Dạy học phần sinh học vi sinh vật theo định hướng giáo dục stem cho học sinh phổ thông hệ giáo dục thường xuyên tỉnh bắc kạn

Trong Chương trình giáo dục phổ thông -Chương trình tổng thể 2018, giáo dục STEM được đề cập đến là một trong những hướng dạy học phát triển năng lực, trong đó nhấn mạnh năng lực vận dụn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

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

NGỌC MẠNH HUÂN

DẠY HỌC PHẦN “SINH HỌC VI SINH VẬT” THEO

ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM CHO HỌC SINH PHỔ THÔNG

HỆ GIÁO DỤC THƯỜNG XUYÊN TỈNH BẮC KẠN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GÁO DỤC

THÁI NGUYÊN - 2019

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

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

NGỌC MẠNH HUÂN

DẠY HỌC PHẦN “SINH HỌC VI SINH VẬT” THEO

ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM CHO HỌC SINH PHỔ THÔNG

HỆ GIÁO DỤC THƯỜNG XUYÊN TỈNH BẮC KẠN

Ngành: Lý luận và Phương pháp dạy học bộ môn Sinh học

Mã số: 8 14 01 11

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GÁO DỤC

Người hướng dẫn khoa học: TS PHẠM THỊ HỒNG TÚ

THÁI NGUYÊN - 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam kết đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu và kết quả nghiên cứu của luận văn chưa được ai công bố trong bất kì một công trình nghiên cứu nào

Các trích dẫn về bảng biểu, kết quả nghiên cứu của các tác giả khác, các tài liệu tham khảo trong luận văn đều có nguồn gốc rõ ràng

Thái Nguyên, ngày 20 tháng 8 năm 2019

TÁC GIẢ NGỌC MẠNH HUÂN

LỜI CẢM ƠN

Với tấm lòng tri ân và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn Cô giáo TS Phạm Thị Hồng Tú - người đã tận tâm, tận tình hướng dẫn, động viên và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới tập thể các thầy giáo, cô giáo khoa Sinh học, đặc biệt là thầy giáo, cô giáo trong tổ bộ môn LL &PPDH Sinh học đã tận tình giảng dạy, trang bị cho em những kiến thức quan trọng giúp em hoàn thành luận văn

Em xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám hiệu, Phòng Sau đại học trường

ĐH Sư phạm Thái Nguyên tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình học tập và nghiên cứu luận văn này

Xin cảm ơn Ban Giám đốc trung tâm GDNN - GDTX huyện Chợ Đồn và các em HV đã tạo điều kiện cho tôi được thực nghiệm sư phạm tại trung tâm

Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn ủng hộ, tạo điều kiện cho em hoàn thành luận văn này

Thái Nguyên, tháng 9 năm 2019

TÁC GIẢ NGỌC MẠNH HUÂN

MỤC LỤC

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục viết tắt iv

Danh mục các bảng v

Danh mục các hình vi

MỞ ĐẦU 1

1 Lí do lựa chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 4

3 Đối tượng và khách thể nghiên cứu 4

4 Giả thuyết khoa học 4

5 Nội dung nghiên cứu 4

6 Phương pháp nghiên cứu 5

7 Những đóng góp mới của đề tài 5

8 Cấu trúc của luận văn 6

Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIẾN CỦA DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 7

1.1 Lược sử nghiên cứu về dạy học theo định hướng giáo dục STEM 7

1.1.1 Trên thế giới 7

1.1.2 Ở Việt Nam 9

1.2 Cơ sở lý luận về dạy học theo định hướng giáo dục STEM 11

1.2.1 Khái niệm 11

1.2.3 Vai trò, ý nghĩa của giáo dục STEM 11

1.2.3 Chủ đề STEM 12

1.2.4 Phân loại chủ đề STEM 13

1.2.5 Các con đường giáo dục STEM cho học sinh 14

1.2.6 Quy trình giáo dục STEM 16

1.3 Năng lực giải quyết vấn đề 18

1.3.1 Khái niệm năng lực 18

1.3.2 Năng lực giải quyết vấn đề 19

1.4 Mối quan hệ giữa dạy học theo định hướng giáo dục STEM với việc phát triển NL GQVĐ 22

1.5 Thực trạng dạy học “Sinh học vi sinh vật” theo định hướng giáo dục STEM ở trung tâm GDNN – GDTX hiện nay 22

1.5.1 Thực trạng dạy học phần “Sinh học vi sinh vật” ở trung tâm GDNN - GDTX hiện nay 22

1.5.2 Hoạt động dạy học theo định hướng giáo dục STEM tại các trung tâm GDNN - GDTX 25

Tiểu kết chương 1 28

Chương 2: THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC PHẦN SINH HỌC “VI SINH VẬT” THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM CHO HS THPT HỆ GDTX 29

2.1 Phân tích cấu trúc phần Sinh học vi sinh vật hệ GDTX 29

2.2 Thiết kế và tổ chúc dạy học phần “Sinh học vi sinh vật” theo định hướng giáo dục STEM cho HSPT hệ GDTX 30

2.2.1 Thiết kế kế hoạch dạy học phần “Sinh học vi sinh vật” theo định hướng giáo dục STEM cho HSPT hệ GDTX 30

2.2.2 Tổ chức dạy học chủ đề “Sinh trưởng của vi sinh vật - Nhân giống nấm men” theo định hướng giáo dục STEM 34

2.3 Đánh giá năng lực giải quyết vấn đề 46

2.3.1 Các công cụ đánh giá năng lực và năng lực giải quyết vấn đề 47

2.3.2 Các tiêu chí đánh giá năng lực GQVĐ 48

Tiểu kết chương 2 51

Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 52

3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 52

3.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 52

3.3 Nội dung thực nghiệm sư phạm 52

3.3.1 Thiết kế các chủ đề dạy học 52

3.3.2 Chọn đối tượng và địa bàn thực nghiệm 53

3.3.3 Xây dựng công cụ phân tích, xử lí, đánh giá kết quả thí nghiệm 53

3.3.4 Xây dựng kế hoạch thực nghiệm 53

3.4 Tiến hành thực nghiệm sư phạm 54

3.5 Kết quả thực nghiệm sư phạm 55

3.5.1 Kết quả đánh giá về kiến thức 55

3.5.2 Kết quả đánh giá năng lực giải quyết vấn đề 63

Tiểu kết chương 3 65

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 PHỤ LỤC

GD&ĐT Giáo dục và đào tạo

GDNN - GDTX Giáo dục nghề nghiệp - Giáo dục thường xuyên

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Các biểu hiện của NLGQVĐ 21

Bảng 2.1 Hoạt động tổ chức dạy chủ đề “Sinh trưởng của VSV - Nhân giống nấm men” theo định hướng giáo dục STEM 36

Bảng 2.2 Tiêu chí và các mức độ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh THPT hệ GDTX trong dạy học STEM 48

Bảng 3.1 Bảng phân phối tần số điểm kiểm tra 15 phút của lớp TN và ĐC 55

Bảng 3.2 Bảng phân phối tần suất điểm kiểm tra 15 phút của lớp TN và ĐC 55

Bảng 3.3 Bảng tần suất hội tụ tiến điểm kiểm tra 15 phút của lớp TN và ĐC 56

Bảng 3.4 Kiểm định Xđiểm kiểm tra 15 phút của nhóm lớp TN và ĐC 57

Bảng 3.5 Phân tích phương sai điểm kiểm tra15 phút của lớp TN và lớp ĐC 58

Bảng 3.6 Bảng phân phối tần số điểm kiểm tra 1 tiết 59

Bảng 3.7 Bảng phân phối tần suất điểm kiểm tra 1 tiết 59

Bảng 3.8 Bảng tần suất hội tụ tiến điểm kiểm tra 1 tiết 60

Bảng 3.9 Kiểm định Xđiểm kiểm tra 1 tiết của nhóm lớp TN và ĐC 61

Bảng 3.10 Phân tích phương sai điểm kiểm tra 1 tiết của lớp TN và lớp ĐC 62

Bảng 3.11 Bảng đánh giá điểm trung bình năng lực giải quyết vấn đề của lớp TN và lớp ĐC do GV đánh giá 63

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Vòng lặp thiết kế kỹ thuật trong giáo dục STEM 18Hình 2.1 Quy trình thiết kế kế hoạch dạy học cho bài học STEM 32Hình 2.2 Sơ đồ quy trình tổ chức DH theo định hướng giáo dục STEM

cho HSPT hệ GDTX 35Hình 3.1 Biểu đồ biểu diễn tần suất điểm kiểm tra 15 phút của lớp TN

và ĐC 56Hình 3.2 Đồ thị đường tích lũy bài kiểm tra 15 phút của lớp TN và ĐC 57Hình 3.3 Biểu đồ biểu diễn tần suất điểm kiểm tra 1 tiết 59Hình 3.4 Đồ thị đường tích lũy bài kiểm tra 1 tiết giữa lớp TN và lớp ĐC 60Hình 3.5 Đồ thị đánh giá sự tiến bộ năng lực GQVĐ của lớp TN và lớp

đối chứng 64

Dạy học theo định hướng Giáo dục STEM là một trong những xu hướng giáo dục nhằm phát triển năng lực cho HS và được coi trọng ở nhiều quốc gia trên thế giới và được đặc biệt quan tâm trong đổi mới giáo dục phổ thông của Việt Nam trong giai đoạn hiện nay Trong Chương trình giáo dục phổ thông -Chương trình tổng thể 2018, giáo dục STEM được đề cập đến là một trong những hướng dạy học phát triển năng lực, trong đó nhấn mạnh năng lực vận dụng kiến thức các lĩnh vực như Khoa học (S), công nghệ (T), kĩ thuật (E) và toán học (M) để giải quyết các vấn đề thực tiễn Giáo dục STEM được đề cập trong nhiều lĩnh vực như giáo dục Toán học, giáo dục Khoa học tự nhiên, giáo

dục Công nghệ và tin học “Giáo dục khoa học tự nhiên giúp học sinh dần hình thành và phát triển năng lực khoa học tự nhiên qua quan sát và thực nghiệm, vận dụng tổng hợp kiến thức, kĩ năng để giải quyết các vấn đề trong cuộc sống; đồng thời cùng với các môn Toán, Vật lí, Hoá học, Sinh học, Công nghệ, Tin học thực hiện giáo dục STEM” [4] Tuy nhiên, việc dạy học môn học theo định

hướng giáo dục STEM còn gặp rất nhiều khó khăn, trong đó có khó khăn về nhận thức của giáo viên (GV) về giáo dục STEM cũng như khó khăn về điều kiện thực hiện Vì vậy, việc hỗ trợ các GV trong việc tổ chức dạy học môn học theo định hướng Giáo dục STEM cho học sinh nói chung và học viên (HV) ở các trung tâm Giáo dục nghề nghiệp - Giáo dục thường xuyên (viết tắt là trung tâm GDNN-GDTX) nói riêng có ý nghĩa cấp thiết, góp phần đáp ứng được yêu cầu của đổi mới giáo dục phổ thông trong giai đoạn hiện nay

1.2 Sự phù hợp của dạy học môn học theo định hướng giáo dục STEM tại các trung tâm Giáo dục nghề nghiệp - Giáo dục thường xuyên

Trong công văn hướng dẫn thực hiện nhiệm vụ năm học 2018 - 2019 đối với GDNN - GDTX do Bộ GD - ĐT đã chỉ rõ: “Đổi mới phương pháp dạy học theo hướng phát triển năng lực nhằm tạo động cơ và hứng thú học tập cho HV, khuyến khích GV sử dụng các phương pháp tích cực, đa dạng hóa các hình thức tổ chức dạy học nhằm phát huy tính chủ động sáng tạo và tự học của HV”

[7] Dạy học theo định hướng giáo dục STEM là một trong những hướng đổi mới, trong đó chú trọng đến phát triển toàn diện, hình thành phẩm chất và phát triển năng lực người học, bắt đầu từ việc tạo sự hứng thú đến việc tạo điều kiện, tạo cơ hội để HV chủ động, sáng tạo trong các khâu: Lựa chọn vấn đề giải quyết cho đến việc đề xuất phương án và thực hiện các phương án GQVĐ Ngoài ra, giáo dục STEM còn góp phần định hướng nghề nghiệp cho HV: Học viên GDNN-GDTX là đối tượng vừa học văn hóa vừa có thể học nghề Do đó, khi thực hiện các hoạt động trong bài học STEM, HV nhận thức những ưu, nhược điểm của bản thân rõ hơn, thấy được xu hướng nghề nghiệp tốt hơn, từ

đó giúp cho việc đặt mục tiêu và lựa chọn nghề nghiệp của bản thân hiệu quả hơn Bên cạnh đó, dạy học theo định hướng giáo dục STEM còn giúp HV có thể vận dụng kiến thức thuộc các lĩnh vực STEM để áp dụng vào thực tiễn như: Làm men, nấu rượu, trồng chè, làm tương… Từ đó giúp giảm thời gian, công sức sản xuất và tăng năng suất, chất lượng sản phẩm

Môn Sinh học là môn học gồm các kiến thức ứng dụng thực tiễn, đặc biệt

là phần Sinh học vi sinh vật (VSV), Sinh học 10 Phần Sinh học VSV gồm các nội dung nghiên cứu về đối tượng VSV và ứng dụng của VSV trong thực tiễn,

là các vấn đề về trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng ở VSV, sinh trưởng và sinh sản của VSV Những hiểu biết trên là cơ sở để ứng dụng công nghệ VSV trong sản xuất các sản phẩm đáp ứng nhu cầu của đời sống con người, như sản xuất sinh khối VSV, ứng dụng các quá trình lên men VSV,… Vì vậy, nội dung phần Sinh học VSV thích hợp cho việc tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM cho HV ở các trung tâm GDNN - GDTX

1.3 Xuất phát từ thực tiễn dạy học phần “Sinh học Vi sinh vật” ở trung tâm GDNN - GDTX tỉnh Bắc Kạn

Sinh học là một trong những môn khoa học tự nhiên mang tính thực nghiệm cao Phần Sinh học vi sinh vật có rất nhiều kiến thức gắn liền với thực tế đời sống của các em và của cộng đồng Vì thế khi dạy học phần học này, đòi hỏi giáo viên (GV) phải có những cách thức tổ chức dạy học phù hợp, có như vậy mới giúp học sinh chủ động, tích cực hình thành và phát triển cả về kiến thức, kĩ năng và phẩm chất thái độ Hay nói khác đi là phát triển được năng lực của người học

Hiện nay, phần lớn giáo viên tại các trung tâm GDNN - GDTX vẫn dạy học chủ yếu theo phương pháp truyền thống như thuyết trình, giảng giải, vấn đáp Dạy học theo theo định hướng nội dung là chính Trong mỗi tiết dạy và học, giáo viên vẫn là người giữ vai trò trung tâm Còn học viên vẫn chủ yếu thụ động lĩnh hội kiến thức

Nội dung kiến thức còn nhiều, mang tính hàn lâm cao làm cho nhiều tiết học trở nên khô khan, hình thức, không quấn hút người học… Từ đó khiến cho học viên cảm thấy áp lực, nặng nền và cả chán học

Việc đổi mới phương pháp dạy học ở Trung tâm GDNN - GDTX chưa thực hiện được nhiều, hiệu quả của việc thực hiện đổi mới cũng chưa cao nên chưa tạo được hứng thú cho người học, đi kèm với đó là chưa phát triển được nhiều năng lực, phẩm chất cho học viên

Xuất phát từ những lí do trên chúng tôi chọn đề tài: Dạy học phần “ Sinh

học vi sinh vật” theo định hướng giáo dục STEM cho học sinh phổ thông hệ giáo dục thường xuyên Tỉnh Bắc Kạn”

2 Mục tiêu nghiên cứu

Thiết kế và sử dụng được các chủ đề phần “Sinh học vi sinh vật” theo định hướng giáo dục STEM cho HSPT hệ GDTX trong DH môn Sinh học

3 Đối tượng và khách thể nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Các chủ đề giáo dục STEM trong giảng dạy phần

“Sinh học vi sinh vật”

Khách thể nghiên cứu: Quá trình dạy học môn Sinh học 10 THPT hệ GDTX

4 Giả thuyết khoa học

Nếu thiết kế và sử dụng được một số chủ đề STEM trong dạy học phần

“Sinh học vi sinh vật” cho HS THPT hệ GDTX thì sẽ nâng cao hiệu quả học tập môn Sinh học và góp phần phát triển NL GQVĐ cho HS

5 Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu cơ sở lí luận và thực tiễn về dạy học STEM, NL GQVĐ đối với HS phổ thông hệ GDTX

Điều tra thực trạng dạy học chủ đề STEM trong DH môn sinh học với việc giải quyết các vấn đề ở một số trung tâm GDNN - GDTX

Nghiên cứu, đề xuất quy trình thiết kế chủ đề STEM và vận dụng quy trình để thiết kế một số chủ đề STEM trong giảng dạy phần “Sinh học vi sinh vật” phù hợp

Nghiên cứu, đề xuất quy trình tổ chức dạy học theo chủ đề STEM và vận dụng quy trình để tổ chức dạy thực nghiệm các chủ đề STEM đã thiết kế trong giảng dạy phần “Sinh học vi sinh vật” nhằm khẳng định tính khả thi của giả thuyết đề tài đã đề ra

6 Phương pháp nghiên cứu

6.1 Phương pháp nghiên cứu lí thuyết

Nghiên cứu các văn bản có tính pháp lí của Đảng, Chính phủ, Bộ GD &

ĐT về chiến lược phát triển, đổi mới giáo dục, phát triển chương trình và SGK

phổ thông nói chung, chiến lược đổi mới PPDH nói riêng

Nghiên cứu các tài liệu dạy học STEM và tài liệu liên quan đến đề tài

6.2 Các phương pháp nghiên cứu thực tiễn

6.2.1 Điều tra thực trạng

Sử dụng phiếu điều tra đối với cán bộ quản lý và giáo viên bộ môn Sinh học và các bộ môn khác nhằm tìm hiểu thực trạng việc dạy học theo hướng đổi mới ở trung tâm GDNN - GDTX hiện nay

6.2.2 Phương pháp chuyên gia

Gặp gỡ, trao đổi trực tiếp, xin ý kiến của các chuyên gia trong lĩnh vực Sinh học và khoa học giáo dục liên quan đến đề tài

6.2.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm

Thực nghiệm sư phạm ở một số lớp tại một số trung tâm GDNN - GDTX tỉnh Bắc Kạn nhằm kiểm chứng giả thuyết khoa học của đề tài

6.3 Phương pháp thống kê toán học

Xử lý các kết quả điều tra và kết quả thực nghiệm sư phạm

7 Những đóng góp mới của đề tài

Hệ thống hóa những vấn đề cơ bản của dạy học STEM, mối quan hệ của việc dạy học STEM với phát triển năng lực nói chung và NL GQVĐ nói riêng

Đề xuất quy trình thiết kế bài chủ đề STEM trong giảng dạy phần “Sinh học vi sinh vật” Vận dụng quy trình để thiết kế một số chủ đề giáo dục STEM phần “Sinh học vi sinh vật” sinh học 10

Đề xuất quy trình tổ chức dạy học bài học chủ đề STEM trong giảng dạy phần “Sinh học vi sinh vật” cho HS THPT hệ GDTX và vận dụng quy trình để

tổ chức dạy học nhằm góp phần nâng cao kết quả học tập môn SH tại các trung tâm GDNN - GDTX tỉnh Bắc Kạn

8 Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần mở đầu, phần kết luận, cấu trúc nội dung luận văn gồm 3 chương:

Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn của dạy học theo định hướng giáo dục STEM

Chương 2: Thiết kế và tổ chức DH một số chủ đề STEM trong giảng dạy phần “Sinh học vi sinh vật” cho HS THPT hệ GDTX

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

Chương 1

CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA DẠY HỌC THEO

ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 1.1 Lược sử nghiên cứu về dạy học theo định hướng giáo dục STEM

1.1.1 Trên thế giới

Giáo dục STEM được xuất hiện lần đầu tiên tại Mỹ, sau đó phát triển rộng ra nhiều quốc gia trên thế giới Điều làm cho giáo dục STEM trở nên phổ biến trên thế giới là khả năng xóa bỏ khoảng cách giữa kiến thức trên sách vở

và ứng dụng thực tiễn Giáo dục đi kèm với thực tế đã dần thay đổi so với giáo dục truyền thống gò bó và áp lực với học sinh - Điều mà cả thế giới đều đang

cố gắng đạt được [28]

Theo hiệp hội các GV dạy khoa học quốc gia Mỹ (National Science Teachers Association - NSTA) thì giáo dục STEM được hiểu như sau: “Giáo dục STEM là cách tiếp cận liên ngành trong quá trình học, trong đó các khái niệm học thuật mang tính nguyên tắc được lồng ghép với các bài học trong thế giới thực, ở đó các HS áp dụng các kiến thức trong Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán vào trong các bối cảnh cụ thể giúp kết nối giữa trường học, cộng đồng, nơi làm việc và các tổ chức toàn cầu, để từ đó phát triển các năng lực trong lĩnh vực STEM và cùng với đó có thể cạnh tranh trong nền kinh kế mới” [24]

Các trường học ở Mỹ đã xây dựng nội dung chương trình giáo dục STEM, các lớp học STEM, đào tạo giáo viên về dạy học STEM Nhờ đó mà giáo dục STEM đã giúp cho quốc gia này có những đột phá quan trọng trong giáo dục, góp phần đào tạo được nguồn nhân lực chất lượng cao Một thống kê

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 trường gấp 4 lần so với tốc độ tăng trưởng trung bình của các ngành khác nếu tính từ năm 1950 đến 2007 [21]

Tại Anh đã xây dựng một chương trình hành động nhằm thúc đẩy giáo dục STEM với 4 nội dung chính: (1) Tuyển dụng giáo viên STEM; (2) bồi

dưỡng nâng cao trình độ giáo viên; (3) Cải cách chương trình học; (4) phát triển

cơ sở vật chất phục vụ cho việc dạy học STEM [21] 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 khoa học vào thực tiễn

Tại Pháp, giáo dục STEM được thực hiện ở các cấp học và ở cấp Trung học phổ thông (THPT) giáo dục STEM chiếm thời lượng đáng kể Ngay từ năm học đầu tiên 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 [16]

Bên cạnh đó một số quốc gia có nền giáo dục phát triển như Australia, Hàn Quốc, 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 là làm tăng khả năng sáng tạo, đam mê nghiên cứu khoa học của HS, cung cấp nhân tài làm việc trong các lĩnh vực STEM HS được đào tạo theo mô hình giáo dục STEM có cơ hội nhận được việc làm tốt hơn và tiếp cận với các công việc có nguồn thu nhập cao Bên cạnh đó các quốc gia này còn khẳng định nguồn nhân lực thuộc nhóm ngành STEM sẽ góp phần thúc đẩy sự tăng trưởng kinh tế của quốc gia

Có thể nói rằng: Giáo dục STEM đã được triển khai từ vài thập kỷ trước đây tại rất nhiều quốc gia trên thế giới và được công nhận là hướng đi đúng đắn 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 những công dân được đào tạo tốt về toán học, khoa học và kỹ thuật” Giáo dục STEM không phải là để học sinh trở thành những nhà khoa học, kỹ sư mà

là phát triển các kỹ năng cần thiết được sử dụng để làm việc, giải quyết các vấn

đề trong cuộc sống và phát triển trong thế giới công nghệ hiện đại ngày nay [21] Giáo dục STEM chính là giải pháp đáp ứng nguồn nhân lực cho cuộc cách mạng công nghiệp 4.0

1.1.2 Ở Việt Nam

Năm 2011, công ty Cổ phần công nghệ DTT là đơn vị tiên phong trong quá trình đưa giáo dục STEM vào Việt Nam thông qua phối hợp với Trường Icarnegie - Hoa Kỳ mở rộng triển khai thí điểm tại các trường phổ thông thuộc

3 thành phố Hà Nội, Đà Nẵng và Hồ Chí Minh [26]

Từ năm 2014, Bộ Giáo dục và Đào tạo phối hợp Hội Đồng Anh triển khai chương trình thí điểm giáo dục STEM cho một số trường trung học thuộc các tỉnh, thành phố như: Hà Nội, Hải Dương, Hải Phòng, Quảng Ninh, Nam Định Đây là những bước đi quan trọng nhằm phát triển một chương trình giáo dục theo định hướng STEM mang tầm quốc gia [27]

Ngày 4-5-2017, Thủ tướng Chính phủ ban hành Chỉ thị số 16/CT-TTg về việc tăng cường năng lực tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, trong đó có những giải pháp và nhiệm vụ thúc đẩy giáo dục STEM tại Việt Nam Một trong các giải pháp được chỉ rõ trong Chỉ thị nói trên là: “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, Ngoại ngữ, Tin học trong chương trình giáo dục phổ thông…” [18]

Trong những năm gần đây, định hướng dạy học STEM được sự quan tâm

từ nhiều nhà trường, các tổ chức giáo dục, phụ huynh và HS Nhiều trường đã bắt đầu có câu lạc bộ STEM và hoạt động khá tích cực, thu hút được sự quan tâm của đông đảo HS 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 máy tính, STEM Khoa học dữ liệu, STEM Robotics)… Nhiều học sinh hứng thú và tham gia các khóa học STEM hàng năm tại các trung tâm

Việc nghiên cứu về giáo dục STEM ở Việt Nam, cho đến nay có một số

ít công trình nghiên cứu về giáo dục STEM cho đối tượng học sinh phổ thông:

Tác giả Lê Xuân Quang (2017), đã nghiên cứu về quy trình dạy học môn Công nghệ ở trường phổ thông theo định hướng giáo dục STEM [14] Tác giả Nguyễn Thanh Nga, Phùng Việt Hải, Nguyễn Quang Linh, Hoàng Phước Muội (2017), đã nghiên cứu về quy trình Thiết kế và quy trình tổ chức chủ đề STEM cho học sinh THCS và THPT Tác giả Nguyễn Thanh Nga, Hoàng Phước Muội (2018), nghiên cứu về quy trình tổ chức hoạt động trải nghiệm 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

Trong CTGD Tổng thể 2018, Giáo dục STEM cũng được đề cập đến như

là một mô hình giáo dục hiệu quả nhằm phát triển năng lực, phẩm chất của người học, tuy nhiên sự đề cập này mới chỉ dừng lại ở mức độ khái niệm: Là

mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp học sinh áp dụng các kiến thức khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học vào giải quyết một số vấn

đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể [4]

Nhìn chung các tác giả đã phân tích lợi ích của giáo dục STEM trong dạy học cũng như hoạt động trải nghiệm tới hứng thú học tập của HS Các tác giả

đã đưa ra và vận dụng được các quy trình thiết kế, tổ chức dạy học một số môn học nhưng chủ yếu là vận dụng trong các môn: Công nghệ, vật lý, toán học và hoạt động trải nghiệm ở trường PT Qua việc nghiên cứu về các công trình về giáo dục STEM nói chung và dạy học các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật

và Toán học… nói riêng thì thấy rằng DH môn sinh học theo định hướng giáo dục STEM là rất cần thiết và phù hợp với hứng thú và đặc thù của môn học cũng như đáp ứng được yêu cầu đổi mới căn bản giáo dục Việt Nam theo hướng phát triển năng lực ở người học trong giai đoạn hiện nay Tuy nhiên, việc DH môn Sinh học theo định hướng giáo dục STEM ở trường PT nói chung

và đặc biệt là với HS THPT hệ GDTX tại các trung tâm GDNN - GDTX là chưa có công trình nào nghiên cứu và ứng dụng

1.2 Cơ sở lý luận về dạy học theo định hướng giáo dục STEM

1.2.1 Khái niệm STEM

STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học):

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 của công 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 dựng các 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 các vấn đề trong các tình huống đặt ra [13]

Thuật ngữ STEM được dùng trong hai ngữ cảnh khác nhau đó là:

Ngữ cảnh giáo dục, là ngữ cảnh mà STEM nhấn mạnh đến sự quan tâm

của nền giáo dục đối với các môn Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán Quan tâm đến việc tích hợp các môn khoa học trên gắn với thực tiễn để nâng cao năng lực cho người học

Ngữ cảnh nghề nghiệp, STEM được hiểu là nghề nhiệp thuộc các lĩnh

vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học [13], [16]

1.2.2 Vai trò, ý nghĩa của giáo dục STEM

Việc đưa giáo dục STEM vào trường phổ thông mang lại nhiều ý nghĩa, phù hợp với định hướng đổi mới giáo dục phổ thông Cụ thể là:

- Đảm bảo giáo dục toàn diện: Triển khai giáo dục STEM ở nhà trường, bên cạnh các môn học đang được quan tâm như Toán, Khoa học, các lĩnh vực Công nghệ, Kỹ thuật cũng sẽ được quan tâm, đầu tư trên tất cả các phương diện

về đội ngũ giáo viên, chương trình, cơ sở vật chất

- Nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM: Các dự án học tập trong giáo dục STEM hướng tới việc vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các vấn

đề thực tiễn, học sinh được hoạt động, trải nghiệm và thấy được ý nghĩa của tri thức với cuộc sống, nhờ đó sẽ nâng cao hứng thú học tập của học sinh

- Hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho học sinh: Khi triển khai các dự án học tập STEM, học sinh hợp tác với nhau, chủ động và tự lực thực hiện các nhiệm vụ học; được làm quen hoạt động có tính chất nghiên cứu khoa học Các hoạt động nêu trên góp phần tích cực vào hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực cho học sinh

- Kết nối trường học với cộng đồng: Để đảm bảo triển khai hiệu quả giáo dụcSTEM, cơ sở giáo dục phổ thông thường kết nối với các cơ sở giáo dục nghề nghiệp, đại học tại địa phương nhằm khai thác nguồn lực về con người, cơ

sở vật chất triển khai hoạt động giáo dục STEM Bên cạnh đó, giáo dục STEM phổ thông cũng hướng tới giải quyết các vấn đề có tính đặc thù của địa phương

- Hướng nghiệp, phân luồng: Tổ chức tốt giáo dục STEM ở trường phổ thông, học sinh sẽ được trải nghiệm trong các lĩnh vực STEM, đánh giá được sự phù hợp, năng khiếu, sở thích của bản thân với nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM [6]

Thực hiện tốt giáo dục STEM ở trường phổ thông cũng là cách thức thu hút học sinh theo học, lựa chọn các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM, các ngành nghề có nhu cầu cao về nguồn nhân lực trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư

1.2.3 Chủ đề STEM

Hiện nay, trong trường phổ thông chưa có các môn học về STEM Các môn học thuộc giáo dục STEM được giảng dạy theo hình thức đơn môn và

được tổ chức thực hiện theo hình thức tích hợp các môn Khoa học trong giảng dạy như giảng dạy kiến thức Sinh học có thể lồng ghép kiến thức về Vật lý, Hóa học hoặc thông qua các câu lạc bộ nghiên cứu khoa học và sáng tạo, qua các hoạt động trải nghiệm Một trong những hình thức thực hiện giáo dục STEM trong trường phổ thông đang được áp dụng đó là dạy học STEM theo chủ đề

Các chủ đề giáo dục STEM thường phải đảm bảo các tiêu chí sau:

- 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 vận dụng kiến thức STEM để giải quyết các vấn đề đó Đây chính là mục tiêu mà giáo dục STEM hướng tới

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

- Phát triển năng lực làm việc nhóm: Đây là một kỹ năng quan trọng của con người trong thế kỷ 21 Thông qua làm việc nhóm cá nhân học sinh sẽ phát triển kỹ năng giao tiếp, năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo [13], [20]

1.2.4 Phân loại chủ đề STEM

Phân loại dựa trên khía cạnh các lĩnh vực STEM tham gia giải quyết vấn

đề ta có: STEM đầy đủ: Là loại hình STEM yêu cầu người học cần vận dụng

kiến thức của cả bốn lĩnh vực STEM để giải quyết vấn đề STEM khuyết: Là

loại hình STEM mà người học không phải vận dụng kiến thức cả bốn lĩnh vực STEM để giải quyết vấn đề [14]

Phân loại dựa trên khía cạnh phạm vi kiến thức để giải quyết vấn đề STEM ta có: STEM cơ bản: Là loại hình STEM được xây dựng trên cơ sở kiến

thức thuộc phạm vi các môn học Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trong chương trình giáo dục phổ thông Các sản phẩm STEM này thường đơn giản, chủ đề giáo dục STEM bám sát nội dung sách giáo khoa và thường được xây dựng trên cơ sở các nội dung thực hành, thí nghiệm trong chương trình

giáo dục phổ thông STEM mở rộng: Là loại hình STEM có những kiến thức

nằm ngoài chương trình và sách giáo khoa Những kiến thức đó người học phải

tự tìm hiểu và nghiên cứu Sản phẩm STEM của loại hình này có độ phức tạp cao hơn Các chủ đề thường được xây dựng trên cơ sở các nội dung mang tính

bổ sung, mở rộng chương trình giáo dục phổ thông [29]

Phân loại dựa vào mục đích dạy học ta có: STEM dạy kiến thức mới: Là

STEM được xây dựng trên cơ sở kết nối kiến thức của nhiều môn học khác nhau mà HS chưa được học (hoặc được học một phần) HS sẽ vừa giải quyết

được vấn đề và vừa lĩnh hội được tri thức mới STEM vận dụng: Là STEM

được xây dựng trên cơ sở những kiến thức HS đã được học STEM dạng này sẽ bồi dưỡng cho HS năng lực vận dụng lí thuyết vào thực tế Kiến thức lí thuyết được củng cố và khắc sâu [15]

1.2.5 Các con đường giáo dục STEM cho học sinh

Hiện nay, hầu hết các quốc gia trên thế giới không có môn học mang tên STEM cụ thể trong chương trình giáo dục phổ thông Giáo dục STEM thường được lồng ghép qua các hình thức như sinh hoạt câu lạc bộ khoa học, hoạt động ngoài giờ lên lớp hay được giảng dạy thông qua các môn Khoa học tự nhiên, Toán học và Công nghệ Ở Việt Nam giáo dục STEM cho HS bước đầu chủ

yếu tập trung phân tích giáo dục STEM thông qua dạy học các môn học [15] 1.2.5.1 Giáo dục STEM thông qua hoạt động ngoài giờ lên lớp

Trên thế giới, các hoạt động giáo dục nhằm phát triển năng lực, sự sáng tạo, phẩm chất và kĩ năng, giáo dục sự nhân văn… được rất nhiều quốc gia quan tâm đặc biệt là các quốc gia tiếp cận chương trình giáo dục phổ thông theo hướng phát triển năng lực Một số quốc gia gọi đó là hoạt động giáo dục ngoài trời, hoạt động ngoài giờ lên lớp hay hoạt động trải nghiệm Các hoạt động này thường được xây dựng dựa trên các chủ đề rất đa dạng, một trong số

đó liên quan đến khám phá thế giới tự nhiên, khoa học trái đất, tìm hiểu Công nghệ, Kĩ thuật… Tuy tên gọi, nội dung khác nhau nhưng nhìn chung các hoạt

động trên đều hướng tới việc cung cấp cho HS các tình huống, bối cảnh đa dạng và phong phú đòi hỏi sự phát triển, vận dụng nhiều tri thức kĩ năng, cho phép HS tư duy sáng tạo và giải quyết vấn đề theo các cách khác nhau nhằm đạt được kết quả tốt hơn; cung cấp cho HS cơ hội sáng tạo, dám nghĩ, dám làm Bên cạnh đó tại nhiều quốc gia, giáo dục không chỉ phó mặc cho nhà trường mà còn có sự tham gia của các cá nhân, tổ chức nhằm thúc đẩy sự chung tay góp sức của toàn xã hội trong việc chia sẻ sứ mệnh giáo dục Đây là những điều kiện thuận lợi để giáo dục STEM cho HS

1.2.5.2 Giáo dục STEM thông qua dạy học các môn thuộc về lĩnh vựcSTEM

Mô hình giáo dục STEM qua dạy học các môn khoa học tự nhiên khá phổ biến trên thế giới, đặc biệt là ở nước Anh trong đó nội dung học tập của môn học được thiết kế thành các chủ đề STEM và được giảng dạy theo các cách khác nhau:

- Chủ đề STEM được dạy trong một môn học duy nhất:

Đây là mô hình ở dạng đơn giản nhất, tuỳ theo quy mô của chủ đề mà có thể được thiết kế để dạy trong một tiết hoặc nhiều tiết trong đó GV sẽ phân chia thời gian để HS tham gia các hoạt động: thiết lập vấn đề; tìm kiếm các giải pháp hay cách thức để giải quyết vấn đề; thu thập thông tin, bằng chứng và cuối cùng là tổng kết, rút ra các kiến thức

- Chủ đề STEM được dạy trong nhiều môn học:

Chủ đề STEM dạng này bao trùm nhiều hơn một môn học Về bản chất, các môn học sử dụng chung một vấn đề, một bối cảnh Các GV dạy mỗi môn học khác nhau sẽ dạy chủ đề STEM như cách dạy chủ đề STEM trong một môn học duy nhất nhưng theo góc độ riêng của môn mình Ví dụ như về chủ đề

“Chất lượng nguồn nước”, GV môn Hoá Học sẽ cho HS tìm hiểu dưới góc độ nghiên cứu về độ pH trong nước trong khi đó GV môn Sinh học dạy HS theo định hướng STEM tập trung vào nghiên cứu loài sinh vật trong nguồn nước đó

và ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nước như thế nào hay GV môn Địa lí có

thể hướng dẫn HS tìm hiểu ở góc độ là nguồn nước bắt đầu từ đâu, cấu tạo địa chất có ảnh hưởng như thế nào tới nguồn nước…

- Chủ đề STEM nhiều môn phối hợp:

Chủ đề STEM dạng này khá phức tạp, nó có sự liên kết kiến thức giữa các môn rất chặt chẽ Các môn học vẫn tiếp cận chủ đề theo góc độ kiến thức chuyên môn riêng của mình Nhưng những nội dung được giải quyết trong môn học trước sẽ là tiền đề nối tiếp để dạy ở môn học sau Các môn học phải được phối hợp với nhau để dạy những nội dung có tính chất gối nhau Như trên đã đề cập, mô hình này đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa các môn học đảm bảo cho những gì HS được học ở môn này sẽ là tiền đề, điều kiện về kiến thức, kĩ năng

để các em có thể học được ở môn tiếp theo Thứ hai nó đòi hỏi sự phối hợp nhịp nhàng giữa các GV phụ trách các môn học, bất kì một sự thay đổi nào về kiến thức, về thời gian… cũng làm hưởng đến mô hình [14]

1.2.6 Quy trình giáo dục STEM

1.2.6.1 Quy trình 5E

5E là viết tắt của các cụm từ: Enagement (Gắn kết/Đặt vấn đề), Exploration (Khảo sát/khám phá), Explaination (Giải thích), Elaboration (Áp dụng cụ thể), Evaluation (Đánh giá) Năm 1987, Rodger W.Bybee cùng với

các cộng sự của mình làm việc trong tổ chức giáo dục nghiên cứu khung chương trình dạy Sinh học tại Mỹ đã đề xuất mô hình dạy học cải tiến cho chương trình học môn Sinh học ở cấp tiểu học Mô hình 5E được xây dựng dựa trên thuyết kiến tạo nhận thức của quá trình học Theo đó người học xây dựng kiến thức mới từ quá trình trải nghiệm Đây là mô hình giáo dục phổ biến đang được áp dụng tại Mỹ Quy trình 5E là một chuỗi của quá trình dạy học gồm 5 giai đoạn:

- Enagement (Gắn kết/Đặt vấn đề): Đây là giai đoạn đầu của chu kỳ học

tập Giáo viên đặt học sinh vào các sự kiện, tình huống hoặc vấn đề nào đó trong thực tiễn có liên quan đến chủ đề học tập Thông qua các hoạt động giáo

viên định hướng cho học sinh gắn kết, liên hệ giữa kiến thức với sự kiện, tình huống hay vấn đề đã được đặt ra Từ sự gắn kết đó sẽ nảy sinh vấn đề cần giải quyết hay cần nghiên cứu thêm một vấn đề gì đó

- Exploration (Khảo sát/khám phá): Học sinh chủ động khám phá kiến

thức mới thông qua các hoạt động như quan sát, làm thí nghiệm, thiết kế, thu thập số liệu… để giải quyết một vấn đề Giáo viên chỉ đóng vai trò là người định hướng hoạt động, cung cấp những kiến thức hoặc trải nghiệm nền tảng

- Explaination (Giải thích): Học sinh trình bày, miêu tả, giải thích, phân

tích các trải nghiệm hoặc quan sát thu được ở giai đoạn khám phá, đề xuất các giải pháp mang tính khả thi Giáo viên sẽ hướng dẫn học sinh tổng hợp kiến thức mới và giải thích nếu cần làm rõ kiến thức nào đó

- Elaboration (Áp dụng cụ thể): Học sinh vận dụng các kiến thức đã học

vào các tình huống và hoàn cảnh cụ thể giúp cho kiến thức trở nên sâu sắc hơn

- Evaluation (Đánh giá): Giai đoạn này bao gồm các hoạt động tự đánh

giá, bài tập viết, bài tập trắc nghiệm hoặc các sản phẩm Học sinh phải trình bày được các giải pháp để GQVĐ đã đặt ra ở giai đoạn 1 Giáo viên sử dụng các kỹ thuật đánh giá khác nhau để đánh giá kiến thức và kỹ năng của từng học sinh, từ đó đề xuất các phương pháp điều chỉnh phù hợp để HS đạt được mục tiêu học tập [22]

Như vậy, mô hình 5E trở thành một bộ công cụ hữu ích trong giáo dục STEM Khi áp dụng mô hình này trong giáo dục STEM sẽ giúp cho bài giảng sinh động và có tính hệ thống Học sinh được tham gia vào các hoạt động trải nghiệm để khám phá kiến thức mới và vận dụng kiến thức Đồng thời tính hệ thống của mô hình này sẽ giúp cho học sinh phát triển đồng thời cả kiến thức

và kỹ năng

1.2.6.2 Quy trình tiếp cận nghiên cứu khoa học

Giáo dục STEM theo cách tiếp cận nghiên cứu khoa học cũng là một mô

hình được các quốc gia quan tâm và áp dụng Theo mô hình này học sinh sẽ

được tiếp cận với các vấn đề khoa học theo cách của các nhà khoa học Quy trình gồm 6 bước:

- 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 [16]

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

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

Giáo dục STEM sẽ thực sự đạt hiệu quả cao khi bài học được thiết kế theo quy trình kỹ thuật Theo quy trình này thì học sinh sẽ đưa ra nhiều giải pháp để GQVĐ Một quy trình kỹ thuật phù hợp sẽ thúc đẩy học sinh suy nghĩ

và đưa ra quyết định

Hình 1.1.Vòng lặp thiết kế kỹ thuật trong giáo dục STEM[24]

1.3 Năng lực giải quyết vấn đề

1.3.1 Khái niệm năng lực

Có nhiều tác giả đưa ra khái niệm “năng lực”:

Xác định các giải pháp

Lựa chọn giải pháp

Chia sẻ

Đánh giá

Xác định vấn đề

Theo P.A Rudich, năng lực là tính chất tâm sinh lí của con người chi phối các quá trình tiếp thu cá kiến thức, kĩ năng và kĩ xảo cũng như hiệu quả

thực hiện một hoạt động nhất định [17]

Theo John Erpenbeck, năng lực được tri thức làm cơ sở, được sử dụng như khả năng, được quy định bởi giá trị, được tăng cường qua kinh nghiệm và

được hiện thực hóa qua chủ định [8]

Theo từ điển tâm lí học, (Vũ Dũng, 2000): “Năng lực là tập hợp các tính chất hay phẩm chất của tâm lí cá nhân, đóng vai trò là điều khiển bên trong, tạo thuận lợi cho việc thực hiện tốt một dạng hoạt động nhất định”

“Năng lực là khả năng thực hiện có trách nhiệm và hiệu quả các hành động, giải quyết các nhiệm vụ, vấn đề trong các tình huống thay đổi thuộc các lĩnh vực nghề nghiệp, xã hội hay cá nhân trên cơ sở hiểu biết, kĩ năng, kĩ xảo

và kinh nghiệm cũng như sự sẵn sàng hành động”

“Năng lực là khả năng thực hiện thành công hoạt động trong một bối cảnh nhất định nhờ sự huy động tổng hợp các kiến thức, kỹ năng và các thuộc tính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, ý chí… Năng lực của cá nhân được đánh giá qua phương thức và kết quả hoạt động của cá nhân đó khi giải quyết các vấn đề của cuộc sống”… [1]

Các phát biểu trên đều khẳng định: Khi đề cập đến năng lực là phải nói đến khả năng thực hiện, là phải biết làm, chứ không chỉ biết và hiểu

Theo CTGD tổng thể năm 2018, năng lực là thuộc tính cá nhân được hình thành, phát triển nhờ tố chất sẵn có và quá trình học tập, rèn luyện, cho phép con người huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ 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 [4]

1.3.2 Năng lực giải quyết vấn đề

Có nhiều tác giả và nhóm tác giả đã nghiên cứu về NL GQVĐ Theo tác

giả Nguyễn Cảnh Toàn: “Giải quyết vấn đề là hoạt động trí tuệ được coi là

trình độ phức tạp và cao nhất về nhận thức, vì cần huy động tất cả các năng lực trí tuệ của cá nhân Để giải quyết vấn đề, chủ thể phải huy động trí nhớ, tri

giác, lý luận, khái niệm hóa, ngôn ngữ, đồng thời sử dụng cả cảm xúc, động cơ,

niềm tin ở năng lực bản thân và khả năng kiểm soát được tình thế” [19]

Theo nghiên cứu của tác giả Đinh Quang Báo, ở bậc học THPT, NL GQVĐ được biểu hiện ở các hoạt động:

- Phân tích được tình huống trong học tập, trong cuộc sống; phát hiện và nêu được tình huống CVĐ trong học tập, trong cuộc sống

- Thu thập và làm rõ các thông tin có liên quan đến VĐ; đề xuất và phân tích được một số giải pháp GQVĐ; lựa chọn được giải pháp phù hợp nhất;

- Thực hiện và ĐG giải pháp GQVĐ; suy ngẫm về cách thức và tiến trình GQVĐ để điều chỉnh và vận dụng trong bối cảnh mới

Từ những định nghĩa trên, chúng ta có thể hiểu năng lực giải quyết vấn

đề của học sinh là khả năng của học sinh phối hợp vận dụng những kinh nghiệm bản thân, kiến thức, kĩ năng của các môn học trong chương trình trung học phổ thông để giải quyết thành công các tình huống có vấn đề trong học tập

và trong cuộc sống của các em, đồng thời phải có được khả năng tự đánh giá và điều chỉnh quá trình GQVĐ với thái độ tích cực

Trong CTGD tổng thể 2018, NL giải quyết vấn đề được biểu hiện gồm các tiêu chí được thể hiện ở bảng 1.1:

Bảng 1.1 Các biểu hiện của NLGQVĐ [4]

1 Nhận ra ý

tưởng mới

Biết xác định và làm rõ thông tin, ý tưởng mới và phức tạp từ các nguồn thông tin khác nhau; biết phân tích các nguồn thông tin độc lập để thấy được khuynh hướng và độ tin cậy của ý tưởng mới

2 Phát hiện và

làm rõ vấn đề

Phân tích được tình huống trong học tập, trong cuộc sống; phát hiện và nêu được tình huống có vấn đề trong học tập, trong cuộc sống

- Đánh giá được hiệu quả của giải pháp và hoạt động

Như vậy, Năng lực giải quyết vấn đề trong học tập có những biểu hiện sau:

- Phân tích được tình huống trong học tập, trong cuộc sống

- Phát hiện và nêu được tình huống có vấn đề trong học tập, trong cuộc sống

- Thu thập và làm rõ các thông tin có liên quan đến vấn đề

- Đề xuất và phân tích được một số giải pháp giải quyết vấn đề, lựa chọn được giải pháp phù hợp nhất

- Lập được kế hoạch để GQVĐ đặt ra và thực hiện kế hoạch một cách độc lập, sáng tạo, hợp lý

- Thực hiện và đánh giá giải pháp GQVĐ; suy ngẫm về cách thức và tiến trình GQVĐ để điều chỉnh và vận dụng trong tình huống mới

1.4 Mối quan hệ giữa dạy học theo định hướng giáo dục STEM với việc phát triển NL GQVĐ

DH theo định hướng giáo dục STEM trong DH Sinh học là một trong những giải pháp để thực hiện được mục tiêu giáo dục trong giai đoạn đổi mới hiện nay DH theo định hướng giáo dục STEM thuận lợi cho việc hình thành hứng thú học tập qua đó hình thành phẩm chất và phát triển NL chung và NL đặc thù môn Sinh học trong đó có NL GQVĐ Trong các quy trình DH STEM, thì quy trình thiết kế kĩ thuật là quy trình phù hợp với HS phổ thông hệ GDTX, đồng thời quy trình này tương đồng với quy trình DH GQVĐ Mặt khác qua phân tích các biểu hiện của NLGQVĐ được dự kiến phát triển ở HS phổ thông, thì thấy có những nét tương đồng với tiến trình của dạy học theo định hướng STEM theo quy trình kĩ thuật, do vậy chúng tôi sử dụng DH theo quy trình kĩ thuật của DH STEM để phát triển NLGQVĐ thông qua các chủ đề STEM phần Sinh học Vi sinh vật, Sinh học 10 THPT

1.5 Khảo sát thực trạng dạy học “Sinh học vi sinh vật” theo định hướng giáo dục STEM ở trung tâm GDNN - GDTX hiện nay

1.5.1 Khảo sát thực trạng dạy học phần “Sinh học vi sinh vật” ở trung tâm GDNN - GDTX hiện nay

Mục đích khảo sát: Nhằm đánh giá được thực trạng dạy học Sinh học

phần “Sinh học vi sinh vật” hiện nay, tìm ra những điểm yếu cần khắc phục để

từ đó đưa ra giải pháp hợp lý cho việc vận dụng dạy học theo định hướng giáo

dục STEM nhằm nâng cao chất lượng dạy học bộ môn

Nội dung khảo sát: Chúng tôi đã tiến hành phát phiếu khảo sát đối với

giáo viên (GV) dạy môn Sinh học tại tất cả 08 trung tâm GDNN - GDTX trên

địa bàn tỉnh Bắc Kạn vào tháng 10 năm 2018

Kết quả khảo sát: Thể hiện ở bảng 1.1 và 1.2 (Phụ lục 2)

Từ kết quả trên thấy rằng:

Về việc sử dụng phương pháp dạy học tích cực: Các phương pháp thuyết

trình, hỏi đáp, trực quan là các PPDH được sử dụng thường xuyên trong các giờ học với tỷ lệ từ 62,5% đến 100% Qua phỏng vấn thì các GV cho rằng đây

là các phương pháp dễ thực hiện, không mất thời gian chuẩn bị nhiều và phù hợp với mọi điều kiện học tập Tuy nhiên, việc sử dụng các phương pháp này quá nhiều dẫn đến tình trạng học viên thụ động trong học tập, khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn sẽ bị hạn chế Dạy học qua thực hành, thí nghiệm thỉnh thoảng mới được thực hiện (100%) vì các hóa chất và thiết bị phục vụ cho thí nghiệm, thực hành của môn Sinh học chưa có Dạy học dự án và dạy học giải quyết vấn đề được GV sử dụng chiếm 12,5% PPDH này chỉ thực hiện được ở rất ít trung tâm, đó là những trung tâm có đội ngũ GV chuyển công tác

từ trường THPT sang, dạy lâu năm, kinh nghiệm nhiều 87,5% GV được điều tra chưa áp dụng bao giờ Do GV tại các trung tâm GDNN - GDTX được tập huấn về đổi mới PPDH ít hơn GV dạy học tại các trường THPT, Mỗi môn học chỉ có một GV giảng dạy, thậm chí có trung tâm vẫn phải hợp đồng GV giảng dạy với các trường THPT, cơ sở vật chất thiếu thốn, chưa có phòng thực hành cho các môn học nên việc triển khai các PPDH tích cực còn rất hạn chế

Về việc sử dụng kĩ thuật dạy học tích cực: Sơ đồ tư duy là kĩ thuật dạy

học được GV sử dụng nhiều nhất chiếm 37,5% Đa số các GV đều cho rằng đây

là kỹ thuật áp dụng phù hợp với các bài ôn tập, có tính hệ thống hóa kiến thức,

dễ thực hiện Kĩ thuật hợp tác nhóm cũng được các GV sử dụng (25%) nhưng tùy theo bài học, theo nội dung học tập Tuy nhiên các GV cho biết HV tham

gia hoạt động nhóm còn thiếu kĩ năng, thực hiện chậm, mất nhiều thời gian nên việc sử dụng kĩ thuật hợp tác nhóm trên lớp gặp khó khăn làm cho GV ngại sử dụng Kĩ thuật khăn trải bàn và mảnh ghép: 100% GV chưa sử dụng các kĩ thuật dạy học này Các GV đều cho rằng, khi sử dụng các kĩ thuật DH này sẽ không đảm bảo thời gian cho tiết học nên không áp dụng được

Như vậy kết quả điều tra đã cho thấy việc triển khai các PPDH và kỹ thuật dạy học tích cực vẫn còn gặp nhiều khó khăn

Việc vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề xảy ra trong thực tiễn: Các

hoạt động vận dụng kiến thức để GQVĐ xảy ra trong thực tiễn mới chỉ là các câu hỏi mang tính chất gợi mở, vận dụng ở mức độ thấp và chủ yếu là thỉnh thoảng mới sử dụng (75%) Nguyên nhân chủ yếu là học viên chưa có nhiều cơ hội học tập trải nghiệm gắn liền với thực tế Áp lực về học tập và thi cử đang chi phối nhiều hoạt động học của học viên hiện nay

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

- GV đã quan tâm đến việc vận dụng các phương pháp và kĩ thuật dạy học tích cực nhưng vẫn còn rất hạn chế Nhưng việc triển khai các phương pháp và kĩ thuật dạy học tích cực còn gặp nhiều khó khăn, chủ yếu là dochất lượng đầu vào của HV rất thấp, bên cạnh đó còn có nguyên nhân nữa là do cơ

sở vật chất thiếu thốn, mỗi môn học chỉ có một GV nên việc trao đổi chuyên môn gặp khó khăn, thậm chí có nơi còn phải thuê GV dạy hợp đồng, tâm lí ngại đổi mới vẫn còn có ở số ít GV… Tuy nhiên, với lợi thế về thời gian học tập nhiều (do số lớp và số HV tại các trung tâm ít, HV chỉ học tám môn chính và chỉ học một ca là chính), HV chủ yếu phải lao đông giúp gia đình nhiều… Vì vậy, nếu GV chủ động trao đổi chuyên môn với GV trường THPT, gắn nội dung bài học với những vấn đề thực tiễn ở địa phươngthì đây lại là cơ sở thuận lợi để GV tiếp cận với tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM trong các trung tâm GDNN - GDTX

- Nội dung chương trình học khó, mang tính chất hàn lâm, chú trọng việc trang bị kiến thức cơ bản hơn là gắn với việc thực hành, vận dụng sáng tạo vào thực tiễn dẫn đến hạn chế việc phát triển năng lực toàn diện của HV

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

- Chính sách, cơ chế quản lí giáo dục chưa khuyến khích GV tích cực 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 các trung tâm hiện nay, xây dựng một mô hình học tập mới gắn với chương trình mới, giảm tính hàn lâm của lí thuyết và tăng khả năng thực hành, ứng dụng kiến thức vào GQVĐ, phát huy ý tưởng sáng tạo trong thực tiễn là giải pháp cần thiết

1.5.2 Khảo sát hoạt động dạy học theo định hướng giáo dục STEM tại các trung tâm GDNN - GDTX

Mục đích khảo sát: Để đánh giá việc tổ chức dạy học theo định hướng

giáo dục STEM cũng như là tìm ra các giải pháp để triển khai giáo dục STEM

trong các trung tâm GDNN - GDTX thuận lợi nhất

Nội dung khảo sát: Chúng tôi đã tiến hành khảo sát nhận thức GV và học

viên (HV) vào tháng 10 năm học 2018 - 2019

- GV: Chúng tôi lựa chọn 8 GV Sinh học của tất cả các trung tâm GDNN

- GDTX trong tỉnh Bắc Kạn

- HV: Chúng tôi lựa chọn 83 HV khối 10 của trung tâm GDNN - GDTX huyện Chợ Đồn và huyện Chợ Mới, và 41 HV khối 11 của trung tâm GDNN - GDTX huyện Ba Bể và huyện Bạch Thông, 42 HV khối 12 của trung tâm

GDNN - GDTX huyện Bạch Thông và huyện Ngân Sơn

Kết quả khảo sát:

Mức độ quan tâm của GV về giáo dục STEM và Mức độ nhận thức của

GV về dạy học theo định hướng giáo dục STEM: (Bảng 1.3, 1.4 - Phụ lục 2) thì

thấy rằng mối quan tâm và mức độ nhận thức của GV về giáo dục STEM tại các trung tâm GDNN - GDTX hiện nay như sau: Đa số GV chưa quan tâm

nhiều đến giáo dục STEM, đặc biệt là quy trình giáo dục STEM, thiết kế và tổ chức dạy học các chủ đề dạy học theo định hướng giáo dục STEM (2/8 = 25%)

và các hoạt động trải nghiệm giáo dục STEM (2/8 = 25%) Phần lớn GV mới chỉ quan tâm, tìm hiểu về khái niệm giáo dục STEM (4/8 = 50%) Giáo dục STEM là khái niệm còn rất mới với các GV tại các trung tâm GDNN - GDTX

do chưa có điều kiện để tiếp cận Một số GV trong quá trình tự bồi dưỡng hoặc

do sự chia sẻ từ đồng nghiệp ở các tỉnh khác có hoạt động giáo dục STEM nên mới bước đầu tìm hiểu đến hình thức giáo dục này

Tương tự, khi tiến hành khảo sát về Hoạt động giáo dục STEM ở các trung tâm GDNN - GDTX hiện nay: Từ kết quả khảo sát ở bảng 1.5 (Phụ lục 2) và bảng 1.7 (Phụ lục 4) thấy rằng hoạt động giáo dục STEM ở cáctrung tâm GDNN - GDTX là chưa thực hiện Cuộc thi sáng tạo KHKT tuy được Sở GD&ĐT triển khai nhưng không bắt buộc tại các trung tâm GDNN - GDTX nên cũng chưa tổ chức được hoạt động này Các hội thảo và tập huấn về giáo dục STEM cũng chưa triển khai tới các trung tâm nên hầu hết GV chưa hiểu rõ ràng về giáo dục STEM

Tiếp tục khảo sát Triển vọng về việc tổ chức các hoạt động dạy học theo định hướng giáo dục STEM trong trường THPT hiện nay: Sau khi phổ biến cho

các GV những hiểu biết cơ bản về DH STEM như: Khái niệm, những biểu hiện

cơ bản của DH STEM nói chung và DH STEM môn SH nói riêng, đã tiến hành khảo sát GV về triển vọng của DH STEM tại TTGDTX và thu được kết quả ở bảng 1.6 (Phụ lục 2) và bảng 1.8 (Phụ lục 4)

Từ kết quả khảo sát chúng tôi thấy: 62,5% GV cho rằng tổ chức định hướng giáo dục STEM cho HSPT hệ GDTX có phù hợp và cần thiết với đổi mới giáo dục hiện nay 50% GV cho rằng có thể thiết kế chủ đề dạy học sinh học theo định hướng giáo dục STEM theo hướng gắn với các hoạt động gần gũi với đời sống học viên 75% GV đồng ý với ý kiến giáo dục STEM sẽ phát triển năng lực cho học viên tốt Số lượng HV muốn được tham gia các hoạt động giáo dục STEM chiếm 69,3% Với kết quả như trên thì việc triển khai các hoạt động dạy

học theo định hướng giáo dục STEM là định hướng đúng, phù hợp và có thể triển khai được

Như vậy từ việc phân tích số liệu khảo sát về hoạt động dạy học theo định hướng giáo dục STEM ở trung tâm GDNN - GDTXcó thể rút ra kết luận như sau:

- Hoạt động giáo dục STEM trong trung tâm GDNN - GDTX hiện nay chưa được thực hiện 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

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

- Việc triển khai tập huấn về giáo dục STEM chưa được tổ chức cho GV các trung tâm GDNN - GDTX Tuy nhiên bên cạnh tồn tại đó thì có thể thấy trong tổng số 8 GV được hỏi thì có đến 50% GV bắt đầu quan tâm, tìm hiểu về giáo dục STEM 69,3%HV muốn được tham gia các hoạt động giáo dục STEM Mặt khác, các trung tâm GDNN - GDTX trện địa bàn tỉnh Bắc Kạn đều

có số lớp rất ít, trung bình mỗi khối học chỉ có một lớp GV tại các trung tâm chỉ dạy khoảng 4 - 6 tiết trên tuần còn lại là thực hiện các hoạt động kiêm nhiệm Về phía HV, các em chủ yếu học bốn tiết học trên một buổi chính khóa từ thứ hai đến thứ sáu Đây chính là cơ sở, điều kiện để các GV và HV có thời gian thiết kế, xây dựng và thực hiện được các chủ đề dạy học theo định hướng STEM

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

HS định hướng nghề nghiệp trong tương lai đặc biệt là lao động trong các ngành, nghề thuộc lĩnh vực STEM nhằm đáp ứng mục tiêu phát triển đất nước, yêu cầu của cuộc cách mạng công nghệ 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 vào thử nghiệm tại các trường THPT và là một mô hình giáo dục mới Nhiều GV và HS chưa được tiếp cận với giáo dục STEM Tuy nhiên qua kết quả điều tra thì đều thấy rằng việc triển khai giáo dục STEM là mong muốn của cả GV

và HV của các trung tâm GDNN - GDTX trên địa bàn tỉnh Bắc Kạn Đây là cơ sở thực tiễn quan trọng cho việc xây dựng các chủ đề dạy học và tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM tại các trung tâm GDNN - GDTX

Chương 2 THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC PHẦN SINH HỌC

“VI SINH VẬT” THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM

CHO HS THPT HỆ GDTX

2.1 Phân tích cấu trúc phần Sinh học vi sinh vật hệ GDTX

Trong chương trình Sinh học lớp 10 hệ GDTX, phần Sinh học Vi sinh vật gồm 2 phần chính với cấu trúc như sau:

Mục tiêu dạy học phần Sinh học vi sinh vật:

Theo [10] thì mục tiêu dạy học phần Sinh học vi sinh vật như sau:

- Kiến thức:

Nêu được khái niệm vi sinh vật và các đặc điểm chung của vi sinh vật Trình bày được các kiểu chuyển hoá vật chất và năng lượng ở vi sinh vật dựa vào nguồn năng lượng và nguồn cacbon mà vi sinh vật đó sử dụng

Nêu được hô hấp hiếu khí, hô hấp kị khí và lên men

Nêu được đặc điểm chung của các quá trình phân giải chủ yếu ở vi sinh vật và ứng dụng của các quá trình này trong đời sống và sản xuất

và lên men

Quá trình phân giải các chất

Sinh trưởng của quần thể VSV

Các yếu

tố ảnh hưởng đến ST của VSV

Trình bày được đặc điểm chung của sự sinh trưởng ở vi sinh vật và giải thích được sự sinh trưởng của chúng trong điều kiện nuôi cấy liên tục và không liên tục

Trình bày được những yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng của vi sinh vật

và ứng dụng của chúng

- Kĩ năng:

Biết làm một số sản phẩm lên men (sữa chua, muối chua rau quả và lên

men rượu)

Nhuộm đơn, quan sát một số loại vi sinh vật và quan sát một số tiêu bản

bào tử của vi sinh vật

- Thái độ:

Chăm chỉ, trung thực trong học tập, trong tìm tòi, khám phá khoa học Yêu thiên nhiên và trách nhiệm đúng đắn trong bảo vệ môi trường, phát triển bền vững

* Xác định được chủ đề giáo dục STEM

Căn cứ nội dung kiến thức phần Sinh học vi sinh vật, cơ sở vật chất của trung tâm, khả năng học tập của học viên và các hoạt động sinh hoạt, sản xuất gần gũi của địa phương để GV xác định được các chủ đề giáo dục STEM

Một số nội dung cơ bản có thể lựa chọn để xây dựng các chủ đề giáo dục STEM như: Làm bánh men rươụ, ủ rượu; làm tương, dưa chua, sữa chua, măng chua, mẻ; siro hoa qủa, ủ phân vi sinh hoặc bảo quản một số nông phẩm

2.2 Thiết kế và tổ chúc dạy học phần “Sinh học vi sinh vật” theo định hướng giáo dục STEM cho HSPT hệ GDTX

2.2.1 Thiết kế kế hoạch dạy học phần “Sinh học vi sinh vật” theo định hướng giáo dục STEM cho HSPT hệ GDTX

2.2.1.1 Các nguyên tắc xây dựng bài học STEM

- Đảm bảo những yêu cầu cần đạt về kiến thức, kĩ năng theo quy định của Bộ Giáo dục và Đào tạo: