Đề tài Dạy học dự án cho sinh viên đại học khối kĩ thuật và kết quả đạt được

JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE Educational Sci. 2010, Vol. 55, No. 8, pp. 28-36 DẠY HỌC DỰ ÁN CHO SINH VIÊN ĐẠI HỌC KHỐI KĨ THUẬT VÀ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Nguyễn Thanh Nga Trường Đại học Giao thông Vận tải (cơ sở 2) Đỗ Hương Trà Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 1. Mở đầu Dạy học dự án (DHDA) được hiểu như một phương pháp dạy học, trong đó người học tự lực thực hiện một nhiệm vụ học tập phức hợp, có sự kết hợp giữa lí thuyết và thực tiễn, trong đó cá nhân hay nhóm người học thiết lập một dự án có nội dung gắn kết với nội dung học tập. Dựa vào tri thức, kinh nghiệm và kĩ năng vốn có, trên cơ sở phân tích thực tiễn thuộc phạm vi học tập, cùng với tài liệu, phương tiện, người học đề xuất ý tưởng, thiết kế dự án, thực hiện và hoàn chỉnh dự án. Trong các trường đại học kĩ thuật, sinh viên khá vất vả khi học các môn đại cương (Vật lí đại cương, Hoá học đại cương,... ). Một mặt, do họ không thấy được tính thực tiễn của các kiến thức khoa học này nên không hứng thú khi học; mặt khác, họ thường coi nhẹ các môn đại cương vì nhận thấy dường như nó không liên quan gì đến chuyên ngành học, dẫn đến chán học và chất lượng học tập chưa cao. Người học sẽ học tập tích cực nếu các kiến thức được vận dụng vào giải quyết những vấn đề thực tế, điều này làm cho kiến thức trở nên có nghĩa đối với người học, khơi dậy lòng say mê, hứng thú ở họ. Với mục đích trang bị cho sinh viên kiến thức vững chắc, rèn luyện kĩ năng giải quyết các vấn đề thực tế, khơi dậy tính tích cực, tự chủ của sinh viên thì việc tổ chức dạy học dự án sẽ đem lại hiệu quả cao. Bài báo giới thiệu kết quả thu được ở năm học 2008 - 2009 qua việc vận dụng DHDA với đối tượng sinh viên năm thứ nhất, ngành kĩ thuật công trình tại trường Đại học Giao thông (cơ sở 2) khi dạy các kiến thức về Từ trường và Cảm ứng điện từ - học phần Điện và từ đại cương. 2. Nội dung nghiên cứu 2.1. Phương pháp nghiên cứu Đặc điểm của dạy học dự án có thể được trình bày như ở sơ đồ dưới đây: 28 Dạy học dự án cho sinh viên đại học khối kĩ thuật và kết quả đạt được Hình 1. Một số đặc điểm của dạy học dự án Trên cơ sở hiểu biết các đặc điểm của dạy học dự án, chúng tôi đề xuất ý tưởng cho việc lập kế hoạch bài học, trong đó bài học được xây dựng dựa trên những câu hỏi định hướng, lồng ghép nội dung trong những bối cảnh thực tế. * Giai đoạn 1: Lập kế hoạch. Trong giai đoạn lập kế hoạch, kế hoạch của giáo viên gồm: Hình 2. Sơ đồ triển khai bài học thành dự án - Triển khai bài học thành dự án. - Xây dựng bộ câu hỏi định hướng bài dạy bao gồm câu hỏi khái quát, câu hỏi bài học và câu hỏi nội dung. - Thiết kế dự án. Trước nội dung dự định cho sinh viên thực hiện dự án, chúng tôi quan tâm đến các vấn đề: + Trong thực tế những ai cần những kiến thức này (người học đóng vai là các nhà tư vấn, các chuyên gia, các nhà chế tạo để giải quyết vấn đề thực tiễn). + Lựa chọn nội dung kiến thức cần vận dụng hoặc cần xây dựng. + Đưa ra dự án dự kiến (người học đóng vai là các nhà thiết kế dự án) gồm: Mục tiêu của dự án, giải pháp thực hiện dự án; Công việc chính cần thực hiện (thực hiện giải pháp); Địa điểm thực hiện dự án; Kết quả dự án thu được,... Từ ý tưởng dự án và nội dung kiến thức cần học (cần vận dụng), chúng tôi hướng dẫn người học thiết kế 3 bài tập gồm: Bài trình diễn đa phương tiện; Một áp phích hay tờ rơi; Một trang web để làm sao cho khi thực hiện xong một dự án như thế thì người học trả lời tốt bộ câu hỏi định hướng. Để đảm bảo sinh viên có thể thực hiện được nhiệm vụ của dự án, chúng tôi đã tiến hành biên soạn, sắp xếp, bổ sung các nội dung kiến thức phần Từ trường và 29 Nguyễn Thanh Nga và Đỗ Hương Trà Cảm ứng điện từ làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết, qua đó giúp người học thiết kế ý tưởng dự án, xác định nhiệm vụ cần giải quyết. - Thiết kế tài liệu hỗ trợ giáo viên và người học. + Những hỗ trợ cần thiết cho người học trong quá trình thực hiện dự án gồm: Một số dự án để tham khảo, giáo trình, các nguồn tài liệu tham khảo về Từ trường và Cảm ứng điện từ, các phiếu phân công công việc trong nhóm, các mẫu phiếu đánh giá từng sản phẩm,... + Giáo viên cần dự kiến trước được quá trình thực hiện, kết quả đạt được, nghĩa là phải thiết kế được sơ đồ tiến trình hình thành (vận dụng) kiến thức khi thực hiện dự án để đảm bảo cho sự định hướng đạt hiệu quả. - Chuẩn bị các điều kiện thực hiện dự án. + Để tạo điều kiện cho việc thực hiện dự án, chúng tôi giới thiệu, tuyên truyền về dạy học dự án, cách thức thực hiện nhiệm vụ trong dạy học dự án, đồng thời chuẩn bị cơ sở vật chất, kinh phí thực hiện. + Tiến hành tập huấn, bổ sung các kĩ năng sử dụng Powerpoint và kĩ năng làm việc nhóm. - Kế hoạch của người học gồm: + Lựa chọn chủ đề: Xuất phát từ bộ câu hỏi định hướng, người học lựa chọn cho mình chủ đề phù hợp với mục tiêu kiến thức, kĩ năng, nhu cầu và hứng thú của họ. Các chủ đề cần có tính thực tiễn, có thể là các vấn đề liên quan trong đời sống hàng ngày, các vấn đề về văn hoá - xã hội, các vấn đề thời sự cập nhật hay là việc nghiên cứu so sánh, việc ứng dụng một thành tựu nào đó của khoa học - kĩ thuật liên quan đến kiến thức về Từ trường và Cảm ứng điện từ. + Xây dựng tiểu chủ đề: Một ý tưởng hoặc chủ đề ban đầu sẽ được mở rộng thành nhiều tiểu chủ đề để thực hiện tìm hiểu thông tin. Chúng tôi hướng dẫn sinh viên sử dụng mạng sơ đồ tư duy nhằm tập hợp các ý kiến của các thành viên trong nhóm, kết hợp các ý tưởng, xây dựng cấu trúc kiến thức, xác định quy mô tìm hiểu và xác định các nhiệm vụ học tập. + Lập kế hoạch các nhiệm vụ học tập: Hoạt động này nhằm giúp các thành viên trong nhóm biết được ai sẽ làm nhiệm vụ gì và thời hạn hoàn thành. Đây là hoạt động hợp tác giữa các thành viên, đòi hỏi mỗi thành viên phải phối hợp, hỗ trợ nhau để thực hiện việc lập kế hoạch, hoàn thành dự án. * Giai đoạn 2: Thực hiện dự án. Trong quá trình thực hiện dự án, sinh viên thu thập thông tin, dữ liệu từ sách, báo, tạp chí, internet. . . tiến hành các thí nghiệm, gặp gỡ các nhân vật cần thiết, phân tích, so sánh, tranh luận, tổng hợp. Người học liên hệ chặt chẽ và tham vấn giáo viên hướng dẫn để đảm bảo dự án đi đúng hướng. Chúng tôi tôn trọng kế hoạch đã xây dựng và sự hợp tác giữa các cá nhân 30 Dạy học dự án cho sinh viên đại học khối kĩ thuật và kết quả đạt được người học, mặt khác, chúng tôi mời các nhóm thường xuyên đánh giá sự tiến triển của công việc và tận dụng dịp này để động viên, kích thích sinh viên nhằm đưa dự án đi đến đích. Những chiến lược người học sử dụng trở thành đối tượng của sự quan sát liên tục của giáo viên. * Giai đoạn 3: Tổng hợp kết quả và khai thác dự án. - Tổng hợp các kết quả và xây dựng sản phẩm: Người học tổng hợp các thông tin, giới thiệu cho toàn lớp những đóng góp của nhóm để qua đó có thể điều chỉnh sản phẩm của nhóm. Sản phẩm của các nhóm sẽ được giới thiệu và đóng góp của mỗi nhóm mang đến những sản phẩm chung cho toàn lớp. - Khai thác dự án: Trong quá trình thực hiện dự án, người học làm chủ kiến thức, kĩ năng và thái độ. Tuy nhiên, họ cần phải trả lời các câu hỏi sau: + Dự án đã thực hiện có mang lại hiệu quả học tập đích thực hay không? + Trong tương lai, dự án có thể thực hiện khác được không? + Dự án tiếp theo có thể là gì? - Xem xét lại dự án: Việc xem xét lại dự án nhằm cho phép sinh viên xem lại cách mà họ đã cam kết theo đuổi trong dự án: Họ đã tìm kiếm câu trả lời cho vấn đề như thế nào? Trước một tình huống họ đã thực hiện các chiến lược nào? Các phương pháp nào đã được sử dụng để có thể đi đến kết quả? Họ đã đánh giá thường xuyên công việc như thế nào? Họ đã kiên nhẫn ra sao?... Việc xem xét lại dự án tạo cơ hội cho các nhóm quan tâm đến việc bổ sung thông tin liên quan đến dự án và kích thích mong muốn thực hiện dự án khác. Quá trình dạy học được chúng tôi ghi hình, các sản phẩm của người học được thu thập lại. Dựa vào các thông tin ghi lại được, giáo viên tiến hành phân tích diễn biến, đánh giá tính khả thi, kết quả của tiến trình dạy học đã soạn thảo để từ đó có những chỉnh sửa cho phù hợp. 2.2. Kết quả thu được Nghiên cứu được tiến hành trong 3 tuần của học kì II năm thứ nhất, mỗi tuần học Vật lí đại cương 2 buổi, mỗi buổi 3 tiết. - Chuyển giao nhiệm vụ học tập để lựa chọn chủ đề dự án, lập kế hoạch. Câu hỏi khái quát do giáo viên đưa ra: “Việc tìm hiểu các kiến thức về Từ trường và Cảm ứng điện từ có vai trò quan trọng như thế nào đối với sự phát triển của khoa học kĩ thuật?” đã dẫn dắt sinh viên thảo luận, hình thành các ý tưởng ban đầu về các dự án. Trên cơ sở các ý tưởng do sinh viên đề xuất, họ được quan sát một số hình ảnh về các thiết bị máy móc kĩ thuật như: máy phát điện, loa điện, động cơ điện, hệ thống rơ le điều khiển tự động, bếp từ, ghita điện . . . , sau đó, yêu cầu sinh viên thảo luận, trao đổi, bổ sung để tìm ra những ứng dụng khác có liên quan đến kiến 31 Nguyễn Thanh Nga và Đỗ Hương Trà thức Từ trường và Cảm ứng điện từ. Điều này đã gợi được sự tập trung chú ý của sinh viên đến phần nội dung kiến thức quan trọng này và dẫn sinh viên một cách tự nhiên đến câu hỏi: + Trong giao thông vận tải, con người đã ứng dụng những kiến thức đó để chế tạo ra các thiết bị máy móc gì? + Nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của các thiết bị máy móc đó như thế nào? Bằng việc thảo luận câu hỏi nội dung, lớp chia thành 6 nhóm tương ứng với 6 dự án dựa trên sự quan tâm, hứng thú của người học. Các nhóm đều đã trình bày được lí do lựa chọn dự án và nêu được mục tiêu của các dự án. Sau đó các nhóm sử dụng sơ đồ tư duy để lên kế hoạch thực hiện dự án, phân công nhiệm vụ và dự kiến sản phẩm cuối cùng. Với sự hướng dẫn và góp ý của giáo viên, các nhóm lần lượt trình bày sơ đồ tư duy một cách hào hứng và có tính thống nhất cao. Kĩ thuật sử dụng sơ đồ tư duy giúp sinh viên làm việc một cách khoa học, xác định được mục đích công việc rõ ràng, đạt hiệu quả cao. Thông qua sơ đồ tư duy sinh viên đã xác định được các tiểu chủ đề và đưa ra được giải pháp thực hiện để giải quyết vấn đề đã được chuyển giao, hình thành nên các dự án học tập rõ ràng. Điều này chứng tỏ việc chuyển giao nhiệm vụ của giảng viên đã thành công, phát huy được tính tự lực, tích cực chủ động của sinh viên. - Thực hiện dự án và sản phẩm dự án. Sáu dự án tương ứng với 6 vấn đề cần giải quyết. Dưới đây chúng tôi trình bày kĩ một trong số các dự án đó. Với dự án Nghiên cứu giải pháp đảm bảo an toàn cho các phương tiện lưu thông trong đường hầm - hoàn chỉnh hệ thống cung cấp điện thắp sáng trong đường hầm, nhóm sinh viên đã biết tự đặt ra ý tưởng (lí do) của dự án, vấn đề cần giải quyết, giải pháp giải quyết vấn đề và dự kiến được sản phẩm của nhóm. Quá trình thực hiện dự án đã tiến hành theo các giải pháp đặt ra thể hiện như trong sơ đồ dự án như Hình 3. Nhóm Blue Fire đặt vấn đề cho dự án của mình bằng một bài toán thực tế về việc giải quyết nạn ùn tắc giao thông trong đường hầm, việc thiếu ánh sáng bên trong đường hầm đã gây ra nhiều tai nạn đáng tiếc xảy ra ở Việt Nam cũng như trên thế giới. Để giải quyết vấn đề này, nhóm đã đưa ra giải pháp thiết kế hệ thống phát điện chiếu sáng trong đường hầm bằng cách tận dụng nguồn năng lượng gió để chuyển thành điện năng thắp sáng hệ thống đèn. Qua đó, nhóm nêu được yêu cầu tất yếu phải chế tạo hệ thống cánh quạt gắn trên các lỗ thông gió của đường hầm làm quay tua bin của máy phát điện. Để thực hiện dự án, nhóm đã tìm hiểu và phân tích đặc điểm của đường hầm thông qua các tài liệu sách vở, internet, báo chí... Sau đó các thành viên trong nhóm trao đổi thảo luận với nhau và trao đổi với các thành viên khác trong lớp, tham vấn với giáo viên hướng dẫn. Nhóm đã phân tích được nhiều chi tiết rất quan trọng, làm 32 Dạy học dự án cho sinh viên đại học khối kĩ thuật và kết quả đạt được Hình 3. Sơ đồ dự án Hoàn thiện hệ thống cung cấp điện trong đường hầm cơ sở cho việc thiết kế hệ thống máy phát điện chiếu sáng trong đường hầm, cụ thể: + Trên thế giới có rất nhiều các hầm đào xuyên núi để mở đường, chẳng hạn ở Việt Nam là đường hầm Hải Vân. Ở các hầm như vậy, lượng điện năng tiêu thụ cho việc thắp sáng hầm là rất lớn. + Trong hầm, gió lúc nào cũng nhiều do sự chênh lệch áp suất bên trong và bên ngoài. + Các núi ở nước ta một bên gió rất mạnh (do vị trí địa lí). 33 Nguyễn Thanh Nga và Đỗ Hương Trà + Gió đi lên cao khi di chuyển vào trong hầm. + Các khí trong hầm thường là khí độc, nên hầm nào cũng cần có hệ thống thông gió. + Nhiệt độ trong hầm lúc nào cũng nóng hơn bên ngoài... Điều thành công nhất trong dự án là nhóm đã xây dựng được mô hình hệ thống phát điện bằng sức gió lấy từ bên trong đường hầm, hệ thống phát điện này sẽ cung cấp điện liên tục chiếu sáng bên trong đường hầm, tiết kiệm một khoản chi phí rất lớn và bảo đảm được an toàn giao thông cho các phương tiện lưu thông qua đường hầm. Hình 4. Mô hình hệ thống phát điện, chiếu sáng, lấy gió từ bên trong đường hầm (1) - Luồng gió thoát ra trong đường hầm làm quay tua bin máy phát điện. (2) - Luồng gió nóng bốc lên trong đường hầm và luồng gió do các phương tiện lưu thông gây ra. (3) - Trạm đặt hệ thống cánh quạt làm quay tua bin máy phát và trạm đặt máy phát điện. (4) - Cột thông gió của đường hầm. (5) - Trạm đặt máy biến áp để cung cấp điện cho hệ thống đèn chiếu sáng trong đường hầm. (6) - Hệ thống máy hút gió từ bên ngoài vào trong đường hầm. (7) - Hệ thống trụ điện. (8) - Hệ thống dây dẫn. (9) - Hệ thống bóng đèn thắp sáng đường hầm. Nhóm đã tiến hành tìm hiểu và nghiên cứu nguyên tắc cấu tạo và hoạt động 34 Dạy học dự án cho sinh viên đại học khối kĩ thuật và kết quả đạt được của hệ thống máy phát điện chạy bằng sức gió, từ đó tìm cách bố trí hệ thống cánh quạt làm quay tua bin của máy phát điện. Bên cạnh đó, nhóm cũng phân tích được ưu, nhược điểm và những khó khăn gặp phải khi tiến hành xây dựng công trình thực tế cho các đường hầm như chi phí ban đầu là không nhỏ, tuy nhiên lợi ích của công trình này thì vô cùng to lớn, cả về mặt an toàn cho các phương tiện lưu thông cũng như tiết kiệm chi phí điện năng. Điều này thể hiện khả năng đánh giá, phân tích độc lập. Ngoài ra, nhóm cũng nêu lên được những ứng dụng quan trọng khác từ ý tưởng này, chẳng hạn, dùng máy phát điện loại nhỏ gắn trên các ngọn cây ở những cánh rừng sử dụng năng lượng gió để chạy những con chíp báo động khi có cháy rừng, các vùng gần biển trên các con đường có thể bố trí các tua pin gió tạo điện năng thắp sáng đèn đường (có thể ứng dụng ở Việt Nam),... qua đó cho thấy tính tích cực, chủ động và khả năng tư duy sáng tạo của sinh viên. Sản phẩm của tất cả 6 nhóm không chỉ là các bài trình chiếu mà sinh viên còn thiết kế các trang web để giới thiệu sâu hơn các vấn đề của dự án cũng như họ đã chế tạo các sản phẩm thật: máy phát điện; bo mạch dùng trong máy dò kim loại sử dụng trong các công trình xây dựng, giao thông; phanh từ,. . . . Kết quả thu được từ 6 nhóm cũng rất tốt thể hiện được sự chủ động tích cực, sáng tạo trong học tập, các kĩ năng tư duy bậc cao được rèn luyện tốt. Ngoài ra phương pháp dạy học mới đã phát triển được các kĩ năng trong cuộc sống như kĩ năng giao tiếp, kĩ năng làm việc nhóm, kĩ năng tìm kiếm và đánh giá thông tin, kĩ năng thực hành,... 3. Kết luận Việc giới thiệu tới sinh viên khái niệm, đặc điểm, các bước chuẩn bị trong dạy học dự án đã góp phần tạo nên sản phẩm của các nhóm khá tốt. Cụ thể là: - Trong quá trình giải quyết nhiệm vụ đặt ra của dự án, các nhóm đều đưa ra được giải pháp và thực hiện được giải pháp. Điều đó chứng tỏ sinh viên đã nắm vững và vận dụng được các pha của tiến trình giải quyết vấn đề để giải quyết nhiệm vụ của nhóm. - Các kết luận thu được ở các nhóm đều đảm bảo tính khoa học và phù hợp với sơ đồ xây dựng (vận dụng) kiến thức đã soạn thảo. Đặc biệt có nhóm còn thực hiện được yêu cầu ngoài dự kiến được giao. Điều đó thể hiện đặc trưng tự tìm tòi, tự nghiên cứu mong muốn giải quyết vấn đề một cách trọn vẹn trong học tập của sinh viên. - Điểm nổi bật nữa trong các bài trình bày về các dự án của các nhóm là được soạn thảo theo hướng mở, có tính tương tác cao giữa người trình bày (nhóm thực hiện) với khán giả (người theo dõi) thông qua các câu hỏi mở khi đề xuất vấn đề nghiên cứu, giải pháp thực hiện,... Điều này khác rất nhiều so với các bài trình bày 35 Nguyễn Thanh Nga và Đỗ Hương Trà mang tính một chiều thông thường. Điều đó làm cho không khí lớp học sôi nổi và không có sự khác biệt nhiều về vai trò giữa nhóm thực hiện dự án và khán giả. - Sự lĩnh hội kiến thức một cách sáng tạo, có phê phán của sinh viên được thể hiện rất rõ khi các nhóm trình bày trong hoạt động thảo luận toàn lớp. Với những biểu hiện rất tích cực từ phía người học, việc tổ chức dạy học dự án các ứng dụng kĩ thuật của vật lí tỏ ra có ưu thế trong việc phát huy tính tích cực, tự chủ của người học, góp phần kích thích nhu cầu, hứng thú của họ đối với môn học. Kết quả thu được mở ra hướng áp dụng dạy học dự án cho một số nội dung có nhiều ứng dụng thực tiễn khi dạy khoa học cơ bản, nhất là môn Vật lí đại cương trong các trường đại học thuộc khối kĩ thuật. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đỗ Hương Trà, 2006. Một vài suy nghĩ về học tập thông qua tiếp cận dự án. Tạp chí khoa học, số 06, HNUE. [2] Đỗ Hương Trà, 2007. Dạy học dự án và tiến trình thực hiện. Tạp chí Giáo dục, số 157, trang 12-14, 23. [3] Nguyễn Văn Cường, Nguyễn Thị Diệu Thảo, 2004. Dạy học theo dự án - một phương pháp có chức năng kép trong đào tạo giáo viên. Tạp chí Giáo dục, số 80, trang 15-17. [4] Thomas, J.W., 1998. Dạy học theo dự án - Tổng quan. Novato, CA: Viện giáo dục Buck. [5] Thomas, J.W., 2000. Điểm lại các nghiên cứu về phương pháp dạy học dựa theo dự án. San Rafael, CA: Autodesk. [6] Wiggins, G. & McTighe, J., 2001. Chiếm lĩnh tri thức thông qua việc thiết kế. New Jersey: Prentice-Hall, Inc. [7] Thomas, H. W., Mergendoller, J. R. and Michaleson, 1999. A. Project based learning: a handbook for middle and high school teachers. The Buck Institute for Education, CA. [8] Christiansen, J., 2004. Project based learning. ABSTRACT Project based upon learning (PBL) for technical students in Universities and obtaining subtantial results PBL is a learning method by activities. It attracts students to use their gained knowledge realistically. This article presents the learning by training and projects and its process. The article also analyses and introduces the obtained results at the faculty of scientific basic in the University of Transport and Communication (Unit 2). 36