Bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề của học sinh thông qua tổ chức dạy học chương “sóng cơ và sóng âm” – vật lí 12 theo định hướng giáo dục stem

1

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

***

BÙI ĐẶNG KHẮC HIẾU

BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

CỦA HỌC SINH THÔNG QUA TỔ CHỨC DẠY HỌC

CHƯƠNG “SÓNG CƠ VÀ SÓNG ÂM” – VẬT LÍ 12

THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

ĐÀ NẴNG - 2021

2

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

***

BÙI ĐẶNG KHẮC HIẾU

BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

CỦA HỌC SINH THÔNG QUA TỔ CHỨC DẠY HỌC

CHƯƠNG “SÓNG CƠ VÀ SÓNG ÂM” – VẬT LÍ 12

THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM

Chuyên ngành : Lí luận và PPDH bộ môn Vật lý

Mã số: 8.14.01.11

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

Người hướng dẫn : TS. NGUYỄN THANH NGA

ĐÀ NẴNG – 2021

I

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn này là kết quả nghiên cứu của cá nhân tôi. Các

số liệu và tài liệu được trích dẫn trong luận văn là trung thực. Kết quả nghiên cứu

này không trùng với bất cứ công trình nào đã được công bố trước đó.

Tôi chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình.

Đà Nẵng, tháng 07 năm 2021

Tác giả

Bùi Đặng Khắc Hiếu

II

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành tốt luận văn này, tôi đã nhận được sự giúp đỡ của thầy cô,

bạn bè đồng nghiệp, các em học sinh và người thân gia đình.

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng ĐT Sau Đại học, Ban chủ

nhiệm, quý Thầy Cô giáo khoa Vật lí trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng

và quý Thầy Cô giáo trực tiếp giảng dạy, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập.

Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy giáo hướng dẫn:

TS. Nguyễn Thanh Nga, giảng viên trường Đại học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí

Minh – người đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn, giúp đỡ, động viên, đóng góp nhiều ý

kiến quý báu cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Cảm

ơn Ban Giám Hiệu trường THCS – THPT Hoa Sen, thành phố Hồ Chí Minh đã tạo

điều kiện cho tôi trong quá trình thực nghiệm sư phạm và sự giúp đỡ nhiệt tình từ

các bạn trong nhóm STEM của nhà trường.

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, người thân, bạn bè và đồng

nghiệp đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

này.

Xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, tháng 06 năm 2021

Tác giả

Bùi Đặng Khắc Hiếu

III

THÔNG TIN LUẬN VĂN THẠC SĨ

TÊN ĐỀ TÀI

BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH

THÔNG QUA TỔ CHỨC DẠY HỌC CHƯƠNG “SÓNG CƠ VÀ SÓNG ÂM”

– VẬT LÍ 12 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM

Ngành: Lí luận và PPDH Bộ môn Vật lí

Họ tên học viên: BÙI ĐẶNG KHẮC HIẾU

Người hướng dẫn khoa học: Ts. Nguyễn Thanh Nga

Cơ sở ĐT: Trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng

Tóm tắt: Dạy học vật lí theo định hướng STEM đáp ứng yêu cầu

đổi mới phương pháp dạy học trong chương trình giáo dục phổ thông mới,

là phương tiện truyền tải kiến thức mang đến hiệu quả cao trong học tập

nhằm bồi dưỡng, phát triển các phẩm chất và năng lực cho học sinh. Dựa

trên những kết quả từ việc dạy học theo định hướng giáo dục STEM mang

lại, luận văn đã phân tích cơ sở lí luận của dạy học định hướng giáo dục

STEM nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh; phân tích

một số nội dung kiến thức chương “Sóng cơ và sóng âm” – Vật lí 12. Tiến

hành xây dựng một số chủ đề giáo dục STEM để tổ chức dạy học. Đồng

thời, nêu rõ các kiến thức STEM trong mỗi chủ đề, mục tiêu chủ đề, thiết kế

giáo án giảng dạy theo định hướng giáo dục STEM và xây dựng tiêu chí

đánh giá chủ đề giáo dục STEM để hỗ trợ giáo viên thực hiện đánh giá năng

lực của học sinh thông qua chủ đề. Trong phạm vi đề tài này, chúng tôi

nghiên cứu hiệu quả việc dạy học theo định hướng giáo dục STEM nhằm

bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh từ các kiến thức vật lí

trong chương “Sóng cơ và sóng âm” bằng cách cho học sinh vận dụng kiến

thức đã học để giải các bài toán kỹ thuật về STEM như: chế tạo mô hình

truyền sóng cơ học, chế tạo nhạc cụ..Sau đó tiến hành thực nghiệm sư phạm

IV

một chủ đề để đánh giá kết quả nghiên cứu thông qua bộ công cụ đánh giá

và các tiêu chí đánh giá cụ thể tương ứng với mỗi chủ đề từ những biểu hiện

cụ thể của học sinh.

Kết quả đề tài cho thấy tổ chức dạy học một số kiến thức chương

“Sóng cơ và sóng âm” – Vật lí 12 theo định hướng giáo dục STEM là khả

thi, đáp ứng được các yêu cầu đổi mới phương pháp dạy học ở trường phổ

thông hiện nay cũng như đáp ứng được mục tiêu dạy học mà đề tài chúng

tôi đã đề ra, đó là: phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh. Chúng

tôi cho rằng tiến trình dạy học theo định hướng STEM được xây dựng có

thể mở rộng để tổ chức dạy học một số kiến thức trong chương trình Vật lí

phổ thông.

Từ khóa: Giáo dục STEM, phát triển năng lực giải quyết vấn đề, Vật lí 12.

V

INFORMATION PAGE OF MASTER THESIS

Name of thesis

FOSTER STUDENTS' PROBLEM-SOLVING COMPETENCY VIA

APPLICATION OF STEM APPROACH TO TEACHING CHAPTER

" MECHANICAL WAVE AND SONIC WAVE",

PHYSICS GRADE 12

Major: Theory and method of teaching physics

Full name of Master student: BUI DANG KHAC HIEU

Supervisors: Dr. Nguyen Thanh Nga

Training institution: University of Education, The University of Da

Nang

Abstract: STEM-oriented Physics teaching meets the requirements of

renewing teaching methods in new general education curriculum; it is a

mean of conveying knowledge to bring an effective way of learning in

order to foster and develop the qualities and the potential of the students.

Based on the results from STEM education-oriented teaching, the thesis

analyzed the theoretical basis of STEM education-oriented teaching to

foster of students' problem-solving competency; analyze some content

knowledge chapter " Mechanical wave and sonic wave " – Physics 12.

Proceeding to develop a number of STEM educational topics to organize

teaching. At the same time, stating STEM knowledge in each topic, topic

objectives, designing lesson plans based on STEM education orientation

and developing criteria for evaluating STEM education topics to support

teachers in implementing Assess student's ability through topic. Within the

scope of this topic, we study the effectiveness of STEM education-oriented

teaching to foster of students' problem-solving competency from the

physical knowledge in the chapter " Mechanical wave and sonic wave " by

having students apply the knowledge they have learned to solve STEM

VI

technical problems such as making mechanical wawe propagation model..

Then conduct pedagogical experiment on a topic to evaluate research

results through a set of assessment tools and specific evaluation criteria

corresponding to each topic from the student's specific manifestations.

The results show that the organization of teaching some knowledge

of the chapter "Mechanical waves and sound waves" - Physics 12 in the

direction of STEM education is feasible, meeting the requirements of

teaching innovation in high schools today as well as meet the teaching goals

that our topic has set out, that is: developing students' problem-solving

capacity. We believe that the built STEM-oriented teaching process can be

extended to organize the teaching of some knowledge in the General

Physics curriculum.

Key words: STEM education, problem-solving competency, physics

grade 12.

VII

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Số thứ tự Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ

1 DH Dạy học

2 DHVL Dạy học Vật lí

3 ĐHSP Đại học sư phạm

4 GD Giáo dục

5 GDPT Giáo dục phổ thông

6 ĐT Đào tạo

7 NL Năng lực

8 GQVĐ Giải quyết vấn đề

9 NL GQVĐ Năng lực giải quyết vấn đề

10 GV Giáo viên

11 HS Học sinh

12 PPDH Phương pháp dạy học

13 SGK Sách giáo khoa

14 THPT Trung học phổ thông

15 VĐ Vấn đề

VIII

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ...............................................................................................................I

LỜI CẢM ƠN...................................................................................................................II

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT........................................................................... VII

MỤC LỤC.....................................................................................................................VIII

MỞ ĐẦU ............................................................................................................................ 1

NỘI DUNG ........................................................................................................................ 7

CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ GIÁO DỤC STEM TRONG

TRƯỜNG PHỔ THÔNG HIỆN NAY........................................................................... 7

1.1. Hoạt động dạy học cho học sinh THPT theo định hướng giáo dục STEM.............. 7

1.1.1. Bản chất của quá trình dạy học định hướng phát triển năng lực học sinh ............7

1.1.2. Đặc trưng của quá trình dạy học trong thời đại của cuộc cách mạng công nghiệp

4.0 ..............................................................................................................................9

1.2. Cơ sở lí thuyết về giáo dục STEM ......................................................................... 11

1.2.1. Khái niệm giáo dục STEM..................................................................................11

1.2.2. Đặc trưng của giáo dục STEM............................................................................13

1.2.3. Tiêu chí xây dựng chủ đề GD STEM..................................................................14

1.3. Tiến trình bài học STEM cho học sinh THPT ....................................................... 15

1.4. Phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học chủ đề giáo dục

STEM .............................................................................................................................. 17

1.4.1. Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề.................................................................17

1.4.1.1. Khái niệm năng lực ........................................................................................17

1.4.1.2. Khái niệm giải quyết vấn đề...........................................................................19

1.4.1.3. Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề............................................................20

1.4.2. Các biểu hiện của năng lực giải quyết vấn đề.....................................................20

1.4.3. Cấu trúc của năng lực giải quyết vấn đề. ............................................................21

1.4.4. Biện pháp phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học theo

định hướng giáo dục STEM……………………………………………………………...23

1.4.5. Phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh trong dạy học theo định

huớng giáo dục STEM.............................................................................................25

IX

1.4.6. Tiêu chí đánh năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học chủ đề

STEM ......................................................................................................................26

1.4.7. Phương pháp đánh giá năng lực giải quyết vấn đề. ............................................34

1.5. Điều tra thực tiễn việc dạy học theo định huớng giáo dục STEM trong trường phổ

thông. .......................................................................................................................35

1.5.1. Mục đích điều tra.................................................................................................35

1.5.2. Phương pháp điều tra. .........................................................................................35

1.5.3. Kết quả điều tra thông qua phiếu phỏng vấn. .....................................................36

KẾT LUẬN CHƯƠNG I................................................................................................ 40

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MỘT SỐ CHỦ ĐỀ STEM NỘI DUNG KIẾN THỨC

CHƯƠNG “SÓNG CƠ VÀ SÓNG ÂM” - VẬT LÍ 12 ............................................ 41

2.1. Phân tích nội dung kiến thức chương “Sóng cơ và sóng âm” - Vật lí 12 theo định

hướng giáo dục STEM .................................................................................................... 41

2.1.1. Mục tiêu kiến thức chương “Sóng cơ và sóng âm” - Vật lí 12 ...........................41

2.1.2. Cấu trúc nội dung chương “ Sóng cơ và sóng âm” - Vật lí 12............................43

2.1.3. Mối quan hệ giữa mục tiêu, chương trình, nội dung chương “Sóng cơ và sóng

âm” - Vật lí 12 với mục tiêu, nội dung giáo dục STEM .........................................43

2.2. Thiết kế chủ đề giáo dục STEM nội dung kiến thức chương “Sóng cơ và sóng âm”

................................................................................................................................ 44

2.3. Tổ chức dạy học chủ đề giáo dục STEM ............................................................... 79

2.3.1. Tổ chức dạy học chủ đề 1: Mô hình truyền sóng cơ học ....................................79

2.4. Công cụ đánh giá chủ đề giáo dục STEM.............................................................. 91

2.4.1. Nguyên tắc đánh giá............................................................................................91

2.4.2. Các yêu cầu đánh giá kết quả học tập .................................................................91

2.4.3. Xây dựng bộ công cụ đánh giá............................................................................93

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2................................................................................................ 94

CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM.................................................................. 95

3.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm............................................................................. 95

3.1.1 Mục đích..............................................................................................................95

3.1.2. Nhiệm vụ .............................................................................................................95

3.2. Đối tượng thực nghiệm sư phạm............................................................................ 95

3.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm....................................................................... 96

X

3.3.1. Phương pháp quan sát .........................................................................................96

3.3.2. Thống kê toán học ...............................................................................................96

3.4. Những thuận lợi và khó khăn gặp phải khi tiến hành thực nghiệm sư phạm......... 96

3.4.1. Thuận lợi .............................................................................................................96

3.4.2. Khó khăn .............................................................................................................97

3.5. Kế hoạch thực nghiệm sư phạm ............................................................................. 97

3.6. Tổ chức thực nghiệm.............................................................................................. 97

3.7. Phân tích diễn biến quá trình thực nghiệm sư phạm .............................................. 98

3.7.1. Giai đoạn 1: Chuẩn bị .......................................................................................104

3.7.2. Giai đoạn 2: Tổ chức hoạt động DH trên lớp học.............................................104

3.7.3. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm............................................................117

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3.............................................................................................. 126

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................... 128

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 129

CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐƯỢC CÔNG BỐ ...................................................... 131

PHỤ LỤC......................................................................................................................PL1

Phụ lục 1: THIẾT KẾ CHỦ ĐỀ “ SỰ KÌ DIỆU CỦA ÂM HỌC” ........................PL1

Phụ lục 2: PHIẾU KHẢO SÁT THỰC TRẠNG DẠY HỌC CHƯƠNG "SÓNG CƠ

VÀ SÓNG ÂM" - VẬT LÍ 12 THEO ĐỊNH HƯỚNG GD STEM......................PL26

Phụ lục 3: CẤU TRÚC NĂNG LỰC VẬT LÍ CỦA HỌC SINH.........................PL29

Phụ lục 4: PHIẾU HỌC TẬP CỦA HỌC SINH………………………………...PL31

XI

DANH MỤC CÁC BẢNG

Số

hiệu

bảng

Tên bảng Trang

1.1 Cấu trúc NL GQVĐ của HS (gồm 5 NL thành tố và 14 chỉ số hành vi) 22

1.2 Hệ thống biện pháp phát triển NL GQVĐ của HS trong dạy học theo

định hướng giáo dục STEM

24

1.3 Tiêu chí đánh giá NL GQVĐ 27

1.4 Kiểm tra quan sát NL GQVĐ của HS 33

1.5 Thông tin về mẫu khảo sát 35

1.6 Mức độ quan tâm của GV về GD STEM 36

1.7 Cách hiểu của GV về khái niệm GD STEM 36

1.8 GV đánh giá khả năng tổ chức dạy học chương “Sóng cơ và sóng cơ”-

Vật lí 12 theo định hướng GD STEM

38

1.9 GV đánh giá thuận lợi để triển khai dạy học nội dung kiến thức chương

“Sóng cơ và sóng âm” - Vật lí 12 (cơ bản) theo định hướng GD STEM

38

1.10 GV đánh giá khó khăn để triển khai dạy học nội dung kiến thức chương

“Sóng cơ và sóng âm” - Vật lí 12 (cơ bản) theo định hướng GD STEM

39

2.1 Mô tả các chủ đề STEM 45

2.2 Phân bố thời gian kế hoạch tổ chức hoạt động DH “Mô hình truyền

sóng cơ học” theo định hướng GD STEM

48

2.3 Thiết bị và vật liệu chế tạo mô hình truyền sóng cơ học (Bộ 1) 49

2.4 Bảng gợi ý chế tạo mô hình truyền sóng cơ học (Bộ 1) 52

XII

2.5 Thiết bị và vật liệu chế tạo mô hình truyền sóng cơ học (Bộ 2) 53

2.6 Bảng gợi ý chế tạo mô hình truyền sóng cơ học (Bộ 2) 56

2.7 Thiết bị và vật liệu chế tạo mô hình truyền sóng cơ học (Bộ 3) 57

2.8 Bảng gợi ý chế tạo mô hình truyền sóng cơ học (Bộ 3) 60

2.9 Thiết bị và vật liệu chế tạo mô hình truyền sóng cơ học (Bộ 4) 62

2.10 Bảng gợi ý chế tạo mô hình truyền sóng cơ học (Bộ 4) 65

2.11 Chuỗi hoạt động DH chủ đề “ Mô hình truyền sóng cơ học” 79

2.12 Tiêu chí đánh giá bản thiết kế 91

2.13 Tiêu chí đánh giá sản phẩm 92

3.1 Danh sách HS được đánh giá sự phát triển NL GQVĐ 96

3.2 Danh sách HS các nhóm 98

3.3 Bảng đánh giá mức độ thể hiện NL GQVĐ của HS. 98

3.4 Kết quả thu được NL GQVĐ của HS trong chủ đề 117

3.5 Biểu hiện NL GQVĐ của HS trong chủ đề 1 118

3.6 Thang đánh giá định lượng NL GQVĐ của HS 120

3.7 Tiêu chí đánh giá mức độ đạt được NL GQVĐ của HS 121

3.8 Các mức độ HS đạt được ở NL thành tố 1 qua các chủ đề 122

3.9 Các mức độ HS đạt được ở NL thành tố 3 qua các chủ đề 122

3.10 Các mức độ HS đạt được ở NL thành tố 4 qua các chủ đề 122

3.11 Các mức độ HS đạt được ở NL thành tố 5 qua các chủ đề 123

3.12 Kết quả các mức độ đạt được thành tố và tổng thể NL GQVĐ qua chủ

đề

123

3.13 Giải pháp nhằm nâng cao NL GQVĐ của HS 124

XIII

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Số hiệu

hình

Tên hình Trang

1.1 Mô tả chu trình STEM 14

1.2 Quy trình dạy học chủ đề STEM dựa trên hoạt động thiết kế kỹ

thuật

16

1.3 Sơ đồ cấu trúc đa thành tố của NL (Đỗ Hương Trà, 2016) 19

1.4 Phát triển NL GQVĐ theo định hướng GD STEM 26

1.5 Biểu đồ GV đánh giá nội dung kiến thức chương “Sóng cơ và sóng

cơ” (Vật lí 12)

37

2.1 Sơ đồ cấu trúc nội dung chương “ Sóng cơ và sóng âm” Vật lí 12 43

2.2 Sơ đồ hình thành ý tưởng chủ đề 45

3.1 GV triển khai tổ chức nhóm 105

3.2 HS nhóm 2 trả lời câu hỏi tình huống vấn đề

(Minh chứng biểu hiện GQVĐ 1.1)

106

3.3 HS nhóm 2 thảo luận phân tích nhiệm vụ của chủ đề (Minh chứng

biểu hiện GQVĐ 1.2)

106

3.4 HS đại diện nhóm phát biểu VĐ (Minh chứng biểu hiện GQVĐ 1.3) 107

3.5 GV giới thiệu các bước cần thực hiện trong chủ đề 1 107

3.6 Các nhóm tiến hành thiết kế mô hình truyền sóng cơ học 108

3.7 GV gợi ý cho nhóm 1 về phương án tính vận tốc truyền sóng trên 109