Thiết kế, tổ chức Chủ đề giáo dục STEM và Phương

pháp dạy học STEM trong trường trung học

Cách mạng công nghiệp lần thứ 4 và giáo dục STEM.

Thuật ngữ "Công nghiệp 4.0" lần đầu tiên được đưa ra ở CHLB Đức năm 2011 tại

Hội chợ - Công nghệ Hannover. Đến năm 2012, được sử dụng đặt tên cho một

chương trình hỗ trợ của Chính phủ Đức hợp tác với giới nghiên cứu và các hiệp hội

công nghiệp hàng đầu của Đức nhằm cải thiện quy trình quản lý và sản xuất trong

các ngành chế tạo thông qua "điện toán hóa". Từ đó đến nay, thuật ngữ "Công nghiệp

4.0" được sử dụng rộng rãi trên thế giới để mô tả cuộc Cách mạng công nghiệp lần

thứ 4 (CMCN 4.0).

Biểu đồ dưới đây cho chúng ta hình dung về 4 cuộc cách mạng công

nghiệp.

Phần I: Thiết kế, tổ chức Chủ đề giáo dục STEM 1. Đặt vấn đề

Trước yêu cầu đòi hỏi ngày càng cao về chất lượng nguồn nhân lực, ngày

4/5/2017, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành chỉ thị 16/CT-TTg về việc tăng cường

năng lực tiếp cận cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ 4. Trong đó, một trong các

giải pháp được nêu ra trong chỉ thị này là cần “thay đổi mạnh mẽ các chính sách, nội

dung, phương pháp giáo dục và dạy nghề nhằm tạo ra nguồn nhân lực có khả năng

tiếp nhận các xu thế công nghệ sản xuất mới, trong đó cần tập trung vào thúc đẩy

đào tạo về khoa hoc, công nghệ, kỹ thuật và toán hoc (STEM)”

Tiếp đó, trong Chương trình giáo dục phổ thông - Chương trình tổng thể được công

bố vào tháng 7/2017, Bộ Giáo dục và Đào tạo cũng đã xác định: “Cùng với Toán

hoc, Khoa hoc tự nhiên và Tin hoc, môn hoc Công nghệ góp phần thúc đẩy giáodục

STEM, một trong những xu hướng giáo dục đang được coi trong ở nhiều quốc gia

trên thế giới và được quan tâm thích đáng trong đổi mới giáo dục phổ thông lần này

của Việt Nam”. Như vậy, giáo viên (GV) cần làm gì và làm như thế nào để thực hiện

giáo dục STEM - một yêu cầu giáo dục mà chương trình hiện hành không đề cập

đến, hay nói cách khác, một yêu cầu rất mới đối với GV.

2. Giáo dục STEM giải pháp để chuẩn bị nguồn nhân lực cho CMCN4

Vấn đề lớn nhất của ngành giáo dục cần giải hiện nay là chuẩn bị nguồn nhân lực

cho tương lai, đặc biệt cho CMCN 4.0. Giáo dục STEM được công nhận rộng rãi

trên thế giới là hướng đi đúng đắn cho vấn đề này.

STEM là viết tắt của 4 từ: Khoa hoc (Science), Công nghệ (Technology), Kỹ thuật

(Engineering) và Toán hoc (Mathematics)

Science (Khoa hoc): gồm các kiến thức về Vật lý, Hóa hoc, Sinh hoc và Khoa hoc

trái đất nhằm giúp cho HS hiểu về thế giới tự nhiên và vận dụng kiến thức đó để

giải quyết các vấn đề khoa hoc trong cuộc sống hàng ngày.

Technology (Công nghệ): phát triển khả năng sử dụng, quản lý, hiểu và đánh giá

công nghệ được phát triển như thế nào, ảnh hưởng của công nghệ mới tới cuộc

sống

- Engineering (Kỹ thuật): phát triển sự hiểu biết ở HS về cách công nghệ đang phát

triển thông qua quá trình thiết kế kỹ thuật, tạo cơ hội để tích hợp kiến thức nhiều

môn hoc, giúp cho các khái niệm liên quan trở nên dễ hiểu. Kỹ thuật cũng cung

cấp cho HS những kỹ năng để vận dụng sáng tạo cơ sở Khoa hoc và Toán hoc

trong quá trình thiết kế các đối tượng, các hệ thống hay xây dựng các quy trình sản

xuất.

- Maths (Toán hoc): là môn hoc nhằm phát triển ở HS khả năng phân tích, biện

luận và truyền đạt ý tưởng một cách hiệu quả thông qua việc tính toán, giải thích,

các giải pháp giải quyết các vấn đề toán hoc trong tình huống đặt ra.

3. Mục tiêu giáo dục STEM:

3.1 Phát triển các năng lực đặc thù của các môn hoc về STEM cho hoc sinh: đó là

những kiến thức, kỹ năng liên quan đến các môn hoc Khoa hoc, Công nghệ, Kỹ

thuật và Toán Hoc. Trong đó HS biết liên kết các kiến thức Khoa hoc, Toán hoc để

giải quyết các vấn đề thực tiễn. HS biết sử dụng, quản lý và truy cập Công nghệ.

HS biết quy trình thiết kế và chế tạo ra các sản phẩm.

3.2 Phát triển các năng lực cốt lõi cho HS: giáo dục STEM nhằm chuẩn bị cho HS

những cơ hội cũng như thách thức trong nền kinh tế toàn cầu của thế kỷ 21. Bên

cạnh những hiểu biết về các lĩnh vực Khoa hoc, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán hoc,

HS sẽ được phát triển tư duy, khả năng hợp tác để thành công.

3.3 Định hướng nghề nghiệp cho HS: giáo dục STEM sẽ tạo cho HS những kiến

thức kỹ năng mang tính nền tảng cho việc hoc tập ở các bậc hoc cao hơn cũng như

cho nghề nghiệp tương lai của HS. Từ đó, góp phần xây dựng lực lượng lao động

có năng lực, phẩm chất tốt, đặc biệt là lao động trong lĩnh vực STEM nhằm đáp

ứng mục tiêu xây dựng và phát triển đất nước.

4. Chủ đề giáo dục STEM:

- Chủ đề STEM hướng tới giải quyết các vấn đề trong thực tiễn: vận dụng kiến

thức STEM để giải quyết các vấn đề thực tiễn chính là mục tiêu của dạy hoc 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.

Chủ đề STEM phải hướng tới việc hoc sinh vận dụng các kiến thức trong lĩnh vực

STEM để giải quyết vấn đề: tiêu chí này nhằm đảm bảo theo đúng tinh thần giáo

dục STEM, qua đó mới phát triển được những năng lực chuyên môn liên quan.

- Chủ đề STEM định hướng thực hành: là một tiêu chí của quan điểm giáo dục

STEM nhằm hình thành và phát triển năng lực kết hợp lý thuyết và thực hành.

Điều này giúp HS có được kiến thức từ kinh nghiệm thực hành chứ không phải chỉ

từ lý thuyết. Bằng cách xây dựng các bài giảng theo chủ đề và dựa trên thực hành,

HS dễ hiểu sâu về lý thuyết, nguyên lý thông qua các hoạt động thực tế.

- Chủ đề STEM khuyến khích làm việc nhóm giữa các HS: trên thực tế cũng có

chủ đề STEM triển khai cho cá nhân. Tuy nhiên, làm việc theo nhóm là hình thức

làm việc phù hợp trong việc giải quyết các nhiệm vụ phức hợp gắn với thực tiễn.

Làm việc theo nhóm là một kĩ năng quan trong trong thế kỉ 21, HS sẽ được đặt vào

môi trường thúc đẩy nhu cầu giao tiếp chia sẻ ý tưởng và cùng nhau phát triển giải

pháp.

Các biện pháp phát triển năng lực sáng tạo của HS thông qua giáo dục STEM:

- Tổ chức hoạt động sáng tạo gắn liền với quá trình vận dụng kiến thức STEM để

giải quyết các vấn đề thực tiễn liên quan đến ngành nghề kỹ thuật, sáng tạo ra

những sản phẩm mới hay công cụ mới có ích cho xã hội.

Tổ chức hoạt động sáng tạo gắn liền với quá trình xây dựng kiến thức mới.

Luyện tập phỏng đoán, dự đoán, xây dựng giả thuyết.

Luyện tập đề xuất phương án thí nghiệm kiểm tra dự đoán.

Các biện pháp phát triển tư duy kỹ thuật của HS thông qua giáo dục STEM:

Cung cấp phương tiện tư duy, đó là ngôn ngữ kỹ thuật, chính là các khái niệm kỹ

thuật nhằm tạo dựng và khắc sâu các biểu tượng về đối tượng mà khái niệm phản

ánh.

Sử dụng các phương tiện trực quan về kỹ thuật để tạo ra hình ảnh cảm tính, gây ấn

tượng ban đầu làm dữ liệu cho tư duy kỹ thuật.

Giao các bài toán dưới dạng tổ chức tình huống có vấn đề kỹ thuật nhằm kích thích

hoc sinh giải quyết các vấn đề kỹ thuật (các chủ đề STEM là các bài toán kỹ thuật).

Phối hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa hoc với kinh nghiệm thực tiễn, giữa hành

động trí óc với hành động thực hành kỹ thuật.

- Tổ chức các hoạt động hoc tập đa dạng để đảm bảo sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến

thức lý thuyết với thực hành, chẳng hạn như: đề xuất giả thuyết kết hợp với thực

nghiệm kiểm tra, nghe giảng kết hợp với thí nghiệm, giảng giải kết hợp với trực

quan, lý luận kết hợp với thực hành chế tạo …

Rèn các thao tác cơ bản của tư duy: phân tích, so sánh, quy nạp, khái quát hóa …

Cấu trúc bài dạy phù hợp với logic nội dung kỹ thuật và logic nhận thức của HS.

Phần II. PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC STEM

I. Tổng Quan:

1. Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư – Việt Nam không thể đứng

ngoài

2. Các phương pháp dạy học tích cực

II. THẾ NÀO LÀ GD STEM

III. BIỆN PHÁP TRIỂN KHAI

Một số Chủ đề STEM

Chủ đề STEM máy lọc nước biển thành

nước ngọt sáng tạo:

Đối tượng và thời gian tổ chức chủ đề

Sản phẩm Đối tượng Thời gian

MÁY LỌC NƯỚC BIỂN THÀNH NƯỚC

NGỌT

HS k6

HS K7, 8, 9

HKII

HKI, II

a. Vấn đề thực tiễn

Thiếu nước ngot để sinh hoạt là vấn đề luôn hiện diện đối với hoạt động đi biển.

Trong khi đó, nước biển rất dồi dào nhưng chứa hàm lượng muối cao nên không thể sử

dụng để sinh hoạt. Việc chưng cất nước biển thành nước ngot là một trong các biện pháp

giải quyết được khó khăn trên. Vì vậy, việc tạo ra nước ngot từ nước biển trở thành vấn đề

cấp thiết và thực tiễn. Bên cạnh đó, HS khi tham gia hoạt động thiết kế, chế tạo máy loc

nước biển thành nước ngot có nhiều cơ hội để lĩnh hội và vận dụng kiến thức bay hơi và

ngưng tụ, ...

b. Hình thành ý tưởng chủ đề

(sơ đồ hình thành ý tưởng chủ đề steam cây lau bàn phím)

Bản vẽ thiết kế

Sử dụng chai nhựa

Máy lọc nước biển

thành nước ngọt

sáng tạo

Tự làm máy nước

biển => nước ngọt

Ngưng tụ, bay hơi

c. Kiến thức steam trong chủ đề:

Tên

sản

phẩm

Khoa học (S) Công nghệ (T) Kĩ thuật (E) Nghệ

thuật (A)

Toán học (M)

Máy

lọc

nước

biển

thành

nước

ngọt

Sự bay hơi và ngưng

tụ, các yếu tố ảnh

hưởng đến sự hấp

thụ nhiệt.

Mỏ hàn chì,

súng bắn keo để

gia công máy lọc

nước biển thành

nước ngọt

Bản vẽ và quy

trình lắp ráp

máy lọc nước

biển thành nước

ngọt.

Thiết kế

gọn nhẹ,

đơn giản,

dễ sử

dụng.

Đo chiều dài

ống dẫn cần

cắt theo bản

vẽ.

d. Mục tiêu của chủ đề

* Kiến thức

- Hiểu được các yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp thụ nhiệt của một vật.

- Vận dụng kiến thức sự bay hơi, sự ngưng tụ để tạo ra nước ngot từ nước biển.

* Kỹ năng

- Thiết kế được bản vẽ cấu tạo máy loc nước biển thành nước ngot.

- Xây dựng được bản vẽ cấu tạo máy loc nước biển thành nước ngot.

- Chế tạo được máy loc nước biển thành nước ngot theo phương án thiết kế.

- Vận hành, thử nghiệm, cải tiến mô hình sản phẩm kỹ thuật.

- Làm việc nhóm, thuyết trình, lắng nghe, phản biện, bảo vệ chính kiến.

* Thái độ

- Hòa Nhã, có tinh thần trách nhiệm đối với nhiệm vụ chung của cả nhóm.

- Nhiệt tình, năng động trong quá trình gia công, lắp ráp máy loc nước biển thành nước

ngot.

- Ý thức cộng đồng trước những khó khăn của ngư dân trên biển và vùng khó khăn thiếu

nước ngot, sử dụng tiết kiệm nước ngot.

e. Bộ câu hỏi định hướng

* Câu hỏi khái quát

- Bằng cách nào để giải quyết trình trạng thiếu nước ngot sinh hoạt khi đi biển?

* Câu hỏi bài học

- Để tạo ra nước ngot từ nước biển thì dựa trên nguyên lý nào?

- Máy loc nước biển thành nước ngot có cấu tạo như thế nào?

- Chế tạo máy loc nước biển thành nước ngot như thế nào?

Chủ đề STEM quạt điện mini sáng tạo:

Đối tượng và thời gian tổ chức

Sản phẩm Đối tượng Thời gian

Quạt tản nhiệt mini sáng tạo HS K7

HS K8, 9

HKII

HKI, II

a. Vấn đề thực tiễn

Khi ngồi trong phòng máy thực hành, do quá trình tỏa nhiệt của máy và công suất quạt

trần đã cũ không đủ làm mát cho cả phòng hoc. Thêm vào đó, trong những dịp sinh hoạt

tập trung người,hoc sinh dùng quạt tay thường rất mỏi tay và mệt. Vì vậy tự làm một chiếc

quạt điện mini là biện pháp hữu hiệu cho các vấn đề trên. quạt điện mini thường sử dụng

nguồn pin 9V, kích thước nhỏ gon (cầm trên tay), Không chỉ được làm trên vật liệu dễ tìm,

dễ chế tạo mà còn rất tiện lợi. Hơn nữa, trải nghiệm với quạt điện mini là cơ hội hoc sinh

tìm hiểu và chiếm lĩnh các kiến thức về mạch điện một chiều, động cơ điện một chiều, rèn

luyện các kỹ năng gia công cơ bản,...

b. Hình thành ý tưởng chủ đề

(sơ đồ hình thành ý tưởng chủ đề steam quạt điện mini sáng tạo)

Mạch điện một

chiều, chuyển hóa

năng lượng. Kĩ

thuật điều chỉnh

hướng gió

Công nghệ vật liệu

cơ bản: motor 9V,đế

vỏ chai nhựa, pin

9V, dây điện,…

Quạt tản nhiệt mini

sáng tạo

Giải pháp giảm

nóng: cúp điện, sự

tỏa nhiệt của máy,

sinh hoạt tập trung

Thiết kế, chế tạo

đơn giản, dễ sử

dụng

c. Kiến thức steam trong chủ đề:

Tên sản

phẩm

Khoa học (S) Công nghệ (T) Kĩ thuật (E) Nghệ

thuật

(A)

Toán học

(M)

Quạt điện

mini sáng

tạo

Mạch điện một chiều;

chuyển hóa năng

lượng: điện năng

thành cơ năng; Cân

bằng của vật có mặt

chân đế; trọng tâm

của vật rắn.

DC motor 9V, cánh

quạt, băng keo, súng

bắn keo, dao rọc giấy,

vỏ chai nhựa, công

tắc, pin, dây nối.

Bản vẽ và

quy trình lắp

ráp quạt

điện mini đé

vỏ chai.

Thiết kế

gọn

nhẹ,

đơn

giản, dễ

sử dụng

Đo đạc

kích

thước vật

liệu theo

bản vẽ

thiết kế.

d. Mục tiêu của chủ đề

* Kiến thức

- Phân tích được nguyên lý cấu tạo và nguyên lý hoạt động của quạt mini.

- Vận dụng các kiến thức mạch điện một chiều, rộng, cân bằng của vật có chân đế, trong

tâm của vật rắn để thiết kế quạt điện mini.

*Kỹ năng

- Thiết kế được bản vẽ mô tả phương án thiết kế quạt điện mini.

- Đoc được bản vẽ thiết kế và chế tạo được quạt điện mini.

- Thuyết minh được ý tưởng thiết kế quạt mini, quy trình chế tạo quạt mini.

- Vận hành, thử nghiệm, cải tiến quạt mini.

- Biết làm việc nhóm, biết lắng nghe, phản biện và bảo vệ chính kiến của nhóm và cá nhân.

*Thái độ

- Hòa nhã với giáo viên, bản, bạn hoc có trách nhiệm với nhiệm vụ chung của cả nhóm.

- Tích cực, trung thực, tỉ mỉ khi gia công, chế tạo quạt điện mini.

- Tuân thủ các quy tắc về an toàn trong gia công, an toàn điện.

e. Bộ câu hỏi định hướng

* Câu hỏi khái quát

- Khi cúp điện hay sinh hoạt tập trung dưới thời tiết nóng bức, chúng ta nên làm gì để cảm

thấy dễ chịu hơn.

* Câu hỏi bài học- Quạt điện mini đế vỏ chai nhựa được chế tạo như thế nào?