Thiết kế và tổ chức dạy học một số chủ đề trong phần trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở thực vật theo định hướng giáo dục stem

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊNTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ––––––––––––––––––– PHẠM THỊ THÁI THỦY THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ CHỦ ĐỀ TRONG PHẦN TRAO ĐỔI CHẤT VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG Ở THỰC VẬT TH

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM –––––––––––––––––––

PHẠM THỊ THÁI THỦY

THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ CHỦ ĐỀ TRONG PHẦN TRAO ĐỔI CHẤT

VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG Ở THỰC VẬT

THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

THÁI NGUYÊN - 2019

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM –––––––––––––––––––

PHẠM THỊ THÁI THỦY

THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ CHỦ ĐỀ TRONG PHẦN TRAO ĐỔI CHẤT

VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG Ở THỰC VẬT

THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM

Ngành: LL&PPDH bộ môn Sinh học

Mã số: 8 14 01 11

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Thị Hà

THÁI NGUYÊN - 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin xam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dâncủa TS Nguyễn Thị Hà Các tài liệu trích dẫn trong luận văn đều có nguồn gốc rõràng Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa được công

bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác

Thái Nguyên, tháng 4 năm 2019

Tác giả

Phạm Thị Thái Thủy

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo sau đại học, Ban chủnhiệm khoa và các Thầy, Cô giáo trong khoa Sinh học, trường Đại học Sư phạm - Đạihọc Thái Nguyên đã giảng dạy, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu và các Thầy, Cô giáo bộ môn Sinhhọc trường THPT Bãi Cháy - TP Hạ Long - Tỉnh Quảng Ninh đã giúp đỡ và tạo điềukiện thuận lợi cho tôi trong quá trình nghiên cứu, thực hiện đề tài

Đặc biệt, tôi xin gửi cảm ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Thị Hà đã tận tình giúp đỡ

và hướng dẫn tôi để thực hiện đề tài nghiên cứu, hoàn thành luận văn

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp và ngườithân đã luôn giúp đỡ và tạo điều kiện để hoàn thành luận văn này

Thái Nguyên, tháng 4 năm 2019

Tác giả

Phạm Thị Thái Thủy

MỤC LỤC

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn .ii Mục lục iii Danh mục các chữ viết tắt iv Danh mục các bảng v Danh mục các ảnh và hình vi MỞ ĐẦU 1

1 Lý do lựa chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Đối tượng và khách thể nghiên cứu 2

4 Phạm vi nghiên cứu 2

5 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

6 Giả thuyết khoa học 3

7 Phương pháp nghiên cứu 3

8 Đóng góp mới của đề tài 4

9 Cấu trúc của luận văn 4

Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA DẠY HỌC PHẦN “TRAO ĐỔI CHẤT VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG Ở THỰC VẬT” THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 5

1.1 Tổng quan về giáo dục STEM 5

1.1.1 Tình hình về giáo dục STEM trên thế giới 5

1.1.2 Tình hình giáo dục STEM tại Việt Nam 6

1.2 Một số vấn đề cơ bản về giáo dục STEM 9

1.2.1 Khái niệm STEM 9

1.2.2 Giáo dục STEM 10

1.2.3 Mục tiêu của giáo dục STEM 11

1.2.4 Phân loại STEM 11

1.2.5 Chủ đề giáo dục STEM 12

1.2.7 Hình thức tổ chức giáo dục STEM [4] 141.2.8 Vai trò và triển vọng của giáo dục STEM 151.3 Thực trạng dạy học phần “Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở thực vật”theo định hướng giáo dục STEM ở các trường THPT trên địa bàn tỉnh Quảng Ninh 161.3.1 Thực trạng sử dụng các phương pháp và kỹ thuật dạy học tích cực trong

dạy học phần “Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở thực vật” ở các trường THPT

trên địa bàn tỉnh Quảng Ninh 161.3.2 Hoạt động dạy học theo định hướng giáo dục STEM ở các trường THPT trênđịa bàn tỉnh Quảng Ninh hiện nay 19KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 24

Chương 2: THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ CHỦ ĐỀ TRONG PHẦN “TRAO ĐỔI CHẤT VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG Ở THỰC VẬT” THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 25

2.1 Phân tích cấu trúc phần “Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở thực vật”dưới góc độ STEM 252.1.1 Cấu trúc nội dung của phần “Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở thực vật” 252.1.2 Mục tiêu phần “Trao đổi chất và chuyến hóa năng lượng ở thực vật”[10] 262.2 Mối quan hệ giữa nội dung và mục tiêu phần “Trao đổi chất và chuyển hóanăng lượng ở thực vật” với nội dung và mục tiêu của giáo dục STEM 272.3 Các mức độ dạy học phần “Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở thựcvật” theo định hướng giáo dục STEM 292.4 Quy trình thiết kế và tổ chức dạy học một số chủ đề trong phần “Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở thực vật” theo định hướng giáo dục STEM

30

2.4.1 Tiêu chí của bài học STEM 30

2.4.2 Quy trình thiết kế một số chủ đề trong phần “Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở thực vật” theo định hướng giáo dục STEM

31

2.4.4 Chủ đề minh họa quy trình thiết kế và tổ chức dạy học một số chủ đề trong phần “Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở thực vật” theo định hướng giáo

dục STEM 39

2.5.1 Mục đích đánh giá kết quả học tập 48

2.5.2 Xây dựng thang đo và bộ công cụ đánh giá năng lực GQVĐ và sáng tạo trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM 48

2.5.3 Xây dựng tiêu chí đánh giá sản phẩm (mô hình) STEM 55

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 57

Chương 3: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ CHỦ ĐỀ TRONG PHẦN “TRAO ĐỔI CHẤT VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG Ở THỰC VẬT” THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 58

3.1 Thực nghiệm sư phạm 58

3.1.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 58

3.1.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 58

3.1.3 Nội dung thực nghiệm sư phạm 59

3.1.4 Phương pháp thực nghiệm 59

3.1.5 Xử lý kết quả thực nghiệm sư phạm 60

3.2 Kết quả thực nghiệm sư phạm 62

3.2.1 Kết quả đánh giá về kiến thức 62

3.2.2 Kết quả đánh giá sản phẩm (mô hình) STEM 68

3.2.3 Kết quả đánh giá năng lực GQVĐ và sáng tạo 71

3.2.4 Kết quả đánh giá thái độ 75

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 76

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 PHỤ LỤC

h t t p : / / l r c t nu.ed u v n

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Mức độ sử dụng phương pháp dạy học tích cực 17

Bảng 1.2 Kết quả điều tra mức độ hướng dẫn học sinh vận dụng kiến thức để GQVĐ xảy ra trong thực tiễn 18

Bảng 1.3 Kết quả mức độ quan tâm của GV về giáo dục STEM 19

Bảng 1.4 Kết quả mức độ nhận thức của GV về giáo dục STEM 20

Bảng 1.5 Kết quả khảo sát hoạt động giáo dục STEM ở trường THPT hiện nay 21

Bảng 1.6 Kết quả khảo sát về triển vọng tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM ở trường THPT hiện nay 22

Bảng 2.1 Một số chủ đề dạy học theo định hướng giáo dục STEM trong phần “Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở thực vật” 33

Bảng 2.2 Cấu trúc và tiêu chí của năng lực GQVĐ và sáng tạo 49

Bảng 2.3 Thang đo năng lực GQVĐ và sáng tạo 50

Bảng 2.4 Bảng kiểm quan sát năng lực GQVĐ và sáng tạo của HS dành cho GV 54

Bảng 2.5 Tiêu chí đánh giá sản phẩm (mô hình) STEM 56

Bảng 3.1 Bảng phân phối tần số điểm kiểm tra 15 phút TTĐ và STĐ 63

Bảng 3.2 Bảng phân phối tần suất điểm kiểm tra 15 phút TTĐ và STĐ 63

Bảng 3.3 Bảng tần suất hội tụ tiến điểm kiểm tra 15 phút TTĐ và STĐ 63

Bảng 3.4 Bảng tổng hợp một số tham số đặc trưng của lớp TN ở bài kiểm tra 15 phút TTĐ và STĐ 65

Bảng 3.5 Bảng phân phối tần số điểm kiểm tra 1 tiết 65

Bảng 3.6 Bảng phân phối tần suất điểm kiểm tra 1 tiết 65

Bảng 3.7 Bảng tần suất hội tụ tiến điểm kiểm tra 1 tiết 66

Bảng 3.8 Bảng tổng hợp một số tham số đặc trưng của lớp TN và lớp ĐC ở bài kiểm tra 1 tiết 67

Bảng 3.9 Kết quả đánh giá mô hình (sản phẩm) STEM 70

Bảng 3.10 Bảng đánh giá năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo của lớp TN trước tác động và sau tác động 72

Bảng 3.11 Bảng tổng hợp một số tham số đặc trưng đánh giá năng lực GQVĐ và sáng tạo của lớp TN trước tác động và sau tác động 72

Bảng 3.12 Kết quả đánh giá định lượng cá nhân năng lực GQVĐ và sáng tạo ở lớp TN trước và sau tác động 74

Bảng 3.16 Kết quả điều tra thái độ học tập của học sinh 75

h t t p : / / l r c t nu.ed u v n

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên

DANH MỤC CÁC ẢNH VÀ HÌNH

Ảnh:

Ảnh 2.1 Sơ đồ minh họa hệ thống chiếu sáng nhân tạo trồng cây trong nhà 47

Ảnh 2.2 Mô hình phác thảo hệ thống “Trồng cây dưới ánh sáng nhân tạo” 47

Ảnh 2.3 Lắp ráp mô phỏng hệ thống “Trồng cây dưới ánh sáng nhân tạo” 48

Ảnh 2.4 Mô hình trồng cây dưới ánh sáng nhân tạo 48

Ảnh 3.1 Sản phẩm dự án “Phân bón sinh học – bạn của mọi nhà” 69

Ảnh 3.2 Sản phẩm dự án STEM “Trường học xanh” 69

Ảnh 3.3 Vườn hoa dự án STEM “Trường học xanh” 69

Hình: Hình 1.1 Vòng lặp thiết kế kỹ thuật trong giáo dục STEM 14

Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc nội dung phần “Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở thực vật” 25

Hình 3.1 Biểu đồ biểu diễn tần suất điểm kiểm tra 15 phút TTĐ và STĐ 63

Hình 3.2 Đồ thị đường tích lũy bài kiểm tra 15 phút TTĐ và STĐ 64

Hình 3.3 Biểu đồ biểu diễn tần suất điểm kiểm tra 1 tiết 66

Hình 3.4 Đồ thị đường tích lũy bài kiểm tra 1 tiết giữa lớp TN và lớp ĐC 67

Hình 3.5 Đồ thị đánh giá sự tiến bộ năng lực GQVĐ và sáng tạo của lớp TN trước tác động và sau tác động 73

đồng bộ nhiều giải pháp trong đó “phải thay đổi mạnh mẽ các chính sách, nội dung, phương pháp giáo dục và dạy nghề nhằm tạo ra nguồn nhân lực có khả năng tiếp nhận các xu thế công nghệ sản xuất mới, trong đó cần tập trung vào thúc đẩy đào tạo

về khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học (STEM), ngoại ngữ, tin học trong chương trình giáo dục phổ thông” [18, tr.3] Trước những yêu cầu và thách thức đóđòi hỏi ngành giáo dục đào tạo phải đổi mới căn bản, toàn diện, có tầm nhìn chiếnlược và ổn định lâu dài, phải thay đổi tư duy về quá trình dạy học Khác với cácchương trình giáo dục định hướng nội dung trước đây thì chương trình giáo dục phổthông mà Bộ Giáo dục và Đào tạo mới ban hành được xây dựng theo định hướngphát triển phẩm chất và năng lực của người học, chú trọng khả năng vận dụng kiếnthức vào việc giải quyết các vấn đề trong thực tiễn [5] Người học sẽ là trung tâm củaquá trình dạy học

Trong những năm gần đây có nhiều phương pháp giáo dục mới được đưa vàothử nghiệm tại trường học và một trong những phương pháp đó là giáo dục STEM.Giáo dục STEM là phương thức giáo dục tích hợp theo hướng tiếp cận liên môn nhằmtrang bị cho người học những kiến thức và kỹ năng cần thiết liên quan đến các lĩnhvực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học, giúp cho người học không chỉ hiểu

về lý thuyết mà còn có thể ứng dụng vào giải quyết các vấn đề trong cuộc sống hàngngày Trong chương trình giáo dục phổ thông mới lần này có đầy đủ các môn họcSTEM như Toán học, Khoa học tự nhiên, Công nghệ, Tin học Các môn học khôngtách rời mà được tích hợp liên môn thành các môn học như Khoa học tự nhiên, Khoahọc xã hội dựa trên các ứng dụng thực tế [3] Như vậy, dạy học theo định hướnggiáo dục STEM sẽ đổi mới và nâng cao chất lượng giáo dục mạnh mẽ, góp phần pháttriển năng lực giải quyết vấn đề, đề cao khả năng học tập sáng tạo cho người học vàđịnh hướng nghề nghiệp trong tương lai, đáp ứng được yêu cầu của cuộc CMCN 4.0

h t t p : / / l r c t nu.ed u v n

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên

Trong các môn học ở phổ thông thì môn học Sinh học là môn khoa học thựcnghiệm Năng lực tìm tòi và khám phá thế giới sống của học sinh được phát triểnthông qua thực nghiệm Trong nội dung chương trình môn Sinh học thì phần trao đổichất và chuyển hóa năng lượng ở thực vật đề cập đến nhiều vấn đề gần gũi với cuộcsống hàng ngày như kiến thức về dinh dưỡng khoáng ở thực vật, quang hợp, hô hấp

có thể giúp học sinh vận dụng kiến thức đó để giải quyết các vấn đề thực tiễn như bónphân hợp lý và sử dụng thuốc bảo vệ thực vật cho cây trồng, đề xuất mô hình trồngrau an toàn, các vấn đề ô nhiễm môi trường trong trồng trọt hiện nay Như vậy, cóthể thấy phần trao đổi chất và năng lượng ở thực vật có sự tích hợp các kiến thức nềntảng như Toán học, Vật lý, Hóa học, Công nghệ Vì vậy, vận dụng dạy học theo địnhhướng giáo dục STEM là hoàn toàn có cơ sở và sẽ nâng cao được chất lượng giảngdạy, hoàn toàn phù hợp với định hướng đổi mới căn bản toàn diện giáo dục Việt Namsau 2015

Xuất phát từ những lý do trên, tôi chọn đề tài nghiên cứu: Thiết kế và tổ chức

dạy học một số chủ đề trong phần “Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở thực vật” theo định hướng giáo dục STEM.

2 Mục tiêu nghiên cứu

Thiết kế và tổ chức dạy học được một số chủ đề trong phần “Trao đổi chất vàchuyển hóa năng lượng ở thực vật” theo định hướng giáo dục STEM

3 Đối tượng và khách thể nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Dạy học phần “Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng

ở thực vật” theo định hướng giáo dục STEM

- Khách thể nghiên cứu: Hoạt động dạy và học môn Sinh học lớp 11 ở trườngTHPT

4 Phạm vi nghiên cứu

Thiết kế và tổ chức dạy học được một số chủ đề trong phần “Trao đổi chất vàchuyển hóa năng lượng ở thực vật” theo định hướng giáo dục STEM với đối tượng làhọc sinh lớp 11 - Trường THPT Bãi Cháy - TP Hạ Long - tỉnh Quảng Ninh

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài

h t t p : / / l r c t nu.ed u v n

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên

- Thiết kế được một số chủ đề trong phần “Trao đổi chất và chuyển hóa nănglượng ở thực vật” theo định hướng giáo dục STEM

- Tổ chức dạy học được một số chủ đề trong phần “Trao đổi chất và chuyển hóanăng lượng ở thực vật” đã được thiết kế theo định hướng giáo dục STEM

- Thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm định giả thuyết đã nêu ra

6 Giả thuyết khoa học

Nếu thiết kế và tổ chức dạy học được một số chủ đề trong phần “Trao đổi chất

và chuyển hóa năng lượng ở thực vật” theo định hướng giáo dục STEM thì sẽ gópphần nâng cao chất lượng dạy học phần “Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ởthực vật” đồng thời phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo ở học sinh

7 Phương pháp nghiên cứu

7.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Nghiên cứu các văn bản về đường lối, chủ trương, chính sách của Đảng và Nhànước, ngành Giáo dục có liên quan đến đổi mới giáo dục và vấn đề nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng hợp tài liệu, các công trình khoa học đã công bố có liên quanđến nội dung nghiên cứu của đề tài

- Nghiên cứu nội dung “Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở thực vật”trong chương trình THPT, sách tham khảo làm cơ sở cho việc thực hiện đề tài

7.2 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

7.2.1 Phương pháp điều tra

Điều tra thực trạng giảng dạy môn Sinh học theo định hướng giáo dục STEMtại các trường THPT trên địa bàn tỉnh Quảng Ninh thông qua phiếu điều tra ý kiếngiáo viên và học sinh

7.2.2 Phương pháp thực nghiệm sư phạm

Đưa quy trình dạy học của một số chủ đề trong phần “Trao đổi chất và chuyểnhóa năng lượng ở thực vật” theo định hướng giáo dục STEM đã được thiết kế vàothực nghiệm tại trường THPT để kiểm tra tính đúng đắn của đề tài thông qua bàikiểm tra sau khi kết thúc giờ học

7.3 Phương pháp xử lý số liệu bằng toán thống kê

h t t p : / / l r c t nu.ed u v n

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên

Sử dụng các phần mềm xử lý số liệu về khoa học giáo dục nhằm xử lý các sốliệu đánh giá chất lượng lĩnh hội kiến thức và năng lực học tập của học sinh sau quátrình thực nghiệm

8 Đóng góp mới của đề tài

Thiết kế và tổ chức dạy học được một số chủ đề trong phần “Trao đổi chất vàchuyển hóa năng lượng ở thực vật” theo định hướng giáo dục STEM

9 Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn gồm 3 chương:

Chương 1 Cơ sở lí luận và thực tiễn dạy học phần “Trao đổi chất và chuyển

hóa năng lượng ở thực vật”- Sinh học 11 THPT theo định hướng giáo dục STEM

Chương 2 Thiết kế và tổ chức dạy học được một số chủ đề trong phần “Trao

đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở thực vật” theo định hướng giáo dục STEM

Chương 3 Đánh giá kết quả tổ chức dạy học phần “Trao đổi chất và chuyển

hóa năng lượng ở thực vật” theo định hướng giáo dục STEM

Chương 1

h t t p : / / l r c t nu.ed u v n

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên

CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA DẠY HỌC PHẦN “TRAO ĐỔI CHẤT VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG Ở THỰC VẬT” THEO ĐỊNH

HƯỚNG GIÁO DỤC STEM1.1 Tổng quan về giáo dục STEM

1.1.1 Tình hình về giáo dục STEM trên thế giới

Giáo dục STEM là phương thức giáo dục tích hợp liên môn và tạo ra sự kếthợp hài hòa giữa các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học nhằm gópphần mang đến cho học sinh những trải nghiệm và khám phá thú vị về tri thức cũngnhư phát huy khả năng sáng tạo cá nhân Hiện nay, giáo dục STEM đã trở thành vấn

đề được nhiều quốc gia và các nhà khoa học trên thế giới quan tâm

Tại Mỹ, giáo dục STEM được ra đời vào những năm 60, 70 của thế kỷ XXtrong điều kiện nước Mỹ được coi là quốc gia có hệ thống giáo dục tốt nhất trên thếgiới Các trường học ở Mỹ đã xây dựng nội dung chương trình giáo dục STEM, cáclớp học STEM, đào tạo giáo viên về dạy học STEM Nhờ đó mà giáo dục STEM đãgiúp cho quốc gia này có những đột phá quan trọng trong giáo dục, góp phần đào tạođược nguồn nhân lực chất lượng cao Một thống kế ở Mỹ cho thấy từ năm 2004 đến

2014, việc làm liên quan đến khoa học và kỹ thuật tăng 26%, việc làm STEM có tốc

độ tăng trưởng gấp 4 lần so với tốc độ tăng trưởng trung bình của các ngành khác nếutính từ năm 1950 đến 2007 [17]

Tại Pháp, giáo dục STEM được thực hiện ở các cấp học và ở cấp Trung họcphổ thông (THPT) giáo dục STEM chiếm thời lượng đáng kể Ngay từ năm học đầutiên học sinh đã được tham gia vào các hoạt động nghiên cứu về Khoa học đời sống

và Trái Đất, các chủ đề dạy học có liên quan đến giáo dục STEM [14]

Tại Anh đã xây dựng một chương trình hành động nhằm thúc đẩy giáo dụcSTEM với 4 nội dung chính: (1) Tuyển dụng giáo viên STEM; (2) bồi dưỡng nângcao trình độ giáo viên; (3) Cải cách chương trình học; (4) phát triển cơ sở vật chấtphục vụ cho việc dạy học STEM [11] Mục tiêu của giáo dục STEM tại quốc gia này

là đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao, có khả năng nghiên cứu và ứng dụng khoahọc vào thực tiễn

h t t p : / / l r c t nu.ed u v n

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên

Bên cạnh đó một số quốc gia có nền giáo dục phát triển như Australia, HànQuốc, Hà Lan, Singapore, Canada, Phần Lan… cũng có nhiều công trình nghiên cứu

về giáo dục STEM Giáo dục STEM được đưa vào trong các cấp học với mục tiêu làlàm tăng khả năng sáng tạo, đam mê nghiên cứu khoa học của học sinh Học sinhđược đào tạo theo mô hình giáo dục STEM có cơ hội nhận được việc làm tốt hơn vàtiếp cận với các công việc có nguồn thu nhập cao, góp phần thúc đẩy sự tăng trưởngkinh tế của quốc gia

Có thể nói rằng: Giáo dục STEM đã được nghiên cứu, triển khai từ vài thập kỷtrước tại rất nhiều các quốc gia trên thế giới và được công nhận là hướng đi đúng đắn.Với xu hướng đó chứng tỏ giáo dục STEM là chìa khóa cải cách giáo dục quan trọng,góp phần tăng khả năng hứng thú học tập và đam mê nghiên cứu khoa học của họcsinh Trong một bài phát biểu trước thượng nghị viện Mỹ, Bill Gates đã từng nói

“Chúng ta không thể duy trì được một nền kinh tế sáng tạo trừ khi chúng ta có nhữngcông dân được đào tạo tốt về toán học, khoa học và kỹ thuật” Giáo dục STEM khôngphải là để học sinh trở thành những nhà khoa học, kỹ sư mà là phát triển các kỹ năngcần thiết được sử dụng để làm việc, giải quyết các vấn đề trong cuộc sống và pháttriển trong thế giới công nghệ hiện đại ngày nay [17] Giáo dục STEM chính là giảipháp đáp ứng nguồn nhân lực cho cuộc cách mạng công nghiệp 4.0

1.1.2 Tình hình giáo dục STEM tại Việt Nam

Nhận thấy được lợi ích và tiềm năng của giáo dục STEM, công ty Cổ phầnDTT Eduspec phối hợp với Trường Icarnegie - Hoa Kỳ đã đưa chương trình giáo dụcSTEM vào Việt Nam năm 2011 tại Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh, sau đó là ĐàNẵng (2013) Mặt khác, để dễ dàng tiếp cận với giáo dục STEM thì từ năm 2012 đếnnay, Bộ Giáo dục & Đào tạo (Bộ GD&ĐT) tổ chức các cuộc thi “Vận dụng kiến thứcliên môn để giải quyết các tình huống xảy ra trong thực tiễn” và cuộc thi “Sáng tạoKhoa học kỹ thuật (KHKT) dành cho học sinh trung học” Cuộc thi là cơ hội để họcsinh vận dụng các kiến thức đã học để giải quyết các vấn đề trong thực tiễn và pháthuy khả năng sáng tạo của cá nhân, thúc đẩy phong trào đổi mới giáo dục mạnh mẽ.Qua 6 năm triển khai, hai cuộc thi trên đã nhận được sự quan tâm của học sinh, giáoviên, cán bộ quản lí giáo dục, phụ huynh Nhiều đề tài, nhiều dự án được học sinhnghiên cứu và

h t t p : / / l r c t nu.ed u v n

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên

đạt được giải cao ở cấp quốc gia, quốc tế Đây chính là cách tiếp cận sớm của Bộ GD

& ĐT để chuẩn bị cho việc triển khai chương trình giáo dục phổ thông mới cũng nhưgiáo dục STEM vào thực tế

Tại Hà Nội, các hoạt động thuộc lĩnh vực giáo dục STEM như CLB STEM,đưa các môn học STEM vào học tập theo hình thức chính khóa (STEM Khoa học máytính, STEM Khoa học dữ liệu, STEM Robotics) … Phối hợp với với các tổ chức giáodục như Học viện sáng tạo S3, công ty Cổ phần DTT Eduspec tổ chức kỳ thi Roboconquốc tế, Khoa học máy tính Nhiều học sinh của các trường Tiểu học và Trung học cơ

sở của Hà Nội đã đạt giải cao tại các kỳ thi quốc gia, quốc tế Nhiều học sinh hứngthú và tham gia các khóa học STEM hàng năm tại các trung tâm

Tại Thành phố Hồ Chí Minh, từ năm 2012 đã triển khai thí điểm môn STEMRobotics vào các trường tiểu học có đủ điều kiện thí điểm theo hình thức tự chọn Đếnnăm 2015, môn STEM Robotics đã được triển khai đến Trung học cơ sở và thí điểmtrở thành môn học chính khóa tại một số trường học Bên cạnh đó, Sở GD & ĐT cũngphối hợp với các tổ chức giáo dục mở các cuộc tập huấn về giáo dục STEM cho cán

bộ quản lý, giáo viên

Ngoài Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh thì từ năm 2015, Bộ GD & ĐT đãphối hợp với Hội đồng Anh triển khai thí điểm mô hình giáo dục STEM ở nhiều tỉnh,thành phố như Nam Định, Hải Phòng, Nghệ An, Hải Dương, Đồng Tháp, Lào Cai,Quảng Ninh, Cần Thơ Từ năm 2016 - 2017, đã có hơn 50 dự án STEM được xâydựng và bước đầu đã thu được kết quả như làm thay đổi nhận thức của cán bộ quản

lý và giáo viên về giáo dục STEM, học sinh được tiếp cận với các giờ học STEM vàcâu lạc bộ (CLB) STEM trong trường học [4] Tuy nhiên, hoạt động giáo dục STEMmới chỉ mang tính chất thử nghiệm, là hoạt động ngoại khóa chưa thực sự trở thànhmột hoạt động học tập chính khóa trong trường phổ thông Để nâng cao vai trò củahoạt động dạy học theo định hướng giáo dục STEM thì trong chương trình giáo dụcphổ thông mới ban hành đã có đầy đủ các môn học STEM như Toán học, Khoa học

tự nhiên, Công nghệ, Tin học Vị trí của giáo dục tin học và giáo dục công nghệ đượcnâng cao Yêu cầu về dạy học tích hợp và đổi mới phương pháp dạy học trong chươngtrình giáo dục phổ thông mới tạo điều kiện cho việc tổ chức các chủ đề giáo dụcSTEM Đây

h t t p : / / l r c t nu.ed u v n

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên

không chỉ thể hiện rõ tư tưởng STEM mà còn là sự điều chỉnh kịp thời của giáo dục phổ thông trước cách mạng 4.0 [3]

Cho đến nay ở Việt Nam đã có một số công trình nghiên cứu về giáo dục STEMcho đối tượng học sinh phổ thông:

Lê Xuân Quang (2017), Dạy học môn Công nghệ phổ thông theo định hướng giáo dục STEM, Luận án Tiến sĩ Khoa học Giáo dục, Trường ĐHSP Hà Nội.

Nguyễn Thanh Nga (chủ biên), Phùng Việt Hải, Nguyễn Quang Linh, Hoàng

Phước Muội (2017), Thiết kế và tổ chức chủ đề STEM cho học sinh THCS và THPT,

NXB Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh, TP Hồ Chí Minh

Nguyễn Thanh Nga, Hoàng Phước Muội (2018), Tổ chức hoạt động trảinghiệm theo định hướng giáo dục STEM thông qua hoạt động Câu lạc bộ và sử dụng

cơ sở vật chất phòng thí nghiệm ở trường trung học Tạp chí khoa học, Trường ĐHSP Thành phố Hồ Chí Minh, Số 15 (4) (Khoa học Giáo dục), tr 5-16.

Qua tìm hiểu lược sử các công trình nghiên cứu trên chúng tôi nhận thấy mỗicông trình đề cập đến các vấn đề khác nhau của giáo dục STEM: Trong luận án Tiến

sĩ của mình, tác giả Lê Xuân Quang đưa ra được các vấn đề cơ bản về giáo dục STEM

và xây dựng quy trình dạy học theo định hướng giáo dục STEM được áp dụng trongmôn Công nghệ lớp 8 Mặt khác trong luận án, tác giả cũng đã xây dựng được bộcông cụ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề và năng lực sáng tạo, đánh giá sản phẩmSTEM sử dụng được cho nhiều phân môn Còn công trình của nhóm tác giả NguyễnThanh Nga, Phùng Việt Hải, Nguyễn Quang Linh, Hoàng Phước Muội đã giúp giáoviên và học sinh hiểu rõ được một số vấn đề về giáo dục STEM, giới thiệu các chủ đềminh họa thuộc nhiều phân môn khác nhau Đây là nguồn tài liệu tham khảo tốt chogiáo viên, cán bộ quản lí và học sinh khi tham gia vào các hoạt động giáo dục STEM

Như vậy các công trình nghiên cứu về giáo dục STEM ở Việt Nam chưa nhiềuxong các tác giả đều đưa ra những tổng hợp khái quát về giáo dục STEM, quy trìnhthiết kế và tổ chức các hoạt động giáo dục STEM Tuy nhiên các công trình nghiêncứu về thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề STEM cho từng môn học riêng chưa cónhiều, một số quy trình thiết kế chưa được thống nhất Mặt khác, cách tổ chức dạyhọc các

h t t p : / / l r c t nu.ed u v n

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên

bài học STEM chưa thống nhất về quy trình thực hiện Vì vậy trong phạm vi nghiên cứu của đề tài này, chúng tôi sẽ tập trung làm sáng tỏ một số vấn đề sau đây:

1 Cơ sở lí luận và thực tiễn của việc thiết kế và tổ chức dạy học theo địnhhướng giáo dục STEM nói chung và dạy học phần “Trao đổi chất và chuyển hóa nănglượng ở thực vật” theo định hướng giáo dục STEM nói riêng để từ đó làm cơ sở choviệc xây dựng các chủ đề STEM ở các phần khác trong môn Sinh học

2 Xây dựng quy trình thiết kế và tổ chức dạy học một số chủ đề phần “Traođổi chất và chuyển hóa năng lượng ở thực vật” theo định hướng giáo dục STEM theoquy trình thống nhất, có thể áp dụng được cho các phần khác trong môn Sinh học vàcác môn học khác

1.2 Một số vấn đề cơ bản về giáo dục STEM

1.2.1 Khái niệm STEM

STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Côngnghệ), Engineering (Kỹ thuật) và Mathematics (Toán học) [19]

Science (Khoa học): Gồm các kiến thức về Vật lý, Hóa học, Sinh học và Khoa

học Trái Đất nhằm giúp học sinh hiểu về thế giới tự nhiên và vận dụng kiến thức đó

để giải quyết các vấn đề khoa học trong cuộc sống hàng ngày

Technology (Công nghệ): Phát triển khả năng sử dụng quản lí, hiểu và đánh giá

công nghệ của học sinh, tạo cơ hội để học sinh hiểu về công nghệ, ảnh hưởng củacông nghệ đến đời sống

Engineering (Kỹ thuật): Phát triển sự hiểu biết ở học sinh về cách công nghệ

đang phát triển thông qua quy trình thiết kế các đối tượng, các hệ thống hay xây dựngcác quy trình sản xuất trên cơ sở vận dụng kiến thức Khoa học và Toán học

Mathematics (Toán học): Phát triển ở học sinh khả năng phân tích, biện luận

và truyền đạt ý tưởng thông qua việc tính toán, giải thích các giải pháp giải quyết cácvấn đề trong các tình huống đặt ra

Thuật ngữ STEM được giới thiệu lần đầu tiên bởi Quỹ Khoa học Mỹ vào năm

2001 Hiện nay tùy theo ngữ cảnh mà thuật ngữ STEM được hiểu theo các ngữ cảnh khác nhau [12], [14], [15]:

h t t p : / / l r c t nu.ed u v n

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên

Trong ngữ cảnh giáo dục muốn nhấn mạnh đến sự quan tâm của nền giáo dụcđối với các môn Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán Quan tâm đến việc tích hợpcác môn khoa học trên gắn với thực tiễn để nâng cao năng lực cho người học

Trong ngữ cảnh nghề nghiệp, STEM được hiểu là nghề nghiệp thuộc các lĩnhvực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học

1.2.2 Giáo dục STEM

Giáo dục STEM là một khái niệm mới và được các nhà giáo dục quan tâmnghiên cứu nên có nhiều cách hiểu khác nhau Có 3 cách hiểu chính về giáo dụcSTEM:

- Theo Bộ Giáo dục Hoa Kỳ (2007): “Giáo dục STEM là một chương trình nhằm cung cấp hỗ trợ, tăng cường, giáo dục Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học (STEM) ở tiểu học và trung học cho đến bậc sau đại học” [22]

- Theo hướng tích hợp bốn lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán

học, nhóm tác giả Tsupros N., Kohler và Hallinen J (2009) cho rằng: “Giáo dục STEM là phương pháp học tập tiếp cận liên ngành, ở đó những kiến thức hàn lâm được kết hợp chặt chẽ với các bài học thực tế thông qua việc học sinh được áp dụng những kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học vào trong những bối cảnh cụ thể tạo nên một sự kết nối giữa nhà trường, cộng đồng và các doanh nghiệp cho phép người học phát triển những kỹ năng STEM” [20, tr.1]

- Theo hướng tích hợp từ hai lĩnh vực, tác giả Sanders định nghĩa: “Giáo dục STEM là phương pháp tiếp cận, khám phá trong giảng dạy và học tập giữa hai hay nhiều hơn các môn học STEM hoặc giữa một chủ đề STEM” [19, tr.21]

- Theo tác giả Lê Xuân Quang (2017): “Giáo dục STEM là một quan điểm theo hướng tiếp cận liên ngành từ hai trong các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học trở lên Trong đó nội dung học tập được gắn với thực tiễn, phương pháp dạy học theo quan điểm dạy học định hướng hành động” [14, tr.18]

- Theo quan điểm của chúng tôi thì giáo dục STEM về là một mô hình học tậptheo hướng tích hợp Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học thành một mô hìnhgắn lý thuyết với ứng dụng thực tiễn Giáo dục STEM góp phần phát triển năng lựctoàn diện của học sinh, đặc biệt là năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo, năng lựchợp

h t t p : / / l r c t nu.ed u v n

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên

tác đáp ứng được yêu cầu về định hướng nghề nghiệp trong tương lai, đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế và xã hội của quốc gia

1.2.3 Mục tiêu của giáo dục STEM

Tại một quốc gia trên thế giới như Mỹ, Anh, Úc, Pháp…coi giáo dục STEM làmột giải pháp trong giáo dục nhằm mục tiêu đào tạo nguồn nhân lực chất lượng caođáp ứng được nhu cầu công việc và bối cảnh của nền kinh tế tri thức thời đại toàn cầuhóa cạnh tranh Ở Việt Nam, nền kinh tế tri thức đang tác động mạnh mẽ đến mọi mặtcủa xã hội và cần sự đổi mới toàn diện của giáo dục thì giáo dục STEM hướng tới cácmục tiêu sau [12], [14], [16]:

- Thực hiện mục tiêu đã nêu của chương trình giáo dục phổ thông là địnhhướng phát triển năng lực của người học

- Phát triển năng lực đặc thù của người học thông qua các môn học STEM: Đó

là những kiến thức, kỹ năng liên quan đến các môn học Khoa học, Công nghệ, Kỹthuật và Toán học Trong đó học sinh biết liên kết các kiến thức Khoa học, Toán học

để giải quyết các vấn đề thực tiễn Biết sử dụng, quản lí và truy cập Công nghệ Biết

sử dụng kiến thức Kỹ thuật thiết kế và tạo ra sản phẩm

- Phát triển năng lực cốt lõi cho học sinh: Phát triển tư duy phê phán, khả nănghợp tác để thành công

- Định hướng nghề nghiệp cho học sinh: Giúp cho học sinh có những kiếnthức, kỹ năng nền tảng cho việc học tập ở các bậc cao hơn cũng như nghề nghiệptrong tương lai, góp phần xây dựng lực lượng lao động có năng lực, phẩm chất tốt,đặc biệt lao động trong lĩnh vực STEM

1.2.4 Phân loại STEM

Giáo dục STEM là một mô hình giáo dục có vai trò quan trọng trong việc pháttriển năng lực của người học Tuy nhiên việc thực hiện giáo dục STEM có hiệu quảhay không thì còn phụ thuộc cách thức vận dụng các các loại STEM và điều kiện, cơ

sở vật chất của các cơ sở giáo dục

Có 3 cách phân loại STEM [13]:

(1) Dựa trên lĩnh vực STEM tham gia giải quyết vấn đề (GQVĐ)

- STEM đầy đủ là loại hình STEM yêu cầu người học vận dụng kiến thức của

cả 4 lĩnh vực STEM để tham gia GQVĐ

h t t p : / / l r c t nu.ed u v n

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên

- STEM khuyết là loại hình STEM mà người học không phải vận dụng kiếnthức của cả 4 lĩnh vực STEM để tham gia GQVĐ

(2) Dựa trên phạm vi kiến thức để giải quyết vấn đề STEM

- STEM cơ bản là loại hình STEM được xây dựng trên cơ sở kiến thức thuộcphạm vi các môn Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học trong chương trìnhgiáo dục phổ thông, bám sát nội dung sách giáo khoa

- STEM mở rộng là loại hình STEM có những nội dung kiến thức ngoài chươngtrình và sách giáo khoa, học sinh phải tự tìm hiểu và nghiên cứu

(3) Dựa vào mục đích dạy học

- STEM dạy kiến thức mới là loại STEM được xây dựng trên cơ sở kết nốikiến thức của nhiều môn học khác nhau mà học sinh chưa được học Học sinh vừagiải quyết vấn đề vừa lĩnh hội tri thức mới

- STEM vận dụng là loại STEM được xây dựng trên cơ sở kiến thức học sinh

đã được học và sẽ bồi dưỡng cho học sinh năng lực vận dụng lý thuyết vào thực tiễn

1.2.5 Chủ đề giáo dục STEM

Chủ đề STEM là chủ đề dạy học được thiết kế dựa trên vấn đề thực tiễn kếthợp với kiến thức, kỹ năng của các môn khoa học trong chương trình phổ thông Cácchủ đề giáo dục STEM thường phải đảm bảo các tiêu chí sau [12]:

- Hướng tới việc giải quyết vấn đề trong thực tiễn: Các vấn đề trong thực tiễn

là các vấn đề gần gũi, nảy sinh trong đời sống xã hội thường ngày Học sinh vậndụng kiến thức STEM để giải quyết các vấn đề đó

- Định hướng thực hành: Đây là một tiêu chí quan trọng của chủ đề giáo dụcSTEM, gắn lý thuyết với thực tiễn Thông qua thực tiễn học sinh sẽ hiểu sâu hơn về lýthuyết của các môn Khoa học và Toán học

- Phát triển năng lực làm việc nhóm: Đây là một kỹ năng quan trọng của conngười trong thế kỷ 21 Thông qua làm việc nhóm cá nhân học sinh sẽ phát triển kỹnăng giao tiếp, năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo

Chủ đề STEM được thiết kế thông qua dạy học các môn học về STEM theocác hình thức sau [13]:

h t t p : / / l r c t nu.ed u v n

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên

- Chủ đề STEM đơn môn: Dạng chủ đề này được dạy trong một môn học duynhất Chủ đề STEM được thiết kế trong phạm vi một tiết hoặc nhiều tiết học Giáoviên sẽ định hướng hoạt động để học sinh hoàn thành nhiệm vụ học tập

- Chủ đề STEM được dạy trong nhiều môn học: Dạng chủ đề STEM này đượcnghiên cứu dưới nhiều môn học khác Giáo viên sẽ dạy học chủ đề STEM như cáchdạy chủ đề STEM đơn môn và theo góc độ riêng của mình Ví dụ như khi dạy chủ đề

“Nước và cuộc sống” thì giáo viên môn Hóa học sẽ nghiên cứu về tính chất của nước,giáo viên môn Sinh học hướng dẫn nghiên cứu về vai trò của nước trong cơ thể…

- Chủ đề STEM nhiều môn phối hợp: Đây là dạng STEM có sự liên kết kiếnthức giữa các môn rất chặt chẽ Các môn học tiếp cận chủ đề theo góc độ kiến thứcchuyên môn riêng nhưng những nội dung được giải quyết trong môn học trước sẽ làtiền đề cho môn học sau

1.2.6 Quy trình giáo dục STEM

1.2.6.1 Quy trình tiếp cận nghiên cứu khoa học

Giáo dục STEM theo cách tiếp cận nghiên cứu khoa học cũng là một mô hìnhđược các quốc gia quan tâm và áp dụng Theo mô hình này học sinh sẽ được tiếp cậnvới các vấn đề khoa học theo cách của nhà khoa học.Vấn đề cần giải quyết sẽ làmsáng tỏ thông qua giả thuyết khoa học và giả thuyết này được kiểm chứng bằng các sốliệu cụ thể Việc áp dụng mô hình này trong giáo dục STEM phù hợp với hoạt độngnghiên cứu khoa học và sinh hoạt câu lạc bộ STEM Trên cơ sở quy trình nghiên cứukhoa học, tác giả Lê Xuân Quang đã cải tiến và đề xuất quy trình giáo dục STEMtheo phương pháp nghiên cứu khoa học gồm 6 bước như sau [14]:

- Bước 1: Đặt câu hỏi nghiên cứu

- Bước 2: Đề xuất giải thuyết

- Bước 3: Trải nghiệm

- Bước 4: Quan sát và ghi chép

- Bước 5: Phân tích

- Bước 6: Chia sẻ kết quả

Tại Việt Nam cuộc thi “Sáng tạo KHKT dành cho học sinh trung học” đang trởnên phổ biến cũng là một hình thức của giáo dục STEM theo mô hình này

h t t p : / / l r c t nu.ed u v n

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên

1.2.6.2 Quy trình tiếp cận theo nguyên lí thiết kế kỹ thuật

Đặc điểm của giáo dục STEM là nhấn mạnh đến yếu tố kỹ thuật trong quá trìnhtạo ra sản phẩm Do vậy việc vận dụng quy trình trong giáo dục STEM sẽ thực sự đạthiệu quả cao khi bài học được thiết kế theo quy trình kỹ thuật

Khác với quy trình tiếp cận nghiên cứu khoa học thì theo quy trình này vấn đềđược giải quyết sẽ dựa trên quy trình kĩ thuật và được thực hiện theo vòng lặp kỹthuật

gồm 6 bước như sau:

h t t p : / / l r c t nu.ed u v n

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên

Chia sẻ

Xác định vấn đề

Xác định các giải pháp

1.2.7.1 Dạy các môn học STEM

Đây là hình thức tổ chức dạy học được tiến hành trong nhà trường theo giờ họcchính khóa Hoạt động giáo dục STEM được tiến hành theo hướng tiếp cận liên môn.Các chủ đề giáo dục STEM bám sát nội dung chương trình của các môn học

1.2.7.2 Hoạt động trải nghiệm STEM

Hoạt động trải nghiệm STEM là hoạt động mà học sinh được lĩnh hội kiến thứcnền tảng thông qua khám phá các hiện tượng, các ứng dụng khoa học trong đời sống

và phát huy năng lực sáng tạo thông qua GQVĐ Hiện nay hoạt động trải nghiệmSTEM được tổ chức thông qua các trò chơi, ngày hội STEM, CLB STEM… Trong đó

mô hình CLB STEM là mô hình có thể triển khai trong các trường phổ thông, thu hútcác học sinh yêu thích khoa học tham gia và là cơ hội để phát huy năng lực sáng tạo.Tuy nhiên

hoạt động trải nghiệm STEM muốn thành công và đem lại hiệu quả cao cần có sựtham gia của nhà trường, phụ huynh, các tổ chức giáo dục uy tín, các trường caođẳng, đại học…

1.2.7.3 Hoạt động nghiên cứu khoa học

Giáo dục STEM được triển khai thông qua hoạt động nghiên cứu khoa học vàcác cuộc thi sáng tạo KHKT theo các lĩnh vực, các chủ đề khác nhau như robot, nănglượng tái tạo, môi trường Thông qua hoạt động nghiên cứu khoa học sẽ giúp học sinhrèn luyện kỹ năng GQVĐ và sáng tạo trong giải quyết các tình huống xảy ra trongthực tiễn, định hướng nghề nghiệp trong tương lai Trong những năm qua cuộc thi

“Sáng tạo KHKT dành cho HS trung học” được Bộ GD & ĐT tổ chức đã trở thànhmột hoạt động giáo dục thường niên và là sân chơi trí tuệ cho học sinh, nhận được sựquan tâm của xã hội và đặc biệt là các nhà khoa học Đây chính là tiền đề quan trọng

để đưa hoạt động giáo dục STEM trở thành hoạt động phổ biến trong trường học

1.2.8 Vai trò và triển vọng của giáo dục STEM

Thế giới đang bước vào cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 với sự phát triểnmạnh mẽ về khoa học, kỹ thuật và công nghệ như trí tuệ nhân tạo, thực tế ảo, côngnghệ in

3D, công nghệ sinh học… Con người sẽ cùng nhau làm việc trong một môi trườnglàm việc thông minh, năng động với xu hướng tự động hóa Chính điều này sẽ tạo ranhững cơ hội và thách thức mới trong việc đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao chotất cả các quốc gia trên thế giới trong đó có Việt Nam Vì vậy việc đưa giáo dụcSTEM vào dạy học trong trường phổ thông sẽ những vai trò sau đây [4]:

- Thực hiện triển khai giáo dục STEM ở nhà trường sẽ đảm bảo mục tiêu giáodục toàn diện Các môn học như Khoa học, Toán học, Công nghệ và Kỹ thuật sẽ đượcquan tâm, chú trọng về đổi mới nội dung và phương pháp dạy học (PPDH)

- Nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM và rèn luyện kĩ năng vậndụng kiến thức vào thực tiễn: Các chủ đề STEM thường gắn với các vấn đề trongthực tiễn và hướng tới việc vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các tình huốngxảy ra trong thực tiễn Vì vậy, học sinh sẽ được trải nghiệm các tri thức từ thực tếcuộc sống nên sẽ nâng cao hứng thú học tập

- Dạy học theo định hướng giáo dục STEM sẽ góp phần hình thành và pháttriển năng lực, phẩm chất cho học sinh đặc biệt là năng lực GQVĐ và sáng tạo, giúphọc sinh làm quen với nghiên cứu khoa học.

- Giáo dục STEM sẽ giúp cho mỗi HS thấy được sự phù hợp năng lực, sởtrường của bản thân với các nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM và có cơ hội lựa chọncác ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM, thích ứng được với sự đòi hỏi của cuộc cáchmạng công nghiệp 4.0

Có thể nói rằng: Giáo dục STEM đã đem đến những thành công trong đổi mớigiáo dục và phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao tại các quốc gia trên thế giới và

sẽ tiếp tục được các nhà nghiên cứu quan tâm, các nước trên thế giới đầu tư phát triển.Tại Việt Nam, giáo dục STEM đã bắt đầu với xu thế của thế giới và được bắt đầu thíđiểm triển khai trong những năm gần đây Trong chương trình phổ thông mới đượccông bố thì các môn học STEM được thể hiện rõ rệt trong chương trình và thực hiệntrong hoạt động học tập chính khóa Hành trang của công dân toàn cầu trong kỷnguyên số hóa không chỉ là kiến thức mà còn là kỹ năng như kỹ năng giải quyết vấn

đề, kỹ năng tư duy sáng tạo, kỹ năng tư duy kỹ thuật

1.3 Thực trạng dạy học phần “Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở thực vật” theo định hướng giáo dục STEM ở các trường THPT trên địa bàn tỉnh Quảng Ninh

1.3.1 Thực trạng sử dụng các phương pháp và kỹ thuật dạy học tích cực trong dạy học phần “Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở thực vật” ở các trường THPT trên địa bàn tỉnh Quảng Ninh

- Thời gian điều tra: Tháng 8, 9/2018

- Đối tượng và địa điểm điều tra: 32 giáo viên Sinh học ở các trường THPTtrên địa bàn tỉnh Quảng Ninh (THPT Bãi Cháy, THPT Hòn Gai, THPT Quảng Hà,THPT Tiên Yên, THPT Đông Thành, THPT Bạch Đằng, THPT Hoành Bồ)

- Nội dung: Thực trạng sử dụng các phương pháp và kĩ thuật dạy học tích cực,hướng dẫn HS vận dụng kiến thức giải quyết vấn đề thực tiễn trong dạy học phần

“Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở thực vật” để từ đó tìm ra giải pháp hợp lýcho việc vận dụng dạy học theo định hướng giáo dục STEM nhằm nâng cao chấtlượng dạy học bộ môn

h t t p : / / l r c t nu.ed u v n

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên

Bảng 1.1 Mức độ sử dụng phương pháp dạy học tích cực Phương pháp và kỹ

thuật dạy học tích cực

Các mức độ Chưa bao giờ Thỉnh thoảng Thường xuyên

- Dạy học qua thực hành, thí nghiệm thỉnh thoảng mới được thực hiện (62,5%)

vì các hóa chất và thiết bị phục vụ cho thí nghiệm, thực hành của môn Sinh học chưađáp ứng được yêu cầu của chương trình

- Dạy học dự án và dạy học tích hợp được GV sử dụng chiếm 15% -> 25%.PPDH này chỉ thực hiện khi tổ chức hoạt động chuyên đề hoặc tham gia cuộc thi dạyhọc tích hợp 60% GV được điều tra chưa áp dụng bao giờ

h t t p : / / l r c t nu.ed u v n

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên

* Sử dụng kĩ thuật dạy học tích cực:

Nhìn vào bảng 1.1 ta thấy:

- Sơ đồ tư duy là kĩ thuật dạy học được GV sử dụng nhiều nhất chiếm 65,62%

Đa số các GV đều cho rằng đây là kỹ thuật áp dụng được cho nhiều kiểu bài, có tính

hệ thống hóa kiến thức, dễ thực hiện

- Kĩ thuật hợp tác nhóm cũng được các GV sử dụng (59,4%) nhưng tùy theobài học, theo nội dung học tập Tuy nhiên các GV cho biết cách bố trí lớp học và sốlượng học sinh trong lớp quá đông nên việc sử dụng kĩ thuật hợp tác nhóm trên lớpgặp khó khăn làm cho GV ngại sử dụng

- Kĩ thuật khăn trải bàn và mảnh ghép: Hiếm khi sử dụng (15% -> 21%).Thường sử dụng khi có hoạt động hội giảng, thao giảng, chuyên đề

Như vậy kết quả điều tra đã cho thấy việc triển khai các PPDH và kỹ thuật dạyhọc tích cực vẫn còn gặp một số khó khăn nhất định

* Vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề xảy ra trong thực tiễn

Bảng 1.2 Kết quả điều tra mức độ hướng dẫn học sinh vận dụng kiến thức để

GQVĐ xảy ra trong thực tiễn Mức độ

Tỉ lệ (%) Chưa bao giờ Thỉnh thoảng Thường xuyên

về học tập và thi cử đang chi phối nhiều hoạt động học của học sinh hiện nay

Như vậy từ phân tích số liệu về thực trạng dạy học Sinh học có thể rút ra kếtluận như sau:

- GV đã quan tâm đến việc vận dụng các phương pháp và kỹ thuật dạy học tíchcực nhưng vẫn còn hạn chế Nhưng việc triển khai các phương pháp và kỹ thuật dạyhọc tích cực còn gặp nhiều khó khăn như thời gian, không gian học tập, phân phốichương trình, số lượng học sinh… Tuy nhiên đây lại là cơ sở thuận lợi để GV tiếp cậnvới tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM trong trường THPT

- Giữa nội dung chương trình và thời gian học tập: Nội dung chương trình khó,mang tính chất hàn lâm, chú trọng kiến thức hơn phát triển năng lực dẫn đến hạn chếviệc phát triển năng lực toàn diện của HS trong khi đó thời gian học tập chính khóa ít

h t t p : / / l r c t nu.ed u v n

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên

- Do áp lực của các kì thi còn lớn nên tâm lí học để đối phó thi cử của học sinhchưa khuyến khích đổi mới phương pháp dạy học

Từ những kết luận trên chúng ta thấy rằng cần phải thay đổi tư duy dạy học

“cũ” trong nhà trường hiện nay, xây dựng một mô hình học tập mới, tăng khả năngthực hành, ứng dụng kiến thức vào GQVĐ, phát huy ý tưởng sáng tạo trong thực tiễn

là giải pháp cần thiết

1.3.2 Hoạt động dạy học theo định hướng giáo dục STEM ở các trường THPT trên địa bàn tỉnh Quảng Ninh hiện nay

- Thời gian điều tra: Tháng 8, 9/2018

- Đối tượng và địa điểm điều tra:

+ GV: 80 GV Sinh học của các trường THPT thuộc thành phố Hạ Long (32),Quảng Yên (18), Hoành Bồ (10), các huyện miền Đông (20)

+ HS: 100 HS khối 10 của trường THPT Bãi Cháy và 100 HS khối 12 củatrường THPT Hòn Gai (Thành phố Hạ Long), 100 HS khối 11 của trường THPTHoành Bồ và trường THPT Quảng La (huyện Hoành Bồ)

- Nội dung: Đánh giá mức độ quan tâm, nhận thức của GV về giáo dục STEM,các hoạt động giáo dục STEM, triển vọng tổ chức dạy học theo định hướng giáo dụcSTEM để đề xuất các giải pháp để triển khai giáo dục STEM trong trường phổ thôngcho phù hợp

a) Mức độ quan tâm của GV về giáo dục STEM

Bảng 1.3 Kết quả mức độ quan tâm của GV về giáo dục STEM

Nội dung đánh giá

Mức độ quan tâm Thường Đang tìm Mới chỉ Chưa bao xuyên hiểu và nghe nói giờ quan

h t t p : / / l r c t nu.ed u v n

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên

b) Mức độ nhận thức của GV về dạy học theo định hướng giáo dục STEM

Bảng 1.4 Kết quả mức độ nhận thức của GV về giáo dục STEM

Có (1) Không (0)

Tôi có biết thiết kế và tổ chức dạy học các chủ đề

Tôi có biết về các hoạt động trải nghiệm giáo dục

Từ kết quả khảo sát ở bảng 1.3, bảng 1.4 thì có thể rút ra những nhận xét vềmối quan tâm và mức độ nhận thức của GV về giáo dục STEM tại trường THPT hiệnnay như sau:

- Đa số GV chưa quan tâm nhiều đến giáo dục STEM, đặc biệt là quy trình giáo dục

STEM (26/80 = 32,4%) và triển vọng của giáo dục STEM (31/80 = 38,75%)

- Hoạt động thiết kế và tổ chức các hoạt động dạy học đã được GV ưu tiênquan tâm, tìm hiểu, nghiên cứu để vận dụng vào quá trình dạy học (44/80 = 55%) Sốlượng GV biết thiết kế và tổ chức các chủ đề dạy học theo định hướng giáo dụcSTEM (52/80

= 65%), hoạt động trải nghiệm giáo dục STEM (65/80 = 81,25%)

- Trong tổng số 80 GV tham gia điều tra thì ở trường THPT Hòn Gai là cơ sởgiáo dục mà có số lượng GV quan tâm và nhận thức về giáo dục STEM tốt nhất vìtrường nằm trong dự án giáo dục STEM thử nghiệm của Bộ GD & ĐT Các trườngTHPT còn lại thì giáo viên mới quan tâm và tìm hiểu từ năm học 2017 - 2018 khi có

sự chỉ đạo của Sở GD & ĐT Quảng Ninh Các trường THPT thuộc các huyện miền

h t t p : / / l r c t nu.ed u v n

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên

Đông của tỉnh Quảng Ninh có điều kiện khó khăn về dạy và học nên hầu hết chưađược tiếp cận với giáo dục STEM

h t t p : / / l r c t nu.ed u v n

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên

c) Hoạt động giáo dục STEM ở trường THPT hiện nay

Bảng 1.5 Kết quả khảo sát hoạt động giáo dục STEM ở trường THPT hiện nay STT Hoạt động giáo dục STEM Ý kiến của GV Ý kiến của HS

6 Hoạt động trải nghiệm sáng tạo

theo định hướng giáo dục STEM

- Cuộc thi sáng tạo KHKT đã được tổ chức ở tất cả các trường THPT nhưngmới chỉ tập trung vào những học sinh thích nghiên cứu, tìm hiểu khoa học

- Việc tổ chức ngày hội STEM và CLB sáng tạo KHKT vẫn chưa được cáctrường THPT tổ chức (chỉ có 2/4 trường điều tra có hoạt động này: THPT Hòn Gai,THPT Bạch Đằng)

- Các hội thảo và tập huấn về giáo dục STEM ở các trường THPT vẫn còn hạnchế, nhiều GV chưa được tham gia nên chưa rõ ràng về giáo dục STEM

h t t p : / / l r c t nu.ed u v n

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên

- Các trường THPT thuộc khu vực miền Đông của tỉnh Quảng Ninh còn gặp nhiều khó khăn trong việc tổ chức hoạt động giáo dục STEM

d) Triển vọng về việc tổ chức các hoạt động dạy học theo định hướng giáo dục STEM trong trường THPT hiện nay

Bảng 1.6 Kết quả khảo sát về triển vọng tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM ở trường THPT hiện nay

STT Nội dung đánh giá Ý kiến của GV/HS

Có Không ĐIỀU TRA GIÁO VIÊN

1

Tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM ở

trường phổ thông có phù hợp và cần thiết với đổi

mới giáo dục hiện nay

3 Phòng học và phòng bộ môn có thể đáp ứng được việc

tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM

Góp phần định hướng phát triển năng lực cho học sinh

tốt nhất (năng lực giải quyết vấn đề, năng lực hợp tác,

năng lực sáng tạo…)

6 Góp phần phát triển tinh thần đạo đức và lương tâm

xã hội, mở ra cánh cửa nghề nghiệp cho tương lai

(48,75%) (51,25%)

ĐIỀU TRA HỌC SINH

1 Em có thích được tham gia hoạt động sáng tạo và

NCKH trong nhà trường không?

2 Cơ sở vật chất của phòng học có đáp ứng được hoạt

động học tập theo định hướng giáo dục STEM không?

3 Em có muốn tham gia các hoạt động học tập trong nhà

trường theo định hướng giáo dục STEM không?

h t t p : / / l r c t nu.ed u v n

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên

Từ kết quả khảo sát ở bảng 1.6, chúng tôi thấy: 52,5% GV cho rằng tổ chức tổchức định hướng giáo dục STEM ở trường phổ thông có phù hợp và cần thiết với đổimới giáo dục hiện nay 67,5% GV đồng ý với ý kiến giáo dục STEM sẽ làm thay đổi

tư duy dạy học “cũ” Số lượng HS muốn được tham gia các hoạt động giáo dụcSTEM chiếm 57,3% Bên cạnh đó 75% GV được điều tra đều cho rằng ở các trườngTHPT hiện nay được trang bị rất nhiều các thiết bị hiện đại như máy tính, máy chiếu,máy chiếu vật thể, phòng học thông minh… hoàn toàn thuận lợi với việc tổ chức dạyhọc STEM Với kết quả như trên thì việc triển khai các hoạt động dạy học theo địnhhướng giáo dục STEM là định hướng đúng, phù hợp và cần thiết

Như vậy từ việc phân tích số liệu khảo sát về hoạt động dạy học theo địnhhướng giáo dục STEM ở trường THPT chúng tôi rút ra kết luận như sau:

- Hoạt động giáo dục STEM trong trường THPT hiện nay vẫn là mô hình giáodục mới, đang được triển khai Hiện tại vẫn còn nhiều GV chưa biết về giáo dụcSTEM Nguyên nhân của thực trạng này là giáo dục STEM mới đưa vào thử nghiệm,chưa bắt buộc nên cán bộ quản lí và GV chưa thực sự quan tâm Thời gian và kinh phídành cho giáo dục STEM còn hạn chế

- Áp lực của các kì thi đến HS là rất lớn nên các em chưa thực sự quan tâm đếnviệc vận dụng kiến thức vào thực tiễn

- Việc triển khai tập huấn về giáo dục STEM mới chỉ do Sở GD&ĐT tổ chứccòn về các trường chỉ mang tính hình thức Tuy nhiên bên cạnh tồn tại đó thì có thểthấy trong tổng số 80 GV được hỏi thì có đến trên 30% GV nghiên cứu, quan tâm vàtìm hiểu về giáo dục STEM Đây là cơ sở thuận lợi cho việc đưa giáo dục STEM vàotrong trường học

- Các giờ học theo định hướng giáo dục STEM và việc thiết kế các chủ đề dạyhọc theo định hướng đã được triển khai tại các trường học nên việc tổ chức hoạt độnggiáo dục STEM ở trường THPT là hoàn toàn có cơ sở, góp phần thay đổi tư duy dạyhọc “cũ” và phát triển ở HS năng lực GQVĐ và sáng tạo

- Giải pháp để nâng cao chất hượng dạy và học môn Sinh học là thiết kế cácchủ đề dạy học và tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM Do đó việcnghiên cứu và đề xuất mô hình dạy học theo định hướng giáo dục STEM trong mônSinh học là hoàn toàn phù hợp, thực hiện được

- Trên cơ sở tổng quan về giáo dục STEM thì có thể thấy rằng các nghiên cứu

về giáo dục STEM ở trên thế giới và Việt Nam đều đã làm sáng tỏ bản chất, vai trò vàtriển vọng của giáo dục STEM trong xu thế toàn cầu hóa Ở trên thế giới, giáo dụcSTEM được quan tâm và chú trọng từ những năm 60, 70 của thế kỷ XX Các hoạtđộng giáo dục STEM đã được triển khai ngay trong hoạt động chính khóa và thuđược kết quả tích cực, tăng hứng thú học tập của học sinh và góp phần định hướngnghề nghiệp trong tương lai Ở Việt Nam, giáo dục STEM mới bắt đầu triển khaiđại trà từ năm

2015 và nhận được sự quan tâm của các nhà quản lí giáo dục, giáo viên và học sinh.Việc thực hiện giáo dục STEM sẽ góp phần thúc đẩy công cuộc cải cách, đổi mới cănbản toàn diện về giáo dục và định hướng cho chương trình giáo dục phổ thông mớisau

2015

- Có nhiều quan điểm khác nhau về giáo dục STEM nhưng về bản chất thì giáodục STEM là phương thức giáo dục tích hợp các kiến thức và kỹ năng về Khoa học,Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học góp phần định hướng phát triển năng lực của họcsinh, giúp học sinh vận dụng kiến thức để GQVĐ thực tiễn mang lại hiệu quả và giátrị Bên cạnh đó, giáo dục STEM còn giúp HS định hướng nghề nghiệp trong tươnglai đặc biệt là lao động trong các ngành, nghề thuộc lĩnh vực STEM nhằm đáp ứngmục tiêu phát triển đất nước, yêu cầu của cuộc CMCN 4.0

- Hiện nay giáo dục STEM trở thành mô hình giáo dục phổ biến trên thế giới

và đạt được những kết quả nhất định Ở Việt Nam, giáo dục STEM mới được đưa vàothử nghiệm tại các trường THPT và là một mô hình giáo dục mới Nhiều GV và HSchưa được tiếp cận với giáo dục STEM Tuy nhiên qua kết quả điều tra thì đều thấyrằng việc triển khai giáo dục STEM là mong muốn của cả GV và HS Đây là cơ sởthực tiễn quan trọng cho việc xây dựng các chủ đề dạy học và tổ chức dạy học theođịnh hướng giáo dục STEM trong trường THPT

Sự traođổinước

và ionkhoán

“TRAO ĐỔI CHẤT VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG Ở THỰC VẬT”

THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM

2.1 Phân tích cấu trúc phần “Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở thực

Sự hấp thụ nước và ion khoáng

ực vật

Bộ máy quang hợp ở thực vậtQuang hợp ở các nhóm thực vật C3, C4, CAMẢnh hưởng của nhân tố ngoại cảnh đến QHQuang hợp và năng suất cây trồng

Các con đường hô hấp ở thực vật

Các nhân tố ảnh hưởng đến hô hấp

Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc nội dung phần

“Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở thực vật”