Dạy học một số chủ đề trong môn toán lớp 10 theo định hướng giáo dục stem

Một trong những giải pháp, nhiệm vụ mà nghị quyết đã đề cập, đó là “tiếp tục đổi mới mạnh mẽ phương pháp dạy và học theo hướng hiện đại; phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và vận

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

LÃ THỊ THU SEN

DẠY HỌC MỘT SỐ CHỦ ĐỀ TRONG MÔN TOÁN LỚP 10

THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

THÁI NGUYÊN - 2019

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

LÃ THỊ THU SEN

DẠY HỌC MỘT SỐ CHỦ ĐỀ TRONG MÔN TOÁN LỚP 10

THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM

Ngành: Lý luận và phương pháp dạy học bộ môn Toán

Mã số: 8.14.01.11

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

Cán bộ hướng dẫn khoa học:TS Bùi Thị Hạnh Lâm

THÁI NGUYÊN - 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài do chính tôi thực hiện Các số liệu và kết quả thực nghiệm trong luận văn là trung thực, khách quan, nghiêm túc và chưa từng được tác giả khác công bố trong bất cứ đề tài nghiên cứu nào

Tác giả luận văn

Lã thị Thu Sen

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám hiệu trường Đại học Sư Phạm Thái Nguyên, Bộ phận Sau Đại học - Phòng Đào tạo, Khoa Toán, Quý thày cô đã tận tình giảng dạy và tạo mọi điều kiện thuận lợi để học viên học tập, nghiên cứu và hoàn thành khóa học

Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến:

- TS Bùi Thị Hạnh Lâm đã dành nhiều thời gian hướng dẫn tận tình, giúp

đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn

- Giáo viên và học sinh một số trường THPT trong tỉnh Nam Định đã hợp tác giúp đỡ nhiều trong quá trình thực nghiệm sư phạm

Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân, bạn bè và đồng nghiệp đã luôn ủng hộ, động viên và giúp đỡ để tác giả hoàn thành tốt đề tài nghiên cứu

Thái Nguyên, ngày 28 tháng 6 năm 2019

Học viên

Lã Thị Thu Sen

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU v

MỞ ĐẦU 1

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 3

3.Nhiệm vụ nghiên cứu 3

4 Đối tượng và khách thể nghiên cứu 3

5.Giả thuyết khoa học của đề tài 3

6 Phương pháp nghiên cứu 3

7 Cấu trúc của luận văn 4

Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 5

1.1 Nhu cầu và định hướng đổi mới phương pháp giảng dạy ở trường phổ thông 5

1.2.Tư tưởng chủ đạo của môn Toán trong chương trình giáo dục phổ thông mới 9

1.2.1 Đặc điểm môn học 9

1.2.2.Quan điểm xây dựng chương trình 10

1.2.3 Mục tiêu môn Toán ở cấp trung học phổ thông 12

1.3 Dạy học tích hợp 14

1.4 STEM và giáo dục STEM 14

1.4.1 Khái niệm về STEM 14

1.4.2.Giáo dục STEM 16

1.4.3 Dạy học theo định hướng giáo dục STEM 19

1.4.4 Mối quan hệ giữa dạy học theo định hướng giáo dục STEM với dạy học theo định hướng phát triển năng lực của học sinh 23

1.4.5 Vai trò của môn Toán trong dạy học STEM 24

1.5 Thực trạng dạy học môn Toán lớp 10 ở trường THPT theo định hướng

giáo dục STEM 26

1.5.1 Mục đích khảo sát 26

1.5.2 Nội dung khảo sát 26

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 32

Chương 2: THIẾT KẾ MỘT SỐ CHỦ ĐỀ DẠY HỌC MÔN TOÁN LỚP 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 33

2.1 Mục tiêu của chương trình môn Toán lớp 10 hiện hành 33

2.1.1.Về kiến thức cơ bản 33

2.1.2 Về kĩ năng cơ bản 33

2.1.3 Về phẩm chất tư duy và thái độ 34

2.2 Một số chủ đề môn Toán lớp 10 có thể thực hiện dạy học theo định hướng giáo dục STEM 34

2.3 Thiết kế dạy một số chủ đề môn Toán lớp 10 theo định hướng giáo dục STEM 35

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 57

Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 59

3.1 Mục đích 59

3.2 Đối tượng thực nghiệm 59

3.3 Nội dung thực nghiệm 59

3.4 Cách thức tổ chức thực nghiệm 60

3.4.1 Bước 1: Chuẩn bị thực nghiệm 60

3.4.2.Bước 2: Tổ chức thực nghiệm 61

3.5 Cách đánh giá thực nghiệm 61

3.5.1.Bước 1: Kiểm tra và khảo sát lớp thực nghiệm và lớp đối chứng 61

3.5.2.Bước 2: Xử lý kết quả thực nghiệm 61

3.6 Kết quả rút ra từ thực nghiệm 62

3.6.1.Kết quả bài kiểm tra 62

3.6.2 Nhận xét 64

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 65

KẾT LUẬN CHUNG 65

DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU

Bảng 1.1 Số lượng GV Toán tham gia điều tra thực trạng 27

Bảng 1.2 Mức độ nhận thức của GV về giáo dục STEM 27

Bảng 1.3 Mức độ nhận thức của GV về ý nghĩa của giáo dục STEM 28

Bảng 1.4 Mức độ đánh giá của GV về sự cần thiết của giáo dục STEM 28

Bảng 1.5 Mức độ nhận thức của GV về vai trò của môn Toán trong giáo dục STEM 28

Bảng 1.6 Những khó khăn khi tổ chức dạy học chủ đề môn Toán theo định hướng giáo dục STEM 29

Bảng 1.7 Mức độ mong muốn của HS được học môn Toán theo định hướng giáo dục STEM 30

Bảng 1.8 Mức độ hứng thú của HS khi được học theo định hướng giáo dục STEM 31

Bảng 1.9 Mức độ HS được học các môn theo định hướng giáo dục STEM 31

Bảng 1.10 Mức độ HS được học môn Toán lớp 10 theo định hướng giáo dục STEM 31

Bảng 3.1 Bảng điểm bài kiểm tra 62

Bảng 3.2 Bảng phân phối tần số, tần suất, tần suất lũy tích bài kiểm tra 63

Bảng 3.3 Tổng hợp kết quả bài kiểm tra 64

Biểu đồ 3.1 Đồ thị đường lũy tích bài kiểm tra 64

Biểu đồ 3.2 Biểu đồ kết quả của bài kiểm tra 64

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Nghị quyết Trung ương số 29 - NQ/TW ngày 04/11/2013 về “Đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo, đáp ứng yêu cầu công nghiệp hóa, hiện đại hóa trong điều kiện kinh tế thị trường định hướng xã hội chủ nghĩa và hội nhập quốc tế” đã định hướng rõ “đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo là đổi mới những vấn đề lớn, cốt lõi, cấp thiết, từ quan điểm, tư tưởng chỉ đạo đến mục tiêu, nội dung, phương pháp, cơ chế, chính sách, điều kiện bảo đảm thực hiện; đổi mới từ sự lãnh đạo của Đảng, sự quản lí của Nhà nước đến hoạt động quản trị của các cơ sở giáo dục - đào tạo và việc tham gia của gia đình, cộng đồng, xã hội và bản thân người học; đổi mới ở tất cả các bậc học, ngành học” Nghị quyết cũng định hướng “phát triển giáo dục và đào tạo là nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực và bồi dưỡng nhân tài; chuyển mạnh quá trình giáo dục từ chủ yếu trang bị kiến thức sang phát triển toàn diện năng lực và phẩm chất người học; học đi đôi với hành; lí luận gắn với thực tiễn; giáo dục nhà trường kết hợp với giáo dục gia đình và giáo dục xã hội” Một trong những giải pháp, nhiệm vụ mà nghị quyết

đã đề cập, đó là “tiếp tục đổi mới mạnh mẽ phương pháp dạy và học theo hướng hiện đại; phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và vận dụng kiến thức, kỹ năng của người học; khắc phục lối truyền thụ áp đặt một chiều, ghi nhớ máy móc; tập trung dạy cách học, cách nghĩ, khuyến khích tự học, tạo cơ sở để người học tự cập nhật và đổi mới tri thức, kỹ năng, phát triển năng lực; chuyển từ học chủ yếu trên lớp sang tổ chức hình thức học tập đa dạng, chú ý các hoạt động xã hội, ngoại khóa, nghiên cứu khoa học”;…

Chỉ thị số 16/CT - TTg ngày 04/05/2017 của Thủ tướng Chính phủ về việc

“Tăng cường năng lực tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư” mà nhiệm

vụ của 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; tổchức thí điểm tại một số trường phổ thông ngay từ năm học 2017 - 2018”

Giáo dục STEM trang bị cho người học những kiến thức và kỹ năng cần thiết liên quan đến các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học Các kiến thức, kỹ năng này phải được tích hợp, lồng ghép và bổ trợ cho nhau giúp học sinh không chỉ hiểu được nguyên lý mà còn có thể áp dụng để thực hành và tạo ra những sản phẩm trong cuộc sống hàng ngày Giáo dục STEM có ảnh hưởng tích cực đến khả năng lựa chọn nghề nghiệp trong tương lai đối với học sinh ở trường phổ thông

Mặc dù những năm vừa qua, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã triển khai nhiều hoạt động giáo dục để hướng đến đổi mới chương trình giáo dục phổ thông (từ năm 2014, Bộ Giáo dục và Đào tạo phối hợp với Hội đồng Anh triển khai chương trình thí điểm giáo dục STEM cho một số trường trung học các tỉnh, thành phố) Học sinh được tổ chức vận dụng kiến thức của các môn học khác nhau đề giải quyết các tình huống thực tiễn, tăng cường khả năng vận dụng tổng hợp, khả năng tự học, tự nghiên cứu, thúc đẩy sự tham gia của gia đình, cộng đồng vào công tác giáo dục Tuy nhiên, thực tế giáo dục STEM hiện vẫn là khái niệm còn khá mơ hồ, chưa có nhiều điều kiện triển khai ở các trường THPT Hơn thế, việc kiểm tra, đánh giá hiện nay của các trường THPT, cụ thể là kỳ thi THPT Quốc gia, được tổ chức bằng hình thức thi trắc nghiệm kiểm tra kiến thức, kỹ năng, trong khi đánh giá theo mô hình STEM là đánh giá thông qua sản phẩm.Do đó, giáo dục STEM chưa thực sự được hưởng ứng tích cực ở các trường phổ thông Gần đầy, STEM được quan tâm, triển khai chủ yếu ở các thành phố lớn nhưng nhận thức của cán bộ quản lý, giáo viên nói chungvề STEM còn hạn chế Phần lớn các cơ sở giáo dục tập trung vào việc thiết kế và tổ chức các hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM Việc dạy học các tiết học trên lớp theo định hướng giáo dục STEM chưa được chú trọng

Từ những lí do đó, đề tài được lựa chọn là “Dạy học một số chủ đề trong môn Toán lớp 10 theo định hướng giáo dục STEM”

2 Mục đích nghiên cứu

Trên cơ sở nghiên cứu về dạy học tích hợp, về giáo dục STEM, thiết kế và

tổ chức dạy học một số chủ đề trong dạy học môn Toán lớp 10 theo hướng giáo dục STEM

3.Nhiệm vụ nghiên cứu

Nghiên cứu cơ sở lí luận về dạy học nhằm phát huy tính tích cực, tự lực, sáng tạo của học sinh, về dạy học tích hợp, về giáo dục STEM

Nghiên cứu thực trạng dạy học tích hợp và thực trạng dạy học môn Toán lớp 10theo định hướng giáo dục STEM

Thiết kế và tổ chức dạy học một số chủ đề dạy học môn Toán lớp 10 theo định hướng giáo dục STEM

Thực nghiệm sư phạm để kiểm nghiệm tính hiệu quả và khả thi của một số chủ đề đã thiết kế

4 Đối tượng và khách thể nghiên cứu

- Khách thể nghiên cứu: quá trình dạy học môn Toán ở trường THPT

- Đối tượng nghiên cứu: thiết kế và tổ chức dạy học một số chủ đề dạy học môn Toán lớp 10 theo định hướng giáo dục STEM

5.Giả thuyết khoa học của đề tài

Nếu thiết kế và tổ chức thực hiện được một số chủ đề dạy học môn Toán lớp 10 theo định hướng STEM tốt thì sẽ góp phần phát triển năng lực giải quyết

vấn đề, năng lực vận dụng toán học vào thực tiễn cho học sinh lớp 10 THPT

6 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý luận

Nghiên cứu các sách, báo, các công trình về về dạy học nhằm phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo, dạy học tích hợp, dạy học theo hướng STEM

- Phương pháp điều tra, quan sát thực tiễn

Quan sát, điều tra - khảo sát bằng phiếu hỏi để tìm hiểu thực trạng dạy học tích hợp và thực trạng dạy học theo định hướng giáo dục STEM trong dạy học môn Toán lớp 10 ở trường THPT

- Phương pháp thực nghiệm sư phạm

Tiến hành dạy thực nghiệm ở trường THPT nhằm kiểm nghiệm tính hiệu quả và khả thi của một số chủ đề đã thiết kế

7 Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần mở đầu và kết luận chung, luận văn gồm ba chương:

Chương 1 Cơ sở lí luận và thực tiễn

Chương 2 Thiết kế một số chủ đề dạy học môn Toán lớp 10 theo định hướng giáo dục STEM

Chương 3 Thực nghiệm sư phạm

tự nghiên cứu, khám phá, sáng tạo,…

Cuộc cách mạng công nghệ 4.0 và xu hướng hội nhập toàn cầu đòi hỏi nền giáo dục của các quốc gia phải thực sự thay đổi, tập trung vào phát triển nguồn nhân lực có trình độ cao, có năng lực giải quyết vấn đề, tập trung phát triển triển trí tuệ nhân tạo,… Để đạt được mục tiêu đó đòi hỏi giáo dục của Việt Nam phải thực sự đổi mới về mọi phương diện, trong đó có phương pháp dạy học Điều 28, chương II, Luật Giáo dục nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam đã quy

định: “Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ

động, sáng tạo của học sinh; phù hợp với đặc điểm của từng lớp học, môn học; bồi dưỡng phương pháp tự học, khả năng làm việc theo nhóm; rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn; tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho học sinh.” (Luật Giáo dục 2005, chương II, điều 28)

Quy định này đã trở thành định hướng cho việc đổi mới phương pháp dạy

học ở nước ta hiện nay, có thể gọi tắt là định hướng hoạt động mà tinh thần cơ bản là: PPDH cần tạo cơ hội cho người học học tập trong hoạt động và bằng

hoạt động tự giác, tích cực, chủ động và sáng tạo, từ bỏ thói quen học tập thụ động, ghi nhớ máy móc Cụ thể là:

- Đổi mới tính chất và nội dung hoạt động của giáo viên và học sinh, chuyển từ dạy học truyền thụ một chiều, học tập thụ động, chủ yếu là ghi nhớ kiến thức để đối

phó với thi cử sang học tập tích cực, chủ động, sáng tạo, chú trọng hình thành năng lực tự học, năng lực giải quyết vấn đề, năng lực vận dụng

- Đổi mới các hình thức tương tác xã hội trong dạy học, chuyển từ dạy học đồng loạt cả lớp đối diện với giáo viên, học tập đơn phương sang tổ chức dạy học theo các hình thức tương tác: học cá nhân, học theo nhóm, dự án học tập

- Đổi mới các hình thức tổ chức dạy học:

+ Đa dạng hoá các hình thức tổ chức dạy học, làm cho việc học sinh chủ động, lí thú, tránh nhàm chán, đơn điệu, từ đó có thể khắc phục điểm yếu, phát huy điểm mạnh của các hình thức tổ chức dạy học khác nhau

+ Làm cho việc học gắn với môi trường thực tế, gắn với kinh nghiệm sống của cá nhân học sinh, tạo điều kiện tổ chức học tập với hình thức điều tra, nghiên cứu, vận dụng trong thực tiễn cuộc sống,

Trong phần mục tiêu tổng quát, các chỉ tiêu quan trọng và nhiệm vụ trọng tâm trong 5 năm 2016-2020, Nghị quyết Đại hội XII của Đảng đã đưa ra một trong những nhiệm vụ trọng tâm đó là: “Đổi mới căn bản và toàn diện giáo dục, đào tạo (GD-ĐT); phát triển nguồn nhân lực, nhất là nguồn nhân lực chất lượng cao”[3]

Việc xác định đổi mới căn bản, toàn diện GD-ĐT và phát triển nguồn nhân lực được coi là ưu tiên hàng đầu đối với giáo dục trong giai đoạn hiện nay Trước

đó, trong Nghị quyết 29-NQ/TW khóa XI chỉ rõ yêu cầu cấp thiết và nhiệm vụ cần đổi mới căn bản, toàn diện GD-ĐT Việc Bộ GD-ĐT công bố dự thảo Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể để tranh thủ sự đóng góp của các nhà khoa học, nhà giáo và các tầng lớp nhân dân đã cho thấy quyết tâm không chỉ của ngành giáo dục, mà còn của toàn Đảng, toàn dân chung tay xây dựng và đổi mới nền giáo dục theo hướng tiếp cận năng lực, phù hợp với xu thế phát triển chương trình giáo dục của thế giới và bắt kịp nền giáo dục của các nước tiên tiến

Bộ trưởng Bộ GD-ĐT Phùng Xuân Nhạ từng nhấn mạnh, “Tri thức đã trở thành yếu tố hàng đầu để phát triển kinh tế, tất cả các nền kinh tế lớn trên thế giới, các quốc gia đều ý thức rõ về vai trò của giáo dục trong việc xây dựng

nguồn nhân lực chất lượng cao tạo đòn bẩy quan trọng để thúc đẩy lao động sản xuất, tạo động lực tăng trưởng và phát triển kinh tế-xã hội một cách bền vững” Khi mà hệ thống tri thức có những thay đổi thì sớm hoặc muộn, nhanh hoặc chậm, năng lực tư duy và hoạt động lao động sản xuất của con người cũng phải thay đổi Chính vì thế, việc đổi mới tư duy giáo dục trong thời đại tri thức nhằm đáp ứng sự thay đổi của cuộc sống phát triển không ngừng là một tất yếu Việc đổi mới phương pháp dạy học trước hết là đáp ứng yêu cầu cần đạt về phẩm chất, năng lực người học và cuối cùng là vì mục tiêu đáp ứng bối cảnh của thời đại, nhu cầu phát triển đất nước Đây cũng là một điều kiện tiên quyết, nhằm quán triệt và thực hiện tốt Nghị quyết số 88/2014/QH13 của Quốc hội khóa 13: "Tạo chuyển biến căn bản, toàn diện về chất lượng và hiệu quả giáo dục phổ thông; kết hợp dạy chữ, dạy người và định hướng nghề nghiệp; góp phần chuyển nền giáo dục nặng về truyền thụ kiến thức sang nền giáo dục phát triển toàn diện cả

về phẩm chất và năng lực, hài hòa trí, đức, thể, mỹ và phát huy tốt nhất tiềm năng của mỗi học sinh"

Theo Giáo sư Nguyễn Minh Thuyết, Tổng chủ biên Chương trình giáo dục phổ thông mới thì dự thảo Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể đã thể hiện quan điểm trong các Nghị quyết của Đảng, Quốc hội và Chính phủ về xây dựng nền giáo dục thực học, thực nghiệp và dân chủ Điều đó đã được thể hiện rõ trên các bình diện mục tiêu: Hình thành, phát triển năng lực thực tiễn cho người học, quán triệt yêu cầu hướng nghiệp để thực hiện phân luồng mạnh sau trung học cơ

sở và bảo đảm tiếp cận nghề nghiệp ở trung học phổ thông; trao quyền và trách nhiệm tổ chức kế hoạch dạy học cho cơ sở giáo dục phù hợp với yêu cầu của địa phương, tạo điều kiện cho người học được lựa chọn môn học và hoạt động giáo dục phù hợp sở trường và nguyện vọng; phát huy tính năng động, tư duy độc lập

và sáng tạo của người học Trong đó, yếu tố được cho là quyết định chính là sự tương tác đồng bộ của các thành tố trong các phương pháp dạy học tích cực (người dạy, người học, học liệu, môi trường…) Việc kết hợp hài hòa giữa dạy kiến thức công cụ với kiến thức phương pháp, đặc biệt chú trọng dạy cách học,

phương pháp tự học để người học có thể học tập suốt đời cũng là yếu tố quan trọng trong chương trình giáo dục phổ thông mới

Từ ưu thế của các phương pháp giáo dục, hình thức tổ chức dạy học mới đã triển khai trong những năm gần đây như: Phương pháp bàn tay nặn bột, giáo dục trải nghiệm sáng tạo, giáo dục STEM Việc đổi mới phương pháp dạy học cần được thực hiện trên cơ sở phân hóa đối tượng, các căn cứ về điều kiện, loại hình năng lực và phẩm chất cần phát triển ở người học Cũng chính từ đó để lựa chọn các hình thức tổ chức dạy học phù hợp, tăng cường các hoạt động trải nghiệm sáng tạo và ứng dụng công nghệ thông tin, truyền thông trong tổ chức dạy học thông qua việc sử dụng các mô hình học tập kết hợp giữa lớp học truyền thống với các lớp học trực tuyến

Cùng với việc tổ chức cho người học thực hiện các nhiệm vụ học tập ở trên lớp, cần coi trọng giao nhiệm vụ và hướng dẫn việc học tập ở nhà, ở ngoài nhà trường Chú trọng đẩy mạnh hoạt động nghiên cứu khoa học để nâng cao chất lượng dạy học theo chiều sâu Tăng cường xây dựng các mô hình học tập gắn với thực tiễn; xây dựng và sử dụng tủ sách lớp học, phát triển văn hóa đọc gắn với hoạt động của các câu lạc bộ khoa học trong nhà trường Cùng với đó cần tăng cường hơn nữa các hoạt động giao lưu, hợp tác nhằm thúc đẩy hứng thú học tập, rèn luyện kỹ năng sống, nâng cao hiểu biết về các giá trị văn hóa truyền thống dân tộc và tinh hoa văn hóa thế giới…

Giáo viên tổ chức, hướng dẫn hoạt động học tập cần tạo ra môi trường học tập thân thiện và những tình huống có vấn đề nhằm khuyến khích người học tích cực tham gia các hoạt động học tập Chính người thầy giáo phải khơi gợi, khuyến khích học sinh tự khẳng định năng lực và nguyện vọng của bản thân, đồng thời rèn cho các em thói quen và khả năng tự học, phát huy tiềm năng và vận dụng hiệu quả những kiến thức, kỹ năng đã tích lũy Từ đây tạo tiền đề để phát triển con người toàn diện trong bối cảnh phát triển của cách mạng công nghiệp 4.0, hướng tới một nền giáo dục Việt Nam hiện đại và hội nhập quốc tế

1.2.Tư tưởng chủ đạo của môn Toán trong chương trình giáo dục phổ thông mới

1.2.1 Đặc điểm môn học

Toán học ngày càng có nhiều ứng dụng trong cuộc sống, những kiến thức và

kĩ năng toán học cơ bản đã giúp con người giải quyết các vấn đề trong thực tế cuộc sống một cách có hệ thống và chính xác, góp phần thúc đẩy xã hội phát triển Môn Toán ở trường phổ thông góp phần hình thành và phát triển phẩm chất, nhân cách học sinh; phát triển kiến thức, kĩ năng then chốt và tạo cơ hội để học sinh được trải nghiệm, áp dụng toán học vào đời sống thực tiễn; tạo dựng sự kết nối giữa các ý tưởng toán học, giữa Toán học với thực tiễn, giữa Toán học với các môn học khác, đặc biệt với các môn học thuộc lĩnh vực giáo dục STEM Nội dung môn Toán thường mang tính trừu tượng, khái quát Do đó, để hiểu và học được Toán, chương trình Toán ở trường phổ thông cần bảo đảm sự cân đối giữa

“học” kiến thức và “áp dụng” kiến thức vào giải quyết vấn đề cụ thể

Trong quá trình học và áp dụng toán học, học sinh luôn có cơ hội sử dụng các phương tiện công nghệ, thiết bị dạy học hiện đại, đặc biệt là máy tính điện tử

và máy tính cầm tay hỗ trợ quá trình biểu diễn, tìm tòi, khám phá kiến thức, giải quyết vấn đề toán học

Trong chương trình giáo dục phổ thông, môn Toán là môn học bắt buộc và được phân chia theo hai giai đoạn

- Giai đoạn giáo dục cơ bản:

Môn Toán giúp học sinh nắm được một cách có hệ thống các khái niệm, nguyên lí, quy tắc toán học cần thiết nhất cho tất cả mọi người, làm nền tảng cho việc học tập tiếp theo hoặc có thể sử dụng trong cuộc sống hằng ngày

- Giai đoạn giáo dục định hướng nghề nghiệp:

Môn Toán giúp học sinh có cái nhìn tương đối tổng quát về Toán học, hiểu được vai trò và những ứng dụng của Toán học trong đời sống thực tế, những ngành nghề có liên quan đến toán học để học sinh có cơ sở định hướng nghề

nghiệp, cũng như có đủ năng lực tối thiểu để tự tìm hiểu những vấn đề có liên quan đến toán học trong cuộc đời

Bên cạnh nội dung giáo dục cốt lõi, trong mỗi năm, những học sinh có định hướng khoa học tự nhiên và công nghệ được chọn học một số chuyên đề Các chuyên đề này nhằm tăng cường kiến thức về Toán học, kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn, đáp ứng sở thích, nhu cầu và định hướng nghề nghiệp của học sinh

Chương trình môn Toán trong cả hai giai đoạn giáo dục có cấu trúc tuyến tính kết hợp với “đồng tâm xoáy ốc” (đồng tâm, mở rộng và nâng cao dần), xoay quanh và tích hợp ba mạch kiến thức: Số và Đại số; Hình học và Đo lường; Thống kê và Xác suất

Như vậy, với các đặc điểm đó của môn Toán ở trường phổ thông thì việc dạy học Toán ở trường phổ thông sẽ có nhiều cơ hội và điều kiện để có thể thực hiện dạy học theo định hướng giáo dục STEM

1.2.2.Quan điểm xây dựng chương trình

Chương trình môn Toán quán triệt các quan điểm, mục tiêu, yêu cầu cần đạt, kế hoạch giáo dục và các định hướng về nội dung giáo dục, phương pháp giáo dục và đánh giá kết quả giáo dục được nêu trong Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể, đồng thời xuất phát từ đặc thù của môn học, nhấn mạnh những

quan điểm sau:

1.2.2.1 Bảo đảm tính tinh giản, thiết thực, hiện đại

Nội dung chương trình môn Toán bảo đảm tính tinh giản, thiết thực, hiện đại, phản ánh những giá trị cốt lõi, nền tảng của văn hoá toán học, những nội dung nhất thiết phải được đề cập trong nhà trường phổ thông, đáp ứng nhu cầu hiểu biết thế giới cũng như hứng thú, sở thích của người học Chương trình quán triệt tinh thần “toán học cho mọi người”, ai cũng được học Toán nhưng mỗi người có thể học Toán theo cách phù hợp với sở thích và năng lực cá nhân

Nội dung chương trình môn Toán chú trọng tính ứng dụng thiết thực, gắn kết với đời sống thực tế hay các môn học khác, (đặc biệt với các môn học thuộc lĩnh vực giáo dục STEM), gắn với xu hướng phát triển hiện đại của kinh tế, khoa học, đời sống xã hội và những vấn đề cấp thiết có tính toàn cầu (như biến đổi khí hậu, phát triển bền vững, giáo dục tài chính, )

Các hoạt động thực hành và trải nghiệm trong giáo dục toán học với nhiều hình thức, như: thực hiện các đề tài, dự án học tập về Toán, đặc biệt là các đề tài

và các dự án về ứng dụng toán học trong thực tiễn; tổ chức các trò chơi toán học, câu lạc bộ toán học, diễn đàn, hội thảo, cuộc thi về Toán, tạo cơ hội giúp học sinh vận dụng kiến thức, kĩ năng và kinh nghiệm của bản thân vào thực tiễn cuộc sống một cách sáng tạo

1.2.2.2 Bảo đảm tính chỉnh thể, sự nhất quán và phát triển liên tục

Chương trình môn Toán phải bảo đảm tính chỉnh thể thống nhất, từ lớp 1 đến lớp 12, trong đó quan hệ (ngang và dọc) giữa các đơn vị kiến thức cần được làm sáng tỏ Chương trình môn Toán được thiết kế theo mô hình gồm hai nhánh song song, một nhánh mô tả sự phát triển của các mạch nội dung kiến thức cốt lõi và một nhánh mô tả sự phát triển của năng lực, phẩm chất của học sinh Hai nhánh đó liên kết chặt chẽ với nhau, cho phép nhìn xuyên suốt từ lớp 1 đến lớp

12 cũng như nhìn nhận rõ ràng chương trình của từng lớp học Bên cạnh đó, chương trình môn Toán cần chú ý tiếp nối với chương trình giáo dục mầm non, cũng như tạo nền tảng cho giáo dục nghề nghiệp và giáo dục đại học

1.2.2.3 Bảo đảm tính tích hợp và phân hoá

Chương trình môn Toán thực hiện tích hợp nội môn xoay quanh ba mạch kiến thức: Số và Đại số; Hình học và Đo lường; Thống kê và Xác suất

Chương trình môn Toán thực hiện tích hợp liên môn thông qua các nội dung, chủ đề liên quan hoặc các kiến thức toán học được khai thác, sử dụng trong các môn học khác như Vật lí, Hoá học, Sinh học, Địa lí, Tin học, Công nghệ, Khai thác tốt những yếu tố liên môn nêu trên vừa mang lại hiệu quả với các bộ môn,

vừa góp phần củng cố kiến thức môn Toán, cũng như góp phần rèn luyện cho học sinh năng lực vận dụng toán học vào thực tiễn

Chương trình môn Toán còn thực hiện tích hợp nội môn và liên môn thông qua các hoạt động thực hành và trải nghiệm trong giáo dục toán học

Mặt khác, chương trình môn Toán phải bảo đảm yêu cầu phân hoá, cụ thể:

- Đối với tất cả các cấp học: Tăng cường dạy học theo hướng cá thể hoá người học trên cơ sở bảo đảm đa số học sinh (trên tất cả các vùng miền của cả nước) đáp ứng được yêu cầu cần đạt của chương trình; đồng thời chú ý tới các đối tượng có nhu cầu đặc biệt (học sinh năng khiếu, học sinh khuyết tật, );

- Đối với cấp trung học phổ thông: Thiết kế hệ thống chuyên đề học tập chuyên sâu và các nội dung học tập giúp học sinh nâng cao kiến thức, kĩ năng thực hành, vận dụng giải quyết các vấn đề gắn với thực tiễn của địa phương

1.2.2.4 Bảo đảm tính mềm dẻo, linh hoạt

Chương trình môn Toán bảo đảm tính thống nhất về những nội dung giáo dục cốt lõi, bắt buộc của Chương trình quốc gia; đồng thời dành quyền chủ động cho địa phương và nhà trường lựa chọn một số nội dung và triển khai kế hoạch giáo dục môn Toán phù hợp với điều kiện của từng vùng miền và cơ sở giáo dục; dành không gian sáng tạo cho tác giả sách giáo khoa và giáo viên nhằm thực hiện hiệu quả chủ trương “một chương trình, nhiều sách giáo khoa”

Trong quá trình thực hiện, Chương trình môn Toán sẽ được tiếp tục phát triển cho phù hợp với tiến bộ khoa học và những yêu cầu của thực tế

Nội dung chương trình môn Toán chú trọng tính ứng dụng thiết thực, gắn kết với đời sống thực tế hay các môn học khác nên GV có thể thuận lợi trong việc thiết kế và tổ chức việc dạy học Toán theo định hướng giáo dục STEM dưới hình thức trên lớp hoặc thông qua trải nghiệm, thực hành, ngoại khóa Toán học

1.2.3 Mục tiêu môn Toán ở cấp trung học phổ thông

Môn Toán cấp trung học phổ thông nhằm giúp học sinh đạt các mục tiêu chủ yếu sau:

a) Góp phần hình thành và phát triển năng lực toán học với yêu cầu cần đạt:

sử dụng được các phương pháp lập luận, quy nạp và suy diễn để nhìn ra những cách thức khác nhau nhằm giải quyết vấn đề; sử dụng được các mô hình toán học

để mô tả các tình huống, từ đó đưa ra các cách giải quyết vấn đề toán học đặt ra trong mô hình được thiết lập; thực hiện và trình bày được giải pháp giải quyết vấn đề và đánh giá được giải pháp đã thực hiện, phản ánh được giá trị của giải pháp, khái quát hoá cho vấn đề tương tự; sử dụng thành thạo công cụ, phương tiện học toán, biết đề xuất ý tưởng để thiết kế, tạo dựng phương tiện học liệu mới phục vụ việc tìm tòi, khám phá và giải quyết vấn đề toán học

b) Có những kiến thức và kĩ năng toán học cơ bản, thiết yếu về:

- Số và Đại số: tính toán và sử dụng công cụ tính toán; ngôn ngữ và kí hiệu đại số; biến đổi biểu thức đại số và siêu việt (lượng giác, mũ, lôgarit), phương trình, hệ phương trình, bất phương trình; các hàm số sơ cấp cơ bản (lũy thừa, mũ, lôgarit và lượng giác); khảo sát hàm số và vẽ đồ thị hàm số bằng công cụ đạo hàm; sử dụng ngôn ngữ hàm số, đồ thị hàm số để mô tả và phân tích một số quá trình và hiện tượng trong thế giới thực; sử dụng tích phân để tính toán diện tích hình phẳng và thể tích vật thể trong không gian

- Thống kê và Xác suất: các phương pháp cơ bản của việc biểu diễn và phân tích số liệu thống kê; các quy luật thống kê trong thực tiễn và các mô hình ngẫu nhiên; khái niệm cơ bản của xác suất và ý nghĩa của xác suất trong thực tiễn

- Hình học và Đo lường: ngôn ngữ hình học, kí hiệu hình học và việc mô tả các đối tượng của thế giới xung quanh bằng ngôn ngữ hình học; vẽ hình (đồ hoạ), dựng hình, tính toán các yếu tố hình học; các tính chất của hình phẳng và của vật thể không gian (ở mức độ suy luận logic); các phương pháp đại số (vectơ, toạ độ) trong hình học; phát triển trí tưởng tượng không gian; vận dụng hình học để giải quyết các vấn đề thực tiễn

c) Hình thành và phát triển cho học sinh những phẩm chất chung và những phẩm chất đặc thù mà giáo dục toán học đem lại: tính kỉ luật, kiên trì,

chủ động, linh hoạt; độc lập, hợp tác; thói quen tự học, hứng thú và niềm tin trong học toán

d) Góp phần giúp học sinh có hiểu biết làm cơ sở cho định hướng nghề nghiệp sau Trung học phổ thông

Mục tiêu dạy học Toán ở trung học phổ thông là góp phần hình thành và phát triển cho người học các phẩm chất và năng lực cần thiết để người học có thể tiếp tục học tập ở các bậc học sau hoặc tham gia vào cuộc sống lao động Do đó, dạy học theo giáo dục STEM là một trong những định hướng có tác dụng tích cực trong việc hình thành và phát triển năng lực GQVĐ, năng lực vận dụng Toán học, …

1.3 Dạy học tích hợp

- Dạy học tích hợp liên môn là dạy học những nội dung kiến thức liên quan

đến hai hay nhiều môn học “Tích hợp” là nói đến phương pháp và mục tiêu của hoạt động dạy học còn “liên môn” là đề cập tới nội dung dạy học Chủ đề tích hợp liên môn là những chủ đề có nội dung kiến thức liên quan đến hai hay nhiều môn học, thể hiện sự ứng dụng của chúng trong cùng một hiện tượng, quá trình

tự nhiên hay xã hội Các chủ đề liên môn, tích hợp có tính thực tiễn nên sinh động, hấp dẫn, có ưu thế trong việc tạo ra động cơ, hứng thú học tập cho học sinh [11]

- Dạy học tích hợp là một trong những quan điểm giáo dục nhằm nâng cao năng lực người học Dạy học tích hợp là định hướng về nội dung và PPDH, trong

đó GV tổ chức, hướng dẫn để HS biết huy động tổng hợp kiến thức, kĩ năng thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau nhằm giải quyết các nhiệm vụ học tập; thông qua

đó hình thành kiến thức, kĩ năng mới; phát triển được những năng lực cần thiết, năng lực giải quyết vấn đề [8]

1.4 STEM và giáo dục STEM

1.4.1 Khái niệm về STEM

STEM là thuật ngữ viết tắt lấy chữ cái đầu tiên trong tiếng Anh của các từ: Science, Technology, Engineering, Maths [8]

Science (Khoa học): gồm các kiến thức về Vật lí, Hóa học, Sinh học, Khoa học trái đất nhằm giúp học sinh hiểu về thế giới tự nhiên và vận dụng kiến thức

đó để giải quyết các vấn đề khoa học trong cuộc sống hàng ngày

Technology (Công nghệ): phát triển khả năng sử dụng, quản lý, hiểu và đánh giá công nghệ của học sinh, tạo cơ hội để học sinh hiểu về công nghệ được phát triển như thế nào, ảnh hưởng của công nghệ mới tới cuộc sống

Engineering (Kỹ thuật): phát triển sự hiểu biết ở học sinh về cách công nghệ đang phát triển thông qua quá trình thiết kế kỹ thuật, tạo cơ hội để tích hợp kiến thức của nhiều môn học, giúp cho những khái niệm liên quan trở nên dễ hiểu Kỹ thuật cũng cung cấp cho học sinh những kỹ năng để vận dụng sang tạo cơ sở Khoa học và Toán học trong quá trình thiết kế các đối tượng, các hệ thống hay xây dựng các quy trình sản xuất

Maths (Toán học): là môn học nhằm phát triển ở học sinh khả năng phân tích, biện luận và truyền đạt ý tưởng một cách hiệu quả thông qua việc tính toán, giải thích, các giải pháp giải quyết các vấn đề toán học trong các tình huống đặt

Trong ngữ cảnh nghề nghiệp, STEM được hiểu là nghề nghiệp thuộc các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học

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

Trong đề tài nghiên cứu này, STEM được đặt trong ngữ cảnh giáo dục, tác giả quan niệm STEM theo cách quan tâm tới vai trò và sự tích hợp các môn học trong chương trình gắn liền với thế giới thực, thông qua hoạt động dạy học tích hợp giải quyết các vấn đề thực tiễn, từ đó nâng cao hứng thú, hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho HS

1.4.2.Giáo dục STEM

1.4.2.1 Khái niệm giáo dục STEM

Với những cách tiếp cận khác nhau, giáo dục STEM sẽ được hiểu và triển khai theo những cách khác nhau Giáo dục STEM được nhận thức và hoạt động theo hai cách hiểu chính như sau [8]:

Một là, giáo dục 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 dục STEM của Bộ giáo dục Mỹ “Giáo dục STEM là một chương trình nhằm cung cấp hỗ trợ, tăng cường, giáo dục Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học ở tiểu học

và trung học cho đến bậc sau đại học” Đây là nghĩa rộng khi nói về giáo dục STEM Đó chính là một chiến lược, định hướng giáo dục nhằm thúc đẩy giáo dục bốn lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học với mục tiêu đào tạo nguồn nhân lực đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các ngành nghề có liên quan, nhờ đó nâng cao sức cạnh tranh của nền kinh tế

Hai là, giáo dục STEM được hiểu theo nghĩa là tích hợp Hoặc là tích hợp đầy đủ cả bốn lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học 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 học sinh 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 Hoặc là tích hợp khuyết, tức là tích hợp từ hai lĩnh vực về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên 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

Như vậy, giáo dục STEM về bản chất được hiểu là trang bị cho người học những kiến thức và kỹ năng cần thiết liên quan đến các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học Các kiến thức và kỹ năng này phải được tích hợp, lồng ghép và bổ trợ cho nhau, giúp học sinh không chỉ hiểu biết về nguyên lý mà còn có thể thực hành và tạo ra được những sản phẩm trong cuộc sống hằng ngày Giáo dục STEM kết nối giữa kiến thức học đường với thế giới thực, giải quyết các vấn đề thực tiễn, tạo hứng thú cho học sinh, hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho học sinh

1.4.2.2 Đặc trưng giáo dục STEM

Giáo dục STEM có các đặc trưng sau:

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

Đó là những kiến thức, kĩ năng liên quan đến các môn học Khoa học, Công nghệ,

Kĩ 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 HS biết về quy trình thiết kế và chế tạo ra các sản phẩm

- Phát triển các năng lực cốt lõi cho HS: Giáo dục 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,

Kĩ thuật, Toán học, HS sẽ được phát triển tư duy phê phán, khả năng hợp tác để thành công…

- Định hướng nghề nghiệp cho HS: Giáo dục STEM sẽ tạo cho HS có những kiến thức, kĩ năng mang tính nền tảng cho việc học tập ở các bậc học cao hơn cũng như cho nghề nghiệp trong tương lai của HS 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

1.4.2.3.Các hình thức tổ chức giáo dục STEM

Theo [12], các hình thức tổ chức giáo dục STEM bao gồm:

1 Dạy học các môn học thuộc lĩnh vực STEM

Đây là hình thức tổ chức giáo dục STEM chủ yếu trong nhà trường Theo cách này, các bài học, hoạt động giáo dục STEM được triển khai ngay trong quá trình dạy học các môn học STEM theo tiếp cận liên môn

Các chủ đề, bài học, hoạt động STEM bám sát chương trình của các môn học thành phần Hình thức giáo dục STEM này không làm phát sinh thêm thời gian học tập

2 Hoạt động trải nghiệm STEM

Trong hoạt động trải nghiệm STEM, học sinh được khám phá các thí nghiệm, ứng dụng khoa học, kỹ thuật trong thực tiễn đời sống Qua đó, nhận biết được ý nghĩa của khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học đối với đời sống con người, nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM Đây cũng là cách thức để thu hút sự quan tâm của xã hội tới giáo dục STEM

Để tổ chức thành công các hoạt động trải nghiệm STEM, cần có sự tham gia, hợp tác của các bên liên quan như trường phổ thông, cơ sở giáo dục nghề nghiệp, các trường đại học, doanh nghiệp

Trải nghiệm STEM còn có thể được thực hiện thông qua sự hợp tác giữa trường phổ thông với các cơ sở giáo dục đại học, giáo dục nghề nghiệp Theo cách này, sẽ kết hợp được thực tiễn phổ thông với ưu thế về cơ sở vật chất của giáo dục đại học và giáo dục nghề nghiệp

Các trường phổ thông có thể triển khai giáo dục STEM thông qua hình thức câu lạc bộ Tham gia câu lạc bộ STEM, học sinh được học tập nâng cao trình độ, triển khai các dự án nghiên cứu, tìm hiểu các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM Đây là hoạt động theo sở thích, năng khiếu của học sinh, diễn ra định kỳ, trong

cả năm học

Tổ chức tốt hoạt động câu lạc bộ STEM cũng là tiền đề triển khai các dự án nghiên cứu trong khuôn khổ cuộc thi khoa học kỹ thuật dành cho học sinh trung

học Bên cạnh đó, tham gia câu lạc bộ STEM còn là cơ hội để học sinh thấy được

sự phù hợp về năng lực, sở thích, giá trị của bản thân với nghề nghiệp thuộc các lĩnh vực STEM

3 Hoạt động nghiên cứu khoa học

Giáo dục STEM có thể được triển khai thông qua hoạt động nghiên cứu khoa học và tổ chức các cuộc thi sáng tạo khoa học kỹ thuật với nhiều chủ đề khác nhau thuộc các lĩnh vực robot, năng lượng tái tạo, môi trường, biến đổi khí hậu, nông nghiệp công nghệ cao…

Hoạt động này không mang tính đại trà mà dành cho những học sinh có năng lực, sở thích và hứng thú với các hoạt động tìm tòi, khám phá khoa học, kỹ thuật giải quyết các vấn đề thực tiễn

1.4.3 Dạy học theo định hướng giáo dục STEM

1.4.3.1.Một số tiêu chí của chủ đề giáo dục STEM

Khi xây dựng một chủ đề giáo dục STEM, một số câu hỏi có thể gặp phải với các GV đó là liệu chủ đề được xây dựng có đúng theo tinh thần STEM hay không hay là một chủ đề tích hợp khoa học đơn thuần Điều gì tạo nên sự phân biệt một chủ đề giáo dục STEM với các chủ đề học tập khác Điều đầu tiên cần phải khẳng định trước hết một chủ đề dạy học theo định hướng STEM phải là một chủ đề mang tính tích hợp Khái niệm STEM hay giáo dục STEM là một khái niệm rộng và nhiều tầng bậc, do vậy điều này cũng ảnh hưởng tới việc xác định hay cách đánh giá về một chủ đề giáo dục STEM Trong nội dung trình bày dưới đây nghiên cứu đề xuất một số tiêu chí nhằm xác định về một chủ đề giáo dục STEM [8]

1 Chủ đề STEM hướng tới giải quyết các vấn đề trong thế giới thực

Vận dụng kiến thức STEM để giải quyết các vấn đề thực tiễn chính là mục tiêu của dạy học theo quan điểm STEM Do vậy, bài học STEM không phải là

để giải quyết các vấn đề mang tính tưởng tượng và xa rời thực tế mà nó luôn hướng đến giải quyết các vấn đề các tình huống trong xã hội, kinh tế, môi trường trong cộng đồng địa phương của họ cũng như toàn cầu

2 Chủ đề STEM phải hướng tới việc HS vận dụng các kiến thức trong lĩnh vực STEM để giải quyết

Tiêu chí này nhằm đảm bảo theo đúng tinh thần giáo dục STEM, qua đó mới phát triển được những năng lực chuyên môn liên quan

3 Chủ đề STEM định hướng thực hành

Định hướng hành động là một đặc điểm của quan điểm STEM Chỉ khi chủ

đề STEM định hướng thực hành mới đảm bảo hình thành và phát triển năng lực cho HS Điều này sẽ giúp HS có được kiến thức từ kinh nghiệm thực hành chứ không phải chỉ từ lí thuyết Bằng cách xây dựng các bài giảng theo chủ đề và dựa trên thực hành, HS sẽ được hiểu sâu về lí thuyết, nguyên lí thông qua các hoạt động thực tế Chính các hoạt động thực tế này sẽ giúp HS nhớ kiến thức lâu hơn

và sâu hơn HS sẽ được làm việc theo nhóm, tự thảo luận tìm tòi kiến thức, tự vận dụng kiến thức vào các hoạt động thực hành rồi sau đó có thể truyền đạt lại kiến thức cho người khác Với cách học này, GV không còn là người truyền đạt kiến thức nữa mà sẽ là người hướng dẫn để HS tự xây dựng kiến thức cho chính mình

4 Chủ đề STEM khuyến khích làm việc nhóm giữa các HS

Trên thực tế có những chủ đề STEM vẫn có thể triển khai cá nhân Tuy nhiên, làm việc theo nhóm là hình thức làm việc phù hợp trong việc giải quyết các nhiệm vụ phức hợp gắn với thực tiễn Làm việc theo nhóm là một kĩ năng quan trọng trong thế kỉ 21 bên cạnh đó khi làm việc theo nhóm HS sẽ được đặt vào môi trường thúc đẩy các nhu cầu giao tiếp chia sẻ ý tưởng và cùng nhau phát triển giải pháp

1.4.3.2 Quy trình thiết kế các chủ đề dạy học theo định hướng giáo dục STEM

Dựa trên mục tiêu giáo dục STEM; các tiêu chí của một chủ đề STEM; các hình thức tổ chức giáo dục STEM, quy trình thiết kế một chủ đề dạy học theo định hướng giáo dục STEM được thực hiện như sau [12]:

Bước 1: Lựa chọn chủ đề bài học

Căn cứ vào nội dung kiến thức trong chương trình môn học và các hiện tượng, quá trình gắn với các kiến thức đó trong tự nhiên; quy trình hoặc thiết bị công nghệ có sử dụng của kiến thức đó trong thực tiễn để lựa chọn chủ đề của bài học Những ứng dụng đó có thể là: Hiện tượng tán sắc ánh sáng - Tính chất sóng của ánh sáng - Máy quang phổ lăng kính; Hiện tượng khúc xạ và phản xạ ánh sáng - Gương cầu và thấu kính - Ống nhòm, kính thiên văn; Sự chìm, nổi - lực đẩy Ác-si-mét - Thuyền/bè; Hiện tượng cảm ứng điện từ - Định luật Cảm ứng điện từ và Định luật Lenxơ - Máy phát điện/động cơ điện; Vật liệu cơ khí; Các phương pháp gia công cơ khí; Các cơ cấu truyền và biến đổi chuyển động; Các mối ghép cơ khí; Mạch điện điều khiển cho ngôi nhà thông minh; Sữa chua/dưa muối - Vi sinh vật - Quy trình làm sữa chua/muối dưa; Thuốc trừ sâu - Phản ứng hoá học - Quy trình xử lý dư lượng thuốc trừ sâu; Hoá chất - Phản ứng hoá học - Quy trình xử lý chất thải; Sau an toàn - Hoá sinh - Quy trình trồng rau

an toàn

Bước 2: Xác định vấn đề cần giải quyết

Sau khi chọn chủ đề của bài học, cần xác định vấn đề cần giải quyết để giao cho học sinh thực hiện sao cho khi giải quyết vấn đề đó, học sinh phải học được những kiến thức, kỹ năng cần dạy trong chương trình môn học đã được lựa chọn (đối với STEM kiến tạo) hoặc vận dụng những kiến thức, kỹ năng đã biết (đối với STEM vận dung) để xây dựng bài học Theo những ví dụ nêu trên, nhiệm vụ giao cho học sinh thực hiện trong các bài học có thể là: Thiết kế, chế tạo một máy quang phổ đơn giản trong bài học về bản chất sóng của ánh sáng; Thiết kế, chế tạo một ống nhòm đơn giản khi học về hiện tượng phản xạ và khúc xạ ánh sáng; Chế tạo bè nổi/thuyền khi học về Định luật Ác - si - mét; Chế tạo máy phát điện/động cơ điện khi học về cảm ứng điện từ; Thiết kế mạch lôgic khi học về dòng điện không đổi; Thiết kế robot leo dốc, cầu bắc qua hai trụ, hệ thống tưới nước tự động, mạch điện cảnh báo và điều khiển cho ngôi nhà thông minh; Xây

dựng quy trình làm sữa chua/muối dưa; Xây dựng quy trình xử lý dư lượng thuốc trừ sâu trong rau/quả; Xây dựng quy trình xử lý hoá chất ô nhiễm trong nước thải; Quy trình trồng rau an toàn…

Bước 3: Xây dựng tiêu chí của thiết bị/giải pháp giải quyết vấn đề

Sau khi đã xác định vấn đề cần giải quyết/sản phẩm cần chế tạo, cần xác định rõ tiêu chí của giải pháp/sản phẩm Những tiêu chí này là căn cứ quan trọng

để đề xuất giả thuyết khoa học/giải pháp giải quyết vấn đề/thiết kế mẫu sản phẩm Đối với các ví dụ nêu trên, tiêu chí có thể là: Chế tạo máy quang phổ sử dụng lăng kính, thấu kính hội tụ; tạo được các tia ánh sáng màu từ nguồn sáng trắng; Chế tạo ống nhòm/kính thiên văn từ thấu kính hội tụ, phân kì; quan sát được vật

ở xa với độ bội giác trong khoảng nào đó; Quy trình sản xuất sữa chua/muối dưa với tiêu chí cụ thể của sản phẩm (độ ngọt, độ chua, dinh dưỡng ); Quy trình xử

lý dư lượng thuốc trừ sâu với tiêu chí cụ thể (loại thuốc trừ sâu, độ "sạch" sau xử lý); Quy trình trồng rau sạch với tiêu chí cụ thể ("sạch" cái gì so với rau trồng thông thường)

Bước 4: Thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học

Tiến trình tổ chức hoạt động dạy học được thiết kế theo các phương pháp

và kỹ thuật dạy học tích cực Mỗi hoạt động học được thiết kế rõ ràng về mục đích, nội dung và sản phẩm học tập mà học sinh phải hoàn thành Các hoạt động học đó có thể được tổ chức cả ở trong và ngoài lớp học (ở trường, ở nhà và cộng đồng)

Cần thiết kế bài học điện tử trên mạng để hướng dẫn, hỗ trợ hoạt động học của học sinh bên ngoài lớp học

Việc dạy học môn Toán cũng như dạy học các môn học khác (Vật lí, Sinh học, Hóa học, Địa lí) ở trường phổ thông theo định hướng giáo dục STEM thực chất là việc dạy học tích hợp các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán, trong đó việc lựa chọn chủ đề, việc thiết kế các chủ đề STEM cần đảm bảo các tiêu chí và quy trình chung như đã trình bày ở trên

1.4.4 Mối quan hệ giữa dạy học theo định hướng giáo dục STEM với dạy học theo định hướng phát triển năng lực của học sinh

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 cho giáo dục STEM ở các quốc gia đó cũng khác nhau Ở tầm quốc gia, tại Anh, mục tiêu giáo dục STEM là tạo

ra nguồn nhân lực nghiên cứu khoa học chất lượng cao Còn tại Mỹ, ba mục tiêu

cơ bản cho giáo dục STEM là: trang bị cho tất cả các công dân những kĩ năng về STEM, mở rộng lực lượng lao động trong lĩnh vực STEM bao gồm cả phụ nữ và dân tộc thiểu số nhằm khai thác tối đa tiềm năng con người của đất nước, tăng cường số lượng HS sẽ theo đuổi và nghiên cứu chuyên sâu về các lĩnh vực STEM Tại Úc, mục tiêu của giáo dục STEM là xây dựng kiến thức nền tảng của quốc gia nhằm đáp ứng các thách thức đang nổi lên của việc phát triển một nền kinh

tế cho thế kỉ 21 Tuy các phát biểu về mục tiêu giáo dục STEM ở tầm quốc gia

có khác nhau nhưng điểm chung cho các mục tiêu đó chính là sự tác động đến người học Có thể dễ nhận thấy giáo dục STEM như là một giải pháp trong cải cách giáo dục của các quốc gia nhằm hướng tới phát triển con người nhằm đáp ứng các mục tiêu phát triển kinh tế, phát triển của quốc gia trong thời đại toàn cầu hóa đầy cạnh tranh[9]

Vận dụng trong bối cảnh Việt Nam, việc đưa giáo dục STEM vào trường phổ thông mang lại nhiều ý nghĩa, phù hợp với định hướng đổi mới giáo dục phổ thông Đó là [12]:

- Đảm bảo giáo dục toàn diện: Triển khai giáo dục STEM ở nhà trường, bên cạnh các môn học đang được quan tâm như Toán, Khoa học, các lĩnh vực Công nghệ, Kỹ thuật cũng sẽ được quan tâm, đầu tư trên tất cả các phương diện

về đội ngũ giáo viên, chương trình, cơ sở vật chất

- Nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM: Các dự án học tập trong giáo dục STEM hướng tới việc vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các vấn đề thực tiễn, học sinh được hoạt động, trải nghiệm và thấy được ý nghĩa của tri thức với cuộc sống, nhờ đó sẽ nâng cao hứng thú học tập của học sinh

- Hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho học sinh: Khi triển khai các dự án học tập STEM, học sinh hợp tác với nhau, chủ động và tự lực thực hiện các nhiệm vụ học; được làm quen hoạt động có tính chất nghiên cứu khoa học Các hoạt động nêu trên góp phần tích cực vào hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực cho học sinh

- Kết nối trường học với cộng đồng: Để đảm bảo triển khai hiệu quả giáo dục STEM, cơ sở giáo dục phổ thông thường kết nối với các cơ sở giáo dục nghề nghiệp, đại học tại địa phương nhằm khai thác nguồn lực về con người, cơ sở vật chất triển khai hoạt động giáo dục STEM Bên cạnh đó, giáo dục STEM phổ thông cũng hướng tới giải quyết các vấn đề có tính đặc thù của địa phương

- Hướng nghiệp, phân luồng: Tổ chức tốt giáo dục STEM ở trường phổ thông, học sinh sẽ được trải nghiệm trong các lĩnh vực STEM, đánh giá được sự phù hợp, năng khiếu, sở thích của bản thân với nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM Thực hiện tốt giáo dục STEM ở trường phổ thông cũng là cách thức thu hút học sinh theo học, lựa chọn các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM, các ngành nghề có nhu cầu cao về nguồn nhân lực trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư

Để hình thành và phát triển năng lực cho HS cần tạo cơ hội để học sinh được vận dụng kiến thức, kĩ năng được học để giải quyết các tình huống thực tiễn Như vậy, dạy học theo định hướng giáo dục STEM có vai trò và ý nghĩa quan trọng trong việc hình thành và phát triển các năng lực cần thiết cho HS thông qua dạy học Toán

1.4.5 Vai trò của môn Toán trong dạy học STEM

Trong chương trình giáo dục, môn Toán giữ một vai trò quan trọng Môn Toán được coi là môn học công cụ, cung cấp các tri thức, kĩ năng tư duy để người học có thể học tập các môn học khác

Toán học có nguồn gốc thực tiễn và có tính phổ dụng Tính phổ dụng của

nó thể hiện ở sự ứng dụng rộng rãi của các kiến thức Toán học trong các môn học khác cũng như trong thực tiễn Do đó, trong dạy học môn Toán, người ta cố gắng gợi động cơ cho HS từ những tình huống thực tiễn, tình huống liên môn và sau khi HS đã có kiến thức, kĩ năng GV có thể cho HS vận dụng, củng cố kiến thức, kĩ năng qua việc giải quyết các tình huống liên môn hoặc thực tiễn đó Như vậy, thông qua dạy tri thức toán học GV có thể củng cố cho HS các kiến thức liên môn, rèn luyện cho HS kĩ năng phát hiện và giải quyết vấn đề, rèn luyện tư duy và bồi dưỡng nhân cách

Với đặc điểm đó môn Toán có vai trò quan trọng trong mối quan hệ mật thiết với các môn học như Vật lí, Hóa học, Sinh học, Tin học và Địa lí trong giáo dục STEM Vì vậy, GV dạy Toán có thể lựa chọn các chủ đề Toán học, lựa chọn môn học, nội dung để thiết kế và tổ chức các chủ đề dạy học Toán theo định hướng giáo dục STEM Giáo dục STEM thông qua dạy học môn Toán học thường được tiếp cận dưới góc độ khai thác các yếu tố thực tiễn thông qua dạy học một số chủ đề trong Toán học hay hoạt động trải nghiệm Toán học Thông qua đó nhằm phát triển năng lực của HS để nhận biết về vai trò của Toán học trong thế giới, biết dựa vào Toán học để đưa ra những suy đoán có nền tảng vững chắc vừa đáp ứng được các nhu cầu của đời sống cá nhân Đó là năng lực phân tích, lập luận và truyền đạt ý tưởng (trao đổi thông tin) một cách hiệu quả thông qua việc đặt ra, hình thành và giải quyết vấn đề Toán học trong các tình huống

và hoàn cảnh khác nhau

Như vậy, Toán học là lĩnh vực khoa học công cụ và năng lực Toán học của HS có ảnh hưởng rất lớn đến việc thực hiện giáo dục STEM, là điều kiện quan trọng để thực hiện giáo dục STEM thành công Ngược lại, giáo dục STEM

cũng góp phần phát triển ở người học năng lực vận dụng Toán học, năng lực tư duy và giải quyết vấn đề

1.5 Thực trạng dạy học môn Toán lớp 10 ở trường THPT theo định hướng giáo dục STEM

1.5.1 Mục đích khảo sát

- Tìm hiểu thực trạng dạy học môn Toán lớp 10 theo định hướng giáo dục STEM qua việc đánh giá các nội dung sau:

+ Nhận thức của GV về giáo dục STEM và ý nghĩa của giáo dục STEM

+Đánh giá của GV về sự cần thiết của giáo dục STEM

+ Nhận thức của GV về vai trò của môn Toán trong giáo dục STEM

+ Những khó khăn khi tổ chức dạy học chủ đề môn Toán theo định hướng giáo dục STEM

- Tìm hiểu thực trạng học tập môn Toán của học sinh lớp 10 ở trường THPT theo định hướng giáo dục STEM qua việc đánh giá các nội dung sau:

+ Sự mong muốn và hứng thú của HS khi được học môn Toán theo định hướng giáo dục STEM

+ Mức độ HS được học các môn học nói chung và môn Toán nói riêng theo định hướng giáo dục STEM

1.5.2 Nội dung khảo sát

1.5.2.1 Thực trạng dạy môn Toán lớp 10 theo định hướng giáo dục STEM

Để tìm hiểu thực trạng dạy học môn Toán lớp 10 theo định hướng giáo dục STEM, tác giả đã sử dụng phiếu khảo sát (phụ lục số 1) để tiến hành thăm dò ý kiến của 87 GV môn Toán của một số trường THPT ở Nam Định:

Bảng 1.1 Số lượng GV Toán tham gia điều tra thực trạng

Kết quả khảo sát như sau:

Với câu hỏi 1, kết quả thu được ở bảng sau

Bảng 1.2 Mức độ nhận thức của GV về giáo dục STEM

Với câu hỏi 2, 3 về ý nghĩa và sự cần thiết của giáo dục STEM, kết quảthu được ở các bảng sau:

Bảng 1.3 Mức độ nhận thức của GV về ý nghĩa của giáo dục STEM

2 Nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM 62 71,26

3 Hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho

học sinh

72 82,76

Bảng 1.4 Mức độ đánh giá của GV về sự cần thiết của giáo dục STEM

Mức độ Hoàn toàn

không

Không cần thiết lắm Cần thiết Rất cần thiết

Qua bảng 1.3 cho thấy đa số giáo viên nhận thức được ý nghĩa của giáo dục STEM Tuy nhiên, từ bảng 1.4 nhận thức về sự cần thiết của giáo dục STEM của các GV còn rất khác nhau Đa số (88,51%) GV nhận thấy giáo dục STEM là cần, tuy nhiên con số không nhỏ (11,49%) các GV vẫn cho rằng giáo dục STEM là không cần thiết Điều đó chứng tỏ sự hiểu biết các GV đó về giáo dục STEM và về

xu hướng dạy học theo định hướng phát triển năng lực còn hạn chế

Với câu hỏi 4 về mức độ nhận thức của GV về vai trò của môn Toán trong giáo dục STEM, kết quả thu được ở bảng sau:

Bảng 1.5 Mức độ nhận thức của GV về vai trò của môn Toán trong giáo

dục STEM

Qua bảng trên cho thấy, có 70,11% GV hiểu được đúng vai trò của môn Toán trong giáo dục STEM; 19,54% GVchưa hiểu được vai trò của môn Toán trong giáo dục STEM và 10,34% GV không hiểu rõ về vai trò của môn Toán trong giáo dục STEM

Thăm dò những khó khăn khi tổ chức dạy học chủ đề môn Toán theo định hướng giáo dục STEM qua câu hỏi 5, thì kết quả thể hiện qua bảng sau:

Bảng 1.6.Những khó khăn khi tổ chức dạy học chủ đề môn Toán theo định

hướng giáo dục STEM

STT Những khó khăn khi tổ chức dạy học chủ đề

môn Toán theo định hướng giáo dục STEM SL

Tỷ lệ

%

1 Không có thời gian đầu tư thiết kế chủ đề 53 60,92

2 Khó chọn lọc chủ đề phù hợp với nội dung bài dạy 46 52,87

3 Không có nhiều nguồn tư liệu tham khảo 33 37,93

4 Nội dung kiến thức quá khó với học sinh 26 29,89

5 Dạy học theo định hướng giáo dục STEM không đem

lại kết quả cao trong các kỳ thi khảo sát hiện nay

45 51,72

6 Trình độ, năng lực giáo viên còn hạn chế 28 32,18

7 Trình độ, năng lực học sinh không đồng đều 32 36,78

8 Thiếu thốn về cơ sở vật chất, không đảm bảo điều

kiện để dạy học theo định hướng giáo dục STEM

45 51,72

9 Học sinh không hứng thú với việc học theo định

hướng STEM

25 28,74

Kết quả bảng 1.6 cho thấy những khó khăn thường gặp:

- Không có thời gian đầu tư thiết kế chủ đề(60,92%)

- Khó chọn lọc chủ đề phù hợp với nội dung bài dạy (52,87%)

- Dạy học theo định hướng giáo dục STEM không đem lại kết quả cao trong các kỳ thi khảo sát hiện nay (51,72%)

- Thiếu thốn về cơ sở vật chất, không đảm bảo điều kiện để dạy học theo định hướng giáo dục STEM (51,72%)

Như vậy, qua kết quả tìm hiểu thăm dò ý kiến GV bằng phiếu khảo sát thể hiện bằng các bảng nói trên cho thấy nhiều GV đã hiểu đúng về GD STEM, ý nghĩa và sự cần thiết của GD STEM, hiểu được vai trò quan trọng của môn Toán trong giáo dục STEM Tuy nhiên, trong lĩnh vực giảng dạy bộ môn Toán của mình thì đa số các thày cô chưa thực hiện dạy học các chủ đề theo định hướng giáo dục STEM, thực tế cho thấy các thày cô cũng còn gặp khá nhiều khó khăn, khâu thiết kế chủ đề dạy học trong môn Toán theo định hướng giáo dục STEM cũng là một trong các vấn đề khó khăn đó(khó khăn về mặt thời gian thiết kế, khó khăn về sự lựa chọn chủ đề phù hợp với nội dung bài học)

1.5.2.2 Thực trạng học tập môn Toán của học sinh lớp 10 ở trường THPT theo định hướng giáo dục STEM

Để tìm hiểu thực trạng học tập môn Toán lớp 10 theo định hướng giáo dục STEM của học sinh, tác giả đã tiến hành khảo sát (phụ lục số 2) 200 HS lớp 10

ở một số trường của tỉnh Nam Định Kết quả khảo sát như sau:

Với câu hỏi 3,4vềsự mong muốn được học theo định hướng giáo dục STEM

và sự hứng thú với bài học theo định hướng giáo dục STEM của các emHS được thể hiện qua các bảng sau:

Bảng 1.7 Mức độ mong muốn của HS được học môn Toán theo định

hướng giáo dục STEM

Bảng 1.8 Mức độ hứng thú của HS khi được học theo định hướng giáo dục STEM Mức độ Rất hứng thú Hứng thú Không hứng thú

Qua bảng 1.7thấy rằng đa số (81%) các em mong muốn được học môn Toán theo định hướng giáo dục STEM và qua bảng 1.8 cho thấy nếu các em đã từng được học theo định hướng giáo dục STEM thì đa số (87,01%) các em hứng thú với bài học Tuy nhiên các em rất ít được học các môn theo định hướng giáo dục STEM, đặc biệt là với môn Toán lớp 10, gần như các em chưa được học theo định hướng này Cụ thểkhảo sát bằng câu hỏi 1, 2 kết quả thể hiện qua các bảng thống kê sau:

Bảng 1.9 Mức độ HS được học các môn theo định hướng giáo dục STEM Mức độ Thường xuyên Thỉnh thoảng Chưa bao giờ

Thỉnh thoảng Mới một lần

Chưa bao giờ

Như vậy,qua các bảng số liệu điều tra trên cho thấy đa số các em đều chưa được học môn Toán theo định hướng giáo dục STEM nhưng đa số các em đều mong muốn được học mônToán theo định hướng STEM