Dạy STEM ở trường trung học: Giúp giáo viên vượt qua thử thách

Dạy STEM ở trường trung học giúp giáo viên vượt qua thử thách, nâng cao kỹ năng giảng dạy và phát triển tư duy sáng tạo cho học sinh.

• Tác giả: Frank Banks
• Trường học: The Open University
• Chuyên ngành: Education
• Đề tài: Giáo Viên Vượt Qua Thử Thách Khi Dạy STEM Ở Trường Trung Học
• Loại tài liệu: book
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Abingdon

Mục lục chi tiết

• List of figures
• List of tables
• Foreword by Sir John Holman
• Preface
• Acknowledgements
• 1. CHAPTER 1: What is STEM?
• 2. A curriculum for STEM – ‘looking sideways’
• 3. Teaching science in the light of STEM
• 4. Teaching design & technology in the light of STEM
• 5. Teaching mathematics in the light of STEM
• 6. Project work and problem-based learning through STEM
• 7. Enabling the ‘E’ in STEM
• 8. The role of STEM enhancement and enrichment activities
• 9. Computing, digital literacy, IT, computer science, TEL and STEM
• 10. Creating an environment for sustaining STEM
• 11. Future visions for STEM
• Index

Tóm tắt

I. Tổng quan về giáo viên STEM và vai trò của họ

Giáo viên STEM đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển kỹ năng và kiến thức cho học sinh ở trường trung học. Họ không chỉ dạy các môn học riêng lẻ mà còn kết nối các lĩnh vực như Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học. Việc giảng dạy STEM giúp học sinh phát triển tư duy phản biện và khả năng giải quyết vấn đề, điều này rất cần thiết trong xã hội hiện đại. Theo nghiên cứu, giáo viên STEM có thể tạo ra môi trường học tập tích cực, khuyến khích sự sáng tạo và khám phá của học sinh.

1.1. Giáo viên STEM và sự phát triển của học sinh

Giáo viên STEM không chỉ truyền đạt kiến thức mà còn giúp học sinh phát triển các kỹ năng mềm như làm việc nhóm và giao tiếp. Những kỹ năng này rất quan trọng trong môi trường làm việc hiện đại.

1.2. Tầm quan trọng của giáo viên STEM trong giáo dục

Giáo viên STEM giúp học sinh kết nối lý thuyết với thực tiễn, từ đó nâng cao động lực học tập và sự hứng thú với các môn học STEM.

II. Những thách thức mà giáo viên STEM phải đối mặt

Giáo viên STEM thường gặp nhiều thách thức trong quá trình giảng dạy, bao gồm việc thiếu tài nguyên, áp lực từ chương trình học và sự không đồng nhất trong phương pháp giảng dạy. Những thách thức này có thể ảnh hưởng đến chất lượng giảng dạy và sự tiếp thu của học sinh. Theo một nghiên cứu, nhiều giáo viên cảm thấy khó khăn trong việc tích hợp các môn học STEM một cách hiệu quả.

2.1. Thiếu tài nguyên và hỗ trợ

Nhiều giáo viên STEM không có đủ tài nguyên để thực hiện các hoạt động thực hành, điều này làm giảm hiệu quả giảng dạy và sự hứng thú của học sinh.

2.2. Áp lực từ chương trình học

Chương trình học thường quá tải, khiến giáo viên khó có thể tập trung vào việc phát triển các kỹ năng thực hành cho học sinh.

III. Phương pháp giảng dạy hiệu quả trong STEM

Để vượt qua các thách thức, giáo viên STEM cần áp dụng các phương pháp giảng dạy sáng tạo và hiệu quả. Việc sử dụng công nghệ trong giảng dạy có thể giúp tạo ra môi trường học tập tương tác và thú vị hơn. Các phương pháp như học dự án và học dựa trên vấn đề đã được chứng minh là có hiệu quả trong việc nâng cao sự tham gia của học sinh.

3.1. Học dự án trong giảng dạy STEM

Học dự án giúp học sinh áp dụng kiến thức vào thực tiễn, từ đó phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề và tư duy phản biện.

3.2. Sử dụng công nghệ trong giảng dạy

Công nghệ có thể hỗ trợ giáo viên trong việc tạo ra các bài học hấp dẫn và tương tác, giúp học sinh dễ dàng tiếp cận kiến thức.

IV. Ứng dụng thực tiễn của giáo dục STEM

Giáo dục STEM không chỉ dừng lại ở lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn trong cuộc sống hàng ngày. Học sinh có thể thấy được sự liên kết giữa kiến thức học được và các vấn đề thực tế, từ đó nâng cao động lực học tập. Các hoạt động ngoại khóa và dự án cộng đồng cũng là những cách hiệu quả để học sinh áp dụng kiến thức STEM vào thực tiễn.

4.1. Dự án cộng đồng và STEM

Các dự án cộng đồng giúp học sinh áp dụng kiến thức STEM vào giải quyết các vấn đề thực tế, từ đó nâng cao ý thức trách nhiệm xã hội.

4.2. Kết nối STEM với ngành nghề

Giáo dục STEM giúp học sinh hiểu rõ hơn về các ngành nghề liên quan, từ đó định hướng nghề nghiệp cho tương lai.

V. Kết luận và tương lai của giáo dục STEM

Giáo dục STEM đang ngày càng trở nên quan trọng trong bối cảnh xã hội hiện đại. Giáo viên cần tiếp tục phát triển kỹ năng và phương pháp giảng dạy để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của học sinh. Tương lai của giáo dục STEM phụ thuộc vào sự hợp tác giữa giáo viên, nhà trường và cộng đồng để tạo ra một môi trường học tập tích cực và hiệu quả.

5.1. Tương lai của giáo viên STEM

Giáo viên STEM cần không ngừng học hỏi và cập nhật kiến thức mới để đáp ứng nhu cầu của học sinh và xã hội.

5.2. Hợp tác trong giáo dục STEM

Sự hợp tác giữa các giáo viên và các bên liên quan sẽ giúp nâng cao chất lượng giáo dục STEM và tạo ra những cơ hội học tập tốt hơn cho học sinh.

Nội dung chính

GIÁO TRÌNH: TEACHING STEM IN THE SECONDARY SCHOOL – HELPING TEACHERS MEET THE CHALLENGE

• Tác giả: Frank Banks (Giáo sư Danh dự về Đào tạo Giáo viên, Đại học Mở Vương quốc Anh) và David Barlex (Nguyên Giảng viên Cao cấp về Giáo dục, Đại học Brunel; Giám đốc Dự án Thiết kế & Công nghệ Nuffield).
• Lời tựa: Sir John Holman (Giáo sư Danh dự Hóa học, Đại học York; Cựu Giám đốc STEM Quốc gia của Chính phủ Anh giai đoạn 2006–2010).
• Nhà xuất bản: Routledge (Taylor & Francis Group), xuất bản lần đầu năm 2014 tại London và New York.
• Mã định danh học thuật: ISBN: 978-0-415-67530-7 (Bìa cứng), ISBN: 978-0-415-67531-4 (Bìa mềm), ISBN: 978-0-203-80992-1 (Bản điện tử); Thư viện Quốc hội Hoa Kỳ (LCCN): 2013037913; Phân loại Thư viện Anh (British Library Cataloguing in Publication Data).

---

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Teaching STEM in the Secondary School: Helping teachers meet the challenge của Frank Banks và David Barlex giữ vị trí trung tâm trong khối học phần Lý luận và Phương pháp dạy học bộ môn, Phát triển chương trình giáo dục và Đào tạo giáo viên (Teacher Education / PGCE) bậc đại học và sau đại học. Tài liệu được thiết kế nhằm giải quyết khoảng cách học thuật và phương pháp luận giữa các môn học đơn lẻ (Khoa học, Thiết kế & Công nghệ, Toán học) và mô hình giáo dục tích hợp STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) ở cấp trung học.

Mục tiêu học tập của giáo trình hướng tới việc trang bị cho người học:

1. Cơ sở nhận thức luận để phân định bản chất tri thức khoa học ("know why") và tri thức công nghệ/kỹ thuật ("know how").
2. Khung năng lực phân tích chương trình học thuật theo chiều ngang ("looking sideways") nhằm thiết lập mối liên kết tương hỗ giữa các môn Khoa học, Thiết kế & Công nghệ, Kỹ thuật, Tin học và Toán học.
3. Kỹ năng thiết kế, tổ chức và vận hành các hoạt động dạy học tích hợp, dạy học dựa trên dự án (PBL) và giải quyết vấn đề kỹ thuật gắn với bối cảnh xã hội và các giá trị đạo đức - nhân văn.

Cấu trúc tài liệu gồm 11 chương chuyên đề, triển khai từ phân tích lịch sử, cơ sở lý luận đến các mô hình thực hành sư phạm chuyên biệt cho từng môn học và quản trị môi trường giáo dục liên môn bền vững. Điểm đặc sắc của giáo trình là việc kết hợp chặt chẽ giữa phân tích chính sách giáo dục quốc tế (Anh, Mỹ, Úc, Singapore) với các nghiên cứu thực nghiệm sư phạm kinh điển (như CLISP của Ros Driver, SPACE của Wynne Harlen và Paul Black, các dự án Nuffield Science và Nuffield D&T).

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

  Chương 1: What is STEM? (Bản chất, Lịch sử từ 1957, Nhận thức luận "Know why" vs "Know how")
  Chương 2: A curriculum for STEM – ‘looking sideways’ (Cubic Curriculum, Specified-Enacted-Experienced)
  Chương 3 - 5: Sư phạm chuyên ngành dưới góc độ STEM
  Chương 6 - 9: Mở rộng và Tích hợp thực hành
  Chương 10 - 11: Quản trị môi trường & Tầm nhìn

Các chương và chủ đề chính

• Chương 1: What is STEM?: Phân tích lịch sử hình thành khái niệm STEM bắt đầu từ sự kiện vệ tinh Sputnik (1957), Đạo luật Giáo dục Quốc phòng Hoa Kỳ (NDEA), dự án School Mathematics Project (1962), dự án Nuffield Science (1966), cho đến sáng kiến "Educate to Innovate" của Tổng thống Barack Obama (2009/2013). Chương này làm rõ sự khác biệt giữa tri thức khoa học (hướng tới lý giải nguyên nhân tự nhiên thông qua quy nạp/giảm trừ) và tri thức công nghệ/kỹ thuật (tái cấu trúc tri thức thực nghiệm vào các biến số phức tạp của đời sống).
• Chương 2: A curriculum for STEM – ‘looking sideways’: Giới thiệu mô hình chương trình đa chiều "Cubic Curriculum" của Giáo sư Ted Wragg và phân định ba cấp độ chương trình: Specified Curriculum (chương trình quy chuẩn trên văn bản), Enacted Curriculum (chương trình do giáo viên thực thi dựa trên tri thức nghề nghiệp) và Experienced Curriculum (chương trình thực tế học sinh trải nghiệm).
• Chương 3, 4, 5: Phương pháp giảng dạy chuyên biệt Khoa học, Thiết kế & Công nghệ, Toán học:
  • Khoa học (Chương 3): Dựa trên khung 14 ý tưởng lớn của khoa học (Fourteen Big Ideas in Science - Bảng 3.1) và mối quan hệ thực hành giữa Vật lý và Thiết kế & Công nghệ (Bảng 3.2).
  • Thiết kế & Công nghệ (Chương 4): Khai thác các biểu đồ lựa chọn kỹ thuật (Chooser charts - Hình 4.1) từ Nuffield D&T và các dự án điều khiển nhiệt điện (Peltier Cell - Hình 4.2).
  • Toán học (Chương 5): Khung phát triển ý tưởng toán học lớn, sự tiến triển trong tư duy nhân số (multiplicative reasoning - Hình 5.1b) và năng lực đo lường (understanding measurement - Hình 5.1c), ứng dụng trong mô hình hóa hóa học (oxit magie), vật lý (thí nghiệm giọt dầu Millikan - Hình 5.4), di truyền học (bệnh xơ nang - Hình 5.5) và cơ học kỹ thuật (liên kết bốn khâu, cánh tay robot - Hình 5.7, Hình 5.8).
• Chương 6 & 7: Dạy học theo dự án (PBL) và Kích hoạt yếu tố Kỹ thuật ("Enabling the 'E' in STEM"): Phân tích các chu trình thực hành nhận thức (epistemic practices - Hình 7.5) trong khoa học và kỹ thuật; sử dụng các bộ tư liệu dạy học kỹ thuật (như mô hình xe lăn thể thao - Hình 7.2, phân tích hiệu suất con người - Hình 7.3).
• Chương 8 & 9: Hoạt động làm giàu kiến thức và Tích hợp Khoa học máy tính: Nghiên cứu vai trò của hoạt động ngoại khóa/mở rộng STEM; chuyển dịch từ đào tạo kỹ năng tin học văn phòng (ICT) sang Khoa học máy tính (Computer Science), tư duy thuật toán, đại số Boolean và điều khiển hệ thống vật lý (Bảng 9.1 đến 9.5).
• Chương 10 & 11: Môi trường bền vững và Viễn cảnh tương lai: Xây dựng tường thuật ngữ liên môn (Word wall - Hình 9.1/Chương 10), nguyên lý và phương pháp giáo dục hướng nghiệp/kỹ thuật (Bảng 11.2, Bảng 11.3).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

• Thuyết kiến tạo trong giáo dục khoa học (Constructivism): Dựa trên nghiên cứu của Ros Driver thuộc Dự án Học tập Khoa học của Trẻ em (CLISP - Children's Learning in Science Project) tại Đại học Leeds và nghiên cứu SPACE (Science Processes and Concepts Exploration) của Wynne Harlen và Paul Black. Học sinh chủ động kiến tạo hiểu biết dựa trên tiền nhận thức (preconceptions) hơn là tiếp nhận thông tin thụ động.
• Nhận thức tình huống và lý thuyết văn hóa - xã hội (Situated Cognition & Sociocultural Theory): Trích dẫn nghiên cứu của Giáo sư Bob McCormick (Đại học Mở), chỉ ra rằng việc chuyển giao năng lực giải quyết vấn đề giữa các bối cảnh khác nhau không diễn ra tự động mà phụ thuộc chặt chẽ vào bối cảnh văn hóa - xã hội và công cụ trung gian.
• Mô hình hóa hệ thống (Systems Thinking / Black Boxes): Mô hình chức năng hệ thống ba khối liên kết [ĐẦU VÀO / INPUT] -> [XỬ LÝ / PROCESS] -> [ĐẦU RA / OUTPUT]. Người học tiếp cận linh kiện điện tử/cơ cấu cơ học như các khối chức năng ("hộp đen") dựa trên yêu cầu vận hành mà không bắt buộc phải nắm tường tận lý thuyết vật lý lượng tử hay bán dẫn cấp vi mô.
• Mô hình Xã hội - Công nghệ - Khoa học - Xã hội (Figure 2.4): Xác lập chu trình tương tác giữa nhu cầu thực tiễn của cộng đồng và sự phát triển công nghệ, từ đó định hướng nghiên cứu khoa học thuần túy.

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng phân tích sư phạm liên môn ("Looking sideways"): Nhận diện điểm giao thoa giữa các môn học độc lập trong chương trình khung (ví dụ: liên kết phương trình chuyển động trong Vật lý với đồ thị hàm số và tỷ lệ trong Toán học; liên kết cấu trúc vật liệu phân tử với lựa chọn vật liệu kỹ thuật trong Công nghệ).
• Kỹ năng thiết kế kỹ thuật và giải quyết vấn đề (Problem-Solving Competencies): Khả năng lập giả thuyết, mô hình hóa toán học, xác định giới hạn hệ thống (system boundary), và đánh giá sự đánh đổi (trade-offs) giữa các tiêu chí kỹ thuật, chi phí, tính sẵn có của vật liệu và tác động môi trường.
• Kỹ năng đánh giá đạo đức và giá trị (Affective Knowledge & Ethics): Phân tích các khía cạnh giá trị con người trong công nghệ, bao gồm quyền sở hữu trí tuệ, an toàn sinh học, tác động sinh thái và tính phù hợp văn hóa của các giải pháp kỹ thuật.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình định hình phương pháp giảng dạy dựa trên mô hình khám phá có hướng dẫn (guided inquiry) và học tập thông qua thực hành (experiential learning).

• Phương pháp giải quyết vấn đề trong Toán và Khoa học: Dựa trên khung tiêu chí của Francisco và Maher (2005) cùng Scott Chamberlin (2008), giáo trình bác bỏ việc lặp lại bài tập mang tính thuật toán thuần túy trên phiếu học tập. Thay vào đó, giáo trình yêu cầu xây dựng các tình huống có bối cảnh thực, cho phép sử dụng nhiều công cụ và cách tiếp cận khác nhau để kích thích tư duy mềm dẻo.
• Hệ thống bài tập tình huống thực chứng:
  • Nghiên cứu vật liệu áo khoác cho người leo núi (Hình 1.1): Bài tập thực nghiệm so sánh tính dẫn nhiệt giữa các mẫu vải bọc quanh cốc nước nóng có đối lưu không khí (sử dụng máy sấy tóc), phân tích ranh giới giữa kiểm tra khoa học thuần túy và thiết kế sản phẩm may mặc thực tế.
  • Thiết kế thiết bị báo động xe đạp và báo động cá nhân: Bài tập tích hợp cảm biến chuyển động/độ ẩm, mạch so sánh transistor và còi báo; yêu cầu học sinh phân tích ranh giới hệ thống kỹ thuật (narrow system boundary) và các giải pháp xã hội rộng hơn (soft system thinking).
• Phương pháp kiểm tra, đánh giá: Hạn chế phương thức "dạy học phục vụ thi cử" (teaching to the tests), chuyển trọng tâm sang đánh giá quá trình (formative assessment), đánh giá năng lực thực hành thí nghiệm, năng lực lập luận toán học trong bối cảnh khoa học, và hồ sơ thiết kế kỹ thuật.
• Hướng dẫn tự học và nghiên cứu: Giáo trình yêu cầu người học (giáo viên tương lai) sử dụng Khung tri thức nghề nghiệp của giáo viên (Hình 2.2 và 2.3) để tự đối chiếu giữa Tri thức nội dung môn học (Subject content knowledge) và Tri thức sư phạm môn học (Pedagogical content knowledge).

---

Điểm nổi bật và cập nhật

Giáo trình tổng hợp và hệ thống hóa các bước chuyển biến của chính sách giáo dục STEM tại Vương quốc Anh và quốc tế qua nhiều thập kỷ:

Giai đoạn / Mốc thời gian	Tên sáng kiến / Chính sách	Đặc điểm & Đóng góp học thuật được trích dẫn
1957	Khủng hoảng Sputnik	Kích hoạt Đạo luật NDEA tại Hoa Kỳ ($1 tỷ USD) nhằm thúc đẩy giáo dục Khoa học và Toán học.
1962	School Mathematics Project (SMP)	Đưa phương pháp tiếp cận khám phá và Lý thuyết tập hợp vào Toán học trung học.
1966	Nuffield Science Teaching Project	Cách mạng hóa việc dạy học khoa học qua thực nghiệm và ứng dụng thay vì ghi nhớ dữ kiện.
1980–1989	Dự án CLISP (Leeds University)	Xác lập vị thế của thuyết kiến tạo trong nhận thức luận giáo dục khoa học của Ros Driver.
1983–1997	Sáng kiến TVEI	Đầu tư gần £1 tỷ bảng Anh đưa Vi điện tử, Khí nén và Tư duy hệ thống vào trường phổ thông.
1988	Education Reform Act	Ban hành Khung chương trình Quốc gia (National Curriculum) bắt buộc cho Khoa học và Toán.
1990–1999	Dự án SPACE	Khảo sát hệ thống quan niệm sai lầm (misconceptions) khoa học của học sinh tiểu học.
2013–2014	Revised National Curriculum	Tái cấu trúc phân môn Tin học sang Computing/Computer Science, cập nhật chuẩn 11–14 tuổi (Bảng 2.1).

Giáo trình tích hợp các xu hướng công nghệ đương đại: đưa mô hình hóa máy tính, chế tạo có sự trợ giúp của máy tính (CAM), vật liệu tiên tiến (hợp kim siêu nhẹ, sợi carbon, vật liệu bán dẫn, tế bào nhiệt điện Peltier) và thiết kế phỏng sinh học (biomimicry) vào nội dung học tập. Mối liên hệ với ngành công nghiệp được củng cố thông qua các mô hình như Young Foresight và mạng lưới Cố vấn STEM (STEM Ambassadors).

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

1. Sinh viên và Học viên sau đại học:
   • Sinh viên đại học năm cuối chuyên ngành Sư phạm Khoa học Tự nhiên (Vật lý, Hóa học, Sinh học), Sư phạm Công nghệ, Sư phạm Tin học và Sư phạm Toán học.
   • Học viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Lý luận và Phương pháp dạy học, Giáo dục học, Quản lý giáo dục và Phát triển chương trình đào tạo.
2. Yêu cầu kiến thức tiên quyết:
   • Nắm vững kiến thức chuyên ngành cơ bản về khoa học tự nhiên hoặc toán học cấp trung học/đại học đại cương.
   • Đã hoàn thành các học phần Giáo dục học đại cương, Tâm lý học lứa tuổi và Nguyên lý thiết kế bài giảng.
3. Giảng viên đại học:
   • Sử dụng làm tài liệu giảng dạy chính cho học phần Giáo dục STEM, Phương pháp dạy học tích hợp liên môn, và Hướng dẫn thực tập sư phạm.
4. Cán bộ quản lý và Giáo viên phổ thông:
   • Tài liệu tham khảo dành cho tổ trưởng chuyên môn, chuyên viên phụ trách chương trình tại các Sở/Phòng Giáo dục, và giáo viên trung học đang xây dựng chủ đề dạy học tích hợp.

---

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Tài liệu phục vụ sinh viên sư phạm, học viên cao học, giảng viên đào tạo giáo viên và giáo viên các bộ môn Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học cấp trung học cơ sở và trung học phổ thông.

2. Cần kiến thức nền nào để học giáo trình này?

Người học cần có kiến thức nền tảng về một trong các bộ môn chuyên ngành STEM (Toán, Lý, Hóa, Sinh, Tin học, Công nghệ kỹ thuật) và hiểu biết cơ bản về các khái niệm sư phạm đại cương (mục tiêu bài học, phân loại nhận thức, phương pháp tổ chức lớp học).

3. Điểm khác biệt cốt lõi của giáo trình này so với các tài liệu khác?

Giáo trình không xem STEM là một môn học gộp chung thiếu ranh giới, mà phân tích rõ ràng nhận thức luận của từng phân môn (phân định bản chất "know why" của Khoa học và "know how" của Công nghệ). Tài liệu đưa ra phương pháp "nhìn ngang" (looking sideways) để các giáo viên bộ môn riêng biệt phối hợp nội dung mà không làm mất đi tính hàn lâm của từng phân môn.

4. Làm thế nào để tự học và nghiên cứu giáo trình hiệu quả?

Người học nên kết hợp nghiên cứu lý thuyết trong từng chương với việc đối chiếu trực tiếp khung chương trình chuẩn quốc gia hiện hành; phân tích các bảng tiến trình (như tiến trình tư duy nhân số ở Chương 5) và giải quyết các bài tập tình huống thực tế (như thiết kế hệ thống cảnh báo ở Chương 1 hoặc bài toán vật liệu ở Chương 3).

5. Có tài liệu hoặc chương trình bổ trợ nào được trích dẫn kèm theo?

Giáo trình trích dẫn và liên kết với các khung tư liệu thực tế như: Chương trình Đào tạo Giáo viên PGCE của Đại học Mở Anh, Dự án Thiết kế & Công nghệ Nuffield, Dự án Young Foresight, các báo cáo nghiên cứu của Viện Kỹ sư Úc (Engineers Australia), Hội đồng Hoàng gia Anh (Royal Society), và các nghiên cứu của Ros Driver, Wynne Harlen, Paul Black.

---

Kết luận

Giáo trình Teaching STEM in the Secondary School: Helping teachers meet the challenge của Frank Banks và David Barlex cung cấp cơ sở lý luận và phương pháp sư phạm cho việc tích hợp các môn học STEM ở bậc trung học. Giá trị cốt lõi của tài liệu nằm ở sự phân định nhận thức luận giữa khoa học và công nghệ, cấu trúc đa chiều của chương trình giáo dục và các mô hình giải quyết vấn đề dựa trên thực nghiệm.

Lộ trình học tập khuyến nghị bắt đầu từ việc nắm vững bản chất nhận thức luận ở Chương 1–2, tiếp cận các chương phương pháp bộ môn chuyên sâu (Chương 3–5), và phát triển sang kỹ năng thiết kế dự án kỹ thuật, tin học và quản trị môi trường STEM ở Chương 6–11. Tài liệu là văn bản học thuật tiêu chuẩn trong công tác đào tạo và bồi dưỡng giáo viên STEM.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Teaching STEM in the Secondary School The skills, knowledge and understanding of the subjects involved in STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics) are vital for all young people in an increasingly science- and technology-driven society. This book looks at the purpose and pedagogy of STEM teaching and explores the ways in which STEM subjects can interact in the curriculum to enhance student understanding, achievement and motivation. By reaching outside their own classroom, teachers can collaborate across subjects to enrich learning and help students relate school science, technology and maths to the wider world. Packed with ideas and practical details for teachers of STEM subjects, this book: ᔢ considers what the STEM subjects contribute separately to the curriculum and how they relate to each other in the wider education of secondary school students ᔢ describes and evaluates different curriculum models for STEM ᔢ suggests ways in which a critical approach to the pedagogy of the classroom, laboratory and workshop can support STEM for all students ᔢ addresses the practicalities of introducing, organising and sustaining STEM- related activities in the secondary school ᔢ looks to ways schools can manage and sustain STEM approaches in the long- term.

This timely new text is essential reading for trainee and practising teachers who wish to make the learning of Science, Technology, Engineering and Mathematics an interesting, motivating and exciting experience for their students. Frank Banks is Emeritus Professor of Teacher Education at The Open University. David Barlex was Senior Lecturer in Education at Brunel University and directed the Nuffield Design & Technology Projects. This page intentionally left blank Teaching STEM in the Secondary School Helping teachers meet the challenge Frank Banks and David Barlex First published 2014 by Routledge 2 Park Square, Milton Park, Abingdon, Oxon OX14 4RN and by Routledge 711 Third Avenue, New York, NY 10017 Routledge is an imprint of the Taylor & Francis Group, an informa business © 2014 Frank Banks and David Barlex The right of Frank Banks and David Barlex to be identified as authors of this work has been asserted by them in accordance with sections 77 and 78 of the Copyright, Designs and Patents Act 1988.

All rights reserved. No part of this book may be reprinted or reproduced or utilised in any form or by any electronic, mechanical, or other means, now known or hereafter invented, including photocopying and recording, or in any information storage or retrieval system, without permission in writing from the publishers. Trademark notice: Product or corporate names may be trademarks or registered trademarks, and are used only for identification and explanation without intent to infringe. British Library Cataloguing in Publication Data A catalogue record for this book is available from the British Library Library of Congress Cataloging in Publication Data Banks, Frank, 1953– Teaching STEM in the secondary school : helping teachers meet the challenge / Frank Banks, David Barlex.

pages cm Includes bibliographical references and index. Science--Study and teaching (Secondary) 2. Technology--Study and teaching (Secondary) 3. Engineering--Study and teaching (Secondary) 4.

Mathematics--Study and teaching (Secondary) I.1'2--dc23 2013037913 ISBN: 978-0-415-67530-7 (hbk) ISBN: 978-0-415-67531-4 (pbk) ISBN: 978-0-203-80992-1 (ebk) Typeset in Adobe Garamond Pro by Saxon Graphics Ltd, Derby Contents List of figures vii List of tables ix Foreword by Sir John Holman xi Preface xiii Acknowledgements xv 1 What is STEM? 1 2 A curriculum for STEM – ‘looking sideways’ 25 3 Teaching science in the light of STEM 48 4 Teaching design & technology in the light of STEM 75 5 Teaching mathematics in the light of STEM 100 6 Project work and problem-based learning through STEM 135 7 Enabling the ‘E’ in STEM 151 8 The role of STEM enhancement and enrichment activities 175 9 Computing, digital literacy, IT, computer science, TEL and STEM 197 10 Creating an environment for sustaining STEM 218 11 Future visions for STEM 238 Index 259 v This page intentionally left blank Figures 1.1 Investigating the ‘best’ materials for a mountaineer’s jacket 11 2.1 The school curriculum 26 2.2 Framework of teacher professional knowledge 34 2.3 A completed framework of teacher professional knowledge for a mathematics teacher 36 2.4 Society-Technology-Science-Society model 42 4.