luận văn tổ chức dạy học chuyên đề vật lí với giáo dục bảo vệ môi trường theo định hướng giáo dục stem

Tiếp tục theo đà phát triển của xã hội và công nghệ, nhằm tăng cường tính khoa học, ứng dụng, sáng tạo, phát triển toàn diện, thúc đẩy nền giáo dục tích hợp Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

VŨ TÙNG ANH

TỔ CHỨC DẠY HỌC CHUYÊN ĐỀ “VẬT LÍ VỚI GIÁO DỤC BẢO VỆ

MÔI TRƯỜNG” THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÍ

Hà Nội – 2023

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

VŨ TÙNG ANH

TỔ CHỨC DẠY HỌC CHUYÊN ĐỀ “VẬT LÍ VỚI GIÁO DỤC BẢO VỆ

MÔI TRƯỜNG” THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÍ (Chuyên ngành: Lý luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí)

Mã số: 8140211.01

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Lê Thị Thu Hiền

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng Quản lý đào tạo Sau Đại học, Trường Đại học Giáo dục, Khoa sư phạm, các thầy cô giảng viên lớp cao học sư phạm vật lý đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn của tôi là PGS.TS Lê Thị Thu Hiền, người luôn tận tình hướng dẫn tôi bằng tấm lòng nhiệt huyết, chuyên môn vững chắc và những hiểu biết vô cùng sâu rộng Cô luôn chỉ bảo tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu Trường THPT Liên Bảo, các thầy cô giáo chủ nhiệm, giáo viên bộ môn và các em học sinh lớp 10A1, 10A2 đã cho phép tôi đã giúp đỡ, hợp tác và tạo điều kiện cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và tiến hành thực nghiệm sư phạm được thuận lợi Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè thân thiết đã quan tâm động viên tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu giúp tôi có động lực và yên tâm học tập

Hà Nội, ngày 20 tháng 06 năm 2023

DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

DANH MỤC CÁC BẢNG SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

Bảng 1.1 Bảng mô tả các mức độ biểu hiệu của năng lực giải quyết vấn đề Bảng 2.1 Yêu cầu cần đạt chuyên đề “Vật lí với giáo dục bảo vệ môi trường” (theo chương trình vật lí tổng thể 2018)

Bảng 2.2: Kiến thức STEM trong chủ đề “Sự cần thiết phải bảo vệ môi trường” Bảng 2.3: Kiến thức STEM trong chủ đề “Năng lượng tái tạo”

Bảng 2.4 Rubric đánh giá sản phẩm nhóm chủ đề “Sự cần thiết phải bảo vệ môi trường”

Bảng 2.5 Rubric đánh giá sản phẩm nhóm chủ đề “Năng lượng tái tạo” Bảng 2.6 Rubric đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh sau chuyên đề “Vật lí với giáo dục bảo vệ môi trường”

Bảng 3.1 Kế hoạch thực nghiệm sư phạm chủ đề “Sự cần thiết phải bảo vệ môi trường”

Bảng 3.2 Kế hoạch thực nghiệm sư phạm chủ đề “Năng lượng tái tạo” Bảng 3.3 Phân tích định tính về quá trình học tập của học sinh trong chuyên đề Bảng 3.4 Bảng thống kê đánh giá theo nhóm sản phẩm và bài báo cáo của học sinh lớp 10A1 chủ đề “Sự cần thiết phải bảo vệ môi trường”

Bảng 3.5 Bảng thống kê đánh giá theo nhóm sản phẩm và bài báo cáo của học sinh lớp 10A2 chủ đề “Sự cần thiết phải bảo vệ môi trường”

Bảng 3.6 Bảng thống kê đánh giá theo nhóm sản phẩm và bài báo cáo của học sinh lớp 10A1 chủ đề “Năng lượng tái tạo”

Bảng 3.7 Bảng thống kê đánh giá theo nhóm sản phẩm và bài báo cáo của học sinh lớp 10A2 chủ đề “Năng lượng tái tạo”

Bảng 3.8 Bảng thống kê tự đánh giá cá nhân chuyên đề “ Vật lí với giáo dục bảo về môi trường” của lớp 10A1 với 32 học sinh

Bảng 3.9 Bảng thống kê tự đánh giá cá nhân chuyên đề “ Vật lí với giáo dục bảo về môi trường” của lớp 10A2 với 32 học sinh

DANH MỤC SƠ ĐỒ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

Sơ đồ 1.1 Quy trình thiết kế kĩ thuật Sơ đồ 2.1 Sơ đồ hình thành ý tưởng chủ đề STEM chủ đề “Sự cần thiết phải bảo vệ môi trường”

Sơ đồ 2.2 Sơ đồ hình thành ý tưởng chủ đề STEM chủ đề “Năng lượng tái tạo”

DANH MỤC HÌNH ẢNH SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

Hình 3.1 Một số hình ảnh học tập của học sinh chủ đề “Sự cần thiết phải bảo vệ môi trường”

Hình 3.2 Một số hình ảnh học tập của học sinh chủ đề “Năng lượng tái tạo”

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 3

3 Đối tượng, khách thể nghiên cứu 3

4 Giả thuyết khoa học 3

5 Nhiệm vụ nghiên cứu 3

6 Phương pháp nghiên cứu 4

7 Đóng góp mới của đề tài 5

8 Cấu trúc, bố cục của luận văn 5

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VIỆC DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 6

1.1 Mục tiêu giáo dục trong giai đoạn hiện nay 6

1.1.1 Mục tiêu chung của nền giáo dục phổ thông mới 6

1.1.2 Mục tiêu giáo dục môn Vật lí ở trường phổ thông theo chương trình 2018 7

1.2 Tổng quan lý thuyết về giáo dục STEM 11

1.2.1 Khái niệm về STEM 11

1.2.2 Khái niệm tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM 12

1.2.5 Nội dung giáo dục STEM 20

1.2.6 Các hình thức triển khai giáo dục STEM 24

1.2.7 Tiêu chí thiết kế, xây dựng một chủ đề STEM 26

1.2.8 Quy trình thiết kế, xây dựng một chủ đề STEM 29

1.2.9 Một số phương pháp, kĩ thuật, mô hình tổ chức triển khai dạy học chủ đề STEM 30

1.3 Năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học Vật lí theo định

hướng giáo dục STEM 37

2.1 Tổng quan nội dung chuyên đề “Vật lí với giáo dục bảo vệ môi trường” Vật lí 10 45

2.1.1 Đặc điểm của chuyên đề “Vật lí với giáo dục bảo vệ môi trường” 45

2.1.2 Yêu cầu cần đạt trong dạy học chuyên đề “Vật lí với giáo dục bảo vệ môi trường” 45

2.1.3 Nội dung cơ bản chuyên đề “Vật lí với giáo dục bảo vệ môi trường” 50 2.2 Tổ chức dạy học chuyên đề “Vật lí với giáo dục bảo vệ môi trường” theo định hướng giáo dục STEM 65

2.2.1 Tổ chức dạy học nội dung “Sự cần thiết phải bảo vệ môi trường” theo định hướng giáo dục STEM 65

2.2.2 Tổ chức dạy học nội dung “Vật lí với giáo dục bảo vệ môi trường” theo định hướng giáo dục STEM 79

2.3 Rubric đánh giá chuyên đề “Vật lí với giáo dục bảo vệ môi trường” 92 2.3.1 Đánh giá sản phẩm nhóm 92

2.3.2 Đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh 97

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 102

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 103

3.1 Mục đích của thực nghiệm sư phạm 103

3.2 Nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm 103

3.3 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 103

3.4 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 103

3.5 Kế hoạch thực nghiệm sư phạm 104

3.5.1 Kế hoạch tổ chức thực nghiệm chủ đề “Sự cần thiết phải bảo vệ môi trường” 104

3.5.2 Kế hoạch tổ chức thực nghiệm chủ đề “Năng lượng tái tạo” 107

3.6 Kết quả thực nghiệm sư phạm 109

3.6.1 Phân tích định tính 109

3.6.2 Phân tích kết quả định lượng 116

3.7 Những thuận lợi và khó khăn trong quá trình thực nghiệm 125

MỞ ĐẦU 1 Lý do chọn đề tài

Sự phát triển của khoa học công nghệ hiện đại góp phần phục vụ đời sống con người, nâng cao đời sống người dân Hàng loạt thiết bị điện tử, sản phẩm công nghệ hiện đại lần lượt ra đời giúp cuộc sống hiện đại hơn Các thiết bị điện tử hiện nay đang dần thay thế cho nguồn lao động con người sử dụng chân tay, tăng cường nguồn nhân lực trí thức Nhận ra tầm quan trọng của khoa học công nghệ, Đảng và Nhà nước ta đã luôn có các định hướng và sự chỉ đạo tăng cường đúng đắn về các hoạt động của khoa học công nghệ đối với sự phát triển kinh tế xã hội Trong thời đại đổi mới, trong nền kinh tế tri thức, sự phát triển của xã hội luôn phụ thuộc vào nguồn nhân lực, nhất là khi yếu tố tri thức nắm vai trò chủ đạo Trong những năm gần đây, sự phát triển vượt bậc của khoa học kĩ thuật, hệ thống internet và trí tuệ nhân tạo đã đồng hành với cuộc cách mạng lần thứ 4

Tiếp tục theo đà phát triển của xã hội và công nghệ, nhằm tăng cường tính khoa học, ứng dụng, sáng tạo, phát triển toàn diện, thúc đẩy nền giáo dục tích hợp Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học, Bộ Giáo dục và Đào tạo tiếp tục đưa

ra công văn số 3089/BGDĐT-GDTrH với mục đích: “Nâng cao nhận thức cho cán bộ quản lí và giáo viên về vị trí, vai trò và ý nghĩa của giáo dục STEM trong trường trung học; thống nhất nội dung, phương pháp và các hình thức tổ chức thực hiện giáo dục STEM trong nhà trường; Tăng cường áp dụng giáo dục STEM trong giáo dục trung học nhằm góp phần thực hiện mục tiêu của Chương trình giáo dục phổ thông năm 2018”

Hiện nay, chương trình giáo dục phổ thông 2018 đã được công bố nhiều năm, đã và đang áp dụng vào nền giáo dục Việt Nam Chương trình được nghiên cứu xây dựng theo mô hình phát triển năng lực – một mô hình hiện đại nhằm đáp

ứng nhu cầu xã hội ngày nay Nhờ sử dụng kiến thức cơ bản, thiết thực và hiện đại, cùng với việc áp dụng các phương pháp tích cực trong quá trình học tập, học sinh có thể phát triển và hình thành các phẩm chất và năng lực mà nhà trường và xã hội mong đợi Chương trình môn Vật lí dựa theo định hướng và xu thế chung, Chúng ta đã tập trung vào phát triển các vấn đề cơ bản và thực tiễn nhất, đồng thời đặc biệt quan tâm đến những vấn đề có tính ứng dụng cao, đóng vai trò cơ sở cho nhiều ngành kỹ thuật, khoa học và công nghệ Nhờ sự thay đổi và chỉ dẫn tới từ Bộ Giáo dục, mặc dù đã có nhiều sự thay đổi trong việc dạy và học trong trường THPT, các kiến thức dần gắn liền với thực tế, tiến trình dạy học chú trọng phát triển toàn diện cho học sinh Tuy nhiên, trong chương trình Vật lí mới, có xuất hiện một số mảng kiến thức mở rộng, không có trong chương trình cũ

Với tình hình của việc nóng lên toàn cầu, biến đổi khí hậu ngày một trở nên rõ rệt như hiện nay, kèm với nhiều yếu tố chính trị, xã hội ảnh hưởng tới việc cung cấp năng lượng Chuyên đề “Vật lí với giáo dục bảo vệ môi trường” sẽ là một chuyên đề hấp dẫn, thiết thực và cần thiết nhằm xây dựng một ý thức bảo vệ môi trường, giảm thải các tác nhân gây ô nhiễm, Nếu xây dựng tiến trình dạy học chuyên đề này theo định hướng giáo dục STEM, học sinh sẽ không chỉ đạt được những điều trên mà các em còn có thể được tìm tòi, khám phá, được sáng tạo, ứng dụng những kiến thức Vật lí vào những sản phẩm của riêng mình, vận dụng mọi nguồn lực, phát huy tối đa năng lực của mình để giải quyết vấn đề về môi trường

Từ những lý do trên, chúng tôi chọn và nghiên cứu đề tài “Tổ chức dạy học chuyên đề “Vật lí với giáo dục bảo vệ môi trường” theo định hướng giáo dục STEM”

2 Mục đích nghiên cứu

Xây dựng tiến trình và tổ chức dạy học chuyên đề “Vật lí với giáo dục bảo vệ môi trường” theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề và nâng cao kết quả học tập của học sinh

3 Đối tượng, khách thể nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Hoạt động dạy học chuyên đề ‘Vật lí với giáo dục

bảo vệ môi trường” theo định hướng giáo dục STEM

- Khách thể nghiên cứu: Hoạt động dạy và học theo định hướng giáo dục

STEM trong chuyên đề “Vật lí với giáo dục bảo vệ môi trường”, Vật lí 10

4 Giả thuyết khoa học Nếu tổ chức dạy học chuyên đề “Vật lí với giáo dục bảo vệ môi trường” theo định hướng giáo dục STEM thì học sinh sẽ phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong việc bảo vệ môi trường và nâng cao kết quả học tập

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý luận định hướng giáo dục STEM, nghiên cứu lý luận

về năng lực giải quyết vấn đề trong học tập

- Tìm hiểu những khó khăn của việc triển khai chuyên đề “Vật lí với giáo

dục bảo vệ môi trường” trong chương trình Vật lí năm 2018 ở trường phổ thông hiện nay

- Phân tích cấu trúc, nội dung dạy học chuyên đề “Vật lí với giáo dục bảo

vệ môi trường” - Vật lí 10

- Xây dựng tiến trình dạy học chuyên đề “Vật lí với giáo dục bảo vệ môi

trường” theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh

- Để đánh giá hiệu quả của việc áp dụng định hướng giáo dục STEM trong

việc dạy chuyên đề "Vật lí với giáo dục bảo vệ môi trường", chúng tôi đã tiến hành thực nghiệm sư phạm để phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh

6 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:

Nghiên cứu các tài liệu về STEM và các phương pháp giảng dạy môn Vật lý nhằm tối đa hóa khả năng của học sinh

Nghiên cứu chương trình giáo dục phổ thông môn Vật lí 2018, các yêu cầu cần đạt của năng lực cần phát triển

Nghiên cứu các tài liệu có liên quan đến chuyên đề “Vật lí với giáo dục bảo vệ môi trường” – Vật lí 10

- Các phương pháp nghiên cứu thực tiễn:

+ Phương pháp quan sát: Quan sát thái độ và những biểu hiện năng lực giải

quyết vấn đề của học sinh thông qua tiết học với phương pháp giáo dục STEM

+ Phương pháp điều tra: Sau tiết học bài tập, chúng tôi đã tiến hành phỏng

vấn một số học sinh trong lớp để đánh giá hiệu quả của buổi dạy cũng như đánh giá thái độ và sự thay đổi của học sinh sau các buổi học

+ Trưng cầu ý kiến của các chuyên gia, giáo viên Vật lí khác về thực trạng dạy học chuyên đề “Vật lí với giáo dục bảo vệ môi trường”

+ Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Thực hiện dạy thử ở một số lớp

tương đương về trình độ để đánh giá tính khả thi, hiệu quả của các nội dung được đề xuất và so sánh với các phương pháp giảng dạy truyền thông khác

+ Phương pháp thống kê toán học : Giúp xử lý thông tin, thóng kê, phân

tích kết quả thu được từ thực nghiệm sư phạm

7 Đóng góp mới của đề tài

- Về lý luận: Làm rõ cách triển khai phương pháp giáo dục STEM trong quá

trình dạy học môn Vật lí tại trường THPT, đặc biệt theo chương trình giáo dục phổ thông năm 2018

- Về thực tiễn: Chúng tôi đã xây dựng tiến trình dạy học cho chuyên đề

"Vật lí với giáo dục bảo vệ môi trường" trong môn Vật lí lớp 10, theo chương trình giáo dục phổ thông 2018 và theo định hướng giáo dục STEM

8 Cấu trúc, bố cục của luận văn

Ngoài phần Mở đầu và Kết luận, nội dung luận văn bao gồm 3 chương:

Chương 1: Cơ sở lý luận của việc dạy học theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh

Chương 2: Xây dựng tiến trình dạy học chuyên đề “Vật lí với giáo dục bảo vệ môi trường” theo định hướng giáo dục STEM

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VIỆC DẠY HỌC THEO ĐỊNH

HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 1.1 Mục tiêu giáo dục trong giai đoạn hiện nay

1.1.1 Mục tiêu chung của nền giáo dục phổ thông mới

Một trong các giải pháp được đề ra trong Chỉ thị số 16/CT-TTG do Thủ tướng ban hành vào ngày 04/05/2017 là thực hiện một thay đổi mạnh mẽ đối với chính sách, nội dung và phương pháp giáo dục và đào tạo nghề, nhằm tạo ra một nguồn nhân lực có khả năng tiếp cận các xu hướng công nghệ sản xuất mới Điều này bao gồm việc tập trung đặc biệt vào việc thúc đẩy đào tạo về khoa học, công nghệ, kỹ thuật, toán học, ngoại ngữ và tin học trong chương trình Giáo dục Phổ thông,…” [5] Với việc ban hành chỉ thị trên, Việt Nam chính thức có những hành động thúc đẩy giáo dục về khoa học, công nghệ , kĩ thuật, toán học hay nói cách khác là thúc đẩy giáo dục STEM trong chương trình GDPT

Điều này đã cho thấy tầm quan trọng trong việc tổ chức giáo dục STEM ở phổ thông là điều tất yếu đẻ muốn bắt kịp với xu thế trên thế giới Giáo dục STEM tập trung vào việc khuyến khích giáo dục trong lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học, và cũng thể hiện việc tiếp cận liên môn, liên ngành kèm theo đó là phát triển các năng lực, phẩm chất của người học phù hợp với những nội dung, khía canh mà chương trình giáo dục phổ thông 2018 đề cập tới, cụ thể:

- Trong chương trình ban hành năm 2018 có đầy đủ các môn học, lĩnh vực STEM, đó là các môn Toán học, Khoa học tự nhiên, Vật lí, Hóa học, Sinh học, Công nghệ, Tin học,…

- Trong giai đoạn giáo dục định hướng nghề nghiệp, nhóm môn Công nghệ và Nghệ thuật được xác định, kèm theo quy định chọn 5 môn học từ 3 nhóm khác nhau Mục tiêu của việc này là để củng cố và đảm bảo rằng tất cả học sinh đều

Ngoài ra, vị trí và vai trò của môn Công nghệ và Tin học trong chương trình 2018 đã được nâng cao rõ rệt

- Chương trình môn Toán chú trọng vận dụng toán học vào thực tiễn, dành phần lớn thời lượng cho các hoạt động trải nghiệm trong môn học

- Có rất nhiều chủ đề STEM trong chương trình môn học có thể khai thác thông qua các chuyên đề Các chuyên đề học tập về STEM, nghề nghiệp STEM ở lớp 10, 11, 12 trong các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán; các hoạt động trải nghiệm dưới hình thức câu lạc bộ nghiên cứu khoa học

- Tính mở của chương trình 2018 cũng cho phép một số nội dung giáo dục STEM có thể được xây dựng thông qua chương trình địa phương hay thông qua kế hoạch giáo dục của nhà trường, qua các chương trình, hoạt động STEM thông qua hoạt động xã hội hóa giáo dục

Những định hướng đổi mới phương pháp dạy nêu trong chương trình tổng thể 2018 cũng phù hợp với giáo dục STEM ở cấp độ dạy học tích hợp liên môn theo các chủ đề cụ thể, vận dụng để giải quyết các vấn đề thực tiễn từ đó không chỉ khiến kiến thức gắn với thực tế hơn mà còn phát triển các năng lực, phẩm chất cần thiết cho học sinh

1.1.2 Mục tiêu giáo dục môn Vật lí ở trường phổ thông theo chương trình 2018

Vật lí là một ngành khoa học nghiên cứu về vật chất và về sự vận động, tương tác đơn giản, tổng quát nhất của nó Ở giai đoạn cấp trung học phổ thông (giai đoạn giáo dục định hướng nghề nghiệp), đây là một môn học thuộc nhóm môn Khoa học Tự nhiên, việc này giúp học sinh phát triển các vấn đề cốt lõi có tính thiết thực cao, mang tính ứng dụng và là cơ sở cho nhiều ngành kỹ thuật, khoa học và công nghệ

Chương trình Vật lí không chỉ đề cập tới các kiến thức khoa học mà còn coi trọng việc rèn luyện khả năng vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học đó để tìm hiểu và giải quyết ở mức độ nhất định một số vấn đề thực tiễn, đáp ứng đòi hỏi, nhu cầu của cuộc sống

Chương trình môn Vật lí với tinh thần quán triệt đầy đủ các quy định cơ bản được nêu trong Chương trình tổng thể, về quan điểm có một số nội dung phùt hợp với nền giáo dục STEM, cụ thể:

a) “Chương trình môn Vật lí không chỉ thừa kế và phát huy những ưu điểm của chương trình hiện tại, mà còn tiếp thu kinh nghiệm từ việc xây dựng chương trình môn học của các nước có hệ thống giáo dục tiên tiến trên thế giới” [3]

Giáo dục STEM là chìa khóa hướng đến sáng tạo và tăng trưởng kinh tế trên thế giới, là một môn học quan trọng và được các nước có nền giáo dục hàng đầu đầu tư và quan tâm:

Tại Mỹ, ngày từ đầu những năm 90, giáo dục STEM đã trở thành xu hướng

tất yếu trong nền giáo dục Các môn học về các lĩnh vực khoa học công nghệ được các nhà trường giảng Môn học được dạy tích hợp thông qua phương pháp giảng dạy dự án, trải nghiệm và thực hành, nhằm tạo thành một môn học liên môn Đồng thời, để khai thác tối đa sự sáng tạo của học sinh ở mọi cấp độ, các hội chợ khoa học được tổ chức thường xuyên từ cấp trường đến cấp quốc gia, đồng thời cung cấp cơ hội và học bổng để tìm kiếm và đầu tư vào tài năng từ sớm Một ví dụ cho sự coi trọng giáo dục STEM từ chính quyền là sự kiện Ngày hội khoa học toàn quốc đã được tổ chức tại Nhà Trắng lần thứ 5 vào ngày 23/03/2015, trong đó Tổng thống Mỹ Barack Obama đã dành cả ngày để trao đổi và trò chuyện với các nhà khoa học trẻ về các sản phẩm sáng tạo của học sinh được trưng bày tại văn phòng

Ở Anh, một chương trình giáo dục STEM quan trọng là Giáo trình Khoa

học thế kỷ XXI (GCSE), đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều trường học và là một phần không thể thiếu trong hệ thống giáo dục Anh Quốc Trong GCSE, chương trình Khoa học bắt buộc đã được thiết kế nhằm nâng cao kiến thức khoa học cho các công dân trong tương lai Ngoài ra, còn có hai mô đun mà học sinh có thể lựa chọn, đó là Khoa học Bổ sung và Khoa học Ứng dụng

Tại Úc, đã được thành lập chương trình iSTEM (Invigorating STEM) nhằm

tập trung phát triển tri thức về khoa học và công nghệ cho học sinh Úc, nhằm tạo ra sự tiếp cận quốc gia về giáo dục STEM Chương trình này tập trung vào cung cấp các hoạt động và sự tham gia cho học sinh, sinh viên quan tâm và gia đình của họ trong lĩnh vực STEM Sự thành công của chương trình đã thu hút sự hỗ trợ từ nhiều trường đại học và tổ chức khoa học

Canada đứng thứ 12 trong số 16 nước có tỉ lệ sinh viên tốt nghiệp theo học

các chương STEM, với 21,2%, cao hơn so với Hoa Kì nhưng thấp hơn các nước châu Âu như Pháp, Đức, Áo,…Ở Canada, tổ chức hướng đạo sinh đã áp dụng các biện pháp tương tự như Mỹ để thúc đẩy lĩnh vực STEM cho thanh thiếu niên Chương trình giảng dạy ở Ontario, Canada, có vẻ có mối liên kết với công nghệ, khoa học và toán học Mục tiêu của chương trình là đào tạo nguồn nhân lực có trình độ cao trong lĩnh vực khoa học và công nghệ

Ở Thái Lan, Giáo dục STEM đã được triển khai thông qua mạng lưới giáo

dục STEM bao gồm Trung tâm Giáo dục STEM Quốc gia (Network of STEM Education Centers - NSEC), Trung tâm Giáo dục STEM khu vực (Regional STEM Education Center - RSEC) và các trường học trong mạng lưới giáo dục STEM của Thái Lan Các tổ chức này đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ và thực hiện giáo dục STEM trên toàn quốc Các trường đại học có vai trò giám sát mạng lưới, mạng lưới học thuật của giáo viên, mạng lưới đại sứ STEM, mạng lưới iSTEM và

cũng được tôn vinh vì đóng góp của họ trong việc phát triển và thúc đẩy Giáo dục STEM trong cả nước

b) “Chương trình môn Vật lí chú trọng bản chất, ý nghĩa vật lí của các đối tượng, đề cao tính thực tiễn; tránh khuynh hướng thiên về toán học; tạo điều kiện để giáo viên giúp học sinh phát triển tư duy khoa học dưới góc độ vật lí, khơi gợi sự ham thích ở học sinh, tăng cường khả năng vận dụng kiến thức, kĩ năng vật lí trong thực tiễn.” [3]

Giáo dục STEM là một môn học đề tính thực tiễn, ưu tiên việc ứng dụng các kiến thức khoa học để giải quyết các vấn đề trong thực tại Toán học là một lĩnh vực trong STEM nhưng không hề bao quát hoàn toàn môn học mà là một công cụ hữu ích nhằm phục vụ cho quá trình nghiên cứu của người học Khi triển khai giáo dục STEM, học sinh sẽ hiểu được ý nghĩa của kiến thức sẽ được sử dụng như thế nào trong cuộc sống, từ đó càng tăng thêm sự hứng thú, ham học ở học sinh để có thể biến kiến thức thành công cụ hữu ích trong thưc tế

c) "Chương trình giảng dạy môn Vật lí được thiết kế theo hướng linh hoạt, không đặt quy định chi tiết về nội dung mà tập trung vào các yêu cầu mà học sinh cần đạt được Nó chỉ cung cấp định nghĩa rõ ràng cho các khái niệm khi có sự khác biệt trong việc hiểu và áp dụng chúng." [3]

Giáo dục STEM đề cao tính sáng tạo của học sinh, với những kiến thức khoa học nền tảng, các con có thể đưa ra nhiều ý tưởng, phương án, giải pháp khác nhau để giải quyết một vấn đề, như thế học sinh có thể phát triển toàn diện, việc học trở

nên mở hơn và học sinh sẽ là trung tâm của mọi tiết học

1.2 Tổng quan lý thuyết về giáo dục STEM

1.2.1 Khái niệm về STEM

STEM là một môn học liên môn được kết hợp bỡi các lĩnh vực và thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học)

Trong gần hai thập kỷ, Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ (NSF) đã sử dụng STEM chỉ đơn giản là để đề cập đến bốn lĩnh vực riêng biệt là Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học Tuy nhiên, một số người cho rằng STEM là phương pháp giáo dục (gọi là giáo dục STEM), là một chiến thuật giảng dạy thông qua những bài học trải nghiệm thú vị

Cần nhận thức và hành động theo cả hai cách hiểu sau đây khi nhắc đến khái niệm giáo dục STEM: Giáo dục STEM có thể được hiểu và triển khai theo nhiều phương án, cách tiếp cận khác nhau Người thiết kế chương trình và giáo viên cần thấu hiểu và áp dụng giáo dục STEM bằng cách tập trung vào việc nâng cao vai trò, vị trí và sự phối hợp giữa các môn học liên quan trong chương trình, nhằm tăng cường tầm quan trọng của học sinh Giáo viên sẽ tổ chức và thực hiện giáo dục STEM thông qua các hoạt động dạy học nhằm kết nối kiến thức với thực tế, nhận biết và giải quyết các vấn đề thực tiễn, tạo động lực học tập tích cực, phát triển năng lực và phẩm chất cho học sinh:

Thứ nhất, về TƯ TƯỞNG giáo dục và định hướng giáo dục toàn diện, nhiệm vụ là thúc đẩy một nền giáo dục tổng hợp trong bốn lĩnh vực: Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các ngành nghề liên quan và tạo điều kiện cho sự phát triển và làm giàu cho xã hội bằng cách chuẩn bị nguồn nhân lực phù hợp Thứ hai, liên quan đến phương pháp TIẾP CẬN LIÊN MÔN (khoa học, công nghệ, kỹ thuật, toán) trong quá trình dạy học, mục tiêu là:

(1) Nâng cao hứng thú học tập, tầm quan trọng của các môn học thuộc các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật, Toán;

(2) Vận dụng các kiến thức liên môn, đa môn, đa ngành nghề để giải quyết các vấn đề thực tiễn;

(3) Kết nối trường học với xã hội, cộng đồng; (4) Định hướng hành động, trải nghiệm, hướng nghiệp trong học tập; (5) Hình thành, phát triển năng lực và phẩm chất của người học

1.2.2 Khái niệm tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM

Giáo dục STEM hiện nay được rất nhiều nhà giáo dục trên các nước quan tâm nghiên cứu, do đó cũng có nhiều cách hiểu về giáo dục STEM khác nhau, tùy thuộc vào mục đích và ngữ cảnh

Giáo dục STEM dựa trên nền tảng của giáo dục khoa học (Science Education) Nó là lĩnh vực mà các chương trình giáo dục STEM hiện tại đang được đề xuất từ đó Ở Mỹ, giáo dục khoa học được coi là một ngành nghiên cứu cơ bản và là nền tảng quan trọng để thúc đẩy sự phát triển khoa học từ người mẹ là con người Điều này được thực hiện thông qua việc đào tạo giáo viên khoa học và xây dựng các chương trình giáo dục từ mầm non đến đại học, từ gia đình đến các hoạt động giáo dục khoa học trong cộng đồng

Giáo dục STEM căn bản là một hướng tiếp cận tích hợp (liên môn) của bốn lĩnh vực hoặc môn học: Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học Theo định nghĩa của tác giả Tsupros (2006), giáo dục STEM là một phương pháp học tiếp cận đa ngành, trong đó kiến thức hàn lâm được tương tác mật thiết với thực tế thông qua việc học sinh áp dụng kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học vào các tình huống cụ thể, tạo sự kết nối giữa trường học, cộng đồng và doanh nghiệp, từ đó phát triển kỹ năng STEM và nâng cao khả năng cạnh tranh trong nền

kinh tế hiện đại [21] Với cách hiểu này phải dùng thuật ngữ dài hơn để diễn tả là

“Giáo dục tích hợp STEM”

Tác giả Tsupros (2006) định nghĩa giáo dục STEM là một phương pháp học tiếp cận tích hợp giữa các lĩnh vực khác nhau, trong đó kiến thức hàn lâm được tương tác mật thiết với thực tế thông qua việc học sinh áp dụng kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học vào các tình huống cụ thể, tạo sự kết nối giữa trường học, cộng đồng và doanh nghiệp, từ đó phát triển kỹ năng STEM và nâng cao khả năng cạnh tranh trong nền kinh tế hiện đại [20]

Hiệp hội Giáo viên Khoa học Quốc gia Mỹ (NSTA - National Science Teachers Association) đã đề xuất khái niệm giáo dục STEM (STEM Education) với một định nghĩa như sau:

Cách tiếp cận liên ngành là sự kết hợp và tích hợp giữa các môn học và ngành nghề theo một cách thống nhất Trong ngữ cảnh giáo dục, nếu các môn học chưa được liên kết và tích hợp với nhau cũng như không được áp dụng vào thực tế, và giáo viên không thể thực hiện việc giảng dạy liên môn, thì đó chưa thể coi là giáo dục STEM Để thể hiện tính ứng dụng cao vào thực tế và vượt qua khoảng cách giữa lý thuyết và thực hành, kiến thức trong giáo dục STEM cần được áp dụng vào các hoạt động thực tế cụ thể và tạo ra sản phẩm có khả năng giải quyết các vấn đề trong cuộc sống

Trong lĩnh vực giáo dục và trên phạm vi toàn cầu, STEM được hiểu là một thuật ngữ trong giáo dục STEM, trong đó:

- Science (Khoa học): Tập trung vào phát triển khả năng áp dụng kiến thức và kỹ năng trong lĩnh vực khoa học (Vật lí, Hóa học, Sinh học, v.v.) của học sinh, không chỉ giúp họ hiểu về thế giới tự nhiên mà còn hướng dẫn họ áp dụng những kiến thức và kỹ năng để giải quyết các vấn đề trong cuộc sống hàng ngày theo phương pháp khoa học

- Technology (Công nghệ): Tập trung vào phát triển khả năng hiểu, sử dụng và đánh giá công nghệ của học sinh Đây là khía cạnh cho phép học sinh sử dụng công nghệ như các công cụ hỗ trợ học tập, nghiên cứu và tăng năng suất lao động Nó cung cấp cho học sinh cơ hội hiểu về quá trình phát triển công nghệ, cách sử dụng công nghệ, mục đích của nó, và cung cấp cho học sinh các kỹ năng để phân tích tác động của công nghệ mới đối với cuộc sống hàng ngày của họ và cộng đồng

- Engineering (Kĩ thuật): Tập trung vào phát triển hiểu biết về cách áp dụng kiến thức khoa học để tạo ra giá trị thực tiễn thông qua quy trình thiết kế kỹ thuật Quy trình này cung cấp cho học sinh cơ hội tích hợp kiến thức từ nhiều lĩnh vực, giúp các khái niệm liên quan dễ hiểu và thực hiện trong cuộc sống; nó cung cấp cho học sinh những kỹ năng để sáng tạo áp dụng kiến thức khoa học và toán học trong quá trình thiết kế các đối tượng, hệ thống hoặc xây dựng quy trình sản xuất

- Mathematics (Toán học): Là một công cụ hữu ích để hỗ trợ các lĩnh vực khoa học khác Nó tập trung vào phát triển khả năng phân tích, luận điểm và truyền đạt ý tưởng một cách hiệu quả thông qua tính toán, giải thích và đưa ra các giải pháp cho các vấn đề toán học trong các tình huống cụ thể Trong giáo dục STEM, vai trò của giáo viên chuyển từ người giảng dạy (lecturer) trở thành người điều phối (facilitator) hoạt động học Những kiến thức thường bị cho là khô khan, khó hiểu và khó nhớ sẽ được minh họa thông qua các ví dụ thực tế, liên kết với thực tế để trở nên dễ hiểu hơn Đồng thời, học sinh cũng được tham gia vào các hoạt động thực hành để trải nghiệm sáng tạo trong thực tế Điều này giúp họ hiểu sâu hơn và ghi nhớ lâu hơn những kiến thức đã học, hiểu được ý nghĩa của chúng trong đời sống

Học sinh theo học STEM có những ưu điểm và điểm mạnh đáng chú ý như: có nền tảng vững chắc về các lĩnh vực kiến thức bao gồm khoa học, kỹ thuật, công nghệ và toán học; khả năng sáng tạo, tư duy logic, hiệu suất học tập, khả năng tự học, tự chủ và làm việc vượt trội; cơ hội phát triển các kỹ năng mềm toàn diện được nhấn mạnh trong giáo dục STEM Trong quá trình đạt được những thành tựu này, học sinh không cảm thấy áp lực quá lớn hay quá tải Đặc biệt, đối với học sinh ở cấp trung học và phổ thông, phương pháp giáo dục STEM có tác động tích cực đến khả năng lựa chọn nghề nghiệp trong tương lai

1.2.3 Vai trò, ý nghĩa của giáo dục STEM trong bối cảnh phát triển mới

Sự phát triển của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, với sự tự động hóa và điều khiển từ xa thông qua các thiết bị điện tử, đã thay đổi cách trường học hoạt động, từ mô hình kín thành mô hình mở, liên kết với cộng đồng và xã hội Giáo dục STEM không chỉ tập trung vào phạm vi địa phương mà còn nhìn xa hơn, với mục tiêu liên kết với quy mô quốc gia và tương quan với tình hình kinh tế và xu hướng toàn cầu

Giáo dục STEM giúp khuyến khích học sinh nhận ra tầm quan trọng của các lĩnh vực liên ngành trong khoa học Mục tiêu của chương trình giáo dục STEM không chỉ là tạo ra các kỹ sư, nhà khoa học hay nhà toán học, mà còn là truyền cảm hứng cho học sinh, khuyến khích họ kết hợp học tập với thực hành, từ đó hiểu sâu hơn về kiến thức và áp dụng chúng vào giải quyết các vấn đề thực tế

Trong chương trình giáo dục STEM, các môn học liên quan đến khoa học và công nghệ không được giảng dạy độc lập, mà được tích hợp thành một môn học duy nhất thông qua sử dụng nhiều phương pháp giảng dạy hiện đại như dự án, trải nghiệm sáng tạo và thực hành Đồng thời, chương trình cũng áp dụng nhiều kỹ thuật dạy học như làm việc nhóm, trải bàn, XYZ và các phương pháp khác Ở nhiều quốc gia châu Âu và châu Mỹ, để khai thác tối đa sự sáng tạo của học sinh

ở mọi cấp, các hội chợ khoa học thường được tổ chức đều đặn từ cấp trường đến cấp quốc gia Điều này khuyến khích sự tham gia của học sinh và nhà trường, góp phần thúc đẩy phong trào học tập và nghiên cứu

Việc đưa giáo dục STEM vào trường phổ thông sẽ mang lại nhiều giá trị, lợi ích đến cho cả nhà trường, giáo viên, học sinh, phụ huynh, cộng đồng,…, phù hợp với định hướng đổi mới giáo dục phổ thông, đáp ứng nhu cầu xã hội, theo kịp với thời đại phát triển Cụ thể là:

- Mục tiêu của giáo dục là đảm bảo phát triển toàn diện mọi khả năng và năng lực của học sinh thông qua việc triển khai giáo dục STEM trong hệ thống giáo dục, song song với việc quan tâm đến các môn học như Toán và Khoa học Các lĩnh vực Công nghệ và Kĩ thuật cũng nhận được sự quan tâm và đầu tư toàn diện, bao gồm cả đội ngũ giáo viên, chương trình học và cơ sở vật chất Mục tiêu của chúng là đảm bảo một nền giáo dục toàn diện, khai thác và phát triển tối đa mọi tiềm năng và năng lực của học sinh

- Nhằm tăng cường sự hứng thú trong việc học các môn khoa học, trong giáo dục STEM, các dự án học tập được thiết kế nhằm áp dụng kiến thức từ nhiều lĩnh vực khác nhau để giải quyết các vấn đề thực tế Điều này giúp học sinh tham gia vào các hoạt động, có trải nghiệm thực tế và nhận ra ý nghĩa của tri thức trong cuộc sống Kết quả là, sự hứng thú học tập của học sinh được nâng lên, tạo động lực để họ khám phá, tìm tòi và áp dụng kiến thức và kỹ năng của mình

- Để hình thành và phát triển năng lực và phẩm chất cần có của một công dân thế kỷ mới cho học sinh, giáo dục STEM triển khai các dự án học tập bằng nhiều phương pháp và kỹ thuật khác nhau, mà giáo viên có thể áp dụng theo nhiều hình thức khác nhau Trong quá trình này, học sinh được khuy encourgeage và hợp tác với nhau, tự chủ và tự lực thực hiện các nhiệm vụ học dưới sự hướng dẫn của giáo

viên Họ cũng được tham gia vào các hoạt động có tính chất nghiên cứu khoa học, thử nghiệm, đánh giá và cải tiến

- Kết nối giáo dục với cộng đồng và xã hội là một phần quan trọng trong giáo dục STEM Bằng cách liên kết với thực tế và các bối cảnh cụ thể, STEM tạo ra một sự kết nối giữa trường học, cộng đồng, nơi làm việc và các tổ chức toàn cầu Qua việc thực hành và giải quyết các vấn đề thực tế, học sinh được truyền đạt và gắn kết với nhau trong quá trình học tập STEM Để đạt hiệu quả cao trong việc triển khai giáo dục STEM, các cơ sở giáo dục phổ thông thường hợp tác với các cơ sở giáo dục nghề nghiệp và đại học địa phương Điều này giúp tận dụng nguồn lực con người và cơ sở vật chất để thực hiện hoạt động giáo dục STEM một cách hiệu quả

- Hướng nghiệp, phân luồng: Tổ chức một chương trình giáo dục STEM tốt tại trường phổ thông đem lại cơ hội cho học sinh trải nghiệm đa dạng lĩnh vực STEM Điều này giúp họ nhận ra khả năng cá nhân, đánh giá sự phù hợp, năng khiếu và sở thích của mình đối với nghề nghiệp trong lĩnh vực STEM cũng như các ngành nghề khác

1.2.4 Căn cứ xây dựng và phát triển giáo dục STEM tại Việt Nam

Thế kỷ XXI được coi là kỷ nguyên của thông tin và công nghệ, khi mà ở trên thế giới, các nhà khoa học đã không ngừng sáng tạo ra nhiều phát minh mới, áp dụng những công nghệ tiên tiến vào cuộc sống Từ đó có thể dễ dàng nhận thấy, nhu cầu về công nghệ, khoa học và kĩ thuật bùng nổ, kèm theo đó là nhu cầu đào tạo các ngành Khoa học, Kĩ thuật, Công nghệ và Toán học đặc biệt trở nên thiết yếu với sự phát triển của đất nước Giáo dục STEM với nội dung chính xoay quanh 4 ngành này là tiền đề để nâng cao tầm quan trọng của 4 ngành học Khoa học, Kĩ thuật, Công nghệ và Toán học trong chương trình giáo dục phổ thông, nhằm giúp người dân Việt Nam bắt kịp với xu thế phát triển của nhiều quốc gia trên thế giới

Bên cạnh đó, phương pháp học của giáo dục STEM tập trung vào thực hành, sáng tạo là chủ yếu, điều mà giáo dục Việt Nam nhìn chung đang còn nhiều bất cập Với giáo dục truyền thống, HS chủ yếu được truyền đạt các bài học thuần về lý thuyết, quỹ thời gian dành cho thực hành là khá ít và thiếu phương tiện, hoặc nếu có cũng mang tính rời rạc ở một vài trường và những bài học mô phỏng không gần gũi với cuộc sống Những môn học tự nhiên như Toán, Vật lí, Hóa học hay Công nghệ cũng bị cho là khô khan do thiếu tính ứng dụng thực tiễn hoặc những hạn chế trong thực hành

Vì những lý do trên, giáo dục Việt Nam cần cấp thiết bổ sung những môn học mang tính thực hành cao, để ngay sau khi học, HS có thể ứng dụng những nguyên lý đó trong những sản phẩm thực tiễn Học nên đi đôi với hành, thậm chí là học gián tiếp thông qua việc tập trung thực hành, chế tạo ra những sản phẩm thực sự, nhờ đó kiến thức được lưu lại lâu hơn và có ý nghĩa hơn đối với tất cả HS Về phía HS, khi tiếp xúc với giáo dục STEM, đặc biệt từ những bậc học nhỏ, Học sinh được cung cấp cơ hội tiếp cận các công nghệ tiên tiến, khám phá và tìm hiểu về các hiện tượng khoa học và toán học, cũng như sáng tạo những sản phẩm công nghệ độc đáo và đáng chú ý Điều này đặc biệt trở nên quan trọng khi xã hội ngày một hiện đại, những phát minh về công nghệ nói riêng và những thành tựu khoa học nói chung luôn hiện hữu xung quanh con người, phục vụ lợi ích của con người

Mô hình giáo dục STEM đưa ra một sự thay đổi triệt để về phương pháp đào tạo so với mô hình truyền thống và chắc chắn sẽ giúp đào tạo ra một thế hệ mới có năng lực sáng tạo, có niềm đam mê khoa học, có khả năng sử dụng kĩ thuật và ứng dụng công nghệ vào thực tế, cũng như có đủ kĩ năng đáp ứng nguồn nhân lực cho cuộc các mạng công nghiệp lần thứ 4

Thực hiện chủ trương của Chính phủ tại Nghị quyết số 36a/NQ-CP ngày 14 tháng 10 năm 2015 về “Đẩy mạnh xã hội hóa đào tạo các cấp học trên mạng và ứng dụng CNTT trong dạy và học, sách giáo khoa điện tử” và Nghị quyết số 29-NQ/TW ngày 04/11/2013 Hội nghị lần thứ tám Ban Chấp hành Trung ương khóa XI về “Đổi mới căn bản, toàn diện GD - ĐT, đáp ứng yêu cầu công nghiệp hóa, hiện đại hóa trong điều kiện kinh tế thị trường định hướng xã hội chủ nghĩa và hội nhập quốc tế”, và để đón đầu kỷ nguyên của thông tin và công nghệ của thế kỷ

XXI khi mà ở trên thế giới, các nhà khoa học không ngừng tạo ra những phát minh mới, áp dụng những công nghệ mới tiên tiến vào cuộc sống Cùng với sự phát triển của kinh tế toàn cầu, Việt Nam cũng không nằm ngoài vòng quay phát triển theo hướng công nghiệp và việc tạo điều kiện cho các HS của Việt Nam được tiếp cận với giáo dục STEM là điều kiện cần thiết trong giai đoạn hiện nay để có thể theo kịp xu hướng giáo dục của thế giới, đặt nền móng vững chắc cho sự phát triển đất nước trong tương lai

Vào năm học 2015 - 2016, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã đưa ra những văn bản, công văn khuyến khích nội dung STEM trong chương trình giáo dục đào tạo Ngoài ra, một số văn bản của Quốc hội cũng như của Bộ Giáo dục và Đào tạo cũng ủng hộ chủ trương đổi mới giáo dục này, bao gồm:

❖ Đổi mới chương trình, sách giáo khoa giáo dục phổ thông thông qua nghị quyết số 88/2014/QH13 ngày 28/11/2014 của Quốc hội

❖ Chỉ thị số 4509/BGDĐT-GDTrH của Bộ Giáo dục và Đào tạo ngày 03/9/2015 hướng dẫn thực hiện nhiệm vụ giáo dục trung học năm học 2015-2016 trong đó có nội dung “Quán triệt tinh thần giáo dục tích hợp Khoa học - Công nghệ - Kĩ thuật - Toán (Science - Technology - Engineering – Mathematic: STEM) trong việc thực hiện chương trình giáo dục phổ thông ở những môn học liên quan”

❖ Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể 2018 do Bộ Giáo dục và Đào tạo ban hành vào tháng 12/2018 thể hiện mục tiêu giáo dục phổ thông; quy định yêu cầu cần đạt đối với HS; phạm vi và cấu trúc nội dung giáo dục phổ thông; …

1.2.5 Nội dung giáo dục STEM

Công văn 3089/BGDĐT-GDTrH về việc triển khai thực hiện giáo dục STEM trong giáo dục trung học có nêu rõ ba nội dung giáo dục STEM là: Bài học STEM;

Hoạt động trải nghiệm STEM và Đề tài/dự án nghiên cứu khoa học, kĩ thuật

* Bài học STEM

a) Nội dung bài học của các chủ đề STEM trong chương trình giáo dục phổ thông được thiết kế để đạt được mục tiêu và yêu cầu liên quan, nhằm phát triển toàn diện năng lực và phẩm chất của học sinh, đồng thời kết nối với các vấn đề thực tiễn trong xã hội

- Các bài học STEM cần liên kết chặt chẽ với các vấn đề thực tiễn trong cuộc sống xã hội, khoa học và công nghệ Học sinh được yêu cầu tìm hiểu kiến thức cơ bản liên quan và đưa ra các giải pháp để giải quyết vấn đề, xây dựng sự hiểu biết sâu rộng và đáp ứng các yêu cầu của bài học

- Nội dung kiến thức trong các bài học thuộc một môn học, liên môn hoặc một số môn học trong chương trình được thiết kế để đảm bảo học sinh có khả năng áp dụng những kiến thức đó để giải quyết các vấn đề một cách toàn diện và tương đối trọn vẹn

b) Bài học STEM dựa theo quy trình thiết kế kĩ thuật, hướng dẫn, làm quen với các bước tiến hành nghiên cứu khoa học

- Bài học STEM được xây dựng và thiết kế dựa trên quy trình thiết kế kĩ thuật, với 8 bước cơ bản như sau: 1 Xác định vấn đề; 2 Nghiên cứu kiến thức cơ bản; 3 Đề xuất các giải pháp; 4 Lựa chọn giải pháp; 5 Chế tạo sản phẩm (mô

hình, nguyên mẫu); 6 Thử nghiệm và đánh giá; 7 Chia sẻ và thảo luận; 8 Điều chỉnh thiết kế

- Cấu trúc của một bài học/chủ đề STEM có thể được chia thành 5 hoạt động chính như sau:

+ Hoạt động 1: Xác định, phân tích vấn đề, đưa ra mục tiêu, kế hoạch làm việc

+ Hoạt động 2: Nghiên cứu các kiến thức nền, đề xuất các giải pháp + Hoạt động 3: Thảo luận, trình bày, tối ưu phương án thiết kế + Hoạt động 4: Chế tạo sản phẩm,thử nghiệm và đánh giá sản phẩm + Hoạt động 5: Trình bày và thảo luận, giải thích về sản phẩm đã chế tạo; điều chỉnh, hoàn thiện thiết kế, phương án ban đầu

Cả 5 hoạt động đều thể hiện rõ 8 bước của quy trình thiết kế kĩ thuật c) Trong chủ đề STEM, phương pháp dạy học cần tập trung vào việc đặt học sinh làm trung tâm, khuyến khích họ tham gia vào các hoạt động tìm hiểu và khám phá Giáo viên có vai trò hướng dẫn và chỉ đạo học sinh trong việc xác định hướng đi và thực hiện các hoạt động

- Hoạt động học của học sinh cần được thiết kế theo hướng mở về điều kiện thực hiện, kiến thức nền, nhưng giáo viên sẽ cụ thể hoá về tiêu chí của sản phẩm cần đạt

- Hoạt động học của học sinh là hoạt động được chuyển giao và hợp tác giữa các thành viên trong lớp; quyết định về giải pháp và thực hiện giải quyết vấn đề là của học sinh

- Học sinh thực hiện các hoạt động trao đổi, trình bày thông tin - Học sinh đưa ra những điều chỉnh về các ý tưởng của mình d) Hình thức tổ chức dạy học cần lôi cuốn học sinh vào các hoạt động kiến tạo, vận dụng, liên hệ vào thực tiễn, vào các hoạt động nhóm

- Tổ chức bài học STEM có thể linh hoạt và kết hợp các hoạt động trong và ngoài lớp học, tuy nhiên, điều quan trọng là đảm bảo đạt được mục tiêu dạy học của nội dung kiến thức và phát triển các năng lực và phẩm chất trong chương trình - Để tăng cường tổ chức hoạt động nhóm và phát triển năng lực giao tiếp và hợp tác cho học sinh, cần kết hợp với các kĩ thuật dạy học khoa học Tuy nhiên, trong quá trình này, cần đảm bảo rõ ràng nhiệm vụ và sản phẩm cụ thể của mỗi học sinh trong nhóm, nhằm tránh hiện tượng hoạt động nhóm không hiệu quả và tập trung quá nhiều vào một số học sinh tiêu biểu trong nhóm

e) Thiết bị dạy học đảm bảo an toàn, sử dụng những cơ sở vật chất sẵn có, dễ tìm, dễ triển khai, thân thiện với người sư dụng

- Sử dụng hợp lý các thiết bị sẵn có theo quy định Giáo viên có thể bổ sung một số dụng cụ, thiết bị khác dưới sự cho phép của tổ chuyên môn, nhà trường, đảm bảo an toàn cho học sinh

- Tăng cường việc sử dụng các nguyên vật liệu tái chế, dễ tác động và sử dụng các công cụ gia dụng, công nghệ sẵn có, dễ tiếp cận, có chi phí rẻ và an toàn - Khuyến khích việc sử dụng các nguồn tài nguyên điện tử, phần mềm thí nghiệm ảo và mô phỏng, có sẵn và dễ dàng truy cập, trong cả trong và ngoài lớp học, nhằm khuyến khích sự chủ động trong việc học tập của người học

* Hoạt động trải nghiệm STEM

a) Nội dung của hoạt động trải nghiệm STEM được chọn lựa sao cho liên quan hoặc bổ sung cho việc đạt được mục tiêu của chương trình giáo dục phổ thông và các môn học cụ thể, nhằm tạo ra sự hứng thú, động lực học tập và việc tham gia tích cực trong quá trình học được khuyến khích để phát triển phẩm chất

và năng lực cho người học

Tập trung vào việc giải quyết các vấn đề thực tiễn xã hội bằng cách ứng dụng

liên quan đến các thực trạng và vấn đề thực tế trong xã hội Đồng thời, các hoạt động này tiếp nối và mở rộng từ mức vận dụng, bao gồm thiết kế, thử nghiệm, thảo luận và chỉnh sửa Mục tiêu là định hướng nghề nghiệp và ứng dụng kiến thức STEM trong việc giải quyết các vấn đề của thực tiễn xã hội

b) Hình thức tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM đem lại sự hấp dẫn và tạo động lực cho học sinh tham gia vào hoạt động khám phá và áp dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề

- Hình thức tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM có khả năng linh hoạt, bao gồm cả các hoạt động trong và ngoài trường học, tuỳ thuộc vào quy mô và khả năng tổ chức của từng đơn vị

- Để phát triển năng lực giao tiếp và hợp tác cho học sinh, cần tăng cường tổ chức hoạt động nhóm một cách rõ ràng và đảm bảo mỗi học sinh trong nhóm có nhiệm vụ và sản phẩm cụ thể Đồng thời, hướng dẫn học sinh về cách hợp tác và phối hợp để hoàn thành nhiệm vụ, nhằm giúp họ hiểu rõ ý nghĩa của tinh thần đồng đội, trách nhiệm và sự đoàn kết

* Đề tài/dự án nghiên cứu khoa học, kĩ thuật

a) Học sinh tham gia học tập dự án, các đề tài nghiên cứu trên cơ sở tự nguyện, có khả năng, sở thích và hứng thú trong việc tham gia các hoạt động tìm tòi, khám phá về khoa học, kỹ thuật để áp dụng chúng vào việc giải quyết các vấn đề thực tế Họ có thể tham gia vào các hoạt động này theo cách cá nhân hoặc tham gia nhóm nghiên cứu

b) Lựa chọn đề tài/dự án nghiên cứu khoa học, kĩ thuật phù hợp với năng lực của học sinh hoặc nhóm học sinh trên cơ sở đáp ứng quy định tại Thông tư số 38 của Bộ trưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo

1.2.6 Các hình thức triển khai giáo dục STEM

Giáo dục STEM là một hình thức giáo dục nhằm trang bị cho học sinh những kiến thức khoa học, cùng với việc áp dụng công nghệ, kỹ thuật và toán học vào thực tế Nó kết hợp với việc giải quyết một vấn đề cụ thể, trong đó học sinh được tham gia học tập một cách tích cực và tự chủ

Các trường học có thể linh hoạt áp dụng các hình thức tổ chức giáo dục STEM phù hợp với đặc thù từng môn học, các vấn đề thực tiễn, mục tiêu bài học, yêu cầu cần đạt và điều kiện cơ sở vật chất:

* Dạy học các môn khoa học theo bài học STEM

- Đây là hình thức tổ chức giáo dục STEM phổ biến trong nhà trường trung học nhờ tính liên kết cụ thể với các môn học hiện hành, dễ tổ chức nhờ có kết cấu và thời lượng có sẵn của chương trình Giáo viên hoặc tổ chuyên môn sẽ thiết kế, thử nghiệm, đánh giá để đưa ra các bài học STEM được triển khai trong quá trình dạy các môn học thuộc chương trình giáo dục phổ thông theo hướng tiếp cận tích hợp nội môn hoặc tích hợp liên môn

- Nội dung bài học STEM cần phù hợp với nội dung chương trình, mục tiêu và yêu cầu của các môn học, đồng thời phát triển năng lực riêng của học sinh, trong khuôn khổ thời lượng quy định của từng môn học trong chương trình giáo dục phổ thông

- Học sinh tham gia chủ đề STEM được chủ động, được khuyến khích và được hướng dẫn để nghiên cứu nhiều nguồn tài liệu học tập Từ đó, học sinh sẽ tiếp nhận và áp dụng kiến thức thông qua các hoạt động như: lựa chọn giải pháp để giải quyết vấn đề, thực hành thiết kế, chế tạo, thử nghiệm mẫu, chia sẻ, thảo luận và hoàn thiện hoặc điều chỉnh mẫu thiết kế dưới sự hướng dẫn của giáo viên

* Tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM

- Các hoạt động trải nghiệm STEM được tổ chức trong trường thông qua câu lạc bộ hoặc các hoạt động thực tế ngoài giờ Trường học cung cấp không gian trải nghiệm STEM bên trong như phòng thí nghiệm, phòng trưng bày hoặc không gian sáng tạo Ngoài ra, các tài liệu tham khảo như thư viện số, thí nghiệm ảo, mô phỏng và phần mềm học tập được giới thiệu để học sinh tìm hiểu và khám phá các ứng dụng khoa học, kỹ thuật trong đời sống thực Các hoạt động này được tổ chức dựa trên sở thích, năng khiếu và sự tự nguyện của học sinh

- Hoạt động trải nghiệm STEM được tổ chức dựa trên kế hoạch giáo dục hàng năm của nhà trường Mỗi buổi trải nghiệm được thiết kế như một bài học cụ thể, tương ứng với nội dung học tập trên lớp, các chuyên đề và tiết học thực hành Mỗi buổi trải nghiệm có mô tả chi tiết về mục tiêu, yêu cầu, quy trình trải nghiệm và dự kiến kết quả

* Tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học, kĩ thuật

- Nhà trường cùng thầy cô phụ trách cần chủ động xác lập mục tiêu đối với hoạt động nghiên cứu khoa học và kỹ thuật dành cho học sinh Có được mục tiêu tổng quát và mục tiêu cụ thể sẽ giúp nhà trường, giáo viên phụ trách linh hoạt trong công tác xây dựng kế hoạch, tổ chức thực hiện và hỗ trợ giúp đỡ học sinh tham gia nghiên cứu Giáo viên có thể lồng ghép một dự án nghiên cứu dài hạn vào một khóa học hiện có (theo học kỳ hay năm học) và sau đó làm việc sát sao để cung cấp những nội dung cần thiết để hỗ trợ học sinh để các em tiếp tục hoàn thành dự án của mình Thông qua trải nghiệm nghiên cứu đích thực học sinh phổ thông sẽ được trang bị các kỹ năng lý luận khoa học cần thiết mà ngay cả giáo viên phổ thông và giảng viên đại học cũng mong muốn

- Giáo viên có vai trò hướng dẫn, hỗ trợ học sinh trong quá trình nghiên cứu, có thể nhờ tới sự giúp đỡ từ nhà trườngm cộng đồng, nhà khoa học có chuyên môn phù hợp

- Có thể tổ chức định kỳ ngày hội STEM và cuộc thi khoa học, kĩ thuật tại nhà trường, cũng như giao lưu khoa học với các trường khác để đánh giá và tôn vinh sự nỗ lực của giáo viên và học sinh trong quá trình giảng dạy và học tập Điều này sẽ thúc đẩy phong trào nghiên cứu khoa học trong địa phương Đồng thời, có thể lựa chọn các đề tài/dự án nghiên cứu để tham gia vào Cuộc thi khoa học, kĩ thuật ở cấp trên

1.2.7 Tiêu chí thiết kế, xây dựng một chủ đề STEM

Căn cứ vào khái niệm và nội dung của giáo dục STEM, mỗi chủ đề STEM khi được xây dựng cần phải có những tiêu chí sau:

* Tiêu chí 1: Gắn liền với thực tiễn

Trong các chủ đề STEM, học sinh cần phải được đặt vào một tình huống thực tế, liên quan tới một vấn đề có trong thực tiễn xã hội, kinh tế, môi trường,… từ đó liên kết với lý thuyết để tìm các giải pháp

* Tiêu chí 2: Tuân theo quy trình thiết kế kĩ thuật

Quy trình thiết kế kĩ thuật là một quy trình linh hoạt cung cấp cho người dạy và người học một khung phương pháp từ việc xác định vấn đề hoặc yêu cầu

cho đến việc tìm hiểu, sáng tạo và phát triển một giải pháp thích hợp Qua quy

trình này, học sinh sẽ tiến hành theo các bước được trình bày như sau:

Sơ đồ 1.1 Quy trình thiết kế kĩ thuật trong thiết kế chủ đề STEM

Trong quy trình thiết kế kĩ thuật, các nhóm học sinh sẽ liên tục tiến hành thử nghiệm các ý tưởng dựa trên nghiên cứu của mình, áp dụng các phương pháp tiếp cận đa dạng, chấp nhận những sai lầm phát sinh và sẵn sàng tiếp tục thử lại

* Tiêu chí 3: Phương pháp triển khai chủ đề STEM cần đưa học sinh vào hoạt động tìm tòi, khám phá, trải nghiệm, thực hành chế tạo có định hướng

Trong các bài học STEM, học sinh thực hiện hoạt động học theo hướng mở, được giáo viên giám sát về các điều kiện mà họ sử dụng (ví dụ: tài liệu nghiên cứu, vật liệu có sẵn, ) Hoạt động học của học sinh tập trung vào việc chuyển giao và hợp tác – tức là người học sẽ trao đổi thảo luận với nhau để tìm ra những

B5: Thử nghiệm và đánh giáB4: Chế tạo mô hình hoặc sản phẩm mẫuB3: Đề xuất và lựa chọn giải pháp phù hợp

B2: Nghiên cứu kiến thức nền liên quan

B1: Xác định vấn đề

phương án tốt nhất, kiến thức cần thiết nhất, để thực hiện tốt nhiệm vụ được giao, học sinh có trách nhiệm tự ra quyết định về các giải pháp để giải quyết vấn đề

* Tiêu chí 4: Hình thức tổ chức chủ đề STEM khuyến khích học sinh hoạt động nhóm

Việc tổ chức hoạt động nhóm cho học sinh khi triển khai chủ đề STEM là cơ sở để phát triển các năng lực giao tiếp và hợp tắc, một năng lực cần thiết đối với một công dân ở thời đại 4.0 Học sinh sẽ sử dụng cùng một ngôn ngữ, tiến trình, trao đổi và thảo luận, bù đắp và bổ sung những khía cạnh còn thiếu cho nhau từ đó giải quyết những vấn đề mà cá nhân không thể giải quyết

* Tiêu chí 5: Nội dung chủ đề STEM áp dụng từ những kiến thức khoa học và toán học mà học sinh đã, đang và chuẩn bị học

Giáo viên cần tích hợp mục tiêu kiến thức từ các chương trình khoa học, công nghệ và toán học hiện hành vào các chủ đề STEM một cách có mục đích Đồng thời, họ cần lập kế hoạch để hợp tác với giáo viên chuyên ngành khác để hiểu sâu về các mục tiêu kiến thức có thể tích hợp trong bài học đó Qua đó, học sinh sẽ nhận thức được rằng khoa học, công nghệ và toán học không chỉ là các môn học độc lập mà chúng có mối liên kết để giải quyết nhiều vấn đề trong cuộc sống

* Tiêu chí 6: Tiến trình chủ đề STEM tính đến trường hợp có nhiều phương án giải quyết, nhiều đáp án đúng và coi sự thất bại là một điều tất yếu

Như đã trình bày ở tiêu chí số 2, quy trình thiết kế kĩ thuật là cơ sở cho chủ đề STEM Trong quá trình này, học sinh sẽ tiến hành nghiên cứu kiến thức cơ bản, đề xuất nhiều phương án và giải pháp, lựa chọn phương án phù hợp và tối ưu nhất, chế tạo mẫu sản phẩm, thực hiện thử nghiệm và đánh giá Học sinh có thể đưa ra nhiều giả thuyết khoa học, mỗi giả thuyết là một phương án giải quyết vấn đề Các phương án giải quyết đều có tính khả thi, chỉ khác nhau về mức độ

tối ưu, và để tìm ra sự tối ưu, học sinh sẽ liên tục thử nghiệm và sửa đổi để tìm ra phương án tốt nhất, hiệu quả nhất

1.2.8 Quy trình thiết kế, xây dựng một chủ đề STEM

Dựa theo những tiêu chí trên, quy trình để thiết kế một chủ đề STEM có thể được triển khai theo các bước cơ bản sau:

* Bước 1: Lựa chọn chủ đề, vấn đề cần giải quyết

Dựa trên kiến thức, yêu cầu và mục tiêu năng lực và phẩm chất trong chương trình môn học khoa học, cùng với hiện tượng và quá trình gắn liền với kiến thức đó trong tự nhiên, chúng ta có thể sử dụng quy trình và thiết bị công nghệ liên quan để áp dụng vào thực tế Trong trường hợp này, chủ đề là "Vật lí với bảo vệ môi trường", liên quan đến việc tái chế, sử dụng năng lượng sạch và chuyển hóa năng lượng

* Bước 2: Xác định, phân tích vấn đề cần giải quyết

Những vấn đề được đề cập thường phản ánh các tình huống thực tế, gắn liền với cuộc sống và có thể áp dụng kiến thức đã học hoặc đang học trong môn học để giải quyết Dựa trên nội dung của đề tài, học sinh có thể được giao các nhiệm vụ sau trong quá trình học: nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình chuyển đổi năng lượng sạch; nghiên cứu và đề xuất các phương án giảm ô nhiễm môi trường; xây dựng quy trình giảm thiểu rác thải và thực hiện tái chế,

* Bước 3: Xây dựng tiêu chí của thiết bị/giải pháp giải quyết vấn đề

Sau khi xác định vấn đề cần giải quyết hoặc sản phẩm cần chế tạo, cả giáo viên và học sinh cần thiết lập các tiêu chí rõ ràng cho giải pháp hoặc sản phẩm Những tiêu chí này sẽ đóng vai trò quan trọng trong quá trình học sinh đề xuất giả thuyết khoa học, giải pháp cho vấn đề hoặc thiết kế mẫu sản phẩm, đồng thời giáo viên có thể đánh giá quá trình và kết quả đạt được Dưới đây là các ví dụ về các tiêu chí có thể được áp dụng cho các ví dụ đã đề cập: chế tạo mô hình thủy điện

có khả năng cung cấp đủ năng lượng để sáng một bóng đèn; chế tạo mô hình chuyển đổi năng lượng mặt trời với hệ thống điện an toàn; chế tạo mô hình động cơ gió có công suất 10W; thiết kế quy trình tái chế và xử lý rác thải đơn giản, có thể áp dụng trong môi trường trường học,

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

Cách tổ chức hoạt động dạy học được thiết kế dựa trên các phương pháp và kỹ thuật tích cực nhằm triển khai nội dung giáo dục STEM và các tiêu chí của chủ đề STEM Mỗi hoạt động học được đặt ra với mục tiêu, nội dung, sản phẩm học tập và tiêu chí đánh giá rõ ràng mà học sinh phải đạt được Học sinh có thể tham gia các hoạt động học không chỉ trong lớp học mà còn cả ngoài lớp (trong trường, tại nhà và trong cộng đồng) với sự theo dõi và hướng dẫn kỹ càng từ giáo viên, thậm chí có thể yêu cầu học sinh báo cáo nhiệm vụ sau mỗi buổi học

1.2.9 Một số phương pháp, kĩ thuật, mô hình tổ chức triển khai dạy học chủ đề STEM

Trong chương trình giáo dục, và đặc biệt là giáo dục STEM lấy người học làm trung tâm, đây là hoạt động học qua trải nghiệm và phương pháp chủ yếu sử dụng trọng chương trình này là “learning by doing” tức là vừa học vừa thực hành Để giải quyết được vấn đề đó HS cần phải tư duy, tìm tòi, khám phá kiến thức, thí nghiệm, thực hành, xử lí số liệu, trao đổi, hợp tác… Để đạt được các mục đích của chương trình đã đề ra thì các giáo viên có thể lựa chọn nhiều kĩ thuật và các hình thức tổ chức dạy học tích cực điển hình như: Dạy học theo chủ đề, dạy học theo dự án, hoạt động nhóm, phương pháp trải nghiệm sáng tạo… Các kĩ thuật giảng dạy như: Sơ đồ tư duy, 6 chiếc mũ tư duy, kĩ thuật XYZ…

a) Phương pháp dạy học theo dự án

Đây là một phương pháp giáo dục nhằm đặt học sinh vào trung tâm, giúp phát triển kiến thức và kỹ năng của họ thông qua quá trình tự tìm hiểu và khám phá