Phát triển kỹ năng toán học trong giáo dục STEM cho học sinh thông qua dạy học hình học lớp 10

Theo chương trình giáo ục phổ thông tổng thể mới nêu rõ: “Mô To ở rường phổ thông góp phần hình thành và phát triển phẩm chất, nhân cách học sinh; phát triển kiến thức, kỹ ă e c ốt và t

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

TRẦN THỊ THU HÀ

PHÁT TRIỂN KỸ NĂNG TOÁN HỌC TRONG GIÁO DỤC STEM CHO HỌC SINH THÔNG QUA DẠY HỌC HÌNH HỌC LỚP 10

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM TOÁN

CHUYÊN NGÀNH LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC

BỘ MÔN TOÁN

Mã số: 8 14 01 11

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Danh Nam

HÀ NỘI - 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng các kết quả trình bày trong luận văn này là không bị

trùng lặp với các luận văn trước đây Nguồn tài liệu sử dụng cho việc hoàn thành

luận văn là các nguồn tài liệu mở Các thông tin, tài liệu trong luận văn này đã được

Xác nh n của gườ hướng dẫn khoa học

PGS.TS Nguyễn Danh Nam

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Danh Nam, người đã hết sức tận tâm trong việc định hướng, chỉ đạo và giúp đỡ về mặt chuyên môn để tôi có thể hoàn thành được luận văn này

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới toàn thể các giảng viên, cán bộ trường Đại học Giáo Dục, Đại học Quốc gia Hà Nội đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại trường

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Ban giám hiệu, các thầy giáo, cô giáo và các em học sinh trường Trường Trung học phổ thông Nguyễn Trãi, tỉnh Nam Định đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi điều tra, tiến hành thực nghiệm trong quá trình nghiên cứu luận văn

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và các học viên lớp cao học Toán QH-2017-S, trường Đại học Giáo dục đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài này

Hà Nội 6 ăm 2019

T g

Trầ Thị Th Hà

DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ BIỂU ĐỒ

Bảng 4.1 Thống kê kết quả kiểm tra trước thực nghiệm 65

Bảng 4.2 Phân bố tần suất 66

Bảng 4.3 Tổng hợp các tham số thống kê 66

Bảng 4.4 Thống kê điểm số 68

Bảng 4.5 Phân bố tần suất 68

Bảng 4.6 Tổng hợp các tham số thống kê 68

Biểu đồ 4.1 Phân bố tần suất điểm số của học sinh 69

DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Quy trình 5E hướng n t ch hợp STEMError! Bookmark not defined.

Hình 1.2 Tiến trình dạy học STEM theo quy trình nghiên cứu khoa học.Error! Bookmark not defined Hình 1.3 Quy trình dạy học môn Toán theo định hướng giáo dục STEMError! Bookmark not defined.

Hình 3.1 Khu vui chơi hình tam giác 58

Hình 3.2 Nhà thờ Bùi Chu – Nam Định 58

Hình 3.3 Tháp chàm Chàm Por Klong 74

Hình 3.4 Hai vận động viên 74

Hình 3.5 Hợp lực tác dụng lên chất điểm 74

Hình 3.6 Bác Hồ tát nước chống hạn 1958 74

Hình 3.7 Vận động viên A 74

MỤC LỤC

Lời cam đoan

………

Lời cảm ơn i

Danh mục các chữ viết tắt ii

Danh mục bảng và biểu đồ iii

Danh mục các hình iv

MỞ ĐẦU 1

1.Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đ ch nghiên cứu 3

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 3

4 Đối tượng và khách thể nghiên cứu 3

4.1 Đối tượng nghiên cứu 3

4.2 Khách thể nghiên cứu 4

4.3 Phạm vi nghiên cứu 4

5 Giả thuyết khoa học 4

6 Phương pháp nghiên cứu 4

7 Đóng góp của đề tài 4

8 Cấu trúc luận văn 4

CHƯƠNG 1 6

CƠ SỞ LÝ LUẬN 6

1.1 Lịch sử vấn đề nghiên cứu 6

1.1.1 Giáo dục STEM trên thế giới 6

1.2.2 Khái niệm STEM 12

1.2.3 Giáo dục STEM 15

1.2.5 Mục tiêu giáo dục STEM 17

1.2.6.Phân loại STEM 20

1.3 Dạy học môn Toán theo định hướng giáo dục STEM 21

1.3.1 Đặc trưng của dạy học môn Toán theo định hướng giáo dục STEM 21

1.4 Các kỹ g to học 22

Kết luận chương 1 30

CHƯƠNG 2 32

CƠ SỞ THỰC TIỄN 32

2.1 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn 32

2.1.1 Thực trạng thiết kế và tổ chức ạy học môn Toán lớp 10 theo định hướng giáo ục STEM 32

2.1.2.Thực trạng học tập của HS lớp 10 trong dạy học Toán theo định hướng giáo dục STEM 38

2.2 Phân tích nội ung chương trình Hình học lớp 10 41

2.2.1 Khái quát chương trình Hình học lớp 10 41

2.2.2 Cấu trúc nội dung Hình học lớp 10 41

Kết luận chương 2 44

CHƯƠNG 3 45

THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ CHỦ ĐỀ HÌNH HỌC 45

LỚP 10 NHẰM PHÁT TRIỂN KỸ NĂNG TOÁN HỌC TRONG GIÁO DỤC STEM 45

3.1.Quy trình thiết kế chủ đề giáo dục STEM trong dạy học môn Toán 45

3.2 Thiết kế một số chủ đề giáo dục STEM nhằm phát triển kỹ năng Toán học (Hình học lớp 10) 47

3.2.1 Chủ đề : Vectơ và các phép toán vectơ (chương trình Hình học 10 ban cơ bản) 47

3.3 Một số biện pháp sư phạm phát triển kỹ năng Toán học trong giáo

dục STEM 56

3.3.1 Biện pháp 1: Khai thác khả năng gợi động cơ từ các tình huống trong thực tiễn để gây hứng thú cho học sinh 56

Gợi động cơ là một trong những khâu quan trọng của quá trình DH nhằm kích thích hứng thú học tập cho HS Gợi động cơ không phải là chỉ đơn thuần là việc vào bài, việc đặt vấn đề một cách hình thức mà phải giúp biến những mục tiêu sư phạm thành mục tiêu của cá nhân HS nhằm tạo ra động lực bên trong thúc đẩy HS hoạt động Do đó, việc gợi động cơ có thể giúp HS thấy được ý nghĩa, sự cần thiết phải học khái niệm, định lí, quy tắc, phương pháp, bài tập đó 57

b) Quy trình thực hiện biện pháp 57

Bước 1: Tìm hiểu kĩ nội dung toán học và tình huống trong thực tiễn 57

Hình 3.6 57

Hình 3.7 58

Hình 3.8 58

Hình 3.9 58

3.3.2 Biện pháp 2: Tăng cường hoạt động củng cố theo hướng khai thác các ứng dụng của môn Toán vào các bộ môn khoa học khác 59

CHƯƠNG 4 64

4.1 Mục đ ch thực nghiệm 64

4.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 64

4.3.Phương pháp thực nghiệm sư phạm 64

4.4 Kế hoạch và nội dung thực nghiệm sư phạm 65

4.4.1 Kế hoạch thực nghiệm 65

4.4.2 Đối tượng thực nghiệm 65

Bảng 4.1.Thống kê kết quả kiểm ra rước thực nghiệm 65

Bảng 4.2.Phân bố tần suất 66

Bảng 4.3.Tổng hợp các tham số thống kê 66

4.4.3 Hình thức thực nghiệm 66

4.5 Đánh giá kết quả thực nghiệm 66

4.5.1 Đánh giá định tính 66

4.5.2 Đánh giá định lượng 68

Bảng 4.4 Thố kê điểm số 68

Bảng 4.5 Phân bố tần suất 68

Bảng 4.6 Tổng hợp các tham số thống kê 68

Biểu đồ 4.1 Phân bố tần suấ điểm số của học sinh 69

Kết luận chương 4 70

KẾT LUẬN CHUNG 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

PHỤ LỤC 1

PHỤ LỤC 1 1

MỞ ĐẦU 1.Lý do chọ đề tài

Không chỉ ở Việt Nam mà nhiều nước đang phát triển trong khu vực và trên thế giới đều phải đối mặt với những thách thức lớn về sự thiếu hụt lao động có trình độ cao và kỹ năng chuyên nghiệp để đáp ứng được nhu cầu đặt

ra từ cuộc Cách mạng công nghiệp 4.0 Vấn đề đặt ra không chỉ với nền giáo dục Việt Nam mà của cả thế giới là làm thế nào để đào tạo ra nguồn nhân lực chất lượng cao để đáp ứng nhu cầu phát triển Trong đó việc đổi mới nội ung, chương trình, phương pháp ạy học, phương pháp kiểm tra, đánh giá đang được Đảng và Nhà nước đặc biệt quan tâm

Theo chương trình giáo ục phổ thông tổng thể mới nêu rõ: “Mô To

ở rường phổ thông góp phần hình thành và phát triển phẩm chất, nhân cách học sinh; phát triển kiến thức, kỹ ă e c ốt và tạo cơ ội để học sinh được trải nghiệm, áp dụng toán học vào đời sống thực tiễn; tạo dựng sự kết nối giữa c c ý ưởng toán học, giữa Toán học với thực tiễn, giữa Toán học với các môn học k c đặc biệt với các môn học lĩ vực giáo dục STEM”[2]

Nghị quyết số 29-NQ/TW ngày 04 tháng 11 năm 2013 của Hội nghị lần

thứ tám Ban Chấp hành Trung ương khóa XI đã nêu rõ:“P riển giáo dục

và đào ạo là â cao dâ rí đào ạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài Chuyển mạnh quá trình giáo dục từ chủ yếu trang bị kiến thức sang phát triển toàn diện phẩm chấ và ă lực ười học Học đi đôi với hành; lí luận gắn với thực tiễn; giáo dục à rường kết hợp với giáo dục ia đì và i o dục xã hội” [1]

Hiện nay phương pháp ạy học phổ biến trong các trường phổ thông là phương pháp ạy học truyền thống GV là người thuyết trình, diễn giảng, là

“kho tri thức sống”, nguồn cung cấp thông tin và có uy quyền tuyệt đối HS là người nghe, ghi chép và suy nghĩ theo, khả năng thực hành Do vậy nguồn

phương pháp ạy học tích cực nhằm phát triển năng lực cho người học ví dụ như: ạy học trải nghiệm sáng tạo, dạy học dự án, dạy học tích hợp… Tuy nhiên, không có phương pháp nào là chìa khóa vạn năng mà GV nên kết hợp giữa các phương pháp nhằm đạt được “sản phẩm đầu ra” tốt nhất

Thuật ngữ STEM là tên viết tắt của bốn từ: Science (Khoa học), Techology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật) và Mathematics (Toán học) STEM là một chương trình giảng dạy dựa trên ý tưởng trang bị cho người học những kiến thức, kỹ năng liên quan đến khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học theo cách tiếp cận liên môn và người học có thể áp dụng để giải quyết vấn

đề trong cuộc sống hàng ngày [12]

Giáo dục STEM không phải là để học sinh trở thành những nhà toán học, nhà khoa học, kỹ sư hay những kỹ thuật viên mà là phát triển cho học sinh các

kỹ năng có thể được sử dụng để làm việc và phát triển trong thế giới công nghệ hiện đại ngày nay Kỹ năng STEM được hiểu là sự tích hợp, lồng ghép hài hòa từ bốn nhóm kỹ năng: Kỹ năng khoa học, kỹ năng công nghệ, kỹ năng

kỹ thuật và kỹ năng toán học [12]

Giáo dục STEM đang được nhiều nước trên thế giới áp dụng Nó là một

xu hướng phù hợp với bối cảnh toàn cầu hóa, hội nhập quốc tế sâu rộng của Việt Nam Trong những năm gần đây, sự xuất hiện của giáo dục STEM đã thổi một làn gió mới vào công cuộc cải cách giáo dục của nước ta Do điều kiện cơ sở vật chất cũng như nguồn lực các GV cho giáo dục STEM còn khá hiếm nên giáo dục STEM mới chỉ mang tính thử nghiệm ở một số trường học,các tỉnh khác nhau Tuy nhiên, giáo dục STEM với nhiệm vụ đào tạo nguồn nhân lực của thế kỷ 21 sẽ là mô hình giáo dục cho tương lai toàn cầu Trong chương trình hình học lớp 10 có ba chương gồm: vecto, tích vô hướng của hai vecto và ứng dụng, phương pháp tọa độ trong mặt phẳng Vecto và tích vô hướng của hai vecto là một phần mới so với học sinh chuyển

từ lớp 9 lên lớp 10, các em còn nhiều bỡ ngỡ, không hứng thú khi học lý

thuyết phần này Có rất nhiều ứng dụng trong thực tế của vecto, t ch vô hướng của hai vecto chẳng hạn như đo khoảng cách giữa hai cây ở hai bên kia bờ sông, tính vận tốc và hướng đi của thuyền dựa vào phép cộng vecto, xây một gara ô tô, hay dựa vào định lý cosin để tính công của lực đẩy trong vật lý…

Với những lý do trên, tác giả chọn đề tài: “Phát triển kỹ g Toán học trong giáo dục STEM cho học sinh thông qua dạy học hình học lớp 10”

2 Mụ đí h gh ê ứu

Mục đ ch nghiên cứu của luận văn là:

 Tổng hợp cơ sở lý luận về dạy học môn Toán theo định hướng giáo dục STEM

 Vận dụng các kỹ năng toán học trong giáo dục STEM cho học sinh thông qua hình học lớp 10

 Đánh giá thực trạng dạy học STEM trong các trường phổ thông hiện nay

 Đề xuất các biện pháp sư phạm phát triển các kỹ năng toán học cho học sinh thông qua dạy học hình học lớp 10

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

 Nghiên cứu cơ sở lý luận của giáo dục STEM

 Nghiên cứu chương trình Toán học phổ thông, đặc biệt là hình học lớp 10, đồng thời nghiên cứu thực trạng giáo dục STEM ở nước ta hiện nay

 Đề xuất biện pháp sư phạmphát triển kỹ năng Toán học cho học sinh

 Qua thực nghiệm sư phạm, kiểm nghiệm tính khả thi và hiệu quả của

đề tài để áp dụng vào giảng dạy

4 Đố tượng và khách thể nghiên cứu

4.1 Đối tượng nghiên cứu

4.2 Khách thể nghiên cứu

Hoạt động dạy học phát triển kỹ năng toán học trong giáo dục STEM cho học sinh

4.3 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu kỹ năng Toán học trong giáo dục STEM cho học sinh trong

chương trình hình học lớp 10 ở trường trung học phổ thông

5 Gi thuyết khoa học

Nếu đề xuất được các biện pháp sư phạm tổ chức dạy học các chủ đề giáo dục STEM thông qua dạy học Hình học lớp 10 thì sẽ phát triển kỹ năng toán học cho học sinh, góp phần nâng cao chất lượng dạy và học môn Toán

6 Phươ g ph p gh ê ứu

 P ươ p p iê cứu lý luận: Nghiên cứu một số văn bản, tài liệu

liên quan đến phương pháp ạy học, giáo dục STEM, các tài liệu triết học, tâm lý học, giáo dục học và lý luận dạy học môn Toán

 P ươ p p điều tra, quan sát thực tiễn: Lập các phiếu khảo sát khả

năng rèn luyện kỹ năng toán học vào giải toán cho học sinh thông qua dạy học hình học lớp 10

 P ươ p p ực nghiệm sư p ạm: Tổ chức thực nghiệm sư phạm ở

trường THPT để kiểm chứng tính khả thi và hiệu quả của đề tài

 P ươ p p ống kê toán học: Phân tích các số liệu điều tra thực

trạng và số liệu thực nghiệm sư phạm

7 Đóng góp của đề tài

 Hệ thống hóa cơ sở lý luận về giáo dục STEM

 Các biện pháp sư phạm dạy học môn Toán theo hướng giáo dục STEM

8 Cấu trúc lu

Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, luận văn gồm 4 chương sau:

Chương 1 Cơ sở lý luận

Chương 2 Cơ sở thực tiễn

Chương 3 Thiết kế và tổ chức dạy học một số nội dung Hình học lớp 10 theo định hướng phát triển kỹ năng toán học cho học sinh

Chương 4 Thực nghiệm sư phạm

2007 – 2010 tại Mỹ có 60 bài báo khoa học liên quan trực tiếp đến giáp dục STEM được xuất bản từ 8 tạp chí nổi tiếng trong lĩnh vực giáo dục của Mỹ Với mục đ ch nghiên cứu về xu hướng giáo dục STEM, Yuan – Chung Yu và cộng sự đã tập hợp và phân tích các tài liệu về giáo dục STEM trong cơ cở dữ liệu ISI giai đoạn từ 1992 – 2013 cho thấy từ năm 2008 cho tới nay xu hướng nghiên cứu về giáo dục STEM phát triển rất mạnh, cụ thể năm 2008 có khoảng 15 bài báo thì đến năm 2013 số lượng đã tăng lên gần 100 bài báo Cũng trong giai đoạn này Mỹ là Quốc gia có nhiều nghiên cứu về giáo dục STEM nhất với 200 công trình (52%), tiếp theo đó là Anh với 36 công trình (9,35%), Hà Lan, Úc có 16 nghiên cứu (4,16%)….[12]

Vào những năm đầu 90 của thế kỷ XX đã hình thành xu hướng giáo dục mới gọi là giáo dục STEM Trong chương trình giáo ục STEM, các môn học

về khoa học công nghệ không giảng dạy độc lập mà tích hợp lại với nhau thành một môn học thông qua phương pháp giảng dạy bằng dự án, trải nghiệm, thực hành,… Tại nhiều nước châu Âu và châu Mỹ, để phát huy tối đa

sự sáng tạo của học sinh các cấp, các hội chợ khoa học (Science fair) được tổ chức thường xuyên từ cấp trường đến cấp quốc gia Bộ Giáo dục Mỹ cung cấp một chương trình STEM cơ bản chương trình chung hỗ trợ giáo dục STEM trong số đó có Ngân sách năm 2014 của Chính quyền Obama đầu tư 3,1 tỷ USD vào các chương trình liên bang về giáo dục STEM, tăng 6,7% so với

năm 2012 Nguồn vốn này để tuyển dụng và hỗ trợ GV STEM, cũng như hỗ trợ các trường trung học tập trung vào STEM

b Úc

Đã có rất nhiều chương trình và nỗ lực thiết lập cách tiếp cận quốc gia

về giáo ục STEM ở Úc Trong năm 2009, chương trình iSTEM (Invigorating STEM) được thành lập như là một chương trình làm giàu tri thức cho HS trung học ở Sy ney, Úc.Chương trình tập trung vào việc cung cấp các hoạt động cho sinh viên quan tâm và gia đình của họ trong STEM Thành công của chương trình đã n đến nhiều trường đại học và tổ chức khoa học hỗ trợ cho chương trình.Chương trình iSTEM (iSTEM.com.au) cũng tổ chức một chương trình làm giàu để đưa HS và GV vào Chương trình Học viện Không gian Hoa Kỳ (spacecamp.com.au).Sự công nhận cấp quốc gia về chương trình iSTEM bao gồm giải thưởng NSW State Engineering an Science về đổi mới trong giảng ạy Toán và khoa học và Giải thưởng Nhân quyền hàng năm của

Tổ chức GoWest

c Anh

Năm 2006, Ch nh phủ liên hiệp Vương quốc Anh đã tập hợp những chương trình riêng lẻ tồn tại trước đó để nâng cao hiệu quả của các chương trình và tạo sự thống nhất trong toàn hệ thống giáo ục Và ch nh thức triển khai chương trình giáo ục STEM trên toàn nước Anh T nh đến nay, các chương trình hỗ trợ giáo ục STEM v n được những người đứng đầu ch nh phủ nhiệm kì kế tiếp thúc đẩy và tài trợ Bước đầu, chương trình STEM quốc gia đã đạt được một số thành công nhất định, điển hình là việc uy trì trung tâm STEM quốc gia (National STEM Centre) đặt tại trường Đại học York hay cuộc thi mang tầm quôc gia về STEM cho HS (Big bang fair) Thêm vào đó,

ch nh phủ và bộ Giáo ục còn tạo ra mạng lưới các đại sứ STEM quốc gia (STEMNET).Nhờ vậy, các chương trình giáo ục STEM đã được đưa vào và

ục STEM được đẩy mạnh và phát triển thành công tại Vương quốc Anh không chỉ bởi sự ủng hộ từ chính phủ và Bộ giáo ục mà còn phải kể đến vai trò của hơn 600 tổ chức hỗ trợ giáo ục STEM điển hình như sau [2]:

 Hơn 300 đơn vị cung cấp các hoạt động STEM như: Young Engineers, Primary Engineers, STEM in schools, STEMNET…

 Hơn 50 bảo tàng, công viên, vườn thú như: Science Museum, Techniquest, Winchester Science centre…

 Khoảng 14 quỹ từ thiện như: Gatsby foundation, Wellcome Trust, Nuffiel Foun ation…

 Hơn 70 cộng đồng khoa học như: Hiệp hội hóa học, vật lý, thiên văn, sinh học…

 Các tổ chức cung cấp giáo ục như: Trường học, trường đại học, trường cao đẳng,…

 Các công ty sử ụng lao động trong các lĩnh vực STEM như: BBC, Rolls Royce…

Chính vì vậy, tính đến nay hầu hết các trường phổ thông tại nước Anh đều đã có các CLB STEM hoạt động hàng tuần như một hoạt động ngoại khóa tự chọn Hiện nay, việc ạy học định hướng STEM cũng được nhiều trường áp ụng tại Anh, tuy nhiên, do việc HS hết cấp hai sẽ phải trải qua kì thi quốc gia GCSE nên việc đưa các nội dung không liên quan đến thi cử sẽ bị một số hạn chế nhất định Điểm này có sự tương đồng nhất định với hệ thống giáo ục tại Việt Nam Tuy nhiên, các chương trình về khoa học, toán, thiết

kế và công nghệ, khoa học máy tính đều đã được giảng ạy theo định hướng STEM tại Anh

1.1.2 Giáo dục STEM ở Việt Nam

Tại Việt Nam có nhiều công trình nghiên cứu về cơ sở lý luận giáo ục STEM như:

Lê Xuân Quang (2017) với đề tài “Dạy ọc môn Công ệ p ổ thông

theo đị ướ giáo dục STEM” Tác giả đã trình bày được các khái niệm về

giáo ục STEM, quy trình thiết kế STEM, các con đường giáo ục STEM cho học sinh và ạy học môn Công nghệ trong giáo ục STEM

Đỗ Thị Thanh Hải (2018) với đề tài “ Tổ c ức hoạ độ dạy ọc STEM

về dòng điệ xoay c iều (Vậ lý 12) ằm phát riể ă lực iải quyế vấ

đề cho ọc si ” Tác giả thiết kế một số chủ đề về dòng điện xoay chiều theo

định hướng giáo ục STEM, đồng thời phân tích và làm rõ thực trạng ạy học STEM

Đề tài “ Xây dự mộ số tình uố dạy ọc môn Toán theo đị ướ

tích ợp STEM” của Đoàn Thị Linh (2018) Tác giả đã trình bày về quy trình

thiết kế và tổ chức ạy học STEM Thiết kế chủ đề về bài toán hình học không gian trong chương trình môn Toán lớp 11 theo định hướng giáo ục STEM

Tháng 2 năm 2016, Hội đồng Anh kết hợp với Bộ Giáo ục và đào tạo tổ chức giai đoạn 4 của ự án – rà soát và đánh giá phương pháp giáo ục theo định hướng STEM (khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán) tại 15 trường THCS và THPT thuộc Hà Nội có 6 trường, Hải Phòng gồm 2 trường, Hải

Dương 3 trường, Nam Định 1 trường, Quảng Ninh 1 trường

Hiện tại, thành phố Hà Nội có hàng nghìn lượt học sinh theo học các khóa học STEM hàng năm tại trường học theo hình thức môn học tự chọn mô hình CLB và môn học ch nh khóa cũng như theo học tại các trung tâm của Học viện STEM Các em học sinh theo học các khóa học áp ụng phương pháp giáo ục STEM không chỉ đạt được những thành t ch cao trong các kỳ thi WECODE Quốc gia, Quốc tế (liên tục hàng năm đạt giải như Vô địch Quốc tế năm 2015 của học sinh trường PTCS FPT; Giải vô địch năm 2016 của học sinh lớp 2 trường TH Đoàn Thị Điểm,…)

Năm 2012 là năm đầu tiên Đà Nẵng tham gia th điểm đưa môn học STEM Robotics vào môn học tự chọn trong các trường tiểu học trọng điểm của thành phố và cũng bắt đầu cử các đại iện đoàn học sinh tham ự các kỳ thi Robothon Quốc gia và Quốc tế Đặc biệt trong 02 năm vừa qua (2015 và 2016), Công ty DTT E uspec đã phối hợp với Sở giáo ục và Đào tạo thành phố Đà Nẵng tổ chức đưa đoàn tham ự giải Robothon Quốc tế và đã có nhều đội đạt thứ hạng cao, trong đó có 3 đội của Đà Nẵng đã đạt giải vô địch Robothon Quốc tế [1]

Ngày 13 tháng 5 năm 2018, ngày hội STEM lần thứ 4 đã được tổ chức tại Đại học Khoa học Tự nhiên ưới sự bổ trợ của Bộ Khoa học và công nghệ cùng các đơn vị tổ chức như Báo Tia Sáng, Học viện STEM (A DDT Eduspec Center), Học viện Sáng Tạo S3 Ngày hội còn có sự tham gia trưng bày triển lãm sản phẩm STEM của các trường như THPT Trưng Vương, trường Nguyễn Siêu, trường THCS và THPT Tạ Quang Bửu, trường Olympia, Phòng Giáo dục và Đào tạo huyện Thanh Chương tỉnh Nghệ An,… Các sản phẩm thực tế, các mô hình của các em HS rất đa ạng, sáng tạo và có tính ứng dụng thực tế như ự án hệ thống báo cháy nhà trường của các em trường Tạ Quang Bửu, sản phẩm đèn tắt sáng tự động,…Ngày hội STEM thu hút được đông đảo không chỉ các GV mà còn các bậc cha mẹ HS cho thấy GD STEM tại Việt Nam ngày càng được quan tâm hơn Bên cạnh đó, các cuộc thi “Vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các tình huống thực tiễn dành cho HS trung học”, cuộc thi “Dạy học theo chủ đề TH dành cho GV trung học”, đặc biệt là cuộc thi “Sáng tạo KHKT” o Bộ Giáo dục và Đào tạo tổ chức dành cho HS phổ thông Các chủ đề được triển khai thực hiện trong các cuộc thi chủ yếu thuộc các lĩnh vực cơ kh , môi trường, sản phẩm nhúng…Về cơ bản, các cuộc thi đó cũng là một hình thức của GD STEM

Sau hơn một học kì triển khai, tháng hai năm 2017, Hội đồng Anh kết hợp với Bộ Giáo dục và Đào tạo tổ chức rà soát và đánh giá quá trình triển

khai tại 15 trường Trung họccơ sở và Trung học phổ thông thuộc các tỉnh Hà Nội, Hải Dương, Hải Phòng, Nam Định và Quảng Ninh

Hơn 50 sản phẩm giáo dục theo định hướng STEM đã được triển khai bài bản và tâm huyết Thu gọn lại từ những dự án đó, là những ý tưởng địa phương gần gũi, là những câu lạc bộ ngoài giờ học đầy đam mê và sự thay đổi phần nào trong cách dạy, cách học bộ môn khoa học – điều mà sẽ rất khó đạt được nếu không cập nhật những phương pháp giáo ục đổi mới

Như vậy, trên thế giới và Việt Nam có rất nhiều công trình nghiên cứu, những cuộc hội thảo về giáo dục STEM

1.2 Lý lu n về giáo dục STEM

1.2.1 Dạy học tích hợp

Trong lĩnh vực giáo dục hiện nay, dạy học tích hợp là một trong những

xu thế dạy học hiện đại ở nhiều nước trên thế giới Có nhiều cách định nghĩa

về dạy học tích hợp như sau:

+ Theo Xaviers Roegirs: Khoa sư phạm tích hợp là một quan niệm về quá trình học tập trong đó toàn thể các quá trình học tập góp phần hình thành

ở học sinh những năng lực rõ ràng, có dự t nh trước những điều cần thiết cho

HS nhằm phục vụ cho quá trình học tập trong tương lai hoặc hòa nhập học sinh vào cuộc sống lao động Khoa sư phạm tích hợp làm cho quá trình học tập có ý nghĩa [5]

+ Từ góc độ lý luận dạy học, theo Nguyễn Văn Khải: Dạy học tích hợp tạo ra các tình huống liên kết tri thức môn học, đó là cơ hội phát triển các năng lực của HS Khi xây dựng các tình huống vận dụng kiến thức, HS sẽ phát huy được năng lực tự lực, phát triển tư uy sáng tạo [20]

+ Theo chương trình giáo ục phổ thông mới Bộ Giáo ục và Đào tạo công bố ngày 27/12/2018, ạy học t ch hợp là “định hướng ạy học giúp HS phát triển khả năng huy động tổng hợp kiến thức, kĩ năng, thuộc nhiều lĩnh

sống, được thực hiện ngay trong quá trình lĩnh hội tri thức và rèn luyện kĩ năng” [2]

+ Dạy học t ch hợp và phát triển hứng thú, năng lực vận ụng kiến thức của HS trong ạy học toán học Môn Toán ở trường phổ thông đóng góp vào việc thực hiện mục tiêu của chương trình giáo ục phổ thông tổng thể Mục tiêu xuyên suốt v n là giáo ục toàn iện, coi trọng các mặt tr , đức, thể,

mỹ nhằm đào tạo ra những con người lao động mới có tr tuệ, có nhân cách, năng động và sáng tạo, chủ động th ch ứng với nền kinh tế tri thức và sự phát triển của thời đại

DHTH là một trong những xu thế DH hiện đại hiện đang được quan tâm nghiên cứu và áp ụng vào nhà trường ở nhiều nước trên thế giới Ở nước

ta, từ thập niên 90 của thế kỉ XX trở lại đây, vấn đề xây ựng môn học t ch hợp với những mức độ khác nhau mới thực sự được tập trung nghiên cứu, thử nghiệm và áp ụng vào trường phổ thông DHTH cũng đang là một hướng đi mới mà Bộ Giáo ục và Đào tạo khá kì vọng để thiết kế nội ung GDPT

nhằm giảm số môn học bắt buộc, tăng số môn học tự chọn và rèn luyện kỹ năng cho HS Vì các chủ đề t ch hợp liên môn có t nh thực tiễn nên sinh động, hấp n đối với HS, có ưu thế trong việc tạo ra động cơ, hứng thú học tập cho

HS Học các chủ đề t ch hợp, liên môn, HS được tăng cường vận ụng kiến thức tổng hợp vào giải quyết các tình huống thực tiễn, t phải ghi nhớ kiến thức một cách máy móc, nhờ đó năng lực và phẩm chất của HS được hình thành và phát triển

1.2.2 Khái niệm STEM

STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật) và Mathematics (Toán học), thường được sử dụng khi bàn đến các chính sách phát triển về Khoa học, Công nghệ,

Kỹ thuật và Toán học của mỗi quốc gia Thuật ngữ này lần đầu tiên được giới thiệu bởi Qũy Khoa học Mỹ vào năm 2001

Hiện nay thuật ngữ STEM được ùng trong hai ngữ cảnh khác nhau đó

là ngữ cảnh giáo ục và ngữ cảnh nghề nghiệp

Trong ngữ cảnh giáo ục, ói đế STEM là muố ấ mạ đế

sựqua âm của ề i o dục đối với c c mô K oa ọc Cô ệ Kĩ uậ

và To ọc Quan tâm đến việc t ch hợp các môn học trên gắn với thực tiễn

để nâng cao năng lực cho người học Giáo ục STEM có thể được hiểu và diễn giải ở nhiều cấp độ như: ch nh sách STEM, chương trình STEM, nhà trường STEM, môn học STEM, bài học STEM hay hoạt động STEM

Trong ngữ cảnh nghề nghiệp, STEM được hiểu là nghề nghiệp thuộc các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học, v ụ: Nhóm ngành nghề về CNTT; Y sinh; Kĩ thuật, Điện tử và Truyền thông…[6]

Tùy từng ngữ cảnh khác nhau mà STEM được hiểu như là các môn học hay các lĩnh vực

Hiện nay, giáo ục STEM được nhiều tổ chức, nhà giáo ục quan tâm nghiên cứu Do đó, khái niệm về giáo ục STEM cũng được định nghĩa ựa trên các cách hiểu khác nhau Có ba cách hiểu ch nh về giáo ục STEM hiện nay là:

- Giáo ục STEM được hiểu theo nghĩa là quan tâm đến các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học Đây cũng là quan niệm về giáo ục STEM của Bộ giáo ục Mỹ “Giáo ục STEM là một chương trình nhằm cung cấp hỗ trợ, tăng cường, giáo ục Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học (STEM) ở tiểu học và trung học cho đến bậc sau đại học”[6].Đây là nghĩarộng khi nói về giáo ục STEM

- Giáo ục STEM được hiểu theo nghĩa là t ch hợp (liên ngành) của 4 lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học, tác giả Tsupros định

nghĩa “Gi o dục STEM là mộ p ươ p p ọc ập iếp cậ liê à ở đó

ữ kiế ức à lâm được kế ợp c ặ c ẽ với c c bài ọc ực ế ô

To ọc vào ro ữ bối cả cụ ể ạo ê mộ kế ối iữa à rườ cộ đồ và c c doa iệp c o p ép ười ọc p riể ữ

kĩ ă STEM và ă k ả ă cạ ra ro ề ki ế mới”[13]

- Giáo ục STEM được hiểu theo nghĩa là t ch hợp (liên ngành) từ 2 lĩnh vực về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên Theo quan niệm

này, tác giả San ers định nghĩa “Gi o dục STEM là p ươ p p iếp cậ

khám phá trong iả dạy và ọc ập iữa ai ay iều ơ c c mô ọc STEM oặc iữa mộ c ủ đề STEM và mộ oặc iều mô ọc k c ro

à rườ ”

Bên cạnh đó, giáo ục STEM cũng được quan niệm STEM như là chương trình đào tạo ựa trên ý tưởng giảng ạy cho HS bốn lĩnh vực cụ thể Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học - trong một liên ngành và phươngpháp tiếp cận ứng ụng Thay vì ạy 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 ựa trên các ứng ụng thực tế

Ở ngữ cảnh giáo ục và trên bình iện thế giới, STEM được hiểu với nghĩa là giáo ục STEM trong đó:

Science (Khoa học): Là môn học nhằm phát triển khả năng sử ụng

cáckiến thức Khoa học (Vật l , Hóa học, Sinh học và Khoa học trái đất) của

HS, không chỉ giúp HS hiểu về thế giới tự nhiên mà còn có thể vận ụng kiến thức đó để giải quyết các vấn đề khoa học trong cuộc sống hàng ngày

Technology (Công nghệ): Là môn học nhằm phát triển khả năng sử

ụng, quản l , hiểu và đánh giá công nghệ của HS Nó cung cấp cho HS những cơ hội để hiểu về công nghệ được phát triển như thế nào, cung cấp cho

HS những kĩ năng để có thể phân t ch được sự ảnh hưởng của công nghệ mới tới cuộc sống hàng ngày của HS và của cộng đồng…

Engineering (Kĩ thuật): Là môn học nhằm phát triển sự hiểu biết ở HS

về cách công nghệ đang phát triển thông qua quá trình thiết kế kĩ thuật Kĩ

thuật cung cấp cho HS những cơ hội để t ch hợp kiến thức của nhiều môn học, giúp cho những khái niệm liên quan trở nên tường minh trong cuộc sống của

họ Kĩ thuật cũng cung cấp cho HS những kĩ năng để có thể vận ụng sáng tạo

cơ sở Khoa học và Toán học trong quá trình thiết kế các đối tượng, các hệ thống hay xây ựng các quy trình sản xuất

Mathematics (Toán học): Là môn học nhằm phát triển ở HS khả năng

phân t ch, biện luận và truyền đạt ý tưởng một cách hiệu quả thông qua việc

t nh toán, giải th ch, các giải pháp giải quyết các vấn đề toán học trong các tình huống đặt ra

Với nội hàm các môn học như trên, liên hệ với chương trình giáo ục phổ thông Việt Nam hiện hành ta ễ àng nhận thấy môn Khoa học tương ứng với các môn Khoa học tự nhiên ở Việt Nam như Vật l , Hóa học, Sinh học Ở Việt Nam môn Công nghệ đã bao hàm cả yếu tố Công nghệ và Kĩ thuật, o vậy 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, trong luận văn này vận ụng vào bối cảnh giáo ục Việt Nam nội ung giáo ục STEM sẽ bao hàm nội ung của các môn học là Vật l , Hóa học, Sinh học, Công nghệ, Tin học

Theo [18], năng lực được hiểu theo các cách khác nhau như:

- “Năng lực” hiểu theo nghĩa chung nhất là khả năng mà cá nhân thể hiện khi tham gia một hoạt động nào đó ở một thời điểm nhất định V ụ khả năng giao tiếp bằng tiếng Nhật, tiếng Anh; khả năng giải bài tập khó

- Năng lực của người học (HS) là khả năng làm chủ những hệ thống kiến thức, kĩ năng, thái độ,… phù hợp với lứa tuổi và vận hành (kết nối) chúng một cách hợp l vào thực hiện thành công nhiệm vụ học tập, giải quyết hiệu quả những vấn đề đặt ra cho ch nh các em trong cuộc sống

Như vậy, GD STEM là một chương trình, một quan điểm giảng dạy dựa trên quan điểm DHTH đào tạo bốn lĩnh vực cụ thể: KH, CN, Kỹ thuật và toán học theo cách tiếp cận đa ngành và vận dụng thực tế Thay vì dạy bốn môn học tách biệt, STEM kết hợp chúng thành một chủ đề học tập dựa trên các ứng dụng thực tế.Qua đó HS vừa học được kiến thức KH, vừa học được cách vận dụng kiến thức đó vào thực tiễn

1.2.4 Các kỹ năng giáo dục STEM

Giáo dục STEM không phải là để học sinh trở thành những nhà toán học, nhà khoa học, kỹ sư hay những kỹ thuật viên mà là phát triển cho học sinh các

kỹ năng có thể được sử dụng để làm việc và phát triển trong thế giới công nghệ hiện đại ngày nay Kỹ năng STEM được hiểu là sự tích hợp, lồng ghép hài hòa từ bốn nhóm kỹ năng là: kỹ năng khoa học, kỹ năng công nghệ, kỹ năng kỹ thuật và kỹ năng toán học

Kỹ năng khoa học: là khả năng liên kết các khái niệm, nguyên lý, định luật và các cơ sở lý thuyết của giáo dục khoa học để thực hành và sử dụng kiến thức này để giải quyết các vấn đề trong thực tế

Kỹ năng công nghệ: là khả năng sử dụng, quản lý, hiểu biết và truy cập được công nghệ Công nghệ là từ những vật dụng hàng ngày đơn giản nhất như quạt mo, bút chì đến những hệ thống sử dụng phức tạp như mạng internet, mạng lưới điện quốc gia, vệ tinh… Tất cả những thay đổi của thế giới tự nhiên mà phục vụ nhu cầu của con người thì được coi là công nghệ

Kỹ năng kỹ thuật: là khả năng giải quyết vấn đề thực tiễn diễn ra trong cuộc sống bằng cách thiết kế các đối tượng, hệ thống và xây dựng các quy trình sản xuất để tạo ra đối tượng Hiểu một cách đơn giản, học sinh được trang bị kỹ năng kỹ thuật là có khả năng phân t ch, tổng hợp và kết hợp để biết cách làm thế nào cân bằng các yếu tố liên quan (như khoa học, nghệ thuật, công nghệ, kỹ thuật) để có được một giải pháp tốt nhất trong thiết kế và xây dựng quy trình Ngoài ra, học sinh còn có khả năng nhìn nhận ra nhu cầu

và phản ứng của xã hội trong những vấn đề liên quan đến kỹ thuật

Kỹ năng toán học: là khả năng nhìn nhận và nắm bắt được vai trò của

toán học trong mọi khía cạnh tồn tại trên thế giới Học sinh có kỹ năng toán học sẽ có khả năng thể hiện các ý tưởng một cách chính xác, áp dụng các khái niệm và kĩ năng toán học vào cuộc sống hàng ngày

1.2.5 Mục tiêu giáo dục STEM

Giáo dục STEM đã xuất hiện ở nhiều quốc gia trên thế giới.Tuy nhiên, với những bối cảnh khác nhau thì những mục tiêu giáo dục STEM ở các quốc gia đó cũng khác nhau Tại Anh, mục tiêu giáo dục STEM là nhằm tạo ra nguồn nhân lực nghiên cứu khoa học chất lượng cao Ở Mỹ, mục tiêu cơ bản cho giáo dục STEM bao gồm: tăng cường số lượng HS theo đuổi và nghiên cứu chuyên sâu về các lĩnh vực STEM, trang bị cho tất cả các công dân những

kĩ năng STEM, mở rộng nguồn lao động trong lĩnh vực STEM với tham vọng

d n đầu thế giới nền kinh tế thế giới Còn tại Úc, mục tiêu của giáo dục STEM là xây dựng kiến thức nền tảng của quốc gia nhằm đáp ứng nhu cầu và thách thức của nền kinh tế cho thế kỉ 21 Tuy các phát biểu về mục tiêu giáo dục STEM ở mỗi quốc gia có sự khác nhau, nhưng có thể nhận thấy điểm chung đó là giáo dục STEM như là một giải pháp cải cách GD của các quốc gia nhằm hướng tới phát triển con người đáp ứng các mục tiêu phát triển kinh

tế của mỗi quốc gia trong thời đại toàn cầu hóa đầy thách thức.[19]

Mục đ ch của khoa học: Giáo dục khoa học chất lượng cao cung cấp nền tảng để hiểu biết thế giới thông qua các môn học cụ thể của sinh học, hóa học

và vật lý Khoa học đã làm thay đổi cuộc sống của chúng ta và rất quan trọng đối với sự thịnh vượng trong tương lai của thế giới, và tất cả HS cần được dạy các khía cạnh thiết yếu của kiến thức, phương pháp, quy trình và sử dụng khoa học Thông qua việc xây dựng một kiến thức và khái niệm cơ bản then chốt, HS nên được khuyến khích nhận ra sức mạnh của lời giải thích hợp lý

và phát triển cảm giác phấn khởi, tò mò về các hiện tượng tự nhiên Họ nên được khuyến kh ch để hiểu cách khoa học có thể được sử dụng để giải thích những gì đang xảy ra, dự đoán những điều sẽ hành xử như thế nào, và phân tích nguyên nhân [19]

Mục đ ch của kỹ thuật: kỹ thuật là một chủ đề đầy cảm hứng và thiết thực Bằng cách sử dụng sáng tạo và tr tưởng tượng, HS thiết kế và làm ra các sản phẩm giải quyết các vấn đề thực tế và có liên quan với nhiều ngữ cảnh, xem xét nhu cầu và mong muốn của họ và của người khác Họ có được một loạt các kiến thức chủ đề rút ra từ các môn học như toán học, khoa học,

kỹ thuật, máy tính và nghệ thuật HS học cách để có rủi ro, trở nên tháo vát, sáng tạo, dám làm và có khả năng công ân Thông qua việc đánh giá thiết kế

và công nghệ, họ phát triển sự hiểu biết sâu sắc về tác động của nó đối với cuộc sống hàng ngày và thế giới rộng lớn hơn Thiết kế và giáo dục công nghệ chất lượng cao đóng góp thiết yếu vào sự sáng tạo, văn hoá, sự giàu có và phúc lợi của đất nước[19]

Mục đ ch của công nghệ: Giáo dục chất lượng cao trang bị cho HS hiểu

và thay đổi thế giới thông qua tư uy logic và sự sáng tạo, bao gồm các liên kết với toán học, khoa học, và thiết kế và công nghệ Điểm cốt lõi của công nghệ là khoa học máy t nh, trong đó HS được dạy các nguyên tắc của thông tin và tính toán, và các hệ thống số làm việc như thế nào Máy tính trang bị cho HS sử dụng công nghệ thông tin (CNTT) để tạo ra các chương trình, hệ

thống và một loạt phương tiện truyền thông Nó cũng đảm bảo rằng HS trở nên thông thạo về kỹ thuật số - có thể sử dụng, thể hiện bản thân và phát triển

ý tưởng thông qua CNTT và truyền thông - ở mức độ phù hợp với môi trường làm việc tương lai và như những người tham gia tích cực trong thế giới số[19]

Mục đ ch của toán học: toán học là một kỷ luật sáng tạo và liên kết chặt chẽ với nhau đã được phát triển qua nhiều thế kỷ, cung cấp giải pháp cho một

số vấn đề hấp d n nhất trong lịch sử Cần thiết cho cuộc sống hàng ngày, quan trọng đối với khoa học, công nghệ và kỹ thuật và cần thiết trong hầu hết các hình thức làm việc Một nền giáo dục toán học có chất lượng cao, o đó cung cấp nền tảng để hiểu thế giới, khả năng lý luận về mặt toán học, đánh giá cao vẻ đẹp và sức mạnh của toán học, và cảm giác thưởng thức và tò mò về chủ đề này[19]

Dưới góc độ giáo dục và vận dụng trong bối cảnh Việt Nam, giáo dục STEM một mặt thực hiện đầy đủ mục tiêu GD đã nêu trong chương trình GD phổ thông, mặt khác GD STEM nhằm [19]:

- Phát triển các năng lực đặc thù của các môn học thuộc về STEM cho HS: Đó là những kiến thức, những kĩ năng liên quan đến các môn khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học Trong đó HS biết liên kết các kiến thức khoa học, toán học để giải quyết các vấn đề thực tiễn Biết sử dụng, quản lí và truy cập công nghệ, biết về quy trình thiết kế và chế tạo ra các sản phẩm

- Phát triển năng lực cốt lõi cho HS: GD STEM nhằm chuẩn bị cho HS những cơ hội cũng như thách thức trong nền kinh tế cạnh tranh toàn cầu của thế kỉ 21 Bên cạnh những hiểu biết về các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật, toán học, HS sẽ được phát triển tư uy phản biện, tư uy sáng tạo, khả năng hợp tác để thành công,…

- Định hướng nghề nghiệp cho HS: GD STEM sẽ tạo cho HS có những

cũng như cho nghề nghiệp trong tương lai của HS GD STEM từ đó góp phần xây dựng lực lượng lao động có năng lực, phẩm chất tốt đặc biệt là lao động trong lĩnh vực STEM nhằm đáp ứng mục tiêu xây dựng và phát triển đất nước

1.2.6.Phân loại STEM

Phân loại dựa trên các thành phần của STEM ta có[9]:

+ STEM đầy đủ: là loại hình STEM mà người học phải vận dụng cả bốn lĩnh vực STEM để giải quyết vấn đề (GQVĐ)

+ STEM khuyết: là loại hình STEM mà người học chỉ cần vận dụng từ hai môn học trở lên, không cần phải vận dụng cả bốn lĩnh vực STEM để GQVĐ Tuy nhiên, một bài giảng STEM phải đảm bảo có một trong hai yếu

tố ở mỗi nhóm kỹ năng (đảm bảo có cả kiến thức và kỹ năng) vì:

• Nếu chỉ có kiến thức (khoa học hoặc toán học) mà không có kỹ năng (công nghệ hoặc kỹ thuật) thì HS chỉ học lý thuyết suông mà không có thực hành gắn vào thực tế thì không phải là giáo dục STEM

• Ngược lại, nếu chỉ có kỹ năng (công nghệ hoặc kỹ thuật) mà không có kiến thức (khoa học hoặc toán học) thì HS chỉ biết thực hành mà không hiểu được nguyên lý bên trong, không đúc kết được kiến thức để giải thích tìm hướng giải quyết các vấn đề thực tế xảy ra trong quá trình thực hiện công nghệ hay kỹ thuật

Phân loại dựa trên phạm vi kiến thức để GQVĐ STEM ta có[9]:

+STEM cơ bản: là loại hình STEM được xây dựng dựa trên cơ sở kiến thức thuộc phạm vi bốn môn học thành phần của STEM trong chương trình giáo dục phổ thông Các sản phẩm STEM này thường đơn giản, chủ đề giáo dục STEM bám sát nội ung sách giáo khoa và thường được xây dựng thông qua các nội dung thực hành, thí nghiệm trong chương trình giáo ục phổ thông

+ STEM mở rộng: là loại hình STEM có sử dụng những kiến thức nằm ngoài chương trình và sách giáo khoa để GQVĐ thực tiễn Những kiến thức

đó người học phải tự tìm hiểu, nghiên cứu thông qua mạng internet hoặc thực

tế Sản phẩm của STEM của loại hình này đòi hỏi HS phải có kĩ năng cao trong việc hoạt động nhóm và tìm kiếm phân tích tài liệu

Phân loại dựa trên mục đ ch ạy học ta có[9]:

+ STEM dạy kiến thức mới: Là loại hình STEM được xây dựng dựa trên

sự kết hợp của nhiều môn học khác nhau trong việc giải quyết một vấn đề thực tiễn, qua đó HS vừa học được tri thức vừa giải quyết được vấn đề

+ STEM vận dụng: Là loại hình STEM được xây dựng trên cơ sở những kiến thức HS đã được học nhằm giải quyết một vấn đề nào đó Khi đó HS được củng cố khắc sâu kiến thức và bồi ưỡng năng lực vận dụng cho HS

1.3 Dạy họ mô To theo đị h hướng giáo dục STEM

1.3.1 Đặc trưng của dạy học môn Toán theo định hướng giáo dục STEM

Từ khái niệm STEM và cơ sở khoa học của dạy học môn Toán theo định hướng giáo dục STEM cho thấy bản chất của dạy học môn Toán theo định hướng giáo dục STEM:

+ Là một phương pháp được sử dụng để tạo môi trường khuyến khích

sự khám phá, tìm tòi sáng tạo vào GQVĐ thực tiễn nhằm phát triển những kĩ năng về STEM cho tất cả các HS

+ Là cách tiếp cận tập trung vào quá trình thiết kế với mục tiêu phát triển các giải pháp GQVĐ và tư uy

+ Là một cách tiếp cận liên ngành trong dạy học môn Toán nhằm giúp

HS kết nối kiến thức được học trong các môn học thuộc lĩnh vực STEM với các vấn đề trong thực tế đời sống Giúp HS có cơ hội hiểu biết thực tiễn và đưa ra những giải pháp sáng tạo áp dụng những kiến thức đã học

1.3.2 Vai trò của môn Toán trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM

Giáo ục theo định hướng STEM ựa trên giáo ục là một liên ngành lĩnh vực Toán học kết nối bốn ngành là khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học o đó môn Toán là một bộ phận cấu thành của ạy học STEM

Toán với phương pháp STEM nhấn mạnh các nguyên tắc thực hành học tập của mỗi HS luôn được tạo điều kiện để thực hành để HS ghi nhớ kiến thức lâu ài, STEM nên nhấn mạnh cho HS kinh nghiệm, học tập t ch hợp, kết nối giữa các môn học, khả năng giải quyết vấn đề, phương pháp tư uy chuyên sâu, khả năng quản lý các loại nhiệm vụ của ự án, hiểu biết và kỹ năng về thiết kế kỹ thuật, cũng như việc sử ụng các thông tin khác nhau và công nghệ

Ngược lại, một số nghiên cứu cho thấy phương pháp học tập theo định hướng STEM ựa trên khám phá hoặc điều tra có tiềm năng lớn để cải thiện

và thay đổi việc ạy và học Giáo ục ựa trên STEM được công nhận là cách thúc đẩy trẻ em yêu th ch toán học hiệu quả.Tăng cường giáo ục ựa trên STEM là một cách thúc đẩy những người trẻ tuổi quan tâm nhiều hơn đến khoa học và toán học vì kiến thức toán học có ảnh hưởng đến nền kinh tế của một nước.Giáo ục STEM là một cách cải thiện khả năng giải quyết vấn đề toán học ở trẻ em học đường

Toán học là một trong bốn thành tố quan trọng của giáo ục STEM, là lĩnh vực công công cụ của các lĩnh vực khoa học còn lại trong giáo ục

STEM Sự hạn chế về năng lực toán học là rào cản lớn đối với việc thực hiện giáo ục STEM Do đó, để thực hiện giáo ục STEM hiệu quả thì cần thiết phải phát triển năng lực toán học cho HS phổ thông

1.4 Các kỹ g to học

Theo PISA đánh giá 8 kĩ năng đặc trưng của toán học đó là:

- Kỹ năng tư uy và lập luận (Thinking an reasoning): Liên quan đến năng lực đặt ra những câu hỏi đặc trưng của toán học (“Có không?”, “Bao

nhiêu?”, “Làm thế nào…?”) và trả lời cho các loại câu hỏi đó, sự hiểu biết và

xử lý vấn đề trongphạm vi và giới hạn của toán học

- Kỹ năng tranh luận về các nội dung toán học (Argumentation): Liên quan đến năng lực hiểu biết về các cách chứng minh và lập luận toán học, khả năng đánh giá một chuỗi các lập luận toán học khác nhau (có hay không thể xảy ra, lý do tại sao…), năng lực suy luận

- Kỹ năng giao tiếp toán học (Communication): Khả năng hiểu và diễn đạt vấn đề với nội dung toán học bằng nhiều cách khác nhau (bằng lời cũng như bằng văn bản)

- Kỹ năng mô hình hóa (Mo elling): Liên quan đến khả năng toán học hóa những vấn đề thực tế (xây dựng, giải thích, làm việc, phản ánh, phân tích

mô hình toán học và kết quả của nó …)

- Kỹ năng đặt và giải quyết vấn đề (Problem posing and solving): Liên quan đến khả năng xác định các vấn đề và giải quyết chúng theo nhiều cách khác nhau

- Kỹ năng biểu diễn (Representation): Liên quan đến khả năng mã hóa và giải mã, dịch và phiên dịch, biểu diễn mối tương quan giữa các đối tượng trong các tình huống khác nhau của toán học, lựa chọn và chuyển đổi hình thức biểu diễn dựa theo tình hình và mục đ ch

- Kỹ năng sử dụng kí hiệu, thuật ngữ chuyên môn và các phép toán hình thức (Using symbolic, formal and technical language and operations)

- Kỹ năng sử dụng phương tiện và công cụ tính toán (Using of aids and tools)

Giáo dục STEM là một liên ngành lĩnh vực toán học kết nối bốn ngành

là khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học o đó môn Toán là một bộ phận cấu thành của dạy học STEM

Toán với phương pháp STEM nhấn mạnh các nguyên tắc thực hành học

STEM nên nhấn mạnh cho HS kinh nghiệm, học tập tích hợp, kết nối giữa các môn học, khả năng giải quyết vấn đề, phương pháp tư uy chuyên sâu, khả năng quản lý các loại nhiệm vụ của dự án, hiểu biết và kỹ năng về thiết kế kỹ thuật, cũng như việc sử dụng các thông tin khác nhau và công nghệ

Toán học là một trong bốn thành tố quan trọng của giáo dục STEM, là lĩnh vực công cụ của các lĩnh vực khoa học còn lại trong giáo dục STEM Sự hạn chế về năng lực toán học là rào cản lớn đối với việc thực hiện giáo dục STEM Do đó, để thực hiện giáo dục STEM hiệu quả thì cần thiết phải phát triển năng lực toán học cho HS phổ thông

Trong khuôn khổ của luận văn, người viết tập trung vào ba kỹ năng gồm:

kỹ năng giao tiếp toán học, kỹ năng mô hình hóa, kỹ năng đặt và giải quyết vấn đề

1.4.1 Kỹ năng giao tiếp toán học

Kỹ năng giao tiếp toán học là một dạng kỹ năng toán học đã được thế giới quan tâm từ những năm cuối của thế kỷ XX, thông qua chương trình Quốc tế đánh giá học sinh PISA Hội đồng Quốc gia giáo viên (Toán Hoa Kì) cho rằng: “Chuẩn giao tiếp toán học dành cho học sinh trung học phổ thông là

có khả năng trao đổi suy nghĩ toán học rõ ràng và chính xác; có khả năng phân t ch và đánh giá những suy nghĩ, lời giải của các HS khác, sử dụng ngôn ngữ toán học để diễn đạt những ý tưởng toán học một cách chính xác

Tác giả Bùi Văn Nghị đã trình bày về dạy học phát triển năng lực giao tiếp toán học như sau: “Khả năng giao tiếp được phát triển tốt nhất thông quaviệc luyện tập” Vì vậy, để dạy học phát triển NLGTTH cho HS, GV dạy toán cần cung cấp nhiều cơ hội cho HS có thể trao đổi những ý tưởng toán học khi làm việc theo nhóm hoặc làm việc theo cả lớp, trong khi nói và viết Nói và viết bằng ngôn ngữ toán học cũng giúp HS đánh giá những suy nghĩ của bản thân và cải tiến những ý tưởng của các em

Như vậy, năng lực giao tiếp toán học là khả năng hiểu được các vấn đề toán học qua giao tiếp bằng viết, nói, đồ họa; khả năng sử dụng hiệu quả ngôn ngữ toán học trong mối quan hệ chặt chẽ với ngôn ngữ toán học để trao đổi, trình bày, giải thích, lập luận, chứng minh toán học một cách chính xác, logic, làm rõ các ý tưởng toán học trong bối cảnh cụ thể

Mỗi một thành tố của năng lực cần được biểu hiện cụ thể bằng các tiêu chí, những kỹ năng thành phần Biểu hiện cụ thể của kỹ năng giao tiếp toán học ở cấp trung học phổ thông được thể hiện như sau:

+ Nghe hiểu, đọc hiểu và ghi chép (tóm tắt) được tương đối thành thạo các thông tin toán học cơ bản, trọng tâm trong văn bản nói hoặc viết Từ đó phân tích, lựa chọn, trích xuất được các thông tin toán học cần thiết từ văn bản nói hoặc viết [20]

+ Lý giải được (một cách hợp lý) việc trình bày diễn đạt, thảo luận, tranh luận các nội ung, ý tưởng, giải pháp toán học trong sự tương tác với người khác [20]

+ Sử dụng được một cách hợp lý ngôn ngữ toán học kết hợp với ngôn ngữ thông thường để biểu đạt cách suy nghĩ, lập luận, chứng minh các khẳng định toán học [20]

1.4.2 Kỹ năng mô hình hóa

Theo Lê Thị Hoài Châu “ Để nâng cao năng lực hiểu biết toán cho học sinh, không thể coi nhẹ việc dạy học cách thức xây dựng mô hình hóa toán học để giải quyết vấn đề nào đó o thực tiễn đặt ra.” Mô hình hóa (MHH) toán học không thể thiếu trong việc nâng cao năng lực hiểu biết của học sinh,

o đó việc áp dụng MHH vào dạy – học toán ở trường phổ thông là rất cần thiết

MHH trong dạy học Toán là quá trình giúp học sinh tìm hiểu, khám phá các tình huống nảy sinh từ thực tiễn bằng công cụ và ngôn ngữ Toán học với

năng và thao tác tư uy Toán học như phân t ch, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa, trừu tượng hóa

Theo [9], tác giả Nguyễn Danh Nam đã nêu ra các bước tổ chức hoạt động MHH được thể hiện ở hình sau:

Hì 1.1 C c bước tổ chức hoạ động MHH

Ví dụ 1.1.(Thiết kế mô hình một chiếc cầu qua sông Ninh Cơ)

Hai huyện Trực Ninh và Xuân Trường nằm ở hai phía của dòng sông Ninh Cơ, tỉnh Nam Định Hãy chọn một địa điểm xây dựng một chiếc cầu bắc qua con sông sao cho quãng đường đi giữa hai huyện là nhỏ nhất? (giả sử hai

bờ sông song song với nhau và cầu nằm vuông góc với bờ sông)

Giai đoạn 1 (Toán học hóa): GV hướng d n HS dựng hai đường thẳng i

và k song song biểu diễn cho hai bờ sông Sau đó, ựng hai điểm A và B

biểu diễn cho hai huyện Dựng điểm D bất kỳ trên đường thẳng i, sau đó dựng đường thẳng đi qua D và vuông góc với i, cắt k tại điểm E Cuối cùng,

dựng các đoạn thẳng AD, DE, EB Tổng độ ài đường gấp khúc ADEB chính

là quãng đường đi từ huyện Trực Ninh đến huyện Xuân Trường

Giai đoạn 2 (Giải bài toán): Đây cũng là giai đoạn tạo tình huống có vấn

đề GV hướng d n HS đo tổng khoảng cách (AD+ DE+ EB)và di chuyển điểm D trên đường thẳng i cho đến khi thấy tổng trên nhỏ nhất thì dừng lại và quan sát GV đặt câu hỏi nêu vấn đề: “ Khi tổng trên đạt giá trị nhỏ nhất thì hai đường thẳng AD và EB có quan hệ với nhau như thế nào?”

Hình 1.2 Điểm D bấ kì và điểm D khi (AD+ DE+ EB)nhỏ nhất

Giai đoạn 3 (Thông hiểu): Sau khi hướng d n HS trả lời được câu hỏi trên, nghĩa là tổng (AD+ DE+ EB) nhỏ nhất khi AD EB , GV hướng d n / /

HS giải bài toán trên sử dụng phép tịnh tiến theo vectơ EDuuur Thật vậy, gọi

Hình 1.3 Hoạ độ mô ì óa x c định vị trí chiếc cầu

Dựa trên lời giải của bài toán, GV hướng d n HS hiểu và thông dịch bài toán Để xác định vị trí xây chiếc cầu, trước tiên các em phải xác định điểm B’ là ảnh của điểm B qua phép tịnh tiến theo vectơ EDuuur , sau đó xác định vị trí xây cầu G ch nh là giao điểm của AB’ và đường thẳng i

Giai đoạn 4 (Đối chiếu): Ở bước này, GV cần làm rõ khả năng ứng dụng lời giải của các bài toán vào thực tế: vấn đề giải phóng mặt bằng cho hai đoạn đường từ A đến D và từ E đến B, các yêu cầu về mặt địa chất tại địa điểm xây cầu và các yếu tố khác Từ đó, giúp các em thấy rằng cần phải cải tiến mô hình hóa toán học trước khi có thể ứng dụng vào thực tiễn

Trong chương trình trung học phổ thông kỹ năng mô hình hóa được thể hiện như sau:

+ Thiết lập được mô hình hóa toán học (gồm công thức, phương trình, sơ

đồ, hình vẽ, bảng biểu, đồ thị…) để mô tả tình huống đặt ra trong một số bài toán thực tiễn

+ Giải quyết được những vấn đề toán học trong mô hình được thiết lập + Lý giải được t nh đúng đắn của lời giải những kết luận thu được từ các tính toán là có ý nghĩa, phù hợp với thực tiễn hay không) Đặc biệt, nhận biết