Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, Việt Nam đang đối mặt với thách thức về thiếu hụt nguồn nhân lực trình độ cao, đặc biệt trong các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học (STEM). Theo Chỉ thị số 16/CT-TTg ngày 04/05/2017 của Thủ tướng Chính phủ, việc thúc đẩy giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông là một trong những giải pháp trọng yếu nhằm chuẩn bị nguồn nhân lực đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội. Giáo dục STEM được định nghĩa là mô hình giáo dục liên môn giúp học sinh áp dụng kiến thức khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học để giải quyết các vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể.

Luận văn tập trung nghiên cứu tổ chức dạy học STEM chủ đề “Lực” trong môn Khoa học tự nhiên lớp 6 tại các trường trung học cơ sở trên địa bàn thành phố Đà Nẵng trong giai đoạn từ tháng 07/2021 đến tháng 07/2022. Mục tiêu chính là thiết kế và triển khai các bài học STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề (NL GQVĐ) cho học sinh, qua đó nâng cao khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn. Chủ đề “Lực” được lựa chọn do tính ứng dụng cao và phù hợp với chương trình giáo dục phổ thông mới, đồng thời tạo nhiều cơ hội để xây dựng các hoạt động trải nghiệm STEM hấp dẫn.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc góp phần đổi mới phương pháp dạy học, phát triển năng lực tư duy phản biện, sáng tạo và kỹ năng thực hành cho học sinh, đồng thời hỗ trợ giáo viên nâng cao năng lực tổ chức dạy học STEM hiệu quả. Kết quả nghiên cứu cũng cung cấp cơ sở khoa học cho việc nhân rộng mô hình dạy học STEM trong giáo dục phổ thông tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: năng lực giải quyết vấn đề (NL GQVĐ) và giáo dục STEM.

  1. Năng lực giải quyết vấn đề (NL GQVĐ): Được hiểu là khả năng huy động tổng hợp kiến thức, kỹ năng, thái độ và động cơ để giải quyết các tình huống thực tiễn mà không có sẵn giải pháp ngay lập tức. NL GQVĐ gồm bốn thành tố chính: phân tích tình huống và phát hiện vấn đề, đề xuất và lựa chọn giải pháp, lập kế hoạch và thực hiện giải pháp, đánh giá và hoàn thiện quá trình giải quyết vấn đề. Mỗi thành tố bao gồm các hành vi cụ thể như phân tích thông tin, đề xuất giải pháp hợp lý, điều chỉnh hành động và đánh giá kết quả.

  2. Giáo dục STEM: Là mô hình giáo dục liên môn tích hợp kiến thức khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học nhằm giúp học sinh giải quyết các vấn đề thực tiễn. Chu trình STEM bao gồm quy trình khoa học (sáng tạo kiến thức) và quy trình kỹ thuật (thiết kế công nghệ mới), tạo thành chu trình xoáy ốc phát triển kiến thức và công nghệ. Giáo dục STEM không chỉ truyền đạt kiến thức mà còn phát triển kỹ năng tư duy phản biện, sáng tạo và hợp tác nhóm.

Các khái niệm chính được sử dụng trong nghiên cứu gồm: lực (lực tiếp xúc, lực không tiếp xúc, lực ma sát), năng lực giải quyết vấn đề, tiến trình dạy học STEM, hoạt động trải nghiệm STEM, và rubic đánh giá năng lực giải quyết vấn đề.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng kết hợp các phương pháp sau:

  • Phương pháp nghiên cứu lý luận: Phân tích chương trình giáo dục phổ thông mới, sách giáo khoa môn Khoa học tự nhiên lớp 6, các văn bản chỉ đạo của Bộ Giáo dục và Đào tạo, tài liệu tham khảo về giáo dục STEM và năng lực giải quyết vấn đề để xây dựng cơ sở lý thuyết và thiết kế bài học.

  • Phương pháp khảo sát thực trạng: Sử dụng phiếu khảo sát để thu thập ý kiến của 40 học sinh lớp 6 và 13 giáo viên dạy môn Khoa học tự nhiên tại các trường THCS trên địa bàn Đà Nẵng về thực trạng dạy học STEM và phát triển NL GQVĐ.

  • Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Tiến hành thực nghiệm dạy học STEM chủ đề “Lực” tại trường THCS Lương Thế Vinh, lớp 6, với các hoạt động trải nghiệm và bài học STEM cụ thể nhằm kiểm tra giả thuyết nghiên cứu.

  • Phương pháp thống kê toán học: Xử lý số liệu khảo sát và kết quả thực nghiệm bằng các công cụ thống kê để đánh giá mức độ phát triển NL GQVĐ của học sinh qua các thành tố.

Cỡ mẫu thực nghiệm gồm 40 học sinh lớp 6 và 13 giáo viên, được chọn theo phương pháp chọn mẫu thuận tiện nhằm đảm bảo tính khả thi và phù hợp với điều kiện nghiên cứu. Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 07/2021 đến tháng 07/2022.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Thực trạng dạy học STEM và phát triển NL GQVĐ: Khảo sát cho thấy 69,2% giáo viên đã từng tổ chức dạy học STEM, nhưng vẫn còn 30,8% chưa tiếp cận phương pháp này. 76,9% giáo viên đánh giá việc phát triển NL GQVĐ qua giáo dục STEM là cần thiết. Tuy nhiên, việc tạo sản phẩm thực tế sau bài học chưa được chú trọng, nhiều giáo viên chưa từng thực hiện. Học sinh chưa từng học chủ đề STEM do ảnh hưởng của dịch Covid-19, nhưng 80% học sinh nhận thức được tầm quan trọng của giáo dục STEM trong phát triển NL GQVĐ.

  2. Phát triển NL GQVĐ qua các thành tố: Qua thực nghiệm, học sinh có sự tiến bộ rõ rệt ở các thành tố NL GQVĐ. Ví dụ, tỷ lệ học sinh đạt mức độ cao trong phân tích tình huống và phát hiện vấn đề tăng từ khoảng 40% lên trên 70% sau khi tham gia các bài học STEM. Thành tố lập kế hoạch và thực hiện giải pháp, vốn là điểm yếu ban đầu, cũng được cải thiện đáng kể với tỷ lệ học sinh đạt mức khá trở lên tăng từ dưới 30% lên gần 60%.

  3. Hiệu quả của bài học STEM chủ đề “Lực”: Các hoạt động trải nghiệm như thiết kế và chế tạo mô hình xe đua địa hình giúp học sinh vận dụng kiến thức về lực ma sát, lực cản môi trường một cách thực tiễn. Học sinh thể hiện khả năng hợp tác nhóm, thuyết trình và bảo vệ ý tưởng, đồng thời phát triển kỹ năng tư duy phản biện và sáng tạo. Kết quả đánh giá rubic cho thấy năng lực giải quyết vấn đề của học sinh được nâng cao toàn diện.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của sự cải thiện NL GQVĐ là do phương pháp dạy học STEM tạo điều kiện cho học sinh tham gia tích cực, chủ động trong quá trình học tập, từ việc phân tích vấn đề đến thiết kế và thử nghiệm giải pháp. So với các nghiên cứu trước đây, kết quả này phù hợp với xu hướng phát triển giáo dục STEM trên thế giới và trong nước, khẳng định tính khả thi và hiệu quả của việc tổ chức dạy học STEM trong môn Khoa học tự nhiên lớp 6.

Việc sử dụng các hoạt động trải nghiệm gắn liền với thực tiễn như mô hình xe đua địa hình giúp học sinh dễ dàng hình dung và áp dụng kiến thức, đồng thời phát triển kỹ năng làm việc nhóm và giao tiếp. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh mức độ phát triển NL GQVĐ trước và sau thực nghiệm, minh họa sự tiến bộ rõ rệt ở từng thành tố.

Tuy nhiên, một số khó khăn như hạn chế về cơ sở vật chất, thời gian dạy học, và sự chưa quen thuộc của giáo viên với phương pháp STEM vẫn còn tồn tại, cần được khắc phục để nâng cao hiệu quả triển khai.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường đào tạo và bồi dưỡng giáo viên về dạy học STEM: Tổ chức các khóa tập huấn chuyên sâu về thiết kế bài học STEM, phương pháp đánh giá năng lực giải quyết vấn đề, kỹ năng tổ chức hoạt động trải nghiệm nhằm nâng cao năng lực chuyên môn và phương pháp sư phạm cho giáo viên. Thời gian thực hiện: trong vòng 6 tháng, chủ thể thực hiện là Sở Giáo dục và Đào tạo phối hợp với các trường đại học sư phạm.

  2. Đầu tư cơ sở vật chất và trang thiết bị dạy học: Cung cấp đầy đủ dụng cụ, thiết bị thực hành STEM như bộ dụng cụ chế tạo mô hình, thiết bị thí nghiệm, máy tính và phần mềm hỗ trợ học tập để tạo điều kiện thuận lợi cho việc tổ chức các hoạt động trải nghiệm. Thời gian thực hiện: 1 năm, chủ thể thực hiện là các trường THCS và các cấp quản lý giáo dục.

  3. Xây dựng và phổ biến tài liệu hướng dẫn dạy học STEM: Soạn thảo các bộ tài liệu, giáo án mẫu, rubic đánh giá năng lực giải quyết vấn đề phù hợp với từng chủ đề trong chương trình Khoa học tự nhiên lớp 6, đặc biệt là chủ đề “Lực”. Thời gian thực hiện: 6 tháng, chủ thể thực hiện là Bộ Giáo dục và Đào tạo cùng các chuyên gia giáo dục.

  4. Tổ chức các hoạt động giao lưu, thi đua STEM: Tạo sân chơi học thuật cho học sinh qua các cuộc thi thiết kế sản phẩm STEM, ngày hội STEM nhằm khích lệ sự sáng tạo và phát triển năng lực giải quyết vấn đề. Thời gian thực hiện: hàng năm, chủ thể thực hiện là các trường học và các tổ chức giáo dục.

  5. Đổi mới phương pháp đánh giá năng lực giải quyết vấn đề: Áp dụng đa dạng hình thức đánh giá như dự án học tập, thuyết trình, tự đánh giá và đánh giá đồng đẳng để phản ánh chính xác năng lực của học sinh, đồng thời hỗ trợ điều chỉnh phương pháp dạy học. Thời gian thực hiện: liên tục, chủ thể thực hiện là giáo viên và nhà trường.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Giáo viên môn Khoa học tự nhiên và các môn liên quan: Luận văn cung cấp phương pháp thiết kế và tổ chức dạy học STEM cụ thể, giúp giáo viên nâng cao hiệu quả giảng dạy, phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh.

  2. Sinh viên sư phạm và nghiên cứu sinh: Tài liệu tham khảo quý giá cho việc nghiên cứu, học tập về phương pháp dạy học tích hợp STEM và phát triển năng lực học sinh trong giáo dục phổ thông.

  3. Nhà quản lý giáo dục và chuyên viên đào tạo: Cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn để xây dựng chính sách, kế hoạch đào tạo giáo viên và phát triển chương trình giáo dục STEM trong các trường phổ thông.

  4. Các tổ chức, đơn vị phát triển giáo dục STEM: Tham khảo để thiết kế các chương trình đào tạo, hoạt động trải nghiệm STEM phù hợp với đặc điểm học sinh và điều kiện thực tế tại Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

  1. Giáo dục STEM là gì và tại sao quan trọng trong giáo dục phổ thông?
    Giáo dục STEM là mô hình giáo dục tích hợp khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học nhằm giúp học sinh phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề thực tiễn. Nó quan trọng vì chuẩn bị cho học sinh năng lực cần thiết trong thế kỷ 21, đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội hiện đại.

  2. Năng lực giải quyết vấn đề gồm những thành tố nào?
    NL GQVĐ gồm bốn thành tố: phân tích tình huống và phát hiện vấn đề, đề xuất và lựa chọn giải pháp, lập kế hoạch và thực hiện giải pháp, đánh giá và hoàn thiện quá trình giải quyết vấn đề. Mỗi thành tố thể hiện qua các hành vi cụ thể trong quá trình học tập và thực hành.

  3. Làm thế nào để thiết kế bài học STEM hiệu quả cho chủ đề “Lực”?
    Thiết kế bài học STEM hiệu quả cần xác định rõ vấn đề thực tiễn liên quan đến chủ đề, xây dựng tiêu chí sản phẩm, tổ chức các hoạt động học tập tích cực như nghiên cứu kiến thức nền, đề xuất giải pháp, chế tạo mô hình và đánh giá kết quả. Bài học phải tạo điều kiện cho học sinh vận dụng kiến thức liên môn và phát triển kỹ năng.

  4. Khó khăn thường gặp khi triển khai dạy học STEM là gì?
    Khó khăn gồm hạn chế về cơ sở vật chất, thời gian dạy học, sự chưa quen thuộc của giáo viên và học sinh với phương pháp mới, số lượng học sinh đông gây khó khăn trong tổ chức và đánh giá, cũng như sự thiếu hụt tài liệu hướng dẫn cụ thể.

  5. Làm thế nào để đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học STEM?
    Đánh giá NL GQVĐ cần sử dụng đa dạng hình thức như quan sát, dự án học tập, thuyết trình, tự đánh giá và đánh giá đồng đẳng. Công cụ đánh giá như rubic được xây dựng dựa trên các thành tố NL GQVĐ, giúp đo lường mức độ phát triển kỹ năng và kiến thức của học sinh một cách khách quan và toàn diện.

Kết luận

  • Luận văn đã thiết kế và tổ chức thành công các bài học STEM chủ đề “Lực” trong môn Khoa học tự nhiên lớp 6 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh tại trường THCS Lương Thế Vinh, Đà Nẵng.
  • Kết quả thực nghiệm cho thấy học sinh có sự tiến bộ rõ rệt ở tất cả các thành tố năng lực giải quyết vấn đề, đặc biệt là kỹ năng lập kế hoạch và thực hiện giải pháp.
  • Phương pháp dạy học STEM kết hợp hoạt động trải nghiệm giúp học sinh vận dụng kiến thức liên môn, phát triển kỹ năng tư duy phản biện, sáng tạo và hợp tác nhóm.
  • Nghiên cứu góp phần làm rõ cơ sở lý luận và thực tiễn cho việc triển khai giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông mới tại Việt Nam.
  • Đề xuất các giải pháp cụ thể nhằm nâng cao hiệu quả dạy học STEM, bao gồm đào tạo giáo viên, đầu tư cơ sở vật chất, đổi mới đánh giá và tổ chức các hoạt động STEM bổ trợ.

Hành động tiếp theo: Các trường học và giáo viên nên áp dụng mô hình dạy học STEM đã được nghiên cứu, đồng thời phối hợp với các cơ quan quản lý giáo dục để triển khai các giải pháp nâng cao chất lượng giáo dục STEM. Độc giả quan tâm có thể liên hệ để nhận tài liệu hướng dẫn chi tiết và tham gia các khóa đào tạo chuyên sâu về dạy học STEM.