CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 1. Khái quát về giáo dục STEM 1. Khái niệm về giáo dục STEM STEM là thuật ngữ chỉ một định hướng dạy học tích hợp hoặc một nhóm các môn học, gồm các chữ cái đầu tiên trong tiếng Anh của các từ: Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật), Maths (Toán học) [17].
Thuật ngữ STEM được dùng trong hai ngữ cảnh khác nhau, đó là ngữ cảnh giáo dục và ngữ cảnh nghề nghiệp. Trong ngữ cảnh giáo dục, STEM nhấn mạnh mối quan hệ giữa các môn Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học; STEM tập trung vào việc tích hợp các môn học, gắn với thực tiễn để nâng cao năng lực cho người học. Trong ngữ cảnh nghề nghiệp, STEM được hiểu là nghề nghiệp thuộc các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học, ví dụ: Nhóm ngành nghề về CNTT; Y sinh; Kỹ thuật, Điện tử và Truyền thông…[8]. Như vậy, tùy từng ngữ cảnh khác nhau mà STEM sẽ được hiểu theo các hướng tiếp cận khác nhau.
Tổ chức uy tín trong lĩnh giáo dục khoa học trên thế giới là Hiệp hội các GV dạy khoa học quốc gia Mỹ (National Science Teachers Association – NSTA) đã đề xuất ra khái niệm giáo dục STEM (STEM education) với cách định nghĩa ban đầu như sau “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 các HS áp dụng các kiến thức trong khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán vào trong 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 năng lực trong lĩnh vực STEM và có thể góp phần vào cạnh tranh trong nền kinh tế mới” [18]. Theo nhiều nhà nghiên cứu, giáo dục STEM được hiểu theo nghĩa là một xu hướng dạy học tích hợp ít nhất 2 trong 4 lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học. Giáo dục STEM là phương pháp tiếp cận, khám phá trong giảng dạy và học tập giữa hai hay nhiều hơn các môn học STEM, hoặc giữa một chủ đề STEM và một hoặc nhiều môn học khác trong nhà trường [4]. Ở ngữ cảnh giáo dục, STEM được hiểu với nghĩa là giáo dục STEM trong đó: 5 Science (Khoa học): Là môn học nhằm phát triển khả năng sử dụng các kiến thức Khoa học (Vật lý, Hóa học, Sinh học và Khoa học trái đất), giúp HS hiểu về thế giới tự nhiên và có thể vận dụng kiến thức đó để giải quyết các vấn đề khoa học trong cuộc sống hàng ngày.
Technology (Công nghệ): Là môn học nhằm phát triển khả năng sử dụng, quản lý, hiểu và đánh giá công nghệ của HS. Môn công nghệ giúp HS hiểu rõ về công nghệ được phát triển như thế nào, cung cấp những kỹ năng để HS có thể phân tích được sự ảnh hưởng của công nghệ mới tới cuộc sống hàng ngày và của cộng đồng. Engineering (Kỹ thuật): Là môn học nhằm phát triển sự hiểu biết ở HS về cách công nghệ đang phát triển thông qua quá trình thiết kế kỹ thuật. Kỹ thuật được tích hợp kiến thức của nhiều môn học giúp cho HS hiểu rõ vấn đề và có thể vận dụng sáng tạo để thiết kế các đối tượng hay hệ thống.
Mathematics (Toán học): Là môn học nhằm phát triển ở HS khả năng phân tích biện luận và truyền đạt ý tưởng một các hiệu quả thông qua việc tính toán, giải thích, các giải pháp giải quyết các vấn đề toán học trong các tình huống đặt ra. Như vậy, cách định nghĩa về giáo dục STEM nói đến một cách tiếp cận liên ngành, liên môn học trong một chương trình đào tạo, cụ thể có bốn lĩnh vực: Khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học. Giáo dục STEM giúp học sinh nhận thấy được tầm quan trọng của kiến thức tổng hợp để vận dụng giải quyết các vấn đề trong công việc. Đặc điểm của giáo dục STEM Theo Nguyễn Thành Hải [6] và nhiều tác giả, trong luận văn này, chúng tôi đưa ra 4 đặc điểm quan trọng khi đề cập tới giáo dục STEM.
Thứ nhất, giáo dục STEM không chỉ thực hiện đầy đủ mục tiêu giáo dục đã nêu trong chương trình giáo dục phổ thông, mà giáo dục STEM còn nhằm phát triển các năng lực đặc thù như khả năng vận dụng những kiến thức, kỹ năng liên quan đến các môn Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học cho HS. Thêm vào đó, giáo dục STEM làm phát triển các năng lực chung cho HS, nhằm chuẩn bị cho HS những cơ hội thách thức trong nền kinh tế cạnh tranh toàn cầu của thế kỷ 21. Với mục tiêu định hướng nghề nghiệp cho HS, giáo dục STEM sẽ tạo cho HS có những kiến thức, 6 kỹ năng mang tính nền tảng cho việc học tập ở các bậc cao hơn cũng như cho nghề nghiệp trong tương lai của HS. Thứ hai, cách tiếp cận của giáo dục STEM là liên ngành chứ không phải chỉ đa ngành.
Mặc dù cũng là có nhiều ngành, nhiều lĩnh vực nhưng “liên ngành” thể hiện sự kết nối và bổ trợ lẫn nhau trong các ngành [12]. Vì nếu chúng ta chỉ có đa ngành và rời rạc thì người học khó có thể tự động kết nối được. Như vậy với mô hình STEM, ngoài việc dạy đa ngành các GV còn phải biết cách liên kết những ngành này lại với nhau tạo ra một mối quan hệ khăng khít giữa chúng. Thứ ba, những lý thuyết được cung cấp bởi các môn học phải có tính liên hệ với thực tế, lồng ghép với các bài học trong thế giới thực.
Qua đó, giáo dục STEM cho phép các người học áp dụng lý thuyết vào thực hành và ngược lại từ thực hành có thể hiểu rõ lý thuyết nhiều hơn. Thứ tư, quá trình giáo dục STEM không chỉ hướng đến vấn đề cụ thể của quốc gia, địa phương mà phải đặt trong mối liên hệ với bối cảnh kinh tế toàn cầu và các xu hướng chung của thế giới, kết nối với cộng đồng tại địa phương và toàn cầu. Trong kỷ nguyên công nghệ, một thế giới phẳng cho phép mọi người có thể kết nối được với nhau thông qua các thiết bị tiên tiến [15]. Do đó, giáo dục STEM phải làm được việc giúp cho người học nắm rõ xu hướng của thế giới, theo kịp những chuyển biến của thế giới.
Các loại hình STEM Hobbs [14] và các cộng sự đã đề cập năm mô hình dạy học STEM (Hình 1.1) dựa trên mức độ tích hợp các môn học và mức độ cộng tác giữa các GV phụ trách từng bộ môn Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán. Mô hình thứ nhất: GV từng bộ môn dạy mỗi môn học riêng rẽ (S-T-E-M) tương tự như cách dạy học riêng lẻ từng môn học đã được áp dụng một thời gian dài tại Việt Nam. Trong mô hình này, các chủ đề được dạy độc lập, rất ít hoặc thậm chí không có sự tích hợp, liên môn. Các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng dạy học với mô hình này tồn tại nhiều hạn chế: HS không hiểu mối liên hệ tự nhiên giữa các môn học (S, T, E, M) trong thực tế và không biết cách áp dụng vào những tình huống cần đến sự phối hợp giữa chúng.
5 mô hình dạy học STEM Mô hình thứ hai: Một GV dạy cả 4 môn học nhưng nhấn mạnh vào một hoặc hai môn. Trong mô hình này, đầu tiên GV sẽ chọn ra tri thức cần dạy từ chương trình của một hoặc hai môn mà mình muốn nhấn mạnh, sau đó dùng nó vào bối cảnh của các môn còn lại trong STEM. Như vậy, hoạt động STEM đóng vai trò như một cách để vận dụng, củng cố cho một tri thức xác định (thuộc một hoặc hai môn chọn trước) mà HS đã được học trong chương trình. Mô hình thứ hai hiện đang đứng đầu về mức độ phổ biến ở Mỹ với hai dạng thường gặp là SteM hoặc sTEm [13].
Mô hình thứ ba: Tích hợp một môn vào ba môn được GV từng bộ môn dạy riêng rẽ. Một dạng thường thấy của mô hình này là tích hợp Kỹ thuật vào dạy học Khoa học, Công nghệ hoặc Toán, tuy nhiên mối liên hệ giữa Khoa học, Công nghệ và Toán lúc này không được xem xét một cách tường minh. Mô hình thứ tư: Một GV dạy tích hợp cả 4 môn học để giải quyết một vấn đề thực tế. Dạng thứ nhất của mô hình này là GV bộ môn của một trong bốn môn S, T, E, M tổ chức hoạt động STEM.
Chẳng hạn, khi có một nội dung giao thoa giữa Công nghệ, Kỹ thuật và Toán tồn tại trong chương trình Khoa học, GV Khoa học sẽ tích hợp T, E, M vào S thông qua tình huống xử lý một vấn đề thực tế nào đó. Dạng thứ hai của mô hình này là STEM được tách ra thành một môn học riêng biệt có GV bộ môn riêng. Hiện nay mô hình này đang được các trường công ở Úc thực hiện khi 8 đưa ra môn tự chọn STEM trong đó HS tập trung vào việc thiết kế các giải pháp kỹ thuật số cho những vấn đề thực tế [5]. Mô hình thứ năm: Chia một chương trình STEM vào từng bộ môn riêng rẽ.
Trong mô hình này, các GV Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán sẽ họp với nhau để xây dựng một hoạt động STEM trong đó mỗi môn đóng góp một phần vào việc giúp HS tạo ra được sản phẩm STEM. Sau đó, HS sẽ được dạy các tri thức, kỹ năng liên quan trong từng môn học và cuối cùng kết hợp chúng lại để tạo nên sản phẩm STEM. Giáo dục STEM ở Việt Nam và trên thế giới 1. Giáo dục STEM trên thế giới Dưới góc nhìn lịch sử, khái niệm về giáo dục STEM thực ra đã tồn tại từ khá lâu trước khi nó được chú ý như ngày nay.
Biểu hiện đầu tiên là việc thành lập các trường Đại học kỹ thuật tại Châu Âu trong thế kỷ 19 như: Napoleon’s School for Industry (1806-1815), Rensselaer Polytechnic Institute (1824), Vocational Education Act (1917), Land Grant Act (1862), đây có thể được coi là những trường có các ngành nghề STEM đầu tiên trên thế giới được đào tạo ở bậc cao. Tuy nhiên, phải cho tới những năm gần đây, giáo dục STEM cho bậc học phổ thông mới dần được chú trọng. Trên toàn thế giới, các nhà lãnh đạo, các nhà khoa học đều nhấn mạnh vai trò của giáo dục STEM.