CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN DẠY HỌC 1. Nghiên cứu về giáo dục STEM 1. Trên thế giới Đầu năm 2001, Tổ chức Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ giới thiệu cụm từ SMET (Science - Math - Engineering - Technology) để chỉ nhóm ngành nghề liên quan đến Khoa học, Toán học, Kỹ thuật và Công nghệ, đồng thời đại diện cho các chương trình học tích hợp kiến thức và kỹ năng từ những lĩnh vực này. Cũng trong năm 2001, giáo sư Judith Ramaley, một nhà sinh vật học và chủ tịch Hiệp hội các trường đại học/cao đẳng Hoa Kỳ, đã sắp xếp lại các chữ cái để đổi từ SMET thành STEM.
Từ đó, STEM và các chương trình học tập trung vào STEM chính thức được phổ biến rộng rãi. [9] Tại Hoa Kỳ, việc áp dụng chương trình quốc gia về toán (2010) và khoa học (2013) đã thiết lập tiêu chuẩn học tập toàn quốc, vượt qua hệ thống giáo dục phân cấp và chính trị hóa. Một bước tiến lớn khác là sự phát triển nhanh chóng của các trường trung học chuyên STEM, giúp học sinh tiếp cận chương trình nâng cao và giáo viên chuyên nghiệp. Cả hai quốc gia đều chú trọng nâng cao trình độ giáo viên STEM và coi đây là ưu tiên chiến lược.
Ở Phần Lan, giáo dục STEM được tích hợp trong chương trình học thông qua các môn Toán, Sinh học, Hóa học, và Vật lý, được giảng dạy riêng biệt ở bậc tiểu học và trung học cơ sở. Mỗi năm, các trường phải tổ chức ít nhất một mô-đun học tập đa ngành, kết hợp kiến thức từ nhiều môn để giải quyết một chủ đề cụ thể. Học sinh tham gia vào việc lập kế hoạch học phần, và quá trình đánh giá dựa trên mục tiêu của từng môn học. [9] Tại Úc, giáo dục STEM không có chương trình riêng biệt, nhưng theo cơ quan Phúc trình và Thẩm định Chương trình giảng dạy trên toàn nước, có 13 trường học triển khai chương trình tích hợp các môn Toán, Khoa học và Công nghệ.
Các dự án STEM trong trường học thường tập trung giải quyết các vấn 4 đề cụ thể hoặc đáp ứng nhu cầu và cơ hội tại địa phương, giúp học sinh phát triển tư duy sáng tạo và kỹ năng thực tiễn. [9] Singapore, quốc gia dẫn đầu thế giới về Toán, Khoa học và Đọc hiểu theo bảng xếp hạng PISA 2022, đã chú trọng phát triển giáo dục STEM từ năm 2014. Điều này được thực hiện thông qua các chương trình như Chương trình Học tập Ứng dụng STEM (STEM ALP) và sự hợp tác chặt chẽ giữa Bộ Giáo dục Singapore, STEM Inc., và các trường học, nhằm thúc đẩy việc ứng dụng STEM vào giáo dục một cách toàn diện và hiệu quả. [9] Mặc dù các quốc gia có cách diễn đạt khác nhau về mục tiêu giáo dục STEM ở tầm quốc gia, điểm chung dễ nhận thấy là sự tập trung vào việc tác động đến người học.
Giáo dục STEM được xem như một giải pháp trong cải cách giáo dục, nhằm phát triển con người đáp ứng các yêu cầu của nền kinh tế và mục tiêu phát triển quốc gia trong bối cảnh toàn cầu hóa và cạnh tranh ngày càng gia tăng. [4] Với sự phát triển của giáo dục STEM ở các quốc gia, một số nhà nghiên cứu đã đi sâu vào lĩnh vực này, có thể kể tới một số công trình nghiên cứu sau: Wahng H. và các cộng sự (2011) nhận định rằng tích hợp STEM trong lớp học chính là một dạng tích hợp chương trình giảng dạy. Tuy nhiên, họ nhấn mạnh rằng khái niệm này mang tính phức tạp và đầy thách thức.
Việc tích hợp các môn học STEM không chỉ đơn thuần là việc kết hợp bề mặt các môn học như Toán, Khoa học, Công nghệ và Kỹ thuật, mà đòi hỏi sự kết nối sâu sắc về nội dung, phương pháp và mục tiêu giáo dục. Điều này yêu cầu các nhà giáo dục phải thiết kế các hoạt động dạy học có tính liên ngành cao, tạo cơ hội để học sinh áp dụng kiến thức và kỹ năng của nhiều lĩnh vực vào giải quyết các vấn đề thực tiễn, từ đó thúc đẩy tư duy sáng tạo, logic và kỹ năng giải quyết vấn đề. Sự tích hợp này cũng đòi hỏi sự đổi mới không ngừng trong cách tiếp cận và giảng dạy của giáo viên để đạt hiệu quả giáo dục toàn diện. [23] 5 Moore và các cộng sự (2015) cho rằng sự kết hợp giữa các lĩnh vực trong giáo dục STEM dựa trên mối liên hệ chặt chẽ giữa các môn học với các vấn đề thực tế.
Điều này yêu cầu các nhà giáo dục không chỉ phải tích cực tham gia vào việc thiết kế các môn học, đặc biệt là môn kỹ thuật, mà còn phải sử dụng kỹ thuật như một phương tiện để phát triển các công nghệ. Hơn nữa, việc học và ứng dụng các môn học công nghệ phải có ý nghĩa trong việc áp dụng toán học và khoa học vào thực tế, giúp học sinh thấy được sự kết nối giữa lý thuyết và thực hành. Cách tiếp cận này khuyến khích học sinh không chỉ học các kiến thức nền tảng mà còn phát triển khả năng sáng tạo và giải quyết vấn đề trong bối cảnh thực tế, từ đó nâng cao hiệu quả học tập và khả năng ứng dụng các môn học STEM vào cuộc sống. [21] Theo nghiên cứu của Johnson (2014), STEM được định nghĩa như một phương pháp giảng dạy tích hợp, kết nối các lĩnh vực Khoa học, Toán học, Công nghệ và Kỹ thuật.
Phương pháp này nhấn mạnh việc học tập thông qua thực hành, bao gồm nghiên cứu khoa học, thiết kế công nghệ và kỹ thuật, cũng như phân tích toán học. Johnson nhấn mạnh rằng STEM không chỉ giới hạn ở việc tích hợp nội dung từ các bộ môn mà còn tập trung vào các chủ đề liên ngành và phát triển các kỹ năng thiết yếu của thế kỷ 21, chẳng hạn như tư duy phản biện, giải quyết vấn đề, làm việc nhóm và sáng tạo. Phương pháp này nhằm mục tiêu trang bị cho người học khả năng vận dụng kiến thức một cách linh hoạt để đáp ứng các thách thức của thực tiễn và yêu cầu của thời đại toàn cầu hóa. [20] Trong nghiên cứu của Yildirim 2016), giáo dục STEM được chứng minh có tác động tích cực đến việc nâng cao hứng thú và động cơ học tập của học sinh trong các lĩnh vực STEM.
Nghiên cứu chỉ ra rằng STEM không chỉ giúp phát triển năng lực giải quyết vấn đề và năng lực khoa học mà còn cải thiện đáng kể kết quả học tập của học sinh. Các nhà giáo dục nhận định rằng giáo dục STEM mang lại những thay đổi tích cực trong quá trình học tập, cụ thể là 6 khơi gợi động lực học tập, thúc đẩy sự chủ động, tích cực, đồng thời tạo cảm giác ý nghĩa và hào hứng trong từng hoạt động học tập. Điều này không chỉ giúp học sinh hiểu sâu hơn các kiến thức liên ngành mà còn trang bị cho họ các kỹ năng cần thiết để ứng phó với những thách thức thực tiễn. [22] Nhìn chung, các công trình nghiên cứu về giáo dục STEM đã chỉ ra những tác động tích cực của phương pháp này đối với học sinh, đặc biệt là trong việc nâng cao hứng thú học tập, phát triển năng lực giải quyết vấn đề và khả năng hợp tác.
Cụ thể, các nghiên cứu cho thấy rằng STEM không chỉ giúp học sinh áp dụng kiến thức toán học và khoa học vào thực tế mà còn khuyến khích sự sáng tạo và khả năng tự học. Các mô hình giáo dục STEM cũng giúp học sinh phát triển các kỹ năng liên ngành, kết nối giữa các môn học và giải quyết các vấn đề thực tế. Ở Việt Nam Chỉ thị số 16/CT-TTg của Thủ tướng Chính phủ ngày 04 tháng 05 năm 2017 nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tích hợp các hệ thống công nghệ, vật lý, sinh học và số hóa trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4. Chỉ thị đưa ra các giải pháp cho các bộ, ngành, trong đó Bộ Giáo dục và Đào tạo có nhiệm vụ thay đổi mạnh mẽ chính sách, nội dung và phương pháp giáo dục để tạo ra nguồn nhân lực đáp ứng được xu hướng công nghệ mới, đặc biệt là thúc đẩy giáo dục STEM, ngoại ngữ và tin học trong chương trình giáo dục phổ thông.
Bộ Giáo dục và Đào tạo còn có trách nhiệm triển khai thí điểm giáo dục STEM tại các trường phổ thông từ năm học 2017-2018. [18] Chương trình GD phổ thông môn Toán (2018) của Bộ GD và Đạo tạo nêu rõ “Chương trình môn toán chú trọng tính ứng dụng, gắn kết với thực tiễn hay các môn học, hoạt động giáo dục khác, đặc biệt với các môn học nhằm thực hiện giáo dục STEM, gắn với xu hướng phát triển hiện đại của kinh tế, khoa học, đời sống xã hội và những vấn đề cấp thiết có tính toàn cầu (như biến đổi khí hậu, phát triển bền vững, giáo dục tài chính,.” [1, tr4] 7 Ở nước ta, trong những năm gần đây đã có nhiều đề tài, công trình nghiên cứu về giáo dục STEM trong giáo dục phổ thông, trong đó có thể kể tới một số nghiên cứu sau: Cuốn sách Dạy học chủ đề STEM cho học sinh trung học cơ sở và trung học phổ thông do Nguyễn Thanh Nga (chủ biên, 2018), Hoàng Phước Muội, Phùng Việt Hải, Nguyễn Quang Linh, Nguyễn Anh Dũng, Ngô Trọng Tuệ. Cuốn sách được thiết kế với mục đích nhằm hỗ trợ giáo viên tổ chức dạy học và học các chủ đề STEM cho học sinh trung học. [12] Công trình “Giáo dục STEM trong nhà trường phổ thông” do Nguyễn Văn Biên, Tưởng Duy Hải (đồng chủ biên), Trần Minh Đức, Nguyễn Văn Hạnh, Chu Cẩm Thơ, Nguyễn Anh Thuấn, Đoàn Văn Thược, Trần Bá Trình đã cung cấp góc nhìn tổng thể hơn về GD STEM dựa trên hệ thống cơ sở lí luận, cơ sở khoa học, cơ sở thực tiễn trong nghiên cứu, trong thực tiễn và triển khai giáo dục STEM ở trường phổ thông ở Việt Nam theo nhu cầu phát triển năng lực và định hướng nghề nghiệp của học sinh.
[5] Tác giả Phạm Nguyễn Hồng Ngự với bài viết “Tổ chức dạy học một số chủ đề theo định hướng giáo dục STEM trong môn Toán ở trường trung học phổ thông”. Bài viết đã đưa ra quy trình tổ chức dạy học STEM bao gồm 5 bước: [14] Bước 1: Giao nhiệm vụ. Bước 2: Nghiên cứu nhiệm vụ. Bước 3: Báo cáo giải pháp.
Bước 4: Thực hiện nhiệm vụ. Bước 5: Báo cáo sản phẩm, nhiệm vụ.