Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LÊ HỒNG CHUNG HIỆU ỨNG CỦA GIÁO DỤC STEM ĐẾN KẾT QUẢ HỌC TẬP CỦA HỌC SINH TRUNG HỌC TẠI THÀNH PHỐ HÀ NỘI Ngành: Lý luận phương pháp dạy học Mã số: 9140110 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC Hà Nội - 2023 Cơng trình hồn thành tại: Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Văn Hạnh Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Đại học Bách khoa Hà Nội họp Đại học Bách khoa Hà Nội vào hồi ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu - Đại học Bách khoa Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài 1.1 Cơ sở pháp lý Nghị Quyết số 29-NQ/TW, ngày 14/11/2013, Hội nghị Trung ương khóa XI “Đổi bản, tồn diện giáo dục đào tạo, đáp ứng yêu cầu cơng nghiệp hóa, đại hóa kinh tế thị trường định hướng xã hội chủ nghĩa hội nhập quốc tế” đã đặt yêu cầu giáo dục phổ thông nâng cao chất lượng giáo dục toàn diện, lực kỹ thực hành, vận dụng kiến thức vào thực tiễn, phát triển khả sáng tạo giúp người học có khả giải vấn đề sống [3] Với tinh thần học thông qua thực “làm” khả tích hợp lĩnh vực khoa học, cơng nghệ, kĩ thuật toán học việc giải vấn đề thực tế, giáo dục STEM trở thành chủ trương lớn ngành giáo dục nhằm góp phần thực hóa quan điểm đạo Nghị 29 Trong Chương trình Giáo dục Phổ thơng 2018, giáo dục STEM thừa nhận sở quan trọng cho sách thiết kế chương trình giáo dục giáo dục phổ thông 1.2 Cơ sở lý luận Giáo dục STEM ngày công nhận toàn cầu tảng cho phát triển suất quốc gia, khả cạnh tranh kinh tế thịnh vượng xã hội Mặc dù giáo dục STEM thiết lập tốt thông qua văn sách quốc gia quốc tế, bất đồng mơ hình triển khai tích hợp STEM kết học tập học sinh phổ thông tiếp tục vấn đề Giáo viên chống ngợp trước vơ vàn hoạt động STEM áp dụng vào thực tế từ mơ hình sư phạm học STEM dựa vào dự án, hội trại STEM, câu lạc STEM, hoạt động STEM dựa vào mơ hình 5E, hoạt động STEM theo mơ hình thiết kế kỹ thuật, thi STEM, chương trình hợp tác trường đại học, v.v tác động đến kết học tập Những thách thức nghiên cứu thực hành giải tổng quan có hệ thống nhằm cung cấp hiểu biết sâu rộng chuyên sâu phương pháp giáo dục STEM kết học tập liên quan học sinh phổ thơng Ngồi ra, phân tích nghiên cứu có giới cho thấy giáo dục STEM áp dụng phổ biến đổi dạy học môn Khoa học Tự nhiên Việc dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM chủ yếu thực qua mơ hình sư phạm mơ hình giảng dạy 5E, mơ hình thiết kế kỹ thuật, mơ hình lập luận Toulmin Các báo cáo có cho thấy dạy học mơn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM có tác động tích cực đến cải thiện kết học tập học sinh, bao gồm thành tích học tập, động lực học tập, quan tâm STEM kỹ tư bậc cao Tuy nhiên nay, chưa có nghiên cứu kiểm tra tác động dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM đến nhiều loại kết học tập học sinh nghiên cứu Mặc khác, học giả tìm kiếm thêm ý tưởng mẻ cho dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM nhằm cải thiện kết học tập học sinh Từ vấn đề nêu cho thấy, việc nghiên cứu vấn đề “Hiệu ứng giáo dục STEM đến kết học tập học sinh trung học Thành phố Hà Nội” bối cảnh đổi giáo dục cần thiết, phù hợp với xu hướng tiến giáo dục giới Kết nghiên cứu đề tài đóng góp khung lý thuyết hiệu ứng cách tích hợp giáo dục STEM đến kết học tập học sinh phổ thông, đồng thời cung cấp thêm ý tưởng mẻ dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM Mục đích nghiên cứu - Khám phá hiệu ứng giáo dục STEM đến kết học tập học sinh phổ thông thơng qua đánh giá tài liệu có hệ thống - Khám phá hiệu ứng dạy học môn Khoa học tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mơ hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin đến kết học tập học sinh trung học Khách thể đối tượng nghiên cứu 3.1 Khách thể nghiên cứu - Các chứng tài liệu có hiệu ứng giáo dục STEM đến kết học tập học sinh phổ thơng - Q trình dạy học mơn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mô hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin cho học sinh THCS Thành phố Hà Nội 3.2 Đối tượng nghiên cứu Đề tài xác định hai đối tượng nghiên cứu gồm: (1) Hiệu ứng giáo dục STEM đến kết học tập học sinh phổ thơng, bao gồm thành tích học tập, động lực học tập, quan tâm học tập kỹ tư bậc cao (2) Hiệu ứng dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mơ hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin đến kết học tập học sinh THCS 3.3 Giới hạn phạm vi nghiên cứu - Tìm kiếm tài liệu có hệ thống sở liệu Scopus, ERIC Google Scholar - Dạy học môn Khoa học Tự nhiên (nội dung Hóa học) theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mơ hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin cho học sinh THCS Thành phố Hà Nội - Thực nghiệm sư phạm Trường THCS Lê Ngọc Hân, quận Hai Bà Trưng, Thành phố Hà Nội Giả thuyết khoa học Luận án đề xuất hai giả thuyết: - Các cách tích hợp khác giáo dục STEM đưa đến kết học tập khác học sinh phổ thông - Dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mơ hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin có hiệu ứng tích cực kết học tập học sinh THCS bao gồm thành tích học tập, động lực học tập, quan tâm STEM kỹ tư bậc cao Nhiệm vụ nghiên cứu - Nhiệm vụ số 1: Tổng quan hiệu ứng giáo dục STEM đến kết học tập học sinh phổ thông - Nhiệm vụ số 2: Xây dựng khung lý thuyết hiệu ứng dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mơ hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin đến kết học tập học sinh THCS Thành phố Hà Nội - Nhiệm vụ số 3: Thực nghiệm dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mơ hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin cho học sinh THCS Thành phố Hà Nội Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu 6.1 Cách tiếp cận Nghiên cứu sử dụng cách tiếp cận tổng quan tài liệu có hệ thống (Systematic Literature Review) nhằm cung cấp hiểu biết tồn diện có bề rộng chiều sâu hiệu ứng giáo dục STEM đến kết học tập học sinh phổ thơng Đồng thời, cho phép phát ý tưởng dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM học sinh THCS Cụ thể hơn, luận án đề xuất ý tưởng dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mô hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin cho học sinh THCS Thành phố Hà Nội Sau đó, thiết kế thực nghiệm sử dụng để kiểm tra hiệu ứng dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mô hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin đến kết học tập học sinh THCS Thành phố Hà Nội 6.2 Các phương pháp nghiên cứu Luận án sử dụng ba phương pháp nghiên cứu có chiều sâu nhằm giải thích cho hai giả thuyết nghiên cứu tương ứng - Phương pháp tổng quan tài liệu có hệ thống sử dụng nhằm kiểm tra hiệu ứng giáo dục STEM đến kết học tập học sinh phổ thơng Từ đó, đề xuất ý tưởng dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM cho học sinh THCS Thành phố Hà Nội cách kết hợp mơ hình STEM dựa vào 5E mơ hình lập luận Toulmin, nhằm phát triển kết học tập học sinh THCS, bao gồm thành tích học tập, động lực học tập, quan tâm học tập kỹ tư bậc cao - Phương pháp nghiên cứu sản phẩm hoạt động sư phạm sử dụng để phân tích văn chủ trương, sách Nhà nước, Bộ Giáo dục Đào tạo, Sở Giáo dục Đào tạo Thành phố Hà Nội triển khai giáo dục STEM trường phổ thơng Đồng thời, nghiên cứu Chương trình Giáo dục phổ thơng 2018 Chương trình Khoa học Tự nhiên 2018 để đánh giá phù hợp ý tưởng dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mơ hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin cho học sinh THCS - Phương pháp bán thực nghiệm sử dụng để kiểm tra hiệu ứng dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mô hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin đến kết học tập học sinh THCS Thành phố Hà Nội Ngoài ra, kỹ thuật thống kê tốn học sử dụng để xử lí định lượng cho liệu thu thập từ kết thực nghiệm Tất liệu thu thập xử lí phần mềm SPSS v25 với độ tin cậy 95% Những luận điểm cần bảo vệ luận án Trước tiến hành nghiên cứu, luận án đưa hai luận điểm phát biểu dựa vào hai đối tượng/ giả thuyết nghiên cứu tuyên bố phía Cụ thể sau: (1) Có nhiều cách tích hợp giáo dục STEM áp dụng cho học sinh phổ thông Mỗi cách tích hợp có khác biệt chất hoạt động STEM thiết kế cho học sinh tham gia Do đó, có khả cách tích hợp khác giáo dục STEM đưa đến kết học tập khác học sinh (2) Theo Brocke cộng sự, kiến thức mới/ ý tưởng khoa học thường tạo thông qua diễn giải kết hợp kiến thức/ khái niệm có Do đó, dựa vào kết phân tích tổng quan, tìm mơ hình sư phạm áp dụng phổ biến dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM Từ đó, đề xuất ý tưởng dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM việc kết hợp số mơ hình sư phạm nhằm phát triển kết học tập học sinh, bao gồm thành tích học tập, động lực học tập, quan tâm STEM kỹ tư bậc cao Cụ thể, luận án kết hợp mơ hình STEM dựa vào 5E mơ hình lập luận Toulmin dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển kết học tập học sinh THCS Đóng góp luận án Sau hoàn thành, luận án có hai đóng góp quan trọng tương ứng với hai đối tượng giả thuyết nghiên cứu: - Đã khái quát hiệu ứng giáo dục STEM đến kết học tập học sinh phổ thông thông qua đánh giá tài liệu có hệ thống sử dụng “tam giác sinh thái” Một phát tổng thể cho thấy cách tích hợp giáo dục STEM có hiệu ứng khác đến kết học tập học sinh phổ thông - Đã đề xuất khung lý thuyết hiệu ứng dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mơ hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin đến kết học tập học sinh THCS Các kết thực nghiệm sư phạm cho thấy dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mơ hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin có hiệu ứng tích cực kết học tập học sinh THCS bao gồm thành tích học tập, động lực học tập, quan tâm STEM kỹ tư bậc cao Cấu trúc luận án Ngoài phần Mở đầu, Kết luận khuyến nghị, Tài liệu tham khảo Phụ lục, luận án gồm chương: - Chương 1: Tổng quan hiệu ứng giáo dục STEM đến kết học tập học sinh phổ thông - Chương 2: Hiệu ứng dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mơ hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin đến kết học tập học sinh THCS - Chương 3: Thực nghiệm sư phạm Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HIỆU ỨNG CỦA GIÁO DỤC STEM ĐẾN CÁC KẾT QUẢ HỌC TẬP CỦA HỌC SINH PHỔ THÔNG 1.1 Giới thiệu vấn đề tổng quan Trong giáo dục phổ thông, nỗ lực cải thiện việc dạy học môn STEM tập trung vào dạy học tích hợp liên ngành, thay tiếp cận theo mơn học riêng biệt Việc tích hợp mơn học STEM thành học/chủ đề liên ngành mang đến cho học sinh phổ thông hội hiểu giới tích hợp, thay học mảng kiến thức rời rạc thực hành Mặc dù giáo dục STEM thiết lập tốt thông qua văn sách quốc gia quốc tế, bất đồng mơ hình triển khai STEM kết học tập liên quan học sinh tiếp tục vấn đề tranh luận Trong nghiên cứu, thiếu báo cáo bao quát mối quan hệ thuyết phục cách tích hợp giáo dục STEM kết học tập liên quan học sinh Giáo viên chống ngợp trước vơ vàn hoạt động STEM áp dụng vào thực tế học tập dựa vào dự án STEM, hội trại STEM, câu lạc STEM, hoạt động STEM dựa vào mơ hình 5E, hoạt động STEM dựa vào mơ hình thiết kế kỹ thuật , thi STEM, tác động chúng kết học tập học sinh Do đó, mục đích tổng quan tài liệu kiểm tra hiệu ứng cách tích hợp giáo dục STEM đến kết học tập học sinh phổ thông Kết tổng quan cho thấy cách tích hợp giáo dục STEM hiệu loại kết học tập cho học sinh môi trường giáo dục nào, đồng thời cung cấp khoảng trống kiến thức ý tưởng cho luận án 1.2 Khung lý luận hiệu ứng giáo dục STEM đến kết học tập học sinh 1.2.1 Lý giáo dục STEM lại quan trọng cho học sinh Mục đích giáo dục STEM nỗ lực thu hút học sinh hướng chuyên ngành STEM giáo dục sau trung học (đại học/ nghề nghiệp) nhằm cải thiện nguồn nhân lực có suất chất lượng thị trường cạnh tranh ngày tăng 1.2.2 Khái niệm STEM giáo dục STEM STEM thuật ngữ viết tắt để tích hợp bốn lĩnh vực gồm Science (Khoa học), Technology (Cơng nghệ), Engineering (Kỹ thuật) Mathematics (Tốn học) Trong luận án này, giáo dục STEM định nghĩa "một quan điểm dạy học, nơi mà tất giáo viên STEM, đặc biệt giáo viên khoa học, cơng nghệ, kỹ thuật tốn học (STEM), giảng dạy theo cách tiếp cận tích hợp liên ngành để dạy học, mục tiêu học tập hướng đến việc giải vấn đề đích thực, nội dung học tập hình thành với tham gia nhiều môn học STEM khác nhau, phương pháp dạy học khuyến khích học sinh sử dụng tảng kiến thức khoa học toán kết hợp với cơng cụ, thiết bị quy trình cơng nghệ thực hành theo cách thức sáng tạo kỹ thuật nhằm giải mong muốn nhu cầu người." 1.2.3 Các cách tích hợp giáo dục STEM Có sáu cách tích hợp giáo dục STEM giáo viên áp dụng thực tế: - Giáo dục STEM dựa vào đồng bộ: Giáo viên xác định kiến thức, kỹ chung học hai mơn học trở lên, dạy riêng mơn học tạo liên kết kiến thức để củng cố khái niệm - Giáo dục STEM dựa vào chủ đề: Giáo viên dạy môn học họ xoay quanh chủ đề địa phương toàn cầu Họ dạy môn học họ cách riêng biệt tạo mối liên hệ với chủ đề - Giáo dục STEM dựa vào dự án: Trọng tâm học thực nhiệm vụ dự án đòi hỏi kiến thức kỹ từ nhiều môn học Các dự án thường yêu cầu sản phẩm cuối - Giáo dục STEM dựa vào chương trình giảng dạy chéo: Tích hợp STEM xảy có nhiều học kết nối với để phát triển kiến thức kỹ học sinh thông qua việc nghiên cứu chủ đề kết nối với Mục đích phát triển kỹ năng lực tổng thể học sinh - Giáo dục STEM dựa vào trường chuyên ngành: Khi trường tập trung dài hạn vào lĩnh vực STEM cụ thể Chẳng hạn trường trung học ven biển phát triển chuyên ngành nghiên cứu biển, giáo viên tùy chỉnh giảng để có mối liên hệ rõ ràng với chuyên ngành - Giáo dục STEM tập trung vào cộng đồng: Khi vấn đề cộng đồng trở thành trọng tâm chương trình giảng dạy STEM, chẳng hạn giải pháp cơng nghệ để phịng chống Đại dịch Covid-19, giáo viên định hướng dạy học mơn học để giúp học sinh hiểu vấn đề từ góc độ cách tiếp cận khác để tìm kiếm giải pháp tiềm 1.2.4 Các kết học tập học sinh giáo dục STEM - Việc sử dụng vấn đề giới thực làm bối cảnh học tập mang lại động lực học tập tích cực cho việc học nội dung STEM - Kỹ thuật công nghệ cung cấp bối cảnh thực hành, học sinh kiểm tra kiến thức khoa học áp dụng kiến thức vào thực tiễn thiết kế kỹ thuật, điều nâng cao kỹ tư bậc cao học sinh để giải vấn đề thực tế, nâng cao hiểu biết/thành tích học tập học sinh môn học STEM thúc đẩy quan tâm đến STEM em em nhận tương tác khoa học, kỹ thuật công nghệ - Các trải nghiệm kỹ thuật chất lượng khơi dậy quan tâm STEM học sinh Do vậy, kết học tập học sinh giáo dục STEM bao gồm động lực học tập, thành tích học tập, quan tâm học tập kỹ tư bậc cao 1.2.5 Khái niệm hiệu ứng giáo dục STEM đến kết học tập học sinh Thuật ngữ “hiệu ứng” (Effect) tiếng Anh có nghĩa danh từ ‘một thay đổi kết hậu hành động nguyên nhân khác’, ‘cái tạo tác nhân nguyên nhân’ Do vậy, thuật ngữ “hiệu ứng” sử dụng nhiều tiêu đề nội dung nghiên cứu để kiểm tra kết quả/ hậu tạo hành động khác, ví dụ hậu rị rỉ phóng xạ môi trường, hiệu ứng nhiệt độ đến sinh trưởng thực vật, ảnh hưởng phong cách học tập đến trình dạy học, hiệu ứng chiến lược học tập đến thành tích sinh viên đại học, hiệu ứng động lực học tập đến thành tích học tập học sinh Dựa vào khái niệm “giáo dục STEM” “các cách tích hợp giáo dục STEM” “các loại kết học tập học sinh” phân tích mục trên, luận án hiểu: Hiệu ứng giáo dục STEM đến kết học tập học sinh phổ thông thay đổi kết học tập học sinh phổ thông gây trải nghiệm hoạt động giáo dục STEM - Tác nhân: Sự trải nghiệm hoạt động giáo dục STEM - Yếu tố kết quả: Các kết học tập học sinh phổ thơng giáo dục STEM gồm thành tích học tập, động lực học tập, quan tâm STEM kỹ tư bậc cao 1.2.6 Các câu hỏi nghiên cứu tổng quan Câu hỏi tổng quát cho nghiên cứu tổng quan là: Các tài liệu có tiết lộ điều hiệu ứng giáo dục STEM đến kết học tập học sinh phổ thơng? Có sáu câu hỏi phụ sau: (1) Các tài liệu có thảo luận hiệu ứng giáo dục STEM dựa vào đồng đến kết học tập học sinh phổ thông? (2) Các tài liệu có thảo luận hiệu ứng giáo dục STEM dựa vào chủ đề đến kết học tập học sinh phổ thơng? (3) Các tài liệu có thảo luận hiệu ứng giáo dục STEM dựa vào dự án đến kết học tập học sinh phổ thơng? (4) Các tài liệu có thảo luận hiệu ứng giáo dục STEM dựa vào chương trình giảng dạy chéo đến kết học tập học sinh phổ thông? (5) Các tài liệu có thảo luận hiệu ứng giáo dục STEM dựa vào trường chuyên ngành đến kết học tập học sinh phổ thông? (6) Các tài liệu có thảo luận hiệu ứng giáo dục STEM tập trung vào cộng đồng đến kết học tập học sinh phổ thông? 1.3 Phương pháp tổng hợp liệu hiệu ứng giáo dục STEM đến kết học tập học sinh phổ thơng Phương pháp tổng quan có hệ thống sử dụng tam giác sinh thái (ecological triangulation) đề xuất Banning sử dụng để viết tổng quan tài liệu Nó hiệu để tìm loại can thiệp giáo dục STEM hiệu loại kết học tập cho học sinh môi trường giáo dục nào, gọi tổng hợp 'câu sinh thái' (ecological sentences) Lưu đồ PRISMA sử dụng để lựa chọn tài liệu nghiên cứu, Hình 1.1 Hình 1.1 Quá trình lựa chọn tài liệu Cơ sở liệu Scopus ERIC hai sở liệu khoa học lĩnh vực nghiên cứu giáo dục sử dụng để tra cứu trực tuyến Ngoài ra, sở liệu Google Scholar Số lượng báo sử dụng để tìm kiếm nghiên cứu bổ sung, tập trung vào 200 đến 300 kết hiển thị Hai toán tử Boolean (AND, OR) sử dụng để kết hợp từ khóa theo cách sau: “STEM” AND (“Outcome*” OR “Performance*” OR “Achievement*” OR “Interest*” OR “Motivation*” OR “Thinking*”) Sau đánh giá chất lượng nghiên cứu, nghiên cứu bị loại 47 nghiên cứu giữ lại để đưa vào tổng quan tài liệu Các câu sinh thái tổng hợp xây dựng theo mẫu: “Với Can thiệp A thiết lập giáo dục B, kết D xảy với người học C (trình độ học vấn/cấp lớp, độ tuổi, giới tính, dân tộc…)” 1.4 Kết trích xuất tổng hợp liệu hiệu ứng giáo dục STEM đến kết học tập học sinh phổ thơng 1.4.1 Trích xuất liệu Năm xuất nghiên cứu nằm khoảng từ 2010–2022, 38 nghiên cứu (76%) xuất từ 2018-2021 Có 31 nghiên cứu sử dụng phương pháp định lượng (thực nghiệm khảo sát) 16 nghiên cứu sử dụng phương pháp hỗn hợp Địa điểm tiến hành nghiên cứu Châu Âu Bắc Mỹ: 19 nghiên cứu (Mỹ: 18 nghiên cứu; Anh: nghiên cứu); khu vực Châu Á Thái Bình Dương: 14 nghiên cứu (Thái Lan: nghiên cứu; Trung Quốc: nghiên cứu; Malaysia: nghiên cứu; Indonesia: nghiên cứu; Đài Loan: nghiên cứu; Hồng Kông: nghiên cứu); Thổ Nhĩ Kỳ: 12 nghiên cứu; Israel: nghiên cứu; Úc: nghiên cứu Hoa Kỳ Thổ Nhĩ Kỳ hai quốc gia có số lượng nghiên cứu đưa vào đánh giá nhiều 16 14 12 10 Đồng Theo chủ đề Dựa vào dự Chương án trình giảng dạy chéo Cách tích hợp STEM Trường chuyên ngành Tập trung vào cộng đồng Hình 1.2 Phân loại nghiên cứu theo cách tiếp tích hợp STEM Tất 47 nghiên cứu lựa chọn phân loại vào sáu cách tích hợp giáo dục STEM, bao gồm: đồng (n = 14), theo chủ đề (n = 7), dựa dự án (n = 10), chương trình giảng dạy chéo (n = 12), trường chuyên ngành (n = 2), tập trung vào cộng đồng (n = 2) 1.4.2 Tổng hợp câu sinh thái hiệu ứng giáo dục STEM đến kết học tập học sinh phổ thông Tổng hợp câu sinh thái liên quan đến việc kiểm tra mối quan hệ liệu trích xuất để quan sát xem liệu can thiệp giáo dục STEM có tạo kết học tập giống hay khơng Dữ liệu trích xuất liên quan đến can thiệp STEM kết học tập học sinh quan sát để tìm hội tụ (convergence), bổ sung (complementarity) phân kỳ (divergence) Tổng cộng có 23 câu sinh thái tổng hợp Chúng phát triển từ tài liệu có, bao gồm 11 câu sinh thái đơn 12 câu sinh thái với chứng tích lũy nhiều mặt Khơng có khác biệt quan sát thấy câu sinh thái, cho thấy kết học tập học sinh diễn quán can thiệp STEM Mười câu sinh thái giáo dục STEM dựa vào đồng nhiều hoạt động STEM áp dụng môn khoa học Trong giáo dục STEM dựa vào chủ đề, hoạt động STEM dựa thiết kế kỹ thuật mơn khoa học thành tích học tập học sinh tiểu học THCS có mối quan hệ bật Trong giáo dục STEM dựa vào dự án, ba câu sinh thái tổng hợp từ mười nghiên cứu Kết cho thấy hoạt động học tập dựa dự án STEM môn khoa học tập trung vào việc cải thiện thành tích học tập kỹ tư bậc cao học sinh, hoạt động học tập dựa vào dự án STEM trường học tập trung vào quan tâm nghề nghiệp STEM học sinh Trong giáo dục STEM dựa vào chương trình giảng dạy chéo, ba câu sinh thái tổng hợp từ mười hai nghiên cứu Kết cho thấy thành tích học tập học sinh khơng xuất hoạt động STEM Cuối cùng, giáo dục STEM dựa vào trường chuyên ngành, câu sinh thái tổng hợp cho thấy chương trình giáo dục nghề nghiệp kỹ thuật có hiệu việc cải thiện thành tích học tập quan tâm nghề nghiệp STEM học sinh THPT 1.5 Hiệu ứng giáo dục STEM đến kết học tập học sinh phổ thông 1.5.1 Hiệu ứng giáo dục STEM dựa vào đồng đến kết học tập học sinh phổ thơng Có nhiều hoạt động STEM áp dụng môn khoa học giáo dục STEM sử dụng truy vấn dựa vào lập luận, Lab STEM, giáo dục STEM tích hợp Facebook liên ngành, chương trình giảng dạy blended-learning STEM, hoạt động STEM dựa mơ hình 5E, kết học tập liên quan chúng việc học tập học sinh diễn khác 1.5.2 Hiệu ứng STEM dựa vào chủ đề đến kết học tập học sinh phổ thông Các câu sinh thái giáo dục STEM dựa vào chủ đề cho thấy hội tụ bổ sung, qua khẳng định hoạt động STEM dựa thiết kế kỹ thuật hiệu để cải thiện kết học tập học sinh giáo dục khoa học 1.5.3 Hiệu ứng giáo dục STEM dựa vào dự án đến kết học tập học học sinh phổ thông Chúng quan sát thấy ba hoạt động STEM lên trình tổng hợp liệu Thứ nhất, khóa học Robotic định hướng STEM lớp học trại hè STEM có hiệu việc cải thiện thành tích động lực học tập học sinh THCS Thứ hai, hoạt động học tập dựa vào dự án STEM giảng dạy mơn tốn học khoa học có hiệu việc cải thiện thành tích học tập (thành tích tốn học kiến thức STEM) kỹ tư bậc cao (sáng tạo khoa học, kỹ giải vấn đề) học sinh tiểu học THCS Cuối cùng, STEM ngồi trường học thơng qua trải nghiệm học tập dựa vào dự án thực hành trại hè STEM khuôn viên trường đại học, Bitara-STEM Studio STEM có hiệu việc cải thiện quan tâm nghề nghiệp STEM học sinh THCS 1.5.4 Hiệu ứng giáo dục STEM dựa vào chương trình giảng dạy chéo đến kết học tập học sinh phổ thông Các hoạt động giáo dục STEM dựa vào chương trình giảng dạy chéo hiệu việc phát triển kỹ tư bậc cao, ngăn chặn suy giảm động lực quan tâm nghề nghiệp STEM học sinh 1.5.5 Hiệu ứng giáo dục STEM dựa vào trường chuyên ngành đến kết học tập học sinh phổ thông Việc thực hành kiến thức kỹ khoa học toán học bối cảnh lớp kỹ thuật trường THCS có lợi ích đáng kể cho quan tâm STEM thành tích học tập học sinh 1.5.6 Hiệu ứng giáo dục STEM tập trung vào cộng đồng đến kết học tập học sinh phổ thông Các trải nghiệm học tập dịch vụ STEM chương trình mùa hè STEM có hiệu để cải thiện động lực học tập quan tâm nghề nghiệp STEM học sinh THPT 1.6 Tình hình cập nhật nghiên cứu hiệu ứng giáo dục STEM đến kết học tập học sinh phổ thông Việt Nam Việt Nam nhiều quốc gia khác giới, tiếp cận giáo dục STEM đường để cải cách giáo dục phổ thông Tổng cộng có 15 tài liệu đáp ứng tiêu chí lựa chọn để đưa vào phân tích tổng quan hiệu ứng giáo dục STEM đến kết học tập học sinh phổ thông Việt Nam Trong có 01 luận án, 01 luận văn, 01 hội thảo 11 báo khoa học Có 13/15 tài liệu nghiên cứu xuất từ năm 2019 đến Điều cho thấy mối quan tâm giáo dục STEM nhà trường phổ thông tăng lên nhanh chóng chương trình giáo dục phổ thơng 2018 ban hành triển khai áp dụng Có 12/15 tài liệu dạng nghiên cứu thực nghiệm cho thấy vấn đề tìm kiếm giải pháp thực hành giáo dục STEM quan tâm mạnh mẽ Các kết chung từ nghiên cứu đồng ý giáo dục STEM có tác động tích cực đến kết học tập học sinh, bao gồm thành tích học tập, lực giải vấn đề sáng tạo, quan tâm hứng thú, kỹ kỷ 21 Trong đó, nghiên cứu hiệu giáo dục STEM đến lực giải vấn đề học sinh quan tâm mạnh mẽ kết khác (tổng số 9/15 nghiên cứu) Điều cho thấy cần phải tiếp tục có nghiên cứu thực nghiệm hiệu giáo dục STEM đến kết học tập khác học sinh, bao gồm thái độ/ quan tâm học tập, động lực học tập kỹ tư bậc cao 1.7 Kết luận chương Trong chương 1, hiệu ứng giáo dục STEM đến kết học tập học sinh phổ thông tổng hợp theo loại kết gồm thành tích học tập, động lực học tập, quan tâm STEM kỹ tư bậc cao Nhìn chung, kết báo cáo ủng hộ quan điểm giáo dục STEM thúc đẩy học sinh giải vấn đề giới thực khơi dậy quan tâm đến STEM học sinh Chúng có khả đóng góp vào phát triển kỹ tư bậc cao cải thiện động lực thành tích học tập học sinh mơn học STEM Do đó, giáo dục STEM cách tiếp cận hiệu để cải cách trình dạy học cách tạo mơi trường học tập tích cực liên ngành nhằm cải thiện kết học tập học sinh phổ thơng Tuy nhiên, tổng cộng có 10 23 câu sinh thái tổng hợp từ nghiên cứu có cho thấy kết học tập học sinh xảy khác cách tích hợp giáo dục STEM Bên cạnh đó, kết tổng quan cho thấy giáo dục STEM dựa vào đồng chủ đề hai loại sử dụng phổ biến giáo dục môn khoa học Dạy học môn khoa học theo định hướng giáo dục STEM thực chủ yếu thông qua mơ hình giảng dạy 5E, mơ hình lập luận Toulmin mơ hình thiết kế kỹ thuật Việc dạy học môn khoa học theo định hướng giáo dục STEM có tác động tích cực đến cải thiện kết học tập học sinh, bao gồm thành tích học tập, động lực học tập, quan tâm STEM kỹ tư bậc cao Tuy nhiên nay, chưa có nghiên cứu kiểm tra tác động dạy học môn khoa học theo định hướng giáo dục STEM đến nhiều loại kết học tập học sinh nghiên cứu Mặc khác, học giả tìm kiếm thêm ý tưởng mẻ cho dạy học môn khoa học theo định hướng giáo dục STEM nhằm cải thiện kết học tập học sinh 11 Chương 2: HIỆU ỨNG CỦA DẠY HỌC MÔN KHOA HỌC TỰ NHIÊN THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM DỰA VÀO MƠ HÌNH 5E KẾT HỢP VỚI LẬP LUẬN TOULMIN ĐẾN CÁC KẾT QUẢ HỌC TẬP CỦA HỌC SINH THCS 2.1 Đề xuất ý tưởng dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM cho học sinh THCS Kết nghiên cứu Chương cho thấy, dạy học môn khoa học theo định hướng giáo dục STEM thực chủ yếu thơng qua mơ hình giảng dạy 5E, mơ hình lập luận Toulmin mơ hình thiết kế kỹ thuật Giáo dục STEM dựa vào mơ hình 5E mơ hình thiết kế kỹ thuật mơ hình tiến trình sư phạm, mơ tả chuỗi hoạt động thực hành dọc theo trục thời gian học để học sinh giải vấn đề, STEM hỗ trợ lập luận Toulmin tập trung vào thảo luận/ lập luận nhằm kết nối tốt môn học STEM Điều đưa đến ý tưởng việc kết hợp giáo dục STEM dựa vào 5E với mơ hình lập luận Toulmin để cải thiện tất loại kết học tập học sinh môn khoa học 2.2 Khung khái niệm liên quan 2.2.1 Giáo dục STEM dựa vào mơ hình 5E (5E-based STEM education) Giáo dục STEM dựa vào mơ hình 5E (viết tắt là: 5E-STEM) định nghĩa "một quan điểm dạy học, giáo viên thiết kế thực học STEM cách sử dụng mơ hình giảng dạy 5E nhằm cho phép học sinh học trải nghiệm thực hành để chuyển kiến thức STEM vào giải vấn đề sống hàng ngày" Một học STEM dựa vào mơ hình 5E chia thành giai đoạn gồm: (1) Gắn kết, (2) Khám phá, (3) Giải thích, (4) Củng cố (5) Đánh giá 2.2.2 Giáo dục STEM dựa vào lập luận Toulmin (Toulmin's argumentation-based STEM education) Giáo dục STEM dựa vào lập luận Toulmin định nghĩa "một quan điểm dạy học, giáo viên thiết kế thực dạy học nội dung STEM cách sử dụng mô hình lập luận Toulmin nhằm cho phép học sinh biện minh cho ý tưởng giải pháp thiết kế kỹ thuật dựa chứng thu thơng qua hoạt động thí nghiệm" 2.2.3 Dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mơ hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin Từ phân tích khái niệm giáo dục STEM, giáo dục STEM dựa vào mơ hình 5E, giáo dục STEM dựa vào lập luận Toulmin, luận án hiểu: Dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mơ hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin cách tiếp cận dạy học môn khoa học theo quan điểm giáo dục STEM, giáo viên thiết kế thực học STEM theo tiến trình mơ hình giảng dạy 5E nhằm cho phép học sinh học trải nghiệm thực hành để giải vấn đề giới thực, đồng thời trải nghiệm thực hành hỗ trợ lập luận Toulmin nhằm cho phép học sinh biện minh cho ý tưởng giải pháp thiết kế kỹ thuật dựa chứng thu được" 2.3 Tại nên dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mơ hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin 12 Mơ hình giảng dạy 5E, khuôn khổ cho hướng dẫn truy vấn (guided-inquiry), biết đến mơ hình sư phạm hiệu sử dụng phổ biến khóa học khoa học theo định hướng STEM, thường gọi lại STEM dựa 5E (5Ebased STEM, viết tắt 5E-STEM) Tuy nhiên, mơ hình giảng dạy 5E khơng giải thích rõ cách mơn học STEM riêng lẻ tích hợp giai đoạn hoạt động Trong bối cảnh này, câu hỏi đặt 'làm để học sinh tiếp thu kiến thức STEM cách hiệu giai đoạn thực hành 5E-STEM' Một cách hiệu để tăng tính kết nối liên mơn mơn học STEM sử dụng mơ hình lập luận Toulmin học tập khoa học Mơ hình lập luận Toulmin ủng hộ mạnh mẽ việc thu hút học sinh tham gia phát triển lập luận giải vấn đề cách sử dụng thảo luận mơn học STEM [133] Học sinh tích hợp nội dung từ bốn môn học STEM họ biện minh cho ý tưởng giải pháp thiết kế kỹ thuật Do đó, ý tưởng việc kết hợp giáo dục STEM kết hợp với lập luận Toulmin 5E-STEM, đặt tên mơ hình 5E-STEM dựa vào lập luận (Argumentation-supported 5E-STEM, viết tắt A-5ESTEM), áp dụng mơn khoa học để nâng cao kết học tập học sinh 2.4 Khung lý thuyết hiệu ứng dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mơ hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin đến kết học tập học sinh 2.4.1 Hiệu ứng dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mơ hình 5E đến kết học tập học sinh Bằng chứng từ nghiên cứu có cơng nhận dạy học khoa học theo định hướng giáo dục 5E-STEM có tác động tích cực đến thành tích học tập, động lực học tập, quan tâm học tập kỹ tư bậc cao (tư phản biện kỹ suy luận, sáng tạo ) học sinh K-12 Tuy nhiên, chúng tơi chưa tìm thấy nghiên cứu dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục 5E-STEM mà nhiều loại kết học tập kiểm tra trực tiếp nghiên cứu 2.4.2 Tiến trình dạy học mơn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào sử dụng mơ hình 5E Mơ hình giảng dạy 5E mơ hình giảng dạy dựa vào tìm tòi để cấu trúc học STEM xoay quanh chu trình thực hành khám phá qua chữ E gồm: gắn kết (Engage), khám phá (Explore), giải thích (Explain), củng cố (Elaborate) đánh giá (Evaluate) Trong suốt học STEM, học sinh di chuyển qua pha chữ E, kết thúc việc đánh giá họ làm nhận liên kết đến khái niệm mục tiêu học 2.4.3 Hiệu ứng dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào lập luận Toulmin đến kết học tập học sinh Khi xem xét tài liệu liên quan, người ta thấy mơ hình STEM dựa vào lập luận Toulmin sử dụng để nâng cao thành tích học tập, phát triển kỹ tư bậc cao (tư phản xạ, kỹ giải vấn đề, sáng tạo ), thúc đẩy quan tâm động lực học tập học sinh trung học mơn khoa học 2.4.4 Tích hợp mơn học STEM vào mơ hình lập luận Toulmin 13 Gülen Yaman (2019) phát triển mô hình giải thích tích hợp mơn học STEM vào mơ hình lập luận Toulmin Mơ hình lập luận Toulmin giáo dục STEM thể Hình 2.2 Hình 2.2 Mơ hình lập luận Toulmin giáo dục STEM Các yếu tố lập luận Toulmin giáo dục STEM: - Tuyên bố (Claim): Ý kiến giải thích cho ý tưởng giải pháp vấn đề giới thực STEM - Dữ liệu (Data): Các kiện quan sát thực tế hỗ trợ tuyên bố - Sự bảo đảm (Reason/Warrant): Những lý liên kết kiện với tuyên bố Chúng hỗ trợ ví dụ đưa hàng ngày - Đủ điều kiện (Qualifier): Các điều kiện để tuyên bố hợp lệ Có nghĩa rằng, tun bố khơng số trường hợp - Từ chối (Rejective): Các điều kiện để tuyên bố không hợp lệ Một thừa nhận quan điểm hợp lệ khác cho tình Ba yếu tố gồm: tuyên bố, cứ/dữ liệu bảo đảm, coi thành phần thiết yếu lập luận thực hành, yếu tố lại gồm đủ điều kiện từ chối, khơng cần thiết số lập luận Các chứng thực tế để xác nhận tuyên bố đủ điều kiện hợp lệ bị từ chối đến từ khía cạnh STEM đây: - Bằng chứng công nghệ: Là chứng từ việc sử dụng cơng cụ, máy móc, thiết bị chế tạo sản phẩm - Bằng chứng kỹ thuật: Là chứng từ việc thiết kế sản phẩm xây dựng lập kế hoạch với cơng nghệ có - Bằng chứng tốn: Là ví dụ/ ứng dụng mơ hình tốn trình để giải vấn đề - Bằng chứng hoa học: Là liệu kiện quan sát khóa học tất yếu tố mô tả 2.4.5 Luận giải cho việc dạy học môn Khoa học tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mơ hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin 14 Với ý tưởng dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM, hoạt động 5E-STEM dẫn dắt học sinh thông qua giai đoạn học tập "E" giải vấn đề giới thực học khoa học, mơ hình lập luận Toulmin cung cấp lập luận để phát triển kiến thức STEM giai đoạn chu trình 5E Mơ hình lập luận Toulmin có vai trị tạo cấu trúc chiều ngang giai đoạn chữ E nhằm bổ sung, chứng minh lực đọc, viết nói lập luận dựa chứng hiểu biết lĩnh vực khoa học, cơng nghệ, kỹ thuật tốn học sinh Sự kết hợp mơ hình giảng dạy 5E lập luận Toulmin học khoa học theo định hướng giáo dục STEM hình dung Hình 2.3 Hình 2.3 Sự kết hợp mơ hình giảng dạy 5E lập luận Toulmin học STEM 2.5 Tiến trình thiết kế dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mơ hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin cho học sinh THCS 2.5.1 Các nguyên tắc dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mơ hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin Nguyên tắc - Tích hợp nội dung STEM Nguyên tắc - Học tập lấy vấn đề làm trung tâm Nguyên tắc - Học tập dựa tìm tịi/truy vấn Ngun tắc - Học tập dựa thiết kế Nguyên tắc - Học tập hợp tác học tập cộng tác 2.5.2 Yêu cầu sở vật chất dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mơ hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin Cơ sở vật chất yếu tố quan trọng định chất lượng hoạt động giáo dục STEM Hệ thống sở vật chất giáo dục STEM hiểu phịng Lab STEM, tài liệu học tập, phương tiện trực quan, thiết bị thí nghiệm 2.5.3 Tiến trình thiết kế dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mơ hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin Dựa hướng dẫn Bybee (2019) [134], chúng tơi phát triển ba bước cơng việc cần tiến hành để thiết kế học Khoa học Tự nhiên theo mơ hình A-5E-STEM Có thể hình dung tiến trình thiết kế dạy học Hình 2.5 15 Hình 2.5 Tiến trình thiết kế dạy học môn Khoa học tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM Mơ tả chi tiết tiến trình thiết kế dạy học: Bước 1: Xác định tình dựa vấn đề đích thực làm tảng cho học Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM Bước 2: Thiết kế nội dung theo trình tự giảng dạy 5E kết hợp với lập luận Toulmin Bước 3: Thiết kế cách tổ chức trải nghiệm thực hành học sinh theo trình tự giảng dạy 5E kết hợp với lập luận Toulmin 2.6 Bối cảnh thực tiễn cho phép thực dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng A-5E-STEM cho sinh THCS Thành phố Hà Nội 2.6.1 Từ góc độ sách thúc đẩy giáo dục STEM Giáo dục STEM nói chung dạy học theo định hướng giáo dục STEM trở thành ưu tiên hàng đầu Việt Nam nhằm cải thiện chất lượng giáo dục Quan điểm giáo dục STEM thực hóa văn chỉnh đạo Đảng, Chính phủ, Bộ ngành địa phương Năm 2017, Chỉ thị số 16/CT-TTg Thủ tưởng Chính phủ nêu rõ giải pháp “cần tập trung vào thúc đẩy đào tạo khoa học, công nghệ, kĩ thuật tốn học (STEM) chương trình giáo dục phổ thơng” Trong Chương trình Giáo dục Phổ thơng 2018 ban thành theo Thông tư 32/2018/TT-BGDĐT, thuật ngữ STEM lặp lại nhiều lần để nhấn mạnh việc thực giáo dục STEM thơng qua mơn Tốn học, Khoa học tự nhiên, Công nghệ, Tin học Tại Thành phố Hà Nội, Sở Giáo dục Đào tạo ban thành nhiều văn hướng dẫn nhà trường trung học áp dụng giáo dục STEM nhằm cải thiện chất lượng giảng dạy Theo đó, nhà trường/ tổ nhóm chuyên môn lựa chọn nội dung kiến thức Chương trình 16 giáo dục phổ thơng hành xây dựng học theo định hướng giáo dục STEM Các học STEM chủ đề/ học theo định hướng giáo dục STEM xây dựng cho số học trường phù hợp với chương trình nguồn lực có; học/ dự án STEM ngoại khóa 2.6.2 Từ góc độ chương trình mơn Khoa học Tự nhiên Trong Chương trình Giáo dục Phổ thông 2018, môn Khoa học tự nhiên môn học bắt buộc, dạy trung học sở Bản thân khoa học tự nhiên khoa học thực nghiệm nên hình thức thực hành, thí nghiệm phịng thực hành, thực địa sở sản xuất có vai trị, ý nghĩa quan trọng thuận lợi cho việc áp dụng hoạt động STEM theo hướng học qua làm Về phương pháp dạy học, giáo viên cần kết hợp giáo dục STEM dạy học nhằm phát triển cho học sinh khả tích hợp kiến thức, kĩ lĩnh vực khoa học tự nhiên, công nghệ, kĩ thuật, tốn vào giải số tình thực tiễn Do đó, Khoa học Tự nhiên môn học độc lập, chất nó, với chủ chương xây dựng chương trình hướng dẫn thực chương trình nhấn mạnh tầm quan trọng dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM Ý tưởng áp dụng mơ hình A-5E-STEM luận án góp phần trực tiếp thực chủ trương Từ năm học 2021-2022, học sinh lớp nước học theo sách giáo khoa Do đó, luận án lựa chọn môn Khoa học Tự nhiên lớp để tiến hành thực nghiệm sư phạm 2.7 Kết luận chương Đầu tiên, luận án tổng hợp khái niệm có liên quan trực tiếp đến đề tài bao gồm giáo dục STEM dựa vào mơ hình 5E, giáo dục STEM dựa vào lập luận Toulmin, dạy học môn khoa học theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mơ hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin Thứ hai, luận án đưa biện minh cho lý tạo nên dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mơ hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin Từ đó, luận giải chi tiết cho kết hợp mơ hình 5E-STEM lập luận Toulmin dạy học môn Khoa học Tự nhiên Tổng hợp nghiên cứu có để làm rõ hiệu ứng dạy học Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mơ hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin đến kết học tập học sinh bao gồm thành tích học tập, động lực học tập, quan tâm STEM kỹ tư bậc cao học sinh Thứ ba, luận án phân tích sở pháp lý cấu trúc chương trình giáo dục phổ thông 2018 mà hỗ trợ, cho phép thực dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mơ hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin cho học sinh THCS Thành phố Hà Nội Qua co thể thấy việc thực dạy học môn khoa học theo định hướng giáo dục A-5E-STEM phù hợp với thực tiễn dạy học môn Khoa học Tự nhiên trường, bám sát học chương trình hành, khơng địi thay đổi việc cấu trúc lại chương trình giảng dạy, khả thi để áp dụng rộng rãi trường Nó cho phép tận dụng điểm mạnh nhà trường để thực dạy học môn khoa học theo định hướng giáo dục STEM, chẳng hạn phịng Lab thí nghiệm, đội ngũ giáo viên , tăng cường trải nghiệm thực hành học sinh, mà khơng địi hỏi phối hợp doanh nghiệp, cộng đồng với chi phí đắt đỏ 17 Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 3.1 Mục đích, câu hỏi giả thuyết nghiên cứu thực nghiệm 3.1.1 Mục đích thực nghiệm Mục đích thực nghiệm để kiểm tra hiệu ứng dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mơ hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin đến kết học tập học sinh THCS Cụ thể hơn, xem xét khác biệt thành tích học tập, động lực học tập, quan tâm học tập kỹ tư bậc cao học sinh THCS dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM, giáo dục 5ESTEM phương pháp giáo khoa thông thường 3.1.2 Các câu hỏi nghiên cứu thực nghiệm Câu hỏi 1: Thành tích học tập học sinh khác dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM, 5E-STEM phương pháp giáo khoa thông thường? Câu hỏi 2: Động lực học tập học sinh khác dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM, 5E-STEM phương pháp giáo khoa thông thường? Câu hỏi 3: Sự quan tâm học tập học sinh khác dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM, 5E-STEM phương pháp giáo khoa thông thường? Câu hỏi 4: Các kỹ tư bậc cao học sinh khác dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM, 5E-STEM phương pháp giáo khoa thông thường? 3.2 Thiết kế phương pháp thực nghiệm Các thực nghiệm đích thực ln địi hỏi học sinh lựa chọn ngẫu nhiên tổng thể học sinh phân bổ ngẫu nhiên vào nhóm thực nghiệm đối chứng Tuy nhiên, quy định hành trường yêu cầu cần phải trì tổ chức theo lớp hành Điều có nghĩa rằng, thực nghiên cứu bán thực nghiệm tình Do đó, luận án nghiên cứu bán thử nghiệm với thiết kế nhóm khơng tương đương kiểm tra sau (semi-experimental study with post-test only non-equivalent groups design) Bài học “Tách chất khỏi hỗn hợp” môn Khoa học Tự nhiên lớp thiết kế theo định hướng giáo dục A-5E-STEM 5E-STEM Nhóm thử nghiệm dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM, nhóm thử nghiệm thứ hai dạy học mơn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục 5E-STEM nhóm đối chứng dạy phương pháp giáo khoa thông thường Học sinh lớp thực nghiệm chia thành nhóm nhỏ (mỗi nhóm học sinh) giải vấn đề phịng thí nghiệm (Lab); lớp đối chứng nhận phương pháp giáo khoa thông thường thông qua đọc, nghe thảo luận liên quan đến đơn vị “Tách chất khỏi hỗn hợp” sách giáo khoa Cả ba lớp dạy giáo viên thời lượng vào tháng 11 năm 2022 Một kiểm tra sau (post-test) sử dụng để thu thập liệu thành tích học tập bảng câu hỏi 18 sử dụng để thu thập liệu động lực học tập, hứng thú học tập kỹ tư bậc cao học sinh THCS môn khoa học 3.3 Kết thực nghiệm 3.3.1 Trả lời Câu hỏi 1: Thành tích học tập học sinh khác dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM, 5E-STEM phương pháp giáo khoa thông thường? Việc dạy môn khoa học theo định hướng giáo dục 5E-STEM làm tăng đáng kể trung bình quan sát thành tích học tập học sinh so sánh với việc dạy theo phương pháp giáo khoa thông thường (mean difference = 1.6625, p = 0.00 [< 0.05] , 95%CI = 0.927÷2.398 ) Khi mơ hình lập luận kết hợp với mơ hình 5E-STEM, mơ hình "A-5E-STEM" tăng thêm giá trị trung bình quan sát thành tích học tập học sinh so sánh với việc dạy học sử dụng 5E-STEM (mean difference = 0.8125, p = 0.031 [< 0.05], KTC 95% = 0.077÷1.548) Như vậy, dạy học khoa học theo định hướng giáo dục A-5E-STEM có hiệu ứng tích cực đến kết học tập học sinh THCS môn khoa học 3.3.2 Trả lời Câu hỏi 2: Động lực học tập học sinh khác dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM, 5E-STEM phương pháp giáo khoa thông thường? Dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM thực mang lại hiệu việc phát triển phù hợp, tự tin hài lòng động lực học tập học sinh, điều mà dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục 5E-STEM không làm 3.3.3 Trả lời Câu hỏi 3: Sự quan tâm học tập học sinh khác dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM, 5E-STEM phương pháp giáo khoa thông thường? Các trung bình quan sát quan tâm học tập học sinh ba nhóm dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM, 5E-STEM phương pháp giáo khoa thông thường khác Cụ thể hơn, tất trung bình quan sát quan tâm học tập học sinh nhóm 6A3 (với A-5E-STEM) lớn so với nhóm 6A4 (với 5E-STEM) nhóm 6A4 lớn so với nhóm 6A11 (với phương pháp giáo khoa thông thường) Như vậy, dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5ESTEM thực hiệu việc phát triển khía cạnh quan tâm học tập học sinh bao gồm ý nhận thức, cảm xúc học tập hoạt động tư môn khoa học 3.3.4 Trả lời Câu hỏi 4: Các kỹ tư bậc cao học sinh khác dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM, 5ESTEM phương pháp giáo khoa thông thường? Các trung bình quan sát kỹ tư bậc cao học sinh ba nhóm dạy học mơn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM, 5E-STEM phương pháp giáo khoa thông thường khác Cụ thể hơn, tất trung bình quan sát kỹ tư bậc cao học sinh nhóm 6A3 (với A-5E-STEM) cao so với nhóm 6A4 (với 5E-STEM) nhóm 6A4 lớn so với nhóm 6A11 (với phương pháp giáo khoa thơng thường) Như vậy, dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo 19 định hướng giáo dục A-5E-STEM thực hiệu việc phát triển khía cạnh kỹ tư bậc cao học sinh bao gồm xu hướng hợp tác, nhận thức tư phê phán xu hướng giải vấn đề môn khoa học 3.4 Thảo luận kết thực nghiệm Nghiên cứu thực nghiệm đạt mục đích đề kiểm tra khác biệt thành tích học tập, động học tập, hứng thú học tập kỹ tư bậc cao học sinh THCS dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM, 5ESTEM phương pháp giáo khoa thông thường Kết tổng thể cho thấy việc dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM thực hiệu việc nâng cao tất kết học tập học sinh THCS mơn khoa học Kết tích cực mơ hình A-5E-STEM kết hợp ưu điểm 5E-STEM mơ hình STEM dựa vào lập luận Toulmin Trong dạy môn khoa học theo định hướng giáo dục 5E-STEM hướng dẫn học sinh loạt trải nghiệm thực tế để giải vấn đề giới thực, mơ hình STEM dựa vào lập luận Toulmin giúp học sinh tích hợp nội dung từ tất môn học STEM để chứng minh kỹ thuật tốt ý tưởng thiết kế giải pháp Ngoài ra, nghiên cứu tài liệu liên quan, người ta thấy mô hình 5ESTEM mơ hình STEM hỗ trợ lập luận có tác động tích cực việc nâng cao thành tích học tập, động lực, quan tâm kỹ tư bậc cao học sinh phổ thơng mơn khoa học Vì vậy, đồng ý kết hợp 5E-STEM STEM dựa vào lập luận Toulmin ý tưởng tốt để cải thiện kết học tập học sinh THCS môn khoa học 3.5 Kết luận chương Nghiên cứu thực nghiệm hồn thành mục đích nghiên cứu nêu Theo hiểu biết chúng tôi, ý tưởng dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5ESTEM cách tiếp cận chưa thấy nghiên cứu trước Kết đạt từ việc dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM giáo dục 5E-STEM nhóm thực nghiệm, chúng tơi nói hiệu ứng việc dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM đến kết học tập học sinh vượt trội đáng kể so với 5E-STEM phương pháp giáo khoa thông thường Ý nghĩa quan trọng thực tiễn xác định nghiên cứu việc dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM hiệu so với việc sử dụng mô hình 5E-STEM để cải thiện kết học tập học sinh THCS Nói cách khác, giáo viên nên dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5ESTEM thay sử dụng mơ hình 5E-STEM mơn khoa học Vì vậy, việc dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM cần triển khai rộng rãi chương trình dạy khoa học để nâng cao kết học tập học sinh THCS 20 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Kết luận Nghiên cứu tổng quan tài liệu giáo dục STEM cho học sinh phổ thông cho thấy có nhiều phương pháp tiếp cận tích hợp khác để tạo học STEM tùy thuộc vào mục đích nó, tiếp cận chương trình đồng bộ, chuyên đề, dựa vào dự án, chương trình giảng dạy chéo, trường chuyên ngành, chương trình tập trung vào cộng đồng Một hiểu biết rộng sâu hiệu phương pháp tiếp cận tích hợp STEM khác đến kết học tập học sinh giải thơng qua phương pháp tổng quan có hệ thống sử dụng tam giác sinh thái Các nghiên cứu tìm thấy xuất từ năm 2010 đến năm 2022 truy cập cách sử dụng sở liệu Scopus, ERIC Google Scholar Kết tìm kiếm tổng quan tài liệu có hệ thống hoàn thành hai tháng từ tháng năm 2022 đến tháng năm 2022, 47 nghiên cứu đủ điều kiện để đưa vào kiểm tra hiệu giáo dục STEM kết học tập học sinh Các phát cho thấy rằng, nhìn chung, báo cáo ủng hộ quan điểm giáo dục STEM thúc đẩy học sinh giải vấn đề giới thực khơi dậy quan tâm đến STEM học sinh, phát triển kỹ tư bậc cao cải thiện động lực thành tích học tập học sinh Tuy nhiên, tổng cộng có 23 câu sinh thái tổng hợp từ nghiên cứu có cho thấy kết học tập học sinh xảy khác cách tích hợp giáo dục STEM Do đó, giáo viên STEM nên xem xét cẩn thận mục tiêu học STEM họ chọn hoạt động STEM phù hợp với mục tiêu đáp ứng nhu cầu học sinh Ngoài ra, kết phân tích tổng quan gợi lên ý tưởng việc kết hợp giáo dục STEM dựa vào 5E với mơ hình lập luận Toulmin để cải thiện tất loại kết học tập học sinh mơn khoa học Nó phù hợp với bối cảnh giáo dục STEM Việt Nam mà phần lớn nghiên cứu sử dụng mơ hình 5E mơ hình tiến trình sư phạm cho thiết kế học STEM Xuất phát từ vấn đề nghiên cứu lựa chọn sau phân tích tổng quan, luận án đưa biện minh cho lý tạo nên kết hợp giáo dục STEM dựa vào mơ hình 5E lập luận Toulmin dạy học mơn Khoa học Tự nhiên Từ đó, luận giải chi tiết dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mơ hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin Tổng hợp nghiên cứu có để làm rõ hiệu ứng dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mơ hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin đến kết học tập học sinh bao gồm thành tích học tập, động lực học tập, quan tâm STEM kỹ tư bậc cao học sinh Sự kết hợp mơ hình 5E-STEM lập luận Toulmin dạy học khoa học kỳ vọng cải thiện kết học tập học sinh Từ đó, luận án thiết kế chủ đề “Tách chất khỏi hỗn hợp” môn Khoa học Tự nhiên lớp theo định hướng giáo dục A-5E-STEM Một nghiên cứu bán thực nghiệm tiến hành để kiểm tra hiệu dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM với 120 học sinh lớp từ lớp chọn Những phát từ phân tích thống kê cho thấy việc dạy học môn Khoa học Tự nhiên lớp theo định hướng giáo dục A-5E-STEM nâng cao thành tích học tập, động lực học tập, quan tâm học tập kỹ tư bậc cao học sinh Hay nói khác đi, dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM hiệu 21 mơ hình 5E-STEM việc nâng cao kết học tập học sinh so sánh với chương trình dạy học hành theo phương pháp giáo khoa thông thường Kết khuyến nghị giáo viên nên dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM thay sử dụng mơ hình 5E-STEM môn khoa học Khuyến nghị 2.1 Đối với Sở Giáo dục Đào tạo - Nhất quán chủ trương thúc đẩy dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM cách thực hiệu để nâng cao chất lượng giảng dạy môn học STEM trường trung học - Ban hành sách thúc đẩy thực giáo dục STEM trường trung học 2.2 Đối với trường trung học sở - Ban giám hiệu nhà trường cần khuyến khích cung cấp nguồn lực, tạo linh hoạt phân phối chương trình giảng dạy phép giáo viên áp dụng dạy học theo định hướng giáo dục STEM - Tập huấn cho đội ngũ giáo viên dạy học theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mơ hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin - Việc dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM chương trình STEM khác ln địi hỏi thời gian nỗ lực giáo viên, phần thời gian phải nằm làm việc trường Do đó, ban giám hiệu cần xếp thời gian không gian rõ ràng cho giáo viên làm việc phối hợp để tạo học STEM có chất lượng 3.3 Đối với giáo viên mơn Khoa học Tự nhiên Tích cực thiết kế dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM thay sử dụng mơ hình 5E-STEM nhằm cải thiện kết học tập học sinh Chủ động đề xuất, chia sẻ ý tưởng sáng tạo thiết kế thực dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM 22 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN [1] Lê Hồng Chung, Nguyễn Văn Hạnh Hiệu giáo dục STEM đến kết học tập học sinh phổ thông: Một đánh giá tường thuật Kỷ yếu Hội thảo khoa học Giáo dục Kỹ thuật Giáo dục Nghề nghiệp Kỷ nguyên số, 232-239, 2022 [2] V T Ha, L H Chung, N V Hanh, and B M Hai, “Teaching Science Using Argumentation-Supported 5E-STEM, 5E-STEM, and Conventional Didactic Methods: Differences in the Learning Outcomes of Middle School Students,” Education Sciences, vol 13, no 3, p 247, Feb 2023, https://doi.org/10.3390/educsci13030247 (ISI Q1, IF = 1.46; Scopus Q2, IF = 4.0) [3] Le, H.C., Nguyen, V.H., and Nguyen, T.L Integrated STEM Approaches and Associated Outcomes of K-12 Student Learning: A Systematic Review Educ Sci 2023, 13, 297 https://doi.org/10.3390/educsci13030297 (ISI Q1, IF = 1.46; Scopus Q2, IF = 4.0) 23