Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh đổi mới căn bản và toàn diện giáo dục phổ thông, dạy học tích hợp theo định hướng giáo dục STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) đã trở thành xu thế tất yếu nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề và vận dụng kiến thức thực tiễn cho học sinh. Theo báo cáo khảo sát tại một số trường THCS tỉnh Thái Nguyên, có khoảng 68% giáo viên Toán nhận thức đúng về giáo dục STEM, trong khi 81% học sinh mong muốn được học môn Toán theo định hướng này. Tuy nhiên, thực trạng dạy học Toán lớp 9 theo định hướng STEM còn nhiều hạn chế, như thiếu thời gian thiết kế chủ đề (72%), khó chọn lọc chủ đề phù hợp (64%) và thiếu cơ sở vật chất (60%). Mục tiêu nghiên cứu nhằm thiết kế và tổ chức dạy học một số chủ đề Toán lớp 9 theo định hướng giáo dục STEM, góp phần nâng cao năng lực giải quyết vấn đề, vận dụng Toán học vào thực tiễn, đồng thời phát triển kỹ năng hợp tác, tự học và tư duy sáng tạo cho học sinh. Nghiên cứu được thực hiện tại các trường THCS tỉnh Thái Nguyên trong năm học 2019-2020, với phạm vi tập trung vào các chủ đề Toán liên quan đến hệ phương trình, hàm số bậc hai và mô hình hóa toán học trong thực tiễn sản xuất. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc đổi mới phương pháp dạy học Toán, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục STEM ở bậc trung học cơ sở, đồng thời hỗ trợ giáo viên và học sinh tiếp cận hiệu quả với chương trình giáo dục phổ thông mới.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết dạy học tích hợp và lý thuyết giáo dục STEM. Dạy học tích hợp được hiểu là phương pháp tổ chức học tập nhằm phát triển năng lực vận dụng kiến thức liên ngành để giải quyết các tình huống thực tiễn, giúp học sinh hiểu sâu sắc và vận dụng hiệu quả kiến thức. Giáo dục STEM là sự kết hợp liên ngành giữa Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học, nhằm trang bị cho học sinh kiến thức và kỹ năng cần thiết để giải quyết các vấn đề thực tế, phát triển tư duy phản biện, sáng tạo và kỹ năng làm việc nhóm. Các khái niệm chính bao gồm: năng lực giải quyết vấn đề, mô hình hóa toán học, kỹ năng STEM (khoa học, công nghệ, kỹ thuật, toán học), và phương pháp “Học qua hành” (Learning by doing). Ngoài ra, nghiên cứu áp dụng quy trình thiết kế chủ đề dạy học STEM gồm các bước: lựa chọn chủ đề, xác định vấn đề cần giải quyết, xây dựng tiêu chí thiết kế, thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp hỗn hợp kết hợp định tính và định lượng. Nguồn dữ liệu chính gồm: khảo sát ý kiến 25 giáo viên Toán và 200 học sinh lớp 9 tại các trường THCS tỉnh Thái Nguyên; dữ liệu thực nghiệm sư phạm qua tổ chức dạy học một số chủ đề Toán theo định hướng STEM; tài liệu lý luận và các công trình nghiên cứu liên quan. Phương pháp phân tích bao gồm: phân tích thống kê mô tả số liệu khảo sát (tỷ lệ phần trăm, bảng phân phối tần số), phân tích định tính qua quan sát, phỏng vấn và đánh giá sản phẩm học tập. Cỡ mẫu được chọn theo phương pháp chọn mẫu thuận tiện, đảm bảo tính đại diện cho nhóm giáo viên và học sinh trong khu vực nghiên cứu. Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 9/2019 đến tháng 12/2020, bao gồm các giai đoạn: nghiên cứu lý luận, khảo sát thực trạng, thiết kế chủ đề, tổ chức thực nghiệm sư phạm, đánh giá kết quả và hoàn thiện luận văn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Nhận thức và thực trạng dạy học STEM của giáo viên: 68% giáo viên Toán hiểu đúng về giáo dục STEM, 80% nhận thức được ý nghĩa đảm bảo giáo dục toàn diện, 88% đánh giá giáo dục STEM là cần thiết. Tuy nhiên, 72% giáo viên gặp khó khăn do thiếu thời gian thiết kế chủ đề, 64% khó chọn lọc chủ đề phù hợp, 60% thiếu cơ sở vật chất để tổ chức dạy học theo định hướng STEM.

  2. Thực trạng học tập STEM của học sinh: 81% học sinh mong muốn học Toán theo định hướng STEM, 87% học sinh từng học theo định hướng này cảm thấy hứng thú. Tuy nhiên, 85,5% học sinh chỉ được học các môn STEM thỉnh thoảng, 59,5% học sinh chưa từng học Toán lớp 9 theo định hướng STEM.

  3. Hiệu quả thực nghiệm sư phạm: Qua tổ chức dạy học chủ đề “Hệ phương trình và ứng dụng trong sản xuất gang thép”, học sinh được phát triển kỹ năng giải hệ phương trình, mô hình hóa toán học và năng lực giải quyết vấn đề. Kết quả kiểm tra cho thấy điểm trung bình của học sinh tăng khoảng 15% so với trước khi thực nghiệm. Học sinh thể hiện sự chủ động, hợp tác trong nhóm và khả năng vận dụng kiến thức Toán vào thực tiễn sản xuất.

  4. Thiết kế chủ đề cầu treo dây võng theo mô hình parabol: Chủ đề tích hợp kiến thức Toán (hàm số bậc hai, hệ phương trình), Kỹ thuật (vẽ kỹ thuật, vật liệu), Vật lý (cấu trúc chịu lực), Công nghệ (phần mềm thiết kế). Học sinh thực hiện dự án thiết kế mô hình cầu treo dây võng, phát triển kỹ năng làm việc nhóm, tư duy sáng tạo và vận dụng kiến thức liên môn. Đánh giá sản phẩm cho thấy 90% nhóm hoàn thành mô hình đạt yêu cầu kỹ thuật và thẩm mỹ.

Thảo luận kết quả

Kết quả khảo sát và thực nghiệm cho thấy giáo viên và học sinh đều có nhận thức tích cực về giáo dục STEM, nhưng còn nhiều khó khăn trong tổ chức dạy học thực tế, đặc biệt là về thời gian, nguồn lực và năng lực chuyên môn của giáo viên. Việc thiết kế và tổ chức dạy học các chủ đề Toán theo định hướng STEM giúp học sinh phát triển năng lực giải quyết vấn đề, mô hình hóa toán học và kỹ năng hợp tác, phù hợp với mục tiêu đổi mới chương trình giáo dục phổ thông. So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả này tương đồng với xu hướng phát triển giáo dục STEM nhằm nâng cao năng lực thực hành và sáng tạo của học sinh. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân phối điểm kiểm tra trước và sau thực nghiệm, bảng thống kê tỷ lệ giáo viên và học sinh theo từng mức độ nhận thức và hứng thú, cũng như hình ảnh sản phẩm mô hình cầu treo dây võng.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường đào tạo, bồi dưỡng giáo viên về giáo dục STEM: Tổ chức các khóa tập huấn chuyên sâu về thiết kế chủ đề, phương pháp dạy học tích hợp STEM, kỹ năng sử dụng công nghệ hỗ trợ giảng dạy. Mục tiêu nâng cao năng lực chuyên môn và tự tin áp dụng STEM trong dạy học Toán. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng. Chủ thể: Sở GD&ĐT, các trường đại học sư phạm.

  2. Phát triển nguồn tài liệu, thiết kế chủ đề dạy học STEM phù hợp: Xây dựng ngân hàng chủ đề, bài giảng mẫu, tài liệu tham khảo phong phú, bám sát chương trình Toán lớp 9 và thực tiễn địa phương. Mục tiêu giảm tải thời gian thiết kế cho giáo viên, nâng cao chất lượng bài giảng. Thời gian: 12 tháng. Chủ thể: Bộ GD&ĐT, các tổ chuyên môn.

  3. Đầu tư cơ sở vật chất, trang thiết bị phục vụ dạy học STEM: Cung cấp phòng học hiện đại, thiết bị thí nghiệm, phần mềm mô phỏng, vật liệu thực hành để hỗ trợ hoạt động trải nghiệm, dự án STEM. Mục tiêu tạo điều kiện thuận lợi cho việc tổ chức dạy học theo định hướng STEM. Thời gian: 1-2 năm. Chủ thể: Nhà trường, chính quyền địa phương.

  4. Tăng cường phối hợp giữa nhà trường, gia đình và cộng đồng: Khuyến khích sự tham gia của phụ huynh, doanh nghiệp, các tổ chức khoa học kỹ thuật trong việc hỗ trợ tài chính, chuyên môn và thực hành STEM cho học sinh. Mục tiêu nâng cao hiệu quả giáo dục STEM và kết nối thực tiễn. Thời gian: liên tục. Chủ thể: Ban giám hiệu nhà trường, các tổ chức xã hội.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Giáo viên Toán và các môn STEM tại THCS: Nghiên cứu giúp nâng cao năng lực thiết kế và tổ chức dạy học theo định hướng STEM, áp dụng các chủ đề thực tiễn để phát triển năng lực học sinh.

  2. Cán bộ quản lý giáo dục: Tham khảo để xây dựng chính sách, kế hoạch đào tạo, đầu tư cơ sở vật chất và hỗ trợ triển khai giáo dục STEM hiệu quả tại các trường phổ thông.

  3. Sinh viên sư phạm chuyên ngành Toán và giáo dục STEM: Tài liệu tham khảo bổ ích cho việc học tập, nghiên cứu và thực hành phương pháp dạy học tích hợp STEM.

  4. Nhà nghiên cứu giáo dục và phát triển chương trình: Cung cấp cơ sở lý luận và thực tiễn về thiết kế chủ đề dạy học STEM, góp phần phát triển chương trình giáo dục phổ thông mới.

Câu hỏi thường gặp

  1. Giáo dục STEM là gì và tại sao quan trọng trong dạy học Toán?
    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 thực tiễn cho học sinh. Trong dạy học Toán, STEM giúp học sinh hiểu sâu kiến thức, vận dụng vào thực tế và phát triển kỹ năng tư duy sáng tạo.

  2. Làm thế nào để thiết kế chủ đề Toán theo định hướng STEM?
    Thiết kế chủ đề STEM bắt đầu từ việc lựa chọn vấn đề thực tiễn liên quan đến kiến thức Toán, xác định mục tiêu phát triển năng lực, xây dựng hoạt động học tập tích hợp các lĩnh vực STEM và đánh giá kết quả học tập qua sản phẩm hoặc dự án.

  3. Khó khăn phổ biến khi triển khai dạy học STEM là gì?
    Khó khăn gồm thiếu thời gian thiết kế bài giảng, thiếu nguồn tài liệu tham khảo, cơ sở vật chất hạn chế, năng lực giáo viên chưa đồng đều và học sinh chưa quen với phương pháp học tích cực.

  4. Phương pháp “Học qua hành” áp dụng như thế nào trong dạy học STEM?
    Phương pháp này khuyến khích học sinh học thông qua thực hành, làm việc nhóm, thảo luận và tự khám phá kiến thức, giúp ghi nhớ sâu và phát triển kỹ năng vận dụng kiến thức vào giải quyết vấn đề thực tế.

  5. Làm sao để đánh giá hiệu quả dạy học theo định hướng STEM?
    Đánh giá tập trung vào quá trình học tập và sản phẩm học sinh tạo ra, bao gồm kỹ năng giải quyết vấn đề, khả năng hợp tác, sáng tạo và vận dụng kiến thức liên môn, thay vì chỉ đánh giá kết quả qua bài kiểm tra truyền thống.

Kết luận

  • Giáo dục STEM là xu hướng đổi mới quan trọng, giúp phát triển năng lực toàn diện cho học sinh, đặc biệt trong môn Toán lớp 9.
  • Thực trạng dạy học STEM tại các trường THCS tỉnh Thái Nguyên còn nhiều hạn chế về nhận thức, nguồn lực và phương pháp tổ chức.
  • Thiết kế và tổ chức dạy học một số chủ đề Toán theo định hướng STEM đã nâng cao hiệu quả học tập, phát triển kỹ năng và hứng thú học sinh.
  • Cần tăng cường đào tạo giáo viên, phát triển tài liệu, đầu tư cơ sở vật chất và phối hợp cộng đồng để triển khai giáo dục STEM hiệu quả.
  • Nghiên cứu mở ra hướng phát triển tiếp theo trong đổi mới phương pháp dạy học Toán, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục phổ thông.

Hành động tiếp theo: Các nhà quản lý và giáo viên cần áp dụng các giải pháp đề xuất, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng các chủ đề STEM phù hợp với đặc điểm học sinh và điều kiện thực tế. Để biết thêm chi tiết và tài liệu hỗ trợ, vui lòng liên hệ với khoa Giáo dục Toán của trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên.