm, thực hành giúp học sinh thiết kế, triển khai các thí nghiệm khoa học với sự định hướng, giám sát của giáo viên, nhân viên thí nghiệm.
– Bài dạy STEM kĩ thuật: Là bài dạy STEM được thiết kế dựa trên quy trình thiết kế kĩ thuật. Bài dạy STEM kĩ thuật hướng tới phát hiện, đề xuất giải pháp giải quyết vấn đề trong thực tiễn trên cơ sở vận dụng các nguyên lí khoa học, toán và công nghệ hiện có.
Bài dạy STEM kĩ thuật được sử dụng trong các môn học của lĩnh vực STEM, là sự kết hợp giữa tìm tòi nguyên lý khoa học và vận dụng nó trong thiết kế, chế tạo các sản phẩm giải quyết vấn đề đặt ra hay đáp ứng nhu cầu của người sử dụng.
Cấu trúc bài dạy STEM kĩ thuật gồm 5 hoạt động chính trên cơ sở quy trình 8 bước của hoạt động thiết kế kĩ thuật. Đó là các hoạt động : (1) Xác định vấn đề thiết kế, chế tạo; (2) Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp thiết kế; (3) Lựa chọn giải pháp thiết kế; (4) Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá; (5) Chia sẻ, thảo luận và điều chỉnh.
Bài dạy STEM kĩ thuật chú trọng thiết kế, chế tạo; định hướng sản phẩm giải quyết vấn đề đặt ra. Bên cạnh tử duy sáng tạo và giải quyết vấn đề, bài dạy STEM kĩ thuật yêu cầu học sinh có năng lực khám phá khoa học; năng lực về kĩ thuật, công nghệ trong vẽ thiết kế sản phẩm, lựa chọn và gia công vật liệu cơ khí; thiết kế, lập trình và lắp ráp mạch điện điều khiển và tự động hóa, in 3D, công nghệ IoT, Robotics…
Việc học của học sinh giống như công việc của các kĩ sư. Thông qua bài dạy STEM kĩ thuật, học sinh được tự mình khám phá tri thức khoa học, vận dụng tri thức đó để thiết kế, chế tạo các sản phẩm giải quyết vấn đề đặt ra, phát triển tư duy thiết kế, năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo.
Tổ chức thực hiện bài dạy STEM kĩ thuật thường kết hợp giữa hoạt động trên lớp và hoạt động ngoài giờ học. Trong đó các hoạt động xác định vấn đề; lựa chọn giải pháp; chia sẻ, thảo luận và điều chỉnh thường được bố trí trên lớp, có sự điều khiển, giám sát của giáo viên. Các hoạt động còn lại diễn ra ở phòng bộ môn, phòng thực hành STEM, câu lạc bộ, hay các cơ sở giáo dục, trải nghiệm kĩ thuật, công nghệ ngoài nhà trường.
1.1.4. Quy trình bài dạy STEM
Việc thiết kế và trình bày bài dạy STEM có thể tham khảo hướng dẫn tại công văn số 5512/BGDĐT – GDTrH, ngày 18/12/2020 của Bộ Giáo Dục và Đào Tạo về việc xây dựng và tổ chức thực hiện kế hoạch giáo dục của nhà trường. Bên cạnh đó, Bài dạy STEM cũng cần phản ánh tính đặc thù khi tiến trình dạy học dựa trên quy trình thiết kế kĩ thuật và được tổ chức thành 5 hoạt động chính.Việc xây dựng bài dạy STEM được thực hiện dựa trên việc phân tích định hướng về nội dung, môn học chủ đạo cùng các yêu cầu cần đạt, nhiệm vụ của học sinh, những nội dung tích hợp của các lĩnh vực STEM. Trên cơ sở đó, giáo viên đề ra mục tiêu bài dạy STEM, lựa chọn hoạt động dạy học, phương tiện thiết bị dạy học, và ý tưởng về các phương pháp, kĩ thuật dạy học sẽ sử dụng một cách phù hợp. Quy trình xây dựng bài dạy STEM có thể dựa trên các bước cơ bản sau đây:
– Lựa chọn nội dung dạy học
Nội dung bài dạy STEM có thể lựa chọn bằng cách:
– Dựa vào những nội dung kiến thức trong chương trình môn học và các hiện tượng, quá trình gắn với các kiến thức đó trong thực tiễn;
– Xuất phát từ việc đáp ứng một số nhu cầu thiết thực trong sinh hoạt hằng ngày, trong sản xuất, trong cuộc sống, trong học tập;
– Thông qua những câu chuyện về các phát minh, sáng chế của các nhà khoa học nổi tiếng dẫn đến nhu cầu mong muốn thử nghiệm, chứng minh thông qua các bài dạy STEM;
– Tham khảo ý tưởng từ những bài học, hoạt động, dự án có sẵn trong các nguồn tài liệu trong nước và quốc tế ( sách, báo, internet…).
– Xác định vấn đề cần giải quyết
Dựa trên nội dung bài dạy STEM dự định triển khai, có thể đưa ra một tình huống có vấn đề mang tính thực tiễn khiến học sinh có nhu cầu thực hiện một nhiệm vụ cụ thể để giải quyết vấn đề. Nhiệm vụ học tập phải bao gồm các yêu cầu cụ thể về sản phẩm mà để hoàn thành nhiệm vụ, học sinh cần liên hệ và vận dụng kiến thức các môn học thuộc lĩnh vực STEM. Tình huống đặt ra cần có tiềm năng trong việc khuyến khích học sinh hoạt động và vận dụng kiến thức của nhiều môn học khác nhau, có tính khả thi về thời gian, phù hợp với năng lực của học sinh, điều kiện cơ sở vật chất của nhà trường và địa phương,..Ngoài ra, các tình huống cũng cần phù hợp với sở trường, đặc điểm của đối tượng học sinh, tạo ra sự quan tâm, húng thú của học sinh thông qua việc thấy được ý nghĩa và lợi ích của việc thực hiện.
– Xây dựng tiêu chí sản phẩm/giải pháp giải quyết vấn đề
Tiêu chí của sản phẩm trong bài dạy STEM là yếu tố quan trọng có vai trò định hướng mục tiêu, nội dung và cách thức tổ chức các hoạt động trong bài dạy. Các tiêu chí đặt ra cho sản phẩm giúp học sinh là căn cứ để đề xuất giải pháp giải quyết vấn đề cũng như lập kế hoạch để thực hiện hoạt động chế tạo sản phẩm.
Giáo viên cần xác định các tiêu chí cụ thể cho sản phẩm sao cho:

– Học sinh huy động kiến thức đã học (với bài dạy STEM vận dụng) hoặc khám phá được kiến thức mới (đối với bài dạy STEM kiến tạo) mới có thể đáp ứng các yêu cầu sản phẩm học tập giáo viên đưa ra.
– Học sinh vận dụng kiến thức và kinh nghiệm thực tiễn để đề xuất được các giải pháp có tính khoa học và khả thi; chế tạo sản phẩm; cải tiến, phát triển sản phẩm.
– Thông qua việc thực hiện các hoạt động thiết kế trong bài dạy, học sinh có cơ hội phát triển các năng lực chung cốt lõi như tự chủ và tự học, giao tiếp và hợp tác, giải quyết vấn đề và sáng tạo.