Chương 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 1. Lược sử nghiên cứu về dạy học theo định hướng giáo dục STEM 1. Trên thế giới Giáo dục STEM được xuất hiện lần đầu tiên tại Mỹ, sau đó phát triển rộng ra nhiều quốc gia trên thế giới. Điều làm cho giáo dục STEM trở nên phổ biến trên thế giới là khả năng xóa bỏ khoảng cách giữa kiến thức trên sách vở và ứng dụng thực tiễn.
Giáo dục đi kèm với thực tế đã dần thay đổi so với giáo dục truyền thống gò bó và áp lực với học sinh - Điều mà cả thế giới đều đang cố gắng đạt được [28]. Theo hiệp hội các GV dạy khoa học quốc gia Mỹ (National Science Teachers Association - NSTA) thì giáo dục STEM được hiểu như sau: “Giáo dục STEM là 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 cùng với đó có thể cạnh tranh trong nền kinh kế mới” [24]. Các trường học ở Mỹ đã xây dựng nội dung chương trình giáo dục STEM, các lớp học STEM, đào tạo giáo viên về dạy học STEM. Nhờ đó mà giáo dục STEM đã giúp cho quốc gia này có những đột phá quan trọng trong giáo dục, góp phần đào tạo được nguồn nhân lực chất lượng cao.
Một thống kê ở Mỹ cho thấy từ năm 2004 đến 2014, việc làm liên quan đến khoa học và kỹ thuật tăng 26%, việc làm STEM có tốc độ tăng trường gấp 4 lần so với tốc độ tăng trưởng trung bình của các ngành khác nếu tính từ năm 1950 đến 2007 [21]. Tại Anh đã xây dựng một chương trình hành động nhằm thúc đẩy giáo dục STEM với 4 nội dung chính: (1) Tuyển dụng giáo viên STEM; (2) bồi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com dưỡng nâng cao trình độ giáo viên; (3) Cải cách chương trình học; (4) phát triển cơ sở vật chất phục vụ cho việc dạy học STEM [21]. Mục tiêu của giáo dục STEM tại quốc gia này là đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao, có khả năng nghiên cứu và ứng dụng khoa học vào thực tiễn. Tại Pháp, giáo dục STEM được thực hiện ở các cấp học và ở cấp Trung học phổ thông (THPT) giáo dục STEM chiếm thời lượng đáng kể.
Ngay từ năm học đầu tiên học sinh đã được tham gia vào các hoạt động nghiên cứu về Khoa học đời sống và Trái Đất, các chủ đề dạy học có liên quan đến giáo dục STEM [16]. Bên cạnh đó một số quốc gia có nền giáo dục phát triển như Australia, Hàn Quốc, Hà Lan, Singapore, Canada, Phần Lan… cũng có nhiều công trình nghiên cứu về giáo dục STEM. Giáo dục STEM được đưa vào trong các cấp học với mục tiêu là làm tăng khả năng sáng tạo, đam mê nghiên cứu khoa học của HS, cung cấp nhân tài làm việc trong các lĩnh vực STEM. HS được đào tạo theo mô hình giáo dục STEM có cơ hội nhận được việc làm tốt hơn và tiếp cận với các công việc có nguồn thu nhập cao.
Bên cạnh đó các quốc gia này còn khẳng định nguồn nhân lực thuộc nhóm ngành STEM sẽ góp phần thúc đẩy sự tăng trưởng kinh tế của quốc gia. Có thể nói rằng: Giáo dục STEM đã được triển khai từ vài thập kỷ trước đây tại rất nhiều quốc gia trên thế giới và được công nhận là hướng đi đúng đắn. Trong một bài phát biểu trước thượng nghị viện Mỹ, Bill Gates đã từng nói “Chúng ta không thể duy trì được một nền kinh tế sáng tạo trừ khi chúng ta có những công dân được đào tạo tốt về toán học, khoa học và kỹ thuật”. Giáo dục STEM không phải là để học sinh trở thành những nhà khoa học, kỹ sư mà là phát triển các kỹ năng cần thiết được sử dụng để làm việc, giải quyết các vấn đề trong cuộc sống và phát triển trong thế giới công nghệ hiện đại ngày nay [21].
Giáo dục STEM chính là giải pháp đáp ứng nguồn nhân lực cho cuộc cách mạng công nghiệp 4. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Ở Việt Nam Năm 2011, công ty Cổ phần công nghệ DTT là đơn vị tiên phong trong quá trình đưa giáo dục STEM vào Việt Nam thông qua phối hợp với Trường Icarnegie - Hoa Kỳ mở rộng triển khai thí điểm tại các trường phổ thông thuộc 3 thành phố Hà Nội, Đà Nẵng và Hồ Chí Minh [26]. Từ năm 2014, Bộ Giáo dục và Đào tạo phối hợp Hội Đồng Anh triển khai chương trình thí điểm giáo dục STEM cho một số trường trung học thuộc các tỉnh, thành phố như: Hà Nội, Hải Dương, Hải Phòng, Quảng Ninh, Nam Định.
Đây là những bước đi quan trọng nhằm phát triển một chương trình giáo dục theo định hướng STEM mang tầm quốc gia [27]. Ngày 4-5-2017, Thủ tướng Chính phủ ban hành Chỉ thị số 16/CT-TTg về việc tăng cường năng lực tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, trong đó có những giải pháp và nhiệm vụ thúc đẩy giáo dục STEM tại Việt Nam. Một trong các giải pháp được chỉ rõ trong Chỉ thị nói trên là: “Thay đổi mạnh mẽ các chính sách, nội dung, phương pháp giáo dục và dạy nghề nhằm tạo ra nguồn nhân lực có khả năng tiếp nhận các xu thế công nghệ sản xuất mới, trong đó cần tập trung vào thúc đẩy đào tạo về Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học, Ngoại ngữ, Tin học trong chương trình giáo dục phổ thông…” [18]. Trong những năm gần đây, định hướng dạy học STEM được sự quan tâm từ nhiều nhà trường, các tổ chức giáo dục, phụ huynh và HS.
Nhiều trường đã bắt đầu có câu lạc bộ STEM và hoạt động khá tích cực, thu hút được sự quan tâm của đông đảo HS. Tại Hà Nội, các hoạt động thuộc lĩnh vực giáo dục STEM như CLB STEM, đưa các môn học STEM vào học tập theo hình thức chính khóa (STEM Khoa học máy tính, STEM Khoa học dữ liệu, STEM Robotics)… Nhiều học sinh hứng thú và tham gia các khóa học STEM hàng năm tại các trung tâm. Việc nghiên cứu về giáo dục STEM ở Việt Nam, cho đến nay có một số ít công trình nghiên cứu về giáo dục STEM cho đối tượng học sinh phổ thông: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tác giả Lê Xuân Quang (2017), đã nghiên cứu về quy trình dạy học môn Công nghệ ở trường phổ thông theo định hướng giáo dục STEM [14]. Tác giả Nguyễn Thanh Nga, Phùng Việt Hải, Nguyễn Quang Linh, Hoàng Phước Muội (2017), đã nghiên cứu về quy trình Thiết kế và quy trình tổ chức chủ đề STEM cho học sinh THCS và THPT.
Tác giả Nguyễn Thanh Nga, Hoàng Phước Muội (2018), nghiên cứu về quy trình tổ chức hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM thông qua hoạt động Câu lạc bộ và sử dụng cơ sở vật chất phòng thí nghiệm ở trường trung học. Trong CTGD Tổng thể 2018, Giáo dục STEM cũng được đề cập đến như là một mô hình giáo dục hiệu quả nhằm phát triển năng lực, phẩm chất của người học, tuy nhiên sự đề cập này mới chỉ dừng lại ở mức độ khái niệm: Là mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp học sinh áp dụng các kiến thức khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học vào giải quyết một số vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể [4]. Nhìn chung các tác giả đã phân tích lợi ích của giáo dục STEM trong dạy học cũng như hoạt động trải nghiệm tới hứng thú học tập của HS. Các tác giả đã đưa ra và vận dụng được các quy trình thiết kế, tổ chức dạy học một số môn học nhưng chủ yếu là vận dụng trong các môn: Công nghệ, vật lý, toán học và hoạt động trải nghiệm ở trường PT.
Qua việc nghiên cứu về các công trình về giáo dục STEM nói chung và dạy học các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học… nói riêng thì thấy rằng DH môn sinh học theo định hướng giáo dục STEM là rất cần thiết và phù hợp với hứng thú và đặc thù của môn học cũng như đáp ứng được yêu cầu đổi mới căn bản giáo dục Việt Nam theo hướng phát triển năng lực ở người học trong giai đoạn hiện nay. Tuy nhiên, việc DH môn Sinh học theo định hướng giáo dục STEM ở trường PT nói chung và đặc biệt là với HS THPT hệ GDTX tại các trung tâm GDNN - GDTX là chưa có công trình nào nghiên cứu và ứng dụng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Cơ sở lý luận về dạy học theo định hướng 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): Science (Khoa học): Gồm các kiến thức về Vật lý, Hóa học, Sinh học và Khoa học Trái Đất nhằm giúp học sinh hiểu về thế giới tự nhiên và vận dụng kiến thức đó để giải quyết các vấn đề khoa học trong cuộc sống hàng ngày. Technology (Công nghệ): Phát triển khả năng sử dụng quản lí, hiểu và đánh giá công nghệ của học sinh, tạo cơ hội để học sinh hiểu về công nghệ, ảnh hưởng của công nghệ đến đời sống. Engineering (Kỹ thuật): Phát triển sự hiểu biết ở học sinh về cách công nghệ đang phát triển thông qua quy trình thiết kế các đối tượng, các hệ thống hay xây dựng các quy trình sản xuất trên cơ sở vận dụng kiến thức Khoa học và Toán học. Thuật ngữ STEM được dùng trong hai ngữ cảnh khác nhau đó là: Ngữ cảnh giáo dục, là ngữ cảnh mà STEM nhấn mạnh đến sự quan tâm của nền giáo dục đối với các môn Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán.
Quan tâm đến việc tích hợp các môn khoa học trên gắn với thực tiễn để nâng cao năng lực cho người học. Ngữ cảnh nghề nghiệp, STEM được hiểu là nghề nhiệp thuộc các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học [13], [16].