Chương 1: Cơ sở lí luận và thực ti n. Chương 2: Thiết kế và tổ chức một số chủ đề dạy học theo định hướng GD STEM trong môn Toán lớp 11 của nước CHDCND Lào. Chương 3: Thực nghiệm sư phạm. 3 c Chƣơng 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 1.
Tổng quan về giáo dục STEM 1. Quan niệm về giáo dục STEM a) STEM Theo [12], từ khóa STEM được sử dụng lần đầu tiên từ những năm 2000 bởi Quỹ Khoa học Quốc gia (National Science Foundation - NSF)’ một cơ quan của chính phủ Hoa Kì với mục đích hỗ trợ nghiên cứu GD và các ngành khoa học kĩ thuật cơ bản ở tất cả các lĩnh vực y tế. Đó là từ viết tắt bởi bốn chữ cái đầu tiên trong tổ hợp các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học). S - Science (Khoa học) hiểu đơn giản là những gì liên quan đến viện tìm hiểu và khám phá thế giới tự nhiên.
Ở trường học từ cấp tiểu học cho đến trung học phổ thông và đại học, có rất nhiều môn học nghiên cứu về thế giới tự nhiên như: vật lí, hóa học, sinh học, thiên văn học, địa chất. Các lĩnh vực của công nghệ, kĩ thuật có mối quan hệ chặt chẽ, bổ trợ cho nhau. Toán học cung cấp một thứ 4 c ngôn ngữ chính xác cho Công nghệ, Khoa học và Kĩ thuật. Phát triển công nghệ, chẳng hạn như công nghệ máy tính cũng giúp ích rất nhiều cho Toán học, cũng như sự phát triển của toán học thường tạo ra những sáng kiến đổi mới trong công nghệ.
STEM được hiểu là sự kết hợp giữa bốn ngành Khoa học, công nghệ, Kĩ thuật và Toán học thành một môn học mới, ở đó người học có cơ hội để tiếp cận với thế giới trên nhiều khía cạnh hơn là chỉ được học từng phần kiến thức riêng rẽ và thực hành về nó [14]. STEM là một chương trình giảng dạy đưa trên ý tưởng trang bị cho người học những kiến thức, kỹ năng liên quan đến (các lĩnh vực) Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học - theo cách tiếp cận liên môn (interdisciplinary) và người học có thể áp dụng để giải quyết vấn đề trong cuộc sống hàng ngày. b) Giáo dục STEM Về định nghĩa GD STEM cũng có nhiều quan điểm khác nhau ở các quốc gia và lĩnh vực: - Quan điểm thứ nhất có thể kể đến là việc coi giáo dục STEM phương pháp tiếp cận liên môn, liên ngành trong quá trình học mà ở đó việc học các khái niệm thuật ngữ khoa học được kết hợp với những bài học thực tế. Theo quan điểm này có thể kể đến Tsupros N, R.
Theo cách thức này HS được khuyến khích áp dụng các kiến thức trong khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học vào trong các bối cảnh cụ thể giúp kết nối giữa trường học, cộng đồng, nơi làm việc và các tổ chức toàn cầu. Từ đó phát triển các năng lực trong lĩnh vực STEM. Cũng theo quan điểm này nhà trường cần thiết phải tiến hành các liên kết với cộng đồng và doanh nghiệp để cùng tạo ra môi trường thực ti n giúp HS có điều kiện áp dụng các kiến thức khoa học, công nghệ, kĩ thuật và Toán vào thực ti n, nhờ đó phát triển những hiểu biết về STEM và giúp tăng năng lực cạnh trang trong nền kinh tế mới. 5 c - Quan điểm thứ hai coi GD STEM là một cách tiếp cận việc giảng dạy và học tập, ở đó HS phát hiện và lĩnh hội các khái niệm, phát triển các năng lực, tìm hiểu các khuynh hướng của khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học, những nội dung có thể được chuyển giao áp dụng từ môi trường học tập sang bối cảnh thực tế.
Theo quan điểm này có Gonzalez và Kuenzi (2012). Cả hai quan điểm trên về bản chất có thể được hiểu giáo dục STEM giúp trang bị cho người học những kiến thức và kĩ năng cần thiết liên quan đến các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học. Các kiến thức và kĩ năng này được lồng ghép, tích hợp và bổ trợ cho nhau giúp HS phát triển năng lực giải quyết vấn đề, tạo ra được những sản phẩm trong cuộc sống hàng ngày. Đồng thời GD STEM sẽ thu hẹp khoảng cách giữa hàn lâm và thực ti n, tạo ra những con người có năng lực làm việc trong môi trường có tính sáng tạo cao và sử dụng trí óc có tính chất công việc ít lặp lại trong thế kỉ XXI [14] Trong định hướng GD STEM, HS là trung tâm, GV là người đóng vai trò tổ chức, kiểm tra, định hướng hoạt động học của HS, HS chủ động, tích cực chiếm lĩnh kiến thức và thực hành vận dụng kiến thức vào giải quyết những vấn đề thực ti n trong cuộc sống.
Vì vậy, GD STEM chú trong phát triển kĩ năng, hình thành năng lực và phẩm chất của HS đáp ứng yêu cầu mới trong sự phát triển của cuộc cách mạng 4.0 đang di n ra [16]. Trong luận văn này, tác giả sử dụng khái niệm GD STEM theo quan điểm thứ nhất, tức là GD STEM là phương pháp giảng dạy tích hợp các kiến thức về Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học qua quá trình Kỹ thuật, nhằm giúp HS áp dụng các kiến thức lí thuyết vào bối cảnh cụ thể, có khả năng giải quyết vấn đề trong cuộc sống hàng ngày, làm cho HS nhận biết và hiểu được tầm quan trọng của các kiến thức Khoa học, Công nghệ vì đó là kiến thức và kĩ năng cần thiết trong cuộc sống thực tế, góp phần xây dựng quê hương và đất nước. Trong mỗi bài học theo chủ đề STEM, HS được đặt trước một tình huống có vấn đề thực ti n cần giải quyết liên quan đến các kiến thức khoa học. 6 c Để giải quyết vấn đề đó, HS phải tìm tòi nghiên cứu những kiến thức thuộc các môn học có liên quan đến vấn đề (Sách giáo khoa, học liệu, thiết bị thí nghiệm, thiết bị công nghệ), phải biết cách mở rộng kiến thức, biết cách sửa chữa, chế biết lại chúng cho phù hợp với tình huống có vấn đề mà người học đang phải giải quyết [15].
c) Mục tiêu của giáo dục STEM Hiện nay GD STEM đã được triển khai ở nhiều nước trên thế giới. Vì bối cảnh của các nước khác nhau nên mục tiêu cho GD STEM ở các quốc gia cũng khác nhau. Tuy nhiên, các mục tiêu GD STEM của các quốc gia khác nhau mà điểm chung là chúng tác động đến người học. GD STEM như là một giải pháp trong cải cách GD của các quốc gia, hướng tới phát triển con người để đáp ứng mục tiêu phát triển kinh tế - xã hội, phát triển của quốc gia trong thời đại toàn cầu hóa đầy cạnh tranh.
Trong luận văn này, tác giả trình bày mục tiêu GD STEM theo nghĩa chung nhất. Mục tiêu GD STEM bao gồm 3 phần chính như sau: (1) Phát triển các năng lực đặc thù của các môn học về STEM cho HS: Là phát triển những kiến thức, kĩ năng liên quan đến các môn Khoa học, Công nghệ, kĩ thuật và Toán học. Hơn nữa, phải biết vận dụng phối hợp cá kiến thức, kĩ năng để giải quyết các vấn đề thực ti n. (2) Phát triển năng lực cốt lõi cho HS: GD STEM là trang bị cho HS những kĩ năng phù hợp để áp dụng yêu cầu thách thức trong thế kỉ XXI.
Bên cạnh những hiểu biết về các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học, HS sẽ được phát riêng tư duy phê phán, khả năng hợp tác để thành công. 7 c Những đặc điểm cốt lõi của GD STEM bao gồm: - Phương pháp tiếp cận tích hợp các nội dung: Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học. - Nhấn mạnh phương pháp học qua thực hành, kết hợp học lí thuyết với việc vận dụng những lí thuyết trong các tình huống thực ti n phức hợp. - Giúp người học có được những kĩ năng và năng lực cần thiết để cạnh tranh và phát triển.
d) Các hình thức triển khai giáo dục STEM Các hình thức có thể triển khai giáo dục STEM như sau: - Dạy học các môn học thuộc lĩnh vực STEM Đây là hình thức tổ chức giáo dục STEM chủ yếu trong nhà trường. Theo cách này, các bài học, hoạt động giáo dục STEM được triển khai ngay trong quá trình dạy học các môn học STEM theo tiếp cận liên môn. Các chủ đề, bài học, hoạt động STEM bám sát chương trình của các môn học thành phần. Hình thức giáo dục STEM này không làm phát sinh thêm thời gian học tập.
- Hoạt động trải nghiệm STEM Trong hoạt động trải nghiệm STEM, HS được khám phá các thí nghiệm, ứng dụng khoa học, kĩ thuật trong thực ti n đời sống. Qua đó, nhận biết được ý nghĩa của khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học đối với đời sống con người, nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM. Đây cũng là cách thức để thu hút sự quan tâm của xã hội tới GD STEM. Để tổ chức thành công các hoạt động trải nghiệm STEM, cần có sự tham gia, hợp tác của các bên liên quan như trường phổ thông, cơ sở giáo dục nghề nghiệp, các trường đại học, doanh nghiệp Trải nghiệm STEM còn có thể được thực hiện thông qua sự hợp tác giữa trường phổ thông với cơ sở giáo dục đại học, giáo dục nghề nghiệp.
Theo cách này, sẽ kết hợp được thực ti n phổ thông với ưu thế về cơ sở vật chất của giáo dục đại học và giáo dục nghề nghiệp. 8 c Các trường phổ thông có thể triển khai giáo dục STEM thông qua hình thức câu lạc bộ. Tham gia câu lạc bộ STEM, HS được học tập nâng cao trình độ, triển khai các dự án nghiên cứu, tìm hiểu các ngành nghề thuộc lĩnh STEM. Đây là hoạt động theo sở thích, năng khiếu của HS, di n ra định kì, trong cả năm học.
Tổ chức tốt hoạt động câu lạc bộ STEM cũng là tiền đề triển khai các dự án nghiên cứu trong khuôn khổ cuộc thi khoa học kĩ thuật dành cho HS trung học. Bên cạnh đó, tham gia câu lạc bộ STEM còn là cơ hội để HS thấy được sự phù hợp về năng lực, sở thích, giá trị của bản thân với nghề nghiệp thuộc các lĩnh vực STEM. - Hoạt động nghiên cứu khoa học Giáo dục STEM có thể được triển khai thông qua hoạt động nghiên cứu khoa học và tổ chức các cuộc thi sáng tạo khoa học kĩ thuật với nhiều chủ đề khác nhau thuộc các lĩnh vực robot, năng lượng tái tạo, môi trường, biến đổi khí hậu, nông nghiệp công nghệ cao.