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

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

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

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

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

X c hận của gười 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 t n 6 năm 2019

T c giả uậ v

Trầ Thị Thu Hà

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Viết đầy đủ

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Kế hoạch chương trình toán lớp 10 của trường THPT 39

Nguyễn Trãi (Nam Định) năm học 2018 – 2019 39

Bảng 2.2 Phân chia tỷ lệ Đại số và Hình học lớp 10 40

Bảng 4.1.Thống kê kết quả kiểm tra trước thực nghiệm 63

Bảng 4.2.Phân bố tần suất 64

Bảng 4.3.Tổng hợp các tham số thống kê 64

Bảng 4.4 Thống kê điểm số 66

Bảng 4.5 Phân bố tần suất 66

Bảng 4.6 Tổng hợp các tham số thống kê 66

DANH MỤC BIỂU ĐỒ, HÌNH VẼ

Hình 1.1 Các bước tổ chức hoạt động MHH 25

Hình 1.2 Điểm D bất kì và điểmD khi (AD+ DE+ EB)nhỏ nhất 26

Hình 1.3 Hoạt động mô hình hóa xác định vị trí chiếc cầu 26

Hình 1.4 Vẽ hình ví dụ 1.2 28

Biểu đồ 2.1 Thống kê sự hiểu biết về khái niệm giáo dục STEM 31

Biểu đồ 2.2 Thống kê ý nghĩa của việc dạy học giáo dục STEM 32

Biểu đồ 2.3 Thống kê sự cần thiết dạy học môn Toán theo định hướng giáo dục STEM 32

Biểu đồ 2.4 Thống kê về mức độ thường xuyên đưa tình huống thực

tiễn vào dạy học môn Toán 33

Biểu đồ 2.5 Thống kê các bước thiết kế chủ đề giáo dục STEM 34

Biểu đồ 2.6 Thống kê ý kiến của giáo viên về sự hứng thú của người học với giáo dục STEM 35

Biểu đồ 2.7 Thống kê ý kiến HS đồng ý được học theo định hướng giáo dục STEM 36

Biểu đồ 2.8 Thống kê về sự hứng thú của HS sau khi đã được học chủ đề theo định hướng giáo dục STEM 37

Biểu đồ 2.9 Thốn kê HS đã được học môn To n 37

t eo địn ướn i o dục STEM 37

Hình 3.1 Mô phỏng kích thước khu vui chơi 46

Hình 3.3 Mô tả vật được giữ yên trên mặt phẳng nghiêng 49

Hình 3.4 Nhà thờ Bùi Chu – Nam Định 50

Hình 3.6 Hai vận động viên kéo thùng hàng 55

Hình 3.7 Lực tác động lên chất điểm 55

Hình 3.8 Bác Hồ tát nước 55

Hình 3.9 Hướng chuyển động của vận động viên 55

Biểu đồ 4.1 Phân bố tần suất điểm số của học sinh 67

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT iii

DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ BIỂU ĐỒ iv

DANH MỤC CÁC HÌNH v

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN 6

1.1 Lịch sử vấn đề nghiên cứu 6

1.1.1 Giáo dục STEM trên thế giới 6

1.1.2 Giáo dục STEM ở Việt Nam 8

1.2 Lý luận về giáo dục STEM 10

1.2.1 Dạy học tích hợp 10

1.2.2 Khái niệm STEM 11

1.2.3 Giáo dục STEM 14

1.2.4 Các kỹ năng giáo dục STEM 15

1.2.5 Mục tiêu giáo dục STEM 16

1.2.6.Phân loại STEM 18

1.3 Dạy học môn Toán theo định hướng giáo dục STEM 20

1.3.1 Đặc trưng của dạy học môn Toán theo định hướng giáo dục STEM 20

1.3.2 Vai trò của môn Toán trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM20 1.4 Các kỹ năng toán học 21

1.4.1 Kỹ năng giao tiếp toán học 23

1.4.2 Kỹ năng mô hình hóa 24

1.4.3 Kỹ năng đặt và giải quyết vấn đề 27

Kết luậ chươ g 1 29

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ THỰC TIỄN 30

2.1 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn 30

2.1.1 Thực trạng thiết kế và tổ chức dạy học môn Toán lớp 10 theo định hướng giáo dục STEM 30

2.1.2.Thực trạng học tập của HS lớp 10 trong dạy học Toán theo định hướng giáo dục STEM 36

2.2 Phân tích nội dung chương trình Hình học lớp 10 38

2.2.1 Khái quát chương trình Hình học lớp 10 38

2.2.2 Cấu trúc nội dung Hình học lớp 10 39

Kết luậ chươ g 2 42

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ CHỦ ĐỀ HÌNH HỌC LỚP 10 NHẰM PHÁT TRIỂN KỸ NĂNG TOÁN HỌC TRONG GIÁO DỤC STEM 43

3.1.Quy trình thiết kế chủ đề giáo dục STEM trong dạy học môn Toán 43

3.2 Thiết kế một số chủ đề giáo dục STEM nhằm phát triển kỹ năng Toán học (Hình học lớp 10) 45

3.2.1 Chủ đề : Vectơ và các phép toán vectơ (chương trình Hình học 10 ban cơ bản) 45

3.2.2 Chủ đề hệ thức lượng trong tam giác 50

3.3 Một số biện pháp sư phạm phát triển kỹ năng Toán học trong giáo dục STEM 53

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 53

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 và thực tiễn 56

Kết luậ chươ g 3 61

CHƯƠNG 4 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 62

4.1 Mục đích thực nghiệm 62

4.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 62

4.3.Phương pháp thực nghiệm sư phạm 62

4.4 Kế hoạch và nội dung thực nghiệm sư phạm 63

4.4.1 Kế hoạch thực nghiệm 63

4.4.2 Đối tượng thực nghiệm 63

4.4.3 Hình thức thực nghiệm 64

4.5 Đánh giá kết quả thực nghiệm 64

4.5.1 Đánh giá định tính 64

4.5.2 Đánh giá định lượng 66

Kết luậ chươ g 4 69

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 70

1 Kết luận 70

2 Khuyến nghị 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 PHỤ LỤC

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 dung, chương trình, phương pháp dạy học, phương pháp kiểm tra, đánh giá đang được Đảng và Nhà nước đặc biệt quan tâm

Theo chương trình giáo dục phổ thông tổng thể mới nêu rõ: “Môn To n

ở trường phổ t ôn óp p ần ìn t àn và p t triển phẩm chất n ân c c học sin ; p t triển kiến thức, kỹ năn t en c ốt và tạo cơ ội để học sinh được trải nghiệm p dụn to n ọc vào đời sống thực tiễn; tạo dựng sự kết nối giữa c c ý tưởn to n ọc, giữa To n ọc với thực tiễn, giữa To n ọc với c c môn ọc k c đặc biệt với c c môn ọc lĩn vực i o dục STEM”[3]

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 t triển i o dục

và đào tạo là nân cao dân trí đào tạo n ân lực, bồi dưỡn n ân tài C uyển mạn qu trìn i o dục từ chủ yếu trang bị kiến thức san p t triển toàn diện phẩm chất và năn lực n ười học Học đi đôi với àn ; lí luận gắn với thực tiễn; i o dục n à trường kết hợp với i o dục ia đìn và i o dục xã hội” [2]

Hiện nay phương pháp dạy học phổ biến trong các trường phổ thông là phương pháp dạy 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 cung cấp kiến thức chủ yếu cho HS là GV và SGK Ngày nay, có nhiều

phương pháp dạy học tích cực nhằm phát triển năng lực cho người học ví dụ như: dạy 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, tích 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: “Ph t triển kỹ g To học tro g gi o dục STEM cho học si h thô g qua dạy học hì h học lớp 10”

2 Mục đích ghiê cứu

Mục đích 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 ghiê 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 Đối tượ g và kh ch thể ghiê cứu

4.1 Đối tượng nghiên cứu

Quá trình dạy học môn Toán ở trường trung học phổ thông

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 Giả 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 ghiê cứu

 P ươn p p n iên cứu lý luận: Nghiên cứu một số văn bản, tài liệu

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

 P ươn p p điều tra quan s t t ực 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 ươn p p t 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 ươn p p t ốn kê to n ọc: Phân tích các số liệu điều tra thực

trạng và số liệu thực nghiệm sư phạm

7 Đó g 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 uậ v

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

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ LUẬN 1.1 Lịch sử vấ đề ghiê cứu

1.1.1 Giáo dục STEM trên thế giới

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

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 Sydney, 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 dẫn 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 and Science về đổi mới trong giảng

dạy Toán và khoa học và Giải thưởng Nhân quyền hàng năm của Tổ chức GoWest

c Anh

Năm 2006, Chính 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 dục Và chính thức triển khai chương trình giáo dục STEM trên toàn nước Anh Tính đến nay, các chương trình hỗ trợ giáo dục STEM vẫn được những người đứng đầu chính 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 duy 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, chính phủ và bộ Giáo dục còn tạo ra mạng lưới các đại sứ STEM quốc gia (STEMNET).Nhờ vậy, các chương trình giáo dục STEM đã được đưa vào và phổ biến tại hệ thống các trường công lập và tư thục trên toàn nước Anh Giáo dục 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 dục mà còn phải kể đến vai trò của hơn 600 tổ chức hỗ trợ giáo dục 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 Foundation…

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

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

 Các công ty sử dụng 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 dạy học định hướng STEM cũng được nhiều trường áp dụng 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 dục 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 dạy 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 dục STEM như:

Lê Xuân Quang (2017) với đề tài “Dạy ọc môn Côn n ệ p ổ t ôn theo địn ướn i o dục STEM” Tác giả đã trình bày được các khái niệm về

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

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

về dòn điện xoay c iều (Vật lý 12) n ằm p t triển năn lực iải quyết vấn

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

định hướng giáo dục STEM, đồng thời phân tích và làm rõ thực trạng dạy học STEM

Đề tài “ Xây dựn một số tìn uốn dạy ọc môn To n theo địn ướn tíc ợp STEM ” của Đoàn Thị Linh (2018) Tác giả đã trình bày về quy trình

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

Tháng 2 năm 2016, Hội đồng Anh kết hợp với Bộ Giáo dục và đào tạo tổ chức giai đoạn 4 của dự án – rà soát và đánh giá phương pháp giáo dục 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 chính khóa cũng như theo học tại các trung tâm của Học viện STEM Các em học sinh theo học các khóa học áp dụng phương pháp giáo dục STEM không chỉ đạt được những thành tích 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 thí 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 diện đoàn học sinh tham dự các kỳ thi Robothon Quốc gia và Quốc tế Đặc biệt trong 02 năm vừa qua (2015 và 2016), Công ty DTT Eduspec đã phối hợp với Sở giáo dục và Đào tạo thành phố Đà Nẵng tổ chức đưa đoàn tham dự 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

Ngày 13 tháng 5 năm 2018, ngày hội STEM lần thứ 4 đã được tổ chức tại Đại học Khoa học Tự nhiên dưới 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 dạng, sáng tạo và có tính ứng dụng thực tế như dự 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” do 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 khí, 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 dục 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 uận về gi o 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 tính 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]

+ Theo chương trình giáo dục phổ thông mới Bộ Giáo dục và Đào tạo công bố ngày 27/12/2018, dạy học tích hợp là “định hướng dạy học giúp HS phát triển khả năng huy động tổng hợp kiến thức, kĩ năng, thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau để giải có hiệu quả các vấn đề trong học tập và trong cuộc sống, được thực hiện ngay trong quá trình lĩnh hội tri thức và rèn luyện kĩ năng” [2]

+ Dạy học tích hợp và phát triển hứng thú, năng lực vận dụng kiến thức của HS trong dạy học toán học Môn Toán ở trường phổ thông đóng góp vào việc thực hiện mục tiêu của chương trình giáo dục phổ thông tổng thể Mục tiêu xuyên suốt vẫn là giáo dục toàn diện, coi trọng các mặt trí, đức, thể,

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

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 [14]

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

là ngữ cảnh giáo dục và ngữ cảnh nghề nghiệp

Trong ngữ cảnh giáo dục, nói đến STEM là muốn n ấn mạn đến sựquan tâm của nền i o dục đối với c c môn K oa ọc Côn n ệ Kĩ t uật

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

để nâng cao năng lực cho người học Giáo dục STEM có thể được hiểu và diễn giải ở nhiều cấp độ như: chính 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, ví dụ: Nhóm ngành nghề về công nghệ thông tin; 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 dục STEM được nhiều tổ chức, nhà giáo dục quan tâm nghiên cứu Do đó, khái niệm về giáo dục STEM cũng được định nghĩa dựa trên các cách hiểu khác nhau Có ba cách hiểu chính về giáo dục STEM hiện nay 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 (STEM) ở tiểu học và trung học cho đến bậc sau đại học”[6] Đây là nghĩa rộng khi nói về giáo dục STEM

- Giáo dục STEM được hiểu theo nghĩa là tích 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 một p ươn p p ọc tập tiếp cận liên n àn ở đó

n ữn kiến t ức àn lâm được kết ợp c ặt c ẽ với c c bài ọc t ực tế t ôn qua việc HS được p dụn n ữn kiến t ức K oa ọc Côn n ệ Kĩ t uật và

To n ọc vào tron n ữn bối cản cụ t ể tạo nên một kết nối iữa n à trườn cộn đồn và c c doan n iệp c o p ép n ười ọc p t triển n ữn

kĩ năn STEM và tăn k ả năn cạn tran tron nền kin tế mới”[13]

- Giáo dục STEM được hiểu theo nghĩa là tích 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 Sanders định nghĩa “Gi o dục STEM là p ươn p p tiếp cận

k m p tron iản dạy và ọc tập iữa ai ay n iều ơn c c môn ọc STEM oặc iữa một c ủ đề STEM và một oặc n iều môn ọc k c tron

n à trườn ”

Bên cạnh đó, giáo dục STEM cũng được quan niệm STEM như là chương trình đào tạo dựa trên ý tưởng giảng dạy cho HS bốn lĩnh vực cụ thể Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học - trong một liên ngành và phươngpháp tiếp cận ứng dụng Thay vì dạy bốn lĩnh vực này theo những môn học tách biệt và rời rạc, STEM tổng hợp chúng thành một mô hình học tập liền mạch dựa trên các ứng dụng thực tế

ngữ cảnh giáo dục và trên bình diện thế giới, STEM được hiểu với nghĩa là giáo dục STEM trong đó:

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

cáckiến thức Khoa học (Vật lí, 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 dụng 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

dụng, quản lí, 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 tích 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 tích 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 dụng sáng 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

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

Với nội hàm các môn học như trên, liên hệ với chương trình giáo dục phổ thông Việt Nam hiện hành ta dễ dàng nhận thấy môn Khoa học tương ứng với các môn Khoa học tự nhiên ở Việt Nam như Vật lí, Hóa học, Sinh học Việt Nam môn Công nghệ đã bao hàm cả yếu tố Công nghệ và Kĩ thuật, do 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 dụng vào bối cảnh giáo dục Việt Nam nội dung giáo dục STEM sẽ bao hàm nội dung của các môn học là Vật lí, Hóa học, Sinh học, Công nghệ, Tin học

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: khoa học, công nghệ,

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 khoa học, 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 [14]

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 [14]

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.[14]

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 tích, 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 [14]

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.[14]

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 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 dẫn 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 đích 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 khích 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 đích của kỹ thuật: kỹ thuật là một chủ đề đầy cảm hứng và thiết thực Bằng cách sử dụng sáng tạo và trí 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 dân 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 đích của công nghệ: Giáo dục chất lượng cao trang bị cho HS hiểu

và thay đổi thế giới thông qua tư duy 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 tính, 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 đích 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 dẫn 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, do 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 duy phản biện, tư duy sáng tạo, khả năng hợp tác để thành công,…

- Định hướng nghề nghiệp cho HS: GD 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 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:

+ 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:

+ 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 dung sách giáo khoa và thường được xây dựng thông qua các nội dung thực hành, thí nghiệm trong chương trình giáo dục 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 đích dạy học ta có:

+ 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 dưỡng năng lực vận dụng cho HS.

1.3 Dạy học mô To theo đị h hướ g gi o 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 duy

+ 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 dục theo định hướng STEM dựa trên giáo dục là một liên ngành lĩnh vực Toán học kết nối bốn ngành là khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học do 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 tập của mỗi HS luôn được tạo điều kiện để thực hành để HS ghi nhớ kiến thức lâu dài, 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 duy 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

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

và thay đổi việc dạy và học Giáo dục dựa trên STEM được công nhận là cách thúc đẩy trẻ em yêu thích toán học hiệu quả.Tăng cường giáo dục dựa 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 dục 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 dục STEM, là lĩnh vực công 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

1.4 C c kỹ g to học

Theo [1], PISA đánh giá 8 kĩ năng đặc trưng của toán học đó là:

- Kỹ năng tư duy và lập luận (Thinking and 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 (Modelling): 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 đích

- 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 do 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 tập của HS luôn tạo điều kiện để thực hành để HS ghi nhớ kiến thức lâu dài 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 duy 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 tích 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 [19]

+ Lý giải được (một cách hợp lý) việc trình bày diễn đạt, thảo luận, tranh luận các nội dung, ý tưởng, giải pháp toán học trong sự tương tác với người khác [19]

+ 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 [19]

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 do thực tiễn đặt ra.” Mô hình hóa (MHH) toán học không thể thiếu trong việc nâng cao năng lực hiểu biết của học sinh,

do 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

sự hỗ trợ của công nghệ thông tin Qúa trình này đòi hỏi HS cần có các kỹ năng và thao tác tư duy Toán học như phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa, trừu tượng hóa

Theo [10], tác giả Nguyễn Danh Nam đã nêu ra các bước tổ chức hoạt động MHH được thể hiện ở hình sau:

Hìn 1.1 C c bước tổ chức hoạt 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 dẫn HS dựng hai đường thẳng i

và k song song biểu diễn cho hai bờ sông Sau đó, dựng 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 dài 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 dẫn 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?”

Hìn 1.2 Điểm D bất kì và điểm D khi (AD+ DE+ EB)nhỏ nhất

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

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

Dựa trên lời giải của bài toán, GV hướng dẫn 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 chính là giao điểm của AB’ và đường thẳng i

Giai đoạn 4 (Đối chiếu): 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 tính 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 được cách đơn giản hóa, cách điều chỉnh những yêu cầu thực tiễn ( xấp xỉ, bổ sung thêm giả thiết, tổng quát hóa…) để đưa đến những bài toán giải được

1.4.3 Kỹ năng đặt và giải quyết vấn đề

- Là kỹ năng liên quan đến khả năng xác định vấn đề và giải quyết chúng theo nhiều cách khác nhau

- Theo [7] Nguyễn Bá Kim , các bước của dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề gồm 5 bước như sau:

1 Làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết từ tình huống (điều kiện) xuất phát: từ kiến thức cũ, kinh nghiệm, bài tập, truyện kể lịch sử,

2 Phát biểu vấn đề cần giải quyết (câu hỏi cần trả lời)

3 Giải quyết vấn đề

4 Rút ra kết luận (kiến thức mới)

5 Vận dụng kiến thức mới để giải quyết những nhiệm vụ đặt ra tiếp theo

Ví dụ 1.2 Cho hình chữ nhật ABCD có AB = 2BC Gọi H là hình

chiếu của A lên đường thẳng BD, lấy E, F lần lượt là trung điểm của CD, BH Biết A( )1;1 và đường thẳng EF có phương trình 3x- y- 10= 0 và điểm E có tọa độ âm Tìm tọa độ các đỉnh B,C,D

Hìn 1.4 Vẽ ìn ví dụ 1.2

Phân tích: Mấu chốt của bài toán là tìm tọa độ điểm E Do E Î EF, cần tìm thêm một điều kiện nữa liên quan đến điểm E Cần kết nối điểm E với điểm A đã có tọa độ Có hai hướng suy nghĩ

Hướng thứ nhất: Tính độ dài AE, nghĩa là cần tính qua độ dài không đổi là d(A,EF) và góc a = Ð AEF

Hướng thứ hai: Viết phương trình AE, nghĩa là chúng ta cần tính góc

a Như vậy, cả hai trường hợp chúng ta cần tính góc a và góc a = Ð AEF

Theo [20] kỹ năng giải quyết vấn đề thể hiện qua việc:

+ Xác định được tình huống có vấn đề; thu thập, sắp xếp, giải thích và đánh giá được độ tin cậy của thông tin; chia sẻ sự am hiểu vấn đề với người khác

+ Lựa chọn và thiết lập được cách thức, quy trình giải quyết vấn đề

+ Thực hiện và trình bày được giải pháp giải quyết vấn đề

+ Đánh giá được giải pháp đã thực hiện, phản ánh được giá trị của giải pháp; khái quát hóa được cho vấn đề tương tự

Kết luậ chươ g 1

Trong chương 1, tác giả đã trình bày được các nội dung như sau: Lịch sử nghiên cứu về giáo dục STEM trên thế giới như Mỹ, Úc, Anh và Việt Nam Các khái niệm STEM, giáo dục STEM, quy trình giáo dục STEM, mục tiêu giáo dục STEM, phân loại STEM Cơ sở khoa học của dạy học môn Toán theo định hướng STEM là dạy học tích hợp và dạy học theo định hướng phát triển năng lực Các kỹ năng giáo dục STEM trong đó đặc biệt quan tâm tới phát triển kỹ năng Toán học Chú trọng phát triển ba kỹ năng Toán học trong giáo dục STEM là: kỹ năng mô hình hóa, kỹ năng đặt và giải quyết vấn đề, kỹ năng giao tiếp Toán học và nêu ra ví dụ cho từng kỹ năng

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ THỰC TIỄN 2.1 Phươ g ph p ghiê cứu thực tiễn

2.1.1 Thực trạng thiết kế và tổ chức dạy học môn Toán lớp 10 theo định hướng giáo dục STEM

Để tiến hành nghiên cứu về thực trạng việc dạy học STEM trong DH môn Toán ở trường THPT, chúng tôi đã tiến hành điều tra, khảo sát bằng phiếu hỏi đối với các GV và HS ở trường THPT A Nghĩa Hưng, THPT Nguyễn Trãi - tỉnh Nam Định với mục đích: Thu thập thông tin, phân tích thuận lợi, khó khăn của thực trạng dạy học STEM trong DH môn Toán ở trường THPT

- Phương pháp phân loại, hệ thống hóa: Xem xét việc thể hiện yêu cầu tíchhợp trong DH môn Toán ở SGK môn Toán cấp THPT hiện hành

- Phương pháp điều tra, khảo sát: Dự giờ, quan sát những biểu hiện của GVvà HS trong hoạt động dạy và học Xây dựng mẫu phiếu khảo sát và tiến hành điềutra về tình hình dạy - học của GV, HS về dạy học STEM trong DH môn Toán ở một số trường THPT trên địa bàn tỉnh Nam Định

Mục đích khảo sát nhằm đánh giá thực trạng của việc dạy học STEM trong DH môn Toán ở trường THPT

Nội dung khảo sát tìm hiểu nhận thức, sự hiểu biết của GV về dạy học STEM

Đối tượng khảo sát là 30 GV dạy môn Toán và 120 HS ở trường THPT Địa điểm khảo sát là trường THPT A Nghĩa Hưng, THPT Nguyễn Trãi - tỉnh Nam Định

Thời gian khảo sát Tháng 11, 12 năm 2018

- Phương pháp phỏng vấn:

Trao đổi với GV dạy bộ môn Toán ở một số trường THPT trên địa bàn tỉnh Nam Định về tình hình dạy học STEM Chúng tôi đã phỏng vấn qua 5