Nghiên cứu Đề xuất giải pháp phát triển bền vững giáo dục stem tại trường trung học phổ thông chuyên hà nội – amsterdam

Nghiên cứu Đề xuất giải pháp phát triển bền vững giáo dục stem tại trường trung học phổ thông chuyên hà nội – amsterdam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG KHOA HỌC LIÊN NGÀNH VÀ NGHỆ THUẬT

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG KHOA HỌC LIÊN NGÀNH VÀ NGHỆ THUẬT

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này công trình nghiên cứu do cá nhân tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS Hoàng Văn Tuyên, không sao chép các công trình nghiên cứu của người khác Kết quả của luận văn chưa từng được công bố ở bất kì một công trình khoa học nào khác

Các thông tin thứ cấp sử dụng trong luận văn là có nguồn gốc rõ ràng, được trích dẫn đầy đủ, trung thực và đúng qui cách

Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận văn

Tác giả

Đặng Thị Thu Hà

Học viên xin cảm ơn Ban Giám Hiệu trường THPT Chuyên Hà Nội – Amsterdam cùng các đồng nghiệp, cán bộ công nhân viên của trường, các bậc phụ huynh cùng các em học sinh đã hỗ trợ tôi hoàn thành luận văn này

Xin được gửi lời cảm ơn đặc biệt tới các chuyên gia giáo dục STEM, cộng đồng giáo viên STEM và các đơn vị giáo dục đã và đang quan tâm thúc đẩy sự phát triển của giáo dục STEM tại các trường trung học, trong đó có trường THPT Chuyên Hà Nội – Amsterdam

Cuối cùng, học viên xin được bày tỏ sự biết ơn tới gia đình và những người bạn thân thiết vì đã luôn ủng hộ, động viên học viên vượt qua hai năm học và nghiên cứu có nhiều khó khăn này

Kính mong quý thầy cô và những người quan tâm đóng góp ý kiến để đề tài được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Đặng Thị Thu Hà

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VÀ CƠ SỞ LÝ LUẬN 4

1.1 Tổng quan nghiên cứu về phát triển bền vững giáo dục STEM trong trường THPT 4

1.1.1 Giáo dục STEM 4

1.1.2 Giáo dục STEM trong trường THPT 10

1.1.3 Giáo dục STEM vì sự phát triển bền vững 11

1.1.4 Phát triển bền vững giáo dục STEM trong trường THPT 13

1.2 Cơ sở lý luận về phát triển bền vững giáo dục STEM ở trường THPT 15

1.2.1 Đặc trưng của giáo dục STEM 15

1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của giáo dục STEM ở trường THPT 18

1.2.3 Hệ sinh thái giáo dục STEM ở trường THPT 22

1.2.4 Khung logic nội dung phát triển bền vững giáo dục trong bối cảnh biến đổi toàn cầu 27

1.2.5 Đánh giá giáo dục STEM ở trường THPT 29

1.3 Quan điểm nghiên cứu 31

1.3.1 Quan điểm phát triển bền vững 31

1.3.2 Quan điểm hệ thống 32

1.3.3 Quan điểm thực tiễn 32

1.4 Tiếp cận nghiên cứu 32

1.5 Phương pháp nghiên cứu, địa bàn và đối tượng nghiên cứu 33

1.5.1 Phương pháp thu thập và phân tích tài liệu 33

1.5.2 Phương pháp điều tra bằng phiếu khảo sát 33

1.5.3 Phương pháp phỏng vấn sâu, tọa đàm chuyên gia 35

1.5.4 Phương pháp phân tích và xử lý số liệu 36

1.5.5 Phân tích hoạt động thực tiễn 37

1.6 Sơ đồ nghiên cứu 37

Tiểu kết chương 1 39

iv CHƯƠNG 2 THỰC TRẠNG GIÁO DỤC STEM TẠI TRƯỜNG THPT CHUYÊN

HÀ NỘI – AMSTERDAM 40

2.1 Hệ sinh thái giáo dục STEM tại trường THPT Chuyên Hà Nội – Amsterdam 40

2.1.1 Chương trình dạy học STEM 40

2.1.2 Kết quả hoạt động giáo dục STEM của nhà trường 40

2.1.3 Đội ngũ giáo viên dạy STEM của nhà trường 69

2.1.4 Cơ sở vật chất dạy STEM của nhà trường 72

2.1.5 Nguồn lực và chính sách phát triển giáo dục STEM tại trường THPT Chuyên Hà Nội – Amsterdam 73

2.2 Kết quả triển khai giáo dục STEM tại Trường THPT Chuyên Hà Nội – Amsterdam 74

2.3 Sự đóng góp, ảnh hưởng đến cộng đồng trong thúc đẩy giáo dục STEM 75

2.4 Ý kiến của chuyên gia STEM 76

v

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt tiếng Việt

Chữ viết tắt Nguyên nghĩa

BGD&ĐT Bộ Giáo dục và Đào tạo

Viết tắt tiếng Anh Chữ viết tắt Nguyên nghĩa

ESD Giáo dục vì phát triển bền vững

(Education for Sustainable Development ) SDG Mục tiêu phát triển bền vững (Sustainable Development Goals) STEM Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ

thuật), Mathematics (Toán) UNDP Chương trình phát triển Liên Hiệp Quốc

(United Nations Development Programme)

UNESCO

Tổ chức Giáo dục, Khoa học và Văn hóa Liên Hiệp Quốc (United Nations Educational Scientific and cultural Orrganization)

vi

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Mối quan hệ của một số yếu tố với giáo dục STEM 21

Bảng 1.2 Mối liên hệ giữa giáo dục STEM và giáo dục phát triển bền vững 31

Bảng 2.1: Kết quả khảo sát nhận định về khái niệm STEM 44

Bảng 2.2: Kết quả khảo nội dung liên quan đến bài học STEM 45

Bảng 2.3: Kết quả khảo sát các hoạt động hỗ trợ bài học STEM 47

Bảng 2.4: Kết quả khảo sát những khó khăn khi tham gia bài học STEM 48

Bảng 2.5: Kết quả khảo sát quan điểm về hoạt động học qua trải nghiệm STEM 49

Bảng 2.6: Kết quả khảo sát quan điểm về mức độ cần thiết của giáo dục STEM 52

Bảng 2.7: Kết quả khảo sát nhóm kỹ năng giải quyết vấn đề 53

Bảng 2.8: Kết quả khảo sát nhóm kỹ năng thu thập dữ liệu, tìm hiểu tổng quan 54

Bảng 2.9: Kết quả khảo sát nhóm kỹ năng đề xuất ý tưởng và lựa chọn giải pháp 56

Bảng 2.10: Kết quả khảo sát nhóm kỹ năng chế tạo sản phẩm 59

Bảng 2.11: Kết quả khảo sát nhóm kỹ năng đánh giá sản phẩm 60

Bảng 2.12: Kết quả khảo sát nhóm kỹ năng trình bày ý kiến và hợp tác 61

Bảng 2.13: Bảng tổng hợp kết quả khảo sát năng lực STEM của HS 62

Bảng 2.14: Bảng tổng hợp kết quả khảo sát nhận thức về giáo dục STEM và kỹ năng STEM của học sinh trường THPT chuyên Hà Nội- Amsterdam 63

Bảng 2.15: Bảng tổng hợp kết quả đánh giá của chuyên gia STEM 78

vii

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Chu trình STEM 18

Hình 1.2: Mô hình CIPO về quản lý giáo dục STEM 21

Hình 1.3: Sơ đồ Hệ sinh thái giáo dục STEM ở trường THPT 24

Hình 1.4: Khung logic nội dung phát triển bền vững Giáo dục trong bối cảnh biến đổi toàn cầu 29

Hình 1.5: Sơ đồ nghiên cứu 38

Hình 2.1: Kết quả khảo sát sự liên quan của kiến thức SGK và hoạt động khám phá đến bài học STEM 46

Hình 2.2: Kết quả khảo sát sự liên quan của giáo dục STEM với sự đồng cảm với khó khăn của người khác, với việc giảm thiểu rác ra môi trường 46

Hình 2.3: Kết quả khảo sát sự lo lắng về kỹ năng STEM của bản thân và chấp nhận thất bại để học hỏi 50

Hình 2.4: Kết quả khảo sát quan điểm về hợp tác và lợi thế sử dụng công nghệ khi học STEM 50

Hình 2.5: Kết quả khảo sát kỹ năng đánh giá giải pháp và diễn đạt thông tin 54

Hình 2.6: Kết quả khảo sát kỹ năng liên hệ thực tiễn và kiến thức, kỹ năng cập nhật kiến thức 55

Hình 2.7: Kết quả khảo sát sự tự tin trình bày ý tướng và đề xuất ý tưởng 57

Hình 2.8: Kết quả khảo sát kỹ năng sử dụng phần mềm mô phỏng và kỹ năng đọc bản vẽ, đồ thị 57

Hình 2.9: Kết quả khảo sát về khả năng đánh giá theo thời gian và đánh giá bằng công nghệ 60

Hình 2.10: Biểu đồ đánh giá năng lực STEM thông qua các nhóm kỹ năng của học sinh trường THPT chuyên Hà Nội- Amsterdam 62

Hình 2.11: Sự gia tăng thành viên của các CLB STEM theo mỗi năm 64

Hình 2.12: Kết quả khảo sát các CLB về kế hoạch hoạt động 65

Hình 2.13: Kết quả khảo sát các CLB về nguồn kinh phí cho hoạt động 65

Hình 2.14: Kết quả khảo sát về kỹ năng được phát triển thông qua hoạt động CLB 66

Hình 2.15: Kết quả khảo sát các CLB về các mục tiêu phát tirển bền vững tiếp cận được thông qua quá trình hoạt động 67

viii Hình 2.16: Kết quả khảo sát sự hợp tác giữa các CLB với nhau 68Hình 2.17: Kết quả khảo sát các CLB về mức độ tự đánh hiệu quả hoạt động 69Hình 2.18: Kết quả khảo sát GV về hình thức dạy học STEM đã triển khai 71Hình 2.19: Kết quả khảo sát GV về số chuyên đề STEM đã triển khai trong năm học 71Hình 2.20: Kết quả khảo sát GV về những khó khăn khi triển khai giáo dục STEM 71Hình 2.21: Sơ đồ tổng quát của trường Trung hoc phổ thông chuyên Hà Nội - Amsterdam mới 72

1

MỞ ĐẦU 1 Lý do chọn đề tài

Hiện nay, giáo dục STEM là một xu hướng tất yếu Mô hình giáo dục STEM xuất phát từ Mỹ đã được triển khai rộng rãi ở hơn 100 quốc gia trên thế giới như Mỹ, Úc, Phần Lan, Canada, Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc và nhiều nước khác bao gồm Việt Nam vì nó được coi là một cách để cải thiện chất lượng giáo dục và chuẩn bị năng lực cho học sinh trong thế kỷ 21 Giáo dục STEM được triển khai ở nhiều quốc gia trên thế giới theo nhiều cách khác nhau như phát triển các chương trình STEM mới, đào tạo giáo viên STEM và cung cấp các cơ hội học STEM cho học sinh Giáo dục STEM đang phát triển mạnh mẽ và có tác động tích cực đến chất lượng giáo dục, thu hút được sự quan tâm mạnh mẽ và đông đảo từ học sinh, phụ huynh, giới truyền thông, các chính khách bởi họ hiểu rõ tầm quan trọng của việc nuôi dưỡng, phát triển niềm đam mê khoa học trong giới trẻ đối với sự phát triển bền vững của quốc gia

Mục tiêu của giáo dục STEM tương đồng với mục tiêu của Chương trình GDPT mới 2018 và mục tiêu phát triển bền vững của thế giới Cả ba đều hướng tới việc phát triển các kỹ năng cần thiết cho học sinh trong thế kỷ 21, thế kỷ của khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học Những lĩnh vực này đang phát triển nhanh chóng và có tác động lớn đến cuộc sống của chúng ta Do đó, học sinh cần được trang bị các kiến thức và kỹ năng STEM để có thể giải quyết được những vấn đề phức tạp, đáp ứng yêu cầu của thị trường lao động trong thời kỳ Cách mạng công nghiệp 4.0 và thành công trong thế kỷ 21 Ngoài ra, giáo dục STEM cũng có thể giúp học sinh phát triển các kỹ năng quan trọng khác, chuẩn bị cho họ cho tương lai để thành công trong học tập và trong cuộc sống

Giáo dục STEM hướng tới đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao cho các ngành nghề STEM, có khả năng giải quyết những vấn đề phức tạp một cách sáng tạo, đó là động lực phát triển nền kinh tế tương lai của mỗi quốc gia đặc biệt là Việt Nam - một quốc gia đang phát triển, là tiền đề để Việt Nam hoàn thành các mục tiêu phát triển bền vững

Giáo dục STEM đã chứng minh được nhiều thế mạnh và vai trò của nó trong các hình thức dạy học không chính thức Tuy nhiên, những khó khăn trong điều

2 kiện dạy học thực tế hiện nay đang là rào cản để các nhà trường áp dụng giáo dục STEM vào chương trình chính khóa, làm xuất hiện nhiều nghi ngờ về tính khả thi và hiệu quả của giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông Giáo dục STEM cần được nghiên cứu và đánh giá nghiêm túc trong những điều kiện dạy học cụ thể gắn với bối cảnh địa phương để mang lại nhiều lợi ích và giá trị nhất cho người học, đảm bảo tính bền vững trong giáo dục, làm tiền đề phát triển kinh tế, xã hội Nghiên cứu sự phát triển của giáo dục STEM trong trường THPT, cụ thể là ở trường THPT Chuyên Hà Nội Amsterdam là một nhiệm vụ tất yếu, cần thiết và khả thi để hiểu rõ, cung cấp thêm minh chứng về vai trò, tính hiệu quả nhằm tìm ra và lựa chọn con đường phù hợp để phát triển bền vững giáo dục STEM tại trường THPT Chuyên Hà Nội Amsterdam cũng như các trường THPT Chuyên có cùng điều kiện ở Việt Nam trong giai đoạn tiếp theo

Với những lí do trên, tôi xin đề xuất nghiên cứu đề tài:

“Nghiên cứu đề xuất giải pháp phát triển bền vững Giáo dục STEM tại trường Trung học phổ thông chuyên Hà Nội - Amsterdam”

1.5.1 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu đề xuất giải pháp nhằm phát triển bền vững Giáo dục STEM tại trường THPT Chuyên Hà Nội – Amsterdam

1.5.2 Câu hỏi và giả thuyết nghiên cứu

Câu hỏi nghiên cứu: Giải pháp nào để phát triển bền vững giáo dục STEM trường THPT Chuyên Hà Nội – Amstersdam?

Giả thuyết nghiên cứu: Để phát triển bền vững giáo dục STEM trường THPT Chuyên Hà Nội – Amstersdam, cần thực hiện tốt các giải pháp gồm: xây dựng hệ sinh thái giáo dục STEM vì sự phát triển bền vững; có kế hoạch phát triển tổng thể và mục tiêu rõ ràng; có chính sách huy động và phát triển nguồn lực; tăng cường cơ sở vật chất đáp ứng học qua thực hành; đẩy mạnh chuyển đổi số và đổi mới trong dạy học

1.5.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Sự phát triển của giáo dục STEM trong trường THPT - Phạm vi nghiên cứu:

+ 1957 HS khối 10,11,12 trường THPT Chuyên Hà Nội – Amsterdam + Tình trạng nghiên cứu: Kế tiếp hướng nghiên cứu của chính tác giả

3 + Thời gian: 2021-2023 gồm hai giai đoạn: 2021-2022 (có dịch Covid, dạy học kết hợp trực tuyến và trực tiếp) và 2022-2023 (sau dịch Covid, học trực tiếp)

1.5.4 Nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện với những nhiệm vụ và nội dung chính như sau:

- Xác định đặc trưng và cơ sở lý luận để phát triển bền vững giáo dục

STEM tại trường THPT

- Tổng hợp các yếu tố ảnh hưởng đến phát triển Giáo dục STEM tại

trường THPT Chuyên Hà Nội – Amsterdam

- Đánh giá giáo dục STEM tại trường THPT Chuyên Hà Nội –

Amsterdam

- Đề xuất giải pháp nhằm phát triển giáo dục STEM tại trường THPT

Chuyên Hà Nội – Amsterdam 1.5.5 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu, Kết luận và Khuyến nghị, Tài liệu tham khảo, nội dung chính của luận văn gồm 3 chương như sau:

Chương 1: Tổng quan nghiên cứu và cơ sở lý luận Chương 2: Thực trạng giáo dục STEM tại trường THPT Chuyên Hà Nội – Amsterdam

Chương 3: Đề xuất giải pháp phát triển bền vững giáo dục STEM tại trường THPT Chuyên Hà Nội – Amsterdam

Thuật ngữ STEM là chữ viết tắt chữ cái đầu của các chữ tiếng Anh: Science

(Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật), Mathematics (Toán) STEM được nhắc tới đầu tiên trong các văn bản về ngân sách đầu tư trong nghiên cứu khoa học ở Hoa Kỳ những năm 1990 Thuật ngữ này được sử dụng khi đề cập các chính sách phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học của mỗi quốc gia (Sanders, 2009)

Cho đến nay, nhiều quốc gia trên thế giới đã quan tâm thúc đẩy giáo dục STEM ở nhiều cấp độ và cũng đã có nhiều nghiên cứu tìm hiểu về bản chất của STEM, vai trò của STEM trong lịch sử phát triển khoa học công nghệ của loài người, những nhận thức về giáo dục STEM, chính sách đối với giáo dục STEM (Thomas và Watters, 2015; Lesseig và cộng sự, 2016; Ring và cộng sự, 2017; ) Hiện nay, thuật ngữ này được dùng chủ yếu trong hai ngữ cảnh là giáo dục và nghề nghiệp Trong ngữ cảnh giáo dục, thuật ngữ STEM chỉ sự quan tâm của nền giáo dục đối với các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học; chú trọng đến dạy học các môn học thuộc lĩnh vực STEM theo tiếp cận tích hợp liên môn, gắn với thực tiễn, hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực người học (Lê Huy Hoàng, 2021)

Theo quan niệm tổng quát của Bộ Giáo dục Mĩ, “Giáo dục STEM là một chương

trình nhằm cung cấp hỗ trợ, tăng cường giáo dục Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học ở tiểu học và trung học cho đến bậc sau đại học” (U.S Department of Education, 2007)

Theo hiệp hội các giáo viên dạy khoa học quốc gia Mỹ (National Science

Teachers Association-NSTA), giáo dục STEM là một cách tiếp cận liên ngành trong

quá trình học, kiến thức được áp dụng vào trong bối cảnh cụ thể trong thế giới thực, giúp kết nối giữa trường học, cộng đồng, nơi làm việc và các tổ chức toàn cầu, để từ đó phát triển các năng lực trong lĩnh vực STEM và có thể góp phần vào cạnh tranh trong nền kinh tế mới (Tsupros, Kohler, & Hallinen,2009) Quan điểm này thể hiện

5 nghĩa hẹp, như là một giải pháp cụ thể của giáo dục STEM trong nhà trường hướng đến giải quyết vấn đề của thực tiễn, trong bối cảnh cụ thể Kiến thức đến từ thực tiễn, được phát triển, quay trở lại giải quyết vấn đề trong thực tiễn sẽ truyền cảm hứng học tập cho học sinh, giúp học sinh thấy được tầm ảnh hưởng của kiến thức STEM tới sự phát triển của xã hội, nhận ra sự kết nối giữa kiến thức với cuộc sống Thông qua đó, các kiến thức trong trường học được vận dụng để giải quyết vấn đề, tạo ra các sản phẩm và giải pháp mới, năng lực và phẩm chất của học sinh cũng được hình thành và phát triển

Giáo dục STEAM là một cách tiếp cận giáo dục tích hợp, kết hợp các lĩnh vực

khoa học, công nghệ, kĩ thuật, toán học và nghệ thuật (Art) Giáo dục STEAM giúp học sinh phát triển các năng lực cần thiết để giải quyết các vấn đề trong thế giới thực, đồng thời phát triển các kỹ năng sáng tạo và thẩm mỹ Nghệ thuật bao gồm nhân văn, âm nhạc, nghệ thuật thị giác, khiêu vũ, hội họa, kịch, phim khoa học, thiết kế và phương tiện truyền thông mới

Giáo dục STEM+ (STEAM, STREAM) là một cách tiếp cận giáo dục tích hợp, kết hợp các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật, toán học, nghệ thuật (Art) và ngôn ngữ ((Reading, Writting) Giáo dục STEM+ giúp học sinh phát triển các năng lực cần thiết để giải quyết các vấn đề trong thế giới thực, đồng thời phát triển các kỹ năng sáng tạo, thẩm mỹ và ngôn ngữ

Bản chất và vai trò của giáo dục STEM

Phát triển giáo dục STEM không chỉ là xu thế thời đại mà còn là chiến lược của nhiều quốc gia, bởi điều này sẽ tạo ra một lợi thế cạnh tranh khi thực hiện chính sách, đào tạo nguồn nhân lực và chuẩn bị sẵn các nguồn tài nguyên cho việc thực hiện chính sách đó trong bối cảnh của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 (Tytler, 2007; Timms, 2018; Thomas, 2015; Reeve, 2013) Vì vậy, nghiên cứu về giáo dục STEM đã được thực hiện trên nhiều bình diện tại các nước có nền giáo dục tiên tiến trên thế giới như Mỹ và Châu Âu và cả các quốc gia và vũng lãnh thổ khác như Đông Nam Á và Việt Nam để xây dựng một mô hình GD STEM phù hợp với bối cảnh kinh tế xã hội, đặc điểm văn hóa và trình độ phát triển của mỗi quốc gia là cấp thiết, có tính thời sự (Thomas, 2015; Reeve, 2013) Các nghiên cứu trước đây tìm hiểu về bản chất của STEM, vai trò của STEM trong lịch sử phát triển khoa học công nghệ của loài người, những nhận thức về giáo dục STEM, chính sách đối với giáo dục STEM…(Lantz,

6 2009; Brown et al., 2011; Morrison, 2009; Roberts, 2012; Timms et al., 2018) cần được kế thừa và tiếp tục trong các giai đoạn sau này

Lợi ích và hiệu quả

Giáo dục STEM mang lại nhiều tác động tích cực đến học sinh như tạo động lực học tập, tăng sự tích cực, hăng say và cảm nhận được ý nghĩa của việc học (Chittum và cộng sự, 2017; Tillman và cộng sự, 2014; Shernoff, 2013), là tiền đề quan trọng giúp người học duy trì định hướng nghề nghiệp và kiên trì trong lĩnh vực STEM (Fortus và Vedder- Weiss, 2014) Một nghiên cứu tổng quan (Yildirim, 2016) đã phân tích 34 nghiên cứu khác nhau để chỉ ra tác động của giáo dục STEM đối với việc nâng cao hứng thú, động cơ và kết quả học tập của học sinh đồng thời phát triển năng lực khoa học và năng lực giải quyết vấn đề Giáo dục STEM cũng tác động tích cực đến thái độ của học sinh trong trường lớp, phong cách học và những thành công trong học tập (Hurley, 2001) Công trình nghiên cứu của Becker và Park (2011) về hiệu quả của STEM cũng cho thấy tác động tích cực của giáo dục STEM đến việc học của người học, với mức độ tác động lớn nhất ở bậc tiểu học, và thấp nhất ở bậc đại học

Đối với việc định hướng nghề nghiệp, các nghiên cứu cũng chỉ ra vai trò quan trọng và những lợi ích to lớn của giáo dục STEM Ở nhiều nước phát triển, việc lựa chọn học các môn STEM là điều kiện tiên quyết để học đại học trong tương lai đối với học sinh, có cơ hội đóng góp cho xã hội với vai trò chuyên gia STEM (Ainley, Kos, & Nicholas; 2008) Nhiều học sinh chọn học các môn STEM ở trường trung học để hỗ trợ việc học ở đại học, vì đạt được điểm cao trong các môn STEM thường là lợi thế cho điểm vào đại học (Bøe et al., 2011) Hơn thế, phát triển năng lực cần thiết của người học để tham gia vào các lĩnh vực STEM có hiệu quả cần một khoảng thời gian đủ dài (English & King, 2015) Do đó, các trường phổ thông cần tạo môi trường dạy và học hỗ trợ để phát triển năng lực STEM của người học và tạo tiền đề thuận lợi cho họ phát triển sau này ở bậc học cao hơn (Blank, 2013; Duschl, Schweingruber, & Shouse, 2007)

Mục tiêu của giáo dục STEM

Giáo dục STEM ở Mỹ được xếp vào 3 nhóm mục tiêu chính sau (Rodger Bybee, 2018) sau: Xây dựng những năng lực nhận thức STEM cho thế hệ công dân tương lai; Chuẩn bị những năng lực cần thiết cho nguồn lực lao động trong thế kỷ 21; Tập trung nghiên cứu, phát triển và đổi mới trong lĩnh vực giáo dục ngành nghề STEM

7 Nhiều nghiên cứu đưa ra mục tiêu tri thức STEM (STEM literracy) Một trong các cách định nghĩa đó gồm: “Tri thức STEM là khả năng xác định, áp dụng và phân tích các khái niệm từ khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học để hiểu các vấn đề phức tạp và mới đến giải quyết vấn đề” (Balka, 2011) Cấu trúc của tri thức khoa học là đa khía cạnh và bao gồm phát triển năng lực tự học suốt đời (Bybee, 1997), khả năng tham gia tranh luận về các vấn đề xã hội phức tạp (Sabelli, 2006) Để đạt được kĩ năng khoa học, học sinh cần:hiểu biết về các ý tưởng khoa học cơ bản, đánh giá sự đa dạng của phương pháp nghiên cứu khoa học và nhận thức về quan điểm nhận thức luận của khoa học(Leuchter, Saalbach, & Hardy, 2014) Hoa Kỳ đã nỗ lực cải cách giáo dục, xây dựng chuẩn khoa học tự nhiên thế hệ mới (NGSS, 2013) thúc đẩy học tập tích cực, tạo động lực hỗ trợ học sinh học khoa học và phát triển cộng đồng thực hành cho việc học khoa học đích thực (Scogin & Stuessy, 2015)

Mục tiêu khác của giáo dục STEM là tri thức công nghệ (technological literacy) và tri thức công nghệ thông tin (information technology literacy) là những thành tố của năng lực công dân thế kỷ 21 mà tất cả học sinh cần phát triển để tham gia hiệu quả trong thế giới luôn thay đổi (Beavis, 2007; Chan, 2010; Gee, 2010) Cải cách giảng dạy khoa học ở Mỹ (NGSS, 2013) tìm cách tích hợp kĩ thuật-công nghệ với các lĩnh vực STEM khác, với mục tiêu phát triển năng lực, tri thức kĩ thuật của học sinh Công cụ để phát triển năng lực kĩ thuật là cấu trúc tư duy kĩ thuật, bao gồm các quy trình thiết kế kĩ thuật và thói quen tư duy kĩ thuật (bao gồm cả các năng lực như tư duy hệ thống, hợp tác và sáng tạo) (NRC, 2012)

Các nghiên cứu cũng cho thấy rằng thúc đẩy giáo dục STEM là một giải pháp quan trọng của các quốc gia trong việc phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao, giải quyết bài toán thất nghiệp, bài toán nợ công, phục vụ mục tiêu phát triển và cạnh tranh kinh tế giữa các quốc gia trên thế giới Tại Anh, mục tiêu giáo dục STEM là tạo ra nguồn nhân lực nghiên cứu khoa học chất lượng cao Tại Mĩ, giáo dục STEM có ba mục tiêu cơ bản là: trang bị cho tất cả các công dân những kĩ năng về STEM, mở rộng lực lượng lao động trong lĩnh vực STEM bao gồm cả phụ nữ và dân tộc thiểu số nhằm khai thác tối đa tiềm năng con người của đất nước, tăng cường số lượng HS sẽ theo đuổi và nghiên cứu chuyên sâu về các lĩnh vực STEM Tại Úc, mục tiêu của giáo dục STEM là xây dựng kiến thức nền tảng của quốc gia nhằm đáp ứng các thách thức đang nổi lên của việc phát triển một nền kinh tế cho thế kỉ 21 Các mục tiêu giáo dục STEM

8 ở tầm quốc gia được phát biểu khác nhau nhưng đều có điểm chung là sự tác động đến người học, hướng tới phát triển con người nhằm đáp ứng các mục tiêu phát triển kinh tế, phát triển của quốc gia trong bối cảnh biến đổi toàn cầu đầy cạnh tranh

Tại Việt Nam, mục tiêu của chương trình giáo dục phổ thông mới (chương trình giáo dục phổ thông 2018) là cụ thể hoá mục tiêu giáo dục phổ thông, giúp người học làm chủ kiến thức phổ thông, biết vận dụng hiệu quả kiến thức vào đời sống và tự học suốt đời, có định hướng lựa chọn nghề nghiệp phù hợp, biết xây dựng và phát triển hài hoà các mối quan hệ xã hội, có cá tính, nhân cách và đời sống tâm hồn phong phú, nhờ đó có được cuộc sống có ý nghĩa và đóng góp tích cực vào sự phát triển của đất nước và nhân loại

Từ mục tiêu này cho thấy giáo dục STEM sẽ là một giải pháp quan trọng trong việc đổi mới giáo dục theo định hướng phát triển năng lực ở người học nhằm đáp ứng những đòi hỏi của xã hội hiện đại Việc xây dựng một chiến lược phát triển rõ ràng với mục miêu cụ thể cho giáo dục STEM ở mỗi quốc gia, mỗi cấp học là vô cùng quan trọng, quyết định tốc độ và hiệu quả của việc thúc đẩy và triển khai giáo dục STEM

Nội dung giáo dục STEM

Định hướng về nội dung đã được thể hiện rõ trong nhiều nghiên cứu và có thể được tóm tắt trong những nguyên tắc sau đây khi xác định về nội dung giáo dục STEM: dựa vào bối cảnh, Module hóa và làm rõ sự tồn tại của E và T, dựa trên nền tảng cách học (cách khám phá tri thức) (Bybee, 2010) Khung khoa học của PISA cũng đề xuất nguyên tắc xác định nội dung STEM dựa vào bối cảnh để thúc đẩy học sinh học tập, áp dụng và tiếp thục khám phá kiến thức STEM, các chủ đề phải liên quan đến cá nhân, xã hội và bối cảnh toàn cầu Nguyên tắc làm rõ sự tồn tại của E và T cần được chú trọng nhiều hơn trong khi những ứng dụng thực tiễn trong cuộc sống chủ yếu liên quan tới hai lĩnh vực này (Bybee, 2010; English, 2016; Moore & Smith, 2014; Roberts, 2012) Trong dạy học STEM, cần chỉ rõ vai trò của công nghệ và kĩ thuật trong sự phát triển của khoa học hiện đại Tích hợp ngữ cảnh của kĩ thuật và công nghệ để xây dựng các hoạt động dạy học STEM nhằm mục đích tăng cường mối liên hệ giữa các yếu tố S, T, E, M một cách có chủ đích và chặt chẽ Theo hướng tiếp cận này, mục tiêu dạy học không phải là kiến thức khoa học và công nghệ, mà chính kĩ thuật thiết kế hay giải quyết vấn đề như một phương pháp sư phạm để giúp học sinh học nội dung Thiết kế các hoạt động giảng dạy theo định hướng STEM được tuân thủ các

9 nguyên tắc dựa trên nghiên cứu về cách thức học tập của con người (research-based principles of how people learn), lấy người học làm trung tâm (learned-center) với công nghệ là công cụ hỗ trợ đắc lực

Dựa trên các nguyên tắc xây dựng nội dung của giáo dục STEM như trên, các bài học STEM, trải nghiệm STEM hay hoạt động CLB STEM, hoạt động nghiên cứu khoa học kĩ thuật có nhiều nội dung phong phú, không chỉ tập trung vào kiến thức toán và khoa học của chương trình chính khóa còn có sự mở rộng các nội dung liên quan đến kĩ thuật và công nghệ như thiết kế kĩ thuật, xây dựng dự án, lập trình máy tính và chế tạo robot, xử lý thông tin và đánh giá công nghệ, các vấn đề về môi trường và xã hội

Triển khai giáo dục STEM

Để triển khai giáo dục STEM, hai cách tiếp cận phổ biến được áp dụng là dựa vào khám phá (inquiry - based) và dựa vào thiết kế kĩ thuật (engineering design - based) (Honey, Pearson & Schweingruber, 2014) Hai hình thức tiếp cận cơ bản này khác nhau về điểm xuất phát, cách thực hiện và kết quả: Khám phá khoa học bắt đầu bằng câu hỏi khoa học cần phải trả lời và kết thúc bằng câu trả lời cho giả thuyết khoa học; Thiết kế kĩ thuật bắt đầu bằng vấn đề thực tiễn cần giải quyết và kết quả là giải pháp thiết kế và thi công cùng với sản phẩm hay quy trình được hình thành (Dankenbring, Capobianco, & Eichinger, 2014) Phương pháp dạy học theo cả hai hướng tiếp cận này đều người học ở vị trí trung tâm của quá trình dạy học (Rogers & Portsmore, 2004) Tuy nhiên, cách tiếp cận dựa vào thiết kế kĩ thuật được chú trọng hơn vì vừa giúp người học tìm hiểu về kiến thức nền khoa học vừa có cơ hội thực hành để giải quyết các vấn đề có tính ứng dụng và thực tiễn, giúp cho việc học tập có ý nghĩa và hấp dẫn hơn (English & King, 2015; Rogers & Portsmore, 2004)

Giáo dục STEM đã là một phần của chương trình giảng dạy ở nhiều hệ thống giáo dục (Al Salami et al., 2017; Asghar et al., 2012; Bagiati & Evangelou, 2015; Margot & Kettler, 2019) và đã được triển khai thành công ở một số quốc gia, chẳng hạn như Hoa Kỳ, Úc và các nước phương Tây khác (Lee và cộng sự, 2019) Tuy nhiên, ở Việt Nam, cách thức triển khai giáo dục STEM và biện pháp nâng cao hiệu quả của giáo dục STEM vẫn còn hạn chế Nghiên cứu của Lam Thi Bich Le và cộng sự (2021) đã chỉ ra các thách thức giáo viên ở Việt Nam phải đối mặt Các giáo viên cũng cảm thấy thiếu kiến thức liên ngành và phương pháp giảng dạy đổi mới Đào tạo giáo viên cần được tập trung để cung cấp kiến thức và kỹ năng cần thiết cho việc giảng

10 dạy STEM Vấn đề thiếu tài liệu giảng dạy, thiết bị công nghệ và hỗ trợ cũng được nêu, đặc biệt là ở khu vực nông thôn và các nước đang phát triển Đối diện với những thách thức này, các giáo viên cảm thấy căng thẳng và thường phải đối mặt với sự mâu thuẫn giữa niềm tin về tầm quan trọng của STEM và mục tiêu giảng dạy tổng thể cho học sinh

1.1.2 Giáo dục STEM trong trường THPT

Giáo dục STEM đã được nhiều quốc gia coi xu hướng tất yếu trong giáo dục và là nền tảng cho tăng trưởng kinh tế nên ngày càng nhận được nhiều sự quan tâm hơn Tuy nhiên, việc triển khai giáo dục STEM ở một số nước đang phát triển ở Châu Á còn gặp nhiều khó khăn, đặc biệt là ở các trường trung học công lập ở Việt nam So sánh với chương trình giáo dục phổ thông Việt Nam hiện hành, có thể thấy môn Khoa học tương ứng với các môn Khoa học tự nhiên ở Việt Nam gồm: Vật lí, Hóa học, Sinh học Môn Công nghệ và môn Kĩ thuật trên thế giới tương ứng với môn Công nghệ và môn Tin học ở Việt Nam Vì vậy, vận dụng vào bối cảnh giáo dục Việt Nam nội dung giáo dục STEM sẽ bao hàm nội dung của các môn học là Vật lí, Hóa học, Sinh học, Công nghệ, Tin học và Toán (Lê Huy Hoàng và cs, 2020)

Trong thế kỷ XX, chương trình giáo dục trong trường phổ thông tập trung vào Toán học và Khoa học, ít quan tâm đến Công nghệ và Kĩ thuật nên học sinh được trang bị về lý thuyết, khái niệm, công thức, nguyên lý, định luật mà không được trang bị kiến thức để áp dụng vào thực tế, giải quyết các vấn đề thực tế Vì vậy, vai trò và việc kết hợp Công nghệ và Kĩ thuật trong STEM hiện nay như thế nào cũng là một hướng nghiên cứu được nhiều tác giả quan tâm tiêu biểu là Ronald Rockland, DiFrancesca (DiFrancesca, Lee & McIntyre, 2014; Rockland et al., 2010) Trong luận án của James Allen Boe, bằng phương pháp tổng quan tài liệu và thực nghiệm Delphi đã xác định được những vấn đề cơ bản của giáo dục STEM Nghiên cứu đưa ra những khuyến nghị để giải quyết có hiệu quả về Công nghệ và Kĩ thuật trong STEM Những chiến lược có thể được khuyến kích để đáp ứng các nhu cầu của GV môn Công nghệ trong tương lai; để giáo dục công nghệ thể hiện được vai trò mang tính “dẫn dắt” trong giáo dục STEM (Boe, 2010)

Tìm hiểu sâu hơn về hội nhập STEM ở Việt Nam thông qua ý kiến của các giáo viên trung học, một nghiên cứu cho thấy có thể áp dụng một phương pháp thiết kế nghiên cứu định tính để đánh giá kinh nghiệm, thách thức và niềm tin của giáo viên

11 đối với việc tích hợp STEM vào chương trình giảng dạy hiện tại (Le, L T B, 2021) Nghiên cứu cũng chỉ ra một số thách thức để phát triển giáo dục STEM trong trường phổ thông của một tỉnh ở Việt Nam, đó là: giáo viên đối mặt với việc thiếu sự chuẩn bị, thiếu tài liệu giảng dạy, thiếu hướng dẫn kiểm tra, đánh giá và nguồn lực kĩ thuật, thời gian và không gian triển khai; sự mâu thuẫn giữa niềm tin của giáo viên về tầm quan trọng của STEM và mục tiêu giảng dạy tổng thể cho học sinh; giáo viên cũng cảm thấy thiếu kiến thức liên ngành và phương pháp giảng dạy đổi mới; thiếu tài liệu giảng dạy và thiết bị công nghệ hỗ trợ cũng là một rào cản lớn

Theo nghiên cứu của Lê Xuân Quang (2017), kết quả phỏng vấn các chuyên gia chỉ ra rằng dạy học STEM không hoàn toàn nhất thiết phải hoạt động nhóm, nguyên tắc dạy học môn Công nghệ theo định hướng giáo dục STEM phải đảm bảo các nguyên tắc chung của lí luận dạy học và các nguyên tắc mang tính đặc thù; dạy học theo định hướng giáo dục STEM không phải là một lí thuyết toàn năng cho mọi mục tiêu, nội dung và đối tượng dạy học Vì vậy, việc xác định mục tiêu cụ thể của giáo dục STEM đối với mỗi trường học, lớp học, người học trong bối cảnh cụ thể là vô cùng cần thiết Nghiên cứu cũng đề ra quy trình xây dựng chủ đề STEM và các nguyên tắc xây dựng nội dung học tập môn Công nghệ định hướng giáo dục STEM, các góc độ cần xem xét khi xây dựng chủ đề giáo dục STEM, một số tiêu chí nhằm xác định về một chủ đề giáo dục STEM Thực nghiệm cho thấy các hoạt động định hướng hứng thú, vận dụng kiến thức vào thực tiễn mới chỉ dừng ở mức độ lí thuyết là chính, quá trình hướng dẫn HS vận dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề thực tiễn chưa được nhiều GV quan tâm hay thực hiện

1.1.3 Giáo dục STEM vì sự phát triển bền vững

Sự phát triển bền vững mà nội dung được hội đồng Bruntland (1987) xác định:

“Sự phát triển bền vững là sự phát triển cho phép thế hệ hiện tại đáp ứng nhu cầu hôm nay mà không làm nguy hại đến khả năng thế hệ mai sau” Nội dung chính của quá trình phát triển bền vững là đảm bảo phát triển hài hòa trên cả ba trụ cột: kinh tế – xã hội – môi trường, không ưu tiên cho bất kì trụ cột nào Khẩu hiệu “Tư duy toàn cầu - Hành động địa phương” trở thành nguyên tắc cơ bản của sự bền vững

Giáo dục vì sự phát triển bền vững (ESD - Education for Sustainable

Development) là một quá trình học tập suốt đời, trao quyền cho người học ở mọi lứa tuổi để có được kiến thức, kỹ năng, và thái độ cần thiết để nhận thức, giải thích, và giải quyết các thách thức toàn cầu như biến đổi khí hậu, suy giảm đa dạng sinh học, lãng phí tài nguyên thiên nhiên và vấn đề bất bình đẳng, phân biệt đối xử

12

Giáo dục phát triển bền vững là “sự không ngừng tinh lọc kiến thức và kĩ năng

để đào tạo những công dân có hiểu biết, cam kết có những hành động cá nhân và tập thể có trách nhiệm mà điều đó sẽ dẫn đến một xã hội lành mạnh về sinh thái, thịnh vượng và đồng đều về kinh tế vì các thế hệ hiện tại và tương lai” Giáo dục phát triển bền vững là “quá trình học suốt đời để tạo ra những công dân có hiểu biết, có kĩ năng giải quyết các vấn đề một cách sáng tạo, xóa mù chữ về khoa học và xã hội, cam kết tham gia vào các hoạt động cá nhân và tập thể một cách có trách nhiệm Những hành động này sẽ giúp cho việc đảm bảo có được một tương lai lành mạnh về môi trường, thịnh vượng về kinh tế” (Nguyễn Thanh Hoàn, 2005) Các nhà khoa học đã đưa ra những điểm chung từ một số quan niệm về giáo dục phát triển bền vững và giáo dục vì sự phát triển bền vững thông qua hai khái niệm này Dưới góc nhìn của giáo dục hiện đại, giáo dục vì sự phát triển bền vững là một khái niệm động, nó chứa đựng cách nhìn mới, giúp con người ở mọi lứa tuổi đảm nhận trách nhiệm tạo dựng và tận hưởng một tương lai bền vững

Chương trình nghị sự cho thế kỉ XXI (Agenda 21), Hội nghị thượng đỉnh về Trái đất (1992) tại Rio de Janeiro đã khẳng định ý nghĩa lớn lao của giáo dục vì sự phát triển bền vững, bởi vì, giáo dục “mở ra cho tất cả mọi người cơ hội giáo dục, cho phép họ tiếp thu được các tri thức và các giá trị cũng như học được các phương thức, hành động và phong cách sống cần thiết cho một tương lai đáng sống và sự thay đổi xã hội một cách tích cực” ( Lê Khánh Bằng, 2011)

Ngày nay, thế giới luôn biến động và bất ổn, giáo dục STEM có vai trò chuẩn bị cho học sinh đối phó với những vấn đề phức tạp phát sinh trong tương lai Giáo dục STEM tích hợp được định vị là thúc đẩy các kỹ năng cần thiết của thế kỷ 21 và “tư duy STEM” xuyên ngành để giải quyết các thách thức xã hội và môi trường toàn cầu trong thế kỷ này Có những dự án giáo dục STEM phù hợp với SDGs, đặc biệt tập trung vào tính bền vững xã hội và môi trường

Các nhà khoa học đã đề xuất rằng bằng cách áp dụng lăng kính “Giáo dục vì sự bền vững”, STE(A)M có tiềm năng đóng góp tích cực cho sự phát triển hưng thịnh của hành tinh và nhân loại của chúng ta Cụ thể, các nguyên tắc Giáo dục vì sự bền vững là sự biến đổi và thay đổi; giáo dục cho mọi người và học tập suốt đời; tư duy hệ thống, hình dung về một tương lai tốt đẹp hơn; tư duy phê phán và phản ánh; sự tham gia; và quan hệ hợp tác để thay đổi Do đó, thách thức đối với cải cách trường học dường như

13 nằm ở cách các nhà giáo dục xác định điểm giao nhau giữa giáo dục STEM và giáo dục bền vững trong việc tìm ra một hướng đi thực tế và có tác động về phía trước (Khánh Hà, 2023) Nhiều dự án khoa học công dân ở Mỹ đã thu hút được trẻ em và thanh thiếu niên tham gia, trong đó có áp dụng phương pháp thiết kế làm nền tảng và khuyến khích sự tham gia mở rộng của học sinh với các vấn đề quản lý môi trường, năng lượng tái tạo, tiết kiệm năng lượng, thiết kế các hệ thống và không gian xanh trong thành phố và trường học

Việc đảm bảo tiếp cận và hòa nhập bình đẳng vào các chương trình giáo dục STEM chất lượng cao là rất cần thiết đối với học sinh phổ thông trong việc thúc đẩy công bằng xã hội Các nghiên cứu đã tập trung vào các sáng kiến ở trường hoặc tự do lựa chọn được thiết kế để tăng cường sự tham gia và gắn kết các học sinh yếu thế (học sinh nữ, học sinh có tình trạng kinh tế xã hội thấp, học sinh nông thôn hoặc dân tộc thiểu số) Việc tham gia các môi trường học tập không chính thức như ở bảo tàng, thư viện công cộng, môi trường văn hóa cộng đồng địa phương và các nền tảng công nghệ số giúp việc học thêm phong phú, tăng cường hiểu biết các khái niệm và kỹ năng STEM, sử dụng hiệu quả và mở rộng các nguồn lực hiện có, giúp cấc sáng kiến STEM thành công và công bằng về mặt xã hội Các phương pháp này nhằm đảm bảo triết lý “học tập suốt đời” được nêu lên trong định nghĩa của ESD, khi chương trình ở mọi cấp học đều được lồng ghép các nội dung phát triển bền vững, và có thể được học ở các khóa học trong và ngoài chính quy

1.1.4 Phát triển bền vững giáo dục STEM trong trường THPT

“Phát triển giáo dục” là sự vận động, phát triển của giáo dục theo hướng hoàn

thiện hơn đối với yêu cầu nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài Sự phát triển này theo đường xoáy ốc, lặp lại một số đặc trưng, đặc tính của cái cũ làm cho giáo dục hoàn thiện hơn, phù hợp hơn với yêu cầu của xã hội Phát triển giáo dục là sự phát triển phương pháp thực hiện quá trình truyền đạt và tiếp thu những kinh nghiệm của loài nguời, tác động đến con người một cách có kế hoạch, có nội dung và bằng phương pháp khoa học của các nhà sư phạm tác động đến học sinh nhằm giúp học sinh nhận thức, phát triển trí tuệ và hình thành phẩm chất nhân cách (Trần Quốc Tuấn, 2020)

“Bền vững” được Hoàng Phê (2003) định nghĩa là “vững chắc và bền” Tuy

nhiên, khái niệm này chưa thể hiện rõ tính tích cực và những hàm nghĩa về quá trình và thời gian ẩn chứa bên trong khi nói về một số lĩnh vực, bao gồm giáo dục

14

Phát triển bền vững giáo dục: Là quá trình vận động làm cho giáo dục phát

triển lên mức độ cao hơn trên cơ sở lặp lại một số đặc trưng, đặc tính của giáo dục hiện tại, làm cho giáo dục đáp ứng được yêu cầu của xã hội hiện tại Trải qua quá trình vận động là điều kiện tiên quyết, sự phát triển này đã có sự biến đổi về chất và đảm bảo yếu tố ổn định, tích cực và lâu dài với các đặc trưng như sự đáp ứng, tính thích nghi, hiệu quả, cập nhật và phổ thông ở bước hoàn thiện hơn (Trần Quốc Tuấn, 2020) Khái niệm “Phát triển bền vững” được đề cập trong một bối cảnh khác rộng hơn khi nói về giáo dục: “Đảm bảo nền giáo dục có chất lượng, công bằng, toàn diện và thúc đẩy các cơ hội học tập suốt đời cho tất cả mọi người” (UNDP, 2015)

Phát triển bền vững giáo dục STEM: có thể được phát biểu trên cơ sở tiếp cận

các khái niệm “sự phát triển bền vững”, “phát triển giáo dục”, “bền vững”, “giáo

dục phát triển bền vững”, “phát triển bền vững giáo dục” Phát triển bền vững giáo

dục STEM là quá trình vận động, phát triển không ngừng của giáo dục STEM với các đặc trưng như sự đáp ứng, tính thích nghi, hiệu quả, cập nhật và phổ thông theo hướng hoàn thiện hơn; đáp ứng yêu cầu nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực STEM chất lượng cao, bồi dưỡng nhân tài STEM cho tương lai có kỹ năng giải quyết các vấn đề một cách sáng tạo; đảm bảo sự phát triển cân bằng, ổn định, lâu dài về xã hội, kinh tế và môi trường Quá trình này bao gồm việc áp dụng các phương pháp khoa học và sư phạm tiên tiến để thúc đẩy sự phát triển tư duy, trí tuệ, phẩm chất nhân cách và năng lực STEM của học sinh Mục tiêu là xây dựng một môi trường giáo dục STEM chất lượng, công bằng và toàn diện ở bước hoàn thiện hơn tạo ra cơ hội học tập liên tục cho mọi người, từ đó đảm bảo sự phát triển ổn định, tích cực trong thời gian dài

Phát triển bền vững giáo dục STEM tại trường THPT là một nhiệm vụ quan trọng và là chiến lược phát triển quan trọng của ngành giáo dục nhằm phát triển nhận thức, tư duy và kỹ năng STEM cho học sinh, giúp học sinh có cơ hội trải nghiệm học tập sâu sắc, định hướng nghề nghiệp và sẵn sàng thích ứng với cuộc sống trong tương lai Thực hiện tốt nhiệm vụ này là phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao cho đất nước, góp phần hiện thực hóa các mục tiêu phát triển bền vững của quốc gia

Điểm mạnh của giáo dục STEM là hướng tiếp cận liên ngành, tạo ra những cơ hội và khả năng mới để đặt ra các câu hỏi định hướng và giải quyết các thách thức xã hội đương đại Do đó, cải cách trường học và triển vọng của giáo dục STEM sẽ đạt tới hai nội dung quan trọng là: (1) Sự đóng góp tiềm năng của giáo dục STEM để tạo ra một

15 tương lai bền vững; (2) tầm quan trọng của giáo dục STEM đối với công bằng xã hội, trong việc đảm bảo tất cả trẻ em và thanh thiếu niên được tiếp cận cơ hội học tập một cách bình đẳng ( Pressick-Kilborn, K và cs, 2021)

Cần thiết có sự quan tâm, chỉ đạo và tích cực vào cuộc của các cấp ủy đảng, chính quyền, các cấp, các ngành trong việc thúc đẩy phát triển giáo dục theo hướng bền vững Các giải pháp phát triển bền vững giáo dục phải đảm bảo tính cập nhật đối với xu thế phát triển của xã hội và của giáo dục (Trần Quốc Tuấn, 2020)

Tóm lại, một số nghiên cứu chỉ ra hướng tiếp cận liên ngành và phát triển bền vững cho giáo dục hay giáo dục STEM cũng như đề xuất giải pháp để phát triển bền vững giáo dục tại cơ sở giáo dục địa phương nhưng chưa có nghiên cứu nào đề cập đến giải pháp phát triển bền vững giáo dục STEM tại các nhà trường phổ thông, đặc biệt là khối trường THPT chuyên Do đó, nghiên cứu về tính bền vững của giáo dục STEM (một hướng tiếp cận liên ngành của giáo dục), về giải pháp để phát triển bền vững giáo dục STEM là một nhiệm vụ quan trọng và có ý nghĩa thực tiễn Nghiên cứu được thực hiện với đối tượng là giáo dục STEM tại Trường THPT chuyên Hà Nội – Amsterdam có thể rút ra những bài học chung cho các trường phổ thông có cùng điều kiện

1.2 Cơ sở lý luận về phát triển bền vững giáo dục STEM ở trường THPT

1.2.1 Đặc trưng của giáo dục STEM

Giáo dục STEM là một cách tiếp cận giáo dục tích hợp, kết hợp các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học (STEM) thành một mô hình học tập gắn kết Giáo dục STEM giúp học sinh phát triển các năng lực cần thiết để giải quyết các vấn đề trong thực tiễn Để đáp ứng mục tiêu này, giáo dục STEM có những đặc trưng riêng về nội dung dạy học, phương pháp dạy học, hình thức triển khai, phương thức đánh giá cũng như cách thức tiếp cận

Hướng tiếp cận của giáo dục STEM là tích hợp liên môn, liên ngành, liên lĩnh vực Nội dung của các bài học STEM được xây dựng từ các kiến thức của hai hay nhiều môn học thuộc nhóm S,T,E,M và gắn với bối cảnh thực tiễn Trong giáo dục STEM, cần chỉ ra những đơn vị kiến thức có nội dung gì, thuộc môn học nào có trong bài học và được ứng dụng như thế nào để giải quyết vấn đề thực tiễn Nhờ vậy, học sinh thấy được ý nghĩa của kiến thức được học và việc học tập cũng như có động lực nâng cao kiến thức

Các phương pháp dạy học tích cực tiếp cận theo dạng thức thiết kế kĩ thuật đang được chú trọng, giúp người học tìm hiểu về khoa học thông qua việc tìm hiểu, khám

16 phá kiến thức nền, vừa tạo cơ hội cho họ được giải quyết các vấn đề có tính ứng dụng và thực tiễn, vì thế việc học tập có ý nghĩa và hấp dẫn hơn (English & King, 2015; Rogers & Portsmore, 2004) Theo hướng tiếp cận này, giáo dục STEM có đặc điểm: (1) định hướng hành động; (2) định hướng sản phẩm; (3) định hướng thực tiễn; (4) định hướng tích hợp; (5) định hướng hợp tác Người học được chú trọng phát triển năng lực và phẩm chất thông qua việc đánh giá thành quả/sản phẩm có đáp ứng được mục tiêu đã được đặt ra đối với mỗi hoạt động/bài học/dự án STEM, vừa được đánh giá quá trình thông qua các hoạt động, kỹ năng làm việc nhóm – một kỹ năng quan trọng của thế kỷ 21; đồng thời phải lý giải được kết quả và sự lựa chọn của họ Ngoài ra, sử dụng vòng tròn học tập 5E, các phương pháp dạy học truy vấn, dạy học dựa trên vấn đề, dạy học qua dự án cũng khá phổ biến và mang lại hiệu quả cao Qua đó, người học hiểu sâu sắc hơn lý thuyết, nền tảng khoa học, toán học và hiểu được tính ứng dụng thông qua việc thực hiện các quy trình kĩ thuật và sử dụng công nghệ

Giáo dục STEM được triển khai thông qua nhiều hình thức khác nhau, bao gồm các bài học STEM, chủ đề STEM, dự án STEM, hoạt động trải nghiệm STEM ngoài trời, các cuộc thi khoa học kĩ thuật và hội thảo về STEM, chương trình giảng dạy tích hợp STEM, lớp học chuyên sâu về STEM như thiết kế kĩ thuật, lập trình máy tính và robotics Các hoạt động giáo dục STEM cần được thiết kế một cách sáng tạo và hấp dẫn, để thu hút sự tham gia của học sinh Giáo viên cần đóng vai trò là người hướng dẫn, giúp học sinh phát triển các kỹ năng của thế kỷ 21 như kỹ năng giao tiếp, kỹ năng phản biện, kỹ năng hợp tác và kỹ năng sáng tạo và đặc biệt là phát triển năng lực STEM như tư duy thiết kế, tư duy tính toán, kỹ năng giải quyết vấn đề, kỹ năng sử dụng và đánh giá công nghệ, kỹ năng thu thập và xử lý dữ liệu, thông tin

Chuẩn khoa học thế hệ mới của Mỹ (NGSS) đặt ra vấn đề và hướng dẫn việc kết nối sâu hơn giữa lĩnh vực khoa học và công nghệ, kĩ thuật (Bybee, 2014; Council, 2012) Việc phát triển những khung lý thuyết giúp triển khai tổ chức dạy học STEM phù hợp với từng đối tượng cụ thể (Basham, Israel, & Maynard, 2010; Bybee, 2014; Council, 2009, 2012) Theo đó, mô hình giáo dục STEM được xây dựng và phát triển tương ứng với mức độ phức tạp của tri thức và kỹ năng tăng dần, có liên hệ mật thiết với sự phát triển thế giới quan của học sinh Việc tích hợp giữa khoa học và kĩ thuật được Hội đồng nghiên cứu khoa học giáo dục quốc gia của Mỹ đã cụ thể hóa bằng khung lý thuyết gồm 3 trụ cột mà học sinh sẽ được trải nghiệm, là: (1) thực hành khoa

17 học kĩ thuật; (2) những khái niệm liên ngành (khoa học-kĩ thuật); (3) những kiến thức khoa học cốt lõi Đối với thực hành khoa học kĩ thuật, HS được trải nghiệm thông qua các hoạt động thực hành, khám phá như nhà khoa học, được trải qua quá trình thiết kế và thực hành kĩ thuật; Những khái niệm liên ngành được xuất hiện và khai thác trong cả khoa học và kĩ thuật; Những kiến thức khoa học cốt lõi là những kiến thức xuyên suốt quá trình học tập của HS từ lớp nhỏ tới lớp lớn, cung cấp nền tảng để hiểu biết và giải quyết các vấn đề phức tạp hơn và vấn đề trong thực tiễn (Council, 2012)

Những dấu hiệu nhận biết các hoạt động giáo dục STEM dựa trên các đặc trưng của giáo dục STEM, có thể xác định một số dấu hiệu nhận biết các hoạt động giáo dục STEM như :1 Các hoạt động giáo dục STEM thường gắn liền với một vấn đề thực tiễn trong cuộc sống Ví dụ, học sinh có thể được yêu cầu thiết kế một hệ thống lọc nước để giải quyết vấn đề ô nhiễm nước 2 Các hoạt động giáo dục STEM thường yêu cầu học sinh sử dụng kiến thức và kỹ năng của nhiều lĩnh vực STEM Ví dụ, để thiết kế một hệ thống lọc nước, học sinh cần có kiến thức về khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học 3 Các hoạt động giáo dục STEM thường khuyến khích học sinh làm việc nhóm và hợp tác với nhau Học sinh cần trao đổi ý kiến, phân công công việc và cùng nhau giải quyết một vấn đề thực tiễn

Các hoạt động giáo dục STEM thường được thiết kế một cách sáng tạo và hấp dẫn, để thu hút sự tham gia của học sinh Giáo viên đóng vai trò là người hướng dẫn, giúp học sinh phát triển các kỹ năng cần thiết GV chấp nhận sự sai hỏng, thất bại của học sinh trong quá trình học như một điều cần thiết để HS được trải nghiệm sâu, rút ra bài học và phát triển phẩm chất, kỹ năng cần thiết cho bản thân

Chu trình STEM

Đặc trưng của giáo dục STEM còn được thể hiện thông qua mối quan hệ giữa các thành phần S,T,E,M trong chu trình STEM Mối liên hệ mật thiết giữa khoa học tự nhiên, kĩ thuật và công nghệ với nhau cùng sử dụng toán làm công cụ quan trọng được thể hiện thông qua chu trình STEM (Hình 1.1)

Dựa vào đặc trưng của giáo dục STEM để nhận diện, xây dựng các hoạt động STEM, thiết kế các bài học STEM và đề xuất phương án đánh giá cũng như biện pháp thúc đẩy cho phù hợp với điều kiện dạy học, với bối cảnh địa phương

1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của giáo dục STEM ở trường THPT

Việc xem xét theo hướng tiếp cận hệ thống giúp làm rõ các yếu tố có khả năng tác động đến hiệu quả của giáo dục STEM tại các nhà trường, cụ thể là:

19 Yếu tố bối cảnh (Context): Bối cảnh bao gồm các điều kiện chính trị, kinh tế, văn hóa, xã hội; luật pháp, chính sách; tiến bộ khoa học và công nghệ, truyền thông; hội nhập quốc tế, đối tác cạnh tranh, đầu tư của Nhà nước; môi trường kinh tế - xã hội, văn hóa nhà trường, thái độ, tình cảm của phụ huynh, cộng đồng; thị trường lao động và nhu cầu xã hội; môi trường tự nhiên và biến đổi toàn cầu Bối cảnh là yếu tố bên ngoài hệ thống, tác động ảnh hưởng vào tất cả các yếu tố bên trong hệ thống, tạo ra tính ổn định, cân bằng của hệ thống, thúc đẩy phát triển hoặc kìm hãm quá trình hoạt động nhằm đạt mục tiêu của giáo dục STEM

Chuẩn đầu ra (Output standard): là yêu cầu cần đạt về phẩm chất và năng lực của người học sau khi thực hiện chương trình giáo dục STEM Chuẩn đầu ra được quyết định bởi bối cảnh và là yếu tố then chốt giúp người học đáp ứng và giải quyết được những vấn đề thực tiễn đang diễn ra trong bối cảnh

Yếu tố đầu vào (Input): bao gồm đội ngũ nhân lực (lãnh đạo, cán bộ, giáo viên, học sinh, phụ huynh, nhà khoa học, doanh nhân, kĩ sư ), tài chính, chương trình giáo dục STEM, cơ sở vật chất và trang thiết bị dạy học, kĩ thuật và các nguồn lực khác để triển khai giáo dục STEM Yếu tố đầu vào thể hiện quan điểm chiến lược của nhà trường, sự tập trung nguồn lực cho phát triển giáo dục STEM để đạt chuẩn đầu ra Yếu tố đầu vào được chuẩn bị theo chuẩn đầu ra và phụ thuộc rất lớn vào bối cảnh của từng địa phương và mỗi trường học

Yếu tố quá trình (Process): là sự biến đổi các nguồn lực đầu vào thành sản phẩm đầu ra theo một cách thức, một phương pháp hay một quy trình cụ thể trong giáo dục Đây là đối tượng của hệ thống quản lý, gồm: các công đoạn thực hiện quy trình giáo dục, dạy học theo những phương thức nhất định; phương pháp và quy trình đánh giá người học; chính sách, chiến lược dạy học; cơ chế thúc đẩy đổi mới, sáng tạo trong dạy học, thúc đẩy giáo dục STEM Quá trình này vận hành lệ thuộc trực tiếp vào yếu tố đầu vào và bị tác động thường xuyên bởi bối cảnh

Chủ thể quản lý (Subjective): Chủ thể quản lý đối với giáo dục STEM ở trường học là hiệu trưởng và tổ trưởng chuyên môn của các tổ, đối với cấp cao hơn là Bộ giáo dục Vai trò của nhà quản lý thể hiện trong việc lập kế hoạch, lãnh đạo, tổ chức và kiểm tra việc thực hiện quy trình dạy học, cơ chế, chiến lược dạy học Chủ thể quản lý nhận phản hồi từ kết quả (yếu tố đầu ra) của quá trình triển khai giáo dục STEM trong nhà trường, từ đó có những điều chỉnh về yếu tố đầu vào và thay đổi tác động vào quá trình thực hiện khi cần thiết

20 Yếu tố đầu ra (Output): là phẩm chất và năng lực của học sinh sau khi học xong chương trình giáo dục STEM, sự thỏa mãn của học sinh, phụ huynh; đáp ứng yêu cầu đầu vào của lớp trên, bậc học trên; thích ứng với cuộc sống và có kĩ năng toàn cầu; ngoài ra còn có phương pháp tổ chức, chính sách trong quá trình thực hiện chương trình giáo dục.Yếu tố đầu ra quyết định hiệu quả của quá trình thúc đẩy và triển khai giáo dục STEM ở trường học và thông qua các kênh phản hồi, là cơ sở để chủ thể quản ra quyết định, tác động vào các yếu tố khác theo hướng tích cực hơn

Phản hồi (Feedback): Đây là mối liên hệ ngược từ đầu ra quay trở lại đầu vào, cung cấp các thông tin phản hồi từ người học, từ giáo viên, việc đảm bảo chất lượng giáo dục, từ yêu cầu của xã hội, phụ huynh và của các nhóm lợi ích có liên quan để điều chỉnh các nguồn lực đầu vào, nội dung, phương pháp, quy trình dạy học và điều chỉnh, hoàn thiện chuẩn đầu ra

Các yếu tố trên có mối liên hệ chặt chẽ, thống nhất và tương tác linh hoạt để tạo ra sự vận động, phát triển không ngừng của giáo dụng STEM tại trường trung học Điều kiện cần đảm bảo cho các hoạt động giáo dục STEM là: cơ sở vật chất của nhà trường (vừa là điều kiện vừa là môi trường dạy – học làm nên chất lượng giáo dục), thiết bị dạy học STEM, chuyển đổi số trong dạy học STEM Trong số các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển bền vững giáo dục STEM, hai yếu tố ảnh hưởng nhất tới hiệu quả dạy học STEM ở các cấp là sự hỗ trợ của cán bộ quản lý (công tác quản lý) và đội ngũ giáo viên Giáo viên luôn là yếu tố quan trọng nhất trong cải cách giáo dục (Henderson và cộng sự, 2011; Langworthy và cộng sự, 2010; Thibaut và cộng sự, 2018) GV là động lực chính trong việc thúc đẩy sự quan tâm của HS đối với STEM và nâng cao thành tích học tập (Fischer và cộng sự, 2018; Sellami và cộng sự, 2017) Ngoài ra, một số yếu tố khác của bối cảnh có ảnh hưởng quan trọng đến sự phát triển của giáo dục STEM trong trường THPT, xem Bảng 1.1

21

Bảng 1.1 Mối quan hệ của một số yếu tố với giáo dục STEM

Chính trị, xã hội

Là nền tảng cho sự phát triển của giáo dục STEM Chính sách giáo

dục của nhà nước và tư duy của xã hội về giáo dục STEM có tác động trực tiếp đến việc triển khai giáo dục STEM trong trường THPT

Kinh tế

Là điều kiện cần thiết cho việc triển khai giáo dục STEM Kinh phí

cần được đầu tư cho các hoạt động nghiên cứu, phát triển, mua sắm cơ sở vật chất, trang thiết bị dạy học, đào tạo giáo viên giáo dục STEM Môi trường

giáo dục

Là yếu tố quyết định chất lượng giáo dục STEM Cơ sở vật chất, trang

thiết bị dạy học, môi trường tương tác giữa giáo viên và học sinh đều có vai trò quan trọng trong việc triển khai giáo dục STEM

Cộng đồng

Là yếu tố hỗ trợ cho việc triển khai giáo dục STEM Gia đình, nhà

trường, viện nghiên cứu, trường đại học, làng nghề và các tổ chức, doanh nghiệp có thể hỗ trợ giáo dục STEM thông qua các hoạt động như tài trợ kinh phí, cung cấp tri thức, thiết bị, dụng cụ dạy học, tổ chức các hoạt động STEM cho học sinh

Tổng hợp lại, các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển bền vững giáo dục STEM và mối quan hệ của chúng được thể hiện theo mô hình CIPO sau (xem Hình 1.2)

Hình 1.2: Mô hình CIPO về quản lý giáo dục STEM

(Tác giả tổng hợp)

22

1.2.3 Hệ sinh thái giáo dục STEM ở trường THPT

1.2.3.1 Các thành phần của hệ sinh thái giáo dục STEM ở trường THPT

Giáo dục STEM chỉ có thể phát triển bền vững trong một hệ sinh thái có định hướng, giàu nội lực với các thành phần thiết yếu của nó Hệ sinh thái giáo dục STEM ở trường THPT là một phần của hệ sinh thái giáo dục bao gồm các thành phần cơ bản sau: môi trường, các thành phần thuộc trường học và các thành phần bên ngoài trường học Chúng tương tác qua lại với nhau theo cách tiếp cận và phương thức đặc trưng của giáo dục STEM trong môi trường và bối cảnh cụ thể nhằm đạt mục tiêu của giáo dục STEM

Thành phần trong trường học: bao gồm Ban giám hiệu, đội ngũ giáo viên, bộ phận quản lý cơ sở vật chất và kĩ thuật, bộ phận văn phòng và trung tâm của trường học chính là học sinh; hệ thống cơ sở vật chất của nhà trường cho dạy học STEM; các chính sách khuyến STEM, mục tiêu và kế hoạch thúc đẩy giáo dục STEM; chương trình STEM Các thành phần này hoạt động theo nội quy, quy chế của nhà trường và Bộ giáo dục đề ra Tuy nhiên, một số thành phần hoạt động có tính mở, ví dụ như ngoài chương trình chính khóa còn có những nhiệm vụ học tập, trài nghiệm không chính thức ở nhà, các tài liệu và kênh học tập khác; ngoài thời gian học tập trong năm học còn có khoảng thời gian mùa hè cho phép học sinh được thực hiện các dự án STEM theo nhu cầu và sở thích Các thành phần trong trường học cũng luôn thay đổi theo thời gian cả về lượng và chất, tạo nên những hoạt động chính của trường học, trong đó có hoạt động giáo dục STEM

Thành phần ngoài trường học: bao gồm nhiều đối tượng khác nhau nhưng có ảnh hưởng và tác động cả trực tiếp và gián tiếp tới hoạt động giáo dục trong trường học Đó là: phụ huynh ở nhà, cộng đồng ngoài xã hội, đội ngũ nhà giáo dục, giảng viên của trường đại học, các nhà khoa học ở viện nghiên cứu, trung tâm khoa học, các nhà hoạch định chính sách, nhà tuyển dụng của các công ty trong lĩnh vực STEM; nhân viên bảo tàng, nghệ nhân làng nghề; hệ thống các trường đại học, thư viện, phòng thí nghiệm, bảo tàng, doanh nghiệp, nhà máy xí nghiệp; máy móc, thiết bị và công nghệ ngoài trường học Các thành phần này là tiềm năng không giới hạn cho giáo dục nói chung và giáo dục STEM nói riêng nếu nhà trường biết kết nối và hợp tác, tạo nên sự phong phú về nguồn lực cho giáo dục STEM Cha mẹ, gia đình chăm sóc tích cực, thúc đẩy năng lực STEM và định hướng con trẻ chọn trường phù hợp với định hướng

23 nghề nghiệp sau này Cộng đồng phát triển với sự tăng trưởng kinh tế mạnh mẽ mang lại lợi ích cho tất cả các bên Các trường THPT khi gắn kết chặt chẽ với các bên liên quan trong cộng đồng để được hỗ trợ sẽ phát triển mạnh trong Hệ sinh thái giáo dục STEM Gặp gỡ các các nhà sử dụng lao động tại địa phương, các nhà hoạch định chính sách, nhà khoa học, nhà giáo dục, học sinh có cơ hội học tập nhiều hơn, trải nghiệm phong phú hơn, tiếp cận nhiều tri thức khoa học kĩ thuật hơn, phát triển nhiều kỹ năng trong quá trình thực tập, hiểu biết về nghề nghiệp và có cơ hội tìm thấy nghề nghiệp phù hợp với bản thân (Julie Stolzer, 2018)

Thành phần môi trường: bao gồm cả môi trường học tập, môi trường tự nhiên, môi trường kinh tế - xã hội và môi trường công nghệ Các thành phần trong và ngoài nhà trường đều có môi trường phát triển riêng song đều chịu ảnh hưởng, tác động bởi các môi trường lớn bao trùm đó Môi trường học tập bao gồm cả bối cảnh, nội dung học tập, phương tiện học tập, hình thức và phong cách học tập Môi trường tự nhiên chứa đựng nhiều bài học cho trẻ khám phá và học hỏi từ cách thực vật, động vật sinh trưởng và phát triển đến sự vận hành của bầu trời và các hành tinh Nhiều sản phẩm, giải pháp công nghệ được thiết kế từ cách con người sao chép và học hỏi tự nhiên nên tự nhiên là môi trường sống nhưng cũng là môi trường học tập sẵn có nhất mà GV và HS cần tận dụng Môi trường kinh tế - xã hội và luôn chứa đựng nhiều vấn đề thực tiễn, là chất liệu học tập cho học sinh, giải quyết vấn đề thông qua giáo dục STEM giúp HS phát triển năng lực và phẩm chất Môi trường công nghệ cho phép giáo dục STEM triển khai theo nhiều cách sáng tạo và nhanh hơn Các môi trường này có sự đan xen, tác động qua lại với nhau, đòi hỏi sự cân bằng, bền vững trước những xu thế mà chính chúng tạo ra, đó là biến đổi toàn cầu, chuyển đổi số, chuyển đổi xanh, kinh tế tuần hoàn Môi trường của hệ sinh thái giáo dục STEM ở trường phổ thông không bị giới hạn, tùy thuộc vào khả năng mở rộng của các thành phần trong và ngoài nhà trường Trước đòi hỏi về sự cân bằng, bền vững đó, giáo dục nói chung và giáo dục STEM nói riêng cần được định hướng phát triển bền vững trong hệ sinh thái với các thành phần như trên

1.2.3.2 Mối quan hệ giữa các thành phần của hệ sinh thái giáo dục STEM

Nhiều quốc gia và các nghiên cứu trước đây đã đưa ra sơ đồ Hệ sinh thái giáo

dục STEM với các thành phần cơ bản như nhà trường gia đình, trường đại học, viện nghiên cứu, hội nghề nghiệp, doanh nghiệp và các công ty nghiên cứu phát triển sản

24 phẩm, tổ chức giáo dục và khoa học, hệ thống thư viện và bảo tàng; các hoạt động giáo dục STEM cùng các mối quan hệ và sự tác động giữa chúng với nhau Điểm chung của các mô hình là chưa thể hiện được những bối cảnh chứa đựng những tương tác đó Các yếu tố như môi trường tự nhiên, môi trường văn hóa xã hội và các vấn đề toàn cầu (chuyển đổi số, biến đổi toàn cầu, phát triển bền vững, di sản văn hóa,…) không được đề cập tới hoặc đề cập chưa rõ nét, đó là điểm cần bổ sung của các sơ đồ này vì chúng đóng vai trò quan trọng như là bối cảnh, mục tiêu và động lực học tập và giải quyết vấn đề của người học Tổng hợp từ các nghiên cứu trước đây, bổ sung bối cảnh thực tế để đề xuất sơ đồ hệ sinh thái giáo dục STEM ở trường THPT hiện nay (xem Hình 1.3)

Hình 1.3: Sơ đồ Hệ sinh thái giáo dục STEM ở trường THPT

(Tác giả tổng hợp)

Theo Hình 1.3, trung tâm của hệ sinh thái giáo dục STEM chính là học sinh, với mục tiêu là phát triển tư duy và kỹ năng STEM cho học sinh HS thuộc cùng lúc nhiều môi trường học tập như gia đình, nhà trường, xã hội và tự nhiên nên có tham dự nhiều hình thức học tập khác nhau, mọi lúc mọi nơi Hoạt động giáo dục STEM được diễn ra trong môi trường chính là lớp học với sự tương tác chính và thường xuyên nhất giữa GV, HS và chương trình học theo nhiều cách thức khác nhau, với nhiều nội dung và phương tiện khác nhau Giữa nhà trường, gia đình và xã hội, luôn có những mối quan

25 tâm và đối tượng giáo dục chung, tuy nhiên môi trường xã hội (vẽ nét đứt) không có giới hạn và tác động cố định tới các hoạt động giáo dục của nhà trường, nó được tăng cường hay hạn chế phụ thuộc vào sự năng động, khả năng kết nối và hợp tác của các đối tượng trong trường học với bên ngoài Các mũi tên màu đỏ là tương tác chính của giáo dục STEM trong trường học, các mũi tên màu xanh là những tương tác bên ngoài trường học Tất cả các thành phần trong hệ sinh thái đều tác động tới chương trình dạy học, phương pháp dạy học và phương tiện dạy học (cơ sở vật chất), từ đó tác động tới hiệu quả và chất lượng đầu ra của hoạt động giáo dục STEM Để phát triển bền vững giáo dục STEM trong trường phổ thông, cần hiểu biết về các thành phần cùng sự tương tác của chúng, xu hướng biến đổi của các môi trường (kinh tế tuần hoàn, chuyển đổi xanh, chuyển đổi số) trong hệ sinh thái giáo dục STEM để nắm bắt cơ hội, tranh thủ nguồn lực, duy trì sự phát triển đó một cách lâu dài, bền vững, ổn định và tiến bộ Ở đây, ko phân biệt hệ sinh thái giáo dục STEM nhỏ trong trường học hay hệ sinh thái giáo dục STEM lớn hơn bên ngoài bởi lẽ, điều này là không thể trong thế giới phẳng, quá trình chuyển đổi số diễn ra mạnh mẽ

Giáo dục STEM trong tương lai cần hướng tới việc xây dựng trải nghiệm học tập STEM chất lượng cao, liên quan đến văn hóa cho mọi người học Học sinh được tiếp cận và có cảm nhận mình thuộc về STEM và xây dựng con đường học tập suốt đời thông qua các cơ sở giáo dục phổ thông một cách chính thức và không chính thức Chương trình STEM cần đảm bảo các thành phần liên kết với nhau: Các cộng đồng kết nối và tham gia các hoạt động STEM; Các hoạt động học tập sẵn có kêu gọi học sinh sinh viên tham gia có chủ ý và thử nghiệm; Trải nghiệm giáo dục theo hướng tiếp cận liên ngành để giải quyết các thách thức lớn; Các không gian học tập linh hoạt được hỗ trợ bởi công nghệ tiên tiến ; Các biện pháp học sáng tạo và dễ tiếp cận; Môi trường xã hội và văn hóa thúc đẩy sự đa dạng và cơ hội về STEM (Báo cáo STEM 2026 - Tầm nhìn đổi mới giáo dục STEM, The American Institutes of Research & The U.S Department of Education, 2016)

Nhà trường là trung tâm của hệ sinh thái giáo dục STEM, nơi diễn ra hoạt động dạy học STEM với nhiều hình thức như học theo chương trình STEM, tham gia các câu lạc bộ STEM, ngày hội STEM, các cuộc thi STEM Thông qua đó, các thành phần của hệ sinh thái STEM kết nối với nhau, hỗ trợ nhau và học hỏi lẫn nhau tạo cho người học cơ hội học tập chủ động, sáng tạo và cống hiến cho nhà trường, xã hội (Nguyễn

26 Chí Thành và cs, 2021) Những cơ hội nghề nghiệp cũng mở ra cho người khi kết nối với các công ty và các viện nghiên cứu Sự thành công của người học lại thúc đẩy sự phát triển của mỗi thành phần trong hệ sinh thái này lên một bậc cao hơn, tạo nên sự phát triển bền vững của hệ sinh thái giáo dục STEM ở mỗi trường học

1.2.3.3 Vai trò của hệ sinh thái giáo dục STEM ở trường THPT

Hệ sinh thái giáo dục STEM nói chung và hệ sinh thái giáo dục STEM ở trường THPT nói riêng đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra môi trường thuận lợi để triển khai các hoạt động STEM, thúc đẩy sự phát triển của giáo dục STEM, mang lại cơ hội học tập STEM đa dạng và trang bị cho học sinh những kiến thức, kỹ năng và thái độ cần thiết để thành công trong thế giới hiện đại Cụ thể, giáo dục STEM có vai trò sau:

- Thúc đẩy sự phát triển kinh tế: Hệ sinh thái giáo dục STEM giúp người học phát triển các kỹ năng STEM, vốn là những kỹ năng quan trọng trong nhiều ngành nghề đang phát triển, chẳng hạn như công nghệ, kĩ thuật, khoa học, y tế,

- Đáp ứng nhu cầu nhân lực trong tương lai: nhu cầu nhân lực trong các lĩnh vực STEM sẽ tăng lên đáng kể trong những năm tới; hệ sinh thái giáo dục STEM cho phép học sinh rèn luyện tư duy và kĩ năng STEM, đáp ứng nhu cầu nhân lực này và có nhiều cơ hội việc làm trong tương lai Nguồn nhân lực trong lĩnh vực STEM được chuẩn bị từ sớm sẽ giải quyết bài toán về nhu cầu nhân lực cho địa phương cũng như quốc gia

- Giải quyết các vấn đề trong thế giới thực: hệ sinh thái giáo dục STEM bao gồm cả bối cảnh thực tiễn và các nguồn lực giúp học sinh phát triển các kỹ năng giải quyết vấn đề, tư duy sáng tạo, tư duy phản biện áp dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề trong thế giới thực, chẳng hạn như các vấn đề môi trường, xã hội, kinh tế, năng lượng Thế giới đang đối mặt với nhiều vấn đề phức tạp, nhiều cuộc khủng hoảng, nhiều rủi ro và mất cân bằng cần được giải quyết bằng những ý tưởng sáng tạo và hiệu quả thông qua giáo dục STEM Hệ sinh thái giáo dục STEM có tiềm năng to lớn trong việc giúp học sinh phát triển toàn diện và trở thành những công dân có ích cho xã hội, biết đồng cảm với mọi người mọi việc, chủ động phát hiện vấn để và sử dụng hiệu quả các nguồn lực để giải quyết vấn đề

Hệ sinh thái giáo dục STEM cũng có vai trò như một lớp học mở, giúp học sinh phát triển theo hướng cá nhân hóa, có khả năng giải quyết những xung đột Việc học có thể diễn ra ở nhiều không gian, nhiều thời điểm, học sinh đưọc học nhiều nội dung

27 từ nhiều người thầy và bằng nhiều phương tiện Hơn thế, học sinh được phát triển khả năng thích ứng với những thay đổi nhanh chóng của thế giới thông qua các bài học và dự án STEM, thậm chí là trải nghiệm nghề nghiệp STEM Hệ sinh thái giáo dục STEM nếu có sự tương tác tốt giữa các thành phần trong nó sẽ giúp học sinh phát triển thái độ tích cực, yêu thích khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học, ham học hỏi, thái độ chủ động trong tự học và sáng tạo; lại trở thành những nhân tố tốt để phát triển bền vững hệ sinh thái này

Với sự phát triển của giáo dục nói chung và phát triển giáo dục STEM nói riêng của cả hệ thống giáo dục chính quy và không chính quy, của hệ thống trường công lập hay ngoài công lập, quá trình học và thực thành ngày trở nên linh hoạt hơn Tuy nhiên, giáo dục không chỉ trông chờ vào một đơn vị, một tổ chức mà cần có sự liên kết với nhau tạo thành một hệ sinh thái học tập STEM giúp người học có thể tiếp cận được một cách dễ dàng và tránh sự thiên lệch trong việc tiếp cận nguồn thông tin (U.S Department of Education, 2007) Một hệ sinh thái học tập STEM cần được xây dựng sớm giúp học sinh có được cô hội tiếp cận đa dạng các trải nghiệm học tập và liên tục ngay từ mẫu giáo cho đến bậc đại học (Corin, E N, Jones, M G, 2017) Hệ sinh thái học tập STEM mang lại cho người học môi trường học tập đa dạng, nguồn tài nguyên học tập mở rộng, dễ tiếp cận và chiến lược lựa chọn nghề nghiệp tương lai Điều này thể hiện tính phát triển mở rộng của các môi trường giáo dục

1.2.4 Khung logic nội dung phát triển bền vững giáo dục trong bối cảnh biến đổi toàn cầu

Trên cơ sở khoa học bền vững và khung logic nội dung phát triển bền vững giáo dục trong bối cảnh biến đổi toàn cầu, xác định rõ các thành phần trong bối cảnh, mục tiêu, căn cứ đề xuất giải pháp phát triển bền vững giáo dục STEM Từ đó, kết hợp với các kết quả nghiên cứu để đề xuất giải pháp và rút ra bài học ứng phó với biến đổi toàn cầu trong giáo dục Phát triển bền vững giáo dục STEM có vai trò quan trọng trong 1 Đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội: Cung cấp nguồn nhân lực STEM chất lượng cao cho thị trường lao động, thúc đẩy đổi mới sáng tạo và phát triển kinh tế - xã hội; 2 Giải quyết các vấn đề toàn cầu: Trang bị cho học sinh kiến thức, kỹ năng và thái độ cần thiết để giải quyết các vấn đề toàn cầu như biến đổi khí hậu, ô nhiễm môi trường, thiếu hụt tài nguyên thiên nhiên; 3 Chuẩn bị cho tương lai: Giúp học sinh

28 thích nghi với những thay đổi nhanh chóng của khoa học công nghệ và phát triển bền vững trong tương lai

Đặc điểm chính của phát triển bền vững giáo dục STEM:

- Tính liên tục: Phát triển bền vững giáo dục STEM là một quá trình diễn ra liên tục, không ngừng nghỉ, các giá trị được duy trì theo thời gian, đòi hỏi sự nỗ lực chung của các bên liên quan

- Tính toàn diện: Phát triển bền vững giáo dục STEM bao hàm sự phát triển về mọi mặt, từ chương trình giảng dạy, phương pháp giảng dạy, cơ sở vật chất, nguồn lực tài chính, đến chất lượng đội ngũ giáo viên và học sinh

- Tính cân bằng: Phát triển bền vững giáo dục STEM cần đảm bảo sự cân bằng giữa các mục tiêu phát triển kinh tế, xã hội và môi trường

- Tính lâu dài: Phát triển bền vững giáo dục STEM hướng đến sự phát triển bền vững, lâu dài, đảm bảo đáp ứng nhu cầu của thế hệ hiện tại và tương lai

Nguyên tắc cơ bản của phát triển bền vững giáo dục STEM:

- Tính công bằng và hòa nhập: Đảm bảo tất cả học sinh, bất kể xuất thân hay hoàn cảnh, đều có cơ hội tiếp cận và tham gia học tập STEM chất lượng cao

- Tính thích ứng: Phát triển giáo dục STEM linh hoạt, thích ứng với những thay đổi của khoa học công nghệ và nhu cầu của xã hội

- Tính hiệu quả: Sử dụng hiệu quả các nguồn lực cho giáo dục STEM, nâng cao chất lượng giáo dục và đào tạo

- Tính cập nhật: Cập nhật thường xuyên kiến thức và kỹ năng STEM mới vào chương trình giảng dạy và phương pháp giảng dạy

- Tính phổ thông: Phổ cập giáo dục STEM đến tất cả mọi người, góp phần nâng cao dân trí và phát triển nguồn nhân lực STEM chất lượng cao cho đất nước

29

Hình 1.4: Khung logic nội dung phát triển bền vững Giáo dục trong bối cảnh biến

đổi toàn cầu

(Nguồn:Mai Trọng Nhuận,2021, Bài giảng môn học Phát triển bền vững trong bối

cảnh biến đổi toàn cầu)

Dựa vào khung logic trên, việc xác định hướng tiếp cận trong nghiên cứu và tầm nhìn trong hành động thực tiễn là yếu tố quan trọng quyết định kết quả, hiệu quả đạt được của sự phát triển bền vững giáo dục nói chung và của sự phát triển bền vững giáo dục STEM nói riêng trong bối cảnh biến đổi toàn cầu Ứng dụng khoa học bền vững vào nghiên cứu giúp nhận diện rõ bối cảnh, mối quan hệ và tác động qua lại của các yếu tố trong hệ sinh thái giáo dục, tầm nhìn và mục tiêu, cơ sở đề xuất giải pháp để ứng phó hiệu quả với biến đổi toàn cầu trong nghành giáo dục, duy trì tính bền vững và đạt mục tiêu phát triển bền vững về giáo dục, tạo sự bình đẳng và an toàn để phát triển năng lực và phẩm chất cho người học

1.2.5 Đánh giá giáo dục STEM ở trường THPT

Tuy chưa có bộ tiêu chí nào đánh giá tổng thể sự phát triển bền vững giáo dục STEM tại trường phổ thông, nhiều nghiên cứu đã tập trung đi sâu vào đánh giá một số khía cạnh của giáo dục STEM như đánh giá giáo dục STEM không chính thức trên

30 phương diện công bằng và mở rộng cơ hội tiếp cận, đánh giá chương trình giáo dục STEM, đánh giá bài học STEM, đánh giá năng lực STEM của học sinh, đánh giá quy trình quản lý giáo dục STEM, đánh giá hiệu quả triển khai của đội ngũ giáo viên sau đào tạo về thực hành dạy học STEM, hiệu quả của hoạt động STEM, đánh giá nền tảng để triển khai giáo dục STEM, đánh giá việc học STEM của học sinh theo quy trình STEM.(Wiley Periodicals, 2019; Jennifer C Greene và cs, 2006; Hasan Zuhtu Okulu và cv, 2021; Thái Văn Thành và cs,2022; Havice, William và cs, 2019; Stebbins, M & Goris, T, 2019; D Trevallion và cs, 2020)

Tiêu chí để đánh giá chất lượng và hiệu quả giáo dục STEM bao gồm các lĩnh vực sau: Kế hoạch dạy học; Nội dung dạy học; Phương pháp dạy học; Hình thức tổ chức dạy học; Kiểm tra, đánh giá kết quả dạy học; Môi trường dạy học Đây là một bộ tiêu chí đánh giá giáo dục STEM trên phương diện chất lượng và hiệu quả tại một thời điểm, cần thêm những đánh giá về tính bền vững của giáo dục STEM cho toàn diện

Các phương pháp nghiên cứu cho thấy có thể đánh giá quy trình STEM và giải pháp STEM của người học Thực tiễn triển khai các chương trình STEM ở cấp trung học, nhằm tích hợp giáo dục STEM vào trường học Quy trình STEM giúp học sinh giải quyết vấn đề trong suốt cuộc đời của họ, nó bao gồm: 1 Kỹ năng STEM, 2 Lên ý tưởng và điều tra, 3 Nghiên cứu, 4 Giao tiếp, 5 Tạo nguyên mẫu, 6 Đánh giá và 7 Đưa ra giải pháp cuối cùng Kết quả của việc học qua quy trình này giải thích cách học

sinh trung học học tốt nhất trong môi trường STEM Phương pháp học tập theo chủ

nghĩa kiến tạo này cho phép học sinh làm việc theo nhóm giải quyết vấn đề, thúc đẩy

sự phát triển các kỹ năng như tính chủ động, hợp tác và học cách đưa ra quan điểm

phản biện Do đó, đánh giá việc học STEM được đánh giá cao (D Trevallion và cs,

2020) Tương lai của giáo dục STEM là thách thức và thú vị đối với cả học sinh và giáo viên của họ Việc đưa STEM vào trường học đã mang lại kết quả

Bên cạnh các khía cạnh được đánh giá của giáo dục STEM, có thể kết hợp với tiêu chí đánh giá giáo dục bền vững của UNESCO Mục tiêu phát triển bền vững giáo dục của UNESCO tập trung vào các điểm sau: Thúc đẩy giáo dục về biến đổi khí hậu và phát triển bền vững; Tăng cường năng lực thích ứng với biến đổi khí hậu của các trường học; Giảm tác động môi trường của các trường học, Thúc đẩy giáo dục xanh Các tiêu chí được xây dựng dựa trên các nguyên tắc giáo dục bền vững của UNESCO, bao gồm: