THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM
Nguyễn Thị Thúy Quỳnh', Trần Thị Bích Ngân
Tóm tắt: Trong những năm gần đây, STEM là một phương pháp giáo dục
tích cực đang được triển khai tại nhiều trường phổ thông Tuy nhiên, chưa có nhiều công trình nghiên cứu dạy học môn Sinh học theo định hướng STEM Nghiên cứu đề xuất quy trình dạy học môn Sinh học theo định hướng STEM Từ đó, thiết kế bài dạy “Vận chuyển các chất qua mang sinh chất” trong chương trình Sinh học 10 Thực nghiệm sư phạm được tiến
hành và chứng minh tính khả thi của nghiên cứu
Từ khóa: giáo dục STEM, sinh học tế bào, kế hoạch bài dạy
1 Đặt vấn đề
Giáo dục STEM nhằm đáp ứng mục tiêu dạy học của chương trình phố thông mới, đặc biệt là các môn liên quan đến lĩnh vực STEM: Khoa học (Science), Công nghệ (Technology), Kỹ thuật (Engineering), và Toán học (Maths) Trong
các môn khoa học tự nhiên được giảng dạy ở trường phô thông, môn Sinh học có
nội dung kiến thức liên quan đến các lĩnh vực STEM [1] Nhiều nghiên cứu chỉ
ra rang định hướng giáo dục STEM có nhiều thuận lợi trong việc tổ chức dạy học
môn Sinh học, qua đó phát triển được các năng lực cốt lõi và định hướng nghề nghiệp cho học sinh [2] Tế bào là một nội dung nên tảng cho môn Sinh học, là
đơn vị cầu tạo nên mọi cơ thể sống Chính vì vậy, trong nghiên cứu này chúng tôi tiến hành tổ chức dạy nội dung kiến thức phần Cấu trúc của tế bào - Sinh học 10
nhằm cung cấp kiến thức về thành phần câu tạo của tế bào thông qua một số thi ! Trường Đại học giáo dục - ĐHQGHN, Trường THCS Newton, Tel: 0904656493, Email:
Trang 2nghiệm định hướng STEM, đồng thời phát huy tính tích cực và phát triển năng
lực của học sinh như năng lực giải quyết vân đề và sang tao, năng lực hợp tác, v.v
2 Nội dung và kết quả nghiên cứu 2.1 Giáo dục theo định hướng STEM
Giáo dục theo định hướng STEM giúp phát triển các năng lực đặc thù các môn học liên quan đến STEM cũng như năng lực cốt lõi, và định hướng nghề
nghiệp cho học sinh Giao duc STEM bao gồm các kiến thức liên quan đến các môn khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học Do đó, học sinh sẽ biết cách sử
dụng công nghệ và biết cách thiết kế các chủ đề hay dự án học tập Đồng thời giúp học sinh phát triển tư duy phê phán, kha năng hợp tác và cung cấp những kiến thức nên tảng cho những bậc học cao trong tương lai [3]
Theo tác giá Nguyễn Thanh Nga (2017), các tiêu chí đánh giá giáo dục STEM hướng tới việc giải quyết các van dé sau [4]:
Giải quyết các vấn đê trong thực tiễn: Giáo dục STEM không phải giải quyết các vân đề mang tinh lý thuyết, trừu tượng và xa rời thực tê, mà giáo dục STEM hướng tới giải quyêt các vần đề trong cuộc sông xung quanh
Gidi quyết van đề: Giáo dục STEM hướng tới việc vận dụng thiết kế các chủ
đê, các thí nghiệm đê giải quyết các kiên thức môn học cũng như các vân đề liên quan Từ đó giúp học sinh phát triên được các năng lực chuyên môn liên quan
Định hướng thực hành: Giáo dục STEM giúp học sinh hình thành và phát triển năng lực kết hợp giữa lý thuyết và thực hành Điều này giúp học sinh sẽ ghi
nhớ kiến thức thông qua thực hành và các hoạt động thực tế
Tăng cường hoạt động nhóm: Việc triển khai các chủ đề hoặc đự án theo định hướng giáo dục STEM rât cân đên kỹ năng làm việc nhóm, cùng nhau giải
quyết, chia sẻ và tìm ra các giải pháp tôt nhât đê thực hiện các nhiệm vụ đã đặt ra
2.2 Tiến trình tổ chức dạy học kiến thức sinh học theo định hướng
giáo dục STEM
Đặc thù của môn Sinh học có nhiều các kiến thức liên quan đến thực tế, tuy nhiên kiến thức thường mang tính lý thuyết và trừu tượng Do đó, nếu các bài học
được lồng ghép với thực hành sẽ giúp học sinh ghi nhớ kiến thức và yêu thích
môn học hơn [5] Dựa trên quan điểm và các tiêu chí đánh giá, chúng tôi đưa ra
tiến trình tổ chức dạy học kiến thức môn Sinh học theo định hướng STEM theo
Trang 3Thiết kế các thực nghiệm nghiên cứu Báo cáo kêt quả Tiến hành thực nghiệm Xác định Nghiên
chủ đê cứu tài
STEM liệu có = | Két luan
liên quan đánh giá và
Hình 1 Tiến trình tổ chức dạy học kiến thức theo định hướng STEM 2.3 Thiết kế giáo án chủ đề STEM “Vận chuyễn các chất qua màng sinh chất” - Sinh học 10
2.3.1 Mục tiêu bài học a Kiến thức
- Trình bày được cầu trúc và chức năng của màng sinh chất
- Giải thích được các dung dịch nhược trương, ưu trương và đẳng trương
- Giải thích được cơ chế vận chuyền chủ động
- Mô tả được các hiện tượng thực bào, ầm bào và xuất bào
b Kỹ năng
- Phát triển kĩ năng quan sát, so sánh, thí nghiệm thực hành
- Kĩ năng tư duy, kĩ năng giải quyết vẫn đề
- Kĩ năng vận dụng để làm các sản phẩm như mứt, si rô hoa quả, v.v
c Thái độ
- Có tinh thần trách nhiệm với nhiệm vụ được phân công
Trang 42.3.2 Phuong tién day hoc STEM Dung cu tién hanh thi nghiém
Mẫu vật: Cọng rau muống, quả ớt, trứng gà, hoa cúc (hoa hồng), củ cà rốt,
đường phèn, mực màu đỏ (hoặc xanh)
Dụng cụ: Ống hút, dao, kéo, cốc nhựa, dia petri, giấy mâu, bìa coton, but mau Hóa chất: Nước cất, dung dịch nước muối 5%, mật ong
Phương tiện dạy học: Máy chiếu, máy tính, Hình anh: cau tric mang té bào,
cơ chê vận chuyên các chât
2.3.3 Tiến trình dạy học STEM
Bước 1: Xác định chủ đề STEM
Để tăng mức độ quan tâm của HS với môn Sinh học, giáo dục STEM cần
găn liên với thực tiên, phục vụ được cho cuộc sông hàng ngày
Xác định chủ đề STEM thông qua kiến thức môn Sinh học và các môn STEM có liên quan
Bước 2: Nghiên cứu tài liệu có liên quan
Sau khi tiếp nhận vẫn đề và các nhiệm vụ cần thực hiện, GV hướng dẫn HS
tìm kiêm và làm việc với các nguôn tài liệu Thông qua tài liệu, học sinh tìm hiệu các thông tin liên quan đên chủ đề hoặc dự án STEM
Phát hiện mối liên hệ giữa kiến thức các môn học trong STEM đã biết để
giải quyêt các van dé
Buse 3: Thiét kế các thực nghiệm nghiên cứu
Giáo viên tìm hiểu, lên ý tưởng và đề xuất các thí nghiệm, các mô hình liên
quan đên nội dung chủ đê
GV phân công nhiệm vụ các nhóm chuân bị thí nghiệm cũng như các nguyên
vật liệu có thê dê dàng tìm kiêm trong cuộc sông
Các nhóm phân công nhiệm vụ cho các thành viên trong nhóm về kê hoạch và các công tác chuân bị thực hiện thí nghiệm
Bước 4: Tiến hành thực nghiệm
Trang 5ưu, các lựa chọn tôt nhât cho thí nghiệm Đông thời, HS cân ghi chép và lưu trữ các hình ảnh, tư liệu về quá trình thực nghiệm của nhóm
Trong phạm vi nghiên cứu này, chúng tôi đã xây dựng và thiết kế 7 thí
nghiệm theo định hướng STEM đề giúp học sinh năm rõ được kiên thức bài học
cũng như biệt cách vận dụng kiên thức vào việc lý giải các sự việc liên quan trong
thực tiễn
Thí nghiệm 1: Thiết kế mô hình câu trúc màng sinh chất
¢ Cac nhom chuân bị trước các vật liệu: ông hút, xốp, giây bìa cứng, bút màu, băng keo, kéo
‹- _ Dựa trên thông tin trong sách giáo khoa và tài liệu GV cung cấp về hình ảnh câu trúc màng sinh sinh chât
¢ Cac thành viên trong nhóm thảo luận và thiết kế từ các nguyên vật liệu có sẵn
¢ Cac nhom thuyết trình giới thiệu mô hình
Thí nghiệm 2: Quan sát hiện tượng khuếch tán ¢ Chuan bi hai cdc nudc loc
‹ _ Nhỏ cùng lúc 1 giợt mực và Iviên đường phèn vào 2 cốc nước lọc ‹ _ Quan sát hiện tượng và giải thích kết quả
Thí nghiệm 3: Quan sát tế bào trong môi trường nhược trương
‹ - Chẻ cọng rau muống thành nhiều mảnh nhỏ
°Ò Một nửa ngâm trong nước, và một nửa không ngâm ‹ _ Quan sát hiện tượng và giải thích kết quá
Thí nghiệm 4: Quan sát tế bào trong môi trường ưu trương ‹ Tach lay long do trig ga va dat vào trong bát
° Bồ sung 50 ml dung dich mat ong * Quan sat hién tuong sau 10’, 30’ va 60’
¢ Gidi thich két quả
Thí nghiệm 5: Tính thâm của màng tế bào
Trang 6‹ - Lấy một củ cà rốt khác có kích thước tương tự, không gọt vỏ dem dun trong nước sôi 5 phút, gọt vỏ rôi cát đôi, khoét I nửa củ ( côc €)
° Đặt các cu ca rot nay vao dia petri
‹ - Rót nước cất vào các đĩa petri, rót dung dịch đường đậm đặc vào cốc B, C rôi đánh dâu mức dung dịch ban dau bang ghim
‹ - Cốc A vẫn để rồng không chứa dịch
* _ Quan sát mực nước trong các cốc sau 24 giờ
‹ - Giải thích kết quả
Thí nghiệm 6: Sự vận chuyền chủ động của tế bào mạch gỗ
‹ _ Chuân bị hai cốc nước màu (xanh và đỏ)
‹ _ Cắm hoa hồng trắng hoặc cúc trắng vào hai cốc trên ‹ _ Quan sát hiện tượng và giải thích kết quả
Thí nghiệm 7: Quan sát tế bào thực vật trong môi trường ưu trương ‹ _ GV phân công các nhóm chuẩn bị trước 1tuan
¢ Mơi nhóm chn bị lọ dưa (cà) mudi, xiro hoa quả ngâm như mơ, mận, đứa
Bước 5: Báo cáo kết quả và đánh giá
Các nhóm lần lượt trình bày kết quả thực nghiệm Báo cáo kết quả có nhiều
hình thức khác nhau như: viết báo cáo, thuyết trình, thiết kế poster hoặc thực hiện
video, v.v
GV nhận xét và đánh giá sản phâm của các nhóm Lưu ý, GV cần khuyến
khích các nhóm và nên tô chức các nhóm phản biện đề đánh giá lần nhau, nhận
xét hoạt động của các nhóm trong quá trình thực nghiệm cũng như thuyết trình HS ghi nhận nội dung học tập thông qua phiếu học tập
GV củng cố kiến thức cho HS
Bước 6: Kết luận
GV kết luận về kiến thức trọng tâm của bài
Trang 7Thực nghiệm sư phạm được tiến hành tại trường THPT Newton, Hà Nội
với đối tượng học sinh lớp 10A1 và 10E Hai lớp này có kết quả học tập (điểm
trung bình các môn học) là 7 18 và 7.21, và ý thức học tập được đánh giá là tương
đương nhau Lớp đối chứng (10E), tiến hành dạy học như bình thường, trong quá trình dạy có sử dụng các phương tiện trực quan như tranh vẽ, sơ đô, v.v Lớp thực
nghiệm (10A1) tiến hành dạy học theo chủ đề vận dụng mô hình giáo dục STEM
đã được xây dựng với nhiều hoạt động học tập như thiết kế mô hình cẫu tạo màng
sinh chất từ các nguyên vật liệu có sẵn trong cuộc sống, và 6 thí nghiệm minh họa cho phân lý thuyết Tắt cả các thí nghiệm này đều được chuân bị từ những vật
liệu có sẵn trong cuộc sống, và minh họa cho HS hiểu rõ hơn nội dung lý thuyết (Hình 2)
Hình 2: Nguyên vật liệu sử dụng cho thí nghiệm STEM
Đề đánh giá kết quả sau thực nghiệm, rút ra được những nhận xét và kết luận chung về việc đạy học sinh học với các thí nghiệm định hướng STEM, chúng
tôi cho HS làm bài kiểm tra 10 phút, kết hợp đánh giá thông qua phiếu điều tra, phỏng vấn và quan sát
Qua thực tế giảng dạy, chúng tôi nhận thấy HS trong lớp học thực nghiệm
rất chịu khó tham gia vào các hoạt động nhóm, tích cực tham gia phát biểu, trả
lời câu hỏi của GV và đưa ra ý kiến cá nhân Đồng thời, các nhóm cũng thảo luận
sôi nổi và hỗ trợ nhau trong suốt quá trình thực hiện thí nghiệm Tính tích cực
Trang 8
Hình 3 Học sinh thuyết trình và thảo luận nhóm
Kết quả xử lý số liệu điểm kiểm tra ở các lớp thực nghiệm và đối chứng cho thấy điểm trung bình của HS ở lớp thực nghiệm cao hơn ở lớp đối chứng sau khi sử dụng phương pháp mà chúng tôi đã đề xuất với xác suất xảy ra ngẫu nhiên nhỏ hon 0.05 (Bang 1) Bảng 1 So sánh các tham số thống kê đặc trưng giữa 2 lớp thực nghiệm và đối chứng Tham số Lớp đối chứng Lớp thực nghiệm (10E, 31 HS) (10A1, 30 HS) Mode 6 7 Điểm trung bình 6.35 7.2 Phuong sai 1.37 1.54 Độ lệch chuẩn 1.24 1.17 Giá trị T-test 0.003
2.5 Đánh giá năng lực học sinh
Tư duy khoa học: Thông qua các nội dung nghiên cứu và tiễn hành thực
nghiệm, học sinh sẽ hiểu rõ mục đích của thí nghiệm Học sinh biết cách vận dụng nội dung kiến thức môn Sinh học để giải thích được kết quả thí nghiệm và
đưa ra được kết luận Thay vì phải tiếp nhận nội dung lý thuyết mang tính hàn
lâm thì HS được trải nghiệm từ các thí nghiệm theo định hướng giáo duc STEM
Năng lực thí nghiệm: Thông qua sự hướng dẫn của GV, HS sẽ thực hiện thí
nghiệm, thu thập số liệu và hình ảnh liên quan đến thí nghiệm Từ đó, Hồ sẽ cảm
thấy yêu thích môn học và chủ động trong việc học tập hơn
Hoạt động nhóm: giúp HS tích cực trong các hoạt động nhóm, đoàn kết và
Trang 9động nghiên cứu tài liệu, tự tin trong việc báo cáo và trình bày kết quả nghiên cứu
3 Kết luận
Tiến trình tổ chức dạy học môn Sinh học theo định hướng STEM gồm có 6
bước, và được chứng minh là khả thi đối với học sinh phô thông Trên cơ sở phân tích nội dung kiến thức phần “Vận chuyên các chất qua màng sinh chất”, từ đó thiết kế và xây dựng chủ để giáo dục STEM với 6 thí nghiệm và các hoạt động học tập nhằm phát huy tính tích cực, phát huy năng lực tự học và tư duy khoa học của học sinh Hơn nữa, nội dung của chủ đề STEM trong phạm vi bài báo này đã
được thiết kế phù hợp với trình độ nhận thức của học sinh, và với điều kiện cơ sở
vật chất của tất cả các trường trung học phố thông khác Tiến trình dạy học này
không những vẫn đảm bảo cho học sinh về kiến thức, mà còn giúp học sinh cảm
thấy hấp dẫn và học tập hiệu quả hơn so với cách dạy học truyền thống Tài liệu tham khảo
1 Zahra Hazan, G.P., Jennifer D Cribbs, Allison Godwin, Tyler D Scott, Leidy Klotz Interest in STEM is contagious for students in biology, chemistry, and physics classes Science advances, 2017 3: p e1700046
2 Judith Morrison, A.R.M., Brian French, Identifying key components of teaching and
learning ina STEM school School science and Mathematics, 2015 115: p 244-255
3 Xuan, Q.L., Mot sé van dé trong dạy học môn công nghệ theo định hướng giáo dục STEM Tap chi Khoa hoc, Trường Đại học sư phạm Hà nội, 2016 61: p 9-11
4 Nguyễn Thanh Nga, Nguyễn Quang Linh, Hoang Phudc Mui, Thiét kế và tô chức
chủ đề giáo dục STEM cho học sinh trung học cơ sở và trung học phố thông 2017:
NXB Đại học Sư phạm TP Hỗ Chí Minh
Trang 10TEACHING CONTENT KNOWLEDGE OF “THE
MOVEMENT OF SUBSTANCES THROUGH THE PLASMA MEMBRANE” IN GRADE 10 BIOLOGY FOLLOWING
STEM EDUCATION ORIENTATION
Nguyen Thi Thuy Quynh, Tran Thi Bich Ngan‘
Abstract: In recent years, STEM is an active education method that is being implemented in high schools However, there are little researches in teaching biology following STEM education This article proposes the STEM- oriented teaching process From this, the lesson plan of “The movement of substances through the plasma membrane’ in biology grade 10 has been designed Teaching experiment was conducted and demonstrated the possibility of the study
Keywords: cellular cell, lesson study, STEM education