Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh xã hội hiện đại với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ, việc trang bị cho học sinh các năng lực vận dụng kiến thức và kỹ năng thực tiễn trở thành yêu cầu cấp thiết. Giáo dục STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) được xem là giải pháp hiệu quả nhằm phát triển toàn diện năng lực này. Tại Việt Nam, đặc biệt trong các trường trung học phổ thông (THPT) ở Hà Nội, việc áp dụng dạy học theo định hướng STEM còn nhiều thách thức, nhất là trong các môn khoa học tự nhiên như Hóa học.

Luận văn tập trung nghiên cứu vận dụng dạy học theo định hướng STEM thông qua chuyên đề Hóa học về phòng chống cháy nổ nhằm phát triển năng lực vận dụng kiến thức kỹ năng cho học sinh lớp 10 tại một số trường THPT trên địa bàn Hà Nội. Thời gian thực nghiệm sư phạm kéo dài từ tháng 10/2022 đến tháng 7/2023 tại trường THPT Nguyễn Văn Cừ, Gia Lâm, Hà Nội. Mục tiêu nghiên cứu là thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề STEM về phòng chống và xử lý cháy nổ, đồng thời xây dựng bộ công cụ đánh giá năng lực vận dụng kiến thức kỹ năng cho học sinh.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao chất lượng dạy học Hóa học, góp phần phát triển năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn cho học sinh, đáp ứng yêu cầu đổi mới giáo dục phổ thông theo định hướng phát triển năng lực và phẩm chất người học trong cuộc cách mạng công nghiệp 4.0. Kết quả nghiên cứu cũng hỗ trợ giáo viên trong việc áp dụng phương pháp dạy học tích cực, tăng cường sự chủ động, sáng tạo của học sinh trong học tập.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình giáo dục STEM, năng lực vận dụng kiến thức kỹ năng và các phương pháp dạy học tích cực.

  1. Lý thuyết giáo dục STEM: STEM là sự tích hợp liên ngành giữa Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học nhằm phát triển năng lực vận dụng kiến thức và kỹ năng giải quyết vấn đề thực tiễn. Giáo dục STEM giúp học sinh phát triển tư duy phản biện, sáng tạo và kỹ năng làm việc nhóm.

  2. Mô hình năng lực vận dụng kiến thức kỹ năng: Năng lực này bao gồm khả năng phát hiện và giải thích hiện tượng tự nhiên, áp dụng kiến thức hóa học vào thực tế, phản biện và đánh giá tác động của vấn đề, tổng hợp kiến thức để đề xuất giải pháp, định hướng nghề nghiệp và xử lý tình huống xã hội phù hợp.

  3. Các phương pháp dạy học tích cực: Dạy học dự án, dạy học giải quyết vấn đề, dạy học hợp tác nhóm nhỏ và dạy học trải nghiệm STEM được áp dụng để phát triển năng lực vận dụng kiến thức kỹ năng cho học sinh.

Các khái niệm chính bao gồm: năng lực vận dụng kiến thức kỹ năng, dạy học theo định hướng STEM, chuyên đề Hóa học phòng chống cháy nổ, phương pháp dạy học tích cực, và đánh giá năng lực học sinh.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng kết hợp các phương pháp lý luận và thực tiễn:

  • Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ khảo sát 21 giáo viên và 151 học sinh lớp 10 tại 3 trường THPT ở Hà Nội (THPT Cao Bá Quát, THPT Nguyễn Văn Cừ, Trường Hữu Nghị T78). Ngoài ra, dữ liệu thực nghiệm sư phạm được thu thập từ hai lớp 10A4 và 10A5 trường THPT Nguyễn Văn Cừ.

  • Phương pháp chọn mẫu: Mẫu được chọn theo phương pháp thuận tiện và có chủ đích, tập trung vào các trường có thực trạng dạy học Hóa học và áp dụng STEM tương đối đa dạng.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng thống kê mô tả (trung bình, độ lệch chuẩn, tần suất) để phân tích kết quả khảo sát và thực nghiệm. Phân tích định tính qua quan sát, phỏng vấn và đánh giá sản phẩm học sinh. Phương pháp xử lý số liệu thống kê nhằm kiểm định tính khả thi và hiệu quả của chủ đề STEM trong phát triển năng lực vận dụng kiến thức kỹ năng.

  • Timeline nghiên cứu: Từ tháng 10/2022 đến tháng 7/2023, bao gồm giai đoạn thiết kế chủ đề STEM, xây dựng công cụ đánh giá, tổ chức thực nghiệm sư phạm và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Thực trạng tổ chức dạy học Hóa học và áp dụng STEM: Kết quả khảo sát học sinh cho thấy mức độ tổ chức các hoạt động dạy học gắn với kiến thức thực tiễn đạt trung bình từ 2,22 đến 2,41 trên thang đo 4 mức, tương đương mức "thỉnh thoảng" đến "thường xuyên". Học sinh thường xuyên được tham gia hợp tác nhóm (trung bình 2,41) và quan sát thí nghiệm (2,30). Tuy nhiên, mức độ vận dụng kiến thức vào thực tế còn hạn chế (2,23).

  2. Năng lực vận dụng kiến thức kỹ năng của học sinh: Qua phiếu đánh giá, học sinh đạt mức trung bình từ 2,50 đến 2,83 về các kỹ năng như nhận biết, phản biện, tìm tòi, định hướng nghề nghiệp và ứng xử có trách nhiệm. Kỹ năng ứng xử có trách nhiệm và giải quyết vấn đề thực tiễn được đánh giá cao nhất (2,83), trong khi kỹ năng định hướng nghề nghiệp thấp nhất (2,50).

  3. Hiểu biết và thái độ về STEM: 92,7% học sinh đã từng nghe về STEM, 79,5% đã tham gia các chủ đề STEM như sản xuất xà phòng, chế tạo giấy chỉ thị axit-bazo, làm nến thơm. 90% học sinh đánh giá việc hình thành năng lực vận dụng kiến thức kỹ năng trong học tập Hóa học là cần thiết hoặc rất cần thiết.

  4. Quan điểm và thực trạng áp dụng của giáo viên: 66,7% giáo viên thường xuyên yêu cầu học sinh vận dụng kiến thức để giải thích hiện tượng, 71,4% sử dụng các phương pháp dạy học tích cực và tình huống thực tế. Tuy nhiên, việc tổ chức dạy học STEM và sử dụng thiết bị hiện đại còn hạn chế. Các biện pháp ít được sử dụng gồm làm thí nghiệm thực tế và tổ chức dạy học STEM chuyên đề.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc tổ chức dạy học theo định hướng STEM tại các trường THPT Hà Nội đã có bước tiến tích cực nhưng chưa đồng đều và chưa phát huy tối đa hiệu quả trong phát triển năng lực vận dụng kiến thức kỹ năng cho học sinh. Mức độ vận dụng kiến thức vào thực tiễn của học sinh còn ở mức trung bình, phản ánh sự cần thiết phải đổi mới phương pháp dạy học và tăng cường các hoạt động trải nghiệm thực tế.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, việc áp dụng STEM giúp học sinh phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề và tư duy sáng tạo vượt trội hơn. Tuy nhiên, ở Việt Nam, việc thiếu hụt thiết bị, tài liệu và sự chuẩn bị của giáo viên là những rào cản lớn. Kết quả khảo sát cũng cho thấy học sinh rất quan tâm và mong muốn được học theo phương pháp STEM, điều này tạo điều kiện thuận lợi để triển khai các chủ đề STEM chuyên sâu như phòng chống cháy nổ.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân phối tần suất mức độ vận dụng kiến thức kỹ năng của học sinh trước và sau khi áp dụng chủ đề STEM, cũng như bảng so sánh mức độ sử dụng các biện pháp dạy học tích cực của giáo viên. Các biểu đồ này minh họa rõ sự tiến bộ và những điểm cần cải thiện trong quá trình dạy học.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường đào tạo và bồi dưỡng giáo viên về dạy học STEM

    • Tổ chức các khóa tập huấn chuyên sâu về thiết kế và tổ chức dạy học theo định hướng STEM, đặc biệt là các chuyên đề liên quan đến Hóa học và phòng chống cháy nổ.
    • Thời gian: Triển khai trong 6 tháng đầu năm học.
    • Chủ thể thực hiện: Sở Giáo dục và Đào tạo Hà Nội phối hợp với các trường đại học sư phạm.

  2. Phát triển và hoàn thiện bộ công cụ đánh giá năng lực vận dụng kiến thức kỹ năng

    • Xây dựng các tiêu chí đánh giá cụ thể, phiếu hỏi và bài kiểm tra phù hợp với từng chủ đề STEM.
    • Thời gian: Hoàn thiện trong vòng 3 tháng.
    • Chủ thể thực hiện: Nhóm nghiên cứu và giáo viên chủ nhiệm các lớp 10.

  3. Tăng cường tổ chức các hoạt động trải nghiệm STEM gắn với thực tiễn

    • Thiết kế các dự án thực hành như “Thiết kế thiết bị báo cháy tự động” và “Chế tạo bình chữa cháy mini” để học sinh vận dụng kiến thức hóa học vào giải quyết vấn đề thực tế.
    • Thời gian: Tổ chức định kỳ trong năm học.
    • Chủ thể thực hiện: Giáo viên bộ môn Hóa học và các câu lạc bộ STEM trường THPT.

  4. Đầu tư cơ sở vật chất và trang thiết bị dạy học hiện đại

    • Cung cấp đầy đủ dụng cụ thí nghiệm, thiết bị hỗ trợ dạy học STEM nhằm tạo điều kiện cho học sinh thực hành và sáng tạo.
    • Thời gian: Lập kế hoạch và triển khai trong năm học tiếp theo.
    • Chủ thể thực hiện: Ban giám hiệu nhà trường và các đơn vị tài trợ.

  5. Khuyến khích hợp tác liên ngành và liên trường trong tổ chức dạy học STEM

    • Tạo mạng lưới chia sẻ kinh nghiệm, tài liệu và tổ chức các cuộc thi sáng tạo khoa học kỹ thuật giữa các trường THPT.
    • Thời gian: Triển khai liên tục hàng năm.
    • Chủ thể thực hiện: Phòng Giáo dục quận/huyện và các trường THPT.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Giáo viên bộ môn Hóa học THPT

    • Lợi ích: Nắm bắt phương pháp dạy học STEM hiệu quả, thiết kế kế hoạch bài dạy chuyên đề phòng chống cháy nổ, phát triển năng lực vận dụng kiến thức kỹ năng cho học sinh.
    • Use case: Áp dụng trong giảng dạy thực tế, nâng cao chất lượng bài học và đánh giá học sinh.

  2. Nhà quản lý giáo dục và cán bộ chuyên môn

    • Lợi ích: Hiểu rõ thực trạng và giải pháp đổi mới phương pháp dạy học STEM, xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển giáo dục STEM trong trường phổ thông.
    • Use case: Lập kế hoạch đào tạo giáo viên, đầu tư cơ sở vật chất và tổ chức các hoạt động STEM.

  3. Sinh viên sư phạm và nghiên cứu sinh ngành Giáo dục

    • Lợi ích: Tham khảo cơ sở lý luận, phương pháp nghiên cứu và kết quả thực nghiệm về dạy học STEM trong môn Hóa học.
    • Use case: Phát triển đề tài nghiên cứu, luận văn tốt nghiệp và nâng cao năng lực chuyên môn.

  4. Các tổ chức, doanh nghiệp liên quan đến giáo dục STEM

    • Lợi ích: Hiểu nhu cầu và thực trạng giáo dục STEM tại trường phổ thông, từ đó hỗ trợ tài trợ, cung cấp thiết bị và hợp tác phát triển chương trình giáo dục.
    • Use case: Thiết kế chương trình đào tạo, tài trợ thiết bị thí nghiệm và tổ chức các cuộc thi sáng tạo khoa học kỹ thuật.

Câu hỏi thường gặp

  1. Dạy học theo định hướng STEM là gì?
    Dạy học STEM là phương pháp tích hợp kiến thức và kỹ năng từ Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học để học sinh vận dụng giải quyết các vấn đề thực tế. Ví dụ, học sinh có thể thiết kế thiết bị báo cháy tự động dựa trên kiến thức Hóa học và Kỹ thuật.

  2. Làm thế nào để phát triển năng lực vận dụng kiến thức kỹ năng cho học sinh?
    Cần tổ chức các hoạt động trải nghiệm, dự án thực hành, thí nghiệm và giải quyết vấn đề thực tế. Việc này giúp học sinh không chỉ học lý thuyết mà còn biết cách áp dụng kiến thức vào cuộc sống.

  3. Chuyên đề Hóa học phòng chống cháy nổ có vai trò gì trong giáo dục STEM?
    Đây là chủ đề thực tiễn giúp học sinh hiểu về các yếu tố gây cháy, cách phòng chống và xử lý cháy nổ, đồng thời phát triển kỹ năng vận dụng kiến thức Hóa học vào thực tế, nâng cao ý thức an toàn.

  4. Các phương pháp dạy học tích cực nào được áp dụng trong nghiên cứu?
    Nghiên cứu tập trung vào dạy học dự án, dạy học giải quyết vấn đề và dạy học hợp tác nhóm nhỏ, giúp học sinh phát triển kỹ năng làm việc nhóm, tư duy phản biện và sáng tạo.

  5. Làm sao để đánh giá năng lực vận dụng kiến thức kỹ năng của học sinh?
    Sử dụng bộ công cụ đánh giá gồm phiếu hỏi, tiêu chí đánh giá sản phẩm STEM, bài kiểm tra kiến thức và quan sát thực hành. Ví dụ, đánh giá sản phẩm thiết bị báo cháy mini dựa trên tiêu chí thiết kế, hiệu quả và tính sáng tạo.

Kết luận

  • Luận văn đã hệ thống hóa cơ sở lý luận và thực tiễn về dạy học STEM và năng lực vận dụng kiến thức kỹ năng trong môn Hóa học.
  • Thiết kế và tổ chức dạy học theo chủ đề STEM về phòng chống cháy nổ giúp phát triển năng lực vận dụng kiến thức kỹ năng cho học sinh lớp 10 tại Hà Nội.
  • Bộ công cụ đánh giá năng lực vận dụng kiến thức kỹ năng được xây dựng và kiểm nghiệm có tính khả thi và hiệu quả.
  • Kết quả thực nghiệm sư phạm cho thấy học sinh có sự tiến bộ rõ rệt về kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn sau khi học theo chủ đề STEM.
  • Đề xuất các giải pháp cụ thể nhằm nâng cao chất lượng dạy học STEM và phát triển năng lực vận dụng kiến thức kỹ năng trong trường THPT.

Next steps: Triển khai mở rộng áp dụng chủ đề STEM trong các trường THPT khác, tổ chức đào tạo giáo viên và hoàn thiện bộ công cụ đánh giá.

Call to action: Các nhà giáo dục và quản lý cần phối hợp để thúc đẩy đổi mới phương pháp dạy học STEM, tạo điều kiện cho học sinh phát triển toàn diện năng lực vận dụng kiến thức kỹ năng, đáp ứng yêu cầu của xã hội hiện đại.