Thiết kế chủ đề STEM xe robot tự dò đường nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh Trung học cơ sở

Bảng 2.24. Tiến trình dạy học Hoạt động 3.2 95

Bảng 2.25. Tiến trình Hoạt động 4 97

Bảng 2.26. Tiến trình dạy học Hoạt động 5. 98

Bảng 2.27. Bảng công cụ đánh giá năng lực GQVD 100

Bảng 2.28. Khung rubrics đánh giá năng lực GQVD 101

Bảng 3.1. Danh sách chuyên gia cho ý kiến 111

Bảng 3.2. Kết quả khảo sát nhận xét chung chủ đề STEM “xe robot tự dò đường” ..112 Bảng 3.3. Kết quả khảo sát về Kế hoạch dạy học chủ đề "Xe robot tự dò đường" 112

Bảng 3.4. Kết quả khảo sát về Phương tiện, học liệu chủ đề "Xe robot tự dò đường" 113 Bảng 3.5. Kết quả khảo sát về Công cụ đánh giá chủ đề "Xe robot tự dò đường" 114

Bảng 3.6. Kết quả khảo sát về Hình thức của hồ sơ chủ đề "Xe robot tự dò đường"..114 Bảng 3.7. Ý kiến chuyên gia về Bộ hồ sơ dạy học 114

Bảng 3.8. Ý kiến chuyên gia về sự phù hợp chủ đề với qui trình EDP 115

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 216 trang tài liệu này.

Bảng 3.9. Ý kiến chuyên gia về sự phù hợp với định hướng GD STEM 115

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1. Mục tiêu giáo dục STEM[3] 7

Hình 1.2. Sơ đồ các bước quy trình thiết kế kĩ thuật EDP 9

Hình 1.3. Sơ đồ Quy trình dạy học STEM theo thiết kế kĩ thuật 10

Hình 1.4. Electronic Robot kit 15

Hình 1.5. Mechanical Robot kit 15

Hình 1.6. Humanoid robot 15

Hình 1.7. Sơ đồ các bộ phận của robot[23] 16

Hình 2.1. Giao thông ở việt nam 24

Hình 2.2. Sơ đồ mối liên hệ kiến thức và các bộ phận của robot 28

Hình 2.3. Sơ đồ tiến trình dạy học 35

Hình 2.4. Bản vẽ cấu tạo mặt trên xe robot 39

Hình 2.5. Bản vẽ cấu tạo mặt dưới xe robot 40

Hình 2.6. Bản vẽ sơ đồ mạch điện 40

Hình 2.7. Sơ đồ khối lập trình mBlock 41

Hình 2.8. Khối lệnh điều khiển xe chạy thẳng 49

Hình 2.9. Khối lệnh điều khiển xe đi lùi 49

Hình 2.10. Khối lệnh điều khiển xe đi tới 3s, đi lùi 3s. 49

Hình 2.11. Sơ đồ thu gọn tiến trình chủ đề 70

1. Lý do chọn đề tài

MỞ ĐẦU

Theo Chỉ thị số 16/CT-TTg về việc tăng cường năng lực tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, giáo dục Việt Nam hiện nay cần phải:“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 học, công nghệ, kĩ thuật và toán học (STEM), ngoại ngữ, tin học trong chương trình giáo dục phổ thông”. Thông qua việc ban hành chỉ thị trên, giáo dục STEM chính thức được chú trọng trong đổi mới giáo dục và đào tạo hiện nay.

Kể từ năm 2012 đến nay, giáo dục STEM đã được du nhập vào Việt Nam qua nhiều hình thức khác nhau, ví dụ như thông qua các cơ sở giáo dục tư nhân. Sau đó giáo dục STEM đã bắt đầu tạo được tiếng vang tại Việt Nam với nhiều hoạt động cộng đồng như Ngày hội STEM, các cuộc thi mô hình STEM,… với sự tham gia đông đảo của các trường trung học cơ sở và trung học phổ thông trong cả nước. Chính vì thế mà trong chương trình giáo dục phổ thông mới thực hiện từ năm 2019, giáo dục STEM được xác định là phương thức dạy học thông qua các môn khoa học, công nghệ, tin học và toán.

Cho đến nay, giáo dục STEM đang được khuyến khích triển khai trong nhà trường. Một trong những mảng chủ đề thực tiễn trong giáo dục STEM là khoa học robot (robotics). Nội dung này cũng đã được triển khai đa phần dưới hình thức câu lạc bộ ngoài giờ, sử dụng các bộ công cụ lắp ráp như Lego, WeDo,.... Các hoạt động này tạo điều kiện cho học sinh được trải nghiệm và tìm hiểu về lĩnh vực khoa học robot. Nhiều nghiên cứu trên thế giới cũng khẳng định hiệu quả của việc tích hợp lĩnh vực khoa học robot vào dạy học (D. J. S. o. P. Alimisis & Education, 2009; Benitti, 2012; Eguchi, 2014; Nourbakhsh, Hamner, Crowley, & Wilkinson, 2004). Chính vì thế mà vấn đề quan tâm ở đây là một chủ đề STEM lĩnh vực khoa học robot (STEM – Robotics) gắn kết với các nội dung dạy học cụ thể trong chương trình có sự gắn kết như thế nào? Và việc dạy học một chủ đề STEM - khoa học robot có thể phát triển năng lực giải quyết vấn đề như thế

nào? Đó là lí do em nghiên cứu thực hiện thiết kế làm rõ sự gắn kết một chủ đề STEM khoa học robot với các nội dung trong chương trình môn học.

Chủ đề STEM – Robotics mà em nghiên cứu trong đề tài là chủ đề “Xe robot tự dò đường” sử dụng cảm biến hồng ngoại, đây là một chủ đề được lồng ghép các kiến thức thuộc môn Công nghệ, Khoa học tự nhiên, Tin học và Toán học trong Chương trình giáo dục phổ thông mới. Thông qua chủ đề này, học sinh biết các vận dụng các kiến thức khác nhau để giải quyết các vấn đề thực tiễn thông qua việc tìm hiểu các cơ cấu hoạt động của xe robot, vi mạch Arduino, cảm biến hồng ngoại và lập trình vi điều khiển, để từ đó giúp học sinh phát triển được các năng lực đặc thù. Do đó đây là một chủ đề vừa có tính thực tiễn vừa có nhiều khả thi áp dụng trong cả chương trình dạy học ở các tiết học hoạt động trải nghiệm, từ đó cho thấy được tính phù hợp để xây dựng chủ đề theo định hướng giáo dục STEM, đặc biệt là dạy học định hướng phát triển năng lực được đề ra trong chương trình giáo dục phổ thông mới.

Trên cơ sở đó, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu: “Thiết kế chủ đề STEM xe robot tự dò đường nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh Trung học cơ sở”.

2. Mục tiêu của đề tài

Thiết kế chủ đề STEM “xe robot tự dò đường” theo quy trình thiết kế kĩ thuật (EDP) nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh trong chương trình Trung học cơ sở.

3. Giả thuyết khoa học

Nếu đề xuất thiết kế một chủ đề “xe robot tự dò đường” theo quy trình thiết kế kĩ thuật (EDP) theo định hướng giáo dục STEM thì sẽ bồi dưỡng được năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh trong chương trình Trung học cơ sở.

4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

+ Đối tượng nghiên cứu: Phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh trung học cơ sở thông qua chủ đề dạy học STEM.

+ Phạm vi nghiên cứu: Hoạt động dạy và học các môn học STEM, đặc biệt là môn Khoa học tự nhiên theo chương trình phổ thông mới cấp Trung học cơ sở.

5. Nhiệm vụ đề tài

- Tìm hiểu cơ sở lý luận và thực tiễn về dạy học theo định hướng giáo dục STEM.

- Tìm hiểu hệ thống lý thuyết về quy trình dạy học thiết kế kĩ thuật EDP.

- Tìm hiểu về khoa học robot và giáo dục khoa học robot trong nhà trường.

- Phân tích chương trình Khoa học tự nhiên, Công nghệ, Tin học và Toán học trong chương trình giáo dục phổ thông mới để đưa ra một số nội dung liên quan khoa học robot trong nhà trường.

- Phân tích và xây dựng nội dung chủ đề xe robot tự dò đường.

- Thiết kế tổ chức dạy học chủ đề STEM xe robot tự dò đường theo quy trình thiết kế kĩ thuật EDP:

 Xây dựng một hệ thống các công cụ dạy học: bộ dụng cụ xe, hướng dẫn lắp ráp, video, tranh ảnh, phiếu bài tập, thông tin thêm.

 Thiết kế tiến trình dạy học để tổ chức các hoạt động.

 Xây dựng hệ thống các câu hỏi, bảng tiêu chí đánh giá năng lực GQVD của học sinh khi học chủ đề.

- Tham khảo ý kiến đánh giá của chuyên gia về chủ đề, tiến trình dạy học và các công cụ hỗ trợ đã xây dựng hoặc thực nghiệm (nếu có thể).

6. Phương pháp nghiên cứu

- Đọc và nghiên cứu các tài liệu có liên quan đến đề tài.

- Phân loại và hệ thống hóa lý thuyết.

- Phân tích, tổng hợp thông tin.

- Quan sát khoa học.

- Lấy ý kiến chuyên gia.

7. Cấu trúc khoá luận

Ngoài phần mở đầu, kết luận, danh mục các tài liệu tham khảo và phụ lục, đề tài gồm 3 chương:

Chương 1: Cơ sở lí luận.

Chương 2: Thiết kế chủ đề “Xe robot tự dò đường” Chương 3: Tham khảo ý kiến chuyên gia

Chương 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI

1.1. Giáo dục STEM

1.1.1. Khái niệm Giáo dục STEM

STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật), Mathematics (Toán học). Hiện nay thuật ngữ STEM được dùng trong nhiều ngữ cảnh khác nhau, phổ biến nhất là ngữ cảnh giáo dục và ngữ cảnh nghề nghiệp.

+ Trong ngữ cảnh giáo dục, STEM là sự quan tâm của nền giáo dục đối với lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học. Thông qua việc dạy học tích hợp các môn học trên với các nội dung gắn với thức tiễn, người học sẽ được phát triển và nâng cao năng lực [1]

+ Trong ngữ cảnh nghề nghiệp, STEM được hiểu là nghề nghiệp thuộc các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học. Ví dụ: Nhóm ngành nghề về Công nghệ thông tin; Y sinh; Kĩ thuật; Điện tử và Truyền thông…[1]

Giáo dục STEM có nhiều cách hiểu khác nhau. Trong đó có một số cách hiểu chính về giáo dục STEM hiện nay là:

- Giáo dục STEM là sự quan tâm đến các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học. Đây là cách hiểu theo nghĩa rộng khi nói về giáo dục STEM. Ở cách hiểu này, cứ tổ chức dạy học các môn thuộc lĩnh vực STEM nghĩa là giáo dục STEM.[1]

- Giáo dục STEM là định hướng tích hợp liên môn của bốn lĩnh vực/ môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học. Tác giả Tsupros định nghĩa “Giáo dục STEM là một phương pháp học tập tiếp cận liên ngành, ở đó những kiến thức hàn lâm được kết hợp chặt chẽ với các bài học thực tế thông qua việc học sinh được áp dụng những kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học vào trong những bối cảnh cụ thể tạo nên sự kết nối giữa nhà trường, cộng đồng và các doanh nghiệp cho phép người học phát triển những kĩ năng STEM và tăng khả nặng cạnh tranh trong nền kinh tế mới”. Với cách hiểu này, giáo dục STEM được hiểu là giáo dục tích hợp STEM.[1]

- Giáo dục STEM là sự tích hợp từ ít nhất hai lĩnh vực/ môn học về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên. Theo quan niệm này, tác giả Sanders định nghĩa “Giáo dục STEM là mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp học sinh áp dụng các kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học vào giải quyết một số vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể”.[1]

- Ngoài ra, theo Chương trình giáo dục phổ thông 2018, Bộ Giáo dục định nghĩa “Giáo dục STEM là mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp học sinh áp dụng các kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học vào giải quyết một số vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể.”[2]

Trong phạm vi của khoá luận này, chúng tôi quan tâm hơn đến quan điểm Giáo dục STEM là sự tích hợp từ ít nhất hai lĩnh vực/môn học về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên.

1.1.2. Mục tiêu của giáo dục STEM

Theo tác giả Nguyễn Thanh Nga, giáo dục STEM gồm 3 mục tiêu chính như sau: [3]

+ Phát triển năng lực đặc thù của các môn học thuộc về STEM cho học sinh. Đó là những kiến thức, kĩ năng liên quan đến các môn học Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học. Theo Chương trình tổng thể 2018, những năng lực đặc thù được phát triển thông qua các môn học trên bao gồm: Năng lực khoa học; Năng lực công nghệ; Năng lực tin học; Năng lực tính toán.

+ Phát triển các năng lực cốt lõi cho học sinh. Dạy học phát triển năng lực tuân theo một số nguyên tắc nhất định, một trong những nguyên tắc quan trọng đó là học sinh cần phải trải nghiệm quá trình hoạt động thực tiễn để từng bước hình thành và phát triển năng lực của mình. Theo Chương trình tổng thể 2018, Năng lực cốt lõi của học sinh bao gồm những Năng lực chung và những Năng lực đặc thù. Trong đó nhóm Năng lực chung bao gồm: Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo; Năng lực tự chủ và tự học; Năng lực giao tiếp và hợp tác.[2]