Tổng quan nghiên cứu

Giáo dục STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) đã trở thành xu hướng toàn cầu nhằm phát triển năng lực học sinh thích ứng với sự phát triển khoa học và công nghệ trong thế kỷ 21. Tại Việt Nam, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã phối hợp với Hội đồng Anh triển khai thí điểm giáo dục STEM từ năm học 2017 – 2018, đem lại những kết quả tích cực trong đổi mới phương pháp dạy học. Môn Hóa học lớp 11 giữ vai trò quan trọng trong việc hình thành và phát triển các kỹ năng như giải quyết vấn đề, thực hành, hợp tác, giao tiếp, tư duy sáng tạo và vận dụng kiến thức vào thực tiễn. Tuy nhiên, thực trạng dạy học theo định hướng STEM tại các trường THPT quận 9, TP. Hồ Chí Minh cho thấy nhiều hạn chế: giáo viên chủ yếu áp dụng phương pháp truyền thống, học sinh thụ động, thiếu sự phối hợp tích cực trong học tập.

Mục tiêu nghiên cứu nhằm rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức Hóa học vào giải quyết vấn đề thực tiễn cho học sinh qua tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM môn Hóa học 11 tại các trường THPT quận 9. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào 24 giáo viên và 200 học sinh lớp 11 tại 4 trường THPT: Nguyễn Huệ, Phước Long, Long Trường và Nguyễn Văn Tăng trong năm học 2018-2019. Nghiên cứu có ý nghĩa thiết thực trong việc nâng cao chất lượng dạy học, phát triển năng lực học sinh, đồng thời góp phần đổi mới phương pháp giảng dạy phù hợp với xu hướng giáo dục hiện đại.

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 hiện đại, trong đó nổi bật là:

  • Lý thuyết giáo dục STEM tích hợp: Nhấn mạnh sự kết nối liên ngành giữa Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học nhằm phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn. Theo đó, dạy học STEM không chỉ truyền thụ kiến thức mà còn phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề, tư duy sáng tạo và làm việc nhóm.

  • Quy trình giáo dục STEM 5E (Engage – Gắn kết, Explore – Khám phá, Explain – Giải thích, Elaborate – Củng cố, Evaluate – Đánh giá): Đây là mô hình tổ chức dạy học giúp học sinh chủ động tiếp cận kiến thức mới, thực hành và vận dụng kiến thức trong các tình huống thực tế.

  • Khái niệm dạy học theo định hướng giáo dục STEM môn Hóa học 11: Là quá trình tác động qua lại giữa giáo viên và học sinh dựa trên sự kết nối kiến thức Hóa học với các lĩnh vực STEM, giúp học sinh vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các tình huống thực tiễn.

Các khái niệm chính bao gồm: giáo dục STEM, dạy học tích cực, kỹ năng vận dụng kiến thức, chủ đề STEM, quy trình tổ chức dạy học STEM, đánh giá năng lực học sinh.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp hỗn hợp kết hợp định lượng và định tính:

  • Nguồn dữ liệu: Khảo sát 200 học sinh lớp 11 và 24 giáo viên dạy môn Hóa học tại 4 trường THPT quận 9; phỏng vấn sâu giáo viên và học sinh; quan sát hoạt động dạy học; thu thập sản phẩm học tập của học sinh.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phần mềm Excel và thống kê mô tả để xử lý số liệu khảo sát; phân tích nội dung phỏng vấn và quan sát; đánh giá sản phẩm học tập theo tiêu chí kỹ năng vận dụng kiến thức.

  • Thời gian nghiên cứu: Từ tháng 9/2018 đến tháng 5/2020, trong đó thực nghiệm sư phạm được tiến hành tại trường THPT Long Trường trong học kỳ II năm học 2018-2019.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Lựa chọn ngẫu nhiên 200 học sinh lớp 11 và 24 giáo viên dạy Hóa học tại 4 trường đại diện cho thực trạng dạy học STEM ở quận 9. Phương pháp chọn mẫu nhằm đảm bảo tính đại diện và khách quan.

  • Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Thiết kế và tổ chức dạy học theo 3 chủ đề STEM môn Hóa học 11: “Chế chất chỉ thị màu từ thiên nhiên”, “Hiệu ứng nhà kính – Hiện tượng nóng lên toàn cầu”, “Một ngày làm nghệ nhân tại làng gốm Long Bình”. Đánh giá sự thay đổi về thái độ học tập, hành động học tập tích cực và kỹ năng vận dụng kiến thức của học sinh trước và sau thực nghiệm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Thái độ và hành động học tập của học sinh còn hạn chế: Kết quả khảo sát cho thấy chỉ khoảng 35% học sinh thể hiện hành động học tập tích cực trong giờ học môn Hóa học 11, và chỉ khoảng 28% vận dụng kiến thức Hóa học vào giải quyết vấn đề thực tiễn hiệu quả. Nguyên nhân chủ yếu do mất căn bản kiến thức và phương pháp dạy học truyền thống chưa tạo được sự hứng thú.

  2. Phương pháp dạy học của giáo viên còn đơn điệu: 75% giáo viên vẫn sử dụng phương pháp thuyết trình và đàm thoại tái hiện, thiếu đa dạng và đổi mới. Chỉ 20% giáo viên áp dụng các hoạt động trải nghiệm hoặc dự án STEM trong giảng dạy.

  3. Tổ chức dạy học theo định hướng STEM giúp cải thiện kỹ năng học sinh: Thực nghiệm sư phạm tại trường THPT Long Trường với 3 chủ đề STEM cho thấy sau khi áp dụng, tỷ lệ học sinh có hành động học tập tích cực tăng lên 68%, kỹ năng vận dụng kiến thức vào giải quyết vấn đề thực tiễn tăng lên 62%, cao hơn đáng kể so với nhóm đối chứng (tăng 15-20%).

  4. Sản phẩm học tập phong phú và sáng tạo: Học sinh thực hiện thí nghiệm chỉ thị màu từ thiên nhiên, mô hình hiệu ứng nhà kính và sản phẩm gốm thủ công thể hiện sự sáng tạo và vận dụng kiến thức liên môn hiệu quả. Ví dụ, nhóm học sinh sử dụng hoa đậu biếc và ắp cẩm tím để xác định tính chất hóa học của dung dịch, mô hình hiệu ứng nhà kính được làm tỉ mỉ với các vật liệu tái chế.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu phù hợp với các nghiên cứu quốc tế và trong nước về hiệu quả của dạy học STEM trong phát triển kỹ năng vận dụng kiến thức và tư duy sáng tạo. Nguyên nhân cải thiện là do phương pháp dạy học tích cực, tổ chức hoạt động trải nghiệm, dự án giúp học sinh chủ động khám phá, vận dụng kiến thức liên môn. So với phương pháp truyền thống, dạy học STEM tạo môi trường học tập sinh động, kích thích sự hứng thú và phát triển toàn diện năng lực học sinh.

Biểu đồ so sánh tỷ lệ hành động học tập tích cực và kỹ năng vận dụng kiến thức trước và sau thực nghiệm minh họa rõ sự cải thiện đáng kể. Bảng đánh giá sản phẩm học tập cho thấy học sinh lớp thực nghiệm đạt điểm trung bình cao hơn 30% so với lớp đối chứng.

Tuy nhiên, vẫn còn một số khó khăn như hạn chế về thời gian, trang thiết bị dạy học và sự quen thuộc của giáo viên với phương pháp mới. Điều này đòi hỏi sự hỗ trợ từ nhà trường và các cơ quan quản lý giáo dục để nâng cao năng lực giáo viên và đầu tư cơ sở vật chất.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Đào tạo, bồi dưỡng giáo viên về dạy học 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 cao tỷ lệ giáo viên áp dụng phương pháp STEM lên ít nhất 60% trong 2 năm tới. Chủ thể thực hiện: Sở Giáo dục và Đào tạo, các trường đại học sư phạm.

  2. Xây dựng và áp dụng các chủ đề STEM phù hợp với chương trình Hóa học 11: Phát triển bộ chủ đề STEM tích hợp liên môn, gắn với thực tiễn địa phương và nhu cầu phát triển kỹ năng thế kỷ 21. Thời gian triển khai trong năm học tiếp theo. Chủ thể: Tổ Hóa học các trường THPT, chuyên gia giáo dục.

  3. Đầu tư trang thiết bị và phương tiện dạy học hiện đại: Cung cấp đầy đủ dụng cụ thí nghiệm, thiết bị công nghệ hỗ trợ dạy học STEM như máy tính, phần mềm mô phỏng, vật liệu tái chế cho các trường THPT quận 9. Mục tiêu nâng cao chất lượng trải nghiệm học tập. Chủ thể: Ban giám hiệu trường, Sở Giáo dục.

  4. Tăng cường hoạt động trải nghiệm, dự án STEM cho học sinh: Tổ chức các câu lạc bộ STEM, cuộc thi sáng tạo khoa học kỹ thuật, ngày hội STEM để học sinh thực hành, giao lưu và phát triển kỹ năng. Thời gian tổ chức định kỳ hàng năm. Chủ thể: Nhà trường, phụ huynh, các tổ chức giáo dục.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Giáo viên môn Hóa học THPT: Nghiên cứu cung cấp cơ sở lý luận và phương pháp tổ chức dạy học STEM, giúp giáo viên đổi mới phương pháp, nâng cao hiệu quả giảng dạy và phát triển kỹ năng học sinh.

  2. Nhà quản lý giáo dục và chuyên viên Sở Giáo dục: Tài liệu tham khảo để xây dựng chính sách, kế hoạch đào tạo giáo viên, đầu tư cơ sở vật chất và triển khai chương trình giáo dục STEM phù hợp với điều kiện địa phương.

  3. Sinh viên ngành Sư phạm Hóa học và Giáo dục học: Học tập mô hình nghiên cứu, phương pháp thực nghiệm sư phạm và cách thiết kế bài giảng STEM tích hợp liên môn.

  4. Các nhà nghiên cứu giáo dục STEM: Cung cấp dữ liệu thực tiễn, phân tích thực trạng và đề xuất giải pháp tổ chức dạy học STEM môn Hóa học, góp phần phát triển nghiên cứu trong lĩnh vực giáo dục tích hợp.

Câu hỏi thường gặp

  1. Dạy học theo định hướng STEM khác gì so với phương pháp truyền thống?
    Dạy học STEM tích hợp kiến thức liên môn, tập trung phát triển kỹ năng vận dụng, tư duy sáng tạo và giải quyết vấn đề thực tiễn, trong khi phương pháp truyền thống chủ yếu truyền thụ kiến thức một chiều. Ví dụ, học sinh tham gia dự án chế tạo chỉ thị màu từ thiên nhiên thay vì chỉ học lý thuyết.

  2. Làm thế nào để đánh giá hiệu quả dạy học STEM?
    Đánh giá dựa trên sự thay đổi thái độ học tập, hành động học tập tích cực và kỹ năng vận dụng kiến thức vào giải quyết vấn đề thực tiễn của học sinh qua các bài kiểm tra, sản phẩm học tập và quan sát thực tế.

  3. Những khó khăn phổ biến khi triển khai dạy học STEM là gì?
    Bao gồm hạn chế về trang thiết bị, thiếu kinh nghiệm và kỹ năng của giáo viên, áp lực chương trình học và thi cử, cũng như sự thụ động của học sinh trong việc chủ động học tập.

  4. Có thể áp dụng dạy học STEM cho những môn học khác ngoài Hóa học không?
    Có, STEM là phương pháp tích hợp liên môn phù hợp với nhiều môn học như Toán, Vật lý, Sinh học, Công nghệ, giúp học sinh phát triển toàn diện kỹ năng và kiến thức.

  5. Làm sao để học sinh phát huy kỹ năng vận dụng kiến thức trong dạy học STEM?
    Thông qua các hoạt động trải nghiệm, dự án thực tế, thí nghiệm và thảo luận nhóm, học sinh được khuyến khích tự tìm hiểu, sáng tạo và áp dụng kiến thức vào các tình huống thực tiễn, ví dụ như mô hình hiệu ứng nhà kính hay sản phẩm gốm thủ công.

Kết luận

  • Dạy học theo định hướng giáo dục STEM môn Hóa học 11 tại các trường THPT quận 9, TP. Hồ Chí Minh giúp cải thiện đáng kể hành động học tập tích cực và kỹ năng vận dụng kiến thức của học sinh.
  • Phương pháp dạy học tích cực, tổ chức theo chủ đề STEM tạo môi trường học tập sinh động, phát huy tư duy sáng tạo và kỹ năng giải quyết vấn đề thực tiễn.
  • Thực trạng dạy học hiện nay còn nhiều hạn chế do phương pháp truyền thống và sự thụ động của học sinh, đòi hỏi đổi mới và đầu tư phù hợp.
  • Đề xuất các giải pháp đào tạo giáo viên, xây dựng chủ đề STEM, đầu tư trang thiết bị và tăng cường hoạt động trải nghiệm nhằm nâng cao chất lượng dạy học.
  • Nghiên cứu mở ra hướng phát triển tiếp theo trong việc nhân rộng mô hình dạy học STEM và đánh giá tác động lâu dài đến năng lực học sinh.

Hành động tiếp theo: Các trường THPT và Sở Giáo dục cần phối hợp triển khai các giải pháp đề xuất, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng và hoàn thiện mô hình dạy học STEM phù hợp với điều kiện thực tế. Để biết thêm chi tiết và ứng dụng hiệu quả, quý độc giả và nhà giáo dục có thể liên hệ trực tiếp với tác giả hoặc tham khảo toàn văn luận văn.