Dạy Học Sinh Học Trung Học Phổ Thông Theo Định Hướng Giáo Dục STEM

Tìm hiểu phương pháp dạy học Sinh học THPT theo định hướng STEM. Phát triển năng lực giải quyết vấn đề sáng tạo cho học sinh hiệu quả nhất. Xem ngay!

• Tác giả: Lê Thanh Hà
• Người hướng dẫn: PGS. Phan Thị Thanh Hội
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Hà Nội
• Chuyên ngành: Lí luận và PPDH bộ môn Sinh học
• Đề tài: Dạy học Sinh học Trung học phổ thông theo định hướng Giáo dục STEM
• Loại tài liệu: Luận án Tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 0.1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
• 0.1.1. Tổng quan các nghiên cứu liên quan đến đề tài
• 0.1.2. Nghiên cứu về giáo dục STEM
• 0.1.3. Nghiên cứu về dạy học theo định hướng giáo dục STEM
• 0.1.4. Nghiên cứu về năng lực GQVĐ&ST trong dạy học
• 0.1.5. STEM và Giáo dục STEM
• 0.1.6. Mô hình dạy học theo định hướng giáo dục STEM
• 0.1.7. Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo trong dạy học Sinh học theo định hướng giáo dục STEM
• 0.1.8. Cơ sở thực tiễn của đề tài
• 0.1.9. Mục đích khảo sát
• 0.1.10. Đối tượng, thời gian và nội dung khảo sát
• 0.1.11. Công cụ khảo sát
• 0.1.12. Phương thức khảo sát
• 0.1.13. Kết quả khảo sát và phân tích
• 0.1.14. Tiểu kết chương 1
• 0.2. DẠY HỌC SINH HỌC THPT THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ VÀ SÁNG TẠO CHO HỌC SINH
• 0.2.1. Phân tích chương trình môn Sinh học 2018
• 0.2.2. Phân tích mục tiêu chương trình môn Sinh học
• 0.2.3. Phân tích cấu trúc chương trình môn Sinh học
• 0.2.4. Xác định các vấn đề STEM trong dạy học Sinh học
• 0.2.5. Nguyên tắc xác định vấn đề STEM trong dạy học Sinh học
• 0.2.6. Quy trình xác định các vấn đề STEM trong dạy học Sinh học
• 0.2.7. Xây dựng kế hoạch bài dạy và tổ chức dạy học Sinh học theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo
• 0.2.8. Nguyên tắc xây dựng kế hoạch bài dạy và tổ chức dạy học
• 0.2.9. Quy trình xây dựng kế hoạch bài dạy theo định hướng giáo dục STEM
• 0.2.10. Tổ chức dạy học Sinh học theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho học sinh
• 0.2.11. Đánh giá năng lực trong dạy học Sinh học theo định hướng giáo dục STEM
• 0.2.12. Nguyên tắc đánh giá năng lực
• 0.2.13. Quy trình đánh giá năng lực sinh học
• 0.2.14. Quy trình đánh giá năng lực GQVĐ&ST
• 0.2.15. Tiểu kết chương 2
• 0.3. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM
• 0.3.1. Mục đích thực nghiệm
• 0.3.2. Đối tượng thực nghiệm
• 0.3.3. Thời gian, nội dung, phương pháp và tổ chức thực nghiệm
• 0.3.4. Thu thập dữ liệu và xử lí kết quả thực nghiệm
• 0.3.5. Kết quả thực nghiệm và thảo luận
• 0.3.6. Kết quả thực nghiệm khảo sát
• 0.3.7. Kết quả thực nghiệm chính thức
• 0.3.8. Tiểu kết chương 3
• 1. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
• 1.1. Tổng quan các nghiên cứu liên quan đến đề tài
• 1.2. Nghiên cứu về giáo dục STEM
• 1.3. Nghiên cứu về dạy học theo định hướng giáo dục STEM
• 1.4. Nghiên cứu về năng lực GQVĐ&ST trong dạy học
• 1.5. STEM và Giáo dục STEM
• 1.6. Mô hình dạy học theo định hướng giáo dục STEM
• 1.7. Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo trong dạy học Sinh học theo định hướng giáo dục STEM
• 1.8. Cơ sở thực tiễn của đề tài
• 1.9. Mục đích khảo sát
• 1.10. Đối tượng, thời gian và nội dung khảo sát
• 1.11. Công cụ khảo sát
• 1.12. Phương thức khảo sát
• 1.13. Kết quả khảo sát và phân tích
• 1.14. Tiểu kết chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: DẠY HỌC SINH HỌC THPT THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ VÀ SÁNG TẠO CHO HỌC SINH
• 2.1. Phân tích chương trình môn Sinh học 2018
• 2.2. Phân tích mục tiêu chương trình môn Sinh học
• 2.3. Phân tích cấu trúc chương trình môn Sinh học
• 2.4. Xác định các vấn đề STEM trong dạy học Sinh học
• 2.5. Nguyên tắc xác định vấn đề STEM trong dạy học Sinh học
• 2.6. Quy trình xác định các vấn đề STEM trong dạy học Sinh học
• 2.7. Xây dựng kế hoạch bài dạy và tổ chức dạy học Sinh học theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo
• 2.8. Nguyên tắc xây dựng kế hoạch bài dạy và tổ chức dạy học
• 2.9. Quy trình xây dựng kế hoạch bài dạy theo định hướng giáo dục STEM
• 2.10. Tổ chức dạy học Sinh học theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho học sinh
• 2.11. Đánh giá năng lực trong dạy học Sinh học theo định hướng giáo dục STEM
• 2.12. Nguyên tắc đánh giá năng lực
• 2.13. Quy trình đánh giá năng lực sinh học
• 2.14. Quy trình đánh giá năng lực GQVĐ&ST
• 2.15. Tiểu kết chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM
• 3.1. Mục đích thực nghiệm
• 3.2. Đối tượng thực nghiệm
• 3.3. Thời gian, nội dung, phương pháp và tổ chức thực nghiệm
• 3.4. Thu thập dữ liệu và xử lí kết quả thực nghiệm
• 3.5. Kết quả thực nghiệm và thảo luận
• 3.6. Kết quả thực nghiệm khảo sát
• 3.7. Kết quả thực nghiệm chính thức
• 3.8. Tiểu kết chương 3
• KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
• CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Dạy Học Sinh Học STEM Cách Tiếp Cận Mới 55

Dạy học Sinh học STEM là một hướng đi mới trong giáo dục hiện nay, nhằm mục tiêu phát triển toàn diện năng lực của học sinh. Theo đó, học sinh không chỉ nắm vững kiến thức Sinh học THPT mà còn được trang bị các kỹ năng cần thiết để giải quyết các vấn đề thực tiễn. Giáo dục STEM nhấn mạnh tính tích hợp liên môn, giúp học sinh thấy được mối liên hệ giữa các môn học và ứng dụng chúng vào cuộc sống. Sự kết hợp giữa Sinh học và STEM tạo ra một môi trường học tập năng động, sáng tạo, khuyến khích học sinh khám phá và tìm tòi. Theo nghiên cứu của Lê Thanh Hà (2023), việc áp dụng STEM trong dạy học Sinh học có thể thúc đẩy sự hứng thú và động lực học tập của học sinh.

1.1. Lịch sử phát triển của giáo dục STEM trên thế giới

Giáo dục STEM bắt nguồn từ Hoa Kỳ vào những năm 2000, nhằm đáp ứng nhu cầu nguồn nhân lực chất lượng cao trong các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học. Sự ra đời của STEM được thúc đẩy bởi nhận thức về sự tụt hậu của Hoa Kỳ so với các quốc gia khác như Trung Quốc và Ấn Độ trong lĩnh vực khoa học và công nghệ. Sau đó, mô hình giáo dục này nhanh chóng lan rộng ra nhiều quốc gia trên thế giới, trở thành một xu hướng giáo dục quan trọng. Các quỹ tài trợ bắt đầu tập trung vào các lĩnh vực liên quan tới STEM, đồng thời trọng tâm giáo dục của Hoa Kì chính thức mở rộng thành bốn lĩnh vực S-T-E-M thay vì chỉ tập trung vào Toán và Khoa học như trước đây.

1.2. Vai trò của Sinh học trong giáo dục STEM

Sinh học là một môn khoa học tự nhiên quan trọng, có nhiều ứng dụng trong cuộc sống. Việc tích hợp Sinh học vào giáo dục STEM giúp học sinh hiểu rõ hơn về thế giới tự nhiên, đồng thời phát triển các kỹ năng quan trọng như tư duy phản biện, giải quyết vấn đề và sáng tạo. Môn học này cung cấp nền tảng kiến thức vững chắc cho các lĩnh vực STEM khác, đồng thời giúp học sinh khám phá các vấn đề thực tiễn liên quan đến sức khỏe, môi trường và công nghệ sinh học. Áp dụng GD STEM trong DH Sinh học vừa giúp đạt được các mục tiêu của môn học, mang đến nhiều cơ hội cho HS kết nối các kiến thức sinh học với các môn học S-T-E-M khác để GQVĐ thực tiễn, giúp HS phát triển các NL sinh học đồng thời phát triển các NL chung, đặc biệt là NL GQVĐ&ST.

II. Thách Thức và Cơ Hội Trong Dạy Học Sinh Học STEM 58

Mặc dù dạy học Sinh học theo định hướng STEM mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng đặt ra không ít thách thức cho giáo viên và học sinh. Một trong những thách thức lớn nhất là việc thiết kế các bài giảng tích hợp, đảm bảo tính khoa học, sư phạm và phù hợp với trình độ của học sinh. Bên cạnh đó, việc đánh giá năng lực của học sinh trong môi trường STEM cũng đòi hỏi sự đổi mới và sáng tạo. Tuy nhiên, những thách thức này cũng chính là cơ hội để giáo viên và học sinh phát triển bản thân, nâng cao trình độ chuyên môn và kỹ năng. Theo Lê Thanh Hà (2023), cần có những nghiên cứu sâu hơn về đánh giá trong GD STEM để đảm bảo hiệu quả và công bằng.

2.1. Vấn đề thiếu hụt nguồn lực và trang thiết bị cho STEM

Một trong những rào cản lớn nhất đối với việc triển khai dạy học Sinh học STEM là sự thiếu hụt về nguồn lực và trang thiết bị. Các trường học, đặc biệt là ở vùng sâu vùng xa, thường gặp khó khăn trong việc đầu tư cơ sở vật chất, phòng thí nghiệm và các công cụ hỗ trợ giảng dạy STEM. Điều này ảnh hưởng đến chất lượng dạy và học, hạn chế khả năng thực hành và trải nghiệm của học sinh. Để giải quyết vấn đề này, cần có sự hỗ trợ từ nhà nước, các tổ chức phi chính phủ và doanh nghiệp, nhằm cung cấp nguồn lực và trang thiết bị cần thiết cho các trường học.

2.2. Đổi mới phương pháp đánh giá năng lực học sinh STEM

Đánh giá năng lực học sinh trong môi trường STEM không chỉ dừng lại ở việc kiểm tra kiến thức lý thuyết, mà còn phải đánh giá khả năng vận dụng kiến thức vào giải quyết các vấn đề thực tiễn. Cần có những phương pháp đánh giá đa dạng, linh hoạt, như đánh giá dự án, đánh giá sản phẩm, đánh giá quá trình làm việc nhóm và đánh giá khả năng thuyết trình. Điều này giúp đánh giá toàn diện năng lực của học sinh, đồng thời khuyến khích học sinh phát huy tính sáng tạo và tư duy phản biện. Đánh giá trong GD STEM mới bắt đầu được nghiên cứu, là mảng còn hạn chế và cần những nghiên cứu sâu hơn trong tương lai.

III. Cách Phát Triển Năng Lực Giải Quyết Vấn Đề STEM 57

Năng lực giải quyết vấn đề là một trong những năng lực quan trọng nhất mà dạy học Sinh học STEM hướng đến. Để phát triển năng lực này, giáo viên cần tạo ra các tình huống có vấn đề, khuyến khích học sinh sử dụng kiến thức liên môn để tìm ra giải pháp. Đồng thời, giáo viên cần hướng dẫn học sinh cách phân tích vấn đề, thu thập thông tin, đưa ra giả thuyết, thiết kế thí nghiệm và đánh giá kết quả. Quá trình giải quyết vấn đề không chỉ giúp học sinh nắm vững kiến thức mà còn rèn luyện tư duy logic, sáng tạo và khả năng làm việc nhóm. Việc DH Sinh học cần được tiếp tục coi trọng và đẩy mạnh hơn nữa.

3.1. Xây dựng tình huống có vấn đề trong bài giảng STEM

Tình huống có vấn đề là yếu tố then chốt trong dạy học Sinh học STEM. Tình huống này phải gắn liền với thực tiễn, có tính thách thức và đòi hỏi học sinh phải vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết. Ví dụ, một tình huống có vấn đề có thể là: “Làm thế nào để giảm thiểu ô nhiễm môi trường do rác thải nhựa?”. Giáo viên cần hướng dẫn học sinh cách xác định vấn đề, thu thập thông tin, phân tích nguyên nhân và đề xuất các giải pháp khả thi. Sự tham gia của học sinh vào các hoạt động khám phá, trải nghiệm, vận dụng kiến thức để phát hiện và GQVĐ liên quan tới thế giới thực; từ đó phát triển NL cho HS.

3.2. Hướng dẫn học sinh thiết kế và thực hiện thí nghiệm STEM

Thí nghiệm là một phần quan trọng trong dạy học Sinh học STEM, giúp học sinh kiểm chứng các giả thuyết và thu thập dữ liệu thực nghiệm. Giáo viên cần hướng dẫn học sinh cách thiết kế thí nghiệm, lựa chọn vật liệu, tiến hành thí nghiệm một cách khoa học và an toàn, đồng thời phân tích và đánh giá kết quả. Quá trình thực hiện thí nghiệm giúp học sinh rèn luyện kỹ năng thực hành, tư duy logic và khả năng làm việc nhóm. Cùng với sự phát triển của Cách mạng công nghiệp 4.0, Sinh học đã đạt được những thành tựu đáng chú ý về lí thuyết cũng như công nghệ hiện đại phục vụ cuộc sống của con người. Do đó việc DH Sinh học cần được tiếp tục coi trọng và đẩy mạnh hơn nữa.

IV. Phương Pháp Dạy Học Tích Hợp STEM Hiệu Quả Nhất 59

Dạy học tích hợp là một phương pháp quan trọng trong dạy học Sinh học STEM, giúp học sinh thấy được mối liên hệ giữa các môn học và ứng dụng chúng vào giải quyết các vấn đề thực tiễn. Phương pháp này đòi hỏi giáo viên phải có kiến thức liên môn vững chắc, đồng thời có khả năng thiết kế các bài giảng tích hợp, hấp dẫn và phù hợp với trình độ của học sinh. Dạy học tích hợp không chỉ giúp học sinh nắm vững kiến thức mà còn phát triển tư duy sáng tạo, khả năng làm việc nhóm và kỹ năng giao tiếp. Việc DH Sinh học cần được tiếp tục coi trọng và đẩy mạnh hơn nữa.

4.1. Tìm kiếm và lựa chọn chủ đề tích hợp STEM trong Sinh học

Việc lựa chọn chủ đề tích hợp là bước quan trọng trong dạy học Sinh học STEM. Chủ đề này phải phù hợp với nội dung chương trình, có tính thực tiễn cao và liên quan đến nhiều lĩnh vực khác nhau. Ví dụ, chủ đề “Ứng dụng của vi sinh vật trong sản xuất thực phẩm” có thể tích hợp kiến thức Sinh học, Hóa học, Công nghệ và Toán học. Giáo viên cần nghiên cứu kỹ nội dung chương trình, tìm hiểu các vấn đề thực tiễn và lựa chọn chủ đề phù hợp. Sinh học là một trong các môn học nền tảng của lĩnh vực khoa học tự nhiên, có vai trò quan trọng trong triển khai GD STEM.

4.2. Thiết kế bài giảng tích hợp STEM sáng tạo và hiệu quả

Bài giảng tích hợp phải được thiết kế một cách khoa học, sư phạm và phù hợp với trình độ của học sinh. Giáo viên cần xác định rõ mục tiêu bài giảng, nội dung kiến thức cần truyền tải, các hoạt động học tập và phương pháp đánh giá. Bài giảng nên có tính tương tác cao, khuyến khích học sinh tham gia vào các hoạt động khám phá, trải nghiệm và giải quyết vấn đề. Bên cạnh đó, bài giảng cần sử dụng các công cụ hỗ trợ giảng dạy hiện đại, như video, hình ảnh, phần mềm mô phỏng và các ứng dụng trực tuyến. Áp dụng GD STEM trong DH Sinh học vừa giúp đạt được các mục tiêu của môn học, mang đến nhiều cơ hội cho HS kết nối các kiến thức sinh học với các môn học S-T-E-M khác để GQVĐ thực tiễn.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn Dạy Học Sinh Học STEM THPT 60

Việc ứng dụng dạy học Sinh học STEM trong trường THPT mang lại nhiều lợi ích thiết thực cho học sinh. Học sinh không chỉ nắm vững kiến thức mà còn phát triển các kỹ năng quan trọng như tư duy phản biện, giải quyết vấn đề, sáng tạo và làm việc nhóm. Bên cạnh đó, STEM cũng giúp học sinh định hướng nghề nghiệp, chuẩn bị cho tương lai trong bối cảnh Cách mạng công nghiệp 4.0. Việc DH Sinh học cần được tiếp tục coi trọng và đẩy mạnh hơn nữa.

5.1. Giới thiệu các dự án STEM Sinh học THPT thành công

Có rất nhiều dự án STEM Sinh học THPT đã được triển khai thành công, mang lại những kết quả ấn tượng. Ví dụ, dự án “Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải bằng thực vật” giúp học sinh hiểu rõ hơn về vai trò của thực vật trong việc bảo vệ môi trường. Dự án “Chế tạo thiết bị lọc nước đơn giản” giúp học sinh vận dụng kiến thức Sinh học, Hóa học và Công nghệ để giải quyết vấn đề ô nhiễm nguồn nước. Các dự án này không chỉ giúp học sinh nắm vững kiến thức mà còn phát triển các kỹ năng thực hành, tư duy sáng tạo và khả năng làm việc nhóm. Cần có những nghiên cứu sâu hơn về đánh giá trong GD STEM để đảm bảo hiệu quả và công bằng.

5.2. Kinh nghiệm triển khai STEM từ các trường THPT

Nhiều trường THPT đã có những kinh nghiệm quý báu trong việc triển khai dạy học Sinh học STEM. Các trường này thường chú trọng đến việc xây dựng đội ngũ giáo viên có trình độ chuyên môn cao, đầu tư cơ sở vật chất hiện đại và thiết kế các chương trình học tập phù hợp. Bên cạnh đó, các trường cũng tạo điều kiện cho học sinh tham gia các hoạt động ngoại khóa, câu lạc bộ khoa học và các cuộc thi STEM, giúp học sinh phát huy tối đa tiềm năng của mình. Sinh học là một trong các môn học nền tảng của lĩnh vực khoa học tự nhiên, có vai trò quan trọng trong triển khai GD STEM.

VI. Tương Lai Dạy Học Sinh Học STEM Hướng Phát Triển 58

Trong tương lai, dạy học Sinh học STEM sẽ tiếp tục phát triển và đổi mới, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội. Xu hướng STEM sẽ tập trung vào việc ứng dụng công nghệ thông tin, trí tuệ nhân tạo và các lĩnh vực khoa học tiên tiến khác vào giảng dạy. Đồng thời, STEM cũng sẽ chú trọng đến việc phát triển các kỹ năng mềm cho học sinh, như kỹ năng giao tiếp, làm việc nhóm, tư duy phản biện và khả năng thích ứng với sự thay đổi. Cần có những nghiên cứu sâu hơn về đánh giá trong GD STEM để đảm bảo hiệu quả và công bằng.

6.1. Ứng dụng công nghệ thông tin trong bài giảng STEM

Công nghệ thông tin đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng dạy học Sinh học STEM. Giáo viên có thể sử dụng các phần mềm mô phỏng, ứng dụng trực tuyến, video và hình ảnh để minh họa các khái niệm phức tạp, giúp học sinh dễ hiểu và ghi nhớ kiến thức. Bên cạnh đó, công nghệ thông tin cũng giúp tạo ra các môi trường học tập tương tác, khuyến khích học sinh tham gia vào các hoạt động khám phá, trải nghiệm và giải quyết vấn đề. Hiện nay GD STEM đang được thúc đẩy ở nhiều quốc gia trên thế giới và được coi là một trong các biện pháp phát triển nguồn lao động chất lượng thuộc các ngành nghề liên quan đến STEM, đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế trong xu hướng của Cách mạng công nghiệp lần thứ tư.

6.2. Phát triển kỹ năng mềm cho học sinh trong môi trường STEM

Kỹ năng mềm là yếu tố quan trọng giúp học sinh thành công trong học tập và công việc. Trong môi trường STEM, học sinh cần được trang bị các kỹ năng như giao tiếp, làm việc nhóm, tư duy phản biện, giải quyết vấn đề và khả năng thích ứng với sự thay đổi. Giáo viên cần tạo ra các hoạt động học tập khuyến khích học sinh phát huy các kỹ năng này, giúp học sinh trở thành những công dân toàn cầu có khả năng cạnh tranh trong thị trường lao động. Rèn luyện các phẩm chất, NL cho người học, bao gồm 5 phẩm chất chủ yếu, 3 NL chung và 7 NL đặc thù là mục tiêu cốt lõi của CTGDPT 2018

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ khoa học giáo dục với đề tài "Dạy học Sinh học Trung học phổ thông theo định hướng giáo dục STEM", chuyên ngành Lí luận và Phương pháp dạy học bộ môn Sinh học (Mã số: 9.11), do nghiên cứu sinh Lê Thanh Hà thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Hà Nội năm 2023, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Phan Thị Thanh Hội và TS. Điêu Thị Mai Hoa.

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Chương trình Giáo dục phổ thông (CTGDPT) 2018 đặt mục tiêu cốt lõi là hình thành và phát triển cho học sinh 5 phẩm chất chủ yếu, 3 năng lực chung và 7 năng lực đặc thù. Để hiện thực hóa mục tiêu này, quá trình tổ chức dạy học trong các nhà trường đòi hỏi phải chuyển dịch mạnh mẽ theo hướng tích cực hóa hoạt động học tập, tăng cường khám phá, trải nghiệm và vận dụng tri thức giải quyết các vấn đề thực tiễn. Giáo dục STEM (Khoa học – Công nghệ – Kĩ thuật – Toán học) là mô hình giáo dục giúp nâng cao hứng thú đối với các môn khoa học, đồng thời rèn luyện các kỹ năng tiến trình và kỹ năng thế kỷ 21 cho người học.

Tại Việt Nam, các văn bản chỉ đạo của Chính phủ và Bộ Giáo dục và Đào tạo (Chỉ thị số 16/CT-TTg năm 2017, Quyết định số 522/QĐ-TTg năm 2018, CTGDPT 2018, Công văn số 3089/BGDĐT-GDTrH năm 2020) đã định hướng thúc đẩy giáo dục STEM trong trường phổ thông. Sinh học là môn học thuộc lĩnh vực khoa học tự nhiên, sở hữu nhiều nội dung gắn liền với các ứng dụng công nghệ hiện đại phục vụ đời sống. Tuy nhiên, tác giả chỉ ra khoảng trống nghiên cứu thực tế: các công trình về mô hình dạy học theo định hướng giáo dục STEM và việc vận dụng vào môn Sinh học ở cấp THPT còn hạn chế; chưa có quy trình dạy học đồng bộ cũng như khung tiêu chí đánh giá đầy đủ sự phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo (GQVĐ&ST) của học sinh thông qua môn học này.

Mục tiêu nghiên cứu và giả thuyết khoa học

• Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu đề xuất mô hình dạy học theo định hướng giáo dục STEM làm cơ sở thiết kế các quy trình (xây dựng vấn đề STEM, giải quyết vấn đề STEM, xây dựng và thực hiện kế hoạch bài dạy) và vận dụng các quy trình đó trong dạy học Sinh học cấp THPT nhằm phát triển năng lực sinh học, đồng thời phát triển năng lực GQVĐ&ST cho học sinh.
• Giả thuyết khoa học: Nếu đề xuất được mô hình dạy học theo định hướng giáo dục STEM làm cơ sở thiết kế các quy trình (xây dựng vấn đề STEM, giải quyết vấn đề STEM, xây dựng và thực hiện kế hoạch bài dạy) và vận dụng các quy trình đó trong dạy học Sinh học cấp THPT thì sẽ phát triển được năng lực sinh học, đồng thời phát triển năng lực GQVĐ&ST.

Đối tượng, khách thể và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu: Mô hình dạy học theo định hướng giáo dục STEM, các vấn đề STEM, quy trình xây dựng các vấn đề STEM, quy trình giải quyết các vấn đề STEM, quy trình xây dựng kế hoạch và tổ chức dạy học Sinh học theo định hướng giáo dục STEM, năng lực GQVĐ&ST.
• Khách thể nghiên cứu: Quá trình dạy học môn Sinh học theo định hướng giáo dục STEM.
• Phạm vi nghiên cứu:
  • Về nội dung: Tập trung vào nội dung dạy học Sinh học cấp THPT và năng lực GQVĐ&ST.
  • Về thực nghiệm sư phạm: Tiến hành dạy học thực nghiệm 3 bài học trong chương trình môn Sinh học lớp 11 tại 3 trường THPT trên địa bàn thành phố Hà Nội.

Nhiệm vụ nghiên cứu

Luận án xác định 6 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

1. Nghiên cứu cơ sở lí luận về giáo dục STEM, mô hình dạy học theo định hướng giáo dục STEM, vấn đề STEM, năng lực GQVĐ&ST.
2. Khảo sát thực trạng dạy học môn Sinh học theo định hướng giáo dục STEM, quan điểm và việc triển khai giáo dục STEM của giáo viên; thực trạng tham gia và thái độ của học sinh đối với các hoạt động dạy học theo định hướng giáo dục STEM.
3. Xây dựng khung năng lực GQVĐ&ST trong dạy học Sinh học theo định hướng giáo dục STEM làm cơ sở xây dựng các tiêu chí đánh giá năng lực này.
4. Xây dựng mô hình dạy học Sinh học theo định hướng giáo dục STEM.
5. Xây dựng các quy trình: xác định vấn đề STEM, giải quyết vấn đề STEM, xây dựng kế hoạch bài dạy và tổ chức dạy học Sinh học theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực sinh học và năng lực GQVĐ&ST.
6. Thực nghiệm sư phạm để kiểm chứng tính khả thi và hiệu quả của quy trình tổ chức dạy học Sinh học theo định hướng giáo dục STEM đã đề xuất.

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trước đây được tác giả điểm lại

Tác giả đã hệ thống hóa các tài liệu nghiên cứu trong nước và quốc tế theo ba nhóm vấn đề chính:

Hướng nghiên cứu	Các công trình và tác giả tiêu biểu được tổng thuật
Nghiên cứu về giáo dục STEM và chính sách phát triển	- Quốc tế: Tổng quan các giai đoạn 2007-2010, 2013-2015 trên 8 tạp chí và 2000-2018 trên 36 tạp chí; bộ sách Advances in STEM Education; chính sách tại Hoa Kỳ (tập trung nâng cao năng lực dạy học STEM cho GV, mô hình trường trung học STEM); Úc (kế hoạch đến năm 2030, mở rộng STEAM, STEMM, STEM-HASS); Anh, Đức (chiến lược gắn với Công nghiệp 4.0); khối GCC; Hàn Quốc (cải cách STEAM kết hợp nghệ thuật); Trung Quốc; Malaysia. - Việt Nam: Ngày hội STEM quốc gia (2015); dự án thí điểm của Hội đồng Anh (2016-2017) tại 14 trường THCS và THPT; dự án STEM on the Move (2018-2019); các công trình nghiên cứu về thực hiện giáo dục STEM gắn với đổi mới giáo dục.
Nghiên cứu về dạy học theo định hướng giáo dục STEM	- Quốc tế: Bybee (2010, 2013) về thách thức và khung bài học STEM; Bộ tiêu chuẩn Khoa học thế hệ tiếp theo của Hoa Kỳ (NGSS) với 8 thực hành khoa học và kỹ thuật (STEM practices) theo 2 hướng: tìm tòi khoa học (inquiry-based) và thiết kế kĩ thuật (engineering design-based); Zhou (2022) về 3 nguyên tắc tích hợp STEM trong dạy Sinh học (tích hợp, thực hành, xã hội); các mô hình tích hợp của Hobb & Thibaut, Kelley & Knowles (2016), Roehrig và cộng sự (2021). - Việt Nam: Luận án của Lê Xuân Quang (2017) về môn Công nghệ; Nguyễn Thị Thùy Trang (2021) về đào tạo sinh viên sư phạm Hóa học; Lê Hải Mỹ Ngân (2022) về chủ đề STEM robotics ở THCS; các bài viết thiết kế chủ đề STEM Sinh học lớp 10 và 11.
Nghiên cứu về năng lực GQVĐ&ST trong dạy học	- Quốc tế: Polya (1957), Bransford & Stein (1984), Mayer (1992), Oser & Baeriswyl (2001), Wu & Adams (2006), Windschitl và cộng sự (2008), PISA/OECD (2013), Osborne (2013), Merrill và cộng sự (2017), Priemer và cộng sự (2019), Orhan & Pektaş (2022) về cấu trúc giải quyết vấn đề và sự kết hợp yếu tố sáng tạo. - Việt Nam: Phan Thị Thanh Hội và cộng sự (2018) về môn Sinh học; Trần Thị Huế & Nguyễn Đức Dũng (2018), Lê Thị Đặng Chi & Trần Trung Ninh (2018), Nguyễn Ngọc Duy (2018), Nông Thủy Kiều và cộng sự (2019), Chu Văn Tiềm & Đào Thị Việt Anh (2021) trong môn Hóa học; Hoàng Thị Thanh (2018), Nguyễn Văn Biên và cộng sự (2020) trong môn Toán và Vật lí.

Khoảng trống nghiên cứu luận án lựa chọn giải quyết

Từ việc tổng quan các tài liệu trên, tác giả xác định các khoảng trống học thuật cần tiếp tục giải quyết bao gồm:

• Thiếu một mô hình dạy học theo định hướng giáo dục STEM mang tính hệ thống được cấu trúc hóa rõ ràng để áp dụng cụ thể cho môn Sinh học cấp THPT theo CTGDPT 2018.
• Chưa có quy trình chuẩn hóa về việc xác định vấn đề STEM xuất phát từ nội dung môn Sinh học gắn với các bối cảnh thực tiễn thời đại, cũng như quy trình giải quyết vấn đề STEM trong môn học.
• Chưa có quy trình thiết kế bài dạy và tổ chức dạy học trọn vẹn nhằm phát triển đồng thời năng lực đặc thù môn Sinh học và năng lực chung GQVĐ&ST.
• Thiếu bộ công cụ đánh giá chi tiết với các tiêu chí, chỉ báo (rubrics) và thang đo chuẩn hóa để đo lường định lượng và theo dõi đường phát triển năng lực GQVĐ&ST của học sinh trong dạy học Sinh học THPT.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và các khái niệm cốt lõi

1. Khái niệm Giáo dục STEM: Dựa trên định nghĩa của CTGDPT 2018, luận án xác định: "Giáo dục STEM là tiếp cận dạy học liên môn, trong đó học sinh kết nối các kiến thức khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học để giải quyết các vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể."
2. Khái niệm Vấn đề STEM: Luận án định nghĩa: "Vấn đề STEM là các vấn đề mở, gắn với bối cảnh cụ thể trong cuộc sống hoặc được mô phỏng lại vấn đề thực, yêu cầu học sinh áp dụng những kiến thức, kĩ năng thuộc lĩnh vực S-T-E-M khác nhau để giải quyết, nhằm đạt được mục tiêu dạy học cụ thể về phát triển năng lực môn học, đồng thời phát triển các phẩm chất, năng lực chung, đặc biệt là năng lực GQVĐ&ST."
3. Phân loại giáo dục STEM vi mô trong nhà trường: Luận án tổng hợp việc phân loại theo 4 tiêu chí:
   • Theo lĩnh vực tham gia: STEM đầy đủ (huy động cả 4 lĩnh vực) và STEM khuyết (không cần đủ 4 lĩnh vực).
   • Theo mục đích dạy học: STEM kiến tạo (chiếm lĩnh tri thức mới qua giải quyết vấn đề) và STEM vận dụng (áp dụng kiến thức đã học).
   • Theo mức độ bám sát chương trình: STEM cơ bản (bám sát CTGDPT, trọng tâm là thực hành, thí nghiệm) và STEM mở rộng (vượt khung CTGDPT).
   • Theo hình thức tổ chức: Bài học STEM trong môn học, hoạt động trải nghiệm STEM, nghiên cứu khoa học kỹ thuật.
4. Các mức độ tích hợp STEM: Vận dụng khung lý thuyết của Vasquez và cộng sự (2013) gồm 4 cấp độ: tích hợp nội môn, tích hợp đa môn, tích hợp liên môn và tích hợp xuyên môn.
5. Mô hình học tập khám phá: Kế thừa mô hình 5E của Bybee, mô hình 6E của Yata và cộng sự (2016), và mô hình giảng dạy khoa học CISD (Connect – Investigate – Synthesize – Demonstrate) trong giáo trình California Miller và Levine Biology (2019).
6. Mô hình tích hợp STEM: Phân tích các mô hình của Hobb & Thibaut, khung khái niệm tích hợp STEM của Kelley & Knowles (2016) gồm 4 ròng rọc (S-T-E-M) kết nối qua sợi dây cộng đồng để nâng tải tình huống học tập, và mô hình 7 yếu tố của Roehrig và cộng sự (2021).
7. Khái niệm Năng lực và Năng lực GQVĐ&ST: Tổng hợp định nghĩa theo 3 nhóm quan điểm (thuộc tính tâm lý cá nhân của Covaliov, Nguyễn Trọng Khanh; khả năng huy động kiến thức/kỹ năng/thái độ của UNESCO-IBE, John Erpenbeck, Weitnert, Phạm Minh Hạc; tập hợp trật tự các kỹ năng tác động lên tình huống của Rogiers) và định nghĩa tích hợp của CTGDPT 2018.

Phương pháp nghiên cứu thực tế

Luận án kết hợp phương pháp nghiên cứu định tính và định lượng:

• Phương pháp phân tích và tổng hợp lí thuyết, hệ thống hóa: Khảo cứu tài liệu, xây dựng khung lý thuyết, xác định mô hình và các quy trình dạy học.
• Phương pháp khảo sát thực tiễn:
  • Khảo sát giáo viên: Sử dụng bảng hỏi đối với 285 giáo viên THPT đang dạy các môn Toán, Vật lí, Hóa học, Sinh học, Tin học, Công nghệ; phỏng vấn sâu 11 giáo viên môn Sinh học.
  • Khảo sát học sinh: Sử dụng bảng hỏi điều tra 382 học sinh tại 3 trường THPT ở Hà Nội (THPT Olympia, THPT Lý Thường Kiệt, THPT Minh Khai).
• Phương pháp tham vấn chuyên gia: Lấy ý kiến trực tiếp, phiếu nhận xét và tổ chức các buổi hội thảo seminar với các giảng viên, nhà khoa học, chuyên gia giáo dục và giáo viên phổ thông có kinh nghiệm về mô hình dạy học, quy trình bài dạy và khung năng lực.
• Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Tổ chức dạy học thực nghiệm theo 2 giai đoạn:
  • Thực nghiệm khảo sát (lần 1): Tiến hành tại trường THPT Olympia trên 33 học sinh lớp 10 năm học 2020 - 2021 nhằm đánh giá tính khả thi của quy trình dạy học.
  • Thực nghiệm chính thức (lần 2): Tiến hành tại 3 trường THPT (THPT Olympia, THPT Lý Thường Kiệt, THPT Minh Khai) trong năm học 2021 - 2022 với 3 bài học thực nghiệm môn Sinh học lớp 11 để đo lường sự phát triển năng lực GQVĐ&ST.
• Phương pháp thống kê toán học: Dùng phần mềm SPSS phiên bản 26.0 để xử lý dữ liệu: thống kê mô tả, vẽ đồ thị Boxplot, kiểm định độ tin cậy thang đo, kiểm định sự tương đồng phương sai, kiểm định Robust về sự bằng nhau của giá trị trung bình, và thực hiện phép kiểm định so sánh cặp Paired Samples T-Test.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài

Chương 1 tập trung thiết lập nền tảng lý thuyết và đánh giá hiện trạng thực tiễn:

1. Tổng quan nghiên cứu: Phân tích bức tranh toàn cảnh về giáo dục STEM quốc tế và Việt Nam; chỉ rõ xu hướng chuyển đổi từ dạy học đơn môn sang dạy học tích hợp giải quyết vấn đề thế giới thực.
2. Xây dựng mô hình dạy học theo định hướng giáo dục STEM: Đề xuất mô hình tích hợp gồm 3 thành phần liên kết chặt chẽ:
   • Nội dung dạy học: Kết nối nội dung các môn học STEM (Sinh học, Hóa học, Vật lí, Khoa học tự nhiên, Công nghệ, Tin học, Toán) gắn với 6 nhóm bối cảnh giáo dục STEM theo Bybee (sức khỏe, hiệu quả năng lượng, tài nguyên thiên nhiên, chất lượng môi trường, giảm thiểu rủi ro, ranh giới STEM) để tạo ra các vấn đề STEM mở.
   • Kế hoạch và tổ chức dạy học: Dựa trên quy trình giải quyết vấn đề STEM 4 bước: (i) Khám phá vấn đề STEM; (ii) Thiết kế giải pháp (theo tiến trình khoa học hoặc quy trình thiết kế kĩ thuật); (iii) Thu thập và xử lí dữ liệu; (iv) Báo cáo, đánh giá, kết luận.
   • Đầu ra năng lực: Hình thành và phát triển năng lực đặc thù môn Sinh học và các năng lực chung, trọng tâm là năng lực GQVĐ&ST.
3. Kết quả khảo sát thực trạng:
   • Về phía giáo viên (N = 285, phỏng vấn 11 GV): Đa số giáo viên nhận thức được sự cần thiết của giáo dục STEM nhưng mức độ hiểu biết sâu và tần suất triển khai bài học STEM còn hạn chế. Trở ngại lớn nhất là thiếu kiến thức kỹ thuật/công nghệ, hạn chế thời gian của tiết học, sĩ số lớp học đông và thiếu cơ sở vật chất chuyên dụng (như phòng Maker Space, máy in 3D, máy cắt CNC).
   • Về phía học sinh (N = 382): Học sinh thể hiện hứng thú cao với các hoạt động học tập mang tính thực hành, trải nghiệm chế tạo, nhưng tần suất tham gia các hoạt động học chủ động còn thấp do chủ yếu vẫn học theo phương pháp thuyết trình truyền thống.

Chương 2: Dạy học Sinh học THPT theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho học sinh

Chương 2 trình bày hệ thống các quy trình và giải pháp sư phạm:

1. Phân tích chương trình môn Sinh học 2018: Làm rõ mục tiêu phát triển năng lực sinh học (nhận thức sinh học, tìm hiểu thế giới sống, vận dụng kiến thức kỹ năng) và phân tích cấu trúc mạch nội dung môn học cấp THPT để tìm điểm tích hợp STEM.
2. Quy trình xác định vấn đề STEM trong dạy học Sinh học: Đề xuất nguyên tắc (tính mục tiêu, tính thực tiễn, tính tích hợp, tính vừa sức) và quy trình từng bước kết nối mạch nội dung Sinh học (như Sinh học tế bào, Vi sinh vật, Chuyển hóa vật chất và năng lượng...) với các bối cảnh đời sống để xây dựng bảng danh mục các vấn đề STEM.
3. Quy trình xây dựng kế hoạch bài dạy và tổ chức dạy học:
   • Đề xuất quy trình thiết kế bài học STEM theo các bước sư phạm chuẩn hóa.
   • Thiết kế tiến trình hoạt động dạy học tương ứng với chu trình 4 bước giải quyết vấn đề STEM, làm rõ vai trò chủ động của học sinh trong từng hoạt động: nghiên cứu kiến thức nền, đề xuất bản vẽ/phương án, thử nghiệm chế tạo/thu thập số liệu, báo cáo sản phẩm.
4. Bộ công cụ đánh giá năng lực GQVĐ&ST:
   • Xây dựng khung năng lực GQVĐ&ST trong dạy học Sinh học theo định hướng giáo dục STEM gồm 4 kỹ năng thành phần:
     1. Kỹ năng xác định vấn đề STEM;
     2. Kỹ năng đề xuất giải pháp;
     3. Kỹ năng lập kế hoạch, thực hiện và đánh giá giải pháp;
     4. Kỹ năng trình bày báo cáo.
   • Xác định các tiêu chí, chỉ báo, biến quan sát, thiết lập bảng tiêu chí đánh giá định lượng (Rubrics) theo các mức độ phát triển và xây dựng đường phát triển năng lực làm công cụ đo lường trong thực nghiệm.

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

Chương 3 kiểm chứng tính khả thi và hiệu quả của các đề xuất thông qua dữ liệu định lượng:

1. Tổ chức thực nghiệm:
   • Thực nghiệm khảo sát: Triển khai tại THPT Olympia (33 học sinh lớp 10) để hiệu chỉnh các bước trong quy trình tổ chức dạy học và hoàn thiện kế hoạch bài dạy.
   • Thực nghiệm chính thức: Triển khai trên học sinh lớp 11 tại 3 trường THPT (THPT Olympia, THPT Lý Thường Kiệt, THPT Minh Khai) qua việc tổ chức dạy 3 bài học thực nghiệm môn Sinh học 11.
2. Phương pháp đo nghiệm: Sử dụng các bài kiểm tra đánh giá năng lực sinh học và hệ thống phiếu quan sát, rubric đánh giá 4 kỹ năng của năng lực GQVĐ&ST tại các thời điểm trước, trong và sau các lần tác động sư phạm.
3. Phân tích kết quả thống kê (xử lý trên SPSS 26.0):
   • Về năng lực Sinh học: Điểm số trung bình của học sinh qua các lần kiểm tra có sự gia tăng rõ rệt; biểu đồ Boxplot phản ánh sự dịch chuyển tích cực của trung vị và phân bố điểm số.
   • Về 4 kỹ năng của năng lực GQVĐ&ST: Phép kiểm định so sánh cặp (Paired Samples T-Test) cho thấy sự khác biệt về điểm trung bình đạt được ở từng kỹ năng (xác định vấn đề; đề xuất giải pháp; lập kế hoạch, thực hiện và đánh giá giải pháp; trình bày báo cáo) cũng như điểm bình quân chung của cả 4 kỹ năng qua các lần tác động đều có ý nghĩa thống kê.
   • Kiểm định Robust và tương đồng phương sai: Khẳng định tính ổn định và sự đồng đều về mức độ phát triển năng lực giữa các trường thực nghiệm có điều kiện khác nhau.
   • Theo dõi đường phát triển năng lực: Phân tích chi tiết biểu đồ tiến trình phát triển năng lực của 8 học sinh được theo dõi đại diện, minh chứng học sinh từng bước nâng cao từ mức độ nhận biết cơ bản sang mức độ vận dụng sáng tạo và tự lực thực hiện các nhiệm vụ phức tạp.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Những đóng góp mới về mặt khoa học của luận án

Theo công bố của luận án, công trình đạt được 4 đóng góp mới cốt lõi:

1. Về cơ sở lí luận: Đã lựa chọn, tổng hợp và hệ thống hóa được các vấn đề lý luận nền tảng cho đề tài, bao gồm: bản chất giáo dục STEM, các mô hình dạy học theo định hướng giáo dục STEM, khái niệm vấn đề STEM, và cấu trúc năng lực GQVĐ&ST trong bối cảnh dạy học tích hợp.
2. Về khung năng lực và tiêu chí đánh giá: Xây dựng được khung năng lực GQVĐ&ST đặc thù trong dạy học Sinh học theo định hướng giáo dục STEM, xác định các thành phần kỹ năng, chỉ báo hành vi, bảng tiêu chí đánh giá (Rubrics) chi tiết và mô tả đường phát triển năng lực.
3. Về mô hình dạy học: Đề xuất được mô hình dạy học Sinh học theo định hướng giáo dục STEM kết nối 3 yếu tố: nội dung dạy học gắn với bối cảnh STEM – quy trình kế hoạch và tổ chức dạy học – mục tiêu phát triển năng lực đặc thù và năng lực chung.
4. Về hệ thống quy trình thực thi: Xây dựng đồng bộ các quy trình mang tính ứng dụng sư phạm trực tiếp, gồm:
   • Quy trình xác định các vấn đề STEM trong môn Sinh học THPT;
   • Quy trình giải quyết các vấn đề STEM;
   • Quy trình xây dựng kế hoạch bài dạy bài học STEM môn Sinh học;
   • Quy trình tổ chức dạy học Sinh học theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực sinh học và năng lực GQVĐ&ST.

Khuyến nghị và giải pháp đề xuất

Dựa trên kết quả nghiên cứu và thực nghiệm, tác giả đưa ra các khuyến nghị:

• Đối với cấp quản lý giáo dục: Cần đẩy mạnh công tác tập huấn, bồi dưỡng chuyên môn cho giáo viên về phương pháp dạy học STEM, đặc biệt là kỹ năng tích hợp quy trình thiết kế kỹ thuật vào môn học khoa học; linh hoạt trong quản lý thời lượng chương trình và phân phối thời khóa biểu để tạo thuận lợi cho việc tổ chức các bài học STEM.
• Đối với các trường THPT: Từng bước đầu tư cơ sở vật chất, trang bị thiết bị thực hành và các không gian chế tạo (Maker Space); khuyến khích sinh hoạt tổ chuyên môn liên môn để giáo viên các bộ môn S-T-E-M phối hợp xây dựng chủ đề dạy học.
• Đối với giáo viên Sinh học: Cần chủ động nghiên cứu chương trình môn học, phát hiện các vấn đề thực tiễn gắn với các bối cảnh đời sống; vận dụng linh hoạt quy trình thiết kế bài dạy và sử dụng đa dạng các công cụ đánh giá quá trình để hỗ trợ học sinh phát triển năng lực.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế của nghiên cứu: Do giới hạn về nguồn lực và thời gian, phạm vi thực nghiệm sư phạm của luận án mới chỉ tiến hành trên 3 bài học thuộc nội dung chương trình môn Sinh học lớp 11 và triển khai tại 3 trường THPT trên địa bàn thành phố Hà Nội. Mức độ tiếp cận giáo dục STEM chủ yếu tập trung ở hình thức bài học STEM cơ bản gắn với nội dung nội môn hoặc tích hợp liên môn hẹp.
• Hướng nghiên cứu tiếp theo:
  • Mở rộng việc thiết kế và thực nghiệm các bài học STEM cho toàn bộ các mạch nội dung khác trong chương trình Sinh học THPT (lớp 10, 11 và 12).
  • Nghiên cứu áp dụng mô hình ở các hình thức tổ chức giáo dục STEM cấp độ cao hơn như hoạt động trải nghiệm STEM, câu lạc bộ STEM hoặc hướng dẫn học sinh nghiên cứu khoa học kỹ thuật.
  • Mở rộng phạm vi khảo sát và thực nghiệm tại nhiều địa phương, vùng miền có điều kiện kinh tế - xã hội khác nhau trên cả nước để đánh giá sâu hơn tính tương thích của mô hình.

---

Giá trị tham khảo

Luận án mang lại giá trị tham khảo cụ thể cho nhiều đối tượng:

• Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học và nhà nghiên cứu giáo dục: Cung cấp tài liệu tổng quan hệ thống về giáo dục STEM quốc tế và trong nước; nguồn tài liệu tham khảo về khung khái niệm tích hợp STEM, mô hình dạy học tích hợp và phương pháp luận thiết kế công cụ đo lường năng lực học sinh qua phần mềm SPSS.
• Đối với giáo viên Sinh học cấp THPT: Cung cấp tài liệu hướng dẫn cụ thể về quy trình xác định vấn đề STEM, quy trình thiết kế kế hoạch bài dạy, các giáo án minh họa cùng bộ tiêu chí đánh giá rubric có thể áp dụng trực tiếp vào giảng dạy thực tế theo CTGDPT 2018.
• Đối với cán bộ quản lý giáo dục và tổ trưởng chuyên môn: Cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn để xây dựng kế hoạch bồi dưỡng giáo viên, định hướng phát triển chương trình nhà trường theo hướng giáo dục STEM, cũng như đánh giá chất lượng dạy học phát triển phẩm chất, năng lực.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình dạy học Sinh học theo định hướng giáo dục STEM do tác giả đề xuất gồm những thành tố cốt lõi nào?
Mô hình gồm 3 thành phần liên kết chặt chẽ: (1) Nội dung dạy học (kết nối nội dung các môn học STEM gắn với 6 nhóm bối cảnh giáo dục STEM để xác định các vấn đề STEM mở); (2) Kế hoạch và tổ chức dạy học (dựa trên quy trình giải quyết vấn đề STEM 4 bước: khám phá vấn đề, thiết kế giải pháp, thu thập và xử lý dữ liệu, báo cáo - đánh giá); (3) Chuẩn đầu ra năng lực (phát triển năng lực đặc thù môn Sinh học và năng lực chung, trọng tâm là năng lực GQVĐ&ST).

2. Khung năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo trong luận án được cấu trúc thành những kỹ năng thành phần nào?
Khung năng lực GQVĐ&ST được tác giả xác định gồm 4 kỹ năng: (1) Kỹ năng xác định vấn đề STEM; (2) Kỹ năng đề xuất giải pháp; (3) Kỹ năng lập kế hoạch, thực hiện và đánh giá giải pháp; (4) Kỹ năng trình bày báo cáo. Mỗi kỹ năng đều đi kèm với các chỉ báo hành vi, bảng tiêu chí đánh giá (rubrics) và các mức độ phát triển.

3. Quá trình thực nghiệm sư phạm của luận án được tiến hành với quy mô và đối tượng như thế nào?
Thực nghiệm gồm 2 giai đoạn tại Hà Nội: (1) Thực nghiệm khảo sát thực hiện trong năm học 2020 - 2021 tại trường THPT Olympia trên 33 học sinh lớp 10 nhằm kiểm tra tính khả thi của quy trình; (2) Thực nghiệm chính thức thực hiện trong năm học 2021 - 2022 tại 3 trường THPT (THPT Olympia, THPT Lý Thường Kiệt, THPT Minh Khai) với học sinh lớp 11 qua 3 bài học thực nghiệm môn Sinh học. Ngoài ra, tác giả theo dõi sát sao đường phát triển năng lực của 8 học sinh đại diện.

4. Tác giả sử dụng những kỹ thuật thống kê nào trên phần mềm SPSS 26.0 để xử lý dữ liệu thực nghiệm?
Tác giả đã sử dụng các kỹ thuật: thống kê mô tả, biểu đồ hộp (Boxplot), kiểm định sự tương đồng phương sai, kiểm định Robust về sự bằng nhau của giá trị trung bình, và phép kiểm định so sánh cặp theo lần tác động (Paired Samples T-Test) nhằm xác định ý nghĩa thống kê của sự tiến bộ về năng lực sinh học và các kỹ năng của năng lực GQVĐ&ST.

---

Kết luận

Luận án của tác giả Lê Thanh Hà đã giải quyết một vấn đề cấp thiết của thực tiễn đổi mới giáo dục phổ thông Việt Nam thông qua việc đề xuất hệ thống lý luận và các quy trình sư phạm về dạy học môn Sinh học theo định hướng giáo dục STEM. Công trình đã thiết lập được mô hình dạy học tích hợp, khung đánh giá năng lực GQVĐ&ST gồm 4 kỹ năng chuẩn hóa, cùng quy trình 4 bước giải quyết vấn đề STEM trong môn Sinh học. Kết quả xử lý số liệu thực nghiệm trên 3 trường THPT bằng phần mềm SPSS 26.0 đã chứng minh tính khả thi của các quy trình đề xuất và khẳng định sự tiến bộ có ý nghĩa thống kê của học sinh về cả năng lực sinh học và năng lực GQVĐ&ST. Luận án là tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cao cho giáo viên, cán bộ quản lý và các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực phương pháp dạy học Sinh học.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1. Tổng quan các nghiên cứu liên quan đến đề tài 1. Nghiên cứu về giáo dục STEM 1.

Trên thế giới STEM là chữ viết tắt được khởi xướng cách đây hơn hai thập kỉ bởi Quỹ Khoa học quốc gia Mỹ để diễn đạt ngắn gọn bốn lĩnh vực là Khoa học (Science), Công nghệ (Technology), Kĩ thuật (Engineering) và Toán (Mathematics). Tại thời điểm những năm 2000, GD STEM vẫn chưa được phổ biến. Cho tới khi người Mỹ học được về “Thế giới phẳng”, họ nhanh chóng tin rằng Trung Quốc và Ấn Độ đang trên đường vượt qua mình trong nền kinh tế toàn cầu nhờ sự phát triển vượt trội về STEM. Các quỹ tài trợ bắt đầu “chảy” về các lĩnh vực liên quan tới STEM [15], đồng thời trọng tâm giáo dục của Hoa Kì chính thức mở rộng thành bốn lĩnh vực S- T-E-M thay vì chỉ tập trung vào Toán và Khoa học như trước đây [16].

Sau đó, GD STEM nhanh chóng được hưởng ứng rộng rãi ở nhiều quốc gia và hiện tại nó đại diện cho một phong trào trong nhiều hệ thống giáo dục trên thế giới. Tuy GD STEM chưa có lịch sử lâu dài nhưng tốc độ phát triển lại rất mạnh mẽ. Tìm kiếm với từ khóa STEM, STEM education (GD STEM), STEM education research (nghiên cứu GD STEM) trên google lập tức cho ra lượng thông tin đồ sộ (hơn 500.000 kết quả), khẳng định xu hướng tăng nhanh chóng các nghiên cứu, bàn luận về GD STEM cũng như cho thấy nhiều quan điểm đa dạng về thuật ngữ này. Luận án tập trung vào một số nghiên cứu đánh giá về GD STEM theo từng giai đoạn để xác định những điểm cốt lõi trong quan niệm về GD STEM của các tác giả trên toàn thế giới.

Nghiên cứu đánh giá GD STEM giai đoạn 2007-2010 [17], giai đoạn 2013- 2015 [18] được thực hiện trên 8 tạp chí cho thấy các tác giả đều có xu hướng cho rằng, GD STEM có thể đề cập tới giáo dục các môn học STEM riêng lẻ trong nhà trường hoặc ngụ ý về sự kết nối, tích hợp liên ngành, xuyên ngành giữa các môn học S-T-E-M. Nghĩa là sự giảng dạy đơn môn hay giảng dạy tích hợp liên môn các môn học Khoa học, Toán, Công nghệ/Kĩ thuật đều thuộc phạm vi của GD STEM. 7 Trong đó, xu hướng tiếp cận mà HS học hai hoặc nhiều môn học STEM theo hình thức tích hợp ngày càng trở nên phổ biến ở nhiều quốc gia, được gọi chung là các cách tiếp cận tích hợp đối với GD STEM (iSTEM: integrated approaches to STEM education). Tuy nhiên, tích hợp các môn học STEM như thế nào vẫn đang là vấn đề được bàn luận [19].

Một nghiên cứu đánh giá khác ở giai đoạn 2000-2018 [20], thực hiện trên 36 tạp chí hàng đầu có ấn phẩm về GD STEM cho thấy các nghiên cứu trong lĩnh vực GD STEM có phạm vi đề cập rộng, bao gồm các vấn đề chủ yếu là: giảng dạy STEM, người học và môi trường học tập STEM từ nhà trẻ đến lớp 12; đào tạo GV và sinh viên trong lĩnh vực STEM; chính sách, chương trình, đánh giá trong GD STEM; văn hóa, xã hội và giới trong GD STEM; lịch sử, nhận thức luận và quan điểm về GD STEM. Bộ sách “Advances in STEM Education” (Những tiến bộ trong GD STEM) bao gồm các bài báo và bài viết đánh giá từ các chuyên gia hàng đầu trong lĩnh vực giáo dục STEM trên thế giới cũng cho thấy trọng tâm các nghiên cứu tập trung vào chương trình giảng dạy, việc học của HS và nhiều nhất là các bài viết về phát triển chuyên môn của GV [21]. Mục tiêu, chiến lược và kì vọng đối với GD STEM đã được thiết lập ở nhiều nước khác nhau trên thế giới. Trước tiên phải kể đến các nước châu Mỹ có GD STEM rất phát triển tiêu biểu như Hoa Kì, được xem là một trong những quốc gia hàng đầu về GD STEM.

Tuy vậy, Hoa Kì đang phải đối mặt với sự giảm sút NL HS trong đánh giá PISA (Progamme for International Student Assessment) [22],[23], thực trạng đất nước đang phải tuyển dụng ứng viên trong các lĩnh vực STEM từ các quốc gia khác, cùng với đó là sự tụt hạng của quốc gia trong xếp hạng nền kinh tế [24], đây là những lí do quan trọng để Hoa Kì xác định GD STEM là một cải cách quan trọng mang tầm quốc gia, tập trung vào 3 mục tiêu chính: (1) Tăng số lượng sinh viên theo đuổi bằng cấp và nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM; (2) Mở rộng lực lượng lao động có NL STEM; (3) Nâng cao hiểu biết STEM cho mọi đối tượng HS để chuẩn bị tốt hơn cho công dân Hoa Kì với các thách thức của xã hội khoa học và công nghệ [25]. Để làm được điều này thì việc nâng cao NL DH STEM của GV là thách thức lớn nhất của Hoa Kì. Các mô hình trường trung học STEM cũng hỗ trợ tích cực việc triển khai GD STEM ở Mỹ. Các trường học này chấp nhận HS dựa trên sở thích thay vì thành tích học tập trước đó; trang bị chuyên sâu hơn cho tất cả HS về toán và khoa học thông qua các khóa học trải nghiệm STEM ngoại khóa, nâng cao; cung cấp hỗ trợ trên diện rộng bao gồm dạy kèm, chương trình mùa hè, tư vấn hàng tuần và tư vấn tuyển sinh đại học [27].

Có thể thấy Hoa Kì không có môn học STEM chính thức trong các trường trung học, GD STEM được thực hiện thông qua tích hợp quy trình thiết kế kĩ thuật để giảng dạy các môn, đặc biệt là Khoa học và hoạt động ngoại khóa. Nước Úc cũng gặp tình trạng tương tự về việc HS bị tụt hạng trong các kì thi đánh giá quốc tế như PISA và TIMSS (Trends in Internaltional Mathematics and Science Study) và vấn đề thu hút HS vào học tập môn Khoa học, GD đại học về các lĩnh vực STEM và nâng cao nghề nghiệp STEM. Mục tiêu cho chương trình hành động ở quốc gia này đưa ra là: (1) Tăng NL, sự tham gia và khát vọng STEM của HS, (2) Tăng NL GV và chất lượng giảng dạy STEM, (3) Hỗ trợ các cơ hội GD STEM trong các hệ thống trường học, (4) Tạo điều kiện hợp tác hiệu quả với các nhà cung cấp giáo dục đại học, kinh doanh và công nghiệp [28]. Ngoài bốn lĩnh vực cơ bản, STEM còn được mở rộng thành STEAM (A-arts: nghệ thuật), STEEM (E- entrepreneurship: khởi nghiệp), STEMM (M-medicine: y dược), STEM/AH (A- arts, H-humanities) hay STEM-HASS (Humanities, Arts, Social Science: Khoa học xã hội).

Trong kế hoạch giáo dục đến năm 2030, chính phủ Úc nhấn mạnh đổi mới quốc gia tập trung vào GD STEM trong trường học, chuẩn bị cho HS các KN và nền tảng mạnh mẽ trong lĩnh vực STEM bao gồm các KN số và các KN liên quan tới Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán; để đảm bảo rằng rất cả những người trẻ nước Úc được trang bị những kiến thức và KN để thành công, đưa Úc đứng đầu các quốc gia đổi mới, tự hào trên toàn cầu về sự xuất sắc trong khoa học, nghiên cứu và 9 thương mại hóa [29]. Việc triển khai GD STEM đã được tiến hành song song với việc đánh giá trong ba năm (2015-2017) ở các trường của tiểu bang của Queensland. Kết quả cho thấy sự gia tăng số lượng trường học báo cáo về Công nghệ số từ khoảng 20% (năm 2016) lên khoảng 30% (năm 2017). Từ năm 2012 đến 2017, tỷ lệ HS chọn học Khoa học và Toán ở lớp 11 và 12 cũng tăng ở Queensland [30].

Các sáng kiến STEM thú vị đã được thực hiện để khơi dậy trí tưởng tượng và niềm đam mê của HS, đồng thời mở rộng cơ hội cho GV. Xây dựng NL GV trong STEM cũng được xác định là cốt lõi của việc cải thiện sự tham gia của HS và nâng cao thành tích của HS về khoa học, công nghệ và toán học. Úc cũng chú trọng thúc đẩy sự tham gia của nữ giới với STEM trong kế hoạch 10 năm để gia tăng số lượng nữ tham gia vào STEM, chi 10 triệu đô la để thành lập học viện STEM dành cho nữ địa phương. Úc không có chương trình GD STEM riêng mà được triển khai theo hình thức tích hợp có trọng điểm trong một số môn học như: thiết kế công nghệ và công nghệ số, công nghệ và nghiên cứu ứng dụng (lớp 7, 8), nghiên cứu kĩ thuật (lớp 11, 12 - bang New South Wales) hay được tích hợp vào các dự án học tập và các hoạt động ngoại khóa [31].

Tại các quốc gia Châu Âu như Anh, GD STEM được đánh giá cao và được đầu tư mạnh mẽ để khuyến khích HS phát triển KN và NL STEM, đáp ứng nhu cầu của ngành công nghiệp và xã hội trong tương lai. GD STEM được lồng ghép vào chương trình giảng dạy chính khóa và sách giáo khoa. Chương trình hành động thúc đẩy giáo dục STEM của Anh tập trung vào: (1) tuyển dụng và bồi dưỡng nâng cao trình độ GV nhằm cải tiến và làm đa dạng chương trình học, nâng cao chất lượng giảng dạy STEM; (2) đầu tư ngân sách phát triển cơ sở vật chất hỗ trợ dạy và học; (3) các dự án phát triển các hoạt động STEM sáng tạo nhằm tìm ra cách tốt nhất cho từng môn học STEM [32]. Tuy nhiên, chính sách hỗ trợ của Anh thể hiện không đồng đều, thường phủ nhận tầm quan trọng của công nghệ và kĩ thuật trong GD STEM, tập trung chủ yếu vào Toán và Khoa học [33],[34].

Ngoài ra, Anh còn có một số tổ chức quốc tế hoạt động trong lĩnh vực giáo dục như Hội đồng Anh (British Council), đóng vai trò quan trọng trong việc khuyến khích GD STEM ở nhiều quốc gia trên thế giới, bao gồm cả Việt Nam. Tại Đức, nơi sản xuất ở trình độ 10 cao, sự ra đời của Công nghiệp 4.0 đòi hỏi một số lượng lớn các nhà kĩ thuật khiến nước Đức đang trải qua tình trạng thiếu hụt kỉ lục về nhân lực các ngành nghề chuyên môn trong lĩnh vực Khoa học và Công nghệ. Chính phủ Đức liên tục thực hiện các biện pháp và đề xuất các chính sách mới để thúc đẩy GD STEM từ mầm non đến đại học. Chuỗi GD STEM ở Đức rất phát triển, bao gồm: (1) Cơ chế chính sách, chương trình cho đào tạo GV và giáo dục trường học; (2) Đào tạo GV cung cấp cho giáo dục phổ thông; (3) Giáo dục trường học cung cấp đầu ra chất lượng cho xã hội; (4) Xã hội thúc đẩy giáo dục trường học và cung cấp các hoạt động thiết thực cho việc đào tạo GV.