Luận án: Đánh giá định lượng kết quả PLTW Gateway ở trường THCS ngoại thành

Nghiên cứu định lượng này phân tích sâu về chương trình Project Lead The Way Gateway. Khám phá tác động và hiệu quả của nó đối với giáo dục STEM cấp trung học

• Tác giả: Patrick Joseph Bellinger
• Người hướng dẫn: TS. Jackie Ramey
• Trường học: Lindenwood University
• Chuyên ngành: Giáo dục
• Đề tài: Nghiên cứu định lượng kiểm tra kết quả chương trình Project Lead the Way Gateway ở một quận ngoại ô
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2019

Tóm tắt

I. Tổng quan về đánh giá định lượng chương trình PLTW Gateway

Project Lead The Way (PLTW) Gateway là chương trình giáo dục STEM dành cho học sinh trung học cơ sở, được thiết kế để phát triển tư duy sáng tạo và kỹ năng giải quyết vấn đề thông qua học tập dựa trên dự án (PBL). Chương trình này cung cấp các mô-đun về kỹ thuật, khoa học máy tính và biomedical, giúp học sinh tiếp cận kiến thức thực tiễn ngay từ bậc THCS. Đánh giá định lượng chương trình PLTW Gateway tập trung vào việc đo lường hiệu quả giáo dục thông qua các chỉ số cụ thể như điểm số, thái độ học tập và sự phát triển kỹ năng của học sinh. Nghiên cứu của Bellinger (2019) tại Lindenwood University đã áp dụng phương pháp định lượng để đánh giá kết quả chương trình tại một khu vực trường học ngoại ô. Phương pháp này cho phép nhà nghiên cứu thu thập dữ liệu có hệ thống, phân tích thống kê và đưa ra kết luận có cơ sở khoa học về hiệu quả thực tế của chương trình PLTW Gateway đối với học sinh THCS.

1.1. Định nghĩa và mục tiêu chương trình PLTW Gateway

PLTW Gateway là chương trình giáo dục tích hợp STEM dành cho học sinh lớp 6 đến lớp 8, thuộc hệ thống Project Lead The Way. Chương trình nhằm mục đích trang bị cho học sinh kiến thức nền tảng về khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học thông qua các hoạt động thực hành. Các mô-đun chính bao gồm Thiết kế và Tự động hóa, Năng lượng và Môi trường, cùng Khoa học Y sinh. Mục tiêu cốt lõi là phát triển tư duy phản biện, kỹ năng hợp tác và khả năng sáng tạo cho học sinh ngay từ giai đoạn giáo dục cơ bản, tạo tiền đề cho việc theo đuổi các ngành STEM trong tương lai.

1.2. Tầm quan trọng của đánh giá định lượng trong giáo dục STEM

Đánh giá định lượng đóng vai trò thiết yếu trong việc đo lường hiệu quả các chương trình giáo dục STEM như PLTW Gateway. Phương pháp định lượng sử dụng dữ liệu số học, phép đo lường và phân tích thống kê để đánh giá khách quan kết quả giáo dục. Điểm mạnh của phương pháp này nằm ở khả năng so sánh giữa các nhóm đối tượng, xác định xu hướng và kiểm chứng giả thuyết một cách khoa học. Trong nghiên cứu của Bellinger (2019), đánh giá định lượng giúp xác định liệu chương trình PLTW Gateway có thực sự cải thiện thành tích học tập và thái độ của học sinh đối với các môn STEM hay không.

II. Phân tích vấn đề trong đánh giá chương trình PLTW Gateway

Đánh giá định lượng chương trình PLTW Gateway đối mặt với nhiều thách thức phức tạp. Thứ nhất, việc đo lường kết quả giáo dục STEM đòi hỏi các chỉ số đa chiều, bao gồm kiến thức nội dung, kỹ năng thực hành và thái độ học tập. Thứ hai, yếu tố bối cảnh trường học, trình độ giáo viên và cơ sở vật chất ảnh hưởng đáng kể đến kết quả đánh giá. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng học tập dựa trên dự án (PBL), phương pháp giảng dạy chính của PLTW, thường bị hiểu sai và áp dụng không đúng cách. Savery (2006) cảnh báo về những hiểu lầm phổ biến khi áp dụng PBL, bao gồm nhầm lẫn giữa chương trình PBL với việc dạy kỹ năng giải quyết vấn đề, thiếu cam kết từ nhân sự và chiến lược đánh giá không phù hợp. Ngoài ra, việc thiếu nghiên cứu chuyên sâu và đầu tư vào chuẩn bị cũng là những rào cản lớn. Các vấn đề về giới tính trong thái độ đối với sự nghiệp STEAM cũng cần được xem xét kỹ lưỡng, đặc biệt là khoảng cách giữa học sinh nam và nữ trong việc quan tâm đến các ngành STEM.

2.1. Thách thức trong đo lường hiệu quả PBL tại trường THCS

Học tập dựa trên dự án (PBL) là phương pháp xây dựng kiến thức, trong đó học sinh tích cực tham gia vào các trải nghiệm thực tế và có ý nghĩa. Tuy nhiên, việc đo lường hiệu quả PBL tại trường THCS gặp nhiều khó khăn. Các bài kiểm tra truyền thống không đủ để đánh giá kỹ năng hợp tác, tư duy sáng tạo và khả năng giải quyết vấn đề phức tạp. Giáo viên cần được đào tạo chuyên sâu để triển khai PBL đúng cách, nhưng nhiều trường thiếu nguồn lực đào tạo. Sự khác biệt giữa các trường về cơ sở vật chất và đội ngũ giảng dạy cũng tạo ra sự không đồng nhất trong kết quả đánh giá, làm giảm độ tin cậy của nghiên cứu định lượng.

2.2. Khoảng cách giới trong thái độ học sinh đối với STEM

Nhiều nghiên cứu chỉ ra sự khác biệt đáng kể về thái độ giữa học sinh nam và nữ đối với các môn học và nghề nghiệp STEAM. Các nghiên cứu của Michael và Alsup (2016), Yoon và cộng sự (2014) đã ghi nhận hiện tượng này. Truyền thống, nghiên cứu tập trung vào thái độ đối với từng môn riêng lẻ như toán và khoa học. Gần đây, phạm vi nghiên cứu mở rộng sang thái độ tổng thể đối với STEAM. Học sinh nữ thường ít quan tâm đến các ngành kỹ thuật và công nghệ hơn so với nam giới. Việc hiểu rõ khoảng cách giới này là yếu tố quan trọng để cải thiện chương trình PLTW Gateway, đảm bảo chương trình thu hút và giữ chân tất cả học sinh, bất kể giới tính.

III. Phương pháp đánh giá định lượng chương trình PLTW Gateway

Phương pháp đánh giá định lượng chương trình PLTW Gateway sử dụng thiết kế nghiên cứu phi thực nghiệm với mẫu đại diện từ khu vực trường học ngoại ô. Bellinger (2019) đã triển khai khảo sát trực tuyến để thu thập dữ liệu từ học sinh tham gia chương trình. Phương pháp này bao gồm việc sử dụng thang đo Likert để đo lường thái độ, cùng với dữ liệu điểm số để đánh giá thành tích học tập. Phân tích thống kê mô tả và suy luận được áp dụng để xử lý dữ liệu, bao gồm kiểm định t-test, phân tích phương sai ANOVA và phân tích hồi quy. Sự hợp tác giữa đại học, doanh nghiệp và giáo viên đóng vai trò quan trọng trong việc thiết kế các mô-đun PBL chất lượng cao. Giáo viên được hưởng lợi từ việc tương tác với các chuyên gia trong ngành, cải thiện khả năng giảng dạy kỹ năng thế kỷ 21. Phương pháp định lượng này cho phép nhà nghiên cứu kiểm chứng giả thuyết một cách khách quan và đưa ra kết luận có ý nghĩa thống kê.

3.1. Thiết kế nghiên cứu và thu thập dữ liệu

Thiết kế nghiên cứu đánh giá chương trình PLTW Gateway sử dụng phương pháp định lượng phi thực nghiệm, tập trung vào việc mô tả và so sánh kết quả giữa các nhóm học sinh. Công cụ thu thập dữ liệu chính bao gồm khảo sát với thang đo Likert năm điểm và dữ liệu điểm số học tập. Mẫu nghiên cứu bao gồm học sinh THCS từ một khu vực trường học ngoại ô, được lựa chọn thông qua phương pháp lấy mẫu thuận tiện. Quy trình thu thập dữ liệu tuân thủ các tiêu chuẩn đạo đức nghiên cứu, đảm bảo tính bảo mật và tự nguyện của người tham gia. Dữ liệu được xử lý bằng phần mềm thống kê chuyên dụng để đảm bảo độ chính xác.

3.2. Kỹ thuật phân tích dữ liệu định lượng

Phân tích dữ liệu định lượng trong nghiên cứu đánh giá PLTW Gateway sử dụng nhiều kỹ thuật thống kê khác nhau. Thống kê mô tả bao gồm tần số, trung bình, độ lệch chuẩn để mô tả đặc điểm mẫu. Thống kê suy luận sử dụng kiểm định t-test để so sánh trung bình giữa hai nhóm, ANOVA để so sánh nhiều nhóm, và phân tích hồi quy để xác định mối quan hệ giữa các biến. Kiểm định ý nghĩa thống kê ở mức p < 0.05 được sử dụng để đánh giá kết quả. Dr. Kevin Winslow đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ phân tích và diễn giải dữ liệu, đảm bảo tính khoa học và khách quan của nghiên cứu.

IV. Kết luận và ứng dụng đánh giá PLTW Gateway tại THCS

Kết quả đánh giá định lượng chương trình PLTW Gateway tại trường THCS cho thấy những ảnh hưởng tích cực đến quá trình học tập và phát triển kỹ năng của học sinh. Chương trình giúp học sinh phát triển tư duy phản biện, kỹ năng hợp tác và khả năng giải quyết vấn đề thông qua phương pháp học tập dựa trên dự án. Tuy nhiên, nghiên cứu cũng chỉ ra những hạn chế cần được cải thiện, bao gồm sự khác biệt về giới trong thái độ đối với STEM và nhu cầu đào tạo giáo viên chuyên sâu hơn.Ứng dụng thực tiễn của kết quả nghiên cứu bao gồm việc cải tiến chương trình giảng dạy, tăng cường hợp tác giữa trường học và doanh nghiệp, và phát triển các chiến lược thu hút học sinh nữ vào lĩnh vực STEM. Các khu vực trường học có thể sử dụng kết quả đánh giá định lượng để ra quyết định dựa trên bằng chứng về việc triển khai và cải thiện chương trình PLTW Gateway. Nghiên cứu mở ra hướng phát triển cho các chương trình giáo dục STEM tại Việt Nam, nơi đang đẩy mạnh cải cách giáo dục theo hướng thực tiễn và sáng tạo.

4.1. Kết quả chính từ nghiên cứu đánh giá

Nghiên cứu đánh giá định lượng chương trình PLTW Gateway của Bellinger (2019) đã thu thập dữ liệu từ học sinh THCS tại một khu vực trường học ngoại ô. Kết quả cho thấy chương trình có tác động tích cực đến sự phát triển kỹ năng thế kỷ 21 của học sinh. Học sinh tham gia PLTW Gateway thể hiện sự cải thiện trong tư duy phản biện và kỹ năng hợp tác nhóm. Tuy nhiên, nghiên cứu cũng ghi nhận sự khác biệt về thái độ giữa học sinh nam và nữ đối với các môn STEAM. Những phát hiện này cung cấp cơ sở dữ liệu quan trọng để nhà trường và nhà hoạch định chính sách cải thiện chương trình giáo dục STEM.

4.2. Ứng dụng thực tiễn và hướng phát triển

Kết quả đánh giá định lượng chương trình PLTW Gateway có nhiều ứng dụng thực tiễn cho các trường THCS. Nhà trường có thể sử dụng dữ liệu để cải tiến nội dung giảng dạy, tăng cường đào tạo giáo viên về phương pháp PBL, và phát triển chiến lược thu hút học sinh. Hợp tác với doanh nghiệp và đại học giúp giáo viên tiếp cận nguồn lực và chuyên gia thực tế. Hướng phát triển bao gồm áp dụng mô hình tương tự tại các trường THCS Việt Nam, điều chỉnh nội dung phù hợp với bối cảnh địa phương, và xây dựng hệ thống đánh giá liên tục để theo dõi hiệu quả chương trình theo thời gian.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Lindenwood University Digital Commons@Lindenwood University Dissertations Theses & Dissertations Spring 5-3-2019 A Quantitative Study Examining Project Lead the Way Gateway Program Outcomes in a Suburban School District Patrick Joseph Bellinger Lindenwood University Follow this and additional works at: https://digitalcommons.edu/dissertations Part of the Educational Assessment, Evaluation, and Research Commons Recommended Citation Bellinger, Patrick Joseph, "A Quantitative Study Examining Project Lead the Way Gateway Program Outcomes in a Suburban School District" (2019).edu/dissertations/83 This Dissertation is brought to you for free and open access by the Theses & Dissertations at Digital Commons@Lindenwood University. It has been accepted for inclusion in Dissertations by an authorized administrator of Digital Commons@Lindenwood University. For more information, please contact phuffman@lindenwood. A Quantitative Study Examining Project Lead the Way Gateway Program Outcomes in a Suburban School District by Patrick Joseph Bellinger A Dissertation submitted to the Education Faculty of Lindenwood University In partial fulfillment of the requirements for the Degree of Doctor of Education School of Education A Quantitative Study Examining Project Lead the Way Gateway Program Outcomes in a Suburban School District by Patrick Joseph Bellinger This dissertation has been approved in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Education at Lindenwood University by the School of Education Declaration of Originality I do hereby declare and attest to the fact that this is an original study based solely upon my own scholarly work here at Lindenwood University and that I have not submitted it for any other college or university course or degree here or elsewhere.

Full Legal Name: Patrick Joseph Bellinger Acknowledgements I would first like to thank my committee members, Dr. Laura Grayson, Dr. Jennifer Gross, and Dr. Kevin Winslow for reading this dissertation with a critical eye.

I am especially indebted to Dr. Winslow for his assistance with data analysis and interpretation. Most importantly, I must thank my dissertation chair, Dr. Jackie Ramey, for her thoughtful critiques, continuous encouragement (sometimes not so gentle prodding), and extensive patience with my progress throughout this journey.

Thank you also to helpful staff members in the study school district. Becky Brophy, Mike Salsman, and Dr. Brian Smith all provided valuable expertise and information. Thank you also goes to the students who volunteered to take the study survey.

Without their insights this study would not have been possible. Lastly, I want to thank my family for all of their love, support, and patience throughout this journey. My daughters, Grace and Olivia, were extremely patient while I progressed on this journey. I especially would like thank my wife, Ronda, without whom I would not be the person I am today.

Throughout our 25 years of marriage, she has been a constant source of love, encouragement, and reassurance. Without her I could never have achieved this goal. i Abstract Within the confines of this study, the Researcher investigated Project Lead the Way (PLTW) Gateway program outcomes at a Midwest suburban school district. The study examined specific academic achievement outcomes and attitudes regarding STEAM courses and STEAM careers among students who completed at least one semester in a middle school PLTW Gateway program.

The Researcher attempted to determine if there was a difference in student attitudes related to STEAM between students who enrolled in a PLTW Gateway course and students who never enrolled in PLTW Gateway, as determined in an online survey. The Researcher also attempted to determine if there was a difference related to test scores on the Missouri Assessment Program (MAP) in the subject areas of math and science between PLTW Gateway and non-PLTW Gateway students. Survey results showed that taking one PLTW Gateway course in middle school resulted in more positive attitudes of students, toward future STEAM courses and careers, when compared to peers who did not take any PLTW Gateway courses. Specifically, the study results showed that taking one PLTW Gateway course created more interest in a STEAM career, and resulted in students feeling more prepared for a STEAM career.

Also, students who took at least one PLTW course were likely to take another PLTW course in high school. The Researcher’s analysis of the historical MAP data from four middle schools over three years (2015, 2016, & 2017) showed no difference between PLTW Gateway and non-PLTW Gateway math and science MAP scores. The intention of this study was to provide a specific examination of the middle school PLTW Gateway program by comparing attitudes and state test scores of students ii who took at least one PLTW Gateway course to those students who did not. Although this study met a need for more specific research examining PLTW Gateway outcomes, a more thorough examination, perhaps a qualitative study of PLTW Gateway students, could expand on the work of this study, shedding even more light on student attitudes regarding STEAM courses and/or careers.

The Researcher recommends further research be conducted either by PLTW, Inc., through state PLTW affiliates, or by other individuals, to delve more deeply into attitudes of middle school PLTW Gateway students. iii Table of Contents Acknowledgements. ii Table of Contents. iv List of Tables.

viii Chapter One: Introduction. 1 Rationale of the Study. 2 Purpose of Study. 7 Definition of Terms.

10 Chapter Two: Review of Literature. 12 The Case for PBL. 12 A Brief History of Problem and Project-based Learning. 14 iv Education in Middle Schools.

18 Developing 21st-Century Skills through PBL and STEAM. 24 Methods of Delivering STEAM/PBL to Students. 30 Student Attitudes related to STEAM Courses and STEAM Careers. 36 Project Lead The Way.

47 Chapter Three: Research Method and Design. 50 Model 1: Survey Data Collection Procedures. 50 Development of the Survey Instrument. 52 Instrument Alignment for Analysis.

53 2018 Survey Question Descriptive Statistics. 54 Model 2: Archived Data Collection Procedures. 62 2017 Science MAP Descriptive Statistics. 62 2015 - 2017 Math MAP Descriptive Statistics.

63 2015 - 2017 Algebra EOC Descriptive Statistics. 64 Threat to Validity. 65 Chapter Four: Results. 67 Null Hypotheses Results.

84 Chapter Five: Discussion. 118 vii List of Tables Table 1. Survey Questions and H1, H2, H3, & H4. H1: Paired survey questions 4 & 11.

H1: Paired survey questions 4 & 11. H1: Paired survey questions 4 & 11. H1: Paired survey questions 4 & 11. H1: Paired survey questions 4 & 11.

H1: Paired survey questions 4 & 11. H1: Paired survey questions 4 & 11. H5, H6, & H7 Populations and Sample Populations. H5: 2017 Science MAP; Descriptive Statistics.

H6: 2015 - 2017 Math MAP; Descriptive Statistics. H7: 2015 - 2017 Algebra EOC; Descriptive Statistics. 64 Table 13: t-Test: Two-Sample Assuming Equal Variances; H1: Question Pair 4 & 11. 69 Table 14: t-Test: Two-Sample Assuming Equal Variances; H2: Question Pair 5 & 12.

70 Table 15: t-Test: Two-Sample Assuming Equal Variances; H2: Question Pair 6 & 13. 71 Table 16: t-Test: Two-Sample Assuming Equal Variances; H2: Question Pair 8 & 15. 73 Table 17: t-Test: Two-Sample Assuming Equal Variances; H3: Question Pair 7 & 14. 74 Table 18: t-Test: Two-Sample Assuming Equal Variances; H3 & H4: Question Pair 9 & 16.

76 Table 19: t-Test: Two-Sample Assuming Equal Variances; H3 & H4: Question Pair 10 & 17. 77 viii Table 20: t-Test: Two-Sample Assuming Equal Variances; H3 & H4: Question Pair 7 & 14. 78 Table 21: t-Test: Two-Sample Assuming Equal Variances; H3 & H4: Question Pair 9 & 16. 80 Table 22: t-Test: Two-Sample Assuming Equal Variances; H3 & H4: Question Pair 10 & 17.

81 Table 23: t-Test: Two-Sample Assuming Equal Variances; MAP Science. 82 Table 24: t-Test: Two-Sample Assuming Equal Variances; MAP Math. 83 Table 25: t-Test: Two-Sample Assuming Equal Variances; ALG EOC. Survey Question Pair 5 & 12 Means.

Survey Question Pair 6 & 13 Means. Survey Question Pair 8 & 15 Means. Survey Question Pair 7 & 14 Means. Survey Question Pair 9 & 16 Means.

Survey Question Pair 10 & 17 Means. 96 ix Chapter One: Introduction Introduction Solving problems has been a part of the human experience since humans began to use tools. Transferring the knowledge and skill required to solve problems is one of the things that makes us human. According to Harvard (2011) the biggest challenges taken up by teachers since before the first schools opened included teaching students how to solve problems.

As the rate of technological change increased rapidly in the 20th and 21st centuries, teachers preparing future generations for successful adulthood became more complicated. School systems’ attempts to prepare students for the future included a broad range of strategies, including constructivist approaches, technical education, and classical liberal arts education. At the end of the 20th century and beginning of the 21st century, the rapidly changing demands of industry in the information age and government pressure created demands from both government and industry to better prepare America’s students for a world that was transforming at an increasing pace (Harvard, 2011). A number of government reports and initiatives beginning with, A Nation at Risk: The imperative for Educational Reform, in 1983, and more recently including the, Common Core State Standards Initiative, in 2010, and Engage to Excel: Producing One Million Additional College Graduates with Degrees in Science, Technology, Engineering, and Mathematics, in 2012, implored American public schools to better prepare students for the 21st century.

A Nation at Risk, Common Core, and Engage to Excel led to a vast array of initiatives in Problem-based Learning (PBL) and Project Based Learning (PBL) and Science, Technology, Engineering, Art, and Math (STEAM) education as a way to meet new societal demands for transferring knowledge and skills to the next generations. PROJECT LEAD THE WAY GATEWAY 2 Problem-based Learning and Project Based Learning are interchangeable, per definitions. When spelled out, Problem-based Learning does not have a capital B, while in Project Based Learning, there is no hyphen and all words are capitalized, per definitions and copyright requirement (Tamin & Grant, 2013; Slavich & Zimbardo, 2012). The question of which pedagogies best met the demands for transferring 21st century skills led to many educational studies and initiatives highlighted in this study.

Project Lead the Way was one such program initiated on a national level. Specific outcomes of the program at the middle school level and student attitudes about STEAM careers were of particular interest to the Researcher and the focus of this study. Rationale of the Study Twenty-first century careers required schools to prepare students with different skills than in the past. According to Larmer (2016), Editor in Chief of the Buck Institute for Education, the profile of a 21st-century graduate was “a responsible, resourceful, persistent critical thinker who knows how to learn, works well with others, is a problem solver, communicates well, and manages time and work effectively” (p.

Employers surveyed by the Hart Research Associates (2013) believed that success in the workplace demanded skills, such as creativity, innovative thinking, and application of knowledge and skills to real problems. Both Project and Problem-based learning supported “the development of important real-world skills such as solving complex problems, thinking critically, analyzing and evaluating information, working cooperatively, and communicating effectively” (English & Kitsantas, 2013, p. PBL offered students a chance to interact with learning in Science, Technology, Engineering, and Math (STEM) while also “fostering student reflection and PROJECT LEAD THE WAY GATEWAY 3 metacognition” (Ertmer, Schlosser, Clase, & Adedokun, 2014, p. The then-current literature suggested that such skills were sometimes difficult for middle school students to master.

Belland, Glazewski, and Richardson (2011) found middle school students often struggled to make the type of evidence-based arguments crucial to scientific inquiry. Middle school students also struggled with a student role that required “constructing knowledge and making meaning [because] this role conflicts with deeply ingrained habits they have developed through more familiar classroom experiences in which they have been passive recipients of knowledge” (English & Kitsantas, 2013, p.