Tổng quan nghiên cứu

Đổi mới căn bản và toàn diện giáo dục phổ thông theo định hướng phát triển phẩm chất và năng lực người học đang là trọng tâm cốt lõi của ngành giáo dục Việt Nam. Khảo sát thực tế tại 8 trung tâm Giáo dục nghề nghiệp - Giáo dục thường xuyên trên địa bàn tỉnh Bắc Kạn cho thấy có đến 87,5% giáo viên chưa từng áp dụng dạy học dự án hay dạy học giải quyết vấn đề, trong khi 100% giáo viên thừa nhận các tiết học thực hành chỉ diễn ra cầm chừng do thiếu thốn cơ sở vật chất và thiết bị thí nghiệm. Thực trạng này dẫn đến việc học sinh hệ giáo dục thường xuyên tiếp thu kiến thức Sinh học một cách thụ động, cảm thấy các nội dung học mang tính hàn lâm, nặng nề và thiếu tính ứng dụng vào đời sống sản xuất thực tế.

Nghiên cứu của tác giả Ngọc Mạnh Huân, dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Phạm Thị Hồng Tú tại Trường Đại học Sư phạm – Đại học Thái Nguyên, tập trung giải quyết vấn đề then chốt: Thiết kế và tổ chức dạy học phần "Sinh học vi sinh vật" theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh phổ thông hệ giáo dục thường xuyên tại tỉnh Bắc Kạn. Phạm vi nghiên cứu được triển khai tại các trung tâm giáo dục nghề nghiệp và giáo dục thường xuyên trên địa bàn tỉnh Bắc Kạn, trọng tâm là huyện Chợ Đồn trong giai đoạn năm học 2018 - 2019.

Ý nghĩa của đề tài được khẳng định khi có tới 69,3% học viên bày tỏ mong muốn được tham gia vào các hoạt động giáo dục STEM. Công trình không chỉ góp phần nâng cao kết quả học tập môn Sinh học mà còn trực tiếp trang bị kỹ năng nghề nghiệp, giúp học sinh vận dụng kiến thức khoa học vào các ngành nghề truyền thống của địa phương như sản xuất bánh men lá, nấu rượu và chế biến nông sản, đáp ứng kịp thời yêu cầu của Chỉ thị số 16/CT-TTg về tăng cường năng lực tiếp cận cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên sự kết hợp chặt chẽ giữa các nền tảng lý luận dạy học hiện đại:

  • Thuyết kiến tạo nhận thức (Constructivism) và mô hình dạy học 5E bao gồm 5 giai đoạn: Gắn kết (Engage), Khảo sát (Explore), Giải thích (Explain), Áp dụng cụ thể (Elaborate) và Đánh giá (Evaluate). Mô hình này giúp học sinh chủ động kiến tạo tri thức mới thông qua trải nghiệm thực hành.
  • Quy trình thiết kế kỹ thuật (Engineering Design Process) gồm vòng lặp 6 bước: Xác định vấn đề, Nghiên cứu kiến thức nền, Đề xuất giải pháp, Lựa chọn và thiết kế phương án, Chế tạo mẫu thử và Đánh giá - Hoàn thiện.
  • Khung năng lực giải quyết vấn đề theo Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể 2018 với 5 tiêu chí cốt lõi: Nhận ra ý tưởng mới; Phát hiện và làm rõ vấn đề; Hình thành và triển khai ý tưởng mới; Đề xuất và lựa chọn giải pháp; Thiết kế và tổ chức hoạt động.
  • Khái niệm tích hợp liên ngành STEM: Tích hợp kiến thức Sinh học 10 (chuyển hóa vật chất, sinh trưởng vi sinh vật), Công nghệ 11 (bản vẽ kỹ thuật), Toán học (tính toán thể tích, diện tích, tỷ lệ nguyên liệu) và Kỹ thuật chế tạo.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng hệ thống phương pháp nghiên cứu khoa học giáo dục toàn diện:

  • Nguồn dữ liệu khảo sát: Điều tra thực trạng toàn diện tại 8 trung tâm Giáo dục nghề nghiệp - Giáo dục thường xuyên tỉnh Bắc Kạn vào tháng 10 năm 2018, thu thập phiếu hỏi từ 8 giáo viên giảng dạy môn Sinh học và 166 học viên thuộc các khối 10, 11 và 12 (trong đó có 83 học viên lớp 10 tại huyện Chợ Đồn và Chợ Mới, 41 học viên lớp 11 tại huyện Ba Bể và Bạch Thông, 42 học viên lớp 12 tại huyện Bạch Thông và Ngân Sơn).
  • Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Chọn mẫu tương đương với 2 nhóm đối tượng tại Trung tâm Giáo dục nghề nghiệp - Giáo dục thường xuyên huyện Chợ Đồn, bao gồm lớp thực nghiệm (học theo tiến trình chủ đề STEM) và lớp đối chứng (học theo phương pháp truyền thống).
  • Phương pháp phân tích dữ liệu: Sử dụng các công cụ thống kê toán học chuyên dụng gồm bảng phân phối tần số, tần suất, đồ thị đường tích lũy, kiểm định Chi bình phương (X^2) và phân tích phương sai (ANOVA) nhằm kiểm tra sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ở mức xác suất sai số p < 0,05 giữa nhóm thực nghiệm và nhóm đối chứng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích dữ liệu định lượng và định tính sau thực nghiệm sư phạm ghi nhận 3 phát hiện quan trọng:

Thứ nhất, kết quả bài kiểm tra kiến thức của học sinh lớp thực nghiệm vượt trội so với lớp đối chứng. Điểm trung bình bài kiểm tra 15 phút và kiểm tra 1 tiết của lớp thực nghiệm đạt mức cao hơn từ 1,2 đến 1,8 điểm so với lớp đối chứng. Tỷ lệ học viên đạt điểm khá - giỏi (từ 6,5 điểm đến 10 điểm) ở lớp thực nghiệm đạt trên 72%, trong khi ở lớp đối chứng chỉ đạt khoảng 45,5% (chênh lệch hơn 26,5%). Đồng thời, tỷ lệ học viên bị điểm yếu - kém ở lớp thực nghiệm giảm mạnh xuống dưới 4%, so với mức 16,8% của lớp đối chứng.

Thứ hai, năng lực giải quyết vấn đề của học sinh tiến bộ rõ rệt qua từng hoạt động học tập. Học viên lớp thực nghiệm thể hiện sự vượt bậc ở tiêu chí đề xuất giải pháp kỹ thuật và tổ chức hoạt động: 84% học viên tự thiết kế được giá ủ bánh men 2 tầng mini với diện tích khay 0,25 mét vuông, tính toán chính xác thể tích chiếm chỗ của 1 bánh men là 0,0025 mét vuông để tối ưu hóa không gian ủ.

Thứ ba, sự chuyển biến tích cực về động cơ và kỹ năng ứng dụng thực tế. Tỷ lệ học viên nắm vững quy trình nuôi cấy sinh khối nấm men và làm chủ công nghệ làm bánh men lá truyền thống tăng từ 15% trước bài học lên 86% sau khi hoàn thành dự án STEM, khẳng định khả năng tự lực giải quyết các tình huống sản xuất tại gia đình.

Thảo luận kết quả

Sự khác biệt về kết quả học tập được minh chứng trực quan qua đồ thị phân phối tần suất và đường tích lũy hội tụ tiến: đường tích lũy của nhóm lớp thực nghiệm luôn nằm hoàn toàn về phía bên phải so với đường tích lũy của nhóm lớp đối chứng. Kiểm định phương sai (ANOVA) và kiểm định Chi bình phương cho giá trị p < 0,05, khẳng định sự tiến bộ của học sinh là do tác động của tiến trình dạy học STEM chứ không phải do yếu tố ngẫu nhiên.

Nguyên nhân căn bản dẫn đến sự thành công này là bài học "Sinh trưởng của vi sinh vật - Nhân giống nấm men" đã gắn kết trực tiếp lý thuyết hàn lâm với thực tế đời sống. Học sinh được tự tay giải quyết bài toán kiểm soát điều kiện hiếu khí để thu sinh khối tối đa, điều chỉnh nhiệt độ nuôi cấy lý tưởng 28 - 30 độ C và pH từ 4,5 đến 5,5. Khi so sánh với các nghiên cứu dạy học STEM ở các trường trung học phổ thông khối công lập, kết quả này chứng minh rằng học sinh hệ giáo dục thường xuyên có lợi thế lớn về kỹ năng thực hành và trải nghiệm lao động, hoàn toàn phù hợp để tiếp cận mô hình giáo dục tích hợp định hướng sản phẩm.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm nhân rộng mô hình dạy học STEM cho môn Sinh học tại hệ thống giáo dục thường xuyên, luận văn đưa ra 4 khuyến nghị then chốt:

  • Chuẩn hóa bồi dưỡng chuyên môn cho giáo viên: Sở Giáo dục và Đào tạo tỉnh Bắc Kạn cần chủ trì tổ chức định kỳ 02 khóa tập huấn chuyên sâu mỗi năm về quy trình thiết kế bài học STEM theo định hướng kỹ thuật cho 100% giáo viên Sinh học các trung tâm giáo dục thường xuyên trước thềm năm học mới.
  • Xây dựng ngân hàng chủ đề STEM địa phương: Tổ chuyên môn các trung tâm Giáo dục nghề nghiệp - Giáo dục thường xuyên cần phối hợp phát triển tối thiểu 03 chủ đề dạy học gắn với đặc thù sản xuất nông - lâm nghiệp địa phương như: "Ứng dụng lên men vi sinh trong chế biến thức ăn chăn nuôi", "Kỹ thuật ủ phân hữu cơ vi sinh", "Bảo quản và chế biến măng chua, dưa chua an toàn" trong vòng 12 tháng tới.
  • Nâng cấp điều kiện cơ sở vật chất: Ban Giám đốc các trung tâm cần đầu tư kinh phí trang bị tối thiểu 01 phòng thực hành - trải nghiệm STEM dùng chung, bổ sung các dụng cụ thiết yếu như kính hiển vi, nhiệt kế, máy đo pH và các hóa chất cơ bản phục vụ quan sát vi sinh vật.
  • Đổi mới toàn diện quy trình đánh giá: Giáo viên cần linh hoạt chuyển đổi phương pháp đánh giá định kỳ, dành 30% đến 40% trọng số điểm số cho việc đánh giá sản phẩm thực hành, báo cáo dự án và rubric đánh giá năng lực giải quyết vấn đề, giảm bớt sự phụ thuộc vào các bài thi viết ghi nhớ máy móc.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  • Giáo viên bộ môn Sinh học và Công nghệ tại các trường THPT và trung tâm GDNN - GDTX: Khai thác chi tiết giáo án thực nghiệm, quy trình 6 bước thiết kế bài học STEM và các rubric đánh giá tiêu chí năng lực giải quyết vấn đề để áp dụng trực tiếp vào giảng dạy.
  • Cán bộ quản lý giáo dục và chuyên viên phụ trách chuyên môn: Sử dụng cơ sở dữ liệu khảo sát từ 8 trung tâm giáo dục thường xuyên làm căn cứ hoạch định chiến lược đổi mới phương pháp giảng dạy và kế hoạch bồi dưỡng đội ngũ nhà giáo cấp tỉnh.
  • Học viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Lý luận và Phương pháp dạy học: Tham khảo khung phương pháp luận nghiên cứu thực nghiệm sư phạm, kỹ thuật chọn mẫu tương đương và phương pháp xử lý số liệu thống kê qua kiểm định phương sai ANOVA.
  • Người làm nông nghiệp và hợp tác xã sản xuất địa phương: Ứng dụng quy trình kỹ thuật nhân giống nấm men thuần khiết, công thức phối trộn men lá và thiết kế khay ủ tối ưu để nâng cao chất lượng sản phẩm rượu men lá truyền thống.

Câu hỏi thường gặp

  1. Giáo dục STEM mang lại lợi ích khác biệt gì cho học sinh hệ giáo dục thường xuyên? Giáo dục STEM giúp học sinh giảm tải việc tiếp thu lý thuyết trừu tượng, tăng cường thực hành trải nghiệm và phát triển năng lực giải quyết vấn đề. Mô hình này gắn liền việc học văn hóa với định hướng nghề nghiệp, giúp học sinh vận dụng trực tiếp kiến thức vi sinh vật vào các hoạt động sản xuất kinh tế tại gia đình như làm men, nấu rượu hay ủ phân bón.

  2. Chủ đề STEM "Nhân giống nấm men" tích hợp kiến thức từ những môn học nào? Chủ đề tích hợp đa môn: Sinh học 10 (chuyển hóa vật chất, hô hấp hiếu khí, sinh trưởng của vi sinh vật), Công nghệ 11 (vẽ kỹ thuật, đọc bản vẽ), Kỹ thuật chế tạo (thiết kế và lắp ráp giá ủ bánh men mini), Toán học (tính toán diện tích khay ủ 0,25 mét vuông, tỷ lệ phối trộn nguyên liệu bột gạo và thảo dược).

  3. Quy trình thiết kế bài học STEM trong luận văn gồm những bước nào? Quy trình gồm 6 bước khoa học:

  • Bước 1: Xác định chủ đề STEM dựa trên nội dung bài học và thực tiễn địa phương.
  • Bước 2: Xác định vấn đề cần giải quyết và các câu hỏi nghiên cứu.
  • Bước 3: Xác định mục tiêu bài học và dự kiến sản phẩm tạo thành.
  • Bước 4: Xác định các yếu tố liên môn và điều kiện cơ sở vật chất.
  • Bước 5: Thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học.
  • Bước 6: Đánh giá và điều chỉnh kế hoạch dạy học.

  1. Làm thế nào để đánh giá chính xác năng lực giải quyết vấn đề của học sinh? Giáo viên sử dụng bảng tiêu chí đánh giá (Rubric) chi tiết theo 5 mức độ thể hiện, kết hợp quan sát quá trình làm việc nhóm, bảng kiểm đánh giá sản phẩm giá ủ men, bài thu hoạch quy trình kỹ thuật và các bài kiểm tra đánh giá mức độ hiểu sâu kiến thức nền tảng.

  2. Khó khăn lớn nhất khi triển khai giáo dục STEM tại các trung tâm GDTX miền núi là gì? Khó khăn chủ yếu nằm ở việc 87,5% giáo viên chưa được tiếp cận các khóa tập huấn STEM chuyên sâu, phòng thí nghiệm thiếu thốn thiết bị chuyên dụng và tâm lý học sinh còn thụ động. Tuy nhiên, sự ủng hộ của 69,3% học viên và nguồn nguyên liệu tự nhiên phong phú tại địa phương là điều kiện thuận lợi lớn để khắc phục.

Kết luận

  • Luận văn đã hệ thống hóa vững chắc cơ sở lý luận về giáo dục STEM và năng lực giải quyết vấn đề trong dạy học Sinh học cấp trung học phổ thông hệ giáo dục thường xuyên.
  • Khảo sát thực trạng tại 8 trung tâm Giáo dục nghề nghiệp - Giáo dục thường xuyên tỉnh Bắc Kạn đã cung cấp bức tranh toàn diện về những khó khăn, cơ hội và triển vọng triển khai dạy học tích hợp.
  • Xây dựng thành công quy trình thiết kế và tiến trình tổ chức bài học STEM với chủ đề điển hình "Sinh trưởng của vi sinh vật - Nhân giống nấm men" bám sát thực tiễn địa phương.
  • Kết quả thực nghiệm sư phạm khẳng định tính khả thi và hiệu quả vượt trội của đề tài: nâng cao điểm số bài kiểm tra, phát triển mạnh mẽ các chỉ số năng lực giải quyết vấn đề với độ tin cậy thống kê cao (p < 0,05).
  • Đề tài mở ra hướng đi triển vọng trong việc gắn kết tri thức khoa học với phát triển kinh tế nông nghiệp vùng cao, tạo nền tảng đổi mới phương pháp dạy học cho các trường vùng khó khăn.

Kế hoạch tiếp theo cần tập trung mở rộng ngân hàng chủ đề STEM vi sinh vật cho toàn bộ chương trình Sinh học phổ thông trong năm học 2019 - 2020. Các cơ sở giáo dục thường xuyên hãy chủ động áp dụng quy trình thiết kế bài học STEM của luận văn để nâng cao chất lượng dạy và học ngay từ hôm nay.