Tổng quan nghiên cứu

Giáo dục STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) đã trở thành xu hướng đổi mới giáo dục toàn cầu nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề, tư duy sáng tạo và kỹ năng thực hành cho học sinh. Tại nước Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào, trong bối cảnh đổi mới toàn diện, ngành giáo dục đang hướng tới việc áp dụng phương pháp dạy học tích hợp STEM để nâng cao chất lượng đào tạo, đặc biệt ở bậc trung học phổ thông. Theo khảo sát tại 5 trường THPT ở thủ đô Viêng Chăn, có tới 88% giáo viên chưa được tập huấn về giáo dục STEM, trong khi 80% giáo viên cho biết mất nhiều thời gian để thiết kế hoạt động dạy học theo định hướng này. Học sinh lớp 11 cũng tự đánh giá trình độ hiểu biết về các nội dung Toán học như lượng giác, nguyên hàm - tích phân, hình học không gian ở mức trung bình (81,93%), đồng thời thể hiện sự thiếu hứng thú với các bài toán thực tế trong sách giáo khoa (86% chỉ thấy bình thường hoặc không thích).

Mục tiêu nghiên cứu là thiết kế và tổ chức dạy học môn Toán lớp 11 theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát huy tính tích cực, chủ động của học sinh, đồng thời nâng cao chất lượng học tập môn Toán tại các trường THPT ở Lào. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các trường THPT tại thủ đô Viêng Chăn trong năm học 2019-2020, với đối tượng là giáo viên và học sinh lớp 11. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc góp phần đổi mới phương pháp dạy học Toán, phát triển năng lực STEM cho học sinh, đồng thời hỗ trợ công tác đào tạo giáo viên và xây dựng chương trình giáo dục phổ thông phù hợp với xu thế phát triển giáo dục hiện đại.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết giáo dục STEM và mô hình thiết kế kỹ thuật trong dạy học. Giáo dục STEM được hiểu là phương pháp tích hợp liên môn giữa Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học nhằm giúp học sinh vận dụng kiến thức vào giải quyết các vấn đề thực tiễn. Theo quan điểm tích hợp, STEM không chỉ truyền đạt kiến thức mà còn phát triển kỹ năng tư duy phản biện, hợp tác và sáng tạo.

Mô hình thiết kế kỹ thuật được vận dụng trong quy trình dạy học STEM, bao gồm các bước: xác định vấn đề, xây dựng ý tưởng, thiết kế, thử nghiệm, đánh giá và cải tiến. Quy trình này giúp học sinh phát triển năng lực giải quyết vấn đề một cách hệ thống và sáng tạo. Các khái niệm chính trong nghiên cứu gồm: năng lực STEM, quy trình thiết kế kỹ thuật, chủ đề dạy học tích hợp, và năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp hỗn hợp gồm nghiên cứu lý luận, khảo sát thực tiễn và thực nghiệm sư phạm.

  • Nguồn dữ liệu: Dữ liệu được thu thập từ 55 giáo viên và 150 học sinh lớp 11 tại 5 trường THPT ở thủ đô Viêng Chăn, Lào. Ngoài ra, tài liệu tham khảo từ các nghiên cứu quốc tế và trong nước về giáo dục STEM cũng được sử dụng để xây dựng khung lý thuyết và thiết kế chủ đề dạy học.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phân tích định lượng với thống kê mô tả để đánh giá thực trạng nhận thức và thực hành giáo dục STEM của giáo viên và học sinh. Phân tích định tính được áp dụng để đánh giá hiệu quả thực nghiệm sư phạm thông qua quan sát, phỏng vấn và thu thập ý kiến phản hồi.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được tiến hành trong năm học 2019-2020, bao gồm giai đoạn khảo sát thực trạng (3 tháng), thiết kế chủ đề và kế hoạch dạy học (2 tháng), thực nghiệm sư phạm (4 tháng) và tổng hợp, phân tích kết quả (3 tháng).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Thực trạng tập huấn và áp dụng giáo dục STEM của giáo viên: 88% giáo viên chưa được tập huấn về giáo dục STEM, chỉ 12% đã từng tham gia tập huấn. Mặc dù 80% giáo viên cho rằng việc tổ chức hoạt động STEM là cần thiết hoặc rất cần thiết, nhưng 53% giáo viên hiếm khi hoặc chưa bao giờ áp dụng phương pháp này trong dạy học Toán lớp 11. Nguyên nhân chính gồm thiếu thời gian (42%), thiếu phương tiện (73%) và mất nhiều thời gian thiết kế hoạt động (80%).

  2. Trình độ và hứng thú của học sinh: Đa số học sinh (81,93%) tự đánh giá trình độ hiểu biết về các nội dung Toán như lượng giác, nguyên hàm - tích phân, hình học không gian ở mức trung bình. Hơn 86% học sinh chỉ thấy bình thường hoặc không thích các bài toán thực tế trong sách giáo khoa, phản ánh sự thiếu hấp dẫn và ứng dụng thực tiễn trong dạy học hiện tại.

  3. Tần suất sử dụng hoạt động thực hành: 56% giáo viên thường xuyên hoặc rất thường xuyên sử dụng hoạt động thực hành thí nghiệm trong dạy học Toán, tuy nhiên phần lớn các hoạt động này chỉ dừng lại ở việc sử dụng mô hình, học sinh ít được tự thực hành. Học sinh thể hiện sự hào hứng cao với các hoạt động thực hành và STEM (54% rất thích), đồng thời mong muốn được tham gia nhiều hơn.

  4. Thiết kế và tổ chức chủ đề dạy học STEM: Một số chủ đề như “Thuyền cứu lũ lụt”, “Chế tạo dàn treo trồng nấm” được thiết kế tích hợp kiến thức Toán học (trọng tâm, khối đa diện, mặt phẳng trong không gian) với các kỹ năng khoa học, công nghệ và kỹ thuật. Chủ đề “Thuyền cứu lũ lụt” giúp học sinh vận dụng kiến thức lực đẩy Ác-si-mét, tính toán kích thước, thiết kế và chế tạo mô hình thuyền, phát triển năng lực giải quyết vấn đề và làm việc nhóm.

Thảo luận kết quả

Kết quả khảo sát cho thấy sự thiếu hụt về đào tạo và trang bị phương pháp dạy học STEM cho giáo viên là rào cản lớn nhất trong việc triển khai giáo dục STEM tại các trường THPT ở Lào. Điều này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế và trong khu vực Đông Nam Á, nơi mà việc đào tạo giáo viên và cung cấp nguồn lực luôn là thách thức hàng đầu.

Mức độ hiểu biết và hứng thú của học sinh với các nội dung Toán học truyền thống còn hạn chế, phần lớn do phương pháp dạy học chưa gắn kết với thực tiễn và thiếu các hoạt động trải nghiệm. Việc thiết kế các chủ đề dạy học theo định hướng STEM như “Thuyền cứu lũ lụt” đã góp phần làm tăng sự hứng thú và phát triển kỹ năng thực hành, tư duy sáng tạo cho học sinh.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ tần suất áp dụng STEM của giáo viên, biểu đồ mức độ hứng thú của học sinh với các hoạt động STEM, và bảng tự đánh giá trình độ học sinh về các nội dung Toán học. Những kết quả này khẳng định tính khả thi và hiệu quả của việc áp dụng giáo dục STEM trong dạy học môn Toán tại Lào, đồng thời chỉ ra các điểm cần cải thiện như đào tạo giáo viên, trang bị thiết bị và điều chỉnh chương trình học.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tổ chức các khóa tập huấn chuyên sâu về giáo dục STEM cho giáo viên Toán: Đào tạo kỹ năng thiết kế và tổ chức hoạt động dạy học STEM, ưu tiên trong vòng 6 tháng tới, do Sở Giáo dục và Đào tạo phối hợp với các viện nghiên cứu giáo dục thực hiện.

  2. Phát triển và cung cấp tài liệu, thiết bị dạy học STEM phù hợp: Trang bị các bộ dụng cụ thí nghiệm, mô hình và phần mềm hỗ trợ dạy học STEM cho các trường THPT trong vòng 1 năm, nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho giáo viên và học sinh thực hành.

  3. Xây dựng và nhân rộng các chủ đề dạy học STEM tích hợp trong chương trình Toán lớp 11: Tập trung vào các chủ đề có tính ứng dụng cao như “Thuyền cứu lũ lụt”, “Chế tạo dàn treo trồng nấm”, triển khai thí điểm trong năm học tiếp theo và đánh giá hiệu quả để mở rộng.

  4. Khuyến khích hoạt động trải nghiệm STEM và câu lạc bộ STEM tại trường: Tổ chức các hoạt động ngoại khóa, dự án nghiên cứu khoa học kỹ thuật dành cho học sinh nhằm phát triển năng lực sáng tạo và kỹ năng làm việc nhóm, thực hiện liên tục trong năm học.

  5. Điều chỉnh phương pháp đánh giá học sinh: Tích hợp đánh giá năng lực giải quyết vấn đề, tư duy sáng tạo và kỹ năng thực hành STEM vào các kỳ thi và đánh giá thường xuyên, nhằm thúc đẩy học sinh tham gia tích cực hơn vào các hoạt động STEM.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Giáo viên Toán và các môn STEM tại trường THPT: Nghiên cứu cung cấp phương pháp thiết kế và tổ chức dạy học theo định hướng STEM, giúp nâng cao hiệu quả giảng dạy và phát triển năng lực học sinh.

  2. Nhà quản lý giáo dục và Sở Giáo dục: Tham khảo để xây dựng chính sách đào tạo giáo viên, phát triển chương trình và trang bị cơ sở vật chất phù hợp với xu hướng giáo dục STEM.

  3. Sinh viên ngành Sư phạm Toán và Giáo dục STEM: Tài liệu tham khảo quý giá cho việc học tập, nghiên cứu và thực hành phương pháp dạy học tích hợp STEM.

  4. Các nhà nghiên cứu giáo dục: Cung cấp dữ liệu thực nghiệm và phân tích về thực trạng, hiệu quả áp dụng giáo dục STEM tại Lào, làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo trong khu vực Đông Nam Á.

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 và kỹ năng thực hành cho học sinh. Trong dạy học Toán, STEM giúp học sinh vận dụng kiến thức vào thực tiễn, tăng hứng thú và phát triển tư duy sáng tạo.

  2. Làm thế nào để thiết kế một chủ đề dạy học theo định hướng STEM?
    Quy trình gồm xác định vấn đề thực tiễn liên quan đến nội dung môn học, xây dựng nội dung học tập tích hợp các lĩnh vực STEM, thiết kế nhiệm vụ học tập cụ thể, tổ chức thực hiện và đánh giá kết quả. Ví dụ như chủ đề “Thuyền cứu lũ lụt” tích hợp kiến thức Toán và kỹ thuật chế tạo mô hình.

  3. Những khó khăn phổ biến khi áp dụng giáo dục STEM tại các trường THPT ở Lào là gì?
    Khó khăn chính gồm thiếu tập huấn cho giáo viên (88% chưa được đào tạo), thiếu thiết bị và phương tiện dạy học (73%), mất nhiều thời gian thiết kế hoạt động (80%), và chưa có phương pháp đánh giá phù hợp.

  4. Học sinh có thích các hoạt động STEM không?
    Theo khảo sát, 54% học sinh rất thích các hoạt động thực hành và STEM, 62% rất thích sử dụng bài toán để giải quyết vấn đề thực tế, cho thấy tiềm năng phát triển giáo dục STEM nếu được tổ chức tốt.

  5. Làm thế nào để nâng cao hiệu quả dạy học STEM trong điều kiện thiếu thiết bị?
    Có thể sử dụng các vật liệu đơn giản, tận dụng mô hình tự chế, kết hợp hoạt động nhóm và thảo luận để phát triển kỹ năng. Đồng thời, tăng cường đào tạo giáo viên về phương pháp dạy học tích hợp và sáng tạo trong tổ chức hoạt động.

Kết luận

  • Giáo dục STEM là phương pháp tích hợp hiệu quả giúp phát triển năng lực giải quyết vấn đề và kỹ năng thực hành cho học sinh lớp 11 tại Lào.
  • Thực trạng cho thấy giáo viên thiếu tập huấn và thiết bị, học sinh có trình độ trung bình và thiếu hứng thú với các bài toán thực tế.
  • Việc thiết kế và tổ chức các chủ đề dạy học STEM như “Thuyền cứu lũ lụt” đã nâng cao sự hứng thú và phát triển kỹ năng cho học sinh.
  • Cần triển khai đào tạo giáo viên, trang bị thiết bị và điều chỉnh chương trình để mở rộng áp dụng giáo dục STEM.
  • Các bước tiếp theo bao gồm nhân rộng mô hình dạy học STEM, tổ chức các hoạt động trải nghiệm và cải tiến phương pháp đánh giá năng lực học sinh.

Hành động ngay hôm nay để đổi mới phương pháp dạy học Toán theo định hướng STEM, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục và phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao cho tương lai đất nước.