Khái quát chung về STEM
1.1 Vài nét về lịch sử phát triển STEM
Giáo dục STEM đang trở thành trọng tâm cải cách giáo dục ở nhiều quốc gia, nhằm nâng cao khả năng và sự hứng thú của học sinh đối với các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học.
Giáo dục STEM tại Mỹ đã thu hút sự chú ý lớn từ chính phủ thông qua luật liên bang, với ba khuyến cáo quan trọng cho các nhà hoạch định chính sách: xây dựng chương trình giáo dục STEM nghiêm túc trong hệ đào tạo 12 năm, cải thiện việc dạy và học STEM trên toàn quốc, và hỗ trợ các mô hình mới để đảm bảo tất cả học sinh đều có kỹ năng STEM sau khi tốt nghiệp Một trong những chiến lược chính là nâng cao yêu cầu về Toán học và Khoa học cho học sinh tốt nghiệp, giúp các trường có thể tác động tích cực đến tất cả học sinh.
Tại Pháp, giáo dục STEM được tích hợp ở tất cả các cấp học, đặc biệt trong giai đoạn chính của bậc Tiểu học Học sinh được học Toán học, Khoa học tự nhiên và Công nghệ, đồng thời tham gia các hoạt động trải nghiệm nghiên cứu để tăng cường sự quan tâm đến Khoa học và Công nghệ Điều này không chỉ giúp phát triển kiến thức mà còn thúc đẩy tư duy phê phán của học sinh.
Tại Anh, giáo dục STEM đã trở thành một chương trình quốc gia nhằm tạo ra nguồn nhân lực nghiên cứu khoa học chất lượng cao Chương trình hành động bao gồm bốn nội dung chính: đầu tiên, tuyển dụng giáo viên giảng dạy STEM, trong đó các giáo viên từ các môn học khác nhau hợp tác để xây dựng bài giảng tích hợp, giúp học sinh vận dụng kiến thức và kỹ năng đa dạng Thứ hai, bồi dưỡng nâng cao trình độ cho giáo viên Thứ ba, cải tiến và làm phong phú chương trình học cả trong và ngoài lớp học Cuối cùng, phát triển cơ sở vật chất hỗ trợ cho việc dạy và học.
1.2.2 Giáo dục STEM ở Việt Nam
Việt Nam đang trải qua quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, đồng thời hội nhập sâu rộng vào nền kinh tế toàn cầu Cuộc Cách mạng 4.0 mang đến nhiều cơ hội để nâng cao trình độ công nghệ, cải thiện năng lực sản xuất và tăng cường sức cạnh tranh cho sản phẩm Đây là thời điểm quan trọng để ngành sản xuất công nghiệp áp dụng công nghệ tiên tiến nhằm phát triển bền vững.
Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4, theo Chỉ thị số 16/CT-TTg ngày 4/5/2017 của Thủ tướng Chính phủ, đang thay đổi căn bản nền sản xuất toàn cầu thông qua sự tích hợp của hệ thống kết nối số hóa, vật lý và sinh học Sự bùng nổ của Internet vạn vật và trí tuệ nhân tạo đã thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, ảnh hưởng đến mọi mặt của đời sống kinh tế - xã hội Làn sóng công nghệ mới này diễn ra với tốc độ khác nhau ở các quốc gia, nhưng đều dẫn đến sự thay đổi trong phương thức và lực lượng sản xuất của xã hội.
Nếu Việt Nam không theo kịp tốc độ phát triển toàn cầu và khu vực, đất nước sẽ phải đối mặt với nhiều thách thức nghiêm trọng Những tác động tiêu cực bao gồm sự tụt hậu về công nghệ, dẫn đến suy giảm sản xuất kinh doanh, cùng với tình trạng dư thừa lao động có kỹ năng và trình độ thấp, gây ra sự phá vỡ thị trường lao động truyền thống và ảnh hưởng đến tình hình kinh tế xã hội.
Chúng ta đang tích cực thực hiện đổi mới căn bản toàn diện giáo dục đào tạo theo Nghị quyết 29-BCHTW, chuyển từ việc cung cấp kiến thức sang hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất của người học Mục tiêu là phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo của học sinh và tăng cường kỹ năng thực hành.
Bộ Giáo dục và Đào tạo đã thực hiện chủ trương đổi mới hình thức và phương pháp dạy học nhằm gắn liền giáo dục với thực tiễn cuộc sống, từ đó phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh trung học Kể từ năm 2012, Bộ đã tổ chức các cuộc thi như “Vận dụng kiến thức liên môn” và “Dạy học theo chủ đề tích hợp” để khuyến khích giáo viên và học sinh Cuộc thi “Khoa học kĩ thuật dành cho học sinh trung học” đã trở thành điểm sáng trong giáo dục định hướng năng lực, thể hiện rõ mục tiêu phát triển kỹ năng học tập và lao động cho học sinh thế kỷ 21 Nhận thức được vai trò quan trọng của giáo dục STEM, Bộ đã nhấn mạnh việc áp dụng dạy học giải quyết vấn đề, phương pháp thực hành và dạy học theo dự án, đồng thời tích cực ứng dụng công nghệ thông tin trong giảng dạy Việc tích hợp giáo dục STEM vào chương trình giáo dục phổ thông là một bước đi quan trọng trong việc đổi mới toàn diện nền giáo dục Việt Nam.
STEM là viết tắt của Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học, thường được nhắc đến trong các chính sách phát triển của các quốc gia Sự phát triển này được thể hiện qua chu trình STEM, trong đó Khoa học tạo ra kiến thức mới, Kĩ thuật ứng dụng kiến thức đó để thiết kế công nghệ giải quyết vấn đề, và Toán học là công cụ để thu thập và chia sẻ kết quả.
Hình 1: Chu trình STEM (theo https://www.knowatom.com)
“Science” trong chu trình STEM được mô tả bởi một mũi tên từ “Technology” sang
“Kiến thức” thể hiện quy trình sáng tạo khoa học, nơi các nhà khoa học sử dụng tư duy phản biện để đặt ra các câu hỏi và vấn đề cần nghiên cứu Việc trả lời những câu hỏi này sẽ dẫn đến việc phát minh ra các "Kiến thức" khoa học mới Trong chu trình STEM, "Engineering" được mô tả như một mũi tên từ “Knowledge” sang “Technology”, cho thấy quy trình kỹ thuật mà các kỹ sư áp dụng "Kiến thức" khoa học để thiết kế và phát triển công nghệ mới Do đó, "Science" không chỉ là "Kiến thức" từ các môn khoa học như Vật lý, Hóa học, Sinh học, mà còn bao hàm "Quy trình khoa học" để phát minh ra kiến thức mới Tương tự, "Engineering" không chỉ là "Kiến thức" trong lĩnh vực kỹ thuật mà còn bao gồm "Quy trình kỹ thuật" để sáng tạo ra công nghệ.
Công nghệ mới được hình thành qua hai quy trình liên tiếp, tạo thành chu trình sáng tạo khoa học - kỹ thuật theo mô hình "xoáy ốc" Mỗi chu trình không chỉ gia tăng lượng kiến thức khoa học mà còn thúc đẩy sự phát triển công nghệ ở trình độ cao hơn.
En gineer s:Solve pr oble ms (Kĩ sư :Gi ảiq uy ếtv ấnđ ề) Scientists:answerquestions(Nhàkhoahọc:Trảlờicâuhỏi)
Một số khái niệm liên quan
+ STEM mở: Bao gồm nhiều hơn 4 lĩnh vực (Toán, Công nghệ, Kĩ thuật và Khoa học) như Nghệ thuật, Nhân văn, Robot,…
STEM bao gồm bốn lĩnh vực chính: Toán, Công nghệ, Kĩ thuật và Khoa học, trong khi STEM khuyết chỉ bao gồm ít hơn bốn lĩnh vực này Bên cạnh đó, STEAM là một phương pháp giáo dục kết hợp mô hình STEM với nghệ thuật và nhân văn, nhằm tạo ra một cách tiếp cận toàn diện hơn trong việc học tập và phát triển kỹ năng.
+ STEM và sáng tạo KHKT: STEM là cơ sở giúp học sinh phát triển thành các dự án sáng tạo KHKT.
Giáo dục STEM theo chu trình STEM giúp học sinh giải quyết các vấn đề thực tiễn bằng cách tìm tòi và chiếm lĩnh kiến thức khoa học Mỗi bài học STEM yêu cầu học sinh huy động kiến thức hiện có và khám phá kiến thức mới để thiết kế giải pháp cho vấn đề Quá trình này bao gồm việc thực hiện "Quy trình khoa học" để tiếp thu kiến thức mới và "Quy trình kỹ thuật" để áp dụng kiến thức vào thực tiễn Điều này thể hiện sự tiếp cận liên môn trong giáo dục STEM, mặc dù kiến thức mới có thể chỉ thuộc một môn học cụ thể.
Giáo dục STEM, theo Chương trình giáo dục phổ thông năm 2018, là mô hình giáo dục liên môn, giúp học sinh áp dụng kiến thức về khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học để giải quyết các vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể.
Cơ sở lí luận và thực tiễn của việc triển khai giáo dục STEM
Chương trình giáo dục phổ thông 2018 tập trung vào việc phát triển phẩm chất và năng lực của học sinh, với mục tiêu trả lời câu hỏi: "Học xong chương trình, học sinh làm được gì?" Do đó, cần đổi mới phương pháp dạy học và kiểm tra đánh giá để phù hợp với định hướng này Các phương pháp dạy học cần liên kết nội dung bài học với các vấn đề thực tiễn, giúp học sinh chủ động tìm hiểu và giải quyết vấn đề Giáo dục STEM được xây dựng từ các vấn đề thực tiễn, thông qua các chủ đề/bài học STEM, giáo viên tổ chức hoạt động học để học sinh tìm ra giải pháp cho các vấn đề nêu ra.
2.1.1 Tiến trình khoa học trong giáo dục STEM
Tiến trình khoa học là phương pháp mà các nhà khoa học sử dụng để nghiên cứu và giải thích thế giới tự nhiên dựa trên bằng chứng thu thập được Trong giáo dục STEM, học sinh có thể áp dụng tiến trình khoa học để khám phá tự nhiên, đặt câu hỏi và tìm kiếm câu trả lời thông qua quan sát và thí nghiệm Điều này mang lại cho học sinh cơ hội tham gia vào các hoạt động thực tiễn và phát triển kỹ năng tư duy phản biện.
(1) Đặt câu hỏi về những gì học sinh muốn tìm hiểu thêm.
(2) Dự đoán hoặc đưa ra giả thuyết trả lời câu hỏi.
(3) Kiểm tra giả thuyết bằng cách lập kế hoạch và tiến hành các thí nghiệm hoặc quan sát.
(4) Theo dõi và ghi lại những gì xảy ra
(5) Sử dụng thông tin thu được từ các quan sát/thí nghiệm phân tích và rút ra kết luận.
(6) Chia sẻ và phổ biến kết quả.
Các hoạt động này được sắp xếp thành một tiến trình sau (hình 3):
Hình 3.Tiến trình khoa học trong giáo dục STEM
2.1.2 Quy trình thiết kế kĩ thuật trong giáo dục STEM
Cách tiếp cận này trong giáo dục STEM nhằm tìm ra giải pháp cho các vấn đề, giúp học sinh áp dụng phương pháp giải quyết vấn đề của các kỹ sư Học sinh sẽ học cách:
(1) xác định vấn đề dựa trên nền tảng khoa học,
(2) thu thập thông tin để phát triển các giải pháp có thể nhờ vào tri thức khoa học và công cụ công nghệ,
(3) phát triển các giải pháp,
(4) thiết kế và xây dựng mô hình,
(5) thử nghiệm, xác nhận và đánh giá mô hình,
Quan sát Đặt câu hỏi
Xây dựng các giả thuyết Kiểm nghiệm bằng thực nghiệm
Thu thập và phân tích dữ liệu
Rút ra kết luận (lí thuyết mới/đã được xác thực)
Hoàn thiện, mở rộng,hoặc bác bỏ các giả thuyết
Quy trình thiết kế kĩ thuật được sơ đồ hoá như sau:
Hình 4: Quy trình thiết kế kĩ thuật trong giáo dục STEM
Mặc dù thiết kế kỹ thuật có thể giúp giải quyết vấn đề, vẫn tồn tại một số hạn chế trong việc áp dụng nó Những hạn chế này bao gồm tình huống và bối cảnh của vấn đề, các thách thức mà học sinh phải đối mặt, cũng như nguồn lực như vật liệu, công cụ và thiết bị có sẵn để hỗ trợ trong quá trình giải quyết vấn đề.
Trong những năm gần đây, Đảng, Chính phủ và Bộ Giáo dục và Đào tạo đã ban hành nhiều văn bản chỉ đạo và hướng dẫn nhằm thực hiện và đổi mới giáo dục, đặc biệt là trong lĩnh vực giáo dục STEM.
- Nghị quyết số 29/NQ–TW Hội nghị lần thứ 8 của Ban chấp hành Trung ương Đảng về đổi mới căn bản, toàn diện Giáo dục và Đào tạo;
- Chỉ thị số 16/CT–TTg ngày 4/5/2017 của Thủ tướng Chính phủ về việc tăng cường năng lực tiếp cận cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ 4;
Tiến hành nghiên cứu bối cảnh
Cụ thể hóa các yêu cầu
Phác họa ý tưởng, đánh giá, lựa chọn giải pháp
Xây dựng, tạo ra nguyên mẫu giải pháp Kiểm nghiệm giải pháp
Giải pháp đáp ứng yêu cầu Giải pháp đáp ứng một phần / không đáp ứng yêu cầu
Dựa trên kết quả, thay đổi thiết kiết, tạo ra mẫu thử, kiểm nghiệm và đánh giá
Quyết định 522/QĐ–TTg, ban hành ngày 14 tháng 5 năm 2018, của Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt Đề án “Giáo dục hướng nghiệp và định hướng phân luồng học sinh trong giáo dục phổ thông giai đoạn 2018 – 2025” Đề án này nhằm mục tiêu nâng cao chất lượng giáo dục, giúp học sinh có định hướng nghề nghiệp rõ ràng và phù hợp với nhu cầu thị trường lao động.
Công văn số 3535/BGDĐT–GDTrH, ban hành ngày 27/5/2013, của Bộ Giáo dục và Đào tạo nhấn mạnh việc đổi mới phương pháp dạy học và kiểm tra đánh giá Công văn này hướng dẫn xây dựng các chủ đề dạy học nhằm nâng cao chất lượng giáo dục.
- Công văn số 5555/BGDĐT–GDTrH, ngày 8/10/2014 của Bộ Giáo dục và Đào tạo về việc đổi mới quản lí sinh hoạt chuyên môn theo hướng nghiên cứu bài học;
- Công văn số 791/ BGDĐT–GDTrH, ngày 25/6/2013 của Bộ Giáo dục và Đào tạo về việc thí điểm giao quyền tự chủ xây dựng kế hoạch nhà trường;
- Các công văn hướng dẫn thực hiện nhiệm vụ năm học đối với giáo dục trung học hằng năm;
- Thông tư 32/2018/TT–BGDĐT của Bộ Giáo dục và Đào tạo ban hành Chương trình giáo dục phổ thông năm 2018;
Công văn số 4612/BGDĐT–GDTrH ngày 03/10/2017 của Bộ Giáo dục và Đào tạo hướng dẫn thực hiện chương trình giáo dục phổ thông hiện hành, tập trung vào việc phát triển năng lực và phẩm chất của học sinh từ năm học 2017–2018.
Kế hoạch số 10/KH–BGDĐT, ban hành ngày 7/1/2016, của Bộ Giáo dục và Đào tạo nhằm thúc đẩy việc ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông (ICT) trong quản lý các hoạt động giáo dục tại trường trung học trong năm học 2016 Kế hoạch này hướng đến việc nâng cao hiệu quả quản lý giáo dục và cải thiện chất lượng dạy và học thông qua việc tích hợp ICT vào các quy trình giáo dục.
2017, trong đó thí điểm triển khai giáo dục STEM tại một số trường trung học.
Trên thực tế, giáo dục trung học nước ta đã và đang thực hiện nhiều nhiệm vụ, giải pháp quan trọng như:
Tăng cường phân cấp quản lý và trao quyền chủ động cho các địa phương, cơ sở giáo dục trung học phổ thông trong việc thực hiện chương trình giáo dục và xây dựng kế hoạch giáo dục là cần thiết để nâng cao hiệu quả quản lý và đáp ứng tốt hơn nhu cầu của từng khu vực.
Tích cực cải tiến phương pháp giảng dạy để khuyến khích sự chủ động, sáng tạo và rèn luyện kỹ năng tự học; đồng thời nâng cao khả năng thực hành và áp dụng kiến thức vào việc giải quyết các vấn đề thực tiễn.
- Từ năm học 2011 - 2012, Bộ Giáo dục và Đào tạo chỉ đạo áp dụng phương pháp
"Bàn tay nặn bột" là một trong những phương pháp dạy học tích cực, nhằm xây dựng mô hình trường phổ thông đổi mới với sự đồng bộ trong phương pháp dạy học và kiểm tra đánh giá kết quả giáo dục Phương pháp này tập trung vào việc tổ chức hoạt động học thông qua tìm tòi và nghiên cứu, giúp học sinh chiếm lĩnh kiến thức và kỹ năng thông qua các hoạt động trải nghiệm và tư duy khoa học.
Từ năm học 2011 - 2012, hoạt động nghiên cứu khoa học cho học sinh trung học cơ sở và trung học phổ thông đã được triển khai, tổ chức Cuộc thi khoa học, kĩ thuật cấp quốc gia thu hút hàng ngàn học sinh tham gia Học sinh cũng được cử tham dự Cuộc thi khoa học, kĩ thuật quốc tế (Intel ISEF) và các sự kiện quốc tế khác về sáng tạo khoa học, kĩ thuật Các cuộc thi này không chỉ khuyến khích tư tưởng mới mà còn rèn luyện năng lực sáng tạo và phong cách làm việc khoa học của học sinh Giáo viên phổ thông, giảng viên đại học và các nhà khoa học đã phối hợp hướng dẫn học sinh áp dụng kiến thức và kĩ năng vào nghiên cứu khoa học, giải quyết các vấn đề thực tiễn.
Từ năm học 2012 - 2013, chương trình thí điểm giáo dục thông qua di sản đã được triển khai nhằm đổi mới hình thức dạy học, tăng cường hoạt động trải nghiệm sáng tạo cho học sinh và phát huy giá trị di sản vật thể cũng như phi vật thể của quốc gia và địa phương Hoạt động giáo dục này nhận được sự phối hợp tích cực và đánh giá cao từ Bộ Văn hoá, Thể thao và Du lịch cùng UNESCO tại Việt Nam.
Năm 2014, giáo dục thông qua di sản đã được triển khai rộng rãi trên toàn quốc, thường liên quan đến các môn học như Lịch sử, Địa lí và một số hoạt động giáo dục khác.
Vai trò và ý nghĩa của giáo dục STEM trong giáo dục phổ thông
Việc đưa giáo dục STEM vào trường trung học mang lại nhiều ý nghĩa, phù hợp với định hướng đổi mới giáo dục phổ thông Cụ thể là:
Để đảm bảo giáo dục toàn diện, việc triển khai giáo dục STEM trong nhà trường là rất quan trọng Bên cạnh các môn học như Toán và Khoa học, các lĩnh vực Công nghệ và Kĩ thuật cũng cần được chú trọng và đầu tư Điều này bao gồm việc nâng cao chất lượng đội ngũ giáo viên, cải thiện chương trình giảng dạy và phát triển cơ sở vật chất.
Nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM thông qua các dự án giáo dục giúp học sinh vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết vấn đề thực tiễn Qua các hoạt động trải nghiệm, học sinh nhận thấy ý nghĩa của tri thức trong cuộc sống, từ đó tăng cường sự hứng thú trong việc học tập.
Triển khai các dự án học tập STEM giúp học sinh hợp tác, chủ động và tự lực trong việc thực hiện nhiệm vụ học tập Qua đó, học sinh được làm quen với các hoạt động nghiên cứu khoa học, từ đó góp phần tích cực vào việc hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất của các em.
Để triển khai hiệu quả giáo dục STEM, các cơ sở giáo dục phổ thông cần kết nối với các cơ sở giáo dục nghề nghiệp và đại học địa phương, nhằm tận dụng nguồn lực con người và cơ sở vật chất Đồng thời, giáo dục STEM cũng hướng đến việc giải quyết các vấn đề đặc thù của từng địa phương.
Tổ chức giáo dục STEM hiệu quả tại trường trung học giúp học sinh trải nghiệm và đánh giá sự phù hợp, năng khiếu, sở thích của bản thân với các nghề nghiệp trong lĩnh vực STEM Việc thực hiện tốt giáo dục STEM không chỉ thu hút học sinh mà còn hướng họ đến những ngành nghề có nhu cầu cao về nguồn nhân lực trong cuộc cách mạng công nghiệp 4.0.
Để thích ứng với cách mạng công nghiệp 4.0, ngành giáo dục cần thay đổi nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về việc làm liên quan đến STEM Giáo dục STEM không chỉ giúp phát triển kỹ năng cho thế hệ mới mà còn tạo ra những nhân lực có khả năng đáp ứng yêu cầu công việc trong thế kỷ 21, góp phần quan trọng vào sự chuyển mình của nền kinh tế đổi mới.
Các chương trình giáo dục của thế kỷ 20 chủ yếu tập trung vào Khoa học và Toán học, trong khi vai trò của công nghệ và kỹ thuật bị xem nhẹ Tuy nhiên, trong thế kỷ 21, học sinh không chỉ cần kiến thức về Toán học và Khoa học mà còn cần trang bị công nghệ, kỹ thuật và các kỹ năng mềm như tư duy phản biện, giải quyết vấn đề, làm việc nhóm và cộng tác.
Chúng ta đang sống trong một thời đại toàn cầu hóa với sự hòa nhập giữa các nền văn hóa khác nhau Nhu cầu trao đổi công việc và nhân lực ngày càng gia tăng, vì vậy ngành giáo dục cần trang bị cho học sinh những kỹ năng và kiến thức phù hợp với tiêu chuẩn toàn cầu.
Giáo dục STEM cung cấp kiến thức và kỹ năng thiết yếu cho thế kỷ 21, trở thành mô hình giáo dục phổ biến trong tương lai gần Phương pháp giáo dục STEM mang đến cách tiếp cận mới trong giảng dạy và học tập, do đó cần sự quan tâm và nhận thức từ toàn xã hội Học STEM không chỉ giúp đón đầu xu hướng phát triển giáo dục tiên tiến mà còn là nền tảng vững chắc cho sự phát triển của đất nước trong tương lai.
Kỹ năng kỹ thuật giúp học sinh tiếp cận các phương pháp và nền tảng thiết kế, xây dựng thiết bị cần thiết cho xã hội Việc trang bị kiến thức công nghệ cho học sinh cho phép họ sử dụng công nghệ một cách thành thạo, nâng cao hiệu quả, tốc độ và độ chính xác trong công việc Trong giáo dục thiếu Công nghệ (T) và Kỹ thuật (E), học sinh chỉ học lý thuyết mà không có khả năng áp dụng vào thực tiễn Do đó, việc kết hợp các kỹ năng STEM ngày càng trở nên quan trọng.
Giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông 2018
Chương trình giáo dục phổ thông hiện tại chủ yếu tập trung vào việc truyền thụ kiến thức mà chưa chú trọng đến việc áp dụng kiến thức vào thực tiễn Các văn kiện như Nghị quyết 29, Nghị quyết 88 và Quyết định 404 nhấn mạnh mục tiêu đổi mới giáo dục nhằm phát triển toàn diện phẩm chất và năng lực của học sinh Ngày 4/5/2017, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Chỉ thị số 16/CT-TTg, yêu cầu tăng cường năng lực tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, trong đó nhấn mạnh việc thúc đẩy giáo dục STEM tại Việt Nam Chỉ thị đề xuất thay đổi mạnh mẽ các chính sách và phương pháp giáo dục để tạo ra nguồn nhân lực có khả năng tiếp nhận công nghệ mới, tập trung vào đào tạo STEM, ngoại ngữ và tin học trong chương trình giáo dục phổ thông Bộ GDĐT được giao nhiệm vụ triển khai giáo dục STEM tại một số trường phổ thông từ năm học 2017.
- 2018…” Với việc ban hành Chỉ thị trên, Việt Nam chính thức ban hành chính sách thúc đẩy giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông.
Giáo dục STEM được thúc đẩy qua nhiều cách khác nhau, với sự quan tâm từ lãnh đạo và quản lý đến việc đề xuất chính sách và chuẩn bị nguồn nhân lực cho các ngành nghề STEM Những người làm chương trình chú trọng đến vai trò và sự phối hợp giữa các môn học STEM trong chương trình học Giáo viên, người trực tiếp giảng dạy, thể hiện giáo dục STEM bằng cách xác định các chủ đề liên môn và kết nối kiến thức học đường với thực tiễn, nhằm nâng cao hứng thú học tập và giải quyết các vấn đề thực tiễn.
Nhìn chung, khi đề cập tới STEM, giáo dục STEM, cần nhận thức và hành động theo cả hai cách hiểu sau đây:
TƯ TƯỞNG giáo dục cần định hướng toàn diện và THÚC ĐẨY 4 lĩnh vực: Toán học, Khoa học tự nhiên, Kĩ thuật, và Công nghệ Mục tiêu là chuẩn bị nguồn nhân lực đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các ngành nghề liên quan đến STEM, từ đó nâng cao sức cạnh tranh của nền kinh tế.
Phương pháp tiếp cận liên môn trong dạy học STEM nhằm nâng cao hứng thú học tập, vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề thực tiễn, kết nối trường học với cộng đồng, định hướng hành động và trải nghiệm trong học tập, cũng như phát triển năng lực và phẩm chất của người học Chương trình giáo dục phổ thông năm 2018 nhấn mạnh vai trò của giáo dục STEM trong việc thúc đẩy các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học, đồng thời thể hiện phương pháp tiếp cận liên môn để phát triển toàn diện người học.
Trong Chương trình giáo dục phổ thông năm 2018, giáo dục STEM đã được chú trọng thông qua các biểu hiện:
Chương trình giáo dục phổ thông mới đã tích hợp đầy đủ các môn học STEM, bao gồm toán, khoa học tự nhiên, công nghệ và tin học Việc hình thành nhóm môn Công nghệ và Nghệ thuật trong giai đoạn giáo dục định hướng nghề nghiệp, cùng với quy định chọn 5 môn học từ 3 nhóm, đảm bảo mọi học sinh đều có cơ hội tiếp cận các môn học STEM Đồng thời, vị trí và vai trò của giáo dục tin học và giáo dục công nghệ trong Chương trình giáo dục phổ thông 2018 đã được nâng cao, thể hiện rõ tư tưởng giáo dục STEM và điều chỉnh kịp thời trước cuộc cách mạng công nghiệp 4.0.
Chương trình giáo dục cơ bản tích hợp các chủ đề STEM thông qua các môn học như Tự nhiên và Xã hội, Khoa học, Tin học và Công nghệ ở bậc tiểu học, cùng với môn Khoa học tự nhiên ở bậc trung học cơ sở.
Các chuyên đề giáo dục STEM cho học sinh lớp 10, 11, 12 bao gồm các hoạt động trải nghiệm phong phú, đặc biệt là trong các câu lạc bộ nghiên cứu khoa học, nơi học sinh tham gia vào các hoạt động nghiên cứu STEM.
Chương trình giáo dục STEM có tính mở, cho phép xây dựng nội dung qua kế hoạch giáo dục địa phương và các hoạt động xã hội hóa giáo dục Định hướng đổi mới phương pháp dạy học trong Chương trình giáo dục phổ thông cần phù hợp với giáo dục STEM, tập trung vào việc tích hợp các môn học và vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các vấn đề thực tiễn.
Chương trình giáo dục phổ thông năm 2018 đã tích hợp nhiều hình thức giáo dục STEM, bao gồm dạy học theo chủ đề liên môn, hoạt động nghiên cứu khoa học của học sinh, câu lạc bộ khoa học - công nghệ, và các hoạt động tham quan, thực hành tại các cơ sở giáo dục đại học, giáo dục nghề nghiệp và doanh nghiệp Những hoạt động này có thể diễn ra tại phòng học bộ môn, vườn trường, không gian sáng chế (makerspaces), hoặc tại các cơ sở giáo dục và đơn vị kinh tế – xã hội bên ngoài trường học.
4.2 Những nội dung liên quan đến giáo dục STEM thể hiện trong các môn học a) Cơ hội thực hiện giáo dục STEM trong chương trình môn Vật lí
Môn vật lí là một lĩnh vực khoa học tự nhiên, nghiên cứu các hiện tượng tự nhiên và đặc tính của vật chất, từ cấu tạo hạt cơ bản đến cấu trúc vũ trụ Vật lí học đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành kĩ thuật và công nghệ, mang lại giá trị lớn trong nhận thức và cuộc sống Việc tích hợp nội dung vật lí với các môn học khác theo phương thức STEM giúp học sinh áp dụng kiến thức vào thực tiễn, tạo ra sự hứng thú và trải nghiệm ý nghĩa trong học tập Dạy học ứng dụng kĩ thuật của vật lí thể hiện sự kết hợp rõ ràng giữa vật lí và kĩ thuật, đặc biệt khi áp dụng quy trình thiết kế kĩ thuật trong tổ chức dạy học.
Hóa học là một ngành khoa học tự nhiên nghiên cứu về cấu trúc, tính chất và sự biến đổi của các đơn chất và hợp chất Ngành này có mối liên hệ chặt chẽ với vật lý, sinh học, y dược và địa chất học Những tiến bộ trong hóa học thường đi đôi với các phát hiện mới trong sinh học, y học và vật lý, đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống và sản xuất, góp phần vào sự phát triển kinh tế – xã hội Thành tựu của hóa học được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như vật liệu, năng lượng, y dược, công nghệ sinh học, nông – lâm – ngư nghiệp Trong Chương trình giáo dục phổ thông 2018, môn Hóa học là một phần của giai đoạn giáo dục định hướng nghề nghiệp ở cấp trung học phổ thông, cho phép học sinh lựa chọn theo sở thích và năng lực cá nhân.
Các kiến thức trong Hóa học có mối liên hệ chặt chẽ với các môn học khác như Toán học, Vật lí và Sinh học Cụ thể, cấu tạo nguyên tử, phương trình hóa học, điều chế, thu khí và tính chất vật lí của các chất đều liên quan đến kiến thức Toán học và Vật lí Đồng thời, các khái niệm về quang hợp, axit lipit, gluxit và protein cũng gắn liền với kiến thức Sinh học.
Việc dạy học Hóa học theo phương thức giáo dục tích hợp liên môn là rất cần thiết, vì nó kết nối kiến thức về phân bón hóa học và ứng dụng của các chất với công nghệ Các bài học tích hợp giáo dục môi trường, như chống ô nhiễm nước và hiệu ứng nhà kính, góp phần nâng cao ý thức bảo vệ môi trường và liên quan đến kinh tế - xã hội Mô hình STEM giúp học sinh học Hóa học một cách toàn diện, kết hợp với toán học, công nghệ, kỹ thuật và các môn khoa học khác, đồng thời tạo cơ hội cho học sinh trải nghiệm và tương tác với xã hội và doanh nghiệp Điều này không chỉ kích thích sự hứng thú và tự tin của học sinh mà còn phát triển năng lực học tập và tạo ra sản phẩm giáo dục phù hợp với nhu cầu nguồn nhân lực hiện đại.
Trong chương trình giáo dục phổ thông mới, môn Công nghệ thể hiện hai thành phần T (technology) và E (engineering) trong bốn thành phần của STEM, do đó, nó đóng vai trò quan trọng trong việc phản ánh tư tưởng giáo dục STEM.
Sản phẩm và quá trình công nghệ trong môn học luôn liên kết chặt chẽ với thực tiễn, Toán học và Khoa học Đặc điểm này tạo nền tảng cho việc tăng cường giáo dục STEM trong dạy học môn Công nghệ thông qua các hoạt động thiết kế kỹ thuật và nghiên cứu khoa học kỹ thuật.
XÂY DỰNG KẾ HOẠCH DẠY HỌC CHỦ ĐỀ/BÀI HỌC STEM TRONG CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THÔNG
Định hướng xây dựng chủ đề/bài học STEM
1.1 Tiêu chí xây dựng chủ đề/ bài học STEM
Tiêu chí 1:Chủ đề bài học STEM tập trung vào các vấn đề của thực tiễn
Trong các bài học STEM, học sinh được đặt vào các vấn đề thực tiễn xã hội, kinh tế, môi trường và yêu cầu tìm các giải pháp.
Tiêu chí 2:Cấu trúc bài học STEM kết hợp tiến trình khoa học và quy trình thiết kế kĩ thuật
Tiến trình bài học STEM là một phương pháp linh hoạt giúp học sinh từ việc xác định vấn đề đến phát triển giải pháp Quy trình này bao gồm 8 bước: xác định vấn đề, nghiên cứu kiến thức nền, đề xuất giải pháp, lựa chọn giải pháp, chế tạo mô hình, thử nghiệm và đánh giá, chia sẻ và thảo luận, và điều chỉnh thiết kế Trong thực tiễn dạy học, quy trình này được thể hiện qua 5 hoạt động chính, từ xác định vấn đề đến trình bày và thảo luận về sản phẩm chế tạo Các nhóm học sinh thử nghiệm ý tưởng dựa trên nghiên cứu, chấp nhận sai lầm và học hỏi từ đó, tập trung vào việc phát triển giải pháp để giải quyết vấn đề, qua đó vận dụng kiến thức mới trong giáo dục.
Phương pháp dạy học STEM khuyến khích học sinh tham gia vào các hoạt động tìm tòi và khám phá, giúp định hướng hành động và trải nghiệm thực tế Qua đó, học sinh có cơ hội tạo ra sản phẩm, phát triển kỹ năng tư duy sáng tạo và giải quyết vấn đề.
Quá trình tìm tòi khám phá là cốt lõi của các hoạt động trong chủ đề STEM, đặc biệt nổi bật trong hoạt động 2 và hoạt động 4 Trong hoạt động 2, học sinh thực hiện quan sát và thí nghiệm để xây dựng và kiểm chứng các quy luật, từ đó tiếp thu kiến thức nền và rèn luyện các kỹ năng như quan sát, dự đoán, thí nghiệm, đo đạc, thu thập và phân tích số liệu Hoạt động 4 tiếp tục phát huy quá trình này, giúp học sinh kiểm chứng các giải pháp khác nhau nhằm tối ưu hóa sản phẩm.
Trong các bài học STEM, học sinh tham gia vào các hoạt động học tập mở, với các điều kiện cụ thể về vật liệu sử dụng Hoạt động học này mang tính chuyển giao và hợp tác, nơi học sinh tự đưa ra quyết định về giải pháp cho các vấn đề Họ thực hiện việc trao đổi thông tin để chia sẻ ý tưởng và có thể tái thiết kế nguyên mẫu của mình khi cần Học sinh cũng tự điều chỉnh ý tưởng và thiết kế các hoạt động tìm tòi, khám phá của riêng mình.
Tiêu chí 4: Hình thức tổ chức bài học STEM lôi cuốn học sinh vào hoạt động nhóm kiến tạo
Việc giúp học sinh làm việc nhóm trong các hoạt động STEM là một thách thức lớn, yêu cầu sự hợp tác chặt chẽ giữa các giáo viên STEM để áp dụng phương pháp dạy học đồng nhất Điều này bao gồm việc sử dụng ngôn ngữ, quy trình và tiêu chí sản phẩm học tập thống nhất mà học sinh cần hoàn thành Thực hiện làm việc nhóm trong các bài học STEM không chỉ giúp học sinh phát triển kỹ năng giao tiếp mà còn nâng cao khả năng hợp tác của các em.
Tiêu chí 5: Nội dung bài học STEM áp dụng chủ yếu từ nội dung khoa học và toán mà học sinh đã và đang học
Trong các bài học STEM, giáo viên cần tích hợp nội dung từ các chương trình khoa học, công nghệ, tin học và toán một cách có mục đích Việc hợp tác với các giáo viên khác giúp hiểu rõ cách tích hợp các mục tiêu khoa học vào bài học Học sinh sẽ nhận ra rằng khoa học, công nghệ, tin học và toán không phải là các môn học độc lập, mà chúng liên kết với nhau để giải quyết vấn đề, từ đó nâng cao khả năng học tập của học sinh.
Trong bài học STEM, tiêu chí 6 nhấn mạnh rằng một nhiệm vụ có thể có nhiều đáp án đúng, và việc coi sự thất bại là một phần thiết yếu trong quá trình học tập.
Một câu hỏi nghiên cứu có thể dẫn đến nhiều giả thuyết khoa học, trong khi một vấn đề cần giải quyết có thể có nhiều phương án khác nhau Trong số các giả thuyết, chỉ có một giả thuyết là đúng, nhưng tất cả các phương án giải quyết vấn đề đều khả thi, với sự khác biệt ở mức độ tối ưu Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của năng lực giải quyết vấn đề và sự sáng tạo trong giảng dạy STEM.
1.2 Bảng kiểm tự rà soát kế hoạch dạy học bài học STEM
Giáo viên có thể sử dụng bảng kiểm để tự đánh giá tính đầy đủ của kế hoạch dạy học theo yêu cầu của giáo dục STEM Một kế hoạch dạy học đạt tiêu chuẩn sẽ tạo ra nhiều cơ hội cho học sinh phát triển năng lực và phẩm chất.
Bảng kiểm đánh giá kế hoạch dạy học chủ đề STEM trong môn học
STT Các tiêu chí Có Không
1 Chủ đề có tính thực tiễn
2 Có mục tiêu rõ ràng, phù hợp, có thể quan sát, đánh giá được và thống nhất với công cụ đánh giá
3 Phương tiện đầy đủ và tường minh Sử dụng phương tiện phù hợp lứa tuổi
4 Mô tả sự huy động kiến thức liên môn trong chủ đề phù hợp
5 Các lưu ý an toàn được trình bày rõ ràng
6 Các yêu cầu phù hợp nhận thức của học sinh Bài học hướng tới mọi đối tượng học sinh
7 Có đầy đủ danh mục tài liệu tham khảo
Hoạt động 1: Xác định vấn đề
8 tình huống mô tả hợp lý, gắn liền với thực tiễn, giúp định hướng việc học tập và chiếm lĩnh kiến thức nền, đồng thời tạo ra sự quan tâm và hứng thú cho học sinh.
9 Tạo cơ hội cho học sinh được thảo luận/ đặt câu hỏi
10 Vấn đề từ hoạt động 1 gắn kết với việc nghiên cứu kiến thức nền trong hoạt động 2
Xây dựng chủ đề/ bài học STEM
2.1 Các bước xây dựng chủ đề/ bài học STEM
Bước 1:Lựa chọn chủ đề bài học
Dựa vào kiến thức trong chương trình học và các hiện tượng tự nhiên liên quan, chúng ta có thể lựa chọn chủ đề bài học phù hợp Các ứng dụng thực tiễn bao gồm: quy trình làm sữa chua và dưa muối liên quan đến vi sinh vật; xử lý dư lượng thuốc trừ sâu thông qua phản ứng hóa học; xử lý chất thải với hóa chất và phản ứng hóa học; trồng rau an toàn dựa trên hóa sinh; cũng như các hiện tượng như cầu vồng, radar và máy quang phổ lăng kính Các thiết bị như kính tiềm vọng và kính mắt cũng có thể được đưa vào giảng dạy.
Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp
11 Có đưa ra các hướng dẫn/ định hướng học tập rõ ràng
12 Có yêu cầu học sinh tiến hành hoạt động tìm tòi khám phá
13 Có chuẩn bị các phiếu học tập, phiếu đáp án đầy đủ giúp học sin chiếm lĩnh các khái niệm hoặc kĩ năng mới
Hoạt động 3: Lựa chọn giải pháp
14 Có ít nhất một giải pháp (thiết kế) mẫu được giáo viên chuẩn bị sẵn
15 Có đánh giá hiểu biết của học sinh về kiến thức, kĩ năng cũng như năng lực hợp tác và giao tiếp
16 Giáo viên và học sinh thống nhất tiêu chí và mô tả rõ ràng
17 Việc bảo vệ các giải pháp phải dựa trên các kiến thức nền đã được học
Hoạt động 4: Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá
18 Có hoạt động tổ chức cách chia nhóm, cách phân công nhiệm vụ trong từng nhóm
19 Có hướng dẫn một cách tường minh vận dụng quá trình thiết kế kĩ thuật trong xây dựng sản phẩm
Học sinh cần ghi chép hồ sơ học tập một cách hiệu quả, bao gồm việc tạo vlog và chụp ảnh để minh chứng cho tiến trình thiết kế kỹ thuật Những tài liệu này không chỉ thể hiện sự phát triển của học sinh mà còn phản ánh năng lực và kỹ năng của các em trong quá trình học tập.
Hoạt động 5: Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh
21 Có tiêu chí đánh giá thuyết trình sản phẩm bám sát vào mục tiêu dạy học chủ đề
22 Cách tổ chức linh hoạt, phù hợp với sản phẩm của học sinh trong chủ đề
Bài viết này đề cập đến 23 hoạt động giúp học sinh phát triển các sản phẩm như nhòm và kính thiên văn, tìm hiểu về lực đẩy Ác-si-mét qua thuyền và bè, cũng như hiện tượng cảm ứng điện từ và các định luật liên quan đến máy phát điện và động cơ điện Ngoài ra, nội dung còn bao gồm vật liệu cơ khí, các phương pháp gia công cơ khí, cơ cấu truyền và biến đổi chuyển động, mối ghép cơ khí, và mạch điện điều khiển cho ngôi nhà thông minh.
Sau khi chọn chủ đề bài học, cần xác định vấn đề cần giải quyết để học sinh thực hiện, nhằm giúp các em học được kiến thức và kỹ năng cần thiết trong chương trình Đối với STEM kiến tạo, học sinh sẽ thiết kế và chế tạo các sản phẩm như máy quang phổ, ống nhòm, bè nổi, máy phát điện, hoặc robot Đối với STEM vận dụng, học sinh sẽ áp dụng kiến thức đã học để xây dựng quy trình làm sữa chua, xử lý dư lượng thuốc trừ sâu, hóa chất ô nhiễm trong nước thải, và trồng rau an toàn.
Trong quá trình xây dựng chủ đề, việc thử nghiệm chế tạo các nguyên mẫu giúp giáo viên hình dung những khó khăn mà học sinh có thể gặp phải Điều này cũng tạo cơ hội cho học sinh vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề và xác định đúng các tiêu chí của sản phẩm trong bước 3.
Bước 3:Xây dựng tiêu chí của thiết bị/giải pháp giải quyết vấn đề
Sau khi xác định vấn đề hoặc sản phẩm cần chế tạo, việc thiết lập tiêu chí cho giải pháp hoặc sản phẩm là rất quan trọng Những tiêu chí này sẽ là cơ sở để đề xuất giả thuyết khoa học và thiết kế mẫu sản phẩm Ví dụ, trong việc chế tạo máy quang phổ, tiêu chí có thể bao gồm việc sử dụng lăng kính và thấu kính hội tụ để tạo ra các tia ánh sáng màu từ nguồn sáng trắng Đối với ống nhòm hoặc kính thiên văn, tiêu chí có thể là khả năng quan sát vật ở xa với độ bội giác nhất định Trong quy trình sản xuất sữa chua hoặc muối dưa, các tiêu chí như độ ngọt, độ chua và giá trị dinh dưỡng cũng cần được xác định Tương tự, quy trình xử lý dư lượng thuốc trừ sâu cần có tiêu chí cụ thể về loại thuốc và độ "sạch" sau xử lý, trong khi quy trình trồng rau sạch cũng cần xác định rõ tiêu chí "sạch" so với rau trồng thông thường.
Các tiêu chí cần tập trung vào việc định hướng quá trình học tập và ứng dụng kiến thức nền của học sinh, thay vì chỉ đánh giá sản phẩm vật chất Bước tiếp theo là thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học.
Tiến trình tổ chức dạy học được xây dựng dựa trên các phương pháp và kỹ thuật dạy học tích cực, bao gồm 5 loại hoạt động học Mỗi hoạt động học đều có mục đích, nội dung và sản phẩm học tập cụ thể mà học sinh cần hoàn thành Các hoạt động này có thể diễn ra cả trong và ngoài lớp học, bao gồm tại trường, ở nhà và trong cộng đồng.
Cần thiết kế bài học điện tử trên mạng để hướng dẫn, hỗ trợ hoạt động học của học sinh bên ngoài lớp học.
2.2 Định hướng xây dựng một số chủ đề/bài học STEM trong các môn học
Giáo viên có thể chủ động nghiên cứu kiến thức trong và liên môn để kết nối các nội dung nhằm giải quyết các vấn đề thực tiễn Dưới đây là một số gợi ý khai thác các chủ đề giáo dục STEM dựa trên việc vận dụng kiến thức và kỹ năng từ các môn học theo chương trình giáo dục phổ thông hiện hành.
Có thể khai thác các chủ đề giáo dục STEM dựa trên vận dụng kiến thức, kĩ năng của môn Vật lí như sau:
Lớp Chủ đề thực tiễn Kiến thức, kĩ năng môn Vật lí
6 Chế tạo cân lò xo Bài 9 Lực đàn hồi
Bài 10 Lực kế– Phép đo lực– Trọng lực và trọng lượng
Chế tạo máy tập thể dục
Chế tạo máy nâng Bài 13 Máy cơ đơn giản
Bài 14 Mặt phẳng nghiêng Bài 15 Đòn bẩy
Bài 16 Ròng rọcChế tạo Rơ–le nhiệt đóng mạch điện Bài 18 Sự nở vì nhiệt của chất rắn
7 Thiết kế hệ thống gương quan sát trên các cung đường
Chương 1 Quang học Các bài: từ bài 5 đến bài 8 Xây dựng mô hình nhà chống tiếng ồn Bài 15: Chống ô nhiễm tiếng ồn
Chế tạo các hệ thống điều khiển bằng dòng điện với nguồn pin
Chương 3 Điện học Các bài:từ bài 19 đến bài 29
8 Chế tạo mô hình máy nâng thủy lực Bài 7 Áp suất
Bài 8 Áp suất chất lỏng– Bình thông nhau – Chế tạo phao bơi
– Chế tạo nhà chống lũ
Bài 10 Lực đẩy Ác–si– mét Bài 11 Thực hành nghiệm lại định luật Ác si mét
Bài 12 Sự nổi Chế tạo bếp đun củi tiết kiệm Bài 22 Dẫn nhiệt
Bài 23 Đối lưu–Bức xạ nhiệt
9 Chế tạo các thiết bị cảnh báo, bảo vệ, điều khiển bằng điện
Bài 4 Đoạn mạch mắc nối tiếp Bài 5 Đoạn mạch mắc song song Chế tạo máy xạc nam châm Bài 25 Chế tạo nam châm vĩnh cứu
Chế tạo máy phát điện gió Bài 34 Máy phát điện xoay chiều
10 Chế tạo máy vắt quần áo Bài 14 Lực hướng tâm
Chế tạo máy bắn bóng để tập luyện Bài 15 Chuyển động của vật ném ngang – Chế tạo thiết bị khuếch đại lực
Bài 18 Cân bằng của vật rắn có trục quay cố định
11 – Chế tạo mạch tụ khuếch đại điện áp Bài 7 Tụ điện
Bài 8 Năng lượng điện trường –Chế tạo pin điện hóa đơn giản
–Chế tạo các mạch điều khiển
Chương 2 Dòng điện không đổi Các bài: từ bài 11 đến bài 15 – Chế tạo thiết bị điều khiển
– Chế tạo thiết bị dùng pin Mặt trời
Bài 23 Dòng điện trong bán dẫn
Chế tạo kính viễn vọng Bài 54 Kính thiên văn
12 –Thiết kế mô hình chống ồn cho các công trình xây dựng, giao thông
Bài 11 Đặc trưng sinh lí của âmChế tạo máy sạc pin điện hóa đơn giản Bài 16 Truyền tải điện năng, máy biến ápChế tạo mô hình nhà tự làm mát Bài 27 Tia hồng ngoại, tử ngoại
Chế tạo các hệ thống cảnh bảo dùng cảm biến hồng ngoại
Bài 31 Hiện tượng quang điện trong
Chế tạo hệ thống điều khiển sử dụng tia Laze Bài 34 Sơ lược về tia Laze
Có thể khai thác các chủ đề giáo dục STEM dựa trên vận dụng kiến thức, kĩ năng của môn Hoá học như sau:
Lớp Chủ đề thực tiễn Kiến thức, kĩ năng môn Hoá học
8 Bong bóng bay phục vụ các lễ hội Bài 31 Tính chất và ứng dụng của khí hydrogen
Bài 33 Điều chế khí hydrogen
Sự biến đổi chất Bài 12 Sự biến đổi chất
Bài 14 Thực hành Dấu hiệu của hiện tượng hoá học
9 Điều chế nước hoa quả có ga Bài 3 Tính chất hoá học của acid
Bài 28 Các oxide của carbon Bài 29 Carbonic acid và muối cacbonate Điều chế nước trái cây lên men Bài 44 Rượu ethylic
Bài 50 Glucose Điều chế giấm trái cây (chuối, táo) Bài 45 Acetic acid
10 Bảng tuần hoàn cho người khiếm thị Bài 7 Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Bài 8 Sự biến đổi tuần hoàn tính chất các nguyên tố Điều chế nước tẩy Javel tại nhà Bài 24 Sơ lược về hợp chất có oxygen của chloride
Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá 11 phương pháp điều chế chỉ thị màu tự nhiên, cùng với sự điện li của nước và pH, cũng như các chất chỉ thị acid-base Ngoài ra, chúng ta sẽ tìm hiểu về bình chữa cháy mini, hợp chất của carbon, và quy trình điều chế nước trái cây lên men Cuối cùng, bài viết cũng đề cập đến việc sản xuất alcohol và giấm trái cây từ chuối và táo, cùng với các thông tin về axit carboxylic.
12 Điều chế xà phòng handmade Bài 1 Ester
Bài 2 Lipid Bài 3 Khái niệm về xà phòng và chất tẩy rửa tổng hợp
Mạ điện Bài 18 Tính chất của kim loại và dãy điện hoá kim loại
Bài 21 Điều chế kim loạiBài 22 Luyện tập tính chất của kim loạiSản xuất cơm rượu Bài 6 Glucose
Có thể khai thác các chủ đề giáo dục STEM dựa trên vận dụng kiến thức, kĩ năng của môn Công nghệ như sau:
Lớp Chủ đề thực tiễn Kiến thức, kĩ năng môn Công nghệ
6 Mô hình căn phòng ngăn nắp Bài 8: Sắp xếp đồ đạc hợp lí trong nhà ở
Bài 9: Thực hành sắp xếp đồ đạc hợp lí trong nhà ở
Sản xuất dưa bắp cải bằng công nghệ nén Bài 18: Các phương pháp chế biến thực phẩm
7 Dụng cụ ươm mầm mini Bài 17: Thực hành: Xử lí hạt giống bằng nước ấm
Bài 18: Thực hành xác định sức nẩy mầm và tỉ lệ nảy mầm của hạt giống
8 Mô hình nhà đơn giản
Thiết kế mô hình mạch điện chiếu sáng mini
Bài 15: Bản vẽ nhà Bài 16: Đọc bản vẽ nhà đơn giản Bài 29: Truyền chuyển động Bài 30: Biến đổi chuyển động Bài 59: Thực hành thiết kế mạch điện
Trong bài viết này, chúng tôi giới thiệu 9 mô hình hệ thống chiếu sáng mini, bao gồm hướng dẫn lắp mạch điện một công tắc ba cực để điều khiển hai đèn Bên cạnh đó, bài viết cũng đề cập đến cách lắp đặt dây dẫn cho mạng điện trong nhà, giúp bạn có cái nhìn tổng quan và chi tiết về việc thiết kế hệ thống điện an toàn và hiệu quả.
10 Sản xuất thức uống bổ dưỡng Bài 44: Chế biến lương thực, thực phẩm
Bài 45: Chế biến xiro từ quả
11 Mô hình ngôi nhà điều nhiệt Bài 11: Bản vẽ xây dựng
Bài 12: Thực hành bản vẽ xây dựng
12 Mạch điện tử điều khiển tưới cây tự động Bài 13: Khái niệm mạch điện tử điều khiển
Bài 14: Mạch điện tử điều khiển tín hiệu
Trong lĩnh vực giáo dục STEM, các chủ đề liên quan đến tri thức Toán có thể được phân loại thành những chủ đề mang tính liên môn hoặc thiếu yếu tố Khoa học, do đó có thể được gọi là TEM.
Lớp Chủ đề thực tiễn Kiến thức, kĩ năng môn Toán
6 Giác kế xoay Bài Góc, Số đo góc
7 Ê–ke giấy Bài Góc vuông
Bộ trụ thống kê Bài Biểu đồ thống kê
Cân lò xo Bài Hàm số (hàm y=ax)
Dây phơi áo ròng rọc Đại lượng tỉ lệ nghịch
8 Bộ dụng cụ học hình học cho người khiếm thị Chương Hình lăng trụ đứng
Mũ sinh nhật Chương Hình chóp đều
9 Nón dạ Noel Bài Hình nón
Bóng cầu Bài Hình cầu
Thước tìm tâm Bài Sự xác định đường tròn–Tính chất đối xứng của đường tròn
10 Đèn pha mini Bài Parabol
Bếp năng lượng para Bài Parabol
Kệ treo đa giác Chương Vectơ
11 Kính tiềm vọng Phép đối xứng trục
Thước vẽ truyền Phép vị tự
12 Hộp bảo quản sữa tươi Chương Khối đa diện
Chậu cây để bàn Bài Khái niệm về mặt tròn xoay
Có thể khai thác các chủ đề giáo dục STEM dựa trên vận dụng kiến thức, kĩ năng của môn tin học như sau
Lớp Chủ đề thực tiễn Kiến thức, kĩ năng môn Tin học
6 Tạo bộ đồ vệ sinh máy tính Bài 4 Máy tính và phần mềm máy tính Âm dương lịch
Biên tập tài liệu tự học Chương V Soạn thảo văn bản
7 Phân loại cây trong rừng Điều tra xã hội học Điều tra dân số
Bài đọc thêm: Sự kì diệu của số Pi Bài 8 Sắp xếp và lọc dữ liệu Bài 9 Trình bày dữ liệu bằng biểu đồ
8 Gậy thông minh hỗ trợ người khiếm thị Đèn đường tự bật tắt
Bài 6 Câu lệnh điều kiện Bài 7 Câu lệnh lặp
9 Xây dựng website quảng bá du lịch địa phương
Xây dựng website giới thiệu sản phẩm thủ công địa phương
Cẩm nang online cho thiếu niên
Bài 2 Mạng thông tin toàn cầu Internet Thực hành tạo trang web đơn giản Bài 6 Bảo vệ thông tin máy tính Bài 7 Tin học và xã hội
Tạo clips quảng cáo sản phẩm địa phương trên youtube
Chương III Phần mềm trình chiếu.
Bài 14 Làm quen với phần mềm tạo ảnh động. Bài đọc thêm 9: Làm quen với phần mềm ghi âm và xử lí âm thanh
10 Bộ đồ vệ sinh máy tính
Biên tập tài liệu tự học
Xây dựng website quảng bá du lịch địa phương
Xây dựng website giới thiệu sản phẩm thủ công địa phương
Kiến thức tin học lớp 10 và 11 là sự phát triển từ chương trình THCS, do đó, các chủ đề từ THCS có thể được mở rộng và nâng cao tại THPT, yêu cầu học sinh vận dụng kiến thức và kỹ năng để giải quyết các vấn đề thực tiễn một cách hiệu quả hơn.
11 Gậy thông minh hỗ trợ người khiếm thị Đèn đường tự bật tắt
12 Xây dựng website cho tổ chức
Cẩm nang online cho thiếu niên
Chương II Hệ quản trị cơ sở dữ liệu
Trong chương trình giáo dục phổ thông hiện nay, có thể tích hợp các chủ đề giáo dục STEM thông qua việc áp dụng kiến thức và kỹ năng từ môn Sinh học.
Lớp Chủ đề thực tiễn Kiến thức, kĩ năng môn Sinh học
6 Thiết kế hệ thống tưới nhỏ giọt Bài 11 Sự hút nước và muối khoáng của rễ
Hoa cầu vồng Bài 17 Vận chuyển các chất trong thân
Vẽ tranh từ lá cây Bài 19 Đặc điểm bên ngoài của lá
Xây dựng kế hoạch dạy học chủ đề/ bài học STEM
3.1 Tiến trình dạy học chủ đề/ bài học STEM
Mỗi bài học STEM trong chương trình giáo dục phổ thông yêu cầu học sinh áp dụng kiến thức từ nhiều môn học để giải quyết vấn đề cụ thể Tiến trình học STEM theo quy trình kỹ thuật, trong đó "Nghiên cứu kiến thức nền" là bước quan trọng giúp học sinh chiếm lĩnh nội dung kiến thức cần thiết Học sinh chủ động nghiên cứu tài liệu, thực hiện thí nghiệm và vận dụng kiến thức để đề xuất giải pháp Qua đó, các em rèn luyện kỹ năng và phát triển phẩm chất, năng lực cần thiết cho tương lai.
Tiến trình mỗi bài học STEM được thực hiện phỏng theo quy trình kĩ thuật (Hình
Nghiên cứu kiến thức nền trong dạy học STEM là quá trình học sinh chủ động tìm hiểu nội dung chương trình giáo dục thông qua sách giáo khoa và tài liệu bổ trợ Học sinh thực hiện thí nghiệm, áp dụng kiến thức để đề xuất giải pháp cho vấn đề, và thực hành thiết kế, chế tạo, thử nghiệm mẫu Qua đó, học sinh không chỉ phát triển kỹ năng mà còn nâng cao phẩm chất và năng lực của bản thân.
Tiến trình bài học STEM kết hợp giữa tiến trình khoa học và chu trình thiết kế kỹ thuật, không thực hiện theo cách tuyến tính mà có sự tương hỗ giữa các bước Cụ thể, "Nghiên cứu kiến thức nền" có thể diễn ra đồng thời với "Đề xuất giải pháp", và "Chế tạo mô hình" có thể song hành với "Thử nghiệm và đánh giá", trong đó mỗi bước vừa là mục tiêu vừa là điều kiện cho bước tiếp theo.
Hình 5: Tiến trình bài học/ chủ đề STEM Hoạt động 1:Xác định vấn đề
Trong hoạt động này, giáo viên giao nhiệm vụ cho học sinh để hoàn thành một sản phẩm học tập cụ thể, yêu cầu sử dụng kiến thức mới từ bài học Học sinh phải đề xuất, xây dựng giải pháp và thiết kế nguyên mẫu cho sản phẩm Tiêu chí của sản phẩm rất quan trọng, vì nó thể hiện "tính mới" của sản phẩm, ngay cả khi sản phẩm đó quen thuộc với học sinh Đồng thời, tiêu chí này buộc học sinh phải nắm vững kiến thức mới để thiết kế và giải thích cho sản phẩm cần thực hiện.
(Nội dung dạy học theo chương trình được sắp xếp lại phù hợp)
Nghiên cứu kiến thức nền
Tin CN đề xuất các giải pháp và bản thiết kế, bao gồm việc lựa chọn giải pháp tối ưu, chế tạo mô hình nguyên mẫu, thử nghiệm và đánh giá hiệu quả Sau đó, chia sẻ và thảo luận để điều chỉnh thiết kế nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm.
– Mục tiêu:Xác định tiêu chí sản phẩm; phát hiện vấn đề/nhu cầu.
Mục tiêu của hoạt động này là giúp học sinh tìm hiểu và thu thập thông tin để "giải mã công nghệ", từ đó có được hiểu biết rõ ràng về các tình huống thực tiễn, nguyên lý hoạt động của thiết bị công nghệ hoặc quy trình công nghệ Học sinh cần xác định vấn đề cần giải quyết và yêu cầu thực tiễn theo nhiệm vụ được giao, đồng thời làm rõ tiêu chí của sản phẩm cần hoàn thành.
– Nội dung: Tìm hiểu về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ; đánh giá về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ
Hoạt động này nhằm mục tiêu tìm tòi và khám phá các tình huống, hiện tượng và quá trình trong thực tiễn, đồng thời nghiên cứu quy trình công nghệ và cấu tạo, nguyên tắc hoạt động của thiết bị công nghệ Tùy thuộc vào điều kiện cụ thể, hoạt động có thể được tổ chức dưới nhiều hình thức khác nhau, bao gồm nghiên cứu tài liệu khoa học, khảo sát thực địa qua tham quan và dã ngoại, cũng như tiến hành thí nghiệm nghiên cứu.
Nội dung học tập có thể được tổ chức linh hoạt, tùy thuộc vào điều kiện cụ thể Chẳng hạn, yêu cầu nghiên cứu quy trình chăn nuôi có thể được thực hiện qua video hoặc tài liệu in trong lớp học, hoặc thông qua việc tham quan thực tế tại một trại chăn nuôi, hoặc thậm chí là tìm hiểu ngay tại gia đình của học sinh.
Giáo viên cần giao rõ ràng yêu cầu thu thập thông tin cho học sinh và hướng dẫn cách sử dụng thông tin đó Để hoạt động này đạt hiệu quả, việc học sinh hoạt động cá nhân là rất quan trọng Sau đó, giáo viên nên tổ chức cho học sinh trình bày và thảo luận về những thông tin đã thu thập, kèm theo ý kiến cá nhân của từng học sinh trong nhóm và trong lớp.
Sản phẩm hoạt động của học sinh sẽ được đánh giá qua các mức độ hoàn thành nội dung, bao gồm việc ghi chép thông tin về hiện tượng, sản phẩm và công nghệ, cũng như khả năng đánh giá và đặt câu hỏi liên quan đến những nội dung này.
Học sinh cần thu thập thông tin từ thực tiễn và đưa ra ý kiến cá nhân về hiện tượng, quá trình, tình huống thực tiễn hoặc quy trình, thiết bị công nghệ được giao Những thông tin và ý kiến này có thể có độ chính xác và hoàn thiện khác nhau Giáo viên cần dự đoán các mức độ hoàn thành của sản phẩm để có phương án xử lý phù hợp.
Giáo viên tổ chức hoạt động bằng cách giao nhiệm vụ cụ thể cho học sinh, bao gồm nội dung, phương tiện, cách thực hiện và yêu cầu sản phẩm hoàn thành Học sinh thực hiện nhiệm vụ thông qua thực tế, tài liệu, video, có thể làm việc cá nhân hoặc theo nhóm Sau đó, học sinh sẽ báo cáo và thảo luận về kết quả tại một thời gian và địa điểm đã định, với sự hỗ trợ của giáo viên trong việc phát hiện và phát biểu vấn đề.
Giáo viên đánh giá và nhận xét dựa trên sản phẩm của học sinh, giúp các em xác định câu hỏi và vấn đề cần giải quyết Qua đó, học sinh có thể xác định tiêu chí cho giải pháp khoa học hoặc kỹ thuật cần thực hiện Điều này định hướng cho các hoạt động tiếp theo của học sinh.
Hoạt động 2:Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp
Trong hoạt động học STEM, học sinh tham gia vào quá trình học tập tích cực và tự lực dưới sự hướng dẫn của giáo viên Thay vì các tiết học truyền thống, học sinh sẽ tự tìm tòi và chiếm lĩnh kiến thức để thiết kế sản phẩm Kết quả là, khi hoàn thành bản thiết kế, học sinh không chỉ tạo ra sản phẩm mà còn tiếp thu kiến thức mới theo chương trình học.
Mục tiêu của hoạt động này là cung cấp cho học sinh những kiến thức và kỹ năng cần thiết, phù hợp với yêu cầu của chương trình giáo dục phổ thông.
– Nội dung: Nghiên cứu nội dung sách giáo khoa, tài liệu, thí nghiệm để tiếp nhận, hình thành kiến thức mới và đề xuất giải pháp/thiết kế.