Luận án tiến sĩ khoa học giáo dục: Bồi dưỡng năng lực dạy học tích hợp STEM cho giáo viên THCS

Luận án tiến sĩ khoa học giáo dục tập trung bồi dưỡng năng lực dạy học tích hợp STEM cho giáo viên trung học cơ sở, nâng cao chất lượng giảng dạy.

• Tác giả: Nguyễn Thị Thu Thủy
• Người hướng dẫn: TS. Dương Xuân Quý
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội
• Chuyên ngành: Lí luận và PPDH bộ môn Vật lí
• Đề tài: Bồi Dưỡng Năng Lực Dạy Học Tích Hợp STEM Cho Giáo Viên Trung Học Cơ Sở
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Bồi dưỡng năng lực dạy học tích hợp STEM

Bồi dưỡng năng lực dạy học tích hợp STEM là một yêu cầu cấp thiết trong giáo dục hiện đại, đặc biệt đối với giáo viên trung học cơ sở. Nghiên cứu này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc phát triển năng lực dạy học thông qua các chương trình đào tạo chuyên sâu. Giáo dục STEM không chỉ giúp học sinh phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề mà còn thúc đẩy sự sáng tạo và tư duy phản biện. Tuy nhiên, giáo viên hiện nay đang gặp nhiều thách thức trong việc triển khai dạy học tích hợp do thiếu kiến thức và kỹ năng cần thiết. Do đó, việc bồi dưỡng năng lực cho giáo viên là một giải pháp quan trọng để nâng cao chất lượng giáo dục STEM.

1.1. Khái niệm và tầm quan trọng của giáo dục STEM

Giáo dục STEM là một phương pháp giáo dục tích hợp các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học. Phương pháp này giúp học sinh phát triển kỹ năng toàn diện, đặc biệt là khả năng giải quyết vấn đề thực tiễn. Nghiên cứu chỉ ra rằng, giáo dục STEM không chỉ cải thiện kết quả học tập mà còn chuẩn bị cho học sinh những kỹ năng cần thiết trong thế kỷ 21. Tuy nhiên, để triển khai hiệu quả, giáo viên cần được trang bị đầy đủ kiến thức và kỹ năng về dạy học tích hợp.

1.2. Thách thức đối với giáo viên trong dạy học STEM

Giáo viên trung học cơ sở hiện nay đang đối mặt với nhiều thách thức trong việc triển khai dạy học tích hợp STEM. Một trong những nguyên nhân chính là thiếu kiến thức chuyên môn và kỹ năng cần thiết. Nghiên cứu cho thấy, nhiều giáo viên chưa được đào tạo bài bản về giáo dục STEM, dẫn đến khó khăn trong việc thiết kế và thực hiện các bài giảng tích hợp. Điều này đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc bồi dưỡng năng lực cho giáo viên để đáp ứng nhu cầu giáo dục hiện đại.

II. Phương pháp và quy trình bồi dưỡng năng lực dạy học tích hợp STEM

Nghiên cứu này đề xuất các phương pháp dạy học và quy trình bồi dưỡng năng lực cho giáo viên trung học cơ sở nhằm phát triển năng lực dạy học tích hợp STEM. Các phương pháp bao gồm đào tạo trực tuyến, hội thảo chuyên đề và thực hành tại lớp học. Quy trình bồi dưỡng năng lực được thiết kế dựa trên nhu cầu thực tế của giáo viên, bao gồm các bước từ khảo sát nhu cầu đến đánh giá hiệu quả sau đào tạo. Nghiên cứu cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của việc sử dụng công nghệ trong quá trình đào tạo để tăng cường hiệu quả và tính linh hoạt.

2.1. Phương pháp dạy học tích hợp STEM

Phương pháp dạy học tích hợp STEM đòi hỏi giáo viên phải kết hợp kiến thức từ nhiều lĩnh vực khác nhau để thiết kế bài giảng. Nghiên cứu đề xuất các phương pháp như dạy học dựa trên dự án, học tập qua thực hành và sử dụng công nghệ trong giảng dạy. Các phương pháp này không chỉ giúp học sinh hiểu sâu kiến thức mà còn phát triển kỹ năng thực hành và tư duy sáng tạo.

2.2. Quy trình bồi dưỡng năng lực cho giáo viên

Quy trình bồi dưỡng năng lực cho giáo viên trung học cơ sở bao gồm các bước cụ thể: khảo sát nhu cầu, thiết kế chương trình đào tạo, tổ chức đào tạo và đánh giá hiệu quả. Nghiên cứu nhấn mạnh tầm quan trọng của việc lựa chọn hình thức đào tạo phù hợp, đặc biệt là sử dụng công nghệ để tăng cường tính linh hoạt và hiệu quả. Quy trình này giúp giáo viên phát triển năng lực dạy học tích hợp STEM một cách toàn diện.

III. Thực nghiệm và đánh giá hiệu quả bồi dưỡng năng lực dạy học tích hợp STEM

Nghiên cứu tiến hành thực nghiệm sư phạm để đánh giá hiệu quả của chương trình bồi dưỡng năng lực dạy học tích hợp STEM cho giáo viên trung học cơ sở. Kết quả thực nghiệm cho thấy, giáo viên được đào tạo có sự cải thiện đáng kể về kiến thức và kỹ năng trong việc thiết kế và thực hiện các bài giảng tích hợp. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, việc sử dụng công nghệ trong đào tạo giúp tăng cường hiệu quả và tính linh hoạt của quá trình bồi dưỡng năng lực.

3.1. Kết quả thực nghiệm sư phạm

Kết quả thực nghiệm sư phạm cho thấy, giáo viên tham gia chương trình bồi dưỡng năng lực có sự tiến bộ rõ rệt trong việc thiết kế và thực hiện các bài giảng tích hợp STEM. Các chỉ số đánh giá về kiến thức, kỹ năng và thái độ của giáo viên đều được cải thiện đáng kể. Điều này khẳng định tính hiệu quả của chương trình đào tạo trong việc phát triển năng lực dạy học tích hợp STEM.

3.2. Đánh giá hiệu quả bồi dưỡng năng lực

Nghiên cứu sử dụng các công cụ đánh giá như khảo sát, phỏng vấn và quan sát để đo lường hiệu quả của chương trình bồi dưỡng năng lực. Kết quả cho thấy, giáo viên được đào tạo có sự tự tin và năng lực cao hơn trong việc triển khai dạy học tích hợp STEM. Điều này khẳng định tầm quan trọng của việc bồi dưỡng năng lực trong việc nâng cao chất lượng giáo dục STEM.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Các nghiên cứu về năng lực dạy học tích hợp STEM 1. Nghiên cứu về khái niệm giáo dục STEM và dạy học tích hợp STEM Các nhà quản lý khoa học (KH) tại Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ (NSF _ Nation Science Foundation) lần đầu sử dụng thuật ngữ “SMET” để viết tắt các lĩnh vực “Khoa học, Toán học, Kĩ thuật, Công nghệ” vào những năm 1990 và đổi thành thuật ngữ “STEM” vào năm 2001 [154].

Sau đó, CTDH tập trung vào STEM đã được mở rộng sang nhiều quốc gia khác như: Vương quốc Anh, Trung Quốc, Pháp, Úc, Đài Loan, Hàn Quốc, …Và khái niệm GD STEM cũng được nhiều nhà GD NC. Một số NC về khái niệm GD STEM với quan điểm tập trung vào khoa học và toán học nhưng ít chú ý đến 2 lĩnh vực còn lại là công nghệ và kĩ thuật như các NC của Sanders (2009), Wang và cộng sự (2011), Breiner và cộng sự (2012) ([154], [177], [52]). Mặc dù các tác giả quan niệm GD STEM là PP tiếp cận theo hướng TH các môn học thuộc STEM nhưng chỉ với mục đích chủ yếu là cải thiện trình độ khoa học và toán học cho HS. Cũng cùng quan điểm TH các lĩnh vực STEM nhưng một số NC khác đã quan tâm đến công nghệ và kĩ thuật như Bybee (2010); Hoachlander và Yanofsky (2011) ([56], [90]).

Với quan điểm này, GD STEM không chỉ giúp HS cải thiện trình độ khoa học mà còn phát triển NL công nghệ và kĩ thuật, thiết kế, thậm chí Hoachlander và Yanofsky (2011) còn đề cập đến cả sáng tạo và nghệ thuật. Các nhà NC còn nhấn mạnh việc ứng dụng thực tế trong GD STEM ([91], [125], [168]). Với các kết quả NC phong phú và nhiều lĩnh vực như trên, các tác giả đã làm rõ các khía cạnh về GD STEM như: khái niệm GD STEM, hình thức tổ chức, hiệu quả của GD STEM trong từng bối cảnh, môn học đối với việc phát trển NL HS. Một số tác giả ở Việt Nam cũng đã NC những vấn đề liên quan đến GD STEM (đề tài NC trong luận án của các tác giả Lê Xuân Quang, Nguyễn Thị Thùy Trang) và viết một số sách về GD STEM (GD STEM trong nhà trường PT của tác giả Nguyễn Văn Biên, Tưởng Duy Hải (đồng chủ biên)).

Các tác giả đã trình bày những vấn đề cơ bản nhất về GD STEM, tổng hợp các NC và xu hướng GD STEM trên thế giới và 7 ở Việt Nam, các tác giả cũng đã trình bày rất chi tiết mục tiêu, ND, PP, PT và cách ĐG trong GD STEM, quy trình xây dựng và tổ chức thực hiện CĐ STEM đồng thời hướng dẫn GD STEM trong từng môn học và trong HĐ GD ([21], [2]). Bộ GD & ĐT cũng đã quan tâm NC và triển khai thực hiện GD STEM ở các trường PT. Trong CTGDPT năm 2018, Bộ GD & ĐT đã trình bày khái niệm GD STEM dựa trên quan niệm về chu trình STEM (bao gồm quy trình kĩ thuật và quy trình NCKH). Trong công văn số 3089/ BGDĐT- GDTrH về việc triển khai GD STEM trong GD trung học đã chỉ rõ các hình thức GD STEM, khái niệm BH STEM, quy trình xây dựng và tiến trình DH, cách ĐG BH STEM, đồng thời hướng dẫn tổ chức thực hiện BH STEM ở trường PT [7].

Qua NC, chúng tôi nhận thấy quy trình xây dựng CĐ/ BH STEM và tiến trình DH CĐ/ BH STEM được thể hiện khá chi tiết và đầy đủ trong công văn số 3089 nên chúng tôi dự định sẽ sử dụng để hướng dẫn GV thực hiện trong việc xây dựng KHDH và tổ chức DH CĐ/ BH STEM trong quá trình BD GV về GD STEM. Nghiên cứu các khái niệm trên, chúng tôi rút ra một vài nhận định về DHTH STEM như sau: ✓ là phương pháp tiếp cận liên ngành ✓ trang bị cho người học những kiến thức tích hợp các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học ✓ giúp người học giải quyết vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể Dựa trên quan niệm về DHTH STEM như trên, chúng tôi tìm hiểu về năng lực DHTH STEM và bồi dưỡng GV về năng lực DHTH STEM. Nghiên cứu về năng lực dạy học 1. Quan niệm về khái niệm năng lực và năng lực dạy học Các nhà tâm lý học, GD học, lí luận DH đã NC khái niệm NL với các quan điểm khác nhau.

Với quan điểm dựa vào thuộc tính tâm lý, các nhà NC coi NL là một thuộc tính của cá nhân ([179], [11], [9]). Nhiều nhà NC khác quan niệm NL là khả năng hành động, thực hiện thành công một nhiệm vụ cụ thể ([178], [68], [129]) Đối với khái niệm NL chuyên môn, các nhà khoa học Ukraine và Nga trùng với quan điểm của các nhà khoa học Mỹ hiện đại (Donald M. NL chuyên môn được định nghĩa theo hai khía cạnh: thứ nhất là khả năng giải quyết các công việc và sự sẵn sàng thực hiện chuyên môn của riêng một người; thứ hai là đặc điểm kết quả, được ĐG bởi các sản phẩm của HĐ nghề nghiệp để xác định các đặc điểm cá nhân của một người đáp ứng kỳ vọng của người sử dụng lao động và xã hội. NL nghề nghiệp của GV được coi là sự thống nhất giữa lý thuyết và thực hành thông qua việc thực hiện các HĐGD và tính chuyên nghiệp của GV; cấu trúc NL nghề nghiệp của GV có thể được bộc lộ thông qua các kĩ năng GD, NL thực hiện các HĐ SP và thái độ đối với nghề nghiệp [160].

Cũng NC về NLDH nhưng Hwang & Baek (2008) quan niệm NLDH gồm NL lý thuyết và NL thực hành ([92]). Tuy nhiên, các khái niệm NL DH đều đề cập đến khả năng thực hiện các HĐDH. Nghiên cứu về cấu trúc năng lực dạy học Các nhà NC có những quan điểm khác nhau về cấu trúc NLDH.1 dưới đây tóm lược các cách tiếp cận KH thể hiện nhiều quan điểm khác nhau về cấu trúc NL nghề nghiệp GV. Các quan điểm về cấu trúc NLDH của các nhà NC trên thế giới Các quan điểm về cấu trúc NL V.

Fedekin Thakur Naumescu (2003) [110] (2010) [185] (2014) (2008) [24] [175] [70] - Khả năng "chuyển" - NL - Thành - Kiến thức - NL - NL nhận nội dung của quá trình giao phần chuyên môn chuyên thức luận GD thành cụ thể mục tiếp quan - NL pháp lí môn - NL NC tiêu SP trọng về - NL thông tin - NL xã thông tin và hội 9 - Khả năng xây dựng - NL chuyên - Năng suất - NL cá phân tích phê và dẫn dắt vào hệ thông môn của HĐ nhân bình thông tin thống SP hoàn chỉnh tin - Thành - Kỹ năng PP - NL sư - NL về Khoa một cách hợp lý - NL phần HĐ luận phạm học GD - Khả năng phân biệt quản lý và - NL giao tiếp - NL trong và thiết lập mối quan - NL trí chuyên - Có khả năng DH Khoa học hệ giữa các thành tuệ và môn xã hội và sư phạm phần và các yếu tố của sư - Thành - Kỹ năng - NL truyền sự GD, đưa chúng vào phạm phần phản xạ và thông KH hành động - NL nghề phân tích - NL đánh giá - Khả năng ghi chép và hoạt nghiệp và - Kỹ năng tổ ĐG kết quả HĐ SP động cá nhân chức Mặc dù mỗi cấu trúc NLDH gồm các thành phần khác nhau (dựa trên cơ sở phân loại khác nhau) nhưng đều trình bày cấu trúc của NL GV như một tập hợp các thành phần có mối quan hệ với nhau, là những đặc điểm chung cho một biểu hiện HĐ cụ thể thuộc quá trình DH. NLDH của GV cũng được đề cập trong NC của các tác giả Việt Nam với điểm nhấn là các thành phần và các yếu tố liên quan để DH tốt hơn. Các quan điểm về cấu trúc NLDH của các nhà NC ở Việt Nam Các quan điểm về cấu trúc NL DH Vũ Xuân Hùng (2016) Phạm Minh Hạc [12] Đỗ Mạnh Cường (2011) [9] [16] ✓ NL thiết kế DH ✓ NL hiểu HS ✓ NL cá nhân ✓ NL triển khai DH ✓ NL chế biến tài liệu ✓ NL chuyên môn/ kỹ ✓ NL kiểm tra ĐG DH học tập thuật ✓ NL quản lý DH ✓ Kĩ thuật DH ✓ NL PP luận ✓ NL ngôn ngữ ✓ NL xã hội 10 Các thành phần thuộc các cấu trúc năng lực trên đều có điểm chung là thể hiện khả năng thực hiện các HĐ khác nhau thuộc quá trình dạy học nói chung, không tập trung vào các HĐ (chuyên môn, nghiệp vụ) trong dạy học chủ đề STEM. Nghiên cứu về năng lực dạy học tích hợp STEM Các nhà GD đã NC, xây dựng cấu trúc NL DHTH STEM theo những quan điểm khác nhau, được thể hiện trong bảng 1.3 như sau: Bảng 1.

Các quan điểm về cấu trúc NL DHTH STEM Các NC về cấu trúc NL DHTH STEM Cấu trúc NL Cấu trúc NL Cấu trúc Cấu trúc NL khoa học, công của GV đối NL DHTH dành DHTH STEM cho sinh nghệ, kĩ thuật và với GD cho sinh viên SP viên SP Hóa học [21] toán học (STEM) STEM ở Hàn Hóa học [1] [64] Quốc [121] ✓ Nội dung kiến ✓ Nhận thức ✓ NL nhận thức ✓ NL nhận thức chung về thức (gồm 5 (gồm 7 chung về DH STEM (gồm 1 tiêu thành tố) thành tố) DHTH (gồm 3 chí) ✓ Kĩ năng và khả ✓ Kỹ năng tiêu chí) ✓ NL thiết kế CĐ STEM năng (gồm 5 giảng dạy ✓ NL thiết kế và qua DH hóa học (gồm 4 thành tố) (gồm 8 tổ chức HĐ tiêu chí) ✓ Thực hiện (gồm thành tố) DHTH (gồm 5 ✓ NL tổ chức thực hiện 5 thành tố) ✓ ĐG (gồm 4 ✓ Thái độ tiêu chí) CĐ STEM qua DH hóa thành tố) (gồm 6 ✓ NL kiểm tra, học (gồm 1 tiêu chí) thành tố) đánh giá trong ✓ NL đánh giá trong DH DHTH (gồm 1 CĐ STEM theo định tiêu chí) hướng phát triển NL (gồm 2 tiêu chí) Trong CTBD năng lực DHTH STEM cho các GV Pennsylvania (Pennsylvania là một tiểu bang phía đông Hoa Kỳ) đang dạy các môn thuộc lĩnh vực STEM nhằm giúp GV vận dụng vào DH để HS thành thạo trong việc học STEM và phát triển kĩ năng STEM; nhóm tác giả Corbett et al. (2014) đã trình bày cấu trúc NL hướng đến để BD NL DHTH STEM gồm 4 hợp phần và 19 thành tố. Nhóm tác giả đã đưa ra những 11 thành tố khá chi tiết về những KT cần thiết liên quan đến GD STEM, ứng dụng các kĩ năng và khả năng thông qua thiết kế và thực hiện DH, thực hiện các PP để DHTH STEM trong lớp học và ĐG lớp học STEM [64].