Chương 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM VỀ CÁC KIẾN THỨC VẬT LÝ 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu 1. Tổng quan các nghiên cứu về đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của HS trong dạy học Vật lý Xu hướng chung của GD trên thế giới ngày nay là hình thành và phát triển NL của người học chứ không đơn thuần là cung cấp kiến thức, kĩ năng môn học và hình thành thái độ học tập. Trên nhiều quốc gia như Anh, Phần Lan, Australia, Ca na da, … đã có những tác giả như F.
Anderson, Ducan Harris, A. Wolf, … quan tâm, tập trung nghiên cứu về vấn đề ĐG NL [14]. Đặc biệt, những năm đầu của thế kỷ 21, hơn 60 quốc gia OECD (Organization for Economic Cooperation and Development) đã cùng nhau tiến hành thực hiện chương trình ĐG Quốc tế PISA (Programme for International Student Assessment) cho HS trung học ở độ tuổi 15. PISA không kiểm tra nội dung chương trình ở trường trung học mà tập trung vào đánh giá khả năng vận dụng kiến thức để giải quyết các tình huống thực tế.
Từ tháng 3 năm 2010, Việt Nam đã chính thức tổ chức triển khai PISA và thu được kết quả đáng ngạc nhiên, nước ta được xếp hạng cao hơn Anh, Mỹ, … Tuy nhiên, chúng ta vẫn thấy nhiều khía cạnh khác yếu hơn, chẳng hạn như kĩ năng thực hành, kĩ năng sống, NLGQVĐ, … Ở Việt Nam, nền GD đang đặt cao vấn đề phát triển năng lực ở người học [2].Trong quá trình đổi mới GD, ngoài đổi mới chương trình, sách giáo khoa, … theo ý kiến của chúng tôi, việc thay đổi về công tác, cách thức kiểm tra, đánh giá là rất quan trọng, quyết định đến hiệu quả đổi mới GD. Những đóng góp lớn trong lĩnh vực KT, ĐG phải kể đến các tác giả Dương Thiệu Tống [12], “Trắc nghiệm và đo lường thành quả học tập”; Bùi Thị Hạnh Lâm [8], “Đo lường và đánh giá trong GD”; Hoàng Đức Nhuận và Lê Đức Phúc [9], “Cơ sở lý luận của việc đánh giá chất lượng học tập của HS phổ thông”; Nguyễn Lan Phương [10], “Rèn luyện kĩ năng tự đánh giá kết 5 quả học tập môn toán của HS trung học phổ thông”; … Theo như tìm hiểu, hiện nay, còn tương đối ít những nghiên cứu thể hiện qua một số bài viết; một số tài liệu tập huấn, một số luận văn thạc sĩ, bài báo khoa học về việc đánh giá kết quả học tập của HS theo hướng tiếp cận NL nói chung và ĐG NL GQVĐ cho môn Vật lý nói riêng: “Đánh giá NLGQVĐ của học sinh trong dạy học Vật lý ở trường trung học phổ thông” [7] - tác giả Lê Thị Thu Hiền; “Xây dựng và sử dụng bộ công cụ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học chương “Hạt nhân nguyên tử” - Vật lý 12 Trung học phổ thông”- tác giả Lã Văn Thanh [11],. Từ đây, ta thấy vấn đề đặt ra là cần xây dựng được bộ công cụ đánh giá đảm bảo mục tiêu đánh giá. Thực tiễn chỉ ra rằng: Hầu hết các đề kiểm tra, đề thi hiện nay chủ yếu mới đánh giá kiến thức kĩ năng, việc đánh giá được NL của HS theo tiêu chí rõ ràng, cụ thể còn rất hạn chế.
Xây dựng bộ công cụ đánh giá NL GQVĐ của HS trong các môn Vật lý góp phần hỗ trợ, giải quyết khó khăn cho giáo viên và cán bộ quản lí khi thực hiện đổi mới dạy học và kiểm tra đánh giá theo định hướng phát triển NL cho HS ở trường phổ thông hiện nay. Tổng quan các nghiên cứu về dạy học chủ đề STEM môn Vật lý THPT Theo Ban Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ vào năm 2007, hơn 80% nghề nghiệp đang phát triển ở quốc gia này đòi hỏi sự nắm vững và thành thạo về kiến thức, kĩ năng trong các lĩnh vực toán học, kĩ thuật, khoa học và công nghệ mà GD STEM đem lại. Nền tảng của STEM là sự tích hợp trong bối cảnh GD toàn cầu có nhiều thách thức và khó khăn. Trọng tâm GD STEM giúp HS có cái nhìn thống nhất về khoa học dựa trên sự hiểu biết về thế giới xung quanh [14].
Hiện nay, theo như tìm hiểu tại các nước công nghiệp tiếng tăm, phát triển như Hoa Kỳ, Úc, Phần Lan, Hàn Quốc,. và nhiều nơi trên thế giới, GD STEM đã và đang được triển khai và trở thành xu hướng giáo dục. Vì vậy, chúng ta có thể thấy rằng GD STEM đã trở thành một xu hướng và ngày càng phát triển mạnh mẽ ở nhiều nước trên thế giới. Song song theo đó, các nghiên cứu liên quan đến GD STEM cũng vô cùng phong phú, đa dạng.
Để đáp ứng các mục tiêu trên, chương trình GD phổ thông năm 2018 được ban hành đòi hỏi sự đổi mới trong phương thức dạy học, trong đó có đề cập đến định 6 hướng GD STEM trong các môn học, đáp ứng mục tiêu phát triển năng lực người học, bao gồm các năng lực cốt lõi và năng lực chuyên môn. Nhìn chung, các đề tài nghiên cứu về định hướng GD STEM và sự phát triển năng lực HS đã và đang rất được quan tâm. Những cuốn sách tiêu biểu cho nghiên cứu STEM: “GD STEM/STEAM từ trải nghiệm thực hành đến tư duy sáng tạo” của tác giả Nguyễn Thành Hải [5]; bộ sách “Hoạt động GD STEM lớp…” từ lớp 6-12 của nhóm tác giả do TS. Tưởng Duy Hải làm chủ biên; “Tài liệu hướng dẫn xây dựng kế hoạch bài dạy STEM lớp …” từ lớp 6-12 của Bộ GD&ĐT, “Thiết kế và tổ chức chủ đề GD STEM cho HS trung học cơ sở và trung học phổ thông”- tác giả Nguyễn Thanh Nga … Một số nghiên cứu về vận dụng GD STEM trong dạy học Vật lý và tổ chức dạy học chủ đề STEM để phát triển NLGQVĐ của HS: "Tổ chức dạy học chủ đề “ Các đặc trưng của âm”- Vật lý 12 theo định hướng STEM nhằm phát triển NLGQVĐ của HS"- tác giả Nguyễn Thu Hà [4]; “ Thiết kế của đề STEM trong dạy học phần “Nhiệt học”- Vật lý 10 theo định hướng bồi dưỡng NLGQVĐ cho HS”- nhóm tác giả Quách Nguyễn Bảo Nguyên, Nguyễn Hoàng Anh, Nguyễn Đức Dũng [13]; … Tuy nhiên, còn khá ít nghiên cứu về công cụ đánh giá NLGQVĐ của các chủ đề STEM trong Vật lý.
Giáo dục STEM 1. Khái niệm STEM STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học), thường được sử dụng khi nói đến các chính sách phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học của mỗi nước. Trong đó Science là quy trình sáng tạo ra kiến thức khoa học; Engineering là quá trình sử dụng kiến thức khoa học để thiết kế công nghệ mới nhằm giải quyết các vấn đề; Toán là một công cụ được sử dụng để thu lại kết quả và chia sẻ kết quả đó với những người khác. Giáo dục STEM GD STEM hiện đang là chủ đề nghiên cứu của bởi các nhà GD trên toàn thế giới, do đó, có những cách hiểu khác nhau về GD STEM, tùy thuộc vào và bối cảnh.
Để có những hiểu biết sâu hơn về khái niệm STEM ta cùng đi xem xét và tìm 7 hiểu rõ định nghĩa từng môn học cấu thành. Khoa học là nghiên cứu về thế giới tự nhiên, bao gồm các quy luật của tự nhiên liên quan đến Vật lý, Hóa HS học và sự xử lý hoặc ứng dụng các sự kiện, nguyên tắc, khái niệm hoặc những quy ước liên quan đến các ngành này. Khoa học vừa là nhóm kiến thức được tích lũy theo thời gian vừa là một quá trình- điều tra khoa học- tạo ra kiến thức mới. Kiến thức khoa học cung cấp tài liệu cho quá trình thiết kế kĩ thuật [15].
Công nghệ không phải là một ngành học theo đúng nghĩa, nó bao gồm toàn bộ hệ thống của con người và tổ chức, kiến thức, quá trình và phương thức những thứ đi đến sự tạo thành và vận hành những đồ công nghệ do con người tạo ra, cũng như chính những đồ công nghệ đó. Phần lớn công nghệ hiện đại là sản phẩm của khoa học và kĩ thuật, và những công cụ công nghệ được sử dụng trong cả hai lĩnh vực [16]. Kĩ thuật là nhóm kiến thức về việc thiết kế và sự sáng tạo của con người – tạo ra sản phẩm - và quá trình đề xuất, đưa ra hướng đi, giải pháp cho vấn đề, giải quyết vấn đề. Quá trình này được thiết kế dưới những sự ràng buộc.
Một trong những sự ràng buộc của thiết kế kĩ thuật là quy luật tự nhiên hoặc khoa học. Những ràng buộc khác gồm thời gian, kinh phí, cơ sở vật chất, yếu tố con người, quy định về môi trường, khả năng sản xuất và khả năng sửa chữa. Kĩ thuật sử dụng các khái niệm trong khoa học và toán học nhưng những công cụ công nghệ [16]. Toán học là sự nghiên cứu về các mô hình và những mối quan hệ giữa số lượng, con số, không gian.
Không giống như trong khoa học, nơi mà những bằng chứng thực nghiệm được tìm kiếm để để đảm bảo hoặc lật đổ các yêu sách, các yêu sách trong toán học được bảo đảm thông qua các lập luận logic dựa trên các giả định nền tảng. Các đối số logic là một phần của toán học cùng với các yêu sách. Như trong khoa học, kiến thức về toán học tiếp tục phát triển, nhưng không giống như trong khoa học, kiến thức về toán học không bị lật đổ, trừ khi các giả định nền tảng bị thay đổi. Các phạm trù khái niệm cụ thể của toán học hệ 12 năm (K-12) bao gồm số và số học, đại số, hàm, hình học, thống kê và xác suất.
- Hình dưới đây thể hiện mối quan hệ tự nhiên giữa các thành tố trong STEM [6]. Mối quan hệ tự nhiên giữa các thành tố trong STEM Sự tương tác giữa khoa học và kĩ thuật với toán học và công nghệ được thể hiện rất rõ ràng. Kĩ năng toán học là yếu tố cần thiết cho cả các nhà khoa học và các kĩ sư. Đồng thời những tiến bộ trong khoa học và kĩ thuật có thể kích thích sự phát triển những thuật toán học mới.
Ví dụ như những đóng góp của Newton cho Vật lý và các phép tính được liên kết chặt chẽ. Các phép tính cung cấp khung tính toán mà qua đó các định luật chuyển động được định lượng và ứng dụng.