Thiết kế tiến trình dạy học kiến thức “Máy phát điện, động cơ điện xoay chiều” - Vật lí 12 theo định hướng giáo dục STEM

UED Journal of Social Sciences, Humanities & Education – ISSN 1859 - 4603 TẠP CHÍ KHOA HỌC XÃ HỘI, NHÂN VĂN VÀ GIÁO DỤC Tạp chí Khoa học Xã hội, Nhân văn & Giáo dục, Tập 8, số 3B (2018),53-58 | 53 a,bTrường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên * Liên hệ tác giả Nguyễn Quang Linh Email: nguyenquanglinh@dhsptn.edu.vn Nhận bài: 21 – 04 – 2018 Chấp nhận đăng: 10 – 07 – 2018 THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC KIẾN THỨC “MÁY PHÁT ĐIỆN, ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU” - VẬT LÍ 12 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM Nguyễn Quang Linha*, Hà Mạnh Đạcb, Phongsavanh Oulayphethtb Tóm tắt: Giáo dục STEM được biết đến như là một sự tiếp cận mới trong giáo dục và đào tạo nguồn nhân lực trong tương lai. Trong đó nhấn mạnh sự kết nối, liên thông giữa bốn lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học. Giáo dục STEM có thể vận dụng trong nhiều giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học, với nhiều hình thức tổ chức khác nhau. Tuy vậy, việc thiết kế và tổ chức hoạt động dạy học như thế nào để phát huy được những điểm mạnh của giáo dục STEM vẫn còn nhiều quan điểm khác nhau. Bài viết này, đề xuất quy trình thiết kế và tổ chức hoạt động dạy học kiến thức về nguồn điện, máy phát điện trong dạy học bài “Máy phát điện, động cơ điện xoay chiều” theo định hướng giáo dục STEM. Từ khóa: sáng tạo; vật lí; STEM; dòng điện xoay chiều; học sinh. 1. Đặt vấn đề Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể cửa nước ta được công bố tháng 7 năm 2018 chỉ rõ việc coi trọng và tăng cường hoạt động theo định hướng giáo dục STEM (gọi tắt là hoạt động STEM) là một đổi mới căn bản của chương trình giáo dục phổ thông mới. Trong đó, phương thức giáo dục STEM được biết đến như là một giải pháp hiệu quả trong dạy học phát triển tư duy sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề mà chương trình giáo dục phổ thông mới đang hướng đến. Thông qua các hoạt động STEM, HS không những lĩnh hội được các kiến thức khoa học mà còn phát triển được các năng lực cần thiết, phát triển tư duy sáng tạo, tư duy phê phán, khả năng giải quyết vấn đề [4]. Mặt khác, hiện tại TDST là một trong những thước đo của nền kinh tế mỗi nước. Phát triển năng lực TDST là một trong 10 năng lực cốt lõi được trình bày trong chương trình giáo dục phổ thông tổng thể. Vấn đề đặt ra là cần tổ chức các hoạt động STEM như thế nào để có thể phát triển TDST, năng lực giải quyết vấn đề của học sinh hiệu quả nhất? 2. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 2.1. Đối tượng nghiên cứu: Hoạt động dạy học môn Vật lí lớp 12, giáo dục STEM. 2.2. Phương pháp nghiên cứu: Phối hợp phương pháp nghiên cứu lí luận, phương pháp lấy ý kiến chuyên gia. 3. Kết quả nghiên cứu 3.1. Thực trạng việc vận dụng giáo dục STEM trong dạy học kiến về “Máy phát điện, động cơ điện xoay chiều” - Vật lí 12 Để tìm hiểu và định hướng cho quá trình thiết kế tiến trình tổ chức và lựa chọn nội dụng hoạt động STEM, nhóm nghiên cứu đã tiến hành tìm hiểu hiện thực trạng dạy tổ chức các hoạt động STEM và nhu cầu của HS trong các hoạt động STEM tại trường phổ thông trong dạy học bài “Máy phát điện, động cơ điện xoay chiều” - Vật lí 12. Nhóm nghiên cứu đã tiến hành điều tra trong thời gian từ tháng 7/2015 đến tháng 8/2015 với 149 GV dạy khoa học tự nhiên và 203 HS của một số trường tại bắc Nguyễn Quang Linh, Hà Mạnh Đạc, Phongsavanh Oulayphetht 54 Lào và tỉnh Bắc Giang Việt Nam, tại Lào: THPT Ou Tay, huyện Outay, tỉnh Phongsaly; THPT Mương Xay, huyện Xay, tỉnh Oudomxay; THPT Đon Tan, huyện Khop; THPT Năm Ngân, Huyện Ngân, THPT Pang Bông, Huyện Ngân, Tỉnh Xayabouly; THPT Xayabouly, huyện Xayabouly, tỉnh Xayabouly, THPT Mương Khai, huyện Luangprabang, tỉnh Luangprabang. Tại Việt Nam: trường THPT Hiệp Hòa số 1, THPT Hiệp Hòa số 2, THPT Hiệp Hòa số 3 - tỉnh Bắc Giang. + Đối với GV: Hình 1. Quan điểm của GV về sự cần thiết phải áp dụng giáo dục STEM trong dạy học Với câu hỏi Theo thầy cô, có cần tổ chức hoạt động giáo dục STEM trong dạy học chương Dòng điện xoay chiều - Vật lí 12 không? Kết quả thu được cho thấy hầu hết GV cho rằng việc tổ chức hoạt động STEM ở đây ở mức độ cần và rất cần chiếm tỉ lệ cao (chiếm 69%) (Hình 1). Hình 2. Tần suất áp dụng giáo dục STEM trong dạy học Tuy nhiên với câu hỏi, thầy (cô) có đã vận dụng phương thức giáo dục theo định hướng STEM trong dạy học chương Dòng điện xoay chiều - Vật lí 12 như thế nào? Thì kết quả thu được lại ngược lại với kì vọng của nhóm nghiên cứu. Đa số GV hiếm khi hoặc chưa bao giờ vận dụng phương thức giáo dục STEM trong dạy học chương Dòng điện xoay chiều (chiếm 91%) (Hình 2). Có nhiều nguyên nhân dẫn tới tình trạng này (thấy cần thiết nhưng chưa thực hiện) như giáo viên chưa được tập huấn về giáo dục STEM và cách thức thiết kế, tổ chức hoạt động dạy học theo định hướng giáo dục STEM (90%), không đủ thời gian (88%), không đủ phương tiện (70%). Trao đổi thêm với giáo viên chúng tôi còn nhận thấy một số nguyên nhân khác như: Quá trình đánh giá, thi cử ở Việt Nam dường như ít quan tâm tới hoạt động STEM (năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn, tư duy sáng tạo,...), nhiều giáo viên chưa có hướng dẫn cụ thể về việc thiết kế các hoạt động STEM, tổ chức hoạt động giáo dục STEM, cũng chưa biết rõ cách đánh giá HS thông qua hoạt động này. + Đối với HS: Kết quả điều tra cho thấy, trong quá trình học, các em rất háo hức khi được quan sát một thí nghiệm và càng mong muốn được tự tay làm một thí nghiệm hay một ứng dụng kĩ thuật cụ thể. Các em cũng có nhiều câu hỏi thực tế cần được giải đáp. Hầu hết các em đều tỏ ra thích hoặc rất thích học giờ học có yếu tố STEM hay các hoạt động STEM (chiếm 78% ý kiến được hỏi). Đây là một yếu tố thôi thúc và cũng là yếu tố thuận lợi để nhóm tác giả tiến hành thiết kế và tổ chức các hoạt động STEM (Hình 3). Hình 3. Biểu đồ về hứng thú tham gia hoạt động STEM của học sinh 3.1. Thiết kế tiến trình dạy học kiến thức “Máy phát điện, động cơ điện xoay chiều” theo định hướng giáo dục STEM Những nội dung dạy học có yếu tố thí nghiệm hoặc ứng dụng kĩ thuật mang tính thực tiễn là những nội dung phát huy tốt nhất những thế mạnh của dạy học theo định hướng STEM. Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả khai thác khả năng sử dụng ứng dụng kĩ thuật của kiến thức liên quan tới máy phát điện, động cơ điện để thiết kế một hoạt động dạy học điển hình. Mục tiêu của nghiên cứu là thiết kế và tổ chức được hoạt động giáo dục STEM trong ISSN 1859 - 4603 - Tạp chí Khoa học Xã hội, Nhân văn & Giáo dục, Tập 8, số 3B (2018),53-58 55 dạy học kiến thức “Máy phát điện, động cơ điện xoay chiều” - Vật lí lớp 12 nhằm khai thác những điểm mạnh của Giáo dục STEM trong dạy học ở nhà trường phổ thông. Trong đó có tính đến hoàn cảnh thực tế của địa phương, trình độ và năng lực của học sinh, năng lực của giáo viên, điều kiện cơ sở vật chất của nhà trường, Ba điểm mạnh của giáo dục STEM được nhắc đến gồm: (1) Giáo dục STEM đề cao việc hình thành và phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho người học. Trong mỗi bài học theo chủ đề STEM, học sinh được đặt trước một tình huống có vấn đề thực tiễn cần giải quyết liên quan đến các kiến thức khoa học; (2) Giáo dục STEM đề cao phong cách học tập sáng tạo. Đặt người học vào vai trò của một nhà phát minh (3) Giáo dục STEM là phương thức giáo dục tích hợp. Nó theo cách tiếp cận liên môn và thông qua thực hành, ứng dụng. Thay vì dạy bốn môn học như các đối tượng tách biệt và rời rạc, STEM kết hợp chúng thành một mô hình học tập gắn kết dựa trên các ứng dụng thực tế. Qua đó, học viên vừa được học lí thuyết, vừa được học cách vận dụng vào thực tiễn [5]. Nhóm nghiên cứu chọn nội dung kiến thức “Máy phát điện, động cơ điện” bởi nhận thấy, đây là nhóm kiến thức có thể phát huy được các thế mạnh của giáo dục STEM như đã nêu ở trên nếu được tổ chức với tiến trình hợp lí. Nhằm đạt được mục tiêu đề ra, nhóm nghiên cứu đề xuất tiến trình tổ chức hoạt động dạy học kiến thức “Máy phát điện. Động cơ điện xoay chiều” - Vật lí lớp 12 với 7 hoạt động chính (Hình 4). Hình 4. Tiến trình dạy học kiến thức “Máy phát điện, động cơ điện xoay chiều” Nhóm nghiên cứu đưa ra ý tưởng này với việc ghép 2 giờ học thuộc bài Máy phát điện xoay chiều và bài Động cơ không đồng bộ 3 pha - Vật lí 12 thành một bài giảng dạy trong 90 phút (từ hoạt động 1 đến hoạt động 4). Điểm khác biệt so với nội dung dạy học thông thường (yếu tố STEM) được đưa vào kế hoạch dạy học ở hoạt động 5 - Thiết kế máy phát điện, động cơ điện 1 pha đơn giản (35 phút); hoạt động 6 - Chế tạo máy phát điện, động cơ điện 1 pha đơn giản (3-7 ngày) và hoạt động 7 - Trình bày sản phẩm và thảo luận (45 phút). Từ hoạt động 5 đến hoạt động 7, có thể chia lớp làm 4 nhóm, mỗi nhiệm vụ giao cho 2 nhóm HS thực hiện. Trong hoạt động 5, HS phải đề xuất được phương án thiết kế động cơ điện, máy phát điện 1 pha đơn giản và đưa ra được kế hoạch thực hiện (chế tạo) các sản phẩm này. Sau đó các nhiệm vụ này được học sinh thực hiện tại nhà theo kế hoạch đã thống nhất với GV (cuối hoạt động 5). Thời gian thực hiện hoạt động 6 từ 3 ngày đến 7 ngày (tùy thuộc vào kế hoạch giảng dạy của nhà trường). Sau thời điểm này, HS sẽ trình bày sản phẩm của mình trước lớp, tiến hành thảo luận và đánh giá sản phẩm trong 45 phút. Nguyễn Quang Linh, Hà Mạnh Đạc, Phongsavanh Oulayphetht 56 Hình 5. Mô hình máy phát điện đơn giản Nguồn:0https://www.google.com.vn/search?q=máy+p hát+điện+đơn+giản Hình 6. Động cơ điện đơn giản Nguồn: 0https://www.google.com.vn/search?q= động+cơ+điện+đơn+giản 3.2. Thiết kế phiếu đánh giá tư duy sáng tạo của học sinh Dựa trên quan điểm của tác giả Nguyễn Quang Linh [3] về các biểu hiện của tính sáng tạo trong giải bài tập thí nghiệm Vật lí gồm: (1) Phát hiện được vấn đề mới; (2) Nêu được dự đoán có căn cứ; (3) Đề xuất được phương án giải quyết vấn đề; (4) Thực hiện thành công phương án đã lựa chọn; (5) Có cải tiến so với phương án đã lựa chọn; (6) Vận dụng các kiến thức đã học để giải quyết các vấn đề nảy sinh trong tình huống mới. Nhóm nghiên cứu đề xuất các biểu hiện của tư duy sáng tạo trong hoạt động 6, 7 gồm các biểu hiện: (1) Phát hiện được vấn đề mới; (2) Đề xuất được phương án giải quyết vấn đề; (3) Thực hiện thành công phương án đã lựa chọn; (4) Có cải tiến so với phương án đã lựa chọn. Từ các biểu hiện này, nhóm nghiên cứu thiết kế được các phiếu đánh giá như sau: Bảng 1. Thang đo TDST thông qua tự đánh giá và đánh giá đồng đẳng Họ và tên học sinh đánh giá: STT Nội dung Đánh giá Họ và tên 1) Đưa ra nhiều ý kiến sáng tạo 2) Tích cực tham gia vào hoạt động của nhóm Điểm 1 Nguyễn Văn A 2 Nguyễn Văn B 3 .. Lưu ý: Mỗi nội dung được đánh giá tối đa 05 điểm. Ở đây, nếu phiếu đánh giá này của em học sinh A thì khi em ghi điểm vào cột có STT (1) thì đó là điểm tự đánh giá, ghi điểm vào cột có số thứ tự (2), (3), thì đó là điểm đánh giá đồng đẳng. Bảng 2. Thang đo TDST dựa trên bảng kiểm quan sát (***) Họ và tên học sinh được đánh giá: Mức độ Tiêu chí Mức 1 Mức 2 Đánh giá 1) Phát hiện được vấn đề mới Phát hiện được vấn đề mớicó phân tích, trình bày rõ ràng Phát hiện được vấn đề mới nhưng không phân tích, trình bày được 2) Đề xuất được giải pháp giải quyết vấn đề Đề xuất được giải pháp giải quyết vấn đề, giải thích rõ lí do Đề xuất được giải pháp giải quyết vấn đề, nhưng chưa giải thích được lí do 3)Thực hiện thành công theo phương án đã lựa chọn Thực hiện thành công theo phương án đã lựa chọn, có sáng tạo Thực hiện thành công theo phương án đã lựa chọn, chưa có sáng tạo (***) Điểm tối đa của mức độ 1 là 2,5; của mức độ 2 là 1,5 ISSN 1859 - 4603 - Tạp chí Khoa học Xã hội, Nhân văn & Giáo dục,Tập 8B, số 3 (2018), 53-58 57 Để đánh giá được từng học sinh chúng tôi sử dụng máy quay video và máy ghi âm để xác định chính xác các biểu hiện TDST của học sinh trong quá trình giải quyết vấn đề. Hai thiết bị này được sử dụng liên tục từ quá trình học sinh nhận nhiệm vụ tới khi hoàn thành nhiệm vụ (từ hoạt động 5-7). 3.3. Đánh giá tiến trình dạy học đã thiết kế Tiến trình dạy học nhóm nghiên cứu đề xuất có sự khác biệt ở ba điểm lớn: (1) Gộp hai bài “Máy phát điện xoay chiều” và “Động cơ không đồng bộ ba pha” vào một “Máy phát điện, động cơ điện xoay chiều” phần giảng dạy vẫn đảm bảo các nội dung dạy học theo quy định hiện hành (có chú ý tới giảm tải). Tuy nhiên, thời gian giảng dạy các kiến thức giảm từ 90 phút xuống còn 55 phút. Thay vào đó 35 phút còn lại GV sẽ tổ chức cho HS nhận nhiệm vụ chế tạo máy phát điện xoay chiều, máy phát điện một chiều động cơ điện xoay chiều, động cơ điện 1 chiều đơn giản, đề xuất phương án giải quyết vấn đề và lên kế hoạch thực hiện nó. (2) HS chế tạo các sản phẩm theo phương án đã đề xuất, trình bày và thảo luận về sản phẩm trong 45 phút sau buổi học trước từ 3-7 ngày. (3) HS được đánh giá thông qua ba điểm số: Tự đánh giá, đánh giá đồng đẳng, đánh giá qua quan sát của GV. Để có những đánh giá ban đầu về ý tưởng nghiên cứu, nhóm nghiên cứu đã trao đổi với 24 giáo viên thuộc trường THPT Hiệp Hòa số 1 và THPT Hiện Hòa số 3 tại tỉnh Bắc Giang, một số giáo viên tại lớp cao học Lí luận và PPDH bộ môn Vật lí khóa 25 của Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên. + Đánh giá về tiến trình giảng dạy: 100% ý kiến cho rằng tiến trình này là hợp lí và khả thi. Tuy vậy, một số ý kiến vẫn cho rằng sẽ có đôi chút khó khăn trong triển khai bởi thời gian kéo dài hơn so với thực tế giảng dạy thông thường các trường đang thực hiện. + Đánh giá về thiết kế phiếu tự đánh giá và đánh giá đồng đẳng của học sinh: 100% ý kiến cho rằng phiếu đánh giá đưa ra là hợp lí, đơn giản, dễ thực hiện mà vẫn đảm bảo được yêu cầu đề ra (đánh giá TDST của học sinh). Tuy nhiên ở phiếu đánh giá của giáo viên (Hình 5) thìphiếu đạt được mục tiêu đề ra ở mức cao cao nhất khá cao (chiếm 63,6%) nhưng tính khả thi thì thấp hơn kì vọng (chỉ chiếm 45,5% ở mức cao nhất). Điều này cũng gợi ý cho nhóm nghiên cứu trong việc thay đổi cách đánh giá HS hoặc thay đổi cách thu thập dữ liệu khi tiến hành thực nghiệm sư phạm. Hình 5. Ý kiến của GV về phiếu đánh giá HS (mức 1 là mức thấp nhất) 4. Kết luận Như vậy, nhóm nghiên cứu đã đề xuất được tiến trình dạy học kiến thức “Máy phát điện, động cơ điện xoay chiều” - Vật lí 12 theo định hướng giáo dục STEM và đưa ra được phương án đánh giá TDST của học sinh khi tham gia hoạt động này. Tiến trình dạy học được thiết kế sao cho HS có nhiều cơ hội thể hiện năng lực giải quyết vấn đề đồng thời bộc lộ TDST một cách mạnh mẽ nhất. Kết quả khảo sát bước đầu cho thấy tiến trình dạy học được thiết kế và tiêu chí đánh giá TDST là hợp lí. Tuy vậy, vẫn cần có kết quả thực nghiệm sư phạm để thấy được tính khả thi của hướng nghiên cứu. Tài liệu tham khảo [1] Bộ Giáo dục và Đào tạo (2017). Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể. [2] Nguyễn Quang Linh, Dương Thu Hương (2017). Thiết kế công cụ đánh giá năng lực sáng tạo của học sinh trong quá trình tham gia hoạt động trải nghiệm sáng tạo ở trường phổ thông. Tạp chí Giáo dục, 406 (II). [3] Nguyễn Quang Linh (2017). Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập thí nghiệm nhằm phát triển TDPP và TDST của học sinh trong dạy học Vật lí 10. Luận án Tiến sĩ Giáo dục học, Đại học Sư phạm Hà Nội. [4] Nguyễn Thanh Nga, Phùng Việt Hải, Nguyễn Quang Linh, Hoàng Phước Muội (2017). Thiết kế và tổ chức chủ đề giáo dục STEM cho học sinh trung học cơ sở và Nguyễn Quang Linh, Hà Mạnh Đạc, Phongsavanh Oulayphetht 58 trung học phổ thông. NXB Trường Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh. [5] Nguyen Quang Linh, Huynh Thi Hong Suong, and Cao Tien Khoa (2017). STEM Contents in Pre-service Teacher Curriculum: Case Study at Physics Faculty. International Conferencefor Science Educatorsand Teachers (ISET) 2017. DESIGNING THE TEACHING PROCESS OF THEORY LESSON “ELECTRICITY GENERATOR, ALTERNATING CURRENT MOTOR” IN PHYSICS GRADE 12 FOLLOWING STEM APPROACH Abstract: STEM Education has been known as a new approach in teaching and training the human resource in the future. Specifically, the connections between Science, Technology, Engineering, and Mathematics together are emphasized. STEM can be differently applied in many stages of teaching process, with various activities. However, how to design and organize teaching activities to develop STEM’s strengths is still a big debate. This paper is to propose the procedures to design and organize teaching activities to teach the knowledge including electricity source and electricity generator in the theory lesson Electricity Generator - Alternating Current Motor following STEM approach. Key words: creativity; physics; STEM; alternating current; pupils.