8. Bố cục của luận án
1.4. Dạy học môn Công nghệ theo định hướng giáo dục STEM
1.4.1. Cơ sở khoa học của dạy học môn Công nghệ theo định hướng giáo dục STEM STEM
Tư tưởng của dạy học theo định hướng STEM là dựa trên sự kết nối kiến thức của các lĩnh vực chuyên môn: Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học, cũng như gắn với các tình huống thực tiễn. Những kiến thức Toán học, Khoa học tự nhiên là cơ sở của Kĩ thuật và Công nghệ. Mặt khác, thông qua các ứng dụng trong Kĩ thuật, Công nghệ, các kiến thức Khoa học tự nhiên và Toán học được hiểu một cách sâu sắc và cụ thể hơn. Bên cạnh đó, giáo dục STEM cịn giúp người học có khả năng vận dụng các kiến thức liên môn 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 hướng STEM, nội dung và PPDH không giới hạn ở dạy học lí thuyết mà có sự liên kết giữa lí thuyết và thực hành, giữa tư duy và hành động thơng qua những quy trình kĩ thuật. Mơ hình dạy học mơn Cơng nghệ theo định hướng giáo dục SEM được xây dựng dựa trên các cơ sở khoa học sau đây:
1.4.1.1. Dạy học tích hợp
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 môn Công nghệ theo định hướng STEM được thể hiện bởi các nội dung cốt lõi sau đây:
- Dạy học tích hợp định hướng kết quả đầu ra
Giáo dục định hướng kết quả đầu ra nhằm đảm bảo chất lượng đầu ra của việc dạy học, thực hiện mục tiêu phát triển toàn diện các phẩm chất nhân cách, chú trọng năng lực vận dụng tri thức trong những tình huống thực tiễn nhằm chuẩn bị cho con người năng lực giải quyết các tình huống của cuộc sống và nghề nghiệp. Chương trình dạy học định hướng kết quả đầu ra không quy định những nội dung dạy học chi tiết mà quy định những kết quả đầu ra mong muốn của quá trình đào tạo [36]. Đặc điểm này sẽ ảnh hưởng đến việc xây dựng chủ đề, xác định mục tiêu và lựa chọn các nội dung học tập để xây dựng bài học STEM.
- Dạy học tích hợp nhằm phát triển năng lực cho HS
Dạy học tích hợp là một trong những quan điểm giáo dục nhằm nâng cao năng lực của người học [3]. Dạy học tích hợp là định hướng về nội dung và PPDH, trong đó GV tổ chức, hướng dẫn để HS biết huy động tổng hợp kiến thức, kĩ năng thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau nhằm giải quyết các nhiệm vụ học tập; thơng qua đó hình thành những kiến thức, kĩ năng mới; phát triển được những năng lực cần thiết, nhất là năng lực giải quyết vấn đề trong học tập và trong thực tiễn cuộc sống [5]. Đặc điểm này là cơ sở cho việc xây dựng các hoạt động trong giáo dục STEM.
- Dạy học tích hợp biểu hiện cách tiếp cận lấy người học làm trung tâm Dạy học lấy người học là trung tâm đòi hỏi người học là chủ thể của hoạt động học, họ phải tự học, tự nghiên cứu để tìm ra kiến thức bằng hành động của chính mình, người học không chỉ được đặt trước những kiến thức có sẵn ở trong bài giảng của GV mà phải tự đặt mình vào tình huống có vấn đề của thực
tiễn, cụ thể và sinh động của nghề nghiệp rồi từ đó tự mình tìm ra cái chưa biết, cái cần khám phá học để hành, hành để học, tức là tự tìm kiếm kiến thức cho bản thân.
Trong dạy học lấy người học làm trung tâm địi hỏi người học tự thể hiện mình, phát triển năng lực làm việc nhóm, hợp tác với nhóm, với lớp. Sự làm việc theo nhóm này sẽ đưa ra cách thức giải quyết đầy tính sáng tạo, kích thích các thành viên trong nhóm hăng hái tham gia vào giải quyết vấn đề. Đặc điểm này là căn cứ để xác định các loại hình giáo dục STEM, là căn cứ để xây dựng các hoạt động trong giáo dục STEM.
- Nội dung được xây dựng trên cơ sở kết nối kiến thức giữa các môn học với nhau và với thực tiễn cuộc sống.
Thực hiện mơn học tích hợp, các q trình học tập khơng bị cơ lập với cuộc sống hàng ngày, các kiến thức gắn với kinh nghiệm sống của HS và được liên hệ với các tình huống cụ thể, có ý nghĩa đối với HS. Khi đó HS được dạy sử dụng kiến thức trong những tình huống cụ thể và việc giảng dạy kiến thức khơng chỉ là lí thuyết mà cịn phục vụ thiết thực cuộc sống con người, để làm người lao động, công dân tốt… Mặt khác, các kiến thức sẽ không lạc hậu do thường xuyên cập nhật với cuộc sống [3]. Đây là cơ sở để xây dựng các ngữ cảnh trong giáo dục STEM.
1.4.1.2. Dạy học định hướng phát triển năng lực
Giáo dục STEM là trang bị cho người học những kiến thức và kĩ năng cần thiết liên quan đến các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học. Các kiến thức và kĩ năng này phải được tích hợp, lồng ghép và bổ trợ cho nhau giúp HS không chỉ hiểu biết về ngun lí mà cịn có thể thực hành và tạo ra được những sản phẩm trong cuộc sống hằng ngày [35]. Do vậy dạy học theo định hướng phát triển năng lực là một trong các cơ sở khoa học của giáo dục STEM được thể hiện ở các nội dung cơ bản sau:
Khác với dạy học định hướng nội dung, dạy học định hướng năng lực tập trung vào kết quả học tập của HS tức là quan tâm tới “đầu ra”. Đây là cơ sở cho việc lựa chọn nội dung, phương pháp, hình thức tổ chức và kiểm tra đánh giá nhằm đảm bảo kết quả đầu ra như mong muốn. Do vậy, trong dạy học định hướng năng lực kết quả học tập hay là mục tiêu thường được mô tả thông qua hệ thống các năng lực một cách chi tiết, rõ ràng có thể quan sát và đánh giá được. Đặc điểm này của dạy học định hướng năng lực là cơ sở khoa học quan trọng trong việc xây dựng mục tiêu giáo dục STEM và bảng kiểm đánh giá các năng lực của HS thông qua bài học STEM.
- Dạy học dựa trên định hướng hành động
Tư tưởng của dạy học dựa trên định hướng hành động là: người học sẽ học tốt nhất khi được trực tiếp tham gia vào hoạt động học tập trải nghiệm; kiến thức phải được khám phá bởi chính các cá nhân nếu nó có ý nghĩa quan trọng với họ hoặc tạo ra sự khác biệt trong hành vi của họ và người học sẽ có quyết tâm cao khi họ được tự do thiết lập các mục tiêu học tập của mình và có thể chủ động theo đuổi nó trong một khn khổ nhất định [70]. Dạy học theo dự án là một hình thức điển hình của dạy học định hướng hành động, trong đó HS tự lực thực hiện trong nhóm một nhiệm vụ học tập phức hợp, gắn với các vấn đề thực tiễn, kết hợp lí thuyết và thực hành, có tạo ra các sản phẩm có thể cơng bố. Trong dạy học theo dự án, có thể vận dụng nhiều lí thuyết và quan điểm dạy học hiện đại như lí thuyết kiến tạo, dạy học định hướng HS, dạy học hợp tác, dạy học tích hợp, dạy học khám phá, sáng tạo, dạy học theo tình huống và dạy học định hướng hành động. Do vậy, vận dụng dạy học định hướng hành động có ý nghĩa quan trọng trong việc xây dựng nguyên lí giáo dục kết hợp lí thuyết với thực tiễn, tư duy và hành động, nhà trường và xã hội của giáo dục STEM. Đây là cơ sở trong việc lựa chọn PPDH trong giáo dục STEM.
- Tư tưởng dạy học tích hợp liên mơn và định hướng vận dụng vào giải quyết các vấn đề thực tiễn
Dạy học tích hợp liên môn là dạy học những nội dung kiến thức liên quan đến hai hay nhiều mơn học. "Tích hợp" là nói đến phương pháp và mục tiêu của hoạt động dạy học cịn "liên mơn" là đề cập tới nội dung dạy học. Các chủ đề liên mơn, tích hợp có tính thực tiễn nên sinh động, hấp dẫn, có ưu thế trong việc tạo ra động cơ, hứng thú học tập cho HS [39]. Dạy học tích hợp liên môn không chỉ chú ý tích cực hố HS về hoạt động trí tuệ mà còn chú ý rèn luyện năng lực giải quyết vấn đề gắn với những tình huống của cuộc sống và nghề nghiệp, đồng thời gắn hoạt động trí tuệ với hoạt động thực hành, thực tiễn. Tăng cường việc học tập trong nhóm, đổi mới quan hệ GV - HS theo hướng cộng tác. Đặc điểm này của dạy học định hướng năng lực là cơ sở để xây dựng các chủ đề giáo dục STEM gắn với thực tiễn cuộc sống.
- Đánh giá trong dạy học định hướng năng lực là đánh giá quá trình
Về bản chất, đánh giá năng lực là đánh giá khả năng vận dụng kiến thức, kĩ năng thực hiện nhiệm vụ của HS và việc đánh giá này là đánh giá cả quá trình vì sự tiến bộ của HS [64]. Đánh giá quá trình là những phản hồi cần thiết cho cả GV và HS về những hiểu biết hiện tại và phát triển kĩ năng nhằm xác định những bước tiếp theo [45]. Đánh giá quá trình được xem là một phương thức tạo động lực học tập cho người học hiệu quả và có tác động ngay tức thì đến q trình học. Đánh giá trong dạy học định hướng năng lực sẽ là cơ sở để xây dựng nội dung đánh giá trong quy trình giáo dục STEM.
1.4.1.3. Mơn Cơng nghệ trong chương trình giáo dục phổ thông Việt Nam [4]
Nội hàm môn Công nghệ trong chương trình giáo dục phổ thơng Việt Nam là cơ sở khoa học quan trọng trong việc xây dựng các chủ đề và nội dung giáo dục STEM.
- Về mục tiêu tổng quát
Môn Công nghệ nhằm giúp HS làm quen với thực tiễn về các mối quan hệ giữa người con với con người; giữa con người với công cụ lao động, với công nghệ sản xuất, dịch vụ và với môi trường thiên nhiên; qua đó hình
thành thói quen và kĩ năng lao động tự phục vụ, tiến tới tự lập nghiệp khi trưởng thành.
- Về nội dung
Theo Kế hoạch dạy học, môn Công nghệ được dạy từ lớp 1 đến lớp 12 của Trường phổ thông. Nội dung mơn Cơng nghệ phổ thơng phản ánh các loại hình lao động phổ biến như: lao động thủ công, lao động kĩ thuật đơn giản trong các lĩnh vực: Dịch vụ sinh hoạt, Kinh tế gia đình, Cơng nghiệp, Nơng - Lâm - Ngư nghiệp.
- Về kết cấu chương trình
Mơn Cơng nghệ là tích hợp của các mơn Thủ cơng và Kĩ thuật phổ thông (Kĩ thuật phục vụ, Kĩ thuật nông nghiệp, Kĩ thuật công nghiệp) nhằm phản ánh “tập hợp các phương pháp, quy tắc, kĩ năng được sử dụng để tác động vào đối tượng lao động thông qua phương tiện nhằm tạo ra sản phẩm”.
Để phù hợp với đặc điểm lứa tuổi HS và mục tiêu môn học, ở các lớp 1, 2, 3 môn học được gọi là thủ công; các lớp 4, 5 được gọi là kĩ thuật.
Từ việc khái quát mục tiêu, nội dung chương trình mơn Cơng nghệ ở trên nghiên cứu đưa ra một số kết luận sau:
- Mơn Cơng nghệ trong chương trình giáo dục phổ thông Việt Nam đã bao hàm cả yếu tố Công nghệ và Kĩ thuật là hai trong bốn yếu tố trong giáo dục STEM. Yếu tố Công nghệ thể hiện ở môn học cung cấp cho HS những kiến thức hiểu biết về sự phát triển của Công nghệ, hiểu được những tác động của Công nghệ tới cuộc sống hàng ngày. Yếu tố Kĩ thuật thể hiện ở môn học vận dụng các kiến thức Khoa học tự nhiên, Toán học trong việc thiết kế các quy trình, các hệ thống.
- Đặc điểm nội dung môn Công nghệ là tích hợp tri thức của nhiều lĩnh vực khoa học lại với nhau và được biên soạn mang tính định hướng hành động với nhiều bài thực hành. Thực hành một mặt để củng cố kiến thức cho HS, mặt
khác nhằm hình thành các kĩ năng cần thiết và hướng dẫn HS vận dụng các kiến thức và kĩ năng đã học vào cuộc sống, qua đó gây hứng thú và lịng say mê đối với môn học.
- Môn Công nghệ đề cập tới việc giải quyết những vấn đề thực tiễn trong sản xuất và đời sống hằng ngày mà những giải pháp thực tiễn thường rất đa dạng. HS được khơi dậy tính sáng tạo khi giải quyết những vấn đề thực tiễn phù hợp với hồn cảnh của HS và địa phương.
Do vậy, có thể thấy mơn Cơng nghệ có
nhiều điểm tương đồng với giáo dục STEM. Mục tiêu mang tính thực tiễn, nội dung mang tính tích hợp và bao gồm cả yếu tố Công nghệ và Kĩ thuật, phương pháp định hướng hành động. Đây là cơ sở cho việc tổ chức dạy học môn Công nghệ theo định hướng giáo dục STEM hiệu quả và khả thi.
1.4.1.4. Thiết kế kĩ thuật
Thiết kế kĩ thuật là quá trình sáng tạo ra một sản phẩm, một hệ thống, hoặc quá trình để đáp ứng nhu cầu mong muốn. Nó là một quá trình ra quyết định (thường được lặp đi lặp lại), trong đó Khoa học, Tốn học và Khoa học kĩ thuật cơ bản được sử dụng để chuyển đổi các nguồn lực một cách tối ưu nhằm đáp ứng mục tiêu đề ra [92].
Quá trình thiết kế kĩ thuật là một loạt các bước mà người làm kĩ thuật sử dụng để hướng dẫn họ khi họ giải quyết vấn đề. Quá trình thiết kế là theo chu trình, có nghĩa là các kĩ sư lặp lại các bước nhiều lần khi cần thiết để tạo ra những cải tiến trong quá trình thiết kế.
Những đặc trưng của q trình thiết kế đó là [93]: - Thiết kế phải đáp ứng yêu cầu sử dụng.
- Thiết kế phải đảm bảo tính thẩm mỹ. - Thiết kế phải có ý tưởng mới.
- Phù hợp với phương thức chế tạo sản xuất. - Thiết kế phải đáp ứng điều kiện kinh tế.
Hiện nay có nhiều tổ chức nghiên cứu và đề xuất các quy trình thiết kế kĩ thuật khác nhau tuy nhiên thường có bốn giai đoạn chính là: điều tra và xác định nhu cầu; thiết kế và phát triển; lập kế hoạch sản xuất và cuối cùng là đánh giá [93]. Trong mỗi giai đoạn sẽ gồm các bước cụ thể, quá trình thiết kế kĩ thuật là phi tuyến tính, các bước có thể được điều chỉnh tùy thuộc vào từng bối cảnh cụ thể.
Lí thuyết về thiết kế kĩ thuật là cơ sở quan trọng cho việc thiết kế cấu trúc bài học STEM và xây dựng tiến trình giải quyết vấn đề, tìm ra các giải pháp thực hiện các nhiệm vụ trong bài học STEM của HS.
1.4.2. Bản chất của dạy học môn Công nghệ theo định hướng giáo dục STEM STEM
Từ nội hàm của khái niệm STEM và cơ sở khoa học của dạy học môn Công nghệ theo định hướng giáo dục STEM cho thấy bản chất của dạy học môn Công nghệ theo định hướng giáo dục STEM :
- Là một cách tiếp cận liên ngành trong dạy học môn Công nghệ nhằm tạo cơ hội cho HS kết nối những kiến thức được học trong môn Công nghệ với các kiến thức cơ sở của các môn học thuộc lĩnh vực STEM với những vấn đề trong thực tiễn cuộc sống. Giúp HS có thể đưa ra các giải pháp sáng tạo khi có cơ hội áp dụng những kiến thức được học, giúp HS có những suy nghĩ rộng hơn về những tình huống hay vấn đề nhất định.
- Là một cách tiếp cận nhấn mạnh quá trình thiết kế với mục tiêu phát triển các giải pháp giải quyết vấn đề và tư duy.
- Là một phương pháp được sử dụng để tạo mơi trường khuyến khích sự khám phá, sáng tạo vào giải quyết vấn đề thực tiễn nhằm phát triển các kĩ năng