Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh toàn cầu hóa và cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, việc trang bị cho học sinh các kỹ năng STEM (Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học) trở nên cấp thiết nhằm đáp ứng nhu cầu lao động thay đổi nhanh chóng. Theo dự báo, đến năm 2025, riêng tại Mỹ cần thêm khoảng 10 triệu lao động trong lĩnh vực STEM, đồng thời máy tính sẽ thay thế khoảng 60% công việc hiện tại vào năm 2030. Tại Việt Nam, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã định hướng phát triển giáo dục STEM trong chương trình phổ thông từ năm học 2017-2018 nhằm nâng cao năng lực khoa học tự nhiên cho học sinh trung học cơ sở (THCS).

Luận văn tập trung nghiên cứu tổ chức dạy học STEM chủ đề “Năng lượng” cho học sinh lớp 7 tại trường THCS Hòa Bình – LatroBe, Hà Nội. Mục tiêu chính là phát triển năng lực tìm hiểu khoa học tự nhiên trong môn Vật lí thông qua các hoạt động tích hợp liên môn, gắn kết kiến thức với thực tiễn. Phạm vi nghiên cứu bao gồm việc xây dựng nội dung, tổ chức dạy học và đánh giá hiệu quả áp dụng phương pháp STEM trong năm học 2018-2019.

Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học trong việc làm rõ cơ sở lý luận và thực tiễn của giáo dục STEM tại Việt Nam, đồng thời có ý nghĩa thực tiễn khi góp phần nâng cao hứng thú học tập, phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề và tư duy sáng tạo cho học sinh THCS. Qua đó, đề xuất mô hình dạy học STEM phù hợp với điều kiện thực tế của nhà trường và địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết phát triển năng lực và lý thuyết giáo dục tích hợp liên môn theo định hướng STEM.

  1. Lý thuyết phát triển năng lực: Năng lực được hiểu là khả năng huy động tổng hợp kiến thức, kỹ năng và các thuộc tính tâm lý để thực hiện thành công một công việc trong bối cảnh nhất định. Năng lực tìm hiểu khoa học tự nhiên bao gồm nhận thức kiến thức, kỹ năng tìm tòi, khám phá và vận dụng kiến thức vào thực tiễn.

  2. Lý thuyết giáo dục STEM: STEM là sự tích hợp liên ngành giữa Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề, tư duy sáng tạo và kỹ năng làm việc nhóm cho học sinh. Giáo dục STEM hướng đến việc gắn kết kiến thức với thực tiễn, tạo ra sản phẩm cụ thể qua các dự án học tập.

Các khái niệm chính được sử dụng gồm: năng lực tìm hiểu khoa học tự nhiên, dạy học dự án, dạy học theo trạm, đánh giá năng lực, và các chủ đề STEM như “Nỏ Liên Châu”, “Thuyền đồ chơi”, “Bếp năng lượng mặt trời” và “Tàu ngầm trong chai nhựa”.

Phương pháp nghiên cứu

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

  • Nguồn dữ liệu: Bao gồm tài liệu lý luận về giáo dục STEM, khảo sát 9 giáo viên và 30 học sinh lớp 7 tại trường THCS Hòa Bình – LatroBe, cùng các quan sát, phỏng vấn và phân tích giáo án, kết quả học tập.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng thống kê mô tả để đánh giá thực trạng, phân tích định tính để nhận diện khó khăn và ưu điểm trong dạy học STEM, đồng thời áp dụng phương pháp thực nghiệm sư phạm với 2 giáo án dạy học chủ đề “Năng lượng” theo định hướng STEM để đánh giá sự hình thành năng lực của học sinh.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm học 2018-2019, bao gồm giai đoạn khảo sát thực trạng, xây dựng nội dung và kế hoạch dạy học, thực nghiệm sư phạm và đánh giá kết quả.

Cỡ mẫu được lựa chọn phù hợp với quy mô lớp học thực nghiệm nhằm đảm bảo tính khả thi và độ tin cậy của kết quả nghiên cứu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Thực trạng tiếp cận và áp dụng giáo dục STEM còn hạn chế: Chỉ khoảng 33% giáo viên và 27% học sinh được khảo sát tiếp cận đổi mới phương pháp dạy học theo STEM. Tỷ lệ giáo viên sử dụng phương pháp dạy học STEM chỉ đạt 22%, trong khi học sinh được áp dụng phương pháp này chỉ chiếm 17%. Điều này phản ánh sự mới mẻ và khó khăn trong việc triển khai giáo dục STEM tại trường.

  2. Kiến thức liên môn và ứng dụng thực tiễn còn yếu: Chỉ 11% giáo viên và 23% học sinh thể hiện khả năng liên kết kiến thức liên môn. Việc vận dụng kiến thức vào thực tiễn chỉ đạt 33% ở giáo viên và 10% ở học sinh, cho thấy sự thiếu hụt trong việc kết nối lý thuyết với thực hành.

  3. Hứng thú học tập khoa học tự nhiên ở mức trung bình: Tỷ lệ học sinh có hứng thú với môn học đạt khoảng 46%, giáo viên đánh giá hứng thú học sinh là 44%. Đây là cơ sở để phát triển các hoạt động dạy học tích cực nhằm tăng cường sự hứng thú và chủ động của học sinh.

  4. Hiệu quả của các chủ đề STEM trong phát triển năng lực: Qua thực nghiệm sư phạm với các chủ đề “Nỏ Liên Châu”, “Thuyền đồ chơi”, “Bếp năng lượng mặt trời” và “Tàu ngầm trong chai nhựa”, học sinh đã phát triển kỹ năng thiết kế, chế tạo mô hình, làm việc nhóm và thuyết trình. Ví dụ, học sinh có thể thiết kế bản vẽ, lắp ráp mô hình và cải tiến sản phẩm dựa trên kiến thức về lực đàn hồi, áp suất và chuyển động.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của thực trạng hạn chế trong áp dụng giáo dục STEM xuất phát từ việc thiếu tài liệu hướng dẫn, kinh nghiệm giảng dạy và cơ sở vật chất còn yếu kém. So với các nghiên cứu quốc tế, tỷ lệ áp dụng phương pháp STEM tại Việt Nam còn thấp, nhưng xu hướng phát triển là rõ ràng và cần thiết.

Việc xây dựng các chủ đề dạy học gắn liền với thực tiễn và văn hóa địa phương như “Nỏ Liên Châu” giúp học sinh dễ dàng tiếp cận và tạo hứng thú học tập. Các hoạt động dự án tích hợp liên môn đã phát huy hiệu quả trong việc phát triển năng lực tìm hiểu khoa học tự nhiên, kỹ năng giải quyết vấn đề và làm việc nhóm.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ cột so sánh tỷ lệ áp dụng phương pháp STEM giữa giáo viên và học sinh, bảng tổng hợp kết quả đánh giá năng lực cá nhân và nhóm trong các dự án, cũng như sơ đồ quy trình tổ chức dạy học theo trạm và dự án.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường đào tạo và bồi dưỡng giáo viên về giáo dục STEM: Tổ chức các khóa tập huấn chuyên sâu về phương pháp dạy học STEM, kỹ năng thiết kế bài giảng và đánh giá năng lực học sinh. Mục tiêu nâng tỷ lệ giáo viên áp dụng STEM lên ít nhất 50% trong vòng 2 năm. Chủ thể thực hiện: Sở Giáo dục và Đào tạo, nhà trường.

  2. Phát triển và cung cấp tài liệu, thiết bị dạy học STEM phù hợp: Xây dựng bộ tài liệu hướng dẫn chi tiết các chủ đề STEM, đồng thời trang bị phòng thí nghiệm và dụng cụ thực hành. Mục tiêu cải thiện điều kiện cơ sở vật chất trong 1 năm. Chủ thể thực hiện: Bộ Giáo dục và Đào tạo, nhà trường.

  3. Tổ chức các hoạt động trải nghiệm và dự án STEM thường xuyên cho học sinh: Thiết kế các dự án gắn với thực tế địa phương, khuyến khích học sinh sáng tạo và vận dụng kiến thức liên môn. Mục tiêu tăng cường kỹ năng thực hành và làm việc nhóm, đánh giá qua sản phẩm cụ thể. Chủ thể thực hiện: Giáo viên bộ môn, nhà trường.

  4. Xây dựng hệ thống đánh giá năng lực toàn diện và linh hoạt: Áp dụng các công cụ đánh giá đa dạng như bảng kiểm, phiếu tự đánh giá, đánh giá đồng đẳng và đánh giá qua sản phẩm dự án. Mục tiêu nâng cao chất lượng đánh giá năng lực học sinh trong 1 năm. Chủ thể thực hiện: Giáo viên, tổ chuyên môn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Giáo viên Vật lí và các môn Khoa học tự nhiên THCS: Nghiên cứu cung cấp phương pháp và nội dung dạy học STEM cụ thể, giúp nâng cao hiệu quả giảng dạy và phát triển năng lực học sinh.

  2. Nhà quản lý giáo dục và cán bộ chuyên môn: Tài liệu tham khảo để xây dựng chính sách, kế hoạch đào tạo giáo viên và phát triển chương trình giáo dục STEM phù hợp với điều kiện thực tế.

  3. Sinh viên sư phạm và nghiên cứu sinh ngành Giáo dục: Cung cấp cơ sở lý luận và thực tiễn về giáo dục STEM, phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm sư phạm trong lĩnh vực dạy học tích hợp.

  4. Các tổ chức, doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực giáo dục và công nghệ giáo dục: Tham khảo để phát triển sản phẩm, chương trình đào tạo và hỗ trợ nhà trường trong việc triển khai giáo dục STEM.

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 giải quyết vấn đề và tư duy sáng tạo cho học sinh. Nó giúp học sinh chuẩn bị kỹ năng cần thiết cho cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 và thị trường lao động tương lai.

  2. Làm thế nào để xây dựng chủ đề dạy học STEM hiệu quả?
    Chủ đề STEM cần xuất phát từ vấn đề thực tiễn, có tính liên môn, phù hợp với trình độ học sinh và điều kiện nhà trường. Quy trình gồm xác định mục tiêu, xây dựng bộ câu hỏi định hướng, thiết kế hoạt động dự án và đánh giá kết quả.

  3. Phương pháp dạy học theo dự án và theo trạm khác nhau như thế nào?
    Dạy học dự án tập trung vào giải quyết một vấn đề hoặc tạo sản phẩm cụ thể qua các bước từ lập kế hoạch đến báo cáo. Dạy học theo trạm phân chia nhiệm vụ học tập thành các trạm độc lập, học sinh có thể bắt đầu từ bất kỳ trạm nào và tự điều chỉnh tiến độ.

  4. Làm sao để đánh giá năng lực học sinh trong giáo dục STEM?
    Đánh giá năng lực dựa trên việc học sinh vận dụng kiến thức, kỹ năng và thái độ trong các tình huống thực tiễn. Sử dụng đa dạng công cụ như bài kiểm tra thực hành, bảng quan sát, phiếu tự đánh giá, đánh giá đồng đẳng và sản phẩm dự án.

  5. Khó khăn phổ biến khi triển khai giáo dục STEM là gì?
    Khó khăn gồm thiếu tài liệu hướng dẫn, giáo viên chưa được đào tạo đầy đủ, cơ sở vật chất hạn chế và sự chưa đồng bộ trong đổi mới chương trình. Cần có sự hỗ trợ từ các cấp quản lý và đầu tư thích hợp để khắc phục.

Kết luận

  • Giáo dục STEM là xu hướng toàn cầu, cần thiết để phát triển năng lực khoa học tự nhiên và kỹ năng thực tiễn cho học sinh THCS.
  • Thực trạng áp dụng STEM tại trường THCS Hòa Bình – LatroBe còn hạn chế, đặc biệt về kiến thức liên môn và ứng dụng thực tiễn.
  • Các chủ đề STEM như “Nỏ Liên Châu”, “Thuyền đồ chơi”, “Bếp năng lượng mặt trời” và “Tàu ngầm trong chai nhựa” đã chứng minh hiệu quả trong phát triển năng lực học sinh.
  • Cần tăng cường đào tạo giáo viên, phát triển tài liệu và cơ sở vật chất, tổ chức hoạt động trải nghiệm và xây dựng hệ thống đánh giá năng lực toàn diện.
  • Tiếp tục nghiên cứu mở rộng quy mô và đa dạng hóa chủ đề STEM để phù hợp với nhiều đối tượng học sinh và điều kiện địa phương.

Hành động tiếp theo là triển khai các giải pháp đề xuất, đồng thời nhân rộng mô hình dạy học STEM chủ đề “Năng lượng” tại các trường THCS khác nhằm nâng cao chất lượng giáo dục và đáp ứng yêu cầu phát triển nguồn nhân lực trong thời đại mới.