công nghiệp 4.0
Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư (CMCN 4.0) diễn ra từ đầu thế kỷ XXI. Đặc trưng của cuộc CMCN 4.0 là sẽ ngày càng phổ biến trí thông minh nhân tạo và máy móc tự động hóa, đem lại sự kết hợp giữa hệ thống ảo và thực tế. Cuộc cách mạng này tác động mạnh mẽ đến nhiều lĩnh vực, nhiều khía cạnh trong đời sống xã hội, trong đó đặc biệt không thể thiếu một nguồn nhân lực chất lượng cao; mà nguồn nhân lực lại là đối tượng trực tiếp của GD - ĐT. [27]
CMCN 4.0 đặt ra những thách thức rất lớn cho GD Việt Nam, đòi hỏi sự đóng góp năng động, tự lập, tự do, tự học, tự nghiên cứu, tự động viên, nhất là óc sáng tạo. Do đó, GV sẽ phải dạy người học cách tự học, tự tư duy, tự tiến bộ. Mỗi người phải tự vận động, thay đổi và lột xác.
Như vậy, tầm quan trọng của GD - ĐT để tạo ra nguồn nhân lực đáp ứng yêu cầu cách mạng 4.0 là không thể phủ nhận
Hội nghị lần thứ tám Ban Chấp hành Trung ương Đảng khoá XI đã thông qua Nghị quyết số 29-NQ/TW về đổi mới căn bản, toàn diện GD và đào tạo, đáp ứng yêu cầu công nghiệp hóa, hiện đại hóa trong điều kiện kinh tế thị trường định hướng xã hội chủ nghĩa và hội nhập quốc tế. Quan điểm chỉ đạo đổi mới GD của Nghị
quyết là: “Chuyển mạnh quá trình GD từ chủ yếu trang bị kiến thức sang phát triển
toàn diện năng lực và phẩm chất người học. Học đi đôi với hành; lý luận gắn với thực tiễn; GD nhà trường kết hợp với GD gia đình và GD xã hội”.
Từ bối cảnh đó, trong dạy học người GV ngoài truyền thụ những tri thức, kỹ năng… thì quan trọng hơn là tổ chức cho HS thực hiện những hoạt động và trên cơ sở những hoạt động ấy làm cho HS khám phá, trải nghiệm, tương tác, để rồi làm chủ được những tri thức, kỹ năng và thay đổi thái độ, tạo dựng được hứng thú, niềm tin và trên cơ sở đó là biến đổi chính chủ thể là người học. DH tích cực phải hình thành ở người học: NL quan sát, thu thập thông tin; NL tự đánh giá; NL phát hiện, giải quyết vấn đề; NL giao tiếp, NL sử dụng ngôn ngữ, NL sáng tạo, NL tính toán…
Đặc biệt, vai trò của mỗi cá nhân là đặc biệt chú trọng, được coi là nhân tố
quyết định trực tiếp. Theo đó, người học phải là người tự mình tiếp cận tri thức dưới
sự hướng dẫn, dẫn dắt của thầy cô bởi thời đại bùng nổ thông tin, vạn vật kết nối internet mà những tri thức người thầy truyền thụ đến người học chỉ có giới hạn, do vậy cái mà người học cần học đó là cách thức để tiếp cận tri thức và sàng lọc thông tin; Mặt khác, người học còn phải tự mình trang bị những kỹ năng cần thiết để thích ứng với nhu cầu của xã hội.
Như vậy, theo phân tích trên ta thấy vai trò người thầy rất quan trọng. Từ vai
trò truyền thụ kiến thức theo cách truyền thống sang vai trò xúc tác và điều phối, họ
phải chuyển sang chức năng hướng dẫn người học. GV phải giúp người học định hướng về chất lượng và ý nghĩa của nguồn thông tin, định hướng cho người học tự tìm đến những cách hiểu mới. Tất cả nhằm hướng tới mục tiêu xây dựng nên những con người với NL dần đáp ứng yêu cầu của thời đại mới.
Để phát triển NL của HS thì kỹ năng làm việc nhóm là yêu cầu bắt buộc. Do vậy, người thầy phải rèn luyện cho người học có khả năng làm việc nhóm, có óc tổ chức, tư duy… Muốn vậy, phải đổi mới phương pháp dạy và học theo hướng phát huy tính tích cực của người học là yêu cầu bắt buộc.
Một NL mà quá trình DH cần phải đặc biệt quan tâm đó là NL GQVĐ, thay vì bị động thực hiện theo những kế hoạch đã vạch sẵn, con người trong thời đại mới cần luôn chủ động để đối phó với các vấn đề phát sinh. Vì vậy, GD - ĐT cần tạo ra những công dân thích hợp cho thế kỉ XXI - những công dân toàn cầu, đáp ứng nhu cầu của thị trường lao động trong nước và hội nhập quốc tế.
Người GV trong thời đại CMCN 4.0 cần quan tâm đặc biệt đến NL sáng tạo tới đối tượng người học. Nhiệm vụ của người thầy là tạo môi trường học tập, tạo điều kiện để họ có cơ hội học tập theo phương pháp tích cực và sáng tạo. Chỉ có như vậy mới tạo ra được những con người năng động và sáng tạo. Hơn bao giờ hết, nghề dạy học với danh xưng “là nghề sáng tạo bậc nhất trong những nghề sáng tạo... vì nó
sáng tạo ra những con người sáng tạo” lại càng thể hiện rõ nhất trong thời điểm
hiện nay. [25]
Trước tác động của CMCN 4.0 thì GD 4.0 là xu thế tất yếu trong tương lai. Mọi thứ đều được thay đổi theo hướng hiện đại. Mỗi tổ chức, cá nhân đều phải tự chuẩn bị cho mình những kiến thức và kỹ năng phù hợp để dễ dàng đón nhận sự thay đổi hiện đại của thế giới. GD được coi là một trong những ngành phải tiên phong trong việc thay đổi để tiếp cận với sự thay đổi của cuộc CMCN 4.0.
Mục tiêu ĐT cũng phải thay đổi hướng tới ĐT không chỉ NL con người mà còn là những kỹ năng phát triển và tự phát triển bản thân, người học sau khi ra trường phải có tư duy sáng tạo và dễ dàng tiếp cận với nền kỹ thuật hiện đại cũng như đáp ứng yêu cầu, đòi hỏi cao của xã hội. Do đó, bước thay đổi đầu tiên và quan trọng là người dạy và người học cần thay đổi tư tưởng, thay đổi cách dạy và học phù hợp trước tác động của CMCN 4.0 và nền GD 4.0.
1.2. Cơ sở lí thuyết về giáo dục STEM 1.2.1.Khái niệm giáo dục STEM
STEM là thuật ngữ được viết tắt của các từ tiếng anh Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật), Math (Toán). Thuật ngữ STEM được dùng trong hai ngữ cảnh khác nhau đó là ngữ cảnh nghề nghiệp và ngữ cảnh GD.
Trong phạm vi đề tài, chúng tôi quan tâm đến ngữ cảnh GD của thuật ngữ STEM, tức là nhấn mạnh đến sự quan tâm của nền GD đối với các môn học Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học.
- Khoa học, là HS được trang bị kiến thức về các khái niệm, các nguyên lý,
các định luật và các cơ sở lý thuyết của GD khoa học. Thông qua STEM HS có khả năng liên kết các kiến thức này để thực hành và có tư duy để sử dụng kiến thức vào thực tiễn để giải quyết các vấn đề trong thực tế.
- Công nghệ, là HS có khả năng sử dụng, quản lý, hiểu biết, và tiếp cận được
công nghệ, từ những vật dụng đơn giản như cái bút, chiếc quạt đến những hệ thống phức tạp như mạng Internet, máy móc.
- Kỹ thuật, là HS được trang bị kỹ năng để làm ra sản phẩm và hiểu được
quy trình để làm ra nó. Ngoài ra HS còn có khả năng nhìn nhận ra nhu cầu và phản ứng của xã hội trong những vấn đề liên quan đến kỹ thuật.
- Toán học là khả năng nhìn nhận và nắm bắt được vai trò của toán học trong
mọi khía cạnh. HS có kỹ năng toán học sẽ có khả năng thể hiện các ý tưởng một cách chính xác, có khả năng áp dụng các khái niệm và kỹ năng toán học vào cuộc sống hằng ngày.
Trong phạm vi luận văn, GD STEM được hiểu là mô hình GD dựa trên cách
tiếp cận liên môn, giúp HS áp dụng các kiến thức khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học vào GQVĐ trong bối cảnh cụ thể nhằm giúp người học thích nghi với sự phát triển của khoa học và công nghệ.
Những HS học theo cách tiếp cận GD STEM đều có những ưu thế nổi bật như: kiến thức khoa học, kỹ thuật, công nghệ và toán học chắc chắn; khả năng sáng tạo, tư duy logic; hiệu suất học tập và làm việc vượt trội; và có cơ hội phát triển các kỹ năng mềm toàn diện hơn trong khi không hề gây cảm giác nặng nề, quá tải đối với HS.
Với HS phổ thông, việc theo học các môn học STEM còn có ảnh hưởng tích cực tới khả năng lựa chọn nghề nghiệp tương lai. Khi được học nhiều dạng kiến thức trong một thể tích hợp, HS sẽ chủ động thích thú với việc học tập thay vì thái độ e ngại hoặc tránh né một lĩnh vực nào đó, từ đó sẽ khuyến khích các em có định
hướng tốt hơn khi chọn chuyên ngành cho các bậc học cao hơn và sự chắc chắn cho cả sự nghiệp về sau.
GD STEM vận dụng phương pháp học tập chủ yếu dựa trên thực hành và các hoạt động trải nghiệm sáng tạo, các phương pháp GD tiến bộ, linh hoạt nhất như học qua dự án – chủ đề, học qua trò chơi và đặc biệt phương pháp học qua thực hành luôn được áp dụng triệt để cho các môn học tích hợp STEM.
GD STEM là giải pháp góp phần tăng hiệu quả DH, phát triển NL GQVĐ của HS, phát triển tư duy, logic, tự chủ, sáng tạo của HS đặc biệt trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật, giúp HS có thể hiểu rõ được ý nghĩa thực tiễn của các kiến thức Vật lí. [12]
1.2.2. Đặc trưng của GD STEM
GD STEM có những đặc trưng sau:
GD STEM là sự kết hợp của bốn lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật, toán
học. Thay vì học tách biệt 4 môn riêng biệt, rời rạc như hiện nay, STEM gắn kết các
môn học cùng với những ứng dụng thực tế. Vì vậy, HS vừa học vừa có thể vận dụng được vào trong thực tiễn. Sự phát triển của STEM sẽ phá đi khoảng cách giữa lí thuyết và thực tiễn.
GD STEM nâng cao tính sáng tạo và khả năng GQVĐ cho HS. Ngoài việc học lí thuyết đơn thuần, GV sẽ đặt ra một tình huống liên quan đến vấn đề thực tiễn. Điều này đòi hỏi, HS muốn GQVĐ thì cần phải tìm tòi và khám phá những kiến thức một cách chuyên sâu, không chỉ là trong sách mà còn phải tìm hiểu ở cả các học liệu, thiết bị thí nghiệm, thiết bị vật lí,… để giải quyết.
GD STEM luôn khuyến khích các HS sáng tạo, phát minh ra những sản phẩm mới bằng chính những kiến thức mà họ đã được học. Người học sẽ chủ động được khối lượng kiến thức học tập của mình, biết cách trang bị, sửa chữa chế biến sao cho chúng phù hợp với các tình huống đặt ra trong thực tế.
Dưới đây là chu trình STEM được nhiều nhà nghiên cứu GD STEM chấp nhận:
1.2.3.Tiêu chí xây dựng chủ đề GD STEM
Để xây dựng chủ đề GD STEM cần dựa trên năm tiêu chí cơ bản:
- Tiêu chí thứ nhất: Hướng tới giải quyết các vấn đề trong thực tiễn, các tình
huống xã hội, kinh tế, môi trường trong cộng đồng địa phương hay toàn cầu. - Tiêu chí thứ hai Cấu trúc bài học STEM theo quy trình thiết kế kĩ thuật
- Tiêu chí thứ ba: Phương pháp DH STEM hướng tới việc HS vận dụng các kiến
thức trong lĩnh vực STEM để GQVĐ.
- Tiêu chí thứ tư: Định hướng thực hành nhằm hình thành và phát triển NL kết
hợp lý thuyết cho HS.
- Tiêu chí thứ năm: Khuyến khích làm việc nhóm giữa các HS.
1.3. Tiến trình bài học STEM cho học sinh THPT
Có nhiều tiến trình dạy học chủ đề STEM được đưa ra để GV lựa chọn phù hợp với nội dung chủ đề, thời lượng dạy học, nội dung kiến thức cần truyền tải hay vận dụng và trình độ HS, cơ sở vật chất tại nhà trường và địa phương: [17]
- Quy trình tìm tòi khám phá: là quy trình phỏng theo nghiên cứu của các nhà
khoa học, ở đó HS thực hiện các thao tác tìm tỏi khám phá để trả lời các câu hỏi về các quy luật tự nhiên. Quy trình này được vận dụng trong dạy học trên nhiều bình diện, ở bình diện mục tiêu dạy học, khi thực hiện quá trình tìm tòi khám phá, HS sẽ hướng tới mục tiêu phát triển NL;
- Quy trình TRIAL: là quy trình tổ chức hoạt động giải quyết vấn đề thực tiễn
cho STEM. Đây là một khung hỗ trợ quá trình tư duy, giúp HS có thể phân chia vấn đề thành nhiều phần nhỏ và hướng sự chú ý của HS vào một số yếu tố then chốt của vấn đề: Task (Nhiệm vụ) – Recall (Nhớ lại) – Ideas (Ý tưởng) – Apply (Vận dụng) – Learnt (Đã học);
- Quy trình dựa trên hoạt động thiết kế kỹ thuật: mô tả cách mà các kỹ sư sử
dụng để giải quyết vấn đề, bắt đầu bằng đặt câu hỏi, hình dung các giải pháp, thiết kế kế hoạch, tạo và kiểm tra mô hình sau đó thực hiện cải tiến.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi lựa chọn quy trình dựa trên hoạt động thiết kế kĩ thuật vì đây là quy trình tạo nhiều điều kiện cho HS phát huy NL GQVĐ của mình qua các hoạt động tìm kiếm các giải pháp, phân tích và thiết kế bản vẽ, chế tạo sản phẩm.
Trong tiến trình này, việc chiếm lĩnh nội dung kiến thức trong chương trình GDPT cần thiết để GQVĐ đặt ra nằm trong phần “Nghiên cứu kiến thức nền”. Chủ thể hoạt động là HS thông qua việc nghiên cứu sách giáo khoa, tài liệu bổ trợ, tiến hành các thí nghiệm theo chương trình học (nếu có) dưới sự hướng dẫn của GV. Từ đó, HS vận dụng phối hợp kiến thức vừa học với cái có sẵn (kiến thức, kỹ năng) để đề xuất và lựa chọn giải pháp phù hợp; thực hành thiết kế, chế tạo, thử nghiệm mẫu (mô hình); thảo luận để điều chỉnh thiết kế. Quy trình này được lặp lại đến khi đưa ra giải pháp phù hợp hoặc theo thời lượng giảng dạy. Thông qua quá trình, HS có cơ
hội rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo, góp phần phát triển phẩm chất, NL của bản thân, đặc biệt là NL GQVĐ [14]
Hình 1.2. Quy trình dạy học chủ đề STEM dựa trên hoạt động thiết kế kỹ thuật [4]
Tiến trình dạy học chủ đề STEM theo quy trình kỹ thuật cần đảm bảo các hoạt động của quy trình nhưng một số hoạt động có thể thực hiện song hành, tương hỗ và có thể đảo thứ tự nhằm mục đích cuối cùng là tạo điều kiện cho HS có cơ hội thể hiện và rèn luyện, nâng cao mức độ các hành vi của NL. Vì vậy, mỗi chủ đề STEM có thể được tổ chức dạy học theo 5 hoạt động chính như sau:
- Hoạt động 1: Xác định vấn đề hoặc nhu cầu thực tiễn
Trong hoạt động này, GV tiến hành đặt HS vào tình huống có vấn đề cần giải quyết HS sẽ sử dụng kiến thức, kĩ năng đã có để phân tích tình huống và phát biểu vấn đề cần giải quyết, hình thành sơ bộ ý tưởng giải quyết vấn đề. Trong hoạt động này, giáo viên cũng thống nhất với HS về các tiêu chí của sản phẩm.
- Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp
hướng và hỗ trợ của giáo viên để tìm hiểu kiến thức, kĩ năng cần để giải quyết vấn đề nhu cầu thực tiễn đã tìm ra. Trên cơ sở các kiến thức ấy, HS đề xuất giải pháp và trình bày thiết kế sản phẩm để giải quyết vấn đề trên cơ sở đó thể hiện được NL GQVĐ của HS.
- Hoạt động 3: Thống nhất, lựa chọn giải pháp
Trong hoạt động này, HS được tổ chức để trình bày, giải thích và bảo vệ bản thiết kế của mình trước đánh giá của GV và các HS khác. Dưới sự trao đổi, góp ý của các HS khác và định hướng của GV, HS tiếp tục hoàn thiện (hoặc thay đổi nếu cần thiết) bản thiết kế trước khi tiến hành chế tạo và vận hành để đảm bảo tính khả thi và tiết kiệm thời gian, vật lực và tài lực.
- Hoạt động 4: Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá