Tổ chức dạy học chủ đề tích hợp stem "máy phát điện" ở trường trung học phổ thông

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM



HỒ THỊ THÙY DUNG

TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ TÍCH HỢP STEM

“MÁY PHÁT ĐIỆN”

Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

Chuyên ngành : Lý luận và PPDH Bộ môn Vật lí

Mã số: 60140111

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

KHOA HỌC GIÁO DỤC

Đà Nẵng – Năm 2018

Công trình được hoàn thành tại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS.Nguyễn Văn Biên

Phản biện 1: .............................................................................

Phản biện 2: .............................................................................

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp

thạc sĩ Khoa học giáo dục họp tại Trường Đại học Sư phạm vào ngày

…...… tháng …...… năm …...….

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

Thư viện Trường Đại học Sư phạm – ĐHĐN

Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm – ĐHĐN

1

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

Hiện nay, đất nước ta đang bước vào thời kì công nghiệp hoá,

hiện đại hoá đất nước, thời kì mở cửa, hội nhập quốc tế. Để có thể

tiến kịp và hội nhập được với thế giới thì việc giáo dục và đổi mới

giáo dục vẫn luôn là quốc sách hàng đầu mà Đảng và Nhà nước ta đã

xác định.

Trong thông báo kết luận của Bộ chính trị về tiếp tục thực hiện

Nghị quyết TW II (khoá VIII), phương hướng phát triển giáo dụ c

đến năm 2020, ngày 15 tháng 4 năm 2009 cũng đã chỉ rõ: “Tiếp tục

đổi mới phương pháp dạy và học, khắc phục cơ bản lối truyền thụ

một chiều. Phát huy phương pháp dạy học tích cực, sáng tạo, hợp

tác; giảm thời gian giảng giải lý thuyết, tăng thời gian tự học, tự tìm

hiểu thực hành cho học sinh…”. Với tình hình hiện tại và yêu cầu

cấp thiết đó càng đòi hỏi phải có một chương trình giáo dục mới, một

chương trình có thể tạo cho học sinh có điều kiện để phát triển trí

tưởng tượng của bản thân, sáng tạo và phát triển được kỹ năng kĩ

thuật mới đáp ứng được nhu cầu của xã hội .Vì vậy, chương trình

Stem đã được đẩy mạnh ở các nước phát triển như Anh, Mỹ, Thái

Lan, Singapo…hàng chục năm nay để đáp ứng được nhu cầu về

nguồn nhân lực chất lượng kĩ thuật cao đã được du nhập vào nước ta

và triển khai thí điểm ở một số trường tại Hà Nội, Đà Nẵng, Hồ Chí

Minh cho mọi cấp bậc từ mầm non, tiểu học, trung học cơ sở, đến

phổ thông trung học tuy nhiên vẫn còn chưa được triển khai phổ biến

.

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

2

lặp lại trong thế kỷ 21. STEM là môn học mà học sinh được học các

kiến thức về khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học một cách tích

hợp. Thông thường, các môn học STEM được thiết kế ở dạng chủ đề

và học sinh được học kiến thức tích hợp dựa trên các chủ đề này. Các

chủ đề này luôn gắn với thức tiễn đời sống hay là những vấn đề nổi

cộm về khoa học kỹ thuật đang được quan tâm. Trong đời sống hiện

nay điện năng đã trở thành nhu cầu thiết yếu của cuộc sống con

người và sản xuất công nghiệp chính vì vậy việc tạo cho học sinh

những kiến thức về điện là rất cần thiết, và cũng như trong công

nghiệp sản xuất điện,tạo ra điện bằng máy phát điện. Với chủ đề

Stem máy phát điện thì học sinh không chỉ đơn thuần là học về khoa

học để nghiên cứu về các khái niệm, định luật, hiện tượng cảm ứng

điện từ (kỹ năng khoa học), học về cấu tạo của động cơ máy phát

điện ( kỹ năng kỹ thuật), học về cách tính toán hiệu điện thế, điện

trở, số vòng dây trong nam châm điện hay là chỉ số (kỹ năng toán

học), và cách nắm bắt các công nghệ,các vật liệu xung quanh đời

sống hằng ngày để chế tạo ra máy phát điện (kỹ năng công nghệ).

Vì những lý do trên, tôi chọn đề tài nghiên cứu: “Tổ chức dạy

học chủ đề tích hợp Stem Máy phát điện ở trường phổ thông”

2. Mục đích nghiên cứu

Xây dựng và tổ chức kế hoạch dạy học chủ đề tích hợp Stem

Máy phát điện, tích hợp được các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ

thuật và toán học nhằm góp phần phát triển năng lực giải quyết vấn

đề thực tiễn.

3. Giả thuyết khoa học

Nếu xây dựng nội dung chủ đề tích hợp được các lĩnh khoa học,

công nghệ, kỹ thuật, toán học vào dạy học chủ đề STEM Máy phát

điện ở trường phổ thì sẽ góp phần phát triển năng lực giải quyết vấn

3

đề thực tiễn của học sinh.

4. Khách thể và đối tượng nghiên cứu

- Khách thể nghiên cứu

Quá trình dạy và học vật lí ở trường trung học phổ thông

- Đối tượng nghiên cứu

+ Các nội dung kiến thức chủ đề “Máy phát điện”

+ Cơ sở lí luận và thực tiễn dạy học tích hợp STEM.

+ Cơ sở dạy học phát triển năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn

của học sinh

+ Các phương pháp dạy học hiện đại.

+ Hoạt động dạy học các kiến thức “Máy phát điện”.

5. Phạm vi nghiên cứu

- Tổ chức dạy học chủ đề tích hợp Stem Máy phát điện ở trường

phổ thông.

- Tiến hành thực nghiệm sư phạm tại một số trường THPT tại

Đà Nẵng.

6. Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu lí luận và thực tiễn của việc đổi mới phương pháp

d ạy học vật lí hiện nay.

- Nghiên cứu cơ sở lí luận về tổ chức dạy học tích hợp.

- Điều tra thực trạng dạy học các kiến thức phần “Máy phát

điện- Vật Lí 12”

- Phân tích nội dung kiến thức và tổ chức dạy học theo chủ đề

tích hợp Stem Máy phát điện ở trường phổ thông theo phương án của

đề tài.

- Tiến hành thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm tra tính khả thi,

hiệu quả của vấn đề cần nghiên cứu.

4

7. Phương pháp nghiên cứu

7.1. Nghiên cứu lý thuyết

- Nghiên cứu cơ sở lý luận của việc dạy học Vật Lí.

- Nghiên cứu nội dung và chương trình sách giáo khoa Vật Lí

lớp 12.

7.2. Điều tra quan sát

Điều tra thực tiễn dạy học phần “Máy phát điện” lớp 12 ở một

số trường phổ thông.

7.3. Nghiên cứu thực nghiệm

- Sử dụng và khai thác các phần mềm để có các tư liệu hỗ trợ

dạy học phần “máy phát điện”.

- Sử dụng các nguồn tư liệu để thiết kế một chương trình dạy

học theo hướng tích hợp Stem chủ đề máy phát điện

- Chọn mẫu và thực nghiệm sư phạm ở trường trung học phổ

thông.

- Sử dụng phương pháp thống kê toán học để kiểm chứng giả

thuyết và xác định tính khả thi của đề tài.

8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Góp phần hệ thống hoá cơ sở lí luận của việc tổ chức dạy học

chủ đề tích hợp Stem Máy phát điện ở trường phổ thông theo hướng

tích cực hoá hoạt động nhận thức của học sinh.

- Thiết kế tiến trình dạy học chủ đề tích hợp Stem “Máy phát

điện” nhằm giúp học sinh phát huy được những kỹ năng về khoa học,

công nghệ, kỹ thuật, toán học và những kỹ năng cần thiết giúp học

sinh phát triển tốt trong thế kỷ 21 như: kỹ năng giải quyết vấn đề, tư

duy phản biện, kỹ năng cộng tác, kỹ năng giao tiếp…

- Thông qua việc dạy học chủ đề theo phương pháp dạy học

hiện đại nhằm bồi dưỡng và phát huy các kĩ năng: kĩ năng khoa học,

5

công nghệ, kĩ thuật, toán học, kĩ năng thế kỉ XXI và kĩ năng chuyên

ngành.

Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần, mở đầu, kết luận , tài liệu tham khảo và phụ lục,

nội dung chính của luận văn gồn có 3 chương

Chương 1. Cơ sở lý luận và thực tiễn về dạy học tích hợp stem nhằm

phát triển năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn của học sinh THPT.

Chương 2. Xây dựng hoạt động chủ đề tích hợp stem máy phát điện”

Chương 3. Thực nghiệm sư phạm

6

CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY HỌC

TÍCH HỢP STEM NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI

QUYẾT VẤN ĐỀ THỰC TIỄN CỦA HỌC SINH THPT

1.1. Dạy học định hướng phát triển năng lực

1.1.1. Khái niệm năng lực

1.1.2. Cấu trúc năng lực

1.1.3. Dạy học phát triển NL GQVĐTT của học sinh

1.1.3.1. Năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn là gì?

1.1.3.2. Các cấp độ của năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn

1.1.3.3. Cấu trúc của năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn

1.1.3.4. Quá trình hình thành và phát triển năng lực giải quyết

vấn đề thực tiễn

Quá trình hình thành năng lực có thể mô hình hóa bằng sơ đồ

bậc thang, gồm các bước tăng tiến hình thành năng lực như sau:

1 2 3 4 5

1.1.3.5. Kiểm tra, đánh giá sự phát triển năng lực giải quyết vấn

đề thực tiễn

7

1.1.3.5.1. Mục tiêu kiểm tra, đánh giá theo định hướng phát

triển năng lực

1.2. Dạy học tích hợp STEM

1.2.1. Tích hợp là gì?

1.2.2. STEM và giáo dục tích hợp STEM

1.2.3. Tại sao phải dạy học tích hợp STEM

1.2.4. Quy trình xây dựng và tổ chức dạy học STEM

1.2.5.1. Đặc trưng của bài học STEM

1.2.5.2. Các bước soạn thảo nội dung bài học STEM

1.2.5.3. Tổ chức dạy học tích hợp STEM

1.2.6. Sự phù hợp của dạy học theo trạm, dạy học dự án các

nội dung tích hợp STEM phát triển năng lực giải quyết vấn đề

thực tiễn

Dựa trên cấu trúc chung của một dự án trong lĩnh vực sản xuất,

kinh tế, ta có thể phân chia DHDA thành 4 giai đoạn: Quyết định chủ

đề dự án, lập kế hoạch thực hiện dự án, thực hiện, kết thúc dự án.

Cũng có thể chia DHDA thành nhiều giai đoạn nhỏ hơn, như tác giả

Đỗ Hương Trà đã đề xuất DHDA gồm 5 giai đoạn:

8

Xây dựng ý tưởng dự án. Quyết định chủ đề.

Giáo viên tạo điều kiện để học sinh đề xuất ý tưởng dự án, quyết

định chủ

Xây dựng kế hoạch thực hiện dự án

Học sinh lập kế hoạch làm việc, phân công lao động

Thực hiện dự án

Học sinh làm việc nhóm và cá nhân theo kế hoạch. Kết hợp lí thuyết

và thực hành, tạo ra sản phẩm

Giới thiệu sản phẩm dự án

Học sinh thu thập sản phẩm, giới thiệu, công bố sản phẩm dự án

Đánh giá dự án

Giáo viên và học sinh đánh giá kết quả và quá trình. Rút ra kinh

nghiệm

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1:

Dạy học tích hợp STEM thường gắn với các nhiệm vụ thực tiễn,

do đó, cần đòi hỏi sử dụng kiến thức, kĩ năng, phương pháp một cách

linh hoạt và tổng hợp. Cũng bởi xuất phát từ thực tiễn nên với định

hướng thực hành, định hướng sản phẩm đã rút ngắn khoảng cách giữ

lí thuyết hàn lâm và thực tế.

Dựa theo cơ sở lí luận của các kiểu dạy học hiện đại như dạy

học theo trạm, dạy học theo góc cho ta thấy sự phù hợp trong việc tổ

chức dạy học tích hợp STEM theo các kiểu này.Áp dụng các cơ sở

luận và thực tiễn được trình bày ở chương 1, chương 2 sẽ xây dựng

các hoạt động của chủ đề tích hợp STEM “Máy phát điện và đời

sống” nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề.

9

CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG HOẠT ĐỘNG CHỦ ĐỀ TÍCH

HỢP STEM “MÁY PHÁT ĐIỆN”

2.1. Mục tiêu

2.1.1. Kiến thức

- Nêu được định nghĩa về máy phát điện, nguyên lý hoạt động,

phân loại, ứng dụng của từng loại trong đời sống. Trình bày đựợc

một số mặt trái của máy phát điện.

- Khai thác được các tài liệu khoa học và chỉ ra được cấu tạo

của máy phát điện gồm những bộ phận nào, đặc điểm chức năng của

từng bộ phận đó.

- Nêu được nguyên lý hoạt động của máy phát điện xoay chiều

một pha, ba pha

- Trình bày được khái niệm và ứng dụng của từng loại máy phát

điện. Tiến hành chế tạo và thí nghiệm với một số loại máy phát điện

thông thường.

- Vẽ được cấu tạo của những bộ phận đó.

- Định nghĩa được các định luật dùng để nghiên cứu máy phát

điện.

- Trình bày được nguyên tắc chế tạo các loại máy phát điện dựa

trên các vật liệu chế tạo khác nhau và phương án khác nhau.

- Kể tên một số sản phẩm về máy phát điện trong đời sống và

trong công nghiệp.

- Học sinh sẽ đóng vai là các kỹ sư tư vấn cho người dân ở tại

các bản làng, hải đảo nên đặt những nhà máy phát điện mini tại đâu

trên địa bàn (thông qua bản đồ đặc điểm địa lý của vùng đó) để có

thể sản xuất ra điện phục vụ nhu cầu đời sống.

- Ảnh hưởng của máy phát điện đến môi trường xung quanh với

đời sống sản suất của con người.

10

- Vận dụng được kiến thức hóa học, vật lý vào thực tiễn nhằm

nhận biết và bảo dưỡng các tác hại của môi trường bên ngoài đến

máy phát điện.

- Phát triển kỹ năng vẽ đồ thị nhằm khảo và phân tích về một

vấn đề thực tiễn.

- Vận dụng được kiến thức vật lý, sinh học đã biết và được

hướng dẫn để tạo ra sản phẩm là các máy phát điện đơn giản (chạy

bằng tua bin gió, nước, nhiệt…), bằng những vật liệu sẵn có dễ tìm

sao cho dễ vận hành từ đó rút ra được các thông số,chỉ số để lựa

chọn được các máy phát điện tốt hoạt động có hiệu quả.

- Bố trí, tiến hành và giải thích được thí nghiệm mô phỏng

nguyên lí hoạt động của máy phát điện.

- Trình bày được các phương án chế tạo máy phát điện từ các

nguồn năng lượng khác nhau (gió, nước, nhiệt…).

- Khai thác thông tin trên các trang mạng và báo chí tìm hiểu

nguyên nhân và các mặt lợi hại của các nhà máy phát phát điện đến

môi trường và đời sống.

- Tìm hiểu và thống kê sơ bộ sản lượng điện mà nước ta sử

dụng hiện nay so với lượng điện mà nước ta sản xuất ra

- Thiết kế được poster tuyên truyền chống thiên tai và tiết kiệm

điện.

Mục tiêu chủ đề đưa ra không chỉ gồm những kiến thức về máy

phát điện, nguyên tắc hoạt động hay phương án chế tạo mà còn thể

hiện ở việc HS học được gì về S, T, E, M khi tìm hiểu máy phát điện.

Ví dụ bề một số kiến thức được học sau khi học xong chủ đề:

•(Vật lý 8,11)

+ Khái niệm về hiện tượng tự cảm-hổ cảm, các định luật cảm

ứng điện từ, Định luật Ampere, tác dụng của từ trường lên dòng điện.

11

+ Khái niệm về công- công suất, năng lượng, cơ năng, động

năng, thế năng, định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng...

•Sử dụng kiến thức đã học về hiện tượng cảm ứng điện từ để

giải thích việc tạo ra dòng điện xoay chiều trong một khung dây khi

quay trong một từ trường đều.

• (Địa lý 8)

+ Vị trí giới hạn, hình dạng lãnh thổ Việt Nam và đặc điểm địa

hình khí hậu Việt Nam cho việc phát triển các nhà máy thủy điện,

phong điện…

+ Đặc điểm dân cư, kinh tế, xã hội Việt Nam.

• (Sinh học 9,12)

+ Tác động của nhà máy thủy điện đến môi trường hệ sinh thái

rừng núi và đời sống con người.

+ Tác động ô nhiễm môi trường.

2.1.2. Năng lực

Phát triển năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn, thể hiện cụ thể

qua các chỉ số hành vi của các hợp phần khám phá và hiểu vấn đề

trong thực tiễn, trình bày, phát biểu vấn đề dưới dạng bài toán khoa

học có thể giải quyết được, đề xuất giải pháp, thực hiện giải pháp,

đánh giá và điều chỉnh giải pháp. Thông qua một số nhiệm vụ GV

đặt ra, HS vừa đạt được mục tiêu kiến thức, vừa có thể phát triển

năng lực.

Với mục tiêu: Nêu được khái niệm định luật cảm ứng điện từ,

hiện tượng tự cảm- hổ cảm( máy biến thế), định luật Ampre máy

phát điện, các nhà máy phát điện.Trình bày được nguyên tắc chế tạo

của các loại máy phát điện dựa trên các vật liệu chế tạo khác nhau.

GV có thể tổ chức dạy học dự án với nhiệm vụ: Xây dựng bài thuyết

trình “ Máy phát điện và đời sống ?” Xuất phát từ ý tưởng: Những

12

trận đại hồng thủy liên tiếp xảy ra ở các tỉnh miền núi hiện nay và sự

biến đổi khí hậu. Những điều đáng quan tâm về máy phát điện tại

nhà, có nhiều người lo ngại sản phẩm đó độc hại vì thải khí Carbon

Monoxide (CO) không? Hãy nhập vai một nhân viên nghiên cứu thị

trường thống kê các quan điểm về sự lợi, hại hay những phản ánh về

sử dụng máy phát điện tại nhà. Từ đó, xây dựng bài thuyết trình

“Máy phát điện lợi hay hại?”. Khi đó, chỉ số hành vi lập kế hoạch và

thực hiện kế hoạch sẽ được phát triển, nghĩa là phát triển năng lực

giải quyết vấn đề.

Hoặc sau toàn bộ chủ đề, GV có thể cung cấp cho HS một tình

huống , một đoạn văn bản, yêu cầu HS đặt các câu hỏi mong muốn

tìm hiểu (vấn đề), GV có thể phát triển năng lực giải quyết vấn đề

thực tiễn cụ thể ở việc đặt vấn đề. Hoặc sau toàn bộ chủ đề, GV có

thể cung cấp cho HS một tình huống , một đoạn văn bản, yêu cầu HS

đặt các câu hỏi mong muốn tìm hiểu (vấn đề), GV có thể phát triển

năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn cụ thể ở việc đặt vấn đề.

2.2. Xác định nội dung trọng tâm

2.2.1. Kiến thức nền tảng của chủ đề

2.2.2. Kiến thức trọng tâm

2.2.3. Giới thiệu cấu trúc chủ đề

2.2.4. Bảng tổng hợp các hoạt động được xây dựng trong

chủ đề

2.2.5. Xây dựng các hoạt động

2.2.5.1. Nội dung 1: Tổng quan về “Máy phát điện và đời sống”

2.2.5.1.1. Hoạt động 1: Tìm hiểu về máy phát điện

2.2.5.1.2. Hoạt động 2: Nhận biết và phân loại máy phát điện

theo nguồn cơ năng sơ cấp

2.2.5.1.3. Hoạt động 3: Một số ứng dụng của máy phát điện

13

2.2.5.2. Nội dung 2: Tìm hiểu cấu tạo và nguyên tắc hoạt động

2.2.5.2.1. Hoạt động1: Tìm hiểu về cấu tạo của ba loại máy phát

điện cơ bản

2.2.5.2.2. Hoạt động 2: Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của máy

phát điện nói chung và các loại máy phát điện cơ bản nói riêng

2.2.5.3. Nội dung 3: Vật liệu chế tạo máy phát điện và tìm hiểu

cách tính toán công suất tiêu thụ tổng để lựa chọn được một máy

phát điện phù hợp.

2.2.5.3.1. Hoạt động 1: Vật liệu chế tạo máy phát điện được chia

làm mấy loại? Và được sử dụng trong những bộ phận nào của máy?

2.2.5.3.2. Hoạt động 2: Tìm hiểu cách tính toán công suất tiêu

thụ của một máy phát điện từ đó tính ra công suất tiêu thụ và lựa

chọn máy phát điện phù hợp với số liệu được giao.

2.2.5.3.3. Hoạt động 3: Những lưu ý khi chọn mua một máy

phát điện phù hợp với nhu cầu và cách khắc phục những hạn chế khi

sử dụng máy phát điện.

2.2.5.4. Nội dung 4: Chế tạo máy phát điện đơn giản theo các

phương án đã xây dựng.

2.2.5.4.1. Hoạt động 1: Đề xuất các phương án chế tạo máy phát

điện đơn giản.

2.2.5.4.2. Hoạt động 2: Tiến hành lập kế hoạch chế tạo máy phát

điện dựa và các phương án đã đề xuất.

2.2.5.4.3. Hoạt động 3: Lắp ráp và chạy thử nghiệm các máy

phát điện đã được đề suất phương án và đánh giá

2.2.5.5. Nội dung 5: Ảnh hưởng của sản xuất điện đến môi

trường

2.2.5.5.1. Hoạt động 1: Tác động cụ thể của từng nhà máy điện