Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ và yêu cầu đổi mới giáo dục, việc nâng cao năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh phổ thông trở thành mục tiêu trọng tâm. Theo chỉ thị số 16/CT-TTg ngày 04/5/2017 của Thủ tướng Chính phủ, giáo dục STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) được xác định là giải pháp then chốt nhằm trang bị kiến thức và kỹ năng cần thiết cho học sinh, giúp các em phát triển toàn diện và đáp ứng nhu cầu xã hội hiện đại. Tuy nhiên, thực trạng dạy học tại nhiều trường phổ thông, trong đó có tỉnh Lạng Sơn, cho thấy việc áp dụng phương pháp dạy học theo định hướng STEM còn hạn chế, đặc biệt trong việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề.

Luận văn tập trung nghiên cứu việc tổ chức dạy học chủ đề “Các đặc trưng của âm” trong chương trình Vật lí lớp 12 theo định hướng STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh. Nghiên cứu được thực hiện tại trường THPT Việt Bắc, tỉnh Lạng Sơn, trong năm học 2019-2020 với mục tiêu thiết kế tiến trình dạy học tích hợp kiến thức vật lí và kỹ năng STEM, đồng thời đánh giá hiệu quả phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh thông qua thực nghiệm sư phạm.

Phạm vi nghiên cứu bao gồm các hoạt động dạy học chủ đề “Các đặc trưng của âm” với 4 tiết học, tập trung vào các đặc trưng vật lý và sinh lý của âm, ứng dụng thiết bị đo mức cường độ âm, thiết kế mô hình chống tiếng ồn. Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc góp phần đổi mới phương pháp dạy học Vật lí, nâng cao năng lực tư duy phản biện, sáng tạo và giải quyết vấn đề thực tiễn cho học sinh phổ thông, đồng thời cung cấp tài liệu tham khảo cho giáo viên THPT trong triển khai giáo dục STEM.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình giáo dục STEM, tập trung vào:

  • Giáo dục STEM: Là phương pháp giáo dục tích hợp liên môn Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học, nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn cho học sinh thông qua các dự án học tập và hoạt động trải nghiệm. Mục tiêu của giáo dục STEM bao gồm phát triển năng lực đặc thù của các môn học STEM, năng lực cốt lõi như tư duy phản biện, hợp tác, sáng tạo và định hướng nghề nghiệp.

  • Năng lực giải quyết vấn đề: Được hiểu là khả năng huy động tổng hợp kiến thức, kỹ năng, thái độ và cảm xúc để nhận diện, phân tích và giải quyết các tình huống thực tiễn phức tạp mà không có giải pháp sẵn có. Cấu trúc năng lực gồm bốn thành tố chính: tìm hiểu vấn đề, đề xuất giải pháp, thực hiện giải pháp và đánh giá phản ánh kết quả.

  • Quy trình thiết kế kỹ thuật trong dạy học STEM: Bao gồm 8 bước từ xác định vấn đề, nghiên cứu kiến thức nền, đề xuất và lựa chọn giải pháp, chế tạo mô hình, thử nghiệm, đánh giá, thảo luận và điều chỉnh thiết kế. Quy trình này được tổ chức thành 5 hoạt động chính trong lớp học nhằm phát huy tính chủ động, sáng tạo và hợp tác của học sinh.

Các khái niệm chuyên ngành như cường độ âm, mức cường độ âm, âm cơ bản, họa âm, đặc trưng sinh lý của âm (độ cao, độ to, âm sắc) cũng được vận dụng để xây dựng nội dung dạy học phù hợp với định hướng STEM.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Nghiên cứu sử dụng dữ liệu thu thập từ thực nghiệm sư phạm tại trường THPT Việt Bắc, tỉnh Lạng Sơn, với đối tượng gồm 160 học sinh lớp 12 và 34 giáo viên các bộ môn liên quan. Dữ liệu bao gồm kết quả quan sát, phiếu tự đánh giá của học sinh, phiếu khảo sát ý kiến giáo viên và học sinh, cùng các sản phẩm học tập và video giảng dạy.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phương pháp thống kê mô tả để xử lý kết quả khảo sát và đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh. Phân tích định tính qua quan sát tiến trình dạy học, thảo luận nhóm và đánh giá sản phẩm học tập nhằm làm rõ biểu hiện năng lực và hiệu quả của phương pháp dạy học STEM.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được tiến hành từ tháng 9/2019 đến tháng 9/2020, bao gồm các giai đoạn: khảo sát thực trạng, thiết kế tiến trình dạy học, thực nghiệm sư phạm, thu thập và phân tích dữ liệu, tổng hợp kết quả và hoàn thiện luận văn.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Lựa chọn ngẫu nhiên lớp học 12 tại trường THPT Việt Bắc làm lớp thực nghiệm, đảm bảo tính đại diện cho học sinh phổ thông cấp ba tại địa phương. Giáo viên tham gia khảo sát là những người trực tiếp giảng dạy các môn khoa học tự nhiên và toán học.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiểu biết và áp dụng STEM của giáo viên còn hạn chế: Trong số 34 giáo viên khảo sát, chỉ 6 người từng áp dụng dạy học theo định hướng STEM, phần lớn còn chưa hiểu sâu về phương pháp này. Khoảng 76,47% giáo viên cho biết các kỳ thi không yêu cầu nhiều câu hỏi gắn với thực tiễn, dẫn đến việc ít vận dụng kiến thức STEM trong giảng dạy.

  2. Học sinh thiếu thói quen liên hệ kiến thức với thực tế: Kết quả khảo sát 160 học sinh cho thấy chỉ khoảng 10-15% thường xuyên được giáo viên đặt câu hỏi hoặc giao bài tập liên quan đến thực tiễn. Hơn 60% học sinh không có thói quen liên hệ kiến thức vật lí với đời sống, và 74% cho biết các bài kiểm tra hiếm khi có câu hỏi thực tiễn.

  3. Tiến trình dạy học STEM giúp phát triển năng lực giải quyết vấn đề: Qua thực nghiệm sư phạm với chuỗi hoạt động gồm trải nghiệm, phân tích kiến thức, luyện tập và vận dụng, học sinh đã thể hiện sự tiến bộ rõ rệt trong các chỉ số năng lực giải quyết vấn đề như tìm hiểu vấn đề, đề xuất giải pháp, thực hiện và đánh giá. Ví dụ, mức độ chủ động và sáng tạo trong nhóm tăng lên khoảng 30% so với trước thực nghiệm.

  4. Sản phẩm học tập và hoạt động nhóm thể hiện năng lực phát triển: Các nhóm học sinh đã thiết kế và chế tạo mô hình nhà chống tiếng ồn, sử dụng thiết bị đo mức cường độ âm, thể hiện kỹ năng khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học tích hợp. Sản phẩm được đánh giá cao về tính sáng tạo và khả năng ứng dụng thực tiễn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của việc giáo viên và học sinh chưa tiếp cận hiệu quả với giáo dục STEM chủ yếu do thiếu tài liệu hướng dẫn, thời gian chuẩn bị bài giảng hạn chế và áp lực chương trình nặng nề. Kết quả khảo sát cũng phản ánh thực trạng kiểm tra đánh giá chưa khuyến khích vận dụng kiến thức thực tiễn, làm giảm động lực học tập sáng tạo của học sinh.

So sánh với các nghiên cứu trong ngành giáo dục STEM, kết quả này tương đồng với báo cáo của ngành giáo dục về khó khăn trong triển khai STEM tại các trường phổ thông ở Việt Nam. Tuy nhiên, thực nghiệm sư phạm cho thấy khi được tổ chức bài bản, dạy học theo định hướng STEM có thể nâng cao đáng kể năng lực giải quyết vấn đề của học sinh, đồng thời tăng hứng thú và sự chủ động trong học tập.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện tỷ lệ học sinh đạt các mức năng lực giải quyết vấn đề trước và sau thực nghiệm, bảng tổng hợp kết quả khảo sát ý kiến giáo viên và học sinh, cũng như hình ảnh sản phẩm mô hình chống tiếng ồn và thiết bị đo âm.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường tập huấn và hỗ trợ giáo viên: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về phương pháp dạy học STEM, cung cấp tài liệu hướng dẫn và mẫu bài giảng cụ thể. Mục tiêu nâng cao tỷ lệ giáo viên áp dụng STEM lên ít nhất 50% trong vòng 1 năm, do Sở Giáo dục và các trường THPT chủ trì.

  2. Xây dựng ngân hàng đề kiểm tra tích hợp thực tiễn: Phát triển bộ đề thi có câu hỏi gắn liền với thực tế, khuyến khích học sinh vận dụng kiến thức STEM để giải quyết vấn đề. Thực hiện trong 2 học kỳ tiếp theo, phối hợp giữa các tổ bộ môn và phòng khảo thí.

  3. Tổ chức các hoạt động trải nghiệm và dự án STEM thường xuyên: Khuyến khích học sinh tham gia các dự án nghiên cứu khoa học, thiết kế kỹ thuật liên quan đến nội dung học tập, như mô hình chống tiếng ồn, đo mức cường độ âm. Thời gian triển khai liên tục trong năm học, do giáo viên bộ môn và nhà trường phối hợp thực hiện.

  4. Đổi mới phương pháp đánh giá năng lực học sinh: Áp dụng đa dạng các hình thức đánh giá như quan sát, tự đánh giá, đánh giá đồng đẳng và hồ sơ học tập để phản ánh toàn diện năng lực giải quyết vấn đề. Triển khai thí điểm trong các lớp 12 trong năm học tới, do giáo viên chủ nhiệm và bộ môn phối hợp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Giáo viên Vật lí và các môn khoa học tự nhiên: Nghiên cứu cung cấp phương pháp tổ chức dạy học STEM cụ thể cho chủ đề “Các đặc trưng của âm”, giúp giáo viên đổi mới phương pháp giảng dạy, nâng cao hiệu quả phát triển năng lực học sinh.

  2. Nhà quản lý giáo dục và cán bộ chuyên môn: Tài liệu hỗ trợ xây dựng chính sách, kế hoạch đào tạo và triển khai giáo dục STEM tại các trường phổ thông, đặc biệt trong bối cảnh đổi mới chương trình giáo dục phổ thông.

  3. Sinh viên, nghiên cứu sinh ngành Giáo dục và Sư phạm: Cung cấp cơ sở lý luận và thực tiễn về giáo dục STEM, năng lực giải quyết vấn đề, đồng thời là tài liệu tham khảo cho các đề tài nghiên cứu liên quan.

  4. Phụ huynh và học sinh phổ thông: Giúp hiểu rõ hơn về phương pháp học tập tích cực, vai trò của STEM trong phát triển năng lực cá nhân và định hướng nghề nghiệp tương lai.

Câu hỏi thường gặp

  1. Giáo dục STEM là gì và tại sao quan trọng?
    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. Nó giúp học sinh phát triển tư duy phản biện, sáng tạo và kỹ năng làm việc nhóm, đáp ứng yêu cầu của xã hội hiện đại.

  2. Làm thế nào để tổ chức dạy học theo định hướng STEM hiệu quả?
    Hiệu quả khi giáo viên thiết kế bài học theo quy trình thiết kế kỹ thuật gồm xác định vấn đề, nghiên cứu kiến thức nền, đề xuất và lựa chọn giải pháp, chế tạo mô hình, thử nghiệm và đánh giá. Học sinh được tham gia tích cực qua các hoạt động trải nghiệm và làm việc nhóm.

  3. Năng lực giải quyết vấn đề được đánh giá như thế nào?
    Đánh giá dựa trên khả năng nhận diện vấn đề, đề xuất và thực hiện giải pháp, đánh giá kết quả và phản ánh quá trình. Các phương pháp đánh giá bao gồm quan sát, tự đánh giá, đánh giá đồng đẳng và bài kiểm tra thực tiễn.

  4. Các khó khăn phổ biến khi triển khai giáo dục STEM là gì?
    Khó khăn gồm thiếu tài liệu hướng dẫn, giáo viên chưa được đào tạo đầy đủ, thời gian chuẩn bị bài giảng hạn chế, áp lực chương trình nặng và thiếu cơ sở vật chất hỗ trợ.

  5. Làm sao để học sinh phát triển thói quen liên hệ kiến thức với thực tế?
    Cần tăng cường giao nhiệm vụ tìm hiểu thực tế, đặt câu hỏi gắn với đời sống, tổ chức các dự án nghiên cứu và hoạt động trải nghiệm thường xuyên, đồng thời đổi mới phương pháp đánh giá để khuyến khích vận dụng kiến thức.

Kết luận

  • Giáo dục STEM là xu hướng tất yếu trong đổi mới giáo dục phổ thông, giúp phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh.
  • Thực trạng tại trường THPT Việt Bắc cho thấy giáo viên và học sinh còn nhiều hạn chế trong tiếp cận và áp dụng STEM.
  • Thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề “Các đặc trưng của âm” theo định hướng STEM đã nâng cao rõ rệt năng lực giải quyết vấn đề và hứng thú học tập của học sinh.
  • Đề xuất các giải pháp tập huấn giáo viên, đổi mới kiểm tra đánh giá, tổ chức hoạt động trải nghiệm và xây dựng tài liệu hỗ trợ là cần thiết để nhân rộng mô hình.
  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai thí điểm rộng rãi, đánh giá hiệu quả lâu dài và hoàn thiện tài liệu hướng dẫn, nhằm góp phần nâng cao chất lượng giáo dục STEM tại các trường phổ thông.

Quý độc giả và các nhà giáo dục được khuyến khích áp dụng và phát triển các nội dung, phương pháp nghiên cứu trong luận văn nhằm nâng cao hiệu quả dạy học STEM và phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh phổ thông.