Luận văn Tổ chức dạy học chủ đề “Trái đất và bầu trời” trong dạy học môn khoa học tự nhiên lớp 6 theo định hướng giáo dục STEM

Nội dung text: Luận văn Tổ chức dạy học chủ đề “Trái đất và bầu trời” trong dạy học môn khoa học tự nhiên lớp 6 theo định hướng giáo dục STEM

1. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ––––––––––––––––––––– VŨ TUÂN TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ “TRÁI ĐẤT VÀ BẦU TRỜI” TRONG DẠY HỌC MÔN KHOA HỌC TỰ NHIÊN LỚP 6 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC THÁI NGUYÊN - 2020
2. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ––––––––––––––––––––– VŨ TUÂN TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ “TRÁI ĐẤT VÀ BẦU TRỜI” TRONG DẠY HỌC MÔN KHOA HỌC TỰ NHIÊN LỚP 6 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM Ngành: Lí luận và PPDH bộ môn Vật lí Mã số: 8140111 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN QUANG LINH THÁI NGUYÊN - 2020
3. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam kết luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu và những kết luận của luận văn này chưa được công bố trong bất kì một công trình nghiên cứu nào. Thái Nguyên, tháng 9 năm 2020 Tác giả VŨ TUÂN i
4. LỜI CẢM ƠN Trước hết tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS. Nguyễn Quang Linh đã tận tình định hướng, hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Tôi cũng xin cảm ơn Ban Giám Hiệu, phòng Sau đại học, khoa Vật lí trường ĐHSP Thái Nguyên, trường THCS Hoàng Văn Thụ - thành phố Lạng Sơn - Tỉnh Lạng Sơn, các thầy cô giáo, bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn. Cuối cùng xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên hỗ trợ tôi trong suốt thời gian theo học cao học và hoàn thành luận văn. Thái Nguyên, tháng 9 năm 2020 Tác giả luận văn Vũ Tuân ii
5. MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH viii MỞ ĐẦU 1 1. Lý do chọn đề tài 1 2. Mục đích nghiên cứu 3 3. Đối tượng nghiên cứu 3 4. Nhiệm vụ nghiên cứu 3 5. Phương pháp nghiên cứu 3 6. Giả thuyết khoa học 4 7. Cấu trúc của đề tài 4 NỘI DUNG 5 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 5 1.1. Lịch sử vấn đề nghiên cứu về giáo dục Stem 5 1.1.1. Nghiên cứu về giáo dục STEM trên thế giới 5 1.1.2. Nghiên cứu về giáo dục STEM ở trong nước 10 1.2. Giáo dục Stem 14 1.2.1. Khái niệm giáo dục STEM 14 1.2.2. Mục tiêu giáo dục STEM 15 1.2.3. Giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông mới 16 1.2.4. Quy trình thiết kế chủ đề dạy học theo định hướng giáo dục STEM 19 1.2.5. Tiêu chí đánh giá chủ đề dạy học theo định hướng giáo dục STEM 22 1.3. Phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM 32 iii
6. 1.3.1. Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề 32 1.3.2. Các biểu hiện của năng lực giải quyết vấn đề 33 1.3.3. Cấu trúc của năng lực giải quyết vấn đề 34 1.4. Điều tra thực tiễn việc dạy học theo định hướng giáo dục Stem 37 1.4.1. Mục đích điều tra 37 1.4.2. Phương pháp điều tra 37 1.4.3. Kết quả điều tra thông qua phiếu phỏng vấn 38 TIỂU KẾT CHƯƠNG 1 44 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC CHỦ ĐỀ TRÁI ĐẤT VÀ BẦU TRỜI THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 45 2.1. Vị trí, cấu trúc, nội dung kiến thức và mục tiêu kiến thức của chủ đề 45 2.1.1. Vị trí 45 2.1.2. Cấu trúc và nội dung kiến thức 45 2.1.3. Nội dung kiến thức cơ bản của chủ đề 45 2.1.4. Mục tiêu về các yêu cầu cần đạt 45 2.2. Thiết kế dạy học chủ đề trái đất và bầu trời theo định hướng giáo dục Stem 46 2.2.1. Lý do chọn chủ đề 46 2.2.2. Mục tiêu của chủ đề 47 2.2.3. Phân phối thời gian cho các kiến thức của chủ đề 47 2.2.4. Kiến thức STEM trong chủ đề 48 2.2.5. Sản phẩm dự kiến 49 2.2.6. Tiến hành hoạt động 49 2.3. Đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong quá trình dạy học 55 2.3.1. Các tiêu chí và phiếu giáo viên đánh giá nhóm học sinh 55 2.3.2. Các tiêu chí và phiếu để học sinh tự đánh giá và đánh giá đồng đẳng 57 iv
7. TIỂU KẾT CHƯƠNG 2 59 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 60 3.1. Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm 60 3.1.1. Mục đích của thực nghiệm sư phạm 60 3.1.2. Nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm 60 3.2. Đối tượng của thực nghiệm sư phạm 60 3.3. Kế hoạch thực nghiệm sư phạm 61 3.4. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 62 3.4.1. Đánh giá định tính 62 3.4.2. Đánh giá định lượng 66 TIỂU KẾT CHƯƠNG 3 70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 PHỤ LỤC v
8. DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ cái viết tắt Cụm từ đầy đủ 1 GQVĐ Giải quyết vấn đề 2 GV Giáo viên 3 HS Học sinh 4 SGK Sách giáo khoa Khoa học, Công nghệ, Kỹ 5 STEM thuật và Toán học 6 THCS Trung học cơ sở 7 TNSP Thực nghiệm sư phạm vi
9. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Các tiêu chí đánh giá chủ đề dạy học theo định hướng giáo dục STEM 23 Bảng 1.2. Các tiêu chí đánh giá về kế hoạch và tài liệu dạy học 24 Bảng 1.3. Các tiêu chí đánh giá về tổ chức hoạt động của HS 28 Bảng 1.4. Các tiêu chí đánh giá hoạt động của học sinh 30 Bảng 1.5. Cấu trúc NL GQVĐ (gồm 4 NL thành tố và 16 chỉ số hành vi) 35 Bảng 3.1. Bảng tổng kết các phiếu đánh giá nhóm HS của GV 66 vii
10. DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Quy trình thiết kế chủ đề STEM 20 Hình 1.2. Cấu trúc của NL theo nguồn lực hợp thành 34 Hình 1.3. Thực trạng tập huấn của GV về giáo dục STEM 38 Hình 1.4. Ý kiến của GV về việc cần tổ chức hoạt động giáo dục STEM ở trường THCS 39 Hình 1.5. Thực trạng về việc vận dụng dạy học theo định hướng giáo dục STEM 39 Hình 1.6. Những khó khăn trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM . 40 Hình 1.7. Mức độ sử dụng thí nghiệm/ứng dụng kĩ thuật trong dạy học 41 Hình 1.8. Ý kiến của HS về giờ học sử dụng thí nghiệm/ứng dụng kĩ thuật 41 Hình 1.9. Ý kiến của HS về việc học lý thuyết gắn với trải nghiệm 42 Hình 1.10. Ý kiến của HS về việc áp dụng học lý thuyết đã học để chế tạo ra sản phẩm gắn với thực tiễn 42 Hình 1.11. Nguyện vọng của HS trong các giờ học môn Vật lí 43 Hình 3.1. Bản thiết kế sơ đồ hệ Mặt trời của các nhóm 64 Hình 3.2. Mô hình hệ Mặt Trời của các nhóm 66 Hình 3.3. Điểm trung bình đánh giá năng lực GQVĐ của HS nam và HS nữ 68 Hình 3.4. Điểm trung bình đánh giá năng lực GQVĐ của HS các nhóm 68 viii
11. MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài 1.1. Giáo dục STEM là một phương thức triển khai thực hiện chương trình giáo dục phổ thông tổng thể, đáp ứng yêu cầu đổi mới giáo dục Ngày 26/12/2018 Bộ Giáo dục và Đào tạo ban hành Thông tư số 32/ 2018/TT-BGDĐT về Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể, nhằm thực hiện đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo, chuyển nền giáo dục nặng về truyền thụ kiến thức sang nền giáo dục phát triển toàn diện cả về phẩm chất và năng lực người học; góp phần nâng cao chất lượng nguồn nhân lực theo tinh thần Nghị quyết số 29/NQ-TW ngày 4/11/2013 của Ban Chấp hành Trung ương Đảng (khóa XI) về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo đáp ứng yêu cầu công nghiệp hoá, hiện đại hoá trong điều kiện kinh tế thị trường định hướng xã hội chủ nghĩa và hội nhập quốc tế; Nghị quyết số 88/2014/QH13 ngày 28/11/2014 của Quốc hội về đổi mới chương trình, sách giáo khoa giáo dục phổ thông; Quyết định số 404/QĐ-TTg ngày 27/3/2015 của Thủ tướng Chính phủ về phê duyệt Đề án đổi mới chương trình, sách giáo khoa giáo dục phổ thông; Chỉ thị số 16/ CT-TTg ngày 4/5/2017 của Thủ tướng chính phủ việc tăng cường tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4. Trong dự thảo chương trình giáo dục phổ thông tổng thể có đầy đủ các môn học STEM. Đó là các môn Toán học; Khoa học tự nhiên; Công nghệ; Tin học; Vị trí, vai trò của giáo dục tin học và giáo dục công nghệ trong chương trình giáo dục phổ thông mới đã được nâng cao rõ rệt. Điều này không chỉ thể hiện rõ tư tưởng giáo dục STEM mà còn là sự điều chỉnh kịp thời của giáo dục phổ thông trước cuộc cách mạng công nghiệp 4.0. 1.2. Mục tiêu giáo dục STEM phù hợp với mục tiêu Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể cụ thể: Mục tiêu giảm tải: Giáo dục STEM là phương thức giáo dục tích hợp theo cách tiếp cận liên môn (Khoa học - Công nghệ - Kĩ thuật - Toán) và thông 1
12. qua thực hành, ứng dụng. Thay vì dạy bốn môn học như các đối tượng tách biệt và rời rạc, STEM kết hợp chúng thành một mô hình học tập gắn kết dựa trên các ứng dụng thực tế. Qua đó học sinh không những được giảm tải chương trình mà còn được học kiến thức khoa học, học được cách vận dụng kiến thức vào thực tiễn. Mục tiêu đổi mới phương pháp dạy học: Phương pháp Giáo dục STEM đề cao đến việc hình thành và phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho người học. Trong mỗi bài học theo chủ đề STEM, học sinh được đặt trước một tình huống có vấn đề thực tiễn cần giải quyết liên quan đến các kiến thức khoa học. Qua đó học sinh phải tìm tòi, nghiên cứu những kiến thức thuộc các môn học có liên quan đến vấn đề và sử dụng chúng để giải quyết vấn đề đặt ra. Để làm được điều này giáo viên phải thay đổi phương pháp giảng dạy học chuyển từ dạy học truyền thụ kiến thức sang dạy học theo định hướng phát triển năng lực người học, giúp học sinh biết cách học, cách tiếp cận và giải quyết vấn đề, biết tự tìm kiến thức và phân tích, tổng hợp. Mục tiêu đổi mới phương pháp kiểm tra, đánh giá: Thay vì những bài thi quyết định kết quả học tập của một cá nhân, giáo dục STEM đánh giá sự tiến bộ của nhóm theo một quá trình. Trong đó, học sinh được cọ xát, tranh luận, bảo vệ ý kiến của bản thân cũng như tạo thói quen hợp tác với các thành viên trong nhóm, thông qua đó giúp cho giáo viên đánh giá được quá trình học tập, năng lực, sở trường của từng học sinh. 1.3. Việc thiết kế, tổ chức dạy học nội dung “Trái Đất và Bầu trời” trong môn Khoa học tự nhiên lớp 6, Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể theo định hướng giáo dục STEM là hoàn toàn phù hợp: Xác định rõ được chủ đề STEM “Trái Đất và Bầu trời”. Khi học chủ đề “Trái Đất và Bầu trời” học sinh không chỉ đơn thuần học về khoa học để nghiên cứu xem Trái Đất và Bầu trời gồm những thành phần nào hay đặc điểm của chúng ra sao mà còn được học những ý tưởng phát hiện ra kính thiên văn (kiến 2
13. thức Công nghệ), học về giá đỡ cho kính thiên văn (kiến thức Kỹ thuật), học cách tính tỷ lệ khoảng cách giữa các ngôi sao, bán kính của các ngôi sao (kiến thức Toán học), thông qua đó giúp học sinh chủ động tiếp nhận kiến thức, phát huy tính chủ động, tích cực, sáng tạo, năng lực bản thân; vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học để giải quyết vấn đề trong học tập và đời sống. Xuất phát từ những lí do trên, tôi chọn đề tài: Tổ chức dạy học chủ đề "Trái ấĐ t và Bầu trời" trong dạy học môn Khoa học tự nhiên lớp 6 theo định hướng giáo dục STEM 2. Mục đích nghiên cứu Tổ chức dạy học chủ đề “Trái đất và Bầu trời” trong dạy học môn Khoa học tự nhiên lớp 6 theo định hướng giáo dục STEM, nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh. 3. Đối tượng nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Chương trình, nội dung kiến thức chủ đề “Trái Đất và Bầu trời” môn Khoa học tự nhiên lớp 6, Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể. - Phạm vi nghiên cứu: Thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề “Trái Đất và Bầu trời" trong dạy học môn Khoa học tự nhiên, lớp 6 theo định hướng giáo dục STEM cho học sinh THCS 4. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu cơ sở lí luận về giáo dục STEM và năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh. - Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể và chương trình môn Khoa học tự nhiên lớp 6. 5. Phương pháp nghiên cứu Sử dụng phối hợp các phương pháp sau: - Phương pháp nghiên cứu cơ sở lý luận. - Phương pháp nghiên cứu thực tiễn. 3
14. - Phương pháp thực nghiệm sư phạm. - Phương pháp thống kê. 6. Giả thuyết khoa học Nếu tổ chức chủ đề "Trái ấĐ t và Bầu trời" trong dạy học môn Khoa học tự nhiên lớp 6 theo định hướng giáo dục STEM thì sẽ phát triển được năng lực giải quyết vấn đề của học sinh. 7. Cấu trúc của đề tài Khóa luận có cấu trúc gồm: PHẦN 1: MỞ ĐẦU PHẦN 2: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC CHỦ ĐỀ TRÁI ĐẤT VÀ BẦU TRỜI THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 4
15. NỘI DUNG CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 1.1. Lịch sử vấn đề nghiên cứu về giáo dục Stem 1.1.1. Nghiên cứu về giáo dục STEM trên thế giới Hiện tại, giáo dục STEM đã và đang được triển khai tại hầu hết các nước có nền giáo dục tiên tiến trên thế giới, đặc biệt là các nước công nghiệp phát triển như Mỹ, Úc, Phần Lan, Canada, Nhật Bản, Hàn Quốc Có thể thấy rằng giáo dục STEM trên thế giới đã trở thành trào lưu và đang phát triển mạnh mẽ tại nhiều nước trên thế giới. Việc nghiên cứu về giáo dục STEM đã, đang được rất nhiều nhà giáo dục quan tâm nghiên cứu, xu hướng nghiên cứu về lĩnh vực này sẽ còn tiếp tục được phát triển, theo thống kê của Yuan-Chung Yu và các cộng sự: Kể từ năm 2008 xu hướng nghiên cứu về giáo dục STEM phát triển rất mạnh, cụ thể năm 2008 có khoảng 15 bài báo thì đến năm 2013 số lượng đã tăng lên gần 100 bài báo/năm. Cũng trong giai đoạn này Mỹ là quốc gia có nhiều nghiên cứu về giáo dục STEM nhất với 200 công trình (52%), tiếp theo đó là Anh với 36 công trình (9,35%); Hà Lan, Úc mỗi quốc gia có 16 nghiên cứu (4,16%); các quốc gia Tây Ban Nha, Ixaren, Thổ Nhĩ Kỳ, Canada, Đức, Đài Loan tổng cộng có 67 công trình; các quốc gia còn lại trên thế giới có 50 công trình. Nghiên cứu cũng chỉ ra 5 lĩnh vực liên quan đến giáo dục STEM bao gồm: Giáo dục học, Tâm lí học, Kĩ thuật, Dịch vụ khoa học chăm sóc sức khỏe và Khoa học máy tính. Một số nghiên cứu khác tìm hiểu về bản chất của STEM, vai trò của STEM trong lịch sử phát triển khoa học công nghệ của loài người, những nhận thức về giáo dục STEM, chính sách đối với giáo dục STEM a) Những nghiên cứu về khái niệm STEM và giáo dục STEM - Về khái niệm STEM + TEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học). 5
16. + STEM là thuật ngữ rút gọn được sử dụng khi bàn đến các chính sách phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học của Mỹ. Thuật ngữ này lần đầu tiên được giới thiệu bởi Quỹ Khoa học Mỹ (NSF) vào năm 2001. Trước đó, năm 1990, NSF dùng thuật ngữ SMET tuy nhiên thuật ngữ này có cách phát âm giống từ “SMUT” (một từ có ý nghĩa không tích cực), vì vậy SMET sau nay được đổi thành STEM. + Hiện nay thuật ngữ STEM được dùng trong hai ngữ cảnh khác nhau đó là ngữ cảnh giáo dục và ngữ cảnh nghề nghiệp. Trong ngữ cảnh giáo dục, nói đến STEM là muốn nhấn mạnh đến sự quan tâm của nền giáo dục đối với các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học; Trong ngữ cảnh nghề nghiệp, STEM được hiểu là nghề nghiệp thuộc các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học. - Về khái niệm giáo dục STEM: Có ba cách hiểu chính về giáo dục STEM hiện nay là: + Giáo dục STEM được hiểu theo nghĩa là quan tâm đến các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học. Đây cũng là quan niệm về giáo dục STEM của Bộ giáo dục Mỹ “Giáo dục STEM là một chương trình nhằm cung cấp hỗ trợ, tăng cường, giáo dục Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học (STEM) ở tiểu học và trung học cho đến bậc sau đại học”. (U.S. Department of Education, 2007) + Giáo dục STEM được hiểu theo nghĩa là tích hợp của 4 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 một kết nối giữa nhà trường, cộng đồng và các doanh nghiệp cho phép người học phát triển những kĩ năng STEM và tăng khả năng cạnh tranh trong nền kinh tế mới” (Tsupros & Hallinen, 2009). 6
17. + Giáo dục STEM được hiểu theo nghĩa là tích hợp từ 2 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 phương pháp tiếp cận, khám phá trong giảng dạy và học tập giữa hai hay nhiều hơn các môn học STEM, hoặc giữa một chủ đề STEM và một hoặc nhiều môn học khác trong nhà trường” (Sanders, 2009, p. 20). b) Nghiên cứu về hiệu quả giáo dục STEM Trong nghiên cứu tổng quan (Yildirim, 2016) đã phân tích 34 nghiên cứu khác nhau để chỉ ra tác động của giáo dục STEM đối với việc nâng cao hứng thú và động cơ đối với các lĩnh vực STEM, phát triển năng lực giải quyết vấn đề, năng lực khoa học cũng như kết quả học tập của học sinh. Những tác động tích cực của giáo dục STEM đến học sinh biểu hiện cụ thể ở việc tạo động lực học tập, tăng sự tích cực, cảm nhận được ý nghĩa và hăng say trong học tập (Chittum và cộng sự, 2017; Tillman và cộng sự, 2014; Shernoff, 2013). Đây là nhân tố quan trọng giúp người học duy trì định hướng nghề nghiệp và sự kiên trì trong các lĩnh vực STEM (Fortus và Vedder- Weiss, 2014). Giáo dục STEM còn được xem có ảnh hưởng tích cực đến thành công trong học tập (Hurley, 2001) và thái độ của học sinh trong trường lớp. Công trình nghiên cứu của Becker và Park (2011) về hiệu quả của STEM cũng cho thấy tác động tích cực của giáo dục STEM đến việc học của người học, với mức độ tác động lớn nhất ở bậc tiểu học, và thấp nhất ở bậc đại học. Tác động đối với việc định hướng nghề nghiệp cho học sinh, các nghiên cứu cũng chỉ ra giáo dục STEM đóng vai trò quan trọng. Từ độ tuổi 15, học sinh ở nhiều nước phát triển lựa chọn các môn STEM một cách miễn cưỡng mặc dù nhiều môn học trong số các môn STEM là điều kiện tiên quyết để học ở các cơ sở đại học trong tương lai. Học sinh không chọn học các môn STEM có ít cơ hội đóng góp cho xã hội với vai trò là chuyên gia STEM (Ainley, Kos, & Nicholas; 2008). 7
18. Phát triển năng lực cần thiết của người học để tham gia vào các lĩnh vực STEM có hiệu quả cần một khoảng thời gian dài (English & King, 2015). Do đó, các trường phổ thông cần tạo môi trường dạy và học hỗ trợ để phát triển năng lực STEM của người học và tạo tiền đề thuận lợi cho họ phát triển sau này ở bậc học cao hơn. c) Nghiên cứu về mô hình vận hành giáo dục STEM ở trường phổ thông Các nghiên cứu về cách thức vận hành giáo dục STEM ở trường phổ thông đã tập trung làm rõ mục tiêu, nội dung, phương pháp và điều kiện cơ sở vật chất của giáo dục STEM. - Về mục tiêu Nhiều nghiên cứu đưa ra khái niệm tri thức STEM (STEM literacy). Tri thức STEM có thể được định nghĩa theo nhiều cách, bao gồm “Tri thức STEM là khả năng xác định, áp dụng và phân tích các khái niệm từ Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học để hiểu các vấn đề phức tạp và mới đến giải quyết vấn đề” (Balka, 2011, tr. 7). Tuy nhiên, phổ biến hơn trong các tài liệu cải cách giáo dục hiện hay dùng các định nghĩa về tri thức của từng lĩnh vực. Tương tự, mục tiêu hướng đến của giáo dục STEM là tri thức công nghệ (technological literacy) và tri thức công nghệ thông tin (information technology literacy) là những thành tố của năng lực công dân thế kỷ 21 mà tất cả học sinh cần phát triển để tham gia hiệu quả trong thế giới luôn thay đổi (Beavis, 2007; Chan, 2010; Gee, 2010). Sự tăng trưởng theo cấp số nhân của công nghệ số trong những năm gần đây đã thay đổi bộ mặt của giáo dục phổ thông (Kong, 2014), và sinh viên được yêu cầu phát triển những năng lực mới để tham gia vào thế giới kỹ thuật số một cách hiệu quả (Gut, 2011). - Về mặt phương pháp dạy học Sự khuyến cáo đã được nhiều nghiên cứu chỉ ra đó là các phương pháp dạy học tích cực thông qua việc tổ chức các hoạt động tìm tòi, khám phá, thiết kế, chế tạo, thử nghiệm của học sinh. Để nâng cao kết quả học tập của học sinh, 8
19. thiết kế các hoạt động giảng dạy theo định hướng STEM được tuân thủ các nguyên tắc dựa trên nghiên cứu về cách thức học tập của con người, lấy người học làm trung tâm với công nghệ là công cụ hỗ trợ đắc lực. Các hoạt động dạy học theo STEM mang tính chất người học trung tâm. Một các tổ chức dạy học cũng đã được xem xét cho hiêu quả khả quan trong lĩnh vực công nghệ và kỹ thuật đó là việc học dựa trên thiết kế (DBL). DBL là một phương pháp tiếp cận học hỏi dựa trên yêu cầu tập trung vào việc tạo ra các hiện vật, hệ thống và giải pháp mới lạ và sáng tạo (Puente, van Eijck, & Jochems, 2013). Học sinh tham gia giải quyết các vấn đề thiết kế thực tiễn, và kết hợp các quy trình lý thuyết và thí nghiệm kiểm tra. Quá trình này bao gồm lập kế hoạch và thiết kế trong môi trường học tập xác thực, đưa ra quyết định lặp đi lặp lại, xây dựng dự đoán, tạo giải pháp, thử nghiệm nguyên mẫu và báo cáo kết quả (Doppelt, Mehalik, Schunn, Silk, & Krysinski, 2008). Thiết kế kỹ thuật là trọng tâm của sự chú ý gần đây trong các tài liệu giáo dục do khả năng thu hút học sinh vào giải quyết vấn đề thực tiễn (English, Hudson, & Dawes, 2013; Purzer, Goldstein, Adams, Xie & Nourian, 2015). - Cơ sở vật chất Những nghiên cứu về môi trường học tập đối với giáo dục STEM cũng chỉ ra các yêu cầu cũng như chỉ ra thế mạnh nổi trội của công nghệ thông tin cũng như lập trình robot. Lớp học kỹ thuật số là môi trường học tập hiện đại cho phép học sinh phát triển kỹ năng tư duy về đọc viết và công nghệ xuyên suốt các hoạt động học tập hàng ngày (Kong, 2014). Về bản chất, đó là các phòng học tiêu chuẩn tích hợp công nghệ di động, chẳng hạn như máy tính xách tay, máy tính bảng và điện thoại thông minh vào quá trình giảng dạy và học tập. Học sinh có thể sử dụng thiết bị di động của họ để truy cập học tập kỹ thuật số các đối tượng và tài nguyên để hỗ trợ việc học các nội dung liên quan (Chan, 2010). 9
20. Lý do cho việc sử dụng công nghệ di động là một thực tế - phần lớn học sinh sở hữu và sử dụng thiết bị di động và các thiết bị này đã trở thành một yếu tố thiết yếu trong cuộc sống hàng ngày của họ (Song, 2014). Những ưu điểm khác của những lớp học này bao gồm cung cấp phương tiện cho học sinh quyền truy cập vào nhiều loại nguồn học tập và phát triển khả năng của họ để xử lý và đồng hóa thông tin từ nhiều nguồn STEM khác nhau (Gut, 2011; Wong & Looi, 2011). 1.1.2. Nghiên cứu về giáo dục STEM ở trong nước Nhận thấy vai trò của giáo dục STEM như là một giải pháp quan trọng và hiệu quả trong việc đổi mới căn bản và toàn diện nền giáo dục Việt Nam. Từ năm học 2014-2015, phương thức giáo dục STEM đã được Bộ Giáo dục và Đào tạo đưa vào các văn bản hướng dẫn thực hiện nhiệm vụ giáo dục trung học và từ đó đến nay tiếp tục chỉ đạo các địa phương trên toàn quốc tích hợp STEM trong việc thực hiện chương trình phổ thông hiện hành ở những môn có liên quan, đồng thời triển khai thí điểm giáo dục STEM tại một số trường lựa chọn. Trước và trong quá trình triển khai thí điểm giáo dục STEM tại các trường trung học, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã tổ chức một số hội thảo, tập huấn cán bộ quản lí, giáo viên cốt cán về giáo dục STEM như: Hội thảo quốc tế "Giáo dục STEM trong Chương trình giáo dục phổ thông của một số nước và vận dụng và điều kiện Việt Nam", Tập huấn giáo viên cốt cán các trường thí điểm giáo dục STEM năm học 2016-2017, Tập huấn tại Vương quốc Anh về mô hình giáo dục STEM trong trường phổ thông cho cán bộ quản lí, giáo viên cốt cán tại các trường tham gia thí điểm; Hội thảo "Kinh nghiệm quốc tế về giáo dục STEM và những vấn đề đặt ra với Việt Nam", Cho đến nay, phương thức giáo dục STEM đã được triển khai thí điểm tại 14 trường trung học thuộc 5 tỉnh, thành phố: Hà Nội: 8 trường; Nam Định: 1 trường; Quảng Ninh:1 trường; Hải Phòng: 1 trường và Hải Dương: 3 trường bước đầu đem lại những kết quả tích cực, cụ thể: 10
21. Cán bộ quản lí, giáo viên đã có nhận thức đúng về tầm quan trọng của giáo dục STEM đối với việc hình thành các năng lực và phẩm chất của học sinh theo mục tiêu đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục đáp ứng yêu cầu của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4. Cán bộ quản lí, giáo viên cốt cán các trường triển khai thí điểm đã bước đầu nắm bắt và xây dựng được một số chủ đề giáo dục STEM để tổ chức cho học sinh thực hiện. Trên 50 chủ đề học tập đã được triển khai ở các nhà trường tham gia thí điểm. Các chủ đề dạy học này hầu hết được xuất phát từ các vấn đề gặp phải ngay trong cộng đồng nơi các em sinh sống. Trong quá trình thực hiện các bài học theo chủ đề giáo dục STEM, học sinh đã chủ động, tích cực đề xuất và thực hiện các sản phẩm học tập dưới sự hướng dẫn của giáo viên. Rất nhiều các sản phẩm của các em đã được dự thi và đạt giải cao ở các cuộc thi: Khoa học kĩ thuật, Vận dụng kiến thức liên môn vào giải quyết tình huống thực tiễn; Sáng kiến giáo dục STEM - SchoolLAB dành cho học sinh trung học. Các trường thí điểm đã thực hiện nội dung giáo dục STEM một cách chủ động, sáng tạo, trong đó nhiều trường đã tổ chức câu lạc bộ STEM để hoc sinh đăng kí tự nguyện tham gia. Đến tháng 4/2017, đã có nhiều trường trong số các trường thí điểm đã tổ chức ngày hội STEM, trong đó tổ chức cho học sinh trình bày, chia sẻ các sản phẩm học tập; tổ chức Hội thảo chia sẻ kinh nghiệm về giáo dục STEM: Trường Olympia Hà Nội; Trường THCS Trưng Vương, Hà Nội; Trương THPT Chuyên Lê Hồng Phong, Nam Định Trao đổi tại Hội thảo “Giáo dục STEM trong trường phổ thông Việt Nam”, PGS. TS Lê Huy Hoàng, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội cho rằng, hoàn toàn có thể triển khai được giáo dục STEM với chương trình giáo dục phổ thông hiện hành. Bởi trong thực tế, ngành giáo dục đã chỉ đạo nhiều hoạt động có bản chất là giáo dục STEM như hoạt động nghiên cứu khoa học kỹ thuật dành cho học sinh trung học; các cuộc thi dạy học tích hợp; vận dụng kiến thức 11
22. liên môn để giải quyết các vấn đề thực tiễn, Những kết quả trên là cơ sở quan trọng để quán triệt và triển khai phương thức giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông mới. Ngày 4/5/2017, Thủ tướng Chính phủ ban hành Chỉ thị số 16/CT-TTg về việc tăng cường năng lực tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư. Chỉ thị của Thủ tướng đề ra những giải pháp và nhiệm vụ thúc đẩy giáo dục STEM tại Việt Nam. Với Chỉ thị trên, Việt Nam đã chính thức ban hành chính sách thúc đẩy giáo dục STEM trong chương trình GDPT, tạo điều kiện để liên kết các sáng kiến và hoạt động giáo dục STEM đơn lẻ hiện nay. Song song với các hoạt động triển khai giáo dục STEM ở Việt Nam các nghiên cứu về giáo dục STEM cũng được các nhà nghiên cứu trong nước quan tâm. Các nghiên cứu về lĩnh vực này hiện nay tập trung theo hướng nghiên dạy học các môn thuộc lĩnh vực khoa học, môn Công nghệ theo định hướng giáo dục STEM (Quang, 2017; Nam, 2017; Hoàng, 2018), hay theo hướng nghiên cứu xây dựng các chủ đề tích hợp trong các môn khoa học tự nhiên, tích hợp công nghệ trong dạy học các môn khoa học (Biên, 2015; Trinh et al., 2018). Một số công trình nghiên cứu trong nước về giáo dục STEM: - TS. Nguyễn Thanh Nga (chủ biên), TS. Phùng Việt Hải, TS. Nguyễn Quang Linh, TS. Hoàng Phước Muội, Thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề STEM cho học sinh trung học cơ sở và trung học phổ thông (2018) đã trình bày một số cơ sở lý luận về giáo dục STEM và tiến trình tổ chức các chủ đề giáo dục STEM theo định hướng phát triển năng lực sáng tạo và định hướng nghề nghiệp cho HS. Bên cạnh đó, sách cung cấp 15 chủ đề STEM định hướng phát triển năng lực sáng tạo và 05 ngành nghề STEM định hướng nghề nghiệp - được xây dựng theo các dự án học tập. Phần lớn các chủ đề trong sách đã được thực hiện ở các trường trung học và đã được đánh giá về tính khả thi. Phần lớn một số chủ đề được thực hiện dưới hình thức ngoại khóa, bên cạnh đó là một số chủ đề được lồng ghép trong giờ học chính khóa của môn Vật lí. [8] 12
23. - Nguyễn Văn Biên, Tưởng Duy Hải trong cuốn Giáo dục STEM trong nhà trường phổ thông đã đưa ra cơ sở khoa học của giáo dục STEM; quy trình xây dựng và tổ chức thực hiện giáo dục STEM ở trường phổ thông; giáo dục STEM trong môn học và hoạt động giáo dục và một số chủ đề STEM cho các cấp học; một số quan điểm về giáo dục STEM; phân loại giáo dục STEM; các đặc trưng của bài học STEM; dạy học phân hóa và giáo dục STEM; Đề xuất tiến trình dạy học STEM; Tiến trình thiết kế bài học STEM; đánh giá HS trong giờ học STEM, Tuy nhiên, nhiên cứu vẫn tập chung vào chủ đề dạy học STEM mà chưa quan tâm tới dạy học theo hình thức bài-lớp như trong thực tế đang diễn ra.[1] - TS. Nguyễn Thanh Nga (chủ biên), Ths. Hoàng Phước Muội, TS. Phùng Việt Hải, TS. Nguyễn Quang Linh, Ths. Nguyễn Anh Dũng, Ths. Ngô Trọng Tuệ (2018), Dạy học chủ đề STEM cho học sinh trung học cơ sở và trung học phổ thông, NXB Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh đã trình bày các nội dung chính như: + Hướng dẫn xây dựng và vận hành phòng dạy học STEM trong trường phổ thông. + Tổ chức hoạt động trải nghiệm cho học sinh theo định hướng giáo dục STEM. + Xây dựng các giáo án minh họa để tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM trong giờ học chính khóa và ngoại khóa. Đặc biệt, minh họa xây dựng kế hoạch dạy học theo định hướng giáo dục STEM đối với một bài học trong chương trình SGK hiện hành với thời lượng 45 phút [7]. - Cao Thị Thúy Hải. Tổ chức hoạt động trải nghiệm của học sinh Trung học phổ thông chủ đề tích hợp STEM sản xuất chè Tân Cương, Luận văn Thạc sĩ, 2018 đã trình bày cơ sở lý luận và thực tiễn về việc xây dựng chủ đề hoạt động trải nghiệm của học sinh trong dạy học Vật lí. Dựa trên cơ sở lí luận đã thiết kế hoạt động trải nghiệm chủ đề tích hợp STEM “Sản xuất chè Tân Cương”. [4] 13
24. - Đỗ Thị Thanh Hải, Tổ chức hoạt động dạy học STEM về dòng điện xoay chiều (vật lí 12) nhằm phát triển năng lực GQVĐ cho HS (luận văn thạc sĩ), đã trình bày cơ sở lí luận và thực tiễn về việc tổ chức dạy học STEM và dựa trên cơ sở lí luận đã xây dựng và tổ chức dạy học STEM một số nột dung phần “Dòng diện xoay chiều” - Vật lí 12. [5] Nhìn chung, giáo dục STEM ở Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ. Một số đề tài cấp Bộ cũng đã được triển khai tại Trường Đại học sư phạm hay Viện Khoa học giáo dục. Tuy nhiên, các đề tài này đều trong giai đoạn mới bắt đầu và chưa có kết quả được công bố ở tầm quốc tế. Chính vì những lí do đó, việc mở rộng các hoạt động giáo dục STEM trong nhà trường còn rất nhiều khó khăn bởi chưa ai có thể trả lời câu hỏi “Giáo dục STEM là gì?” một cách đầy đủ nhất theo nghĩa áp dụng tại Việt Nam. 1.2. Giáo dục Stem 1.2.1. Khái niệm giáo dục STEM STEM là viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật) và Math (Toán học). Science (Khoa học): Là quá trình nghiên cứu, tìm hiểu, quan sát, đúc kết và tìm ra kiến thức, quy luật của cuộc sống. Quá trình này thường được bắt đầu từ sự quan sát mọi thứ xung quanh, đặt ra những câu hỏi về các mối quan hệ giữa các sự vật và hiện tượng, rút ra quy luật về các mối quan hệ, rồi tiến hành kiểm chứng lại quy luật để hình thành nên kiến thức về vấn đề đã quan sát trong thực tế. 14