Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển giáo dục hiện đại, việc đổi mới phương pháp dạy học nhằm phát triển năng lực học sinh là yêu cầu cấp thiết. Ở nước CHDCND Lào, giáo dục STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) đang được quan tâm như một hướng đi mới nhằm nâng cao chất lượng dạy học, đặc biệt trong các môn khoa học tự nhiên. Theo báo cáo của ngành giáo dục Lào, việc áp dụng giáo dục STEM giúp học sinh phát triển năng lực giải quyết vấn đề, tư duy sáng tạo và kỹ năng thực hành, đáp ứng yêu cầu của thế kỷ 21. Tuy nhiên, thực trạng cho thấy đa số giáo viên chưa được tập huấn đầy đủ về STEM, dẫn đến việc vận dụng phương pháp này còn hạn chế.

Luận văn tập trung nghiên cứu tổ chức dạy học STEM bài học “Máy phát điện” trong môn khoa học tự nhiên lớp 9 tại trường THCS Phukhun, huyện Phukhun, tỉnh Luangprabang, nước CHDCND Lào. Mục tiêu chính là thiết kế và triển khai tiến trình dạy học theo định hướng STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh. Nghiên cứu thực hiện trong năm học 2020-2021, với phạm vi tập trung vào bài học “Máy phát điện” thuộc chương “Các loại năng lượng” trong chương trình khoa học tự nhiên lớp 9.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc góp phần đổi mới phương pháp dạy học, nâng cao năng lực thực tiễn cho học sinh, đồng thời hỗ trợ giáo viên trong việc áp dụng giáo dục STEM tại các trường THCS ở Lào. Kết quả nghiên cứu cũng cung cấp cơ sở khoa học cho việc nhân rộng mô hình dạy học STEM trong các môn khoa học tự nhiên, góp phần phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao cho đất nước.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai khung lý thuyết chính: giáo dục STEM và năng lực giải quyết vấn đề (NLGQVĐ).

  1. Giáo dục STEM: Là phương pháp giáo dục tích hợp bốn lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học nhằm phát triển năng lực tổng hợp cho học sinh. STEM không chỉ truyền đạt kiến thức mà còn tập trung vào kỹ năng thực hành, tư duy phản biện, sáng tạo và hợp tác. Mục tiêu của giáo dục STEM bao gồm phát triển năng lực đặc thù của các môn học STEM, năng lực cốt lõi như tư duy phản biện, hợp tác, và định hướng nghề nghiệp phù hợp với xu thế phát triển kinh tế toàn cầu.

  2. Năng lực giải quyết vấn đề (NLGQVĐ): Được hiểu là khả năng sử dụng hiệu quả các quá trình nhận thức, hành động và thái độ để phân tích, đề xuất, lựa chọn và thực hiện giải pháp cho các tình huống học tập và thực tiễn không có sẵn quy trình chuẩn. NLGQVĐ bao gồm các năng lực thành phần như năng lực chuyên môn, phương pháp, xã hội và cá thể, với các biểu hiện cụ thể như phân tích tình huống, thu thập thông tin, đề xuất giải pháp, lập kế hoạch, thực hiện và đánh giá kết quả.

Ngoài ra, nghiên cứu áp dụng quy trình thiết kế chủ đề dạy học STEM gồm các bước: lựa chọn chủ đề, xác định mục tiêu, phân tích vấn đề, thiết kế hoạt động học tập, và xây dựng tiêu chí đánh giá. Tiến trình dạy học STEM được tổ chức qua 5 hoạt động chính: xác định vấn đề, nghiên cứu kiến thức nền, đề xuất giải pháp, chế tạo và thử nghiệm sản phẩm, báo cáo và thảo luận.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp hỗn hợp kết hợp nghiên cứu lý luận, khảo sát thực trạng và thực nghiệm sư phạm.

  • Nguồn dữ liệu: Bao gồm tài liệu lý luận về giáo dục STEM và năng lực giải quyết vấn đề, khảo sát ý kiến 16 giáo viên và 24 học sinh trường THCS Phukhun, cùng dữ liệu thu thập từ quá trình thực nghiệm dạy học bài “Máy phát điện”.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng thống kê mô tả để phân tích kết quả khảo sát, đánh giá định lượng và định tính kết quả thực nghiệm sư phạm. Phân tích so sánh mức độ phát triển năng lực giải quyết vấn đề trước và sau khi áp dụng phương pháp dạy học STEM.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Lựa chọn mẫu thuận tiện gồm giáo viên và học sinh lớp 9 tại trường THCS Phukhun, nơi có điều kiện thực hiện nghiên cứu và phù hợp với phạm vi đề tài.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được tiến hành từ tháng 9/2020 đến tháng 9/2021, bao gồm giai đoạn khảo sát thực trạng (tháng 2/2021), thiết kế tiến trình dạy học (tháng 3-4/2021), thực nghiệm sư phạm (tháng 5-6/2021), và phân tích kết quả, hoàn thiện luận văn (tháng 7-9/2021).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiểu biết và áp dụng giáo dục STEM của giáo viên: Kết quả khảo sát cho thấy 75% giáo viên chỉ biết sơ qua về STEM, 94% chưa được tập huấn chính thức về phương pháp này. Chỉ 6% giáo viên thường xuyên vận dụng STEM trong dạy học, 69% chưa từng áp dụng. Tuy nhiên, 88% giáo viên đánh giá việc tổ chức hoạt động STEM là cần thiết hoặc rất cần thiết trong trường học.

  2. Khó khăn trong vận dụng STEM: 93,75% giáo viên cho biết thiếu phương tiện dạy học là khó khăn lớn nhất, 56,25% gặp khó khăn về thời gian thiết kế hoạt động, 37,5% cho rằng trình độ học sinh chưa phù hợp, 31,5% thiếu thời gian giảng dạy. Học sinh cũng gặp khó khăn trong việc hứng thú học tập khi chưa quen với phương pháp mới.

  3. Phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh: Qua thực nghiệm sư phạm, học sinh tham gia thiết kế và chế tạo mô hình máy phát điện gió đã phát huy năng lực giải quyết vấn đề rõ rệt. Điểm trung bình đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh tăng khoảng 25% so với trước thực nghiệm. Học sinh thể hiện khả năng phân tích tình huống, đề xuất giải pháp, làm việc nhóm và tự đánh giá sản phẩm.

  4. Hiệu quả của tiến trình dạy học STEM: Tiến trình dạy học được thiết kế theo 5 hoạt động chính giúp học sinh chủ động tiếp cận kiến thức, vận dụng kiến thức STEM vào thực tiễn. Học sinh không chỉ hiểu nguyên lý hoạt động của máy phát điện mà còn biết cách thiết kế, chế tạo mô hình, qua đó phát triển kỹ năng thực hành và tư duy sáng tạo.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu phù hợp với các nghiên cứu trước đây tại Việt Nam và Lào về giáo dục STEM, khẳng định tính khả thi và hiệu quả của phương pháp này trong phát triển năng lực học sinh. Việc giáo viên chưa được tập huấn đầy đủ và thiếu phương tiện là những rào cản lớn cần được khắc phục để nâng cao chất lượng dạy học STEM. Biểu đồ thể hiện mức độ hiểu biết và áp dụng STEM của giáo viên cho thấy sự cần thiết của các chương trình đào tạo và hỗ trợ kỹ thuật.

Việc tổ chức dạy học STEM bài “Máy phát điện” không chỉ giúp học sinh nắm vững kiến thức khoa học tự nhiên mà còn phát triển năng lực giải quyết vấn đề thông qua các hoạt động thiết kế, chế tạo và thử nghiệm sản phẩm. Điều này góp phần xóa bỏ khoảng cách giữa lý thuyết và thực tiễn, tạo điều kiện cho học sinh phát triển toàn diện.

Kết quả cũng cho thấy sự khác biệt về mức độ phát triển năng lực giữa học sinh nam và nữ không đáng kể, chứng tỏ phương pháp dạy học STEM phù hợp với đa dạng đối tượng học sinh. Các bảng điểm đánh giá năng lực và biểu đồ tiến trình học tập minh họa rõ sự tiến bộ của học sinh qua từng giai đoạn thực nghiệm.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tổ chức tập huấn chuyên sâu về giáo dục STEM cho giáo viên: Cần xây dựng các khóa đào tạo bài bản, nâng cao nhận thức và kỹ năng thiết kế, tổ chức dạy học STEM. Mục tiêu đạt 80% giáo viên THCS được tập huấn trong vòng 2 năm, do Sở Giáo dục và Đào tạo phối hợp với các trường đại học thực hiện.

  2. Đầu tư trang thiết bị và vật liệu dạy học STEM phù hợp: Cung cấp các bộ dụng cụ chế tạo mô hình đơn giản, chi phí thấp, dễ tiếp cận cho các trường THCS vùng sâu vùng xa. Mục tiêu trang bị đầy đủ thiết bị cho 100% trường THCS trong tỉnh trong 3 năm tới.

  3. Xây dựng tài liệu hướng dẫn và bộ công cụ đánh giá năng lực học sinh theo STEM: Phát triển các phiếu đánh giá năng lực giải quyết vấn đề, kỹ năng làm việc nhóm, sáng tạo phù hợp với chương trình địa phương. Thời gian hoàn thiện trong 1 năm, do nhóm nghiên cứu phối hợp với giáo viên biên soạn.

  4. Khuyến khích tổ chức các hoạt động trải nghiệm STEM ngoài giờ học chính khóa: Thành lập câu lạc bộ STEM, tổ chức các cuộc thi thiết kế mô hình, dự án khoa học nhằm tăng cường hứng thú và kỹ năng thực hành cho học sinh. Mục tiêu triển khai tại 50% trường THCS trong 2 năm.

  5. Tăng cường phối hợp giữa nhà trường, gia đình và cộng đồng: Đẩy mạnh tuyên truyền về lợi ích của giáo dục STEM, tạo môi trường hỗ trợ học sinh phát triển năng lực toàn diện. Các hoạt động này nên được thực hiện liên tục và đồng bộ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Giáo viên các môn khoa học tự nhiên và công nghệ: Nhận được hướng dẫn cụ thể về thiết kế và tổ chức dạy học STEM, áp dụng tiến trình dạy học tích hợp để phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh.

  2. Nhà quản lý giáo dục và cán bộ chuyên môn: Có cơ sở khoa học để xây dựng chính sách, kế hoạch đào tạo giáo viên và đầu tư trang thiết bị dạy học STEM phù hợp với điều kiện thực tế.

  3. Sinh viên sư phạm và nghiên cứu sinh ngành giáo dục: Tài liệu tham khảo quý giá về phương pháp nghiên cứu, thiết kế bài học STEM và thực nghiệm sư phạm trong môi trường giáo dục phổ thông.

  4. Các tổ chức, dự án phát triển giáo dục STEM: Cung cấp mô hình thực tiễn và dữ liệu khảo sát thực trạng để triển khai các chương trình hỗ trợ giáo dục STEM tại các vùng khó khăn.

Câu hỏi thường gặp

  1. Giáo dục STEM là gì và tại sao quan trọng?
    Giáo dục STEM là phương pháp tích hợp khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học nhằm phát triển năng lực toàn diện cho học sinh. Nó giúp học sinh vận dụng kiến thức vào thực tiễn, phát triển tư duy sáng tạo và kỹ năng giải quyết vấn đề, rất cần thiết trong thế kỷ 21.

  2. Làm thế nào để thiết kế bài học theo định hướng STEM?
    Thiết kế bài học STEM bắt đầu từ việc lựa chọn chủ đề gắn với thực tiễn, xác định mục tiêu kiến thức và năng lực, xây dựng các hoạt động học tập tích cực như nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và đánh giá sản phẩm. Quy trình này giúp học sinh chủ động khám phá và vận dụng kiến thức.

  3. Khó khăn lớn nhất khi áp dụng giáo dục STEM là gì?
    Khó khăn phổ biến là thiếu trang thiết bị, giáo viên chưa được đào tạo bài bản, thời gian thiết kế và tổ chức hoạt động STEM dài hơn so với phương pháp truyền thống, và học sinh chưa quen với cách học tích cực, thực hành nhiều.

  4. Làm sao để đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh?
    Đánh giá dựa trên quan sát quá trình học tập, sản phẩm học tập, tự đánh giá và đánh giá đồng đẳng. Các tiêu chí đánh giá bao gồm khả năng phân tích tình huống, đề xuất giải pháp, lập kế hoạch, thực hiện và đánh giá kết quả.

  5. Giáo dục STEM có phù hợp với học sinh vùng sâu vùng xa không?
    Có thể phù hợp nếu được hỗ trợ đầy đủ về trang thiết bị và đào tạo giáo viên. Việc sử dụng vật liệu đơn giản, chi phí thấp và các hoạt động trải nghiệm thực tế giúp học sinh vùng sâu vùng xa phát triển năng lực và hứng thú học tập.

Kết luận

  • Giáo dục STEM là phương pháp hiệu quả để phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh môn khoa học tự nhiên lớp 9 tại nước CHDCND Lào.
  • Thực trạng cho thấy giáo viên còn hạn chế về hiểu biết và áp dụng STEM do thiếu tập huấn và trang thiết bị.
  • Tiến trình dạy học STEM bài “Máy phát điện” giúp học sinh phát triển kỹ năng thực hành, tư duy sáng tạo và năng lực giải quyết vấn đề rõ rệt.
  • Cần có các giải pháp đồng bộ như tập huấn giáo viên, đầu tư thiết bị, xây dựng tài liệu và tổ chức hoạt động trải nghiệm để nâng cao hiệu quả giáo dục STEM.
  • Đề nghị các nhà quản lý, giáo viên và tổ chức giáo dục quan tâm triển khai rộng rãi mô hình dạy học STEM nhằm nâng cao chất lượng giáo dục phổ thông.

Hành động tiếp theo: Các trường THCS và Sở Giáo dục nên phối hợp triển khai tập huấn giáo viên, đầu tư trang thiết bị và xây dựng chương trình dạy học STEM phù hợp với điều kiện địa phương để nhân rộng mô hình thành công này.