Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh cách mạng công nghiệp 4.0 và xu thế đổi mới giáo dục toàn cầu, việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh trở thành một yêu cầu cấp thiết. Theo chỉ thị số 16/CT-TTg của Thủ tướng Chính phủ, giáo dục STEM (Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học) được xác định là phương thức giáo dục trọng tâm nhằm trang bị cho học sinh những kiến thức và kỹ năng cần thiết để thích ứng với nền kinh tế số và xã hội hiện đại. Tại Việt Nam, việc áp dụng giáo dục STEM trong dạy học phổ thông còn mới mẻ, đặc biệt trong môn Vật lí – một môn khoa học thực nghiệm có nhiều ứng dụng thực tiễn.

Luận văn tập trung nghiên cứu tổ chức dạy học chương “Điện học” – Vật lí 7 theo phương thức giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh lớp 7 trường THCS Lý Thường Kiệt, Quận Hải Châu, TP Đà Nẵng trong học kỳ II năm học 2020-2021. Mục tiêu cụ thể là xây dựng kế hoạch dạy học tích hợp STEM qua hai chủ đề “Chế tạo đèn pin led siêu sáng” và “Chế tạo dụng cụ trang trí góc học tập sáng tạo”, từ đó đánh giá hiệu quả phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc đổi mới phương pháp dạy học Vật lí, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục phổ thông theo định hướng phát triển năng lực và phẩm chất học sinh. Qua đó, giúp học sinh vận dụng kiến thức liên môn vào thực tiễn, tăng cường kỹ năng thực hành, tư duy sáng tạo và làm việc nhóm, đáp ứng yêu cầu đổi mới chương trình giáo dục phổ thông mới.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: giáo dục STEM và năng lực giải quyết vấn đề.

  1. Giáo dục STEM: Theo Hiệp hội các giáo viên dạy khoa học quốc gia Mỹ (NSTA), giáo dục STEM là cách tiếp cận liên ngành, tích hợp kiến thức khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học để giải quyết các vấn đề thực tiễn. Mục tiêu của giáo dục STEM bao gồm phát triển năng lực chuyên môn, tư duy phản biện, kỹ năng hợp tác và định hướng nghề nghiệp cho học sinh. Các kỹ năng cốt lõi gồm: khoa học (Science), công nghệ (Technology), kỹ thuật (Engineering) và toán học (Mathematics). Giáo dục STEM còn nhấn mạnh hoạt động thực hành, làm việc nhóm và ứng dụng kiến thức vào đời sống.

  2. Năng lực giải quyết vấn đề (NLGQVĐ): Được hiểu là khả năng huy động tổng hợp kiến thức, kỹ năng, thái độ và xúc cảm để giải quyết các tình huống thực tiễn mà giải pháp không có sẵn ngay lập tức. Cấu trúc năng lực gồm bốn thành tố: tìm hiểu vấn đề, đề xuất giải pháp, thực hiện giải pháp và đánh giá, phản ánh giải pháp, xây dựng vấn đề mới. Mô hình tảng băng về cấu trúc năng lực thể hiện các tầng: làm (hành vi quan sát được), suy nghĩ (kiến thức, kỹ năng tư duy), và mong muốn (động cơ, thái độ).

Luận văn vận dụng quy trình xây dựng và tổ chức dạy học STEM theo 5 hoạt động: xác định vấn đề, nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp, lựa chọn giải pháp, chế tạo mẫu thử nghiệm và đánh giá, chia sẻ và điều chỉnh. Đồng thời, xây dựng công cụ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề dựa trên bảng cấu trúc năng lực của GS.TS Đỗ Hương Trà, kết hợp tiêu chí đánh giá sản phẩm STEM.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Luận văn sử dụng dữ liệu thu thập từ khảo sát 21 giáo viên và 46 học sinh lớp 7 trường THCS Lý Thường Kiệt, Quận Hải Châu, TP Đà Nẵng; tài liệu lý luận về giáo dục STEM và năng lực giải quyết vấn đề; kết quả thực nghiệm sư phạm.

  • Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn mẫu thuận tiện với đối tượng nghiên cứu là giáo viên bộ môn Vật lí và học sinh lớp 7/10 của trường THCS Lý Thường Kiệt, nhằm đảm bảo tính đại diện cho thực trạng dạy học chương “Điện học”.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phương pháp phân tích định tính và định lượng. Phân tích thống kê mô tả kết quả khảo sát, so sánh mức độ phát triển năng lực giải quyết vấn đề qua các chủ đề dạy học STEM. Phân tích nội dung, tổng hợp và hệ thống hóa các tài liệu lý luận. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm thông qua phiếu đánh giá, rubric và bảng điểm trung bình.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm học 2020-2021, trong đó khảo sát thực trạng và xây dựng kế hoạch dạy học diễn ra trong học kỳ I, thực nghiệm sư phạm và đánh giá kết quả trong học kỳ II.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Thực trạng hiểu biết và áp dụng giáo dục STEM của giáo viên: Khảo sát 21 giáo viên cho thấy 66,67% đã nghe và tìm hiểu sơ qua về giáo dục STEM, 61,9% đánh giá việc ứng dụng dạy học STEM trong phát triển năng lực giải quyết vấn đề là cần thiết hoặc rất cần thiết. Tuy nhiên, 47,62% giáo viên cho rằng khó khăn lớn nhất là chưa có kinh nghiệm và phương pháp cụ thể để triển khai dạy học STEM, 61,91% gặp khó khăn trong việc liên kết giáo dục STEM với phát triển năng lực học sinh. Cơ sở vật chất cũng là một hạn chế với 43,81% giáo viên đánh giá mức độ khó khăn cao.

  2. Mong muốn và nhu cầu của học sinh: Khảo sát 46 học sinh cho thấy đa số mong muốn bài học được tích hợp nhiều phương pháp dạy học tích cực, tạo không khí học tập lôi cuốn, áp dụng kiến thức vào thực tiễn và phát triển năng lực cá nhân. Học sinh cũng mong muốn được tham gia các hoạt động chế tạo sản phẩm, giải thích hiện tượng thực tế.

  3. Hiệu quả tổ chức dạy học STEM qua hai chủ đề: Qua thực nghiệm sư phạm với chủ đề “Chế tạo đèn pin led siêu sáng” và “Chế tạo dụng cụ trang trí góc học tập sáng tạo”, học sinh đã phát triển rõ rệt năng lực giải quyết vấn đề. Kết quả đánh giá năng lực tìm hiểu vấn đề, đề xuất giải pháp, thực hiện và đánh giá giải pháp đều đạt mức trung bình trở lên, với điểm trung bình tăng khoảng 20-30% so với trước khi thực nghiệm. Các sản phẩm chế tạo được đánh giá cao về tính sáng tạo, ứng dụng thực tế và kỹ năng làm việc nhóm.

  4. So sánh năng lực giải quyết vấn đề qua hai chủ đề: Biểu đồ so sánh cho thấy năng lực tìm hiểu và đề xuất giải pháp của học sinh trong chủ đề “Chế tạo đèn pin led siêu sáng” cao hơn chủ đề “Chế tạo dụng cụ trang trí góc học tập sáng tạo” khoảng 10%. Nguyên nhân do chủ đề đèn pin có tính ứng dụng và thực hành rõ ràng hơn, kích thích sự hứng thú và tư duy kỹ thuật của học sinh.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu khẳng định việc tổ chức dạy học chương “Điện học” theo phương thức giáo dục STEM góp phần phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh lớp 7. Việc tích hợp kiến thức khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học trong các chủ đề thực hành giúp học sinh vận dụng kiến thức vào thực tiễn, nâng cao kỹ năng tư duy phản biện và làm việc nhóm.

So với các nghiên cứu trước đây, kết quả này phù hợp với báo cáo của ngành giáo dục về hiệu quả của giáo dục STEM trong phát triển năng lực học sinh. Tuy nhiên, khó khăn về cơ sở vật chất và năng lực giáo viên vẫn là thách thức cần giải quyết để mở rộng áp dụng phương pháp này.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ cột thể hiện mức độ phát triển năng lực giải quyết vấn đề qua từng chủ đề, bảng tổng hợp điểm đánh giá sản phẩm STEM và biểu đồ tròn phản ánh tỷ lệ giáo viên hiểu biết và áp dụng giáo dục STEM.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường đào tạo, bồi dưỡng giáo viên về giáo dục STEM: Tổ chức các khóa tập huấn chuyên sâu về phương pháp dạy học STEM và phát triển năng lực giải quyết vấn đề, nhằm nâng cao năng lực chuyên môn và kỹ năng tổ chức hoạt động thực hành cho giáo viên. Thời gian thực hiện trong 6-12 tháng, do Sở Giáo dục phối hợp với các trường đại học sư phạm chủ trì.

  2. Cải thiện cơ sở vật chất và trang thiết bị dạy học: Đầu tư trang bị phòng thực hành, thiết bị điện tử, linh kiện STEM phù hợp với chương trình dạy học Vật lí THCS, đặc biệt phục vụ cho các chủ đề thực hành như chế tạo đèn pin led. Kế hoạch thực hiện trong 1-2 năm, do nhà trường phối hợp với địa phương và các tổ chức tài trợ.

  3. Xây dựng và phổ biến tài liệu, giáo án mẫu dạy học STEM: Phát triển bộ giáo án, phiếu học tập, rubric đánh giá năng lực giải quyết vấn đề theo từng chủ đề cụ thể, giúp giáo viên dễ dàng áp dụng và đánh giá hiệu quả dạy học. Thời gian thực hiện trong 6 tháng, do Bộ Giáo dục và Đào tạo phối hợp với các trường đại học sư phạm.

  4. Khuyến khích học sinh tham gia các hoạt động STEM ngoài giờ lên lớp: Tổ chức các câu lạc bộ STEM, cuộc thi sáng tạo khoa học kỹ thuật nhằm tạo môi trường thực hành, phát triển năng lực giải quyết vấn đề và tư duy sáng tạo cho học sinh. Thời gian triển khai liên tục hàng năm, do nhà trường và các tổ chức giáo dục phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Giáo viên bộ môn Vật lí THCS: Nhận được hướng dẫn cụ thể về tổ chức dạy học STEM, phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh qua các chủ đề thực hành thiết thực.

  2. Nhà quản lý giáo dục và cán bộ chuyên môn: Có cơ sở khoa học để xây dựng chính sách, kế hoạch đào tạo giáo viên và đầu tư cơ sở vật chất phục vụ đổi mới phương pháp dạy học theo định hướng STEM.

  3. Sinh viên sư phạm và nghiên cứu sinh ngành giáo dục: Tham khảo mô hình nghiên cứu, phương pháp tổ chức dạy học tích hợp STEM và công cụ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề trong môn Vật lí.

  4. Các tổ chức, cá nhân quan tâm đến đổi mới giáo dục: Hiểu rõ hơn về vai trò và hiệu quả của giáo dục STEM trong phát triển năng lực học sinh, từ đó hỗ trợ triển khai các chương trình giáo dục đổi mới.

Câu hỏi thường gặp

  1. Giáo dục STEM là gì và tại sao quan trọng trong dạy học Vật lí?
    Giáo dục STEM là phương pháp tích hợp kiến thức khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học để giải quyết vấn đề thực tiễn. Trong dạy học Vật lí, STEM giúp học sinh hiểu sâu kiến thức, phát triển kỹ năng thực hành và tư duy sáng tạo, phù hợp với yêu cầu đổi mới giáo dục hiện nay.

  2. Làm thế nào để phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh?
    Phát triển năng lực này thông qua việc giao nhiệm vụ thực hành, tạo tình huống vấn đề thực tế, khuyến khích học sinh tự tìm hiểu, đề xuất và thực hiện giải pháp, đồng thời đánh giá và phản hồi kết quả. Dạy học STEM là một phương thức hiệu quả để thực hiện điều này.

  3. Khó khăn chính khi triển khai dạy học STEM là gì?
    Khó khăn gồm thiếu kinh nghiệm và phương pháp của giáo viên, hạn chế về cơ sở vật chất, thời gian phân bổ không phù hợp, và học sinh chưa quen với phương pháp học tích cực. Cần có sự hỗ trợ đào tạo và đầu tư thích hợp để khắc phục.

  4. Làm sao để đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh?
    Đánh giá dựa trên các tiêu chí như khả năng tìm hiểu vấn đề, đề xuất giải pháp, thực hiện và đánh giá giải pháp. Sử dụng rubric đánh giá kết hợp với quan sát hoạt động nhóm, sản phẩm thực hành và phiếu học tập để có cái nhìn toàn diện.

  5. Ứng dụng của chủ đề “Chế tạo đèn pin led siêu sáng” trong dạy học?
    Chủ đề này giúp học sinh vận dụng kiến thức về dòng điện, mạch điện, vật liệu dẫn điện và cách điện để thiết kế, lắp ráp sản phẩm thực tế. Qua đó, học sinh phát triển kỹ năng thực hành, tư duy kỹ thuật và năng lực giải quyết vấn đề một cách sinh động và thiết thực.

Kết luận

  • Luận văn đã xây dựng thành công kế hoạch và tổ chức dạy học chương “Điện học” – Vật lí 7 theo phương thức giáo dục STEM, tập trung vào hai chủ đề thực hành thiết thực.
  • Kết quả thực nghiệm sư phạm cho thấy phương pháp này góp phần phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh, nâng cao hứng thú và kỹ năng thực hành.
  • Khó khăn chính là năng lực giáo viên và cơ sở vật chất, cần có giải pháp đào tạo và đầu tư phù hợp.
  • Công cụ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề được xây dựng chi tiết, giúp đánh giá hiệu quả dạy học STEM một cách khách quan.
  • Đề xuất các giải pháp cụ thể nhằm mở rộng và nâng cao chất lượng dạy học STEM trong giáo dục phổ thông.

Next steps: Triển khai đào tạo giáo viên, hoàn thiện tài liệu hướng dẫn, đầu tư trang thiết bị và nhân rộng mô hình dạy học STEM trong các trường THCS.

Call to action: Các nhà quản lý giáo dục, giáo viên và nhà nghiên cứu hãy cùng phối hợp để thúc đẩy đổi mới phương pháp dạy học, phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh, đáp ứng yêu cầu của thời đại mới.