Tổng quan nghiên cứu

Giáo dục STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) đã trở thành xu hướng toàn cầu trong đổi mới giáo dục nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề và kỹ năng thực tiễn cho học sinh. Tại Việt Nam, từ năm 2014, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã tích cực triển khai thí điểm giáo dục STEM tại nhiều trường trung học cơ sở (THCS), trong đó có các tỉnh như Hà Nội, Nam Định, Quảng Ninh, Hải Phòng và Hải Dương. Theo báo cáo, hơn 50 chủ đề học tập STEM đã được áp dụng, giúp học sinh phát huy tính chủ động, sáng tạo và năng lực vận dụng kiến thức liên môn vào thực tiễn. Tuy nhiên, việc tổ chức dạy học theo định hướng STEM vẫn còn nhiều khó khăn, đặc biệt là ở các địa phương chưa được tập huấn đầy đủ và thiếu thiết bị hỗ trợ.

Luận văn tập trung nghiên cứu tổ chức dạy học chủ đề “Trái Đất và Bầu trời” trong môn Khoa học tự nhiên lớp 6 theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh THCS. Nghiên cứu được thực hiện tại các trường THCS trên địa bàn tỉnh Tuyên Quang trong năm 2019, với mục tiêu thiết kế và thực nghiệm tiến trình dạy học tích hợp kiến thức khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học, đồng thời đánh giá hiệu quả phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc đổi mới phương pháp dạy học, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục phổ thông, đáp ứng yêu cầu đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục theo chương trình giáo dục phổ thông tổng thể mới.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình giáo dục STEM, tập trung vào ba khái niệm chính:

  1. Giáo dục STEM: Là phương pháp tích hợp liên môn giữa Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề, tư duy sáng tạo và kỹ năng thực hành cho học sinh. Theo định nghĩa của Bộ Giáo dục Mỹ (2007), giáo dục STEM cung cấp hỗ trợ và tăng cường giáo dục các lĩnh vực này từ tiểu học đến sau đại học.

  2. Năng lực giải quyết vấn đề (NL GQVĐ): Được hiểu là khả năng sử dụng hiệu quả kiến thức, kỹ năng, thái độ và động cơ để nhận diện, phân tích và giải quyết các tình huống phức tạp không có sẵn giải pháp thông thường. Cấu trúc NL GQVĐ gồm 4 thành tố chính: phân tích tình huống, đề xuất và lựa chọn giải pháp, lập kế hoạch và thực hiện, đánh giá và hoàn thiện quá trình giải quyết.

  3. Phương pháp dạy học tích cực theo định hướng STEM: Bao gồm các phương pháp như dạy học dự án, dạy học giải quyết vấn đề, dạy học hợp tác, học dựa trên thiết kế (DBL). Các phương pháp này nhấn mạnh vai trò trung tâm của người học, khuyến khích học sinh tham gia tích cực vào các hoạt động thực hành, trải nghiệm và sáng tạo.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phối hợp các phương pháp sau:

  • Phương pháp nghiên cứu cơ sở lý luận: Tổng hợp, phân tích các tài liệu, nghiên cứu quốc tế và trong nước về giáo dục STEM, năng lực giải quyết vấn đề và chương trình giáo dục phổ thông mới.

  • Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Điều tra thực trạng dạy học môn Khoa học tự nhiên và nhận thức về giáo dục STEM của giáo viên và học sinh tại 5 trường THCS ở tỉnh Tuyên Quang, với tổng số 75 giáo viên và 126 học sinh tham gia.

  • Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề “Trái Đất và Bầu trời” theo định hướng STEM cho học sinh lớp 6, đánh giá năng lực giải quyết vấn đề qua các phiếu đánh giá của giáo viên và học sinh.

  • Phương pháp thống kê: Xử lý số liệu điều tra và kết quả thực nghiệm bằng các công cụ thống kê mô tả, phân tích tỷ lệ phần trăm, điểm trung bình để đánh giá hiệu quả dạy học.

Quá trình nghiên cứu diễn ra trong năm học 2019-2020, với cỡ mẫu gồm 75 giáo viên và 126 học sinh được chọn theo phương pháp chọn mẫu thuận tiện tại các trường THCS trên địa bàn tỉnh Tuyên Quang.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Thực trạng tập huấn và nhận thức giáo viên về giáo dục STEM: Khoảng 53,3% giáo viên chưa được tập huấn về giáo dục STEM, trong khi 46,7% đã được tập huấn. Tuy nhiên, 89% giáo viên cho rằng việc tổ chức hoạt động giáo dục STEM là cần thiết hoặc rất cần thiết trong chương trình phổ thông mới.

  2. Việc vận dụng dạy học theo định hướng STEM: 73,3% giáo viên chưa từng áp dụng phương pháp dạy học STEM, chỉ 26,7% thỉnh thoảng áp dụng. Nguyên nhân chính là do 92% giáo viên cho biết mất nhiều thời gian thiết kế hoạt động, 80% thiếu phương tiện dạy học, và 54,6% không đủ thời gian thực hiện.

  3. Hứng thú của học sinh với phương pháp dạy học STEM: 100% giáo viên đồng thuận rằng học sinh rất hứng thú với cách dạy học này vì được vận dụng kiến thức vào thực tiễn, tự tay thiết kế sản phẩm và trải nghiệm thực tế.

  4. Hiệu quả phát triển năng lực giải quyết vấn đề: Qua thực nghiệm sư phạm, điểm trung bình đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh tăng rõ rệt, với mức tăng khoảng 20-30% so với trước khi áp dụng phương pháp dạy học STEM. Học sinh thể hiện sự chủ động, sáng tạo và hợp tác cao hơn trong các hoạt động nhóm.

Thảo luận kết quả

Kết quả điều tra và thực nghiệm cho thấy giáo dục STEM tại các trường THCS ở Tuyên Quang đang trong giai đoạn phát triển ban đầu với nhiều thuận lợi và thách thức. Việc chưa phổ biến tập huấn và thiếu thiết bị là rào cản lớn đối với giáo viên trong việc áp dụng phương pháp dạy học tích cực theo định hướng STEM. Tuy nhiên, sự hứng thú và tích cực của học sinh khi tham gia các hoạt động STEM là minh chứng rõ ràng cho hiệu quả của phương pháp này.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, kết quả tương đồng với báo cáo của Becker và Park (2011) cho thấy giáo dục STEM có tác động tích cực nhất ở bậc tiểu học và trung học cơ sở trong việc nâng cao năng lực giải quyết vấn đề và thái độ học tập. Việc thiết kế chủ đề “Trái Đất và Bầu trời” tích hợp kiến thức khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học đã giúp học sinh không chỉ nắm vững kiến thức mà còn phát triển kỹ năng vận dụng vào thực tiễn, phù hợp với mục tiêu đổi mới chương trình giáo dục phổ thông tổng thể.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ cột thể hiện tỷ lệ giáo viên được tập huấn, áp dụng STEM và các khó khăn gặp phải; bảng điểm trung bình năng lực giải quyết vấn đề trước và sau thực nghiệm; biểu đồ tròn phản ánh mức độ hứng thú của học sinh với phương pháp dạy học STEM.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường tập huấn và bồi dưỡng giáo viên về giáo dục STEM

    • Chủ thể thực hiện: Sở Giáo dục và Đào tạo, các trường đại học sư phạm
    • Mục tiêu: 100% giáo viên THCS được tập huấn bài bản về STEM trong vòng 1 năm
    • Giải pháp: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu, hội thảo, tập huấn trực tuyến và trực tiếp nhằm nâng cao năng lực thiết kế và tổ chức dạy học STEM.

  2. Đầu tư trang thiết bị và học liệu phục vụ dạy học STEM

    • Chủ thể thực hiện: Bộ Giáo dục và Đào tạo, các địa phương
    • Mục tiêu: Trang bị đầy đủ thiết bị thí nghiệm, công nghệ hỗ trợ cho ít nhất 80% trường THCS trong 2 năm tới
    • Giải pháp: Cấp kinh phí mua sắm thiết bị, xây dựng phòng học STEM tiêu chuẩn, phát triển học liệu số và tài liệu hướng dẫn.

  3. Xây dựng và phổ biến các chủ đề dạy học STEM phù hợp với chương trình phổ thông mới

    • Chủ thể thực hiện: Các nhóm nghiên cứu, trường đại học, giáo viên cốt cán
    • Mục tiêu: Phát triển ít nhất 10 chủ đề STEM mẫu cho môn Khoa học tự nhiên lớp 6 trong 1 năm
    • Giải pháp: Thiết kế chủ đề tích hợp liên môn, có tính ứng dụng cao, dễ triển khai trong thực tế giảng dạy.

  4. Đổi mới phương pháp đánh giá năng lực học sinh theo định hướng STEM

    • Chủ thể thực hiện: Bộ Giáo dục và Đào tạo, các trường THCS
    • Mục tiêu: Áp dụng phương pháp đánh giá quá trình, đánh giá năng lực giải quyết vấn đề cho 100% học sinh tham gia dạy học STEM trong 2 năm
    • Giải pháp: Xây dựng bộ công cụ đánh giá đa dạng, bao gồm phiếu đánh giá nhóm, tự đánh giá và đánh giá đồng đẳng, kết hợp đánh giá sản phẩm và quá trình học tập.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Giáo viên THCS môn Khoa học tự nhiên và các môn STEM

    • Lợi ích: Nắm bắt phương pháp tổ chức dạy học theo định hướng STEM, thiết kế chủ đề tích hợp, đánh giá năng lực học sinh.
    • Use case: Áp dụng thiết kế bài giảng chủ đề “Trái Đất và Bầu trời” để nâng cao hiệu quả giảng dạy.

  2. Cán bộ quản lý giáo dục và chuyên viên Sở Giáo dục

    • Lợi ích: Hiểu rõ thực trạng, khó khăn và giải pháp phát triển giáo dục STEM tại địa phương.
    • Use case: Lập kế hoạch tập huấn, đầu tư trang thiết bị và triển khai chương trình STEM hiệu quả.

  3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Giáo dục

    • Lợi ích: Tham khảo cơ sở lý luận, phương pháp nghiên cứu và kết quả thực nghiệm về giáo dục STEM.
    • Use case: Phát triển đề tài nghiên cứu tiếp theo hoặc ứng dụng trong giảng dạy đại học.

  4. Nhà hoạch định chính sách giáo dục

    • Lợi ích: Cung cấp dữ liệu thực tiễn và đề xuất chính sách thúc đẩy giáo dục STEM trong chương trình phổ thông mới.
    • Use case: Xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển giáo dục STEM toàn diện, phù hợp với xu thế đổi mới giáo dục.

Câu hỏi thường gặp

  1. Giáo dục STEM là gì và tại sao quan trọng trong chương trình phổ thông mới?
    Giáo dục STEM là phương pháp tích hợp liên môn giữa Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề và kỹ năng thực hành cho học sinh. Nó giúp học sinh vận dụng kiến thức vào thực tiễn, phù hợp với yêu cầu đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục theo chương trình phổ thông mới.

  2. Làm thế nào để thiết kế chủ đề dạy học theo định hướng STEM?
    Quy trình thiết kế gồm các bước: lựa chọn chủ đề gắn với vấn đề thực tiễn, xác định kiến thức STEM cần thiết, xây dựng mục tiêu kiến thức, kỹ năng, thái độ và năng lực, thiết kế hoạt động học tập và tiêu chí đánh giá. Chủ đề “Trái Đất và Bầu trời” là ví dụ điển hình của việc tích hợp kiến thức liên môn.

  3. Năng lực giải quyết vấn đề được phát triển như thế nào qua dạy học STEM?
    Học sinh được đặt trước các tình huống thực tiễn cần giải quyết, từ đó thu thập thông tin, đề xuất giải pháp, lập kế hoạch và thực hiện, cuối cùng đánh giá và hoàn thiện kết quả. Quá trình này giúp phát triển tư duy phản biện, sáng tạo và kỹ năng hợp tác.

  4. Khó khăn phổ biến khi áp dụng dạy học STEM là gì?
    Bao gồm thiếu tập huấn chuyên môn cho giáo viên, thiếu thiết bị dạy học, mất nhiều thời gian thiết kế hoạt động và chưa có phương pháp đánh giá phù hợp. Đây là những thách thức cần được giải quyết để triển khai hiệu quả giáo dục STEM.

  5. Làm sao để đánh giá hiệu quả dạy học theo định hướng STEM?
    Đánh giá dựa trên quá trình và sản phẩm học tập của học sinh, sử dụng phiếu đánh giá nhóm, tự đánh giá và đánh giá đồng đẳng. Các tiêu chí bao gồm mức độ tham gia, sáng tạo, hợp tác, khả năng vận dụng kiến thức và kỹ năng giải quyết vấn đề.

Kết luận

  • Giáo dục STEM là xu hướng đổi mới giáo dục quan trọng, giúp phát triển năng lực giải quyết vấn đề và kỹ năng thực tiễn cho học sinh THCS.
  • Thực trạng tại các trường THCS tỉnh Tuyên Quang cho thấy giáo viên còn thiếu tập huấn và thiết bị hỗ trợ, nhưng học sinh rất hứng thú với phương pháp dạy học STEM.
  • Thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề “Trái Đất và Bầu trời” theo định hướng STEM đã nâng cao rõ rệt năng lực giải quyết vấn đề của học sinh.
  • Cần tăng cường tập huấn giáo viên, đầu tư trang thiết bị, xây dựng chủ đề dạy học mẫu và đổi mới phương pháp đánh giá để phát triển giáo dục STEM bền vững.
  • Đề nghị các nhà quản lý, giáo viên và nhà nghiên cứu tiếp tục phối hợp triển khai và hoàn thiện mô hình dạy học STEM trong chương trình giáo dục phổ thông mới.

Hành động tiếp theo: Các trường THCS nên triển khai tập huấn giáo viên về STEM trong năm học tới, đồng thời áp dụng thử nghiệm chủ đề “Trái Đất và Bầu trời” để đánh giá hiệu quả và điều chỉnh phù hợp. Các nhà nghiên cứu có thể phát triển thêm các chủ đề STEM tích hợp khác nhằm đa dạng hóa phương pháp dạy học.

Hãy bắt đầu đổi mới phương pháp dạy học STEM ngay hôm nay để nâng cao chất lượng giáo dục và phát triển toàn diện năng lực học sinh!