CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC HỢP TÁC CỦA HỌC SINH TRONG TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM 1. Giáo dục STEM 1. Khái niệm giáo dục STEM STEM là viết tắt của các từ tiếng anh Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật), Math (Toán). Science (Khoa học): gồm các kiến thức về Vật lý, Hóa học, Sinh học và Khoa học trái đất nhằm giúp HS hiểu về thế giới tự nhiên và vận dụng kiến thức đó để giải quyết các vấn đề khoa học trong thực tiễn.
Technology (Công nghệ): phát triển khả năng sử dụng, quản lý, hiểu và đánh giá công nghệ của HS, tạo cơ hội để HS hiểu về sự phát triển của công nghệ, ảnh hưởng của công nghệ trong cuộc sống. Engineering (Kỹ thuật): phát triển sự hiểu biết ở HS về cách công nghệ đang phát triển thông qua quá trình thiết kế kỹ thuật, tạo cơ hội để tích hợp kiến thức của nhiều môn học, giúp cho những khái niệm liên quan trở nên dễ hiểu. Kỹ thuật cũng cung cấp cho HS những kỹ năng để vận dụng sáng tạo cở sở Khoa học và Toán học trong quá trình thiết kế các đối tượng, các hệ thống hay xây dựng các quy trình sản xuất. Maths (Toán học): phát triển ở HS khả năng phân tích, biện luận và truyền đạt ý tưởng một cách hiểu quả thông qua việc tính toán, giải thích, các giải pháp giải quyết các vấn đề toán học trong các tình huống đặt ra.
Thuật ngữ STEM được dùng trong hai ngữ cảnh khác nhau đó là ngữ cảnh nghề nghiệp và ngữ cảnh giáo dục. Trong phạm vi đề tài, tôi quan tâm đến ngữ cảnh giáo dục, STEM nhấn mạnh đến sự quan tâm của nền giáo dục đối với các môn học Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học. Quan tâm đến việc tích hợp các môn học trên gắn với thực tiễn để nâng cao NL cho người học. Giáo dục STEM là giải pháp góp phần tăng hiệu quả DH, phát triển NL giải quyết vấn đề của HS, phát triển tư duy, logic, tự chủ, sáng tạo của HS đặc biệt trong lĩnh 5 vực khoa học kỹ thuật, giúp HS có thể hiểu rõ được ý nghĩa thực tiễn của các kiến thức Vật lý.
Theo Hiệp hội các GV dạy khoa học Mỹ - NSTA “Giáo dục STEM là một cách tiếp cận liên ngành trong quá trình học, trong đó các khái niệm học thuật mang tính nguyên tắc được lồng ghép với các bài học trong thế giới thực, ở đó HS áp dụng các kiến thức trong khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học vào các bối cảnh cụ thể, giúp kết nối giữa trường học, cộng đồng, nơi làm việc và các tổ chức toàn cầu để từ đó phát triển các NL trong lĩnh vực STEM và khả năng cạnh tranh trong nền kinh kế mới”. Mục tiêu của giáo học STEM Dựa trên những nghiên cứu về giáo dục STEM, mục tiêu của giáo dục STEM gồm những nội dung cơ bản sau: - Phát triển các NL đặc thù của các môn học về STEM cho HS: Đó là những kiến thức, kỹ năng liên quan đến các môn Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán. Trong đó HS biết liên kết với các kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán để giải quyết các vấn đề thực tiễn, biết sử dụng, quản lý và truy cập công nghệ, biết về quy trình thiết kế và chế tạo ra các sản phẩm. - Phát triển NL cốt lõi cho HS: Giáo dục STEM nhằm chuẩn bị cho HS những kỹ năng phù hợp để đáp ứng yêu cầu mang tính thách thức trong thế kỉ 21.
Bên cạnh những hiểu biết về lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học, HS sẽ được phát triển tư duy phản biện, khả năng HT để thành công. - Định hướng nghề nghiệp cho HS: Giáo dục STEM tạo điều kiện cho HS có những kiến thức, kỹ năng nền tảng cho việc học tập ở các bậc học cao hơn cũng như cho nghề nghiệp tương lai của các em, góp phần đào tạo ra nguồn nhân lực có chất lượng cho xã hội, đặc biệt là llà lao động thuộc lĩnh vực STEM nhằm đáp ứng mục tiêu xây dựng và phát triển đất nước [11]. Tiêu chí thiết kế bài học STEM - Tiêu chí 1: Chủ đề bài học STEM tập trung vào các vấn đề của thực tiễn Trong các bài học STEM, HS được đặt vào các vấn đề thực tiễn xã hội, kinh tế, môi trường và yêu cầu tìm các giải pháp. - Tiêu chí 2: Cấu trúc bài học STEM kết hợp tiến trình khoa học và quy trình thiết kế kĩ thuật Tiến trình bài học STEM cung cấp một cách thức linh hoạt đưa HS từ việc xác định một vấn đề – hoặc một yêu cầu thiết kế – đến sáng tạo và phát triển một giải pháp.
Theo quy trình này, HS thực hiện các HĐ: (1) Xác định vấn đề – (2) Nghiên cứu kiến thức nền – (3) Đề xuất các giải pháp/thiết kế – (4) Lựa chọn giải pháp/thiết kế – (5) Chế tạo mô hình (nguyên mẫu) – (6) Thử nghiệm và đánh giá – (7) Chia sẻ và thảo luận – (8) Điều chỉnh thiết kế. Trong thực tiễn DH, quy trình 8 bước này được thể hiện qua 5 HĐ chính: HĐ1: Xác định vấn đề (yêu cầu thiết kế, chế tạo) –– > HĐ2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất các giải pháp thiết kế ––> HĐ3: Trình bày và thảo luận phương án thiết kế ––> HĐ4: Chế tạo mô hình/thiết bị. theo phương án thiết kế (đã được cải tiến theo góp ý), thử nghiệm và đánh giá ––> HĐ5: Trình bày và thảo luận về sản phẩm được chế tạo; điều chỉnh thiết kế ban đầu. Trong quy trình kĩ thuật, các nhóm HS thử nghiệm các ý tưởng dựa nghiên cứu của mình, sử dụng nhiều cách tiếp cận khác nhau, mắc sai lầm, chấp nhận và học từ sai lầm, và thử lại.
Sự tập trung của HS là phát triển các giải pháp để giải quyết vấn đề đặt ra, nhờ đó học được và vận dụng được kiến thức mới trong CT giáo dục. - Tiêu chí 3: Phương pháp DH bài học STEM đưa HS vào HĐ tìm tòi và khám phá, định hướng hành động, trải nghiệm và tạo ra sản phẩm Quá trình tìm tòi khám phá được thể hiện trong tất cả các HĐ của chủ đề STEM, tuy nhiên trong HĐ 2 và HĐ 4 quá trình này cần được khai thác triệt để. Trong HĐ 2 HS sẽ thực hiện các quan sát, tìm tòi, khám phá để xây dựng, kiểm chứng các quy luật. Qua đó, học được kiến thức nền đồng thời rèn luyện các kĩ năng tiến trình như: Quan sát, đưa ra dự đoán, tiến hành thí nghiệm, đo đạc, thu thập số liệu, phân tích số 7 liệu, … Trong HĐ 4, quá trình tìm tòi khám phá được thể hiện giúp HS kiểm chứng các giải pháp khác nhau để tối ưu hoá sản phẩm.
Trong các bài học STEM, HĐ học của HS được thực hiện theo hướng mở có "khuôn khổ" về các điều kiện mà HS được sử dụng (chẳng hạn các vật liệu khả dụng). HĐ học của HS là HĐ được chuyển giao và HT; các quyết định về giải pháp giải quyết vấn đề là của chính HS. HS thực hiện các HĐ trao đổi thông tin để chia sẻ ý tưởng và tái thiết kế nguyên mẫu của mình nếu cần. HS tự điều chỉnh các ý tưởng của mình và thiết kế HĐ tìm tòi, khám phá của bản thân.
- Tiêu chí 4: Hình thức tổ chức bài học STEM lôi cuốn HS vào HĐ nhóm kiến tạo Giúp HS làm việc trong một nhóm kiến tạo là một việc khó khăn, đòi hỏi tất cả GVSTEM ở trường làm việc cùng nhau để áp dụng phương thức DH theo nhóm, sử dụng cùng một ngôn ngữ, tiến trình và yêu cầu về sản phẩm học tập mà HS phải hoàn thành. Làm việc nhóm trong thực hiện các HĐ của bài học STEM là cơ sở phát triển NL giao tiếp và HT cho HS. - Tiêu chí 5: Nội dung bài học STEM áp dụng chủ yếu từ nội dung khoa học và toán mà HS đã và đang học Trong các bài học STEM, GV cần kết nối và tích hợp một cách có mục đích nội dung từ các CT khoa học, công nghệ, tin học và toán. Lập kế hoạch để HT với các GV toán, công nghệ, tin học và khoa học khác để hiểu rõ nội hàm của việc làm thế nào để các mục tiêu khoa học có thể tích hợp trong một bài học đã cho.
Từ đó, HS dần thấy rằng khoa học, công nghệ, tin học và toán không phải là các môn học độc lập, mà chúng liên kết với nhau để giải quyết các vấn đề. Điều đó có liên quan đến việc học toán, công nghệ, tin học và khoa học của HS. - Tiêu chí 6: Trong tiến trình bài học STEM một nhiệm vụ có thể có nhiều đáp án đúng và coi sự thất bại như là một phần cần thiết trong học tập Một câu hỏi nghiên cứu đặt ra, có thể đề xuất nhiều giả thuyết khoa học, một vấn đề cần giải quyết, có thể đề xuất nhiều phương án, và lựa chọn phương án tối ưu. Trong các giả thuyết khoa học, chỉ có một giả thuyết đúng.
Ngược lại, các phương 8 án giải quyết vấn đề đều khả thi, chỉ khác nhau ở mức độ tối ưu khi giải quyết vấn đề. Tiêu chí này cho thấy vai trò quan trọng của NL giải quyết vấn đề và sáng tạo trong DH STEM. Quy trình thiết kế bài học STEM Bước 1: Lựa chọn nội dung DH Căn cứ vào nội dung kiến thức trong CT môn học và các hiện tượng, quá trình gắn với các kiến thức có trong tự nhiên, xã hội, quy trình hoặc thiết bị công nghệ ứng dụng kiến thức đó trong thực tiễn để lựa chọn nội dung của bài học. Bước 2: Xác định vấn đề cần giải quyết Xác định vấn đề cần giải quyết để giao cho HS thực hiện sao cho khi giải quyết vấn đề đó, HS phải học được những kiến thức, kĩ năng cần dạy trong CT môn học đã được chọn hoặc vận dụng những kiến thức, kĩ năng đã biết để xây dựng bài học.
Bước 3: Xây dựng tiêu chí của sản phẩm/giải pháp giải quyết vấn đề Xác định rõ tiêu chí của giải pháp/sản phẩm làm căn cứ quan trọng để đề xuất giả thuyết khoa học/giải pháp giải quyết vấn đè/thiết kế mẫu sản phẩm. Bước 4: Thiết kế tiến trình tổ chức HĐ DH Tiến trình tổ chức HĐ DH được thiết kế theo các phương pháp vã kĩ thuật DH tích cực với các HĐ học bao hàm các bước của quy trình kĩ thuật.