SKKN Vận dụng dạy học theo định hướng giáo dục STEM chương Dòng điện xoay chiều Vật lý 12 – THPT

PHẦN 1. ĐẶT VẤN ĐỀ
1. Lí do chọn đề tài
Trong những năm gần đây, công tác dạy học ở trường THPT đã có những chuyển biến khá mạnh mẽ về phương pháp tổ chức dạy học theo hướng lấy người học làm trung tâm, giáo viên chỉ là người tổ chức, cố vấn, định hướng hoạt động cho học sinh; học đi đôi với hành; lí thuyết gắn liền với thực tiễn. Tuy nhiên, nhìn chung hình thức tổ chức dạy học chủ yếu vẫn diễn ra trong phòng học nên việc giải quyết các vấn đề thực tiễn cũng chỉ còn đang ở hình thức trên giấy hoặc bằng lời nói mà chưa được tiến hành nhiều trong đời sống.
Đặc biệt, Vật lý là môn khoa học thực nghiệm. Mọi kiến thức Vật lý đều bắt đầu từ thực tiễn và quay lại phục vụ cho thực tiễn, đem lại lợi ích bền vững cho con người. Vật lý là môn học thuộc nhóm môn khoa học tự nhiên ở cấp THPT, được học sinh lựa chọn theo định hướng nghề nghiệp, sở thích và năng lực của bản thân. Cùng với Toán học, Hóa học, Sinh học, Tin học và Công nghệ, môn Vật lý góp phần thúc đẩy giáo dục STEM, một trong những xu hướng giáo dục đang được coi trọng ở nhiều quốc gia trên thế giới.
Giáo dục hiện đại chuyển từ giáo dục tiếp cận nội dung sang giáo dục tiếp cận năng lực là một xu hướng đem lại hiệu quả cao trong giáo dục nhưng đòi hỏi người học và người dạy đều phải thay đổi cách dạy và cách học. Giáo dục STEM là một quan điểm dạy học theo tiếp cận liên ngành từ hai trong các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học trở lên. Trong đó nội dung dạy học gắn liền với thực tiễn, phương pháp dạy học theo quan điểm định hướng hành động. Giáo dục STEM một mặt thực hiện đầy đủ mục tiêu giáo dục đã nêu trong chương trình giáo dục phổ thông, mặt khác nhằm phát triển các năng lực cốt lõi cho học sinh, phát triển các năng lực đặc thù của các môn học thuộc về STEM và định hướng nghề nghiệp cho học sinh. Một trong những yêu cầu đối với giáo viên là cần biết cách thiết kế các hoạt động STEM một cách sáng tạo.
Tuy nhiên, trong quá trình dạy học hiện nay tôi nhận thấy phần lớn giáo viên và học sinh mới chỉ chú trọng các phương pháp dạy học truyền thống, giải bài tập nhanh, hiệu quả áp dụng trong các đề thi đại học, ít chú trọng trong việc đổi mới về dạy học nhằm hướng tới phát triển các năng lực mà học sinh cần có trong cuộc sống như: năng lực tự học, năng lực hợp tác, năng lực tìm kiếm và xử lí thông tin đặc biệt năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn… Nhiều học sinh có thể giải bài toán Vật lý trong một thời gian ngắn nhưng không biết giải thích các hiện tượng gần gũi cuộc sống.
Qua quá trình nghiên cứu và trực tiếp giảng dạy chương trình vật lý 12, tôi thấy kiến thức chương “Dòng điện xoay chiều” có rất nhiều ứng dụng trong đời sống và kĩ thuật. Giáo viên có thể tổ chức cho các nhóm học sinh nghiên cứu cấu tạo, công dụng, nguyên tắc hoạt động, tự thiết kế và làm thí nghiệm ở nhà tạo cơ hội rèn luyện kỹ năng, thao tác thí nghiệm, biết ứng dụng kiến thức vào trong đời sống và kĩ thuật, điều này làm cho việc hiểu kiến thức của học sinh trở nên sâu sắc và bền vững.
Mặt khác, sách giáo khoa Vật lý nói chung và Vật lý 12 nói riêng chưa thực sự quan tâm đúng mức đến vấn đề gắn kết Vật lý với thực tiễn – vấn đề đang cần được quan tâm đặc biệt hiện nay.
Từ những lí do trên, tôi chọn đề tài “Vận dụng dạy học theo định hướng giáo dục STEM chương Dòng điện xoay chiều Vật lý 12 – THPT” với mong muốn nghiên cứu sâu hơn về tính ưu việt, khả năng vận dụng phương pháp dạy học nhằm góp phần nâng cao chất lượng dạy học theo phương pháp STEM.
2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích của sáng kiến là đề xuất nội dung và quy trình dạy học môn vật lý theo định hướng STEM cho học sinh khối 12 THPT, góp phần nâng cao hiệu quả dạy và học môn vật lý cũng như phát triển năng lực của học sinh trường THPT.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
– Tìm hiểu cơ sở lí luận về dạy học định hướng STEM.
– Nghiên cứu các phương pháp và cách thức lồng nội dung tổ chức các hoạt động thực tiễn vào nội dung bài học theo định hướng dạy học STEM.
– Kết luận và đề xuất.
4. Giả thuyết khoa học
Nếu tổ chức dạy học chương “Dòng điện xoay chiều”, Vật lý 12 – THPT theo định hướng giáo dục STEM với việc cho học sinh tìm hiểu, giải thích các hiện tượng thường gặp trong cuộc sống hàng ngày, thiết kế, chế tạo các sản phẩm khoa học kỹ thuật để ứng dụng trong đời sống thì sẽ tạo được sự hứng thú học tập cho học sinh, giúp phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh.
5. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
– Học sinh THPT thuộc khối 12 và GV giảng dạy vật lý ở THPT.
6. Phương pháp nghiên cứu
6.1. Phương pháp nghiên cứu lý luận
– Đọc và nghiên cứu các tài liệu có liên quan đến đề tài
6.2. Phương pháp điều tra
Phương pháp quan sát sư phạm, phương pháp điều tra khảo sát, phương pháp tổng kết kinh nghiệm.
6.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm
Phương pháp nghiên cứu trên nhóm lớp thực nghiệm qua việc đánh giá các tiêu chí tương ứng với các mức độ đạt được và so sánh với lớp đối chứng.
6.4. Phương pháp thống kê toán học
Sử dụng toán xác suất, thống kê để xử lí số liệu và tính toán.
7. Những đóng góp mới của đề tài
– Về mặt lý luận: Góp phần làm sáng tỏ cơ sở lí luận về thiết kế và tổ chức các hoạt động dạy học STEM trong dạy học vật lý ở trường THPT.
– Về mặt thực tiễn:
+ Cung cấp những giá trị cụ thể về mức độ thành công của việc đưa giáo án dạy học theo định hướng STEM vào thực tiễn giảng dạy vật lý THPT.
+ Chế tạo một số sản phẩm thực tế có ứng dụng về động cơ điện và máy phát điện trong chương Dòng điện xoay chiều

PHẦN 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
I. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI
1.1. Giáo dục tích hợp STEM
1.1.1 Khái niệm liên quan đến giáo dục tích hợp STEM
STEM là viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật) và Math (Toán học). 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.
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.
Như vậy, 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 NL phát hiện và giải quyết vấn đề cùng với những NL khác tương ứng, đáp ứng được yêu cầu của sự phát triển kinh tế – xã hội.
Những kiến thức và kỹ năng vừa nêu phải được tích hợp, lồng ghép và bổ trợ cho nhau giúp HS không chỉ hiểu biết về nguyên lý mà còn có thể áp dụng để thực hành và tạo ra được những sản phẩm trong cuộc sống hằng ngày.
1.1.2. Một số vai trò của phương pháp dạy học tích hợp STEM
– 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 HS.
– Hình thành và phát triển NL, phẩm chất cho HS: 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, NL cho HS.
– 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.
1.1.3. Cách dạy và học theo phương pháp tích hợp STEM
Một trong những phương pháp dạy và học mang lại hiệu quả cao nhất cho giáo dục STEM là phương pháp “Học qua hành”. Phương pháp này giúp HS có kiến thức từ kinh nghiệm thực hành chứ không phải từ lý thuyết. Bằng cách xây dựng các bài giảng theo chủ đề và dựa trên thực hành, HS sẽ được hiểu sâu về lý thuyết, nguyên lí thông qua các hoạt động thực tế. Chính các hoạt động thực tế này sẽ giúp HS nhớ kiến thức lâu hơn, sâu hơn. HS sẽ được làm việc theo nhóm, tự thảo luận tìm tòi kiến thức, tự vận dụng kiến thức vào các hoạt động thực hành rồi sau đó có thể truyền đạt lại kiến thức cho người khác. Với cách học này, GV không còn là người truyền đạt kiến thức nữa mà sẽ là người hướng dẫn để HS tự xây dựng kiến thức cho chính mình.
Với cách dạy học liên môn này, kiến thức học các môn STEM chắc chắn; khả năng sáng tạo, tư duy logic; hiệu suất học tập và làm việc vượt trội; có cơ hội phát triển các kỹ năng mềm toàn diện hơn. HS THPT với việc theo học các môn học STEM còn có ảnh hưởng tích cực tới khả năng lựa chọn nghề nghiệp tương lai. Có thể hiểu và gọi cấp độ này là dạy học hướng theo STEM.
1.1.4. Các kĩ năng trong giáo dục STEM
Giáo dục STEM không phải là để HS trở thành những nhà toán học, nhà khoa học, kỹ sư hay những kỹ thuật viên mà là phát triển cho HS các kỹ năng có thể được sử dụng để làm việc và phát triển trong thế giới công nghệ hiện đại ngày nay. Kỹ năng STEM được hiểu là sự tích hợp, lồng ghép hài hòa từ bốn nhóm kỹ năng là: Kỹ năng khoa học, kỹ năng công nghệ, kỹ năng kỹ thuật và kỹ năng toán học.
Kỹ năng khoa học: Là khả năng liên kết các khái niệm, nguyên lý, định luật và các cơ sở lý thuyết của giáo dục khoa học để thực hành và sử dụng kiến thức này để giải quyết các vấn đề trong thực tế.
Kỹ năng công nghệ: Là khả năng sử dụng, quản lý, hiểu biết, và truy cập được công nghệ. Công nghệ là từ những vật dụng hằng ngày đơn giản nhất như quạt mo, bút chì đến những hệ thống sử dụng phức tạp như mạng internet, mạng lưới điện quốc gia, vệ tinh… Tất cả những thay đổi của thế giới tự nhiên mà phục vụ nhu cầu của con người thì được coi là công nghệ.
Kỹ năng kỹ thuật: Là khả năng giải quyết vấn đề thực tiễn diễn ra trong cuộc sống bằng cách thiết kế các đối tượng, hệ thống và xây dựng các quy trình sản xuất để tạo ra đối tượng. Hiểu một cách đơn giản, HS được trang bị kỹ năng kỹ thuật là có khả năng sản xuất ra đối tượng và hiểu được quy trình để làm ra nó. HS phải có khả năng phân tích, tổng hợp và kết hợp để biết cách làm thế nào cân bằng các yếu tố liên quan (như khoa học, nghệ thuật, công nghệ, kỹ thuật) để có được một giải pháp tốt nhất trong thiết kế và xây dựng quy trình. Ngoài ra, HS còn có khả năng nhìn nhận ra nhu cầu và phản ứng của xã hội trong những vấn đề liên quan đến kỹ thuật.
Kỹ năng toán học: Là khả năng nhìn nhận và nắm bắt được vai trò của toán học trong mọi khía cạnh tồn tại trên thế giới. HS có kỹ năng toán học sẽ có khả năng thể hiện các ý tưởng một cách chính xác, áp dụng các khái niệm và kĩ năng toán học vào cuộc sống hằng ngày.
1.1.5. Giáo dục STEM tại Việt nam
Hiện nay một số trường đang thí điểm giáo dục STEM, đưa vào giảng dạy giáo dục STEM. Thông qua các giờ học, với việc tổ chức nhiều hoạt động giúp HS trải nghiệm thực tế, lôi cuốn các em giải quyết các nhiệm vụ của bài học, tạo hứng thú và niềm tin trong học tập, phát triển tư duy sáng tạo. Đồng thời, nhà trường đã xây dựng chương trình học trải nghiệm sáng tạo các môn khoa học tự nhiên và triển khai thực hiện ở các khối lớp. Các giờ học trải nghiệm sáng tạo, học sinh được: Tự mình thực hành, làm thí nghiệm, tạo ra dòng điện từ các vật liệu đơn giản, chế tạo bình lọc nước… Từ nhiều hứng thú trong các giờ học, nhiều HS đam mê nghiên cứu khoa học và có sản phẩm sáng tạo khoa học.