Sau khi bàn về sự khác nhau giữa STEM ngoại khóa và STEM chính khóa, một câu hỏi quan trọng tiếp theo thường được đặt ra:
Nếu không bắt đầu từ robot hay lập trình, vậy một bài học STEM thực sự nên bắt đầu từ đâu?
Câu trả lời có thể đơn giản hơn nhiều người nghĩ.
Một bài học STEM thường bắt đầu từ một vấn đề thực tế.
STEM bắt đầu từ câu hỏi
Trong cách dạy học truyền thống, bài học thường bắt đầu bằng kiến thức.
Giáo viên trình bày khái niệm, công thức hoặc hiện tượng khoa học, sau đó học sinh làm bài tập để củng cố.
Trong một bài học STEM, trình tự có thể đảo ngược.
Bài học bắt đầu bằng một câu hỏi hoặc một tình huống thực tế.
Ví dụ:
• Làm thế nào để giảm trơn trượt trên sàn khi trời mưa?
• Vì sao một số vật nổi còn vật khác lại chìm?
• Làm thế nào để thiết kế một cây cầu nhỏ chịu được nhiều tải trọng hơn?
Những câu hỏi như vậy buộc học sinh phải suy nghĩ và tìm cách giải quyết.
Thí nghiệm cụ thể
Một ví dụ điển hình là thí nghiệm đo năng lượng nhiệt của nước khi được đun nóng bằng điện năng.
Nếu được thiết kế đúng cách, thí nghiệm này có thể trở thành một bài học STEM hoàn chỉnh ngay trong tiết học Vật lý.
Bắt đầu từ một câu hỏi thực tế
Thay vì bắt đầu bài học bằng công thức, giáo viên có thể đặt ra một câu hỏi đơn giản:
- Khi đun nước bằng ấm điện, toàn bộ điện năng có chuyển thành nhiệt năng của nước hay không?
Câu hỏi này tạo ra một vấn đề thực tế mà học sinh cần tìm cách giải quyết.
Để trả lời, các em phải đo được hai đại lượng:
• Điện năng cung cấp cho hệ
• Nhiệt lượng mà nước nhận được
Bộ thí nghiệm sử dụng
Một bộ thí nghiệm đơn giản có thể gồm:
• Nguồn điện
• Watt kế để đo công suất điện
• Bình nhiệt lượng kế
• Nhiệt kế điện tử
• Dây nối
Những thiết bị này vốn đã quen thuộc trong các phòng thí nghiệm vật lý. Tuy nhiên, cách tổ chức hoạt động sẽ quyết định liệu đây chỉ là một thí nghiệm minh họa hay là một bài học STEM.
Thiết kế thí nghiệm
Học sinh làm việc theo nhóm và tiến hành các bước sau:
- Bước 1: Đổ một lượng nước xác định vào bình nhiệt lượng kế, ví dụ 200 g nước.
- Bước 2: Đo nhiệt độ ban đầu của nước bằng nhiệt kế điện tử.
- Bước 3: Lắp mạch điện gồm nguồn điện, watt kế và dây đốt trong nhiệt lượng kế.
- Bước 4: Bật nguồn điện, ghi lại công suất điện và thời gian đun nước.
- Bước 5: Đo nhiệt độ của nước sau khi đun trong một khoảng thời gian nhất định.
Phân tích dữ liệu
Từ dữ liệu thu được, học sinh có thể tính toán:
Điện năng cung cấp:
E = P × t
Trong đó:
• P là công suất đo bằng watt kế
• t là thời gian đun nước
⸻
Nhiệt lượng nước nhận được:
Q = m × c × Δt
Trong đó:
• m là khối lượng nước
• c là nhiệt dung riêng của nước
• Δt là độ tăng nhiệt độ
⸻
Sau khi tính toán, học sinh sẽ nhận thấy rằng hai giá trị này không hoàn toàn bằng nhau.
Đây chính là điểm bắt đầu của quá trình tư duy.
Thảo luận:
Giáo viên có thể gợi ý các câu hỏi:
• Vì sao điện năng cung cấp lớn hơn nhiệt lượng nước nhận được?
• Năng lượng bị thất thoát ở đâu?
• Làm thế nào để giảm sự thất thoát nhiệt?
Những câu hỏi này buộc học sinh phải suy nghĩ về:
• sự truyền nhiệt ra môi trường
• vai trò của vật liệu cách nhiệt
• cấu tạo của bình nhiệt lượng kế
⸻
Cải tiến thiết kế
Ở bước tiếp theo, học sinh có thể thử cải tiến thí nghiệm.
Ví dụ:
• đậy nắp bình nhiệt lượng kế
• tăng lớp cách nhiệt
• thay đổi thời gian đun
Sau đó các nhóm đo lại kết quả và so sánh hiệu suất chuyển đổi năng lượng.
Quá trình thử nghiệm – phân tích – cải tiến chính là yếu tố quan trọng của phương pháp STEM.
Ý nghĩa của bài học
Trong bài học này, học sinh không chỉ học công thức vật lý.
Các em còn:
• thu thập dữ liệu thực nghiệm
• phân tích sai lệch giữa lý thuyết và thực tế
• đề xuất giải pháp cải tiến
• làm việc nhóm và trình bày kết quả
Những hoạt động này giúp phát triển tư duy khoa học và năng lực giải quyết vấn đề, đúng với mục tiêu của giáo dục STEM.
