Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu và ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng, việc giáo dục thế hệ trẻ về bảo vệ môi trường trở thành một nhiệm vụ cấp thiết. Theo ước tính, các hoạt động giáo dục STEM (Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học) đã được nhiều quốc gia áp dụng nhằm nâng cao năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn cho học sinh. Luận văn tập trung nghiên cứu tổ chức dạy học chuyên đề “Vật lí với giáo dục bảo vệ môi trường” theo định hướng giáo dục STEM tại trường trung học phổ thông, nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề và nâng cao kết quả học tập của học sinh lớp 10.

Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là xây dựng tiến trình dạy học chuyên đề phù hợp với chương trình giáo dục phổ thông 2018, đồng thời đánh giá hiệu quả của việc áp dụng định hướng STEM trong dạy học môn Vật lí. Nghiên cứu được thực hiện tại một số trường THPT ở Hà Nội trong năm học 2022-2023, với sự tham gia của các lớp 10A1 và 10A2, mỗi lớp khoảng 32 học sinh.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc góp phần đổi mới phương pháp dạy học Vật lí, tăng cường nhận thức và hành động bảo vệ môi trường cho học sinh, đồng thời phát triển các năng lực cốt lõi như tư duy phản biện, sáng tạo và hợp tác nhóm. Kết quả nghiên cứu có thể làm cơ sở cho việc nhân rộng mô hình dạy học STEM trong giáo dục phổ thông, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục và đáp ứng yêu cầu phát triển nguồn nhân lực trong thời đại công nghiệp 4.0.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai khung lý thuyết chính: giáo dục STEM và năng lực giải quyết vấn đề trong học tập Vật lí.

  1. Giáo dục STEM: Là phương pháp giáo dục tích hợp liên môn giữa Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học, nhằm phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn. Theo Hiệp hội Giáo viên Khoa học Quốc gia Mỹ, giáo dục STEM không chỉ là sự kết hợp kiến thức mà còn là phương pháp dạy học dựa trên dự án, trải nghiệm sáng tạo và thực hành. Các khái niệm chính bao gồm: tích hợp liên môn, quy trình thiết kế kỹ thuật (8 bước từ nghiên cứu đến điều chỉnh sản phẩm), hoạt động nhóm, và phát triển phẩm chất, năng lực học sinh.

  2. Năng lực giải quyết vấn đề: Được định nghĩa là khả năng nhận biết, phân tích và đưa ra các phương án giải quyết các tình huống khó khăn hoặc bất ổn trong cuộc sống. Năng lực này bao gồm các chỉ số hành vi như: hiểu tình huống, phát hiện vấn đề, đề xuất giải pháp, lập kế hoạch và thực hiện giải pháp. Năng lực giải quyết vấn đề được đánh giá qua các mức độ biểu hiện từ quan sát, mô tả đến phân tích và đánh giá kết quả.

Các khái niệm chuyên ngành được sử dụng gồm: quy trình thiết kế kỹ thuật, rubric đánh giá năng lực, mô hình dạy học 5E, phương pháp dạy học dự án và hoạt động nhóm.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng kết hợp phương pháp lý thuyết và thực nghiệm sư phạm.

  • Nguồn dữ liệu: Tài liệu chương trình giáo dục phổ thông 2018, các văn bản pháp luật liên quan đến giáo dục STEM, tài liệu chuyên ngành về dạy học Vật lí và bảo vệ môi trường, kết quả khảo sát, quan sát và phỏng vấn học sinh, giáo viên tại các trường THPT Hà Nội.

  • Phương pháp phân tích: Phân tích định tính nội dung chương trình và tài liệu, phân tích định lượng kết quả thực nghiệm sư phạm qua thống kê toán học. Cỡ mẫu thực nghiệm gồm 64 học sinh lớp 10 (hai lớp 10A1 và 10A2), được chọn theo phương pháp chọn mẫu thuận tiện.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết và xây dựng tiến trình dạy học trong 6 tháng đầu năm 2023; thực nghiệm sư phạm và thu thập dữ liệu trong 3 tháng tiếp theo; phân tích và hoàn thiện luận văn trong 3 tháng cuối năm 2023.

Phương pháp thực nghiệm sư phạm bao gồm: quan sát thái độ và biểu hiện năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong tiết học STEM, phỏng vấn học sinh, trưng cầu ý kiến chuyên gia, so sánh kết quả học tập trước và sau thực nghiệm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Phát triển năng lực giải quyết vấn đề: Sau khi tổ chức dạy học theo định hướng STEM, năng lực giải quyết vấn đề của học sinh được cải thiện rõ rệt. Tỷ lệ học sinh đạt mức độ biểu hiện năng lực giải quyết vấn đề ở mức 3 (cao nhất) tăng từ khoảng 25% lên 68%, thể hiện qua khả năng phân tích, đề xuất và thực hiện giải pháp bảo vệ môi trường.

  2. Nâng cao kết quả học tập môn Vật lí: Điểm trung bình môn Vật lí của học sinh sau thực nghiệm tăng từ 6,8 lên 8,1, với tỷ lệ học sinh đạt điểm trên 8 tăng từ 30% lên 65%. Điều này cho thấy việc áp dụng giáo dục STEM giúp học sinh tiếp thu kiến thức hiệu quả hơn.

  3. Tăng cường hứng thú và thái độ tích cực: Qua khảo sát phỏng vấn, hơn 80% học sinh cho biết cảm thấy hứng thú hơn với môn Vật lí khi được học qua các hoạt động dự án, trải nghiệm thực tế liên quan đến bảo vệ môi trường. Học sinh cũng thể hiện thái độ tích cực hơn trong việc tham gia các hoạt động nhóm và thảo luận.

  4. Khó khăn và thuận lợi trong tổ chức dạy học: Giáo viên gặp một số khó khăn về thời gian chuẩn bị và thiết bị dạy học, tuy nhiên sự hỗ trợ từ nhà trường và sự hợp tác của học sinh giúp quá trình thực nghiệm diễn ra thuận lợi. Việc sử dụng các nguyên vật liệu tái chế và thiết bị sẵn có giúp tiết kiệm chi phí và tăng tính thân thiện với môi trường.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu phù hợp với các báo cáo của ngành giáo dục STEM trên thế giới, cho thấy việc tích hợp kiến thức liên môn và áp dụng phương pháp dạy học dự án giúp học sinh phát triển toàn diện năng lực giải quyết vấn đề. Việc tăng điểm trung bình môn Vật lí và sự hứng thú học tập phản ánh hiệu quả của phương pháp dạy học tích cực, lấy học sinh làm trung tâm.

Biểu đồ thể hiện sự tăng trưởng điểm số và tỷ lệ học sinh đạt năng lực giải quyết vấn đề có thể minh họa rõ nét sự khác biệt trước và sau thực nghiệm. Bảng thống kê đánh giá năng lực giải quyết vấn đề theo rubric cũng cho thấy sự tiến bộ đồng đều giữa các nhóm học sinh.

Nguyên nhân thành công có thể do tiến trình dạy học được thiết kế theo quy trình thiết kế kỹ thuật, khuyến khích học sinh tự tìm tòi, sáng tạo và hợp tác nhóm. So với phương pháp truyền thống, giáo dục STEM giúp học sinh liên hệ kiến thức với thực tiễn, từ đó tăng động lực học tập và phát triển kỹ năng mềm.

Tuy nhiên, việc triển khai còn phụ thuộc vào điều kiện cơ sở vật chất và năng lực giáo viên, do đó cần có sự đầu tư và đào tạo phù hợp để nhân rộng mô hình.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường đào tạo giáo viên về giáo dục STEM: Tổ chức các khóa bồi dưỡng chuyên sâu về phương pháp dạy học dự án, kỹ thuật thiết kế kỹ thuật và đánh giá năng lực giải quyết vấn đề. Mục tiêu nâng cao năng lực chuyên môn và kỹ năng tổ chức hoạt động STEM trong vòng 12 tháng, do Sở Giáo dục và Đào tạo phối hợp với các trường đại học thực hiện.

  2. Xây dựng và phổ biến tài liệu dạy học chuyên đề “Vật lí với giáo dục bảo vệ môi trường”: Phát triển bộ tài liệu hướng dẫn chi tiết, bao gồm kế hoạch bài học, rubric đánh giá và các hoạt động trải nghiệm thực tế. Thời gian hoàn thành trong 6 tháng, do các tổ chuyên môn và nhóm nghiên cứu thực hiện.

  3. Đầu tư cơ sở vật chất và thiết bị dạy học thân thiện môi trường: Khuyến khích sử dụng nguyên vật liệu tái chế, thiết bị công nghệ dễ tiếp cận và phần mềm mô phỏng ảo để hỗ trợ dạy học STEM. Kế hoạch triển khai trong 1 năm, do nhà trường phối hợp với các đơn vị tài trợ và phụ huynh.

  4. Tổ chức các hoạt động trải nghiệm và hội thi STEM về bảo vệ môi trường: Tạo sân chơi khoa học sáng tạo cho học sinh, thúc đẩy sự tham gia tích cực và phát triển kỹ năng thực hành. Thời gian tổ chức định kỳ hàng năm, do nhà trường và các tổ chức xã hội phối hợp thực hiện.

  5. Xây dựng mạng lưới hỗ trợ giáo dục STEM liên trường: Chia sẻ kinh nghiệm, tài liệu và tổ chức tập huấn, giao lưu học thuật giữa các trường THPT trong khu vực. Mục tiêu nâng cao chất lượng dạy học STEM trong vòng 2 năm, do Sở Giáo dục và Đào tạo chủ trì.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Giáo viên Vật lí và các môn khoa học tự nhiên: Nghiên cứu giúp đổi mới phương pháp dạy học, áp dụng giáo dục STEM để nâng cao hiệu quả giảng dạy và phát triển năng lực học sinh.

  2. Cán bộ quản lý giáo dục tại các trường THPT: Tham khảo để xây dựng kế hoạch đào tạo, đầu tư cơ sở vật chất và tổ chức các hoạt động STEM phù hợp với điều kiện nhà trường.

  3. Sinh viên sư phạm và nghiên cứu sinh ngành giáo dục: Tài liệu tham khảo quý giá về lý thuyết và thực tiễn tổ chức dạy học STEM, đặc biệt trong lĩnh vực Vật lí và giáo dục bảo vệ môi trường.

  4. Nhà hoạch định chính sách giáo dục: Cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn để xây dựng các chính sách phát triển giáo dục STEM trong hệ thống giáo dục phổ thông.

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 giải quyết vấn đề và tăng hứng thú học tập thông qua các hoạt động dự án và trải nghiệm.

  2. Chuyên đề “Vật lí với giáo dục bảo vệ môi trường” bao gồm những nội dung chính nào?
    Chuyên đề tập trung vào các chủ đề như sự cần thiết phải bảo vệ môi trường, năng lượng tái tạo, chuyển hóa năng lượng và các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm. Nội dung được thiết kế theo chương trình giáo dục phổ thông 2018, kết hợp kiến thức STEM và thực tiễn.

  3. Phương pháp dạy học nào được áp dụng trong nghiên cứu này?
    Nghiên cứu sử dụng phương pháp dạy học dự án, mô hình 5E, hoạt động nhóm và quy trình thiết kế kỹ thuật. Các phương pháp này giúp học sinh chủ động tìm hiểu, sáng tạo và hợp tác trong quá trình học.

  4. Làm thế nào để đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh?
    Đánh giá dựa trên rubric với các tiêu chí như hiểu và phân tích vấn đề, đề xuất giải pháp, lập kế hoạch và thực hiện giải pháp. Kết hợp đánh giá quá trình học tập, sản phẩm nhóm và tự đánh giá của học sinh để có cái nhìn toàn diện.

  5. Những khó khăn nào có thể gặp phải khi triển khai giáo dục STEM trong trường phổ thông?
    Khó khăn gồm hạn chế về thiết bị dạy học, thời gian chuẩn bị bài giảng, năng lực giáo viên chưa đồng đều và sự thay đổi thói quen học tập của học sinh. Cần có sự hỗ trợ từ nhà trường, đào tạo giáo viên và đầu tư cơ sở vật chất để khắc phục.

Kết luận

  • Đã xây dựng thành công tiến trình dạy học chuyên đề “Vật lí với giáo dục bảo vệ môi trường” theo định hướng giáo dục STEM phù hợp với chương trình phổ thông 2018.
  • Việc áp dụng giáo dục STEM giúp phát triển năng lực giải quyết vấn đề và nâng cao kết quả học tập môn Vật lí cho học sinh lớp 10.
  • Học sinh thể hiện sự hứng thú và thái độ tích cực hơn trong học tập khi tham gia các hoạt động dự án và trải nghiệm thực tế.
  • Nghiên cứu góp phần làm rõ cơ sở lý luận và thực tiễn tổ chức dạy học STEM trong giáo dục phổ thông tại Việt Nam.
  • Đề xuất các giải pháp đào tạo giáo viên, đầu tư thiết bị và tổ chức hoạt động STEM nhằm nhân rộng mô hình trong các trường THPT.

Next steps: Triển khai đào tạo giáo viên, hoàn thiện tài liệu dạy học, tổ chức thực nghiệm mở rộng và đánh giá liên tục hiệu quả mô hình.

Call to action: Các nhà giáo dục và quản lý cần tích cực áp dụng và phát triển giáo dục STEM để nâng cao chất lượng giáo dục và góp phần bảo vệ môi trường bền vững.