SKKN Tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM chủ đề bài học Máy phát điện xoay chiều – Động cơ không đồng bộ ba pha chương trình Vật lý 12 THPT

PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ
1. Lý do chọn đề tài
Nhân loại đang bước vào thế kỉ XXI, một kỉ nguyên bùng nổ tri thức và sự phát triển như vũ bão nền khoa học kĩ thuật công nghệ. Cuộc cách mạng số 4.0 đã tác động mạnh mẽ đến nhiều lĩnh vực, nhiều khía cạnh trong đời sống xã hội, trong đó đặc biệt không thể thiếu một nguồn nhân lực chất lượng cao, năng động, sáng tạo, có đủ khả năng cạnh tranh trí tuệ để thích ứng với nền kinh tế tri thức và đáp ứng với sự phát triển khoa học kĩ thuật. Đứng trước bối cảnh đó, trong những năm gần đây, Đảng và Nhà nước ta không ngừng quan tâm và coi trọng đến sự nghiệp phát triển giáo dục và đào tạo. Trong nghị quyết số 29-NQ/TW về “đổi mới căn bản toàn diện về giáo dục và đào tạo” đã được hội nghị Trung ương 8 khóa XI thông qua có quan điểm chỉ đạo: “Chuyển mạnh quá trình giáo dục từ chủ yếu trang bị kiến thức sang phát triển toàn diện năng lực và phẩm chất người học. Phải đổi mới mạnh mẽ phương pháp dạy và học theo hướng hiện đại, coi trọng dạy cách học; phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và vận dụng kiến thức, kĩ năng của người học; khắc phục lối truyền đạt áp đặt một chiều, ghi nhớ máy móc.” Như vậy, giáo dục bây giờ nếu chỉ dừng lại ở mục tiêu truyền đạt kiến thức, hình thành kĩ năng, thái độ cho học sinh thì chưa đủ, mà còn hơn thế nữa là phải giúp người học hình thành hệ thống các phẩm chất, năng lực để đáp ứng với mục tiêu đào tạo con người trong xã hội mới phù hợp với nhu cầu nguồn nhân lực lao động chất lượng cao trong thời đại mới. Điều đó dẫn tới xu thế tất yếu và cấp bách chúng ta cần đổi mới phương pháp giảng dạy.
Chương trình giáo dục phổ thông mới (GDPT 2018) được xây dựng nhằm mục đích phát triển toàn diện năng lực, phẩm chất của người học. Bên cạnh xây dựng các môn học thì hoạt động trải nghiệm, hướng nghiệp cũng là một trong những nội dung quan trọng trong chương trình GDPT mới theo Thông tư 32/2018/TT-BGDĐT ngày 26/12/2018 của Bộ Giáo dục và Đào tạo ban hành chương trình giáo dục phổ thông. Việc đưa các hoạt động trải nghiệm vào chương trình giảng dạy sẽ tạo cơ hội cho học sinh huy động, tổng hợp kiến thức, kỹ năng của các môn học, các lĩnh vực giáo dục khác nhau để có thể trải nghiệm thực tiễn trong nhà trường, gia đình và xã hội. Giúp các em có cơ hội để tham gia các hoạt động phục vụ cộng đồng và hoạt động hướng nghiệp. Đồng thời, chương trình giáo dục phổ thông tổng thể cũng chỉ rõ việc coi trọng và tăng cường hoạt động theo định hướng giáo dục STEM là một đổi mới căn bản của chương trình giáo dục phổ thông mới. Trong đó, phương pháp giáo dục STEM được biết đến như là một giải pháp hiệu quả trong dạy học phát triển tư duy sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề mà chương trình giáo dục phổ thông mới đang hướng đến. Thông qua các hoạt động STEM, học sinh không những lĩnh hội được các kiến thức khoa học mà còn phát triển được các năng lực cần thiết, phát triển tư duy sáng tạo, tư duy phê phán, khả năng giải quyết vấn đề.
Nội dung kiến thức chủ đề bài học Máy phát điện xoay chiều – Động cơ điện trong chương trình Vật lý 12 có vai trò và ý nghĩa to lớn trong đời sống và kĩ thuật. Ứng dụng của máy phát điện và động cơ điện có mặt khắp mọi nơi, từ các thiết bị trong gia đình cho đến các nhà máy, khu công nghiệp. Tuy nhiên, nội dung này lại nằm ở chương trình vật lý 12 là năm học cuối cấp đối với học sinh THPT. Trong quá trình dạy học khối 12 những năm gần đây tại địa phương tôi và kết quả tìm hiểu các trường THPT lân cận, bản thân tôi nhận thấy, hầu như giáo viên và học sinh khi dạy và học chủ đề này đều chú trọng tới phương pháp dạy các bài tập tính toán, các mẹo giải nhanh làm bài để thi THPT Quốc gia, học sinh không có cơ hội trải nghiệm STEM và tham gia nghiên cứu khoa học nên nhiều em chưa nắm rõ được nguyên lý hoạt động của máy móc và vận hành máy phát điện khi có sự cố mất điện, không thể chuẩn đoán và khắc phục các thiết bị điện bị hỏng hóc trong gia đình như quạt điện, máy bơm nước…. Phương pháp dạy học ôn thi chưa tạo ra sự hứng thú, khơi dậy niềm đam mê Vật lý, tư duy sáng tạo cho học sinh. Vì vậy, nếu hướng tới tổ chức học sinh hoạt động trải nghiệm bằng phương pháp dạy học STEM sẽ mang lại kết quả giúp người học hình thành các kĩ năng và năng lực cốt lõi, phẩm chất cần thiết và khơi dậy niềm đam mê, yêu thích bộ môn Vật lý, đồng thời tạo tiền đề trong tương lai sẽ cung cấp một nguồn nhân lực chất lượng cao góp phần thực hiện công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước trong xu thế hội nhập toàn cầu. Xuất phát từ các thực trạng và lý do trên, tôi đã lựa chọn đề tài: “Tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM chủ đề bài học Máy phát điện xoay chiều – Động cơ không đồng bộ ba pha chương trình Vật lý 12 THPT” làm đề tài nghiên cứu và vận dụng để góp phần vào công cuộc đổi mới phương pháp dạy học Vật lý trong trường phổ thông tại địa phương nhằm nâng cao chất lượng dạy học đáp ứng với chương trình GDPT mới.
2. Đối tượng nghiên cứu
– Đối tượng nghiên cứu: Học sinh lớp 12 Trường THPT Quỳnh Lưu 2. Quá trình dạy Vật lý ở trường phổ thông.
– Phạm vi nghiên cứu: Chương Dòng điện xoay chiều thuộc chương trình
Vật lý 12 THPT
3. Phương pháp nghiên cứu
– Phương pháp nghiên cứu lý luận
+ Nghiên cứu các tài liệu về lý luận dạy học, chương trình GDPT mới nhằm tìm hiểu lý thuyết về hoạt động trải nghiệm, giáo dục STEM
+ Nghiên cứu chương trình, sách giáo khoa, từ đó thiết kế các hoạt động dạy học sao cho phù hợp
– Phương pháp điều tra, khảo sát thực tế
+ Tìm hiểu thực trạng dạy học và phương pháp giảng dạy chủ đề Máy phát điện- Động cơ điện Vật lý 12 tại trường THPT Quỳnh Lưu 2 bằng: dự giờ, trao đổi với giáo viên, sử dụng phiếu điều tra….
+ Phương pháp thống kê, xử lý số liệu từ đó đưa ra các kết luận và giải pháp thực hiện
– Phương pháp thực nghiệm sư phạm
+ Tiến hành thực nghiệm sư phạm
+ Xử lý kết quả thực nghiệm, đưa ra kết luận về tính hiệu quả của đề tài
4. Nhiệm vụ nghiên cứu
– Phân tích cơ sở lý luận và thực tiễn về việc tổ chức hoạt động trải nghiệm, cơ sở lý luận về dạy học STEM nhằm định hướng phát triển phẩm chất, năng lực cho HS trong dạy học Vật lý ở trường phổ thông.
– Tìm hiểu thực trạng về dạy học STEM và tổ chức các hoạt động trải nghiệm STEM trong trường THPT Quỳnh Lưu 2
– Đề xuất và đưa ra các biện pháp đưa hoạt động trải nghiệm STEM vào môn Vật lý ở trường THPT hiện nay.
– Xây dựng chủ đề minh hoạ theo hướng giáo dục STEM
– Thực nghiệm sư phạm và đánh giá kết quả nghiên cứu
5. Đóng góp mới của đề tài
– Về mặt lý luận: góp phần làm rõ cơ sở lý luận về việc tổ chức cho học sinh các hoạt động trải nghiệm STEM theo định hướng chương trình giáo dục THPT mới
– Về mặt thực tiễn:
+ góp phần giúp học sinh hình thành các năng lực: giao tiếp và hợp tác; giải quyết vấn đề và sáng tạo; năng lực toán học, khoa học, công nghệ và tin học… và giúp học sinh hình thành phẩm chất: trách nhiệm, trung thực… khi sử dụng tiết kiệm và có hiệu quả các nguồn năng lượng, thiết bị điện
+ góp phần xây dựng các kế hoạch dạy học theo định hướng giáo dục STEM, kế hoạch các hoạt động ngoại khoá trải nghiệm, định hướng nghề nghiệp cho học sinh trong tương lai
+ góp phần bổ sung thêm hồ sơ dạy học STEM tại địa phương để phục vụ giảng dạy chủ đề Máy phát điện- động cơ điện Vật lý 12 nhằm phát triển năng lực cho học sinh, đồng thời là nguồn tư liệu cho các đồng nghiệp và học sinh tham khảo.

PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ HOẠT ĐỘNG DẠY
HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG STEM
1.1. Khái niệm giáo dục STEM [1], [2], [3]
STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ science (khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học). Thuật ngữ STEM ban đầu được sử dụng khi bàn đến các chính sách phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học của Hoa Kì. Thuật ngữ này lần đầu tiên được giới thiệu bởi Quỹ Khoa học Hoa kỳ (NSF) vào năm 2001 chỉ đơn giản là cách viết tắt thay cho các lĩnh vực này.
Trong ngữ cảnh giáo dục và trên bình diện thế giới, STEM được hiểu với nghĩa là giáo dục STEM trong đó:
– Khoa học (Science): Là lĩnh vực nhằm phát triển khả năng vận dụng các kiến thức, kĩ năng khoa học (Vật lí, hóa học, sinh học và khoa học trái đất) của học sinh, không chỉ giúp học sinh hiểu về thế giới tự nhiên mà còn có thể vận dụng kiến thức, kĩ năng đó để giải quyết các vấn đề trong cuộc sống hằng ngày một cách khoa học.
– Công nghệ (Technology): Là lĩnh vực nhằm phát triển khả năng hiểu và đánh giá công nghệ của học sinh. Nó cung cấp cho học sinh những cơ hội để hiểu về công nghệ được phát triển như thế nào, cung cấp cho học sinh những kĩ năng để có thể phân tích được sự ảnh hưởng của công nghệ mới tới cuộc sống hằng ngày của học sinh và của cộng đồng.
– Kĩ thuật (Engineering): Là lĩnh vực nhằm phát triển sự hiểu biết sự hiểu biết ở học sinh về cách công nghệ đang phát triển thông qua quy trình thiết kế kĩ thuật. Kĩ thuật cung cấp cho học sinh những cơ hội để tích hợp kiến thức của nhiều lĩnh vực, giúp cho những khái niệm liên quan trở nên tường minh trong cuộc sống của họ. Kĩ thuật cũng cung cấp cho học sinh những kĩ năng có thể vận dụng sáng tạo kiến thức khoa học và toán học trong quá trình thiết kế các đối tượng, các hệ thống hay xây dựng các quy trình sản xuất.
– Toán học (Mathematics): Là lĩnh vực nhằm phát triển ở học sinh khả năng phân tích, biện luận và truyền đạt ý tưởng một cách hiệu quả thông qua việc tính toán và giải thích, các giải pháp giải quyết các vấn đề toán học trong các tình huống đặt ra.
Như vậy, Giáo dục STEM được hiểu 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.
1.2. Vai trò, ý nghĩa của giáo dục STEM [3], [4]
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 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 giáo viên, 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, học sinh 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, học sinh 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, trường 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 phổ thông, học sinh sẽ được trải nghiệm trong các lĩnh vực STEM, xác định 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 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 4.0.
1.3. Xu thế tất yếu dạy học STEM trong thời gian tới [3], [5]
Ngày 4/5/2017, Thủ tướng Chính phủ ban hành Chỉ thị số 16/CT-TTg về việc tăng cường năng lực tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư. Chỉ thị của Thủ tướng đề ra những giải pháp và nhiệm vụ thúc đẩy giáo dục STEM tại Việt Nam, mà một trong các giải pháp đó là: “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 thúc đẩy đào tạo về khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học (STEM), ngoại ngữ, tin học trong Chương trình GDPT”. Điều này cho thấy tầm quan trọng của giáo dục STEM ở phổ thông. Nối tiếp và tăng cường việc triển khai chỉ thị 16/CT-TTg của thủ tướng chính phủ, ngày 14/08/2020, Bộ giáo dục và đào tạo ban hành công văn số: 3089/BGDĐT-GDTrH (2020), V/v triển khai thực hiện giáo dục STEM trong giáo dục trung học. Công văn nêu rõ mục đích tăng cường triển khai áp dụng giáo dục STEM trong giáo dục trung học và hướng dẫn chi tiết các hình thức tổ chức, nội dung, xây dựng và thực hiện giáo dục STEM nhằm góp phần thực hiện mục tiêu của chương trình 2018. Như vậy, có thể thấy trong chương trình GDPT 2018, giáo dục STEM vừa mang nghĩa thúc đẩy giáo dục các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật, và toán học vừa thể hiện phương pháp tiếp cận liên môn, phát triển năng lực và phẩm chất người học.
Về phía Sở Giáo dục Đào tạo Nghệ An số 1602/SGD&ĐT-GDTrH cũng nói rõ trong mục đổi mới hình thức dạy học cần: Đa dạng hóa các hình thức tổ chức dạy học. Ngoài việc tổ chức cho học sinh thực hiện các nhiệm vụ học tập ở trên lớp, cần coi trọng giao nhiệm vụ và hướng dẫn học sinh học tập ở nhà, ở ngoài nhà trường; tăng cường các hoạt động trải nghiệm; tổ chức dạy học gắn liền với di sản văn hóa, với các hoạt động sản xuất, kinh doanh, dịch vụ ở địa phương; sử dụng các hình thức dạy học trên cơ sở ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông. Xây dựng và tổ chức thực hiện các chủ đề tích hợp liên môn, nhất là những chủ đề xây dựng theo tỉnh thần giáo dục tích hợp khoa học – công nghệ – kỹ thuật – toán (STEM) trong việc thực hiện CT GDPT ở những môn học liên quan. Khuyến khích mỗi nhóm chuyên môn xây dựng một chủ đề giáo dục STEM, tập trung vào mức độ “Dạy học các môn khoa học theo phương thức giáo dục STEM”. Gần đây nhất Sở Giáo dục Nghệ An có Công văn số: 1841/SGD&ĐT-GDTrH ngày 7/10/2019 về việc hướng dẫn thực hiện giáo dục STEM trong trường trung học từ năm học 2019-2020. Công văn nói rõ: 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, qua đó phát triển cho học sinh 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. 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. Giáo dục STEM đảm bảo giáo dục toàn diện, nâng cao hứng thú học tập các môn học, hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho học sinh, kết nối trường học với cộng đồng, góp phần hướng nghiệp, phân luồng.
1.4. Các hình thức tổ chức giáo dục STEM ở trường phổ thông [3], [4]
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.