Dạy học chủ đề stem "chế tạo máy bơm nước tiện ích" trong dạy học vật lý 10

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

CHUNG QUANG TÙNG

DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM

“CHẾ TẠO MÁY BƠM NƢỚC TIỆN ÍCH”

TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ 10

LUẬN VĂN THẠC SĨ

LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP DẠY HỌC BỘ MÔN VẬT LÝ

ĐÀ NẴNG – NĂM 2020

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

CHUNG QUANG TÙNG

DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM

“CHẾ TẠO MÁY BƠM NƢỚC TIỆN ÍCH”

TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ 10

Chuyên ngành: Lý luận và PPDH Bộ môn Vật lí

Mã số: 8.14.01.11

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:

TS. Dƣơng Xuân Quý

ĐÀ NẴNG – NĂM 2020

III

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Số thứ tự Chữ viết tắt Chữ đầy đủ

1 DH Dạy học

2 GĐ Giai đoạn

3 GQVD Giải quyết vấn đề

4 GQVDTT GQVDTT

5 GV GV

6 HS HS

7 NL Năng lực

8 PPDH Phương pháp dạy học

9 PTNL PTNL

10 SGK Sách giáo khoa

11 THPT Trung học phổ thông

12 TNSP Thực nghiệm sư phạm

IV

MỤC LỤC

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

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

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT........................................................................III

DANH MỤC CÁC BẢNG..........................................................................................IX

DANH MỤC CÁC HÌNH, SƠ ĐỒ..............................................................................X

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

1. Lý do chọn đề tài/ Tính cấp thiết của đề tài............................................................1

2. Tổng quan vấn đề nghiên cứu/Lịch sử vấn đề nghiên cứu .....................................2

3. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................................3

4. Giả thuyết khoa học ................................................................................................3

5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu...........................................................................3

6. Nhiệm vụ nghiên cứu ..............................................................................................3

7. Phương pháp nghiên cứu.........................................................................................4

8. Dự kiến kết quả đạt được ........................................................................................4

9. Bố cục của luận văn/cấu trúc luận văn....................................................................4

CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY HỌC STEM THEO

HƢỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ THỰC TIỄN CHO

HỌC SINH .....................................................................................................................5

1.1. Giáo dục STEM trong dạy học .........................................................................5

1.1.1. Khái niệm về dạy học STEM........................................................................5

1.1.2. Mục tiêu của dạy học STEM ........................................................................6

1.1.3. Các kỹ năng của dạy học STEM...................................................................7

1.1.4. Phân loại STEM (theo mức độ áp dụng) ......................................................8

1.1.5. Chủ đề giáo dục STEM...............................................................................10

1.2. Phát triển năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn trong dạy học STEM........10

1.2.1. Khái niệm năng lực.....................................................................................10

1.2.2. Năng lực gải quyết vấn đề thực tiễn của học sinh trong dạy học vật lý .....11

1.3. Đặc điểm của học sinh có năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn...................16

1.4. Thực trạng về việc dạy học STEM theo hƣớng phát trển năng lực thực tiễn

cho HS.......................................................................................................................17

1.5. Qui trình tổ chức dạy học STEM theo định hƣớng phát triển năng lực giải

quyết vấn đề thực tiễn.............................................................................................17

1.5.1 Qui trình dạy học các môn khoa học theo phương thức giáo dục STEM ...17

V

1.5.2 Qui trình hướng dẫn học sinh thực hiện một dự án khoa học kỹ thuật theo

phương thức giáo dục STEM................................................................................19

1.6. Tiêu chí đánh giá năng lực giải quyết vấn để thực tiễn theo định hƣớng

giáo dục STEM dƣới dạng nghiên cứu khoa học .................................................22

1.6.1 Tiêu chí đánh giá dự án khoa học, kĩ thuật:.................................................22

1.6.2. Rurbic đánh giá dự án khoa học kỹ thuật: ..................................................24

KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 ............................................................................................26

CHƢƠNG 2. TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM “CHẾ TẠO MÁY BƠM NƢỚC ÍCH”

TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 10 THEO HƢỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC

GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ THỰC TIỄN CỦA HỌC SINH .........................................28

2.1. Phân tích nội dung chƣơng “Cơ học chất lƣu” bài “Áp suất thủy tĩnh.

Nguyên lý Pa-xcan” và bài “Sự chảy thành dòng của chất lỏng và chất khí.

Định luật Bec-nu-li” - Vật lí 10 NC dƣới góc độ STEM ......................................28

2.1.1. Mục tiêu bài “Áp suất thủy tĩnh. Nguyên lý Pa-xcan” và bài “Sự chảy

thành dòng của chất lỏng và chất khí. Định luật Bec-nu-li” - Vật lí 10 NC.........28

2.1.2. Cấu trúc nội dung bài “Áp suất thủy tĩnh. Nguyên lý Pa-xcan” và bài “Sự

chảy thành dòng của chất lỏng và chất khí. Định luật Bec-nu-li” Vật lí 10 NC ..31

2.1.3. Mối quan hệ giữa mục tiêu, chương trình, nội dung bài “Áp suất thủy tĩnh.

Nguyên lý Pa-xcan” và bài “Sự chảy thành dòng của chất lỏng và chất khí. Định

luật Bec-nu-li” Vật lý 10 với mục tiêu, nội dung giáo dục STEM .......................34

2.2. Xây dựng quy trình hƣớng dẫn HS thực hiện dự án “Chế tạo máy bơm

nƣớc tiện ích”...........................................................................................................35

2.3. Tiến trình dạy học chế tạo máy bơm nƣớc tiện ích theo định hƣớng giáo

dục STEM ................................................................................................................39

2.3.1. Hoạt động 1: Hình thành ý tưởng ...............................................................40

2.3.2. Hoạt động 2: Xác định vấn đề nghiên cứu .................................................40

2.3.3. Hoạt động 3: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp....................41

2.3.4. Hoạt động 4: Lựa chọn giải pháp ...............................................................42

2.3.5. Hoạt động 5: Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá ..................................43

2.3.6. Hoạt động 6: Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh..............................................44

2.3.7. Hoạt động 7: Hoàn thiện sản phẩm và vận hành sản phẩm........................44

2.4. Đánh giá năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn của học sinh trong dạy học

qua trải nghiệm chủ đề “chế tạo máy bơm nƣớc tiện ích”..................................45

KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 ............................................................................................50

CHƢƠNG 3. THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM ..............................................................51

3.1. Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sƣ phạm.........................................51

VI

3.1.1. Mục đích của thực nghiệm sư phạm...........................................................51

3.1.2. Nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm ..........................................................51

3.2. Đối tƣợng và thời gian của thực nghiệm sƣ phạm ........................................51

3.2.1. Đối tượng thực nghiệm sư phạm ................................................................51

3.2.2. Thời gian thực nghiệm sư phạm:................................................................51

3.3. Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm ..............................................................51

3.3.1. Phát hiện nhóm HS năng lực GQVDTT.....................................................51

3.3.2. Phương pháp quan sát.................................................................................52

3.3.3. Phương pháp thống kê toán học .................................................................52

3.4. Phân tích diễn biến và đánh giá kết quả thực nghiệm sƣ phạm. .................52

3.4.1. Diễn biến và kết quả thu được ở hoạt động hình thành ý tưởng ................52

3.4.2. Diễn biến và kết quả thu được ở hoạt động xác định vấn đề nghiên cứu...52

3.4.3. Diễn biến và kết quả thu được ở hoạt động nghiên cứu kiến thức nền và đề

xuất giải pháp........................................................................................................53

3.4.4. Diễn biến và kết quả thu được ở hoạt động lựa chọn giải pháp .................55

3.4.5. Diễn biến và kết quả thu được ở hoạt động chế tạo mẫu, thử nghiệm và

đánh giá.................................................................................................................56

3.4.6. Diễn biến và kết quả thu được ở hoạt động chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh 58

3.4.7. Diễn biến và kết quả thu được ở hoạt động hoàn thiện sản phẩm và vận

hành sản phẩm ......................................................................................................60

3.5. Phân tích định tính kết quả thực nghiệm sƣ phạm tại trƣờng THPT Ba Gia

Tỉnh Quảng Ngãi......................................................................................................65

3.5.1. Kết quả đạt được của các tiêu chí theo bảng Rurbic đánh giá....................65

3.5.2. Kết quả đạt được theo tiêu chí đánh giá sản phẩm.....................................66

3.5.3. Bảng kiểm quan sát năng lực GQVDTT của HS trong dạy học qua trải

nghiệm chủ đề “chế tạo máy bơm nước tiện ích”.................................................67

KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 ............................................................................................73

KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ.....................................................................74

TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................76

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

IX

DANH MỤC CÁC BẢNG

Số hiệu bảng Tên bảng Trang

1.1 Cấu trúc năng lực GQVDTT trong dạy học vật lí 11

1.2

Các giai đoạn học tập trải nghiệm với việc phát triển

NLGQVĐTT

15

1.3. Tiêu chí đánh giá dự án khoa học, kỹ thuật 22

1.4 Rurbic đánh giá dự án khoa học kỹ thuật 24

2.1 Mục tiêu bài “Áp suất thủy tĩnh. Nguyên lý Pa-xcan” 28

2.2

Mục tiêu bài “Sự chảy thành dòng của chất lỏng và

chất khí. Định luật Bec-nu-li”

30

2.3

Kiến thức STEM trong chủ đề “chế tạo máy bơm

nước tiện ích”

34

2.4

Rubric đánh giá năng lực GQVDTT trong dạy học

chủ đề “chế tạo máy bơm nước tiện ích”

45

3.1 Bảng kết quả đánh giá dự án 66

3.2

Bảng kiểm quan sát năng lực GQVDTT của HS Đỗ

Thành Ân lớp 10A3 – Trường THPT Ba Gia

67

3.3

Bảng kiểm quan sát năng lực GQVDTT của HS

Nguyễn Công Hậu lớp 10A3 – Trường THPT Ba Gia

70

X

DANH MỤC CÁC HÌNH, SƠ ĐỒ

Số hiệu

hình vẽ

Tên hình vẽ, sơ đồ Trang

1.1 Chu trình STEM (theo https://www.knowatom.com) 5

1.2 Sơ đồ tiến trình bài học STEM 18

3.1 Sơ đồ nguyên mẫu 53

3.2 Sơ đồ thiết kế giải pháp 1 54

3.3 Sơ đồ thiết kế giải pháp 2 55

3.4 Các vật liệu thiết kế máy bơm nước tiện ích 57

3.5 Sản phẩm lần 1 (theo nguyên mẫu) 57

3.6 Sản phẩm lần 02 58

3.7 Bình tự áp 59

3.8 Sản phẩm hoàn thiện giải pháp 1 60

3.9 Chế tạo mô tơ bơm nước DC12V 63

3.10 Các vật liệu cho thiết kế giải pháp 2 63

3.11 Sản phẩm hoàn thiện của giải pháp 2 64