Luận án tiến sĩ: Tổ chức dạy học chủ đề STEM Robotics phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh THCS

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI LÊ HẢI MỸ NGÂN TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM ROBOTICS NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH TRUNG HỌC CƠ SỞ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Hà Nội, 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI LÊ HẢI MỸ NGÂN TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM ROBOTICS NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH TRUNG HỌC CƠ SỞ CHUYÊN NGÀNH: LÍ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC BỘ MÔN VẬT LÍ MÃ SỐ: 9.11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1.TS NGUYỄN VĂN BIÊN 2.TS NGUYỄN ĐÔNG HẢI Hà Nội, 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả của luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kì công trình nào khác. Tác giả Lê Hải Mỹ Ngân LỜI CẢM ƠN Để có thể hoàn thành luận án nghiên cứu này, tôi đã nhận được sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình về mọi mặt từ nhà trường, thầy cô, gia đình và bạn bè. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng Sau Đại học, Ban Chủ nhiệm Khoa Vật lí và Bộ môn Phương pháp giảng dạy Vật lí trường Đại học Sư phạm Hà Nội, đã tạo môi trường học tập học thuật cao và thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập tại nhà trường. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, Ban chủ nhiệm Khoa Vật lí và Bộ môn Phương pháp giảng dạy Vật lí trường Đại học Sư phạm Tp.Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cho tôi được học tập bồi dưỡng chuyên môn, luôn động viên, chia sẻ về cả tinh thần và chuyên môn để tôi có thể thực hiện tốt công việc học tập của mình.

Trong quá trình làm nghiên cứu, tôi được trao đổi chuyên môn và học tập từ rất nhiều thầy cô. Quan trọng nhất, tôi xin chân thành cảm ơn Thầy Cô tổ Phương pháp giảng dạy Vật lí trường Đại học Sư phạm Hà Nội, chiếc nôi đầu ngành trong nghiên cứu giáo dục. Thầy cô đã cho tôi rất nhiều bài học và chia sẻ quý giá trong quá trình nghiên cứu. Bên cạnh đó, tôi cũng có cơ hội tiếp cận và học hỏi từ nhiều thầy cô là chuyên gia STEM ở nhiều nơi.

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến tất cả Thầy Cô đã dạy cho tôi những bài học giá trị về chuyên môn. Đặc biệt, trên cả hai tiếng cảm ơn, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới THẦY PGS. Nguyễn Văn Biên đã dành nhiều thời gian trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình, tạo điều kiện cho tôi phát triển năng lực nghiên cứu trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận án. Không chỉ về chuyên môn, THẦY còn là một tấm gương sáng cho tôi về đạo đức của một người giảng viên trong công tác giảng dạy và nghiên cứu.

Bên cạnh đó, tôi xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ quý giá của Thầy PGS. Nguyễn Đông Hải, người luôn giúp đỡ, định hướng và chỉ bảo tôi trong nghiên cứu và cả trong cuộc sống. Sự hướng dẫn, dìu dắt của hai Thầy đã giúp tôi có động lực để cố gắng phát triển bản thân mình nhiều hơn. Hành trình nghiên cứu sinh đôi khi gặp khó khăn, sự chia sẻ và đồng hành của anh chị đồng nghiệp, bạn bè và học trò là nguồn động lực lớn đối với mỗi người.

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô Hương, chị Trang, chị Minh, chị Thảo, anh Nga, chị Tâm, bạn Lan, bạn Ngân đã luôn bên cạnh, động viên và hỗ trợ tôi trong mọi hoàn cảnh.Khuyên đã chia sẻ các khó khăn tâm lí và cho tôi nhiều bài học về nghiên cứu trong quá trình NCS. Cảm ơn bạn Đức đã đồng hành trong hành trình “cùng tiến” này. Cảm ơn các học trò V. đã phối hợp và chia sẻ cùng cô làm nghiên cứu.

Cảm ơn các thầy cô ở trường THCS-THPT Hoa Sen đã nhiệt tình tạo điều kiện để tôi thực nghiệm sư phạm. Cảm ơn các anh chị em NCS tại Tổ Phương pháp giảng dạy, Khoa Vật lí, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội đã cùng chia sẻ những vui vẻ và cả những khó khăn trong quá trình học tập. Cuối cùng và cũng là quan trọng nhất, tôi xin gửi lòng biết ơn trân trọng sâu sắc và vô cùng đặc biệt đến GIA ĐÌNH yêu quý của mình, những người thân vừa là nơi che chở vừa là nguồn động lực lớn lao đối với bản thân tôi trong cuộc sống. Với tất cả lòng biết ơn chân thành từ trái tim, tôi xin trân trọng cảm ơn TẤT CẢ.

MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT. i DANH MỤC BẢNG BIỂU. ii DANH MỤC HÌNH. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.

Nghiên cứu về giáo dục STEM robotics. Quan điểm tiếp cận giáo dục STEM robotics. Thiết bị trong giáo dục STEM robotics. Hình thức tổ chức giáo dục STEM robotics.

Tác động của giáo dục STEM robotics đối với học sinh. Nghiên cứu về giáo dục STEM robotics trong giáo dục vật lí. Robotics là công cụ hỗ trợ dạy học vật lí. Giáo dục vật lí lồng ghép trong chủ đề robotics.

Nghiên cứu về phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong giáo dục STEM robotics. Những vấn đề được tiếp tục nghiên cứu trong luận án. CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ TỔ CHỨC CHỦ ĐỀ STEM ROBOTICS NHẰM BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ. Giáo dục STEM.

Khái niệm giáo dục STEM. Mô hình tích hợp trong giáo dục STEM. Hình thức tổ chức giáo dục STEM trong nhà trường. Giáo dục STEM robotics.

Khái niệm giáo dục STEM robotics. Vai trò của giáo dục STEM robotics. Phân loại giáo dục STEM robotics. Các mức độ nhiệm vụ học tập trong giáo dục STEM robotics.

Mối liên hệ giữa các lĩnh vực trong giáo dục STEM robotics. Đánh giá trong giáo dục STEM robotics. Năng lực giải quyết vấn đề trong giáo dục STEM robotics. Khái niệm và cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề.

Mối liên hệ năng lực giải quyết vấn đề và tư duy máy tính. Xây dựng cấu trúc năng lực GQVĐ trong GD STEM robotics. Quy trình xây dựng chủ đề STEM robotics nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề. Nguyên tắc sư phạm trong xây dựng chủ đề STEM robotics.

Quy trình xây dựng chủ đề STEM robotics. Định hướng tích hợp giáo dục vật lí trong chủ đề STEM robotics. Tiến trình tổ chức dạy học chủ đề STEM robotics nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề. Dạy học giải quyết vấn đề.

Giải quyết vấn đề theo quy trình thiết kế kĩ thuật. Giải quyết vấn đề dựa trên tư duy máy tính trong chủ đề STEM robotics. Tiến trình tổ chức dạy học chủ đề STEM robotics .59 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2. CƠ SỞ THỰC TIỄN VỀ GIÁO DỤC STEM ROBOTICS.

Giáo dục STEM robotics ở Việt Nam. Thực trạng học sinh tham gia giáo dục STEM robotics. Mục tiêu nghiên cứu. Thiết kế nghiên cứu.

Kết quả và thảo luận. Thực trạng quan điểm của giáo viên đối với giáo dục STEM robotics. Mục tiêu nghiên cứu. Thiết kế nghiên cứu.

Kết quả và thảo luận .73 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG CHỦ ĐỀ STEM ROBOTICS BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ. Giáo dục STEM robotics trong chương trình giáo dục phổ thông 2018. Định hướng giáo dục STEM robotics trong chương trình 2018.

Tích hợp giáo dục vật lí trong chủ đề STEM robotics sử dụng vi điều khiển Arduino. Xây dựng chủ đề STEM robotics xe robot di chuyển theo đường kẻ đen sử dụng vi điều khiển Arduino Uno. Chủ đề xe robot di chuyển theo đường vạch đen thẳng. Định hướng phát triển chủ đề xe robot di chuyển theo vạch kẻ đen.

Thiết kế tổ chức chủ đề STEM robotics bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề - chủ đề mô hình xe robot di chuyển theo vạch kẻ đen thẳng. Mục tiêu phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong giáo dục STEM robotics của học sinh. Tiến trình tổ chức dạy học chủ đề STEM robotics mô hình xe robot di chuyển theo vạch kẻ đen thẳng. Kế hoạch tổ chức dạy học chủ đề STEM robotics mô hình xe robot di chuyển theo vạch kẻ đen thẳng.

Đánh giá năng lực giải quyết vấn đề thiết kế chế tạo xe robot di chuyển theo vạch kẻ đen của học sinh .114 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM. Mục đích thực nghiệm sư phạm. Thiết kế thực nghiệm sư phạm.

Đối tượng thực nghiệm. Tiến trình thực nghiệm. Công cụ đánh giá và phương pháp xử lí dữ liệu. Kết quả thực nghiệm sư phạm lần 1.

Kết quả nghiên cứu. Kết quả thực nghiệm sư phạm lần 2. Kết quả nghiên cứu.153 KẾT LUẬN CHƯƠNG 5 .156 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .157 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ .161 TÀI LIỆU THAM KHẢO .172 i DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Đọc là HS học sinh GV giáo viên CTGDPT chương trình giáo dục phổ thông THCS trung học cơ sở THPT trung học phổ thông GD STEM giáo dục STEM (Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật, Toán học) KHTN khoa học tự nhiên GQVĐ giải quyết vấn đề TDMT tư duy máy tính SD standard deviation (độ lệch chuẩn) ES effect size (giá trị mức độ ảnh hưởng) TTĐ trước tác động STĐ sau tác động TKKT thiết kế kĩ thuật TNSP thực nghiệm sư phạm Tp.HCM Thành phố Hồ Chí Minh ii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 - Cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo theo CTGDPT 2018 .2 - Cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề theo tác giả Đỗ Hương Trà .3 - Mối liên hệ quá trình tư duy giải quyết vấn đề và tư duy máy tính .4 - Cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề trong GD STEM robotics .5 - Cơ sở đề xuất biểu hiện hành vi GQVĐ trong GD STEM robotics .7 - Tiêu chí chất lượng biểu hiện hành vi năng lực giải quyết vấn đề trong giáo dục STEM robotics.8 - Nội dung và yêu cầu cần đạt các môn học liên quan trong chủ đề robot hút bụi tránh vật cản .9 - Kiến thức, kĩ năng nền tảng và cách vận dụng để giải quyết các nhiệm vụ trong chủ đề robot hút bụi tự động tránh vật cản .10 - Hoạt động HS và GV trong tiến trình tổ chức chủ đề STEM robotics .1- Kết quả Cronbach’s α các thành tố trong bảng hỏi học sinh .2 - Đặc điểm mẫu khảo sát học sinh .