CHƯƠNG 2: TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỀU CHỈNH ĐỘ ẨM KHÔNG KHÍ TRONG BÀI “ĐỘ ẨM CỦA KHÔNG KHÍ” VẬT LÍ

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL 1.1.2.2. Quy trình giáo dục STEM a) Quy trình 5E Quy trình 5E được Rodger W Bybee và cs xây dựng dựa trên mô hình SCIS của J. Myron Atkin và Robert Karplus (1962) - một mô hình dung để cải tiến chương trình dạy học môn Khoa học ở HS bậc tiểu học. Kể từ năm 1980, Quy trình 5E đã được dung để thiết kế các tài liệu giảng dạy. Quy trình hướng dẫn 5E đóng một vai trò quan trọng quá trình phát triển chương trình và xây dựng tài liệu giáo trình cho các lớp học khoa học. Ngày nay, một số tác giả đã rất quan tâm đến quy trình 5E và coi nó là một quy trình phù hợp để giáo dục STEM. Quy trình 5E nhằm mô tả tiến trình dạy học và có thể được sử dụng trong toàn bộ chương trình, cho một chương hay một bài học cụ thể. Quy trình 5E gồm có 5 giai đoạn trong một chuỗi quá trình dạy học là: Engagement (Đặt vấn đề), Exploration (khám phá), Explanation (giải thích), Elaboration/Extension (mở rộng) và Evaluation (đánh giá) (Hình 1.2). Hình 1.2. Mô hinh 5E hướng dẫn tich hợp STEM Đặt vấn đề: Mục tiêu của giai đoạn này là để tạo sự chú ý và quan tâm của HS. HS được đặt vào những tình huống, sự kiện hay vấn đề liên quan đến nội dung học tập mang tính thách thức và gợi nhu cầu HS cần phải giải quyết. Về bản chất, ở đây là tạo các tình huống có vấn đề khiến HS có những suy nghĩ như: tại sao điều đó lại có thể xảy ra, em cũng đã từng suy nghĩ nhưng không biết lí giải thế nào, em muốn tìm hiểu

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL thêm về vấn đề này… Và khi đó HS cảm thấy cần thiết phải giải quyết hay học thêm một vấn đề gì đó. Khám phá: Đây là giai đoạn HS trải nghiệm thông qua các hoạt động như thu thập thông tin dữ liệu, quan sát mô hình, thí nghiệm, điều tra… để giải thích các hiện tượng và phát triển khả năng nhận thức của bản thân. Vai trò của GV trong giai đoạn khám phá là người chỉ dẫn và khởi đầu cho hoạt động. Cung cấp cho HS những kiến thức nền cần thiết; những dụng cụ, nguyên vật liệu phục vụ hoạt động trải nghiệm của HS và điều chỉnh những nhận thức sai lầm mà HS có thể gặp phải trong quá trình khám phá. Đây là giai đoạn HS suy nghĩ, lập kế hoạch và tổ chức những thông tin dữ liệu thu thập được. Giai đoạn này HS có thể thực hiện các thí nghiệm, tiến hành nghiên cứu, thiết kế các quy trình, thiết kế mẫu… Lựa chọn và áp dụng các phương pháp tiếp cận có hệ thống thích hợp để trả lời câu hỏi mang tính phức hợp, để điều tra các vấn đề mang tính thời sự và phát triển các giải pháp cho những thách thức và các vấn đề trong thế giới thực. Giải thích: HS phân tích và diễn giải các dữ liệu. Trao đổi những kiến thức và các giải pháp mang tính khả thi. Sử dụng công nghệ thích hợp để phân tích và thông tin liên lạc. Mở rộng: Giai đoạn này HS có cơ hội được mở rộng và củng cố những hiểu biết của mình về các khái niệm, kiến thức. Học sinh tinh chỉnh các giải pháp, các quy trình. Sửa đổi quy trình thử nghiệm để tìm hiểu thêm. Xác định và phân tích các kết nối đến nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM. Đánh giá: Đánh giá được tiến hành thông qua việc HS phải trình bày giải pháp của họ nhằm giải quyết các vấn đề được đặt ra ban đầu. HS được tham gia đánh giá đồng đẳng. HS phải chứng minh sự hiểu biết của mình dựa trên kết quả các nhiệm vụ thực hiện. GV sẽ đánh giá cả kiến thức và kĩ năng của HS, xem xét những minh chứng cho thấy sự hiểu biết của HS. Quy trình trên được xây dựng dựa trên lí thuyết kiến tạo, giúp HS có thể tự xây dựng những hiểu biết của mình thông qua những trải nghiệm và những ý tưởng mới.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL b) Quy trình tiếp cận nghiên cứu khoa học Cùng với quy trình 5E, hiện nay trên thế giới, giáo dục STEM được giảng dạy theo phương pháp nghiên cứu khoa học. Đây là một phương pháp nghiên cứu trong đó những vấn đề khoa học, những số liệu liên quan được thu thập nhằm xây dựng những giả thuyết và những giả thuyết này được TN kiểm chứng. Theo cách tiếp cận này HS sẽ được học theo cách của các nhà khoa học khám phá hay trả lời các câu hỏi khoa học. Quy trình này phù hợp cho các hình thức giáo dục STEM thông qua nghiên cứu khoa học hay mô hình sinh hoạt câu lạc bộ khoa học. Trên cơ sở quy trình nghiên cứu khoa học, tiến trình dạy học STEM theo phương pháp nghiên cứu khoa học được cải tiến như sau (Hình 1.3): Hình 1.3. Tiến trình dạy học STEM theo phương pháp nghiên cứu khoa học c) Quy trình tiếp cận theo lí thuyết thiết kế kĩ thuật Đặc điểm nổi bật của giáo dục STEM là nhấn mạnh yếu tố kĩ thuật và cụ thể là tính thiết kế. Do vậy, nhiều nhà sư phạm đã vận dụng quy trình thiết kế kĩ thuật để giảng dạy STEM cho HS. Vòng lặp thiết kế là một ví dụ trong việc vận dụng quy trình thiết kế kĩ thuật trong giáo dục STEM. Vòng lặp thiết kế là một hướng dẫn giúp HS giải quyết các vấn đề nói chung và giải quyết vấn đề trong thiết kế nói riêng khi học STEM một cách hiệu quả (Hình 1.4).

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL Hình 1.4. Vòng lặp thiết kế trong giáo dục STEM Khác với quy trình tiếp cận nghiên cứu khoa học là dựa trên các câu hỏi, dựa trên các giả thuyết khoa học để làm xuất phát điểm cho quá trình nhận thức của HS, và ở đó quan tâm nhiều đến việc tìm ra các minh chứng để trả lời cho các câu hỏi khoa học đó thì quy trình tiếp cận theo lí thuyết thiết kế kĩ thuật sẽ dựa trên các vấn đề và tìm giải pháp cho các vấn đề cần phải giải quyết. Hay nói cách khác về bản chất ở đây là dựa trên quy trình thiết kế kĩ thuật để giải quyết vấn đề. 1.1.2.3. Các con đường giáo dục STEM cho học sinh Hiện nay, hầu hết các quốc gia trên thế giới không có môn học mang tên STEM cụ thể trong chương trình giáo dục phổ thông. Giáo dục STEM thường được lồng ghép qua các hình thức như sinh hoạt câu lạc bộ khoa học, hoạt động ngoài giờ lên lớp hay được giảng dạy thông qua các môn Khoa học tự nhiên, Toán học và Công nghệ. Nội dung dưới đây trình bày một số con đường để giáo dục STEM cho HS trong đó tập trung phân tích giáo dục STEM thông qua dạy học các môn học vì đây là hướng nghiên cứu của đề tài. a) Giáo dục STEM thông qua hoạt động ngoài giờ lên lớp Trên thế giới, các hoạt động giáo dục nhằm phát triển năng lực, sự sáng tạo, phẩm chất và kĩ năng, giáo dục sự nhân văn… được rất nhiều quốc gia quan tâm đặc biệt là các quốc gia tiếp cận chương trình giáo dục phổ thông theo hướng phát triển năng lực. Một số quốc gia gọi đó là hoạt động giáo dục ngoài trời, hoạt động ngoài giờ

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL lên lớp hay hoạt động trải nghiệm... Các hoạt động này thường được xây dựng dựa trên các chủ đề rất đa dạng, một trong số đó liên quan đến khám phá thế giới tự nhiên, khoa học trái đất, tìm hiểu Công nghệ, Kĩ thuật… Tuy tên gọi, nội dung khác nhau nhưng nhìn chung các hoạt động trên đều hướng tới việc cung cấp cho HS các tình huống, bối cảnh đa dạng và phong phú đòi hỏi sự phát triển, vận dụng nhiều tri thức kĩ năng, cho phép HS tư duy sáng tạo và giải quyết vấn đề theo các cách khác nhau nhằm đạt được kết quả tốt hơn; cung cấp cho HS cơ hội sáng tạo, dám nghĩ, dám làm. Bên cạnh đó tại nhiều quốc gia, giáo dục không chỉ phó mặc cho nhà trường mà còn có sự tham gia của các cá nhân, tổ chức nhằm thúc đẩy sự chung tay góp sức của toàn xã hội trong việc chia sẻ sứ mệnh giáo dục. Đây là những điều kiện thuận lợi để giáo dục STEM cho HS. b) Giáo dục STEM thông qua dạy học các môn thuộc về lĩnh vực STEM Mô hình giáo dục STEM qua dạy học các môn khoa học tự nhiên khá phổ biến trên thế giới, đặc biệt là ở nước Anh trong đó nội dung học tập của môn học được thiết kế thành các chủ đề STEM và được giảng dạy theo các cách khác nhau: + Chủ đề STEM được dạy trong một môn học duy nhất (Hình 1.5): Hình 1.5. Chủ đề STEM được dạy trong một môn học duy nhất Đây là mô hình ở dạng đơn giản nhất, tuy theo quy mô của chủ đề mà có thể được thiết kế để dạy trong một tiết hoặc nhiều tiết trong đó GV sẽ phân chia thời gian để HS tham gia các hoạt động: thiết lập vấn đề; tìm kiếm các giải pháp hay cách thức để giải quyết vấn đề; thu thập thông tin, bằng chứng và cuối cùng là tổng kết, rút ra các kiến thức.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL + Chủ đề STEM được dạy trong nhiều môn học (Hình 1.6) Hình 1.6. Chủ đề STEM được dạy trong nhiều môn học Chủ đề STEM dạng này bao trùm nhiều hơn một môn học. Về bản chất, các môn học sử dụng chung một vấn đề, một bối cảnh. Các GV dạy mỗi môn học khác nhau sẽ dạy hủ đề STEM như cách dạy chủ đề STEM trong một môn học duy nhất nhưng theo góc độ riêng của môn mình. Ví dụ như về chủ đề “Chất lượng nguồn nước”, GV môn Hoá Học sẽ cho HS tìm hiểu dưới góc độ nghiên cứu về độ pH trong nước trong khi đó GV môn Sinh học dạy HS theo định hướng STEM tập trung vào nghiên cứu loài sinh vật trong nguồn nước đó và ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nước như thế nào hay GV môn Địa lí có thể hướng dẫn HS tìm hiểu ở góc độ là nguồn nước bắt đầu từ đâu, cấu tạo địa chất có ảnh hưởng như thế nào tới nguồn nước… + Chủ đề STEM nhiều môn phối hợp (Hình 1.7) Hình 1.7. Chủ đề STEM nhiều môn phối hợp Chủ đề STEM dạng này khá phức tạp, nó có sự liên kết kiến thức giữa các môn rất chặt chẽ. Các môn học vẫn tiếp cận chủ đề theo góc độ kiến thức chuyên môn riêng

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL của mình. Nhưng những nội dung được giải quyết trong môn học trước sẽ là tiền đề nối tiếp để dạy ở môn học sau. Các môn học phải được phối hợp với nhau để dạy những nội dung có tính chất gối nhau. Như trên đã đề cập, mô hình này đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa các môn học đảm bảo cho những gì HS được học ở môn này sẽ là tiền đề, điều kiện về kiến thức, kĩ năng để các em có thể học được ở môn tiếp theo. Thứ hai nó đòi hỏi sự phối hợp nhịp nhàng giữa các GV phụ trách các môn học, bất kì một sự thay đổi nào về kiến thức, về thời gian… cũng làm hưởng đến mô hình. Chủ đề STEM cần đảm bảo các tiêu chí: giải quyết vấn đề thực tiễn, kiến thức trong chủ đề thuộc lĩnh vực STEM, định hướng hoạt động – thực hành, làm việc nhóm. Cụ thể: - Chủ đề STEM hướng tới giải quyết các vấn đề trong thực tiễn Vận kiến thức STEM để giải quyết các vấn đề thực tiễn chính là mục tiêu của dạy học theo quan điểm giáo dục STEM. Do vậy, chủ đề STEM không phải là để giải quyết các vấn đề mang tính tưởng tượng và xa rời thực tế mà nó luôn hướng đến giải quyết các vấn đề các tình huống trong xã hội, kinh tế, môi trường trong cộng đồng địa phương của họ cũng như toàn cầu. - Các kiến thức trong lĩnh vực STEM để giải quyết vấn đề Tiêu chí này nhầm đảm bảo theo đúng tinh thần giáo dục STEM, qua đó mới phát triển được những năng lực chuyên môn liên quan Khoa học, Kỹ thuật, Công nghệ và Toán học. - Chủ đề STEM định hướng hoạt động – thực hành Định hướng hoạt động – thực hành là một tiêu chí của quan điểm giáo dục STEM nhằm hình thành và phát triển năng lực kết hợp lí thuyết và thực hành cho học sinh. Điều này sẽ giúp học sinh có được kiến thức từ kinh nghiệm thực hành chứ không phải chỉ từ lí thuyết. Bằng cách xây dựng các bà giảng theo chủ đề và dựa trên thực hành, học sinh sẽ hiểu xâu về lí thuyết, nguyên lý thông qua các hoạt động thực tế. - Học sinh làm việc nhóm để thực hiện chủ đề STEM Trên thực tế có những chủ đề STEM vẫn có thể triển khai cá nhân. Tuy nhiên việc làm theo nhóm là hình thức phù hợp nhất trong việc giải quyết những nhiệm vụ phức hợp gắn với thực tiễn. Làm việc theo nhóm là một kỹ năng quan trọng trong thế

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL kỉ 21, bên cạnh đó khi làm việc theo nhóm học sinh sẽ đặt vào môi trường thúc đẩy các nhu cầu giao tiếp chia sẻ ý tưởng và cùng nhau phát triển giải pháp. 1.1.2.4. Phân loại STEM Như đã trình bày, STEM là một trong những giải pháp quan trọng của nhiều quốc gia trong việc thúc đẩy kinh tế phát triển. Ơ tầm vĩ mô (tầm quốc gia) các quốc gia có chính sách STEM (STEM policy), chương trình STEM (STEM curriculum) rõ ràng. Ơ tầm vi mô như trường học thì có các dự án STEM (STEM project), bài học STEM (STEM lesson) và các nhiệm vụ STEM (STEM task). Trong khuôn khổ của luận án này chỉ bàn đến phân loại STEM ở tầm vi mô. Hiện nay, trên thế giới chưa có công trình nào bàn về phân loại STEM. Tuy nhiên, qua nghiên cứu thực tiễn cho thấy có nhiều loại hình STEM khác nhau. Việc phân loại STEM là cần thiết bởi đó là một trong những cơ sở cho việc lựa chọn các hình thức tổ chức giáo dục STEM, phương pháp giáo dục STEM hay xây dựng các chủ đề giáo dục STEM đảm bảo phù hợp với mục tiêu, điều kiện, bối cảnh triển khai STEM khác nhau. - Phân loại dựa trên khía cạnh các lĩnh vực STEM tham gia giải quyết vấn đề có: + STEM đầy đủ: là loại hình STEM yêu cầu người học cần vận dụng kiến thức của cả bốn lĩnh vực STEM để giải quyết vấn đề. + STEM khuyết: là loại hình STEM mà người học không phải vận dụng kiến thức cả bốn lĩnh vực STEM để giải quyết vấn đề. - Phân loại dựa trên khía cạnh phạm vi kiến thức để giải quyết vấn đề + STEM cơ bản: là loại hình STEM được xây dựng trên cơ sở kiến thức thuộc phạm vi các môn học Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trong chương trình giáo dục phổ thông. Các sản phẩm STEM này thường đơn giản, chủ đề giáo dục STEM bám sát nội dung sách giáo khoa và thường được xây dựng trên cơ sở các nội dung thực hành, thí nghiệm trong chương trình giáo dục phổ thông. + STEM mở rộng: là loại hình STEM có những kiến thức nằm ngoài chương trình và sách giáo khoa. Những kiến thức đó người học phải tự tìm hiểu và nghiên cứu. Sản phẩm STEM của loại hình này có độ phức tạp cao hơn. Các chủ đề

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL thường được xây dựng trên cơ sở các nội dung mang tính bổ sung, mở rộng chương trình giáo dục phổ thông. - Phân loại dựa vào mục đich dạy học ta có: + STEM dạy kiến thức mới: là STEM được xây dựng trên cơ sở kết nối kiến thức của nhiều môn học khác nhau mà HS chưa được học (hoặc được học một phần). HS sẽ vừa giải quyết được vấn đề và vừa lĩnh hội được tri thức mới. + STEM vận dụng: là STEM được xây dựng trên cơ sở những kiến thức HS đã được học. STEM dạng này sẽ bồi dưỡng cho HS năng lực vận dụng lí thuyết vào thực tế. Kiến thức lí thuyết được củng cố và khắc sâu. 1.1.2.5. Quy trình thiết kế chủ đề STEM Dựa trên mục tiêu giáo dục STEM và các tiêu chí của một chủ đề STEM, quy trình thiết kế chủ đề dạy học STEM cho học sinh trung học thực hiện như hình 1.8 Hình 1.8. Quy trình thiết kế chủ đề STEM Vấn đề thực tiễn: được hiểu là các tình huống xảy ra có vấn đề đối với học sinh, có tính chất kỹ thuật. Nó có thể là các ứng dụng trong cuộc sống hằng ngày, con người cần giải quyết một công việc nào đó, thôi thú học sinh tìm hiểu và thực hiện để đáp ứng nhu cầu. Nó cũng có thể là yêu cầu của định hướng nghề nghiệp, đòi hỏi học sinh giải quyết nhằm trải nghiệm một số nhiệm vụ của nghề nghiệp nào đó trong thực tế. Ý tưởng chủ đề STEM: là bài toán mở được hình thành có tính chất kỹ thuật nhằm giải quyết vấn đề thực tiễn mà học sinh gặp phải. Xác định kiến thức STEM cần giải quyết: là các kiến thức trong chủ đề có liên quan đến Vật lý, Hóa học, Sinh học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học … Xác định mục tiêu chủ đề STEM: là các kiến thức, kỹ thuật, thái độ học sinh sẽ đạt được sau khi thực hiện chủ đề.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL Xây dựng bộ câu hỏi định hướng chủ đề STEM: là các câu hỏi được đặt ra cho HS nhằm gợi để giúp HS đề xuất các giải pháp, nhiệm vụ nhằm đạt được mục tiêu của chủ đề. Bộ câu hỏi này rất cần thiết đối với chủ đề STEM phát triển năng lực sáng tạo, trong thời gian ngắn thì giáo viên cần định hướng thường xuyên cho học sinh qua câu hỏi định hướng hoạt động học tập. Bộ câu hỏi định hướng gồm câu hỏi khái quát (CHKQ), câu hỏi bài học (CHBH) và câu hỏi nội dung (CHND). - Câu hỏi khái quát: Là câu hỏi mở, kích thích tư duy bằng việc đặt câu hỏi có hơn một câu trả lời đúng duy nhất và có thể sử dụng để liên kết nhiều bài học hay nhiều chủ đề. Câu hỏi khái quát có đặt điểm: + Bao quát được các nhiệm vụ học tập quan trọng, kéo dài suốt chương trình. + Kết hợp liên môn học/chủ đề. + Đòi hỏi phải tư duy bật cao, không thể trả lời được bằng việc đơn thuần nhắc lại các dữ kiện. + Được diễn tả bằng ngôn ngữ học sinh, khuyến kích học sinh hướng vào nhu cầu, sở thích của học sinh. + Không dùng cùng từ khóa có trong câu hỏi bài học. + Được lặp lại một cách tự nhiên thông qua người học và lịch sử của môn học. + Dẫn đến những câu hỏi quan trọng khác làm mở rộng vấn đề, mở rộng tính phức tạp và phong phú của chủ đề, gợi mở hướng nghiên cứu. - Câu hỏi bài học: Là những câu hỏi định hướng cho bài học, hỗ trợ và phát triển cho câu hỏi khái quát. Câu hỏi bài học có các đặc điểm: + Đưa ra các chỉ dẫn liên quan đến chủ đề và môn học cụ thể đối với CHKQ: các CHBH định hướng vào một bộ bài học cụ thể, chúng được thiết kế để chỉ ra và khai thác những câu hỏi khái quát thông qua chủ đề. + Đòi hỏi phải tư duy bật cao, không thể trả lời được bằng việc đơn thuần nhắc lại dữ kiện. Các CHBH thường mở ra và gợi ý những hướng nghiên cứu, bàn luận. Chúng khai thác các phương tiện, tính phong phú của vấn đề. Chúng dùng để