Chương Trình Phát Triển Giáo Dục Trung Học Giai Đoạn 2: Hướng Dẫn Xây Dựng Kế Hoạch Bài Dạy STEM

Tài liệu nghiên cứu Hướng dẫn xây dựng kế hoạch bài dạy stem lớp 10, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về kỹ thuật.

• Tác giả: Lê Huy Hoàng
• Trường học: Bộ Giáo Dục Và Đào Tạo
• Chuyên ngành: Giáo Dục Trung Học
• Đề tài: Hướng Dẫn Xây Dựng Kế Hoạch Bài Dạy STEM
• Loại tài liệu: Tài Liệu Hướng Dẫn
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI GIỚI THIỆU
• 1. CHƯƠNG 1: MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ GIÁO DỤC STEM
• 1.1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ GIÁO DỤC STEM
• 1.1.1. Thuật ngữ STEM
• 1.1.2. Khoa học - Kĩ thuật - Công nghệ - Toán học
• 1.1.2.1. Khoa học
• 1.1.2.2. Kĩ thuật
• 1.1.2.3. Công nghệ
• 1.1.2.4. Toán học
• 1.1.3. Giáo dục STEM
• 1.2. GIÁO DỤC STEM TRONG CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THÔNG 2018
• 1.2.1. Định hướng giáo dục STEM trong Chương trình giáo dục phổ thông 2018
• 1.2.2. Giáo dục STEM trong các môn học thuộc lĩnh vực STEM cấp trung học phổ thông
• 1.2.3. Giáo dục STEM ở lớp 10
• 1.3. CƠ SỞ THIẾT KẾ, TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG GIÁO DỤC STEM
• 1.3.1. Chu trình STEM
• 1.3.2. Quy trình thiết kế kĩ thuật
• 1.3.3. Phương pháp khoa học
• 1.4. MỘT SỐ HÌNH THỨC TỔ CHỨC GIÁO DỤC STEM
• 1.4.1. Dạy học các môn khoa học theo bài dạy STEM
• 1.4.2. Tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM
• 1.4.3. Tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học, kĩ thuật
• 1.5. CÂU HỎI, BÀI TẬP CHƯƠNG 1
• 2. CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG VÀ THỰC HIỆN BÀI DẠY STEM
• 2.1. QUY TRÌNH XÂY DỰNG BÀI DẠY STEM
• 2.1.1. Lựa chọn nội dung dạy học
• 2.1.2. Xác định vấn đề cần giải quyết
• 2.1.3. Xây dựng tiêu chí sản phẩm/giải pháp giải quyết vấn đề
• 2.1.4. Thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học
• 2.2. THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC
• 2.2.1. Xác định vấn đề thiết kế, chế tạo
• 2.2.2. Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp thiết kế
• 2.2.3. Lựa chọn giải pháp thiết kế
• 2.2.4. Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá
• 2.2.5. Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh
• 2.3. ĐÁNH GIÁ BÀI DẠY STEM
• 2.3.1. Khái quát về đánh giá bài dạy STEM
• 2.3.2. Một số định hướng đánh giá bài dạy STEM theo Công văn số 5555/BGDĐT-GDTrH
• 2.4. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP
• 2.4.1. Định hướng chung
• 2.4.2. Đánh giá trong dạy học bài dạy STEM
• 2.5. CÂU HỎI, BÀI TẬP CHƯƠNG 2
• 3. CHƯƠNG 3: MINH HỌA MỘT SỐ KẾ HOẠCH DẠY HỌC STEM LỚP 10
• 3.1. MA TRẬN THIẾT KẾ BÀI DẠY STEM, HOẠT ĐỘNG TRẢI NGHIỆM STEM MINH HỌA
• 3.2. MỘT SỐ KẾ HOẠCH BÀI DẠY STEM MINH HỌA
• 3.3. MỘT SỐ KẾ HOẠCH HOẠT ĐỘNG TRẢI NGHIỆM STEM MINH HỌA
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Chương Trình Phát Triển Giáo Dục Trung Học

Chương trình phát triển giáo dục trung học giai đoạn 2 tập trung vào việc nâng cao chất lượng giáo dục, đặc biệt là trong lĩnh vực giáo dục STEM. Mục tiêu chính là trang bị cho học sinh những kiến thức và kỹ năng cần thiết để đáp ứng yêu cầu của thế kỷ 21. Giáo dục STEM không chỉ giúp học sinh phát triển tư duy phản biện mà còn khuyến khích sự sáng tạo và khả năng giải quyết vấn đề. Việc áp dụng giáo dục STEM trong chương trình học sẽ tạo ra một môi trường học tập tích cực và hiệu quả.

1.1. Khái Niệm Về Giáo Dục STEM

Giáo dục STEM là mô hình giáo dục tích hợp các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học. Mô hình này giúp học sinh áp dụng kiến thức vào thực tiễn, từ đó phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề và tư duy phản biện.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Giáo Dục STEM Trong Thế Kỷ 21

Giáo dục STEM đóng vai trò quan trọng trong việc chuẩn bị nguồn nhân lực cho các ngành nghề trong tương lai. Nó giúp học sinh phát triển các kỹ năng cần thiết để thành công trong môi trường làm việc hiện đại.

II. Thách Thức Trong Việc Triển Khai Giáo Dục STEM

Mặc dù giáo dục STEM mang lại nhiều lợi ích, nhưng việc triển khai nó trong các trường học cũng gặp phải nhiều thách thức. Một trong những vấn đề lớn nhất là thiếu nguồn lực và cơ sở vật chất phù hợp. Ngoài ra, giáo viên cũng cần được đào tạo để có thể giảng dạy hiệu quả các môn học STEM. Việc thiếu sự hỗ trợ từ các cấp quản lý cũng là một rào cản lớn trong việc thực hiện chương trình này.

2.1. Thiếu Nguồn Lực Và Cơ Sở Vật Chất

Nhiều trường học không có đủ trang thiết bị và tài liệu cần thiết để triển khai giáo dục STEM. Điều này ảnh hưởng đến chất lượng giảng dạy và học tập.

2.2. Đào Tạo Giáo Viên Chưa Đầy Đủ

Giáo viên cần được đào tạo chuyên sâu về giáo dục STEM để có thể giảng dạy hiệu quả. Tuy nhiên, hiện tại, nhiều giáo viên vẫn chưa được tiếp cận với các khóa đào tạo này.

III. Phương Pháp Xây Dựng Kế Hoạch Bài Dạy STEM Hiệu Quả

Để xây dựng kế hoạch bài dạy STEM hiệu quả, giáo viên cần xác định rõ mục tiêu học tập và nội dung dạy học. Việc lựa chọn các phương pháp giảng dạy phù hợp cũng rất quan trọng. Các hoạt động thực hành và trải nghiệm sẽ giúp học sinh hiểu rõ hơn về kiến thức và ứng dụng của nó trong thực tiễn.

3.1. Xác Định Mục Tiêu Học Tập

Mục tiêu học tập cần phải rõ ràng và cụ thể để học sinh có thể dễ dàng hiểu và đạt được. Điều này giúp định hướng cho quá trình dạy học.

3.2. Lựa Chọn Phương Pháp Giảng Dạy Phù Hợp

Giáo viên cần lựa chọn các phương pháp giảng dạy phù hợp với nội dung bài học và đối tượng học sinh. Các phương pháp tích cực như học tập dựa trên dự án sẽ giúp học sinh hứng thú hơn.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Giáo Dục STEM Trong Lớp Học

Việc áp dụng giáo dục STEM trong lớp học không chỉ giúp học sinh tiếp thu kiến thức một cách hiệu quả mà còn phát triển các kỹ năng mềm như làm việc nhóm và giao tiếp. Các hoạt động trải nghiệm thực tế sẽ giúp học sinh kết nối kiến thức học được với thực tiễn cuộc sống.

4.1. Hoạt Động Trải Nghiệm STEM

Các hoạt động trải nghiệm STEM giúp học sinh áp dụng kiến thức vào thực tiễn, từ đó nâng cao khả năng giải quyết vấn đề và tư duy sáng tạo.

4.2. Kết Nối Kiến Thức Với Thực Tiễn

Giáo dục STEM giúp học sinh hiểu rõ hơn về ứng dụng của kiến thức trong cuộc sống hàng ngày, từ đó tạo động lực học tập cho các em.

V. Kết Luận Về Giáo Dục STEM Trong Giáo Dục Trung Học

Giáo dục STEM là một phần quan trọng trong chương trình giáo dục trung học hiện đại. Nó không chỉ giúp học sinh phát triển kiến thức mà còn trang bị cho các em những kỹ năng cần thiết để thành công trong tương lai. Việc triển khai giáo dục STEM cần sự hỗ trợ từ các cấp quản lý và sự nỗ lực từ giáo viên để đạt được hiệu quả cao nhất.

5.1. Tương Lai Của Giáo Dục STEM

Giáo dục STEM sẽ tiếp tục phát triển và đóng vai trò quan trọng trong việc chuẩn bị nguồn nhân lực cho các ngành nghề trong tương lai.

5.2. Khuyến Khích Sự Tham Gia Của Học Sinh

Cần khuyến khích học sinh tham gia vào các hoạt động STEM để phát triển kỹ năng và đam mê trong các lĩnh vực này.

Nội dung chính

Tổng quan về giáo trình

Tài liệu hướng dẫn xây dựng kế hoạch bài dạy STEM lớp 10 được biên soạn bởi nhóm tác giả gồm Lê Huy Hoàng, Nguyễn Hoài Nam, Nguyễn Thị Thu Trang, Vũ Như Thư Hương, Phạm Thị Bình, Dương Xuân Quý, Đặng Minh Đức, Trần Khánh Vân, Bùi Quyết Thắng và Nguyễn Thị Thùy Trang. Ấn phẩm do Bộ Giáo dục và Đào tạo phát hành năm 2021 trong khuôn khổ "Chương trình Phát triển Giáo dục Trung học Giai đoạn 2". Tài liệu được thiết kế nhằm triển khai các nhiệm vụ giáo dục theo Chỉ thị số 16/CT-TTg ngày 4/5/2017 của Thủ tướng Chính phủ về tăng cường năng lực tiếp cận cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư, đồng thời cụ thể hóa định hướng giáo dục tích hợp trong Chương trình Giáo dục phổ thông 2018 và Công văn số 3089/BGDĐT-GDTrH của Bộ Giáo dục và Đào tạo.

Mục tiêu học tập của tài liệu tập trung vào ba trọng tâm:

1. Nâng cao nhận thức lý luận và phương pháp luận về giáo dục STEM cho cán bộ quản lý và giáo viên cấp trung học phổ thông.
2. Phát triển năng lực xây dựng kế hoạch bài dạy, kế hoạch hoạt động trải nghiệm STEM đáp ứng các yêu cầu cần đạt của chương trình môn học lớp 10.
3. Hướng dẫn công tác kiểm tra, đánh giá kết quả học tập và đánh giá giờ dạy STEM theo định hướng phát triển phẩm chất, năng lực học sinh quy định tại Công văn số 5555/BGDĐT-GDTrH.

Về cấu trúc và cách tiếp cận, tài liệu được tổ chức thành 3 chương chính đi từ nền tảng lý thuyết giáo dục liên môn, quy trình thiết kế kỹ thuật, phương pháp khoa học đến tiến trình sư phạm chi tiết và hệ thống kế hoạch bài dạy minh họa thực nghiệm. Điểm đặc thù của tài liệu là thiết lập mối liên kết chặt chẽ giữa các môn học độc lập (Toán học, Vật lí, Hóa học, Sinh học, Công nghệ, Tin học) với quy trình giải quyết vấn đề kỹ thuật và nghiên cứu thực tiễn ở cấp độ lớp 10.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Cấu trúc tài liệu bao gồm 3 chương chính cùng hệ thống câu hỏi ôn tập và tài liệu tham khảo:

Tài liệu hướng dẫn xây dựng kế hoạch bài dạy STEM lớp 10

Progression logic (tiến trình phát triển logic) của tài liệu được triển khai theo trục: Nhận thức khái niệm & Cơ sở khoa học (Chương 1) $\rightarrow$ Phương pháp luận thiết kế & Đánh giá sư phạm (Chương 2) $\rightarrow$ Thực hành áp dụng & Kế hoạch bài dạy mẫu (Chương 3).

---

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Tài liệu xác lập hệ thống tri thức nền tảng dựa trên các khái niệm chuẩn mực:

• Khái niệm 4 lĩnh vực STEM:
  • Khoa học (Science): Nhánh khoa học tự nhiên gồm Vật lí, Hóa học, Sinh học, Thiên văn học và Khoa học Trái Đất, vận hành dựa trên quan sát và thực nghiệm.
  • Kĩ thuật (Engineering): Ứng dụng toán học và khoa học tự nhiên để kiến tạo giải pháp, thiết bị, hệ thống phục vụ đời sống.
  • Công nghệ (Technology): Tri thức có hệ thống về quy trình và kỹ thuật dùng để chế biến vật liệu và thông tin (theo định nghĩa của UNESCO khu vực Châu Á - Thái Bình Dương).
  • Toán học (Mathematics): Khoa học nghiên cứu trừu tượng về cấu trúc, trật tự, quan hệ và mô hình hóa thế giới vật chất (gồm toán lý thuyết và toán ứng dụng).
• Chu trình STEM: Mô hình tương tác xoáy ốc hai chiều, trong đó Khoa học tạo ra tri thức từ thế giới tự nhiên, còn Kỹ thuật ứng dụng tri thức khoa học để phát triển Công nghệ mới giải quyết vấn đề thực tiễn, dưới công cụ hỗ trợ của Toán học.
• Quy trình thiết kế kĩ thuật: Gồm 7 bước: (1) Xác định vấn đề $\rightarrow$ (2) Nghiên cứu tổng quan $\rightarrow$ (3) Xác định yêu cầu/tiêu chí $\rightarrow$ (4) Đề xuất, đánh giá và lựa chọn giải pháp $\rightarrow$ (5) Xây dựng nguyên mẫu $\rightarrow$ (6) Kiểm chứng giải pháp $\rightarrow$ (7) Công bố kết quả.
• Phương pháp khoa học: Chu trình nghiên cứu thực nghiệm gồm: (1) Đặt câu hỏi nghiên cứu $\rightarrow$ (2) Tìm hiểu tổng quan $\rightarrow$ (3) Xây dựng giả thuyết khoa học $\rightarrow$ (4) Kiểm tra bằng thực nghiệm (với 3 loại biến số: biến độc lập, biến phụ thuộc và biến kiểm soát) $\rightarrow$ (5) Phân tích kết quả và kết luận.

---

Kỹ năng phát triển

Tài liệu rèn luyện cho người học và giáo viên các năng lực thực hành chuyên sâu:

• Kỹ năng phân tích chương trình: Nhận diện các mạch nội dung lớp 10 có khả năng tích hợp STEM (ví dụ: Véc-tơ, Hàm số bậc hai trong môn Toán; Động lực học, Năng lượng, Biến dạng trong môn Vật lí; Tốc độ phản ứng, Halogen trong môn Hóa học; Sinh học tế bào, Vi sinh vật trong môn Sinh học; Trồng trọt công nghệ cao, Thiết kế mạch điều khiển trong môn Công nghệ; Lập trình, Ứng dụng tin học trong môn Tin học).
• Kỹ năng thiết kế sư phạm: Xây dựng tiến trình 5 bước tổ chức hoạt động học tập tương thích với chu trình kỹ thuật: Xác định vấn đề $\rightarrow$ Nghiên cứu kiến thức nền $\rightarrow$ Lựa chọn giải pháp $\rightarrow$ Chế tạo thử nghiệm $\rightarrow$ Báo cáo, đánh giá.
• Kỹ năng kỹ thuật và tích hợp công nghệ: Thiết kế nguyên mẫu thực nghiệm, lập trình vi điều khiển, ứng dụng IoT trong nông nghiệp, pha chế hóa chất và xây dựng các sản phẩm truyền thông số.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Tiếp cận sư phạm (Pedagogical approach)

Tài liệu định hướng phương pháp dạy học lấy học sinh làm trung tâm, tích hợp liên môn và học tập dựa trên hành động (action-oriented learning). Quá trình tiếp thu kiến thức khoa học không diễn ra qua thuyết giảng thuần túy mà thông qua quá trình học sinh tự lực giải quyết nhiệm vụ thiết kế, chế tạo sản phẩm hữu hình hoặc xây dựng quy trình kỹ thuật.

Tiến trình dạy học 5 hoạt động

Mỗi bài dạy STEM trong tài liệu được chuẩn hóa thành chuỗi hoạt động học tập cụ thể:

1. Hoạt động 1: Xác định vấn đề hoặc nhu cầu thiết kế, chế tạo: Giao nhiệm vụ gắn với bối cảnh thực tế và xác lập các tiêu chí chất lượng cho sản phẩm.
2. Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp thiết kế: Học sinh tự học, nghiên cứu sách giáo khoa và tài liệu khoa học để tìm ra nguyên lý lý thuyết, từ đó phác thảo bản vẽ/phương án.
3. Hoạt động 3: Lựa chọn giải pháp thiết kế: Báo cáo phương án, thảo luận, phản biện và thống nhất giải pháp khả thi nhất.
4. Hoạt động 4: Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá: Thực hành lắp ráp, gia công, vận hành thử nghiệm và đối chiếu với hệ tiêu chí ban đầu.
5. Hoạt động 5: Chia sẻ, thảo luận và điều chỉnh: Trưng bày sản phẩm, phân tích nguyên nhân sai số hoặc hạn chế, đề xuất phương án cải tiến.

Hệ thống bài tập, kế hoạch minh họa và Case Studies

Tài liệu cung cấp các kế hoạch bài dạy cụ thể theo từng môn học ở lớp 10 làm tình huống nghiên cứu điển hình:

• Môn Toán: Bài dạy "Kệ treo đa giác" (ứng dụng véc-tơ và các phép toán véc-tơ).
• Môn Vật lí: Bài dạy "Lực đàn hồi của lò xo: Định luật Hooke" (thiết kế cân lò xo cầm tay).
• Môn Hóa học: Bài dạy "Núi lửa phun trào" (nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng hóa học).
• Môn Sinh học: Bài dạy "Tách, chiết enzym catalase từ lá cây" (nghiên cứu vai trò chuyển hóa chất của enzyme).
• Môn Công nghệ: Bài dạy "Thuốc bảo vệ thực vật có nguồn gốc sinh học" (phòng trừ dịch hại cây trồng).
• Môn Tin học: Bài dạy "Robot tự tránh vật cản" (vận dụng bài toán và thuật toán điều khiển).

Bên cạnh bài dạy trên lớp, tài liệu giới thiệu 18 hoạt động trải nghiệm STEM như: Chế tạo máy giao bóng (Hàm số bậc hai), Xe đua phản lực (Bảo toàn động lượng), Thiết bị điện phân điều chế nước Javen, Bình chữa cháy mini, Hệ thống IoT giám sát độ ẩm đất, Máy rửa tay khử khuẩn phòng chống virus.

Phương pháp đánh giá (Assessment methods)

• Đánh giá giờ dạy của giáo viên căn cứ theo khung 3 nội dung, 12 tiêu chí của Công văn số 5555/BGDĐT-GDTrH (Kế hoạch và tài liệu dạy học; Tổ chức hoạt động học cho học sinh; Hoạt động của học sinh).
• Đánh giá kết quả học tập của học sinh qua rubric đánh giá sản phẩm, hồ sơ học tập (portfolio), báo cáo thiết kế và sự phát triển các năng lực chung (giao tiếp, hợp tác, giải quyết vấn đề) cùng năng lực đặc thù môn học.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

• Cập nhật khung pháp lý và chương trình mới: Tài liệu bám sát Chương trình Giáo dục phổ thông 2018 cấp THPT, phân loại cụ thể các mạch kiến thức cốt lõi và hệ thống chuyên đề lựa chọn của 6 môn học STEM lớp 10.
• Tích hợp liên môn thực tế và định hướng công nghệ hiện đại: Đưa vào các nội dung mang tính thời sự công nghệ của cuộc Cách mạng công nghiệp 4.0 như: Hệ thống nhúng, vi điều khiển Arduino, mạng cảm biến IoT trong nông nghiệp công nghệ cao, công nghệ in 3D, mô hình hóa dữ liệu số và truyền thông đa phương tiện.
• Gắn kết thực tiễn xã hội và giải quyết các bài toán địa phương: Nội dung giáo dục liên kết với các vấn đề cấp thiết như bảo vệ môi trường (xử lý nước thải, sản xuất phân bón hữu cơ compost), bảo vệ sức khỏe cộng đồng (chế tạo thiết bị và dung dịch khử khuẩn trong phòng chống dịch bệnh, thiết kế ebook tuyên truyền phòng chống virus).
• Phân định rõ ràng các hình thức tổ chức STEM: Làm rõ cấu trúc giữa 3 hình thức giáo dục STEM theo Công văn 3089/BGDĐT-GDTrH:
  1. Dạy học các môn khoa học theo bài dạy STEM (nội dung chính khóa, thực hiện trong kế hoạch giáo dục môn học).
  2. Tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM (câu lạc bộ, ngày hội STEM, không gian sáng tạo).
  3. Tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học, kỹ thuật (dành cho học sinh có năng khiếu, phát triển đề tài dự thi nghiên cứu khoa học kỹ thuật các cấp).

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

Nhóm đối tượng	Mục đích và phương thức sử dụng	Điều kiện tiên quyết (Prerequisites)
Cán bộ quản lý giáo dục (Sở/Phòng GD&ĐT, Ban Giám hiệu)	Xây dựng kế hoạch giáo dục nhà trường, tổ chức chỉ đạo chuyên môn, đánh giá giờ dạy STEM theo chuẩn Công văn 5555/BGDĐT-GDTrH.	Nắm vững các văn bản chỉ đạo của Bộ Giáo dục và Đào tạo về thực hiện Chương trình GDPT 2018.
Giáo viên THPT (Toán, Lý, Hóa, Sinh, Công nghệ, Tin học)	Tham khảo ma trận kiến thức, sử dụng quy trình 5 bước để soạn giáo án bài dạy STEM lớp 10 và tổ chức sinh hoạt tổ chuyên môn.	Kiến thức chuẩn môn học lớp 10 theo Chương trình 2018; kỹ năng sư phạm tổ chức hoạt động nhóm.
Giảng viên và sinh viên các trường Đại học Sư phạm	Dùng làm tài liệu tham khảo trong học phần Phương pháp dạy học bộ môn, Rèn luyện nghiệp vụ sư phạm, Giáo dục STEM trong nhà trường phổ thông.	Đã hoàn thành các học phần Tâm lý - Giáo dục học và Lý luận dạy học cơ bản.
Cán bộ nghiên cứu giáo dục & Tự học	Nghiên cứu cơ sở lý luận về chu trình STEM, phương pháp khoa học và kỹ thuật để phát triển học liệu giáo dục liên môn.	Năng lực nghiên cứu tài liệu khoa học giáo dục.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Tài liệu được biên soạn phục vụ trực tiếp cho cán bộ quản lý giáo dục, giáo viên giảng dạy các môn Toán học, Vật lí, Hóa học, Sinh học, Công nghệ, Tin học lớp 10 tại các trường THPT, đồng thời là tài liệu tham khảo cho giảng viên, sinh viên ngành Sư phạm Khoa học Tự nhiên và Sư phạm Kỹ thuật.

2. Cần kiến thức nền nào để nghiên cứu và áp dụng tài liệu?

Người đọc cần nắm vững nội dung và yêu cầu cần đạt của Chương trình Giáo dục phổ thông 2018 đối với các môn học lớp 10, hiểu biết cơ bản về phương pháp dạy học tích cực và các văn bản chỉ đạo chuyên môn của Bộ Giáo dục và Đào tạo (đặc biệt là Công văn 3089/BGDĐT-GDTrH và Công văn 5555/BGDĐT-GDTrH).

3. Điểm khác biệt cơ bản giữa "Bài dạy STEM" và "Hoạt động trải nghiệm STEM" trong tài liệu là gì?

• Bài dạy STEM: Được tổ chức trong giờ học chính khóa, nhằm thực hiện nội dung kiến thức của chương trình môn học thông qua việc học sinh nghiên cứu kiến thức nền để giải quyết vấn đề kỹ thuật.
• Hoạt động trải nghiệm STEM: Thường tổ chức ngoài giờ lên lớp, theo hình thức câu lạc bộ hoặc ngày hội STEM, tập trung vào việc áp dụng tổng hợp kiến thức đã học vào thực hành chế tạo, khám phá và định hướng nghề nghiệp mở rộng.

4. Làm sao để tự học và ứng dụng tài liệu vào thiết kế bài giảng hiệu quả?

Người học nên tiếp cận theo trình tự:

1. Đọc Chương 1 để hiểu rõ bản chất chu trình STEM và phương pháp khoa học.
2. Nghiên cứu kỹ Chương 2 để nắm chắc 4 bước xây dựng bài dạy và tiến trình tổ chức 5 hoạt động.
3. Phân tích các kế hoạch bài dạy minh họa trong Chương 3, chọn một chủ đề tương đồng trong môn học mình phụ trách để thiết kế thử nghiệm trước khi áp dụng vào thực tế giảng dạy.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo không?

Tài liệu tích hợp hệ thống bảng ma trận chủ đề STEM lớp 10, các rubric tiêu chí đánh giá sản phẩm học tập, hệ thống câu hỏi/bài tập tự luận cuối mỗi chương lý thuyết và danh mục tài liệu tham khảo khoa học ở cuối sách (trang 280).

---

Kết luận

Tài liệu hướng dẫn xây dựng kế hoạch bài dạy STEM lớp 10 cung cấp hệ thống lý luận và công cụ sư phạm phục vụ việc triển khai giáo dục STEM trong khuôn khổ Chương trình Giáo dục phổ thông 2018. Giá trị cốt lõi của ấn phẩm nằm ở việc chuẩn hóa quy trình thiết kế bài dạy 5 bước dựa trên nền tảng kỹ thuật và phương pháp nghiên cứu khoa học thực nghiệm, đi kèm hệ thống ví dụ minh họa chi tiết cho từng môn học.

Lộ trình tiếp cận tài liệu được khuyến nghị: Nắm vững khái niệm và chu trình STEM (Chương 1) $\rightarrow$ Thành thạo kỹ thuật thiết kế tiến trình dạy học và khung đánh giá (Chương 2) $\rightarrow$ Khai thác, biến chuyển các bài dạy minh họa trong Chương 3 phù hợp với điều kiện cơ sở vật chất thực tế của từng cơ sở giáo dục. Để nâng cao hiệu quả triển khai, giáo viên cần kết hợp nghiên cứu các văn bản quy phạm liên quan như Công văn 5555/BGDĐT-GDTrH và chương trình tổng thể các môn học chuyên ngành.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ GIÁO DỤC STEM 1.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ GIÁO DỤC STEM 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). Thuật ngữ này được sử dụng khi đề cập đến các chính sách phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học của mỗi quốc gia. Hiện nay, thuật ngữ này được dùng chủ yếu trong hai ngữ cảnh là giáo dục và nghề nghiệp. Trong ngữ cảnh giáo dục, đề cập tới STEM là muốn nhấn mạnh đến sự quan tâm của nền giáo dục đối với các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học; chú trọng đến dạy học các môn học STEM theo tiếp cận tích hợp liên môn, gắn với thực tiễn, hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực người học.

Trong ngữ cảnh nghề nghiệp, STEM được sử dụng khi đề cập tới ngành nghề thuộc hoặc liên quan tới các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học. Đây là những ngành nghề có vai trò quyết định tới sức cạnh tranh của một nền kinh tế, đang và sẽ có nhu cầu cao trong xã hội hiện đại.2 Khoa học - Kĩ thuật - Công nghệ - Toán học 1.1 Khoa học Khoa học (science), trong ngữ cảnh STEM được hiểu là khoa học tự nhiên, là một nhánh của khoa học, có mục đích nhận thức, mô tả, giải thích và tiên đoán về các sự vật, hiện tượng và quy luật tự nhiên, dựa trên những bằng chứng rõ ràng có được từ quan sát và thực nghiệm. Khoa học tự nhiên có thể được chia thành bốn lĩnh vực gồm vật lí (physics), hóa học (chemistry), thiên văn học và khoa học Trái Đất (astronomy and earth science) và sinh học (biology). Ba lĩnh vực đầu thuộc về khoa học về vật chất (physical science), còn sinh học thì thuộc khoa học về sự sống (life science).

Vật lí học: Là ngành khoa học nghiên cứu các dạng vận động đơn giản nhất của vật chất và tương tác giữa chúng. Vật lí học liên hệ mật thiết với toán học 9 và các môn khoa học tự nhiên khác, cung cấp cơ sở cho kĩ thuật và công nghệ. Bên cạnh đó, vật lí học đóng vai trò then chốt trong việc xây dựng thế giới quan khoa học. Hóa học: Là ngành khoa học nghiên cứu về thành phần cấu trúc, tính chất và sự biến đổi của các đơn chất và hợp chất.

Hóa học là cầu nối các ngành khoa học tự nhiên khác như vật lí, sinh học, y dược và địa chất học. Những tiến bộ trong lĩnh vực hóa học gắn liền với sự phát triển của những phát hiện mới trong các lĩnh vực của các ngành sinh học, y học và vật lí. Hóa học đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống, sản xuất, góp phần vào sự phát triển kinh tế, xã hội. Sinh học: Là ngành khoa học nghiên cứu sự sống và sinh vật sống, bao gồm cấu trúc vật chất, quá trình hóa học, tương tác phân tử, cơ chế sinh lý, sự phát triển và tiến hóa của sinh vật.

Có nhiều nhánh nghiên cứu sinh học như: Hóa sinh học; Thực vật học; Động vật học; Sinh học tế bào; Sinh thái học; Tiến hóa; Di truyền học; Sinh học phân tử; Sinh lý học. Thiên văn học: Là khoa học nghiên cứu các thiên thể và các hiện tượng có nguồn gốc bên ngoài vũ trụ. Nó nghiên cứu sự phát triển, tính chất vật lí, hoá học, khí tượng học và chuyển động của các vật thể vũ trụ, cũng như sự hình thành và phát triển của vũ trụ. Thiên văn học là một trong những ngành khoa học cổ nhất.

Khoa học Trái đất: Bao gồm tất cả các lĩnh vực khoa học tự nhiên liên quan đến hành tinh Trái Đất. Đây là một nhánh của khoa học liên quan đến cấu tạo của Trái Đất và bầu khí quyển của nó. Khoa học trái đất nghiên cứu về các đặc điểm vật lí của hành tinh của loài người, từ động đất đến hạt mưa và từ lũ lụt đến hóa thạch. Khoa học Trái Đất bao gồm bốn nhánh nghiên cứu chính là thạch quyển, thủy quyển, khí quyển và sinh quyển, mỗi nhánh lại được chia nhỏ thành các lĩnh vực chuyên biệt hơn.2 Kĩ thuật Kĩ thuật (engineerning) là lĩnh vực khoa học sử dụng các thành tựu của toán học, khoa học tự nhiên để giải quyết các vấn đề thực tiễn, đáp ứng nhu cầu của cuộc sống.

Kết quả của nghiên cứu kĩ thuật góp phần tạo ra các giải pháp, sản phẩm, công nghệ mới. 10 Nhờ có kĩ thuật, các nguyên lí khoa học được ứng dụng trong thực tiễn biểu hiện qua các thiết bị, máy móc hay hệ thống phục vụ nhu cầu của đời sống, sản xuất, kiến tạo môi trường sống. Kĩ thuật có thể được chia thành nhiều lĩnh vực như: kĩ thuật hóa học, kĩ thuật xây dựng, kĩ thuật điện, kĩ thuật cơ khí.3 Công nghệ Công nghệ (technology) là tri thức có hệ thống về quy trình và kĩ thuật dùng để chế biến vật liệu và thông tin. Nó bao gồm kiến thức, thiết bị, phương pháp và các hệ thống dùng trong việc tạo ra hàng hóa và cung cấp dịch vụ1.

Để thực hiện một công việc, giải quyết một vấn đề, thường có nhiều công nghệ khác nhau và được phân biệt bởi mức độ hiện đại của công nghệ. Với sự phát triển của khoa học và kĩ thuật, công nghệ liên tục được đổi mới hướng tới mục tiêu phục vụ ngày càng tốt hơn nhu cầu của con người, của kinh tế, xã hội. Khi sử dụng thuật ngữ công nghệ, có nghĩa là con người đã có tri thức và làm chủ loại hình hoạt động nào đó. Do vậy, công nghệ có tính chuyển giao được.

Mỗi công nghệ được tạo ra là kết quả của một hoạt động kĩ thuật. Có thể hiểu, kĩ thuật là quá trình tìm tòi giải quyết vấn đề, còn công nghệ là sản phẩm, hệ thống, giải pháp giải quyết vấn đề. Công nghệ có thể được phân loại theo lĩnh vực khoa học (công nghệ hóa học, công nghệ sinh học, công nghệ thông tin.), theo lĩnh vực kĩ thuật (công nghệ cơ khí, công nghệ điện, công nghệ xây dựng, công nghệ vận tải.) tương ứng hay công nghệ gắn với những hoạt động, đối tượng cụ thể (công nghệ trồng cây trong nhà kính, công nghệ ô tô, công nghệ vật liệu, công nghệ nano. Trong mỗi giai đoạn của lịch sử, công nghệ luôn luôn là yếu tố có tính chất dẫn dắt, định hình và chi phối sự phát triển của kinh tế, xã hội.

Khi sự đột phá về công nghệ tác động sâu sắc và toàn diện tới mọi mặt đời sống của xã hội, đó là thời điểm diễn ra cuộc cách mạng công nghiệp. Ngày nay, công nghệ sinh học, công nghệ nano, công nghệ số, trí tuệ nhân tạo, dữ liệu lớn, công nghệ in 3D là những công nghệ đột phá và là nền tảng công nghệ của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư. 1 Định nghĩa bởi Unesco khu vực châu Á Thái Bình Dương.4 Toán học Toán học (mathematics) là một ngành nghiên cứu trừu tượng về cấu trúc, trật tự và quan hệ, được phát triển từ các thực hành cơ bản như đếm, đo lường và mô tả hình dạng của các vật thể. Toán học còn liên quan đến lí luận logic và tính toán định lượng.

Vì vậy, khi nói đến toán học, người ta nói đến các mô hình toán học. Chính các mô hình này giúp biểu diễn và phân tích hầu hết các đối tượng trong thế giới vật chất. Toán học đóng vai trò công cụ nền tảng cho các nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng trong tất cả các lĩnh vực khoa học tự nhiên. Có thể chia thành hai ngành toán học: - Toán lí thuyết, là ngành toán học nghiên cứu các khái niệm hoàn toàn trừu tượng, các lí thuyết toán.

- Toán ứng dụng, là ngành toán nghiên cứu các phương pháp toán học ứng dụng trong khoa học, kĩ thuật, kinh tế, khoa học máy tính, công nghiệp. Các lĩnh vực ứng dụng toán gồm có: Giải tích ứng dụng; Phương pháp số và tính toán khoa học; Toán rời rạc; Logic toán; Thống kê toán.3 Giáo dục STEM 1.1 Khái niệm giáo dục STEM Với những tiếp cận khác nhau, giáo dục STEM được hiểu và triển khai theo những cách khác nhau. Lãnh đạo và quản lý thì tập trung vào đề xuất các chính sách để thúc đẩy giáo dục STEM, quan tâm tới chuẩn bị nguồn nhân lực cho các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM theo nghĩa hướng nghiệp, phân luồng. Người làm chương trình quán triệt giáo dục STEM theo cách quan tâm, nâng cao vai trò, vị trí, sự phối hợp giữa các môn học thuộc lĩnh vực STEM trong chương trình.

Giáo viên, người trực tiếp đứng lớp sẽ triển khai giáo dục STEM thông qua việc xác định các chủ đề liên môn giữa khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán, thể hiện nó trong mỗi bài dạy, mỗi hoạt động dạy học để kết nối kiến thức học đường với thế giới thực, giải quyết các vấn đề thực tiễn, để nâng cao hứng thú, để hình thành và phát triển năng lực và phẩm chất cho học sinh. 12 Theo Chương trình giáo dục phổ thông 2018, giáo dục STEM là mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp học sinh áp dụng các kiến thức khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học vào giải quyết một số vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể. Khi chủ đề tích hợp liên môn không chỉ liên quan tới khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán, mà còn quan tâm lồng ghép nghệ thuật và nhân văn (Art), thì sẽ có giáo dục STEAM. Nhằm đa dạng hóa hình thức tổ chức giáo dục STEM trong trường phổ thông, tại Công văn số 3089/BGDĐT-GDTrH, ngày 14/8/2020 của Bộ Giáo dục và Đào tạo về việc triển khai thực hiện giáo dục STEM trong giáo dục trung học, giáo dục STEM được mở rộng hơn.

Theo đó, giáo dục STEM là một phương thức giáo dục nhằm trang bị cho học sinh những kiến thức khoa học gắn liền với ứng dụng của chúng trong thực tiễn. Nhìn chung, khi đề cập tới STEM, giáo dục STEM, cần nhận thức và hành động theo cả hai cách hiểu sau đây: - Một là, TƯ TƯỞNG (chiến lược, định hướng) giáo dục, bên cạnh định hướng giáo dục toàn diện, THÚC ĐẨY giáo dục 4 lĩnh vực: Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học với mục tiêu “định hướng và chuẩn bị nguồn nhân lực đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các ngành nghề liên quan tới các lĩnh vực STEM, nhờ đó, nâng cao sức cạnh tranh của nền kinh tế”.