Thiết kế một số mô hình STEM hóa học dành cho học sinh phổ thông

Các thành tố của STEM Với mô hình giáo dục STEM, các kiến thức và kỹ năng trong các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học được truyền đạt đan xen và... Bên cạnh đó, môn Hóa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

KHOA HÓA HỌC

======

PHAN VĂN ĐỒNG

THIẾT KẾ MỘT SỐ MÔ HÌNH STEM HÓA HỌC

DÀNH CHO HỌC SINH PHỔ THÔNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Hóa hữu cơ

HÀ NỘI - 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

KHOA HÓA HỌC

======

PHAN VĂN ĐỒNG

THIẾT KẾ MỘT SỐ MÔ HÌNH STEM HÓA HỌC

DÀNH CHO HỌC SINH PHỔ THÔNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Hóa hữu cơ

Người hướng dẫn khoa học

TS Chu Anh Vân

HÀ NỘI - 2019

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được khóa luận này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giảng viên TS Chu Anh Vân đã giao đề tài, hết lòng hướng dẫn, chỉ bảo, truyền đạt kinh nghiệm quý báu cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành khóa luận này Đồng thời, tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo khoa Hóa học trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành khóa luận

Trong khuôn khổ của một bài khóa luận, do điều kiện về thời gian, năng lực và cũng lần đầu nghiên cứu khoa học nên không tránh khỏi những hạn chế, thiếu sót Vì vậy, tôi kính mong nhận được sự góp ý của thầy giáo,

cô giáo và toàn thể bạn đọc để khóa luận được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 02 tháng 05 năm 2019

Sinh viên

Phan Văn Đồng

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Nội dung chính của đề tài, các vấn đề cần giải quyết 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Lý thuyết về giáo dục STEM trong trường trung học cơ sở và trung học phổ thông 3

1.1.1 Thuật ngữ STEM 3

1.1.2 Phân loại STEM 4

1.1.3 Giáo dục STEM 5

1.1.4 Mục tiêu của giáo dục STEM 5

1.1.5 Sự cần thiết của giáo dục STEM 6

1.1.6 Mối liên hệ tương tác giữa các lĩnh vực trong giáo dục STEM 7

1.1.7 Chủ đề giáo dục STEM 9

1.1.8 So sánh giáo dục STEM với giáo dục truyền thống 10

1.1.9 Học sinh học được gì thông qua giáo dục STEM? 10

1.2 Tổng quan lịch sử nghiên cứu giáo dục STEM 12

1.2.1 Giáo dục STEM trên thế giới 12

1.2.1.1 Giáo dục STEM tại Mỹ 12

1.2.1.2 Giáo dục STEM tại Pháp 14

1.2.1.3 Giáo dục STEM tại Tại Anh 14

1.2.1.4 Giáo dục STEM tại Tại Malaysia 15

1.2.2 Giáo dục STEM ở Việt Nam 16

1.3 Cơ sở của việc dạy học môn Hóa học theo định hướng giáo dục STEM 17

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 19

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 21

3.1 Mô hình tên lửa Rocket 21

3.2 Mô hình súng thần công 24

3.3 Mô hình động cơ quẹt diêm 26

3.4 Mô hình điện phân nước 29

3.5 Mô hình đài phun nước 31

3.6 Mô hình lên men rượu 34

3.7 Mô hình tái chế nhựa 36

KẾT LUẬN 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

STEM Science Technology Engineering Mathematics

UNESCO United Nations Educational Scientific and

Cultural Organization

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Các thành tố của STEM 1

Hình 1.2 Mối liên quan của Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học 8

Hình 1.3 Tiêu chí của chủ đề giáo dục STEM 9

Hình 2.1 Quy trình thiết kế một mô hình STEM 19

Hình 3.1 Mô hình tên lửa Rocket 23

Hình 3.2 Mô hình súng thần công 26

Hình 3.3 Mô hình động cơ quẹt diêm 28

Hình 3.4 Mô hình điện phân nước 31

Hình 3.5 Mô hình đài phun nước 33

Hình 3.6 Mô hình lên men rượu 36

Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi thể tích khí CO2 vào thời gian 36

Hình 3.8 Mô hình tái chế nhựa 38

có thể đột phá nhanh nhất, quyết định nhất.[10]

Vấn đề lớn nhất của ngành giáo dục cần giải hiện nay là chuẩn bị nguồn nhân lực cho tương lai, đặc biệt cho CMCN 4.0 Giáo dục STEM được công nhận rộng rãi trên thế giới là hướng đi đúng đắn cho vấn đề này STEM

là viết tắt của 4 từ Khoa học (Science), Công nghệ (Technology), Kỹ thuật (Engineering) và Toán học (Mathematics) Nguồn nhân lực với kiến thức và

kỹ năng trong các lĩnh vực STEM đang ngày càng trở thành yêu cầu cơ bản

và thiết yếu của các quốc gia trong thế kỷ XXI, và là chìa khóa để nâng cao sức cạnh tranh của nền kinh tế và hướng đến sự thịnh vượng.[10]

Hình 1.1 Các thành tố của STEM

Với mô hình giáo dục STEM, các kiến thức và kỹ năng trong các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học được truyền đạt đan xen và

2

kết dính lẫn nhau cho học sinh trên cơ sở học thông qua thực hành và hướng đến giải quyết các vấn đề thực tiễn Ngoài ra, giáo dục STEM còn chú trọng trang bị cho học sinh những kỹ năng mềm cần thiết cho sự thành công trong công việc sau này như kỹ năng cộng tác, làm việc nhóm, giải quyết vấn đề, tư duy sáng tạo, tư duy phản biện…[10]

Hiện nay ở Việt Nam, STEM và giáo dục STEM vẫn chưa được đề cập nhiều Các bài báo, tài liệu, chương trình về giáo dục STEM ở Việt Nam hiện nay còn nhiều hạn chế Chỉ có một số ít công trình nào bàn về cơ sở lí luận của giáo dục STEM và vận dụng nó vào dạy học bộ môn Bên cạnh đó, môn Hóa học có nhiều điểm tương đồng với giáo dục STEM bởi đây là môn khoa học ứng dụng các kiến thức nền tảng của các môn khoa học cơ bản như Toán học, Vật lí, Công nghệ… Bản thân môn Hóa học cũng là một thành tố trong STEM Nội hàm môn Hóa học đã có yếu tố tích hợp, do đó việc nghiên cứu

về giáo dục STEM nói chung và dạy học môn Hóa học theo định hướng giáo dục STEM nói riêng là hoàn toàn có cơ sở và phù hợp với định hướng đổi mới căn bản giáo dục Việt Nam sau 2015 theo hướng phát triển năng lực ở người học nhằm đáp ứng những đòi hỏi của xã hội hiện đại Với các lí do trên

tôi chọn nghiên cứu đề tài: “Thiết kế một số mô hình STEM Hóa học dành cho học sinh phổ thông”

2 Nội dung chính của đề tài, các vấn đề cần giải quyết

- Đưa ra được bối cảnh thực tiễn cho mỗi mô hình

- Phân tích được các yếu tố S, T, E, M

- Nêu được các bước thiết kế

- Nêu được các thách thức khi sử dụng mỗi mô hình

3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Lý thuyết về giáo dục STEM trong trường trung học cơ sở và trung học phổ thông

1.1.1 Thuật ngữ 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): giúp HS tìm hiểu về thế giới tự nhiên thông qua

các kiến thức Vật lý, Hóa học, Sinh học và Khoa học trái đất Từ đó vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các vấn đề thực tiễn mà cuộc sống đặt ra

Technology (Công nghệ): phát triển nhận thức cho HS về kỹ năng sử

dụng công nghệ; từ đó hiểu được công nghệ hiện đại ngày nay áp dụng vào cuộc sống ra sao cũng như ảnh hưởng của nó như thế nào

Engineering (Kĩ thuật): giúp HS nắm bắt được sự tiến bộ của công

nghệ thông qua quá trình xây dựng bản vẽ, gia công sản phẩm; nhờ sử dụng kiến thức của nhiều môn học mà các khái niệm liên quan sẽ được hiểu dễ dàng hơn Kĩ thuật cùng với Khoa học và Toán học sẽ tạo ra những cơ sở cho

sự sáng tạo trong khâu thiết kế, xây dựng hệ thống, quy trình sản xuất

Mathematics (Toán học): là môn học yêu cầu HS sử dụng các kỹ năng

như phân tích, tổng hợp, tham chiếu, đối chứng để xử lý các bài toán đặt ra trong cuộc sống

Hiện nay thuật ngữ STEM được dùng trong hai ngữ cảnh khác nhau đó

là ngữ cảnh giáo dục và ngữ cảnh nghề nghiệp [6]:

Trong ngữ cảnh giáo dục, đó là sự chú trọng của giáo dục vào các môn

Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học; phát triển khả năng nhận thức cho HS thông qua việc tích hợp liên môn Giáo dục STEM được hiểu và trình bày ở nhiều cấp độ như: chính sách STEM, chương trình STEM, nhà trường STEM, môn học STEM, bài học STEM hay hoạt động STEM

Trong ngữ cảnh nghề nghiệp, đó là nghề nghiệp thuộc các lĩnh vực

Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học, ví dụ: Nhóm ngành nghề về

1.1.2 Phân loại STEM

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

+ STEM mở rộng: là loại hình STEM không nằm trong chương trình giảng dạy, mà ở đó người học phải tự kiếm lấy kiến thức thông qua quan sát, nghiên cứu các tài liệu liên quan Sản phẩm STEM cấp độ này cao hơn so với sản phẩm STEM cơ bản Nội dung được xây dụng trên nhiều khía cạnh và lĩnh vực khác nhau, nằm ngoài chương trình phổ thông

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

+ STEM dạy kiến thức mới: là STEM được xây dựng dựa trên các kiến thức mới của các môn học khác nhau mà HS chưa được đề cập ở cấp học dưới HS

sẽ tiếp thu được kiến thức mới thông qua việc giải quyết vấn đề

5

+ STEM vận dụng: là STEM được xây dựng dựa trên nền tảng kiến thức mà

HS đã được tiếp cận từ trước Qua đó, kiến thức lý thuyết của HS sẽ được khắc ghi nhờ áp dụng vào thực tế

1.1.3 Giáo dục STEM

Hiện nay, có nhiều cá nhân và tổ chức giáo dục nghiên cứu về STEM Chính vì thế, khái niệm giáo dục STEM được trình bày trên các khía cạnh khác nhau Dưới đây đề cập đến ba cách hiểu về giáo dục STEM:

- Giáo dục STEM được khai thác dựa trên nghĩa rộng, đó là sự chú trọng đến các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học Quan điểm này hoàn toàn phù hợp với chủ trương, chính sách của Bộ giáo dục Mỹ về giáo dục STEM

- Giáo dục STEM được hiểu theo nghĩa là tích hợp (liên ngành) của 4 lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học Theo như tác giả Tsupros đã đề cập tới giáo dục STEM là một phương thức học tập liên ngành, những kiến thức khó sẽ được gắn kết với các vấn đề thực tế nhờ áp dụng những kiến thức của 4 lĩnh vực vào trong những tình huống cụ thể tạo nên mối liên kết giữa nhà trường, xã hội và các doanh nghiệp Từ đó, cho phép

HS phát triển những kĩ năng STEM và nâng cao khả năng cạnh tranh trong nền CMCN 4.0

- Giáo dục STEM được hiểu theo nghĩa là tích hợp (liên ngành) từ 2 lĩnh vực về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên Theo như tác giả Sanders giải thích giáo dục STEM như là một cách thức tiếp cận, tìm hiểu trong giáo dục của ít nhất hai môn học STEM, hoặc giữa một hoặc nhiều môn học khác nhau với một chủ đề STEM trong nhà trường

Bên cạnh đó, giáo dục STEM cũng được hiểu như là chương trình giảng dạy lấy ý tưởng cho HS dựa trên bốn lĩnh vực cụ thể - Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học - trong một chỉnh thể thống nhất cùng với phương thức tiếp cận ứng dụng Thay vì dạy theo hình thức tách biệt và rời rạc, STEM gắn kết chúng lại thành một mô hình học tập liền khối dựa trên các ứng dụng gắn liền với thực tế

1.1.4 Mục tiêu của giáo dục STEM

6

- Phát triển các năng lực đặc thù của các môn học thuộc về STEM cho HS:

Đó là những kiến thức, kĩ năng liên quan đến các môn học Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học HS biết tích hợp các kiến thức Khoa học, Toán học để giải quyết các vấn đề thực tiễn đặt ra trong cuộc sống Biết cách thức làm việc với Công nghệ HS xây dựng bản vẽ quy trình thiết kế, lắp ráp các nguyên vật liệu để tạo ra các sản phẩm.[10]

- Phát triển các năng lực cốt lõi cho HS: Giáo dục STEM nhằm chuẩn bị cho

HS những nền tảng cả về kiến thức cũng như kĩ năng để có thể gặt hái được thành công nền xu thế toàn cầu hóa của thế kỉ XXI Cùng với những hiểu biết

về các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật, Toán học, HS sẽ được phát triển cả về tư duy phản biện, kỹ năng giao tiếp và hợp tác để thành công.[10]

- Định hướng nghề nghiệp cho HS: Giáo dục STEM sẽ trang bị cho HS những

kiến thức, kĩ năng nền tảng cho việc học tập ở các bậc học cao hơn cũng như cho nghề nghiệp trong tương lai Từ đó, góp phần xây dựng lực nguồn nhân lực đầy đủ các năng lực, phẩm chất đáp ứng được công cuộc xây dựng và phát triển đất nước

1.1.5 Sự cần thiết của giáo dục STEM

Giáo dục STEM mở rộng việc nghiên cứu kỹ thuật trong từng môn học, từng cấp học khác nhau Điều này tạo điều kiện cho tất cả HS được tiếp cận với giáo dục STEM, chứ không phải dừng lại ở chương trình năng khiếu Giáo dục STEM thường sử dụng các công nghệ mới như Khoa học máy tính, Robotics, máy in 3D, Khoa học dữ liệu để khuyến khích sự quan tâm trong các lĩnh vực STEM

Theo UNESCO: “Giáo dục STEM là chìa khóa hướng đến sáng tạo và

sự tăng trưởng kinh tế trong thế giới kết nối mạng, nơi mà con người được bao quanh bởi công nghệ và sáng tạo”

Giáo dục STEM sử dụng phương pháp học tập dựa trên thực hành và các hoạt động trải nghiệm sáng tạo Những kiến thức được cho là “khó hiểu”,

“khó nhớ” sẽ được minh họa bằng các ví dụ thực tế trở lên dễ tiếp thu Về lâu dài, những hoạt động thực hành trên lớp sẽ tạo dựng một nền kiến thức không

đó sẽ giúp HS có định hướng tốt hơn khi chọn chuyên ngành trong các cấp học cao hơn cũng như sự nghiệp về sau

Cùng với sự phát triển của khoa học thì việc làm liên quan đến STEM ngày càng gia tăng, vì vậy ngành giáo dục cũng phải có những bước chuyển đổi để đáp ứng nhu cầu của xã hội Giáo dục STEM là hướng đi đúng đắn cho sự thay đổi này, nó tạo ra nguồn nhân lực đáp ứng được thách thức công việc của thế kỷ XXI, có ảnh hưởng lớn đến sự thay đổi nền kinh thế thế giới

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

Khoa học được tác động bởi những lợi ích từ sự phát triển của Công nghệ, Kĩ thuật Bên cạnh đó Công nghệ, Kĩ thuật là ứng dụng những thành tựu của Khoa học vào đời sống thực tiễn Những tiến bộ của Khoa học, Công nghệ đều có liên quan đến Toán học và qua đó cũng góp phần phát triển những tiến bộ mới trong Toán học Các lĩnh vực này đều nằm trong mối liên kết động để thúc đẩy nhau cùng phát triển, góp phần phản ánh các vấn đề của

tự nhiên thông qua khám phá và cải tạo thế gới

Do vậy, để tạo ra sự kết hợp hài hòa, cân đối giữa các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán thì cần tiếp cận STEM theo hướng liên ngành nhằm mang lại cho HS những trải nghiệm thực sự có ý nghĩa

Ví dụ trong vấn STEM về lĩnh vực xây cầu, HS liên tưởng mình là kiến trúc sư tư vấn cho một công ty phải thay mới một cây cầu hoặc sửa chữa những phần hư hỏng HS sẽ được tiếp cận về bản chất của lực, trọng lực cũng như làm thế nào để tạo nên lực cân bằng thông qua các kiến thức về Vật lý, Toán học Qua đó đề xuất các giải pháp, ý tưởng để tạo ra được những cấu trúc thật sự chắc chắn và ổn định

Hay, khi nghiên chủ đề về hệ mặt trời, HS không chỉ nghiên cứu xem

hệ mặt trời gồm những hành tinh nào cũng như đặc điểm của chúng khác nhau ở điểm gì mà còn được tìm hiểu quá trình làm ra kính thiên văn (Công

9

nghệ), bệ đỡ cho kính thiên văn (Kĩ thuật), học cách tính khoảng cách giữa các ngôi sao và kích thước của chúng (Toán học).[10]

1.1.7 Chủ đề giáo dục STEM

Hình 1.3 Tiêu chí của chủ đề giáo dục STEM

- Chủ đề STEM hướng tới giải quyết các vấn đề trong thực tiễn

Mục tiêu của dạy học theo định hướng STEM là áp dụng các kiến thức

đã học để giải quyết các vấn đề thực tiễn Do đó, bài học STEM luôn hướng tới giải quyết các tình huống, các vấn đề đặt ra trong môi trường công cộng, kinh tế, xã hội cũng như mang tính toàn cầu.[6]

- Chủ đề STEM phải hướng tới việc HS vận dụng các kiến thức trong lĩnh vực STEM để giải quyết

Tiêu chí này nhằm đảm bảo theo đúng tinh thần giáo dục STEM, qua

đó mới phát triển được những năng lực chuyên môn.[6]

- Chủ đề STEM định hướng thực hành

Định hướng hành động là một quan điểm xuyên suốt trong chủ đề giáo dục STEM nhằm hình thành và phát triển ở HS khả năng kết hợp lý thuyết và thực hành cho HS Điều này sẽ giúp HS chiếm lĩnh được kiến thức từ thực hành chứ không phải từ trong những trang sách, bài báo hay tạp chí chuyên

Tiêu chí chủ đề STEM

Kiến thức thuộc lĩnh vực STEM

Giải quyết vấn đề thực tiễn

Định hướng thực hành Làm viêc

nhóm

10

môn Bằng việc xây dựng các bài dạy theo từng chủ đề dựa trên thực hành,

HS sẽ hiểu sâu về các nguyên lý, lý thuyết thông qua các hoạt động trải nghiệm.[6]

- Chủ đề STEM khuyến khích làm việc nhóm giữa các HS

Mặc dù có những chủ đề STEM có thể áp dụng theo hình thức cá nhân Nhưng có thể thấy hình thức làm việc nhóm tỏ ra ưu thế hơn trong việc giải quyết các vấn đề phức hợp gắn với thực tiễn cuộc sống Đó là một kỹ năng cần được chú củng cố và nâng cao hơn nữa trong kỷ nguyên mà chúng ta đnag sống, qua đó HS sử dụng các phương thức giao tiếp cũng như đề xuất các giải pháp để giải quyết vấn đền đặt ra.[6]

1.1.8 So sánh giáo dục STEM với giáo dục truyền thống

Điểm khác biệt của giáo dục STEM được thể hiện trên nhiều góc độ, từ góc độ tiếp thu kiến thức của học sinh, phương pháp giảng dạy của giáo viên, giáo trình và nội dung [10]:

 Giáo trình được xây dựng có hệ thống từ các vấn đề thực tiễn

 Dạy và học dựa trên dự án thực tế

 Chú trọng tư duy máy tính và các khái niệm lớn trong CMCN 4.0 và

kỹ năng thế kỉ XXI

 Đánh giá học sinh thông qua các kỹ năng

 Phương pháp giảng dạy hướng người học làm trung tâm, học dựa vào truy vấn và thực hành giúp hình thành kỹ năng tự giải quyết vấn đề

1.1.9 Học sinh học được gì thông qua giáo dục STEM?

Khi tiếp xúc với giáo dục STEM, HS có cơ hội tiếp cận với những công nghệ tiên tiến, tìm hiểu và khám phá những hiện tượng hóa học và sáng tạo những sản phẩm công nghệ nổi bật Điều này đặc biệt trở nên quan trọng khi xã hội ngày một hiện đại, những phát minh về công nghệ nói riêng và những thành tựu khoa học nói chung luôn hiện hữu xung quanh con người, phục vụ lợi ích của con người Ngoài ra, HS còn có được những lợi ích thiết thực như sau [10]:

11

+ STEM học 1 được 4 (chỉ với 1 mô hình học mà tổng hợp được đến 4 bộ môn): Toán, hóa học, công nghệ được truyền đạt đan xen và bổ trợ cho nhau như một khối thống nhất Học sinh sẽ thấy được sự liên quan của các môn học khác nhau Giúp HS có được một bức tranh tổng thể

+ STEM mang lại cho học sinh phát triển kỹ năng sáng tạo, kích thích trí tưởng tượng, tập tính kiên nhẫn, khả năng làm việc nhóm, khả năng lãnh đạo, thuyết trình trước đám đông, tự giải quyết vấn đề, tư duy máy tính, phát triển ngôn ngữ

+ STEM là sự kết hợp giữa học, chơi và thực hành cũng như chương trình học khám phá khoa học Chính điều này sẽ kích thích niềm đam mê khoa học HS thấy được nhu cầu học tập là quan trọng HS sẽ luôn tự tìm tòi, học hỏi, nghiên cứu để lấp đầy khoảng trống kiến thức của mình

- Phương pháp “Học qua hành”: Dựa vào những tình huống thực tế cho phép học sinh hiểu tính liên quan của công việc với đời sống và thế giới xung quanh Với phương pháp dùng mô hình – thí nghiệm để mô phỏng bài học một cách sinh động, không cứng nhắc, không bắt buộc HS phải luôn ghi nhớ, học thuộc lòng một cách khô khan Tạo môi trường học sinh động, cởi mở, rút ngắn khoảng cách giữa thầy và trò STEM mang đến sự thú vị, tươi mới trong phương pháp giảng dạy thông qua các câu chuyện, nhiệm vụ, ngày càng kích thích sự sáng tạo vô hạn vốn đã có sẵn trong HS Từ đó, HS có thể ứng dụng những nguyên lý đã học trong những sản phẩm thật sự ngoài đời Nhờ

đó kiến thức được lưu lại lâu hơn và có ý nghĩa hơn đối với tất cả học sinh Học sinh có thể thỏa chí thể hiện suy nghĩ, sự tưởng tượng phong phú của mình

- Ngoài ra, giáo dục STEM sẽ mang lại những lợi ích nhất định theo cả hai hướng trực tiếp và gián tiếp cho học sinh:

+ Các học sinh theo học các chuyên ngành STEM sau này sẽ trở thành người làm việc trong các ngành liên quan trực tiếp đến STEM như kỹ sư, bác sỹ, chuyên viên công nghệ thông tin, nhà toán học và nhà khoa học,vv Đây là những ngành nghề có sự hiện diện của Khoa học, Kỹ thuật, Công nghệ và Toán học, đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong xã hội hiện đại Điều quan

12

trọng là, học sinh học STEM, khi làm việc trong các lĩnh vực nói trên có nhiều khả năng trở thành nhân lực bậc cao, những lao động chủ chốt khi mà ngay từ nhỏ HS đã được huấn luyện cả về lý thuyết và thực hành, cùng những

kỹ năng mềm cần thiết trong môi trường làm việc chuyên nghiệp

+ Những học sinh còn lại, khi không theo chuyên ngành liên quan đến STEM cũng có những ưu thế nhất định so với những học sinh khác như: có kiến thức nền tảng về khoa học tự nhiên, có tư duy logic, tính sáng tạo, tính chủ động, hiệu suất làm việc cao, vv Giáo dục STEM qua đó cũng đã gián tiếp tiếp sức cho công cuộc phát triển nguồn nhân lực của các thành phố và của nước

nhà

1.2 Tổng quan lịch sử nghiên cứu giáo dục STEM

1.2.1 Giáo dục STEM trên thế giới

1.2.1.1 Giáo dục STEM tại Mỹ

Giáo dục STEM không phải là vấn đề quá mới ở Mỹ, nhưng gần đây nó dành được sự quan tâm lớn của quốc gia thông qua luật liên bang Mối quan tâm này đến từ những nghiên cứu cho thấy sự giảm sút về năng lực giữa HS

Mỹ và các HS quốc gia khác trong môn Toán học và Khoa học 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 Phát triển năng lực cạnh tranh toàn cầu là kết quả của sáng kiến cạnh tranh nước Mỹ được đề xuất bởi tổng thống George.W.Bush trong năm 2006 Sáng kiến này mong đợi một chính sách 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 Hiệp hội Thống đốc quốc gia Mỹ đã xuất bản tác phẩm “Những vấn đề xây dựng Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học” với những khuyến cáo cho hệ thống giáo dục 12 năm bảo đảm cho tất cả HS tốt nghiệp có những năng lực STEM

ở mức cao 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

13

phù hợp để chắc chắn rằng tất cả các HS đều có những kĩ năng STEM sau khi tốt nghiệp Báo cáo cũng đưa ra những gợi ý về một sự cải cách cần thiết với các trường công lập hướng đến sự cạnh tranh toàn cầu một cách hiệu quả bởi

hệ thống chương trình hiện tại rời rạc không liên quan tới các phương pháp truyền thống HS không còn quan tâm tới các chủ đề mà không liên quan với đời sống hiện tại Dưới thời tổng thống Barack Obama, Chính phủ Mỹ khuyến khích các trường phổ thông xây dựng các lớp học về STEM, hợp tác với các trường Đại học, các doanh nghiệp giúp phát triển giáo dục STEM trong nhà trường Tại trường trung học Hàng không ở thành phố Long Island, New York, các HS đã có được trải nghiệm thú vị tập trung vào giáo dục Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học về các lĩnh vực thuộc ngành Khoa học hàng không và Công nghiệp vũ trụ Trong các lớp học truyền thống, nhà trường có các vật thể bay để HS thực hành sửa chữa Đây là một ví dụ điển hình cho triết lí giáo dục được Bộ Giáo dục Mỹ đề xuất về sự thay đổi trong các trường trung học giúp việc học trở nên cần thiết và hứng thú hơn với HS Ở Hawaii

đã thành lập Học viện STEM thông qua chương trình thí điểm của trường Cao đẳng cộng đồng Kauai Trường đại học Hawaii giúp đào tạo các GV THCS những kĩ năng và kiến thức về chương trình giáo dục STEM Trường Jackson

ở Georgia đã hợp tác với trường đại học Georgia khuyến khích GV Toán học

và Khoa học tích hợp các chủ đề cho các HS từ lớp 6 đến lớp 12 Thông qua

kế hoạch gặp gỡ và hội thảo thường xuyên, GV làm việc như một người hỗ trợ HS trong việc tạo ra những kiến thức một cách liên hoàn từ “chiều ngang” giữa các môn học và “chiều dọc” giữa các bậc học Các báo cáo dự án là một cải tiến quan trọng của Bang trong việc chuẩn hóa kiểm tra ở bậc học trung học, từ đó HS các trường trung học đã cho thấy những sự cải thiện ở môn Số học và Hình học [5]

Một trong các chiến lược chung nhất ở Mỹ hướng tới STEM là nâng cao yêu cầu về Toán học và Khoa học đối với HS tốt nghiệp Cách tiếp cận này là cơ sở giúp nhà trường có thể tác động tới tất cả HS Từ năm học 2007 -

2008, các bang ở Mỹ đã tăng đáng kể số điểm tín chỉ tốt nghiệp ở các trường phổ thông từ 2,2 đối với môn Toán học và 2,0 đối với môn Khoa học lên 3,0

và 2,7 Bên cạnh đó, các GV cũng thường xuyên được tham gia các khoá bồi

14

dưỡng nghiệp vụ về giảng dạy STEM từ cơ bản đến chuyên sâu Truyền thông

về giáo dục STEM tới các bậc phụ huynh luôn được chính phủ Mỹ quan tâm bởi họ chính là những người đóng thuế để chính phủ thực hiện các hoạt động phát triển giáo dục [5]

1.2.1.2 Giáo dục STEM tại Pháp

Giáo dục STEM ở Pháp được đề cập ở toàn bộ các cấp học Ở bậc Tiểu học, HS được tiếp cận về Khoa học Tự nhiên, Toán học và Công nghệ Các

em được trực tiếp bắt tay vào làm các sản phẩm cũng như mô hình liên quan đến Khoa học và Công nghệ, qua đó củng cố và phát triển tư duy phản biện của HS Cái đích hướng đến là giúp HS hiểu thêm về thế giới từ cả hai thành phần là tự nhiên và nhân tạo Ở cấp Tiểu học và THCS có 78 giờ thực nghiệm khoa học để HS tham gia mỗi lớp.[5]

HS được học về Khoa học, Công nghệ, Toán học ở bậc THCS HS học tập theo định hướng nghiên cứu và giải quyết vấn đề nhằm tạo các hiểu biết

và những định hướng mang tính hành động về môi trường xung quanh Nắm bắt được quy luật của Toán học và giải quyết được các bài toán đặt ra Để làm được những điều đó, Pháp đang áp dụng một đề án giáo dục về vấn đề tích hợp giữa Khoa học và Công nghệ Cung cấp một chương trình đào tạo theo hình thức tích hợp gồm các nội dung về Khoa học sự sống, Công nghệ, Hóa học, Vật lý [5]

Đối với bậc học THPT của Pháp, giáo dục STEM được quan tâm và nghiên cứu chuyên sâu hơn HS có 4 giờ học Toán học; học Hóa học,Vật lí, Thực hành thể thao, Vũ trụ trong khoảng 3 giờ ở năm học đầu tiên Điều đặc biệt là khi nghiên cứu về Khoa học đời sống và trái đất chỉ có ½ giờ mỗi tuần thông qua ba chủ đề: trái đất và các yếu tố xung quanh nó; cơ thể con người

và làm thế nào đê nâng cao sức khỏe; sự tiến hóa của sự sống qua các giai đoạn Đồng thời trong năm học này, HS được tham gia vào chủ đề khám phá

có liên quan đến STEM như: Công nghệ y sinh, Phát minh và sáng chế, Kĩ thuật điện lạnh…[5]

1.2.1.3 Giáo dục STEM tại Tại Anh

15

Tại Anh giáo dục STEM đã được nâng tầm lên như là một chương trình quốc gia với mong muốn tạo ra nguồn nhân lực phục vụ cho nghiên cứu khoa học đạt chất lượng cao Giáo dục STEM ở Anh được thúc đẩy thông qua chương trình hành động qua 4 nội dung cốt lõi [5]:

 Một là, tuyển dụng GV giảng dạy STEM

 Hai là, bồi dưỡng nâng cao trình độ của GV

 Ba là, cải tiến và làm phong phú chương trình học cả trong và ngoài lớp học

 Bốn là, phát triển cơ sở vật chất hỗ trợ cho việc dạy và học

Kinh nghiệm giáo dục STEM ở Anh cho thấy là không nên tách rời giáo dục STEM với chương trình giảng dạy mà kết hợp trải nghiệm STEM vào chương trình và tài liệu giảng dạy Đó như là một cách tiếp cận, một định hướng chứ không phải một môn học thông thường Có thể kể đến một số cách thức triển khai giáo dục STEM tại Anh là [5]:

(1) Dự án STEM được giảng dạy trong từng môn học, ở đó GV cho HS làm quen với việc thiết lập vấn đề, đề xuất các phương pháp giải quyết, thu thập các thông tin, dữ liệu liên quan để từ đó rút ra những kết luận

(2) Dự án STEM được dạy trong các môn học khác nhau Theo cách thức này, từng GV sẽ dạy triển khai cùng một chủ đề STEM nhưng theo góc

độ riêng của mình

(3) Dự án STEM kết hợp nhiều môn học, nhưng tiếp cận chủ đề theo góc

độ kiến thức chuyên môn riêng của từng môn học Các nội dung được giải quyết theo tính chất bắc cầu, là tiền đề ở các môn học tiếp theo

(4) Dự án STEM được thực hiện đồng thời với chương trình giảng dạy Ngoài việc học các môn học bình thường, HS sẽ tham gia vào một dự án STEM, từ đó vận dụng các kiến thức đã có để giải quyết các vấn đề mà dự án đặt ra

1.2.1.4 Giáo dục STEM tại Tại Malaysia

16

Kế hoạch giáo dục của Malaysia giai đoạn 2013 - 2015 gồm 11 lĩnh vực then chốt trong số đó là cung cấp quyền bình đẳng tiếp cận nền giáo dục đạt chất lượng quốc tế Biến nghề dạy học thành sự lựa chọn nghề nghiệp và dựa vào công nghệ thông tin (CNTT) để mở rộng quy mô chất lượng học tập trên toàn Malaysia Dự báo của kế hoạch giáo dục trong tương lai, các trường học của Malaysia đang chuyển dịch theo hướng kĩ thuật số toàn diện hơn Bộ Giáo dục Malaysia khuyến khích trường học kết hợp với các đối tác để thực hiện những chuyển đổi giáo dục với nhiều chương trình đã được bổ sung vào nhà trường như: Robotics, E-learning, truyền thông đa phương tiện trong giảng dạy…[5]

Xu hướng trong giáo dục Malaysia cho thấy STEM đang trở nên phổ biến và quan trọng hơn STEM có ở khắp mọi nơi và định hình cuộc sống hàng ngày HS được tiếp xúc với giáo dục STEM 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 Hiện nay, Malaysia đã xây dựng chương trình giảng dạy mang tính tìm hiểu dựa trên các bối cảnh, các câu hỏi và vấn đề, bên cạnh đó Malaysia cũng xây dựng các nguồn lực dạy và học về STEM một cách toàn diện.[5]

1.2.2 Giáo dục STEM ở Việt Nam

Giáo dục STEM đã và đang mang lại những tiềm năng và lợi ích thiết thực, thông qua việc tạo ra những sân chơi yêu cầu HS giải quyết các thách thức từ cấp Tiểu học đến THPT Qua đó tạo ra sân chơi trí tuệ, sáng tạo và bổ ích, HS tiếp cận với các kiến thức khoa học hiện đại và nâng cao Vào năm

2011, Công ty Cổ phần DTT Eduspec lần đầu tên giới thiệu chương trình Giáo dục STEM vào Việt Nam tại hai thành phố lớn là Hà Nội và Hồ Chí Minh, tiếp theo là Đà Nẵng vào năm 2013, Cần Thơ 2016 Có thể nói đến nay, đã có hàng chục ngàn HS tại các thành phố trên theo học và đạt nhiều thành tựu trong các cuộc thi Khoa học máy tính, Robothon Quốc tế, Internet vạn vật trong nhiều năm qua.[10]

Vào năm 2015, Ngày hội STEM lần đầu tiên được tổ chức bởi Bộ Khoa học và Công nghệ Việt Nam và Liên minh STEM, sau đó là nhiều sự kiện tương tự nổi bật trong toàn quốc đã được tổ chức thường kì qua các năm.[10]

17

Trong năm học 2015 - 2016, để đảy mạnh giáo dục STEM Bộ Giáo dục

và Đào tạo đã có những công văn, chỉ thị đến các cơ quan ban ngành Tiêu biểu là dự án thí điểm: “Áp dụng phương pháp giáo dục STEM của Vương quốc Anh vào bối cảnh Việt Nam 2016 - 2017” được triển khai từ tháng 1/2016 Tháng 2/2017, Hội đồng Anh kết hợp với Bộ Giáo dục và Đào tạo tiến hành rà soát và thẩm định phương pháp giáo dục theo định hướng STEM tại 15 trường THCS và THPT thuộc các tỉnh Hà Nội, Hải Phòng, Hải Dương, Nam Định và Quảng Ninh.[10]

Bên cạnh đó, Sở Giáo dục và Đào tạo Thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội, Đà Nẵng, Cần Thơ tiếp tục có chỉ đạo nhằm nâng cao tinh thần giáo dục tích hợp Khoa học - Công nghệ - Kỹ thuật - Toán học (STEM) trong việc thực hiện chương trình giáo dục phổ thông trong những môn học thành tố liên quan.[10]

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 CMCN 4.0 Chỉ thị đề ra những giải pháp cũng như nhiệm vụ nhằm tạo điều kiện cho Việt Nam tiếp cận giáo dục STEM trên nhiều lĩnh vực, đặc biệt trong giáo dục Qua đó, Việt Nam đã chính thức đưa giáo dục STEM vào trong chương trình GDPT, tạo điều kiện

để liên kết các ý tưởng và hoạt động giáo dục STEM hiện nay

Hiện nay, Bộ Giáo dục và Đào tạo đang phối hợp với Hội Đồng Anh triển khai những bước đầu về giáo dục STEM cho 14 trường THCS và THPT tại các tỉnh thành như Hà Nội, Quảng Ninh, Hải Dương, Hải Phòng, Nam Định Có thể nói đây là những bước tiến quan trọng nhằm tạo ra một chương

trình giáo dục theo định hướng STEM mang tầm quốc gia

1.3 Cơ sở của việc dạy học môn Hóa học theo định hướng giáo dục STEM

Hoá học là ngành khoa học thuộc lĩnh vực KHTN, nghiên cứu về thành phần cấu trúc, tính chất cũng như sự biến đổi của chất của sự vật.[2]

Hoá học kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết và thực nghiệm, là cầu nối gắn kết với các ngành KHTN khác như Vật lý, Sinh học, Y dược và Địa chất học Những tiến bộ trong lĩnh vực Hóa học góp phần thúc đẩy những phát hiện mới trong các ngành Sinh học, Y học và Vật lý Hoá học có vai trò quan trọng trong đời sống sản xuất, góp phần phát triển kinh tế - xã hội của quốc gia Các