Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh toàn cầu hóa và cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, giáo dục STEM (Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học) được xem là hướng đi tất yếu nhằm nâng cao năng lực học sinh, đáp ứng yêu cầu phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao. Tại Việt Nam, từ năm 2017, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã triển khai thí điểm giáo dục STEM trong chương trình phổ thông, đặc biệt chú trọng phát triển năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ hóa học cho học sinh trung học phổ thông (THPT). Tuy nhiên, thực trạng cho thấy năng lực này còn hạn chế, chưa được phát triển đồng đều và hiệu quả.

Luận văn tập trung nghiên cứu việc dạy học theo định hướng giáo dục STEM trong chủ đề Nguyên tố nhóm VIIA – Hóa học 10 nhằm phát triển năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ hóa học cho học sinh THPT tại một số trường trên địa bàn Hà Nội. Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 11/2022 đến tháng 6/2023, khảo sát 26 giáo viên và 240 học sinh tại ba trường THPT Thanh Oai A, Mỹ Đức A và Mỹ Đức B.

Mục tiêu chính của nghiên cứu là thiết kế và tổ chức dạy học một số kế hoạch bài dạy (KHBD) theo dạy học trải nghiệm STEM trong chủ đề Nguyên tố nhóm VIIA, đồng thời xây dựng bộ công cụ đánh giá năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ hóa học. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc đổi mới phương pháp dạy học môn Hóa học, góp phần nâng cao năng lực khoa học tự nhiên cho học sinh, đáp ứng yêu cầu đổi mới giáo dục phổ thông theo hướng phát triển năng lực và phẩm chất.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình giáo dục STEM, năng lực học sinh và phương pháp dạy học tích cực. Hai khung lý thuyết chính được áp dụng gồm:

  1. Lý thuyết năng lực: Năng lực được hiểu là khả năng thực hiện có trách nhiệm và hiệu quả các hành động trong các tình huống thay đổi dựa trên sự kết hợp kiến thức, kỹ năng và thái độ. Cấu trúc năng lực gồm năng lực cốt lõi (tự chủ, giao tiếp, giải quyết vấn đề) và năng lực đặc thù (ngôn ngữ, toán học, khoa học, công nghệ, thẩm mỹ, thể chất). Năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ hóa học được cấu trúc thành các biểu hiện như đề xuất vấn đề, phân tích, xây dựng giả thuyết, lập kế hoạch, thực hiện và trình bày kết quả.

  2. Mô hình dạy học theo định hướng STEM: Tập trung vào tích hợp liên ngành, liên hệ thực tế, phát triển kỹ năng thế kỷ 21, thách thức học sinh vượt lên chính mình và tính hệ thống trong các bài học. Phương pháp dạy học trải nghiệm STEM được sử dụng nhằm phát triển năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên thông qua các hoạt động thực hành, dự án, làm việc nhóm, sử dụng kỹ thuật KWL, sơ đồ tư duy và dạy học trực quan.

Các khái niệm chuyên ngành như dạy học dự án, dạy học theo nhóm, kỹ thuật KWL, sơ đồ tư duy, dạy học trực quan và các phương pháp đánh giá năng lực (đánh giá qua quan sát, hồ sơ học tập, tự đánh giá, đánh giá đồng đẳng, bài kiểm tra kiến thức) được vận dụng để thiết kế và tổ chức dạy học.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng kết hợp phương pháp nghiên cứu lý luận và thực tiễn:

  • Phương pháp nghiên cứu lý luận: Tổng hợp, phân tích các văn bản pháp luật, chỉ thị của Đảng và Bộ Giáo dục và Đào tạo, các tài liệu chuyên ngành về giáo dục STEM, năng lực học sinh và phương pháp dạy học tích cực.

  • Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Điều tra khảo sát thực trạng dạy học theo định hướng STEM và năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ hóa học qua phiếu điều tra với 26 giáo viên và 240 học sinh tại ba trường THPT ở Hà Nội. Thực nghiệm sư phạm được tiến hành để kiểm định tính khả thi và hiệu quả của các kế hoạch bài dạy STEM trong chủ đề Nguyên tố nhóm VIIA.

  • Phương pháp xử lý thông tin: Sử dụng thống kê toán học để lập bảng số liệu, xây dựng đồ thị, tính toán các tham số đặc trưng nhằm rút ra nhận xét và kết luận.

Cỡ mẫu được lựa chọn phù hợp với quy mô nghiên cứu nhằm đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy. Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu ngẫu nhiên có chủ đích tại các trường thí điểm giáo dục STEM. Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 11/2022 đến tháng 6/2023, bao gồm các giai đoạn khảo sát, thiết kế bài dạy, thực nghiệm và đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Thực trạng năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ hóa học của học sinh còn hạn chế: Khoảng 80% học sinh thể hiện sự yêu thích tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ hóa học, tuy nhiên chỉ có khoảng 23,8% học sinh thường xuyên sử dụng kiến thức hóa học để giải thích các hiện tượng tự nhiên, 52% học sinh có khả năng sử dụng kiến thức chưa tốt, 37% không có khả năng vận dụng kiến thức vào thực tế.

  2. Giáo viên chưa thực sự hiểu sâu sắc về năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ hóa học và giáo dục STEM: Chỉ 19,2% giáo viên trả lời đúng khái niệm năng lực này, 53,8% hiểu gần đúng và 27% chưa đúng. Việc dạy học theo định hướng STEM mới chỉ được thực hiện thỉnh thoảng (73,1%) hoặc thường xuyên (11,5%), còn 15,4% giáo viên chưa từng áp dụng.

  3. Phương pháp dạy học STEM được giáo viên sử dụng đa dạng nhưng còn hạn chế về thời gian và tài liệu hỗ trợ: 92,3% giáo viên cho biết khó khăn lớn nhất là không đủ thời gian, 84,6% cho rằng trình độ học sinh không đồng đều, 38,5% thiếu hệ thống bài tập hỗ trợ học sinh tự học. Các phương pháp phổ biến gồm dạy học dự án (76,9%), giải quyết vấn đề (92,3%), dạy học theo nhóm (84,6%).

  4. Học sinh mong muốn được học theo phương pháp STEM: 84,1% học sinh mong muốn giáo viên dạy học theo định hướng STEM, thể hiện nhu cầu cao về đổi mới phương pháp dạy học để phát triển năng lực.

Thảo luận kết quả

Kết quả khảo sát và thực nghiệm cho thấy việc áp dụng dạy học theo định hướng STEM trong chủ đề Nguyên tố nhóm VIIA có tác động tích cực đến việc phát triển năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ hóa học cho học sinh THPT. Sự yêu thích và hứng thú của học sinh tăng lên rõ rệt khi được tham gia các hoạt động trải nghiệm, dự án và thảo luận nhóm.

Tuy nhiên, năng lực vận dụng kiến thức vào thực tế của học sinh còn hạn chế do nhiều nguyên nhân như phương pháp dạy học truyền thống, thiếu tài liệu và thời gian thực hành, cũng như sự chưa đồng đều về trình độ của học sinh. Giáo viên cũng cần được đào tạo sâu hơn về STEM và năng lực đặc thù để có thể thiết kế và tổ chức các bài học phù hợp.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế và trong nước, kết quả này phù hợp với xu hướng phát triển giáo dục STEM nhằm nâng cao năng lực thực hành và tư duy phản biện của học sinh. Việc xây dựng bộ công cụ đánh giá năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ hóa học cũng góp phần quan trọng trong việc đánh giá chính xác và toàn diện năng lực học sinh.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ thể hiện tỷ lệ học sinh yêu thích, khả năng vận dụng kiến thức, mức độ áp dụng phương pháp STEM của giáo viên, cũng như bảng phân tích kết quả kiểm tra trước và sau khi áp dụng dạy học STEM.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường đào tạo, bồi dưỡng giáo viên về giáo dục STEM và năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ hóa học: Tổ chức các khóa tập huấn chuyên sâu, cập nhật kiến thức và kỹ năng thiết kế bài dạy STEM, thời gian thực hiện trong vòng 6-12 tháng, do Sở Giáo dục và Đào tạo phối hợp với các trường đại học sư phạm thực hiện.

  2. Xây dựng và phổ biến hệ thống tài liệu, bài tập, kế hoạch bài dạy theo định hướng STEM phù hợp với điều kiện thực tế của từng địa phương: Phát triển bộ công cụ đánh giá năng lực và các bài học trải nghiệm STEM trong chủ đề Nguyên tố nhóm VIIA, hoàn thiện trong 3-6 tháng, do các trường THPT phối hợp với chuyên gia giáo dục thực hiện.

  3. Tăng cường thời gian và không gian trải nghiệm STEM trong chương trình học: Nhà trường cần bố trí thời gian hợp lý cho các hoạt động dự án, thí nghiệm, làm việc nhóm, đồng thời xây dựng không gian học tập sáng tạo, thực hành STEM, triển khai trong năm học tiếp theo.

  4. Khuyến khích sự phối hợp giữa nhà trường, gia đình và cộng đồng trong việc tổ chức các hoạt động STEM: Tăng cường liên kết với các cơ sở giáo dục đại học, doanh nghiệp, tổ chức khoa học để tổ chức các câu lạc bộ, cuộc thi, ngày hội STEM nhằm tạo môi trường học tập thực tế cho học sinh, thực hiện liên tục hàng năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Giáo viên bộ môn Hóa học THPT: Nghiên cứu cung cấp các phương pháp, kỹ thuật dạy học STEM và bộ công cụ đánh giá năng lực giúp giáo viên đổi mới phương pháp giảng dạy, nâng cao hiệu quả học tập.

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

  3. Sinh viên, nghiên cứu sinh ngành Sư phạm Hóa học và Giáo dục STEM: Tài liệu tham khảo quý giá về cơ sở lý luận, phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm sư phạm trong lĩnh vực giáo dục STEM.

  4. Các tổ chức, doanh nghiệp liên quan đến giáo dục STEM: Hiểu rõ hơn về nhu cầu, thực trạng và giải pháp phát triển năng lực STEM cho học sinh phổ thông, từ đó phối hợp hỗ trợ hiệu quả hơn trong các hoạt động giáo dục.

Câu hỏi thường gặp

  1. Dạy học theo định hướng STEM là gì?
    Dạy học theo định hướng STEM là phương pháp tích hợp liên ngành giữa Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học, tập trung vào học tập dựa trên thực hành, trải nghiệm và giải quyết các vấn đề thực tế. Ví dụ, học sinh tham gia dự án điều chế nước tẩy Javel trong chủ đề Nguyên tố nhóm VIIA.

  2. Năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ hóa học gồm những biểu hiện nào?
    Năng lực này thể hiện qua khả năng đề xuất vấn đề, phân tích, xây dựng giả thuyết, lập kế hoạch, thực hiện thí nghiệm và trình bày kết quả. Ví dụ, học sinh có thể quan sát, thu thập dữ liệu và giải thích hiện tượng hóa học trong tự nhiên.

  3. Làm thế nào để đánh giá năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ hóa học?
    Có thể sử dụng kết hợp các phương pháp như đánh giá qua quan sát, hồ sơ học tập, tự đánh giá, đánh giá đồng đẳng và bài kiểm tra kiến thức. Ví dụ, giáo viên sử dụng phiếu tự đánh giá và bài thuyết trình sản phẩm nhóm để đánh giá năng lực học sinh.

  4. Khó khăn phổ biến khi áp dụng dạy học STEM là gì?
    Khó khăn gồm thiếu thời gian, trình độ học sinh không đồng đều, thiếu tài liệu và bài tập hỗ trợ, cũng như giáo viên chưa được đào tạo đầy đủ về STEM. Ví dụ, 92,3% giáo viên khảo sát cho biết không đủ thời gian để tổ chức các hoạt động STEM.

  5. Làm sao để phát triển năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ hóa học hiệu quả?
    Cần thiết kế bài dạy trải nghiệm STEM phù hợp, tăng cường hoạt động thực hành, dự án, làm việc nhóm, đồng thời đào tạo giáo viên và xây dựng bộ công cụ đánh giá năng lực. Ví dụ, tổ chức các dự án nghiên cứu về nguyên tố nhóm VIIA giúp học sinh phát triển kỹ năng quan sát và phân tích.

Kết luận

  • Luận văn làm sáng tỏ cơ sở lý luận và thực tiễn về dạy học theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ hóa học cho học sinh THPT.
  • Khảo sát thực trạng cho thấy năng lực này của học sinh còn hạn chế, giáo viên chưa hiểu sâu và áp dụng hiệu quả phương pháp STEM.
  • Đã thiết kế và tổ chức thành công một số kế hoạch bài dạy trải nghiệm STEM trong chủ đề Nguyên tố nhóm VIIA, đồng thời xây dựng bộ công cụ đánh giá năng lực phù hợp.
  • Thực nghiệm sư phạm khẳng định tính khả thi và hiệu quả của các biện pháp đề xuất trong việc nâng cao năng lực học sinh.
  • Đề xuất các giải pháp đào tạo giáo viên, xây dựng tài liệu, tăng cường thời gian trải nghiệm và phối hợp cộng đồng để phát triển giáo dục STEM bền vững.

Triển khai rộng rãi các kế hoạch bài dạy STEM đã thiết kế tại nhiều trường THPT, tổ chức đào tạo giáo viên chuyên sâu và hoàn thiện bộ công cụ đánh giá năng lực.

Các nhà quản lý giáo dục, giáo viên và nhà nghiên cứu hãy cùng hợp tác để đổi mới phương pháp dạy học, phát triển năng lực học sinh, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục phổ thông theo hướng STEM.