Vận dụng mô hình giáo dục STEM khuyết trong dạy học phần III sinh học vi sinh vật sinh học 10, trung học phổ thông

Mục đích nghiên cứu Vận dụng mô hình giáo dục STEM khuyết vào dạy học phần III Sinh học vi sinh vật - Sinh học 10, THPT nhằm nâng cao năng lực nhận biết, tìm hiểu và vận dụng kiến thức

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

PHẠM THỊ THÙY LINH

VẬN DỤNG MÔ HÌNH GIÁO DỤC STEM KHUYẾT TRONG DẠY HỌC PHẦN III SINH HỌC VI SINH VẬT

- SINH HỌC 10, TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM SINH HỌC

HÀ NỘI – 202 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

PHẠM THỊ THÙY LINH

VẬN DỤNG MÔ HÌNH GIÁO DỤC STEM KHUYẾT TRONG DẠY HỌC PHẦN III SINH HỌC VI SINH VẬT

- SINH HỌC 10, TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM SINH HỌC

CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC

BỘ MÔN SINH HỌC

Mã số: 8140213.01

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS MAI VĂN HƯNG

HÀ NỘI – 202 1

i

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến Ban Giám hiệu, các thầy giáo, cô giáo trong khoa Sư phạm, Trường Đại học Giáo dục - ĐHQGHN đã tận tình giảng dạy, truyền thụ kiến thức, kinh nghiệm, giúp đỡ

và tạo mọi điều kiện cho tác giả trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Giáo dục - Đại học Quốc gia Hà Nội

Với lòng biết ơn sâu sắc, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS Mai Văn Hưng - Giảng viên trường Đại học Giáo dục - ĐHQGHN - Người đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn tác giả nghiên cứu đề tài

Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban Giám hiệu trường THPT Cao Bá Quát – Quốc Oai, các thầy cô giáo và các em học sinh đã tham gia, hợp tác và tạo điều kiện, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình hoàn thành luận văn

Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân và bạn bè

- Chỗ dựa tinh thần vững chắc đã luôn động viên, ủng hộ, giúp tác giả hoàn thành luận văn này

Với rất nhiều cố gắng của bản thân, song do nhiều hạn chế về điều kiện thời gian nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong nhận được sự chỉ dẫn, góp ý của các nhà khoa học, quý thầy cô, bạn bè để luận văn được hoàn thiện hơn

Trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, tháng 11 năm 2021

Tác giả

Phạm Thị Thùy Linh

STEM Science (Khoa học), Technology (Công nghệ),

Engineering (Kĩ thuật), Mathematics (Toán học)

iii

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Số lƣợng điều tra bằng phiếu hỏi của GV và HS 30

Bảng 1.2 Thống kê về quan tâm của GV đến phát triển năng lực HS 32

Bảng 1.3 Kết quả điều tra việc sử dụng các PPDH và KTDH của GV 33

Bảng 1.4 Kết quả mức độ đồng ý của HS 36

Bảng 2.1 Nội dung, kiến thức, kĩ năng trong phần III – Sinh học Vi sinh vật 42

Bảng 2.2 Các vấn đề dạy học theo mô hình giáo dục STEM khuyết trong phần III Sinh học vi sinh vật, Sinh học 10 51

Bảng 3.1 Ý kiến của HS lớp đối chứng về các năng lực đƣợc hình thành sau khi học bài 22 Dinh dƣỡng, chuyển hóa vật chất và năng lƣợng ở vi sinh vật 79

Bảng 3.2 Ý kiến của HS lớp thực nghiệm về các năng lực đƣợc hình thành sau khi học bài 22 Dinh dƣỡng, chuyển hóa vật chất và năng lƣợng 80

ở vi sinh vật 80

Bảng 3.3 Bảng thống kê điểm kiểm tra bài 22 – Sinh học 10 của lớp TN và lớp ĐC 83

Bảng 3.4 Bảng tính tần suất và tần suất tích lũy bài 22 Sinh học 10 của lớp TN và ĐC 84

Bảng 3.5 So sánh các tham số thống kê đặc trƣng của lớp TN và ĐC 85

iv

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Mối liên quan giữa Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học [9] 19

Hình 1.2 Mô hình 5E hướng dẫn tích hợp STEM 21

Hình 1.3 Tiến trình dạy học STEM theo phương pháp nghiên cứu 23

khoa học [9] 23

Hình 1.4 Vòng lặp thiết kế trong giáo dục STEM 24

Biểu đồ 1.1 Đánh giá về mức độ GV quan tâm đến kích thích hứng thú, lôi cuốn HS vào bài học quan tâm 31

Biểu đồ 1.2 Mức độ quan tâm tới đổi mới dạy học Sinh học 34

Biểu đồ 1.3 Mức độ sử dụng các phương tiện dạy học 34

Biểu đồ 1.4 Đánh giá về mức độ GV thiết kế các sản phẩm liên quan đến STEM 35

Hình 2.1 Cấu trúc nội dung phần III Sinh học Vi sinh vật - Sinh học 10, THPT 40

Hình 2.2 Quy trình dạy học môn Sinh học theo mô hình giáo dục STEM khuyết 48

Biểu đồ 3.1 Ý kiến của HS lớp đối chứng về số lần xung phong phát biểu trong tiết học bài 22 - Sinh học 10 81

Biểu đồ 3.2 Ý kiến của HS lớp thực nghiệm về số lần xung phong phát biểu trong tiết học bài 22 – Sinh học 10 82

Hình 3.4 Phân bố tần suất tích lũy bài 22 - Sinh học 10 của lớp TN và ĐC 84 Hình 3.5 Học sinh hoạt động nhóm về sản phẩm STEM khuyết của nhóm 88

Hình 3.6 Học sinh thuyết trình về sản phẩm 88

v

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ii

DANH MỤC CÁC BẢNG iii

DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ BIỂU ĐỒ iv

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 4

3 Nhiệm vụ nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu 4

4 Đối tượng và khách thể nghiên cứu 5

5 Giả thuyết nghiên cứu 5

6 Phương pháp nghiên cứu 5

7 Những đóng góp mới của đề tài 6

8 Cấu trúc luận văn 6

CHƯƠNG 1 6

CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 7

1.1 Lịch sử nghiên cứu 7

1.1.1 Giáo dục STEM trên thế giới 7

1.1.2 Giáo dục STEM tại Việt Nam 12

1.2 Cơ sở lí luận 14

1.2.1 Một số khái niệm 14

1.2.1.1 STEM 14

1.2.1.2 STEM khuyết 14

1.2.1.3 Giáo dục STEM 15

1.2.2 Vấn đề cơ bản về giáo dục STEM 17

1.2.2.1 Mục tiêu của giáo dục STEM 17

1.2.2.2 Mối liên hệ tương tác giữa các lĩnh vực trong giáo dục STEM: 19

1.2.2.3 Năng lực giải quyết vấn đề 20

vi

1.2.2.4 Quy trình giáo dục STEM 20

1.2.3 Các con đường giáo dục STEM cho học sinh 25

1.2.4 Phân loại STEM 26

1.2.5 Dạy học môn Sinh học theo định hướng giáo dục STEM 27

1.3 Cơ sở thực tiễn 29

1.3.1 Mục đích điều tra 29

1.3.2 Phương pháp điều tra 30

1.3.3 Kết quả điều tra 30

Tiểu kết chương 1 39

CHƯƠNG 2 VẬN DỤNG MÔ HÌNH GIÁO DỤC STEM KHUYẾT TRONG DẠY HỌC PHẦN III SINH HỌC VI SINH VẬT - SINH HỌC 10, 40

TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 40

2.1 Phân tích chương trình Sinh học 10 – Trung học phổ thông 40

2.1.1 Cấu trúc chương trình Sinh học 10, Trung học phổ thông, phần III Sinh học Vi sinh vật 40

2.1.2 Mục tiêu học phần III Sinh học vi sinh vật - Sinh học 10 – Trung học phổ thông 41

2.2 Mối quan hệ giữa nội dung, chương trình phần Sinh học Vi sinh vật mới mô hình giáo dục STEM khuyết 41

2.2.1 Cấu trúc, nội dung các bài trong phần III Sinh học Vi sinh vật 41

2.2.2 Mối quan hệ giữa nội dung, chương trình phần Vi sinh vật với định hướng giáo dục STEM khuyết 44

2.3 Quy trình xây dựng bài giảng Sinh học phần III Sinh học Vi sinh vật theo mô hình giáo dục STEM khuyết 46

2.3.1 Nguyên tắc xây dựng quy trình thiết kế bài giảng Sinh học theo mô hình giáo dục STEM khuyết 46

vii

2.3.2 Quy trình xây dựng bài giảng Sinh học theo mô hình STEM khuyết

47

2.4 Xây dựng một số hoạt động theo mô hình giáo dục STEM khuyết dạy học phần Sinh học vi sinh vật, Sinh học 10 – Trung học phổ thông 51

2.5 Thiết kế một số giáo án áp dụng dạy học STEM khuyết trong phần Sinh học vi sinh vật, lớp 10 62

Tiểu kết chương 2 76

CHƯƠNG 3 77

THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 77

3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 77

3.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 77

3.3 Phương pháp thực nghiệm 77

3.3.1 Phương pháp chọn lớp thực nghiệm 77

3.3.2 Phương án thực nghiệm 78

3.4 Nội dung thực nghiệm 78

3.5 Kết quả thực nghiệm 78

3.5.1 Kết quả định tính 78

3.5.2 Kết quả định lượng 82

3.5.3 Nhận xét 86

Tiểu kết chương 3 89

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 90

PHỤ LỤC 95

Trên thực tế, các nền giáo dục tiên tiến trên thế giới đã tập trung đào tạo các kỹ năng hữu ích cho tương lai như: kỹ năng làm việc nhóm, kỹ năng giao tiếp, kỹ năng sáng tạo và tư duy phản biện Sự rèn luyện và kết hợp giữa các kỹ năng trở thành chiến lược giáo dục thiết yếu mà nhiều quốc gia hướng đến Tại Mỹ, Phần Lan và nhiều quốc gia đã thường xuyên cập nhật, đổi mới các phương pháp giáo dục, nhất là việc tập trung vào kỹ năng và tính áp dụng thực tế, nhấn mạnh việc đào tạo nền tảng học tập suốt đời, khả năng tự hoàn thiện bản thân của người học

Nhà sư phạm nổi tiếng Maria Montessori từng chia sẻ:” Đừng giáo dục các em thế giới của hôm nay Thế giới của hôm nay sẽ thay đổi khi các em lớn lên Phải ưu tiên giúp các em biết cách phát triển tư duy sáng tạo và rèn luyện khả năng tự thích nghi”

Đi theo xu hướng giáo dục của thế giới, Giáo dục Việt Nam cũng đã có những bước tiến nhất định để đào tạo ra những thế hệ mới, nguồn lao động có khả năng thích nghi tốt với thay đổi của thời đại, sáng tạo và linh hoạt trong mọi lĩnh vực khoa học, kinh tế, xã hội…

Để có những bước thay đổi nhanh và mạnh như vậy giáo dục cần đổi mới căn bản, toàn diện, đặc biệt chú trọng đổi mới nội dung, PPDH, thi, kiểm tra và đánh giá chất lượng giáo dục Dạy học phải gắn liền với thực tế, giải quyết được các vấn đề, các yêu cầu của thực tế Điều này cũng được nêu rõ trong Chiến lược phát triển giáo dục Việt Nam 2011-2020 thuộc Chương trình hành động của Bộ Giáo dục và Đào tạo thực hiện

1.3 Xuất phát từ đặc điểm và thực trạng dạy học Sinh học

Sinh học là môn học là môn khoa học tự nhiên, có thể được sử dụng, vận dụng nhiều trong đời sống, y học, khoa học, công nghiệp, thực phẩm…

Tuy hiên hiện nay môn Sinh học chưa được coi trọng đúng mức trong trường THPT, người học thường chú trọng đến mục tiêu thi tuyển sinh THPT quốc gia, mà những trường khối B thì ít, điểm đầu vào cao nên tạo tâm lý e ngại cho người học và phụ huynh học sinh (HS)

Phương pháp giảng dạy còn nặng lý thuyết, chưa gắn kết nhiều với thực tiễn, thực hành thí nghiệm còn ít, nên để lôi cuốn HS say mê và yêu thích sinh học còn hạn chế

Bắt kịp xu hướng đổi mới giáo dục thế giới, nhiều phương pháp mới trong giảng dạy môn Sinh học đã, đang được sử dụng để nâng cao chất lượng

3

dạy học, tăng tính hứng thú cho HS, để những tiết học lôi cuốn, hấp dẫn và có tính thực tiễn cao Muốn giải quyết một vấn đề trong thực tiễn, người học không thể dựa vào từng môn học đơn lẻ mà cần phải kết hợp nhuần nhuyễn nhiều môn học, cần có các kỹ năng cần thiết, năng lực cốt lõi Đáp ứng nhu cầu đó giáo dục STEM đã ra đời

Giáo dục STEM về bản chất được hiểu là trang bị cho người học những

kiến thức và kĩ năng cần thiết liên quan đến các lĩnh vực khoa học (Science), công nghệ (Technology), kĩ thuật (Engineering) và toán học (Mathematics)

Các kiến thức và kĩ năng này phải được tích hợp, lồng ghép và bổ trợ cho nhau, giúp HS không chỉ hiểu biết về nguyên lí mà còn có khả năng liên kết các kiến thức để thực hành và có tư duy sử dụng kiến thức vào thực tiễn để giải quyết vấn đề, tạo ra được những sản phẩm trong cuộc sống hằng ngày Giáo dục STEM đảm bảo giáo dục toàn diện, nâng cao tính hứng thú học tập, hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho HS, tăng tính kết nối giữa trường học với cộng đồng, đồng thời còn định hướng và phân luồng nghề nghiệp cho HS trong tương lai

Chính vì thế giáo dục STEM được đánh giá là mô hình giáo dục thích ứng nhất với mục tiêu dạy học phát triển năng lực, có khả năng thích nghi nhất với thế giới đầy biến động như hiện nay Tuy nhiên hiện nay giáo dục STEM thường áp dụng với các chủ đề, với thời lượng nhiều tiết học nên có những khó khăn nhất định khi triển khai tại các trường THPT do điều kiện cơ

sở vật chất, thời gian, kinh phí, nên việc áp dụng giáo dục STEM trong thời lượng một tiết học cũng là một giải pháp phù hợp

Giáo dục STEM khuyết được hiểu là vận dụng kiến thức từ các lĩnh

vực khoa học (Science), công nghệ (Technology), kĩ thuật (Engineering) và toán học (Mathematics) Tuy nhiên không đầy đủ cả 4 lĩnh vực mà có thể ít

hơn tích hợp, lồng ghép vào bài học dạy trong tiết học không làm thay đổi thời lượng và thời điểm của chương trình giáo dục nhằm giải quyết vấn đề

4

Từ những lý do trên, với mong muốn nâng cao chất lượng dạy học nói chung và dạy học môn Sinh học nói riêng, tôi mạnh dạn thực hiện đề tài: “

Vận dụng mô hình giáo dục STEM khuyết trong dạy học phần III Sinh học

vi sinh vật - Sinh học 10, Trung học phổ thông”

2 Mục đích nghiên cứu

Vận dụng mô hình giáo dục STEM khuyết vào dạy học phần III Sinh học vi sinh vật - Sinh học 10, THPT nhằm nâng cao năng lực nhận biết, tìm hiểu và vận dụng kiến thức tổng hợp từ các lĩnh vực STEM khuyết vào giải quyết các vấn đề liên quan đến vi sinh vật trong bối cảnh cụ thể của tiết học từ

đó nâng cao hiệu quả dạy học môn Sinh học nhằm thích ứng với sự thay đổi của thế giới

3 Nhiệm vụ nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu

3.1 Nhiệm vụ nghiên cứu

Nghiên cứu cơ sở lí luận về mô hình giáo dục STEM và giáo dục STEM khuyết trên thế giới và ở Việt Nam

Thiết kế phiếu điều tra, bảng hỏi để xác định thực trạng về việc dạy và học theo mô hình giáo dục STEM cho HS ở một số trường THPT

Thiết kế quy trình theo mô hình giáo dục STEM khuyết ở một số tiết học, bài học

Thiết kế các công cụ và các tiêu chí đánh giá hiệu quả của việc dạy học theo mô hình giáo dục STEM khuyết qua tiết học, bài học

Xây dựng quy trình xây dựng bài giảng Sinh học phần III Sinh học Vi sinh vật theo mô hình giáo dục STEM khuyết

Thực nghiệm sư phạm (TNSP) nhằm kiểm tra giả thuyết khoa học của

đề tài

Rút ra kết luận của việc dạy học theo giáo án đã thiết kế

4 Đối tượng và khách thể nghiên cứu

4.1 Đối tượng nghiên cứu

Tổ chức dạy học phần III Sinh học vi sinh vật- Sinh học 10, THPT theo

mô hình giáo dục STEM khuyết

4.2 Khách thể nghiên cứu

Quá trình dạy học phần III Sinh học vi sinh vật- Sinh học 10, THPT

5 Giả thuyết nghiên cứu

Nếu tổ chức dạy học phần III Sinh học vi sinh vật - Sinh học 10, THPT theo mô hình giáo dục STEM khuyết trong từng tiết học sẽ góp phần phát triển cho HS năng lực giải quyết vấn đề cho HS

6 Phương pháp nghiên cứu

6.1 Phương pháp nghiên cứu lí thuyết

Nghiên cứu các tài liệu có liên quan như văn kiện, nghị quyết của Đảng

và Nhà nước; tài liệu về giáo dục STEM và giáo dục STEM khuyết; dạy học liên môn, dạy học thực hành, tài liệu về tâm lý học và các đề tài liên quan đến vấn đề nghiên cứu để làm cơ sở lí luận cho đề tài, chương trình sách giáo khoa Sinh học 10

6.2 Phương pháp điều tra

Khảo sát, điều tra trên các đối tượng: giáo viên (GV), HS

Phỏng vấn trao đổi trên các đối tượng: chuyên gia, cán bộ quản lý, GV, HS

6.3 Thực nghiệm sư phạm

Tổ chức giảng dạy thực nghiệm, phát phiếu điều tra; so sánh đối chiếu kết quả trước và sau quá trình thực nghiệm ở từng lớp và giữa các lớp, chiều

6

hướng biến đổi năng lực của HS giữa các lớp đối chứng và các lớp thực nghiệm

6.4 Phương pháp xử lí số liệu bằng thống kê toán học

Sử dụng phần mềm SPSS trong đánh giá số liệu thu thập được trong điều tra

7 Những đóng góp mới của đề tài

Góp phần hệ thống hóa cơ sở lí luận của việc dạy học theo mô hình giáo dục STEM khuyết thông qua kiến thức về phần III Sinh học Vi sinh vật - Sinh học 10, THPT

Đề xuất quy trình thiết kế mô hình giáo dục STEM khuyết trong dạy học phần III Sinh học Vi sinh vật - Sinh học 10, THPT

Thiết kế được các công cụ nhằm phát triển năng lực cho HS trong dạy học theo mô hình giáo dục STEM khuyết trong từng tiết học, bài học

Thiết kế các tiêu chí đánh giá năng lực cho HS trong dạy học theo mô hình giáo dục STEM khuyết

8 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, khuyến nghị, tài liệu tham khảo, luận văn được dự kiến trình bày trong 3 chương:

Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài

Chương 2: Vận dụng mô hình giáo dục STEM khuyết trong dạy học phần III Sinh học Vi sinh vật - Sinh học 10, THPT

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

7

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Lịch sử nghiên cứu

1.1.1 Giáo dục STEM trên thế giới

Trong câu chuyện “ Thầy bói xem voi” mỗi “ Thầy” mỗi đánh giá con voi khác nhau, dựa vào một bộ phận trên cơ thể voi mà “ Thầy” sờ được để đưa ra kết luận, vô hình chung con voi được mô tả, đánh giá không chính xác với thực tế Chính vì vậy để đánh giá các sự vật, hiện tượng khác nhau chúng

ta cần đánh giá một cách toàn diện mới có thể chính xác và gần sự vật, hiện tượng nhất Cũng như khi nghiên cứu về cái cây thay vì chúng ta chỉ nghiên cứu nó trên phương diện Sinh học và những yếu tố liên quan đến Sinh học sẽ chỉ đem lại góc nhìn một chiều, chưa hoàn thiện Để hiểu rõ hoạt động, cách thức tồn tại của cây ta cần biết: làm thế nào chúng hấp thu được năng lượng ánh sáng, chuyển hóa chất này thành chất khác ra sao, tính toán thời gian cần cho sự sinh trưởng, phát triển như thế nào để đem lại hiệu quả cao nhất… Những vấn đề đó muốn giải quyết mà chỉ dùng kiến thức của một môn Sinh học thì không giải quyết được triệt để nên cần có sự hợp lực của nhiều môn khoa học khác nhau: Toán, Lý, Hóa, Sinh, Công nghệ, Kỹ thuật… kết hợp lại mới cho chúng ta nhìn nhận đúng bản chất vấn đề một cách đầy đủ nhất Vì vậy, đánh giá toàn diện, dựa trên nhiều lĩnh vực là rất cần thiết

Thuật ngữ STEM được Quỹ Khoa học Mỹ (NSF) giới thiệu vào năm 2001 là thuật ngữ rút gọn được sử dụng khi bàn đến các chính sách phát triển về Khoa học - Công nghệ - Kĩ thuật - Toán học STEM đựơc áp dụng trong các ngữ cảnh khác nhau như: giáo dục hay nghề nghiệp, với nhiều lĩnh vực: Giáo dục học, Tâm lí học, Kĩ thuật, Dịch vụ khoa học chăm sóc sức khỏe và Khoa học

máy tính [29] Hiện nay giáo dục STEM được nhiều nhà khoa học, nhà giáo

dục, tổ chức quan tâm nghiên cứu

8

Với vai trò là người tiên phong trong giáo dục, Mỹ đặc biệt quan tâm tới giáo dục STEM, thể hiện thông qua sự tăng nhanh về số lượng các nghiên cứu với khoảng 200 công trình, chiếm 52% số lượng nghiên cứu trên thế giới [29] Theo Bộ giáo dục Mỹ:” Giáo dục STEM là một chương trình nhằm cung cấp, hỗ trợ, tăng cường, giáo dục Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học (STEM) ở tiểu học và trung học cho đến bậc sau đại học” [23] Hay theo tác giả Tsupros: “ Giáo dục STEM là phương pháp học tập tiếp cận liên ngành, ở

đó kiến thức hàn lâm được kết hợp chặt chẽ với các bài học thực tế thông qua việc HS được áp dụng các kiến thức Khoa học, Kĩ thuật, Toán học vào trong các bối cảnh cụ thể tạo nên một kết nối giữa bối cảnh và nhà trường, cộng đồng và các doanh nghiệp cho phép người học phát triển các kĩ năng STEM

và tăng khả năng cạnh tranh trong nền kinh tế mới [7], [26]

Chính việc kết nối và vận dụng linh hoạt giữa kiến thức hàn lâm gắn liền với thực tiễn nên giáo dục STEM được coi là cuộc cách mạng về giáo dục

và lan tỏa rộng rãi đến các quốc gia trên thế giới: Anh, Úc, Tây Ban Nha… và Việt Nam Điều đó được thể hiện thông qua số lượng các bài báo nghiên cứu

về giáo dục STEM đến năm 2013 tăng lên gần 100 bài báo [26] Dẫn đầu là

Mỹ với 200 công trình được công bố, thứ hai là Anh với 36 công trình, Hà Lan xếp thứ ba với 16 nghiên cứu và các quốc gia khác như: Úc, Tây Ban Nha, Israel, Thổ Nhĩ Kỳ… có khoảng 117 công trình

Nếu thế kỉ 20 tập trung vào Khoa học và Toán học thì nay có sự phát triển nhanh chóng của Kĩ thuật và Công nghệ, thậm chí cả Nghệ thuật để phát triển thành STEAM, biến thể của STEM, hay STEM khuyết khi không có sự tham gia của đầy đủ các môn khoa học Từ đó có rất nhiều nghiên cứu như: công trình nghiên cứu của Honey và Cộng sự đã mô tả về khung lí thuyết tích hợp giáo dục STEM, tổng quan nghiên cứu những kinh nghiệm tích hợp giáo dục STEM, những nghiên cứu liên quan đến việc thiết kế tích hợp những trải nghiệm STEM, ngữ cảnh cho việc triển khai tích hợp STEM [25] Hay nghiên

để có thể cạnh tranh trong thời kì đổi mới [24] Mục tiêu, chiến lược của mỗi

quốc gia có thể là khác nhau nhưng nhìn chung đều là hướng đến đào tạo kĩ năng, năng lực, nâng cao khả năng sáng tạo đảm bảo sự thành công cho HS trong thế kỉ 21

1.1.1.1 Tại Mỹ

Với mục đích phát triển năng lực cạnh tranh toàn cầu, ngay từ năm

1990, chính phủ Mỹ đã xây dựng 6 mục tiêu giáo dục và một trong số đó là cần thiết phát triển HS thông thạo về Toán học và Khoa học [29] Trong tác phẩm” Những vấn đề xây dựng Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học” với các khuyến cáo nhằm thúc đẩy sự phát triển những thành tựu đạt được của

HS thuộc các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học của Hiệp

hội thống đốc quốc gia Mỹ [31] Trong đó có ba khuyến cáo quan trọng cho

những nhà hoạch định chính sách phát triển các công cụ nhằm xây dựng những vấn đề liên quan đến STEM một cách toàn diện gồm: yêu cầu xây dựng một cách nghiêm túc chương trình giáo dục STEM trong hệ đào tạo 12 năm; cải thiện việc dạy và học STEM trên phạm vi toàn quốc; hỗ trợ các mô hình mới tập trung vào sự phù hợp để chắc chắn rằng tất cả các HS đều có những kĩ năng STEM sau khi tốt nghiệp [26]

Trải qua các đời tổng thống: George.W.Bush, Barack Obama giáo dục đều được quan tâm và giáo dục STEM được đầu tư phát triển mạnh mẽ Với

Số học, Hình học được cải thiện [24] Để có thể thay đổi toàn diện sang giáo dục STEM cần có sự nỗ lực học hỏi của GV, sự hợp tác, cầu tiến của HS và đóng góp ngân sách thông qua đóng thuế từ phụ huynh, chính sách, chiến lược của chính phủ, tất cả đều phải cùng nỗ lực để chuyển động theo cách giáo dục này

1.1.1.2 Tại Pháp

Giáo dục STEM được bao phủ toàn bộ cấp học từ tiểu học đến THPT, cũng như chương trình đào tạo của Pháp với số lượng tiết học tự nhiên khoa học lên đến 78 tiết mỗi năm Chương trình bao gồm các nội dung về Vật lí, Hóa học, Khoa học sự sống và trái đất, Công nghệ được tích hợp chứ không phải là một môn học riêng biệt [28] Mức độ được nâng cao dần qua các cấp học và đến THPT với thời lượng nhiều hơn, các chủ đề sâu hơn như: cơ thể con người và sức khỏe, trái đất và các hành tinh, hành trình tiến hóa của sự sống hay các chủ đề khám phá có liên quan đến STEM như: Công nghệ sinh học; Y tế và xã hội; Phát minh và đổi mới công nghệ, kĩ thuật [28]

1.1.1.3 Tại Anh

Với mục tiêu phát triển nguồn nhân lực nghiên cứu khoa học chất lượng cao, giáo dục STEM đã trở thành chương trình quốc gia, xây dựng chương trình hành động nhằm phát triển giáo dục STEM theo hướng tiếp cận, định hướng chứ không là môn học độc lập, với 4 nội dung chính [8] cụ thể, thể hiện rõ sự quan tâm, đầu tư để thay đổi nền giáo dục Nội dung thứ nhất:

11

tuyển dụng GV giảng dạy STEM Đáng chú ý là dạy tích hợp không phải một

GV dạy nhiều môn học một lúc mà các GV các môn học khác nhau phải hợp tác, cùng xây dựng bài giảng để HS có thể vận dụng kiến thức và kĩ năng của nhiều môn để giải quyết một vấn đề Nội dung thứ hai: bồi dưỡng nâng cao trình độ của GV từ mức độ cơ bản đến chuyên sâu Nội dung thứ ba: cải tiến

và làm phong phú chương trình học cả trong và ngoài lớp học Nội dung thứ tư: phát triển cơ sở vật chất hỗ trợ cho việc dạy và học Điều này không chỉ cần sự đầu tư từ ngân sách nhà nước mà còn từ phía các tổ chức tư nhân Qua các nội dung trên có thể thấy nước Anh đã vạch ra những chiến lược cụ thể và dài hơi nhằm phát triển giáo dục STEM theo hướng tiếp cận, định hướng chứ không phải một môn học, chương trình STEM được lồng ghép vào chương trình giảng dạy và sách giáo khoa Ví dụ như: (1) Dự án STEM được dạy với một môn học duy nhất: GV sẽ tổ chức cho HS thiết lập vấn đề, thiết kế phương pháp giải quyết vấn đề, thu thập thông tin, bằng chứng, từ đó rút ra kết luận (2) Dự án STEM được dạy trong nhiều môn: Các GV khác nhau sẽ dạy cùng chủ đề STEM nhưng tiếp cận theo góc độ chuyên môn của mình (3): Dự án STEM phối hợp nhiều môn, các môn vẫn tiếp cận chủ đề theo góc

độ kiến thức chuyên môn riêng Nội dung đã được giải quyết trong môn học trước là tiền đề nối tiếp để dạy ở môn sau (4) Dự án STEM được thực hiện song song với chương trình học: HS học các môn học bình thường, song song

sẽ tham gia vào một dự án STEM, HS cần giải quyết vấn đề dựa trên kiến

thức được học [32]

Để thúc đẩy quá trình phát triển của giáo dục STEM ở Vương quốc Anh là sự vào cuộc của Chính phủ, Bộ Giáo dục, các tổ chức hỗ trợ STEM hay các đại sứ STEM quốc gia Tuy nhiên có sự chưa ăn khớp giữa chương trình đào tạo và nội dung thi hết cấp hai của cuộc thi quốc gia General Certificate of Secondary, nên việc khắc phục hạn chế này sẽ hoàn thiện hơn

về chương trình giáo dục của nước Anh [8], [32]

12

1.1.1.4 Tại Malaysia

Thay đổi trong giáo dục không chỉ ở các nước Mỹ hay Châu Âu mà là trên phạm vi toàn cầu như ở Malaysia việc thay đổi trong giáo dục đã giúp cho các HS được tiếp xúc với giáo dục STEM sau khi ra trường có cơ hội nhận được việc làm và tiếp cận việc làm có thu nhập tốt hơn Vì vậy, các trường học có chất lượng tốt ở Malaysia đang tiếp nhận các môn liên quan đến STEM ngày càng nhiều hơn [5], chính phủ đầu tư cho giáo dục STEM nhiều hơn, xây dựng các nguồn lực dạy và học về STEM một cách toàn diện hơn

1.1.2 Giáo dục STEM tại Việt Nam

STEM du nhập vào Việt Nam muộn hơn, vào năm 2010 do Liên doanh DTT- EDUSPEC phối hợp với Trường Icarnegie – Hoa Kỳ trên nền tảng là 2 môn học CNTT và Robotics cho khối phổ thông từ lớp 1 đến lớp 12 Với nội dung chương trình STEM triển khai theo chuẩn quốc tế và mục tiêu của Bộ giáo dục và Đào tạo nên mô hình được mở rộng triển khai thí điểm tại các trường phổ thông thuộc 3 thành phố Hà Nội, Đà Nẵng và Thành phố Hồ Chí Minh Hiện nay có thêm công ty Endeavor Learning Institute và Học viện Sáng tạo S3 cũng triển khai các hoạt động STEM Tuy nhiên, những hoạt động này chưa mang tính chính thức trong các trường THPT mà chỉ là hoạt động độc lập, một mảng kinh doanh và hoạt động truyền thông cộng đồng của các công ty giáo dục

Từ đánh giá hiệu quả của giáo dục STEM mang lại cùng với việc thực hiện chủ trương đồng bộ hình thức dạy học, PPDH (PPDH) và kiểm tra đánh giá (KTĐG) kết quả giáo dục, tăng cường khả năng áp dụng kiến thức vào thực tiễn cuộc sống … thì Bộ Giáo dục và Đào tạo (GD&ĐT) cũng đã tổ chức những cuộc thi cho HS và GV Năm 2012, Cuộc thi” Vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các tình huống thực tiễn cho HS trung học” hay” Dạy học theo chủ đề tích hợp dành cho GV trung học” Cuộc thi mang đến cho HS nhiều trải nghiệm để được” học đi đôi với hành” , tích lũy kinh nghiệm bản

13

thân và sẽ thấy kiến thức không xa rời thực tiễn Đối với GV, cuộc thi sẽ là thêm cơ hội để thỏa sức sáng tạo, thể hiện bản thân và học hỏi lẫn nhau trong quá trình tự học, quá trình công tác

Bộ GD&ĐT cũng nhấn mạnh việc vận dụng dạy học theo hướng tiếp cận giải quyết vấn đề, các phương pháp thực hành, dạy học theo dự án trong các môn học… trong hướng dẫn thực hiện nhiệm vụ giáo dục trung học năm

2014 - 2015

Việc đổi mới đồng bộ trong giáo dục được sự quan tâm của Chính phủ,

sự nỗ lực của các cơ quan Nhà nước và các tổ chức giáo dục ngoài Nhà nước chung tay nhằm thay đổi và phát triển giáo dục, nhằm tạo ra nguồn nhân lực chất lượng cao có khả năng tiếp nhận các xu thế công nghệ sản xuất mới và quan trọng là tập trung vào thúc đẩy đào tạo về STEM bên cạnh ngoại ngữ và tin học trong chương trình giáo dục phổ thông

Những chỉ thị, kế hoạch nhiệm vụ đã được hiện thực bằng hành động

cụ thể: sự ra đời của mạng xã hội stem.vn ngày 01/01/2018 hay chương trình thí điểm về giáo dục STEM cho 14 trường THCS, THPT tại Hà nội, Hải Phòng, Quảng Ninh, Nam Định là những bước đi quan trọng nhằm phát triển chương trình giáo dục theo định hướng STEM mang tầm quốc gia và xây dựng lớn mạnh đội ngũ” chủ nhân tương lai của đất nước” Tuy nhiên trong các hội thảo giáo dục cũng đánh giá: nước ta cũng còn nhiều khó khăn trở ngại trong việc đưa giáo dục STEM vào trường THPT

Mới đây nhất là ngày 14/8/2020 Bộ GD & ĐT đã đưa ra hướng dẫn số 3089/ BGDĐT-GDTrH về một số nội dung thực hiện STEM và tổ chức, quản

lý hoạt động giáo dục STEM trong trường THPT Hướng dẫn chỉ rõ vị trí, vai trò và ý nghĩa của giáo dục STEM đối với trường phổ thông cũng như chương trình giáo dục phổ thông 2018, bên cạnh đó cũng thống nhất nội dung, phương pháp và hình thức tổ chức thực hiện giáo dục STEM trong nhà trường Hướng dẫn chi tiết và cụ thể nên có thể coi là một tài liệu cần thiết

14

giúp GV có thể nghiên cứu, thiết kế các hoạt động STEM tương ứng với môn học của mình, với điều kiện cụ thể của nhà trường, cũng như phù hợp với đối tượng được giáo dục [27]

Nhìn chung, giáo dục phát triển năng lực hay giáo dục STEM ở Việt nam hay trên thế giới, dù có khác nhau về điều kiện thực tế của từng trường học, thành phố, quốc gia… hay nhiều yếu tố khác thì mục đích cuối cùng vẫn

là hướng đến người học Trong con đường này Việt Nam bắt nhịp chậm hơn, còn nhiều khó khăn, thử thách nhưng với sự vào cuộc của toàn bộ hệ thống chính quyền, sự nỗ lực và nhiệt huyết của đội ngũ giáo dục thì những khó khăn sẽ chỉ làm thời gian đến đích chậm hơn mà thôi

Mỹ (NSF) vào năm 2001 là thuật ngữ rút gọn được sử dụng khi bàn đến các chính sách phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học

Hiện nay STEM được áp dụng với ngữ cảnh giáo dục: muốn nhấn mạnh đến

sự quan tâm của nền giáo dục với các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học hay ngữ cảnh nghề nghiệp: nghề nghiệp thuộc các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học, ví dụ như: nhóm ngành nghề về CNTT, y sinh… Nên tùy từng ngữ cảnh khác nhau mà STEM được hiểu như

Giáo dục STEM được hiểu theo nghĩa tích hợp (liên ngành) từ 2 lĩnh vực về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên Theo tác giả Sanders: “ 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 và một hoặc nhiều môn học khác nhau trong nhà trường” [25]

Còn theo tác giả Tsupros định nghĩa “ Giáo dục STEM là một 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 HS được áp dụng những kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học vào trong những bối cảnh cụ thể tạo nên một kết nối giữa nhà trường, cộng đồng và các doanh nghiệp cho phép người học phát triển những kĩ năng STEM và tăng khả năng cạnh tranh trong nền kinh tế mới” [26]

Ngoài ra giáo dục STEM còn được quan niệm như là chương trình đào tạo dựa trên ý tưởng giảng dạy cho HS bốn lĩnh vực cụ thể - Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật vào Toán học - trong một liên ngành và phương pháp tiếp cận ứng dụng Thay vì dạy bốn lĩnh vực này theo những môn học tách biệt và rời

Giáo dục STEM được hiểu theo nghĩa thứ hai và được tác giả định nghĩa như

sau:” Giáo dục STEM là một quan điểm dạy học theo cách tiếp cận liên ngành từ hai trong các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên Trong đó nội dung học tập được gắn với thực tiễn, PPDH theo quan điểm dạy học định hướng hành động”

Ở ngữ cảnh giáo dục và trên bình diện thế giới, STEM được hiểu với nghĩa là giáo dục STEM trong đó:

Science (Khoa học): Là môn học nhằm phát triển khả năng sử dụng các kiến

thức Khoa học (Vật lí, Hóa học, Sinh học và Khoa học trái đất) của HS, không chỉ giúp HS hiểu về thế giới tự nhiên mà còn có thể vận dụng kiến thức

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

Technology (Công nghệ): Là môn học nhằm phát triển khả năng sử dụng,

quản lí, hiểu và đánh giá công nghệ của HS Nó cung cấp cho HS những cơ hội để hiểu về công nghệ được phát triển như thế nào, cung cấp cho HS những kĩ năng để có thể phân tích được sự ảnh hưởng của công nghệ mới tới cuộc sống hàng ngày của HS và của cộng đồng…

Engineering (Kĩ thuật): Là môn học nhằm phát triển sự hiểu biết ở HS về

cách công nghệ đang phát triển thông qua quá trình thiết kế kĩ thuật Kĩ thuật cung cấp cho HS những cơ hội để tích hợp kiến thức của nhiều môn học, giúp cho những khái niệm liên quan trở nên tường minh trong cuộc sống của họ

Kĩ thuật cũng cung cấp cho HS những kĩ năng để có thể vận dụng sáng tạo cơ

sở Khoa học và Toán học trong quá trình thiết kế các đối tượng, các hệ thống hay xây dựng các quy trình sản xuất

17

Mathematics (Toán học): Là môn học nhằm phát triển ở HS khả năng phân

tích, biện luận và truyền đạt ý tưởng một cách hiệu quả thông qua việc tính toán, giải thích, các giải pháp giải quyết các vấn đề toán học trong các tình huống cụ thể

Với nội hàm các môn học như trên, liên hệ với chương trình giáo dục phổ thông Việt Nam hiện hành ta dễ dàng nhận thấy môn Khoa học tương ứng với các môn Khoa học tự nhiên ở Việt Nam như: Vật lí, Hóa học, Sinh học Ở Việt Nam môn Công nghệ đã bao hàm cả yếu tố Công nghệ và Kĩ thuật, do vậy Môn Công nghệ và môn Kĩ thuật trên thế giới tương ứng với môn Công nghệ và môn Tin học ở Việt Nam [1] Vì vậy, trong luận văn này vận dụng vào bối cảnh giáo dục Việt Nam nội dung giáo dục STEM sẽ bao hàm nội dung của các môn học là Vật lí, Hóa học, Sinh học, Công nghệ, Tin học và Toán.”

1.2.2 Vấn đề cơ bản về giáo dục STEM

1.2.2.1 Mục tiêu của giáo dục STEM

Xuất hiện ở nhiều quốc gia khác nhau nhưng để phù hợp với đặc trưng

và nhu cầu riêng của từng nước mà mục tiêu của giáo dục STEM cũng có sự khác biệt Nếu như mục tiêu của nước Anh là: tạo ra nguồn nhân lực nghiên cứu khoa học chất lượng cao thì với Mỹ là: trang bị cho tất cả các công dân những kĩ năng về STEM, mở rộng lực lượng lao động trong lĩnh vực STEM bao gồm cả phụ nữ và dân tộc thiểu số nhằm khai thác tối đa tiềm năng con người của đất nước, tăng cường số lượng HS sẽ theo đuổi và nghiên cứu chuyên sâu về các lĩnh vực STEM

Trong khi đó Úc đưa ra mục tiêu là xây dựng kiến thức nền tảng của quốc gia nhằm đáp ứng các thách thức đang nổi lên của việc phát triển một nền kinh tế cho thế kỉ 21

Dù là mục tiêu có khác nhau nhưng vẫn có điểm chung là cùng hướng đến tác động lên người học nên có thể thấy rằng giáo dục STEM như là một

18

giải pháp trong cải cách giáo dục của các quốc gia: nhằm hướng tới phát triển con người, đáp ứng mục tiêu phát triển kinh tế, phát triển quốc gia trong thời đại toàn cầu hóa đầy cạnh tranh

Với những thế mạnh của giáo dục STEM mang lại, giáo dục Việt Nam cũng có những thay đổi để đạt được mục tiêu giáo dục, theo kịp xu thế của thời đại, thích nghi với biến động của thế giới nhưng cũng phù hợp với những đặc trưng vốn có của nước nhà Trong luận văn này trình bày mục tiêu giáo dục STEM theo nghĩa chung nhất, vừa thực hiện đầy đủ mục tiêu giáo dục đã nêu trong chương trình giáo dục phổ thông, vừa nhằm mục đích:

+ Phát triển các năng lực đặc thù của các môn học thuộc về STEM cho HS: cụ thể là các kiến thức, kĩ năng liên quan đến các môn: Khoa học, Công

nghệ, Kĩ thuật, Toán học được liên kết, lồng ghép để HS giải quyết các vấn đề

cụ thể Biết cách sử dụng các kiến thức để thiết kế và chế tạo ra các sản phẩm

+ Phát triển các năng lực cốt lõi: Muốn hội nhập quốc tế thì HS cần có

phải có khả năng tự chủ và tự học, biết cách giao tiếp và hợp tác trong công việc, cuộc sống, cũng như phải biết giải quyết vấn đề thực tế và sáng tạo không ngừng Có như vậy thì mới không bị đào thải, thích ứng được với tốc

độ thay đổi của toàn cầu

+ Định hướng nghề nghiệp cho HS: Giáo dục STEM sẽ tạo cho HS có

những kiến thức, kĩ năng mang tính nền tảng cho việc học tập ở các bậc học cao hơn cũng như cho nghề nghiệp trong tương lai của HS Từ đó, góp phần xây dựng lực lượng lao động có năng lực, phẩm chất tốt đặc biệt là lao động trong lĩnh vực STEM nhằm đáp ứng mục tiêu xây dựng và phát triển đất nước

Để đạt được những mục tiêu trên thì giáo dục STEM cũng cần có cả quá trình phát triển và hình thành cho HS từ những thích thú, đam mê tìm tòi, khám phá ở cấp tiểu học, rồi đến xây dựng những chủ đề rõ ràng, thách thức hơn ở trung học cơ sở Có như vậy người học mới có thể hoàn toàn hình thành cho mình lộ trình nghề nghiệp trong tương lai khi học ở cấp trung học phổ thông

19

1.2.2.2 Mối liên hệ tương tác giữa các lĩnh vực trong giáo dục STEM:

Các thành tố trong giáo dục STEM có mối quan hệ tác động qua lại, bổ trợ lẫn nhau để đạt được mục tiêu chung là kết hợp nhuần nhuyễn để giải quyết một tình huống thực tế Cụ thể:

Hình 1.1 Mối liên quan giữa Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học [9]

Theo David D Thornburg [15], mối quan hệ tự nhiên giữa các thành tố trong STEM, đó là các mối quan hệ” sử dụng” ,” thúc đẩy” ,” dẫn đến” ,” áp dụng” Khoa học có được những lợi ích từ sự phát triển của Công nghệ, Kĩ thuật và Công nghệ, Kĩ thuật là áp dụng những thành quả của Khoa học vào đời sống Toán học rất cần thiết cho cả Khoa học và Công nghệ, Kĩ thuật, tương tự vậy những tiến bộ của Khoa học, Công nghệ sẽ kích thích những tiến

bộ mới trong Toán học…Có thể thấy các lĩnh vực đều thúc đẩy nhau phát triển và hưởng lợi từ sự phát triển của nhau Trong thực tế những mối liên kết thuộc các lĩnh vực STEM ở trên là những liên kết động và phát triển theo thời gian Các mối liên kết đó phản ảnh những vấn đề cơ bản của cuộc sống là khám phá thế giới và cải tạo thế giới

Ví dụ như trong phần thực hành thí nghiệm muối dưa cà trong bài Lên men lactic, để thực hiện được HS cần cả kiến thức: Toán: tính thể tích hộp

20

cần sử dụng để chứa sản phẩm, lượng nước, muối, đường, nguyên liệu… cần

sử dụng là bao nhiêu Hay kỹ thuật, công nghệ: Sơ đồ các bước trong quy trình muối dưa cà, trong các bước cần chú ý thực hiện như thế nào để sản phẩm có chất lượng tốt nhất…

Tuy các thao tác không khó nhưng để có được sản phẩm chất lượng tốt nhất, thu hoạch lúc nào là hợp lý hay giải thích được vì sao dưa cà để lâu lại bị khú… thì cần phải kết hợp các kiến thức, kỹ năng của nhiều môn học khác nhau

Có thể nói giáo dục STEM - một quan niệm dạy học tác động đến người học, giúp người học hình thành các năng lực để có thể: ”tiếp cận liên ngành”; ”lồng ghép kiến thức vào thế giới thực” và ”Kết nối toàn cầu” Chính

vì lý do đó mà giáo dục STEM phải dựa trên điều kiện thực tế của mỗi quốc gia về năng lực, trình độ người học, cơ sở hạ tầng, điều kiện kinh tế… để có thể triển khai giáo dục STEM một cách phù hợp Khi người học có thể kết nối nhuần nhuyễn, vận dụng linh hoạt các thành tố STEM vào điều kiện thực tế thì giáo dục STEM của quốc gia đó đã thành công

1.2.2.3 Năng lực giải quyết vấn đề

* Năng lực giải quyết vấn đề: bao gồm các năng lực: hiểu vấn đề, triển khai giải pháp giải quyết vấn đề, trình bày giải pháp giải quyết vấn đề, phát hiện giải pháp khác để giải quyết vấn đề và phát hiện vấn đề mới

1.2.2.4 Quy trình giáo dục STEM

Nhận thức được tầm quan trọng của việc thay đổi trong giáo dục cũng như con đường phát triển của giáo dục STEM cần được cụ thể và rõ ràng hơn nên các nhà khoa học đã đưa ra các quy trình giáo dục STEM cụ thể để hướng dẫn, định hướng người dạy và lôi cuốn người học, hướng dẫn người học tìm tòi, kiến tạo kiến thức, người học thích thú với hoạt động mình tham gia Có nhiều quy trình giáo dục STEM được sử dụng, trong đề tài này tác giả trình bày về 3 quy trình [9]:

- Quy trình 5E

21

- Quy trình tiếp cận nghiên cứu khoa học

- Quy trình tiếp cận theo lí thuyết thiết kế kĩ thuật

* Quy trình 5E

Quy trình 5E được Rodger W Bybee và cs xây dựng dựa trên mô hình SCIS của J Myron Atkin và Robert Karplus (1962) - một mô hình dùng để cải tiến chương trình dạy học môn Khoa học ở HS bậc tiểu học Kể từ năm

1980, quy trình 5E đã được dùng để thiết kế các tài liệu giảng dạy Ngày nay, một số tác giả đã rất quan tâm đến quy trình 5E và coi nó là một quy trình phù hợp để giáo dục STEM

5E là thuật ngữ được viết tắt của 5 từ bắt đầu bằng chữ E nhằm mô tả tiến trình dạy học và có thể sử dụng trong toàn bộ chương trình, cho một chương

hay cho một bài học cụ thể [27] Trong đó các chữ E lần lượt là: Engagement (Đặt vấn đề), Exploration (khám phá), Explanation (giải thích), Elaboration/Extension (mở rộng) và Evaluation (đánh giá)

Hình 1.2 Mô hình 5E hướng dẫn tích hợp STEM

Đặt vấn đề (Engagement): Để lôi cuốn HS và hoạt động cần có các

hoạt động tạo sự chú ý và kích thích sự tò mò, thích khám phá của HS bằng

22

những tình huống, sự kiện hay những vấn đề liên quan mà HS cần phải giải quyết Đặt vấn đề rất quan trọng vì giai đoạn này quyết định đến hiệu quả của các giai đoạn sau cũng như toàn bộ hoạt động

Khám phá (Exploration): Giai đoạn này yêu cầu HS trải nghiệm

thông qua các hoạt động thu thập thông tin, dữ liệu, quan sát mô hình, thí nghiệm, điều tra… để có thể giải thích các hiện tượng và phát triển năng lực của bản thân GV đóng vai trò như người chỉ dẫn, giúp đỡ HS: cung cấp các kiến thức nền cần thiết, những dụng cụ, nguyên vật liệu… phục vụ cho hoạt động trải nghiệm của HS, cũng kịp thời điều chỉnh những nhận thức sai mà

HS có thể gặp phải trong quá trình khám phá

Giải thích (Explanation): HS phân tích và diễn giải các dữ liệu Trao

đổi những kiến thức và các giải pháp mang tính khả thi Sử dụng công nghệ thích hợp để phân tích và thông tin liên lạc

Mở rộng (Elaboration/Extension): Giai đoạn này HS có cơ hội được

mở rộng và củng cố những hiểu biết của mình về các khái niệm, kiến thức

HS tinh chỉnh các giải pháp, các quy trình Sửa đổi quy trình thử nghiệm để tìm hiểu thêm Xác định và phân tích các kết nối đến nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM

Đánh giá (Evaluation): Thông qua việc HS trình bày giải pháp nhằm

giải quyết các vấn đề được đặt ra ban đầu thì HS và GV có thể đánh giá về kiến thức và kĩ năng và đánh giá hiệu quả của hoạt động

Quy trình 5E được xây dựng dựa trên lí thuyết kiến tạo: HS sẽ phát triển vốn hiểu biết của mình thông qua các hoạt động trải nghiệm và những ý tưởng mới Tính hiệu quả của quy trình đã được chứng minh thông qua hoạt động thực tế tại Mỹ, theo những nghiên cứu của viện nghiên cứu sức khỏe Chính vì vậy GV cần tìm ra nội dung trọng tâm của bài học, chủ đề và xây dựn theo quy trình 5E để có thể dẫn dắt HS tiến hành các bước một cách có hệ thống Để đạt hiệu quả cao nhất, GV cần tuân thủ theo các bước của quy trình

23

5E, không được bỏ bước hay thay đổi trật tự của quy trình vì như thế có thể làm ảnh hưởng đến nhận thức và năng lực của HS

* Quy trình tiếp cận nghiên cứu khoa học

Với quy trình này HS được đóng vai là các nhà khoa học: Sử dụng các phương pháp nghiên cứu khoa học để khám phá và trả lời các câu hỏi khoa học nên quy trình này thích hợp với hình thức giáo dục STEM thông qua nghiên cứu khoa học hay mô hình sinh hoạt câu lạc bộ khoa học Quy trình

nghiên cứu khoa học bao gồm các bước như sơ đồ [10]:

Hình 1.3 Tiến trình dạy học STEM theo phương pháp nghiên cứu

khoa học [9]

Phương pháp nghiên cứu khoa học là hoạt động có mục đích, có kế hoạch cụ thể, tiến hành có hệ thống nhằm gắn liền nghiên cứu lí thuyết và nghiên cứu hoạt động thực tiễn Đây cũng là các bước để người học sáng tạo

24

và tìm kiếm ra tri thức mới Quy trình này phù hợp với giáo dục STEM theo hướng tiếp cận nghiên cứu khoa học

* Quy trình tiếp cận theo lí thuyết thiết kế kĩ thuật

Yếu tố kĩ thuật và cụ thể là tính thiết kế được nhấn mạnh và chú trọng trong quy trình tiếp cận theo lí thuyết thiết kế kĩ thuật.” Vòng lặp thiết kế” được sử dụng trong quy trình này nhằm hướng dẫn HS giải quyết những vấn

đề nói chung và giải quyết những vấn đề trong thiết kế nói riêng để khuyến khích hoạt động sáng tạo và thúc đẩy việc học tập Thay vì HS đi tìm câu trả lời cho các câu hỏi khoa học trong quy trình tiếp cận nghiên cứu khoa học thì trong quy trình này HS sẽ phải tìm giải pháp cho các vấn đề cần giải quyết

Hình 1.4 Vòng lặp thiết kế trong giáo dục STEM

Mô hình của vòng lặp trong giáo dục STEM có thể áp dụng ở đa dạng các nội dung khác nhau, hướng đến việc thực hành, khám phá và thực nghiệm, cái mà HS đang thiếu và yếu

25

1.2.3 Các con đường giáo dục STEM cho học sinh

Khi triển khai giáo dục STEM đến HS các nhà nghiên cứu giáo dục cũng đã đưa ra rất nhiều con đường tiếp cận: thông qua hoạt động ngoài giờ lên lớp, sinh hoạt câu lạc bộ khoa học hay thông qua quá trình giảng dạy của các môn học trên lớp Tùy thuộc vào điều kiện cụ thể mà có thể tổ chức các hoạt động STEM phù hợp tới HS, thực tế của nhà trường

Thông qua các hoạt động ngoài giờ lên lớp với các chủ đề được xây dựng đa dạng, mang tính chất” vừa học vừa chơi, vừa khám phá vừa tìm tòi”

để hình thành các năng lực cho HS Các tình huống có thể được xây dựng trước cũng có thể là những tình huống bất ngờ, yêu cầu HS cần đưa ra cách thức giải quyết cụ thể, nhanh chóng Kết quả của cách giải quyết có thể được nhìn nhận ngay lúc đó hoặc không nhưng nhìn chung HS sẽ rút ra được kinh nghiệm và điều chỉnh cho lần sau nếu có gặp lại vấn đề giống thế Nhìn chung với các trải nghiệm cụ thể HS có thể linh hoạt về tư duy, mặc sức sáng tạo, thử, sai và sửa, đây là những điều mà giáo dục STEM luôn hướng tới

Giáo dục STEM còn được tổ chức thông qua dạy học các môn thuộc về lĩnh vực STEM: dạy một môn học duy nhất: bằng cách thiết lập vấn đề  thiết lập phương pháp  thu thập thông tin  rút ra kết luận Cách này có thể

áp dụng đạy cho một hay nhiều tiết, thành bài đơn lẻ hay chủ đề Phức tạp hơn là không chỉ dừng lại ở một môn học mà có sự phối hợp với nhiều môn học khác nhau mới giải quyết được vấn đề Để làm được như vậy đòi hỏi GV cần am hiểu kiến thức của nhiều môn học hay có sự góp sức, cùng tổ chức của nhiều GV ở các môn học khác nhau để tổ chức giảng dạy các chủ đề STEM Đây cũng là định hướng trong dạy học liên ngành trong giáo dục khi hình thành nên các tổ hợp môn học

Trong khuôn khổ đề tài này tôi đang sử dụng giáo dục STEM thông qua dạy học môn Sinh học lớp 10, trong các bài học cụ thể của chương trình phần III - Sinh học Vi sinh vật

26

1.2.4 Phân loại STEM

Với sự bùng nổ về tri thức, đa dạng về lĩnh vực, sự cần thiết của phát triển kĩ năng nên giáo dục STEM rất được quan tâm, nghiên cứu và đưa ra rất nhiều loại hình giáo dục STEM Phân loại STEM chỉ mang tính chất tương đối, theo các tiêu chí khác nhau:

- Phân loại dựa trên khía cạnh các lĩnh vực STEM tham gia giải quyết vấn đề chia thành:

+ STEM đầy đủ: sử dụng đầy đủ kiến thức của cả bốn lĩnh vực để giải quyết vấn đề

+ STEM khuyết: không cần thiết vận dụng kiến thức của cả bốn lĩnh vực trong giải quyết vấn đề

- Phân loại dựa trên khía cạnh phạm vi kiến thức để giải quyết vấn đề STEM chia thành:

+ STEM cơ bản: Xây dựng STEM với các lĩnh vực dựa trên cơ sở kiến thức trong chương trình giáo dục phổ thông

+ STEM mở rộng: Xây dựng STEM với các lĩnh vực với kiến thức nằm ngoài chương trình và sách giáo khoa, đòi hỏi người học tự tìm hiểu và nghiên cứu [9]

- Phân loại dựa trên mục đích dạy học ta có:

+ STEM dạy học kiến thức mới: HS sử dụng kiến thức của nhiều môn học khác nhau để giả quyết vấn đề từ đó hình thành tri thức mới

+ STEM vận dụng: vận dụng kiến thức đã học để giải quyết các tình huống thực tế Hay nói cách khác:” học đi đôi với hành”

- Phân loại theo mục tiêu:

+ STEM phát triển năng lực

+ STEM hướng nghiệp

+ STEM phát triển thói quen phát triển tư duy kĩ thuật

- Phân loại theo PPDH:

+ Trung tâm STEM

+ Trải nghiệm thực tế STEM

- Phân loại theo phương tiện:

+ STEM tái chế

+ STEM robotic

+ STEM trong phòng thí nghiệm

Ứng với các tiêu chí phân loại trên có thể thấy đề tài đang sử dụng STEM khuyết về nội dung sử dụng trong một tiết học, vận dụng kiến thức vào thực tế và được thực hiện trong lớp học

1.2.5 Dạy học môn Sinh học theo định hướng giáo dục STEM

Đích đến của giáo dục hiện nay là sản phẩm của giáo dục: người học hình thành được những năng lực và phẩm chất gì.” Sản phẩm” đó phải có những năng lực chung và năng lực chuyên biệt mới được coi là” sản phẩm đạt chuẩn”

Sinh học là môn Khoa học tự nhiên được giảng dạy từ cấp Trung học

cơ sở, đến Trung học phổ thông và cao hơn nữa Kiến thức Sinh học được vận dụng từ đời sống thực tế đến nghiên cứu khoa học, từ đơn giản đến phức tạp,

từ cụ thể đến trừu tượng Chính vì vậy Sinh học góp phần hình thành các năng lực cốt lõi và các năng lực riêng có của mình: năng lực nhận thức và phân tích kiến thức sinh học (ví dụ như: vì sao ngọn cây luôn mọc hướng lên trên mà rễ cây luôn mọc vào trong long đất?), năng lực tìm tòi và khám phá sự sống và

28

thế giới sống (vì sao khủng long lại bị tuyệt chủng tại kỉ phấn trắng của đại trung sinh…) hay năng lực vận dụng nội dung kiến thức sinh học để giải quyết vấn đề thực tiễn đời sống (muốn muối dưa nhanh chua thì cần làm gì?) Ngoài ra còn có thể định hướng nghề nghiệp phù hợp với năng lực của bản thân sau khi tốt nghiệp…Từ việc tham gia vào các hoạt động giáo dục STEM người học sẽ tìm ra được năng lực thế mạnh của bản thân để có thể đi sâu phát triển rồi từ đó định hướng nghề nghiệp trong tương lai Có thể nói mô hình giáo dục STEM đáp ứng tốt với các mục tiêu trong Chương trình giáo dục phổ thông mới đề ra

Mô hình giáo dục STEM có thể triển khai không giới hạn về nội dung, phương pháp, lồng ghép linh hoạt giữa lý thuyết và thực hành, giữa tư duy và hành động, người học có thể thỏa sức sáng tạo nên rất phù hợp với dạy HS học Có thể xây dựng dựa trên cơ sở: dạy học tích hợp và dạy học định hướng phát triển năng lực Cụ thể:

- Dạy học tích hợp: Để có thể giải quyết một vấn đề HS cần phải huy động, phân tích, tổng hợp kiến thức của nhiều lĩnh vực, kết hợp nhuần nhuyễn nhiều kĩ năng nhằm giải quyết nhiệm vụ học tập, để từ đó hình thành kiến thức, kỹ năng mới và quan trọng là phải giải quyết được những vấn đề tương

tự hoặc khác trong học tập cũng như thực tế đời sống Người GV đóng vai trò

là người tổ chức, dẫn dắt, giúp đỡ HS khi gặp khó khăn trong quá trình học Tùy thuộc vào mục đích của buổi học mà GV có thể thiết kế các hoạt động nhằm: định hướng kết quả đầu ra hoặc phát triển năng lực cho HS, hay thậm chí để người học tự học, tự nghiên cứu Nhìn chung GV phải thiết lập sự liên

hệ chặt chẽ giữa kiến thức HS học được và thực tế cuộc sống thì STEM sẽ là trở thành phổ biến và luôn mới mẻ, HS sẽ yêu thích khám phá và sáng tạo

- Dạy học định hướng phát triển năng lực: Cái chúng ta và cả xã hội đang quan tâm là năng lực của người học: cách phản ứng, trả lời của người học trước một vấn để thực tế Chính vì vậy trong các bài soạn của môn học,

29

chương học hay bài học GV đều phải đưa ra mục tiêu về những năng lực cần đạt được, học xong người học có thể làm được những gì? Mục tiêu về năng lực càng rõ rang, cụ thể sẽ càng thuận lợi cho việc lựa chọn nội dung, phương pháp, hình thức tổ chức, cũng như kiểm tra đánh giá đảm bảo kết quả đầu ra như mong muốn Muốn hình thành các năng lực thì việc dạy học trải nghiệm theo định hướng hành động như: dạy học dự án là điều khá cần thiết mà ở đó

HS được hợp tác, khám phá và thỏa sức sáng tạo Để có thể đánh giá năng lực của HS, người dạy phải sử dụng đánh giá quá trình mới có thể tạo động động lực học tập cho người học cũng như tác động ngay tức thì đến quá trình học

1.3 Cơ sở thực tiễn

1.3.1 Mục đích điều tra

Quá trình điều tra thực tế dạy và học chương trình Sinh học THPT bằng cách gửi phiếu khảo sát đến GV và HS ở nhiều trường, thuộc nhiều địa phương khác nhau, HS ở trong địa bàn giảng dạy để thu thập thông tin về:

- Những thuận lợi và khó khăn với GV và HS khi dạy và học chương trình Sinh học THPT, đặc biệt là chương III – Sinh học Vi sinh vật của Sinh học 10

- Mức độ quan tâm của GV đến phát triển năng lực của HS

- Đánh giá mức độ quan tâm và tần xuất giảng dạy trên các tình huống thực tiễn, dạy học tích hợp của GV

- Việc sử dụng các phương tiện dạy học vào dạy học của GV trong quá trình giảng dạy

- Mức độ quan tâm của GV đến mô hình giáo dục STEM và dạy học chương trình Sinh học THPT theo định hướng giáo dục STEM

- Việc đổi mới mô hình học tập, PPDH, cách thức tổ chức dạy học, việc soạn bài giảng của GV và hình thức kiểm tra đánh giá…

- Những thuận lợi và khó khăn của GV khi áp dụng mô hình giáo dục STEM vào giảng dạy Sinh học THPT

30

- Mong muốn, nguyện vọng của HS khi học môn Sinh học THPT

- Những năng lực mà HS được hình thành trong quá trình học môn Sinh học THPT

 Từ đó thấy được những thuận lợi và khó khăn của việc áp dụng mô hình STEM vào trong giảng dạy thực tế

1.3.2 Phương pháp điều tra

Để thu thập được số liệu nhằm cung cấp thông tin cho mục đích nghiên cứu đã nêu, tôi tiến hành nghiên cứu như sau:

- Điều tra GV: sử dụng phiếu điều tra dành cho GV (phụ lục 1), trao đổi trực tiếp với GV và dự giờ dạy học của GV

- Điều tra HS: phát phiếu bảng hỏi dành cho HS (phụ lục 2) và phỏng vấn trực tiếp HS

- Phân tích kết quả điều tra

1.3.3 Kết quả điều tra

1.3.3.1 Khảo sát thực trạng dạy học Sinh học ở trường Trung học phổ thông

Bảng 1.1 Số lượng điều tra bằng phiếu hỏi của GV và HS

Đối tượng điều tra Số phiếu phát ra Số phiếu thu về

Nghiên cứu khảo sát ở nhiều trường THPT ở nhiều tỉnh trên cả nước:

Hà Nội, Nam Định, Hà Giang, Bắc Ninh, Hà Nội, Ba Vì…, ở trường công lập

và dân lập với mong muốn đánh giá có đa dạng và khách quan

1.3.3.2 Khảo sát thực trạng dạy học Sinh học ở trường Trung học phổ thông

a Mức độ GV quan tâm đến kích thích hứng thú, lôi cuốn HS vào bài học Một bài học đạt được hiệu quả khi HS chú ý, thích thú và được lôi cuốn, tích cực tham gia vào các hoạt động dạy và học Việc GV chú ý tổ chức, xây

31

dựng các hoạt động nhằm thu hút sự chú ý của HS là điều vô cùng cần thiết, giúp HS yêu thích môn học, tự giác trong quá trình tự học, tự nghiên cứu

Biểu đồ 1.1 Đánh giá về mức độ GV quan tâm đến kích thích hứng thú, lôi

cuốn HS vào bài học quan tâm

Bằng thống kê thể hiện Qua hình 1.5 có thể thấy GV nhận thức đƣợc tầm quan trọng của việc thu hút, lôi cuốn sự chú ý của HS vào bài học: cụ thể

là 42% GV rất chú ý; 53% GV chú ý và chỉ có 5% thỉnh thoảng mới chú ý Điều này chứng tỏ GV nhận thức vấn đề kích thích hứng thú, lôi cuốn HS vào bài học rất quan trọng nên việc thiết kế các hoạt động vào bài học đƣợc GV đầu tƣ và quan tâm

b Mức độ quan tâm của GV đến phát triển năng lực

Bên cạnh vấn đề lôi cuốn và thu hút HS vào bài học thì việc GV chủ động, sáng tạo và quan tâm đến phát triển năng lực chung và chuyên biệt cho môn Sinh học cũng đƣợc thu thập và thống kê trong bảng 1.2