Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh cách mạng công nghiệp 4.0 đang diễn ra mạnh mẽ, việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề (NLGQVĐ) cho học sinh phổ thông trở thành một nhiệm vụ trọng tâm của ngành giáo dục. Theo báo cáo khảo sát tại tỉnh Ninh Thuận, có khoảng 78% giáo viên (GV) đồng thuận về tầm quan trọng của NLGQVĐ trong dạy học, đồng thời 82% GV nhận định việc phát triển năng lực này sẽ trang bị cho học sinh các kỹ năng cần thiết khi trưởng thành. Tuy nhiên, thực trạng dạy học STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) tại các trường THCS còn gặp nhiều khó khăn như hạn chế về phương tiện học tập, thời gian tiết học ngắn, và chương trình môn Vật lí còn nặng về kiến thức toán học, khiến học sinh chưa thực sự hứng thú.

Luận văn thạc sĩ này tập trung nghiên cứu tổ chức dạy học STEM chủ đề "Bảo toàn và chuyển hóa năng lượng" trong chương trình Vật lí lớp 9 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh. Mục tiêu cụ thể là xây dựng và triển khai các hoạt động dạy học STEM phù hợp với điều kiện thực tế tại trường THPT iSchool Ninh Thuận, đồng thời đánh giá hiệu quả phát triển năng lực giải quyết vấn đề thông qua các công cụ đánh giá Rubric. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các hoạt động dạy học chủ đề "Bảo toàn và chuyển hóa năng lượng" trong năm học 2022-2023 tại địa bàn tỉnh Ninh Thuận.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc đổi mới phương pháp dạy học Vật lí theo hướng phát triển năng lực, góp phần nâng cao hiệu quả học tập và sự yêu thích môn học của học sinh. Đồng thời, kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để nhân rộng mô hình dạy học STEM trong các trường phổ thông, đáp ứng yêu cầu đổi mới giáo dục theo Nghị quyết số 29-NQ/TW ngày 04/11/2013 của Ban Chấp hành Trung ương Đảng về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: lý thuyết phát triển năng lực giải quyết vấn đề và lý thuyết giáo dục STEM.

  1. Lý thuyết năng lực giải quyết vấn đề: Năng lực giải quyết vấn đề được hiểu là khả năng vận dụng tổng hợp kiến thức, kỹ năng và thái độ để xử lý các tình huống thực tiễn phức tạp mà chưa có phương án giải quyết sẵn. Theo Polya, quá trình giải quyết vấn đề gồm bốn bước: hiểu vấn đề, lên kế hoạch, thực hiện kế hoạch và đánh giá kết quả. Cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề được phân thành các thành tố như phát hiện vấn đề, đề xuất giải pháp, thực hiện giải pháp và đánh giá kết quả, mỗi thành tố có các chỉ số hành vi cụ thể để đánh giá.

  2. Lý thuyết giáo dục STEM: 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 vận dụng kiến thức vào thực tiễn. Giáo dục STEM nhấn mạnh việc giải quyết các vấn đề thực tiễn thông qua các hoạt động thiết kế, chế tạo và thử nghiệm sản phẩm. Mục tiêu của giáo dục STEM là phát triển năng lực đặc thù của các môn học STEM, năng lực cốt lõi như tư duy phê phán, sáng tạo và kỹ năng hợp tác, đồng thời định hướng nghề nghiệp cho học sinh.

Ba khái niệm chính được sử dụng trong nghiên cứu gồm: năng lực giải quyết vấn đề, giáo dục STEM, và chủ đề "Bảo toàn và chuyển hóa năng lượng" trong chương trình Vật lí lớp 9.

Phương pháp nghiên cứu

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

  • Nguồn dữ liệu: Bao gồm các văn bản pháp luật như Nghị quyết số 29-NQ/TW, tài liệu chương trình giáo dục phổ thông 2018, sách giáo khoa Vật lí lớp 9, các tài liệu nghiên cứu về STEM và năng lực giải quyết vấn đề, cùng dữ liệu khảo sát từ 50 giáo viên và 215 học sinh tại các trường THCS, THPT tỉnh Ninh Thuận.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phương pháp thống kê mô tả để phân tích kết quả khảo sát, kết hợp phân tích định tính qua quan sát, phỏng vấn và đánh giá sản phẩm học tập. Công cụ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề được xây dựng dựa trên Rubric với các tiêu chí và mức độ biểu hiện rõ ràng.

  • Tiến trình nghiên cứu: Nghiên cứu được tiến hành trong năm học 2022-2023, gồm các bước: nghiên cứu lý thuyết và thực trạng, xây dựng chủ đề STEM và Rubric đánh giá, tổ chức dạy học thực nghiệm tại trường THPT iSchool Ninh Thuận, thu thập và phân tích dữ liệu, hoàn thiện đề xuất và kết luận.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Lựa chọn ngẫu nhiên 50 giáo viên và 215 học sinh tham gia khảo sát nhằm đảm bảo tính đại diện cho thực trạng dạy học STEM và năng lực giải quyết vấn đề tại địa phương.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiểu biết và nhận thức của giáo viên về NLGQVĐ: Khoảng 78% giáo viên đồng thuận rằng năng lực giải quyết vấn đề là khả năng phối hợp vận dụng kiến thức và kỹ năng để giải quyết các tình huống thực tiễn. Hơn 74% giáo viên nhận thấy việc phát triển năng lực này mang lại các lợi ích thiết thực như tăng cường kỹ năng tự học, hợp tác và sáng tạo cho học sinh.

  2. Thực trạng dạy học STEM tại các trường THCS: Kết quả khảo sát cho thấy 74% giáo viên gặp khó khăn trong việc vận dụng các phương pháp dạy học tích cực và xây dựng giáo án phát triển năng lực do hạn chế về thời gian và trang thiết bị. 70% giáo viên cho biết thời lượng tiết học còn hạn chế, ảnh hưởng đến việc tổ chức các hoạt động STEM hiệu quả.

  3. Hiệu quả thực nghiệm sư phạm: Qua tổ chức dạy học STEM chủ đề "Bảo toàn và chuyển hóa năng lượng", học sinh đã phát triển rõ rệt năng lực giải quyết vấn đề. Điểm trung bình đánh giá sản phẩm và thuyết trình của các nhóm học sinh đạt trên 80/100, thể hiện sự tiến bộ so với trước thực nghiệm. Biểu đồ phát triển năng lực học sinh cho thấy mức độ tăng trưởng năng lực giải quyết vấn đề đạt từ 15-20% sau khi tham gia các hoạt động STEM.

  4. Phản hồi của học sinh: Hơn 80% học sinh cho biết các hoạt động STEM giúp các em hiểu sâu hơn về kiến thức Vật lí, đồng thời phát triển kỹ năng làm việc nhóm và tư duy sáng tạo. Một số học sinh chia sẻ: "Hoạt động chế tạo mô hình máy phát điện gió giúp em thấy kiến thức Vật lí gần gũi và thực tế hơn."

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu khẳng định việc tổ chức dạy học STEM theo hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề là phù hợp và hiệu quả trong bối cảnh giáo dục hiện nay. Nguyên nhân chính là do phương pháp STEM tạo điều kiện cho học sinh tham gia tích cực, vận dụng kiến thức liên môn và thực hành sáng tạo, từ đó nâng cao khả năng tư duy phản biện và giải quyết vấn đề thực tiễn.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, kết quả này tương đồng với các luận văn về dạy học STEM tại Việt Nam, đồng thời bổ sung thêm công cụ đánh giá Rubric chi tiết giúp đánh giá khách quan năng lực học sinh. Việc áp dụng Rubric trong đánh giá năng lực giải quyết vấn đề giúp giáo viên có cơ sở điều chỉnh phương pháp dạy học phù hợp hơn với từng nhóm học sinh.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ so sánh điểm trung bình trước và sau thực nghiệm, bảng tổng hợp mức độ đồng thuận của giáo viên về các khó khăn và lợi ích của dạy học STEM, cũng như bảng đánh giá chi tiết các tiêu chí năng lực giải quyết vấn đề của học sinh.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường bồi dưỡng chuyên môn cho giáo viên về dạy học STEM và phát triển năng lực giải quyết vấn đề: Tổ chức các khóa tập huấn định kỳ nhằm nâng cao kỹ năng xây dựng giáo án, thiết kế hoạt động STEM và sử dụng công cụ đánh giá Rubric. Mục tiêu đạt 90% giáo viên được đào tạo trong vòng 1 năm, do Sở Giáo dục và Đào tạo chủ trì.

  2. Cải thiện cơ sở vật chất và trang thiết bị dạy học: Đầu tư bổ sung thiết bị thí nghiệm, vật liệu chế tạo mô hình STEM tại các trường THCS, THPT nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc tổ chức các hoạt động thực hành. Mục tiêu hoàn thành trong 2 năm, do Ban Giám hiệu các trường phối hợp với địa phương thực hiện.

  3. Xây dựng và nhân rộng các chủ đề dạy học STEM phù hợp với chương trình giáo dục phổ thông mới: Phát triển thêm các chủ đề STEM liên quan đến các nội dung trọng tâm của môn Vật lí và các môn khoa học khác, đảm bảo tính liên môn và thực tiễn. Mục tiêu triển khai thử nghiệm tại 5 trường trong năm học tiếp theo.

  4. Đổi mới phương pháp kiểm tra, đánh giá theo hướng phát triển năng lực: Áp dụng rộng rãi công cụ đánh giá Rubric và các hình thức đánh giá quá trình, đánh giá đồng đẳng, tự đánh giá nhằm phản ánh chính xác năng lực học sinh. Mục tiêu đạt 80% giáo viên sử dụng công cụ này trong 2 năm tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Giáo viên Vật lí và các môn khoa học tự nhiên: Nghiên cứu cung cấp phương pháp tổ chức dạy học STEM và công cụ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề, giúp giáo viên nâng cao hiệu quả giảng dạy và phát triển năng lực học sinh.

  2. Nhà quản lý giáo dục và cán bộ chuyên môn: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng chính sách, kế hoạch đào tạo và đầu tư trang thiết bị phục vụ đổi mới phương pháp dạy học theo hướng STEM.

  3. Sinh viên, nghiên cứu sinh ngành Sư phạm Vật lí và các ngành liên quan: Là tài liệu tham khảo quý giá về lý thuyết, phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm sư phạm trong lĩnh vực giáo dục STEM và phát triển năng lực học sinh.

  4. Các tổ chức, cá nhân quan tâm đến đổi mới giáo dục: Giúp hiểu rõ hơn về vai trò của giáo dục STEM trong phát triển năng lực giải quyết vấn đề, từ đó có thể hỗ trợ, triển khai các chương trình giáo dục phù hợp.

Câu hỏi thường gặp

  1. Giáo dục STEM là gì và tại sao lại quan trọng trong dạy học Vật lí?
    Giáo dục STEM là phương pháp tích hợp Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học nhằm phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn. Trong dạy học Vật lí, STEM giúp học sinh hiểu sâu kiến thức, phát triển kỹ năng thực hành và giải quyết vấn đề, tăng hứng thú học tập.

  2. Năng lực giải quyết vấn đề được đánh giá như thế nào trong nghiên cứu này?
    Năng lực giải quyết vấn đề được đánh giá qua Rubric với các tiêu chí cụ thể như phát hiện vấn đề, đề xuất giải pháp, thực hiện và đánh giá kết quả. Việc đánh giá kết hợp quan sát quá trình và sản phẩm học tập giúp phản ánh chính xác năng lực học sinh.

  3. Khó khăn lớn nhất khi tổ chức dạy học STEM là gì?
    Khó khăn chính là hạn chế về thời gian tiết học, trang thiết bị dạy học còn thiếu và việc xây dựng giáo án phát triển năng lực đòi hỏi nhiều thời gian, công sức. Ngoài ra, việc đánh giá năng lực học sinh cũng còn nhiều thách thức.

  4. Làm thế nào để giáo viên có thể áp dụng hiệu quả phương pháp dạy học STEM?
    Giáo viên cần được bồi dưỡng chuyên môn về STEM, xây dựng kế hoạch bài học rõ ràng, thiết kế các hoạt động thực hành phù hợp với điều kiện thực tế và sử dụng công cụ đánh giá năng lực để theo dõi tiến bộ học sinh.

  5. Nghiên cứu có thể áp dụng cho các môn học khác ngoài Vật lí không?
    Có, phương pháp tổ chức dạy học STEM và phát triển năng lực giải quyết vấn đề có thể áp dụng linh hoạt cho các môn khoa học tự nhiên khác như Hóa học, Sinh học, cũng như các môn học tích hợp khác nhằm phát triển toàn diện năng lực học sinh.

Kết luận

  • Luận văn đã xây dựng và tổ chức thành công chủ đề dạy học STEM "Bảo toàn và chuyển hóa năng lượng" phù hợp với trình độ học sinh lớp 9 tại trường THPT iSchool Ninh Thuận.
  • Công cụ đánh giá Rubric được thiết kế chi tiết, giúp đánh giá khách quan năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong quá trình học tập.
  • Kết quả thực nghiệm cho thấy học sinh phát triển năng lực giải quyết vấn đề rõ rệt, đồng thời tăng cường kỹ năng làm việc nhóm và tư duy sáng tạo.
  • Nghiên cứu góp phần làm rõ cơ sở lý luận và thực tiễn của dạy học STEM theo hướng phát triển năng lực, đồng thời đề xuất các giải pháp khả thi cho giáo viên và nhà quản lý giáo dục.
  • Đề xuất các bước tiếp theo gồm mở rộng áp dụng mô hình dạy học STEM cho các chủ đề khác, tăng cường đào tạo giáo viên và cải thiện cơ sở vật chất nhằm nâng cao chất lượng giáo dục phổ thông.

Hãy áp dụng những kết quả và giải pháp từ nghiên cứu này để đổi mới phương pháp dạy học, phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục trong thời đại mới.