skkn khoa học tự nhiên thcs

Xuất phát từ chỉ thị của Bộ Giáo dục và Đào tạo Theo chỉ thị số 16/CT-TTg 04/5/2017 của Thủ Tướng Chính Phủ, đã nêu rõ giải pháp thứ năm để Việt Nam bắt nhịp tốt với cuộc cách mạng công

1

I ĐIỀU KIỆN HOÀN CẢNH TẠO SÁNG KIẾN

1 Xuất phát từ cuộc cách mạng công nghiệp 4.0

Trong diễn đàn kinh tế thế giới tại Dovos tháng 1/2015, thủ tướng Đức Angela Merkel có nhắc đến cách mạng công nghiệp lần thứ tư đang tác động mạnh mẽ trên nhiều lĩnh vực và nhiều quốc gia Trong đó các phát minh về sự phát triển nhảy vọt trong các lĩnh vực như: internet vạn vật (IOT), trí tuệ nhân tạo (AI), thực tế ảo (VR), tương tác thực tế ảo tăng cường (AR), mạng xã hội (social network), di động (mobile), phân tích dữ liệu lớn (analytics of big data) và điện toán đám mây (cloud computing) (viết tắt thành SMAC) để chuyển hóa phần lớn thông tin thế giới thực thành thế giới số Trong tương lai nhiều việc làm chân tay sẽ không còn nữa, được thay thế bằng robot, nhưng cũng sẽ có ngành nghề mới ra đời mà chúng ta vẫn chưa hình dung hết được, chẳng hạn như nghề bác sĩ cho robot, nghề quản lý các thiết bị bay không người lái, nghề quản trị và tư vấn dùng thuốc cho cá nhân qua thiết bị di động, nghề tư vấn sức khỏe và hành vi con người với các thiết bị điện tử Trong đó, ngành công nghiệp chế tạo vẫn tiếp tục đóng vai trò chủ đạo cho sự phát triển kinh tế của toàn cầu Hơn 90% các đầu tư trong lĩnh vực nghiên cứu và phát triển nằm ở lĩnh vực chế tạo Dự kiến 15 năm tới, mức tiêu thụ hàng hóa toàn cầu sẽ tăng gấp đôi, đạt 64 nghìn tỉ USD, dẫn đến nhu cầu về hàng hóa và dịch vụ ngày càng cao Xuất phát từ những thay đổi trong nền kinh tế, các kỹ năng của người lao động cũng đòi hỏi phải thay đổi để đáp ứng cho phù hợp

Trong xu hướng của cách mạng công nghiệp 4.0, nguồn lao động chất lượng cao không chỉ cần có kiến thức chuyên ngành mà đòi hỏi có sự hiểu biết của liên ngành Ngoài ra các kỹ năng sử dụng kiến thức để giải quyết vấn đề, tạo sản phẩm sáng tạo và làm việc nhóm ngày càng được đề cao Trong khi đó, ảnh hưởng của khoa học công nghệ, đặc biết công nghệ thông tin dần chiếm ưu thế trên mọi mặt của đời sống Giáo dục STEM là một hướng tiếp cận mới giúp trang bị cho học sinh những kiến thức cần thiết cần thiết liên quan đến 4 lĩnh vực là khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán Các kiến thức và kỹ năng này gọi

2

là năng lực STEM (STEM literacy) Điểm nổi bật của STEM là kết nối, liên hệ thông tin giữa các lĩnh vực vào trong cuộc sống

2 Xuất phát từ công nghệ AI của hiện tại và tương lai

Theo dòng chảy của cuộc cách mạng 4.0, trí tuệ nhân tạo ngày càng được phổ biến và ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của cuộc sống, mặc dù được John McCarthy – nhà khoa học máy tính người Mỹ đề cập lần đầu tiên vào những năm 1950 nhưng đến ngày nay thuật ngữ trí tuệ nhân tạo mới thực sự được biết đến rộng rãi và được các “ông lớn” của làng công nghệ chạy đua phát triển

AI là công nghệ sử dụng đến kỹ thuật số có khả năng thực hiện những nhiệm vụ mà bình thường phải cần tới trí thông minh của con người, được xem là phổ biến nhất Đặc trưng của công nghệ AI là năng lực “tự học” của máy tính, do đó có thể tự phán đoán, phân tích trước các dữ liệu mới mà không cần sự hỗ trợ của con người, đồng thời có khả năng xử lý dữ liệu với số lượng rất lớn và tốc độ cao Hiện mỗi ngày trên toàn cầu có khoảng 2,2 tỷ Gb dữ liệu mới (tương đương 165.000 tỷ trang tài liệu) được tạo ra và được các công ty như Google, Twitter, Facebook, Amazon, Baidu, Weibo, Tencent hay Alibaba thu thập để tạo thành “dữ liệu lớn” (big data) Trí tuệ nhân tạo là một lĩnh vực liên quan đến chuyên ngành khoa học máy tính và công nghệ thông tin, bản chất của trí tuệ nhân tạo vẫn do con người làm ra, họ xây dựng các thuật toán, lập trình bằng các công cụ phần mềm công nghệ thông tin, giúp các máy tính có thể tự động xử lý các hành vi thông minh như con người

Trí tuệ nhân tạo có khả năng tự thích nghi, tự học và tự phát triển, tự đưa ra các lập luận để giải quyết vấn đề, có thể giao tiếp như người…tất cả là do AI được cài một cơ sở dữ liệu lớn, được lập trình trên cơ sở dữ liệu đó và tái lập trình trên cơ sở dữ liệu mới sinh ra Cứ như vậy cấu trúc của AI luôn luôn thay đổi và thích nghi trong điều kiện và hoàn cảnh mới Dự báo đến năm 2030 của công ty kiểm toán và tư vấn tài chính PwC, GDP toàn cầu có thể tăng trưởng thêm 14% từ sự hỗ trợ của trí tuệ nhân tạo, AI đã xuất hiện trong nhiều ngành,

3

từ cung cấp dịch vụ mua sắm ảo và ngân hàng trực tuyến đến giảm chi phí đầu tư trong sản xuất và hợp lý hóa chẩn đoán trong chăm sóc sức khỏe AI đã thúc đẩy hầu hết các ngành công nghiệp tiến lên và thay đổi cuộc sống của nhiều người

Chính vì vậy con người ngày càng phải chiếm lĩnh tri thức và công nghệ để làm chủ công nghệ AI, để công nghệ AI như một công cụ hỗ trợ cho con người Vậy nên giáo dục hiện nay đang đứng dưới những thách thức vô cùng to lớn, làm sao để người học trong quá trình học tập của mình hình thành và phát triển được phương pháp nghiên cứu khoa học, kĩ thuật để sáng tạo và làm chủ mọi công nghệ mới nhất của hiện tại và tương lai

3 Xuất phát từ chỉ thị của Bộ Giáo dục và Đào tạo

Theo chỉ thị số 16/CT-TTg 04/5/2017 của Thủ Tướng Chính Phủ, đã nêu rõ giải pháp thứ năm để Việt Nam bắt nhịp tốt với cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4: “Thay đổi mạnh mẽ các chính sách, nội dung, phương pháp giáo dục và dạy nghề nhằm tạo ra nguồn nhân lực có khả năng tiếp nhận các xu thế công nghệ sản xuất mới, trong đó cần tập trung vào thúc đẩy đào tạo về khoa học,

công nghệ, kỹ thuật và toán học (STEM), ngoại ngữ, tin học trong chương trình

giáo dục phổ thông; đẩy mạnh tự chủ đại học, dạy nghề; thí điểm quy định về đào tạo nghề, đào tạo đại học đối với một số ngành đặc thù Biến thách thức dân số cùng giá trị dân số vàng thành lợi thế trong hội nhập và phân công lao động quốc tế.”

Tiếp tục triển khai thực hiện Chỉ thị số 16/CT-TTg ngày 04/5/2017 của Thủ tướng Chính phủ về việc tăng cường năng lực tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, công văn số 3089/BGDĐT-GDTr ngày 14/8/2020 của Bộ Giáo dục và Đào tạo về việc triển khai thực hiện giáo dục STEM trong giáo dục trung học, đã nêu rõ: “Tăng cường áp dụng giáo dục STEM trong giáo dục trung học nhằm giúp phần thực hiện mục tiêu của Chương trình giáo dục phổ thông năm 2018.”

4

Là một giáo viên THCS, tôi tự nhận thấy mình cần phải thay đổi và tiếp nhận phương thức giáo dục tiên tiến mà nhiều nước phát triển đang áp dụng, giáo dục STEM Chính vì vậy, trong tôi luôn thôi thúc tìm hiểu, nghiên cứu và áp dụng giáo dục STEM vào môn học của mình một cách hiệu quả nhất, để góp phần nhỏ bé của mình trong công cuộc Giáo dục của Nước nhà

4 Xuất phát từ định hướng nghề nghiệp cấp THCS

Hướng nghiệp được hiểu theo nghĩa rộng là giúp học sinh tìm hiểu được các ngành nghề trong tương lai và thấy được đam mê cũng như năng lực mình phù hợp với ngành nghề đó Do đó, hướng nghiệp là một quá trình lâu dài không thể tổ chức thành 1 buổi vào cuối cấp, mà phải gắn liền và xuyên suốt trong chương trình học phổ thông, để học sinh có điều kiện tìm hiểu toàn diện và đa dạng các lĩnh vực, cũng như có được nhiều cơ hội hình thành sở thích và thể hiện được năng lực của bản thân Học sinh có thể biết được mức lương hiện nay của một người làm trong ngành nghề đó là bao nhiêu, công việc đó đòi hỏi phải có những kỹ năng và kiến thức gì, để từ đó hình dung được ra nếu theo nghề nghiệp đó trong tương lai thì cần chuẩn bị gì Sở dĩ hướng nghiệp nên được lồng ghép vào các bài học cụ thể là bởi vì thông qua các hoạt động thực hành, kiến thức được vận dụng, học sinh mới dễ dàng nhận thức và hình dung được công việc cụ thể của một nghề nào đó, thấy được đóng góp ngành nghề đó cho xã hội, thấy được các năng khiếu của bản thân và đam mê của mình trong đó Ngoài ra, có những ngành nghề thực tế chưa xuất hiện trong thời điểm hiện tại, nhưng thông qua các hoạt động học thực hành STEM sáng tạo, học sinh có thể thấy bản thân có thể phát triển nên một hoạt động công việc gì đó mới trong tương lai Giáo dục STEM chính là khơi gợi và truyền ngọn lửa đam mê nghề nghiệp cho trẻ thông qua các hoạt động thực hành, trải nghiệm

5 Xuất phát từ thực tiễn nhu cầu việc làm

Theo một dự báo từ Cục thống kê lao động Hoa Kỳ, lực lượng lao động STEM dự kiến sẽ tăng 23% trong vòng ba năm tới với nhiều ngành nghề STEM Nhu cầu tuyển dụng các công việc liên quan đến STEM không chỉ tăng ở Hoa

5

Kỳ mà còn ở rất nhiều nước trên thế giới như Vương quốc Anh… với sự thiếu hụt hang nghìn công nhân lĩnh vực STEM

Một thống kê ở Mỹ cho thấy từ năm 2004 đến năm 2014, việc làm liên quan đến khoa học và kỹ thuật tăng 26%, gấp hai lần so với tốc độ tăng trưởng trung bình của các ngành nghề khác Trong khi đó, việc làm STEM có tốc độ tăng trưởng gấp 4 lần so với tốc độ tăng trưởng trung bình của các ngành khác nếu tính từ năm 1950 đến 2007 Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì nhu cầu việc làm liên quan đến STEM ngày càng lớn, đòi hỏi ngành giáo dục cũng phải có những thay đổi để đáp 12 ứng nhu cầu của xã hội Giáo dục STEM có thể tạo ra những con người đáp ứng được nhu cầu công việc của thế kỷ mới, có tác động lớn đến sự thay đổi nên kinh tế đổi mới Trong một bài phát biểu trước thượng nghị viện Mỹ, Bill Gates đã từng nói: “Chúng ta không thể duy trì được nền kinh tế dẫn đầu toàn cầu trừ khi chúng ta xây dựng được lực lượng lao động có kiến thức và kỹ năng để sáng tạo” Bill Gates đặc biệt nhấn mạnh đến vai trò của giáo dục trong việc xây dựng lực lượng lao động này Ông nói tiếp: “Chúng ta cũng không thể duy trì được một nền kinh tế sáng tạo trừ phi chúng ta có những công dân được đào tạo tốt về toán học, khoa học và kỹ thuật” Hiện tại, Giáo dục STEM đã được triển khai tại nhiều nước trên thế giới, đặc biệt là các nước công nghiệp phát triển như Mỹ, Úc, Phần Lan, Canada, Nhật Bản, Hàn Quốc… Như vậy, có thể thấy rằng gáo dục STEM trên thế giới đã trở thành trào lưu và đang phát triển mạnh mẽ tại nhiều nước trên thế giới, thậm chí tại Canada người lao động nhập cư có các kỹ năng STEM được hưởng các phúc lợi xã hội tốt hơn so với người dân lao động bản xứ Chính phủ Canada xem người nhập cư có các kỹ năng STEM là nguồn lao động chính cho họ và rằng người nhập cư có kỹ năng STEM sẽ thúc đẩy các ngành nghề kinh tế của họ phát triển, đặc biệt làm tăng khả năng giao thương quốc tế

Theo xu hướng thế giới, Việt Nam cũng không nằm ngoài sự thiếu hụt đó Vì vậy, dạy học theo phương thức Giáo dục STEM trong giáo dục Việt Nam là vô cùng quan trọng và cần thiết

6

6 Xuất phát từ yêu cầu đổi mới phương pháp dạy học ở trường trung học cơ sở theo định hướng phát triển năng lực người học của Bộ GD-ĐT

Nghị quyết Hội nghị TW 8 khóa XI về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo nêu rõ: “Tiếp tục đổi mới mạnh mẽ phương pháp dạy và học theo hướng hiện đại; phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và vận dụng kiến thức, kỹ năng của người học; khắc phục lối truyền thụ áp đặt một chiều, ghi nhớ máy móc Tập trung dạy cách học, cách nghĩ, khuyến khích tự học, tạo cơ sở để người học tự cập nhật và đổi mới tri thức, kỹ năng, phát triển năng lực Chuyển từ học chủ yếu trên lớp sang tổ chức hình thức học tập đa dạng, chú ý các hoạt động xã hội, ngoại khóa, nghiên cứu khoa học Đẩy mạnh ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông trong dạy và học”

Mục tiêu của đổi mới phương pháp dạy học là nhằm góp phần thực hiện mục tiêu đổi mới nền giáo dục nước nhà Theo Luật Giáo dục Việt Nam năm 2010, tại Điều 28 có chỉ rõ: “Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, tư duy sáng tạo của người học; phù hợp với đặc điểm của từng môn học, lớp học; bồi dưỡng phương pháp tự học, khả năng làm việc theo nhóm; rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn; tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho học sinh”

Việc đổi mới phương pháp dạy học theo định hướng phát triển năng lực thể hiện qua bốn đặc trưng cơ bản sau:

7

Một, dạy học thông qua tổ chức liên tiếp các hoạt động học tập, giúp học

sinh tự khám phá những điều chưa biết chứ không thụ động tiếp thu những tri thức được sắp đặt sẵn Giáo viên là người tổ chức và chỉ đạo học sinh tiến hành các hoạt động học tập phát hiện kiến thức mới, vận dụng sáng tạo kiến thức đã biết vào các tình huống học tập hoặc tình huống thực tiễn

Hai, chú trọng rèn luyện cho học sinh biết khai thác sách giáo khoa và các

tài liệu học tập, biết cách tự tìm lại những kiến thức đã có, suy luận để tìm tòi và phát hiện kiến thức mới Định hướng cho học sinh cách tư duy như phân tích, tổng hợp, đặc biệt hoá, khái quát hoá, tương tự, quy lạ về quen… để dần hình thành và phát triển tiềm năng sáng tạo

Ba, tăng cường phối hợp học tập cá thể với học tập hợp tác, lớp học trở

thành môi trường giao tiếp GV - HS và HS - HS nhằm vận dụng sự hiểu biết và kinh nghiệm của từng cá nhân, của tập thể trong giải quyết các nhiệm vụ học tập chung

Bốn, chú trọng đánh giá kết quả học tập theo mục tiêu bài học trong suốt

tiến trình dạy học thông qua hệ thống câu hỏi, bài tập (đánh giá lớp học) Chú trọng phát triển kỹ năng tự đánh giá và đánh giá lẫn nhau của học sinh với nhiều hình thức như theo lời giải/đáp án mẫu, theo hướng dẫn, hoặc tự xác định tiêu chí để có thể phê phán, tìm được nguyên nhân và nêu cách sửa chữa các sai sót

Có thể thấy, việc đổi mới phương pháp dạy học các môn nói chung và với bộ môn Hóa học nói riêng trong tình hình hiện nay là vô cùng cấp thiết Chỉ có đổi mới phương pháp dạy học mới tạo ra được những con người mới: chủ động, sáng tạo

7 Xuất phát từ yêu cầu đổi mới về kiểm tra, đánh giá kết quả học tập của học sinh

Đổi mới phương pháp dạy học cần gắn liền với đổi mới việc kiểm tra và đánh giá thành tích học tập của học sinh

Trong giai đoạn hiện nay, việc kiểm tra – đánh giá thành tích học tập của học sinh theo quan điểm phát triển năng lực Cụ thể là, việc đánh giá kết quả học

8

tập không lấy việc kiểm tra khả năng tái hiện kiến thức đã học làm trung tâm của việc đánh giá Đánh giá kết quả học tập theo năng lực cần chú trọng khả năng vận dụng sáng tạo tri thức trong những tình huống ứng dụng khác nhau Hay nói cách khác, đánh giá theo năng lực là đánh giá kiến thức, kĩ năng, thái độ trong bối cảnh có ý nghĩa (Leen pil, 2011)

Xét về bản chất, thì không có mâu thuẫn giữa đánh giá năng lực và đánh giá kiến thức, kĩ năng mà đánh giá năng lực được coi là bước phát triển cao hơn so với đánh giá kiến thức kĩ năng Bởi vì, để chứng minh học sinh có năng lực ở một mức độ nào đó nghĩa là được giải quyết vấn đề trong tình huống thực tiễn Khi đó, học sinh vừa phải vận dụng kiến thức, kĩ năng được học trong Nhà trường, vừa phải dùng những kinh nghiệm của bản thân thu được thông qua các hoạt động trải nghiệm trong và ngoài Nhà trường Như vậy, thông qua hoàn thành nhiệm vụ trong bối cảnh thực, người ta có thể đồng thời đánh giá nhận thức, kĩ năng cũng như năng lực học tập của học sinh

8 Xuất phát từ mục tiêu, nội dung và định hướng giáo dục STEM trong môn Khoa học tự nhiên cấp THCS trong chương trình giáo dục phổ thông 2018

Mục tiêu môn Khoa học tự nhiên

Môn Khoa học tự nhiên (KHTN) hình thành, phát triển ở học sinh (HS) năng lực KHTN, bao gồm các thành phần: Nhận thức KHTN, tìm hiểu tự nhiên, vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học, đồng thời cùng với các môn học và các hoạt động giáo dục khác góp phần hình thành, phát triển các phẩm chất chủ yếu và năng lực chung, đặc biệt là tình yêu thiên nhiên, thế giới quan khoa học, sự tự tin, trung thực, khách quan, thái độ ứng xử với thế giới tự nhiên phù hợp với yêu cầu phát triển bền vững để trở thành người công dân có trách nhiệm, người lao động có văn hóa, cần cù, sáng tạo, đáp ứng nhu cầu phát triển của cá nhân và yêu cầu của sự nghiệp xậy dựng, bảo vệ đất nước trong thời đại toàn cầu hóa và cách mạng công nghiệp mới

Nội dung giáo dục môn Khoa học tự nhiên

Nội dung giáo dục môn KHTN được xây dựng trên sự kết hợp giữa các chủ đề

9

khoa học, các nguyên lí, khái niệm chung về thế giới tự nhiên Các chủ đề được sắp xếp chủ yếu theo logic tuyến tính, có kết hợp ở mức độ nhất định với cấu trúc đồng tâm, đồng thời có thêm một số chủ đề liên môn, tích hợp nhằm hình thành các nguyên lí, quy luật chung của thế giới tự nhiên

Định hướng giáo dục STEM môn Khoa học tự nhiên

Trong chương trình giáo dục phổ thông 2018, môn KHTN là môn học có ý nghĩa quan trọng đối với sự phát triển toàn diện của học sinh, có vai trò nền tảng trong việc hình thành và phát triển thế giới quan khoa học của học sinh cấp THCS Cùng với các môn Toán, Công nghệ và Tin học, môn KHTN góp phần thúc đẩy giáo dục STEM – một trong những hướng giáo dục đang được quan tâm phát triển trên thế giới cũng như ở Việt Nam, góp phần đáp ứng yêu cầu cung cấp nguồn nhân lực trẻ cho giai đoạn công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước

Có sự tương đồng về phương pháp, hình thức tổ chức dạy học giữa dạy học KHTN và giáo dục STEM: chú trọng vào hoạt động, thực hành, trải nghiệm để phát huy tối đa thành phần năng lực tìm hiểu tự nhiên và vận dụng kiến thức kĩ năng đã học Môn KHTN ở cấp THCS phản ánh thành phần S (Science), là thành phần đầu tiên của STEM Vì vậy, môn KHTN có vai trò quan trọng thể hiện tư tưởng giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông 2018 9 Xuất phát từ thực trạng dạy học giáo dục STEM trong môn Khoa học tự nhiên hiện nay

Dạy học theo phương thức giáo dục STEM hiện nay đang trong giai đoạn tìm tòi và phát triển, nên việc áp dụng giáo dục STEM vào quá trình dạy học một cách thường xuyên còn nhiều khó khăn và lúng túng Không ít giáo viên chia sẻ, để xây dựng một chủ đề dạy học theo STEM cần rất nhiều thời gian về việc lựa chọn chủ đề làm sao phải lớn lao, thời gian thực hiện cho một chủ đề vượt quá số tiết quy định, điều kiện cơ sở vật chất thiếu thốn, không gian thực hiện cần vượt qua không gian lớp học hay cần sự phối hợp tốt giữa Nhà trường với trường đại học và các viện nghiên cứu, tổ chức, doanh nghiệp Cũng không

10

ít giáo viên cho rằng, dạy học theo phương thức giáo dục STEM là khó vì cần phải giải quyết một vấn đề thực tiễn lớn lao mà không phải lúc nào cũng trong bài học nào cũng có, không phải học sinh nào cũng đủ năng lực thực hiện, hay phải có sản phẩm khoa học kĩ thuật có nhiều tính ứng dụng trong cuộc sống

Chính điều đó là một phần rào cản lớn trong việc áp dụng giáo dục STEM vào quá trình dạy học mà thực chất ở đây là, dù mọi phương thức giáo dục, đều nhằm phát huy phẩm chất và năng lực HS Thiết nghĩ ở đây, điều đầu tiên chúng ta cần làm là giúp HS thông qua phương thức giáo dục STEM, từ hình thức đơn giản nhất – bài dạy STEM – để hình thành phướng pháp nghiên cứu khoa học kĩ thuật – phát huy phẩm chất và năng lực HS – là yếu tố tiền đề để sau này HS có thể vững vàng hơn trên con đường nghiên cứu khoa học, tìm ra chân lí của nhân loại, phục vụ cho sự phồn thịnh của đất nước và sự phát triển không ngừng của thế giới tự nhiên!

Trong Chương trình giáo dục phổ thông 2018, giáo dục STEM vừa mang ý nghĩa thúc đẩy giáo dục các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học, vừa thể hiện phương pháp tiếp cận liên môn, phát triển năng lực và phẩm chất người học Đối với cấp THCS, môn KHTN có ý nghĩa quan trọng đối với sự phát triển toàn diện của HS, có vai trò nền tảng trong việc hình thành và phát triển thế giới quan khoa học của HS Chính vì vậy, trong quá trình dạy học môn KHTN cấp THCS, tôi nhận thấy tính cấp thiết của việc để HS tiếp cận bài học theo phương thức giáo dục STEM linh hoạt theo các hình thức tổ chức giáo dục STEM, mà ban đầu – mức độ cơ bản nhất nhưng cũng quan trọng nhất – là hình thức tổ chức “bài dạy STEM”

Chính vì vậy, với niềm khao khát đưa giáo dục STEM “gần gũi” hơn với quá trình dạy học, làm sao để giáo dục STEM phát huy được một cách tối đa năng lực và phẩm chất của HS, tôi chọn đề tài:

“BÀI DẠY STEM TRONG MÔN KHOA HỌC TỰ NHIÊN CẤP THCS”

11

II MÔ TẢ CÁC GIẢI PHÁP

1 Mô tả giải pháp trước khi tạo ra sáng kiến

Giáo dục STEM trên thế giới

Trên toàn thế giới, các nhà lãnh đạo, các nhà khoa học đều nhấn mạnh vai trò của giáo dục STEM Tổng thống Barack Obama phát biểu tại Hội chợ Khoa học Nhà Trắng hàng năm lần thứ ba, tháng 4 năm 2013: “Một trong những điều mà tôi tập trung khi làm Tổng thống là làm thế nào chúng ta tạo ra một phương pháp tiếp cận toàn diện cho khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học (STEM) Chúng ta cần phải ưu tiên đào tạo đội ngũ giáo viên mới trong các lĩnh vực chủ đề này và để đảm bảo rằng tất cả chúng ta là một quốc gia ngày càng dành cho các giáo viên sự tôn trọng cao hơn mà họ xứng đáng.” Giáo sư Steven Chu, người đoạt giải Nobel Vật lý, phát biểu tại đại học SUSTech, ngày 16 tháng 10 năm 2016.: "Giáo dục STEM là một loại hình giáo dục hướng dẫn bạn học cách tự học", Giáo sư Chu đã chỉ ra lợi thế của giáo dục STEM, Tự học là rất quan trọng trong quá trình phát triển cá nhân Và học STEM cho phép mọi người tự trang bị cho mình khả năng suy nghĩ hợp lý và khả năng rà soát và tìm kiếm xác nhận như học toán học và có kiến thức sâu rộng Nó mang đến cho bạn sự tự tin để đi đầu trong lĩnh vực mà chúng ta đang làm, thậm chí nhảy vào một lĩnh vực mới mà chúng ta chưa bao giờ đặt chân vào trước đây "Bạn sẽ không bao giờ nói rằng bạn không thể chỉ vì thiếu kiến thức đầy đủ, đó là điểm quan trọng nhất của giáo dục STEM",

12

Tháng 11/2016, Giáo sư Dan Shechtman, người đoạt giải Nobel về nghiên cứu hóa học và khoa học vật liệu, cho biết Israel phải làm nhiều hơn nữa để thúc đẩy nghiên cứu khoa học để đảm bảo giữ được công nghệ của mình "Chính phủ phải khuyến khích các nghiên cứu khoa học và kỹ thuật ở độ tuổi trẻ", Shechtman nói trong một cuộc phỏng vấn qua điện thoại vào tuần trước "Tất cả trẻ em đều phải học chương trình cốt lõi và chính phủ phải nâng cao trình độ của một số giáo viên" Tháng 9/2013, Thủ tướng Malaysia ông Datuk Seri Najib Razak phát biểu: Malaysia dự kiến 60% trẻ em và thanh thiếu niên tham gia chương trình giáo dục về khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học (STEM) và sự nghiệp cho một tương lai tốt đẹp hơn của đất nước Najib cho biết trẻ em và thanh thiếu niên có thể bị cuốn hút bởi khoa học thông qua một phương pháp giảng dạy và học tập thú vị hơn Đó là hãy cho họ tham gia vào các dự án thực tế và cung cấp cho họ một số dự án đầy thách thức để tìm giải pháp so với cách tiếp cận từ trên xuống mà ông cảm thấy khá là nhàm chán Bên cạnh đó các nước đều đã và đang phát triển mạnh mẽ Giáo dục STEM

Rõ rang rằng thế giới đã và đang tiếp tục chuyển mình mạnh mẽ với giáo dục STEM

Giáo dục STEM tại Mỹ

Tại Mỹ, giáo dục STEM được hình thành khá lâu và phát triển trong một thời gian dài Đầu những năm 90, ở Mỹ, đã hình thành xu hướng giáo dục mới gọi là giáo dục STEM Trong chương trình giáo dục STEM, các môn học về khoa học công nghệ không giảng dạy độc lập mà tích hợp lại với nhau thành một môn học thông qua phương pháp giảng dạy bằng dự án, trải nghiệm, thực hành, Tại nhiều nước châu Âu và châu Mỹ, để phát huy tối đa sự sáng tạo của học sinh các cấp, các hội chợ khoa học (Science fair) được tổ chức thường xuyên từ cấp trường đến cấp quốc gia Một ví dụ cho sự coi trọng giáo dục STEM là ngày hội khoa học toàn quốc tại Nhà Trắng lần thứ 5 vừa qua, 23/03/2015, tổng thống Mỹ đã dành cả ngày để trao đổi, trò chuyện với các nhà khoa học nhí, các sản phẩm sáng tạo của học sinh được trưng bày trong văn

13

phòng Nhà Trắng Nghiên cứu các nước có nền khoa học phát triển nói chung như Mỹ, Anh, Đức… cho thấy ngày hội khoa học không chỉ thu hút được sự quan tâm của đông đảo học sinh, phụ huynh mà còn thu hút sự quan tâm mạnh mẽ của giới truyền thông, chính khách, bởi hơn ai hết họ hiểu tầm quan trọng của việc nuôi dưỡng, thổi bùng niềm đam mê khoa học trong giới trẻ là vô cùng quan trọng đối với sự phát triển bền vững của quốc gia

Giáo dục STEM tại Úc

Ở Úc, đã có rất nhiều chương trình và nỗ lực thiết lập cách tiếp cận quốc gia về giáo dục STEM Trong năm 2009, chương trình iSTEM (Invigorating STEM) được thành lập như là một chương trình làm giàu tri thức cho học sinh trung học ở Sydney, Úc Chương trình tập trung vào việc cung cấp các hoạt động cho sinh viên quan tâm và gia đình của họ trong STEM Thành công của chương trình đã dẫn đến nhiều trường đại học và tổ chức khoa học hỗ trợ cho chương trình Chương trình iSTEM (iSTEM.com.au) cũng tổ chức một chương trình làm giàu để đưa học sinh và giáo viên vào Chương trình Học viện Không gian Hoa Kỳ (Spacecamp.com.au) Sự công nhận cấp quốc gia về chương trình iSTEM bao gồm giải thưởng NSW State Engineering and Science về Đổi mới trong giảng dạy Toán và Khoa học và Giải thưởng Nhân quyền Hàng năm của Tổ chức GoWest Vào năm 2015, người 13 sáng lập và điều phối chương trình, tiến sĩ Ken Silburn, đã nhận được giải thưởng của Thủ tướng Chính phủ về Giảng dạy Khoa học Trung cấp

Giáo dục STEM tại Canada

Canada đứng thứ 12 trong số 16 nước ngang bằng về tỷ lệ sinh viên tốt nghiệp theo học các chương trình STEM, với 21,2%, cao hơn Hoa Kỳ, nhưng thấp hơn các nước như Pháp, Đức và Áo Phần Lan, có hơn 30% sinh viên tốt nghiệp đại học đến từ các ngành khoa học, toán học, khoa học máy tính, và các chương trình kỹ thuật Tổ chức hướng học sinh Canada đã áp dụng các biện pháp tương tự như đối tác Mỹ để thúc đẩy các lĩnh vực STEM cho thanh thiếu niên Chương trình STEM của họ bắt đầu vào năm 2015 Học bổng Schulich

14

Leader: Trong năm 2011, nhà doanh nghiệp và nhà hảo tâm Canada Seymour Schulich thành lập Học bổng Schulich Leader, học bổng trị giá 100.000.000 đô la với 60.000 đô la cho sinh viên bắt đầu học đại học trong một chương trình STEM tại 20 tổ chức trên khắp Canada Mỗi năm 40 sinh viên Canada sẽ được lựa chọn để nhận giải thưởng, hai ở mỗi tổ chức, với mục tiêu thu hút thanh thiếu niên có năng khiếu vào các lĩnh vực STEM Chương trình cũng cung cấp học bổng STEM cho năm trường đại học tham gia ở Israel

Giáo dục STEM tại Thổ Nhĩ Kỳ

Nhóm công tác giáo dục STEM của Thổ Nhĩ Kỳ (hay FeTeMM-Fen Bilimleri, Teknoloji, Mühendislik ve Matematik) là một liên minh của các nhà khoa học và giáo viên, những người có nhiều nỗ lực để nâng cao chất lượng giáo dục trong các lĩnh vực STEM chứ không tập trung vào việc tăng số lượng sinh viên STEM

Giáo dục STEM tại Châu Phi

Trên khắp thế giới, các sáng kiến giáo dục STEM khác nhau về phạm vi, quy mô, loại, nhóm dân số mục tiêu và nguồn tài trợ Một danh sách các tổ chức hiện đang tham gia vào các hoạt động giáo dục STEM và tiếp cận rộng khắp Châu Phi cận Sahara đã nổi lên Các tổ chức có quy mô, phạm vi, cơ chế tài trợ và tuyên bố sứ mệnh Tuy nhiên, tất cả đều tập trung vào việc cải thiện giáo dục STEM ở lục địa

Giáo dục STEM tại Qatar

Tại Qatar, AL-Bairaq là một chương trình tiếp cận học sinh trung học với một chương trình tập trung vào STEM, do Trung tâm Vật liệu Tiên tiến (CAM) của Đại học Qatar điều hành Mỗi năm khoảng 946 sinh viên, từ khoảng 40 trường trung học, tham gia các cuộc thi AL-Bairaq AL-Bairaq vận dụng học tập theo dự án, khuyến khích sinh viên giải quyết các vấn đề đích thực và yêu cầu họ làm việc với nhau như một nhóm để xây dựng các giải pháp thực sự Nghiên cứu cho đến nay cho thấy kết quả tích cực cho chương trình

15

Giáo dục STEM tại Việt Nam

Khác với các nước phát triển trên thế giới như Mỹ, giáo dục STEM du nhập vào Việt Nam không phải bắt nguồn từ các nghiên cứu khoa học giáo dục hay từ chính sách vĩ mô về nguồn nhân lực mà bắt nguồn từ các cuộc thi Robot dành cho học sinh từ cấp tiểu học dến phổ thông trung học do các công ty công nghệ tại Việt Nam triển khai cùng với các tổ chức nước ngoài Ví dụ cuộc thi Robotics make X 2019 của Công ty Cổ phần robot Công nghệ cao STEAM Việt Nam hay một số cuộc thi robocon của các hãng như Lego và một số cuộc thi robocon của các hãng khác trong nước Từ đó đến nay giáo dục STEM đã bắt đầu có sự lan toả với nhiều hình thức khác nhau, nhiều cách thức thực hiện khác nhau, nhiều tổ chức hỗ trợ khác nhau, ví dụ như Ngày hội STEM, câu lạc bộ STEM …

Thực trạng giáo dục địa phương ** Về phía giáo viên

Để tìm hiểu về thực trạng của giáo viên với sự hiểu biết và sử dụng phương thức giáo dục STEM trong quá trình lên lớp, tôi tiến hành khảo sát đối với giáo viên ở một số trường THCS thông qua phiếu khảo sát sau:

PHIẾU KHẢO SÁT

Xin mời thầy cô quét mã QR hoặc click vào đường link bên dưới để tham gia khảo sát:

17

(Nếu chọn đáp án B hoặc C hoặc D , thầy cô xin vui lòng tiếp tục trả lời các câu hỏi từ B.4 đến B.6; Nếu chọn đáp án A, thầy cô xin vui lòng trả lời câu hỏi B.7)

B4 Thầy cô áp dụng mức độ nào của giáo dục STEM vào bài dạy của mình? Vì sao? (thầy cô có thể chọn nhiều hơn 1 phương án)

A Bài dạy STEM B Trải nghiệm STEM

C Nghiên cứu khoa học, kĩ thuật

Một vài kết quả khảo sát:

Đa số GV đều biết, hiểu và được tiếp cận với phương thức giáo dục STEM dù ít hay nhiều, dù sâu sắc hay ở mức độ cơ bản

Về tần suất GV sử dụng phương thức giáo dục STEM trong quá trình lên lớp còn hạn chế:

Về lý do của kết quả trên, tôi thu nhận được ý kiến:

19

Về những thuận lợi và khó khăn khi áp dụng phương thức giáo dục STEM trong quá trình dạy học, tôi thu nhận được một số ý kiến:

Như vậy, thông qua một vài nội dung mà tôi khảo sát, tôi nhận thấy rằng: phương thức giáo dục STEM đã được các thầy cô biết đến và áp dụng trong quá trình lên lớp tuy nhiên chưa được thường xuyên bởi vì một số khó khăn: mất nhiều thời gian đầu tư nghiên cứu, khó khăn trong việc lựa chọn chủ đề, cần hài hòa giữa việc đảm bảo tiến độ và nội dung kiến thức cho chương trình môn học, cơ sở vật chất còn thiếu thốn, năng lực HS còn hạn chế, … Thật vậy, đó là

20

những khó khăn hầu như GV đều gặp phải, nhất là với GV và HS ở vùng nông thôn Vậy làm thế nào để khắc phục những khó khăn đó để mang lợi ích của giáo dục STEM đến gần hơn, dễ tiếp cận hơn với cả GV và HS? Đó vẫn luôn là câu hỏi lớn cần được chính Người dạy trả lời bằng hành động!

2 Mô tả giải pháp sau khi có sáng kiến * Tính mới của giải pháp

- Áp dụng bài dạy STEM trong môn Khoa học tự nhiên tại trường THCS Mỹ Hưng, Mỹ Lộc, Nam Định, một số trường THCS trong huyện Mỹ Lộc và một số trường THCS của tỉnh Nam Định:

Trường THCS Mỹ Thuận, Mỹ Lộc, Nam Định Trường THCS Mỹ Phúc, Mỹ Lộc, Nam Định Trường THCS Mỹ Thắng, Mỹ Lộc, Nam Định Trường THCS Mỹ Hà, Mỹ Lộc, Nam Định

Trường THCS Xuân Kiên, Xuân Trường, Nam Định Trường THCS Yên Trị, Ý Yên, Nam Định

Trường THCS Giao Hương, Giao Thủy, Nam Định Trường THCS Nam Hùng, Nam Trực, Nam Định

- Giúp HS tiếp cận gần hơn với phương thức giáo dục STEM một cách thường xuyên, bài bản, có tính hệ thống mà bắt đầu từ hình thức đơn giản nhất của giáo dục STEM là “Bài dạy STEM”, từ đó hình thành cho HS phương pháp nghiên cứu khoa học, kĩ thuật đồng thời phát huy tối đa năng lực và phẩm chất của HS theo định hướng của chương trình GDPT 2018 của Bộ Giáo dục

- Thiết kế được một số kế hoạch bài dạy theo hình thức “Bài dạy STEM” trong môn Khoa học tự nhiên cấp THCS

- Lựa chọn một số chủ đề bài học STEM trong môn KHTN ở THCS - Bước đầu hướng dẫn HS tham gia nghiên cứu khoa học kĩ thuật và STEM

STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học), thường được sử dụng khi bàn đến các chính sách phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học của mỗi quốc gia Thuật ngữ này lần đầu tiên được giới thiệu bởi Quỹ Khoa học Mỹ vào năm 2001

Giáo dục STEM là một phương thức giáo dục nhằm trang bị cho HS những kiến thức khoa học gắn liền với ứng dụng của chúng trong thực tiễn, qua đó phát triển cho HS năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề cùng với những năng lực khác tương ứng, đáp ứng được yêu cầu của sự phát triển kinh tế xã hội

* Chu trình STEM:

Khoa học tự nhiên, kĩ thuật và công nghệ có mối liên hệ mật thiết với nhau và cùng sử dụng toán làm công cụ quan trọng Mối liên hệ này được thể hiện thông qua chu trình STEM:

22

H.1 Chu trình STEM Trong chu trình STEM:

Khoa học sáng tạo ra tri thức khoa học về thế giới tự nhiên trên cơ sở

công cụ Toán và các Công nghệ hiện có Đó là quá trình khám phá khoa học

Kĩ thuật sử dụng Toán học, tri thức Khoa học, Công nghệ đã đó để giải

quyết vấn đề thực tiễn tạo Công nghệ mới Đó là quá trình thiết kế kĩ thuật

23

* Quy trình thiết kế kĩ thuật:

H.2 Quy trình thiết kế kĩ thuật

Thiết kế kĩ thuật là quá trình phát hiện nhu cầu, vấn đề cần giải quyết, cần đổi mới trong thực tiễn; đề xuất giải pháp kĩ thuật, công nghệ đáp ứng nhu cầu, giải quyết vấn đề đặt ra; hiện thực hoá giải pháp kĩ thuật, công nghệ; thử nghiệm và đánh giá mức độ đáp ứng nhu cầu, vấn đề đặt ra

24

* Quy trình khoa học:

H.3 Quy trình khám phá khoa học

Những vấn đề khoa học, những số liệu liên quan được thu thập nhằm xây dựng những giả thuyết và những giả thuyết này được thực nghiệm kiểm chứng

* Ba hình thức tổ chức giáo dục STEM tại Việt Nam:

Tùy thuộc vào đặc thù từng môn học và điều kiện cơ sở vật chất, các trường có thể áp dụng linh hoạt các hình thức tổ chức giáo dục STEM như sau:

Một là, dạy học các môn khoa học theo bài học STEM:

Đây là hình thức tổ chức giáo dục STEM chủ yếu trong nhà trường trung học Giáo viên thiết kế các bài học STEM để triển khai trong quá trình dạy học các môn học thuộc chương trình giáo dục phổ thông theo hướng tiếp cận tích hợp nội môn hoặc tích hợp liên môn

25

Nội dung bài học STEM bám sát nội dung chương trình của các môn học nhằm thực hiện chương trình giáo dục phổ thông theo thời lượng quy định của các môn học trong chương trình

Học sinh thực hiện bài học STEM được chủ động nghiên cứu sách giáo khoa, tài liệu học tập để tiếp nhận và vận dung kiến thức thông qua các hoạt động: lựa chọn giải pháp giải quyết vấn đề; thực hành thiết kế, chế tạo, thử nghiệm mẫu thiết kế; chia sẻ, thảo luận, hoàn thiện hoặc điều chỉnh mẫu thiết kế dưới sự hướng dẫn của giáo viên

Căn cứ vào cơ sở lý thuyết áp dụng, bài dạy STEM có thể chia làm hai loại gồm: Bài dạy STEM khoa học và bài dạy STEM kĩ thuật

Bài dạy STEM có nội dung bám sát chương trình giáo dục phổ thông, gắn kết với bản chất, nguyên lí khoa học của thế giới tự nhiên hoặc các vấn đề của thực tiễn, xã hội; được xây dựng trên hoạt động học tập tích cực theo phương pháp khoa học hoặc tiến trình thiết kế kĩ thuật; sử dụng các phương pháp dạy học tích cực đưa HS vào hoạt động tìm tòi và khám phá, định hướng hành động, sản phẩm; với các hình thức tổ chức dạy học đa dạng, lôi cuốn HS vào hoạt động kiến tạo, tăng cường hoạt động nhóm, tự lực chiếm lĩnh kiến thức mới và vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề; ưu tiên sử dụng các thiết bị, công nghệ sẵn có, để tiếp cận với chi phí tối thiểu

Có thể tóm tắt ngắn gọn về bài dạy STEM bằng sơ đồ sau:

26

Hai là, tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM:

Hoạt động trải nghiệm STEM được tổ chức thông qua hình thức câu lạc bộ STEM hoặc Ngày hội STEM; được tổ chức thực hiện theo sở thích, năng khiếu và lựa chọn của học sinh một cách tự nguyện Nhà trường có thể tổ chức các không gian trải nghiệm STEM trong nhà trường; giới thiệu thư viện học liệu số, thí nghiệm ảo, mô phỏng, phần mềm học tập để học sinh tìm hiểu, khám phá các thí nghiệm, ứng dụng khoa học, kỹ thuật trong thực tiễn đời sống

Hoạt động trải nghiệm STEM được tổ chức theo kế hoạch giáo dục hàng năm của nhà trường; nội dung mỗi buổi trải nghiệm được thiết kế thành bài học cụ thể, mô tả rõ mục đích, yêu cầu, tiến trình trải nghiệm và dự kiến kết quả Ưu tiên những hoạt động liên quan, hoạt động tiếp nối ở mức vận dụng (thiết kế, thử nghiệm, thảo luận và chỉnh sửa) của các hoạt động trong bài học STEM theo kế hoạch dạy học của nhà trường

Tăng cường sự hợp tác giữa trường trung học với các cơ sở giáo dục đại học, cơ sở nghiên cứu, cơ sở giáo dục nghề nghiệp, doanh nghiệp, hộ kinh doanh, các thành phần kinh tế - xã hội khác và gia đình để tổ chức có hiệu quả các hoạt động trải nghiệm STEM phù hợp với các quy định hiện hành

H.4 Sơ đồ hoạt động trải nghiệm STEM

27

Ba là, tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học, kĩ thuật:

Hoạt động này dành cho những học sinh có năng lực, sở thích và hứng thú với các hoạt động tìm tòi, khám phá khoa học, kỹ thuật giải quyết các vấn đề thực tiễn; thông qua quá trình tổ chức dạy học các bài học STEM và hoạt động trải nghiệm STEM phát hiện các học sinh có năng khiếu để bồi dưỡng, tạo điều kiện thuận lợi học sinh tham gia nghiên cứu khoa học, kĩ thuật

Hoạt động nghiên cứu khoa học, kĩ thuật được thực hiện dưới dạng một đề tài/dự án nghiên cứu bởi một cá nhân hoặc nhóm hai thành viên, dưới sự hướng dẫn của giáo viên hoặc nhà khoa học có chuyên môn phù hợp

Dựa trên tình hình thực tiễn, có thể định kỳ tổ chức ngày hội STEM hoặc cuộc thi khoa học, kỹ thuật tại đơn vị để đánh giá, biểu dương nỗ lực của giáo viên và học sinh trong việc tổ chức dạy và học, đồng thời lựa chọn các đề tài/dự án nghiên cứu gửi tham gia Cuộc thi khoa học, kỹ thuật cấp trên

* Ưu điểm của mô hình STEM:

Giáo dục STEM 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 Theo đó, học sinh sẽ 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 Bên cạnh đó, giáo dục STEM khuyến khích phong cách học tập sáng tạo Người học không chỉ tiếp thu các kiến thức nền tảng, nguyên lý mà sẽ tích hợp chúng vào trong thực tế.

* Định hướng đầu ra của giáo dục STEM:

Với kỹ năng khoa học, học sinh được trang bị kiến thức về các khái niệm, các nguyên lý, các định luật và các cơ sở lý thuyết của giáo dục khoa học Từ đó học sinh có khả năng liên kết các kiến thức để thực hành và có tư duy sử dụng kiến thức vào thực tiễn để giải quyết vấn đề

Kỹ năng công nghệ giúp học sinh có khả năng sử dụng, quản lý và truy cập công nghệ từ những vật dụng đơn giản đến những hệ thống phức tạp Kỹ năng kỹ thuật giúp học sinh có cái nhìn tổng quan và đưa ra được những giải

28

pháp trong các vấn đề liên quan đến thiết kế, xây dựng quy trình Và cuối cùng, kỹ năng toán học là khả năng nhìn nhận và nắm bắt được vai trò của toán học trong mọi khía cạnh tồn tại trên thế giới

Giáo dục STEM không hướng đến mục tiêu đào tạo để học sinh trở thành những nhà toán học, nhà khoa học, kỹ sư hay những kỹ thuật viên mà chủ yếu là trang bị cho học sinh kiến thức, kỹ năng để làm việc và phát triển trong thế giới công nghệ hiện đại ngày nay.

Giáo dục STEM tạo ra những con người có thể đáp ứng được nhu cầu công việc của thế kỷ 21, đáp ứng sự phát triển kinh tế, xã hội của quốc gia và có thể tác động tích cực đến sự thay đổi của nền kinh tế tri thức trong bối cảnh toàn cầu hóa * Dạy học các môn khoa học theo bài dạy STEM:

Khái quát về bài dạy STEM:

Bài dạy STEM là quá trình dạy học dưới sự tổ chức của giáo viên, học sinh chủ động thực hiện các hoạt động học tập trong một không gian, thời gian cụ thể để giải quyết các vấn đề thực tiễn trên cơ sở vận dụng kiến thức, kĩ năng trong các lĩnh vực STEM, góp phấn hình thành phát triển phẩm chất và năng lực cho học sinh Đây là hình thức tổ chức giáo dục STEM chủ yếu trong nhà trường Theo cách này, các bài dạy STEM được triển khai ngay trong quá trình dạy học các môn học thuộc lĩnh vực STEM theo tiếp cận nội môn hoặc liên môn Bài dạy STEM có nội dung bám sát chương trình giáo dục phổ thông, gắn kết với bản chất, nguyên lí khoa học của thế giới tự nhiên hoặc các vấn đề của thực tiễn, xã hội; được xây dựng dựa trên hoạt động học tập tích cực theo phương pháp khoa học hoặc tiến trình kĩ thuật; sử dụng các phương pháp dạy học đưa học sinh vào các hoạt động tìm tòi và khám phá, định hướng hành động, sản phẩm; với các hình thức tổ chức dạy học đa dạng, lôi cuốn HS vào hoạt động kiến tạo, tăng cường hoạt động nhóm, tự lcự chiếm lĩnh kiến thức mới và vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề; ưu tiên sử dụng các thiết bị, công nghệ sẵn có, dễ tiếp cânj với chi phí tối thiểu

Căn cứ vào cơ sở lý thuyết áp dụng, bài dạy STEM chia thành hai loại:

- Là bài dạy STEM được thiết kế trên quy trình khoa học

- Hướng tới tìm tòi, khám phá bản chất, quy luật của sự vật hiện tượng trong thế giới tự nhiên

- Là bài dạy STEM được thiết kế dựa trên quy trình thiết kế kĩ thuật

- Hướng tới phát hiện, đề xuất giải pháp giải quyết vấn đề trong thực tiễn trên cơ kiến thức mới của bài học

- Các môn học của lĩnh vực STEM

- Hoạt động tìm tòi nguyên lí khoa học và vận dụng nó trong thiết kế, chế tạo các sản phẩm đáp ứng nhu cầu của thảo luận kết quả

5 Báo cáo, đánh giá và điều chỉnh

5 hoạt động chính trên cơ sở quy trình 8 bước của hoạt động thiết kế kĩ thuật: 1 Xác định vấn đề thiết kế, chế tạo

2 Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp thiết kế

3 Lựa chọn giải pháp thiết kế

4 Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá

5 Chia sẻ, thảo luận và điều chỉnh

Trọng - HS phải thiết kế và thực - Chú trọng thiết kế, chế tạo, định

- Việc học của HS giống như công việc của nghiên cứu khoa học

hướng sản phẩm giải quyết vấn đề đặt ra

- Việc học của HS giống như công việc của các kĩ sư

Không gian

- Phòng học bộ môn - Trên lớp, phòng bộ môn, phòng thực hành STEM, câu lạc bộ hay các cơ sở giáo dục, trải nghiệm kĩ thuật, công nghệ ngoài nhà trường

* Quy trình xây dựng bài dạy STEM được thực hiện theo 4 bước sau:

Bước 1: Lựa chọn chủ đề bài học

Nội dung bài dạy STEM có thể lựa chọn bằng cách:

- Dựa vào những nội dung kiến thức trong chương trình môn học và các hiện tượng, quá trình gắn với các kiến thức đó trong thực tiễn;

- Xuất phát từ việc đáp ứng một số nhu cầu cần thiết trong sinh hoạt hằng ngày, trong sản xuất, trong cuộc sống, trong học tập;

- Thông qua những câu chuyện về các phát minh, sáng chế của các nhà khoa học nổi tiếng dẫn đến nhu cầu mong muốn thử nghiệm, chứng minh thông qua các bài dạy STEM;

- Tham khảo ý tưởng từ những bài học, hoạt động, dự án có sẵn trong các nguồn tài liệu trong nước và quốc tế;

- Trong quá trình dạy học các môn học thuộc lĩnh vực STEM, cần thường xuyên đặt câu hỏi “những kiến thức đã học trong bài được ứng dụng ở đâu trong thực tiễn, có thể dùng nó để giải quyết những vấn đề gì” Đặc biệt là những câu hỏi liên hệ, vận dụng vào bối cảnh thực tiễn địa phương, nhà trường

31

Bước 2: Xác định vấn đề cần giải quyết

Dựa trên nội dung bài dạy STEM dự định triển khai, có thể đưa ra một

TÌNH HUỐNG có vấn đề mang tính thực tiễn khiến HS có nhu cầu thực hiện

một nhiệm vụ cụ thể để giải quyết vấn đề

Nhiệm vụ học tập phải bao gồm các yêu cầu cụ thể về sản phẩm mà thông qua đó HS cần liên hệ và vận dụng kiến thức các môn học thuộc lĩnh vực STEM

Tình huống đặt ra cần có tiềm năng trong việc khuyến khích HS hoạt động và vận dụng kiến thức của nhiều môn học khác nhau, có tính khả thi về thời gian, phù hợp với năng lực của HS, điều kiện cơ sở vật chất của nhà trường và địa phương … đồng thời cũng phải phù hợp với sở trường, đặc điểm của đối tượng HS, tạo được hứng thú của HS thông qua việc thấy được ý nghĩa và lợi ích của việc thực hiện

Bước 3: Xây dựng tiêu chí sản phẩm/ giải pháp giải quyết vấn đề

Tiêu chí của sản phẩm trong bài dạy STEM là yếu tố quan trọng có vai trò định hướng mục tiêu, nội dung và cách thức tổ chức các hoạt động trong bài dạy Các tiêu chí đặt ra cho sản phẩm giúp HS là căn cứ để đề xuất giải pháp giải quyết vấn đề cũng như lập kế hoạch để thực hiện hoạt động để chế tạo sản phẩm

Các tiêu chí cụ thể cho sản phẩm đảm bảo được:

- HS huy động kiến thức đã học hoặc kiến thức mới mới có thể đáp ứng các yêu cầu sản phẩm học tập GV đưa ra

- HS vận dụng kiến thức và kinh nghiệm thực tiễn để đề xuất được các giải pháp có tính khoa học và khả thi; chế tạo sản phẩm; cải tiến, phát triển sản phẩm

- Thông qua việc thực hiện các hoạt động thiết kế trong bài dạy, HS có cơ hội phát triển các năng lực chung cốt lõi như tự chủ và tự học, giao tiếp và hợp tác, giải quyết vấn đề và sáng tạo

32

Bước 4: Thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học

Tiến trình tổ chức hoạt động dạy học được thiết kế theo các phương pháp và kĩ thuật dạy học tích cực

Trong bài dạy STEM, thường có hai sản phẩm học tập đặc trưng là bản thiết kế và sản phẩm chế tạo bên cạnh các sản phẩm học tập thông thường như phiếu học tập đã hoàn thành, kết quả thảo luận trên bảng nhóm, bài trình chiếu, poster, …

Tiến trình bài học có thể tuân theo quy trình kĩ thuật bao gồm 8 bước (xác định vấn đề, nghiên cứu kiến thức nền, đề xuất giải pháp, lựa chọn giải pháp, chế tạo mô hình, thử nghiệm và đánh giá, chia sẻ và thảo luận, điều chỉnh thiết kế), chia thành 5 hoạt động Các hoạt động có thể được tổ chức thực hiện một cách linh hoạt ở trong và ngoài lớp học theo nội dung và phạm vi kiến thức của từng bài học Mỗi hoạt động phải được mô tả rõ mục tiêu, nội dung, dự kiến sản phẩm hoạt động của HS và cách thức tổ chức hoạt động

* Quy trình thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động STEM được thực hiện theo 8 bước, chia thành 5 hoạt động:

H.5 Tiến trình bài dạy STEM

33

Hoạt động 1: Xác định vấn đề

Trong hoạt động này, GV giao cho HS nhiệm vụ học tập chứa đựng vấn đề, trong đó HS phải hoàn thành một sản phẩm học tập cụ thể với các tiêu chí đòi hỏi HS phải sử dụng kiến thức mới trong bài học để đề xuất, xây dựng giải pháp và thiết kế nguyên mẫu của sản phẩm cần hoàn thành Tiêu chí của sản phẩm là yêu cầu hết sức quan trọng, bởi đó chính là “tính mới” của sản phẩm, kể cả sản phẩm đó là quen thuộc với HS; đồng thời tiêu chí đó buộc HS phải nắm vững kiến thức mới thiết kế và giải thích được thiết kế cho sản phẩm cần làm

- Mục tiêu: Xác định tiêu chí sản phẩm

- Nội dung: Trình bày rõ các hoạt động cụ thể mà HS phải thực hiện - Sản phẩm: Trình bày cụ thể về nội dung và hình thức của sản phẩm học tập

- Tổ chức thực hiện: GV giao nhiệm vụ, HS thực hiện nhiệm vụ, phát biểu/phát hiện vấn đề cần hỗ trợ

Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp

Tùy thuộc vào bài dạy STEM là kiến tạo hay STEM vận dụng mà hoạt động này có thể được vận dụng khác nhau:

Bài dạy STEM kiến tạo Bài dạy STEM vận dụng

- GV không truyền thụ kiến thức mới cho HS mà hướng dẫn HS thông qua các nhiệm vụ học tập tích cực

- HS thực hiện các hoạt động học tích cực, tự lực dưới sự hướng dẫn của GV để chiếm lĩnh kiến thức mới, sử dụng vào việc đề xuất, thiết kế sản phẩm cần hoàn thành

- GV chuyển giao nhiệm vụ cho HS đồng thời phát hiện và hỗ trợ khi HS gặp khó khăn

- HS huy động kiến thức đã biết của các môn học thuộc lĩnh vực STEM để giải quyết vấn đề đặt ra trong bài dạy STEM

Mục tiêu

Hình thành kiến thức mới Xác định lại kiến thức đã học, vận

34

dụng để đưa ra giải pháp, đồng thời nhận biết được vai trò và ứng dụng của kiến thức vào thực tiễn

GV giao nhiệm vụ, HS nghiên cứu học liệu; Báo cáo, thảo luận; GV điều hành, “chốt” kiến thức mới

GV giao nhiệm vụ, HS nghiên cứu học liệu; Báo cáo, thảo luận; GV điều hành, hỗ trợ HS đề xuất giải pháp/ thiết kế mẫu thử nghiệm

Hoạt động 3: Lựa chọn giải pháp thiết kế

HS được tổ chức để trình bày, giải thích và bảo vệ bản thiết kế kèm theo thuyết minh (sử dụng kiến thức mới và kiến thức đã có); đó là sự thể hiện cụ thể của giải pháp giải quyết vấn đề Dưới sự trao đổi, đóng góp ý kiến của các bạn và GV, HS tiếp tục hoàn thiện bản thiết kế trước khi tiến hành chế tạo, thử nghiệm

- Mục tiêu: Lựa chọn và hoàn thiện giải pháp/phương án thiết kế

- Nội dung: Trình bày, giải thích, bảo vệ giải pháp/phương án thiết kế để lựa chọn và hoàn thiện

- Sản phẩm: Giải pháp/bản thiết kế được lựa chọn/hoàn thiện

- Tổ chức thực hiện: GV giao nhiệm vụ; HS báo cáo, thảo luận; GV điều hành, nhận xét, đánh giá và hỗ trợ HS lựa chọn giải pháp/thiết kế mẫu thử nghiệm

Hoạt động 4: Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá

35

HS tiến hành chế tạo mẫu theo bản thiết kế đã hoàn thiện; trong quá trình chế tạo đồng thời phải tiến hành thử nghiệm và đánh giá Trong quá trình này, HS có thể phải điều chỉnh thiết kế ban đầu để đảm bảo mẫu chế tạo là khả thi

- Mục tiêu: Chế tạo và thử nghiệm mẫu thiết kế

- Nội dung: Lựa chọn vật liệu, dụng cụ; lập kế hoạch và chế tạo mẫu theo thiết kế; thử nghiệm, đánh giá và điều chỉnh

- Sản phẩm: Dụng cụ/thiết bị/đồ vật … đã chế tạo và thử nghiệm, đánh giá

- Tổ chức thực hiện: GV giao nhiệm vụ (lựa chọn dụng cụ/thiết bị thí nghiệm để chế tạo, lắp ráp …); HS thực hành chế tạo, lắp ráp và thử nghiệm; GV hỗ trợ HS trong quá trình thực hiện

Hoạt động 5: Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh

HS được tổ chức để trình bày sản phẩm học tập đã hoàn thành; trao đổi, thảo luận, đánh giá để tiếp tục điều chỉnh, hoàn thiện sản phẩm

- Mục tiêu: Trình bày, chia sẻ, đánh giá sản phẩm nghiên cứu - Nội dung: Trình bày và thảo luận về sản phẩm

- Sản phẩm: Dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật … đã chế tạo được và trình bày báo cáo

- Tổ chức thực hiện:

+ GV giao nhiệm vụ (mô tả rõ yêu cầu và sản phẩm trình bày)

+ HS báo cáo sản phẩm, có thể là poster, quy trình hoặc dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật đã chế tạo theo các hình thức phù hợp (trình diễn, trưng bày, triển lãm, sân khấu hóa)

+ GV đánh giá, định hướng để HS tiếp tục hoàn thiện, tổng kết

Mỗi hoạt động trong bài dạy STEM được thiết kế rõ ràng về mục đích, nội dung và sản phẩm học tập mà HS phải hoàn thành, cách thức tổ chức hoạt động Các hoạt động đó có thể được tổ chức cả trong và ngoài lớp học (ở trường, ở nhà và cộng đồng)

36

* Điều kiện thực hiện giáo dục STEM:

Sử dụng tối đa các thiết bị có sẵn thuộc danh mục thiết bị dạy học tối thiểu theo

* Đánh giá bài dạy STEM:

Khái quát về đánh giá bài dạy STEM:

Bài dạy STEM được tổ chức thành các hoạt động học tập Bài dạy STEM là biểu hiện cụ thể của đổi mới phương pháp dạy học và kiểm tra đánh giá theo tinh thần Công văn số 5555/BGDĐT-GDTrH Do đó, việc đánh giá bài học theo bài dạy STEM cần căn cứ vào tiêu chí đã được Bộ Giáo dục và Đào tạo hướng dẫn trong công văn nói trên Cụ thể là:

Câu hỏi tự luận

4 Chế tạo Đánh giá sản Phương pháp Rubrics, Bảng HS tự đánh

Sổ theo dõi của GV

Định Là bảng mô tả chi tiết các tiêu chí Là bộ sưu Là một loại hồ sơ

40

nghĩa mà HS phải đạt được trong một hoạt động hay trong cả quá trình học tập, năng lực thực hiện hoặc quá trình thực hiện nhiệm vụ

Cung cấp thông tin phản hồi để HS tự điều chỉnh, tiến bộ không

Được thiết kế dưới dạng ma trân hai chiều: một chiều là các tiêu chí đánh giá và chiều còn lại là