Tổ chức dạy học một số kiến thức chương “chất rắn và chất lỏng. sự chuyển thể” - vật lý 10 theo định hướng stem

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM



NGUYỄN THỊ HẠNH QUYÊN

TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƢƠNG

“CHẤT RẮN VÀ CHẤT LỎNG. SỰ CHUYỂN THỂ” – VẬT

LÝ 10 (CƠ BẢN) THEO ĐỊNH HƢỚNG STEM

Chuyên ngành: Lý luận và PPDH Bộ môn Vật lí

Mã số: 8.14.01.11

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: Tiến Sĩ Nguyễn Thanh Nga

Phản biện 1: PGS.TS. Phạm Xuân Quế

Phản biện 2: TS. Lê Thanh Huy

Luận văn 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

23 tháng 12 năm 2018.

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

STEM – Là viết tắt của các từ Science (Khoa học),

Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics

(Toán học). Đây là một quan điểm dạy học theo hướng tiếp cận liên

ngành nhằm trang bị cho học sinh những kiến thức và kỹ năng cần

thiết liên quan đến các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và

Toán học gắn liền với thực tiễn.

STEM là quan điểm dạy học định hướng cho các phương

pháp giảng dạy giúp tạo hiệu quả cao nhất công tác dạy học Vật lý.

Đặc biệt là các kiến thức thuộc chương “Chất rắn và chất lỏng. Sự

chuyển thế” rất phù hợp với mục tiêu giảng dạy theo định hướng

giáo dục STEM.

Với những lý do trên, chúng tôi lựa chọn đề tài: TỔ CHỨC

DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƢƠNG “CHẤT RẮN VÀ

CHẤT LỎNG. SỰ CHUYỂN THỂ” - VẬT LÝ 10 THEO ĐỊNH

HƢỚNG STEM.

2. Tổng quan đề tài nghiên cứu

Giáo dục STEM mới chỉ xuất hiện tại Việt Nam những năm

gần đây, chủ yếu ở các thành phố Hà Nội, Hồ Chí Minh và Đà Nẵng.

Đến nay, một số tổ chức giáo dục cũng đã triển khai các hoạt động

giáo dục STEM nhưng vẫn chưa phải là hoạt động chính thức trong

các trường phổ thông. Việc nghiên cứu về giáo dục STEM vẫn còn

khá mới, rất ít. Những nghiên cứu trước đây chỉ mang tính khái quát

chung.

Vì vậy, trong phạm vi luận văn này, chúng tôi tập trung

nghiên cứu khả năng phát triển tư duy và phát huy tính tích cực của

giáo dục STEM, nội dung chương “Chất rắn và chất lỏng. Sự chuyển

thể”.

2

3. Mục tiêu nghiên cứu

Tổ chức dạy học một số nội dung kiến thức chương “Chất

rắn và chất lỏng. Sự chuyển thể”- Vật lý 10 theo định hướng STEM

nhằm phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của học

sinh.

4. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: cơ sở lý luận và thực tiễn về giáo

dục STEM, nội dung kiến thức chương “Chất rắn và chất lỏng. Sự

chuyển thể” theo định hướng giáo dục STEM.

- Phạm vi nghiên cứu: Hoạt động dạy và học một số kiến

thức chương “Chất rắn và chất lỏng. Sự chuyển thể”- Vật lý 10 ở

trường phổ thông.

5. Giả thuyết khoa học

Nếu tổ chức dạy học một số nội dung kiến thức chương

“Chất rắn và chất lỏng. Sự chuyển thể”- Vật lý 10 theo định hướng

STEM thì sẽ phát huy tính tích cực, phát triển năng lực sáng tạo của

học sinh.

6. Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý luận về giáo dục STEM, dạy học định

hướng phát triển năng lực học sinh THPT.

- Phân tích nội dung kiến thức chương “Chất rắn và chất

lỏng. Sự chuyển thể”- Vật lý 10 theo định hướng STEM.

- Xây dựng chủ đề giáo dục STEM nội dung kiến thức

chương “Chất rắn và chất lỏng. Sự chuyển thể”- Vật lý 10.

- Đề xuất tiến trình dạy học các chủ đề giáo dục STEM đã

xây dựng.

- Xây dựng bộ công cụ đánh giá năng lực của học sinh theo

định hướng giáo dục STEM.

- Thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá giả thuyết khoa học.

3

7. Phƣơng pháp nghiên cứu

- Nhóm phương pháp nghiên cứu lý luận: bao gồm phương

pháp phân tích, tổng hợp và khái quát hóa nhằm nghiên cứu những

tài liệu thuộc phạm vi đề tài trong và ngoài nước về các vấn đề như

khái niệm, cơ sở lý luận …

- Nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Là phương pháp

điều tra, quan sát sư phạm, thực nghiệm sư phạm … nhằm sử dụng

để điều tra thực trạng dạy học môn Vật lý dưới góc độ STEM, những

hiểu biết của giáo viên về giáo dục STEM. Từ đó xây dựng và sử

dụng các bảng điểm quan sát năng lực của học sinh trong quá trình

trải nghiệm học tập môn Vật lý theo định hướng giáo dục STEM.

- Nhóm phương pháp thống kê toán học : Sử dụng các lý

thuyết Toán học như thống kê xác suất, cá phương tiện của logic, đại

số … sử dụng máy tính điện tử với các kỹ thuật xử lý để xử lý và

phân tích các mẫu điều tra và thực nghiệm.

8. Đóng góp của đề tài

- Đề xuất tiến trình dạy học các chủ đề giáo dục STEM nội

dung kiến thức chương “Chất rắn và chất lỏng. Sự chuyển thể”- Vật

lý 10 và chứng tỏ tính khả thi của nó qua thực nghiệm sư phạm.

- Kết quả nghiên cứu của luận văn làm tài liệu tham khảo,

nghiên cứu về giáo dục STEM cho sinh viên Sư phạm, giáo viên

trường phổ thông.

9. Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và phần kiến nghị, tài liệu tham

khảo và mục lục thì nội dung của luận văn được cấu trúc thành 3

chương:

Chương 1. Cơ sở lý luận và thực tiễn giáo dục STEM trong

trường phổ thông.

4

Chương 2. Tổ chức dạy học một số chủ đề STEM của nội

dung kiến thức chương “Chất rắn và Chất lỏng. Sự chuyển thể” – Vật

lý 10.

Chương 3. Thực nghiệm sư phạm.

5

CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ GIÁO

DỤC STEM TRONG TRƢỜNG PHỔ THÔNG

Trong chương I, chúng tôi trình bày về cơ sở lí luận về tính tích

cực, năng lực sáng tạo, quy trình thiết kế chủ đề giáo dục STEM và

tiến trình tổ chức dạy học kiến thức Vật lý theo định hướng giáo dục

STEM.

1.1.Cơ sở tâm lý học lứa tuổi của học sinh trung học phổ thông

đối với giáo dục STEM

Đối với lứa tuổi học sinh trung học phổ thông, việc giáo viên

nắm bắt tâm lý lứa tuổi để lựa chọn phương pháp dạy học phù hợp là

điều hết sức quan trọng và cần thiết. Bởi trường học và cụ thể là hoạt

động dạy học trong một lớp học không chỉ mang tính chất cung cấp

kiến thức và hoàn chỉnh tri thức cho các em mà còn có tác dụng hình

thành thế giới quan và nhân sinh quan cho học sinh.

Chúng tôi đã phân tích đặc điểm tâm lý lứa tuổi học sinh trung

học phổ thông và những yếu tố ảnh hưởng đến lứa tuổi học sinh như

: đặc điểm về sự phát triển thể chất; ý thức về quyền lợi và nghĩa vụ

của các em học sinh cũng như sự khẳng định vị trí của bản thân. Liệt

kê các đặc điểm nhận thức lứa tuổi: sự phát triển của tự ý thức; sự

hình thành thế giới quan cũng như đặc điểm giao tiếp nhằm đưa ra

mục tiêu và phương pháp giáo dục phù hợp.

1.2.Hoạt động dạy học cho học sinh trung học phổ thông theo

định hƣớng giáo dục STEM

Chúng tôi phân tích thế nào là quá trình dạy học Vật lý bao gồm

các hoạt động dạy học tương tác, phối hợp với nội dung dạy học

cùng các phương tiện dạy học nhằm đạt được các mục tiêu về kiến

thức, kỹ năng và thái độ cần có khi dạy học Vật lý ở trường phổ

thông.

6

Trong thời đại của cuộc Cách mạng Công nghiệp 4.0 như hiện

nay, chúng ta cần định vị một cách cụ thể cách thức, phương pháp

của đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo. Theo đó, sự thay

đổi về quan niệm, tư duy của quá trình dạy học là một trong những

yếu tố then chốt để tiến tới đổi mới căn bản và toàn diện nền giáo

dục nói chung, đổi mới giáo dục theo hướng tiếp cận cuộc cách mạng

công nghiệp 4.0 nói riêng, từ truyền thụ kiến thức sang phát triển

phẩm chất và năng lực của học sinh.

1.3.Cơ sở lý thuyết về giáo dục STEM

STEM là viết tắt của các từ tiếng anh Science (Khoa học),

Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật), Math (Toán).

Trong ngữ cảnh giáo dục STEM được hiểu là giáo dục khoa học và

là một quan điểm dạy học.

Mục tiêu của giáo dục STEM là phát triển các năng lực đặc thù,

năng lực cốt lõi và định hướng nghề nghiệp cho học sinh với bốn tiêu

chí cơ bản :

- Chủ đề STEM hướng tới giải quyết các vấn đề trong thực tiễn,

các tình huống xã hội, kinh tế, môi trường trong cộng đồng địa

phương hay toàn cầu.

- Chủ đề STEM phải hướng tới việc học sinh vận dụng các kiến

thức trong lĩnh vực STEM để giải quyết.

- Chủ đề STEM định hướng thực hành nhằm hình thành và phát

triển năng lực kết hợp lý thuyết và thực hành cho học sinh.

- Chủ đề STEM khuyến khích làm việc nhóm giữa các học sinh.

1.4.Dạy học dự án chủ để STEM

STEM là một quan diểm dạy học, vì vậy khi dạy học STEM cần

lựa chọn những phương pháp dạy học phù hợp đáp ứng được mục

7

tiêu và tiêu chí của giáo dục STEM. Trong phạm vi của luận văn

chúng tôi chọn Phương pháp dạy học dự án.

Dạy học theo dự án là một hình thức dạy học, trong đó học sinh

dưới sự điều khiển và giúp đỡ của giáo viên tự lực giải quyết một

nhiệm vụ học tập mang tính phức hợp không chỉ về mặt lý thuyết mà

đặc biệt về mặt thực hành, thông qua đó tạo ra các sản phẩm thực

hành có thể giới thiệu, công bố được.

Hình 1.1. Đặc trưng của dạy học dự án

Chúng tôi đã mô tả các đặc trưng của phương pháp dạy học dự

án thông qua hình 1.1. Đây là một phương pháp dạy học hỗ trợ phát

triển cả kỹ năng tư duy siêu nhận thức lẫn tư duy nhận thức như hợp

Đặc

trưng

của dạy

học dự

án

Vấn đề

gắn với

thực tiễn Định

hướng

hứng

thú

Tính tự

lực

Lý

thuyết -

thực

hành

Định

hướng

sản

phẩm

Tính

liên môn

Làm

việc

nhóm

Đánh

giá đa

dạng,

thường

xuyên

Công

nghệ

hiện đại

hỗ trợ

8

tác, tự giám sát, phân tích dữ liệu và đánh giá thông tin. Tiến trình

dạy học dự án được chúng tôi mô tả trong hình 1.2.

Hình 1.2. Các giai đoạn dạy học dự án

Trên cơ sở tiến trình dạy học dự án, mục tiêu giáo dục STEM,

tiêu chí chủ đề STEM, chúng tôi đưa ra tiến trình dạy học dự án chủ

đề STEM ở hình 1.3.

9

Hình 1.3. Quy trình tổ chức dạy học các chủ đề STEM

1.5.Phát triển năng lực sáng tạo của học sinh trong dạy học chủ

đề STEM

Nhằm đánh giá được tiêu chí năng lực sáng tạo của học sinh

trong dạy học chủ đề STEM, chúng tôi đưa ra cơ sở lý thuyết về phát

triển năng lực sáng tạo và các biểu hiện của nó và căn cứ vào các

biểu hiện của năng lực sáng tạo, có thể chỉ ra một số biện pháp để

phát huy năng lực sáng tạo của học sinh trong dạy học theo định

hướng giáo dục STEM.

(a) Tự lực phát hiện vấn đề mới, tình huống mới từ những tình

huống quen liên quan đến các ngành nghề kỹ thuật.

Vấn đề thực tiễn

Phát hiện dự án

Xác định mục tiêu dự án

Lên kế hoạch thực hiện

dự án

Triển khai kế hoạch

Trình bày kết quả

Đánh giá sản phẩm

Chưa đạt Đạt

Kết luận

10

(b) Nghiên cứu tổng quan các giải pháp kỹ thuật có sẵn, sau đó

đưa ra bình luận, lật đi lật lại vấn đề, trao đổi, chất vấn với các học

sinh khác, với giáo viên, với chuyên gia, …Từ đó đề xuất các giải

pháp kỹ thuật mới, tối ưu trên cơ sở kế thừa các giải pháp kỹ thuật đã

có.

(c) Tự đề xuất các giải pháp kỹ thuật phù hợp đem lại hiệu quả

cao mà không tham khảo các giải pháp đã có.

(d) Tự truyền tải tri thức và kỹ năng từ lĩnh vực quen biết sang

tình huống mới, vận dụng kiến thức đã học trong điều kiện mới, hoàn

cảnh mới.

(e) Nhìn thấy cấu trúc kỹ thuật, chức năng, bản chất của đối

tượng kỹ thuật. Thực chất là bao quát nhanh chóng, đôi khi tức khắc,

các bộ phận kỹ thuật, các yếu tố bản chất củ đối tượng kỹ thuật trong

mối tương quan giữa chúng.

(f) Đề xuất mô hình giả thuyết, đưa ra phương án thực nghiệm

để kiềm tra giả thuyết hay hệ quả suy ra từ giả thuyết với hiệu quả

cao nhất có thể được trong những điều kiện đã cho.

(g) Tự thiết kế sơ đồ nguyên lí, bản vẽ kỉ thuật thề hiện cấu tạo,

chức năng, của đối tượng kỹ thuật đang nghiên cứu.

1.6.Phát huy tính tích cực của học sinh trong dạy học theo chủ

đề STEM

Một số biểu hiện về tính tích cực của học sinh trong dạy học theo

định hướng giáo dục STEM.

(a) Khát khao tìm kiếm kiến thức mới liên quan đến các lĩnh vực

khoa học, công nghệ, kỹ thuật hay toán.

(b) Hào hứng khi gặp một tình huống mới liên quan đến các lĩnh

vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật hay toán. HS bắt tay vào giải

quyết vấn đề, lên kế hoạch thực hiện ngay.

11

(c) Tích cực tìm kiếm tài liệu từ nhiều nguồn, trao đổi thông tin,

thảo luận với các HS khác, với giáo viên và các chuyên gia về vấn đề

liên quan đến các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật hay toán.

(d) Chủ động thành lập nhóm, diễn đàn trao đổi thông tin để

thực hiện nhiệm vụ học tập được giao phó.

(e) Kiên trì giải quyết nhiệm vụ học tập được giao mặc dù gặp

phải vấn đề khó, chủ động chia sẻ các giải pháp tìm được.

(f) Tự mở rộng bài học, mở rộng phạm vi kiến thức sang các

lĩnh vực khác, thiết kế sơ đồ bài học để dễ nhớ và vận dụng.

1.7.Công cụ đánh giá chủ đề giáo dục STEM theo định hƣớng

phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo

Nhằm đánh giá các biểu hiện của năng lực sáng tạo và tính tích

cực chúng tôi xây dựng công cụ đánh giá dựa trên các biểu hiện năng

lực đã phân tích ở mục 1.6.

CHƢƠNG 2. TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ CHỦ ĐỀ

STEM CỦA NỘI DUNG KIẾN THỨC “CHẤT RẮN VÀ CHẤT

LỎNG – SỰ CHUYỂN THỂ” - VẬT LÝ 10

2.1. Phân tích nội dung kiến thức chƣơng “Chất rắn và chất

lỏng. Sự chuyển thể” theo định hƣớng giáo dục STEM

Nội dung kiến thức của chương được mô tả ở hình 2.1.

Chất rắn và chất lỏng. Sự chuyển thể

Nóng chảy

Chất khí

Biến dạng của vật

rắn

Nở vì nhiệt của vật

rắn

Chất rắn Chất lỏng

Đông đặc

Bay hơi

Ngưng tụ

Hiện tượng căng bề mặt

Hiện tượng dính ướt, không

dính ướt

Hiện tượng mao dẫn

Độ ẩm

không khí

12

Hình 2.1. Nội dung kiến thức chương “Chất rắn và chất lỏng –

Sự chuyển thể”

2.2. Thiết kế chủ đề giáo dục STEM và xây dựng giáo án một số

chủ đề nội dung kiến thức chƣơng “Chất rắn và chất lỏng.

Sự chuyển thể”

Dựa vào kiến thức chương: “Chất rắn và chất lỏng. Sự chuyển

thể”, chúng tôi đề xuất một số chủ đề STEM để tổ chức dạy học cho

học sinh được thể hiện ở bảng 2.2.

Bảng 2.2. Các chủ đề STEM có thể thực hiện.

STT Tên chủ đề STEM Ứng dụng trong thực tiễn

1

Phòng học xanh sáng

tạo

Tạo không gian xanh trong phòng

học bằng phương pháp trồng cây

ứng dụng hiện tượng mao dẫn đơn

giản, gọn nhẹ, sạch sẽ, thẩm mỹ.

2

Chống thấm cho công

trình xây dựng

Chống thấm cho các công trình

nhà cửa

3

Mô hình hệ tuần hoàn Hệ tuần hoàn trong cơ thể người

để giúp học sinh hiểu rõ nguyên lý

làm việc của quả tim, từ đó giúp

nó hoạt động hiệu quả hơn.

4

Thiết kế đèn dầu sáng

tạo

Đèn dầu cho vùng núi, hải đảo

chưa có điện thắp sáng

5

Chế tạo bút máy thông

minh

Bút máy thông minh rèn viết chữ

đẹp

6 Chiếc thuyền vui nhộn

Trò chơi khoa học chuyển động

nhờ sức căng mặt ngoài của chất

lỏng

13

7 Tay đua siêu hạng

Trò chơi khoa học nhờ phản ứng

hóa học gây ra sự chuyển thể của

các chất, tạo lực đẩy cho xe

8

Hệ thống tách nước cất

từ nước biển.

Thiết kế hệ thống tách hơi nước từ

nước biển để lấy nước ngọt.

9

Thử làm bông tuyết

trắng

Dựa vào hiện tượng thăng hoa và

ngưng tụ để làm ra bông tuyết ở

thời tiết bình thường.

Trong đó, chúng tôi chọn phân tích 03 chủ đề : Phòng học xanh,

Đèn dầu sáng tạo và Chiếc thuyền vui nhộn để tổ chức dạy học cho

học sinh.

Ở mỗi chủ đề chúng tôi đưa ra vấn đề thực tiễn, sau đó hình

thành ý tưởng gắn với các yếu tố của STEM gồm Khoa học – Công

nghệ - Kỹ thuật – Toán học. Xuất phát từ mục tiêu dạy học mà đưa ra

các mục tiêu chủ đề cùng bộ câu hỏi định hướng và các nhiệm vụ

học tập của học sinh.

Trong khuôn khổ của Luận văn tóm tắt, chúng tôi chỉ nêu ở đây

nội dung chủ đề “Phòng học xanh”.

a) Vấn đề thực tiễn

Thiết kế phòng học gần gũi với thiên nhiên nhằm giảm tính đơn

điệu của không gian học tập, giúp việc học tập trở nên thoải mái hơn.

Trong đó, chủ đề phòng học xanh vận dụng quy trình trồng cây ứng

dụng hiện tượng mao dẫn, tạo lập một góc xanh trong lớp học. Tham

gia chủ đề trên, học sinh được trải nghiệm quá trình sinh trưởng của

thực vật, tự học được các kiến thức như hiện tượng mao dẫn, quá

trình sinh trưởng của thực vật, các yếu tố ảnh hưởng đến đời sống

của thực vật,…

b) Hình thành ý tưởng chủ đề