QUY TRÌNH TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ SINH HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM Nguyễn Đình Nhâm*, Phan Thị Thanh Hội** *Trường Đại học Vinh, **Trường ĐHSP Hà Nội Tóm tắt STEM chương trình giáo dục xuất Hoa kỳ nhiều nước giới từ vài chục thập niên lại đây, dựa ý tưởng trang bị cho người học kiến thức, kỹ theo tiếp cận liên môn Ở Việt Nam năm gần giáo dục STEM đưa vào áp dụng nhà trường, nhiên việc dạy học theo STEM cho môn học cụ thể khiêm tốn Trong viết này, sở phân tích số sở lí luận giáo dục STEM, đề xuất quy trình tổ chức dạy học chủ đề Sinh học theo định hướng giáo dục STEM Từ khóa: STEM, giáo dục STEM, dạy học theo định hướng STEM, chủ đề, Sinh học Đặt vấn đề Giáo dục STEM đời Mỹ Từ góc độ lịch sử, giáo dục phổ thông Hoa Kỳ từ lâu coi trọng tốn học khoa học (khơng phải kỹ thuật công nghệ) học sinh khối nhà trẻ đến lớp 12 Tuy nhiên, phát triển gần giáo dục STEM Hoa Kỳ vượt quan điểm truyền thống coi trọng toán học khoa học, mà nhấn mạnh tầm quan trọng việc tích hợp giáo dục tốn học khoa học với kỹ thuật cơng nghệ [1] Bên cạnh đó, giáo dục STEM coi quan trọng nhiều quốc gia, phần thiếu hụt nhận thức thực tế lực lượng lao động tương lai (Caprile, Palmen, Sanz, & Dente, 2015) Các phân tích kết từ đánh giá so sánh quốc tế (OECD), 2016) làm dấy lên hoạt động STEM [2] [3] Cục thống kê lao động Mỹ năm 2012 dự báo giai đoạn 2010 - 2020 việc làm thuộc lĩnh vực STEM mở rộng phát triển nhanh so với việc làm thuộc lĩnh vực STEM [4] Ở hầu giới, giáo dục STEM quan tâm thúc đẩy mạnh mẽ thông qua đầu tư sách cải cách giáo dục mang tầm quốc gia Tại Việt Nam, giáo dục STEM bước đầu quan tâm cấp lãnh đạo, nhà giáo dục, nhà tài trợ, [5] Tuy nhiên, cần đầu tư nhiều để nghiên cứu thúc đẩy giáo dục STEM để đưa vào chương trình giáo dục phổ thơng Trong nội dung viết này, tập trung vào nghiên cứu tổ chức dạy học chủ đề sinh học theo định hướng giáo dục STEM Đối tượng, nội dung phương pháp nghiên cứu 2.1 Đối tượng nghiên cứu Giáo dục STEM quy trình xây dựng chủ đề STEM dạy học Sinh học 2.2 Nội dung nghiên cứu Trong viết này, tập trung nghiên cứu giáo dục STEM giáo dục STEM dạy học chủ đề môn Sinh học 2.3 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp phân tích tổng hợp lí thuyết: để thu thập thơng tin giáo dục STEM, qua đó, phân tích, đối chiếu nhằm xây dựng sở lí luận cho vấn đề nghiên cứu - Phương pháp tham vấn chuyên gia: nhằm trao đổi, thảo luận xin ý kiến quy trình, ví dụ minh họa cho quy trình xây dựng chủ đề giáo dục STEM môn Sinh học Kết nghiên cứu thảo luận STEM gì? STEM thuật ngữ viết tắt từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) Mathematics (Toán học) Hiện thuật ngữ STEM dùng hai ngữ cảnh khác ngữ cảnh giáo dục ngữ cảnh nghề nghiệp Trong ngữ cảnh giáo dục, nói đến STEM muốn nhấn mạnh đến quan tâm giáo dục mơn Khoa học, Cơng nghệ, Kĩ thuật Tốn học, quan tâm đến việc dạy tích hợp mơn học gắn với thực tiễn để cao lực cho người học Giáo dục STEM hiểu diễn giải nhiều cấp độ như: sách STEM, chương trình STEM, nhà trường STEM, mơn học STEM, học STEM hay hoạt động STEM Trong ngữ cảnh nghề nghiệp, STEM hiểu nghề nghiệp nằm lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật Tốn học Ngồi giới cịn có thêm nhiều thuật ngữ lĩnh vực giảng dạy tích hợp như: STEAM (Khoa học, Cơng nghệ, Kĩ thuật, Mỹ thuật, Tốn học); STREM (Khoa học, Cơng nghệ, Robot, Kĩ thuật, Tốn học); STEMM (Khoa học, Cơng nghệ, Kĩ thuật, Toán học, Y học);… Giáo dục STEM Khái niệm giáo dục STEM Tổ chức uy tín lĩnh vực giáo dục khoa học giới Hiệp hội GV dạy khoa học quốc gia Mỹ (National Science Teachers Association – NSTA) đề xuất khái niệm giáo dục STEM (STEM Education) với cách định nghĩa ban đầu sau: “Giáo dục STEM cách tiếp cận liên ngành trình học, khái niệm, học thuật mang tính nguyên tắc lồng ghép với học giới thực, HS áp dụng kiến thức khoa học, công nghệ, kĩ thuật toán vào bối cảnh cụ thể, giúp kết nối trường học, cộng đồng, nơi làm việc tổ chức tồn cầu, để từ phát triển lực lĩnh vực STEM với cạnh tranh kinh tế mới” [6] Hiện nay, giáo dục STEM nhiều tổ chức, nhà giáo dục quan tâm nghiên cứu Do đó, khái niệm giáo dục STEM định nghĩa dựa cách hiểu khác Có ba cách hiểu giáo dục STEM là: Giáo dục STEM hiểu theo nghĩa quan tâm đến mơn Khoa học, Cơng nghệ, Kĩ thuật Tốn học Đây quan niệm giáo dục STEM Bộ giáo dục Mỹ “Giáo dục STEM chương trình nhằm cung cấp hỡ trợ, tăng cường, giáo dục Khoa học, Cơng nghệ, Kĩ thuật Tốn học tiểu học trung học bậc sau đại học” [7] Đây nghĩa rộng nói giáo dục STEM Giáo dục STEM hiểu theo nghĩa tích hợp (liên ngành) lĩnh vực Khoa học, Cơng nghệ, Kĩ thuật Tốn học Tác giả Tsupros định nghĩa “Giáo dục STEM phương pháp học tập tiếp cận liên ngành, kiến thức hàn lâm kết hợp chặt chẽ với học thực tế thông qua việc HS áp dụng kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật Toán học vào bối cảnh cụ thể tạo nên kết nối nhà trường cộng đồng cho phép người học phát triển kĩ STEM tăng khả cạnh tranh kinh tế mới” [8] Giáo dục STEM hiểu theo nghĩa tích hợp (liên ngành) từ lĩnh vực Khoa học, Cơng nghệ, Kĩ thuật Tốn học trở lên Theo quan niệm này, tác giả Sanders định nghĩa “Giáo dục STEM phương pháp tiếp cận, khám phá giảng dạy học tập hai hay nhiều môn học STEM, chủ đề STEM nhiều môn học khác nhà trường” [9] Như vậy, định nghĩa giáo dục STEM nói đến cách tiếp cận liên ngành, liên mơn học chương trình đào tạo Giáo dục STEM giáo dục kết nối, giúp HS nhận thấy tầm quan trọng việc kết nối kiến thức hướng đến vận dụng kĩ thuật việc giải vấn đề thực tế Bên cạnh đó, giáo dục STEM quan niệm chương trình đào tạo dựa ý tưởng giảng dạy cho HS bốn lĩnh vực cụ thể - Khoa học, Cơng nghệ, Kĩ thuật Tốn học - liên ngành phương pháp tiếp cận ứng dụng Thay dạy bốn lĩnh vực theo mơn học tách biệt rời rạc, STEM tổng hợp chúng thành mơ hình học tập liền mạch dựa ứng dụng thực tế [6] Mục tiêu giáo dục STEM Theo Lê Xuân Quang (2017), giáo dục STEM có mục tiêu sau [10]: Phát triển mơn học thuộc STEM cho HS: Đó kiến thức, kĩ liên quan đến môn học Khoa học, Cơng nghệ, Kĩ thuật Tốn học Trong HS liên kết kiến thức Khoa học, Toán học để giải vấn đề thực tiễn; Sử dụng, quản lí truy cập Cơng nghệ; Vận dụng quy trình thiết kế chế tạo sản phẩm Phát triển lực cốt lõi cho HS: Giáo dục STEM nhằm chuẩn bị cho HS hội thách thức kinh tế cạnh tranh toàn cầu kỉ 21 Bên cạnh hiểu biết lĩnh vực Khoa học, Cơng nghệ, Kĩ thuật, Tốn học, HS phát triển tư phê phán, khả hợp tác để thành công Định hướng nghề nghiệp cho HS: Giáo dục STEM tạo cho HS có kiến thức, kĩ mang tính tảng cho việc học tập bậc học cao cho nghề nghiệp tương lai HS Từ đó, góp phần xây dựng lực lượng lao động có lực, phẩm chất tốt đặc biệt lao động lĩnh vực STEM nhằm đáp ứng mục tiêu xây dựng phát triển đất nước Quy trình tổ chức dạy học chủ đề Sinh học theo định hướng giáo dục STEM Quy trình tổ chức dạy học chủ đề Sinh học theo định hướng giáo dục STEM thực theo bước sau đây: Đềxuấtý tưởngvề chủđề STEM Xácđịnh Xácđịnh Trìnhbày, phươngán Thiếtkếvà kiếnthức đánhgiá vàxây chếtạo STEMcần vàrútkinh dựngkế sảnphẩm giảiquyết nghiệm hoạch Hình Quy trình tổ chức dạy học chủ đề Sinh học theo định hướng giáo dục STEM Bước 1: Đề xuất ý tưởng chủ đề STEM GV giới thiệu HS tự tìm hiểu nội dung chủ đề Sinh học, HS liên kết với vấn đề thực tiễn, thảo luận đề xuất ý tưởng chủ đề STEM: - Kiến thức chủ đề: Ở chủ đề sinh học, đó, kiến thức Sinh học làm chủ đạo, HS cần vận dụng thêm kiến thức thuộc lĩnh vực khác để đề xuất giải pháp nhằm giải vấn đề thực tiễn Qua HS học kiến thức mới, vận dụng củng cố kiến thức học cách linh hoạt, góp phần ơn tập sáng tạo - Vấn đề thực tiễn: tình xảy HS Đây ứng dụng sống ngày, người cần giải công việc đó, thơi thúc HS tìm hiểu thực để đáp ứng nhu cầu Nó yêu cầu định hướng nghề nghiệp, đòi hỏi HS giải nhằm trải nghiệm số nhiệm vụ nghề nghiệp thực tế - Đề xuất ý tưởng chủ đề STEM: HS tư duy, thảo luận đề xuất ý tưởng có tính chất kĩ thuật nhằm giải vấn đề thực tiễn mà HS gặp phải Bước 2: Xác định kiến thức STEM cần giải Từ ý tưởng chủ đề STEM, HS xác định mục tiêu chủ đề STEM Xác định kiến thức chủ đề có liên quan đến Vật lí, Hóa học, Sinh học, Cơng nghệ, Kĩ thuật, Tốn học,… Bước 3: Xác định phương án xây dựng kế hoạch: nhóm thảo luận phương án tối ưu nhất, phù hợp với nội dung, đảm bảo yêu cầu đề Sau nhóm tiến hành xây dựng kế hoạch làm việc bao gồm: phân công nhiệm vụ cho thành viên, lựa chọn dụng cụ, xác định thời gian làm việc Bước 4: Thiết kế chế tạo sản phẩm: trước tiến hành làm sản phẩm nhóm cần có sơ đồ thiết kế để trình tiến hành làm sản phẩm diễn nhanh xác Trong suốt q trình thực hành HS cần tập trung, nhiệt tình, hăng say, giữ trật tự, tuân thủ nghiêm túc quy định phịng học thực hành Bước 5: Trình bày, đánh giá rút kinh nghiệm: Sau chế tạo thành cơng sản phẩm theo kế hoạch đề ra, nhóm đem sản phẩm trưng bày trước lớp, đại diện nhóm thuyết trình sản phẩm nhóm Các nhóm khác lắng nghe, nhận xét phản biện Các nhóm đánh giá sản phẩm nhóm bạn thơng qua tiêu chí phiếu đánh giá Các nhóm lắng nghe ý kiến thảo luận sản phẩm nhóm hồn thành lại cho hồn thiện Ví dụ: Dạy học chủ đề “Sinh trưởng phát triển thực vật” (Sinh học 11) Mục tiêu: Phát biểu khái niệm sinh trưởng, phát triển thực vật Phân tích mối quan hệ sinh trưởng phát triển thực vật Phân tích nhân tố chủ yếu ảnh hưởng đến sinh trưởng phát triển thực vật (nhân tố nhiệt độ, ánh sáng, nước, dinh dưỡng) Vận dụng kiến thức sinh trưởng phát triển thực vật vào thực tiễn việc trồng rau sạch, trồng cây, chăm sóc, bảo vệ trồng Bước Đề xuất ý tưởng chủ đề STEM Từ kiến thức chủ đề sinh học đến vấn đề thực tiễn Sinh trưởng phát triển thực vật, làm để trồng rau đáp ứng yêu cầu sạch, sinh trưởng nhanh, đáp ứng yêu cầu người tiêu dùng góp phần bảo vệ mơi trường Vấn đề thực tiễn Ngày với tốc độ thị hóa cơng trình bê tơng mọc lên, chiếm q nhiều đất đai thành phố, diện tích đất nơng nghiệp bị thu hẹp kể đất trồng rau.Do đó, trồng rau giàn trở thành giải pháp tốt cho vấn đề Đề xuất ý tưởng chủ đề STEM Ý tưởng chủ đề STEM thiết kế giàn trồng rau - Ý tưởng thiết kế đảm bảo yếu tố sau: Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng phát triển thực vật động vật Vật liệu thân thiện với mơi trường Mơ hình Aquaponics Giải pháp cho vấn đề thực phẩm cho quy mô hộ gia đình Thiết kế thi cơng lắp đặt an tồn tiện lợi - Mỡi nhóm HS gồm người hoạt động nhóm theo kĩ thuật khăn trải bàn HS ngồi thành bàn tròn viết ý tưởng thiết kế mơ hình thời gian 15p Hết thời gian nhóm thảo luận thống ý tưởng 15p Các dự án mà HS thực (các nhóm tự chọn- trùng nhau) o Mơ hình Aquaponics theo phương pháp canh tác nước sâu (DWC) o Mơ hình Aquaponics dựa phương pháp truyền thống khay giá thể o Mơ hình Aquaponics dựa phương pháp màng dinh dưỡng (NFT) Bước 2: Xác định kiến thức STEM cần giải Xác định mục tiêu chủ đề STEM - Nêu nhân tố chủ yếu ảnh hưởng đến sinh trưởng phát triển trồng (loại rau lựa chọn): nhân tố nhiệt độ, ánh sáng, nước, dinh dưỡng Vận dụng kiến thức học để trồng chăm sóc Trình bày thành phần chế hoạt động hệ thống aquaponics Vẽ sơ đồ mơ hình hệ thống aquaponic Giải thích ngun tắc hoạt động hệ thống aquaponic Thiết kế mơ hình hệ thống aquaponic hồn chỉnh Đánh giá mơ hình aquaponic nhóm khác ưu điểm nhược điểm Kiến thức STEM cần giải chủ đề Tên sản phẩm Hệ thống trồng rau giàn Khoa học Công nghệ Kĩ thuật Toán học (S) (T) (E) (M) - Sự sinh trưởng phát triển - Giàn treo làm thép không gỉ (sơn tĩnh điện) - Bản vẽ thiết kế lắp đặt, bố trí giàn treo - Eke - Lắp đặt giàn treo - Đo kích thước, tính diện tích khu lắp đặt giàn treo để bố trí giàn treo cho phù hợp - Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng phát triển - Ốc vít để lắp - Chậu trồng Bước 3: Xác định phương án xây dựng kế hoạch - Nhiệm vụ: Thiết kế, chế tạo mơ hình ao vườn aquaponics quy mơ hộ gia đình thơng minh, sáng tạo - GV đặt yêu cầu nhóm dự án bao gồm: 1) mơ hình sản phẩm 2) thuyết trình mơ hình sản phẩm - Các nhóm sau thống ý tưởng cần xây dựng dự án cách hoàn thiện nội dung sau: Nhiệm vụ Thời gian Phương tiện Người thực Kết ………… - Các nhóm tiến hành thực dự án theo kế hoạch đề tiến hành thiết kế sản phẩm Bước 4: Thiết kế chế tạo sản phẩm Tùy điều kiện mà yêu cầu HS thiết kế sản phẩm Bước 5: Trình bày, đánh giá rút kinh nghiệm Bước Đánh giá rút kiến thức (Hoạt động cá nhân: tự đánh giá đánh giá lẫn nhau) - Hoạt động 1: Đại diện nhóm lên trình bày kết dự án (thời gian 5p) Ý tưởng phương án chế tạo Phương án chế tạo Thành phần mơ hình Dụng cụ sử dụng để hồn thành mơ hình Thao tác gia cơng, chế tạo, lắp ráp sản phẩm dự án Ưu điểm mơ hình Điểm sáng tạo mơ hình so với mơ hình truyền thống - Hoạt động 2: Các nhóm phản biện, nhận xét Các nhóm nhận xét mơ hình ưu điểm, nhược điểm; Đặt câu hỏi; Đánh giá mơ hình cách hoàn thành phiếu đánh giá - Hoạt động 3: Rút kiến thức học - Hoạt động 4: Nhận xét, đánh giá rút kết luận Kết luận Giáo dục STEM xu hướng giáo dục tiên tiến, diễn hầu toàn giới, dạy học theo định hướng giáo dục STEM mang lại hiệu cao thể kết nối kiến thức liên môn phát triển lực cho người học Tuy nhiên, việc thực dạy học trường phổ thông nhằm mục đích kép vừa nâng cao kiến thức cho HS, đồng thời phát triển lực STEM đặt nhiều thách thức cho GV trường học Bài viết ví dụ minh họa giúp GV tham khảo vận dụng dạy học Sinh học theo định hướng giáo dục STEM Tài liệu tham khảo [1] Yeping Li (2018), Journal for STEM Education Research – Promoting the Development of Interdisciplinary Research in STEM Education [2] Mohamed El Nagdi (2018), Developing identities of STEM teachers at emerging STEM schools [3] Lyn D English (2017), Advancing Elementary and Middle School STEM Education [4] U.S Congress Joint Economic Committee (2012), STEM education: Preparing for the Jobs of the Future [5] http://tiasang.com.vn/-doi-moi-sang-tao/%C2%AD%C2%ADSTEM-da-den-HaGiang-10908 [6] Hom E J (2014), "What is STEM Education", Live science [7] U.S Department of Education (2007), “Report of the Academic Competitivenes Council”, Education Publications Center, Washington [8] Tsupros N., Kohler R., and Hallinen J (2009), “STEM education: A project to identify the missing components, Intermediate Unit 1: Center for STEM Education and Leonard Gelfand Center for Service Learning and Outreach”, Carnegie Mellon University, Pennsylvania [9] Sanders M (2009), "STEM, STEM Education, STEM mania", Technology Teacher, 68(4), pp 20-26 [10] Lê Xuân Quang (2017), “Dạy học môn công nghệ phổ thông theo định hướng giáo dục STEM”, Luận án tiến sĩ khoa học giáo dục Trường đại học Sư phạm Hà Nội Process of organizing teaching a biological topic oriented to stem education Summary STEM is a term that has been mentioned a lot recently, not only in Vietnam but also in the whole world This proves that STEM education-oriented teaching is a new trend that plays an important role in forming and developing learners' competencies However, implementation of STEM-oriented teaching in Vietnam, especially in STEM subjects, is still limited In this article, on the basis of analyzing some theoretical bases on STEM education, we propose a process of organizing teaching a biological topic towards STEM education Keywords: STEM, STEM education, STEM-oriented teaching, topic, Biology ... Có ba cách hiểu giáo dục STEM là: Giáo dục STEM hiểu theo nghĩa quan tâm đến môn Khoa học, Cơng nghệ, Kĩ thuật Tốn học Đây quan niệm giáo dục STEM Bộ giáo dục Mỹ ? ?Giáo dục STEM chương trình nhằm... cho người học Giáo dục STEM hiểu diễn giải nhiều cấp độ như: sách STEM, chương trình STEM, nhà trường STEM, mơn học STEM, học STEM hay hoạt động STEM Trong ngữ cảnh nghề nghiệp, STEM hiểu nghề... vực STEM với cạnh tranh kinh tế mới” [6] Hiện nay, giáo dục STEM nhiều tổ chức, nhà giáo dục quan tâm nghiên cứu Do đó, khái niệm giáo dục STEM định nghĩa dựa cách hiểu khác Có ba cách hiểu giáo