Theo tiếp cận giáo dục STEM, (i) Dạy học tích hợp sẽ giúp người học vận dụng sáng tạo kiến thức, kỹ năng (chẳng hạn, kỹ năng thu nhận và xử lý thông tin...) và phương pháp tư duy khoa [r]
Trang 1PGS.TS Nguyễn Thế Hưng 1
TS Nguyễn Mỹ Vân
Tóm tắt: Khác với cách tiếp cận theo nội dung và cách tiếp cận theo mục tiêu,
thì giáo dục STEM là phương pháp tiếp cận liên môn trong dạy học (Science – Technology – Engineering - Mathematics), giúp người học có thể làm chủ được
tình huống, những thách thức sẽ gặp phải trong đời sống một cách chủ động và
sáng tạo Trong dạy học Sinh học Trung học Phổ thông (THPT), thì Dạy học dự án
và Dạy học tích hợp có thể coi là những quan điểm và phương pháp dạy học thể hiện rõ nhất tiếp cận Giáo dục STEM Bài viết này trình bày nguyên tắc, ý nghĩa
và một số phương pháp cơ bản trong giáo dục môi trường (GDMT) theo tiếp cận Giáo dụcSTEM, với những ví dụ minh họa cụ thể.
Từ khóa: Giáo dục môi trường, Dạy học Sinh học, STEM, Giáo dục STEM, Dạy
học dự án, Dạy học tích hợp.
1 Đặt vấn đề
Giáo dục STEM là phương pháp tiếp cận liên môn trong dạy học: Khoa học
(Science), Công nghệ (Technology), Kỹ thuật (Engineering), Toán (Mathematics) với mục
tiêu: (i) Nâng caohứngthúhọc tập; (ii) Vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các vấn đề thực tiễn; (iii) Kết nối trường học và cộng đồng; (iv) Định hướng hành động, trải nghiệm trong học tập; (v) Hình thành và phát triển năng lực và phẩm chất người học [1] Ngày nay, các nhà khoa học giáo dục đã nhận thức rằng, không thể duy trì một nền kinh tế trên nền tảng của sự đổi mới, trừ khi tạo ra được những công dân
được giáo dục tốt về Toán học, Khoa học và Kỹ thuật Điểm chung cho các mục tiêu
giáo dục STEM ở các quốc gia là sự tác động đến người học [1]
Hiện nay, ở Việt Nam, ngành Giáo dục - Đào tạo đã chỉ đạo nhiều hoạt động có bản chất là giáo dục STEM thông qua các hoạt động trải nghiệm…[1] và đang phối hợp với Hội đồng Anh triển khai chương trình thí điểm về giáo dục STEM cho một
số trường Trung học tại một số tỉnh, thành Tuy nhiên, các hoạt động giáo dục STEM này mới chỉ dừng lại ở những hoạt động đơn lẻ, thiếu tính hệ thống, chưa đồng bộ
1 Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội Điện thoại: 0977385080 Email: hung.dhqg@gmai.com
Trang 2Trong giáo dục, STEM có thể được triển khai ở nhiều cấp độ như: Chính sách
STEM; Chương trình STEM; Nhà trường STEM; Môn học STEM; Bài học STEM hay
Hoạt động STEM [1].
Khác với cách tiếp cận theo nội dung và cách tiếp cận theo mục tiêu, giáo dục
STEM coi giáo dục là sự phát triển tiềm năng tiềm ẩn trong mỗi con người, giúp
người học giải quyết được những thách thức sẽ gặp phải trong đời sống một cách
chủ động và sáng tạo [2]
Bài báo này trình bày nguyên tắc và một số phương pháp GDMT theo tiếp cận
Giáo dục STEM thông qua Dạy học dự án và Dạy học tích hợp.
2 Giáo dục môi trường trong dạy học Sinh học THPT theo tiếp cận Giáo dục STEM
2.1 Khái quát về GDMT trong dạy học Sinh học
Thực chất mục tiêu cuối cùng của GDMT là xây dựng một cộng đồng có văn hóa
môi trường Văn hoá môi trường chỉ có thể được hình thành và phát triển vững chắc
trên cơ sở nhận thức đúng, rèn luyện các kỹ năng và thái độ tích cực) [3]
Mục tiêu của GDMT gồm 3 cấp độ: (i) Hiểu biết về môi trường; (ii) Thái độ đúng
đắn về môi trường; (iii) Khả năng hoạt động có hiệu quả về môi trường (Hình 1).
Hiểu biết về môi
trường
Thái độ đúng đắn về môi trường
Khả năng hoạt động có hiệu quả
Hình 1: Ba cấp độ của mục tiêu của giáo dục môi trường [3]
2.2 Giáo dục môi trường thông qua Dạy học dự án
Dạy học dự án là một phương pháp có chức năng kép (kết hợp giữa học tập
và nghiên cứu, gắn lý thuyết với thực hành, tư duy và hành động, nhà trường và xã
hội), nó có vai trò tích cực vào việc đào tạo năng lực làm việc sáng tạo, năng lực giải
quyết vấn đề [3] Với hình thức này, người học thực hiện với tính tự lực cao trong
toàn bộ quá trình học tập [3] Dạy học dự án cũng được coi là phương pháp dạy
học mà người học cùng nhau giải quyết cả về mặt lý thuyết và thực tiễn Với phương
pháp này, người học được cung cấp điều kiện (tài liệu, hoá chất, phần mềm, dụng cụ
nghiên cứu ), và các chỉ dẫn để áp dụng trên các tình huống cụ thể Qua đó, người
học tích lũy được kiến thức và kỹ năng giải quyết vấn đề [3]
Dạy học dự án là một mô hình dạy học lấy người học làm trung tâm, giúp phát
triển kiến thức và các kỹ năng liên quan thông qua những nhiệm vụ mang tính mở
[4] Dạy học dự án hướng tới phát triển các kỹ năng tư duy khoa học, cũng như phát
triển kỹ năng sống cho người học
Thái độ đúng đắn về môi trường
Trang 3Quy trình dạy học dự án được biểu diễn bằng sơ đồ ở hình 2 Trong quá trình
thực hiện, nếu bước nào đó không khả thi, thì quay lại bước Hình thành ý tưởng.
Có thể phát triển Hình thành lại
Phân tích ý tưởng
Lập kế hoạch dự án Thực hiện dự án Kết thúc dự án
Kết thúc theo dự định
Hình 2: Quy trình dạy học dự án
Ý tưởng dự án có thể được xuất phát từ thực tiễn xã hội và từ nội dung chương trình đào tạo Ý tưởng dự án cũng có thể được xuất phát từ phía người học Khi đó,
dự án thường phù hợp với hứng thú người học, tính tự chịu trách nhiệm với công việc của họ cao hơn [3]
Trong dạy học dự án, người dạy thực hiện vai trò người hướng dẫn, người trợ giúp trong suốt các hoạt động dự án, người học được đưa ra nhiều quyết định, được cộng tác làm việc, được đưa ra sáng kiến, được trình bày trước tập thể, và trong nhiều trường hợp, người học được thiết lập kiến thức riêng cho bản thân [1]
Ví dụ: Với ý tưởng Bảo vệ nguồn nước, người dạy có thể tổ chức dạy học dự án
như sau:
Người dạy hướng người học đến việc xác định một số kiến thức cơ bản:
- Nước có vai trò quan trọng đối với đời sống của sinh vật Tuy vậy, nước không phải vô hạn, mà thực sự nước là một tài nguyên quan trọng Trong hoạt động sống của mình, con người đã làm suy giảm nguồn tài nguyên nước
Trang 4Thảm thực vật có vai trò quan trọng trong việc dự trữ, điều tiết nguồn nước Việc đánh giá khả năng dự trữ, điều tiết lượng nước của thảm thực vật là rất quan trọng Ngoài ra, người học phải quan tâm đến kiến thức đã được học: vai trò của nước đối với đời sống, các dạng tồn tại của nước trong tự nhiên, chu trình tuần hoàn của nước trong hệ sinh thái, tác động qua lại giữa sinh vật và môi trường
Người dạy tổ chức các nhóm xác định đề tài, xây dựng đề cương nghiên cứu: Với vai trò là người hướng dẫn, người dạy giúp người học xây dựng đề cương nghiên cứu bằng việc trả lời các câu hỏi sau đây:
1) Việc “Bảo vệ nguồn nước” có ý nghĩa như thế nào?
2) Tại sao thực hiện đề tài? (ý nghĩa của đề tài, tính thực tiễn, tính khả thi) 3) Điều kiện để thực hiện được dự án? (thời gian tiến hành, thời hạn, điều kiện
về cơ sở vật chất và phương tiện nghiên cứu, phương tiện đi lại, số thành viên tham gia )
4) Nhóm nghiên cứu đã lựa chọn hướng nghiên cứu nào? (Cần lưu ý đến yêu cầu của thực tiễn, đặc biệt là các yêu cầu ngay ở nơi người học sinh sống)
5) Đối tượng, nhiệm vụ và phương pháp nghiên cứu của đề tài là gì?
Người dạy tổ chức các nhóm thực hiện đề tài nghiên cứu:
Khi hướng dẫn các nhóm nghiên cứu, người dạy có thể hỗ trợ người học bằng việc giúp người học trả lời được các câu hỏi sau:
1) Việc tiến hành nghiên cứu trên thực địa như thế nào? (cách lấy mẫu, thời gian lấy mẫu, cách đặt thí nghiệm để đảm bảo tính chính xác, khoa học)
2) Từ các số liệu thu được (số liệu thô), làm thế nào để có thể rút ra kết luận sơ
bộ (lập các bảng biểu; tính các đại lượng đặc trưng; kiểm định giả thuyết thống kê các tham số; biểu diễn trên đồ thị, biểu đồ )
3) Báo cáo khoa học được viết như thế nào? (cấu trúc của báo cáo, dung lượng, cách thống kê tài liệu tham khảo, hình thức trình bày, cách thảo luận và rút ra nhận
xét sau mỗi phần, cách viết phần Kết luận, cách viết tóm tắt báo cáo khoa học).
9) Báo cáo kết quả nghiên cứu và bảo vệ luận điểm khoa học như thế nào? (thiết kế poster, bản trình chiếu powerpoint, cách đặt vấn đề, xác định thời gian nội dung báo cáo, những điểm cần nhấn mạnh, cần giải thích trong khi báo cáo)
Người dạy tổ chức đánh giá các nhóm trong việc xây dựng và thực hiện đề tài nghiên cứu:
Trang 5Người dạy xây dựng các tiêu chí đánh giá cụ thể và xây dựng biểu điểm cho
mỗi tiêu chí theo từng giai đoạn, với các trọng số phù hợp: (i) Xây dựng đề cương
nghiên cứu; (ii) Thực hiện đề tài; (iii) Nộp sản phẩm của đề tài và báo cáo kết quả.
Việc phân tích ví dụ trên cho thấy, dạy học dự án đã thể hiện được cách tiếp cận của giáo dục STEM và đạt được nhiều mục tiêu:
i) Tạo được hứng thú cho người học, vì nhiệm vụ của người học gắn với thực tiễn đời sống Thông qua việc thực hiện dự án này, người học phải đưa ra những đóng góp về mặt khoa học giúp định hướng cho việc sử dụng đất ở địa phương một cách hợp lý, có hiệu quả trong việc bảo vệ nguồn nước
(ii) Bên cạnh việc hiểu bài một cách sâu sắc, người học còn được rèn luyện kỹ năng nghiên cứu khoa học (kĩ năng xác định đề tài nghiên cứu, kĩ năng xây dựng
và báo cáo đề cương nghiên cứu, cách thu thập và xử lý số liệu thu được, cách xây dựng cấu trúc của một báo cáo khoa học, cách bảo vệ đề tài )
(iii) Người học phát triển kỹ năng thực hành và kỹ năng giải quyết các vấn đề trong học tập và đời sống
(iv) Bồi dưỡng lòng yêu khoa học, rèn luyện tính nghiêm túc trong nghiên cứu khoa học
(v) Phát triển năng lực tự học, phát triển năng lực tư duy logic, tính sáng tạo trong nghiên cứu khoa học
Ví dụ: Cùng đánh giá khả năng trữ nước của các kiểu thảm thực vật ở một vùng nghiên cứu, các nhóm nghiên cứu có thể có các cách tiếp cận khác nhau, cách thiết kế thí nghiệm khác nhau và phương pháp nghiên cứu khác nhau
2.3 Giáo dục môi trường thông qua Dạy học tích hợp
Không có bất kỳ ngành khoa học nào không có sự tích hợp tri thức của nhiều lĩnh vực Xu thế phát triển của khoa học là càng ngày càng phân hóa sâu, song song với việc tích hợp liên môn, liên ngành ngày càng mạnh [1] Điều đó đã dẫn đến một tất yếu là không thể giảng dạy các khoa học như là các lĩnh vực tri thức riêng rẽ Theo tiếp cận giáo dục STEM, (i) Dạy học tích hợp sẽ giúp người học vận dụng sáng tạo kiến thức, kỹ năng (chẳng hạn, kỹ năng thu nhận và xử lý thông tin ) và phương pháp tư duy khoa học để giải quyết những tình huống trong đời sống thực tiễn; (ii) Ngoài ra, dạy học tích hợp còn giúp người học xác lập mối liên hệ giữa các khái niệm đã học trong các môn học khác nhau; (iii) Dạy học tích hợp còn tạo hứng thú học tập cho người học vì dạy học tích hợp chú trọng tập dượt cho người học nhiều kiến thức kỹ năng học được vào các tình huống thực tế, có ích cho cuộc sống,
có năng lực sống tự lập [5]
Trang 6Các bước tích hợp kiến thức trong bài giảng Sinh học:
- Phân tích nội dung sách giáo khoa (SGK)
- Xác lập mối quan hệ giữa nội dung kiến thức Sinh học với kiến thức các
ngành khoa học khác, đặc biệt là Công nghệ (Technology), Kỹ thuật (Engineering), Toán
(Mathematics)
- Lựa chọn cách thức tích hợp kiến thức trong bài giảng
- Giải thích hiện tượng trong thực tế có liên quan
Các nguyên tắc tích hợp trong dạy học Sinh học:
1) Kiến thức được tích hợp phải có mối quan hệ logic chặt chẽ với Sinh học, nhưng phải được ẩn trong nội dung bài học Sinh học Tránh việc biến bài dạy Sinh học thành bài giảng các môn khoa học khác
2) Kiến thức tích hợp đưa vào bài học phải được sắp xếp một cách có hệ thống, với một lượng hợp lý, vừa làm phong phú thêm kiến thức cho người học vừa nâng cao được chất lượng dạy học, nhưng phải sát với thực tiễn, thích hợp với trình độ của người học
3) Kiến thức tích hợp đưa vào bài học phải đảm bảo tính vừa sức, có giá trị giúp người học hiểu bài hơn, và tạo được hứng thú cho người học Đảm bảo nguyên tắc vừa sức, trình bày đơn giản, ví dụ thực tế gần gũi Dưới đây là một số ví dụ về tích hợp Toán học vào dạy học Sinh học
Người dạy cần chú ý đến chương trình Toán học và trình độ của người học, sử dụng triệt để những kiến thức mà người học đã biết và chọn lọc những nội dung tích hợp hợp lý để giải quyết một nhiệm vụ của kiến thức Sinh học
Ví dụ 1: Dạy nội dung “Phân bón với năng suất cây trồng và môi trường” (Bài 6
Dinh dưỡng Nitơ ở thực vật, Sinh học 11) [6]
* Tổ chức dạy học:
Để giúp người học xác định được mối quan hệ qua lại giữa cây trồng, phân bón
và môi trường, người dạy có thể sử dụng khái niệm Hiệu suất bón phân đối với lượng
chất dinh dưỡng cây đã lấy từ nguồn phân bón và được tính theo công thức:
X = (Xn – Xn-1) / (Vn – Vn-1) (Theo Kimura và Chiba, 1963)
Trong đó: X: Hiệu suất bón phân; Xn-1: Năng suất cây trồng trước khi bón thêm dinh
dưỡng; Xn: Năng suất cây trồng sau khi bón thêm chất dinh dưỡng; Vn-1: Lượng dinh dưỡng
trước khi bón phân; Vn: Lượng chất dinh dưỡng bón thêm.
Trang 7Người dạy rút gọn công thức trên: X = X / V và yêu cầu người học trả lời
câu hỏi: Hiệu suất bón phân đối với lượng chất dinh dưỡng cây đã lấy từ nguồn phân bón
phụ thuộc vào những yếu tố nào? Từ đó, rút ra ý nghĩa thực tiễn.
Người dạy tổ chức dạy học giúp người học rút ra các kết luận: Hiệu suất bón
phân phụ thuộc vào lượng phân bón; X / V nhỏ gây lãng phí phân bón; X/V
lớn nghĩa là cây sử dụng phân bón hiệu quả Vì vậy, trong thực tiễn cần bón phân với liều lượng sao cho X / V hợp lý nhất
Để tạo hứng thú cho người học và giúp người học xác định được ý nghĩa của việc tính toán lượng phân bón thích hợp, người dạy yêu cầu người học giải bài tập
theo nhóm: Ở khu vực đồng bằng sông Hồng (Việt Nam),muốn có một 100 thóc, cần cung
cấp 1,4 kg nitơ (đối với lúa chiêm) và 1,6 kg nitơ (đối với lúa mùa) Hệ số sử dụng phân nitơ hóa học là 60% Xác định lượng nitơ cần phải bón để đạt 5 tấn thóc/ha một vụ là bao nhiêu?
Tổ chức cho người học giải bài tập:
Lượng phân bón nitơ cần là:
Đối với lúa chiêm: (1,4 x 50 x 100) / 60 = 116,7 kg N
Đối với lúa mùa: (1,6 x 50 x 100) / 60 = 133,3 kg N
Ý nghĩa của dạy học tích hợp:
Thông qua sử dụng công thức, người học được rèn luyện kỹ năng tư duy (phân tích, tổng hợp) và kỹ năng giải quyết vấn đề trong thực tiễn cuộc sống
Người học có hứng thú với bài học qua việc xác định được ý nghĩa thực tiễn của nội dung kiến thức trong bài dạy
Một trong những mục tiêu của bài học là người học phải xác định được mối quan hệ giữa liều lượng phân đạm bón cho cây với sinh trưởng của cây và điều kiện môi trường (Nếu lượng phân bón thiếu, cây trồng không đủ dinh dưỡng để phát triển, nếu lượng phân bón thừa sẽ gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng xấu đến sự sinh trưởng của cây) Vì vậy, để bón phân hợp lý cần xác định nhu cầu dinh dưỡng của cây trồng
Ví dụ 2: Trong bài 43 Trao đổi vật chất trong hệ sinh thái (Sinh học 12, Tr.193) [7],
SGK đưa ra khái niệm Tháp sinh khối, kèm theo sơ đồ minh họa (Hình 3).
Trang 8Hình 3 Tháp sinh khối [7].
Dựa trên kiến thức về Tháp sinh khối, người dạy có thể tổ chức cho người học
làm bài tập:
Ở một hệ sinh thái, một tháp sinh khối được xây dựng (Hình 3) Người ta tiến hành phun thuốc bảo vệ thực vật (BVTV), với nồng độ 10 kg/ ha Giả sử loại thuốc này có hệ số tích lũy trong cơ thể là 90% Hãy xác định hàm lượng chất BVTV trong 1 g sinh khối ở mỗi bậc dinh dưỡng Biểu diễn bằng biểu đồ số liệu tính toán được và đưa ra nhận xét
Người dạy hướng dẫn người học làm bài tập theo nhóm:
TT Chỉ tiêu Bậc dinh dưỡng
cấp 1
Bậc dinh dưỡng cấp 2
Bậc dinh dưỡng cấp 3
Bậc dinh dưỡng cấp 4
1 được tích lũy trong sinh Lượng thuốc BVTV
khối
1000 g* 90 /100 = 900 g /100 = 81 g900 * 90 /100 = 72,9 g81 g* 90 /100 = 65,61 g72,9 g * 90
2 BVTV trong 1 g sinh Hàm lượng thuốc
khối
900 g /
15000 = 0,06 g
81 / 500 = 0,16 g 72,9 g / 400 = 0,18 g 65,61 g / 50 = 13,11 g
Hình 4 Sự biến động của hàm lượng thuốc BVTV qua các bậc dinh dưỡng
Khi hoàn thành bài tập này, người học hiểu rõ về khái niệm Tháp sinh khối [5], hiểu rõ mặt tiêu cực của thuốc BVTV (Không chỉ gây ô nhiễm môi trường sống, mà còn
gây ô nhiễm trong các sản phẩm nông nghiệp, gây hại cho người và sinh vật) Người học
được rèn kĩ năng thu thập và xử lí thông tin (Biểu diễn số liệu thu được trên biểu đồ) Người học có thể đưa ra nhận xét từ kết quả tính toán được (Mức độ nguy hiểm của việc sử dụng sinh khối bị ô nhiễm làm thức ăn càng cao khi nguồn thức ăn càng
xa bậc dinh dưỡng cấp 1)
Trang 9Trong quá trình tổ chức dạy học GDMT thông qua Dạy học dự án và Dạy học tích
hợp, chúng tôi đã tổ chức thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi và tính hiệu
quả của các biện pháp kể trên, với nội dung kiểm tra cơ bản như sau:
Dạy học dự án:
- Vai trò của nước đối với đời sống sinh vật
- Vai trò của thảm thực vật
- Các trạng thái của nước trong đất
- Mối quan hệ giữa lượng nước trong đất và khả năng bảo vệ nguồn nước của thảm thực vật
Dạy học tích hợp:
- Khái niệm Ô nhiễm môi trường
- Các con đường hấp thu chất dinh dưỡng ở thực vật
- Nguyên tắc bón phân cho cây trồng
- Ảnh hưởng của việc sử dụng phân bón hóa học và thuốc BVTV đến môi trường và sức khỏe con người
2.4 Kết quả thực nghiệm sư phạm
Thực nghiệm sư phạm được tiến hành tại 3 trường Trung học Phổ thông, với
2 nhóm lớp (Thực nghiệm và Đối chứng) có số lượng học sinh và học lực tương đương
Kết quả thực nghiệm cho thấy, các lớp thực nghiệm và lớp đối chứng có sự khác biệt về phổ điểm (Bảng 1) và sự phân bố điểm (Hình 5)
Bảng 1 Bảng phân bố tần số kết quả điểm lớp thực nghiệm và đối chứng
Trang 10Hình 5 Phân loại kết quả học tập của người học
3 Kết luận
1) Có nhiều phương pháp và hình thức tổ chức dạy học GDMT trong dạy học
Sinh học THPT Tuy nhiên, Dạy học dự án và Dạy học tích hợp có thể coi là những quan điểm và phương pháp dạy học theo tiếp cận Giáo dục STEM Vì vậy, cần tăng cường
dạy học tích hợp theo chủ đề liên quan tới các môn Toán, Khoa học, Công nghệ và
Kỹ thuật và tăng cường tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học (Dạy học dự án) dành
cho học sinh theo tiếp cận giáo dục STEM
2) Khi tổ chức dạy học theo tiếp cận Giáo dục STEM, người dạy phải lưu ý đến
sự phù hợp giữa kiến thức được tích hợp với nội dung dạy học, phù hợp với trình
độ của người học và sát với thực tiễn
3) Dự án sử dụng trong dạy học cũng phải đảm bảo tính vừa sức, có giá trị giúp người học hiểu bài hơn, và tạo được hứng thú cho người học
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Nguyễn Thế Hưng (2018), Dạy học Sinh học theo tiếp cận năng lực, NXB Đại học
Quốc gia Hà Nội
2 A.V.Kelly (1989), The curriculum: Theory and practice Third edition, Paul
Chapman Publishing Ltd
3 Nguyễn Thế Hưng (2012), Phương pháp dạy học Sinh học ở trường Trung học phổ
thông, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội.
4 Tập đoàn Itel (2004), Teach to the Future (Dạy học cho tương lai), Tài liệu tập huấn
giáo viên)
