Dạy học mơn Tốn theo định hƣớng giáo dục STEM

CHƢƠNG 1 : CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN

1.3. Dạy học mơn Tốn theo định hƣớng giáo dục STEM

1.3.1. Cơ sở lý luận của việc dạy học mơn Tốn theo định hướng giáo dục STEM

Dạy học theo định hƣớng STEM là dựa trên sự kết nối kiến thức của các lĩnh vực: Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học, cũng nhƣ gắn với các

Đặt câu hỏi nghiên cứu

Đề xuất giả thiết

Trải nghiệm

Quan sát và ghi chép

Phân tích

18

tình huống thực tiễn. Thông qua các ứng dụng trong Kĩ thuật, Công nghệ, các kiến thức Khoa học tự nhiên và Toán học đƣợc hiểu một cách sâu sắc và cụ thể hơn. Bên cạnh đó, giáo dục STEM cịn giúp ngƣời học có khả năng vận dụng các kiến thức liên mơn Khoa học, Cơng nghệ, Kĩ thuật và Tốn học để giải quyết các tình huống phức hợp trong cuộc sống và nghề nghiệp. Trong dạy học theo định hƣớng STEM, nội dung và phƣơng pháp dạy học không giới hạn ở dạy học lí thuyết mà có sự liên kết giữa lí thuyết và thực hành, giữa tƣ duy và hành động thơng qua những quy trình kĩ thuật. Mơ hình dạy học mơn Tốn theo định hƣớng giáo dục SEM đƣợc xây dựng dựa trên các cơ sở khoa học sau đây:

1.3.1.1. Dạy học tích hợp

“Tích hợp” có nghĩa là phối hợp các hoạt động khác nhau để đảm bảo hoạt động hài hòa. Với ý nghĩa của sự hội nhập trong lĩnh vực giáo dục và đào tạo chuyên nghiệp, tích hợp trong lĩnh vực này là sự phối hợp các hoạt động dạy học khác nhau để đảm bảo sự vận hành hài hịa của q trình giáo dục [39].

- Dạy học tích hợp hƣớng tới ngƣời học

Đặc điểm này yêu cầu ngƣời học là chủ thể của hoạt động học. Ngƣời học khơng chỉ đặt mình vào kiến thức có sẵn ở trong bài dạy mà cịn phải đặt mình vào tình huống thực của cuộc sống, từ đó tự phát hiện ra điều chƣa biết, điều cần tìm hiểu, tức là khám phá kiến thức cho bản thân. Dạy học tích hợp chú trọng đến kết quả học tập của ngƣời học, hƣớng ngƣời học vận dụng các kiến thức đã học vào giải quyết các tình huống thực tiễn. Điều này yêu cầu quá trình học tập phải đảm bảo hiệu quả và chất lƣợng để thực hiện nhiệm vụ đƣa ra.

- Dạy học tích hợp hƣớng tới mục tiêu phát triển năng lực

Trong dạy học tích hợp, ngƣời học phải phát huy tối đa năng lực của mình. Đó là sự tích cực, chủ động tìm tịi kiến thức của ngƣời học. Giáo viên chỉ là ngƣời tổ chức và hƣớng dẫn, khuyến khích ngƣời học tự chiếm lĩnh

19

kiến thức bằng chính hành động của mình. Trong q trình giải quyết vấn đề ngƣời học có thể rút ra những kiến thức chƣa khoa học, chƣa chính xác. Học sinh cũng có thể căn cứ vào kết luận của giáo viên để tự rút kinh nghiệm và thay đổi về cách học của mình cho phù hợp, nhận ra những điểm sai và biết sửa sai đó là biết cách học.

Trong dạy học tích hợp, ngƣời học đƣợc yêu cầu phải tự thể hiện mình, hình thành và phát triển năng lực hợp tác với nhóm, với lớp. Sự hợp tác nhóm sẽ đƣa ra các cách giải quyết mới mẻ, sáng tạo, thúc đẩy các thành viên khác hứng thú tham gia vào giải quyết vấn đề.

- Dạy học tích hợp kết hợp giữa lý thuyết và thực hành - Dạy học tích hợp đặt ngƣời học vào tình huống thực tế

Nội hàm của khái niệm giáo dục STEM đã xác định giáo dục STEM là giáo dục liên ngành và thể hiện đó là dạy học tích hợp. Do đó, dạy học tích hợp là một cơ sở khoa học quan trọng của dạy học mơn Tốn theo định hƣớng STEM đƣợc thể hiện bởi các nội dung cốt lõi sau đây:

- Dạy học tích hợp nhằm định hƣớng kết quả đầu ra; - Dạy học tích hợp nhằm phát triển năng lực cho học sinh;

- Dạy học tích hợp biểu hiện cách tiếp cận lấy ngƣời học làm trung tâm; - Nội dung đƣợc xây dựng trên cơ sở kết nối kiến thức giữa các môn học với nhau và với thực tiễn cuộc sống.

Dựa trên các quan điểm của dạy học tích hợp, tích hợp trong dạy học tốn có thể xem xét theo hai hƣớng:

- Tích hợp trong nội bộ mơn tốn: Chƣơng trình mơn tốn bậc trung học phổ thơng có 3 phân mơn: Đại số, Giải tích, Hình học. Ba phân mơn này đƣợc tách ra khá sớm và có mối quan hệ hỗ trợ khăng khít với nhau. Tích hợp trong nội bộ mơn tốn có thể kể đến là:

+ Giải các bài tốn Đại số bằng Hình học: Việc sử dụng Hình học để giải các bài tốn Đại số đƣợc thể hiện rõ ở 3 nội dung nghiên cứu đặc trƣng là

20

chứng minh các đẳng thức, giải phƣơng trình, nghiên cứu tính hợp thức của các tập hợp số [5].

+ Giải các bài tốn Hình học bằng Đại số: Một ví dụ đặc trƣng của giải bài tốn hình học bằng Đại số là sự ra đời của Hình học giải tích. Thơng qua trung gian là hệ tọa độ, chuyển các đối tƣợng hình học sang đối tƣợng đại số, chuyển các quan hệ hình học sang quang hệ đại số, từ đó đƣa các bài tốn hình học về bài tốn đại số.

- Tích hợp theo phƣơng thức liên mơn và gắn tốn học vào thực tiễn: Toán học là một khoa học mang tính trừu tƣợng cao. Do đó, Tốn học là một công cụ hiệu quả trong các ngành khác nhƣ Vật lý học, Hóa học, Sinh học,… Dạy học toán tách rời ứng dụng thực tiễn sẽ chỉ mang lại cho học sinh kiến thức lý thuyết mà không giúp học sinh phát triển năng lực giải quyết các vấn đề trong cuộc sống. Dạy học tốn theo mơ hình hóa là một ví dụ về phƣơng pháp dạy học theo quan điểm tích hợp này.

1.3.1.2. Dạy học phát triển năng lực

Dạy học phát triển năng lực có 4 đặc điểm chính:

Thứ nhất, dạy học theo định hƣớng phát triển năng lực đƣợc thiết kế theo hƣớng phân hóa dựa trên hứng thú, nhu cầu và nền tảng kiến thức, sở thích cũng nhƣ thế mạnh của học sinh. Phƣơng pháp này cho phép ngƣời học cá nhân hóa, đa dạng hóa việc học để đáp ứng nhu cầu của bản thân theo hƣớng có lợi cho họ. Tức là, ngồi số giờ lên lớp theo quy định, học sinh có quyền lựa chọn mơn học, hình thức học ở bất kỳ đâu và bất cứ thời điểm nào (học online, học nhóm,…) để giúp học sinh phát triển tối đa năng lực vốn có của mình. Phƣơng pháp học này mang đến sự tự do, linh hoạt cho học sinh, loại bỏ sự bất bình đẳng trong quá trình học tập. Học sinh đƣợc coi là trung tâm của q trình học và ln cảm thấy thoải mái, dễ chịu.

21

Thứ hai, dạy học theo hƣớng phát triển năng lực định hƣớng để học sinh có thể tiếp thu kiến thức cần thiết và nâng cao khả năng thực hành, vận dụng kiến thức đã học đƣợc. Kiến thức, kỹ năng và cách ứng xử là những “tài nguyên” để các em thực hiện nhiệm vụ cụ thể để hình thành và phát triển năng lực.

Thứ ba, dạy học phát triển năng lực xác định và đo lƣờng năng lực đầu ra của học sinh dựa trên mức độ làm chủ kiến thức môn học. Học sinh thể hiện sự tiến bộ của mình thơng qua việc chứng minh năng lực mà khơng dựa trên khoảng thời gian cố định nhƣ học kỳ hay cấp học.

Thứ tƣ, dạy học theo định hƣớng phát triển năng lực giúp ngƣời học có thể chọn cách tiếp nhận các tài liệu học tập kể cả thời điểm và nhịp độ học tập. Điều này khuyến khích khả năng làm việc độc lập và tự chủ của học sinh, phát triển tối đa các kỹ năng để đạt đƣợc mục tiêu học tập.

Do vậy dạy học theo định hƣớng phát triển năng lực là một trong các cơ sở khoa học của giáo dục STEM đƣợc thể hiện ở các nội dung cơ bản sau:

- Hệ thống mục tiêu đƣợc mô tả tƣờng minh rõ ràng về hệ thống các năng lực;

- Dạy học dựa trên định hƣớng hành động;

- Tƣ tƣởng dạy học tích hợp liên môn và định hƣớng vận dụng vào giải quyết các vấn đề thực tiễn;

- Đánh giá trong dạy học định hƣớng năng lực là đánh giá quá trình. Đặc điểm Tốn học có nhiều ứng dụng trong cuộc sống, những kiến thức và kĩ năng toán học giúp con ngƣời giải quyết các vấn đề trong thực tiễn cuộc sống một cách có hệ thống và chính xác, góp phần thúc đẩy xã hội phát triển.

Mơn Tốn ở trƣờng phổ thơng góp phần hình thành và phát triển các phẩm chất chủ yếu, năng lực chung và năng lực toán học cho học sinh; phát triển kiến thức, kĩ năng then chốt và tạo cơ hội để học sinh đƣợc trải nghiệm, vận dụng toán học vào thực tiễn; tạo lập sự kết nối giữa các ý tƣởng toán học,

22

giữa Toán học với thực tiễn, giữa Toán học với các môn học và hoạt động giáo dục khác, đặc biệt với các môn Khoa học, Khoa học tự nhiên, Vật lí, Hố học, Sinh học, Cơng nghệ, Tin học để thực hiện giáo dục STEM.

Chƣơng trình mơn Tốn hình thành, phát triển ở học sinh năng lực toán

học với các thành tố: Tƣ duy và lập luận tốn học; mơ hình hố tốn học; giải quyết vấn đề toán học; giao tiếp tốn học; sử dụng cơng cụ, phƣơng tiện học Tốn. Đồng thời, mơn Tốn góp phần hình thành, phát triển ở học sinh các phẩm chất chủ yếu và năng lực chung đã quy định trong Chƣơng trình tổng thể; giúp học sinh bƣớc đầu xác định đƣợc năng lực, sở trƣờng của bản thân nhằm định hƣớng và lựa chọn nghề nghiệp, rèn luyện nhân cách để trở thành ngƣời lao động và ngƣời cơng dân có trách nhiệm.

1.3.2. Quy trình dạy học mơn Tốn theo định hướng giáo dục STEM

Dựa trên nghiên cứu lí luận về giáo dục STEM, dạy học Toán theo định hƣớng giáo dục STEM, về thực trạng dạy học mơn Tốn theo định hƣớng giáo dục STEM trong chƣơng trình giáo dục phổ thơng mới cũng nhƣ ở các trƣờng phổ thông hiện nay, đề xuất quy trình dạy học mơn Tốn theo định hƣớng giáo dục STEM bao gồm các bƣớc sau:

Bƣớc 1. Lựa chọn chủ đề bài học

Trên cơ sở nội dung mơn Tốn, giáo viên nghiên cứu mục tiêu, chuẩn kiến thức, kĩ năng của môn học đối chiếu với mục tiêu và nội dung giáo dục STEM để tìm ra những điểm tƣơng đồng. Thơng qua đó, tìm ra các vấn đề, các thách thức trong thế giới thực có liên quan đến nội dung của môn học và nội dung giáo dục STEM để từ đó xây dựng thành các chủ đề học tập mơn Toán theo định hƣớng giáo dục STEM.

Khi xây dựng một chủ đề giáo dục STEM, một số câu hỏi có thể gặp phải với các giáo viên đó là liệu chủ đề đƣợc xây dựng có đúng theo tinh thần STEM hay khơng hay là một chủ đề tích hợp khoa học đơn thuần. Điều gì tạo nên sự phân biệt một chủ đề giáo dục STEM với các chủ đề học tập khác.

23

Điều đầu tiên cần phải khẳng định trƣớc hết một chủ đề dạy học theo định hƣớng STEM phải là một chủ đề mang tính tích hợp. Khái niệm STEM hay giáo dục STEM là một khái niệm rộng và nhiều tầng bậc, do vậy điều này cũng ảnh hƣởng tới việc xác định hay cách đánh giá về một chủ đề giáo dục STEM. Trong nội dung trình bày dƣới đây nghiên cứu đề xuất một số tiêu chí nhằm xác định về một chủ đề giáo dục STEM.

 Chủ đề STEM hƣớng tới giải quyết các vấn đề trong thế giới thực Vận dụng kiến thức STEM để giải quyết các vấn đề thực tiễn chính là mục tiêu dạy học theo định hƣớng STEM. Do vậy, bài học STEM không phải là để giải quyết các vấn đề mang tính tƣởng tƣợng và xa rời thực tế mà nó ln hƣớng đến giải quyết các vấn đề các tình huống trong xã hội, kinh tế, môi trƣờng trong cộng đồng địa phƣơng của họ cũng nhƣ toàn cầu.

 Chủ đề STEM phải hƣớng tới việc học sinh vận dụng các kiến thức trong lĩnh vực STEM để giải quyết.

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

 Chủ đề STEM định hƣớng thực hành.

Định hƣớng hành động là một đặc điểm của quan điểm STEM. Chỉ khi chủ đề STEM định hƣớng thực hành mới đảm bảo hình thành và phát triển năng lực cho học sinh. Điều này sẽ giúp học sinh có đƣợc kiến thức từ kinh nghiệm thực hành chứ khơng phải chỉ từ lí thuyết. Bằng cách xây dựng các bài giảng theo chủ đề và dựa trên thực hành, học sinh sẽ đƣợc hiểu sâu về lí thuyết, ngun lí thơng qua các hoạt động thực tế. Chính các hoạt động thực tế này sẽ giúp học sinh nhớ kiến thức lâu hơn và sâu hơn. Học sinh có thể làm việc theo nhóm, thảo luận và tự khám phá kiến thức, vận dụng kiến thức vào hoạt động thực tế và truyền lại cho ngƣời khác. Trong hình thức học tập này, giáo viên khơng cịn là ngƣời trung gian truyền đạt kiến thức mà là ngƣời hƣớng dẫn học sinh xây dựng kiến thức [17].

24

 Chủ đề STEM khuyến khích làm việc nhóm giữa các học sinh.

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

Khi lựa chọn xây dựng nội dung cần đảm bảo các nguyên tắc sau:

 Xây dựng nội dung huy động kiến thức tổng hợp của các môn học thuộc lĩnh vực STEM.

 Nội dung đảm bảo tính vừa sức đối với ngƣời học.

 Nội dung có ý nghĩa thực tiễn và phù hợp với cuộc sống của học sinh. Ví dụ: Lựa chọn chủ đề “Giá tiền của hàng hóa” dựa trên cơ sở nội dung phƣơng trình, hệ phƣơng trình trong chƣơng trình Đại số 10.

Kinh tế là một chủ đề quan trọng trong cuộc sống. Trong thực tế, học sinh thƣờng không quan tâm về việc chi tiêu của gia đình, do đó khơng thƣờng xun cập nhật thơng tin về giá cả hàng hóa. Về chi tiêu của một gia đình, họ có thể mua thực phẩm, mua quần áo, mua vật dụng trong nhà,…và đƣợc tính tốn dựa trên điều kiện kinh tế của gia đình đó. Để giải quyết bài tốn chi tiêu đó, học sinh cần sử dụng kiến thức về phƣơng trình, hệ phƣơng trình của Tốn học. Để giúp cho việc tìm hiểu giá cả của hàng hóa, các em có thể sử dụng Tin học để thu thập số liệu, sử dụng các kiến thức về Địa lý, Xã hội để lý giải cho việc tăng giảm, biến động của giá cả hàng hóa. Do đó, chủ đề “Giá cả hàng hóa” có thể đƣợc thực hiện theo định hƣớng giáo dục STEM.

Bƣớc 2. Xác định vấn đề cần giải quyết

Trên cơ sở nội dung của chủ đề, xây dựng các nhiệm vụ học tập tƣơng ứng. Cần xác định rõ ngƣời thực hiện nhiệm vụ, làm cá nhân hay nhóm, nhiệm vụ đƣợc thực hiện trong giai đoạn nào, thời gian bao lâu… Một số loại hình nhiệm

25

vụ nhƣ: thu thập thơng tin, tiến hành thí nghiệm, thiết kế, trình bày….

Khi xây dựng các nhiệm vụ cần hƣớng đến hình thành các năng lực giải quyết vấn đề, năng lực hợp tác, năng lực tự học, năng lực quản lí, sáng tạo, giao tiếp và các năng lực chun biệt đã xác định cho mơn chƣơng trình Đại số lớp 10.

Xác dịnh nhiệm vụ STEM bao gồm các tiêu chí sau:

- Nhiệm vụ STEM có tính định hƣớng sản phẩm: là một đặc trƣng trong