Dạy học một số chủ đề toán 9 THCS theo định hướng giáo dục STEM

Trên cơ sở nghiên cứu về dạy học tích hợp, về giáo dục STEM, thiết kế và tổ chức dạy học một số chủ đề toán 9 theo hƣớng giáo dục STEM cho học sinh THCS Tăng cƣờng áp dụng giáo dục STEM trong giáo dục trung học nhằm góp phần thực hiện mục tiêu của Chƣơng trình giáo dục phổ thông năm 2018; Nâng cao năng lực cho cán bộ quản lí và giáo viên về việc tổ chức, quản lý, xây dựng và thực hiện dạy học theo phƣơng thức giáo dục STEM. Từ những lí do trên, đề tài đƣợc lựa chọn là: “Dạy học một số chủ đề toán 9 THCS theo định hƣớng giáo dục STEM”.

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

TRẦN ĐĂNG KHẢI

DẠY HỌC MỘT SỐ CHỦ ĐỀ TOÁN 9 THCS THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

THÁI NGUYÊN - 2020

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

TRẦN ĐĂNG KHẢI

DẠY HỌC MỘT SỐ CHỦ ĐỀ TOÁN 9 THCS THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM

Ngành: Lý luận và phương pháp dạy học bộ môn Toán

Mã số: 8 14 01 11

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Bùi Thị Hạnh Lâm

THÁI NGUYÊN - 2020

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu: “Dạy học một số chủ đề toán 9

THCS theo định hướng giáo dục STEM” dưới sự hướng dẫn của TS Bùi Thị

Hạnh Lâm là kết quả nghiên cứu của cá nhân tôi, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực chưa được công bố

Thái Nguyên, tháng 12 năm 2020

Tác giả luận văn

TRẦN ĐĂNG KHẢI

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành Luận văn tốt nghiệp này, ngoài sự nỗ lực của bản thân là

sự giúp đỡ của khoa, trường, các thầy cô bạn bè và gia đình Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới người hướng dẫn khoa học - TS Bùi Thị Hạnh Lâm đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài

Tôi xin cảm ơn trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên và sự giúp đỡ của các thầy cô giáo khoa Toán

Lời cảm ơn cuối cùng, tôi xin gửi tới bạn bè ở lớp Lí luận và phương pháp dạy học môn Toán K26, đồng nghiệp và gia đình đã cổ vũ, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài

Xin được trân trọng cảm ơn!

Thái Nguyên, tháng 12 năm 2020

Tác giả

TRẦN ĐĂNG KHẢI

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU vii

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

4 Đối tượng và khách thể nghiên cứu 2

5 Giả thuyết khoa học của đề tài 3

6 Phương pháp nghiên cứu 3

7 Cấu trúc của luận văn 3

Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 4

1.1 Dạy học tích hợp 4

1.1.1 Quan niệm về dạy học tích hợp 4

1.1.2 Đặc trưng của dạy học tích hợp 5

1.2 Giáo dục STEM 5

1.2.1 Quan niệm về STEM 5

1.2.2 Quan niệm về giáo dục STEM 7

1.2.3 Đặc trưng giáo dục STEM 8

1.2.4 Các hình thức tổ chức giáo dục STEM 10

1.2.5 Một số tiêu chí của chủ đề giáo dục STEM 11

1.3 Dạy học theo định hướng giáo dục STEM 12

1.3.1 Đặc trưng của bài học STEM 12

1.3.2 Quy trình thiết kế các chủ đề dạy học theo định hướng giáo dục STEM 14

1.3.3 Dạy học Toán theo định hướng giáo dục STEM 16

1.3.4 Vai trò của dạy học theo định hướng giáo dục STEM đối với việc

phát triển năng lực cho HS THPT 19

1.4 Thực trạng dạy môn Toán lớp 9 theo định hướng giáo dục STEM 21

1.4.1 Thực trạng dạy học toán theo định hướng giáo dục STEM qua ý kiến của GV 21

1.4.2 Thực trạng dạy học toán 9 theo định hướng giáo dục STEM qua ý kiến của HS 24

Kết luận chương 1 26

Chương 2: THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ CHỦ ĐỀ TOÁN 9 THCS THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 27

2.1 Chủ đề 1 Hệ phương trình và ứng dụng trong thực tiễn sản xuất 27

2.1.1 Mục tiêu 27

2.1.2 Xác định các nội dung trọng tâm 28

2.1.3 Xây dựng các hoạt động 29

2.2 Chủ đề 2 Thiết kế cầu treo dây võng 35

2.2.1 Phần 1: Mục đích, yêu cầu 35

2.2.2 Phần 2: Tiến trình dạy học 38

2.3 Chủ đề 3 Hình trụ trong cuộc sống 46

2.3.1 Mục tiêu 46

2.3.2 Chuẩn bị của giáo viên và học sinh 47

2.3.3 Xác định nội dung trọng tâm 48

2.3.4 Xây dựng các hoạt động 49

Kết luận chương 2 55

Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 56

3.1 Mục đích của thực nghiệm sư phạm 56

3.2 Nội dung thực nghiệm sư phạm 56

3.3 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 56

3.4 Tổ chức thực nghiệm sư phạm 56

3.5 Đánh giá kết quả thực nghiệm 59

3.5.1 Đánh giá định tính 59

3.5.2 Đánh giá định lượng 60

Kết luận chương 3 61

KẾT LUẬN CHUNG 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU

Bảng 1.1 Số lượng GV Toán tham gia điều tra thực trạng 21

Bảng 1.2 Mức độ nhận thức của GV về giáo dục STEM 21

Bảng 1.3 Mức độ nhận thức của GV về ý nghĩa của giáo dục STEM 22

Bảng 1.4 Mức độ đánh giá của GV về sự cần thiết của giáo dục STEM 22

Bảng 1.5 Nhận thức của GV về vai trò của môn Toán trong giáo dục STEM 23

Bảng 1.6 Những khó khăn khi tổ chức dạy học chủ đề môn Toán theo định hướng giáo dục STEM 23

Bảng 1.7 Mức độ mong muốn của HS được học môn Toán theo định hướng giáo dục STEM 24

Bảng 1.8 Mức độ hứng thú của HS khi được học theo định hướng giáo dục STEM 25

Bảng 1.9 Mức độ HS được học các môn theo định hướng giáo dục STEM 25

Bảng 1.10 Mức độ HS được học môn Toán lớp 9 theo định hướng giáo dục STEM 25

Bảng 3.1 Bảng phân phối tần số điểm của bài kiểm tra 60

Bảng 3.2 Bảng phân phối tần suất điểm của bài kiểm tra 60

Biểu đồ 3.1 Biểu đồ phân phối tần suất điểm 61

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Dạy học tích hợp là một trong những nội dung quan trọng trong định hướng đổi mới căn bản và toàn diện nền giáo dục, là một bước chuyển từ cách tiếp cận nội dung giáo dục sang tiếp cận năng lực nhằm đào tạo con người có tri thức mới, năng lực, năng động, sáng tạo, tự chủ khi giải quyết các vấn đề trong thực tiễn cuộc sống Những năm gần đây, với sự phát triển như vũ bão của khoa học và công nghệ, cùng với sự bùng nổ thông tin, tri thức nhân loại ngày càng đồ sộ, phong phú, kiến thức giữa các lĩnh vực càng gắn bó, liên quan mật thiết với nhau Hơn nữa, xã hội ngày một phát triển, tự nó đặt ra yêu cầu đòi hỏi con người phải giải quyết rất nhiều tình huống trong cuộc sống Giáo dục và đào tạo nói chung có nhiệm vụ phải trang bị cho con người năng lực giải quyết những yêu cầu ấy Dạy học môn Toán ở THCS cũng không nằm ngoài định hướng này

Giáo dục STEM là một trong những định hướng giáo dục tích hợp đã được phát triển mạnh và đã đem lại những thành tựu tốt cho giáo dục ở Mỹ, Thái Lan, Canada, Úc, “Bản chất của giáo dục STEM là thông qua việc tích hợp các môn học để trang bị cho người học khả năng vận dụng tổng hợp những kiến thức và kĩ năng cần thiết liên quan đến các lĩnh vực khoa học, công nghệ,

kĩ thuật và toán học vào giải quyết các tình huống và yêu cầu của thực tiễn”

Trong “Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể” (ban hành ngày 27.12.2018), định hướng dạy học tích hợp đã được xác định rõ Một trong những định hướng tích hợp mới được đề cập là tích hợp theo định hướng giáo dục STEM Định hướng này đã được thể hiện trong chương trình tổng thể, chương trình môn học ở các cấp, bậc, lớp học

Định hướng giáo dục STEM là phù hợp với việc đổi mới chương trình GDPT theo định hướng phát triển năng lực Đối với Việt Nam, định hướng giáo dục STEM cũng đã được triển khai ở một số trường và bước đầu cũng đã có

được những kết quả tốt, tuy nhiên nhìn chung vấn đề này còn khá mới, khó thực hiện đối với cả GV và HS cũng như các cấp quản lí GD

Căn cứ công văn 3089/BGDĐT-GDTrH V/v triển khai thực hiện giáo dục STEM trong giáo dục trung học với mục đích:

- Nâng cao nhận thức cho cán bộ quản lí và giáo viên về vị trí, vai trò và ý nghĩa của giáo dục STEM trong trường trung học; thống nhất nội dung, phương pháp và các hình thức tổ chức thực hiện giáo dục STEM trong nhà trường;

- Tăng cường áp dụng giáo dục STEM trong giáo dục trung học nhằm góp phần thực hiện mục tiêu của Chương trình giáo dục phổ thông năm 2018;

- Nâng cao năng lực cho cán bộ quản lí và giáo viên về việc tổ chức, quản lý, xây dựng và thực hiện dạy học theo phương thức giáo dục STEM

Từ những lí do trên, đề tài được lựa chọn là: “Dạy học một số chủ đề

toán 9 THCS theo định hướng giáo dục STEM”

2 Mục đích nghiên cứu

Trên cơ sở nghiên cứu về dạy học tích hợp, về giáo dục STEM, thiết kế

và tổ chức dạy học một số chủ đề toán 9 theo hướng giáo dục STEM cho học

sinh THCS

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

Nghiên cứu cơ sở lí luận về dạy học nhằm phát huy tính tích cực, tự lực, sáng tạo của học sinh, về dạy học tích hợp, về giáo dục STEM

Nghiên cứu thực trạng dạy học tích hợp và thực trạng dạy học theo định hướng giáo dục STEM trong dạy học toán 9 THCS

Thiết kế và tổ chức dạy học một số chủ đề toán 9 THCS theo định hướng giáo dục STEM

Thực nghiệm sư phạm để kiểm nghiệm tính hiệu quả và khả thi của một

số chủ đề đã thiết kế

4 Đối tượng và khách thể nghiên cứu

- Khách thể nghiên cứu: quá trình dạy học toán 9 ở trường THCS

- Đối tượng nghiên cứu: thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề toán 9 theo định hướng giáo dục STEM

5 Giả thuyết khoa học của đề tài

Nếu thiết kế được một số chủ đề toán 9 theo định hướng STEM và tổ chức thực hiện dạy học các chủ đề đó một cách hợp lí thì sẽ phát triển năng lực giải quyết

vấn đề, năng lực vận dụng toán học vào thực tiễn cho học sinh lớp 9 THCS

6 Phương pháp nghiên cứu

6.1 Phương pháp nghiên cứu lý luận

Nghiên cứu các tài liệu về giáo dục học môn Toán, tâm lý học, lý luận dạy học môn Toán; các sách báo, các bài viết về khoa học toán phục vụ cho đề tài; các công trình nghiên cứu có các vấn đề liên quan đến dạy học STEM

6.2 Phương pháp điều tra - quan sát

Dự giờ, quan sát, điều tra - khảo sát bằng phiếu để tìm hiểu thực trạng dạy học toán 9 theo định hướng STEM ở trường THCS

6.3 Phương pháp nghiên cứu trường hợp

Nghiên cứu trên từng cá thể HS riêng biệt để đánh giá sự phát triển kĩ năng STEM, năng lực giải quyết vấn đề, năng lực vận dụng Toán học của học sinh sau khi thực nghiệm dạy học một số chủ đề toán 9 theo định hướng giáo

dục STEM đã thiết kế

6.4 Phương pháp thực nghiệm sư phạm

Tổ chức dạy thực nghiệm tại trường THCS để xem xét tính khả thi và hiệu quả của nội dung nghiên cứu đã được đề xuất

6.5 Phương pháp thống kê toán học

Phân tích các số liệu điều tra thực trạng và số liệu thực nghiệm sư phạm

7 Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần “Mở đầu”, “Kết luận” và “Danh mục tài liệu tham khảo”, nội dung chính của luận văn được trình bày trong ba chương:

Chương 1

CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 1.1 Dạy học tích hợp

1.1.1 Quan niệm về dạy học tích hợp

Dạy học tích hợp là một quan điểm dạy học nhằm hình thành và phát triển ở học sinh những năng lực cần thiết trong đó có năng lực vận dụng kiến thức để giải quyết có hiệu quả các tình huống thực tiễn Thông qua dạy học tích hợp, học sinh có thể hiểu sâu sắc kiến thức, vận dụng kiến thức để giải quyết các tình huống toán học, tình huống lên môn và tình huống thực tiễn, hướng đến hình thành và phát triển năng lực cho học sinh Vì vậy, dạy học tích hợp là

xu thế tất yếu để thực hiện có hiệu quả đổi mới giáo dục phổ thông theo định hướng phát triển năng lực như hiện nay

Khái niệm dạy học tích hợp được đưa ra dưới nhiều tiếp cận khác nhau Hội nghị phối hợp trong chương trình của UNESCO, Paris 1972 có đưa

ra định nghĩa: Dạy học tích hợp được hiểu là giáo viên tổ chức để học sinh huy động đồng thời kiến thức, kỹ năng thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau nhằm giải quyết các nhiệm vụ học tập, thông qua đó lại hình thành những kiến thức, kỹ năng mới, từ đó phát triển những năng lực cần thiết [3]

Như vậy, dạy học tích hợp có thể hiểu đó là một quan điểm dạy học nhằm hình thành và phát triển ở học sinh những năng lực cần thiết trong đó có năng lực vận dụng kiến thức để giải quyết có hiệu quả các tình huống thực tiễn Điều đó cũng có nghĩa là để đảm bảo cho mỗi học sinh biết vận dụng kiến thức được học trong nhà trường vào các hoàn cảnh mới lạ, khó khăn, bất ngờ; qua

đó trở thành một người công dân có trách nhiệm, một người lao động có năng lực Dạy học tích hợp đòi hỏi việc học tập ở nhà trường phổ thông phải được gắn với các tình huống của cuộc sống sau này mà học sinh có thể phải đối mặt

và chính vì thế nó trở nên có ý nghĩa đối với học sinh Như vậy, dạy học tích hợp sẽ phát huy tối đa sự trưởng thành và phát triển năng lực của cá nhân mỗi

học sinh, giúp các em thành công trong vai trò người chủ gia đình, người công dân, người lao động tương lai

1.1.2 Đặc trưng của dạy học tích hợp

Theo [1], dạy học tích hợp có những đặc điểm sau đây:

- Thiết lập các mối quan hệ theo một logic nhất định những kiến thức, kỹ năng khác nhau để thực hiện một hoạt động phức hợp

- Lựa chọn những thông tin, kiến thức, kỹ năng cần cho học sinh thực hiện được các hoạt động thiết thực trong các tình huống học tập, đời sống hàng ngày, làm cho học sinh hòa nhập vào cuộc sống

- Làm cho quá trình học tập mang tính mục đích rõ rệt

- Giáo viên không đặt ưu tiên truyền đạt kiến thức, thông tin đơn lẻ, mà phải hình thành ở học sinh năng lực tìm kiếm, quản lý, tổ chức sử dụng kiến thức để giải quyết vấn đề trong tình huống có ý nghĩa

- Khắc phục được thói quen truyền đạt và tiếp thu kiến thức, kỹ năng rời rạc làm cho con người trở nên "mù chữ chức năng", nghĩa là có thể được nhồi nhét nhiều thông tin, nhưng không dùng được Như vậy, dạy học tích hợp là cải cách giảm tải kiến thức không thực sự có giá trị sử dụng, để có điều kiện tăng tải kiến thức có ích Để lựa chọn nội dung kiến thức đưa vào chương trình các môn học trước hết phải trả lời kiến thức nào cần và có thể làm cho học sinh biết huy động vào các tình huống có ý nghĩa Biểu hiện của năng lực là biết sử dụng các nội dung và các kỹ năng trong một tình huống có ý nghĩa, chứ không ở tiếp thụ lượng tri thức rời rạc

1.2 Giáo dục STEM

1.2.1 Quan niệm về STEM

Theo [13], từ khóa STEM được sử dụng lần đầu tiên từ những năm 2000 bởi Quỹ Khoa học Quốc gia (National Science Foundation – NSF), một cơ quan của chính phủ Hoa Kì với mục đích hỗ trợ nghiên cứu GD và các ngành khoa học kĩ thuật cơ bản ở tất cả các lĩnh vực y tế Đó là từ viết tắt bởi bốn chữ

cái đầu tiên trong tổ hợp các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học)

S – Science (Khoa học) hiểu đơn giản là những gì liên quan đến viện tìm hiểu và khám phá thế giới tự nhiên Ở trường học từ cấp tiểu học cho đến trung học phổ thông và đại học, có rất nhiều môn học nghiên cưu về thế giới tự nhiên như: vật lí, hóa học, sinh học, thiên văn học, địa chất,

T – Technology (Công nghệ) có rất nhiều phát biểu khác nhau về khái niệm công nghệ, nhưng tựu chung lại đều mong một ý nghĩa chung, đó là “ quá trình con người thay đổi thế giới tự nhiên để đáp ứng nhu cầu và mong muốn của mình” – theo công bố của Hội đồng nghiên cứu quốc gia (NRC) và Học viện kĩ thuật quốc gia (ANE)

E – Engineering (Kĩ thuật) là những ngành nghề mà ở đó có kiến thức đạt được về khoa học tự nhiên và Toán học được áp dụng để phát triển các quy trình sản xuất tận dụng nguồn nguyên liệu sức mạnh của thiên nhiên nhằm phục

vụ lợi ích của nhân loại (Theo Hội đồng Kiểm định kĩ thuật và Công nghệ - ABET, năm 2002) Các lĩnh vực của công nghệ, kĩ thuật có mối quan hệ chặt chẽ, bổ trợ cho nhau

M – Mathematics (Toán học) là khoa học về quy luật và mối quan hệ (Theo Hiệp hội vì sự tiến bộ của khoa học Mĩ) Toán học cung cấp một thứ ngôn ngữ chính xác cho Công nghệ, Khoa học và Kĩ thuật Phát triển công nghệ, chẳng hạn như công nghệ máy tính cũng giúp ích rất nhiều cho Toán học, cũng như sự phát triển của toán học thường tạo ra những sáng kiến đổi mới trong công nghệ

Những kiến thức và kĩ năng về các lĩnh vực trên được tích hợp, lồng ghép

và bổ trợ cho nhau giúp HS không chỉ hiểu biết về nguyên lý mà còn có thể áp dụng để thực hành và tạo ra được những sản phẩm trong cuộc sống hằng ngày

STEM được hiểu là sự kết hợp giữa bốn ngành Khoa học, công nghệ, Kĩ thuật và Toán học thành một môn học mới, ở đó người học có cơ hội để tiếp

cận với thế giới trên nhiều khía cạnh hơn là chỉ được học từng phần kiến thức riêng rẽ và thực hành về nó [1]

Thuật ngữ STEM được dùng trong hai ngữ cảnh khác nhau, đó là ngữ cảnh giáo dục và ngữ cảnh nghề nghiệp [9]

Trong ngữ cảnh giáo dục, STEM nhấn mạnh đến sự quan tâm của nền giáo dục đối với các môn Khoa hoc, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học Quan tâm đến việc tích hợp các môn trên gắn với thực tiễn để nâng cao năng lực cho người học Giáo dục STEM có thể được hiểu và diễn giải 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, STEM được hiểu là nghề nghiệp thuộc các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học

Tùy từng ngữ cảnh khác nhau mà STEM được hiểu như là các môn học hay các lĩnh vực

Trong luận văn này, STEM được đặt trong ngữ cảnh giáo dục, tác giả quan niệm STEM theo cách quan tâm tới vai trò và sự tích hợp các môn học (Toán, Khoa học, Kỹ thuật và Công nghệ) trong chương trình gắn liền với việc vận dụng các kiến thức, kĩ năng giải quyết các vấn đề thực tiễn, từ đó nâng cao hứng thú, hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho HS

1.2.2 Quan niệm về giáo dục STEM

Với những cách tiếp cận khác nhau, giáo dục STEM sẽ được hiểu và triển khai theo những cách khác nhau Giáo dục STEM được nhận thức và hoạt động theo hai cách hiểu chính như sau:

Một là, giáo dục STEM được hiểu theo nghĩa là quan tâm đến các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học Đây cũng là quan niệm về giáo dục STEM của 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 ở tiểu học và trung học cho đến bậc sau đại học” Đây là nghĩa rộng khi

nói về giáo dục STEM Đó chính là một chiến lược, định hướng giáo dục nhằm thúc đẩy giáo dục bốn lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học với mục tiêu đào tạo nguồn nhân lực đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các ngành nghề có liên quan, nhờ đó nâng cao sức cạnh tranh của nền kinh tế

Hai là, giáo dục STEM được hiểu theo nghĩa là tích hợp Hoặc là tích hợp đầy đủ cả bốn lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học 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 học sinh 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 Hoặc là tích hợp khuyết, tức

là tích hợp từ hai lĩnh vực về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên 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 trong nhà trường [9]

Như vậy, giáo dục STEM về bản chất được hiểu là trang bị cho người học những kiến thức và kỹ năng cần thiết liên quan đến các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học Các kiến thức và kỹ năng này phải được tích hợp, lồng ghép và bổ trợ cho nhau, giúp học sinh không chỉ hiểu biết về nguyên

lý mà còn có thể thực hành và tạo ra được những sản phẩm trong cuộc sống hằng ngày Giáo dục STEM kết nối giữa kiến thức học đường với thế giới thực, giải quyết các vấn đề thực tiễn, tạo hứng thú cho học sinh, hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho học sinh

1.2.3 Đặc trưng giáo dục STEM

Giáo dục STEM có các đặc trưng sau:

- 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 Trong đó HS biết liên kết các kiến thức Khoa học, Toán học để giải quyết các vấn đề thực tiễn Biết sử dụng, quản lí và truy cập Công nghệ HS biết về quy trình thiết kế và chế tạo ra các sản phẩm

Hơn nữa, giáo dục STEM còn phát triển cho HS các kỹ năng như:

Kỹ năng khoa học: HS được trang bị kiến thức về các khái niệm, các nguyên lý, các định luật và các cơ sở lý thuyết của GD khoa học Mục tiêu quan trọng nhất là thông qua GD khoa học, HS có khả năng liên kết các kiến thức này để thực hành và có tư duy để sử dụng kiến thức vào thực tiễn để giải quyết các vấn đề trong thực tế

Kỹ năng công nghệ: HS có khả năng sử dụng, quản lý, hiểu biết và truy cập được công nghệ, từ những vật dụng đơn giản như cái bút, chiếc quạt đến những hệ thống phức tạp như mạng Internet, máy móc

Kỹ năng kỹ thuật: HS được trang bị kỹ năng sản xuất ra đối tượng và hiểu được quy trình để làm ra nó Vấn đề này đòi hỏi HS phải có khả năng tổng hợp và kết hợp để biết cách làm thế nào để cân bằng các yếu tố liên quan (như khoa học, nghệ thuật, công nghệ, kỹ thuật) để có được một giải pháp tốt nhất trong thiết kế và xây dựng quy trình Ngoài ra HS còn có khả năng nhìn nhận ra nhu cầu và phản ứng của xã hội trong những vấn đề liên quan đến kĩ thuật

Kỹ năng toán học: Là kĩ năng nhìn nhận và nắm bắt được vai trò của toán học trong mọi khía cạnh tồn tại trên thế giới HS có kĩ năng toán học sẽ có khả năng thể hiện các ý tưởng một cách chính xác, có khả năng áp dụng các khái niệm và kĩ năng toán học vào cuộc sống hằng ngày

- Phát triển các năng lực cốt lõi cho HS: Giáo dục STEM nhằm chuẩn bị cho HS những cơ hội cũng như thách thức trong nền kinh tế cạnh tranh toàn cầu của thế kỉ 21 Bên cạnh những hiểu biết về các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật, Toán học, HS sẽ được phát triển tư duy phê phán, khả năng hợp tác để thành công…

- 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

1.2.4 Các hình thức tổ chức giáo dục STEM

Theo [13], các hình thức tổ chức giáo dục STEM bao gồm:

1 Dạy học các môn học thuộc lĩnh vực STEM

Đây là hình thức tổ chức giáo dục STEM chủ yếu trong nhà trường Theo cách này, các bài học, hoạt động giáo dục STEM được triển khai ngay trong quá trình dạy học các môn học STEM theo tiếp cận liên môn

Các chủ đề, bài học, hoạt động STEM bám sát chương trình của các môn học thành phần Hình thức giáo dục STEM này không làm phát sinh thêm thời gian học tập

2 Hoạt động trải nghiệm STEM

Trong hoạt động trải nghiệm STEM, học sinh được khám phá các thí nghiệm, ứng dụng khoa học, kỹ thuật trong thực tiễn đời sống Qua đó, nhận biết được ý nghĩa của khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học đối với đời sống con người, nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM Đây cũng là cách thức để thu hút sự quan tâm của xã hội tới giáo dục STEM

Để tổ chức thành công các hoạt động trải nghiệm STEM, cần có sự tham gia, hợp tác của các bên liên quan như trường phổ thông, cơ sở giáo dục nghề nghiệp, các trường đại học, doanh nghiệp

Trải nghiệm STEM còn có thể được thực hiện thông qua sự hợp tác giữa trường phổ thông với các cơ sở giáo dục đại học, giáo dục nghề nghiệp Theo cách này, sẽ kết hợp được thực tiễn phổ thông với ưu thế về cơ sở vật chất của giáo dục đại học và giáo dục nghề nghiệp

Các trường phổ thông có thể triển khai giáo dục STEM thông qua hình thức câu lạc bộ Tham gia câu lạc bộ STEM, học sinh được học tập nâng cao trình độ, triển khai các dự án nghiên cứu, tìm hiểu các ngành nghề thuộc lĩnh

vực STEM Đây là hoạt động theo sở thích, năng khiếu của học sinh, diễn ra định kỳ, trong cả năm học

Tổ chức tốt hoạt động câu lạc bộ STEM cũng là tiền đề triển khai các dự

án nghiên cứu trong khuôn khổ cuộc thi khoa học kỹ thuật dành cho học sinh trung học Bên cạnh đó, tham gia câu lạc bộ STEM còn là cơ hội để học sinh thấy được sự phù hợp về năng lực, sở thích, giá trị của bản thân với nghề nghiệp thuộc các lĩnh vực STEM

3 Hoạt động nghiên cứu khoa học

Giáo dục STEM có thể được triển khai thông qua hoạt động nghiên cứu khoa học và tổ chức các cuộc thi sáng tạo khoa học kỹ thuật với nhiều chủ đề khác nhau thuộc các lĩnh vực robot, năng lượng tái tạo, môi trường, biến đổi khí hậu, nông nghiệp công nghệ cao…

Hoạt động này không mang tính đại trà mà dành cho những học sinh có năng lực, sở thích và hứng thú với các hoạt động tìm tòi, khám phá khoa học,

kỹ thuật giải quyết các vấn đề thực tiễn

1.2.5 Một số tiêu chí của chủ đề giáo dục STEM

Khi xây dựng một chủ đề giáo dục STEM, một số câu hỏi có thể gặp phải với các GV đó là liệu chủ đề được xây dựng có đúng theo tinh thần STEM hay không hay là một chủ đề tích hợp khoa học đơn thuần Điều gì tạo nên sự phân biệt một chủ đề giáo dục STEM với các chủ đề học tập khác Điều đầu tiên cần phải khẳng định trước hết một chủ đề dạy học theo định hướng STEM phải là một chủ đề mang tính tích hợp Khái niệm STEM hay giáo dục STEM

là một khái niệm rộng và nhiều tầng bậc, do vậy điều này cũng ảnh hưởng tới việc xác định hay cách đánh giá về một chủ đề giáo dục STEM Trong nội dung trình bày dưới đây nghiên cứu đề xuất một số tiêu chí nhằm xác định về một chủ đề giáo dục STEM

1 Chủ đề STEM hướng tới giải quyết các vấn đề trong thế giới thực Vận dụng kiến thức STEM để giải quyết các vấn đề thực tiễn chính là mục tiêu của dạy học theo quan điểm STEM Do vậy, bài học STEM không phải là để giải quyết các vấn đề mang tính tưởng tượng và xa rời thực tế mà nó

luôn hướng đến giải quyết các vấn đề các tình huống trong xã hội, kinh tế, môi trường trong cộng đồng địa phương của họ cũng như toàn cầu

2 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 liên quan

3 Chủ đề STEM định hướng thực hành

Định hướng hành động là một đặc điểm của quan điểm STEM Chỉ khi chủ đề STEM định hướng thực hành mới đảm bảo hình thành và phát triển năng lực cho HS Điều này sẽ giúp HS có được kiến thức từ kinh nghiệm thực hành chứ không phải chỉ từ lí thuyết Bằng cách xây dựng các bài giảng theo chủ đề và dựa trên thực hành, HS sẽ được hiểu sâu về lí thuyết, nguyên lí thông qua các hoạt động thực tế Chính các hoạt động thực tế này sẽ giúp HS nhớ kiến thức lâu hơn và sâu hơn HS sẽ được làm việc theo nhóm, tự thảo luận tìm tòi kiến thức, tự vận dụng kiến thức vào các hoạt động thực hành rồi sau đó có thể truyền đạt lại kiến thức cho người khác Với cách học này, GV không còn

là người truyền đạt kiến thức nữa mà sẽ là người hướng dẫn để HS tự xây dựng kiến thức cho chính mình

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

Trên thực tế có những chủ đề STEM vẫn có thể triển khai cá nhân Tuy nhiên, làm việc theo nhóm là hình thức làm việc phù hợp trong việc giải quyết các nhiệm vụ phức hợp gắn với thực tiễn Làm việc theo nhóm là một kĩ năng quan trọng trong thế kỉ 21 bên cạnh đó khi làm việc theo nhóm HS sẽ được đặt vào môi trường thúc đẩy các nhu cầu giao tiếp chia sẻ ý tưởng và cùng nhau phát triển giải pháp

1.3 Dạy học theo định hướng giáo dục STEM

1.3.1 Đặc trưng của bài học STEM

- Một chủ đề STEM đầy đủ sẽ hội tụ cả bốn thành tố của STEM như: + Khoa học: Các quy luật tự nhiên, xã hội

+ Công nghệ: Quy trình sản xuất ra sản phẩm học tập

+ Kĩ thuật: Thiết kế, chế tạo, đẽo gọt,

+ Toán học: Ý nghĩa các con số, hình dạng, phép tính, số lượng liên quan đến sản phẩm chế tạo

Một chủ đề STEM có thể khuyết một hoặc một vài thành phần trên, nhưng tối thiểu phải có từ hai thành tố trở lên

- Một bài học STEM có các đặc trưng sau:

+ Bài học STEM tập trung vào các tình huống và các vấn đề mang tính thực tiễn liên quan đến vấn đề xã hội, kinh tế, môi trường cần được giải quyết

+ Bài học STEM thường được hướng dẫn bằng các quá trình thiết kế kĩ thuật + Bài học STEM đặt HS vào hàng loạt những câu hỏi - đáp về thực hành

và những khám phá có kết thúc mở Trong các bài học STEM, con đường học tập STEM có kết thúc mở trong một quá trình không quá ràng buộc Điều ràng buộc, nếu có chỉ là các vật liệu được cung cấp sẵn

Một bài học STEM có thể khuyết một hoặc một vài thành phần của STEM nhưng tối thiểu phải có từ hai thành phần trở lên

Giáo dục STEM về bản chất được hiểu là trang bị cho người học những kiến thức và kỹ năng cần thiết liên quan đến các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học Các kiến thức và kỹ năng này phải được tích hợp, lồng ghép và bổ trợ cho nhau, giúp HS không chỉ hiểu biết về nguyên lý mà còn có thể thực hành và tạo ra được những sản phẩm trong cuộc sống hàng ngày Giáo dục STEM sẽ thu hẹp khoảng cách giữa hàn lâm và thực tiễn, tạo ra những con người có năng lực làm việc “tức thì” trong môi trường có tính sáng tạo cao và sử dụng trí óc có tính chất công việc ít lặp lại

Giáo dục STEM có đặc trưng không phải là để HS trở thành những nhà toán học, nhà khoa học, kỹ sư hay những kỹ thuật viên mà là phát triển cho HS các kỹ năng có thể được sử dụng để làm việc và phát triển trong thế giới công nghệ hiện đại ngày nay Đó cũng chính là kỹ năng STEM Kỹ năng STEM

được hiểu là sự tích hợp, lồng ghép hài hòa từ bốn nhóm kỹ năng là: Kỹ năng Khoa học, kỹ năng Công nghệ, kỹ năng Kỹ thuật và kỹ năng Toán học

Một trong những phương pháp dạy và học mang lại hiệu quả cao nhất cho giáo dục STEM là phương pháp “Học qua hành” - “Learning by doing” Phương pháp “Học qua hành” giúp HS có được kiến thức từ kinh nghiệm thực hành chứ không phải chỉ từ lý thuyết Bằng cách xây dựng các bài giảng theo chủ đề và dựa trên thực hành, HS sẽ được hiểu sâu về lý thuyết, nguyên lý thông qua các hoạt động thực tế Chính các hoạt động thực tế này sẽ giúp HS nhớ kiến thức lâu hơn, sâu hơn HS sẽ được làm việc theo nhóm, tự thảo luận tìm tòi kiến thức, tự vận dụng kiến thức vào các hoạt động thực hành rồi sau đó

có thể truyền đạt lại kiến thức cho người khác Với cách học này, GV không còn là người truyền đạt kiến thức nữa mà sẽ là người hướng dẫn để HS tự xây dựng kiến thức cho chính mình

1.3.2 Quy trình thiết kế các chủ đề dạy học theo định hướng giáo dục STEM

Dựa trên mục tiêu giáo dục STEM; các tiêu chí của một chủ đề STEM; các hình thức tổ chức giáo dục STEM, quy trình thiết kế một chủ đề dạy học theo định hướng giáo dục STEM được thực hiện như sau:

Bước 1: Lựa chọn chủ đề bài học

Căn cứ vào nội dung kiến thức trong chương trình môn học và các hiện tượng, quá trình gắn với các kiến thức đó trong tự nhiên; quy trình hoặc thiết bị công nghệ có sử dụng của kiến thức đó trong thực tiễn để lựa chọn chủ đề của bài học Những ứng dụng đó có thể là: Hiện tượng tán sắc ánh sáng - Tính chất sóng của ánh sáng - Máy quang phổ lăng kính; Hiện tượng khúc xạ và phản xạ ánh sáng - Gương cầu và thấu kính - Ống nhòm, kính thiên văn; Sự chìm, nổi - lực đẩy Ác-si-mét - Thuyền/bè; Hiện tượng cảm ứng điện từ - Định luật Cảm ứng điện từ và Định luật Lenxơ - Máy phát điện/động cơ điện; Vật liệu cơ khí; Các phương pháp gia công cơ khí; Các cơ cấu truyền và biến đổi chuyển động; Các mối ghép cơ khí; Mạch điện điều khiển cho ngôi nhà thông minh; Sữa

chua/dưa muối - Vi sinh vật - Quy trình làm sữa chua/muối dưa; Thuốc trừ sâu

- Phản ứng hoá học - Quy trình xử lý dư lượng thuốc trừ sâu; Hoá chất - Phản ứng hoá học - Quy trình xử lý chất thải; Sau an toàn - Hoá sinh - Quy trình trồng rau an toàn

Bước 2: Xác định vấn đề cần giải quyết

Sau khi chọn chủ đề của bài học, cần xác định vấn đề cần giải quyết để giao cho học sinh thực hiện sao cho khi giải quyết vấn đề đó, học sinh phải học được những kiến thức, kỹ năng cần dạy trong chương trình môn học đã được lựa chọn (đối với STEM kiến tạo) hoặc vận dụng những kiến thức, kỹ năng đã biết (đối với STEM vận dung) để xây dựng bài học Theo những ví dụ nêu trên, nhiệm vụ giao cho học sinh thực hiện trong các bài học có thể là: Thiết kế, chế tạo một máy quang phổ đơn giản trong bài học về bản chất sóng của ánh sáng; Thiết kế, chế tạo một ống nhòm đơn giản khi học về hiện tượng phản xạ và khúc xạ ánh sáng; Chế tạo bè nổi/thuyền khi học về Định luật Ác - si - mét; Chế tạo máy phát điện/động cơ điện khi học về cảm ứng điện từ; Thiết kế mạch lôgic khi học về dòng điện không đổi; Thiết kế robot leo dốc, cầu bắc qua hai trụ, hệ thống tưới nước tự động, mạch điện cảnh báo và điều khiển cho ngôi nhà thông minh; Xây dựng quy trình làm sữa chua/muối dưa; Xây dựng quy trình xử lý dư lượng thuốc trừ sâu trong rau/quả; Xây dựng quy trình xử lý hoá chất ô nhiễm trong nước thải; Quy trình trồng rau an toàn…

Bước 3: Xây dựng tiêu chí của thiết bị/giải pháp giải quyết vấn đề

Sau khi đã xác định vấn đề cần giải quyết/sản phẩm cần chế tạo, cần xác định rõ tiêu chí của giải pháp/sản phẩm Những tiêu chí này là căn cứ quan trọng để đề xuất giả thuyết khoa học/giải pháp giải quyết vấn đề/thiết kế mẫu sản phẩm Đối với các ví dụ nêu trên, tiêu chí có thể là: Chế tạo máy quang phổ

sử dụng lăng kính, thấu kính hội tụ; tạo được các tia ánh sáng màu từ nguồn sáng trắng; Chế tạo ống nhòm/kính thiên văn từ thấu kính hội tụ, phân kì; quan sát được vật ở xa với độ bội giác trong khoảng nào đó; Quy trình sản xuất sữa

chua/muối dưa với tiêu chí cụ thể của sản phẩm (độ ngọt, độ chua, dinh dưỡng ); Quy trình xử lý dư lượng thuốc trừ sâu với tiêu chí cụ thể (loại thuốc trừ sâu, độ "sạch" sau xử lý); Quy trình trồng rau sạch với tiêu chí cụ thể ("sạch" cái gì so với rau trồng thông thường)

Bước 4: Thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học

Tiến trình tổ chức hoạt động dạy học được thiết kế theo các phương pháp

và kỹ thuật dạy học tích cực Mỗi hoạt động học được thiết kế rõ ràng về mục đích, nội dung và sản phẩm học tập mà học sinh phải hoàn thành Các hoạt động học đó có thể được tổ chức cả ở trong và ngoài lớp học (ở trường, ở nhà

và cộng đồng)

Cần thiết kế bài học điện tử trên mạng để hướng dẫn, hỗ trợ hoạt động học của học sinh bên ngoài lớp học

1.3.3 Dạy học Toán theo định hướng giáo dục STEM

Dạy học Toán theo định hướng giáo dục STEM về bản chất được hiểu là thông qua việc dạy học môn Toán nhằm rèn luyện cho HS các kỹ năng STEM Các kiến thức và kỹ năng này phải được tích hợp, lồng ghép và bổ trợ cho nhau, giúp HS không chỉ hiểu sâu sắc các kiến thức, kĩ năng của các môn học STEM mà còn có thể thực hành và tạo ra được những sản phẩm phục vụ cho cuộc sống hàng ngày của các em

Dạy học Toán theo định hướng giáo dục STEM sẽ thu hẹp khoảng cách giữa hàn lâm và thực tiễn, giúp cho HS hiểu được các ứng dụng của các kiến thức được học và vận dụng được các kiến thức đó trong thực tiễn tạo ra những con người có năng lực giải quyết vấn đề trong môi trường có tính sáng tạo cao

Tùy thuộc vào bối cảnh dạy học cụ thể của các trường phổ thông ở Việt Nam mà các giáo viên có thể sáng tạo trong việc vận dụng quy trình và áp dụng các mức độ tích hợp STEM trong dạy học Toán để không những gia tăng điềm đam mê toán học cho HS mà qua đó HS còn được phát triển các phẩm chất và năng lực khác

1.3.3.1 Đặc trưng của dạy học toán theo định hướng giáo dục STEM

Dạy học Toán theo định hướng giáo dục STEM có các đặc trưng sau:

- Mục tiêu dạy học thường được mô tả một cách chi tiết, rõ ràng có thể quan sát và đánh giá được, chú trọng đến các mục tiêu giáo dục STEM

- HS được củng cố, mở rộng các kiến thức, kĩ năng các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học

- HS hiểu rõ hơn vai trò công cụ của môn toán đối với các môn học khác

và thực tiễn

- Dạy học dựa trên định hướng hành động và sản phẩm

- Tư tưởng dạy học tích hợp liên môn và định hướng vận dụng vào giải quyết các vấn đề thực tiễn

- Đánh giá trong dạy học định hướng giáo dục STEM sẽ tập trung vào đánh giá quá trình và đánh giá sản phẩm

1.3.3.2 Quy trình và các mức độ tích hợp STEM trong dạy học toán ở trường THPT ở Việt Nam

Dựa trên nghiên cứu lí luận về giáo dục STEM, dạy học Toán theo định hướng giáo dục STEM, về thực trạng dạy học môn Toán theo định hướng giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông mới cũng như ở các trường phổ thông hiện nay, chúng tôi đề xuất quy trình dạy học môn Toán theo định hướng giáo dục STEM bao gồm các bước sau:

Bước 1: Thiết kế kế hoạch bài học

- Xác định mục tiêu bài học: GV cần xác định các mục tiêu bài học, ngoài các mục tiêu về kiến thức, kĩ năng Toán học cần xác định rõ mục tiêu phát triển kĩ năng STEM cho học sinh

- Xác định các nội dung Toán, Khoa học, Kĩ thuật và Công nghệ phù hợp có thể tích hợp trong bài dạy

- Thiết kế chuỗi hoạt động để đạt được mục tiêu

*Mức độ 1: Đề xuất các ý tưởng STEM

+ Trên lớp: Thông qua hoạt động học tập, HS (hoặc nhóm HS) phát hiện

ra các ý tưởng STEM tức là có thể vận dụng các kiến thức toán học với một trong các kiến thức thuộc lĩnh vực khoa học, công nghệ hoặc kĩ thuật để đề xuất

ra các giải pháp giải quyết các tình huống nảy sinh trong thực tiễn

+ Ở nhà: HS (nhóm HS) đề xuất bản thiết kế và làm các mô hình theo ý tưởng và bản thiết kế đã đề xuất bằng các nguyên vật liệu tận dụng

+ Trên lớp (buổi học sau): GV cho HS (nhóm HS) thuyết minh cho các

mô hình, GV và HS khác đánh giá, góp ý cho các mô hình

Lưu ý: Mức độ này nên áp dụng cho các lớp kiến thức, kĩ năng STEM của học sinh còn hạn chế, hoặc đối với bài học có nhiều nội dung, hoặc thời gian không nhiều (1 tiết)

* Mức độ 2: Đề xuất bản thiết kế cho các ý tưởng STEM

+ Trên lớp: Thông qua hoạt động học tập, HS (nhóm HS) phát hiện ra các ý tưởng STEM tức là có thể vận dụng các kiến thức toán học với một trong các kiến thức thuộc lĩnh vực khoa học, công nghệ hoặc kĩ thuật để đề xuất ra các giải pháp giải quyết các tình huống nảy sinh trong thực tiễn, sau đó đề xuất bản thiết kế cho ý tưởng STEM đó

+ Ở nhà: HS (nhóm HS) làm các mô hình bằng các nguyên vật liệu tận dụng theo ý tưởng và bản thiết kế đã đề xuất

+ Trên lớp (buổi học sau): GV cho HS (nhóm HS) thuyết minh cho các

mô hình, GV và HS khác đánh giá, góp ý cho các mô hình

Lưu ý: Mức độ này nên áp dụng cho các lớp kiến thức, kĩ năng STEM của học sinh tương đối tốt hoặc đối với bài học không có nhiều nội dung, hoặc thời gian không quá ít (2 tiết)

* Mức độ 3: Thiết kế các mô hình STEM

Thông qua hoạt động học tập, HS (nhóm HS) phát hiện ra các ý tưởng STEM tức là có thể vận dụng các kiến thức toán học với một trong các kiến thức thuộc lĩnh vực khoa học, công nghệ hoặc kĩ thuật để đề xuất ra các giải pháp giải quyết các tình huống nảy sinh trong thực tiễn, sau đó đề xuất bản thiết kế cho ý tưởng STEM

HS (nhóm HS) dùng các nguyên vật liệu tận dụng để làm mô hình ngay tại lớp GV cho HS (nhóm HS) thuyết minh cho các mô hình, GV và HS đánh giá, góp ý cho các mô hình

Lưu ý: Mức độ này nên áp dụng cho các lớp kiến thức, kĩ năng STEM của học sinh tốt, hoặc đối với bài học không có ít nội dung, hoặc thời gian nhiều (từ 3 tiết trở lên)

Bước 3: Đánh giá việc dạy, rút kinh nghiệm

Ở bước này, các GV (hoặc nhóm các GV) sau khi dạy xong sẽ đối chiếu kết quả bài dạy với mục tiêu đã xác định để biết được mức độ đạt được mục tiêu của tiết dạy Nên xác định các nguyên nhân thành công hoặc chưa thành công của bài dạy Trên cơ sở đó, các GV sẽ rút kinh nghiệm cho đồng nghiệp hoặc cá nhân GV tự rút kinh nghiệm để có sự điều chỉnh sao cho các tiết dạy sau hiệu quả hơn

1.3.4 Vai trò của dạy học theo định hướng giáo dục STEM đối với việc phát triển năng lực cho HS THPT

Dạy học theo định hướng STEM có vai trò đối với việc phát triển năng lực cho HS THPT Cụ thể là:

- Đảm bảo giáo dục toàn diện: Triển khai giáo dục STEM ở nhà trường, bên cạnh các môn học đang được quan tâm như Toán học, Khoa học, các lĩnh

vực công nghệ, kĩ thuật cũng sẽ được quan tâm, đầu tư trên tất cả các phương diện về đội ngũ GV, chương trình, cơ sở vật chất

- Nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM: Các dự án học tập trong giáo dục

STEM hướng tới việc vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các vấn

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

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

- Kết nối trường học với cộng đồng: Để đảm bảo triển khai hiệu quả giáo dục STEM, cơ sở giáo dục phổ thông thường kết nối với các cơ sở giáo dục nghề nghiệp, các trường đại học tại địa phương nhằm khai thác nguồn lực về con người, cơ sở vật chất Bên cạnh đó, giáo dục STEM phổ thông cũng hướng tới giải quyết các vấn đề có tính đặc thù của địa phương

- Hướng nghiệp, phân luồng: Tổ chức tốt giáo dục STEM ỏ trường phổ thông, HS sẽ được trải nghiệm trong các lĩnh vực STEM, đánh giá được sự phù hợp, năng khiếu, sở thích của bản thân với nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM Thực hiện tốt giáo dục STEM trường phổ thông cũng là cách thức thu hút HS theo học, lựa chọn các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM, các ngành nghề có nhu cầu cao về nguồn nhân lực trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư

- Góp phần củng cố, đào sâu, hệ thống hóa kiến thức khoa học đã học trong chương trình, phát hiện và khắc phục những sai lầm của HS mắc phải trong chương trình Hơn nữa, mở rộng kiến thức và năng lực thuộc các lĩnh vực

Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học

- Góp phần giáo dục kĩ thuật tổng hợp và định hướng nghề nghiệp cho

HS, đặc biệt là các ngành nghề thuộc các lĩnh vực STEM

- Phát hiện các HS có năng lực vượt trội về Khoa học và Kĩ thuật, bồi

dưỡng các HS này trở thành lực lượng nòng cốt, để tham gia các cuộc thi lớn

như: liên hoan tuổi trẻ sáng tạo, cuộc thi khoa học kĩ thuật cấp Quốc gia cho

HS trung học

1.4 Thực trạng dạy môn Toán lớp 9 theo định hướng giáo dục STEM

1.4.1 Thực trạng dạy học toán theo định hướng giáo dục STEM qua ý kiến của GV

Để tìm hiểu thực trạng dạy học môn Toán lớp 9 theo định hướng giáo dục STEM, tác giả đã sử dụng phiếu khảo sát để tiến hành thăm dò ý kiến của

25 GV môn Toán của một số trường THCS ở Thái Nguyên (THCS Quang Trung, THCS Lương Ngọc Quyến, THCS Thịnh Đức, THCS Đỗ Cận) (mẫu phiếu xem phụ lục số 1):

Bảng 1.1 Số lượng GV Toán tham gia điều tra thực trạng

1 THCS Quang Trung thành phố Thái Nguyên 9

2 THCS Lương Ngọc Quyến thành phố Thái Nguyên 5

Kết quả khảo sát như sau:

Với câu hỏi 1, kết quả thu được ở bảng sau

Bảng 1.2 Mức độ nhận thức của GV về giáo dục STEM

Phương án chọn Không cần

thiết

Bình thường Cần thiết

Rất cần thiết

Qua bảng 1.2 cho thấy đa số giáo viên đã có hiểu biết nhất định về giáo dục STEM, nhiều giáo viên (68%) hiểu đúng khái niệm giáo dục STEM và còn một số không nhỏ giáo viên (12%) chưa hiểu đúng khái niệm giáo dục STEM

Với câu hỏi 2, 3 về ý nghĩa và sự cần thiết của giáo dục STEM, kết quả thu được ở các bảng sau:

Bảng 1.3 Mức độ nhận thức của GV về ý nghĩa của giáo dục STEM

2 Nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM 23 92

3 Hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất

Bảng 1.4 Mức độ đánh giá của GV về sự cần thiết của giáo dục STEM

Mức độ Hoàn toàn

không

Không cần thiết lắm Cần thiết Rất cần thiết

Qua bảng 1.3 cho thấy đa số giáo viên nhận thức được ý nghĩa của giáo dục STEM Tuy nhiên, từ bảng 1.4 nhận thức về sự cần thiết của giáo dục STEM của các GV còn rất khác nhau Đa số (88%) GV nhận thấy giáo dục STEM là cần, tuy nhiên con số không nhỏ (8%) các GV vẫn cho rằng giáo dục STEM là không cần thiết Điều đó chứng tỏ sự hiểu biết các GV đó về giáo dục STEM và về xu hướng dạy học theo định hướng phát triển năng lực còn hạn chế

Với câu hỏi 4 về nhận thức của GV về vai trò của môn Toán trong giáo dục STEM, kết quả thu được ở bảng sau:

Bảng 1.5 Nhận thức của GV về vai trò của môn Toán trong giáo dục STEM

Thăm dò những khó khăn khi tổ chức dạy học chủ đề môn Toán theo định hướng giáo dục STEM qua câu hỏi 5, thì kết quả thể hiện qua bảng sau:

Bảng 1.6 Những khó khăn khi tổ chức dạy học chủ đề môn Toán theo định

hướng giáo dục STEM

STT Những khó khăn khi tổ chức dạy học chủ đề môn

Toán theo định hướng giáo dục STEM SL

Tỷ lệ

%

1 Không có thời gian đầu tư thiết kế chủ đề 18 72

2 Khó chọn lọc chủ đề phù hợp với nội dung bài dạy 16 64

4 Nội dung kiến thức quá khó với học sinh 13 52

5 Dạy học theo định hướng giáo dục STEM không đem

lại kết quả cao trong các kỳ thi khảo sát hiện nay 15 60

6 Trình độ, năng lực giáo viên còn hạn chế 8 32

7 Trình độ, năng lực học sinh không đồng đều 9 36

8 Thiếu thốn về cơ sở vật chất, không đảm bảo điều kiện

để dạy học theo định hướng giáo dục STEM 15 60

9 Học sinh không hứng thú với việc học theo định hướng

Kết quả bảng 1.6 cho thấy những khó khăn thường gặp:

- Không có thời gian đầu tư thiết kế chủ đề (72%)

- Khó chọn lọc chủ đề phù hợp với nội dung bài dạy (64%)

- Dạy học theo định hướng giáo dục STEM không đem lại kết quả cao trong các kỳ thi khảo sát hiện nay (60%)

- Thiếu thốn về cơ sở vật chất, không đảm bảo điều kiện để dạy học theo định hướng giáo dục STEM (60%)

Như vậy, qua kết quả tìm hiểu thăm dò ý kiến GV bằng phiếu khảo sát thể hiện bằng các bảng nói trên cho thấy nhiều GV đã hiểu đúng về GD STEM,

ý nghĩa và sự cần thiết của GD STEM, hiểu được vai trò quan trọng của môn Toán trong giáo dục STEM Tuy nhiên , trong lĩnh vực giảng dạy bộ môn Toán của mình thì đa số các thày cô chưa thực hiện dạy học các chủ đề theo định hướng giáo dục STEM, thực tế cho thấy các thày cô cũng còn gặp khá nhiều khó khăn, khâu thiết kế chủ đề dạy học trong môn Toán theo định hướng giáo dục STEM cũng là một trong các vấn đề khó khăn đó( khó khăn về mặt thời gian thiết kế, khó khăn về sự lựa chọn chủ đề phù hợp với nội dung bài học)

1.4.2 Thực trạng dạy học toán 9 theo định hướng giáo dục STEM qua ý kiến của HS

Để tìm hiểu thực trạng học tập môn Toán lớp 9 theo định hướng giáo dục STEM của học sinh, tác giả đã tiến hành khảo sát 200 HS lớp 9 ở một số trường của tỉnh Thái Nguyên (mẫu phiếu xem phụ lục số 2) Kết quả khảo sát như sau:

Với câu hỏi 3, 4 về sự mong muốn được học theo định hướng giáo dục STEM và sự hứng thú với bài học theo định hướng giáo dục STEM của các em

HS được thể hiện qua các bảng sau:

Bảng 1.7 Mức độ mong muốn của HS được học môn Toán theo định

hướng giáo dục STEM

Bảng 1.8 Mức độ hứng thú của HS khi được học theo định hướng giáo dục STEM Mức độ Rất hứng thú Hứng thú Không hứng thú

Qua bảng 1.7 thấy rằng đa số (81%) các em mong muốn được học môn Toán theo định hướng giáo dục STEM và qua bảng 1.8 cho thấy nếu các em đã từng được học theo định hướng giáo dục STEM thì đa số (87,01%) các em hứng thú với bài học Tuy nhiên các em rất ít được học các môn theo định hướng giáo dục STEM, đặc biệt là với môn Toán lớp 10, gần như các em chưa được học theo định hướng này Cụ thể khảo sát bằng câu hỏi 1, 2 kết quả thể hiện qua các bảng thống kê sau:

Bảng 1.9 Mức độ HS được học các môn theo định hướng giáo dục STEM Mức độ Thường xuyên Thỉnh thoảng Chưa bao giờ

Chưa bao giờ

Như vậy, qua các bảng số liệu điều tra trên cho thấy đa số các em đều chưa được học môn Toán theo định hướng giáo dục STEM nhưng đa số các em đều mong muốn được học môn Toán theo định hướng STEM

Để tìm hiểu thực trạng học tích hợp STEM ở trường THPT, chúng tôi đã

sử dụng phiếu thăm dò ý kiến, kết hợp với việc trao đổi ý kiến với các đồng nghiệp và các chuyên gia có kinh nghiệm nhiều năm, tiến hành thăm lớp dự giờ dạy một số tiết

Kết luận chương 1

Qua việc nghiên cứu cơ sở lí luận và thực tiễn về giáo dục STEM, dạy học môn Toán theo định hướng giáo dục STEM cho thấy giáo dục STEM có vai trò và ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển năng lực của HS, đặc biệt là năng lực giải quyết vấn đề Môn Toán có vai trò quan trọng trong việc thực hiện giáo dục theo định hướng STEM Quá trình dạy học môn Toán ở trường phổ thông có thể thực hiện dạy học theo định hướng giáo dục STEM Tuy nhiên, thực trạng dạy học môn Toán cho HS lớp 9 THCS theo định hướng giáo dục STEM còn có những hạn chế, GV còn lúng túng trong việc xác định chủ

đề, thiết kế các hoạt động dạy học trong các chủ đề, năng lực vận dụng Toán học của HS còn hạn chế Trên cơ sở nghiên cứu lí luận và thực tiễn đó chúng tôi nhận thấy cần thiết và có thể thiết kế và tổ chức dạy học một số chủ đề Toán cho HS lớp 9 THCS theo định hướng STEM Các chủ đề dạy học Toán 9

theo định hướng giáo dục STEM được trình bày trong chương 2 của luận văn

Chương 2 THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ CHỦ ĐỀ TOÁN 9 THCS

THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM

2.1 Chủ đề 1 Hệ phương trình và ứng dụng trong thực tiễn sản xuất

2.1.1 Mục tiêu

2.1.1.1 Về kiến thức

- HS hiểu được sâu sắc các kiến thức về hệ phương trình, hiểu được ứng

dụng của hệ phương trình trong thực tiễn

- HS hiểu được những bước cơ bản trong quy trình sản xuất Gang, Thép

và thấy được mối liên hệ chặt chẽ giữa Toán học và thực tiễn sản xuất

- HS giải thích được ảnh hưởng của quá trình sản xuất gang thép đối với môi trường

- HS đề xuất được một số giải pháp giảm ảnh hưởng của quá trình sản xuất gang thép đối với môi trường

- HS được phát triển kĩ năng tự học, kĩ năng hợp tác và kĩ năng giao tiếp

2.1.1.3 Về tư duy, thái độ

- HS được rèn luyện các thao tác tư duy phân tích, tổng hợp, khái quát hóa, trừu tượng hóa

- HS thấy được vai trò của môn Toán đối với thực tiễn

- HS học tập tự giác, tích cực, hứng thú

2.1.1.4 Về định hướng phát triển năng lực

- Năng lực tư duy và lập luận toán học

- Năng lực mô hình hóa Toán học

- Năng lực giải quyết vấn đề

- Năng lực giao tiếp

- Năng lực tự học toán

2.1.1.5 Sản phẩm đạt được

- Khoa học (S): quy trình sản xuất gang thép trong Hóa học

- Công nghệ (T): Là khả năng sử dụng, quản lý, hiểu biết, và truy cập các nguồn dữ liệu, phần mềm hỗ trợ việc thiết kế, tính toán trên mô hình

- Kỹ thuật (E): Tìm hiểu quy trình sản xuất gang thép trong nhà máy

- Toán học (M): Vận dụng kiến thức về giải bài toán bằng cách lập hệ phương trình để xây dụng các bài toán thực tiễn

2.1.2 Xác định các nội dung trọng tâm

Lứa tuổi HS Lớp 9, lứa tuổi 14-15 tuổi

Mức độ tiếp thu TB - Khá - Giỏi

Vấn đề cần tập

trung

Trong chủ đề này, HS vận dụng kiến thức về toán học giải quyết một số nội dung thực tế Từ đó xác định những vấn đề toán học liên quan, giải quyết chúng rồi quay lại vấn đề thực tế

- HS được phát triển năng lực mô hình hóa toán học thông qua ví dụ thực tiễn

- HS biết quy trình sản xuất Gang và thấy được mối liên hệ chặt chẽ giữa Toán học và thực tiễn

b Phương thức tổ chức:

- HS xem video giới thiệu về quy trình sản xuất Gang

- Thời gian hoạt động và trình bày sản phẩm (dự kiến): 15 phút

- Giáo viên mời đại diện một học sinh hoàn thiện phiếu học tập trên bảng; các học sinh còn lại hoàn thành vào phiếu cá nhân Hết thời gian, cả lớp tham gia nhận xét cùng GV

- Giáo viên chốt lại kiến thức

c Phương tiện dạy học: Máy tính, máy chiếu, phấn, thước kẻ, phiếu học

tập, bảng phụ, bút viết…

d Sản phẩm:

- Kết quả của Bài toán 1 được trình bày trên bảng

- HS hiểu được khái niệm gang – quy trình sản xuất gang

e Cách thức tổ chức hoạt động

- Chiếu video 1 (quy trình sản xuất gang)

GV: Em có biết quy trình sản xuất Gang không? Em có thể mô tả lại quy trình sản xuất gang không?

HS: Mô tả dựa vào video vừa xem, dựa vào hiểu biết và dựa vào kiến thức thực tiễn và kiến thức Hóa học 9

- Chiếu nội dung bài toán 1 và yêu cầu HS làm bài toán sau theo nhóm

trong cùng bàn

Bài toán 1:

Một mẻ Gang dùng tổng lƣợng Quặng 2200kg (bao gồm cả quặng sống

và 63%quặng chín) Quặng sống có hàm lƣợng sắt và quặng chín có hàm lƣợng sắt 53%

a Giả sử x y, lần lƣợt là tỉ lệ phần trăm quặng sống và quặng chín trong tổng lƣợng quặng Hãy tính khối lƣợng Gang dự kiến thu về theo x y, ?

b Hãy tính tỷ lệ phần trăm mà mỗi loại quặng đƣợc dùng để lƣợng Gang thu đƣợc dự kiến là1298kg

- GV cho HS làm việc sau đó GV cho các nhóm đánh giá chéo nhau GV

sẽ lấy kết quả đại diện cho hai nhóm nhận xét, đánh giá

- Giáo viên chốt lại kiến thức

c Phương tiện dạy học: Máy tính, máy chiếu, hình ảnh…

d Sản phẩm:

- Kết quả của Bài toán 2 đƣợc trình bày trên bảng

- HS hiểu đƣợc khái niệm thép – quy trình sản xuất thép

e Cách thức tổ chức hoạt động

- Chiếu video 2 (quy trình sản xuất thép)

GV: Em có biết quy trình sản xuất thép không? Em có thể mô tả lại quy trình sản xuất thép không?

HS: Mô tả dựa vào video vừa xem, dựa vào hiểu biết và dựa vào kiến thức thực tiễn và kiến thức Hóa học 9