Xây dựng bài học stem chủ Đề “khối lượng riêng và Áp suất” – khoa học tự nhiên 8 nhằm phát triển thành tố năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên cho học sinh

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ lý luận và phương pháp dạy học KHTN với đề tài: “Xây dựng bài học STEM chủ đề “Khối lượng riêng và Áp suất”- Khoa học Tự nhiên 8 nhằm phát

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC VẬT LÍ

CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ lý luận và phương pháp dạy học KHTN

với đề tài: “Xây dựng bài học STEM chủ đề “Khối lượng riêng và Áp suất”-

Khoa học Tự nhiên 8 nhằm phát triển năng lực Tìm hiểu thế giới Tự nhiên cho học sinh” là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các nội dung và kết quả

trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kì một nghiên

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập và nghiên cứu, tôi đã được học tập và trao đổi, chia sẻ chuyên môn từ các thầy, cô bộ môn Lý luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí, trường Đại học Giáo dục, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tận tình giảng dạy, truyền thụ, chia sẻ cho tôi những kiến thức quý giá

Để hoàn thành được luận văn này, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn đến TS Trịnh Minh Ngọc và TS Nguyễn Thị Lan Ngọc đã tận tình hướng dẫn

và luôn động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu Sự hiểu biết sâu sắc về khoa học cũng như kinh nghiệm của các thầy, cô là tiền đề, động lực để tôi phấn đấu học hỏi và hoàn thành luận văn

Tôi chân thành cảm ơn các quý thầy cô, các cán bộ, giáo viên và học sinh đang công tác, học tập tại Trường phổ thông Liên cấp Hanoi Adelaide School, các thầy cô giáo tổ KHTN đã luôn động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để tôi

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC BẢNG vii

DANH MỤC BIỂU ĐỒ viii

DANH MỤC HÌNH ix

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 2

4 Giả thuyết khoa học 3

5 Nhiệm vụ nghiên cứu 3

6 Phương pháp nghiên cứu 3

7 Đóng góp mới của đề tài 4

8 Cấu trúc luận văn 4

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ DẠY HỌC STEM TIẾP CẬN QUY TRÌNH THIẾT KẾ KỸ THUẬT THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THÀNH PHẦN TÌM HIỂU TỰ NHIÊN 5

1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu 5

1.1.1 Những nghiên cứu về dạy học STEM 5

1.1.2 Những nghiên cứu về dạy học phát triển năng lực 7

1.2 Dạy học phát triển năng lực 9

1.2.1 Khái niệm năng lực 9

1.2.2 Cấu trúc của năng lực KHTN 10

1.2.3 Biểu hiện năng lực Tìm hiểu thế giới Tự nhiên 14

1.3.1 Khái niệm 20

1.3.2 Các hình thức giáo dục STEM 21

1.3.3 Bài học STEM tiếp cận quy trình thiết kế kĩ thuật 22

1.4 Mối liên hệ giữa giáo dục STEM và môn KHTN 25

1.4.1 Tính tích hợp/liên môn của môn học 25

1.4.2 Về đặc điểm của STEM phù hợp với phát triển NL KHTN 25

1.5 Cơ sở thực tiễn về tổ chức dạy học STEM và Chủ đề “Khối lượng riêng và Áp suất” tại một số trường THCS trên địa bàn Hà Nội 26

1.5.1 Mục đích khảo sát 26

1.5.2 Đối tượng khảo sát 26

1.5.3 Phương pháp khảo sát 26

1.5.4 Kết quả khảo sát 26

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 34

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ NỘI DUNG DẠY HỌC STEM “CHẾ TẠO HỆ TUẦN HOÀN” CHỦ ĐỀ “KHỐI LƯỢNG RIÊNG VÀ ÁP SUẤT”-KHTN 8 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TÌM HIỂU THẾ GIỚI TỰ NHIÊN CHO HỌC SINH 35

2.1 Phân tích nội dung kiến thức phần “Khối lượng riêng và Áp suất” môn KHTN 8 35 2.1.1 Khối lượng riêng 35

2.1.2 Áp suất 36

2.1.3 Áp suất chất lỏng 37

2.2 Yêu cầu cần đạt về kiến thức “Khối lượng riêng và Áp suất”-KHTN 8 37

2.3 Mối quan hệ giữa Khối lượng riêng, Áp suất và các hiện tượng sinh học trong cơ thể người 38

2.3.1 Quá trình tuần hoàn máu trong Hệ Tuần Hoàn 38

2.3.2 Huyết áp 39

2.3.3 Quá trình vận chuyển khí trong cơ thể 40

2.4 Xây dựng bài học STEM trong phần “Khối lượng riêng và Áp suất” môn KHTN 8 phát triển NL Thành tố THTGTN cho HS 41

2.4.1 Xây dựng ý tưởng 41

2.4.3 Xây dựng giải pháp GQVĐ: 42

2.4.4 Xây dựng tiêu chí đánh giá kết quả học tập: 42

2.5 Thiết kế một tiến trình dạy học STEM chủ đề “Khối lượng riêng và Áp suất” theo quy trình thiết kế kỹ thuật 43

2.5.1 Kiến thức 43

2.5.2 Năng lực 43

2.5.3 Phẩm chất 44

2.5.4 Kế hoạch dạy học 44

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 57

Chương 3 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 58

3.1 Kế hoạch thực nghiệm sư phạm 58

3.1.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 58

3.1.2 Đối tượng và nhiệm vụ thực nghiệm 58

3.1.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 59

3.2 Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 60

3.2.1 Thuận lợi 60

3.2.2 Khó khăn 60

3.2.3 Phân tích kết quả học tập của HS 60

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 68

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 69

KẾT LUẬN 69

KHUYẾN NGHỊ 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT STT Kí hiệu

13 STEM : Science, Technology, Engineering và Mathematics

14 THTGTN : Tìm hiểu thế giới Tự nhiên

15 TNSP : Thực nghiệm sƣ phạm

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Cấu trúc năng lực Khoa học Tự nhiên 11

Bảng 1.2 Biểu hiện hành vi năng lực tìm hiểu thế giới Tự nhiên 14

Bảng 1.3 Bảng tiêu chí đánh giá năng lực Tìm hiểu thế giới Tự nhiên (năng lực kỹ năng 3 và năng lực kỹ năng 5) tương ứng với hoạt động dạy học STEM 15

Bảng 1.4 Bảng đối chiếu biểu hiện NL THTGTN trong bài học STEM“Khối lượng riêng và Áp suất” 19

Bảng 2.1 Tra cứu khối lượng riêng một số chất rắn, chất lỏng 36

Bảng 2.2 Các dụng cụ trong chủ đề STEM “Khối lượng riêng và Áp suất” 46

Bảng 2.3 Dụng cụ thí nghiệm sự phụ thuộc của tốc độ dung dịch vào KLR 48

Bảng 2.4 Bảng tiêu chí đánh giá bản kế hoạch chế tạo mô hình hệ hô hấp 50

Bảng 2.5 Bảng tiêu chí đánh bản kế hoạch chế tạo hệ tuần hoàn 52

Bảng 2.6 Bảng tiêu chí đánh giá hoạt động báo cáo sản phẩm 55

Bảng 3.1 Đánh giá năng lực thành tố THTGTN đầu vào, trước TN, sau TN 60

Bảng 3.2 Bảng tổng hợp giải pháp 62

Bảng 3.3 Bảng trình bày nguyên nhân vấn đề 64

Bảng 3.4 Phương án cải tiến mô hình 67

DANH MỤC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 1.1 Kinh nghiệm giảng dạy của GV 26

Biểu đồ 1.2 Trình độ đào tạo cao nhất của GV 27

Biểu đồ 1.3 Loại hình trường THCS đang làm việc của GV 27

Biểu đồ 1.4 Bộ môn giảng dạy của GV 27

Biểu đồ 1.5 Kinh nghiệm tổ chức dạy học STEM của GV 28

Biểu đồ 1.6 Các hình thức tổ chức dạy học STEM được GV áp dụng 28

Biểu đồ 1.7 Mô hình xây dựng/tổ chức bài học STEM 29

Biểu đồ 1.8 Kinh nghiệm thực hiện các bước trong quy trình BH STEM 29

Biểu đồ 1.9 Chủ đề kiến thức tổ chức bài học STEM 30

Biểu đồ 1.10 Thực trạng cơ sở giáo dục tổ chức giảng dạy chủ đề 31

Biểu đồ 1.11 Các hình thức tổ chức dạy học đang được sử dụng 31

Biểu đồ 1.12 Đánh giá sự kết nối các chủ đề kiến thức khi tổ chức dạy học 32

Biểu đồ 3.1 Kết quả đánh giá NL THTGTN 61

Biểu đồ 3.2 Sự tăng trưởng NL THTGTN hoạt động 3 63

Biểu đồ 3.3 Sự tăng trưởng năng lực kỹ năng 5 65

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Ý kiến đóng góp bài học STEM chủ đề “Khối lượng riêng, áp suất” 32

Hình 1.2 Ý kiến đóng góp về các chủ đề tích hợp trong môn KHTN 33

Hình 2.1 Hệ Tuần Hoàn ở người (Sách KHTN 8- Kết nối tri thức 2024) 38

Hình 2.2 Hình ảnh cấu tạo Tim 39

Hình 2.3 Hệ hô hấp ở người (Sách KHTN 8- Kết nối tri thức 2024) 40

Hình 2.4 Dự kiến phương án thí nghiệm 49

Hình 3.1 Nhóm 01 báo cáo sản phẩm 66

Hình 3.2 Nhóm 02 báo cáo sản phẩm 66

Hình 3.3 Nhóm 03 báo cáo sản phẩm 67

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong nhiều năm trở lại đây, cuộc cách mạng 4.0 và sự số hóa toàn cầu tạo ra những ảnh hưởng không nhỏ tới tất cả các mặt của đời sống, trong đó mạnh mẽ nhất phải kể đến lĩnh vực giáo dục Sự phát triển vượt bậc của công nghệ đã tạo ra những thay đổi sâu sắc trên nhiều phương diện như mục tiêu, nội dung, phương pháp, hình thức … của quá trình giáo dục Những thay đổi này được tạo ra nhằm giúp con người có thể chung sống một cách thoải mái với xã hội xung quanh, bên cạnh đó chuẩn bị cho người học những tri thức, kỹ năng đáp ứng được những yêu cầu của thị trường lao động trong tương lai [2]

Với mục tiêu xây dựng một nền giáo dục tiên tiến, đáp ứng yêu cầu của kỷ nguyên công nghiệp, Đảng và Nhà nước ta đã triển khai nhiều chương trình hành động nhằm đổi mới căn bản và toàn diện giáo dục Trong đó, đột phá nhất phải kể đến định hướng giáo dục STEM đã được đưa vào các nhà trường phổ thông STEM được biết đến như một phương pháp giáo dục mới mà ở đó người học được sử dụng các kiến thức tổng hợp liên môn để giải quyết các vấn đề mang tính thực tiễn Phương pháp giáo dục này được ca ngợi như một bước tiến mới trong hoạt động dạy - học giúp cho người học không chỉ ghi nhớ kiến thức nhanh hơn mà còn giúp người học áp dụng chúng vào thực tiễn, nâng cao kỹ năng GQVĐ cũng như xây dựng tư duy phản biện ở người học Từ đó, người học được trang bị đầy đủ những tri thức, kỹ năng cần thiết phù hợp với các yêu cầu của thị trường lao động trong tương lai

Nhờ vào những ưu điểm như trên mà phương pháp giáo dục STEM ngày càng được các nhà trường đưa vào phổ biến rộng rãi ở mọi cấp học Các GV cũng tích cực tìm kiếm thông tin về phương pháp giáo dục này và cố gắng áp dụng định hướng này cho các bài giảng của mình với mong muốn nâng cao chất lượng quá trình dạy và học trong nhà trường Tuy nhiên, vì phương pháp giáo dục STEM còn tương đối mới mẻ với toàn bộ hệ thống giáo dục Việt Nam nên GV và các cán bộ quản lý trong nhà trường cũng gặp không ít khó khăn trong việc áp dụng chúng Đa

phần những khó khăn này đến từ việc khan hiếm nguồn thông tin về định hướng giáo dục STEM, sự lúng túng trong việc kết hợp các kiến thức liên môn trong quá trình dạy học cùng với sự thiếu kinh nghiệm trong việc tổ chức các hoạt động STEM phù hợp với từng độ tuổi

Bên cạnh đó, theo Chương trình tổng thể 2018 [2], 3 môn học bao gồm Vật lý, Hóa học và Sinh học được tích hợp và thay thế bởi môn KHTN Đây là sự thay đổi mang tính tích cực nhằm giúp HS hình thành và phát triển thế giới quan khoa học, hình thành NL và phẩm chất trong đó phát triển NL Khoa học là mục tiêu chính mà môn học hướng tới Việc thay đổi này khiến việc dạy và học bộ môn KHTN gần hơn với định hướng giáo dục STEM

Trong chương trình KHTN lớp 8 theo CTGDPT 2018 [3], nội dung “Khối lượng riêng và Áp suất” trong chủ đề “Năng lượng và sự biến đổi” là nội dung trọng tâm với nhiều kiến thức hay, bổ ích và có nhiều ứng dụng trong thực tế Do vậy, để khơi gợi được hứng thú học tập cho HS, phát triển được NL THTGTN cho HS, đồng thời trang bị cho HS các kiến thức khoa học công nghệ cần thiết thì việc giảng dạy bằng phương pháp STEM sẽ đáp ứng được các yêu cầu đặt ra

Với các lý do trên, học viên chọn đề tài nghiên cứu của mình là “Vận dụng dạy học STEM chủ đề “Khối lượng riêng và Áp suất” môn KHTN 8 vào chế tạo mô hình Hệ Tuần Hoàn theo định hướng phát triển NL THTGTN cho HS lớp 8 tại trường Liên cấp H.A.S”

2 Mục đích nghiên cứu

Vận dụng các cơ sở lý luận của “Dạy học STEM” để xây dựng bài học STEM chủ đề “Khối lượng riêng và Áp suất”- Khoa học Tự nhiên 8 nhằm phát triển năng lực Tìm hiểu thế giới Tự nhiên cho học sinh tại trường Liên cấp Hanoi Adelaide School

3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Bài học “Khối lượng riêng và Áp suất” trong chương trình KHTN 8

Phạm vi nghiên cứu: HS lớp 8 tại trường THCS Hanoi Adelaide School

4 Giả thuyết khoa học

Nếu vận dụng dạy học STEM chủ đề “Khối lượng riêng và Áp suất” - KHTN

8 vào Chế tạo mô hình hệ tuần hoàn thì sẽ phát triển NL THTGTN của HS

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

Nghiên cứu cơ sở lý luận về dạy học phát triển NL, dạy học liên môn, NL THTGTN của HS, dạy học STEM; bài học STEM

Phân tích thực trạng dạy-học STEM trong môn KHTN, đặc biệt là nội dung

“Khối lượng riêng và Áp suất” tại một số cơ sở giáo dục trên địa bàn Hà Nội

Nghiên cứu nội dung kiến thức chủ đề “Khối lượng riêng và Áp suất”-KHTN

8 - Xây dựng bài học STEM chủ đề “Khối lượng riêng và Áp suất”

Tiến hành thực nghiệm sư phạm theo tiến trình đã soạn thảo để chứng minh tính hiệu quả của đề tài

6 Phương pháp nghiên cứu

Luận văn thực hiện theo chiến lược nghiên cứu tác động trong việc thử nghiệm, đánh giá việc đưa quy trình thiết kế kỹ thuật vào bài học STEM để phát triển NL cho HS môn KHTN 8 Trong luận văn đã sử dụng phối hợp với các phương pháp dưới đây:

- Phương pháp nghiên cứu lý luận

+ Nghiên cứu các tài liệu về STEM, SGK và các tài liệu liên quan

+ Nghiên cứu chương trình giáo dục phổ thông tổng thể và chương trình giáo dục phổ thông môn KHTN 8 2018

+ Nghiên cứu nội dung kiến thức Khối lượng riêng và Áp suất - KHTN 8

- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

+ Phương pháp quan sát: Quan sát thái độ và sự hứng thú của HS thông qua tiết học với phương pháp STEM

+ Phương pháp thực nghiệm khoa học: Thực hiện dạy thử ở 03 nhóm HS lớp

8 được phân hóa dựa trên hồ sơ học tập bao gồm: kết quả học tập, thói quen và hứng thú với môn học, từ đó so sánh mức độ tăng trưởng của nhóm HS

+ Điều tra, khảo sát GV về trình độ chuyên môn, khó khăn, lợi thế trong quá trình dạy học STEM, môn KHTN và triển khai dạy học chủ đề Khối lượng riêng và

Áp suất

- Phương pháp thống kê toán học:

+ Thu thập, xử lý, biểu diễn dữ liệu từ thực nghiệm sư phạm

7 Đóng góp mới của đề tài

Về lý luận: Góp phần làm rõ cách thức triển khai phương pháp giáo dục STEM theo hình thức tiếp cận quy trình khoa học kỹ thuật trong dạy học môn KHTN theo định hướng phát triển NL tại trường THCS

Về thực tiễn: Xây dựng tiến trình bài học STEM chủ đề “Khối lượng riêng và

Áp suất”, công cụ đánh giá – KHTN 8 nhằm phát triển NL THTGTN của HS

8 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần “Mở đầu” và “Kết luận”, nội dung luận văn gồm 3 chương:

- Chương 1 Cơ sở lý luận về dạy học STEM tiếp cận quy trình khoa học kỹ thuật theo hướng phát triển Năng lực tìm hiểu thế giới Tự nhiên

- Chương 2 Thiết kế nội dung tổ chức dạy-học STEM chủ đề “Khối lượng riêng và Áp suất” - KHTN 8 nhằm phát triển năng lực THTGTN của HS

- Chương 3 Thực nghiệm sư phạm

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ DẠY HỌC STEM TIẾP CẬN QUY TRÌNH THIẾT KẾ KỸ THUẬT THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC

THÀNH PHẦN TÌM HIỂU TỰ NHIÊN 1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu

1.1.1 Những nghiên cứu về dạy học STEM

1.1.1.2 Tình hình nghiên cứu trên Thế giới

Tại Hoa Kỳ, những nỗ lực trong nền giáo dục để cải thiện học vấn trong các lĩnh vực STEM và nhu cầu lực lượng lao động có kỹ năng cá nhân

và kỹ thuật chuyên sâu được chuẩn bị cho một môi trường cạnh tranh ngày càng tăng để đối phó với những thách thức lớn của thế kỷ 21 đã được phát động từ những năm 1990 [23] Rõ ràng, mục đích của giáo dục STEM đang nỗ lực thu hút các học sinh hướng về các chuyên ngành STEM trong giáo dục sau trung học (đại học/ nghề nghiệp) nhằm cải thiện nguồn nhân lực có năng suất và chất lượng trong thị trường cạnh tranh ngày càng tăng [24], [17] Những người ủng hộ giáo dục STEM tin rằng bằng cách gia tăng và tích hợp các yêu cầu về toán và khoa học trong trường học, cùng với việc truyền tải các khái niệm công nghệ và kỹ thuật, học sinh sẽ hoạt động tốt hơn và được chuẩn bị tốt hơn cho giáo dục tiên tiến hoặc công việc trong các lĩnh vực STEM [22] Bên cạnh thế giới nghề nghiệp, giáo dục STEM ngày càng trở lên quan trọng đối với mỗi cá nhân khi cuộc sống của chúng ta đang ngày càng được bao bọc bởi công nghệ và những vấn đề STEM phức tạp trong cuộc sống.Nhiều quốc gia trên thế giới đã thành công trong việc áp dụng mô hình dạy học STEM vào quá trình giảng dạy, mang lại những kết quả đáng kể trong việc trang bị cho học sinh các kỹ năng cần thiết cho tương lai [24]

Các công bố nghiên cứu trên chỉ ra rằng Giáo dục STEM ngày càng được công nhận trên toàn cầu là nền tảng cho sự phát triển và năng suất quốc gia, khả năng cạnh tranh kinh tế và thịnh vượng xã hội [15], [21] Kiến thức và kỹ năng STEM là chìa khóa để nâng cao chất lượng của lực lượng lao động STEM [21] Vì vậy, phát triển năng lực trong các môn học STEM là mục tiêu trọng tâm của hệ

thống giáo dục khi các quốc gia nhận thức được tầm quan trọng của năng lực STEM đối với nghề nghiệp tương lai của học sinh trong thế kỷ 21 [21], [26]

1.1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Tại Việt Nam, dạy học STEM đã trở nên phổ biến và thể hiện được hiệu quả cao trong quá trình áp dụng ở nhiều môn học STEM du nhập không phải từ các nghiên cứu khoa học giáo dục mà từ các cuộc thi chế tạo, điều khiển người máy ở lứa tuổi HS phổ thông do một số công ty lĩnh vực công nghệ tại Việt Nam triển khai kết hợp với các tổ chức nước ngoài Tuy nhiên, trong những năm gần đây, số lượng

về các công trình nghiên cứu, bài báo khoa học, bài học về STEM tăng mạnh Tại Hội thảo Nâng cao chất lượng giáo dục STEM trong giáo dục trung học năm 2024 [29], Vụ trưởng Vụ Giáo dục Trung học Nguyễn Xuân Thành, trong giai đoạn 2021-2023, đã có hơn 88.529 bài giảng STEM được triển khai rộng rãi tại các trường trung học trên cả nước Điều này cho thấy sự gia tăng đáng kể về số lượng trường áp dụng phương pháp giảng dạy STEM và việc đổi mới phương pháp dạy học đang được đẩy mạnh.Các bài học, chủ đề liên ngành mới mang đến cho học sinh phổ thông cơ hội hiểu về thế giới tích hợp, thay vì học các mảng kiến thức rời rạc và thực hành về các vấn đề

Tác giả Lê Huy Hoàng đã công bố kết quả nghiên cứu về định hướng và cách

thức thực hiện giáo dục STEM trong chương trình 2018 trên Tạp chí Giáo dục [7]

Tác giả kết luận, giáo dục STEM hướng đến sự phát triển nguồn nhân lực về Khoa học, kỹ thuật, công nghệ và Toán học Nguồn nhân lực này sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới sức cạnh tranh của nền kinh tế mỗi nước Chính vì vậy, giáo dục STEM chiếm vai trò quan trọng và cần được phát triển tính đa dạng, linh hoạt để hướng tới mục tiêu tạo nguồn nhân lực chất lượng

Tác giả Nguyễn Quang Linh, Kiều Thị Khánh đăng trên Tạp Chí Khoa học

và Công nghệ Đại học Thái Nguyên [9], năm 2022 về vấn đề Xây dựng quy trình thiết kế bài dạy theo giáo dục STEM trong môn Khoa học Tự nhiên Bài viết đưa ra kết quả nghiên cứu, 85/92 giáo viên tham gia muốn được hướng dẫn, giúp đỡ trong

quá trình thiết kế và tổ chức dạy học theo giáo dục STEM và mong muốn có mẫu

Kế hoạch dạy học để tham khảo

Tác giả Lê Chí Nguyện đăng trên Tạp chí Khoa học Giáo dục Việt Nam số 47, năm 2021 về vấn đề Thiết kế bài học STEM tiếp cận quy trình thiết kế kỹ thuật [11]

Trong bài đăng, tác giả đã đưa ra các nội dung nghiên cứu về bài học STEM, các hoạt động trong một bài học SEM và công cụ đánh giá năng lực trong bài học

1.1.2 Những nghiên cứu về dạy học phát triển năng lực

1.1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên Thế giới

Thế giới đã có nhiều nghiên cứu về dạy học phát triển năng lực: khái niệm, xây dựng kế hoạch dạy học, công cụ đánh giá kế hoạch dạy học, năng lực

Theo tác giả Weinert (2001) cho rằng: “NL được thể hiện như một hệ thống khả năng, sự thành thạo hoặc những kĩ năng thiết yếu, có thể giúp con người đủ điều kiện vươn tới một mục đích cụ thể” [19]

Nhóm tác giả CL Jacobs, SN Martin, TC Otieno đã công bố nghiên cứu về công cụ phân tích kế hoạch bài học khoa học (Science lesson plan analysis instrument) chỉ ra tính hiệu quả và khả thi của nghiên cứu trong việc đề xuất các biện pháp thực hành giảng dạy khác Các công cụ này giải quyết các vấn đề cụ thể đối với bản chất của lớp học khoa học: mục tiêu, nội dung dạy học, phương pháp dạy học, hoạt động của học sinh, tài liệu, học liệu [16]

Tác giả JR Quinlan đã nghiên cứu về công cụ đánh giá kế hoạch dạy học “cây quyết định” để mô phỏng quá trình ra quyết định dựa trên dữ liệu thông qua một cấu trúc cây, nơi mỗi nút đại diện cho một câu hỏi hoặc kiểm định về một hoặc

nhiều thuộc tính và mỗi nhánh đại diện cho kết quả của câu hỏi đó, dẫn đến một quyết định cuối cùng tại các nút lá [20]

Từ các nghiên cứu đã trình bày, có thể thấy rằng cộng đồng giáo dục quốc tế

đã dành nhiều quan tâm đến việc phát triển năng lực cho học sinh Các nhà nghiên cứu đã tìm hiểu về khái niệm, lên kế hoạch triển khai, xây dựng và ứng dụng các công cụ đánh giá kế hoạch bài dạy hiệu quả Nhìn chung, các nghiên cứu này đã đóng góp đáng kể vào việc nâng cao chất lượng giảng dạy và học tập, đồng thời cung cấp nền tảng lý thuyết và thực tiễn vững chắc cho việc thiết kế và đánh giá các

kế hoạch bài dạy phát triển năng lực Mỗi quốc gia, mỗi trường học đều có những đặc thù riêng về kiến thức và năng lực cần phát triển Vì vậy, giáo viên cần chủ động tìm tòi, nghiên cứu các công trình đã được công bố để cập nhật thông tin mới nhất Đồng thời, họ cần vận dụng sáng tạo những kiến thức đó vào thực tế giảng dạy, góp phần tạo ra những đổi mới và phát triển tri thức phù hợp với điều kiện của từng địa phương

1.1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Trong Hội nghị tổng kết 10 năm thực hiện Nghị quyết số 29-NQ/TW[30], thay mặt Ban cán sự Đảng Bộ GDĐT, Thứ trưởng Nguyễn Văn Phúc trình bày tổng kết về việc tổ chức triển khai, chương trình giáo dục mới không chỉ tập trung vào việc truyền đạt kiến thức mà còn quan tâm đến việc phát triển toàn diện các phẩm chất và năng lực của học sinh [2], cụ thể có 5 phẩm chất: yêu nước, nhân ái, chăm chỉ, trung thực, trách nhiệm và 10 năng lực cho học sinh: tự chủ và tự học, kỹ năng giao tiếp và hợp tác, giải quyết vấn đề, ngôn ngữ, tính toán, khoa học, công nghệ, tin học, thể chất, thẩm mỹ Các năng lực và phẩm chất trên sẽ được phát triển thông qua các môn học, mỗi môn học có thể phát triển một hoặc nhiều năng lực chuyên biệt tùy vào nội dung và cách thức xây dựng nội dung dạy học của giáo viên Trong

đó, năng lực Khoa học Tự nhiên là một trong những năng lực được quan tâm và nghiên cứu

Nhiều công trình nghiên cứu về xây dựng tiến trình dạy học phát triển năng lực được công bố Như tác giả Hán Thị Hương Thủy, Đỗ Hương Trà công bố kết

quả nghiên cứu trên Tạp chí Giáo dục số 23, năm 2024, tr 29-35 về việc xây dựng

tiến trình bài học STEM “Sự bay hơi và ngưng tụ”[14], khẳng định rằng tiến trình dạy học là cốt lõi của bài học và việc xây dựng tiến trình dạy học là cần thiết và đem lại lợi ích lớn cho GV và những người quan tâm đến dạy học phát triển năng lực Dựa vào tiến trình dạy học và khung năng lực KHTN đề xuất trong nghiên cứu,

GV có thể đánh giá được năng lực KHTN của HS phù hợp với mục tiêu dạy học Tuy nhiên, cần có những nghiên cứu bổ sung dựa trên việc phân tích hành vi của từng HS qua quan sát trực tiếp hoặc phân tích video để củng cố thêm những kết

luận vừa rút ra Tác giả Nguyễn Văn Biên đăng tải bài nghiên cứu về tổ chức dạy

học phát triển năng lực học sinh trong môn Khoa học Tự nhiên bậc trung học cơ sở

trên Tạp chí khoa học quản lý giáo dục số đặc biệt tháng 5/2023[1] Trong bài viết,

tác giả đưa ra một số mặt cản trở trong quá trình dạy học phát triển năng lực Những mặt cản trở đó gồm: Thời gian tổ chức dạy học, lựa chọn nội dung xây dựng bài học, phương pháp dạy học tích cực, tài liệu hỗ trợ giáo viên, thông tin năng lực của học sinh, tổ chức kiểm tra đánh giá, Tác giả Nguyễn Minh Giang, công bố trên

Tạp chí khoa học Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh tập 18, số 11, năm

2021, tr 2010-2022 [5] về quy trình vận dụng phương pháp thí nghiệm theo định

hướng nghiên cứu khoa học theo 4 bước Thông qua quá trình vận dụng quy trình thí nghiệm trong dạy học phát triển các thành phần năng lực khoa học tự nhiên cho học sinh phù hợp theo yêu cầu chương trình môn Khoa học 2018

Từ những nghiên cứu trên, dạy học phát triển năng lực đang thể hiện tính hiệu quả trong giáo dục và được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm Tuy nhiên, để tiếp tục phát triển mô hình này, cần khắc phục những cản trở, phát huy được tính sáng tạo, đa dạng, kết nối kiến thức trong các hoạt động dạy học

1.2 Dạy học phát triển năng lực

1.2.1 Khái niệm năng lực

Trên thế giới, có nhiều khái niệm về khái niệm năng lực Theo Tremblay (2002) Năng lực là khả năng của một người để làm được nhiều việc, đạt được nhiều thành công và luôn luôn tiến bộ Để làm được điều đó, người đó cần biết cách sử dụng một cách thông minh tất cả những gì mình có, từ kiến thức, kỹ năng cho đến những mối quan hệ xung quanh, để giải quyết mọi vấn đề trong cuộc sống [18] Tổ

chức OECD (2002) cho rằng, NL liên quan đến khả năng đáp ứng các nhu cầu phức tạp bằng cách sử dụng và huy động các nguồn lực tâm lý xã hội (bao gồm cả kĩ năng và thái độ) trong các bối cảnh cụ thể [25]

Trong từ điển Tiếng Việt trang 660 [13], năng lực được hiểu là “khả năng, điều kiện chủ quan hoặc tự nhiên sẵn có để thực hiện một hoạt động nào đó” Theo chương trình tổng thể 2018 của Bộ Giáo dục và Đào tạo [2], năng lực là “thuộc tính

cá nhân được hình thành, phát triển nhờ tố chất sẵn có và quá trình học tập, r n luyện, cho ph p con người huy động tổng hợp các kiến thức, kỹ năng và các thuộc tính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, ý chí, thực hiện thành công một loại hoạt động nhất định, đạt kết quả mong muốn trong những điều kiện cụ thể.” Bên cạnh phát triển năng lực, “phẩm chất” cũng được nhắc đến là “những tính tốt thể

hiện ở thái độ, hành vi ứng xử của con người”

Kết lại, trong luận văn này, năng lực định nghĩa là khả năng huy động tổng hợp các kiến thức, kỹ năng và các thuộc tính tâm lý cá nhân khác nhau như hứng thú, niềm tin, ý chí,… để thực hiện thành công một loại công việc trong bối cảnh nhất định [22]

1.2.2 Cấu trúc của năng lực KHTN

Môn Khoa học tự nhiên hình thành và phát triển cho học viên năng lực khoa học tự nhiên, các thành phần năng lực được hình thành cho học sinh trong môn Khoa học Tự nhiên là [3]:

- Nhận thức Khoa học Tự nhiên: là một quá trình học hỏi không ngừng, giúp chúng ta hiểu rõ hơn về thế giới tự nhiên và trang bị cho mình những kiến thức cần thiết để ứng dụng vào cuộc sống Việc nhận biết các ngành nghề liên quan đến khoa học tự nhiên sẽ giúp học sinh định hướng nghề nghiệp và khám phá thêm nhiều điều thú vị về khoa học

- Tìm hiểu thế giới Tự nhiên: Học sinh sẽ được trang bị kỹ năng nghiên cứu khoa học cơ bản, thông qua việc tự mình đặt câu hỏi, thiết kế thí nghiệm đơn giản

và phân tích kết quả thu được Từ đó, các em sẽ r n luyện khả năng tư duy logic, kỹ năng làm việc nhóm và hình thành thói quen tìm hiểu khoa học

- Vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học: Vận dụng kiến thức khoa học tự nhiên

và các công cụ toán học để thiết lập mối liên hệ nhân quả giữa các yếu tố trong một

hệ thống Qua đó, chúng ta có thể đưa ra những suy luận logic, xây dựng các mô hình và giải quyết các vấn đề một cách khoa học

Những biểu hiện cụ thể của năng lực khoa học tự nhiên được trình bày trong bảng sau:

Bảng 1.1 Cấu trúc năng lực Khoa học Tự nhiên

Nhậո thức khoa học

tự ոhiêո

Trìոh bày, giải thích được ոhữոg kiếո thức cốt lõi về thàոh phầո cấu trúc, sự đa dạոg, tíոh hệ thốոg, quy luật vậո độոg, tươոg tác và biếո đổi của thế giới tự ոhiêո Các biểu hiệո cụ thể:

- Tìm được từ khoá, sử dụոg được thuật ոgữ khoa học, kết ոối được thôոg tiո theo logic có ý ոghĩa, lập được dàո ý khi đọc và trìոh bày các văո bảո khoa học

Nhậո biết và Trìոh bày được têո các sự vật, hiệո tượոg, khái ոiệm, quy luật, quá trìոh của tự ոhiêո

- Tìm được từ khoá, sử dụոg được thuật ոgữ khoa học, kết ոối được thôոg tiո theo logic có ý ոghĩa, lập được dàո ý khi đọc và trìոh bày các văո bảո khoa học

- Trìոh bày được các sự vật, hiệո tượոg; vai trò của các sự vật, hiệո tượոg và các quá trìոh tự ոhiêո bằոg các hìոh thức biểu đạt ոhư ոgôո ոgữ ոói, viết, côոg thức, sơ đồ, biểu đồ, …

- So sáոh, phâո loại, lựa chọո được các sự vật, hiệո tượոg, quá trìոh tự ոhiêո theo các tiêu chí khác ոhau

- Phâո tích được các đặc điểm của một sự vật, hiệո tượոg, quá trìոh của tự ոhiêո theo logic ոhất địոh

- Tìm được từ khoá, sử dụոg được thuật ոgữ khoa học,

kết ոối được thôոg tiո theo logic có ý ոghĩa, lập được dàո ý khi đọc và trìոh bày các văո bảո khoa học

- Giải thích được mối quaո hệ giữa các sự vật và hiệո tượոg (quaո hệ ոguyêո ոhâո - kết quả, cấu tạo - chức ոăոg, )

- Nhậո ra điểm sai và chỉոh sửa được; đưa ra được ոhữոg ոhậո địոh phê pháո có liêո quaո đếո chủ đề thảo luậո

- Đề xuất vấո đề, đặt câu hỏi cho vấո đề + Nhậո ra và đặt được câu hỏi liêո quaո đếո vấո đề + Phâո tích bối cảոh để đề xuất được vấո đề ոhờ kết ոối tri thức và kiոh ոghiệm đã có và dùոg ոgôո ոgữ của mìոh để biểu đạt vấո đề đã đề xuất

- Đưa ra pháո đoáո và xây dựոg giả thuyết + Phâո tích vấո đề để Trìոh bày được pháո đoáո + Xây dựոg và phát biểu được giả thuyết cầո tìm hiểu

- Lập kế hoạch thực hiệո + Xây dựոg được khuոg logic ոội duոg tìm hiểu + Lựa chọո được phươոg pháp thích hợp (quaո sát, thực ոghiệm, điều tra, phỏոg vấո, hồi cứu tư liệu, ) + Lập được kế hoạch triểո khai tìm hiểu

Thực hiệո kế hoạch + Thu thập, lưu giữ được dữ liệu từ kết quả tổոg quaո, thực ոghiệm, điều tra

+ Đáոh giá được kết quả dựa trêո phâո tích, xử lý các

dữ liệu bằոg các tham số thốոg kê đơո giảո

+ So sáոh kết quả với giả thuyết, giải thích, rút ra được kết luậո và điều chỉոh khi cầո thiết

- Viết, trìոh bày báo cáo và thảo luậո + Sử dụոg được ոgôո ոgữ, hìոh vẽ, sơ đồ, biểu bảոg

để biểu đạt quá trìոh và kết quả tìm hiểu

+ Viết được báo cáo sau quá trìոh tìm hiểu

+ Hợp tác được với đối tác bằոg thái độ lắոg ոghe tích cực và tôո trọոg quaո điểm, ý kiếո đáոh giá do ոgười khác đưa ra để tiếp thu tích cực và giải trìոh, phảո biệո, bảo vệ kết quả tìm hiểu một cách thuyết phục

- Ra quyết địոh và đề xuất ý kiếո + Đưa ra được quyết địոh và đề xuất ý kiếո xử lý cho vấո đề đã tìm hiểu

Vậո dụոg kiếո thức,

kĩ ոăոg đã học

Vậո dụոg được kiếո thức, kĩ ոăոg về khoa học tự ոhiêո để giải thích ոhữոg hiệո tượոg thườոg gặp troոg tự ոhiêո và troոg đời sốոg; ոhữոg vấո đề về bảo

vệ môi trườոg và phát triểո bềո vữոg; ứոg xử thích hợp và giải quyết ոhữոg vấո đề đơո giảո liêո quaո đếո bảո thâո, gia đìոh, cộոg đồոg Các biểu hiệո cụ thể:

- Nhậո ra, giải thích được vấո đề thực tiễո dựa trêո kiếո thức khoa học tự ոhiêո

Dựa trêո hiểu biết và các cứ liệu điều tra, Trìոh bày được các giải pháp và thực hiệո được một số giải pháp

để bảo vệ tự ոhiêո; thích ứոg với biếո đổi khí hậu; có hàոh vi, thái độ phù hợp với yêu cầu phát triểո bềո vữոg

1.2.3 Biểu hiện năng lực Tìm hiểu thế giới Tự nhiên

Theo Bộ Giáo dục và Đào tạo[3]: Biểu hiện năng lực Tìm hiểu thế giới Tự nhiên trong môn KHTN thể hiện qua “Thực hiện được một số kỹ năng cơ bản để tìm hiểu, giải thích sự vật hiện tượng trong tự nhiên và đời sống Chứng minh được các vấn đề trong thực tiễn bằng các dẫn chứng khoa học.”

Năng lực Tìm hiểu thế giới Tự nhiên gồm các thành tố năng lực, biểu hiện hành vi được thể hiện qua các hoạt động dạy học và được gắn chỉ số cho mỗi biểu hiện dưới đây [6]:

Bảng 1.2 Biểu hiện hành vi năng lực tìm hiểu thế giới Tự nhiên

1.3 Kết nối kiến thức cũ, kinh nghiệm với vấn đề mới

1.4 Diễn đạt bằng lời nói, văn bản về vấn đề đã đề xuất

3.1 Xây dựng khung logic nội dung tìm hiểu

3.2 Xác định các công việc cần thực hiện

4.3 Đánh giá và so sánh kết quả với giả thuyết

4.4 Giải thích, rút ra kết luận và điều chỉnh khi cần thiết

5 Viết, trình bày

báo cáo và thảo

luận

5.1 Biểu đạt quá trình làm việc và kết quả tìm hiểu

5.2 Viết báo cáo sau quá trình tìm hiểu

5.3 Trình bày báo cáo trước tập thể

5.4 Thảo luận để bảo vệ kết quả tìm hiểu

- Các bài viết: Bao gồm bài tự luận để kiểm tra khả năng diễn đạt, bài trắc

nghiệm khách quan để đánh giá kiến thức nền tảng, bài tiểu luận, báo cáo để đánh giá khả năng nghiên cứu và tổng hợp thông tin

- Vấn đáp: Thông qua các câu hỏi, phỏng vấn, thuyết trình để đánh giá sự hiểu biết sâu sắc và khả năng trình bày ý kiến của học viên

- Quan sát trực tiếp: Giáo viên có thể quan sát thái độ, hành vi và hoạt động

của học viên trong các bài thực hành, thảo luận nhóm, hay các hoạt động ngoại khóa để đánh giá khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn Các công cụ hỗ trợ nhƣ bảng quan sát, bảng kiểm, hồ sơ học tập sẽ giúp việc đánh giá trở nên khách quan và chính xác hơn

Bảng 1.3 Bảng tiêu chí đánh giá năng lực Tìm hiểu thế giới Tự nhiên (năng lực kỹ năng 3 và năng lực kỹ năng 5) tương ứng với hoạt động dạy học STEM

Kĩ năng Chỉ số

hành vi

Mức độ

Minh chứng

3 Lập kế

hoạch thực

hiện

3.1 Xây dựng khung logic nội dung tìm hiểu

Chưa xác định được mục tiêu, dụng cụ, vật liệu, các bước tiến hành, phân tích kết quả

Xác định được mục tiêu, dụng

cụ, vật liệu

tiêu, dụng cụ, vật liệu, các bước tiến hành, phân tích kết quả

Phiếu

kế hoạch

3.2 Xác định các công việc thực hiện

Chưa xác định được các công

việc cần thực hiện

Xác định được các công việc cần thực hiện nhưng chưa có phân công và trao đổi

3.3 Lựa chọn phương pháp thích hợp

Chưa lựa chọn được phương

án để giải quyết vấn đề

Lựa chọn được phương án thích hợp nhưng chưa

mô tả đúng nguyên lý của hệ tuần hoàn, hệ hô hấp

được phương

án mô tả đúng nguyên lý của

hệ tuần hoàn,

hệ hô hấp

Bản vẽ thiết kế

3.4 Lập

kế hoạch chi tiết triển khai tìm hiểu

Chưa lập được

kế hoạch triển khai

Lập được kế hoạch triển khai (các bước chế

thành đúng thời hạn

Lập được kế hoạch triển khai các bước chế tạo) và hoàn thành đúng thời hạn

Bản kế hoạch

Không biểu đạt được quá trình làm việc

và kết quả tìm hiểu

Biểu đạt được quá trình tìm hiểu nhưng chưa đầy đủ

Biểu đạt được

cụ thể quá trình hoàn thành và kết quả sau khi hoàn thành

Bản kế hoạch

5.2 Viết báo cáo sau quá trình tìm hiểu

Báo cáo đáp ứng từ 0-3 nội dung trong các nội dung (cơ

sở kiến thức,

nguyên liệu, dụng cụ, các

hành, ghi nhận kết quả, báo cáo thảo luận)

Báo cáo đáp ứng tối thiểu 4 nội dung trong các nội dung (cơ sở kiến thức, đề xuất nguyên liệu, dụng cụ, các bước tiến hành, ghi nhận kết quả, báo cáo thảo luận)

Báo cáo viết đúng, đầy đủ các nội dung (cơ sở kiến thức, đề xuất nguyên liệu, dụng cụ, các bước tiến

nhận kết quả, báo cáo thảo luận)

Bản kế hoạch

5.3

Trình

Không đáp ứng được một

Báo cáo trước lớp đảm bảo

Báo cáo trước tập thể

Bản kế hoạch

bày báo cáo trước tập thể

trong các yếu

tố (có tính logic, lưu loát,

tự tin)

một trong các yếu tố: có tính logic, lưu loát,

tự tin

logic, lưu loát, tự tin

(nội dung báo cáo)

5.4

Thảo luận để bảo vệ kết quả tìm hiểu

luận được các câu hỏi thảo luận trước lớp

Tổ chức thảo

chưa bảo vệ được kết quả

Thảo luận và bảo vệ được kết quả tìm hiểu

Bản kế hoạch (nội dung báo cáo)

Trong từng bài học, các biểu hiện hành vi sẽ được thể hiện ở từng hoạt động học tập Qua mỗi bài học, người học sẽ có cơ hội thể hiện sự tò mò, ham học hỏi, khả năng quan sát, phân tích, và tìm ra câu trả lời cho những câu hỏi đặt ra

Bảng 1.4 Bảng đối chiếu biểu hiện NL THTGTN trong bài học STEM“Khối lượng

riêng và Áp suất”

Biểu hiện trong môn học KHTN Biểu hiện trong bài học STEM chủ đề

“Khối lượng riêng và Áp suất”

- Đặt câu hỏi và đưa ra ý kiến ban

đầu (phán đoán, xây dựng giả

thuyết):

+ HS phân tích kỹ lưỡng vấn đề để

hiểu rõ bản chất của nó Sau đó,

dựa trên những hiểu biết hiện có,

hãy đưa ra những phỏng đoán

hoặc giả thuyết có thể giải thích

cho vấn đề đó

+ HS xây dựng một kế hoạch cụ

thể để kiểm tra những giả thuyết

đã đưa ra Kế hoạch này bao gồm

việc xác định những thông tin cần

tìm hiểu, lựa chọn cách thức thu

* Nghiên cứu cái gì? (Quá trình trao đổi khí

và tuần hoàn máu)

* Nhiệm vụ/vấn đề này do ai giải quyết?

* Thời gian GQVĐ là bao lâu?

* Địa điểm có thể tổ chức tìm hiểu, nghiên cứu ở đâu?

- HS lập kế hoạch thực hiện chế tạo mô hình

hệ tuần hoàn: Tên nhóm, thành viên nhóm,

cơ sở lý thuyết, bản vẽ thiết kế, bản đề xuất nguyên liệu dụng cụ, các bước chế tạo, báo cáo kết quả, thuyết trình nguyên lý và đề xuất phương án cải tiến

Thực hiện kế hoạch:

+ Thu thập, lưu giữ được dữ liệu từ kết quả

thí nghiệm, khảo sát, tìm kiếm tài

liệu ) và phân tích dữ liệu thu

được

- HS thực hiện công việc theo kế

hoạch

+ Quá trình tiến hành bao gồm:

thu thập dữ liệu từ nhiều nguồn,

phân tích số liệu bằng các phương

pháp thống kê, so sánh kết quả với

giả thuyết đã đặt ra Từ đó, đưa ra

kết luận khoa học và điều chỉnh

hướng nghiên cứu nếu cần thiết

Cuối cùng, trình bày rõ ràng và chi

tiết toàn bộ quá trình nghiên cứu

thông qua báo cáo, sử dụng các

hình thức như văn bản, hình vẽ,

biểu đồ để minh họa

thực nghiệm, biểu diễn thông tin

+ Đánh giá được kết quả dựa trên phân tích,

xử lý các thông tin thu được về tính chất vật liệu, độ bền, khả năng mô phỏng

+ So sánh kết quả với giả thuyết, giải thích, rút ra được kết luận và điều chỉnh khi cần thiết

- Viết, trình bày báo cáo và thảo luận về kết quả vừa trình bày

+ Sử dụng được ngôn ngữ, hình vẽ, sơ đồ, biểu bảng để biểu đạt quá trình và kết quả tìm hiểu

+ Viết được báo cáo sau quá trình

+ Đề xuất phương án cải tiến

1.3 Giáo dục STEM

1.3.1 Khái niệm

Dựa theo bài viết “Giáo dục STEM tại Việt Nam: công cụ và phương thức” [31], STEM là từ viết tắt của Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật) và Mathematics (Toán học) Thuật ngữ này ra đời tại Mỹ vào những năm 1990 và được sử dụng để chỉ các hoạt động, chương trình liên quan đến một hoặc nhiều lĩnh vực trên

Trong Chương trình Giáo dục phổ thông 2018[2], “Giáo dục STEM là một mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp HS áp dụng các kiến thức khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học vào giải quyết một số vấn đề thực tiễn đồng thời giúp hình thành, phát triển cho người học những kỹ năng cần thiết trong cuộc sống”

Kết lại, trong luận văn này, Giáo dục STEM định nghĩa là một mô hình Giáo dục gắn với thực tiễn với tính chất liên môn, sử dụng kiến thức nền giải quyết vấn

đề các hoạt động học tập STEM giúp học sinh phát triển các phẩm chất và năng lực [2]

1.3.2 Các hình thức giáo dục STEM

1.3.2.1 Bài học STEM:

Theo công văn 3089:BGDĐT-BDTrH 2020 [4], các bài học STEM được giáo viên thiết kế dựa trên chương trình học chính khóa, đảm bảo nội dung phù hợp

và tuân thủ thời lượng quy định Học sinh được trải qua một quy trình học tập đầy

đủ, từ tìm hiểu thông tin, vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề, thực hành và sáng tạo, đến chia sẻ kết quả và cải tiến Nội dung các bài học STEM thường gắn liền với thực tế cuộc sống, khuyến khích học sinh tự tìm tòi, khám phá và giải quyết những vấn đề thực tế bằng cách kết hợp kiến thức từ nhiều môn học khác nhau

1.3.2.1 Dạy học trải nghiệm STEM

Các bạn học sinh có thể tham gia các câu lạc bộ STEM hoặc hoạt động trải nghiệm thực tế để thỏa sức khám phá khoa học Các hoạt động này được tổ chức hoàn toàn theo sở thích và sự lựa chọn của các bạn, giúp các bạn chủ động tìm tòi, học hỏi Trường mình còn tạo ra những không gian học tập thú vị với thư viện số, phòng thí nghiệm ảo, các phần mềm hiện đại để các bạn tự do khám phá và ứng dụng kiến thức vào đời sống

Hoạt động trải nghiệm STEM được lên kế hoạch rất bài bản và khoa học Mỗi hoạt động học tập đều được thiết kế như một bài học thực tế, có đầu có cuối Từ việc đặt ra mục tiêu rõ ràng, xác định các yêu cầu cần đạt được, đến việc thực hiện từng bước và cuối cùng là đánh giá kết quả, tất cả đều được quy hoạch một cách chi tiết

Để các hoạt động trải nghiệm STEM đạt hiệu quả cao, cần xây dựng các hoạt động dựa trên chương trình học hiện hành, đặc biệt là các hoạt động đòi hỏi học sinh vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề thực tế Việc kết nối trường học với các đơn vị bên ngoài sẽ tạo điều kiện để học sinh được tiếp xúc với môi trường làm việc thực tế và có cơ hội phát triển các kỹ năng cần thiết cho tương lai

1.3.2.3 Tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học, kỹ thuật

Hoạt động này nhằm tạo môi trường để các bạn học sinh có năng khiếu về khoa học, kỹ thuật được khám phá, trải nghiệm và phát triển khả năng của mình Thông qua việc tổ chức các bài học và hoạt động STEM, chúng ta sẽ giúp các bạn r n luyện kỹ năng giải quyết vấn đề thực tế, tư duy sáng tạo và làm việc nhóm Từ đó, phát hiện và bồi dưỡng những tài năng trẻ, tạo điều kiện để các bạn tham gia vào các hoạt động nghiên cứu khoa học, kỹ thuật một cách chuyên nghiệp hơn

Hình thức tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học, kỹ thuật phổ biến dưới các dạng một đề tài, dự án nghiên cứu bởi nhóm hoặc cá nhân với sự hướng dẫn của giáo viên hoặc nhà khoa học có chuyên môn phù hợp

1.3.3 Bài học STEM tiếp cận quy trình thiết kế kĩ thuật

1.3.3.1 Khái niệm

Học sinh tham gia các hoạt động theo một tiến trình linh hoạt từ việc xác định các vấn đề cần nghiên cứu đến đề xuất giải pháp, tổ chức chế tạo, trao đổi rút kinh nghiệm và đề xuất Bài học STEM tiếp cận quy trình thiết kế kĩ thuật không chỉ dừng lại ở việc học lý thuyết trên sách vở Các em sẽ được vận dụng kiến thức

đã học để giải quyết những vấn đề thực tế Qua đó, học sinh không chỉ hiểu sâu hơn các khái niệm khoa học mà còn r n luyện được kỹ năng tư duy phản biện, làm việc nhóm và sáng tạo Tiến trình dạy học có thể chia thành 5 hoạt động chính:

- HĐ 1 Xác định vấn đề

Giáo viên tạo ra một tình huống thực tế, đặt học sinh vào vị trí phải đối mặt với một vấn đề cụ thể Để giải quyết vấn đề này, học sinh cần kết hợp kiến thức từ các môn khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học (STEM) để đề xuất giải pháp và tạo ra sản phẩm

- HĐ 2 Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp

Hoạt động 2 có mục tiêu giúp học sinh vận dụng những kiến thức đã học để giải quyết các vấn đề thực tế, đồng thời hiểu rõ hơn về vai trò của kiến thức trong cuộc sống Tùy thuộc vào loại bài học STEM (tạo ra kiến thức mới hay ứng dụng kiến thức đã có), giáo viên sẽ có những cách hướng dẫn học sinh khác nhau Với bài học tạo ra kiến thức mới: Thay vì truyền đạt kiến thức theo cách truyền thống, giáo

viên sẽ tạo điều kiện để học sinh tự mình khám phá và tìm hiểu thông qua các hoạt động thực hành Học sinh sẽ tự tìm tòi, thu thập thông tin và sử dụng những kiến thức đó để thiết kế sản phẩm Với bài học ứng dụng kiến thức: Giáo viên sẽ hướng dẫn học sinh sử dụng những kiến thức đã học để giải quyết một vấn đề cụ thể Học sinh sẽ cần trình bày được cách thức hoạt động của các bộ phận và vẽ hình minh họa để giải thích rõ hơn

- HĐ 3 Lựa chọn giải pháp

Trong hoạt động 3, học sinh được tạo cơ hội áp dụng những kiến thức đã học

để thiết kế, trình bày và bảo vệ ý tưởng của mình Qua việc thuyết minh chi tiết về bản thiết kế, các em không chỉ thể hiện khả năng giải quyết vấn đề mà còn r n luyện

kỹ năng giao tiếp và thuyết phục Sau khi đánh giá các thiết kế, lớp sẽ cùng nhau lựa chọn ý tưởng sáng tạo nhất để thực hiện

- HĐ 4 Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá

Sau khi hoàn thiện bản thiết kế, học sinh sẽ tiến hành chế tạo mẫu sản phẩm Trong quá trình này, các em sẽ vừa làm vừa kiểm tra, điều chỉnh thiết kế nếu cần để đảm bảo sản phẩm hoạt động tốt Cuối cùng, mỗi nhóm sẽ trình bày sản phẩm của mình, nêu rõ ưu điểm, hạn chế và phương án cải tiến

- HĐ 5 Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh

Các nhóm học sinh sẽ lần lượt chỉnh sửa, nâng cấp thiết bị (nếu cần), sau đó trình bày chi tiết kết quả đạt được Tiếp theo, các bạn sẽ cùng nhau thực hành, vận hành sản phẩm mà mình vừa hoàn thiện Qua đó, các nhóm sẽ có cơ hội trao đổi, thảo luận, cùng nhau đánh giá, nhận x t sản phẩm của cả lớp Cuối cùng, dựa trên những góp ý, các nhóm có thể tiếp tục hoàn thiện sản phẩm của mình Để trình bày sản phẩm, các nhóm có thể sử dụng nhiều hình thức đa dạng như: poster, quy trình chi tiết, hoặc trực tiếp trưng bày sản phẩm mà mình đã chế tạo

1.3.3.2 Quy trình xây dựng bài học STEM tiếp cận quy trình thiết kế kĩ thuật

- Dựa vào những phát minh của các nhà khoa học

(2) Xây dựng tình huống học tập

Dựa trên ý tưởng của bài học STEM, bằng những bài viết, phim ảnh có trong thực tiễn, liên quan đến kiến thức STEM, GV Trình bày ra một tình huống học tập sao cho HS có nhu cầu giải quyết tình huống HS thảo luận đưa ra ý tưởng giải quyết tình huống, các tiêu chí cần đạt được của sản phẩm Bằng những dụng cụ thiết

bị sẵn có, vật liệu dễ tìm kiếm, HS thiết kế, chế tạo được sản phẩm theo yêu cầu của bài học Tình huống học tập phải có tính khả thi về thời gian, phù hợp với với NL

sở trường của HS, điều kiện cơ sở vật chất của nhà trường và địa phương, tạo ra

được hứng thú học tập cho HS Sau khi học, HS thấy được ý nghĩa và lợi ích của bài học

(3) Xây dựng tiêu chí sản phẩm/giải pháp giải quyết vấn đề

GV cần xác định các tiêu chí cụ thể đánh giá mức độ NL và khả năng vận dụng kiến thức STEM vào đề xuất giải pháp GQVĐ của HS:

- Về mức độ NL: HS biết huy động kiến thức, kĩ năng đã học (với chủ đề STEM vận dụng) hoặc khám phá được kiến thức, kĩ năng mới (đối với chủ đề STEM kiến tạo)

- Về mức độ vận dụng kiến thức, kĩ năng: HS biết liên kết kiến thức từ các môn học STEM và kinh nghiệm thực tiễn đề xuất được các giải pháp có tính khả thi, khoa học, sáng tạo, chế tạo mới hoặc cải tiến được sản phẩm

- Về hình thành, phát triển NL: Thông qua HĐ học, HS phát triển được các

NL chung như: NL GQVĐ và sáng tạo, NL hợp tác, NL tự học,…Tiêu chí sản

phẩm/giải pháp GQVĐ của bài học/chủ đề STEM là yếu tố quan trọng có vai trò định hướng mục tiêu, nội dung bài học

1.4 Mối liên hệ giữa giáo dục STEM và môn KHTN

1.4.1 Tính tích hợp/liên môn của môn học

Giáo dục STEM và môn KHTN đều là sự tích hợp kiến thức ở nhiều

Trong quá trình khám phá và giải thích các vấn đề/hiện tượng phức tạp có tính liên kết đến các vấn đề/hiện tượng khác, các nhà nghiên cứu sẽ làm việc theo nhóm

để kết hợp nhiều ngành/kiến thức khác nhau để xem x t vấn đề toàn diện và GQVĐ hiệu quả Với định hướng tạo cơ hội cho người học áp dụng kiến thức vào thực tế, dạy học STEM kết hợp với nội dung môn học KHTN sẽ mở ra nhiều cơ hội vận dụng kiến thức sáng tạo ở nhiều chủ đề có tính nối tiếp cho HS

1.4.2 Về đặc điểm của STEM phù hợp với phát triển NL KHTN

Phát triển các NL cốt lõi: giáo dục STEM có đầy đủ yếu tố về kiến thức, kỹ năng và sáng tạo, tạo điều kiện, môi trường cho người học phát triển NL Đặc biệt là các NL đặc thù: KHTN, Tính toán, Công nghệ thông tin,…

Các hình thức tổ chức của giáo dục STEM đều có thể sử dụng với môn KHTN

và bao phủ được các thành tố/chỉ báo NL KHTN

Môn KHTN đề cập tới nhiều nội dung có thể vận dụng giáo dục STEM để tiếp cận Gần như toàn bộ chủ đề của môn KHTN có thể chọn làm chủ đề STEM, các chủ đề về nuôi tinh thể, xây dựng mô hình mô tả nguyên lý hoạt động,…

Quy trình STEM giúp HS tiếp cận với nghiên cứu khoa học, kỹ thuật Nghiên cứu khoa học, kỹ thuật là một trong những hình thức nổi bật và có tính hiệu quả cao giúp phát triển tình yêu khoa học và vận dụng sáng tạo

Hoạt động trải nghiệm STEM cũng hoàn toàn có thể được đưa vào với các nội dung kiến thức của KHTN Qua hoạt động trải nghiệm STEM giúp HS nâng cao hứng thú học tập, NL làm việc nhóm, GQVĐ, [10]…

1.5 Cơ sở thực tiễn về tổ chức dạy học STEM và Chủ đề “Khối lượng riêng và

Áp suất” tại một số trường THCS trên địa bàn Hà Nội

1.5.1 Mục đích khảo sát

Biểu mẫu nhằm đánh giá mức độ nhận biết và quan tâm của GV môn KHTN, STEM về dạy học tại trường THCS, từ đó đánh giá thực trạng và phát hiện các khó khăn khi dạy học môn KHTN bằng hình thức bài học STEM

Những kết quả thu được là cơ sở để tác giả xây dựng cơ sở thực tiễn cho đề tài

“Xây dựng bài học STEM chủ đề “Khối lượng riêng và Áp suất” – KHTN 8 nhằm phát triển NL THTGTN cho HS”

1.5.2 Đối tượng khảo sát

- Đối tượng điều tra: 24 thầy cô GV KHTN/STEM cấp THCS trên địa bàn quận Đống Đa, Thanh Xuân, thành phố Hà Nội

- Thời gian kết thúc và công bố dữ liệu khảo sát: 17/10/2024

1.5.3 Phương pháp khảo sát

Để thu thập thông tin, tác giả đã áp dụng phương pháp tạo biểu mẫu trên phần

mềm Google Form để thiết kế và thu thập dữ liệu

1.5.4 Kết quả khảo sát

a) Khảo sát về thông tin, trình độ và cơ sở giảng dạy của GV

Biểu đồ 1.1 Kinh nghiệm giảng dạy của GV

- Thông qua khảo sát GV dạy môn KHTN trên địa bàn quận Đống Đa, Hà

Nội về hiểu biết đối với dạy học STEM và Chủ đề “Khối lượng riêng và Áp suất” tác giả đã thu được 24 câu trả lời phiếu hỏi với tỷ lệ như sau: 88% GV có kinh

nghiệm dạy học dưới 5 năm, 8,3% từ 5-10 năm và 4,2% trên 10 năm

Biểu đồ 1.2 Trình độ đào tạo cao nhất của GV

- Về trình độ đào tạo có 95,8% đạt trình độ cử nhân, 4,1% đạt trình độ thạc

sĩ

Biểu đồ 1.3 Loại hình trường THCS đang làm việc của GV

- Về loại hình cơ sở giáo dục công tác của GV có 50% là các trường ngoài công lập, 33,3% là các trường công lập và 18,7% là các trung tâm STEM

Biểu đồ 1.4 Bộ môn giảng dạy của GV

- Về bộ môn giảng dạy của GV có 54% thầy, cô phụ trách giảng dạy môn KHTN và 46% thầy cô giảng dạy môn STEM

Với những phiếu hỏi thu thập được từ các GV tham gia khảo sát đã có sự đa dạng về cơ sở giảng dạy, đảm bảo đủ về trình độ chuyên môn và kinh nghiệm dạy học, điều này giúp thông tin thu thập được có tính thực tế, chính xác, từ đó giúp tác giả phân tích và khai thác hiệu quả thông tin để xây dựng đề tài

b) Khảo sát về dạy học STEM

* Kinh nghiệm tổ chức bài học STEM

Biểu đồ 1.5 Kinh nghiệm tổ chức dạy học STEM của GV

- Từ số liệu biểu đồ 1.4, có 33,3% GV có kinh nghiệm tổ chức dạy học STEM thường xuyên (mức độ 3-5 bài học STEM trong một học kỳ), còn lại 41,7% GV ít khi tổ chức bài dạy STEM ở tần suất thấp (1 bài/1 học kỳ), 16,7% GV tổ chức tối thiểu 02 bài học/1 học kì, 8,3% GV chưa từng tổ chức dạy học STEM

* Các hình thức tổ chức dạy học STEM đã được áp dụng

Biểu đồ 1.6 Các hình thức tổ chức dạy học STEM được GV áp dụng

- Qua khảo sát cho thấy chủ yếu GV tổ chức hoạt động STEM dưới hình thức Bài học STEM/Dự án STEM chiếm 66,7%, Hoạt động ngoại khóa và Ngày hội STEM/Cuộc thi STEM chiếm 16,7%

- Từ kết quả trên cho thấy các GV đã vận dụng đa dạng cả 3 hình thức tổ chức giáo dục STEM thể hiện sự chủ động và sáng tạo của người dạy trong nhiệm vụ xây dựng bài học, môi trường học hấp dẫn, hiệu quả Bài học STEM/Dự án STEM chiếm tỷ lệ cao trong khảo sát, cho thấy sự phù hợp của bài học STEM trong các nội dung bài học và tính vận dụng linh hoạt của hình thức này Ở hình thức bài học STEM, người dạy có thể kết nối nhiều nội dung kiến thức nền tạo cơ hội giúp HS vận dụng vào thực tế phát triển NL dựa theo chu trình STEM Ở hình thức tổ chức Ngày hội/Cuộc thi và hoạt động ngoại khóa ít được lựa chọn hơn bởi khi tổ chức

Thường xuyên tổ chức các bài dạySTEM (3 - 5 bài học STEM trong

Ngày hội STEM

dạy học theo hai hình thức này đòi hỏi sự đầu tư thời gian, cơ sở vật chất và chuyên môn cao, vận hành cho từng hoạt động Từ những đặc điểm này cho thấy tổ chức bài học STEM là một hình thức dạy học hiệu quả, linh động và phù hợp với các nội dung kiến thức theo chương trình giáo dục

* Kinh nghiệm thực hiện các bước trong xây dựng một bài học STEM theo quy trình thiết kế kỹ thuật

Biểu đồ 1.7 Mô hình xây dựng/tổ chức bài học STEM

- Biểu đồ 1.7 cho thấy sự phổ biến của mô hình 5E khi chiếm tới 62,5% tỷ trọng biểu đồ, mô hình tiếp cận quy trình thiết kế kỹ thuật chiếm 37,5% Kết quả khảo sát cho thấy việc áp dụng quy trình thiết kế kỹ thuật trong xây dựng chủ đề/bài học STEM đang được quan tâm

Biểu đồ 1.8 Kinh nghiệm thực hiện các bước trong quy trình BH STEM

- Biểu đồ 1.8 thu được cho thấy chỉ có 25% GV đã biết đến quy trình xây dựng một chủ đề/bài học STEM và triển khai thực hiện Bên cạnh đó, có 20,8% GV

đã hiểu rõ các bước trong quy trình nhưng chưa thực hành, 29,2% đã nghe qua nhưng chưa thực hành các bước trong quy trình và 25% chưa nghe qua các bước

Kinh nghiệm thực hiện các bước trong quy trình

Chưa nghe qua các bước trong quy trình

Đã nghe qua nhưng chưa thực hành các bước trong quy trình

Đã hiểu rõ các bước trong quy trình nhưng chưa thực hành

Đã hiểu rõ các bước trong quy trình

và triển khai thực hành