Vận dụng mô hình giáo dục STEM trong dạy học phần ba sinh học vi sinh vật, sinh học 10 , trung học phổ thông

Mục đích nghiên cứu Vận dụng mô hình giáo dục STEM vào dạy học phần Sinh học vi sinh vật - Sinh học 10 nhằm giúp học sinh có kỹ năng sử dụng kiến thức liên môn vào giải quyết các vấn đề

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM SINH HỌC

CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PPDH BỘ MÔN SINH HỌC

MÃ SỐ: 8.14.01.11

Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Thị Thúy Quỳnh

HÀ NỘI – 2019

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến Ban giám hiệu, ban chủ nhiệm khoa cùng tất cả các thầy cô khoa Sư phạm, Trường Đại học Giáo dục đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành khóa học

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Thị Thúy Quỳnh đã trực tiếp hướng dẫn nhiệt tình, cẩn thận, đưa ra những định hướng quý báu để tôi hoàn thành luận văn

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Ban giám hiệu, các thầy cô giáo bộ môn, giáo viên môn Sinh học cùng các em học sinh trường THPT Chuyên Lê Quý Đôn Lai Châu

và nhiều trường trung học phổ thông trên địa bàn Lai Châu đã tạo điều kiện cho tôi trong quá trình thực nghiệm đề tài

Cuối cùng tôi chân thành xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp luôn động viên và hỗ trợ trên mọi phương diện trong suốt quá trình học tập

và thực hiện đề tài

Dù đã có nhiều cố gắng, song do điều kiện thời gian còn có phần hạn chế nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong sự chỉ dẫn, đóng góp ý kiến của các nhà khoa học, các thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện

Trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, 15 tháng 06 năm 2019

Tác giả

Nguyễn Thị Huyền

D NH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Đánh giá thực trạng dạy học bộ môn Sinh học ở trường THPT 16

Bảng 1.2 Đánh giá về mức độ hữu ích của giáo dục STEM 18

Bảng 1.3 Đánh giá về ưu điểm, lợi thế của giáo dục theo định hướng STEM đối với hoạt động học tập của học sinh 20

Bảng 2.1 Nội dung, chương trình Phần Sinh học VSV, Sinh học 10 25

Bảng 2.2 Các hoạt động STEM trong phần Sinh học VSV, Sinh học 10 33

Bảng 3.1 Tiêu chí đánh giá cho các mức điểm của bài kiểm tra 72

Bảng 3.2 Kết quả điều tra phiếu hỏi học sinh lớp đối chứng 73

Bảng 3.4 Phân bố tần số kết quả điểm kiểm tra ở lớp TN và ĐC 77

Bảng 3.5 Phân bố tần suất điểm số bài kiểm tra 77

Bảng 3.6 Phân bố tần suất tích lũy điểm số bài kiểm tra 77

Bảng 3.7 Các tham số thống kê kết quả của lớp TN và ĐC 79

Bảng 3.8 So sánh các tham số thống kê đặc trưng giữa lớp ĐC và TN 79

D NH MỤC HÌNH, BIỂU ĐỒ

Hình 1.1 Chủ đề STEM được dạy trong một môn học duy nhất 11

Hình 1.2 Chủ đề STEM được dạy trong trong nhiều môn học 11

Hình 1.3 Chủ đề STEM nhiểu môn phối hợp 12

Hình 1.4 Đánh giá về mức độ phổ biến của dạy học theo mô hình giáo dục STEM 18

Hình 1.5 Mức độ thiết kế các hoạt động dạy học liên quan đến mô hình giáo dục STEM 20

Hình 2.1 Cấu trúc chương trình sinh học 10 23

Hình 2.2 Quy trình dạy học môn Sinh học theo mô hình giáo dục STEM 27

Hình 3.1 Biểu đồ biểu diễn phân bố tần số tích lũy kết quả bài kiểm tra 78

Hình 3.2 Biểu đồ phân loại kết quả bài kiểm tra của học sinh 78

Hình 3.3 Học sinh hoạt động nhóm trong giờ chủ đề và dự án 82

Hình 3.4 Học sinh thuyết trình về sản phẩm 83

Hình 3.5 Một số sản phẩm thu hoạch của học sinh 83

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

DANH M C TỪ VIẾT TẮT ii

DANH M C BẢNG BIỂU iii

DANH M C HÌNH, BIỂU ĐỒ iv

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Nhiệm vụ nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu 2

3.1 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

3.2 Phạm vi nghiên cứu 2

4 Đối tượng và khách thể nghiên cứu 3

4.1 Đối tượng nghiên cứu 3

4.2 Khách thể nghiên cứu 3

5 Giả thuyết nghiên cứu 3

6 Phương pháp nghiên cứu 3

6.1 Phương pháp nghiên cứu lí luận 3

6.2 Phương pháp điều tra 3

6.3 Phương pháp chuyên gia 3

6.4 Thực nghiệm sư phạm 3

6.5 Phương pháp xử lí số liệu 4

7 Những đóng góp mới của đề tài 4

8 Cấu trúc luận văn 4

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 5

1.1 Tổng quan lịch sử nghiên cứu giáo dục STEM 5

1.1.1 Giáo dục STEM trên thế giới 5

1.1.2 Giáo dục STEM ở Việt Nam 6

1.2 Cơ sở lý luận 8

1.2.1 Khái niệm giáo dục STEM 8

1.2.2 Một số vấn đề về giáo dục STEM 9

1.2.2.1 Mục tiêu giáo dục STEM 9

1.2.2.2 Các con đường giáo dục STEM cho học sinh 10

1.2.2.3 Phân loại STEM 12

1.2.2.4 Ý nghĩa giáo dục theo mô hình STEM 14

1.3 Cơ sở thực tiễn 14

1.3.1 Thực trạng giáo dục STEM ở Việt Nam hiện nay 14

1.3.2 Thực trạng giáo dục STEM trong dạy học môn Sinh học THPT 15

Kết luận Chương I 22

CHƯƠNG 2: VẬN D NG MÔ HÌNH GIÁO D C STEM TRONG 23

DẠY HỌC PHẦN SINH HỌC VI SINH VẬT, SINH HỌC 10 23

2.1 Phân tích chương trình Sinh học 10, THPT 23

2.1.1 Cấu trúc chương trình Sinh học 10, THPT 23

2.1.2 Mục tiêu và cấu trúc phần Sinh học vi sinh vật, Sinh học 10 24

2.2 Mối quan hệ giữa nội dung, chương trình Phần vi sinh vật với định hướng giáo dục STEM 24

2.2.1 Cấu trúc, nội dung từng bài trong phần Sinh học Vi sinh vật 10 24

2.2.2 Mối quan hệ giữa nội dung, chương trình Phần vi sinh vật với định hướng giáo dục STEM 26

2.3 Quy trình xây dựng bài giảng Sinh học phần Vi sinh vật theo mô hình giáo dục STEM 27

2.3.1 Quy trình xây dựng bài giảng Sinh học theo mô hình giáo dục STEM 27

2.3.1.1 Xây dựng chủ đề 27

2.3.1.2 Xây dựng nội dung học tập phần VSV lớp 10, THPT theo mô hình giáo dục STEM 28

2.3.1.3 Thiết kế các nhiệm vụ 28

2.3.1.4 Tổ chức thực hiện 29

2.3.1.5 Tổ chức đánh giá 30

2.3.2 Nguyên tắc xây dựng quy trình thiết kế bài giảng Sinh học theo mô hình giáo dục STEM 31

2.4 Xây dựng một số hoạt động theo mô hình giáo dục STEM dạy học phần Sinh học Vi sinh vật, lớp 10 32

2.5 Thiết kế một số giáo án/chủ đề dạy học phần Vi sinh vật, lớp 10 40

Kết luận Chương II 67

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 68

3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 68

3.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 68

3.3 Nội dung thực nghiệm sư phạm 68

3.4 Tiến hành thực nghiệm sư phạm 69

3.5 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 71

3.6 Kết quả thực nghiệm sư phạm 73

3.6.1 Kết quả định lượng 73

3.6.2 Kết quả định tính 80

3.6.3 Nhận xét 81

Kết luận Chương 3 84

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO 87

PH L C

Trong chiến lược phát triển công nghiệp Việt Nam đến năm 2025, tầm nhìn đến năm 2035 chú trọng đào tạo nguồn nhân lực công nghiệp có kĩ năng, có năng lực sáng tạo; ưu tiên phát triển và chuyển giao công nghệ đối với các ngành Trong

đó, Chính phủ đã xác định 3 nhóm ngành công nghiệp lựa chọn ưu tiên phát triển gồm: công nghiệp chế biến chế tạo, điện tử và viễn thông, năng lượng mới và năng lượng tái tạo [11]

Để xây dựng được nguồn nhân lực công nghiệp đó, đòi hỏi giáo dục Việt Nam cần phải có một lực lượng thành thạo trong lính vực Công nghệ, Khoa học, Kĩ thuật… Giáo dục STEM là quan điểm dạy học theo hướng tiếp cận liên ngành đến các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học Các kiến thức và kĩ năng của các môn học này được giảng dạy tích hợp giúp người học có thể áp dụng những kiến thức đó trong những bối cảnh, tình huống cụ thể Ở Việt Nam, STEM và giáo dục STEM nói riêng đã được đề cập nghiên cứu tuy nhiên vẫn chưa sâu, đặc biệt trong việc nghiên cứu bàn về cơ sở lí luận của giáo dục STEM và vận dụng nó vào dạy học bộ môn

Đối với môn Sinh học là bộ môn khoa học thực nghiệm ứng dụng các kiến thức nền tảng của các môn khoa học cơ bản như Toán, Lý, Hóa và gắn liền kiến thức với thực tiễn Nếu trong quá trình dạy học môn Sinh học giáo viên gắn với thực tế cuộc sống, các tình huống, các vấn đề trong thực tiễn sẽ giúp học sinh phát huy sự sáng tạo, khám phá được những điều mới mẻ thông qua bài học và quan trọng hơn hết là biết vận dụng được các kiến thức đã học vào thực tế Qua đó học sinh mới thực sự phát triển năng lực tư duy, sáng tạo, và giúp việc tiếp thu kiến thức

được vững chắc và nhớ lâu [4]

Tuy nhiên, trên thực tế, việc dạy học Sinh học ở nhiều trường còn mang tính hàn lâm, nặng lý thuyết làm cho học sinh ngại học, lười tư duy, thiếu sáng tạo Vì vậy, để giúp cho người học yêu thích bộ môn, không còn cảm thấy nặng nề, khó tiếp thu và sợ học thì việc nghiên cứu về giáo dục STEM và dạy học môn Sinh học theo định hướng giáo dục STEM là hoàn toàn phù hợp với định hướng đổi mới căn bản toàn diện giáo dục ở Việt Nam

Từ những lý do trên, với mong muốn nâng cao chất lượng dạy học, chúng tôi

tiến hành thực hiện đề tài: “ Vận dụng mô hình giáo dục STEM trong dạy học phần ba Sinh học vi sinh vật, Sinh học 10 , Trung học phổ thông”

2 Mục đích nghiên cứu

Vận dụng mô hình giáo dục STEM vào dạy học phần Sinh học vi sinh vật - Sinh học 10 nhằm giúp học sinh có kỹ năng sử dụng kiến thức liên môn vào giải quyết các vấn đề thực tiễn, tạo hứng thú, say mê học tập môn học, yêu thích bộ môn

từ đó góp phần nâng cao hiệu quả dạy học bộ môn Sinh học

3 Nhiệm vụ nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu

3.1 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lí luận về mô hình giáo dục STEM trên thế giới và ở Việt Nam

- Đánh giá thực trạng về việc dạy và học theo mô hình giáo dục STEM cho học sinh ở một số trường THPT trên địa bàn Hà Nội và Lai Châu

- Xây dựng quy trình giảng dạy Sinh học theo mô hình giáo dục STEM

- Xây dựng một số hoạt động dạy học Sinh học 10 theo mô hình giáo dục STEM

- Thiết kế 2 hoặc 3 giáo án theo mô hình giáo dục STEM dạy học phần VSV, Sinh học 10, THPT

- Thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm tra giả thuyết khoa học của đề tài

3.2 Phạm vi nghiên cứu

- Mô hình giáo dục STEM trong dạy học phần ba Sinh học VSV, Sinh học 10

- Phạm vi khảo sát tại một số trường THPT trên địa bàn TP HN và Lai Châu

4 Đối tượng và khách thể nghiên cứu

4.1 Đối tượng nghiên cứu

Dạy học phần Sinh học VSV, Sinh học 10 theo mô hình giáo dục STEM

4.2 Khách thể nghiên cứu

Giáo dục STEM, phần Sinh học VSV

5 Giả thuyết nghiên cứu

Nếu tổ chức dạy học phần Sinh học VSV, Sinh học 10, THPT theo mô hình giáo dục STEM không chỉ tác động tích cực đến kết quả học tập, tạo được hứng thú học tập cho người học, còn góp phần giúp người học vận dụng kiến thức vào giải quyết vấn đề trong học tập và đời sống

6 Phương pháp nghiên cứu

6.1 Phương pháp nghiên cứu lí luận

- Phân tích, tổng hợp tài liệu về mô hình giáo dục STEM trên thế giới và tại Việt Nam, lựa chọn những khái niệm và những lí thuyết cơ bản là cơ sở lí luận của

đề tài

6.2 Phương pháp điều tra

- Khảo sát, điều tra về thực trạng dạy học và hiểu biết về mô hình giáo dục

STEM trên các đối tượng: GV, HS

- Sử dụng phiếu điều tra, bảng hỏi, dự giờ, phỏng vấn, tham khảo giáo án, sổ điểm của GV…

6.3 Phương pháp chuyên gia

- Tham khảo ý kiến các chuyên gia, các giảng viên và GV có nhiều kinh nghiệm về mô hình giáo dục STEM và thuận lợi, khó khăn khi vận dụng mô hình

trong giảng dạy Sinh học 10

6.5 Phương pháp xử lí số liệu

- Phân tích kết quả thực nghiệm bằng phương pháp phân tích định lượng và

phân tích định tính

- Sử dụng các phần mềm xử lý số liệu vào việc đánh giá kết quả thu được

7 Những đóng góp mới của đề tài

- Thiết kế được 20 hoạt động dạy học theo mô hình giáo dục STEM trong dạy

học phần Sinh học VSV, Sinh học 10

- Đánh giá thực trạng dạy học môn Sinh học phổ thông dưới góc độ giáo dục

STEM tại 18 trường THPT tại Hà Nội và thành phố Lai Châu

- Góp phần đổi mới giáo dục Sinh học phổ thông theo định hướng phát triển

năng lực phù hợp với tư tưởng tích hợp và định hướng đổi mới căn bản giáo dục

Việt Nam sau năm 2015

8 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, khuyến nghị, tài liệu tham khảo, luận văn được

dự kiến trình bày trong 3 chương:

Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn của việc dạy học theo mô hình giáo dục

STEM

Chương 2: Vận dụng mô hình giáo dục STEM trong dạy học phần Sinh học vi

sinh vật, Sinh học 10, trung học phổ thông

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 1.1 Tổng quan lịch sử nghiên cứu giáo dục STEM

1.1.1 Giáo dục STEM trên thế giới

Nghiên cứu về giáo dục STEM trong một thập k trở lại đây đã và đang được rất nhiều nhà giáo dục quan tâm nghiên cứu và xu hướng nghiên cứu về lĩnh vực này sẽ còn tiếp tục được phát triển Theo thống kê, giáo dục STEM đã được triển khai tại nhiều nước trên thế giới, đặc biệt là các nước công nghiệp phát triển như

Mỹ, Úc, Phần Lan, Nhật Bản, Canada, Hàn Quốc [8]

Tại Mỹ: Vào những thập niên 50 và 60, Mỹ là quốc gia đầu tiên phổ cập giáo

dục phổ thông cho cả nước, tạo ra hệ thống các trường đại học, cao đẳng rộng rãi

Hệ thống giáo dục của Mỹ vào thời điểm này được đánh giá là tốt nhất thế giới, cùng với đó là những kết quả tuyệt vời mà nền khoa học và kinh tế Mỹ đã đạt được Tuy nhiên, hiện nay nhiều quốc gia cho thấy học sinh của họ có một bước tiến vượt bậc, nổi trội so với học sinh của Mỹ về các kỹ năng cũng như kiến thức trong trường học phổ thông, chẳng hạn như Phần Lan, Hàn Quốc, Hongkong hay Singapore Và một trong những bước đi quan trọng của Mỹ trong cải cách giáo dục tìm lại vị thế của mình là phát triển giáo dục STEM [1]

Úc: Úc là quốc gia có nền giáo dục phát triển với tỉ lệ học sinh đi học cao nhất

thế giới và hệ thống cấp bằng quốc tế Tại Nam Úc, bộ trưởng bộ khoa học và thông tin kinh tế HonJay Weatherill đã nói rằng: Đối với tất cả các tiểu bang Nam Úc để gặt hái những lợi ích của ngành công nghiệp giá trị cao mới nổi và nền kinh tế kỹ thuật số, điều quan trọng là tất cả chúng ta làm việc cùng nhau để thu hút và phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao với những kĩ năng về khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học (STEM) Trong lời nói đầu của tài liệu thảo luận của chính phủ Queensland, thủ tướng Úc khẳng định tầm quan trọng của giáo dục STEM : “Khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học (STEM) giáo dục kỹ năng phát triển đóng một vai trò quan trọng trong tầm nhìn nhà nước thông minh” [5]

Tại Anh: Mục tiêu giáo dục STEM là tạo ra nguồn lực nghiên cứu khoa học

chất lượng cao Do đó các giải pháp hướng tới là tăng cường tối đa các cơ hội cho

người học được tiếp xúc, trải nghiệm với các hoạt động nghiên cứu khoa học ngay

từ khi còn ngồi trên ghế nhà trường nhằm xây dựng hứng thú, yêu thích việc tự tìm tòi, khám phá tri thức và vận dụng tri thức vào cuộc sống [1]

1.1.2 Giáo dục STEM ở Việt Nam

Mô hình giáo dục STEM được biết đến ở Việt Nam khoảng năm 2010 thông qua các công ty về công nghệ và giáo dục trong và ngoài nước Chương trình giáo dục STEM lần đầu được công ty cổ phần DDT Eduspec giới thiệu tại hai thành phố lớn là Hà Nội và Hồ Chí Minh, sau đó được triển khai tại Đà Nẵng vào năm 2013

và tại Cần Thơ vào năm 2016 Hiện nay đã có hàng chục nghìn học sinh tại các thành phố này theo học và tham dự nhiều cuộc thi trong suốt những năm vừa qua Ở Việt Nam các trung tâm giáo dục ngoại khóa đã sớm áp dụng các chương trình đào tạo STEM cho học sinh như: Endeavor Learning Institute, học viện sáng tạo S3…

đã được nhiều phụ huynh và học sinh quan tâm [1]

Thực hiện chủ trương đổi mới căn bản và toàn diện, từ năm 2012 Bộ Giáo dục

và đào tạo hàng năm đã tổ chức nhiều cuộc thi, đặc biệt là cuộc thi “Nghiên cứu khoa học dành cho học sinh trung học” đã trở thành điểm sáng trong hoạt động giáo dục những năm qua Qua các cuộc thi đã tạo cơ hội cho giáo viên và học sinh giao lưu, học hỏi, chia sẻ kinh nghiệm trong việc đổi mới dạy và học đồng thời kích thích sự sáng tạo, say mê nghiên cứu, tăng khả năng vận dụng kiến thức vào thực tế Bên cạnh đó còn rất nhiều cuộc thi như: chế tạo robot mở rộng do khoa Vật lý trường đại học Khoa học tự nhiên tổ chức, nhà sáng tạo trẻ, chế tạo và phóng tên lửa nước đã được triển khai, là tiền đề hướng đến các cuộc thi quốc tế như: chế tạo tên lửa nước của diễn đàn các cơ quan nghiên cứu vũ trụ khu vực châu Á – Thái Bình Dương, cuộc thi ASPC ở Thái Lan… Các cuộc thi diễn ra nhận được sự quan tâm của các nhà giáo dục, cán bộ quản lý, giáo viên, phụ huynh và học sinh Các cuộc thi này là ví dụ cho mục tiêu giáo dục nhằm phát triển năng lực cho HS hình thành những kĩ năng học tập và lao động trong thế kỉ 21 của Bộ Giáo dục và Đào tạo và

đó cũng là mục tiêu mà giáo dục STEM hướng tới Nhận thấy vai trò của giáo dục STEM như là một giải pháp quan trọng và hiệu quả trong việc đổi mới căn bản và toàn diện nền giáo dục Việt Nam sau năm 2015 Vào năm 2015 – 2016, Bộ Giáo

dục và đào tạo đã khuyến khích nội dung STEM trong chương trình giáo dục đào tạo và chỉ đạo năm 2017 – 2018 tiến hành thí điểm giáo dục STEM

Hiện nay, Bộ Giáo dục và đào tạo đang phối hợp với hội Đồng Anh triển khai chương trình thí điểm giáo dục STEM cho một số trường trung học tại một số tỉnh thành như Hà Nội, Hải Dương, Hải Phòng, Quảng Ninh và Nam Định Đây là bước

đi quan trọng nhằm phát triển một chương trình giáo dục theo định hướng STEM mang tầm quốc gia và là giải pháp giúp đổi mới giáo dục căn bản và toàn diện Tại Hà Nội, trong một thời gian ngắn dưới sự hướng dẫn của Chuyên gia về Giáo dục STEM, GV ở một số trường THPT đã giúp HS tiếp cận một phương pháp học tập mới HS tham gia dự án hào hứng khi lần đầu tiên mình được thụ hưởng một các học tập mới, phát huy được khả năng của chính mình trong việc áp dụng học đi đôi với hành Các kiến thức để thực hiện đều có trong các bài học Vật lý, Hoá học, Sinh học … đã học được áp dụng vào thực tiễn Các sản phẩm, dự án tuy còn rất khiêm tốn là nhưng đó là kết quả của sự nỗ lực, cố gắng trong việc nghiên cứu, trải nghiệm tìm tòi khoa học Một số dự án, sản phẩm được các thầy cố vấn của Hội đồng Anh đánh giá cao: máy cắt xốp, thiết kế máy bảo vệ trứng, an ninh quang học, xây dựng mô hình nhà chống lũ (trường Olympia); phân loại và xử lí rác thải, trồng cây thủy canh (THCS Nguyễn Trãi), vai trò của các nguyên tố khoáng (K,N,P) đối với thực vật (THPT Chúc Động)….Xây dựng dự án chứa các thí nghiệm và chế tạo các dụng cụ học tập bằng những nguyên vật liệu đơn giản như

Mô phỏng tên lửa nước, mô phỏng núi lửa phun trào Sử dụng các chai nhựa không dùng đến làm giàn cây thông minh, đèn ngủ Sáng chế bút dạ viết bảng, sáng chế ra công nghệ về gen, công nghệ tế bào (THCS Trưng Vương, Cầu Giấy…)

Tuy nhiên, từ tổng hợp một số nghiên cứu trong và ngoài nước cho thấy: Đến nay vẫn chưa có một nghiên cứu nào nghiên cứu một cách hệ thống, toàn diện và sâu sắc về dạy học theo mô hình giáo dục STEM trong dạy học phần Sinh học vi sinh vật - Sinh học 10- THPT Vì vậy, việc thực hiện đề tài này sẽ không trùng lặp, đảm bảo tính độc lập và có ý nghĩa lý luận và thực tiễn lớn đối với việc nâng cao

chất lượng, hiệu quả dạy và học môn Sinh Học ở lớp 10 bậc THPT

1.2 Cơ sở lý luận

1.2.1 Khái niệm giáo dục STEM

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 ba cách chính như sau:

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” [1,5]

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 Trong đó, những kiến thức hàn lâm được kết hợp chặt chẽ với các bài học thực tế thông qua việc HS được áp dụng những kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học vào trong những bối cảnh cụ thể tạo nên một kết nối giữa nhà trường, cộng đồng và các doanh nghiệp cho phép người học phát triển những kĩ năng STEM và tăng khả năng cạnh tranh trong nền kinh tế mới [7,13]

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 Cụ thể là theo hướng tiếp cận, khám phá trong hoạt động dạy và học giữa hai hay nhiều môn học STEM, hoặc giữa một chủ đề STEM [12]

Ở 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 sử dụng các kiến thức Khoa học (Vật lí, Hóa học, Sinh học và Khoa học trái đất), giúp HS hiểu về thế giới tự nhiên và 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 Công nghệ giúp HS hiểu rõ về công nghệ được phát triển như thế nào, cung cấp những kĩ năng để HS có thể phân tích

được sự ảnh hưởng của công nghệ mới tới cuộc sống hàng ngày 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 được tích hợp kiến thức của nhiều môn học giúp cho HS hiểu rõ vấn đề và có thể vận dụng sáng tạo để thiết kế các đối tượng hay hệ thống

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

1.2.2 Một số vấn đề về giáo dục STEM

1.2.2.1 Mục tiêu giáo dục STEM

Trong thập k gần đây, giáo dục STEM xuất hiện ở nhiều quốc gia trên thế giới với nhiều mục tiêu khác nhau Chẳng hạn tại Anh, mục tiêu giáo dục STEM là tạo ra nguồn nhân lực nghiên cứu khoa học chất lượng cao 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 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 nền kinh tế 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, là một giải pháp trong cải cách giáo dục của các quốc gia 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

Tại Việt Nam, giáo dục STEM một mặt thực hiện đầy đủ mục tiêu giáo dục

đã nêu trong chương trình giáo dục phổ thông, bên cạnh đó giáo dục STEM nhằm:

- 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 Thông qua môn học này, HS dễ dàng giải quyết các vấn đề thực tiễn, cũng như biết về quy trình thiết kế và chế tạo ra các sản phẩm, sử dụng, quản lí và truy cập Công nghệ

- 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

- 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

1.2.2.2 Các con đường giáo dục STEM cho học sinh

Hiện nay, hầu hết các quốc gia trên thế giới không có môn học mang tên STEM cụ thể trong chương trình giáo dục phổ thông Giáo dục STEM thường được lồng ghép qua các hình thức như sinh hoạt câu lạc bộ khoa học, hoạt động ngoài giờ lên lớp hay được giảng dạy thông qua các môn Khoa học tự nhiên, Toán học và Công nghệ Nội dung dưới đây trình bày một số con đường để giáo dục STEM cho

HS trong đó tập trung phân tích giáo dục STEM thông qua dạy học các môn học

Giáo dục STEM thông qua hoạt động ngoài giờ lên lớp

Trên thế giới, các hoạt động giáo dục nhằm phát triển năng lực, sự sáng tạo, phẩm chất và kĩ năng, giáo dục sự nhân văn… được rất nhiều quốc gia quan tâm đặc biệt là các quốc gia tiếp cận chương trình giáo dục phổ thông theo hướng phát triển năng lực Một số quốc gia gọi đó là hoạt động giáo dục ngoài trời, hoạt động ngoài giờ lên lớp hay hoạt động trải nghiệm Các hoạt động này thường được xây dựng dựa trên các chủ đề rất đa dạng, một trong số đó liên quan đến khám phá thế giới tự nhiên, khoa học trái đất, tìm hiểu Công nghệ, Kĩ thuật… Các hoạt động này đều hướng tới việc cung cấp cho HS các tình huống, bối cảnh đa dạng và phong phú đòi hỏi sự phát triển, vận dụng nhiều tri thức kĩ năng, cho phép HS tư duy sáng tạo

và giải quyết vấn đề theo các cách khác nhau nhằm đạt được kết quả tốt hơn; cung cấp cho HS cơ hội sáng tạo, dám nghĩ, dám làm

Giáo dục STEM thông qua dạy học các môn thuộc về lĩnh vực STEM

Mô hình giáo dục STEM qua dạy học các môn khoa học tự nhiên khá phổ biến trên thế giới, đặc biệt là ở nước Anh trong đó nội dung học tập của môn học

được thiết kế thành các chủ đề STEM và được giảng dạy theo các cách khác nhau

+ Chủ đề STEM được dạy trong một môn học duy nhất:

Hình 1.1 Chủ đề STEM được dạy trong một môn học duy nhất

Đây là mô hình ở dạng đơn giản nhất, tuỳ theo quy mô của chủ đề mà có thể được thiết kế để dạy trong một tiết hoặc nhiều tiết trong đó GV sẽ phân chia thời gian để HS tham gia các hoạt động: thiết lập vấn đề; tìm kiếm các giải pháp hay cách thức để giải quyết vấn đề; thu thập thông tin, bằng chứng và cuối cùng là tổng kết, rút ra các kiến thức

+ Chủ đề STEM được dạy trong nhiều môn học

Hình 1.2 Chủ đề STEM được dạy trong nhiều môn học

Chủ đề STEM dạng này bao trùm nhiều hơn một môn học Về bản chất, các môn học sử dụng chung một vấn đề, một bối cảnh Các GV dạy mỗi môn học khác nhau sẽ dạy chủ đề STEM như cách dạy chủ đề STEM trong một môn học duy nhất nhưng theo góc độ riêng của môn mình Ví dụ như về chủ đề “Chất lượng nguồn nước”, GV môn Hoá Học sẽ cho HS tìm hiểu dưới góc độ nghiên cứu về độ pH trong nước trong khi đó GV môn Sinh học dạy HS theo định hướng STEM tập trung vào nghiên cứu loài sinh vật trong nguồn nước đó và ảnh hưởng đến chất

lượng nguồn nước như thế nào hay GV môn Địa lí có thể hướng dẫn HS tìm hiểu ở góc độ là nguồn nước bắt đầu từ đâu, cấu tạo địa chất có ảnh hưởng như thế nào tới nguồn nước…

+ Chủ đề STEM nhiều môn phối hợp

Hình 1.3 Chủ đề STEM nhiều môn phối hợp

Chủ đề STEM dạng này khá phức tạp, nó có sự liên kết kiến thức giữa các môn rất chặt chẽ Các môn học vẫn tiếp cận chủ đề theo góc độ kiến thức chuyên môn riêng của mình Nhưng những nội dung được giải quyết trong môn học trước

sẽ là tiền đề nối tiếp để dạy ở môn học sau Các môn học phải được phối hợp với nhau để dạy những nội dung có tính chất gối nhau Như trên đã đề cập, mô hình này đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa các môn học đảm bảo cho những gì HS được học

ở môn này sẽ là tiền đề, điều kiện về kiến thức, kĩ năng để các em có thể học được ở môn tiếp theo Thứ hai nó đòi hỏi sự phối hợp nhịp nhàng giữa các GV phụ trách các môn học, bất kì một sự thay đổi nào về kiến thức, về thời gian… cũng làm hưởng đến mô hình

1.2.2.3 Phân loại STEM

STEM là một trong những giải pháp quan trọng của nhiều quốc gia trong việc thúc đẩy kinh tế phát triển Ở tầm vĩ mô, các quốc gia có chính sách STEM và các chương trình STEM được triển khai rất chi tiết và rõ ràng Ở tầm vi mô như trường học thì tập trung vào dự án STEM, bài học STEM và nhiệm vụ STEM Việc phân loại STEM là cần thiết bởi đó là một trong những cơ sở cho việc lựa chọn các hình thức tổ chức và phương pháp giáo dục STEM đảm bảo phù hợp với mục tiêu,

điều kiện và bối cảnh của các cơ sở đào tạo

STEM được phân loại dựa trên các khía cạnh khác nhau như: lĩnh vực STEM tham gia giải quyết vấn đề, phạm vi kiến thức để giải quyết vấn đề và mục đích dạy học

- Phân loại dựa trên khía cạnh các lĩnh vực STEM tham gia giải quyết vấn đề

đề giáo dục STEM bám sát nội dung sách giáo khoa và thường được xây dựng trên

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

+ STEM mở rộng: là loại hình STEM có những kiến thức nằm ngoài chương trình và sách giáo khoa Những kiến thức đó người học phải tự tìm hiểu và nghiên cứu Sản phẩm STEM của loại hình này có độ phức tạp cao hơn Các chủ đề thường được xây dựng trên cơ sở các nội dung mang tính bổ sung, mở rộng chương trình giáo dục phổ thông

- Phân loại dựa vào mục đích dạy học ta có: + STEM dạy kiến thức mới: là STEM được xây dựng trên cơ sở kết nối kiến thức của nhiều môn học khác nhau

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

và vừa lĩnh hội được tri thức mới

+ STEM vận dụng: là STEM được xây dựng trên cơ sở những kiến thức HS

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

1.2.2.4 Ý nghĩa giáo dục theo mô hình STEM

Giáo dục STEM vận dụng phương pháp học tập dựa trên thực hành và các hoạt động trải nghiệm sáng tạo Thông qua những ví dụ thực tế, những kiến thức

“khó hiểu” và “khó nhớ” sẽ trở nên dễ nắm bắt, từ đó sẽ hiểu sâu hơn, nhớ lâu hơn những kiến thức đã học Song song với việc học kiến thức mới, học sinh có điều kiện tham gia vào các hoạt động thực hành trên lớp để có được trải nghiệm sáng tạo trong thực tế, điều này sẽ tạo dựng một nền kiến thức không chỉ cơ bản mà còn linh hoạt, giúp người học có thể ứng dụng vào thực tiễn cuộc sống

Giáo dục STEM mang đến cho người học những ưu thế nổi bật như: tư duy logic, khả năng sáng tạo, hiệu quả học tập và hoạt động học tập vượt trội mà không gây cảm giác nặng nề hay quá tải đối với học sinh Giáo dục STEM như một giải pháp trong việc cải cách giáo dục của các quốc gia trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng nhằm hướng tới phát triển con người đáp ứng các mục tiêu về phát triển kinh tế và phát triển đất nước trong thời đại toàn cầu

1.3 Cơ sở thực tiễn

1.3.1 Thực trạng giáo dục STEM ở Việt Nam hiện nay

Hiện tại, chương trình giáo dục phổ thông Việt Nam đã quan tâm đến giáo dục STEM, các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật được đưa vào giảng dạy trong tất cả các bậc học Tuy nhiên, chương trình và sách giáo khoa hiện hành ở Việt Nam chưa được xây dựng như một chỉnh thể mang tính xuyên suốt từ các cấp học; một số nội dung các môn học và hoạt động giáo dục chưa cân đối, chưa phù hợp với đối tượng Nội dung chương trình, sách giáo khoa hiện hành tuy bước đầu

đã được xây dựng theo quan điểm tích hợp và phân hóa nhưng việc thực hiện dạy học tích hợp và phân hóa chưa có hiệu quả cao, chưa đạt được yêu cầu của mục tiêu chương trình [2,6]

Dựa trên các yêu cầu của giáo dục STEM, đặc biệt là dựa trên hiệu quả tích hợp các môn học và vận dụng kiến thức đã học vào thực tiễn, trong các tình huống

cụ thể thì có thể thấy giáo dục phổ thông ở Việt Nam hiện nay chưa thực sự có giáo dục STEM Nếu như ở bậc tiểu học, ít nhiều có tinh thần tích hợp trong chương trình như bộ môn Tìm hiểu Tự nhiên và Xã hội, Khoa học thì lên THCS và THPT

các môn học này lại độc lập, mới tích hợp ở một số nội dung trong từng môn học riêng lẻ Do thiếu sự gắn kết giữa kiến thức, kĩ năng của các môn học nên chương trình các môn Khoa học tự nhiên còn nặng về kiến thức hàn lâm, nhẹ về yêu cầu thực hành, vận dụng đã dẫn đến tình trạng phần lớn HS không có kĩ năng thực hành, thiếu chủ động, sáng tạo, hạn chế vận dụng kiến thức vào thực tiễn

1.3.2 Thực trạng giáo dục STEM trong dạy học môn Sinh học THPT

Trên cơ sở lý luận về mô hình giáo dục STEM, chúng tôi tiến hành điều tra đánh giá thực tiễn dạy học theo mô hình giáo dục STEM trong dạy học phần Sinh

b) Đối tượng điều tra và phương pháp điều tra

Nghiên cứu khảo sát tại 18 trường THPT của tỉnh Lai Châu và thành phố Hà Nội Cụ thể số trường và số phiếu khảo sát như sau:

c) Kết quả điều tra

* Thực trạng mức độ dạy học Sinh học với thực tiễn

Kết quả cho thấy đa số GV đã quan tâm đến việc kết nối các kiến thức thuộc các lĩnh vực khác nhau vào thực tiễn (bảng 1.1) Cụ thể, 80%, GV thường xuyên

“thường xuyên cho học sinh sử dụng kiến thức vào giải quyết vấn đề có trong thực tiễn” Tuy nhiên việc tiến hành đổi mới toàn diện chưa được chú ý, đặc biệt việc

“sử dụng kiến thức từ các môn Toán học, Vật lý, Hóa học, Công nghệ trong quá trình dạy học môn Sinh học” Việc tiến hành tổ chức hoạt động cho học sinh nhằm

tạo ra các sản phẩm hay định hướng học sinh vận dụng kiến thức để giải quyết các tình huống thực tiễn chưa nhiều Đặc biệt là việc đánh giá học sinh theo định hướng đổi mới còn chưa được quan tâm thường xuyên trong dạy học Sinh học Do vậy kết quả dạy học chưa đồng bộ

Bảng 1.1 Đánh giá thực trạng dạy học bộ môn Sinh học ở trường THPT

Rất không thường

xuyên

Không thường

xuyên

Thường

xuyên

Rất thường xuyên

1 Trong quá trình dạy

* Mức độ phổ biến của mô hình giáo dục theo STEM

Kết quả khảo sát cho thấy, mức độ phổ biến của mô hình giáo dục STEM,

các thuật ngữ liên quan đến STEM đƣợc GV nghe thấy Trao đổi với các giáo viên,

họ đã biết tới STEM thông qua các hoạt động tập huấn, các cuộc thi, ngày hội khoa học… Trong đó đến 87.5% GV khi đƣợc khảo sát đã từng nghe đến và số ít 12.5%

GV chƣa từng nghe đến Điều đó cho thấy, số ít GV còn chƣa từng biết đến STEM,

điều này cần tăng cường phổ biến, áp dụng những lợi ích của mô hình giáo dục STEM vào dạy học (Hình 1.1)

Hình 1.4 Đánh giá về mức độ phổ biến của dạy học theo mô hình giáo dục STEM

12.5

87.5

Chưa bao giờ

Đã từng nghe nói

* Đánh giá về mức độ hiểu biết về sự hữu ích của mô hình giáo dục STEM

Từ biểu đồ hình 1.1 cho thấy trong quá trình dạy học môn Sinh học, các GV

đã rất quan tâm tới việc hướng dẫn HS vận dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề thực tiễn, định hướng hứng thú ở người học Tuy nhiên, thông qua hoạt động dạy học việc tổ chức để HS tạo ra các sản phẩm hay định hướng sản phẩm trong quá trình hướng dẫn HS vận dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề thực tiễn chưa được nhiều GV quan tâm hay thực hiện Điều này cũng có thể hiểu rằng HS chưa có nhiều cơ hội được học tập trải nghiệm, được “nhúng” trong môi trường công nghệ Các hoạt động định hướng hứng thú, vận dụng kiến thức vào thực tiễn mới chỉ dừng

ở mức độ lí thuyết là chính

Bảng 1.2 Đánh giá về mức độ hiểu biết về sự hữu ích của mô hình giáo dục STEM

Mức độ hữu ích Rất không

quan

trọng

Không quan

trọng

Quan

trọng

Rất quan trọng

1 Theo Thầy/Cô đổi mới

giáo dục theo định 0 0 0 0 33 82,5 7 17,5

- Mức độ thiết kế các hoạt động dạy học liên quan đến mô hình giáo dục STEM

Từ kết quả biểu đồ hình 1.2 cho thấy, số lượng giáo viên thiết kế các hoạt động dạy học liên quan đến mô hình giáo dục STEM trong quá trình dạy học chiếm t lệ khá khiêm tốn là 30% Thực tế, qua trò chuyện các GV đã rất quan tâm tới việc hướng dẫn HS vận dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề thực tiễn, định hướng hứng thú ở người học Tuy nhiên, việc thiết kế các hoạt động dạy học để HS tạo ra các sản phẩm hay định hướng sản phẩm trong quá trình hướng dẫn HS vận dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề thực tiễn chưa được nhiều GV quan tâm hay thực hiện Điều này cũng có thể hiểu rằng HS chưa có nhiều cơ hội được học tập trải nghiệm Các hoạt động định hướng hứng thú, vận dụng kiến thức vào thực tiễn mới chỉ dừng ở mức độ lí thuyết là chính Do vậy, chưa phản ánh đúng lợi ích, ưu điểm của mô hình giáo dục STEM

Hình 1.5 Mức độ thiết kế các hoạt động dạy học liên quan đến mô hình giáo dục

STEM

30.0

70.0

Có Không

- Đánh giá về ưu điểm, lợi thế của mô hình giáo dục theo định hướng STEM đối với hoạt động học tập của học sinh

Từ trên đánh giá của GV về dạy học theo mô hình giáo dục STEM, chúng tôi cho rằng dạy học theo mô hình giáo dục STEM trong dạy học phần Sinh học vi sinh vật - Sinh học 10- THPT có vai trò rất cần thiết Để tìm hiểu điều này, chúng tôi khảo sát và thu được kết quả được thể hiện trong bảng 1.3

Bảng 1.3 Đánh giá về ưu điểm, lợi thế của giáo dục theo định hướng STEM đối với

hoạt động học tập của học sinh

1 Hiểu bài và tiếp thu kiến thức dễ dàng 34 85.0

2 Rèn luyện được kĩ năng thực hành 36 90.0

4 Phát triển được năng lực sáng tạo 38 95.0

Kết quả khảo sát cho thấy, đa phần GV đánh giá ưu điểm, lợi thế của mô hình

giáo dục theo định hướng STEM đối với hoạt động học tập của học sinh giúp HS

“Phát triển được năng lực sáng tạo” (95% ý kiến đánh giá), và “Giải quyết vấn đề thực tế” có 40 phiếu đánh gi (92.5% lựa chọn) Đồng thời các ý kiến cũng xoay

quanh ưu điểm, lợi thế của mô hình giáo dục STEM như: Hiểu bài và tiếp thu kiến thức dễ dàng; Rèn luyện được kĩ năng thực hành; Phát triển được năng lực tư duy

Một số nhận xét về thực trạng

Qua kết quả điều tra chúng tôi thấy:

Việc đánh giá giờ dạy của giáo viên còn cứng nhắc, nặng hình thức, theo các điều đã quy định, đã có sẵn (ví dụ như theo đúng tiến trình của SGK ) điều đó đã làm mất đi tính sáng tạo của giáo viên

Nội dung, chương trình, sách giáo khoa chưa hỗ trợ cho giáo viên đổi mới phương pháp dạy học, một số nội dung có tính chất kinh viện, yêu cầu chặt chẽ (tiên đề hoá ) Tồn tại quá nhiều loại sách, nhiều bài tập khó, bài tập nâng cao, ít những bài tập liên quan đến thực tiễn, liên môn Do đó giáo viên chủ yếu tập trung chủ yếu vào truyền thụ cho đủ kiến thức có trong sách giáo khoa bằng cách dùng phương pháp

thuyết trình Dẫn đến việc dạy khoán cho xong nội dung của bài

Việc hạn chế dạy học theo mô hình giáo dục STEM trong dạy học phần Sinh học VSV , Sinh học 10, THPT còn nhiều bấp cập có rất nhiều nguyên nhân:

- Trong quá trình dạy học có thể nói một số giáo viên còn chưa thực sự chú ý đúng mức tới việc làm thế nào để học sinh nắm vững được lượng kiến thức, đặc biệt

tự học Nguyên nhân là do thời lượng tiết học ngắn, một giáo viên phải dạy nhiều lớp, làm nhiều công việc khác ngoài việc giảng dạy dẫn đên thời gian đầu tư cho việc nghiên cứu tìm tòi những phương pháp dạy học mới, phù hợp với đối tượng học sinh trong lớp còn hạn chế Do vậy, rất khó để lôi cuốn được học sinh tập trung chú ý nghe giảng

- Giáo viên và học sinh chưa khắc phục được thói quen, nhận thức dạy học theo lối truyền thống, nặng về lý thuyết và coi nhẹ thực hành ứng dụng

- Học sinh chưa ý thức được nhiệm vụ học tập của mình, chưa tích cực tư duy suy nghĩ, chưa tìm tòi cho mình những phương pháp học tập phù hợp để biến tri thức của thầy thành của mình Do đó sau giờ học các em nắm bắt kiến thức chưa tốt, nhanh quên

và thiếu đi các kĩ năng tư duy, sáng tạo, ứng dụng thực tiễn

- Chương trình học hiện tại quá ôm đồm quá nhiều thứ, thiếu thực hành, chủ yếu là cung cấp kiến thức lí thuyết, nhiều HS không theo kịp chương trình vì kiến thức quá nặng và học quá nhiều môn Trong một tiết học phải dạy nhiều nội dung vì

lo sợ cháy giáo án, không truyền tải hết nội dung của bài mà nhiều GV không thể thực hiện đổi mới phương pháp dạy học theo hướng phát huy tính tích cực của HS

- PPDH chậm đổi mới: Việc giáo viên sử dụng phương pháp dạy học theo đặc trưng bộ môn còn hạn chế: bỏ giờ thực hành thí nghiệm, không có thí nghiệm trên lớp, phương tiện dạy học không đáp ứng được yêu cuầ của bài học

- GV chưa tổ chức được các buổi hoạt động ngoại khóa, những hoạt động

ngoài giờ lên lớp thu hút sự quan tâm, chú ý của học sinh

Kết luận Chương I

Trong chương này đã trình bày tổng quan về cơ sở lý luận và thực tiễn của dạy học môn Sinh học theo mô hình giáo dục STEM Những nghiên cứu đã cho chúng ta thấy:

Giáo dục STEM hiện nay đã và đang trở thành một xu hướng mang tính tất yếu Việt Nam đang tiếp cận với mô hình giáo dục STEM Tuy nhiên việc nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn của giáo dục STEM nói chung và trong giảng dạy môn Sinh học nói riêng chưa được quan tâm đúng mức

Có rất nhiều cách hiểu về giáo dục STEM tuy nhiên cần lưu ý ở hai điểm cơ bản sau:

Thứ nhất là: bản chất của giáo dục STEM là dạy học tích hợp gồm các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học

Thứ hai là: thông qua mô hình giáo dục STEM không chỉ cung cấp cho học sinh kiến thức lý thuyết mà còn xây dựng các hoạt động giúp học sinh được trải nghiệm, vận dụng các kiến thức đã học để giải quyết các vấn đề của thực tế cuộc sống, từ đó hình thành và phát triển năng lực cho người học đáp ứng được yêu cầu của thời đại

Kết quả nghiên cứu thực trạng dạy học Sinh học hiện nay và mức độ quan tâm của giáo viên với giáo dục STEM là cơ sở thực tiễn để thực hiện đề tài

CHƯƠNG 2 VẬN DỤNG MÔ HÌNH GIÁO DỤC STEM TRONG DẠY HỌC PHẦN SINH HỌC VI SINH VẬT, SINH HỌC 10

2.1 Phân tích chương trình Sinh học 10, THPT

2.1.1 Cấu trúc chương trình Sinh học 10, THPT

Chương trình Sinh học 10 nằm trong hệ thống kiến thức chương trình Sinh học THPT giúp học sinh có cái nhìn chung nhất về các cấp độ tổ chức của thế giới sống và đặc điểm của chúng; tìm hiểu đặc điểm cấu trúc và chức năng của tế bào – đơn vị cơ bản của sự sống và khám phá đặc điểm sinh học của nhóm sinh vật xuất hiện đầu tiên trên Trái Đất là VSV Ngoài ra kiến thức Sinh học 10 cũng giúp học sinh giải thích được về cơ bản một số hiện tượng thực tế từ đó có cái nhìn khoa học hơn về thế giới sống (Hình 2.1)

Hình 2.1 Cấu trúc chương trình sinh học 10

2.1.2 Mục tiêu và cấu trúc phần Sinh học vi sinh vật, Sinh học 10

Nội dung phần Sinh học VSV 10, THPT gồm có 3 chương như sau:

Chương I: Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở VSV

Chương II: Sinh trưởng và sinh sản ở VSV

Chương III: Virut - Bệnh truyền nhiễm

Những đặc điểm cấu trúc, nội dung Phần Sinh học VSV 10 đã định hướng cho chúng tôi thiết kế, bổ sung thêm các hoạt động khám phá để tổ chức học sinh học tập, giúp các em nhận thức, lĩnh hội kiến thức tốt hơn, rèn luyện cho học sinh một số kĩ năng học tập, tạo cho các em lòng say mê và hứng thú học tập

Phần Sinh học VSV trong chương trình sinh học phổ thông tuy được bố trí với thời lượng không đáng kể (Khoảng 1/3 chương trình Sinh học 10) nhưng có một

vị trí rất quan trọng Nó dẫn chứng minh họa về hoạt động sống của các đối tượng sinh vật ở cấp tế bào Từ đó có cái nhìn rõ hơn về sự sống ở cấp tế bào; có thể vận dụng vào việc giải thích các vấn đề trong thực tiễn cuộc sống

2.2 Mối quan hệ giữa nội dung, chương trình phần Sinh học vi sinh vật với mô hình giáo dục STEM

2.2.1 Cấu trúc, nội dung từng bài trong phần Sinh học Vi sinh vật 10

Nội dung kiến thức phần Sinh học VSV được biên soạn theo hướng phát huy tính tích cực của HS Đây là điểm mới, tích cực hơn so với Chương trình Sách giáo khoa (SGK) cũ SGK cũ chỉ biên soạn theo hướng cung cấp kiến thức cho HS

Các hoạt động dạy học trong phần Sinh học VSV - chương trình SGK sinh học 10 (cơ bản) được thống kê trong bảng 2.1 Các hoạt động trên đã góp phần đưa

HS đến vị trí là chủ thể của hoạt động nhận thức, hoạt động hóa hoạt động nhận thức cho HS Hầu hết các bài trong phần Sinh học VSV 10 đều được trình bày cả kênh chữ và kênh sơ đồ:

• Kênh chữ bao gồm các nội dung:

- Tên bài học

- Nội dung bài học được trình bày theo các đề mục

- Cuối mỗi mục thường có các lệnh, là các hoạt động cho HS làm việc được

kí hiệu bởi ∇

- Phần tóm tắt những nội dung chính của bài học là những kiến thức HS phải ghi nhớ, lĩnh hội được trình bày trong khung chữ in nghiêng

- Hầu hết các bài đều có phần kiến thức bổ sung ngắn gọn, súc tích qua mục

“Em có biết” giúp HS mở rộng kiến thức

• Kênh sơ đồ:

Kênh sơ đồ vừa là công cụ khái quát cho kiến thức bài học, vừa là nguồn tư liệu quan trọng giúp HS tìm tòi, khám phá, lĩnh hội kiến thức, vận dụng kiến thức liên môn, mô hình STEM để lĩnh hội kiến thức thực tế

- Một số sơ đồ đóng vai trò là minh họa cho kênh chữ: sơ đồ tổng hợp và phân giải các chất (Bài 23), sơ đồ hình thí nghiệm lên men rượu dùng bánh men (Bài 24), sơ đồ đường cong sinh trưởng của quần thể VK trong nuôi cấy không liên tục (Bài 25), sơ đồ một số chất hóa học ức chế sự sinh trưởng của VSV (Bài 27), chu trình nhân lên của phagơ (Bài 30), quy trình sản xuất inteferon,

Một số sơ đồ đóng vai trò phát huy tính tích cực tìm tòi kiến thức của học sinh: sơ đồ bảng các kiểu dinh dưỡng của VSV (Bài 22), sơ đồ bảng so sánh các ống nghiệm của thí nghiệm lên men êtilic (Bài 24), sơ đồ thí nghiệm của Franken và Conrat (Bài 29)

Bảng 2.1 Nội dung, chương trình Phần Sinh học VSV, Sinh học 10

chương Chương I

Môi trường và các kiểu dinh dưỡng Chương này đề cập đến các kiểu

dinh dưỡng và trao đổi chất, ứng dụng VSV trong đời sống của con người và vai trò của vi sinh vật trong quá trình chuyển hóa vật chất

Hô hấp và lên men Quá trình tổng hợp

và phân giải các chất

ở VSV

Quá trình tổng hợp Quá trình phân giải

Thực hành: lên men êtilic và lactic Lên men êtilic Lên men lactic

Sự sinh trưởng của quần thể Vi khuẩn

Sinh sản của VSV Sinh sản của VSV nhân

của VSV sơ yếu tố ảnh hưởng

tới sinh trưởng của VSV (trong

đó nhấn mạnh đến các nhân tố hóa học)

Sinh sản của VSV nhân thực

Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng của VSV

Chất hóa học Các yếu tố lí học Thực hành: Quan sát

một số VSV

Nhuộm đơn phát hiện VSV trong khoang miệng

Nhuộm đơn phát hiện

Cấu tạo virut Đề cập đến cấu

trúc của virut, sự nhân lên của virut trong tế bào chủ, ứng dụng của virut trong thực tiễn và bệnh truyền nhiễm, miễn dịch

Hình thái virut

Sự nhân lên của virut trong tế bào chủ

Chu trình nhân lên của virut

HIV/AIDS Virut gây bệnh

Ứng dụng của virut trong thực tiễn

Các virut kí sinh ở VSV, thực vật và côn trùng

Ứng dụng của virut trong thực tiễn Bệnh truyền nhiễm

và miễn dịch Bệnh truyền nhiễm Miễn dịch

2.2.2 Mối quan hệ giữa nội dung, chương trình phần Sinh học Vi sinh vật với định hướng giáo dục STEM

Đối chiếu mục tiêu phần Sinh học VSV, lớp 10 bậc THPT cho thấy, với mục tiêu của giáo dục STEM cho thấy có nhiều điểm tương đồng, cả hai đều hướng tới định hướng những kiến thức đã học vào thực tế như:

- Khi học tập phần Sinh học VSV, HS được trang bị những kiến thức, đến các kiểu dinh dưỡng và trao đổi chất rất đa dạng ở VSV cùng với những ứng dụng VSV trong đời sống của con người và vai trò của vi sinh vật trong quá trình chuyển hóa vật chất

- HS được vận dụng những kiến thức từ phần Sinh học VSV để sản xuất rượu, chế biến mắm…

- HS được trang bị kiến thức và kĩ năng về cấu trúc của virut, sự nhân lên của virut trong tế bào chủ, ứng dụng của virut trong thực tiễn và bệnh truyền nhiễm,

miễn dịch trong đó vận dụng kiến thức môn Hóa học và Sinh nhằm phân tích các bệnh liên quan đến virut cũng như cách phòng tránh, và điều trị

Từ những dữ liệu trên cho thấy mục tiêu của phần Sinh học VSV và mục tiêu của giáo dục STEM có nhiều điểm chung Về mạch nội dung có nhiều điểm tương đồng bởi phần Sinh học VSV bản chất cũng đã mang tính tích hợp, và là cơ sở để triển khai dạy học phần Sinh học VSV theo định hướng giáo dục STEM

2.3 Quy trình xây dựng bài giảng Sinh học phần Sinh học Vi sinh vật theo mô hình giáo dục STEM

2.3.1 Quy trình xây dựng bài giảng Sinh học theo mô hình giáo dục STEM

Trên cơ sở quy trình dạy học STEM của Lê Huy Hoàng (2017) [5] tác giả

thiết kế và xây dựng bài giảng Sinh học phần Sinh học VSV theo mô hình giáo dục STEM dưới đây:

Hình 2.2 Quy trình dạy học môn Sinh học theo mô hình giáo dục STEM

2.3.1.1 Xây dựng chủ đề

Lựa chọn các nội dung cụ thể trong chương trình phần Sinh học VSV lớp 10,

THPT để làm cơ sở xây dựng chủ đề Khi lựa chọn nội dung cần lưu ý đến ngữ cảnh

để tìm những điểm tương đồng về nội dung phần Sinh học VSV lớp 10, THPT với

các vấn đề của thực tiễn cuộc sống

Ví dụ: Từ các kiến thức về quá trình lên men của vi sinh vật, GV xây dựng được chủ đề “VSV với vấn đề chế biến lương thực thực phẩm” Đây là chủ đề kiến thức gắn liền với thực tế cuộc sống như: lên men rượu, làm nem chua, làm tương

2.3.1.2 Xây dựng nội dung học tập theo định hướng STEM

Trên cơ sở các bước xây dựng chủ đề giáo dục STEM, GV có thể xây dựng bảng nội dung mô tả các kiến thức thuộc các môn học liên quan tới chủ đề

Khi xây dựng nội dung từng phần dưới dạng các thông tin cung cấp, các phiếu

học tập (Phụ lục 2) Ở đây, nội dung học tập phần Sinh học VSV lớp 10, THPT theo

mô hình giáo dục STEM cần được xây dựng theo cách vận dụng kiến thức vào thực tiễn Các đối tượng STEM có quan hệ chặt chẽ với nhau và sự tích hợp của các đối tượng này có thể giúp người học phát triển những kiến thức, khái niệm, kĩ năng có liên quan Dạy học phần Sinh học VSV lớp 10, THPT theo mô hình giáo dục STEM không những chú trọng rèn luyện những kĩ năng lao động nghề nghiệp cơ bản mà còn nhấn mạnh khả năng nghiên cứu, sáng tạo và ứng dụng kiến thức vào thực tiễn cuộc sống đồng thời phát triển kĩ năng giao tiếp, hợp tác

2.3.1.3 Thiết kế các nhiệm vụ

a) Tiêu chí xác định nhiệm vụ STEM

Nhiệm vụ STEM mang tính định hướng sản phẩm:

- Nhiệm vụ STEM được xây dựng trên cơ sở tích hợp từ hai lĩnh vực học tập trở lên bởi các vấn đề thực tiễn luôn mang tính phức hợp

- Đa phương án: Một nhiệm vụ STEM sẽ có nhiều phương án để giải quyết, tạo cơ hội cho HS được tự do tư duy, bộc lộ năng lực sáng tạo trong việc tìm ra các giải pháp các ý tưởng cho vấn đề cần giải quyết Những sai lầm của HS có thể mắc phải trong quá trình tìm kiếm các giải pháp là một phần quan trọng của bài học STEM bởi những sai lầm đó có thể giúp HS có những hiểu biết sâu hơn

- Tính mở: Khi HS tìm được giải pháp để giải quyết vấn đề điều đó không có nghĩa rằng nhiệm vụ đã kết thúc mà nó sẽ luôn là một thách thức để HS tìm ra các giải pháp tối ưu hơn, những cải tiến tốt hơn

- Định hướng hợp tác: Các nhiệm vụ STEM sẽ đặt HS vào trong các bối cảnh nhằm khuyến khích sự hợp tác giữa các HS, cùng nhau suy nghĩ, chia sẻ ý tưởng và

phát triển các giải pháp để giải quyết vấn đề liên quan

- Kết nối kiến thức không có trong chương trình đào tạo

- Định hướng giải quyết các vấn đề thực tiễn: Trong bài học STEM, HS được tìm hiểu các vấn đề về xã hội, kinh tế, môi trường của thế giới thực và tìm kiếm các giải pháp cho chúng

b) Cấu trúc của một nhiệm vụ STEM

Cấu trúc đầy đủ của một nhiệm vụ STEM được nghiên cứu đề xuất gồm bốn thành phần như sau: Ngữ cảnh/Tình huống/Giới thiệu; Thách thức; Yêu cầu; Nguồn lực/Nguyên vật liệu

2.3.1.4 Tổ chức thực hiện

Đây là bước triển khai nội dung học tập tới toàn thể HS Gồm các giai đoạn

cơ bản là: Giới thiệu → Trải nghiệm → Kết thúc

Giới thiệu: Ở giai đoạn này GV, nêu rõ mục tiêu cụ thể hoạt động (cần hoàn thành công việc gì? Hình thành được kĩ năng gì? Thời gian và mức độ cần hoàn thành? Điều kiện thực hiện? Cách đánh giá? Các quy định về an toàn và vệ sinh lao động )

- Kiểm tra, hồi phục lại những kiến thức - kĩ năng Đây là cơ sở để đưa ra các giải pháp, giải quyết các nhiệm vụ học tập, cung cấp hiểu biết và những hướng dẫn mới cần thiết Ví dụ, HS được hướng dẫn TN, hoàn thành các phiếu học tập để

có những kiến thức về cơ khí, về kĩ thuật điện (những kiến thức hỗ trợ trực tiếp cho hoạt động thiết kế ô tô)

- Nêu khái quát trình tự công việc, phương tiện, cách thức tiến hành, các thao tác, động tác chính

- Trải nghiệm: Đây là giai đoạn GV tổ chức cho HS vận dụng các kiến thức được học để thiết kế sản phẩm Một số công việc triển khai là phân nhóm, giao nhiệm vụ, phân chia dụng cụ, vật liệu… GV theo dõi, uốn nắn, hướng dẫn thường xuyên và kiểm tra từng bước, từng phần công việc của HS Đặc biệt chú ý hướng dẫn HS tự kiểm tra và điều chỉnh hành động

Kết thúc: HS dừng hoạt động trải nghiệm, hoàn thiện các nội dung để báo cáo, giới thiệu sản phẩm Dọn dẹp dụng cụ, vệ sinh phòng học Về bản chất, giai

đoạn này sử dụng các PPDH khác nhau trong việc tổ chức hoạt động học tập cho

HS

2.3.1.5 Tổ chức đánh giá

Đánh giá kết quả học tập là một thành tố không thể thiếu trong quá trình dạy học Việc đánh giá chính xác, khách quan sẽ giúp GV có được những thông tin để đưa ra những điều chỉnh phù hợp về phương pháp, về hình thức tổ chức dạy học nhằm nâng cao chất lượng dạy và học Đánh giá kết quả học tập khách quan chính xác còn đem đến những tác động tích cực ở người học, giúp người học điều chỉnh thái độ, hành vi, nâng cao tinh thần trách nhiệm và tự chịu trách nhiệm với kết quả học tập của mình, từ đó kích thích hứng thú học tập, nâng cao hiệu quả học tập của người học Trong dạy học theo mô hình STEM, đánh giá càng có vai trò quan trọng

và là vấn đề cốt lõi đảm bảo sự thành công cho một chương trình giáo dục STEM

- Các yêu cầu đánh giá kết quả học tập

Việc đánh giá kết quả học tập phần VSV lớp 10, THPT theo mô hình giáo dục STEM của HS cần thỏa mãn các yêu cầu sau:

Đánh giá quá trình học tập của HS: Việc đánh giá người học phải được thực hiện trong suốt quá trình dạy học thay vì chỉ đánh giá sản phẩm cuối cùng Việc đánh giá này sẽ giúp GV thu thập được những thông tin phản hồi về nhận thức của người học, kết quả học tập qua từng giai đoạn, kết quả thực hiện từng nhiệm vụ học tập Từ đó, GV đưa ra những tác động sư phạm cần thiết điều khiển hoạt động học tập của người học nhằm đạt kết quả tốt nhất

Nội dung đánh giá người học chú trọng về đánh giá năng lực và phẩm chất Đây là mục tiêu chính được đặt ra trong chương trình giáo dục phổ thông mới Trong đó, đánh giá năng lực là xác định khả năng thành công trong việc thực hiện hoạt động học tập diễn ra trong một bối cảnh, tình huống cụ thể nhờ sự tư duy tổng hợp các kiến thức, kĩ năng của người học Đánh giá phẩm chất nhằm xem xét người học ở cách ứng xử, tính tích cực, hứng thú học tập Bên cạnh đó, xem xét những tính tốt thể hiện ở thái độ, hành vi ứng xử trong đạo đức, lối sống, ý thức pháp luật, niềm tin, tình cảm của người học

Đánh giá kết quả học tập cá nhân: Điều này là bắt buộc vì theo quy chế

đào tạo Tuy nhiên, việc đánh giá kết quả học tập cá nhân giúp GV đối chiếu tới mục tiêu dạy học mà GV đã xây dựng cũng như PPDH mà GV đã sử dụng Kết quả học tập cá nhân luôn có những tác động tới nhận thức, tư duy, tình cảm của người học

Đánh giá kết quả học tập nhóm: Dạy học theo mô hình giáo dục STEM bên cạnh ý nghĩa giúp người học liên kết được những kiến thức thuộc lĩnh vực STEM được học với thực tiễn cuộc sống Biết được cách vận dụng kiến thức để đưa ra những giải pháp từ thực tiễn Đây còn là cơ hội người học có thể phát triển những kĩ năng mềm như kĩ năng giao tiếp, kĩ năng hợp tác, kĩ năng làm việc nhóm… Việc đánh giá kết quả học tập nhóm thực chất là đánh giá sự phát triển những kĩ năng trên của người học trong quá trình học tập

2.3.2 Nguyên tắc xây dựng quy trình thiết kế bài giảng Sinh học theo mô hình giáo dục STEM

- Nội dung được lựa chọn để xây dựng chủ đề dạy học Sinh học theo định hướng giáo dục STEM có thể là một nhóm bài, một chương hay một phần Việc lựa chọn này để đảm bảo rằng các kiến thức sẽ được áp dụng để giải quyết những vấn

đề thực tiễn của chủ đề giáo dục STEM sau này là không khiên cưỡng

Với nội dung đã lựa chọn GV nghiên cứu và xem xét những kiến thức từ nội dung đó đã được ứng dụng trong thực tiễn như thế nào Những biểu hiện của kiến thức đó trong thực tiễn cuộc sống Kiến thức đó đã được ứng dụng vào thiết bị gì? Sản phẩm gì? Hệ thống nào? Quy trình nào? Lĩnh vực nào? Đây chính là cơ sở hình thành ý tưởng cho chủ đề giáo dục STEM Thông tin chung của một chủ đề gồm:

+ Tên chủ đề

+ Mục tiêu

+ Liên hệ chương trình

+ Những năng lực hướng tới hình thành và phát triển

- Khi lựa chọn và xây dựng nội dung dạy học phần Sinh học VSV lớp 10, THPT theo mô hình giáo dục STEM cần đảm bảo các nguyên tắc sau:

+ Xây dựng nội dung phải huy động kiến thức tổng hợp của các môn học