SKKN Xây dựng và thực hiện một số chủ đề dạy học STEM phần các định luật bảo toàn Vật lí 10 THPT

PHẦN I. ĐẶT VẤN ĐỀ
1. Lí do chọn đề tài
Giáo dục STEM đang trở thành một xu hướng giáo dục mang tính tất yếu trên thế giới. Hình thức giáo dục này đóng vai trò là đòn bẩy để thực hiện mục tiêu giáo dục năng lực cho các công dân tương lai đáp ứng nhu cầu của nền khoa học công nghệ 4.0 trong thế kỉ XXI.
Việt Nam đang chú trọng triển khai giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông, giúp học sinh hướng tới các hoạt động trải nghiệm và vận dụng kiến thức để tạo ra sản phẩm hoặc giải quyết các vấn đề thực tế trong cuộc sống. Đặc biệt, chỉ thị số 16/CT-TTg ngày 04 tháng 5 năm 2017 và quyết định số 522/QĐ-TTg ngày 14 tháng 5 năm 2018 của Thủ tướng Chính phủ đã yêu cầu tăng cường năng lực tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, thúc đẩy triển khai giáo dục về khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học trong chương trình giáo dục phổ thông, tổ chức hoạt động giáo dục tích hợp khoa học – công nghệ – kĩ thuật – toán phù hợp với xu hướng nghành nghề của từng quốc gia, đáp ứng thị trường lao động, chuẩn bị điều kiện đào tạo nhân lực đáp ứng yêu cầu của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ IV.  Môn Vật lí là một trong các môn học khoa học có tính đặc thù riêng, trong môn học Vật lí các kết luận về lí thuyết phải được thực tiễn tự nhiên kiểm chứng. Vì vậy giáo dục STEM rất thích hợp khi áp dụng trong học tập và giảng dạy môn Vật lí ở phổ thông trong cả hai quy trình quy trình khoa học (câu hỏi – giả thuyết – kiểm chứng – kết luận) quy trình kĩ thuật (Xác định vấn đề – Nghiên cứu kiến thức nền – Đề xuất các giải pháp/thiết kế – Lựa chọn giải pháp/thiết kế – Chế tạo mô hình (nguyên mẫu) – Thử nghiệm và đánh giá – Chia sẻ và thảo luận – Điều chỉnh thiết kế) hai quy trình này 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.
Với những căn cứ nêu trên và từ thực tế nội dung chương trình môn Vật lí, cùng với sự tiếp cận giáo dục STEM nhóm Vật lí trường THPT Thanh Chương 1 chọn nội dung chuyên đề “Xây dựng và thực hiện một số chủ đề dạy học STEM phần các định luật bảo toàn Vật lí 10 THPT” để làm nội dung nghiên cứu và vận dụng vào giảng dạy chuyên đề các định luật bảo toàn thuộc chương 4 Các định luật bảo toàn Vật lí 10.
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng: Học sinh lớp 10 trường THPT Thanh Chương 1
Phạm vi: Thiết kế chế tạo các sản phẩm STEM và tổ chức các hoạt động liên quan đến chủ đề các định luật bảo toàn Vật lí 10
Thời gian nghiên cứu: Từ tháng 9/2021 đến tháng 4/2022.

3. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu
3.1. Mục đích nghiên cứu:
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
– Nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM
– Hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho học sinh
– Kết nối trường học với cộng đồng
– Hướng nghiệp, phân luồng
3.2. Nhiệm vụ nghiên cứu:
– Phân tích cơ sở lý luận và thực tiễn của giáo dục STEM trong trường phổ thông.  – Điều tra, phân tích thực trạng dạy học Vật lý theo định hướng STEM ở một số trường THPT trên địa bàn huyện Thanh Chương. Trên cơ sở đó phân tích các nguyên nhân, khó khăn để đề xuất hướng giải quyết của đề tài.
– Đề xuất giải pháp thực hiện đề tài nghiên cứu: Xây dựng các chủ đề dạy học STEM phần các định luật bảo toàn Vật lý 10 và tiến hành thực nghiệm tổ chức dạy học một số chủ đề tại trường THPT Thanh Chương 1.
– Trên cơ sở các chủ đề đã thực nghiệm, lựa chọn và giới thiệu cách tổ chức hoạt động cụ thể một số chủ đề dạy học STEM phần các định luật bảo toàn Vật lý 10 theo các phương pháp, hình thức dạy tích cực nhằm định hướng phát triển các năng lực HS.
4. Đóng góp mới của đề tài – Điều tra được thực trạng dạy học Vật lý theo định hướng STEM ở một số trường THPT trên địa bàn huyện Thanh Chương, phân tích các nguyên nhân, khó khăn, đưa ra hướng khắc phục, giải pháp để nâng cao chất lượng dạy học các môn học STEM, áp dụng thực nghiệm có hiệu quả tại trường THPT Thanh Chương 1.
– Xây dựng hệ thống các chủ đề dạy học STEM phần các định luật bảo toàn phục vụ giảng dạy một số bài học trong chương trình SGK Vật lý 10 nhằm phát triển năng lực cho HS.
– Tổ chức dạy học một số chủ đề STEM phần các định luật bảo toàn Vật lý 10 tại trường phổ thông phù hợp với điều kiện dạy học của nhà trường và thu được những kết quả thiết thực nhằm nâng cao chất lượng dạy học bộ môn Vật lý và các môn học STEM, đưa giáo dục STEM vào trường học, góp phần vào phong trào thi đua đổi mới sáng tạo trong dạy học đáp ứng với yêu cầu chương trình GDPT tổng thể.

PHẦN NỘI DUNG
1. Cơ sở lí luận
1.1. Cơ sở lý luận về giáo dục STEM trong nhà trường phổ thông đáp ứng với chương trình GDPT mới
1.1.1. Khái niệm về giáo dục STEM
STEM là viết tắt của từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật), Mathematics (Toán học). Giáo dục STEM về bản chất được hiểu trang bị cho người học những kiến thức và kĩ năng cần thiết liên quan đến các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học. Các kiến thức và kĩ năng này phải được tích hợp, lồng ghép và bổ trợ cho nhau, giúp HS không chỉ hiểu về nguyên lí mà còn có thể thực hành và tạo ra các sản phẩm trong cuộc sống hằng ngày.

Hình 1: Chu trình STEM (theo https://www.knowatom.com)

Đối với giáo dục STEM, các kiến thức khoa học, toán học, công nghệ và kĩ thuật không chỉ được dạy học theo hướng trang bị kiến thức thông thường mà được vận dụng nhằm giải quyết các tình huống thực tiễn trong cuộc sống. Việc làm này đem lại hai tác dụng lớn. Một là giúp cho trải nghiệm học tập của HS trở nên thú vị hơn, tạo động lực thúc đẩy các em hứng thú với việc học tập và nghiên cứu khoa học, công nghệ ngay từ nhỏ. Hai là gắn kết nhà trường với địa phương, cộng đồng cũng như các tổ chức thông qua những vấn đề mang tính toàn cầu (ô nhiễm không khí, hiệu ứng nhà kính…). Sự gắn kết đa dạng các thành phần giáo dục, tạo thành một hệ sinh thái giáo dục, sẽ là một trong những chìa khóa giúp nuôi dưỡng và đào tạo những thế hệ công dân toàn cầu có kiến thức và kỹ năng, đặc biệt là tư duy sáng tạo trong thời đại mới.

1.1.2. Dạy học các môn khoa học theo phương thức giáo dục STEM
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. Tiến trình mỗi bài học STEM được thực hiện phỏng theo quy trình kĩ thuật (Hình 2), trong đó việc “Nghiên cứu kiến thức nền” (background research) trong tiến trình dạy học mỗi bài học STEM chính là việc học để chiếm lĩnh nội dung kiến thức trong chương trình giáo dục phổ thông tương ứng với vấn đề cần giải quyết trong bài học, trong đó học sinh là người chủ động nghiên cứu sách giáo khoa, tài liệu bổ trợ, tiến hành các thí nghiệm theo chương trình học (nếu có) dưới sự hướng dẫn của giáo viên; vận dụng kiến thức đã học để đề xuất, lựa chọn giải pháp giải quyết vấn đề; thực hành thiết kế, chế tạo, thử nghiệm mẫu; chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh thiết kế. Thông qua quá trình học tập đó, học sinh được rèn luyện nhiều kĩ năng để phát triển phẩm chất, năng lực.