Thiết kế và tổ chức dạy học một số chủ đề stem chương “cơ sở của nhiệt động lực học" - vật lý 10.

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA VẬT LÝ

NGÔ THỊ LÀNH

THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ CHỦ

ĐỀ STEM CHƯƠNG “CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG

LỰC HỌC” – VẬT LÝ 10

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Đà Nẵng, 2019

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA VẬT LÝ

NGÔ THỊ LÀNH

THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ CHỦ

ĐỀ STEM CHƯƠNG “CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG

LỰC HỌC” – VẬT LÝ 10

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Chuyên ngành : Sư phạm Vật lí

Khóa học : 2015 – 2019

Người hướng dẫn : TS. Phùng Việt Hải

Đà Nẵng, 2019

Page 1

LỜI CẢM ƠN

Những dòng đầu tiên trong cuốn khóa luận này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu

sắc đến TS. Phùng Việt Hải trong suốt thời gian làm khóa luận thầy luôn nhiệt tình

đôn đốc và tận tình hướng dẫn tôi từ khi hình thành ý tưởng đến khi hoàn thành cuốn

khóa luận này hoàn chỉnh.

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo, cô giáo trong tổ phương pháp

dạy vật lí, Ban Chủ nhiệm khoa Vật lí – Trường ĐHSP Đà Nẵng tạo điều kiện giúp tôi

trong quá trình học tập và nghiên cứu.

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban giám hiệu trường trung học

phổ thông FPT, Đà Nẵng, thầy giáo, cô giáo trong tổ Vật lí cùng các em học sinh của

trường đã hỗ trợ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành khóa luận này.

....................., ngày ... tháng … năm …

Sinh viên thực hiện

(Ký và ghi rõ họ tên)

Page 2

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN..................................................................................................................1

MỤC LỤC.......................................................................................................................2

DANH MỤC BẢNG BIỂU.............................................................................................5

DANH MỤC HÌNH ẢNH...............................................................................................6

MỞ ĐẦU .........................................................................................................................7

1. Lý do chọn đề tài................................................................................................................... 7

2. Tổng quan vấn đề nghiên cứu.............................................................................................. 8

3. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................................. 8

4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ....................................................................................... 8

5. Nhiệm vụ nghiên cứu............................................................................................................ 8

6. Phương pháp nghiên cứu...................................................................................................... 9

7. Cấu trúc khóa luận................................................................................................................. 9

CHƯƠNG 1: LÝ LUẬN VỀ GIÁO DỤC STEM VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM

TRONG TRƯỜNG TRUNG HỌC ...............................................................................10

1.1. Khái niệm giáo dục STEM ..............................................................................................10

1.2. Mục tiêu giáo dục STEM.................................................................................................11

1.3. Chủ đề STEM ...................................................................................................................11

1.4. Phân loại chủ đề STEM ...................................................................................................13

1.5. Một số năng lực được hình thành thông qua dạy học chủ đề STEM ..........................14

1.5.1. Phát triển năng lực sáng tạo của học sinh thông qua dạy học chủ đề

STEM…………… ................................................................................................14

1.5.2. Phát triển tư duy kỹ thuật của học sinh thông qua dạy học chủ đề STEM

….………………………………………………………………………………..16

1.6. Quy trình thiết kế chủ đề STEM ....................................................................................18

1.7. Tiến trình tổ chức dạy học chủ đề STEM ......................................................................22

KẾT LUẬN CHƯƠNG I...............................................................................................26

Page 3

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ NỘI DUNG VÀ TIẾN TRÌNH TỔ CHỨC DẠY HỌC

MỘT SỐ CHỦ ĐỀ STEM CHƯƠNG “CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC” -

VẬT LÝ 10 27

2.1. Phân tích nội dung kiến thức chương “Cơ sở của nhiệt động lực học” theo định

hướng giáo dục STEM.................................................................................................................27

2.1.1. Phân tích nội dung kiến thức ................................................................27

2.1.2. Ứng dụng trong thực tiễn.......................................................................30

2.2. Thiết kế một số chủ đề STEM trong chương “Cơ sở của nhiệt động lực học” ..........30

2.2.1. Chủ đề “Máy làm mát mini di động”.....................................................31

2.2.2. Chủ đề “Động cơ nhiệt”.........................................................................33

2.2.3. Chủ đề “Chiếc thuyền vui nhộn” ...........................................................36

2.3. Tổ chức dạy học một số chủ đề STEM trong chương “Cơ sở của nhiệt động lực học”

39

2.3.1. Tổ chức dạy học chủ đề: “Máy làm mát mini di động”.........................39

2.3.2. Tổ chức dạy học chủ đề: “Động cơ nhiệt”.............................................52

2.3.3. Tổ chức dạy học chủ đề: “Chiếc thuyền vui nhộn” ...............................63

2.4. Công cụ đánh giá chủ đề STEM theo định hướng phát huy tính sáng tạo và tư duy kĩ

thuật của học sinh.........................................................................................................................76

2.4.1. Tiêu chí đánh giá tính sáng tạo của học sinh trong dạy học chủ đề

STEM……………………………………………………………………………76

2.4.2. Tiêu chí đánh giá tư duy kỹ thuật của học sinh trong dạy học chủ đề

STEM……………………………………………………………………………79

2.4.3. Xây dựng bộ công cụ đánh giá hoàn chỉnh cho từng chủ đề.................81

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2..............................................................................................83

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM.............................................................84

3.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm......................................................................................84

3.2. Nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm ..............................................................................84

3.3. Đối tượng thực nghiệm sư phạm.....................................................................................84

3.4. Phương pháp thực nghiệm sư phạm ...............................................................................84

Page 4

3.5. Những thuận lợi và khó khăn gặp phải khi tiến hành thực nghiệm sư phạm .............84

3.5.1. Thuận lợi................................................................................................84

3.5.2. Khó khăn................................................................................................85

3.6. Kết quả thực nghiệm sư phạm.........................................................................................85

3.6.1. Phân tích diễn biến thực nghiệm sư phạm.............................................85

3.6.2. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm đối với mục tiêu giáo dục

STEM……………………………………………………………………………88

3.6.3. Đánh giá chung ......................................................................................95

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3..............................................................................................96

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................................................97

1. Kết luận ................................................................................................................................97

2. Kiến nghị..............................................................................................................................97

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................98

Ý KIẾN CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN.......................................................................100

Page 5

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1. Chuẩn kiến thức kĩ năng của chương “Cơ sở của nhiệt động lực học”........27

Bảng 2.2. Một số chủ đề STEM có thể xây dựng chương “Cơ sở của nhiệt động lực

học”................................................................................................................................31

Bảng 2.3. Xây dựng nội dung các hoạt động dạy học của chủ đề STEM “Máy làm mát

mini di động” .................................................................................................................32

Bảng 2.4. Lập kế hoạch dạy học chủ đề STEM “Máy làm mát mini di động” ............33

Bảng 2.5. Xây dựng nội dung các hoạt động dạy học của chủ đề STEM “Động cơ

nhiệt” .............................................................................................................................35

Bảng 2.6. Lập kế hoạch dạy học chủ đề STEM “Động cơ nhiệt” ................................35

Bảng 2.7. Xây dựng nội dung các hoạt động dạy học của chủ đề STEM “Chiếc thuyền

vui nhộn” .......................................................................................................................37

Bảng 2.8. Lập kế hoạch dạy học chủ đề STEM “Chiếc thuyền vui nhộn”...................38

Bảng 2.9. Thiết bị và vật liệu chế tạo mô hình máy làm mát mini di động..................48

Bảng 2.10. Tiêu chí đánh giá báo cáo máy làm mát mini di động ...............................50

Bảng 2.11. Thiết bị và vật liệu chế tạo mô hình động cơ Stirling ................................61

Bảng 2.12. Tiêu chí đánh giá báo cáo động cơ Stirling ................................................63

Bảng 2.13. Thiết bị và vật liệu chế tạo thuyền nến.......................................................72

Bảng 2.14. Tiêu chí đánh giá báo cáo thuyền nến. .......................................................75

Bảng 2.15. Tiêu chí đánh giá tính sáng tạo của học sinh trong dạy học STEM...........79

Bảng 2.16. Tiêu chí đánh giá tư duy kỹ thuật của học sinh trong dạy học...................81

Bảng 3.1. Kết quả đánh giá báo cáo máy làm mát mini di động ..................................91

Page 6

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1. Mục tiêu giáo dục STEM..............................................................................11

Hình 1.2. Tiêu chí của chủ đề STEM ...........................................................................12

Hình 1.3. Sơ đồ thể hiện khái niệm sáng tạo của học sinh ...........................................14

Hình 1.4. Quy trình thiết kế chủ đề STEM...................................................................19

Hình 1.5. Sơ đồ tiến trình tổ chức dạy học chủ đề STEM ở trường trung học.............23

Hình 2.1. Sơ đồ logic nội dung kiến thức chương “Cơ sở của nhiệt động lực học” ....28

Hình 2.2. Ấn xuống mạnh và nhanh pit-tông của xilanh chứa khí làm nội năng của nó

thay đổi ..........................................................................................................................29

Hình 2.3. Đun xilanh chứa không khí trên ngọn lửa đèn cồn làm nội năng của nó thay

đổi ..................................................................................................................................29

Hình 2.4. Mô hình máy làm mát mini di động .............................................................47

Hình 2.5. Kích thước mô hình máy làm mát mini di động...........................................49

Hình 2.6. Động cơ nhiệt................................................................................................58

Hình 2.7. Nguyên tắc hoạt động của động cơ nhiệt......................................................58

Hình 2.8. Mô hình động cơ Stirling..............................................................................59

Hình 2.9. Cấu tạo động cơ Stirling loại pit-tông tự do với nguồn nóng có nhiệt độ cao

.......................................................................................................................................59

Hình 2.10. Thuyền nến .................................................................................................71

Hình 3.1. Các nhóm gia công, chế tạo máy làm mát mini di động ..............................86

Hình 3.2. Mô hình máy làm mát mini di động của các nhóm ......................................86

Hình 3.3. Cuộc đua “Mùa hè sáng tạo” ........................................................................87

Hình 3.4. Báo cáo máy làm mát mini di động (1) ........................................................87

Hình 3.5. Báo cáo máy làm mát mini di động (2) ........................................................87

Page 7

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

Chúng ta đang sống trong thời đại hòa nhập cao giữa các quốc gia có văn hóa

khác nhau, nhu cầu trao đổi công việc và nhân lực cũng ngày một cao. Bối cảnh đó đòi

hỏi ngành giáo dục cũng cần chuẩn bị cho học sinh những kỹ năng và kiến thức theo

chuẩn toàn cầu. Giáo dục STEM là một trong những xu hướng giáo dục đang được coi

trọng ở nhiều quốc gia trên thế giới. 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. Chỉ

thị số 16/CT-TTg ra ngày 4/5/2017 về việc tăng cường năng lực tiếp cận cuộc Cách

mạng công nghiệp lần thứ 4, cùng với Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể, được

Bộ Giáo dục và Đào tạo chính thức ban hành tháng 12/2018 đã cho thấy, giáo dục

STEM đang được kì vọng sẽ là bước đột phá mang lại hiệu quả to lớn trong công cuộc

đổi mới căn bản, toàn diện nền giáo dục Việt Nam.

Tuy nhiên, hiện trạng dạy và học theo mô hình STEM tại Việt Nam vẫn còn

nhiều vấn đề cần giải quyết như cơ sở vật chất chưa đáp ứng được nhu cầu dạy và học,

chương trình kiểm tra và đánh giá còn lý thuyết hàn lâm, thiếu thực hành, không coi

trọng công nghệ và kĩ thuật, tâm lý của đa phần học sinh vẫn là học để thi và nhận

thức về việc “Học” của phần lớn phụ huynh vẫn theo cách truyền thống… Bên cạnh

đó, phương pháp giáo dục STEM còn khá mới mẻ nên cần được sự quan tâm và nhận

thức của toàn xã hội. Cải cách giáo dục là điều tất yếu, triển khai giáo dục STEM để

đón đầu xu hướng phát triển giáo dục sẽ đặt nền móng vững chắc cho sự phát triển của

đất nước trong tương lai.

Với những tồn tại và yêu đầu đặt ra mang tính thời đại nêu trên thì tôi mong

rằng, 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 21.

Trong phạm vi nghiên cứu của sinh viên Đại học Sư Phạm – Đại học Đà Nẵng

thì tôi nhận thấy hướng nghiên cứu này còn chưa sâu và sản phẩm còn khá ít. Vậy nên,

tôi tiến hành vận dụng những kiến thức khoa học, kỹ thuật, công nghệ và toán học,

Page 8

thiết kế dạy học một số chủ đề STEM chương “Cơ sở của nhiệt động lực học” – Vật lý

10 nhằm giúp HS vận dụng kiến thức vào thực tế, đồng thời trải nghiệm, sáng tạo

những vấn đề lí thuyết để tạo ra các sản phẩm. Chính vì những lý do trên, tôi quyết

định lựa chọn đề tài: “THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ CHỦ ĐỀ

STEM CHƯƠNG “CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC” - VẬT LÝ 10” để tiến

hành nghiên cứu.

2. Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Trong phạm vi nghiên cứu của sinh viên ở Đại học Sư phạm - Đại học Đà Nẵng

thì chưa có nhiều các công trình khai thác sâu về lĩnh vực này. Tôi đã có nghiên cứu

căn bản về STEM ở mức độ Nghiên cứu khoa học của sinh viên, hi vọng với nền móng

đó, tôi có thể đi sâu hơn, hoàn thiện hơn và cụ thể hóa qua chương “Cơ sở của nhiệt

động lực học” ở Vật lí 10 trong Khóa luận này.

3. Mục tiêu nghiên cứu

- Thiết kế được một số chủ đề STEM liên quan đến các kiến thức chương “Cơ sở của

nhiệt động lực học” cho học sinh lớp 10.

- Tổ chức dạy học chủ đề STEM nhằm phát triển năng lực sáng tạo và tư duy kĩ

thuật của học sinh.

4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

a. Đối tượng nghiên cứu

- Cơ sở lý luận về giáo dục STEM và tổ chức dạy học STEM trong trường trung

học.

- Nội dung kiến thức chương “Cơ sở nhiệt động lực học” theo định hướng giáo dục

STEM.

b. Phạm vi nghiên cứu

- Hoạt động dạy và học một số kiến thức chương “Cơ sở của nhiệt động lực học” –

Vật lí 10 ở trường phổ thông.

5. Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý luận về giáo dục STEM và dạy học chủ đề STEM định hướng

phát triển một số năng lực cho học sinh THPT.

- Phân tích nội dung kiến thức chương “Cơ sở của nhiệt động lực học” - Vật lí 10

theo định hướng giáo dục STEM.