SKKN Xây dựng và thực hiện chủ đề dạy học stem thiết kế một số bộ thí nghiệm vật lí, công nghệ từ vật liệu phế thải

PHẦN I. ĐẶT VẤN ĐỀ
1. Lý do chọn đề tài
Bộ môn Vật Lí, Công Nghệ là các môn khoa học tự nhiên có vai trò và vị trí rất quan trọng trong sự phát triển của cách mạng khoa học và công nghệ hiện, có tính ứng dụng cao trong đời sống và sản xuất. Một trong các khâu quan trọng của quá trình đổi mới phương pháp dạy học Vật Lí, Công Nghệ là nhằm tăng cường hoạt động nghiên cứu và tìm hiểu các ứng dụng kỹ thuật của học sinh trong quá trình học tập thông qua việc giao nhiệm vụ liên quan đến việc tìm hiểu công dụng, nguyên tắc hoạt động, cấu tạo của các thiết bị thí nghiệm và các thiết bị ứng dụng trong cuộc sống để học sinh được tham gia nghiên cứu khoa học, qua đó giúp học sinh hiểu sâu sắc hơn các kiến thức Vật Lí, Công Nghệ.
Trong đề tài này, chúng tôi đề cập đến việc nghiên cứu và vận dụng quan điểm giáo dục STEM, hiện đang được triển khai trong các năm học gần đây. Đây là phương thức giáo dục tích hợp theo cách tiếp cận liên môn và thông qua thực hành, ứng dụng, trải nghiệm sáng tạo. 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. Các kiến thức và kỹ năng này (gọi là kỹ năng STEM) phải được tích hợp, lồng ghép và bổ trợ cho nhau giúp học sinh không chỉ hiểu biết về nguyên lý mà còn có thể áp dụng để thực hành và tạo ra được những sản phẩm ứng dụng trong cuộc sống hằng ngày. Giáo dục STEM sẽ tạo ra những con người lao động có năng lực làm việc tốt trong các môi trường có tính sáng tạo cao, những công việc đòi hỏi hàm lượng trí tuệ cao của thế kỷ XXI, góp phần tạo ra những thế hệ công dân mới có đầy đủ phẩm chất, năng lực để đáp ứng được yêu cầu về nguồn nhân lực để phát triển của đất nước. Điều này cũng phù hợp với cách tiếp cận tích hợp trong chương trình GDPT mới 2018 đang triển khai hiện nay.
Qua quá trình nghiên cứu và giảng dạy chương trình bộ môn Vật Lí, Công Nghệ chúng tôi nhận thấy có thể áp dụng một số nội dung trong bộ môn vào thiết kế xây dựng chủ đề giáo dục STEM nhằm giúp học sinh tự tạo ra các sản phẩm có thể ứng dụng vào trong cuộc sống hàng ngày. Chính vì những lí do trên, với mong muốn góp phần vào việc đổi mới nâng cao chất lượng và hiệu quả dạy học môn Vật Lí, Công nghệ ở trường THPT, chún tôi chọn đề tài nghiên cứu: “Xây dựng và thực hiện chủ đề dạy học STEM thiết kế một số bộ thí nghiệm Vật Lí, Công Nghệ từ vật liệu phế thải”.

2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
– Đối tượng nghiên cứu: HS trường THPT Lê Lợi. Quá trình dạy học Vật Lí và Công Nghệ ở trường phổ thông.
– Phạm vi nghiên cứu: Các chủ đề dạy học STEM phần điện học thuộc chương trình Vật Lí, Công Nghệ THPT. Tiến hành thực nghiệm sư phạm tại trường THPT Lê Lợi huyện Tân Kỳ.
– Thời gian nghiên cứu: Từ tháng 09/2021 đến tháng 04/2022
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
– Phân tích cơ sở lý luận và thực tiễn của giáo dục STEM trong trường phổ thông. – Đề xuất giải pháp thực hiện đề tài nghiên cứu: Xây dựng và thực hiện chủ đề dạy học STEM thiết kế một số bộ thí nghiệm liên môn Vật Lí, Công Nghệ từ các vật liệu phế thải và tiến hành thực nghiệm tổ chức dạy học chủ đề trên tại trường THPT Lê Lợi.
– Trên cơ sở chủ đề đã thực nghiệm, lựa chọn và giới thiệu cách tổ chức hoạt động dạy học các tiết cụ thể của chủ đề dạy học STEM, thiết kế mạch chỉnh lưu một nửa chu kỳ, mạch chỉnh lưu cầu, mạch nguồn điện một chiều từ các vật liệu phế thải theo các phương pháp, hình thức dạy tích cực nhằm định hướng phát triển các năng lực phẩm chất và năng lực HS.
4. Đóng góp của đề tài
Đề tài đã xây dựng và thực hiện được chủ đề dạy học STEM, qua chủ đề đã giúp học sinh tự mình thiết kế được các bộ thí nghiệm liên môn Vật Lí, Công nghệ thể dùng để tự học tập, nghiên cứu khoa học, tái sử dụng rác thải điện tử góp phần bảo vệ môi trường.
Đề tài có thể làm tư liệu giảng dạy hoặc tham khảo để các giáo viên đổi mới phương pháp dạy học nhằm phát triển phẩm chất và năng lực của học sinh góp phần thực hiện mục tiêu giáo dục, phát triển con người toàn diện.

PHẦN II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
I. CỞ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
1. Cơ sở lý luận về giáo dục STEM trong nhà trường phổ thông đáp ứng với chương trình GDPT mới
1.1. Khái niệm về giáo dục STEM
STEM là viết tắt của các từ Science (khoa học), Technology (công nghệ), Engineering (kỹ thuật) và Math (toán học). Tùy theo ngữ cảnh khác nhau mà thuật ngữ STEM được hiểu như là các môn học hay các lĩnh vực. Trong ngữ cảnh giáo dục, nói đến STEM là muốn nhấn mạnh đến sự quan tâm của nền giáo dục đối với các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học. Quan tâm đến việc tích hợp các môn học trên gắn với thực tiễn để năng cao năng lực cho người học. Trong ngữ cảnh nghề nghiệp, STEM được hiểu là nghề nghiệp thuộc các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học.
Giáo dục STEM là một cách tiếp cận liên ngành trong quá trình học, trong đó các khái niệm học thuật mang tính nguyên tắc được lồng ghép với các bài học trong thế giới thực, ở đó các học sinh áp dụng các kiến thức trong khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán vào trong các bối cảnh cụ thể, giúp kết nối giữa trường học, cộng đồng, nơi làm việc và các tổ chức toàn cầu, để từ đó phát triển các năng lực trong lĩnh vực STEM và cùng với đó có thể cạnh tranh trong nền kinh kế mới.
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 học sinh 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 sẽ thu hẹp khoảng cách giữa hàn lâm và thực tiễn, tạo ra những con người có năng lực làm việc “tức thì” trong môi trường có tính sáng tạo cao và sử dụng trí óc có tính chất công việc ít lặp lại trong thế kỷ XXI.
Hiện nay, giáo dục STEM được nhiều tổ chức, nhà giáo dục quan tâm nghiên cứu. Ở ngữ cảnh giáo dục và trên bình diện thế giới, STEM được hiểu với nghĩa là giáo dục STEM. Giáo dục STEM có một số cách hiểu khác nhau.
Theo Bộ Giáo dục Hoa Kỳ (2007): “Giáo dục STEM là một chương trình nhằm cung cấp hỗ trợ, tăng cường, giáo dục Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học (STEM) ở tiểu học và trung học cho đến bậc sau đại học”.
Nhóm tác giả Tsupros N, Kohler R., và Hallinen J. (2009) cho rằng: “Giáo dục
STEM là một phương pháp học tập tiếp cận liên ngành, ở đó những kiến thức hàn lâm được kết hợp chặt chẽ với các bài học thực tế thông qua việc HS được áp dụng những kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học vào trong những bối cảnh cụ thể tạo nên một kết nối giữa nhà trường, cộng đồng và các doanh nghiệp cho phép người học phát triển những kỹ năng STEM và tăng khả năng cạnh tranh trong nền kinh tế mới”.
Tác giả Lê Xuân Quang (2017) cho rằng: “Giáo dục STEM là một quan điểm dạy học theo tiếp cận liên ngành từ hai trong các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên. Trong đó nội dung học tập được gắn với thực tiễn, PPDH theo quan điểm dạy học định hướng hành động”.
Ngoài ra, giáo dục STEM được hiểu theo hướng là một phương pháp dạy học theo tiếp cận liên ngành tổng hợp thành một mô hình học tập từ các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học. Hiện nay, giáo dục STEM được nhiều tổ chức, nhà giáo dục quan tâm nghiên cứu. Do đó, khái niệm về giáo dục
STEM cũng được định nghĩa dựa trên các cách hiểu khác nhau. Có ba cách hiểu chính về giáo dục STEM hiện nay là:
Giáo dục STEM được hiểu theo nghĩa là quan tâm đến các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học. Đây cũng là quan niệm về giáo dục STEM của Bộ giáo dục Mỹ “Giáo dục STEM là một chương trình nhằm cung cấp hỗ trợ, tăng cường, giáo dục Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học (STEM) ở tiểu học và trung học cho đến bậc sau đại học” . Đây là nghĩa rộng khi nói về giáo dục STEM.
Giáo dục STEM được hiểu theo nghĩa là tích hợp (liên ngành) của 4 lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học. Tác giả Tsupros định nghĩa “Giáo dục STEM là một phương pháp học tập tiếp cận liên ngành, ở đó những kiến thức hàn lâm được kết hợp chặt chẽ với các bài học thực tế thông qua việc HS được áp dụng những kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học vào trong những bối cảnh cụ thể tạo nên một kết nối giữa nhà trường, cộng đồng và các doanh nghiệp cho phép người học phát triển những kỹ năng STEM và tăng khả năng cạnh tranh trong nền kinh tế mới”
Giáo dục STEM được hiểu theo nghĩa là tích hợp (liên ngành) từ hai lĩnh vực về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên. Theo quan niệm này, tác giả Sanders định nghĩa: “Giáo dục STEM là phương pháp tiếp cận, khám phá trong giảng dạy và học tập giữa hai hay nhiều hơn các môn học STEM, hoặc giữa một chủ đề STEM và một hoặc nhiều môn học khác trong nhà trường”.
Bên cạnh đó, giáo dục STEM cũng được quan niệm STEM như là chương trình đào tạo dựa trên ý tưởng giảng dạy cho HS bốn lĩnh vực cụ thể: Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học – trong một liên ngành và phương pháp tiếp cận ứng dụng. Thay vì dạy bốn lĩnh vực này theo những môn học tách biệt và rời rạc, STEM tổng hợp chúng thành một mô hình học tập liền mạch dựa trên các ứng dụng thực tế.