Phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học chương “Khúc xạ ánh sáng” – Vật lí 11 theo định hướng giáo dục STEM
Trong xu thế hội nhập toàn cầu và cùng với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 (gọi tắt là cuộc CMCN 4.0) đã đặt nền giáo dục Việt Nam trước nhiều thách thức to lớn. Đòi hỏi nguồn lao động có chất lượng cao, lao động có tri thức khoa học hiện đại, năng lực và những phẩm chất cần thiết đáp ứng nhu cầu xã hội. Vì vậy, để tiến kịp trình độ chung của các nước trong khu vực và trên thế giới, ngành giáo dục – đào tạo đang thực hiện đổi mới một cách toàn diện từ nội dung chương trình sách giáo khoa, phương thức dạy học, phương pháp dạy học, hình thức kiểm tra đánh giá…
Mục tiêu của chương trình giáo dục phổ thông năm 2018 là giáo dục toàn diện: đức, trí, thể mĩ, phát triển phẩm chất và năng lực. HS cần hình thành phẩm chất, chiếm lĩnh kiến thức, kĩ năng, thái độ và phát triển năng lực chung (cốt lõi) và năng lực chuyên môn/ đặc thù các môn học.
Với mục tiêu trên thì mô hình giáo dục STEM, các kiến thức và kỹ năng trong các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học được truyền đạt đan xen và kết dính lẫn nhau cho học sinh trên cơ sở học thông qua thực hành và hướng đến giải quyết các vấn đề thực tiễn. Ngoài ra, giáo dục STEM còn chú trọng trang bị cho học sinh những kỹ năng mềm cần thiết cho sự thành công trong công việc sau này như kỹ năng cộng tác, làm việc nhóm, giải quyết vấn đề, tư duy sáng tạo, tư duy phản biện… Rõ ràng với các học sinh phổ thông, việc theo học các môn học STEM và theo phương pháp giáo dục STEM còn có ảnh hưởng tích cực tới khả năng lựa chọn nghề nghiệp tương lai của các em sau này. Với việc tiếp thu kiến thức một cách tích hợp và sáng tạo, học sinh sẽ yêu thích và thể hiện niềm đam mê đối với môn học, từ đó sẽ khuyến khích các em có định hướng tốt hơn khi chọn chuyên ngành cho các bậc học cao hơn và sự chắc chắn cho cả sự nghiệp sau này của các em.
Chương “Khúc xạ ánh sáng” là một trong những chương quan trọng trong chương trình vật lý 11. Học sinh thường cũng thấy khó khăn khi tìm hiểu các kiến thức mới, bài tập chương này cũng khá phong phú và đa dạng nên đa số học sinh còn lúng túng trong khi học chương này. Đã có nhiều đề tài nghiên cứu về cách tổ chức dạy học chương khúc xạ ánh sáng theo hướng phát triển các năng lực cho học sinh như năng lực thực nghiệm, năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề, năng lực vật lí…chưa có đề tài nào nghiên cứu về dạy học theo định hướng STEM cho chương này.
Nhằm khai thác một cách có hiệu quả, phát huy năng lực học tập của học sinh ở trường THPT nên tôi chọn đề tài “Phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học chương “Khúc xạ ánh sáng” – Vật lí 11 theo định hướng giáo dục STEM”
2. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Xây dựng được các chủ đề STEM và vận dụng được vào tổ chức dạy học chương “Khúc xạ ánh sáng” – Vật lí 11 hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề của HS.
Nếu xây dựng được các chủ đề STEM và vận dụng được vào tổ chức dạy học chương “Khúc xạ ánh sáng” – Vật lí 11 thì sẽ phát triển năng lực giải quyết vấn đề, góp phần nâng cao chất lượng học tập của HS.
5. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
– Cơ sở lý thuyết về dạy học STEM và hình thức dạy học theo STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh.
– Không gian nghiên cứu: Lớp 11, trường THCS và THPT Phạm Kiệt huyện Sơn Hà, tỉnh Quảng Ngãi.
– Thời gian nghiên cứu: Từ tháng 12/2020 đến tháng 07/2021
– Nội dung nghiên cứu: Vận dụng phương pháp giáo dục STEM trong giảng dạy chương “Khúc xạ ánh sáng” Vật lí 11 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh.
– Khảo sát điều tra thực nghiệm sư phạm ở trường THCS & THPT Phạm Kiệt.
– Nghiên cứu lý thuyết:
+ Nghiên cứu cơ sở lý luận về giáo dục STEM và cơ sở lý luận của các phương pháp, quan điểm dạy học hiện đại, trong đó đặc biệt quan tâm đến cơ sở lý luận của dạy học theo chủ đề STEM.
+ Nghiên cứu mục tiêu dạy học về kiến thức, kỹ năng, thái độ, phát triển năng lực mà học sinh cần đạt được khi học các kiến thức chương “Khúc xạ ánh sáng”. Qua đó, xác định những thí nghiệm, ứng dụng kỹ thuật có thể chế tạo trong dạy học STEM phần này.
– Nghiên cứu thực trạng, thiết kế tiến trình, điều tra khảo sát:
+ Thực trạng về dạy học chương “Khúc xạ ánh sáng” ở trường THCS và THPT Phạm Kiệt.
+ Thiết kế tiến trình dạy học kiến thức chương “Khúc xạ ánh sáng” theo hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh. Xây dựng công cụ đánh giá phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học STEM.
+ Tiến hành thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá tính khả thi của nội dung và quy trình dạy học STEM đã xây dựng và bước đầu đánh giá hiệu quả của dạy học STEM về việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề và chất lượng nắm vững kiến thức của học sinh.
7. Phương pháp nghiên cứu
7.1. Phương pháp nghiên cứu lí luận
7.2. Phương pháp điều tra, quan sát thực tiễn
7.3. Phương pháp thống kê toán học
7.4. Phương pháp thực nghiệm sư phạm
– Xây dựng được 1 chương dạy học STEM trong chương trình Vật lí lớp 11 làm cơ sở để triển khai dạy học STEM trong trường THPT.
– Làm tài liệu tham khảo về giảng dạy bộ môn Vật lý ở trường THPT.
– Đề xuất các dự án dạy học STEM chương khúc xạ ánh sáng:
+ Thiết kế phương án tạo ra bóng điện mặt trời từ chai nước cho những ngôi nhà thiếu ánh sáng mặt trời dựa vào hiện tượng khúc xạ ánh sáng.
+ Làm và giải thích một số thí nghiệm vui về hiện tượng khúc xạ ánh sáng.
+ Thiết kế phương án tạo ra ngôi sao ánh sáng từ đèn chiếu dựa vào hiện tượng phản xạ toàn phần.
+ Thiết kế phương án chế tạo kính tiềm vọng”.
+ Thiết kế phương án tạo ra các đèn sáng dựa vào hiện tượng phản xạ toàn phần bằng các dụng cụ đơn giản.
+ Làm và giải thích một số thí nghiệm vui về hiện tượng phản xạ toàn phần.
Ngoài phần mở đầu, kết luận, phụ lục và tài liệu tham khảo, luận văn gồm có 03 chương có nội dung sau:
Chương 1: cơ sở lí luận và thực tiễn trong dạy học phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh theo định hướng giáo dục stem
Chương 2: thiết kế và tổ chức dạy học chương khúc xạ ánh sáng – Vật lí 11 hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh theo định hướng giáo dục stem
CHƯƠNG 1
CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN TRONG DẠY HỌC PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM
1.1. Năng lực giải quyết vấn đề
1.1.2. Năng lực giải quyết vấn đề
1.2. Giáo dục STEM trong dạy học
1.3. Phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh thông qua dạy học theo giáo dục STEM
1.3.1. Thực trạng của việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh thông qua dạy học theo giáo dục STEM ở trường phổ thông
1.3.2. Biện pháp phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh thông qua dạy học theo giáo dục STEM
1.3.3. Tiêu chí đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh thông qua dạy học theo giáo dục STEM
Bảng 1.2: Tiêu chí đánh giá NL GQVĐ của HS trong DH vật lí.
Bảng 1.3: Thang đánh giá NL thành tố GQVĐ của HS trong DH Vật lí
| Mức độ biểu hiện | Điểm cho từng mức độ | Độ chênh lệch thang đo | Khoảng giới hạn điểm cho mỗi mức độ |
| Mức 1 | 1 điểm | 0,67 điểm | Từ 1 đến dưới 1,67 |
| Mức 2 | 2 điểm | Từ 1,67 đến dưới 2,33 | |
| Mức 3 | 3 điểm | Từ 2,33 đến 3 |
Công thức tính độ lệch chuẩn
1.4. Quy trình tổ chức dạy học theo giáo dục STEM hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh.
1.5. Nguyên tắc xây dựng nội dung giáo dục STEM theo hướng phát triển NL GQVĐ của HS
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Trong chương này tôi đã tiến hành nghiên cứu cơ sở lí luận và thực tiễn của việc phát triển NL GQVĐ theo GD STEM bao gồm các nội dung về: Năng lực giải quyết vấn đề; Giáo dục STEM trong dạy học; Phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh thông qua dạy học theo giáo dục STEM; Quy trình tổ chức dạy học theo giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh; Nguyên tắc xây dựng nội dung giáo dục STEM theo hướng phát triển NL GQVĐ của HS.
GD STEM là một trong những phương pháp DH giúp phát triển NL GQVĐ của HS. Với phương pháp giáo dục STEM, HS sẽ nhận trước một tình huống thực tiễn liên quan đến các kiến thức khoa học cần giải quyết. Để thực hiện được điều đó, học sinh buộc phải tìm tòi, nghiên cứu các kiến thức xung quanh vấn đề đó từ nhiều nguồn như sách, các trang cung cấp kiến thức trên nền tảng Internet… và vận dụng vào tình huống cụ thể.
Dựa vào việc điều tra thực trạng phát triển NL GQVĐ của HS theo định hướng GD STEM ở trường THPT hiện nay tôi nhận thấy: NL GQVĐ của HS chưa tốt, GV chưa thực hiện nghiêm túc việc tổ chức DH theo hướng phát triển NL GQVĐ của HS. Bên cạnh đó phương pháp DH chủ yếu vẫn là thuyết trình.
Từ những vấn đề trên tôi nhận thấy việc phát triển NL GQVĐ cho HS theo GD STEM là cần thiết. Tất cả những cơ sở nghiên cứu, lí luận đã phân tích trong chương này sẽ được vận dụng để thiết kế và tổ chức dạy học theo giáo dục STEM chương khúc xạ ánh sáng theo hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh ở chương 2.
CHƯƠNG 2
THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC CHƯƠNG KHÚC XẠ ÁNH SÁNG – VẬT LÍ 11 HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHO HỌC SINH THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM
2.1. Phân tích chương “Khúc xạ ánh sáng” Vật lí 11 sử dụng trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM
2.1.1. Mục tiêu chương “Khúc xạ ánh sáng”
2.1.2. Đặc điểm chương “Khúc xạ ánh sáng”
2.1.3. Cấu trúc nội dung chương “Khúc xạ ánh sáng”
2.2. Mối quan hệ giữa mục tiêu, chương trình, nội dung chương “Khúc xạ ánh sáng” với mục tiêu, nội dung giáo dục STEM
2.3. Định hướng một số chủ đề STEM trong chương “Khúc xạ ánh sáng” – Vật lí 11 hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh
2.4. Thiết kế chủ đề STEM trong chương “Khúc xạ ánh sáng” – Vật lí 11 hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh
2.4.1. Nguyên tắc xây dựng nội dung giáo dục STEM chương “Khúc xạ ánh sáng” theo hướng phát triển NL GQVĐ của HS
2.4.2. Thiết kế chủ đề STEM trong chương “Khúc xạ ánh sáng”
2.4.2.1. Chủ đề 1: Bóng điện mặt trời
2.4.2.2. Chủ đề 2: Ngôi sao ánh sáng
2.4.3.3. Chủ đề 3: Đèn trang trí
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
Sau khi nghiên cứu cơ sở lí luận và thực tiễn về giáo dục STEM gắn liền với phát triển năng lực giải quyết vấn đề. Chúng tôi đã đề xuất xây dựng 3 dự án dạy học theo định hướng giáo dục STEM: “Bóng điện mặt trời”, “Ngôi sao ánh sáng”, “Đèn trang trí”, tiến trình dạy học chi tiết từng pha hoạt động nhằm góp phần phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh.
Để kiểm chứng giả thuyết khoa học và có cơ sở thực tiễn cho đề tài, chúng tôi đã tiến hành thực nghiệm sư phạm ở trường THCS và THPT Phạm Kiệt với hình thức và dạy học chính khóa. Nội dung thực nghiệm được thể hiện ở chương 3.
CHƯƠNG 3
3.1. Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm
3.2. Đối tượng và thời gian của thực nghiệm sư phạm
3.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm
3.4. Phân tích diễn biến và đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm
3.4.1. Những thuận lợi và khó khăn trong quá trình thực nghiệm
3.4.2. Diễn biến và đánh giá định tính kết quả TNSP
3.4.2.1 Đánh giá dự án “Bóng điện mặt trời”
3.4.2.2 Đánh giá chủ đề “Ngôi sao ánh sáng”
3.4.2.3 Đánh giá chủ đề “Đèn trang trí”
3.5. Phân tích định lượng kết quả thực nghiệm sư phạm tại trường THCS và THPT Phạm Kiệt
3.5.1. Đánh giá toàn diện các nhóm trong cả quá trình thực hiện chủ đề
3.5.2. Đánh giá năng lực giải quyết vấn đề trong cả quá trình thực hiện chủ đề
Dựa vào bảng đánh giá phát triển năng lực giải quyết vấn đề của 6 em lấy ngẫu nhiên chúng tôi có vẽ đồ thị so sánh các năng lực thành tố của 6 học sinh khi thực hiện 3 chủ đề để từ đó đưa ra nhận xét về sự phát triển năng lực của học sinh khi thực hiện xong 3 chủ đề này.
Dựa vào bảng đánh giá năng lực của học sinh khi thực hiện 3 chủ đề đã nêu, chúng tôi có vẽ đồ thị so sánh các năng lực thành tố của học sinh lớp 11B1 khi thực hiện 3 chủ đề để từ đó đưa ra nhận xét về sự phát triển năng lực của học sinh khi thực hiện xong 3 chủ đề này.
Hình 3.15. Biểu đồ so sánh năng lực tìm hiểu vấn đề của HS qua 3 chủ đề
Hình 3.16. Biểu đồ so sánh năng lực đề xuất giải pháp của HS qua 3 chủ đề
Hình 3.17. Biểu đồ so sánh năng lực thực hiện GPGQVĐ của HS qua 3 chủ đề
Hình 3.18. Biểu đồ so sánh năng lực đánh giá việc GQVĐ và phát hiện VĐ mới cần GQ của HS qua 3 chủ đề
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
Kết quả thực nghiệm cho thấy việc sử dụng quy trình xây dựng chủ đề dạy học theo phương thức giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh, quy trình tổ chức lớp học, phiếu đánh giá kết quả mà luận văn đề xuất là phù hợp và có hiệu quả với HS. Sau khi thực hiện đến chủ đề thứ 2 thì hầu hết HS đều tìm hiểu, phát hiện được vấn đề cần giải quyết. Tìm hiểu kiến thức nền và thông tin liên quan để giải quyết vấn đề một cách hiệu quả. HS biết cách tiếp cận các vấn đề thực tế, tìm ra nguyên nhân và giải pháp cho các vấn đề đó, đặt vấn đề trong bối cảnh đa chiều, từ đó có cái nhìn khách quan và tổng thể góp phần phát triển năng lực giải quyết vấn đề.
Những phân tích trên khẳng định tính khả thi, hiệu quả của đề tài “Phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học chương “Khúc xạ ánh sáng” – Vật lí 11 theo giáo dục STEM”. Đề tài phù hợp với học sinh và thực tiễn trường phổ thông đáp ứng yêu cầu đổi mới phương pháp dạy học, kĩ thuật đánh giá hiện nay.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Thông qua quá trình tìm hiểu, nghiên cứu về cơ sở lí luận và khảo sát thực tiễn, luận văn đã đưa ra được các kết luận như sau:
– Khảo sát thực tiễn, vận dụng cơ sở lí luận về năng lực giải quyết vấn đề và giáo dục STEM, chúng chúng tôi đã xây dựng thành công 3 chủ đề STEM “Bóng điện mặt trời”, “Ngôi sao ánh sáng” và “Đèn trang trí” nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh lớp 11.
– Chúng chúng tôi đã tổ chức thực nghiệm, thu thập và đánh giá kết quả cho thấy 3 chủ đề có tính khả thi và hiệu quả cao. Chủ đề 1 “Bóng điện mặt trời” giúp học sinh làm quen với phương thức dạy học STEM, với chủ đề “Ngôi sao ánh sáng” và “Đèn trang trí” có nhiều phương án để giải quyết, giúp học sinh chủ động và sáng tạo trong quá trình thực hiện. Hai chủ đề đã giúp học sinh từng bước phát triển năng lực giải quyết vấn đề, bên cạnh đó còn giúp học sinh phát triển một số kĩ năng và năng lực khác.
2. Những khó khăn khi nghiên cứu đề tài
Do thời gian thực hiện không nhiều, điều kiện cơ sở vật chất, kinh phí còn hạn hẹp nên đề tài không tránh khỏi những hạn chế như: Các phương án thiết kế chưa nhiều; chưa có điều kiện thực nghiệm trên nhiều đối tượng khác nhau. Mẫu điều tra thực nghiệm sư phạm của đề tài còn nhỏ nên kết quả thực nghiệm mang tính thống kê chưa cao. Số lượng bài dạy trong quá trình thực nghiệm còn hạn chế nên kết quả thu đươc chưa đánh giá hết tính khả thi của đề tài.
3. Khuyến nghị
Qua quá trình nghiên cứu, xây dựng và thực nghiệm luận văn, chúng chúng tôi đưa ra một số đề xuất và kiến nghị sau:
– Mở rộng tổ chức chủ đề STEM trên diện rộng, nhiều học sinh được tham gia hơn để đánh giá một cách tổng quát và chính xác nhất.
– GV cần nghiên cứu, xây dựng và tổ chức thêm nhiều giờ học STEM để học sinh nâng cao năng lực, sự đam mê, hứng thú và tính ứng dụng thực tiễn nhiều hơn.
– Có thể lấy chủ đề dạy học STEM để tổ chức hoạt động dạy học trải nghiệm đáp ứng mục tiêu của chương trình giáo dục phổ thông mới hoặc thông qua các câu lạc bộ để kích thích hứng thú học tập cho học sinh.
E:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\LY LUAN VA PHUONG PHAP DẠY HOC VAT LY\NGO THI THUY TRANG
