ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC LÊ HOÀI LINH THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC THÍ NGHIỆM PHẦN VẬT SỐNG, KHOA HỌC TỰ NHIÊN 6 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEAM NHẰM PHÁT TRIỂN N
Trang 1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC
LÊ HOÀI LINH
THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC THÍ NGHIỆM PHẦN VẬT SỐNG, KHOA HỌC TỰ NHIÊN 6 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEAM
NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CƠ SỞ
LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM SINH HỌC
HÀ NỘI – 2023
Trang 2ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC
LÊ HOÀI LINH
THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC THÍ NGHIỆM PHẦN VẬT SỐNG, KHOA HỌC TỰ NHIÊN 6 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEAM
NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CƠ SỞ
LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM SINH HỌC
CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC BỘ MÔN
SINH HỌC Mã số: 8140213.01
Người hướng dẫn khoa học: TS Lại Phương Liên
HÀ NỘI – 2023
Trang 3i
LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian học tập tại trường Đại học Giáo Dục – Đại học Quốc Gia Hà Nội, bằng sự cố gắng của bản thân cùng sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp và các em học sinh, tôi đã hoàn thành luận văn khoa học này
Lời đầu tiên, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất và gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến cô giáo hướng dẫn khoa học: TS Lại Phương Liên đã tận tâm giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong quá trình nghiên cứu, thực hiện đề tài
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới toàn thể các giảng viên, cán bộ trường Đại học Giáo Dục, Đại học Quốc gia Hà Nội đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại trường
Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Ban giám hiệu, các thầy giáo, cô giáo và các em học sinh trường THCS Mạc Đĩnh Chi, Ba Đình, Hà Nội đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi điều tra, tiến hành thực nghiệm trong quá trình nghiên cứu luận văn
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và các học viên lớp cao học Sinh QH-2020S, trường Đại học Giáo dục đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài này
Mặc dù tôi đã rất cố gắng để hoàn thiện luận văn nhưng không thể tránh khỏi những thiếu sót Tôi kính mong nhận được sự góp ý, nhận xét từ các thầy cô giáo và các bạn để luận văn được hoàn thiện hơn
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 20 tháng 1 năm 2023
Tác giả
Lê Hoài Linh
Trang 4ii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CNTT Công nghệ thông tin
STEM Science, Technology, Engineering and
Mathemetics, (khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học)
STEAM
Science, Technology, Engineering and Mathemetics, Art (khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học, nghệ thuật)
THTN Thực hành thí nghiệm
Trang 51.1.1 Giáo dục STEAM trên thế giới 6
1.1.2 Giáo dục STEAM ở trong nước 8
1.2 Cơ sở lý luận 10
1.2.1 Khái niệm về giáo dục STEAM 10
1.2.2 Vai trò của giáo dục STEAM 14
1.2.3 Định hướng giáo dục STEAM trong chương trình giáo dục phổ thông mới 15
1.2.4 Thí nghiệm trong dạy học theo định hướng GD STEAM 16
1.2.5 Năng lực nghiên cứu khoa học của học sinh 20
1.2.6 Sử dụng thí nghiệm trong dạy học theo định hướng giáo dục STEAM nhằm phát triển năng lực nghiên cứu khoa học của HS 23
1.3 Cơ sở thực tiễn 24
1.3.1 Mục đích điều tra 24
1.3.2 Nội dung, phương pháp điều tra 25
1.3.3 Đối tượng điều tra 25
1.3.4 Kết quả điều tra 25
Tổng kết chương I 33
Trang 6iv CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM VÀ TỔ CHỨC TRONG DẠY HỌC PHẦN VẬT SỐNG, KHOA HỌC TỰ NHIÊN 6 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO
DỤC STEAM 34
2.1 Phân tích nội dung thí nghiệm phần Vật sống trong chương trình Khoa học tự nhiên 6 theo định hướng giáo dục STEAM 34
2.1.1 Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể và Khoa học tự nhiên 34
2.1.2 Cấu trúc nội dung phần vật sống trong chương trình Khoa học tự nhiên 6 37
2.2 Xây dựng thí nghiệm theo định hướng STEAM 38
2.2.1 Nguyên tắc xây thí nghiệm theo định hướng STEAM 38
2.2.2 Quy trình xây dựng thí nghiệm 39
2.2.3 Thiết kế một số mô hình, thí nghiệm trong dạy học KHTN 6 theo định hướng giáo dục STEAM 41
2.3 Xây dựng quy trình thiết kế bài học STEAM 45
2.3.1 Nguyên tắc xây dựng bài học STEAM 45
2.3.2 Quy trình thiết kế bài học STEAM 46
2.4 Quy trình tổ chức dạy học thí nghiệm theo định hướng STEAM 47
2.4.1 Thiết kế mô hình, thí nghiệm STEAM dạy học chủ để ‘‘ Chống xói mòn đất’’ 49
2.4.2 Thiết kế mô hình, thí nghiệm STEAM dạy học chủ để ‘‘ Thức uống của giới trẻ - Rượu hoa quả’’ 52
2.5 Xây dựng công cụ đánh giá 55
2.5.1 Công cụ đánh giá năng lực nghiên cứu khoa học ở học sinh 55
Trang 8vi
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Kết quả khảo sát mức độ thường xuyên dạy học theo định hướng
STEAM trong giảng dạy môn KHTN ở trường THCS 26
Bảng 1.2 Kết quả điều tra nhận thức của GV về bản chất giáo dục STEAM 26 Bảng 1.3 Kết quả khảo sát những vấn đề khó khăn khi giảng dạy theo định hướng STEAM 27
Bảng 1.4 Kết quả điều tra thực trạng việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học 29
Bảng 1.5 Kết quả điều tra nhận thức của GV và HS về vai trò của NCKH trong dạy và học bộ môn KHTN ở trường THCS 29
Bảng 1.6 Kết quả điều tra mức độ tổ chức NCKH của GV trong dạy học bộ môn KHTN ở trường THCS 30
Bảng 1.7 Kết quả điều tra về năng lực NCKH của HS THCS 31
Bảng 1.8 Kết quả điều tra một số khó khăn ảnh hưởng đến thực trạng rèn luyện năng lực NCKH cho HS trong dạy học KHTN ở trường THCS 32
Bảng 2.1: Nội dung về kiến thức, kỹ năng, thái độ của chương trình KHTN 6 34 Bảng 2.2: Bảng mô tả biểu hiện của các năng lực thành tố giúp phát triển năng lực nghiên cứu khoa học của HS 55
Bảng 2.3 Các tiêu chí và mức độ đánh giá năng lực nghiên cứu khoa học 58
Bảng 2.4 Phân loại mức độ năng lực nghiên cứu khoa học của học sinh 61
Bảng 2.5 Thang đo thái độ của học sinh sau nghiên cứu đề tài khoa học 62
Bảng 3.1 Các lớp thực nghiệm và lớp đối chứng 65
Bảng 3.2 Kết quả bài kiểm tra 45 phút của học sinh lần 1 67
Bảng 3.3 Kết quả bài kiểm tra 45 phút của học sinh lần 2 67
Bảng 3.4 Phân phối tần số, tần suất, tần suất tích lũy điểm kiểm tra 45 phút lần 1 nhóm thực nghiệm 1 68
Bảng 3.5 Phân phối tần số, tần suất, tần suất tích lũy điểm kiểm tra 45 phút lần 1 nhóm thực nghiệm 2 69
Trang 9vii Bảng 3.6 Phân phối tần số, tần suất, tần suất tích lũy điểm kiểm tra 45 phút lần 2 nhóm thực nghiệm 1 70 Bảng 3.7 Phân phối tần tần suất tích lũy điểm kiểm tra 45 phút lần 2 nhóm thực nghiệm 2 71 Bảng 3.8 Bảng thống kê phân loại kết quả học tập của học sinh qua 2 bài kiểm tra 72 Bảng 3.9 Các tham số đặc trưng 73 Bảng 3.10 Kết quả đánh giá sự phát triển năng lực NCKH ở HS 74 Bảng 3.11 Kết quả thang đo thái độ của học sinh sau khi nghiên cứu đề tài khoa học 76
Trang 10viii
DẠNH MỤC BIỂU ĐỒ
Biểu đồ 3.1 Biểu đồ lũy tích điểm bài kiểm tra 45 phút nhóm thực nghiệm 1 68 Biểu đồ 3.2 Biểu đồ lũy tích điểm bài kiểm tra 45 phút nhóm thực nghiệm 2 69 Biểu đồ 3.3 Biểu đồ lũy tích điểm bài kiểm tra 45 phút lần 2 nhóm thực nghiệm 1 70 Biểu đồ 3.4 Biểu đồ lũy tích điểm bài kiểm tra 45 phút lần 2 nhóm thực nghiệm 2 71
Trang 111
MỞ ĐẦU 1 Lý do chọn đề tài
Nghị quyết Đại hội Đảng toàn quốc lần thứ XI đã xác định đổi tập trung vào việc đổi mới căn bản và toàn diện nền giáo dục quốc dân nghị quyết
nêu rõ: “Tiếp tục đổi mới mạnh mẽ và đồng bộ các yếu tố cơ bản của giáo dục, đào tạo theo hướng coi trọng phát triển phẩm chất, năng lực của người học… Đổi mới nội dung giáo dục theo hướng tinh giản, hiện đại, thiết thực, phù hợp với lứa tuổi, trình độ và ngành nghề; tăng thực hành, vận dụng kiến thức vào thực tiễn”[6] Trong đó, đặc biệt chú trọng đổi mới nội dung,
phương pháp dạy học, thi, kiểm tra và đánh giá chất lượng giáo dục
Đến nay Bộ GDĐT đã hoàn thành và ban hành và đã tổ chức thực hiện chương trình giáo dục phổ thông mới Chương trình phổ thông mới thay đổi căn bản cách tiếp cận từ “theo nội dung” sang theo hướng “phát triển năng lực và phẩm chất”, dạy học “tích hợp” ở cấp dưới, dạy “phân hóa” ở cấp trên, tăng cường các môn tự chọn Trong đó, môn Khoa học tự nhiên là một trong những môn học bắt buộc được áp dụng ở bậc THCS Môn KHTN được xây dựng trên sự kết hợp các chủ đề khoa học: Chất và sự biến đổi của chất, vật sống, năng lượng và sự biến đổi, Trái Đất và bầu trời; các nguyên lí, khái niệm chung về thế giới tự nhiên: sự đa dạng, tính cấu trúc, tính hệ thống, sự vận động và biến đổi, sự tương tác[3]
Hơn thế nữa, thủ tướng Chính phủ đã ban hành Chỉ thị số 16/CTTTg ngày 4/5/2017 chỉ đạo các bộ, ngành, địa phương triển khai đồng bộ nhiều giải pháp nhằm tăng cường năng lực tiếp cận cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư Theo đó, phải 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, cần tập trung vào thúc đẩy giáo dục STEM bên cạnh ngoại ngữ, tin học Mục tiêu của giáo dục STEM là tương
Trang 122 đồng với mục tiêu của chương trình giáo dục phổ thông mới, nhưng việc đưa STEAM vào giáo dục phổ thông đang gặp một số khó khăn Để đưa STEAM vào chương trình giáo dục phổ thông đạt hiệu quả thì cần phải có kế hoạch lâu dài, có lộ trình áp dụng với nhiều mức độ và hình thức phù hợp Mặc dù, giáo dục STEAM là vấn đề nóng của giáo dục nước ta nhưng chúng ta vẫn chưa đạt được sự thống nhất về nhận thức và cách tiếp cận giáo dục STEAM
Trong nghị quyết số 29-NQ/TW Hội nghị Ban Chấp hành Trung ương
Đảng lần thứ 8 khóa XI đã chỉ rõ: “Phát triển giáo dục và đào tạo là nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài Chuyển mạnh quá trình giáo dục từ chủ yếu trang bị kiến thức sang phát triển toàn diện năng lực và phẩm chất người học” [6] Để góp phần hiện thực hóa điều này thì việc hình thành
và phát triển năng lực nghiên cứu khoa học (NLNCKH) cho học sinh là một trong những biện pháp có hiệu quả cao, có tính khả thi cao Hình thành và phát triển năng lực nói chung và NLNCKH nói riêng cho học sinh trong dạy học các môn học là một trong những nhiệm vụ rất quan trọng và cần thiết nhằm trang bị cho các em những tri thức, kĩ năng nghiên cứu khoa học (NCKH) và hình thành ở họ những phẩm chất trung thực, nghiêm túc và sáng tạo, của nhà khoa học
Từ đó cho thấy, việc tổ chức dạy học hiện nay theo hướng rèn luyện, phát triển các kĩ năng của năng lực NCKH đối với học sinh là cấp thiết để có thể đạt được các mục tiêu của quá trình dạy học theo định hướng phát triển năng lực
Với những tất cả lý do trên, chúng tôi chọn đề tài luận văn: “Thiết kế và tổ chức dạy học thí nghiệm phần Vật sống, khoa học tự nhiên 6 theo định hướng giáo dục STEAM nhằm phát triển năng lực nghiên cứu khoa học cho học sinh Trung học cơ sở”
2 Mục đích nghiên cứu
Thiết kế các thí nghiệm trong tổ chức dạy học để phát triển năng lực
Trang 133 Nghiên cứu khoa học cho học sinh theo định hướng giáo dục STEAM phần Vật sống, Khoa học tự nhiên 6 – Trung học cơ sở
3 Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu
3.1 Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu cơ sở lí luận và hệ thống hóa cơ sở lí luận về dạy học theo định hướng giáo dục STEAM
- Điều tra thực trạng về việc dạy STEAM ở trường THCS - Phân tích nội dung Vật sống trong chương trình khoa học tự nhiên 6 THCS
- Thiết kế phương án tổ chức dạy học phần vật sống môn Khoa học tự nhiên 6, THCS
- Thiết kế thí nghiệm trong chương trình khoa học tự nhiên 6 –phần Vật sống
- Thiết kế các công cụ và các tiêu chí đánh giá hiệu quả của việc dạy học theo mô hình giáo dục STEAM
- Xây dựng các công cụ đánh giá năng lực nghiên cứu khoa học của HS lớp 6
- Thực nghiệm sư phạm để kiểm tra giả thuyết khoa học của đề tài
4.2 Đối tương nghiên cứu
- Nội dung phần Vật sống trong chương trình khoa học tự nhiên 6 - Năng lực nghiên cứu khoa học của học sinh
Trang 144 - Các hoạt động chế tạo và sử dụng thí nghiệm trong dạy học phần Vật sống môn khoa học tự nhiên 6 theo định hướng giáo dục STEAM nhằm phát huy năng lực nghiên cứu khoa học của học sinh
5 Giả thuyết nghiên cứu
Nếu thiết kế thí nghiệm trong dạy học phần Vật sống môn khoa học tự nhiên 6 theo định hướng giáo dục STEAM một cách hợp lý sẽ góp phần phát huy năng lực nghiên cứu khoa học của học sinh ở trường THCS
6 Phương pháp nghiên cứu
6.1 Phương pháp nghiên cứu lí luận
Tham khảo và phân tích các tài liệu (Luận án tiến sĩ, báo cáo khoa học trong và ngoài nước) về các vấn đề có liên quan đến STEAM, từ đó hệ thống và khái quát hóa thành công cụ làm cơ sở lý luận cho đề tài
6.2 Phương pháp điều tra
- Khảo sát, điều tra về thực trạng dạy học và hiểu biết về STEAM trên các đối tượng: GV, HS
- Điều tra về chất lượng học sinh ở các lớp để lựa chọn lớp thực nghiệm và đối chứng
- Sử dụng phiếu điều tra, bảng hỏi, dự giờ, phỏng vấn, tham khảo giáo án, sổ điểm của giáo viên…
6.3 Thực nghiệm sư phạm
- Tổ chức giảng dạy thực nghiệm, phát phiếu điều tra; so sánh đối chiếu kết quả trước và sau quá trình thực nghiệm ở từng lớp và giữa các lớp, chiều hướng biến đổi năng lực của học sinh giữa các lớp đối chứng và các lớp thực nghiệm
- Lớp thực nghiệm: là lớp được tiến hành giảng dạy theo định hướng giáo dục STEAM
- Lớp đối chứng: là lớp được tiến hành giảng dạy theo phương pháp truyền thống
Trang 155
6.5 Phương pháp xử lí số liệu
Sử dụng các phần mềm xử lý số liệu vào việc đánh giá kết quả thu được
7 Đóng góp mới của đề tài
- Hoàn thiện cơ sở lí luận về dạy học định hướng STEAM cho HS ở trường THCS
- Thiết kế được thí nghiệm và tổ chức trong dạy học phần Vật sống môn khoa học tự nhiên 6
- Tổ chức một số hoạt động dạy học nội dung sinh học theo định hướng giáo dục STEAM tại trường THCS
Chương 3: Thực nghiệm sư phạm
Trang 166
CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 1.1 Lịch sử nghiên cứu
1.1.1 Giáo dục STEAM trên thế giới
Những năm đầu của thế kỉ XX, Mỹ thiếu hụt nghiêm trọng nguồn nhân lực chất lượng cao liên quan đến các ngành nghề như khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học, chính phủ nước này đã có nhiều chính sách thu hút nguồn nhân lực Ví dụ như chính sách cấp Visa cho các sinh viên tốt nghiệp các ngành nghề thuộc các lĩnh vực về: khoa học, kĩ thuật, công nghệ và toán Năm 2001, các nhà quản lý khoa học tại Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ (NSF) mới chính thức cho ra mắt sáng kiến giáo dục STEM, trước đó là SMET, thay cho khoa học, toán học, kĩ thuật và công nghệ (Science, Mathemetics, Engineering and Technology) Thời gian đầu, STEM phát huy tác dụng rất tốt Nhưng người ta nhanh chóng phát hiện tổ hợp 4 lĩnh vực này vẫn còn nhiều thiếu sót Sau một thời gian nghiên cứu lại, các nhà hoạch định giáo dục thấy rằng, tuy STEM là định hướng của sự đổi mới, song lại thiếu đi yếu tố cần thiết cho sự thay đổi và tiến bộ – chính là yếu tố sáng tạo Do đó, họ quyết định bổ sung thêm yếu tố Nghệ thuật vào STEM, tạo thành tổ hợp STEAM hoàn chỉnh như ngày nay[42]
Vào tháng 1 năm 2013, nhóm các đại biểu Hạ viện Hoa Kỳ và Thượng viện Hoa Kỳ đã họp đề xuất các kế hoạch về đưa giáo dục STEAM vào các chương trình giáo dục tại Hoa Kỳ Kể từ đó, các nghiên cứu về giáo dục STEAM bắt đầu được quan tâm Các trường ĐH lớn tại Hoa Kỳ cũng bắt đầu mở các chương trình đào tạo giáo viên và cao học về giáo dục STEAM Chẳng hạn như University of San Diego và William Paterson University có chương trình thạc sĩ giáo dục chuyên về STEAM
Hoa Kỳ được xem là “cái nôi” của giáo dục STEAM hiện đại Tại quốc gia này, STEAM được đưa vào chương trình giáo dục từ cấp Tiểu học, thông
Trang 177 qua đa dạng các đầu sách tham khảo được minh họa sống động, giúp học sinh dễ dàng hình dung được các khái niệm có phần trừu tượng và khó hiểu so với độ tuổi của các em Năm 2007 Georgette Yakman đã thúc đẩy và tích hợp thiết kế và nghệ thuật trong các lĩnh vực STEM Định nghĩa phong trào là "Khoa học và Công nghệ, được giải thích thông qua Kỹ thuật và Nghệ thuật, tất cả đều dựa trên các yếu tố của Toán học." Kể từ đó, STEAM đã được hỗ trợ rộng rãi bởi những người ủng hộ bao gồm Sesame Street và Trường Thiết kế Rhode Island[41] Trường dạy nghề thiết kế Rhode Island được xem là trường đi đầu tại Mỹ xây dựng chương trình giáo dục theo cách tiếp cận STEAM
Ở New Zealand, định hướng STEAM được triển khai theo hướng thúc đẩy tư duy logic và phản biện, đề cao các hoạt động ứng dụng thực tiễn Quốc gia này chủ trương áp dụng phương thức dạy học lấy học sinh làm trung tâm và học dựa tập dựa trên dự án Học sinh sẽ được chủ động trong suốt quá trình nghiên cứu bài học và trình bày ý tưởng trước lớp, sau đó giáo viên mới góp ý giúp các em điều chỉnh New Zealand còn đưa Công nghệ số vào chương trình giảng dạy STEAM để giúp học sinh bắt kịp xu thế của thời đại Yếu tố nghệ thuật và sáng tạo cũng được các trường tại đây tập trung phát triển
Tại Israel, trẻ em được tiếp xúc với STEAM từ những năm Mẫu giáo, qua 3 bộ môn Khoa học, Công nghệ và Toán Đến cấp bậc Tiểu học, các em sẽ được học đủ tất cả bộ môn thuộc STEAM, chủ yếu khai thác từ các hoạt động sống hằng ngày Ở cấp Trung học, học sinh sẽ được học kiến thức liên ngành STEAM thay vì các phân môn độc lập Mục tiêu là trang bị cho các em cả hiểu biết lẫn khả năng vận dụng Quốc gia này còn thường xuyên phối hợp với các tập đoàn công nghệ lớn như Google và IBM để mang lại cho học sinh nhiều chương trình trải nghiệm thực tế [42]
Trong những năm gần đây các nghiên cứu về STEM được nhiều các nhà giáo dục trên thế giới nghiên cứu và tiếp tục phát triển Theo thống kê của Josh Brown - Trường đại học Illinois giai đoạn 2007 - 2010 tại Mỹ có 60 bài
Trang 188 báo khoa học liên quan trực tiếp đến giáo dục STEM được xuất bản từ 8 tạp chí nổi tiếng trong lĩnh vực giáo dục của Mỹ, điều này cho thấy cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu về giáo dục STEM [41]
Hiện tại, giáo dục STEM đã và đang được triển khai tại hầu hết các nước có nền giáo dục tiên tiến 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 giáo 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 sẽ được hưởng các phúc lợi xã hội tốt hơn so với người dân lao động bản xứ Chính phủ Canada đánh giá cao những người nhập cư có các kỹ năng STEM, họ cho rằng đây 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 đất nước này phát triển, đặc biệt làm tăng khả năng giao thương quốc tế
1.1.2 Giáo dục STEAM ở trong nước
Khác với các nước trên thế giới giáo dục STEAM du nhập vào Việt Nam bắt nguồn từ các cuộc thi Robot dành cho học sinh từ cấp tiểu học đến phổ thông trung học do các công ty công nghệ trong nước, phối hợp cùng các tổ chức nước ngoài Sau đó, nhiều trường quốc tế và tư thục bắt đầu chính thức đưa định hướng STEAM vào chương trình giảng dạy, ngay từ những bậc học đầu tiên Năm 2011, với sự phối hợp của Hội đồng Anh, Bộ GD&ĐT đã tiến hành mô hình thí điểm “Phòng lab tích hợp STEM bằng tiếng Anh” - một trong những nội dung của giáo dục STEM tại 14 trường ở Hà Nội, TPHCM, Đà Nẵng [51]
Theo chỉ thị số 16/CT-TTg của Thủ tướng chính phủ ngày 04/5/2017 với nội dung như sau: " Cần tập trung thúc đẩy đào tạo về Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học, Ngoại Ngữ, Tin Học trong giáo dục phổ thông"[7] Ngoài ra, Thủ tướng yêu cầu bộ Giáo Dục và Đào Tạo thúc đẩy chủ yếu đào
Trang 199 tạo các môn giáo dục STEM với mục đích đưa thế hệ trẻ phát triển theo một hướng mới và phát triển như trên thế giới đã làm được
Hiện nay, giáo dục STEAM đang được áp dụng ở mọi cấp học tại Việt Nam Khối Mầm non và Tiểu học, giáo viên sẽ khuyến khích các bé tự do thử sức với nhiều ý tưởng khác nhau, và không để cho cảm giác “sợ sai” kiềm chế khả năng của mình Mang lại cho các em học sinh một nền tảng kiến thức thực tế ngay từ khi còn nhỏ
Ở bậc trung học, STEAM đòi hỏi kỹ năng đánh giá về nghề nghiệp, sở thích, cơ hội và sự phát triển Thông qua việc thực hiện các dự án thực tế các em được học và áp dụng những kiến thức từ nền tảng đến chuyên sâu Học sinh còn có cơ hội tự đánh giá niềm đam mê, sở thích, trải nghiệm và tài năng của chính mình nhằm cải thiện sự phát triển của mỗi cá nhân Điều này vô cùng hữu ích cho các em khi theo đuổi những khát vọng tương lai sau khi ra trường
Từ những nổi bật trên, thấy rằng STEAM là phương hướng của sự đổi
mới và tiến bộ, giúp học sinh bắt kịp, thậm chí đón đầu các xu thế của thời đại mới Hiểu được tầm quan trọng đó, tôi tin rằng STEAM sẽ giúp đào tạo thế hệ mới với đủ mọi trình độ và khả năng, trở thành những công dân toàn cầu trong chính cộng đồng của mình
Một số công trình nghiên cứu về giáo dục STEAM Ông Nguyễn Vinh Hiển đã đưa ra những cơ sở lý luận của giáo dục STEAM ông chỉ rõ “Giáo dục/dạy học STEAM không phải là vấn đề hoàn toàn mới nhưng là một bước phát triển mới của lí luận và thực tiễn dạy học trên thế giới, hướng tới đào tạo ra con người có những kĩ năng của thế kỉ XXI, năng động, phát hiện và giải quyết sáng tạo, hiệu quả các vấn đề thực tế, thích ứng với cuộc sống thường xuyên thay đổi của thời đại mới Mục tiêu của giáo dục STEAM tương đồng với mục tiêu của chương trình giáo dục phổ thông mới” [20]
PGS.TS Mai Văn Hưng trong các tài liệu [24] [25], “Giáo dục STEM:
Trang 2010
Để học sinh thích ứng với môi trường lao động 4.0” Tạp chí Khoa học và Công nghệ Việt Nam; số 7 (724), Tr.43-45 ISSN 1859-4794 và “Giáo dục STEM, STEAM, STREAM và những đề xuất đổi mới chương trình giáo dục phổ thông Việt Nam hiện nay” Hội thảo Giáo dục 2017, Ủy ban Văn hóa
Giáo dục, Thanh niên, thiếu niên và nhi đồng Quốc hội khóa XIV đã trình bày khá đầy đủ các vấn đề về STEAM như so sánh, phân biệt giữa giáo dục STEM với STEAM và các phương pháp giáo dục khác nêu được ưu điểm và hạn chế của từng loại đồng thời đưa ra được các đề xuất để phát triển năng lực của học sinh thông qua hoạt động giáo dục STEAM
Trong luận án nghiên cứu của Lê Xuân Quang (2017) về “Dạy học môn Công nghệ phổ thông theo định hướng GD STEM” Kết quả nghiên cứu cho
thấy: Phần lớn học sinh cảm thấy thoải mái, tự giác trong học tập, phát triển năng lực hợp tác, năng lực giải quết vấn đề và sáng tạo của học sinh trong quá trình tham gia xây dựng nội dung bài học, phù hợp với định hướng của BGD&ĐT trong công văn số 5555/BGDĐT - GDTrH ngày 8/10/2014 về các tiêu chí đánh giá bài học đang được thực hiện trong cả nước hiện nay.[34]
Từ đó có thể nhận thấy rằng giáo dục STEM/STEAM đang rất được quan tâm ở trên thế giới và trong nước Nhận thấy tiềm năng và những lợi ích thiết thực của giáo dục STEM, đặc biệt là giáo dục STEAM tạo ra một sân chơi sáng tạo cho các em học sinh, nhằm giúp các em có cơ hội được tham gia các hoạt động có tính khoa học, hiện đại và nâng cao Bộ Giáo dục và Đào tạo thúc đẩy triển khai giáo dục STEM/STEAM trong chương trình giáo dục phổ thông mới
1.2 Cơ sở lý luận
1.2.1 Khái niệm về giáo dục STEAM
Hiệp hội GV dạy khoa học Mĩ (National Science Teachers Association - NSTA) đã đề xuất ra khái niệm về giáo dục STEM (STEM education): Là dạy học dựa trên ý tưởng trang bị cho người học những kiến thức, kĩ năng liên
Trang 2111 quan đến các lĩnh vực khoa học, kĩ thuật, công nghệ và toán học theo cách tiếp cận liên môn và người học có thể áp dụng để giải quyết vấn đề trong cuộc sống hàng ngày.[41] Trong đó S là chữ cái viết tắt của từ Science là quy trình sáng tạo ra kiến thức khoa học; E là chữ cái viết tắt của từ Engineering là quy trình sử dụng kiến thức khoa học để thiết kế công nghệ mới nhằm giải quyết các vấn đề; M là chữ cái viết tắt của từ Mathematics là công cụ được sử dụng để thu nhận kết quả và chia sẻ kết quả đó với những người khác T là chữ cái viết tắt của từ Technology là quy trình công nghệ được sử dụng và ảnh hưởng của công nghệ mới tới cuộc sống hàng ngày của HS và của cộng đồng
Giáo dục STEM là mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp HS áp dụng các kiến thức khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học vào giải quyết một số vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể
Science (Khoa học): Là môn học nhằm phát triển khả năng sử dụng các kiến thức Khoa học (Vật lý, Hóa học, Sinh học và Khoa học trái đất) của HS, không chỉ giúp HS hiểu về thế giới tự nhiên mà còn có thể vận dụng kiến thức đó để giải quyết các vấn đề khoa học trong cuộc sống hàng ngày [41]
Technology (Công nghệ): Là môn học nhằm phát triển khả năng sử dụng, quản lý, hiểu và đánh giá công nghệ của HS Nó cung cấp cho HS những cơ hội để hiểu về công nghệ được phát triển như thế nào, cung cấp cho HS những kĩ năng để có thể phân tích được sự ảnh hưởng của công nghệ mới tới cuộc sống hàng ngày của HS và của cộng đồng[41]
Engineering (Kĩ thuật): Là môn học nhằm phát triển sự hiểu biết ở HS về cách công nghệ đang phát triển thông qua quá trình thiết kế kĩ thuật Kĩ thuật cung cấp cho HS những cơ hội để tích hợp kiến thức của nhiều môn học, giúp cho những khái niệm liên quan trở nên tường minh trong cuộc sống của họ Kĩ thuật cũng cung cấp cho HS những kĩ năng để có thể vận dụng sáng tạo cơ sở Khoa học và Toán học trong quá trình thiết kế các đối tượng, các hệ thống hay xây dựng các quy trình sản xuất [41]
Trang 2212 Mathematics (Toán học): Là môn học nhằm phát triển ở HS khả năng phân tích, biện luận và truyền đạt ý tưởng một cách hiệu quả thông qua việc tính toán, giải thích, các giải pháp giải quyết các vấn đề toán học trong các tình huống đặt ra [41]
Theo Từ điển song ngữ Anh - Việt, ngoài nghĩa “nghệ thuật”, từ Art còn có nghĩa là “Các ngành khoa học xã hội - nhân văn” Do đó, chữ “A” trong STEAM là đại diện cho nghệ thuật tự do, nghệ thuật ngôn ngữ, nghiên cứu xã hội, nghệ thuật thể chất, mĩ thuật, âm nhạc, văn hoá, nhân văn Từ đó, có thể hiểu A trong STEAM là: Giáo dục Nhân văn [20]
Giáo dục STEM không chỉ gói gọn trọng sự liên môn giữa các nhóm kiến thức khoa học tự nhiên mà giờ đây các giáo viên đã chủ động lồng ghép thêm các yếu tố về văn hóa, xã hội, nhân văn, nghệ thuật (gọi chung là các môn nghệ thuật khai phóng - liberal arts) Do vậy STEM đã được phát triển lên thành STEAM Thỉnh thoảng STEAM được viết thành STE(A)M với chữ A được viết trong ngoặc đơn với chủ đích diễn tả các chương trình học có nhấn mạnh các môn nghệ thuật khai phóng trên nền tảng của giáo dục STEM nói chung Việc soạn các bài học STEM luôn dành một khoảng không gian cho việc kết nối với các chủ đề về xã hội, văn hóa, và các môn nghệ thuật Ở đó, học sinh được khuyến khích vận dụng óc sáng tạo về các môn nghệ thuật, các kiến thức về lịch sử và nhân văn để tạo ra một sản phẩm mới, có giá trị và ý nghĩa cho xã hội.[19]
Chẳng hạn, các em học sinh lớp 6 được làm quen với phần mềm SketchUp và Google Earth (cả hai đều miễn phí) để vẽ những khu vui chơi dành cho các trẻ em ở những vùng nông thôn khó khăn.[19]
Về cơ bản nhất STEAM = STEM + ART Việc giáo dục nhân văn được lồng ghép vào các hoạt động STEM là một bước tiếp cận gần hơn tới việc ứng dụng các kiến thức STEAM để giải quyết những vấn đề thực tế cuộc sống
Trang 2313 Theo Anna Feldman: “STEAM tập trung yếu tố con người chứ không phải các môn học; nó đặt nhân cách HS và cá tính làm tiên phong Với STEAM, không có áp lực trở thành nhà khoa học hoặc kĩ sư - bạn có thể là một nhà thiết kế, nghệ sĩ kĩ thuật số, người lập trình, giám đốc nghệ thuật và nhà khoa học và kĩ sư cùng một lúc STEAM cho phép chúng ta có những kĩ sư giỏi hơn nhờ việc học cách suy nghĩ nghệ thuật và có thể thu hút các nghệ sĩ nhờ việc cho họ thấy STEM có thể ứng dụng trong nghệ thuật như thế nào Nó rất thú vị, đặc biệt là trong một thế giới ngày càng liên ngành và số hoá Trong STEAM, sáng tạo là nguyên lí trung tâm” [48]
STEAM là một sáng kiến giáo dục được tạo ra bởi Trường Thiết kế Rhode Island, bổ sung nghệ thuật vào khung STEM ban đầu Theo Trường Thiết kế Rhode Island, Mục tiêu là thúc đẩy sự đổi mới thực sự đi kèm với sự kết hợp tâm trí của một nhà khoa học hoặc nhà công nghệ với nghệ sĩ hoặc nhà thiết kế Thay đổi nghệ thuật vào khung STEM ban đầu rất quan trọng như các thực tiễn, chẳng hạn như mô hình hóa, phát triển các giải thích và tham gia phê bình và đánh giá (lập luận), quá thường xuyên được nhấn mạnh trong bối cảnh giáo dục toán học & khoa học [50]
STEAM là phương pháp học tập chủ yếu dựa trên thực hành và các hoạt động trải nghiệm sáng tạo, do đó, trẻ được tiếp cận phương pháp giáo dục này có những ưu thế nổi bật như: kiến thức khoa học, kỹ thuật, công nghệ và toán học chắc chắn, khả năng sáng tạo, tư duy logic, hiệu suất học tập và làm việc vượt trội và có cơ hội phát triển các kỹ năng mềm toàn diện hơn
STEAM viết tắt của các từ Science (khoa học), Technology (công nghệ), Engineering (kỹ thuật), Art (nghệ thuật) và Math (toán học) là phương pháp học được áp dụng đầu tiên tại Mỹ với đặc điểm cung cấp kiến thức toàn diện của năm lĩnh vực: Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Nghệ thuật và Toán học Điểm nổi bật của STEAM là kết nối, liên hệ thông tin giữa các lĩnh vực vào trong thực tế Các thí nghiệm, hoạt động thực tiễn thường xuyên diễn ra để các
Trang 2414 em có thể thảo luận, tự rút ra kết luận và ghi nhớ sâu sắc Chẳng hạn, trong giờ khoa học, để giải thích cho các em vì sao nước sông suối lại trong, giáo viên sẽ cho học sinh thử lọc nước chứa tạp chất bằng các vật liệu tự nhiên như đá, sỏi, cát và rút ra kết luận về tính chất, vai trò của mỗi thành phần
Trái ngược với các mô hình giảng dạy truyền thống, các nhà giáo dục sử dụng khung STEAM kết hợp các ngành học, tận dụng sức mạnh tổng hợp năng động giữa quá trình mô hình hóa và nội dung toán học và khoa học để xóa nhòa ranh giới giữa kỹ thuật mô hình hóa và tư duy khoa học Thông qua phương pháp toàn diện này, học sinh có thể tập thể dục cả hai bên não cùng một lúc
1.2.2 Vai trò của giáo dục STEAM
- Việc đưa giáo dục STEAM vào trường phổ thông mang lại nhiều ý nghĩa, phù hợp với định hướng đổi mới giáo dục phổ thông STEM đại diện cho khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học STEAM đại diện cho STEM cộng với nghệ thuật - nhân văn, nghệ thuật ngôn ngữ, khiêu vũ, kịch, âm nhạc, nghệ thuật thị giác, thiết kế và phương tiện truyền thông mới [5]
- STEAM không phải là một khái niệm mới Nếu như Leonardo Da Vinci đã cho chúng ta thấy tầm quan trọng của việc kết hợp khoa học và nghệ thuật để thực hiện những khám phá thì các dự án học tập trong giáo dục STEAM sẽ giúp học sinh được hoạt động, trải nghiệm và thấy được ý nghĩa của tri thức với cuộc sống, nhờ đó sẽ nâng cao hứng thú học tập của học sinh
- Sự khác biệt chính giữa STEM và STEAM là STEM tập trung rõ ràng vào các khái niệm khoa học STEAM điều tra các khái niệm tương tự, nhưng thực hiện điều này thông qua yêu cầu và phương pháp học tập dựa trên vấn đề được sử dụng trong quá trình sáng tạo
- Khung STEAM không chỉ dạy cho HS cách suy nghĩ chín chắn, giải quyết vấn đề và sử dụng sự sáng tạo, nó còn chuẩn bị cho sinh viên làm việc trong một lĩnh vực sẵn sàng cho sự phát triển
Trang 2515 - STEAM giúp học sinh được hợp tác với nhau, được chủ động và tự lực thực hiện các nhiệm vụ học, được làm quen các hoạt động có tính chất nghiên cứu khoa học từ đó sẽ góp phần hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực cho học sinh[5]
- Các kỹ năng, năng lực học sinh có được từ giáo dục STEAM đều giúp học sinh phát triển ở hầu hết mọi ngành nghề Giúp học sinh, sinh viên có được suy nghĩ chín chắn và cách giải quyết vấn đề - những kỹ năng có thể được sử dụng trong suốt cuộc đời của họ để giúp họ vượt qua thời điểm khó khăn và tận dụng cơ hội bất cứ khi nào nó xuất hiện [4]
1.2.3 Định hướng giáo dục STEAM trong chương trình giáo dục phổ thông mới
Ở cấp độ chương trình giáo dục phổ thông, giáo dục STEM vừa mang nghĩa đào tạo nguồn nhân lực (định hướng nghề nghiệp STEM) vừa thể hiện định hướng giáo dục tích hợp phát triển năng lực và phẩm chất người học; Trong dự thảo chương trình giáo dục phổ thông tổng thể, giáo dục STEM đã được chú trọng thông qua các biểu hiện:[3]
Chương trình giáo dục phổ thông mới có đầy đủ các môn học STEAM Đó là các môn Toán học; khoa học tự nhiên; công nghệ; tin học; Nghệ thuật (âm nhạc, Mĩ thuật)
Vị trí, vai trò của giáo dục tin học và giáo dục công nghệ trong chương trình giáo dục phổ thông mới đã được nâng cao rõ rệt Điều này không chỉ thể hiện rõ tư tưởng giáo dục STEAM mà còn là sự điểu chỉnh kịp thời của giáo dục phổ thông trước cuộc cách mạng công nghiệp 4.0
Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể rất phù hợp với giáo dục STEAM ở cấp độ dạy học tích hợp theo chủ đề liên môn, vận dụng kiến thức liên môn giải quyết các vấn đề thực tiễn Các chủ đề STEAM trong chương trình môn học tích hợp ở giai đoạn giáo dục cơ bản như các môn Tự nhiên và Xã hội, Khoa học, Tin học và Công nghệ (ở tiểu học), môn Khoa học tự nhiên
Trang 2616 (ở trung học cơ sở)
Hơn thế nữa, ngành giáo dục cũng như các ngành khoa học liên quan luôn đẩy mạnh các hoạt động STEAM, thông qua hoạt động nghiên cứu khoa học và tổ chức các cuộc thi sáng tạo khoa học kỹ thuật với nhiều chủ đề khác nhau thuộc các lĩnh vực robot, năng lượng tái tạo, môi trường, biến đổi khí hậu, nông nghiệp công nghệ cao…
Tính mở của chương trình cho phép một số nội dung giáo dục STEAM có thể được xây dựng thông qua chương trình địa phương, kế hoạch giáo dục nhà trường; qua những chương trình, hoạt động STEAM được triển khai, tổ chức thông qua hoạt động xã hội hóa giáo dục [5]
Tổ chức tốt hoạt động câu lạc bộ STEM cũng là tiền đề triển khai các dự án nghiên cứu trong khuôn khổ cuộc thi khoa học kỹ thuật dành cho học sinh trung học Bên cạnh đó, tham gia câu lạc bộ STEAM còn là cơ hội để học sinh thấy được sự phù hợp về năng lực, sở thích, giá trị của bản thân với nghề nghiệp thuộc các lĩnh vực STEAM [5]
1.2.4 Thí nghiệm trong dạy học theo định hướng GD STEAM
1.2.4.1 Khái niệm, phân loại thí nghiệm a Khái niệm
Theo Từ điển Giáo dục học,“Thí nghiệm là một thủ pháp dạy học, nghiên cứu khoa học được thực hiện bằng cách làm thay đổi trong thực tiễn hay trên lý thuyết các điều kiện diễn biến của một hiện tượng nào đó để quan sát, tìm hiểu, kiểm tra và chứng minh một luận điểm hay một giả thuyết khoa học”
Theo tác giả Thái Duy Tuyên, “Thí nghiệm là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con người vào các đối tượng của hiện thực khách quan nhằm phát hiện ra những hiện tượng mới, những quy luật mới, tri thức mới”
Trong từ điển tiếng việt có đưa ra danh từ “thí nghiệm” bao gồm mẫu vật, dụng cụ, phòng thí nghiệm, hóa chất Còn động từ “thí nghiệm” là gây ra một hiện tượng, một sự biến đổi nào đó bên trong điều kiện xác định để tìm
Trang 2717 hiểu, nghiên cứu, kiểm tra hay chứng minh [32]
Chúng tôi sử dụng định nghĩa thí nghiệm theo từ điển giáo dục
học,“Thí nghiệm là một thủ pháp dạy học, nghiên cứu khoa học được thực hiện bằng cách làm thay đổi trong thực tiễn hay trên lý thuyết các điều kiện diễn biến của một hiện tượng nào đó để quan sát, tìm hiểu, kiểm tra và chứng minh một luận điểm hay một giả thuyết khoa học”
Với mục tiêu đổi mới phương pháp dạy học hiện nay, mô hình - thí nghiệm sẽ trở thành vai trò hữu dụng giúp học sinh củng cố, vận dụng lý thuyết giải thích các hiện tượng thực tiễn, khơi gợi niềm đam mê sáng tạo, tìm tòi, phát minh nhiều … Thêm vào đó, mô hình - thí nghiệm còn là “trực quan sinh động”, mô phỏng lại các sự vật, hiện thực khách quan thu nhỏ Vì thế phương pháp dạy học thí nghiệm có vai trò không nhỏ trong việc hình thành năng lực cho người học
b Phân loại thí nghiệm *Thí nghiệm biểu diễn của giáo viên: là loại thí nghiệm do giáo viên tiến hành, học sinh là người quan sát Thông qua thí nghiệm GV tái hiện lại các hiện tượng giúp HS quan sát trực quan các hiện tượng cần nghiên cứu Thí nghiệm biểu diễn được sử dụng gồm:
+ Thí nghiệm mở đầu: Loại thí nghiệm này được tiến hành vào đầu giờ học phần lí thuyết nó tạo ra tình huống có vấn đề làm nảy sinh mâu thuẫn giữa cái đã biết và cái chưa biết gây kích thích tính tò mò tạo gây hứng thú học tập cho học sinh [33]
+ Thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng, quá trình: Là loại thí nghiệm được dùng để hình thành kiến thức mới, nhằm đưa ra mối quan hệ bản chất giữa các hiện tượng Với thí nghiệm này nên dùng trong trường hợp thí nghiệm minh họa còn trong trường hợp dùng khi thí nghiệm nghiên cứu khảo sát khó thực hiện do phức tạp, mất nhiều thời gian.[33]
+ Thí nghiệm củng cố: Được thực hiện ở cuối tiết học, có thể giúp nâng cao
Trang 2818 kiến thức cho học sinh, giúp học sinh ghi nhớ bài giảng, rèn luyện kỹ năng cho học sinh qua đó giáo viên kiểm tra được mức độ nhận thức, tiếp thu bài giảng của học sinh.[33]
Trong thực tế, không phải lúc nào các thí nghiệm cũng có thể tiến hành trên mẫu vật thật để học sinh quan sát trực tiếp bằng các giác quan, mà một số thí nghiệm rất khó hoặc không thể thực hiện được với các đối tượng sống
Với các thí nghiệm có tính chất như trên, muốn để học sinh hiểu biết sâu sắc hơn về quá trình hay hiện tượng sinh học diễn ra bên trong đối tượng sống người ta có thể sử dụng các thí nghiệm ảo hoặc thí nghiệm mô phỏng * Thí nghiệm của học sinh: Thí nghiệm do học sinh tiến hành với các nội dung sau:[32]
+ Thí nghiệm biểu diễn bài học mới + Thí nghiệm luyện tập trong quá trình vận dụng kiến thức lĩnh hội + Thực hành trong phòng thí nghiệm thường tổ chức sau một loạt bài và vào cuối kỳ mang tính chất tổng hợp
+Thí nghiệm tại nhà, một hình thức thực nghiệm đơn giản nhưng dài ngày giao cho học sinh tự làm tại nhà
1.2.4.2 Vai trò, nguyên tắc sử dụng thí nghiệm trong dạy học theo định hướng GD STEAM
a Vai trò sử dụng thí nghiệm trong dạy học theo định hướng GD STEAM
- Đảm bảo giáo dục toàn diện: Thí nghiệm trong giáo dục STEAM giúp học sinh phát triển tư duy, kĩ năng thao tác thực hành, kĩ năng đánh giá sản phẩm theo tiêu chí cho trước Bên cạnh đó những hiểu biết về các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học, học sinh sẽ được phát triển tư duy phê phán, khả năng hợp tác để thành công [5]
- Tạo hứng thú học tập cho hoc sinh: Thí nghiệm được xây dựng dựa trên nhu cầu học tập và gắn liền với đời sống, học sinh tự trải nghiệm chính vì vậy nó nâng cao hứng thú học tập cho học sinh [5]
Trang 2919 - Kết nối trường học với cộng đồng: Trong giáo dục STEAM các thí nghiệm được xây dựng thông qua hoạt động thực tiễn gắn với môi trường với cộng đồng xung quanh [5]
- Mặt khác, trong quá trình thí nghiệm HS cần sử dụng đến nhiều giác quan và trước những vấn đề mới các em bắt buộc phải suy nghĩ, tìm tòi, giúp tăng khả năng tư duy, độ khéo léo, nhạy bén Điều này giúp không khí lớp học trở nên sôi nổi, kích thích tính tò mò cho HS, khiến tiết học có sức hút hơn Sản phẩm có thể ứng dụng được trong thực tiễn, tự tay các em làm ra sản phẩm giúp các em hiểu rõ hơn về lý thuyết, cũng như có thể phát triển theo hướng ứng dụng trong trồng trọt, chăn nuôi, sản xuất, kinh doanh, [5]
- Thí nghiệm còn là một hình thức nghiên cứu khoa học, giúp tìm hiểu bản chất của các hiện tượng, mối quan hệ giữa sự vật, hiện tượng với môi trường sống Trong bước đề xuất vấn đề nghiên cứu hay giả thuyết, HS học được cách tạo tình huống có hiệu quả, tìm thấy mâu thuẫn giữa giả thuyết và kết quả thí nghiệm
- Thí nghiệm có vai trò thực tiễn gần gũi và đem lại hiệu quả to lớn trong quá trình dạy học KHTN Nó không những giúp củng cố lý thuyết mà còn giúp người học phát triển, rèn luyện kỹ năng cũng như đạo đức, lối sống
b Nguyên tắc sử dụng thí nghiệm trong dạy học theo định hướng GD STEAM
Để tiến hành được thí nghiệm trong dạy học theo định hướng GD STEAM cần tuân theo các nguyên tắc sau:
- Các thí nghiệm phải đảm bảo tính khoa học, phù hợp với bản chất vật lí của sự vật, hiện tượng trong tự nhiên
- Các thí nghiệm phải phù hợp với nội dung chương trình KHTN và mục tiêu đề ra
- Các thí nghiệm phải phù hợp với nhận thức và tâm lí của học sinh - Tạo điều kiện phát huy tính chủ động của HS trong thực hành thí nghiệm đặc biệt là thí nghiệm mà học sinh có thể tự tạo theo yêu cầu của GV
Trang 3020
1.2.5 Năng lực nghiên cứu khoa học của học sinh
1.2.5.1 Khái niệm năng lực nghiên cứu khoa học
Chúng tôi sử dụng định nghĩa năng lực trong Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể: “Năng lực là thuộc tính cá nhân được hình thành, phát triển nhờ tố chất sẵn có và quá trình học tập, rèn luyện, cho phép con người huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng và các thuộc tính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, ý chí, thực hiện thành công một loại hoạt động nhất định, nhằm đạt kết quả mong muốn trong những điều kiện cụ thể’’[3]
GS.TSKH Đặng Hùng Thắng đưa ra: "NCKH là tìm tòi, phát hiện sáng
tạo ra tri thức mới, công nghệ mới Vì thế, năng lực nghiên cứu là khả năng sáng tạo, phát hiện cái mới; tư duy thoáng không rập khuôn, sao chép; khả năng đưa ra các giải pháp độc đáo và hiệu quả để giải quyết một vấn đề khó."
Theo Vũ Cao Đàm: “NCKH là phương pháp nhận thức thế giới gồm: các quan điểm tiếp cận, quy trình động tác cụ thể để tác động vào đối tượng, để đối tượng bộc lộ bản chất Hay có thể hiểu, phương pháp NCKH là cách thức nghiên cứu dưới góc độ lí thuyết hoặc thực nghiệm một hiện tượng hay quá trình nào đó, là con đường dẫn nhà khoa học đạt được mục đích sáng tạo[16]
Trong chiến lược nghiên cứu phát triển năng lực 2008/2013 của DFID (Department for International Development) định nghĩa: “năng lực NCKH là khả năng của một cá nhân, một tổ chức hoặc một hệ thống thực hiện và công bố các nghiên cứu có chất lượng”
Tác giả Šeberová Alena cho rằng, năng lực NCKH là một hệ thống mở và không ngừng phát triển, bao gồm các kiến thức trong lĩnh vực nghiên cứu, các thái độ và sự sẵn sàng của cá nhân cho phép giáo viên thực hiện một nghiên cứu giáo dục trong khuôn khổ hoạt động nghề nghiệp của họ.[40, tr 32]
Theo tác giả Lê Đình Trung và Phan Thị Thanh Hội (2016), năng lực NCKH nghĩa là hiểu biết và sử dụng được các nguyên lí của phương pháp NCKH, áp dụng được các phương pháp thực nghiệm để giải quyết các vấn đề
Trang 3121 khoa học [40, tr 57]
Theo tác giả Trần Thị Thanh Xuân (2016), năng lực NCKH của học sinh phổ thông là sự làm chủ những hệ thống kiến thức khoa học, kĩ năng NCKH, thái độ khoa học và vận hành chúng một cách hợp lý để thực hiện thành công nhiệm vụ nghiên cứu nhằm tạo ra sản phẩm trong quá trình học tập ở trường phổ thông [40, tr 33]
Tổng hợp các tài liệu chúng tôi cho rằng “ Năng lực NCKH là khả năng xác định được vấn đề, mục tiêu và những vấn đề ưu tiên, tiến hành NCKH một cách vững chắc, xây dựng các cơ sở bền vững, xác định được giải pháp cho những vấn đề mang tính đột phá
Nói cách khác, NCKH của HS là hoạt động trí tuệ, góp phần biến quá trình đào tạo thành quá trình tự đào tạo NCKH sẽ tạo ra những bước đi ban đầu để HS tiếp cận với những tri thức mới, thông qua đó nhằm rèn luyện cho HS khả năng tư duy sáng tạo Năng lực NCKH là tổng hòa của nhiều năng lực thành phần nên việc phát triển năng lực NCKH cho học sinh sẽ giúp hình thành và bồi dưỡng những phẩm chất cần thiết của người lao động mới: đó là tính kiên trì, nhẫn nại, khắc phục khó khăn, tìm tòi sáng tạo, khách quan, chính xác
1.2.5.2 Cấu trúc của năng lực nghiên cứu khoa học
Theo tác giả Trần Thanh Ái [9, tr 21-25], các thành tố của năng lực NCKH bao gồm:
Về kiến thức: Kiến thức khoa học chuyên ngành; Kiến thức về phương
pháp NCKH (nghiên cứu hàn lâm, nghiên cứu cộng đồng)
Về kĩ năng: Kĩ năng xây dựng đề tài nghiên cứu; Lựa chọn được đề tài
nghiên cứu và đưa ra được lý do chọn đề tài; Kĩ năng thiết kế kế hoạch nghiên cứu; Kĩ năng thu thập dữ liệu; Kĩ năng phân tích dữ liệu và sử dụng công cụ phân tích; Kĩ năng phê phán; Kĩ năng lập luận; Kĩ năng viết báo cáo khoa học
Trang 3222
Về thái độ: Nhiệt tình, say mê khoa học; Nhạy bén với sự kiện xảy ra;
Khách quan, trung thực, nghiêm túc; Kiên trì, cẩn thận khi làm việc; Tinh thần hợp tác khoa học; Hoài nghi khoa học, dũng cảm bảo vệ chân lí khoa học
Theo tài liệu tập huấn chương trình phát triển giáo dục trung học “Dạy học và kiểm tra đánh giá kết quả học tập theo định hướng phát triển năng lực học sinh, môn Sinh học cấp THPT” của Bộ giáo dục và đào tạo (2014), năng
lực NCKH bao gồm các kỹ năng thành phần như sau [2, tr 49]: - Quan sát các hiện tượng trong thực tiễn hay trong học tập để xác lập vấn
đề nghiên cứu - Thu thập các thông tin liên quan thông qua nghiên cứu tài liệu, thực
nghiệm - Hình thành giả thuyết khoa học - Thiết kế thí nghiệm; thực hiện thí nghiệm - Thu thập và phân tích dữ liệu
- Giải thích kết quả thí nghiệm và rút ra kết luận Trong một nghiên cứu của Mick Roach và các cộng sự (2006) đã chỉ ra năng lực NCKH gồm các năng lực thành phần là: Năng lực sáng tạo; Năng lực làm việc độc lập; Năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề; Năng lực phân tích phê phán
Để phát triển năng lực NCKH cần chú trọng phát triển cho HS các năng lực sau:
Năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề: Đó là khả năng phân tích, phát hiện và nêu được tình huống có vấn đề trong học tập, trong cuộc sống Trong thực tiễn cuộc sống luôn nảy sinh các vấn đề khác nhau điều này đòi hỏi con người phải có năng lực giải quyết vấn đề theo hướng tối ưu là rất cần thiết
Năng lực quan sát, nhận biết vấn đề: Là khả năng tri giác nhanh chóng và chính xác những điểm quan trọng, chủ yếu và đặc sắc của sự vật, hiện tượng cho dù những điểm đó khó nhận thấy hoặc có thể là thứ yếu
Trang 3323 Năng thu thập và xử lí thông tin: Quá trình nghiên cứu, thu thập tài liệu và tìm kiếm thông tin giúp học sinh phát hiện hoặc nhận ra các vấn đề và đặt ra nhiều câu hỏi cần nghiên cứu Quá trình xử lí thông tin, giúp HS biết cách hệ thống, trình bày thông tin dưới dạng sơ dồ, biểu bảng để có cái nhìn tổng quát làm cơ sở cho việc đưa ra nhận xét, kết luận xác thực, khoa học
Năng lực tư duy độc lập, sáng tạo: Thông qua việc rèn luyện các thao tác tư duy như : phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa, suy diễn, loại suy, dự đoán…giúp HS có được khả năng đưa ra những giả thuyết khoa học làm cơ sở cho việc xây dựng kế hoạch, giải quyết vấn đề, thực hiện kế hoạch của đề tài NCKH
1.2.6 Sử dụng thí nghiệm trong dạy học theo định hướng giáo dục STEAM nhằm phát triển năng lực nghiên cứu khoa học của HS
Trong quá trình dạy học, có thể sử dụng thí nghiệm trong các khâu: xuất hiện vấn đề nghiên cứu, giải quyết vấn đề và củng cố, vận dụng kiến thức Đặc biệt trong giai đoạn định hướng, đề xuất vấn đề nghiên cứu và thì thí nghiệm rất có hiệu quả trong việc phát triển năng lực nghiên cứu khoa học
* Sử dụng thí nghiệm trong giai đoạn đề xuất vấn đề
Thí nghiệm là phương tiện rất hiệu quả để tăng hứng thú học tập của HS đặc biệt trong giai đoạn mở đầu bài học nó tạo ra sự ngạc nhiên bất ngờ, gây ra mâu thuẫn trong nhận thức của HS từ đó GV có thể gợi ý vấn đề cần nghiên cứu Trong giai đoạn này GV có thể làm thí nghiệm hoặc hướng dẫn HS lên làm thí nghiệm
Việc tiến hành thí nghiệm có thể qua các bước - Giới thiệu các dụng cụ thí nghiệm, công dụng của từng dụng cụ và cách lắp đặt thí nghiệm
- Nêu các bước tiến hành thí nghiệm qua sơ đồ thí nghiệm - Dựa vào vốn kiến thức, kinh nghiệm đã có của HS, GV yêu cầu HS nêu dự đoán hiện tượng trước khi tiến hành thí nghiệm
Trang 3424 - Tiến hành thí nghiệm cho HS quan sát hiện tượng - Từ kết quả thí nghiệm GV gợi ý và hướng dẫn HS nêu vấn đề cần nghiên cứu
* Sử dụng thí nghiệm tự tạo trong giai đoạn giải quyết vấn đề
Trong giai đoạn này GV định hướng, khơi gợi hướng dẫn HS giải quyết vấn đề thông qua mối liên hệ giữa kiến thức đã biết và vấn đề cần giải quyết cùng với kinh nghiệm đã có từ trước của HS để tìm ra hướng giải quyết
➢ Định hướng tìm kiếm nguồn tài liệu: Đây là quá trình động não để xác định rõ ràng và chính xác những ý tưởng cho đề tài nghiên cứu nhằm tìm ra lời giải cho một vấn đề cụ thể Quá trình này gồm ba bước lần lượt như sau: Suy nghĩ tự do; Liệt kê các ý tưởng đã suy nghĩ một cách có trật tự; Lọc lấy những ý tưởng hợp lý với nghiên cứu của mình Sau khi đã có được những ý tưởng phù hợp với chủ đề nghiên cứu mới tiến hành tìm kiếm, thu thập và lựa chọn thông tin
➢ Tìm kiếm và lựa chọn thông tin: Khi lựa tìm kiếm tài liệu, HS phải đảm bảo về tính chính xác của tài liệu, HS nên ưu tiên lựa chọn các tài liệu của các nhà xuất bản, tạp chí lớn có uy tín Với tài liệu trên Internet nên ưu tiên những trang web học thuật như: Trang kết thúc bằng đuôi gov, edu Khi tìm kiếm tài liệu bằng tiếng nước
ngoài, HS nên sử dụng ứng dụng Google scholar…
* Sử dụng thí nghiệm trong giai đoạn củng cố, vận dụng kiến thức
Thí nghiệm không chỉ dùng trong tạo tình huống có vấn đề, trong quá trình giải quyết vấn đề mà nó còn được dùng trong giai đoạn củng cố, vận dụng kiến thức vào thực tiễn Thông qua thí nghiệm HS tích cực tham gia xây dựng kiến thức và vận dụng kiến thức vào cuộc sống đồng thời phát triển tư duy logic tư duy sáng tạo cho HS
1.3 Cơ sở thực tiễn
1.3.1 Mục đích điều tra
Mục đích khảo sát nhằm đánh giá thực trạng thực trạng học tập KHTN
Trang 3525 của HS khối 6, làm cơ sở cho việc thiết kế và sử dụng một số mô hình, thí nghiệm KHTN để phát triển năng lực nghiên cứu khoa học cho học sinh THCS theo định hướng STEAM
1.3.2 Nội dung, phương pháp điều tra
1.3.2.1 Nội dung khảo sát
Chúng tôi tiến hành lấy ý kiến thông qua phiếu khảo sát với nội dung điều tra bao gồm các vấn đề sau:
+ Nhận thức của GV THCS về sự cần thiết và mục đích sử dụng mô hình, thí nghiệm trong dạy học KHTN ở trường THCS
+ Mức độ sử dụng mô hình, thí nghiệm trong dạy học KHTN ở trường THCS + Sự cần thiết của giáo dục STEAM trong dạy học KHTN ở trường THCS + Việc hình thành và phát triển năng lực nghiên cứu cho HS THCS
1.3.2.2 Phương pháp điều tra
Để tìm hiểu chúng tôi sử dụng các phương pháp điều tra sau: + Điều tra GV: Trao đổi trực tiếp, lắng nghe ý kiến về phương pháp day học môn KHTN, phiếu điều tra
+ Điều tra HS: Trao đổi trực tiếp, phiếu điều tra tìm hiểu tâm tư nguyện vọng của học sinh về học tập thông qua thí nghiệm theo định hướng giáo dục STEAM
1.3.3 Đối tượng điều tra
Chúng tôi sử dụng phiếu điều tra về tình hình dạy và học, sử dụng thí nghiệm theo định hướng giáo dục STEAM của 23 GV dạy môn KHTN trường THCS Mạc Đĩnh Chi, THCS Thống Nhất, THCS Phúc yên, THCS Hai Bà Trưng và 125 HS trường THCS Mạc Đĩnh Chi khối 6
1.3.4 Kết quả điều tra
Qua việc điều tra GV và HS trên thông qua phiếu điều tra tình hình dạy và học được kết quả sau:
▪ Thực trạng dạy học theo định hướng STEAM ở trường THCS
Trang 3626
Bảng 1.1 Kết quả khảo sát mức độ thường xuyên dạy học theo định hướng
STEAM trong giảng dạy môn KHTN ở trường THCS
Kết quả
Mức độ Thường
xuyên
Thỉnh thoảng
Hiếm khi Không bao
Bảng 1.2 Kết quả điều tra nhận thức của GV về bản chất giáo dục STEAM
Kết quả
Mức độ nhận thức Đúng hoàn toàn Đúng nhưng
Trang 3727 mới so với nhiều GV, đặc biệt là các GV miền núi do điều kiện tiếp cận thông tin về lý luận dạy học hiện đại còn hạn chế Tuy nhiên, qua điều tra chúng tôi nhận thấy trong giảng dạy, nhiều GV đã tổ chức các hoạt động nhằm kích thích nhu cầu khám phá của học sinh như trải nghiệm thực tiễn, học tập qua các thí nghiệm ảo, các dự án học tập
Bảng 1.3 Kết quả khảo sát những vấn đề khó khăn khi giảng dạy theo định hướng STEAM
Số lượng
Tỉ lệ %
Số lượng
Tỉ lệ %
Số lượng
Tỉ lệ %
Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể hiện nay không cho phép thực hiện dạy học STEAM
Thầy/cô không đủ thời gian để chuẩn bị bài giảng theo phương pháp dạy học STEAM
Thầy/cô chưa nắm rõ quy trình/cách thức tổ
Trang 3828 Số lượng học sinh trong
lớp quá đông nên không
Thầy/cô thiếu nguồn tài liệu tham khảo thích hợp
Dạy học STEAM không hiệu quả đối với học sinh yếu kém
Nhận xét: Bảng dữ liệu trên cho thấy, trong các nguyên nhân đưa ra ở trên thì các nguyên nhân “chưa nắm rõ quy trình/cách thức tổ chức dạy học STEAM”, “Không có phương tiện hỗ trợ để thực hiện dạy học STEAM” là những nguyên nhân chủ yếu hạn chế việc áp dụng phương pháp dạy học theo định hướng STEAM vào giảng dạy môn KHTN với tỉ lệ chiếm 73,9% số phiếu Bên cạnh đó nguyên nhân “Thầy/cô thiếu nguồn tài liệu tham khảo thích hợp” cũng chiếm tỉ lệ lớn (69,6%)
Dữ liệu trên cũng cho thấy nhiều GV chưa mạnh dạn áp dụng phương pháp giáo dục STEAM vào giảng dạy thường xuyên có nguyên nhân chủ yếu là do chưa nắm rõ quy trình tổ chức dạy học STEAM, trong khi nguồn tài liệu tham khảo về dạy học STEAM trong nước còn hạn chế Bên cạnh đó, tình trạng thiếu thốn về trang thiết bị vật chất cũng dẫn đến việc hạn chế giảng dạy của đại đa số GV giảng dạy môn KHTN tại một số trường THCS được khảo sát
Trang 3929 Kết quả thu được cho thấy GV (chiếm 62,5 %) được phỏng vấn cho biết chưa được tìm hiểu hoặc chưa được tập huấn về giáo dục STEM; 6/16 GV (chiếm 37,5%) được phỏng vấn cho biết có tìm hiểu về giáo dục STEM Kết quả này chứng tỏ giáo dục STEAM ở THCS chưa được chú trọng và chưa được quan tâm
▪ Thực trạng sử dụng mô hình, thí nghiệm trong dạy học ở trường THCS
Bảng 1.4 Kết quả điều tra thực trạng việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học
Mức độ Thường
xuyên
Thỉnh thoảng
Hiếm khi Không
▪ Thực trạng NCKH, năng lực NCKH của học sinh THCS
Bảng 1.5 Kết quả điều tra nhận thức của GV và HS về vai trò của NCKH
trong dạy và học bộ môn KHTN ở trường THCS
Trang 4030 Nhận xét: Qua kết quả khảo sát được thể hiện ở bảng 1.5, cho thấy đa số GV và HS đều đánh giá cao vai trò của NCKH trong dạy và học bộ môn KHTN ở trường THCS (với 95,7% GV và 88,0% HS được khảo sát đã đánh giá vai trò là rất cần thiết và cần thiết) Từ kết quả trên, chúng tôi nhận thấy rằng GV và HS đã nhận thức rõ về vai trò của NCKH trong dạy học KHTN ở trường THCS
Bảng 1.6 Kết quả điều tra mức độ tổ chức NCKH của GV trong dạy học bộ
môn KHTN ở trường THCS
Kết quả
Mức độ Thường
xuyên
Thỉnh thoảng
Hiếm khi Không
Số GV thỉnh thoảng tổ chức cho HS NCKH chiếm tỉ lệ thấp (13,0%) Đó đều là những GV trực tiếp hướng dẫn HS tham gia cuộc thi khoa học kĩ thuật từ cấp quận, thành phố trở lên do Bộ Giáo dục và đào tạo tổ chức Tuy số lượng còn khiêm tốn nhưng có thể cuộc thi trên sẽ là động lực thúc đẩy các GV tham gia hướng dẫn NCKH cho HS tăng lên