STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học). Giáo dục STEM được nhiều tổ chức, nhà giáo dục quan tâm nghiên cứu. Giáo dục STEM với rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn có mối quan hệ gắn kết với nhau.
Trang 1STEM VÀ QUY TRÌNH XÂY DỰNG VÀ ỨNG DỤNG STEM TRONG DẠY
HỌC CẤP THPT
Trần Thái Toàn – Sở Giáo dục và Đào tạo Hà Tĩnh
Email: thaitoantran@gmail.com
1 STEM và mối quan hệ với kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn
1.1 Khái niệm STEM
STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học) [9]
Tùy theo ngữ cảnh khác nhau mà thuật ngữ STEM được được hiểu như là các môn học hay các lĩnh vực Trong ngữ cảnh giáo dục, nói đến STEM là muốn nhấn mạnh đến
sự quan tâm của nền giáo dục đối với các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học Quan tâm đến việc tích hợp các môn học trên gắn với thực tiễn để năng cao năng lực cho người học Trong ngữ cảnh nghề nghiệp, STEM được hiểu là nghề nghiệp thuộc các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học [6]
1.2 Giáo dục STEM
Hiện nay, giáo dục STEM được nhiều tổ chức, nhà giáo dục quan tâm nghiên cứu
Ở ngữ cảnh giáo dục và trên bình diện thế giới, STEM được hiểu với nghĩa là giáo dục STEM [4] Giáo dục STEM có một số cách hiểu khác nhau
Thứ nhất: Giáo dục STEM được hiểu hiểu theo nghĩa là một chương trình giáo dục quan tâm đến các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học Bộ Giáo dục Hoa
Kỳ (2007) cho rằng: “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 (STEM) ở tiểu học và trung học cho đến bậc sau đại học” [10]
Thứ hai: Giáo dục STEM được hiểu theo nghĩa là một phương pháp học tập theo hướng tích hợp (liên ngành) của 4 lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học
Nhóm tác giả Tsupros N., Kohler R., và Hallinen J (2009) cho rằng: “Giáo dục STEM
là một phương pháp học tập tiếp cận liên ngành, ở đó những kiến thức hàn lâm được kết hợp chặt chẽ với các bài học thực tế thông qua việc HS được áp dụng những kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học vào trong những bối cảnh cụ thể tạo nên một kết nối giữa nhà trường, cộng đồng và các doanh nghiệp cho phép người học phát triển những kĩ năng STEM và tăng khả năng cạnh tranh trong nền kinh tế mới”
[12]
Thứ ba: Giáo dục STEM là một quan điểm dạy học theo tiếp cận liên ngành trong các lĩnh vực liên quan đến các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học Tác
giả Lê Xuân Quang (2017) cho rằng: “Giáo dục STEM là một quan điểm dạy học theo tiếp cận liên ngành từ hai trong các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên Trong đó nội dung học tập được gắn với thực tiễn, PPDH theo quan điểm dạy học định hướng hành động”[4]
Ngoài ra, giáo dục STEM cũng được quan điểm như là chương trình đào tạo dựa
Trang 2trên ý tưởng giảng dạy cho HS bốn lĩnh vực cụ thể: Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trong một liên ngành và phương pháp tiếp cận ứng dụng Thay vì dạy bốn lĩnh vực này theo những môn học tách biệt và rời rạc, STEM tổng hợp chúng thành một mô hình học tập liền mạch dựa trên các ứng dụng thực tế Trong nghiên cứu này, giáo dục STEM được hiểu theo hướng là một phương pháp dạy học theo tiếp cận liên ngành tổng hợp thành một mô hình học tập từ các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học
1.3 Mục tiêu giáo dục STEM
Tùy theo bối cảnh, mục tiêu giáo dục STEM ở các quốc gia có khác nhau Tại Anh, mục tiêu giáo dục STEM là tạo ra nguồn nhân lực nghiên cứu khoa học chất lượng cao Còn tại Mỹ, ba mục tiêu cơ bản cho giáo dục STEM 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, …[4]
Như vậy, mục tiêu giáo dục STEM ở các quốc gia có khác nhau nhưng đều hướng tới sự tác động đến người học, hướng tới vận dụng kiến thức các môn học để giải quyết các vấn đề thực tiễn nhằm đáp ứng các mục tiêu phát triển kinh tế, xã hội của đất nước Trong nghiên cứu này, chúng tôi ứng dụng giáo dục STEM nhằm các mục tiêu cơ bản sau:
- Thứ nhất: Góp phần thực hiện mục tiêu giáo dục đã nêu trong chương trình giáo dục phổ thông
- Thứ hai: Phát triển kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho HS phổ thông thông qua ứng dụng STEM, nhằm:
+ Phát triển các năng lực đặc thù của các môn học Vật lí, Hóa học, Sinh học, Công nghệ, Tin học và Toán
+ Biết vận dụng kiến thức các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học vào giải quyết các vấn đề thực tiễn
+ Có thể đề xuất các vấn đề thực tiễn mới phát sinh và giải pháp giải quyết các vấn đề đó trong thực tiễn
1.4 Mối liên hệ giữa rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn với giáo dục STEM
Giáo dục STEM là giáo dục tích hợp, theo cách tiếp cận liên môn (interdisciplinary) nhằm trang bị cho người học những kiến thức, kĩ năng liên quan đến (các lĩnh vực) Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học, thay vì dạy bốn môn học như các đối tượng tách biệt và rời rạc, STEM kết hợp chúng thành một mô hình học tập gắn kết dựa trên các ứng dụng thực tiễn
Trang 3Giáo dục STEM với rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn có mối quan hệ gắn kết với nhau
- Vận dụng kiến thức vào thực tiễn là mục tiêu hướng tới của quá trình dạy học, góp phần hình thành năng lực chung theo chuẩn đầu ra chương trình giáo dục phổ thông Người học có thể sử dụng các cách như: nghiên cứu tài liệu, thực nghiệm nghiên cứu, thiết kế mô hình STEM, … để giải quyết các vấn đề thực tiễn Như vậy, mô hình STEM
là một trong các cách để giải quyết các vấn đề thực tiễn
- Về mục tiêu, giáo dục STEM nhằm trang bị cho mỗi người học những kiến thức, sự hiểu biết về các khái niệm và quan trọng là kĩ năng tư duy đến từ việc trải nghiệm các nội dung thuộc giáo dục STEM Trong quá trình dạy học, thiết kế được mô hình STEM đảm bảo khoa học gắn với giải quyết vấn đề thực tiễn đã tạo được sự liên hệ giữa lí thuyết với thực tiễn, “học đi đôi với hành”, nhà trường gắn liền với xã hội
- Ứng dụng STEM có thể giải quyết vấn đề thực tiễn có hiệu quả trong các tình huống quen thuộc và cả các tình huống có thêm yếu tố mới (các tình huống đa dạng phức tạp khác của cuộc sống) HS được đặt vào vị trí của một nhà khoa học, nhà phát minh, phải thực sự hiểu kiến thức, biết cách mở rộng, liên kết kiến thức, biết vận dụng kiến thức một cách linh hoạt phù hợp với tình huống thực tiễn có vấn đề mà HS đang phải giải quyết
2 Quy trình ứng dụng STEM rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho học sinh
Trên cơ sở nghiên cứu quy trình rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho HS theo tiếp cận giải quyết vấn đề (Hình 1) [11], chúng tôi cụ thể hóa thành quy trình ứng dụng STEM rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho HS (Bảng 1)
Hình 1 Quy trình phát triển kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn
Bước 1: Nêu vấn đề thực tiễn
Bước 2: Đặt câu hỏi, hình thành giả thuyết
định hướng giải quyết vấn đề thực tiễn
Bước 3: Tìm tòi, huy động kiến thức liên quan
vấn đề thực tiễn
Bước 4: Giải quyết vấn đề thực tiễn
Bước 5: Kết luận, báo cáo kết quả
Nghiên cứu tài liệu
Thực nghiệm nghiên cứu
Trang 4Bảng 1 Quy trình ứng dụng STEM rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực
tiễn cho HS
Bước 1: Nêu vấn đề
thực tiễn
- Nêu được vấn đề thực tiễn cần giải quyết liên quan đến nội dung kiến thức của các môn học trong nhóm STEM
Bước 2: Đặt câu hỏi,
hình thành giả thuyết
định hướng giải quyết
vấn đề thực tiễn
- Tìm ra được mối liên hệ giữa kiến thức các môn học trong nhóm STEM đã biết và vấn đề thực tiễn cần giải quyết
- Phát biểu được giả thuyết
Bước 3: Tìm tòi, huy
động kiến thức liên
quan, xây dựng kế
hoạch giải quyết vấn đề
thực tiễn
- Xác định kiến thức và kĩ năng cần thiết liên quan đến các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học gắn với vấn đề thực tiễn
- Thu thập, lựa chọn, sắp xếp được những nội dung kiến thức, kĩ năng các môn học trong nhóm STEM liên quan đến vấn đề thực tiễn cần giải quyết một cách lôgic, khoa học làm cơ sở lí thuyết
đề giải quyết vấn đề thực tiễn
- Xây dựng kế hoạch tổ chức thiết kế, ứng dụng mô hình STEM
Bước 4: Giải quyết vấn
đề thực tiễn bằng cách
xây dựng mô hình
STEM
- Chuẩn bị được mẫu vật, hóa chất, dụng cụ, vị trí để xây dựng
mô hình STEM và đưa ra được cơ sở khoa học cho sự chuẩn bị
đó
- Mô tả được mô hình STEM (bằng lời, bằng hình ảnh, bản vẽ thiết kế, …)
- Thiết kế được mô hình STEM đảm bảo khoa học gắn với giải quyết vấn đề thực tiễn
- Xác định được quy trình (các hoạt động hoặc chuỗi hoạt động)
kĩ thuật giải quyết vấn đề thực tiễn
- Xác định được các điều kiện để thực hiện được quy trình
- Thực hiện được các hoạt động giải quyết vấn đề thực tiễn
Bước 5: Kết luận, báo
cáo kết quả
- Nêu được kết quả của quá trình ứng dụng STEM giải quyết vấn
đề thực tiễn
- Tổng kết, đánh giá, kết luận được vấn đề
- Vận dụng được kiến thức vào giải quyết các vấn đề thực tiễn khác trong cuộc sống như chăm sóc sức khỏe, bảo vệ môi trường,
an toàn thực phẩm, công nghệ sinh học, và có thể đề xuất được các vấn đề thực tiễn khác liên quan
Trang 53 Ví dụ minh họa
Tên chủ đề: XÂY DỰNG MÔ HÌNH NÔNG TRẠI GIÁO DỤC EDUFARM
3.1 Giới thiệu
Mô hình nông trại giáo dục EduFarm là một ý tưởng nhằm phát triển kĩ năng vận dụng kiến thức môn Sinh học, Công nghệ vào đời sống cho học sinh Thông qua các hoạt động trải nghiệm tại EduFarm, học sinh được giáo dục giá trị sống, giá trị lao động,
ý thức bảo vệ môi trường, giúp học sinh hoàn thiện nhân cách và định hướng phát triển bản thân dựa trên nền tảng các giá trị sống
Đến với nông trại giáo dục EduFarm học sinh được tham gia trải nghiệm không gian sống, lao động, sinh hoạt của những người nông dân, người lao động Các em tự làm cho các hạt giống nảy mầm, gieo hạt, trồng, chăm sóc cây, chiết cành, ghép cành các loại cây ăn quả Các em được xay lúa, giã gạo, cắt khoai, làm bột, chế biến món ăn, làm bánh, thu hoạch nông sản,… HS phải tìm hiểu đặc điểm sinh học, kĩ thuật của các loại cây trồng HS sẽ vận dụng được các kiến thức môn Sinh học, Công nghệ để hoàn thành nhiệm vụ của mình HS phải viết báo cáo, cung cấp thông tin, giới thiệu các sản phẩm nông nghiệp sạch đến với mọi người và nếu mô hình này thành công sẽ mang lại lợi ích gì cho xã hội (trong sản xuất nông nghiệp, bảo vệ môi trường,…) HS sẽ trình bày ý tưởng để mô hình được hữu ích hơn
3.2 Mục tiêu
Sau khi hoàn thành dự án, HS sẽ phát triển các kĩ năng sau:
- Kĩ năng khoa học: HS biết các cách vận dụng những kiến thức về sinh học cơ thể thực vật, kĩ thuật gieo hạt, ươm mầm, chắm sóc cây, giâm chiết ghép cành, thu hoạch, bảo vệ nông sản vào sản xuất nông nghiệp
- Kĩ năng công nghệ: HS biết vận dụng các kĩ năng công nghệ thông tin để tra cứu, xây dựng nội dung thuyết trình dự án, giới thiệu sản phẩm; công nghệ chăm sóc cây tự động, công nghệ sau thu hoạch, …
- Kĩ năng kĩ thuật: HS hiểu và biết cách vận dụng kĩ năng sử dụng các dụng cụ sản xuất nông nghiệp để gieo hạt, ươm mầm, trồng cây, giâm, chiết, ghép cành, chăm sóc cây, thu hoạch, bảo quản nông sản
- Kĩ năng toán học: HS vận dụng được một số kiến thức tính khoảng cách giữa các cây, luống gieo hạt và tính toán cơ bản
Bên cạnh đó, HS sẽ được rèn luyện về các kĩ năng làm việc theo nhóm, kĩ năng hợp tác, kĩ năng thuyết trình, giáo dục HS các giá trị sống, ý thức bảo vệ môi trường
3.3 Nhiệm vụ
- Tiến hành nghiên cứu các kiến thức về Sinh học, kĩ thuật sản xuất nông nghiệp, Tin học văn phòng hỗ trợ thực hiện dự án học tập
- Tìm hiểu nhu cầu sử dụng các sản phẩm nông nghiệp, chất lượng, giá cả và nguồn gốc các sản phẩm nông nghiệp thực tế
- Đề xuất giải pháp
- Tổ chức thực hiện
Trang 6* Yêu cầu sản phẩm:
- Thiết kế được mô hình EduFarm có thể áp dụng trồng các loại cây quen thuộc như đậu, lạc, ngô, lúa, rau xanh, cây dược liệu,…
- Có phòng bảo quản, chế biến nông sản
- Diện tích, các khu vực tổ chức sản xuất các loại cây trồng, bảo quản,… tùy theo điều kiện thực tiễn
3.4 Tiến trình thực hiện
Chúng tôi tổ chức cho mỗi nhóm học sinh (từ 10 – 20 em) thiết kế một mô hình nông trại giáo dục trên diện tích 50 - 100 m2 dành cho sản xuất trồng trọt, còn khu vực chế biến, bảo quản nông sản các nhóm HS làm chung trong nhà của trang trại
Bước 1: Nêu vấn
đề thực tiễn
- Quan sát, nghiên cứu thực trạng đất đai, khí hậu, trong khu vực nông trại EduFarm
- Thu thập, tìm hiểu các loại cây trồng phổ biến ở địa phương, nhu cầu rau sạch, dược liệu,
- Đặt tên vấn đề thực tiễn cần giải quyết: Thiết kế mô hình nông trại giáo dục EduFarm để tổ chức sản xuất các loại cây trồng, bảo quản, chế biến nông sản,… làm mô hình học tập trải nghiệm
Bước 2: Đặt câu
hỏi, hình thành
giả thuyết định
hướng giải quyết
vấn đề thực tiễn
Đặt các câu hỏi:
- Nông trại được thiết kế như thế nào cho khoa học, hợp lí?
- Nông trại tập trung trồng các loại cây gì? Kĩ thuật trồng trọt, chăm sóc, thu hoạch, bảo quản, chế biến các loại sản phẩm sau thu hoạch các loại cây đó như thế nào?
Giả thuyết vấn đề:
Xây dựng mô hình nông trại sản xuất nông nghiệp sạch, an toàn mang lại hiệu quả kinh tế cao, góp phần bảo vệ môi trường
Bước 3: Tìm tòi,
huy động kiến
thức liên quan,
xây dựng kế
hoạch giải quyết
vấn đề thực tiễn
- HS tìm hiểu tài liệu từ SGK Sinh học, Công nghệ, internet, tạp chí khoa học,…về đặc điểm các loại cây trồng, công nghệ chăm sóc, thu hoạch, bảo quản liên quan
- Tìm hiểu thực trạng thời tiết, khí hậu, đất đai như nhiệt độ, lượng mưa, hạn hán tại địa phương
Bước 4: Giải
quyết vấn đề thực
tiễn bằng cách
xây dựng mô hình
STEM
- Vẽ phác thảo sơ đồ nông trại giáo dục
- Tổ chức xây dựng mô hình nông trại giáo dục EduFarm + Tiến hành làm đất, phân chia các khu vực trồng các loại cây
+ Ngâm ủ hạt giống, gieo hạt, trồng cây, chăm sóc, thu hoạch, bảo quản, chế biến theo các giai đoạn và điều kiện thời gian cụ thể, …
- Hoàn thiện sản phẩm, chuẩn bị nội dung báo cáo kết quả
- Trên cơ sở nông trại đã xây dựng, học sinh tổ chức cho các bạn HS khác trải nghiệm, hoàn thiện sản phẩm, sử dụng PowerPoint để xây
Trang 7dựng bản thuyết minh cho nhóm
Bước 5: Kết luận,
báo cáo kết quả
- Báo cáo kết quả đạt được, rút kinh nghiệm
+ Nhóm đã làm gì để tạo nên sự khác biệt ở sản phẩm này?
+ Nhóm sẽ thêm những khu vực sản xuất gì, cây gì, kết hợp với mô hình sản xuất nào để sản phẩm có thể tốt hơn?
+ Mô hình EduFarm có những ứng dụng gì trong đời sống và trong giáo dục?
- Đề xuất cải tiến, ứng dụng mô hình nông trại vào thực tiễn đời sống
Hình 2 Edufarm Tượng Sơn, huyện Thạch Hà, tỉnh Hà Tĩnh Kết quả đạt được: Từ tháng 03 năm 2016 đến nay, chúng tôi đã tổ chức xây
dựng trang trại giáo dục EduFarm tại xã Tượng Sơn, huyện Thạch Hà, tỉnh Hà Tĩnh với diện tích rộng 37.000 m2
và tổ chức cho hơn 500 lượt HS các lớp từ Mầm non đến THPT tham gia trải nghiệm Ngoài ra, chúng tôi kết hợp với các hộ gia đình tại xã Tượng Sơn tổ chức cho HS tham quan, trải nghiệm các mô hình vườn mẫu nông thôn mới (theo Quyết định 59/2015/QĐ-UBND ngày 24/11/2015 của UBND tỉnh Hà Tĩnh), tham gia cùng với nhân dân xây dựng nông thôn mới
Kết luận
Trong bài viết này, chúng tôi đã lựa chọn và nghiên cứu cơ sở lí luận về giáo dục STEM, mục tiêu giáo dục STEM, làm rõ cấu trúc kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn, mối quan hệ giữa STEM với rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn
Dựa trên quy trình rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho học sinh
để xây dựng mô hình STEM Bước đầu xây dựng được trang trại giáo dục EduFarm
Mô hình trang trại giáo dục EduFarm đã được ứng dụng giảng dạy cho hơn 500 HS ở huyện Thạch Hà và Thành phố Hà Tĩnh bước đầu cho kết quả khả thi HS rất tích cực, hứng thú tham gia học tập, trải nghiệm, thông qua đó HS được rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức Sinh học, Công nghệ vào thực tiễn đời sống
Trang 8
Tài liệu tham khảo
A Tài liệu tiếng Việt
[1] Đỗ Ngọc Đạt (2000), Bài giảng lí luận dạy học hiện đại, Nxb Đại học Quốc gia Hà
Nội
[2] Phan Thị Thanh Hội, Nguyễn Thị Tuyết Mai (2017), Rèn luyện cho học sinh kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn dạy học Sinh học 11, Tạp chí Giáo dục, Số 411, tr
37-40
[3] Nguyễn Trọng Khanh (2011), Phát triển năng lực và tư duy kĩ thuật, Nxb Đại học
sư phạm, Hà Nội
[4] Lê Xuân Quang (2017), Dạy học môn công nghệ phổ thông theo định hướng STEM,
Luận án Tiến sỹ Khoa học Giáo dục, Trường Đại học sư phạm Hà Nội
[5] Kim Tùng Thọ và Mao Thuỵ Văn (1963), Vận dụng linh hoạt tri thức Hoá học, Nxb
Khoa học, Hà Nội
[6] Chu Cẩm Thơ (2016), “Bài học từ thay đổi đào tạo/bồi dưỡng giáo viên từ ngày hội STEM và ngày Toán học mở ở Việt Nam”, Tạp chí Khoa học Trường Đại học sư phạm
Hà Nội, 61(10), tr 195- 201
[7] Trần Thái Toàn (2014), Rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn trong dạy học Sinh học THPT, Tạp chí Thiết bị Giáo dục, Số 111, tr.33-34, 59
B Tài liệu tiếng Anh
[8] Bybee R W., Taylor J A., Gardner A., Van Scotter P., Powell J C., Westbrook A.,
et al (2006), "The BSCS 5E instructional model: Origins and effectiveness", Colorado
Springs, CO: BSCS, 5, pp 88-98
[9] Sanders M (2009), "STEM, STEMEducation, STEMmania", Technology Teacher,
68(4), pp 20-26
[10] U.S Department of Education (2007), Report of the Academic Competitiveness Council, Education Publications Center, Washington
[11] Tran Thai Toan, Phan Thi Than Hoi (2017), Process of training for students skill of applying knowledge into practice in teaching biology in high school, Proceeding of
international conference on the development of science teachers’ pedagogical competence to meet the requirements of general education innovation, Publishing house for Science and Technology, Ha Noi, pp 73-79
[12] Tsupros N., Kohler R., and Hallinen J (2009), STEM education: A project to identify the missing components, Intermediate Unit 1: Center project to identify the missing components, Intermediate Unit 1: Center for STEM Education and Leonard
Gelfand Center for Service Learning nd Outreach, Carnegie Mellon University,
Pennsylvania