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 Toán theo định hướng này. Tuy nhiên, thực trạng dạy học Toán lớp 9 theo định hướng STEM còn nhiều hạn chế, như khó khăn trong thiết kế chủ đề, thiếu thời gian đầu tư, và cơ sở vật chất chưa đáp ứng đủ. Mục tiêu nghiên cứu là thiết kế và tổ chức dạy học một số chủ đề Toán lớp 9 theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề, năng lực vận dụng Toán học vào thực tiễn cho học sinh THCS. Nghiên cứu được thực hiện tại các trường THCS ở tỉnh Thái Nguyên trong năm học 2019-2020, với trọng tâm là các chủ đề Toán liên quan đến hệ phương trình và hàm số bậc hai. 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 THCS, 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 môn 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. Các khái niệm chính bao gồm: năng lực mô hình hóa toán học, năng lực giải quyết vấn đề, kỹ năng làm việc nhóm, 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 sản phẩm, thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học.

Phương pháp nghiên cứu

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; tài liệu lý luận về giáo dục STEM và dạy học tích hợp; kết quả thực nghiệm sư phạm tại trường THCS. Phương pháp phân tích bao gồm: phân tích định tính qua quan sát, phỏng vấn, và phân tích định lượng qua thống kê số liệu khảo sát bằng phần mềm SPSS. Cỡ mẫu được chọn theo phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên có chủ đích nhằm đảm bảo tính đại diện cho giáo viên và học sinh. Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 9/2019 đến tháng 6/2020, bao gồm giai đoạn khảo sát thực trạng, thiết kế chủ đề, tổ chức dạy học và đánh giá kết quả thực nghiệm. Phương pháp nghiên cứu trường hợp được áp dụng để đánh giá sự phát triển kỹ năng STEM và năng lực vận dụng Toán học của học sinh sau khi tham gia các chủ đề dạy học theo định hướng STEM.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Nhận thức của giáo viên về giáo dục STEM: Khoảng 68% giáo viên Toán hiểu đúng về giáo dục STEM, 80% nhận thức được ý nghĩa đảm bảo giáo dục toàn diện, 92% cho rằng STEM nâng cao hứng thú học tập, nhưng vẫn còn 12% chưa hiểu đúng và 8% cho rằng STEM không cần thiết.
  2. Khó khăn trong tổ chức dạy học STEM: 72% giáo viên gặp khó khăn do thiếu thời gian thiết kế chủ đề, 64% khó chọn lọc chủ đề phù hợp, 60% cho rằng dạy học STEM chưa đem lại kết quả cao trong các kỳ thi khảo sát, và 60% thiếu cơ sở vật chất.
  3. Mức độ học sinh được học STEM: 85,5% học sinh chỉ thỉnh thoảng được học các môn theo định hướng STEM, 59,5% học sinh chưa từng học Toán lớp 9 theo định hướng STEM, nhưng 81% mong muốn được học theo định hướng này.
  4. Hiệu quả thực nghiệm dạy học: Qua thực nghiệm sư phạm, học sinh lớp 9 được thiết kế dạy học chủ đề “Hệ phương trình và ứng dụng trong sản xuất gang thép” và “Thiết kế cầu treo dây võng” đã phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề, kỹ năng mô hình hóa toán học và kỹ năng làm việc nhóm. Điểm trung bình bài kiểm tra sau thực nghiệm tăng khoảng 15% so với trước đó.

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, tuy nhiên việc triển khai còn nhiều khó khăn chủ yếu do hạn chế về thời gian, năng lực thiết kế bài giảng và điều kiện cơ sở vật chất. So với các nghiên cứu trong ngành giáo dục STEM tại các quốc gia phát triển, mức độ áp dụng STEM ở các trường THCS tỉnh Thái Nguyên còn thấp, nhưng tiềm năng phát triển là rất lớn khi học sinh thể hiện sự hứng thú và mong muốn học tập theo định hướng này. Việc thiết kế các chủ đề gắn liền với thực tiễn sản xuất gang thép và xây dựng cầu treo dây võng đã giúp học sinh hiểu sâu sắc kiến thức Toán học, đồng thời phát triển các kỹ năng STEM cần thiết. 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 tham gia học tập STEM, giúp minh họa rõ nét hiệu quả và những thách thức trong quá trình triển khai.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường đào tạo, bồi dưỡng giáo viên: Tổ chức các khóa tập huấn chuyên sâu về thiết kế và tổ chức dạy học theo định hướng STEM, nâng cao năng lực chuyên môn và kỹ năng ứng dụng công nghệ thông tin cho giáo viên Toán. Mục tiêu đạt 80% giáo viên được đào tạo trong vòng 1 năm, do Sở Giáo dục và Đào tạo chủ trì.
  2. Phát triển tài liệu và nguồn học liệu STEM: Xây dựng bộ tài liệu dạy học Toán lớp 9 theo định hướng STEM, bao gồm các chủ đề thực tiễn, bài tập vận dụng và hướng dẫn tổ chức hoạt động nhóm. Thời gian hoàn thành trong 6 tháng, phối hợp giữa các trường đại học sư phạm và các trường THCS.
  3. Cải thiện cơ sở vật chất và trang thiết bị: Đầu tư trang thiết bị dạy học hiện đại như máy chiếu, máy tính, phần mềm mô phỏng, vật liệu thực hành STEM để hỗ trợ hoạt động trải nghiệm và thực hành của học sinh. Mục tiêu nâng cấp 50% phòng học trong 2 năm, do các trường và địa phương phối hợp thực hiện.
  4. Tăng cường hợp tác giữa nhà trường và cộng đồng: Xây dựng mối liên kết với các doanh nghiệp, viện nghiên cứu và trường đại học để tổ chức các hoạt động trải nghiệm STEM, dự án nghiên cứu khoa học kỹ thuật cho học sinh. Thời gian triển khai liên tục, nhằm nâng cao tính thực tiễn và hướng nghiệp cho học sinh.
  5. Đánh giá và điều chỉnh liên tục: Thiết lập hệ thống đánh giá hiệu quả dạy học STEM dựa trên kết quả học tập, năng lực phát triển của học sinh và phản hồi của giáo viên để điều chỉnh phương pháp và nội dung phù hợp. Thực hiện đánh giá định kỳ mỗi học kỳ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Giáo viên Toán và các môn STEM tại THCS: Nghiên cứu cung cấp phương pháp thiết kế và tổ chức dạy học theo định hướng STEM, giúp giáo viên nâng cao hiệu quả giảng dạy và phát triển năng lực học sinh.
  2. Cán bộ quản lý giáo dục: Thông tin về thực trạng và giải pháp triển khai giáo dục STEM hỗ trợ xây dựng chính sách, kế hoạch đào tạo và đầu tư cơ sở vật chất phù hợp.
  3. Sinh viên ngành Sư phạm Toán và Giáo dục STEM: Tài liệu tham khảo quý giá cho việc nghiên cứu, thực hành và phát triển chuyên môn trong lĩnh vực dạy học tích hợp và STEM.
  4. Nhà nghiên cứu giáo dục: Cung cấp dữ liệu thực nghiệm và phân tích sâu sắc về việc áp dụng giáo dục STEM trong bối cảnh giáo dục phổ thông Việt Nam, làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo.

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 và vận dụng vào thực tế, tăng hứng thú học tập.

  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 kỹ năng STEM, xây dựng hoạt động học tập tích hợp và đánh giá kết quả dựa trên năng lực học sinh.

  3. Khó khăn phổ biến khi triển khai dạy học STEM là gì?
    Khó khăn gồm thiếu thời gian thiết kế bài giảng, hạn chế về năng lực giáo viên, thiếu tài liệu và cơ sở vật chất, cũng như sự chưa đồng đều về trình độ học sinh.

  4. Phương pháp “Học qua hành” áp dụng như thế nào trong dạy học Toán 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.

  5. Làm sao để đánh giá hiệu quả dạy học theo định hướng STEM?
    Đánh giá dựa trên kết quả học tập, khả năng giải quyết vấn đề, kỹ năng làm việc nhóm và sản phẩm học tập của học sinh, kết hợp đánh giá quá trình và kết quả cuối cùng.

Kết luận

  • Giáo dục STEM là xu hướng đổi mới quan trọng, giúp phát triển năng lực toàn diện cho học sinh THCS, đặc biệt trong môn Toán.
  • Thực trạng dạy học Toán lớp 9 theo định hướng STEM tại Thái Nguyên còn nhiều hạn chế, nhưng học sinh và giáo viên đều có nhu cầu và tiềm năng phát triển.
  • Thiết kế và tổ chức dạy học các chủ đề thực tiễn như hệ phương trình trong sản xuất gang thép và thiết kế cầu treo dây võng đã nâng cao hiệu quả học tập và kỹ năng STEM cho học sinh.
  • Cần tăng cường đào tạo giáo viên, phát triển tài liệu, cải thiện cơ sở vật chất và xây dựng mối liên kết cộng đồng để triển khai giáo dục STEM hiệu quả hơn.
  • Nghiên cứu đề xuất lộ trình và giải pháp cụ thể nhằm hỗ trợ các trường THCS trong việc áp dụng giáo dục STEM, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục phổ thông theo chương trình mới.

Hành động tiếp theo: Các nhà quản lý giáo dục và giáo viên cần phối hợp triển khai các giải pháp đề xuất, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng áp dụng giáo dục STEM trong các môn học khác. Để biết thêm chi tiết và tài liệu hỗ trợ, liên hệ với khoa Giáo dục Toán tại trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên.