dạy học sinh học 10 thpt theo định hướng giáo dục stem

Giáo dục STEM là quan điểm dạy học liên ngành trong quá trình dạy học, bên cạnh việc cung cấp tri thức cho người học thông qua thực hành và thí nghiệm còn khơi gợi, kích thích khả năng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

KHOA SINH HỌC - -

ĐỖ THỊ CHUYÊN

DẠY HỌC SINH HỌC 10THPT

THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

HÀ NỘI - 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

KHOA SINH HỌC - -

ĐỖ THỊ CHUYÊN

DẠY HỌC SINH HỌC 10 THPT THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Lý luận và Phương pháp dạy học Sinh học

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Phan Thị Thanh Hội

HÀ NỘI - 2019

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Khoá luận tốt nghiệp với đề tài “Dạy học Sinh học 10 theo định hướng giáo dục STEM” là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi, không sao chép của bất cứ

ai

Tôi xin chịu mọi trách nhiệm về công trình nghiên cứu của riêng mình!

Hà Nội, ngày 25 tháng 4 năm 2019

Người cam đoan

ĐỖ THỊ CHUYÊN

ii

LỜI CẢM ƠN

Sau quá trình học tập và rèn luyện tại Khoa Sinh học, trường Đai học Sư phạm

Hà Nội và 12 tháng làm khóa luận với đề tài “Dạy học Sinh học 10 theo định hướng giáo dục STEM”, tác giả đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của các thầy cô, bạn bè, người thân

Có được kết quả tốt đẹp như vậy, đầu tiên tôi xin gửi tới Ban Giám Hiệu nhà trường, các thầy cô giáo khoa Sinh học, trường Đại học Sư phạm Hà Nội lời cảm ơn chân thành nhất Nhờ sự quan tâm, dạy dỗ, tạo điều kiện hết mức mà tôi có thể hoàn thành tốt khóa luận này

Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới PGS.TS Phan Thị Thanh Hội – giảng viên hướng dẫn đề tài Trong quá trình nghiên cứu cô luôn quan tâm, sát sao, đôn đốc em thực hiện đúng tiến trình khóa luận Nhờ sự động viên kịp thời và tận tình hướng dẫn của cô em mới có được kết quả ngày hôm nay

Tôi cũng xin cảm ơn Ban Giám Hiệu, các thầy cô giáo và học sinh trường THPT Thanh Oai A đã tạo điều kiện cho tôi tiến hành thực nghiệm sư phạm, đánh giá tính khả thi của

iv

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iii

DANH MỤC BẢNG vi

DANH MỤC HÌNH vii

PHẦN I: MỞ ĐẦU 1

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

4 Đối tượng và khách thể nghiên cứu 2

5 Phương pháp nghiên cứu 2

6 Giả thuyết khoa học 3

7 Những đóng góp mới của đề tài 3

8 Cấu trúc khóa luận 3

PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 5

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 5

1.1 LƯỢC SỬ NGHIÊN CỨU VỀ GIÁO DỤC STEM 5

1.2 CƠ SỞ LÍ LUẬN 9

1.3 CƠ SỞ THỰC TIỄN 21

Tiểu kết chương 1 29

CHƯƠNG 2: DẠY HỌC SINH HỌC 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 30

2.1 PHÂN TÍCH MỤC TIÊU, CẤU TRÚC NỘI DUNG MÔN SINH HỌC 10 30

2.2 QUY TRÌNH DẠY HỌC SINH HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 35 2.3 MỘT SỐ VÍ DỤ MINH HỌA 45

Tiểu kết chương II: 53

3 CHƯƠNG III: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 54

3.1 MỤC ĐÍCH THỰC NGHIỆM 54

3.2 NỘI DUNG THỰC NGHIỆM 54

Tiểu kết chương 3 61

v

PHẦN 3 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62

I Kết luận 62

II Kiến nghị 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

PHỤ LỤC 66

vi

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Biểu hiện các tiêu chí của NLVDKT vào thực tiễn 18

Bảng 1.2 Rubrics đánh giá năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn 19

Bảng 1.3 Mức độ hiểu biết của GV về giáo dục STEM 22

Bảng 1.4 Mức độ quan tâm của GV đến giáo dục STEM 23

Bảng 1.5 Đánh giá của GV về tầm quan trọng của giáo dục STEM 23

Bảng 1.6 Một số lí do đánh giá tầm quan trọng của giáo dục STEM 24

Bảng 1.7 Đánh giá của GV về vai trò của giáo dục STEM 25

Bảng 1.8 Các nguyên nhân gây khó khăn cho giáo dục STEM 26

Bảng 2.1 Cấu trúc, nội dung môn Sinh học 10 31

Bảng 2.2 Một số nội dung trong chương trình môn Sinh học 10 có thể lựa chọn để dạy học theo định hướng giáo dục STEM 33

Bảng 2.3 Các bước thực hiện và nội dung tiến hành quy trình dạy học năng lực Sinh học theo định hướng giáo dục STEM 36

Bảng 2.4 Tiêu chí đánh giá chủ đề STEM 38

Bảng 2.5 Các kiến thức môn học STEM có liên quan 40

Bảng 2.6 Nhiệm vụ của học sinh 40

Bảng 2.7 Kế hoạch thực hiện nhiệm vụ của học sinh 41

Bảng 3.1 Kết quả bài kiểm tra của lớp thực nghiệm trước và sau khi tác động 55

Bảng 3.2 Kết quả bài kiểm tra của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng 56

Bảng 3.3 Bảng kiểm quan sát năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn 58

Bảng 3.4 Đánh giá năng lực vận dụng kiến thức của HS trước và sau khi tác động 59

vii

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Đặc trưng của các môn học STEM 12

Hình 1.2 Mối liên hệ giữa các môn học STEM 13

Hình 1.3 Mô hình 5E - TS Rodger W Bybee 14

Hình 1.5 Phân loại STEM 17

Hình 1.6 Mức độ hiểu biết của GV về giáo dục STEM 22

Hình 1.7 Mức độ quan tâm của GV đến giáo dục STEM 23

Hình 1.8 Mức độ đánh giá của GV về tầm quan trọng của giáo dục STEM 24

Hình 1.9 Đánh giá của GV về vai trò của giáo dục STEM 25

Hình 1.10 Các nguyên nhân gây khó khăn cho giáo dục STEM 28

Hình 2.1 Quy trình dạy học Sinh học theo định hướng giáo dục STEM 36

Hình 3.1 Kết quả bài kiểm tra của lớp thực nghiệm trước và sau khi tác động 56

Hình 3.2 Kết quả bài kiểm tra của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng 57

Hình 3.3 Biểu đồ đánh giá tiêu chí NLVDKT vào thực tiễn của HS 60

PHẦN I: MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Giáo dục – đào tạo là quốc sách hàng đầu của mỗi quốc gia, kể cả các nước phát triển Do đó việc làm thế nào để nâng cao chất lượng giáo dục và đào tạo là vấn đề được coi trọng và quan tâm Cùng với sự phát triển của xã hội người ta càng trông đợi vào giáo dục làm thế nào để phát triển năng lực cá nhân cùng với sự biến động của xã hội

Từ đó giáo dục góp phần nâng cao chất lượng nguồn nhân lực cũng như sự phát triển bền vững của xã hội

Trong thời đại công nghệ 4.0 với sự phát triển như vũ bão của khoa học, công nghệ

và sự bùng nổ thông tin, quá trình dạy học trong các nhà trường trung học đang tồn tại mâu thuẫn giữa một bên là khối lượng tri thức ngày càng tăng lên, phức tạp hơn với thời lượng học tập có hạn, việc đổi mới phương pháp dạy học theo hướng phát huy tính tích cực, độc lập, sáng tạo của học sinh để từ đó bồi dưỡng cho học sinh (HS) phương pháp

tự học, hình thành khả năng học tập suốt đời là một nhu cầu tất yếu trong các nhà trường

Đã có rất nhiều biện phát nhằm nâng cao chất lượng quá trình dạy học nói riêng và giáo

dục – đào tạo nói chung, đặc biệt phải kể đến STEM

STEM là viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technogogy (Công nghệ), Engineering (Kĩ Thuật) và Mathematics (Toán học) Giáo dục STEM là quan điểm dạy

học liên ngành trong quá trình dạy học, bên cạnh việc cung cấp tri thức cho người học

thông qua thực hành và thí nghiệm còn khơi gợi, kích thích khả năng tư duy sáng tạo, góp phần phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn và là cơ sở định hướng

nghề nghiệp tương lai

Giáo dục STEM đề cao đến việc hình thành và phát triển năng lực cốt lõi cho người học, trong đó có năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn HS nắm vững kiến thức đã học vận dụng vào thực tiễn; có thái độ học tập đúng đắn, tích cực, chủ động, sáng tạo Quá trình tìm hiểu và liên hệ thực tiễn hình thành cho HS kỹ năng quan sát, thu thập, phân tích và xử lí thông tin; giúp cho HS có được nhứng hiểu biết về giới tự nhiên, chu

kì hoạt động và tác động tích cực cũng như tiêu cực đối với cuốc sống con người

Trong chương trình Sinh học lớp 10 THPT, các kiến thức gần gũi với HS, gợi cho

HS hứng thú tìm hiểu kiến thức và áp dụng vào thực tiễn cuộc sống hằng ngày Hơn

nữa, đây là giai đoạn mới chuyển cấp của HS, nên HS rất hứng thú tìm tòi cái mới Việc

sử dụng và vận dụng có hiệu quả dạy học Sinh học theo định hướng STEM vào giai đoạn này có hiệu quả quan trọng, là nền tảng cho HS lĩnh hội và vận dụng thật tốt các kiến thức học được vào trong thực tiễn, kể cả sau này

Xuất phát từ những lí do trên, chúng tôi chọn và nghiên cứu đề tài “Dạy học Sinh học 10 theo định hướng giáo dục STEM”

2 Mục đích nghiên cứu

Xây dựng quy trình dạy học Sinh học 10 THPT theo định hướng giáo dục STEM và

tổ chức HS học tập nhằm chiếm lĩnh kiến thức môn học đồng thời góp phần phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho HS

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn về dạy học môn sinh học 10 THPT theo định hướng giáo dục STEM

- Xây dựng quy trình dạy học môn sinh học 10 THPT theo định hướng giáo dục STEM

- Tổ chức dạy học một số chủ đề môn sinh học 10 theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển NL vận dụng kiến thức vào thực tiễn

- Xây dựng bộ tiêu chí đánh giá sản phẩm và NL vận dụng kiến thức vào thực tiễn của HS

- Thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm chứng giả thuyết đã được nêu ra

4 Đối tượng và khách thể nghiên cứu

4.1 Đối tượng nghiên cứu

- Quy trình dạy học Sinh học 10 theo định hướng giáo dục STEM

- Năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn

4.2 Khách thể nghiên cứu

- Quá trình dạy học Sinh học 10

5 Phương pháp nghiên cứu

5.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Nghiên cứu các tài liệu về giáo dục STEM trong nước và trên thế giới

- Nghiên cứu các tài liệu về các năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn của HS

- Nghiên cứu các công trình nghiên cứu liên quan đến đề tài được đăng trên tạp chí Giáodục

- Phân tích cấu trúc chương Sinh học 10 để xác định kiến thức có thể thiết kế các chủ

đề STEM và tổ chức HS học tập thì sẽ giúp HS chiếm lĩnh kiến thức môn học đồng thời góp phần phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho HS

5.2 Phương pháp điều tra cơ bản

Sử dụng phiếu điều tra giáo viên (GV) Sinh học THPT về thực trạng dạy học theo định hướng giáo dục STEM ở các khía cạnh: Mức độ hiểu biết của về STEM; mức độ quan tâm đến giáo dục STEM; tầm quan trọng của giáo dục STEM; một số khó khăn gặp phải khi dạy học theo định hướng giáo dục STEM

5.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm

- Tiến hành thực nghiệm chủ đề “Những thực phẩm có nguồn gốc lên men” tại lớp

10A, trường THPT Thanh Oai A, Hà Nội

- Xây dựng các tiêu chí đánh giá sản phẩm và năng lực vận dụng kiến thức vào thực

tiễn của HS

- Đánh giá kiến thức HS thông qua bài kiểm tra

5.4 Phương pháp tham vấn ý kiến chuyên gia

Liên hệ, gặp gỡ với các chuyên gia về lĩnh vực nghiên cứu để trao đổi, nghe sự tư vấn, định hướng cho việc nghiên cứu đề tài

6 Giả thuyết khoa học

Nếu xây dựng được quy trình dạy học Sinh học 10 THPT theo định hướng giáo dục STEM và tổ chức HS học tập thì sẽ giúp HS chiếm lĩnh kiến thức môn học đồng thời góp phần phát triển NL vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho HS

7 Những đóng góp mới của đề tài

- Xây dựng quy trình dạy học môn Sinh học 10 THPT theo định hướng giáo dục STEM

- Xây dựng 3 chủ đề minh họa dạy học môn Sinh học 10 THPT theo định hướng giáo dục STEM góp phần phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho HS

8 Cấu trúc khóa luận

Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục còn có 3 phần:

- Chương 1 Cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài

- Chương 2 Dạy học Sinh học 10 THPT theo định hướng STEM

- Chương 3 Thực nghiệm sư phạm

PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

1.1 LƯỢC SỬ NGHIÊN CỨU VỀ GIÁO DỤC STEM

1.1.1 Trên thế giới

Giáo dục công lập theo kiểu truyền thống chưa đủ để tạo ra nguồn nhân lực công nghệ cao, sự phát triển như vũ bão của khoa học, công nghệ đe dọa một tương lai máy móc, robot thay thế hoàn toàn con người Để không bị tụt hậu so với thế giới và khẳng định vị thế của mình, các nhà lãnh đạo đưa ra quyết định tập trung vào giáo dục STEM Giáo dục STEM xuất hiện từ rất sớm và tạo ra một làn sóng mạnh mẽ lan tỏa khắp thế giới

Những năm 50 - 60 của thế kỉ XX, Mỹ là cường quốc thế giới về giáo dục khi mà lần đầu tiên phổ cập giáo dục và xây dựng hệ thống các trường đại học, cao đẳng Thời gian sau, các nước (Nhật Bản, Hàn Quốc,…) đã cho thấy bước tiến vượt bậc về giáo dục khi mà HS của họ nổi trội hơn học Mỹ về kiến thức, kỹ năng trong trường phổ thông Những năm 90 của thế kỷ XX, trong hoàn cảnh Mỹ bộc lộ rõ sự suy yếu về giáo dục thì STEM ra đời, dự đoán tương lai cải thiện giáo dục Mỹ cũng như nền giáo dục toàn cầu [11]

Ngày 31 tháng 1 năm 2006, tại phiên họp của Quốc hội Hoa Kỳ, Tổng thống Bush đã đề xuất sáng kiến nhằm giải quyết những thiếu sót trong sự hỗ trợ của chính phủ liên bang về phát triển giáo dục và tiến bộ ở tất cả các cấp học thuật trong các lĩnh vực STEM [13]

Năm 2006, Chính phủ Vương Quốc Anh chính thức triển khai chương trình giáo dục STEM trên toàn nước Anh Trong đó, phải kể đến Chương trình Hành động với mục tiêu tạo ra nguồn nhân lực nghiên cứu khoa học chất lượng hơn nữa, bao gồm bốn nội dung là: (1) Tuyển dụng và đào tạo GV giảng dạy STEM Đào tạo GV theo nhóm hoặc theo cặp nghĩa là các GV dạy các môn khác nhau phải hợp tác, cùng xây dựng bài giảng bởi giáo dục STEM là gắn kết các môn học dựa trên ứng dụng thực tế để HS có thể vận dụng kiến thức kỹ năng của nhiều môn để giải quyết một vấn đề (2) Nâng cao trình độ nghiệp vụ của GV (3) Thúc đẩy phong trào giáo dục STEM bằng các hoạt động như câu lạc bộ, ngày hội, đại sứ STEM, ngày tham quan các phòng thí nghiệm, nhà máy… (4) Phát triển cơ sở vật chất hỗ trợ cho việc dạy và học Điều này không chỉ cần đầu tư

từ ngân sách nhà nước mà còn từ phía khu vực tư nhân Ở Anh, các tập đoàn tư nhân lớn đầu tư hơn tám triệu USD cho chương trình giáo dục STEM quốc gia [25]

Trong năm 2009, HS trung học ở Sydney, Úc đã được trải nghiệm chương trình làm giàu tri thức - iSTEM (Invigorating STEM) Chương trình tập trung vào việc cung cấp các thông tin và hoạt động STEM mà HS và phụ huynh quan tâm [29]

Giai đoạn 2007 – 2010, thống kê của Josh Brown – Trường đại học Illinois cho thấy Mỹ có 60 bài 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 [10]

Vào năm 2012, ở Mỹ, bài báo “Considerations for Teaching Integarated STEM Education” của tác giả Micah Stohlmann, Tamara J Moore, Gillian H Roehrig đã nêu

ra một số lợi ích của giáo dục STEM là giúp HS có kĩ năng giải quyết vấn đề, đổi mới,

tự tin, tư duy logic và kỹ năng công nghệ Các nghiên cứu cho thấy việc tích hợp toán học và khoa học có tác động tích cực đến thái độ và sự quan tâm của HS với trường học, động lực học tập và thành tựu Học viện Kĩ thuật Quốc gia và Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia tại Mỹ đã liệt kê 5 lợi ích của việc dạy học tích hợp STEM tại các trường, đó là: cải thiện thành tích trong toán học và khoa học, tăng nhận thức về kĩ thuật, hiểu biết

và có thể làm thiết kế kĩ thuật, nâng cao trình độ công nghệ [17]

Năm 2013, Delores M Etter – kĩ sư, nhà khoa học, nhà lãnh đạo sáng lập và giáo

sư ngành kĩ thuật ứng dụng cùng số một số cộng tác viên đã thiết lập một website:

http://stem-works.com hướng dẫn một số chủ đề STEM phù hợp với lứa tuổi tiểu học như: robotics, năng lượng gió, vũ trụ, động vật, …giúp cho GV và phụ huynh có thể lấy làm nguồn tài liệu tham khảo trong việc giảng dạy các môn học liên quan đến STEM [14]

Vào năm 2015, chương trình STEM được triển khai ở Canada với mục đích thúc đẩy mạnh mẽ các lĩnh vực STEM cho thanh thiếu niên Cũng trong năm đó, văn phòng Giáo dục của Hồng Kong đã đề xuất các chiến lược và khuyến nghị về việc thúc đẩy giáo dục STEM thông qua tài liệu mang tên Promotion of STEM Education

Hiện nay STEM đang phổ biến ở khoảng hơn 70 nước; trong đó có khoảng 40 nước mô hình STEM đã được đưa vào trong chương trình dạy học Diễn đàn và triển lãm giáo dục STEM quốc tế lần thứ 6 (2017) đã quy tụ 120 nước trên khắp thế giới Tại

diễn đàn, các nhà lãnh đạo, nhà nghiên cứu giáo dục và GV sẽ thảo luận về những thách thức và triển vọng trong tương lai của giáo dục STEM trên thế giới [3]

Từ năm 2012, nhiều tổ chức giáo dục tư thục có các sáng kiến giáo dục STEM

Có thể nhắc tới học viện STEM với 2 sáng kiến đã được triển khai đó là mô hình tại trường và mô hình trung tâm giúp HS có cơ hội được trải nghiệm các hoạt động Khoa học, được tiếp cận với Công nghệ mang tính ứng dụng cho cuộc sống, cũng như giúp

HS thỏa sức sáng tạo trên nền tảng kiến thức STEM đã được học cùng các trang thiết bị thông minh, tiên tiến Bên cạnh đó, AmericanSTEM cung cấp chương trình giảng dạy STEM hàng đầu cho HS K-12 (từ mẫu giáo đến lớp 12) và chương trình đào tạo GV STEM theo chuẩn quốc gia Hoa Kỳ NGSS (Next Generation Science Standards) bằng song ngữ Anh-Việt Chương trình đào tạo và chứng chỉ giảng dạy STEM của GV AmericanSTEM được cung cấp bởi đối tác là EiE (Engineering Is Elementary), USA…

Năm 2015, Bộ Khoa học và Công nghệ Việt Nam và Liên minh STEM tổ chức ngày hội STEM lần đầu tiên, diễn ra tại Hà Nội và Tp Hồ Chí Minh, góp phần quan trọng trong việc thu hút sự chú ý của công chúng tới phương thức giáo dục mới mẻ này, tiếp theo đó là nhiều sự kiện tương tự trên toàn quốc [6]

Vào năm học 2015 - 2016, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã khuyến khích nội dung STEM trong chương trình giáo dục đào tạo

Nhận thấy tiềm năng của STEM và xu thế phát triển chung của thế giới, tháng 5 năm 2017, Thủ tướng Chính phủ đã ký Chỉ thị số 16 nêu rõ: "Thay đổi mạnh mẽ các chính sách, nội dung, phương pháp giáo dục và dạy nghề nhằm tạo ra nguồn nhân lực

có khả năng tiếp nhận các xu thế công nghệ sản xuất mới, trong đó cần tập trung vào thúc đẩy đào tạo về khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học (STEM), ngoại ngữ, tin học trong chương trình giáo dục phổ thông" và yêu cầu "Bộ Giáo dục và Đào tạo: Thúc đẩy triển khai giáo dục về khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học (STEM) trong chương trình giáo dục phổ thông; tổ chức thí điểm tại một số trường phổ thông ngay từ năm học 2017 - 2018 Nâng cao năng lực nghiên cứu, giảng dạy trong các cơ sở giáo dục đại học; tăng cường giáo dục những kỹ năng, kiến thức cơ bản, tư duy sáng tạo, khả năng thích nghi với những yêu cầu của cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ 4" [1]

Đã có một số tác giả nghiên cứu và thực nghiệm về giáo dục STEM như: tác giả Lê Xuân Quang (2017) với đề tài “Dạy học Công nghệ 8 theo định hướng giáo dục STEM”, trong đề tài tác giả đã hệ thống lại cơ sở lí luận và thực tiễn của giáo dục STEM trong nước và trên thế giới, mối quan hệ giữa các môn học STEM, quy trình xây dựng chủ đề STEM và vận dụng vào dạy học Công nghệ 8; Trần Thị Gái – Nguyễn Thị Phượng – Nguyễn Hoài Thanh với đề tài “Thiết kế chủ đề giáo dục STEM trong dạy học phần chuyển hóa vật chất và năng lượng ở thực vật, Sinh học 11 THPT”;… đều thu được các kết quả tích cực về việc rèn luyện cho HS năng lực thuộc về lĩnh vực STEM và năng lực cốt lõi

Tại một số thành phố lớn của Việt Nam: Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Cần Thơ, Đà Nẵng,…, bước đầu cũng có những thành công nhất định khi lần lượt thí điểm các mô hình STEM tại các trường học trên địa bàn thành phố Đây là một tín hiệu đáng mừng

để Việt Nam tiếp tục triển khai các đề án giáo dục theo định hướng STEM

Các nhà khoa học, nhà giáo dục Việt Nam đặt niềm tin rất lớn vào giáo dục STEM

là một “cú hích” thúc đẩy nền giáo dục, rút ngắn khoảng cách phát triển của Việt Nam với các nước khác

Tại Hội nghị Khoa học - Công nghệ- Kỹ thuật - Toán học (STEMCON) Việt Nam 2017, Thứ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ, ông Trần Văn Tùng phát biểu:

“Giáo dục STEM là một trong những nhiệm vụ quan trọng trong mục tiêu tạo ra nguồn nhân lực nghiên cứu KH&CN chất lượng cao, rất cần sự quan tâm của chính phủ để thúc đẩy hoạt động này”[7]

Trong tương lai, những công việc đơn giản, đòi hỏi tính toán hay có thể lập trình được sẽ được thay thế bởi robot

Giáo dục STEM, đào tạo năng lực tư duy, hay tư duy ngôn ngữ không hướng đến đào tạo để HS trở thành những nhà toán học, nhà khoa học, kỹ sư mà các phương pháp này nhằm tạo ra những con người có thể đáp ứng được nhu cầu công việc của thế

kỷ 21, tạo ra những đứa trẻ là công dân toàn cầu trong thời đại kỷ nguyên số

Kết luận tổng quan nghiên cứu

Trên cơ sở phân tích tổng quan nghiên cứu, tác giả có một số tư liệu và kiến thức cần thiết để có thể hình thành những hiểu biết chung, giúp tiếp cận và đi sâu nghiên cứu đề tài “Dạy học Sinh học 10 THPT theo định hướng giáo dục STEM”

- Giáo dục STEM là xu hướng giáo dục của toàn thế giới

- Ở Việt Nam giáo dục theo định hướng STEM ngày càng được bộ Giáo dục và đào tạo quan tâm, triển khai ở một số trường thí điểm Các nhà giáo dục cũng rất quan tâm đến giáo dục STEM, thể hiện ở những năm gần đây các đề tài nghiên cứu về giáo dục STEM ngày càng nhiều và ở nhiều môn học

- Để giáo dục STEM ngày càng phổ biến thì cần phải bổ sung thêm cơ sở lí luận

về STEM, giáo dục STEM, quy trình xây dựng chủ đề STEM, các tiêu chí đánh giá chủ đề STEM, quy trình dạy học theo định hướng giáo dục STEM

1.2 CƠ SỞ LÍ LUẬN

1.2.1 Giáo dục STEM

1.2.1.1 Khái niệm STEM

STEM là thuật ngữ dùng để chỉ các ngành học về Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật) và Mathematics (Toán học) [19]

1.2.1.2 Khái niệm giáo dục STEM

Trong xu hướng tác động của khoa học, kĩ thuật dần chiểm ưu thế đến mọi mặt đời sống Giáo dục STEM được biết đến như là cách tiếp cận mới trong quá trình giáo dục và đào tạo nguồn nhân lực cho tương lai vừa nắm được kiến thức chuyên ngành, liên ngành lại gắn với ứng dụng của các thành tựu mới nhất của khoa học và kĩ thuật Chính vì thế mà các nhà khoa học, các nhà giáo dục rất quan tâm, khái niệm giáo dục STEM bắt nguồn từ đó

Theo Bộ Giáo dục Hoa Kỳ (2007): “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”[22]

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”[21]

Tác giả Sanders định nghĩa “Giáo dục STEM là phương pháp tiếp cận, khám phá trong giảng dạy và học tập giữa hai hay nhiều hơn các môn học STEM, hoặc giữa một chủ đề STEM và một hoặc nhiều môn học khác trong nhà trường”[19]

Bên cạnh đó, giáo dục STEM cũng được quan niệm STEM như là chương trình đào tạo dựa trên 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 [16]

Như vậy, giáo dục STEM là phương pháp tiếp cận liên ngành tạo ra sự kết hợp hài hòa giữa các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học nhằm mang đến cho

HS những trải nghiệm thực tế thật sự có ý nghĩa

1.2.1.3.Mục tiêu giáo dục STEM

Giáo dục STEM đã và đang được biết đến và phát triển ở nhiều quốc gia trên thế giới Với mỗi bối cảnh khác nhau thì mục tiêu giáo dục STEM ở các quốc gia đó cũng khác nhau Tuy nhiên nó cùng hướng đến một mục tiêu chung nhất đó là hướng tới người học

- Thứ nhất: Giáo dục STEM nhằm nâng cao năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho HS Điều này thể hiện ở chỗ: khi HS học tập sẽ lĩnh hội các kiến thức, kĩ năng liên quan đến các môn học STEM HS sẽ vận dụng để liên kết và tổng hợp các kiến thức

đó để giải quyết các tình huống có vấn đề trong thực tiễn

- Thứ hai: Giáo dục STEM giúp cho người học thỏa sức đam mê sáng tạo Người học

sẽ có không gian, thời gian để tìm tòi, nghiên cứu các cấu trúc, đặc điểm, tính chất của đối tượng HS được tự mình tham gia vào quá trình thực hành, thí nghiệm,… trong quá học tập và làm việc sẽ gặp phải các vấn đề, bằng sự sáng tạo và các kiến thức có được

HS phải biết cách sửa chữa, chế biến lại chúng cho phù hợp với tình huống có vấn đề

mà người học đang phải giải quyết

- Thứ ba: Phát triển các năng lực đặc thù của các môn học thuộc về STEM cho HS

HS thay vì phải học bốn môn học rời rạc thì STEM sẽ gắn kết chúng lại dựa trên ứng dụng thực tế Qua đó, HS vừa học được kiến thức khoa học, vừa học được cách vận dụng kiến thức đó vào thực tiễn

- Thứ tư: Giáo dục STEM định hướng nghề nghiệp cho HS Với việc tiếp thu kiến thức một cách tích hợp và sáng tạo, HS sẽ yêu thích và thể hiện niềm đam mê đối với môn học, từ đó sẽ khuyến khích các em có định hướng tốt hơn khi chọn chuyên ngành cho các bậc học cao hơn và sự chắc chắn cho cả sự nghiệp sau này của các em

1.2.1.4 Vai trò của giáo dục STEM

“Quan trọng hơn việc dạy là cách dạy” – giáo dục STEM tạo môi trường cho HS tự tìm tòi, khám phá, chiếm lĩnh tri thức một cách chủ động, sáng tạo, qua đó góp phần phát triển năng lực cốt lõi và năng lực thuộc về các môn học STEM cho HS

- Giáo dục STEM góp phần phát triển năng lực thuộc về các môn học STEM.Đó là các

kỹ năng khoa học, kỹ năng công nghệ, kỹ năng kỹ thuật và kỹ năng toán học

+ Kỹ năng khoa học: là khả năng vận dụng kiến thức các môn Khoa học để giải

+ Kỹ năng toán học: Là khả năng tính toán, đo lường, thể hiện các ý tưởng một

cách chính xác, áp dụng các khái niệm và kĩ năng toán học vào cuộc sống hằng ngày[30]

- Giáo dục STEM góp phần phát triển năng lực cốt lõi cho HS

Ngoài những kỹ năng về khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học, giáo dục STEM còn cung cấp cho HS những kỹ năng cần thiết giúp HS phát triển tốt trong thế kỷ 21

như: kỹ năng giải quyết vấn đề, tư duy phản biện, kỹ năng cộng tác, kỹ năng giao tiếp,…

1.2.1.5 Mối liên hệ giữa các môn học STEM

Sự tách biệt giữa các môn học trong chương trình đào tạo THPT là một rào cản lớn tạo

ra khoảng cách không nhỏ giữa học và làm Chính sự tách rời này làm cho HS thiếu đi tính ứng dụng lí thuyết vào thực tiễn Vì thế, đa số HS nhớ rất rõ nguyên lí hoạt động, định luật, lí thuyết nhưng không vận dụng được để giải quyết một số vấn đề thực tiễn rất đơn giản

Hình 1.1 Đặc trưng của các môn học STEM

Ngày nay khi giáo dục được tiếp cận với STEM, sự liên kết giữa các môn học: khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học sẽ kích thích được tính chủ động, sáng tạo của người học Thông qua quá trình học tập, tìm tòi, khám phá người học sẽ đúc rút cho mình những kiến thức, kinh nghiệm, kỹ năng mà nếu chỉ học các môn rời rạc sẽ không

tự nhiên

Quy trìnhsản xuất, chếtạo,…

Thiết kế, chếtạo, đẽo, gọt, gắn kết,…

Con số, phép tính, hình dạng, quy luật toán,…

KHOA HỌC TOÁN

CÔNG NGHỆ

KỸ THUẬT

Hình 1.2 Mối liên hệ giữa các môn học STEM

Sơ đồ trên thể hiện mối liên quan của các thành phần trong giáo dục STEM, đó

là các mối quan hệ “sử dụng”, “thúc đẩy”, “dẫn đến”, “áp dụng” Những phát minh của Khoa học được ứng dụng vào trong kỹ thuật, công nghệ Và những thành tựu của công nghệ, kỹ thuật bổ sung đổi mới góp hiện đại hoá khoa học Nhiều phương pháp toán học, mô hình toán đã thực sự là cơ sở của khoa học, công nghệ, kỹ thuật nó thâm nhập vào các lĩnh vực ngày một sâu hơn, mạnh hơn, rộng hơn, nhanh hơn , ứng dụng toán học đã trở thành nhu cầu không thể thiếu, toán học thực sự là công cụ trực tiếp hoặc gián tiếp tác động vào hầu hết các quá trình các lĩnh vực trong đời sống

Tóm lại, các lĩnh vực đều thúc đẩy nhau phát triển và hưởng lợi từ sự phát triển của nhau Do vậy, tiếp cận giáo dục STEM phải là tiếp cận mang tính liên ngành để tạo ra

sự kết hợp hài hòa giữa các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học nhằm mang đến cho HS những trải nghiệm thực tế thực sự có ý nghĩa

1.2.1.6 Quy trình giáo dục STEM

Giáo dục STEM trang bị cho HS những kiến thức, kĩ năng cần thiết liên quan các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật, toán học Bản chất của phương pháp này giúp các em HS có sự chủ động, sáng tạo, thích thú trong học tập, kích thích não bộ phát triển, rèn luyện việc học tập thông qua các phương pháp nghiên cứu khoa học ứng dụng hiện đại, tạo ra một lớp học thật sự do HS làm chủ, HS làm trung tâm

Dù thuật ngữ STEM xuất hiện trong nhiều văn bản chỉ đạo, hướng dẫn của ngành giáo dục Tuy nhiên, các cán bộ quản lí, GV hay HS vẫn còn mơ hồ về phương pháp này Thực tế thấy rằng đây là một phương pháp học tập tiên tiến, đã áp dụng rất thành công ở một số nước phát triển trên thế giới Tại Việt Nam, bước đầu cũng đạt được

những thành tựu nhất định, tuy nhiên để lan tỏa rộng rãi thì còn nhiều khó khăn vì chưa

có một quy trình nào chính thống làm thang chuẩn cho các nhà giáo dục

Trong các lớp học khoa học và các chương trình tích hợp STEM ở Mỹ, mô hình dạy học 5E được áp dụng khá phổ biến Trong đó HS lĩnh hội tri thức theo nguyên tắc “học qua hành”, người người học sẽ cùng nhau xây dựng kiến thức, chủ động khám phá các khái

niệm mới thông qua các trải nghiệm học tập cụ thể[31]

Hình 1.3 Mô hình 5E - TS Rodger W Bybee [27].

5E là viết tắt của 5 từ bắt đầu bằng chữ cái E trong tiếng anh: Engagement (Gắn kết),Exploration (Khảo sát), Explanation (Giải thích), Elaborate (Áp dụng cụ thể), Evaluation (Đánh giá) Quy trình 5E gồm các giai đoạn sau:

- Giai đoạn gắn kết:

Người học cảm thấy được kết nối với những kiến thức hoặc trải nghiệm trước đó Giai đoạn này, HS sẽ liên hệ với các trải nghiệm và quan sát đã có từ trước Trong giai đoạn này GV cũng gợi mở, giới thiệu kiến thức mới để kích thích sự tò mò của HS

- Giai đoạn khảo sát:

GV đưa ra các tình huống, khuyến khích HS cùng nhau đưa ra các giả thuyết mà không cần sự hỗ trợ từ GV GV có những câu hỏi định hướng để HS tránh lạc đề; hỗ trợ giải đáp nhiệt tình các thắc mắc của HS; lập ra các vấn đề “cần phải biết” để HS tập trung tránh lan mam Ở giai đoạn này, HS được tự mình khám phá, kiểm tra tính khả thi của giả thuyết, từ đó nắm bắt được các khái niệm

- Giai đoạn giải thích

Khuyến khích con giải thích và chứng minh các khái niệm và định nghĩa theo cách riêng của mình Tổng hợp kiến th ức mới, giải thích định nghĩa, khái niệm cho HS nếu các em tiếp cận chưa đúng GV tạo điều kiện cho HS được trình bày, miêu tả, phân tích các trải nghiệm hoặc quan sát thu nhận được ở bước Khám phá Giới thiệu các thuật ngữ mới, khái niệm mới, công thức mới, giúp HS kết nối và thấy được sự liên hệ với trải nghiệm trước đó.

- Giai đoạn áp dụng cụ thể

Ở giai đoạn này, HS sử dụng những gì đã học được ở bước giải thích vào hoàn cảnh cụ thể; đặt câu hỏi, đề xuất giải pháp, đưa ra quyết định và thực hành; rút ra kết luận hợp

lý thông qua các bằng chứng GV khuyến khích HS áp dụng hoặc mở rộng các khái niệm

và kỹ năng trong tình huống mới và có thể yêu cầu HS trình bày chi tiết hoặc tiến hành khảo sát bổ sung để củng cố các kỹ năng mới

- Giai đoạn đánh giá

Ở giai đoạn này, GV có thể đánh giá thông qua quá trình làm việc, hoạt động nhóm nhỏ Có thể thực hiện bằng buổi tự đánh giá, bài viết thu hoạch, bài tập trắc nghiệm, hỏi đáp nhanh hoặc các sản phẩm Sau đó đưa ra phương hướng điều chỉnh và hỗ trợ con, giúp con đạt được mục tiêu học tập đã đề ra

Tìm hiểu mô hình 5E trong dạy học STEM tại Mỹ là cơ hội để các GV có thêm thông tin tham khảo về cách dạy học ở Mỹ và áp dụng, triển khai, là cơ sở ứng dụng để xây dựng quy trình dạy học theo định hướng giáo dục STEM tại Việt Nam

1.2.1.7 Các con đường giáo dục STEM cho học sinh

Hiện nay giáo dục STEM chưa được dạy như một môn học bắt buộc trong nhà trường HS biết đến và được tiếp cận với STEM có thể qua các giờ học ngoại khóa như sinh hoạt câu lạc bộ, lồng ghép vào dạy thông qua các môn khoa học hay tham gia nghiên cứu khoa học Cụ thể như:

- Giáo dục STEM thông qua hoạt động trải nghiệm

Hệ thống các trường học hiện nay ngoài các giờ học chính khóa thì còn thành lập ra các câu lạc bộ Đây là nơi HS có thể lựa chọn các môn học ngoại khóa phù hợp với đam

mê và khả năng của mình Các câu lạc bộ được thành lập ra là nơi để HS giải tỏa những giờ học trên lớp căng thẳng, không chỉ vậy đây là một sân chơi để HS tìm tòi khám phá thỏa sức sáng tạo mà không bị áp lực về điểm số Ngoài các câu lạc bộ thì các buổi thực

tập thiên nhiên rất dễ xây dựng các hoạt động trải nghiệm cho HS do các vấn đề thiên nhiên gần gũi với cuộc sống của HS và cũng là vấn đề mà HS muốn chinh phục

- Giáo dục thông qua các hoạt động nghiên cứu khoa học

Những năm gần đây, rất nhiều các cuộc thi nghiên cứu, chế tạo đã diễn ra ở nhiều

độ tuổi khác nhau Có thể kể đến các cuộc thi khoa học kỹ thuật cho HS, ngày hội STEM, gần đây còn có “Ngày hội Robothon và Wecode Quốc gia 2018” Những minh chứng đấy cho thấy rằng đây là một cơ hội tốt để có thể đưa STEM đến HS Tuy nhiên, các cuộc thi này chỉ dành cho các HS thực sự có năng lực, ham mê tìm tòi, khám phá, có kỹ thuật giải quyết vấn đề Đây vừa là cuộc thi với mong muốn tìm được các sản phẩm sáng tạo phục vụ đất nước, vừa là sân chơi để cho các HS có thể thỏa sức đam mê sáng tạo, nghiên cứu, tìm tòi cái mới Hơn nữa việc lan tỏa các cuộc thi đến đông đảo người học

có tác dụng kích thích họ có nhu cầu học tập và tìm hiểu định hướng giáo dục STEM

- Giáo dục STEM thông qua các môn học STEM

Việc dạy độc lập các môn khoa học không đem lại hiệu quả cao trong học tập khi

mà với mỗi môn học chỉ cung cấp kiến thức của môn học đó Khi đó, HS có thể nắm vững kiến thức từng môn học, tuy nhiên sẽ gặp phải những khúc mắc trong giải quyết các vấn đề thực tiễn Để khắc phục những thiếu sót của dạy học truyền thống và dựa trên mối liên hệ giữa các môn khoa học, công nghệ, kỹ thuật, toán học thì giáo dục STEM như một làn gió mới cung cấp cho HS các kiến thức liên môn và tăng khả năng

tư duy sáng tạo để nâng cao năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho HS

Với mong muốn các môn học thuộc lĩnh vực STEM được triển khai rộng rãi trong nhà trường để tất cả HS không phân biệt độ tuổi, giới tính, trình độ, hoàn cảnh gia đình,… đều được học tập trong môi trường sáng tạo, chiếm lĩnh tri thức thông qua thực hành, thí nghiệm, góp phần phát triển năng lực cốt lõi và năng lực đặc thù môn học

STEM

1.2.1.8 Phân loại STEM

STEM là giải pháp giáo dục của nhiều quốc gia, nghiên cứu về phân loại STEM

có vai trò quan trọng trong mỗi chủ đề STEM khác nhau Tuy nhiên hiện nay chưa có nhiều nghiên cứu về vấn đề này, sự phân loại dưới đây dựa theo luận án TSKH của tác giả Lê Xuân Quang [10]

Hình 1.5 Phân loại STEM

1.2.2 Năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn

1.2.2.1 Khái niệm năng lực

Howard Gardner (1999): “NL phải được thể hiện thông qua hoạt động có kết quả

và có thể đánh giá hoặc đo đạc được” [(15), tr.11]

F.E.Weinert (2001) cho rằng: “NL là những kĩ năng kĩ xảo học được hoặc sẵn có của cá thể nhằm giải quyết các tình huống xác định, cũng như sự sẵn sàng về động cơ

xã hội…và khả năng vận dụng các cách GQVĐ một cách có trách nhiệm và hiệu quả trong những tình huống linh hoạt”[(23),tr.12]

OECD (Tổ chức các nước kinh tế phát triển) (2002) đã xác định “NL là khả năng cá nhân đáp ứng các yêu cầu phức hợp và thực hiện thành công nhiệm vụ trong một bối cảnh cụ thể” [(18), tr.12]

Phân loại STEM

Phân loại dựa trên khía

Không phải vận dụng kiến thức cả bốn lĩnh vực STEM để giải quyết vấn đề.

Phân loại dựa trên khía cạnh phạm vi kiến thức để giải quyết vấn đề STEM

STEM cơ bản:

Xây dựng trên cơ

sở kiến thức thuộc phạm vi các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trong chương trình giáo dục phổ thông Các sản phẩm STEM này thường đơn giản, chủ đề giáo dục STEM bám sát nội dung sách giáo khoa và thường được xây dựng trên

cơ sở các nội dung thực hành, thí nghiệm trong chương trình giáo dục phổ thông.

STEM mở rộng:

Những kiến thức nằm ngoài chương trình sách giáo khoa

và người học phải

tự tìm hiểu, nghiên cứu Sản phẩm STEM của loại hình này có độ phức tạp cao hơn Các chủ đề thường được xây dựng trên cơ sở các nội dung mang tính

bổ sung, mở rộng chương trình giáo dục phổ thông.

Phân loại dựa vào mục đích dạy học

STEM dạy kiến thức mới:

Xây dựng trên

cơ sở kết nối kiến thức của nhiều môn học khác nhau mà

HS chưa được học (hoặc được học một phần) HS sẽ vừa giải quyết được vấn đề

và vừa lĩnh hội được tri thức mới.

STEM vận dụng:

Xây dựng trên

cơ sở những kiến thức HS

đã được học STEM dạng này sẽ bồi dưỡng cho HS năng lực vận dụng lí thuyết vào thực tế Kiến thức lí thuyết được củng cố và khắc sâu.

Như vậy có thể hiểu một cách ngắn gọn năng lực là khả năng vận dụng tất cả những yếu

tố chủ quan mà bản thân có sẵn hoặc được hình thành qua học tập để giải quyết các vấn

đề trong học tập, công tác và cuộc sống

1.2.2.2 Khái niệm năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn

Theo Từ điển Tiếng Việt, vận dụng là đem tri thức vận dụng vào thực tiễn [9]

Theo tác giả Phan Thị Thanh Hội và Nguyễn Thị Tuyết Mai: “Vận dụng kiến thức

vào thực tiễn là quátrình đem tri thức áp dụng vào những hoạt động của con người nhằm tạo ra những điều kiện cần thiết cho sự tồn tại và phát triển của xã hội”[4]

Theo tác giả Nguyễn Công Khanh, Đào Thị Oanh: “NLVDKT là khả năng của bản thân người học tựgiảiquyết những vấn đề đặt ra một cách nhanh chóng và hiệu quả bằng cách áp dụng kiến thức đã lĩnh hội vào những tình huống, những hoạt động thực tiễn để tìm hiểu thế giới xung quanh và có khả năng biến đổi nó NLVDKT thể hiện phẩm chất, nhân cách của con người trong quá trình hoạt động để thoả mãn nhu cầu chiếm lĩnh tri thức” [5]

Từ đó, trong luận văn này tôi sử dụng khái niệm năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn như sau: NLVDKT vào thực tiễn là khả năng người học phát hiện ra các vấn

đề thực tiễn và huy động các kiến thức, kỹ năng hoặc tìm tòi, khám phá những kiến thức

để giải quyết các vấn đề thực tiễn một cách hiệu quả nhất

1.2.2.3 Cấu trúc năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn

Bảng 1.1: Biểu hiện các tiêu chí của NLVDKT vào thực tiễn[4]

Phát hiện được vấn đề thực

tiễn

- HS nhận diện được vấn đề thực tiễn, nhận ra được những mâu thuẫn phát sinh từ vấn đề, có thể đặt được câu hỏi có vấn đề

Huy động được kiến thức liên

quan đến vấn đề thực tiễn và

đề xuất được giả thuyết

- HS phân tích làm rõ nội dung của vấn đề

- Huy động được các kiến thức liên quan và thiết lập các mối quan hệ giữa kiến thức đã học hoặc kiến thức cần tìm hiểu với vấn đề thực tiễn

- Đề xuất được giả thuyết khoa học

- HS thu thập, lựa chọn và sắp xếp những nội dung

Tìm tòi, khám phá kiến thức

liên quan đến thực tiễn

kiến thức liên quan đến vấn đề thực tiễn

- HS điều tra, khảo sát thực địa, làm thí nghiệm, quan sát để nghiên cứu sâu vấn đề

Thực hiện giải quyết vấn

đề thực tiễn và đề xuất vấn đề

mới

- HS giải quyết vấn đề thực tiễn dựa trên kiến thức đã học/ khám phá

- Đề xuất các ý tưởng mới về vấn đề đó hoặc các vấn

đề thực tiễn liên quan

Để vận dụng kiến thức vào thực tiễn, trước hết HS cần phải hệ thống hóa các kiến thức cơ bản Khi gặp tình huống thực tiễn, người học sẽ phân tích, tổng hợp những sự kiện, vấnđề, nghiên cứu xem có thể vận dụng kiến thức nào đã học để giải quyết vấn đề đó; hoặc ngược lại, khi dạy học một bài học hay một kiến thức vật lí, GV khơi gợi cho HS để HS nhận ra được rằng, trong đời sống hằng ngày, kiến thức đang học sẽ vận dụng vào thực tiễn như thế nào? Ứng dụng vào nghề gì? Ngành gì? Muốn vậy, HS phải có khả năng phát hiện, phân tích, liên hệ thực tiễn, xử lí tình huống thực tiễn để phát triển được NLVDKT vào thực tiễn [2].

Từ sự phân tích biểu hiện các tiêu chí NLVDKT vào thực tiễn [2], [4]; trên cơ cở tiếp thu và phân tích các biểu hiện của HS, tôi đưa ra bảng rubrics đánh giá năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn (bảng 1.2)

Bảng 1.2 Rubrics đánh giá năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn

đề thực tiễn

Phát hiện được vấn

đề thực tiễn; hiểu rõ bản chất của vấn đề;

phân tích rõ ràng, chính xác vấn đề đó

Trình bày được một

số nội dung liên quan đến vấn đề thực tiễn

Phát hiện chính xác vấn đề thực tiễn; hiểu rõ bản chất của vấn đề; phân tích rõ ràng, chính xác vấn

đề đó

Chỉ ra được mâu thuẫn trong vấn đề

Xây dựng được các câu hỏi có vấn đề

Chưa xác định và huy động được các kiến thức liên quan

Đã xác định được một số kiến thức liên quan đến vấn đề thực tiễn

Thiết lập mối quan

hệ giữa các kiến thức liên quan với vấn đề thực tiễn

Đã xác định được một số kiến thức liên quan đến vấn đề thực tiễn

Thiết lập mối quan

hệ giữa các kiến thức liên quan với vấn đề thực tiễn

Đề xuất được giảthuyết khoa học

đề xuất được phương án để chứng minh giả thuyết

Đề xuất được một số phương án tìm tòi, khám phá kiến thức

để chứng minh giả thuyết

Đề xuất được một số phương án tìm tòi, khám phá kiến thức

để chứng minh giả thuyết

Lựa chọn phương pháp tối ưu nhất và thiết kế các hoạt động, thực hành, thí nghiệm,… để chứng minh giả thuyết

Đã đưa ra một số đề xuất mang tính khả thi, đề ra các biện pháp kiểm chứng giả thuyết nhưng chưa thực hiện giải quyết vấn đề

Đề xuất được các biện pháp hợp lí; thực hiện giải quyết vấn đề thực tiễn hiệu quả và đề xuất được vấn đề mới

1.2.2.4 Mối liên hệ giữa dạy học theo định hướng giáo dục STEM và phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn

Việc ứng dụng mô hình giáo dục STEM cho HS là cách tốt nhất để người học lĩnh hội tri thức thông qua thực hành, thí nghiệm; giáo dục STEM dựa trên các ứng dụng thực tiễn do đó góp phần phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho HS Vận dụng lý thuyết các môn học vào thực tiễn cuộc sống là mục tiêu quan trọng trong dạy học cho HS trong nhà trường Vận dụng kiến thức lý thuyết các môn học vào thực tiễn cuộc sống không chỉ thể hiện ở chỗ HS có kĩ năng để giải quyết các vấn đề liên quan đến nội dung bài học mà còn giải quyết các vấn đề đa dạng thực tiễn cuộc sống theo nguyên tắc giáo dục “học đi đôi với hành, lí thuyết gắn với thực tiễn, nhà trường gắn liền với xã hội” Như vậy phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn là mục tiêu của giáo dục STEM để tạo ra thế hệ HS có khả năng phân tích, giải

thích và ứng dụng thực tế trên cơ sở các môn học trong nhà trường

1.3 CƠ SỞ THỰC TIỄN

1.3.1 Thực trạng dạy học Sinh học theo định hướng giáo dục STEM

Chúng tôi tiến hành điều tra GV Sinh học THPT đang là học viên cao học K27, Khoa Sinh học, trường Đại học Sư phạm Hà Nội về thực trạng dạy học theo định hướng giáo dục STEM ở các khía cạnh: Mức độ hiểu biết của về STEM; Mức độ quan tâm đến giáo dục STEM; Tầm quan trọng của giáo dục STEM; Một số khó khăn gặp phải khi dạy học theo định hướng giáo dục STEM

- Số phiếu phát ra: 27

- Số phiếu thu về: 27

- Số phiếu trắng: 2

- Số phiếu thực thu: 25

1.3.1.1 Khảo sát mức độ hiểu biết của GV về STEM

Nghiên cứu điều tra về sự hiểu biết của GV về STEM thông qua các thuật ngữ: STEM, Giáo dục STEM, Ngày hội STEM, Nghề nghiệp STEM, Nhân lực STEM, Cuộc thi Robotics,… ở các tiêu chí “Đã nghe đến” và “Chưa nghe đến” thu được kết quả như bảng sau:

Bảng 1.3 Mức độ hiểu biết của GV về giáo dục STEM

Các khái niệm

Số lượng Tỉ lệ phần trăm Số lượng Tỉ lệ phần trăm

Hình 1.6 Mức độ hiểu biết của GV về giáo dục STEM

Kết quả bảng 1.3 cho thấy, hầu hết các GV đều đã nghe đến STEM (96%) và giáo dục STEM (88%); phần lớn các GV đã nghe đến ngày hội STEM (68%), cuộc thi robotic (60%); tuy nhiên đối với nghề nghiệp STEM và nhân lực STEM thì số lượng

GV biết đến ít hơn (48%, 42%) Như vậy, giáo dục STEM ngày càng phổ biến và có sức hút đối với không ít GV Đây là cơ sở quan trọng cho việc đưa ra đề xuất dạy học môn Sinh học theo định hướng giáo dục STEM

1.3.1.2 Khảo sát mức độ quan tâm của GV đến giáo dục STEM

Nhân lực STEM Cuộc thi Robotic

Khảo sát mức độ hiểu biết của giáo viên về STEM

Đã nghe đến Chưa nghe đến

Bảng 1.4 Mức độ quan tâm của GV đến giáo dục STEM

Không

quan tâm

Mới chỉ nghe nói đến

Rất muốn tìm hiểu

Đang tìm hiểu

Đang nghiên cứu về STEM

Hình 1.7 Mức độ quan tâm của GV đến giáo dục STEM

Kết quả điều tra cho thấy, có 12% GV mới chỉ nghe nói đến STEM do giáo dục STEM chưa được triển khai vào trong trường học và cũng chưa có tài liệu chính thống nào nói về giáo dục STEM.88% GV còn lại đều rất quan tâm đến giáo dục STEM, trong

số đó có một số GV đang nghiên cứu về STEM (16%), 7% GV đang dạy về STEM Tuy mới chỉ một số lượng nhỏ GV đang dạy về STEM nhưng với số lượng quan tâm rất lớn của GV như vậy là một tín hiệu đáng mừngvề tương lai phát triển giáo dục STEM tại Việt Nam

1.3.1.3 Khảo sát mức độ đánh giá của GV về tầm quan trọng của giáo dục STEM

Bảng 1.5 Đánh giá của GV về tầm quan trọng của giáo dục STEM

Kết quả khảo sát mức độ quan tâm của giáo

viên đến giáo dục STEM

Kết quả 10 12 3

Hình 1.8 Mức độ đánh giá của GV về tầm quan trọng của giáo dục STEM

Theo kết quả điều tra cho thấy 88% GV đều cho rằng giáo dục STEM rất quan trọng (40%) và quan trọng (48%) Chỉ có 3 GV tương ứng với 12% cho rằng giáo dục STEM không quan trọng do chưa được tiếp xúc với giáo dục STEM, cách thức dạy học theo định hướng STEM nên chưa biết được những tác động tích cực đối với người học

mà nó đem lại Bảng 1.6 dưới đây là một số lí do các GV đưa ra khi đánh giá tầm quan trọng của giáo dục STEM

Bảng 1.6 Một số lí do đánh giá tầm quan trọng của giáo dục STEM

Không có thời gian chuẩn bị Khó khăn trong việc dạy tích hợp Khó tổ chức lớp học, khó quản lý HS

1.3.1.4 Khảo sát đánh giá của GV về vai trò của giáo dục STEM

Bảng 1.7 Đánh giá của GV về vai trò của giáo dục STEM

Dễ dàng tổ chức trong việc tổ chức các hoạt động dạy học 11 44%

Hình 1.9 Đánh giá của GV về vai trò của giáo dục STEM

Một định hướng giáo dục mới sẽ tạo hứng thú cho HS, đó là lý do mà đại đa số

GV (92%) đã đưa ra khi được hỏi về vai trò của giáo dục STEM Ngoài ra, các GV cho rằng giáo dục STEM có rất nhiều vai trò quan trọng đối với người học như: tính tương tác cao; thông qua các mô hình STEM học sinh dễ quan sát; giảm thiểu việc học chay, nâng cao chất lượng môn học; các GV đang nghiên cứu và đã dạy STEM (68%) còn cho rằng dạy học theo định hướng giáo dục STEM sẽ phát huy tính sáng tạo của HS mà ít phương pháp dạy học hiện nay có thể làm được điều này

Giảm thiểu việc học chay, nâng cao chất lượng môn học

Dễ dàng trong việc tổ chức các hoạt động dạy học

Phát huy tính sáng tạo của học sinh

Tiết kiệm thời gian cho giáo viên

Lý do khác

Đánh giá của Giáo viên về vai trò của giáo dục STEM

Số lượng

1.3.1.5 Khảo sát các nguyên nhân gây khó khăn cho giáo dục STEM

Bảng 1.8 Các nguyên nhân gây khó khăn cho giáo dục STEM

Tỉ

lệ %

Số lượng

Tỉ

lệ %

Số lượng

Tỉ

lệ %

Số lượng

Tỉ

lệ %

Số lượng

Tỉ

lệ % Điều kiện

Hình 1.10 Các nguyên nhân gây khó khăn cho giáo dục STEM

Kết quả điều tra cho thấy có rất nhiều khó khăn gặp phải khi GV tiếp cận với định hướng giáo dục STEM: điều kiện cơ sở vật chất chưa đáp ứng; khó tìm kiếm các

tư liệu dạy học; không có thời gian chuẩn bị để thực nghiệm; trình độ CNTT của GV còn hạn chế; thiếu tài liệu tham khảo về các thí nghiệm thực hành; khó tổ chức các hoạt động dạy học; HS chưa tích cực, chủ động; kỹ năng thực hành, thí nghiệm của HS còn hạn chế; kỹ năng tìm kiếm thông tin còn hạn chế Lý do mà nhiều GV gặp phải nhất đó

là khó tìm kiếm nguồn tư liệu chính thống về giáo dục STEM (12% không đồng ý, 32% rất đồng ý, 16% hoàn toàn đồng ý) và thiếu tài liệu tham khảo các thí nghiệm thực hành

tư liệu dạy học

Không có nhiều thời gian chuẩn bị

để thực nghiệm

Trình độ CNTT của GV còn hạn chế

Thiếu tài liệu tham khảo về các thí nghiệm thực hành

Khó tổ chức các hoạt động dạy học

Học sinh chưa tích cực chủ động

Kỹ năng thực hành, thí nghiệm của HS còn hạn chế

Kỹ năng tìm kiếm thông tin còn hạn chế

Khảo sát các nguyên nhân gây khó khăn cho

giáo dục STEM

Tiểu kết chương 1

Trong chương này, chúng tôi đã hệ thống lại cơ sở lí luận và thực tiễn của dạy học Sinh học theo định hướng giáo dục STEM, có thể tóm tắt lại các ý chính như sau: Giáo dục STEM trên thế giớiđã được nhiều nhà nghiên cứu, các tổ chức và các nước nghiên cứu và triển khai thực hiện Ở Việt Nam STEM vẫn còn mới lạ còn hạn chế thực hiện vì đội ngũ GV và cơ sở vật chất chưa thật sự đáp ứng Nhiềunhà giáo dục vẫn luôn mong muốn giáo dục STEM là một môn học chính khóa trong nhà trường để HS được học tập thông qua chính các trải nghiệm và giải quyết vấn đề nhờ các kiến thức liên môn Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học

Chúng tôi đã lựa chọn nghiên cứu một số nội dung làm cơ sở lí luận của đề tài ở như: Khái niệm STEM; giáo dục STEM; phân loại STEM; mục tiêu của giáo dục STEM; mối liên hệ giữa các môn học STEM; mối liên hệ giữa giáo dục STEM và phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn

Ngoài ra, thông qua khảo sát 27 GV hiện đang học cao học tại khoa Sinh học về STEM

và giáo dục STEM cũng bước đầu cho thấy thực trạng dạy học môn Sinh học ở trường phổ thông và nhu cầu dạy học theo định hướng giáo dục STEM

CHƯƠNG 2: DẠY HỌC SINH HỌC 10 THPT THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO

DỤC STEM

THPT

2.1.1 Mục tiêu môn Sinh học 10 THPT

Sau khi học xong chương trình Sinh học 10 THPT, HS có khả năng:

 Về kiến thức:

- Phát biểuđược các khái niệm: giới, cacbohidrat, lipid, protein, acid nucleic, acid ribonucleic, tế bào, năng lượng, enzim, hô hấp tế bào, quang hợp, chu kì tế bào, vi sinh vật, hô hấp và lên men, virus, bệnh truyền nhiễm và miễn dịch

- Trình bày được cấu tạo và chức năng của các nguyên tố hóa học, màng sinh chất, các bào quan trong tế bào, enzim

- Mô tả được các hình thức vận chuyển các chất qua màng sinh chất; quá trình hô hấp

tế bào; quá trình chuyển hóa vật chất;các pha của quang hợp; quá trình nguyên phân, giảm phân; quá trình tổng hợp và phân giải các chất ở vi sinh vật; quá trình sinh trưởng của vi sinh vật; chu trình nhân lên của virus

- Trình bày ứng dụng của virus trong thực tiễn, ứng dụng của vi sinh vật trong đời sống Lấy được các ví dụ minh họa

- Phân biệt được tế bào nhân sơ và tế bào nhân thực; tế bào thực vật và tế bào động vật; các hình thức vận chuyển các chất trong tế bào; hô hấp và lên men

- Giải thích được cơ chế vận chuyển các chất qua màng sinh chất

- Phân tích được mối quan hệ giữa hô hấp và quang hợp, đồng hóa và dị hóa

- Vận dụng giải thích một số hiện tượng thực tiễn như: nước đá nổi trên nước thường, hiện tượng thường xuyên rửa rau sống bằng nước muối trước khi ăn, chẻ cọng rau muống ngâm vào nước sẽ có hiện tượng cong lại, bệnh virus thường khó chữa trị,…

 Về kĩ năng:

- Kĩ năng học tập: tự học, hợp tác, thuyết trình, vẽ sơ đồ,lập bảng, sơ đồ, biểu đồ,

- Kĩ năng sinh học: thí nghiệm, quan sát các hiện tượng, thiết kế mô hình,…

- Kĩ năng tư duy: phân tích, so sánh, tổng hợp, khái quát hóa, trừu tượng hóa, hệ thống

- Kĩ năng sử dụng công nghệ thông tin: tra cứu, tim kiếm nguồn tài liệu,

 Về thái độ:

- Yêu thích môn học

- Ham mê khám phá và giải thích các hiện tượng tự nhiên

- HS có ý thức và hành vi bảo vệ sức khỏe bản thân và gia đình, bảo vệ môi trường sống, có mong muốn đem hiểu biết của mình phục vụ cuộc sống, lao động

- HS xây dựng được niềm tin vào khoa học, vào khả năng con người có thể nhận thức

và cải tạo thiên nhiên bằng cách xây dựng những biện pháp kỹ thuật để tăng năng suất cây trồng vật nuôi , đưa nền sản xuất nông nghiệp Việt Nam hiện đại hơn, tiên tiến hơn

d Năng lực hướng tới:

- Năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn

- Năng lực nghiên cứu Khoa học

- Năng lực tự học

- Năng lực giải quyết vấn đề

- Năng lực hợp tác

2.1.2 Cấu trúc nội dung môn Sinh học 10 THPT

Môn Sinh học học THPT được cấu trúc thành 3 phầnvới thời thời lượng là 35 tiết Nội dung môn Sinh học 10 đề cập đến các cấp độ tổ chức sống từ thấp đến cao; cấu trúc chức năng của tế bào; cấu tạo, vai trò và ứng dụng của vi sinh vật và virus trong thực tiễn

Bảng 2.1 Cấu trúc, nội dung môn Sinh học 10