Thiết kế chủ đề giáo dục stem trong dạy học phần “chuyển hóa vật chất và năng lượng ở thực vật”, sinh học 11 - Trung học phổ thông - Trần Thị Gái

VJE Tạp chí Giáo dục, Số 443 (Kì 1 - 12/2018), tr 59-64 59 THIẾT KẾ CHỦ ĐỀ GIÁO DỤC STEM TRONG DẠY HỌC PHẦN “CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG Ở THỰC VẬT”, SINH HỌC 11 - TRUNG HỌC PHỔ THÔNG Trần Thị Gái - Nguyễn Thị Phương - Nguyễn Thị Hoài Thanh Trường Đại học Vinh Ngày nhận bài: 20/10/2018; ngày sửa chữa: 02/11/2018; ngày duyệt đăng: 04/11/2018. Abstract: STEM-oriented teaching helps students learn through experience, theory links practice. Therefore, STEM proposes career orientation for students. The article presents STEM design in teaching Biology and example following this orientation and in module “Matter and energy metabolism”-Biology grade 11 at high school. Keywords: STEM, STEM education, STEM-oriented teaching, STEM topic, teaching Biology. 1. Mở đầu Giáo dục hiện đại chuyển từ dạy học tiếp cận nội dung sang tiếp cận năng lực (NL) là một xu hướng đem lại hiệu quả cao trong giáo dục nhưng cũng đòi hỏi người dạy và người học đều phải thay đổi cách dạy và cách học. Giáo dục STEM là một quan điểm dạy học theo tiếp cận liên ngành từ hai trong các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên. Trong đó nội dung học tập được gắn với thực tiễn, phương pháp dạy học theo quan điểm dạy học định hướng hành động. STEM thường gắn liền với chương trình giảng dạy tích hợp (Johnson, PetersBurton- Moore, 2016), học tập dựa trên dự án hoặc vấn đề (Tawfik - Trueman, 2015), học tập khám phá (Crippen - Archambault, 2012). STEM là một phương thức để tăng hiệu quả giáo dục (Rodriguez, 2016). STEM thực sự cần thiết trong dạy học vì để giải thích được các hiện tượng xảy ra trong thế giới tự nhiên thì con người cần huy động kiến thức tổng hợp thuộc nhiều lĩnh vực (Moomaw, 2013; Talley, 2016; Vasquez, Comer - Sneider, 2013). Giáo dục STEM hướng tới đào tạo con người có NL trong cuộc sống tương lai đáp ứng nhu cầu nhân lực lao động trong thời đại công nghệ. Giáo dục STEM một mặt thực hiện đầy đủ mục tiêu giáo dục đã nêu trong Chương trình giáo dục phổ thông, mặt khác nhằm phát triển các NL cốt lõi cho học sinh (HS) phát triển các NL đặc thù của các môn học thuộc về STEM và định hướng nghề nghiệp cho HS. Một trong những yêu cầu đối với giáo viên (GV) là cần biết cách thiết kế các hoạt động STEM một cách sáng tạo. Tuy nhiên, hiện nay, GV vẫn còn chưa nhận thức rõ bản chất dạy học STEM cũng như cách để thiết kế hoạt động STEM trong môn học. Nghiên cứu sâu về hoạt động STEM, cách thức để thiết kế và tổ chức HS học tập các môn học nói chung, Sinh học nói riêng là một hướng nghiên cứu cập nhật, cần thiết trong bối cảnh Việt Nam đang đổi mới căn bản, toàn diện GD-ĐT. 2. Nội dung nghiên cứu 2.1. Giáo dục STEM STEM là viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật), Mathematics (Toán học). Giáo dục STEM về bản chất được hiểu là trang bị cho người học những kiến thức và kĩ năng cần thiết liên quan đến các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học. Các kiến thức và kĩ năng này phải được tích hợp, lồng ghép và bổ trợ cho nhau, giúp HS không chỉ hiểu biết về nguyên lí mà còn có thể thực hành và tạo ra được những sản phẩm trong cuộc sống hằng ngày. Theo Tsupros N., R. Kohler và J. Hallinen (2009), giáo dục STEM là cách tiếp cận liên ngành trong quá trình học, trong đó các khái niệm học thuật mang tính nguyên tắc được lồng ghép với các bài học trong thế giới thực, ở đó HS áp dụng các kiến thức trong khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học vào trong các bối cảnh cụ thể giúp kết nối giữa trường học, cộng đồng, nơi làm việc và các tổ chức toàn cầu, để từ đó phát triển các NL trong lĩnh vực STEM và cùng với đó có thể cạnh tranh trong nền kinh kế mới. * Mối liên hệ tương tác giữa các lĩnh vực trong giáo dục STEM (xem hình 1 trang bên) Theo David D. Thornburg (2008), các lĩnh vực Toán học, Công Nghệ, Khoa học và Kĩ thuật có mối quan hệ chặt chẽ trong mô hình STEM. Toán học và Công nghệ được sử dụng trong nghiên cứu Khoa học và Kĩ thuật nhằm giúp con người khám phá và cải tạo thế giới. Mặt khác Khoa học và Kĩ thuật thúc đẩy sự phát triển tiến bộ của Toán học và Công nghệ. Sự khác biệt giữa Khoa học và Kĩ thuật thể hiện ở mục đích và phương thức thực hiện. Mục đích của Khoa học là sự “tìm kiếm” nhằm nghiên cứu về sự vật, hiện tượng tự nhiên còn Kĩ thuật thiên về sự “thực hiện” nhằm thiết kế và chế tạo các vật VJE Tạp chí Giáo dục, Số 443 (Kì 1 - 12/2018), tr 59-64 60 thể cho sự tiến bộ của nhân loại. Để khám phá tự nhiên, Khoa học liên quan đến “phương pháp khoa học”, bao gồm quá trình xây dựng giả thuyết và xác minh được hình thành và phát triển cho HS ở nhiều cấp lớp. Để thiết kế và chế tạo, Kĩ thuật cần hình thành và phát triển cho người học sự sáng tạo và đổi mới, là những thuộc tính rất cần thiết trong lĩnh vực Kĩ thuật nhưng khó để định lượng và cần có thời gian hình thành lâu dài trong môi trường học tập kích thích sự sáng tạo. Sự khác biệt này có tính chất tương đối vì trong Khoa học cũng cần có sự sáng tạo và trong nghiên cứu Kĩ thuật cũng cần có phương pháp khoa học. Do vậy, tiếp cận giáo dục STEM phải là tiếp cận mang tính liên ngành để tạo ra sự kết hợp hài hòa giữa các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học giúp HS trải nghiệm thực tế nhằm khám phá tri thức và sáng tạo ra các sản phẩm có ý nghĩa. 2.2. Quy trình thiết kế chủ đề giáo dục STEM trong dạy học Sinh học Theo tác giả Nguyễn Thanh Nga và cộng sự (2017), các tiêu chí của chủ đề giáo dục STEM là: kiến thức thuộc lĩnh vực STEM, giải quyết vấn đề thực tiễn, định hướng thực hành, làm việc nhóm. Quy trình thiết kế chủ đề giáo dục STEM gồm 5 bước: Vấn đề thực tiễn → Ý tưởng chủ đề STEM → Xác định kiến thức STEM cần giải quyết → Xác định mục tiêu chủ đề STEM → Xây dựng bộ câu hỏi định hướng chủ đề STEM [9; tr 34]. Theo tác giả Lê Xuân Quang (2017), quy trình xây dựng chủ đề STEM gồm 5 bước: Lựa chọn nội dung cụ thể trong môn học → Kết nối với những sản phẩm, vật phẩm ứng dụng trong thực tế → Phân tích ứng dụng → Chỉ ra các kiến thức liên quan trong các môn thuộc lĩnh vực STEM → Hình thành chủ đề [10; tr 43]. Dựa trên sự nghiên cứu của các nhóm tác giả, chúng tôi đề xuất quy trình thiết kế chủ đề giáo dục STEM trong môn dạy học môn Sinh học gồm các bước như sau: Bước 1) Lựa chọn chủ đề giáo dục STEM: Để xác định chủ đề STEM, GV có thể lựa chọn một trong hai cách sau: Cách 1: Xây dựng mạch nội dung chủ đề trong chương trình (cơ sở khoa học)  Lựa chọn chủ đề STEM để vận dụng kiến thức vào giải quyết vấn đề thực tiễn. Để lựa chọn chủ đề STEM theo cách này, GV cần phải: - Xác định mục tiêu của phần/chương trong môn Sinh học; - Xác định các mạch nội dung cơ bản; - Lựa chọn các nội dung có thể gắn với các sản phẩm ứng dụng thực tiễn; - Phân tích các sản phẩm ứng dụng và xác định kiến thức các môn thuộc lĩnh vực STEM để giải quyết vấn đề; - Đặt tên cho chủ đề giáo dục STEM. Cách 2: Xuất phát từ vấn đề thực tiễn  Lựa chọn chủ đề STEM nhằm xác định kiến thức làm cơ sở khoa học trong chương trình để giải quyết vấn đề thực tiễn. Để lựa chọn chủ đề giáo dục STEM theo cách này, GV cần phải: - Xác định vấn đề thực tiễn gắn liền với môn Sinh học. Đây là các tình huống có vấn đề, có thể là các ứng dụng trong cuộc sống hằng ngày, con người cần giải quyết một công việc nào đó, thôi thúc HS tìm hiểu và thực hiện để đáp ứng nhu cầu. Nó cũng có thể là yêu cầu của định hướng nghề nghiệp, đòi hỏi HS giải quyết nhằm trải nghiệm một số nhiệm vụ của nghề nghiệp nào đó trong thực tế; - Xác định nội dung môn Sinh học liên quan vấn đề thực tiễn; - Xác định kiến thức các môn thuộc lĩnh vực giáo dục STEM để giải quyết vấn đề; - Đặt tên cho chủ đề giáo dục STEM. Việc lựa chọn chủ đề giáo dục STEM, GV có thể thực hiện theo một trong hai cách đã nêu trên tùy thuộc vào từng nội dung hoặc tình hình thực tiễn của địa phương. Trong quá trình lựa chọn, GV có thể phát huy ý tưởng sáng tạo của HS khi khuyến khích HS đề xuất và thảo luận lựa chọn vấn đề STEM. Xuất phát từ thực tiễn cuộc sống xung quanh, sau khi tìm hiểu thực trạng, tiến hành điều tra, thảo luận nhóm và tham khảo từ nhiều nguồn tư liệu, HS sẽ đưa ra nhiều ý tưởng chủ đề giáo dục STEM hấp dẫn khác nhau. Từ đó, lựa chọn ra những chủ đề sáng tạo, thiết thực phục vụ cho cuộc sống hằng ngày. Bước 2) Xác định mục tiêu của chủ đề giáo dục STEM: - Mục tiêu: Xác định được các mục tiêu kiến thức, kĩ năng, thái độ, và NL mà HS cần hướng tới sau khi thực hiện chủ đề giáo dục STEM. VJE Tạp chí Giáo dục, Số 443 (Kì 1 - 12/2018), tr 59-64 61 - Cách tiến hành: * Về kiến thức: Trình bày về nội dung kiến thức HS học được thông qua chủ đề. + Xác định mức độ nhận thức của HS theo thang nhận thức Bloom cải tiến: Biết, hiểu, vận dụng, phân tích, đánh giá, sáng tạo. + Sử dụng các động từ hành động để viết mục tiêu sao cho các mục tiêu có thể lượng hóa và đánh giá được. * Về kĩ năng: Trình bày những kĩ năng của HS được hình thành thông qua thực hiện các hoạt động học tập trong chủ đề giáo dục STEM. Mục tiêu kĩ năng xác định gồm nhóm kĩ năng tư duy, nhóm kĩ năng học tập và nhóm kĩ năng khoa học. * Về thái độ: Trình bày về những tác động của việc thực hiện các hoạt động học đối với nhận thức, giá trị sống và định hướng hành vi của HS. Cần xác định rõ ý thức người học với con người, thiên nhiên, môi trường, ý thức trong học tập và tư duy khoa học. * Các NL chính cần hướng tới: các NL mà HS trong quá trình khám phá tri thức và vận dụng vào giải quyết các vấn đề thực tiễn, tạo ra các sản phẩm có giá trị thực tế. Các NL hướng tới thường là NL giải quyết vấn đề, NL sáng tạo, NL hợp tác. Bước 3) Xác định các vấn đề cần giải quyết trong chủ đề giáo dục STEM: - Mục tiêu: Xây dựng được bộ câu hỏi định hướng phục vụ cho tổ chức hoạt động STEM. - Cách tiến hành: + Xác định các vấn đề cần giải quyết trong chủ đề giáo dục STEM; + Xây dựng các nội dung cụ thể cần sử dụng để giải quyết vấn đề; + Tương ứng với mỗi vấn đề trên đặt ra các câu hỏi định hướng có liên quan. Bước 4) Xác định các nội dung cụ thể cần sử dụng để giải quyết vấn đề trong chủ đề STEM: - Mục tiêu: Xây dựng các nội dung cụ thể trong từng môn học liên quan đến từng vấn đề. - Cách tiến hành: Tìm hiểu xem trong môn Sinh học, Toán học, Vật lí, Hóa học, Công nghệ,... có những nội dung nào liên quan đến chủ đề. Bước 5) Thiết kế hoạt động học tập: - Mục tiêu: Xác định tiến trình hoạt động trong dạy học của chủ đề giáo dục STEM. - Cách tiến hành: + Xác định điều kiện tổ chức hoạt động: không gian (lớp học, ở nhà, phòng thí nghiệm, cơ sở sản xuất ...); thời gian tổ chức hoạt động; + Xác định các phương pháp và kĩ thuật dạy học chủ đạo để tổ chức hoạt động: dạy học giải quyết vấn đề, dạy học khám phá, dạy học dự án, dạy học hợp tác...; XYZ, mảnh ghép, khăn trải bàn, phòng tranh, ổ bi, bản đồ tư duy...; + Xác định phương tiện tổ chức hoạt động; + Xác định các bước thực hiện hoạt động: nêu rõ các thao tác tiến hành hoạt động. Bước 6) Thiết kế các tiêu chí và bộ công cụ kiểm tra, đánh giá HS: - Mục tiêu: Đánh giá sản phẩm và sự hợp tác trong hoạt động học tập của HS. - Cách tiến hành: + Thiết kế phiếu đánh giá sản phẩm: Xây dựng các chỉ tiêu đánh giá ⇒ Phân phối điểm hợp lí cho từng chỉ tiêu ⇒ Thiết lập phiếu đánh giá; + Thiết kế phiếu đánh giá hoạt động nhóm: Xây dựng các chỉ tiêu đánh giá ⇒ Phân phối điểm hợp lí cho từng chỉ tiêu ⇒ Hoàn thành phiếu đánh giá. 2.3. Ví dụ thiết kế chủ đề giáo dục STEM phần A “Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở thực vật” (Sinh học 11) Bước 1) Lựa chọn chủ đề: * Xác định mục tiêu của phần A “Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở thực vật”. - Giải thích được sự phù hợp về cấu trúc với chức năng của các cơ quan trong việc thực hiện chuyển hóa vật chất và năng lượng ở thực vật. - Trình bày được vai trò của nước đối với thực vật. Mô tả được cơ chế trao đổi nước ở thực vật gồm 3 quá trình liên tiếp: Hấp thụ nước, vận chuyển nước và thoát hơi nước. - Trình bày được vai trò của các quá trình hút, vận chuyển và thoát hơi nước chính là các động lực vận chuyển nước từ ngoài môi trường đất vào cây. - Phân tích được vai trò của tưới tiêu hợp lí đối với sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng và sự trao đổi nước ở thực vật phụ thuộc vào điều kiện môi trường. - Phân tích được vai trò của chất khoáng với đời sống thực vật và cơ chế hấp thụ, vận chuyển nguyên tố khoáng phụ thuộc vào đặc điểm của hệ rễ, cấu trúc của đất và điều kiện môi trường. - Trình bày được vai trò của nitơ, quá trình đồng hóa nitơ khoáng và nitơ tự do trong khí quyển. - Thiết kế và tiến hành được thí nghiệm về vai trò của phân bón và chứng minh được vai trò của phân bón đối với cây trồng. - Chứng minh được lá cây có cấu tạo phù hợp với chức năng quang hợp. - Phân biệt được quá trình quang hợp ở thực vật C3, C4, CAM. - Phân tích được ảnh hưởng của các nhân tố ngoại cảnh đến quang hợp. - Giải thích được quá trình quang hợp quyết định năng suất cây trồng. VJE Tạp chí Giáo dục, Số 443 (Kì 1 - 12/2018), tr 59-64 62 - Phân tích được dấu hiệu bản chất của hô hấp và ý nghĩa của hô hấp ở thực vật. - Phân biệt được các con đường của quá trình phân giải hợp chất hữu cơ ở thực vật và đặc điểm của mỗi con đường. - Giải thích được mối quan hệ giữa quang hợp và hô hấp, ảnh hưởng của các nhân tố ngoại cảnh đến hô hấp ở thực vật. - Có ý thức bảo vệ môi trường thông qua trồng và chăm sóc cây xanh, bón phân hợp lí. - Phát triển NL vận dụng kiến thức vào thực tiễn, NL tự học và hợp tác, NL nghiên cứu khoa học. * Các mạch nội dung cơ bản: Trao đổi nước ở thực vật, dinh dưỡng khoáng ở thực vật, quang hợp, hô hấp. * Các nội dung gắn với thực tiễn → Sản phẩm ứng dụng → chủ đề STEM TT Nội dung Vấn đề thực tiễn Sản phẩm ứng dụng Chủ đề STEM 1 Trao đổi nước ở thực vật Hệ thống tưới nước cho cây trồng Hệ thống tưới nước cho cây trồng Thiết kế mô hình tưới nước hiệu quả cho cây trồng 2 Dinh dưỡng khoáng ở thực vật Trồng rau sạch Trồng rau thủy canh Thiết kế mô hình trồng rau thủy canh 3 Quang hợp Tăng năng suất cây trồng Ứng dụng đèn led trong sản xuất nông nghiệp Thiết kế mô hình đèn led trồng rau 4 Hô hấp Bảo quản nông sản Hệ thống sấy nông sản Thiết kế mô hình tủ sấy nông sản bằng năng lượng ánh sáng mặt trời Các bước tiếp theo chúng tôi sẽ minh họa các bước cụ thể trong chủ đề “Thiết kế mô hình tưới nước hiệu quả cho cây trồng”. Vấn đề thực tiễn của chủ đề: trong sản xuất nông nghiệp, người nông dân thường tưới nước bằng phương pháp tưới thủ công, vừa vất vả, tốn kém mà hiệu quả kinh tế không cao. Thực tế hiện nay tại các thành phố, không gian chật hẹp nên người dân thường tận dụng ban công, sân thượng để trồng rau và cây cảnh, cây ăn quả. Tuy nhiên công việc bận rộn sẽ không chủ động trong việc tưới cây hàng ngày theo đúng nhu cầu nước của cây. Vì vậy, việc thiết kế mô hình tưới nước hiệu quả có ý nghĩa thực tiễn cao trong việc tưới tiêu hợp lí cho cây trồng nhằm giải quyết các vấn đề thực tiễn nêu trên. Bước 2) Xác định mục tiêu của chủ đề STEM: * Kiến thức: - Trình bày được vai trò của nước đối với thực vật. Mô tả được cơ chế trao đổi nước ở thực vật gồm 3 quá trình liên tiếp: Hấp thụ nước, vận chuyển nước và thoát hơi nước; - Trình bày được vai trò của các quá trình hút, vận chuyển và thoát hơi nước chính là các động lực vận chuyển nước từ ngoài môi trường đất vào cây; - Phân tích được vai trò của tưới tiêu hợp lí đối với sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng và sự trao đổi nước ở thực vật phụ thuộc vào điều kiện môi trường. * Kĩ năng: - Thiết kế các bản vẽ, mô hình tưới nước cho cây trồng; - Xây dựng được nguyên lí hoạt động của sản phẩm; - Chế tạo và lắp ráp các sản phẩm theo phương án thiết kế; - Vận hành, thử nghiệm, cải tiến các mô hình; - Làm việc nhóm, làm thí nghiệm, thuyết trình, lắng nghe, phản biện. * Thái độ: - Ý thức giữ gìn môi trường, bảo vệ cây xanh và bảo vệ môi trường; - Say mê nghiên cứu khoa học; - Nhiệt tình, năng động trong quá trình gia công, lắp ráp sản phẩm; - Hòa nhã, có tinh thần trách nhiệm đối với các nhiệm vụ chung của nhóm. Các NL cần hướng tới: NL nghiên cứu khoa học, NL hợp tác, NL sáng tạo. Bước 3) Xác định các vấn đề cần giải quyết trong chủ đề STEM: - Hiện nay có các phương pháp tưới cây nào? Ưu nhược điểm của mỗi phương pháp? - Vì sao cần phải thiết kế hệ thống tưới nước cho cây trồng? - Hệ thống được thiết kế cho đối tượng cây trồng nào? - Phương pháp tưới được sử dụng trong mô hình là gì? Phương pháp này có ưu thế gì? - Hệ thống tưới nước có cấu tạo và nguyên tắc hoạt động như thế nào? Bước 4) Xác định các nội dung cụ thể cần sử dụng để giải quyết vấn đề trong chủ đề STEM: Tên sản phẩm Khoa học (S) Công nghệ (T) Kĩ thuật (E) Toán học (M) Mô hình tưới nước tự động cho cây trồng Cơ chế trao đổi nước ở thực vật. Các yếu tố ảnh hưởng đến trao đổi nước và sự sinh trưởng của thực vật. Hệ thống bơm, ống dẫn, giá đỡ để làm mô hình tưới nước tự động. Bản vẽ và mô hình lắp ráp tưới nước tự động. Đo chiều dài ống dẫn theo bản vẽ, tính toán khoảng cách đặt ống dẫn nước. Bước 5) Thiết kế hoạt động học tập Dự án “thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống tưới nước cho cây trồng” VJE Tạp chí Giáo dục, Số 443 (Kì 1 - 12/2018), tr 59-64 63 * Thời gian: 2 tuần ở nhà và 1 tiết báo cáo sản phẩm trên lớp học. * Tiến trình thực hiện: Nội dung Hoạt động của GV Hoạt động của HS Bước 1. Lập kế hoạch (thực hiện trên lớp) Nêu tên dự án Nêu tình huống có vấn đề về nhu cầu nước của cây trồng và thực trạng tưới tiêu hợp lí cho cây trồng hiện nay. Nhận biết chủ đề dự án. Xây dựng ý tưởng của dự án - Phân chia nhóm. - Tổ chức cho HS phát triển ý tưởng. - Thống nhất ý tưởng. Hoạt động nhóm, chia sẻ các ý tưởng. Lập kế hoạch thực hiện dự án. - Yêu cầu HS nêu các nhiệm vụ cần thực hiện của dự án. - GV gợi ý bằng các câu hỏi định hướng: + Hiện nay có các phương pháp tưới cây nào? Ưu nhược điểm của mỗi phương pháp là gì? + Vì sao cần phải thiết kế hệ thống tưới nước cho cây trồng? - Từ đó gợi ý cho HS các nhiệm vụ cần thực hiện. - GV phát các phiếu đánh giá: đánh giá sản phẩm, đánh giá hoạt động cho HS. - Căn cứ vào chủ đề học tập và gợi ý của GV, HS nêu ra các nhiệm vụ phải thực hiện. - Thảo luận và lên kế hoạch thực hiện nhiệm vụ (nhiệm vụ; người thực hiện; thời lượng; phương pháp, phương tiện; Sản phẩm). + Thiết kế mô hình tưới nước. + Chế tạo mô hình tưới nước. + Thiết kế poster/ PowerPoint và trình bày. Bước 2: Thực hiện kế hoạch dự án và xây dựng sản phẩm (2 tuần) (hoạt động vào thời gian ngoài giờ lên lớp) (1) Thiết kế mô hình tưới nước cho cây: - Xác định loại cây dự định trồng: các loại rau ăn lá (xà lách, rau cải, các loại rau thơm,...) - Tính toán tỉ lệ giữa các phần và các chi tiết phải đảm bảo các quy luật vật lí, sinh học nhằm đảm bảo quá trình quang hợp diễn ra bình thường. - Tiết kiệm tối đa nguồn nước nhờ hệ thống tưới nhỏ giọt. - Chiều rộng và chiều dài của các ống và chân đế phải tương đương nhau (đảm bảo tính bền vững). - Thiết kế hệ thống nước nhờ bơm chế tự động nhằm cấp nước chủ động cho cây trồng. Mô hình hoàn thiện có thể hoạt động tốt cung cấp rau sạch cho hộ gia đình. (2) Chế tạo mô hình tưới nước cho cây trồng: - Nguyên liệu: vỏ chai nhựa, ống nhựa PVC, keo dán ống nước, mô tơ, súng gắn keo nến và keo nến, ống hút, dây nhựa dẫn nước. - Lắp ráp mô hình: + Kích thước: cao 110 cm, đáy rộng 60 cm. + Quy mô: 3 tầng và một giàn phía trên để lắp bồn nước và đặt các hộp trồng rau. Kích thước (tầng 1 cao 30 cm, rộng 60 cm, dài 1m; tầng 2 cao 60 cm, rộng 45 cm, dài 1m; tầng 3 cao 10 cm, rộng 30 cm, dài 1m). + Khoảng cách trồng cây: chiều dài 1 m và lắp 9 chai nhựa so le nhau quanh trục, tương ứng sẽ trồng được 9 cây ở mỗi tầng. + Lắp thùng dựng nước tưới và gắn mô tơ công tắc tự động. + Lắp ống dây dẫn nước từ thùng chứa xuống các chai nhựa trồng cây. (3) Hoàn thành báo cáo để chuẩn bị trình bày sản phẩm: - HS hoàn thiện sản phẩm. - Viết báo cáo trình bày về sản phẩm: vật liệu, cách làm, cách vận hành sản phẩm, tính ứng dụng của sản phẩm. - GV hướng dẫn, hỗ trợ HS trong quá trình hoàn thiện sản phẩm và chuẩn bị báo cáo. Bước 3: Báo cáo kết quả Báo cáo kết quả - Tổ chức cho các nhóm báo cáo kết quả và phản hồi. - Gợi ý các nhóm nhận xét, bổ sung cho các nhóm khác. - Các nhóm báo cáo kết quả - Trình chiếu PowerPoint. - Các nhóm tham gia phản hồi về phần trình bày của nhóm bạn. Đánh giá GV hướng dẫn HS tự đánh giá, đánh giá đồng đẳng. Sau đó GV sẽ đánh giá HS và công bố kết quả. HS sử dụng phiếu để tự đánh giá và đánh giá lẫn nhau. Hình 3. Sản phẩm hệ thống tưới nước cho mô hình trồng cây tiết kiệm diện tích của của HS Bước 6) Thiết kế các tiêu chí và bộ công cụ kiểm tra, đánh giá HS Ngoài bộ tiêu chí đánh giá hoạt động nhóm, hoạt động cá nhân thì tiêu chí đánh giá sản phẩm mô hình tưới nước cho cây được chúng tôi thiết kế như sau: Tiêu chí Tốt (5 điểm) Đạt (3 điểm) Chưa đạt (1 điểm) Hình thức Cấu trúc mô hình hợp lí; lắp đặt khoảng cách tỉ lệ phù Cấu trúc mô hình tương đối hợp lí; lắp đặt Cấu trúc mô hình chưa hợp lí, lắp đặt các VJE Tạp chí Giáo dục, Số 443 (Kì 1 - 12/2018), tr 59-64 64 hợp đảm bảo khả năng vận hành của hệ thống. khoảng cách tỉ lệ một vài chỗ còn chưa phù hợp. khoảng cách và tỉ lệ không phù hợp. Vận hành Hệ thống vận hành tốt Hệ thống hoạt động được tuy nhiên thỉnh thoảng có gặp vấn đề. Hệ thống không vận hành được hoặc vận hành kém. Phạm vi ứng dụng và tính khả thi của mô hình Khả năng ứng dụng rộng rãi, dễ sử dụng. Ứng dụng được nhưng không sử dụng rộng rãi được vì còn khó sử dụng. Chưa ứng dụng được trong thực tế, cần cải tiến. Tính sáng tạo Sản phẩm sáng tạo, có tư duy vận dụng thực tế cao, ứng dụng linh hoạt. Sản phẩm thể hiện được sự sáng tạo nhưng chưa linh hoạt. Sản phẩm còn khuôn mẫu, chưa linh hoạt.  Một số câu hỏi, bài tập đánh giá: Câu 1. Qua những đêm ẩm ướt vào buổi sáng thường có những giọt nước xuất hiện trên đầu tận cùng của lá (đặc biệt, thường thấy ở lá cây một lá mầm). Theo em đây là hiện tượng gì, hãy giải thích nguyên nhân của hiện tượng đó? Câu 2. Khi được học về quá trình quang hợp ở các loài thực vật khác nhau, Bình được biết thực vật CAM để thích nghi với điều kiện sống khô hạn điển hình là cây xương rồng thì nó thực hiện việc mở khí khổng vào ban đêm, đóng vào ban ngày, lá biến đổi thành gai để hạn chế sự thoát hơi nước. Bình thắc mắc rằng loài xương rồng khi được trồng ở Việt Nam thì cơ chế đóng mở khí khổng có thực hiện như ở vùng khô hạn hay không? Hãy giải thích giúp bạn. Câu 3. Thế nào là trạng thái cân bằng nước trong cây? Em hãy nêu các cơ sở khoa học của việc tưới nước hợp lí cho cây trồng? Câu 4. Bác An là một nông dân đang muốn cải tiến hệ thống tưới tiêu trong nông trại của mình. Hiện nay đã có phương pháp mới ứng dụng nhiều trong tưới tiêu cho cây trồng đó là tưới phun mưa và tưới nhỏ giọt. Đây là các phương pháp tưới tự động giúp tiết kiệm nhân công và nguồn nước. Trong vườn của bác hiện có một nửa diện tích trồng rau ăn lá và một nửa diện tích là trồng hoa. Sau khi tìm hiểu, bác An băn khoăn không biết nên lựa chọn phương pháp nào. Bằng hiểu biết của mình, em hãy tư vấn giúp bác. 3. Kết luận Giáo dục STEM có ý nghĩa thiết thực trong dạy học nói chung và dạy học Sinh học nói riêng. Thông qua dạy học, STEM sẽ giúp HS phát triển phẩm chất, NL; khám phá tri thức và vận dụng tri thức vào giải quyết các vấn đề thực tiễn. Thiết kế hoạt động dạy học theo định hướng giáo dục STEM đúng nguyên tắc và quy trình sẽ góp phần trong việc tổ chức thành công hoạt động học tập. Với quy trình thiết kế ở trên, có thể vận dụng vào thiết kế các hoạt động STEM ở các nội dung và chủ đề khác nhau trong môn Sinh học nhằm nâng cao chất lượng dạy học ở trường phổ thông. Tài liệu tham khảo [1] Johnson, C. C. - Peters-Burton, E. E. - Moore, T. J. (2016). STEM road map: A framework for integrated STEM education. New York: Routledge. [2] Tawfik, A. - Trueman, R. (2015). Effects of case libraries in supporting a problembased learning STEM course. Journal of Educational Technology Systems, Vol. 44(1), pp. 5-21. [3] Crippen, K. J., - Archambault, L. (2012) . Scaffolded inquiry-based instruction with technology: A signature pedagogy for STEM education. Computers in the Schools, Vol. 29, pp. 157-173. [4] Moomaw, S. (2013). Teaching STEM in the early years: Activities for integrating science, technology, engineering, and mathematics. St. Paul, MN: Redleaf Press. [5] Talley, T. (2016) The STEM coaching handbook: Working with teachers to improve instruction. New York, NY: Routledge. [6] Vasquez, J. A. - Sneider, C. - Comer, M. (2013). STEM lesson essentials, grades 3-8: Integrating science, technology, engineering, and mathematics. Portsmouth, HN: Heinemann. [7] Tsupros, N. - R. Kohler - J. Hallinen (2009). STEM education: A project to identify the missing components. Intermediate Unit 1 and Carnegie Mellon, Pennsylvania. [8] Thornburg D. D. (2008). Why STEM Topics are Interrelated: The Importance of Interdisciplinary Studies in K-12 Education. Thornburg Center for Space Exploration. [9] Nguyễn Thanh Nga (chủ biên, 2017) - Phùng Việt Hải - Nguyễn Quang Linh - Hoàng Phước Muội. Thiết kế và tổ chức chủ đề giáo dục STEM cho học sinh trung học cơ sở và trung học phổ thông. NXB Đại học Sư phạm TP. Hồ Chí Minh. [10] Lê Xuân Quang (2017). Dạy học môn công nghệ phổ thông theo định hướng giáo dục STEM. Luận án tiến sĩ Giáo dục học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội.