I. Tổng quan về Giáo Dục STEM Tại sao quan trọng ở Hà Nội
Nền kinh tế phát triển thịnh vượng trong thế kỷ 21 dựa trên Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán (STEM). Giáo dục STEM cải thiện cách học sinh hiểu và ứng dụng các lĩnh vực này bằng cách tích hợp liên ngành và kết nối lớp học với thế giới. Do đó, giáo dục STEM trang bị cho học sinh một nền tảng vững chắc cho sự thành công trong thời đại thông tin, trong các lĩnh vực học tập sau phổ thông và môi trường làm việc liên quan đến STEM trong tương lai. Sáng kiến giáo dục STEM được tuyên bố chính thức bởi Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ (NSF) năm 2001 với mục tiêu xác lập vững chắc vị thế của Hoa Kỳ là quốc gia đứng đầu thế giới về kinh tế, khoa học và công nghệ bằng việc cải thiện nguồn nhân lực [1]. Trong một môi trường cạnh tranh toàn cầu, thế hệ trẻ cần được chuẩn bị đầy đủ kiến thức và kỹ năng cần thiết để thành công và trở thành lực lượng lao động chất lượng cao. Giáo dục STEM là một trong những phát kiến đột phá trong lĩnh vực giáo dục thế kỷ 21 để hoàn thành mục tiêu này.
1.1. Lợi ích của giáo dục STEM cho học sinh trung học
Giáo dục STEM không chỉ trang bị kiến thức mà còn phát triển kỹ năng STEM quan trọng như tư duy phản biện, khả năng giải quyết vấn đề và làm việc nhóm. Học sinh được khuyến khích ứng dụng STEM vào thực tế, từ đó hiểu sâu hơn về các môn học. Điều này tạo tiền đề vững chắc cho tương lai nghề nghiệp, đặc biệt trong bối cảnh cuộc cách mạng công nghiệp 4.0.
1.2. Giáo dục STEM ở Việt Nam Bối cảnh và chính sách hiện tại
Nghị quyết số 29-NQ/TW nhấn mạnh yêu cầu nâng cao chất lượng giáo dục toàn diện, năng lực thực hành, vận dụng kiến thức vào thực tiễn, phát triển khả năng sáng tạo và giúp người học giải quyết vấn đề trong cuộc sống [3]. Giáo dục STEM được xem là một chủ trương lớn, góp phần hiện thực hóa quan điểm chỉ đạo này. Thủ tướng Chính phủ kí Chỉ thị số 16/CT-TTg nêu rõ giải pháp thúc đẩy đào tạo về khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học (STEM) trong chương trình giáo dục phổ thông.
II. Thách thức triển khai Giáo Dục STEM hiệu quả tại Hà Nội
Mặc dù giáo dục STEM đã được thiết lập tốt thông qua các văn bản chính sách quốc gia và quốc tế, sự bất đồng về các mô hình triển khai tích hợp STEM và kết quả học tập của học sinh trung học vẫn là một vấn đề [4] [7]. Trong nghiên cứu, vẫn còn thiếu một báo cáo bao quát về mối quan hệ thuyết phục giữa các cách tích hợp trong giáo dục STEM và kết quả học tập liên quan của học sinh trung học [6] [9] [10]. Trên thực tế, giáo viên gặp khó khăn trong việc triển khai các cách tích hợp trong giáo dục STEM vì họ thiếu hướng dẫn về cách tiếp cận STEM hiệu quả với các kết quả học tập cụ thể của học sinh trung học [6] [7] [8] [11] [12] [13].
2.1. Khó khăn của giáo viên trong việc áp dụng phương pháp STEM
Giáo viên có thể choáng ngợp trước vô vàn các hoạt động STEM được áp dụng vào thực tế từ các mô hình sư phạm như học STEM dựa vào dự án, hội trại STEM, câu lạc bộ STEM, hoạt động STEM dựa vào mô hình 5E, hoạt động STEM theo mô hình thiết kế kỹ thuật, các cuộc thi STEM, chương trình hợp tác trường đại học [14] và tác động của nó đến các kết quả học tập.
2.2. Thiếu nghiên cứu về mối liên hệ giữa mô hình STEM và kết quả học tập
Ví dụ, tích hợp kỹ thuật vào lớp học khoa học ở trường THCS giúp học sinh học tốt hơn về khoa học và kỹ thuật, nhưng chúng không có tác động đáng kể đến sự quan tâm của học sinh đối với khoa học và kỹ thuật [15]. Cần một nghiên cứu tổng quan có hệ thống nhằm cung cấp những hiểu biết sâu rộng và chuyên sâu về các phương pháp giáo dục STEM và kết quả học tập liên quan của học sinh trung học.
2.3. Đánh giá về các phương pháp giảng dạy
Trong đánh giá về các phương pháp giảng dạy STEM, vẫn còn thiếu các nghiên cứu cụ thể về việc phương pháp giảng dạy đó có thực sự hiệu quả với học sinh, đặc biệt là trong mảng toán học, khoa học, kỹ thuật và công nghệ.
III. Cách Dạy Khoa Học Tự Nhiên theo Giáo Dục STEM hiệu quả
Việc dạy học môn Khoa học Tự Nhiên theo định hướng giáo dục STEM chủ yếu được thực hiện qua các mô hình sư phạm như mô hình giảng dạy 5E, mô hình thiết kế kỹ thuật, mô hình lập luận Toulmin. Các báo cáo hiện có cũng cho thấy dạy học môn Khoa học Tự Nhiên theo định hướng giáo dục STEM có tác động tích cực đến sự cải thiện các kết quả học tập của học sinh trung học, bao gồm thành tích học tập, động lực học tập, sự quan tâm STEM và các kỹ năng tư duy phản biện bậc cao.
3.1. Mô hình 5E trong giảng dạy Khoa Học Tự Nhiên theo STEM
Mô hình 5E (Engage, Explore, Explain, Elaborate, Evaluate) là một phương pháp tiếp cận sư phạm tập trung vào việc thu hút học sinh, khám phá kiến thức, giải thích các khái niệm, vận dụng kiến thức và đánh giá thành tích học tập. Áp dụng mô hình 5E trong giảng dạy Khoa Học Tự Nhiên giúp học sinh chủ động hơn trong quá trình học tập và phát triển kỹ năng STEM.
3.2. Ứng dụng mô hình Toulmin để phát triển tư duy phản biện
Mô hình lập luận Toulmin giúp học sinh xây dựng và bảo vệ luận điểm của mình một cách logic. Trong bối cảnh giáo dục STEM, mô hình Toulmin khuyến khích học sinh giải quyết vấn đề dựa trên bằng chứng và lập luận chặt chẽ, từ đó nâng cao khả năng giải quyết vấn đề và tư duy phản biện.
IV. Thực nghiệm sư phạm Ảnh hưởng của STEM tới học sinh Hà Nội
Thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm tra tác động của dạy học môn Khoa học Tự Nhiên theo định hướng giáo dục STEM đến nhiều loại kết quả học tập của học sinh trung học trong một nghiên cứu duy nhất. Các học giả vẫn đang tìm kiếm thêm những ý tưởng mới mẻ cho dạy học môn Khoa học Tự Nhiên theo định hướng giáo dục STEM nhằm cải thiện hơn nữa các kết quả học tập của học sinh trung học. Do đó, cần đề xuất thêm những ý tưởng mới mẻ cho dạy học môn Khoa học Tự Nhiên theo định hướng giáo dục STEM nhằm có thể cải thiện các kết quả học tập của học sinh trung học.
4.1. Phương pháp thực nghiệm So sánh kết quả học tập STEM
Nghiên cứu so sánh kết quả học tập của học sinh trung học tham gia các lớp học được giảng dạy theo các phương pháp STEM khác nhau (ví dụ: mô hình 5E, mô hình Toulmin) và lớp học truyền thống. Các công cụ thu thập dữ liệu bao gồm bài kiểm tra, khảo sát, và phỏng vấn để đánh giá thành tích học tập, động lực học tập, sự quan tâm STEM, và kỹ năng tư duy phản biện.
4.2. Kết quả thực nghiệm Hiệu quả giáo dục STEM tại Hà Nội
Phân tích dữ liệu thu thập được sẽ cho thấy ảnh hưởng của STEM đến các kết quả học tập của học sinh trung học tại Hà Nội. Kết quả này có thể cung cấp bằng chứng thực nghiệm về hiệu quả giáo dục STEM và giúp các nhà quản lý giáo dục và giáo viên đưa ra các quyết định dựa trên dữ liệu để cải thiện việc dạy và học STEM.
V. Ứng dụng STEM thực tế Bài học từ môn Khoa Học Tự Nhiên
Bộ Giáo dục và Đào tạo đã ban hành Công văn số 3089/BGDĐT-GDTrH ngày 14/8/2020 hướng dẫn việc triển khai thực hiện giáo dục STEM trong giáo dục trung học. Theo đó, tùy thuộc vào đặc thù của từng môn học và điều kiện cơ sở vật chất, các trường trung học có thể áp dụng linh hoạt các hình thức tổ chức giáo dục STEM gồm (1) dạy học các môn khoa học theo định hướng giáo dục STEM; (2) tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM và (3) tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học, kỹ thuật [16].
5.1. Dạy học STEM qua môn Khoa Học Tự Nhiên Dễ triển khai nhất
Trong những hình thức này, dạy học các môn khoa học theo định hướng giáo dục STEM là hình thức dễ triển khai nhất, gắn liền với quá trình dạy học các bộ môn, có thể thực hiện thường xuyên nhằm cải thiện hơn nữa kết quả học tập của học sinh trung học trong các bộ môn, trong đó có môn khoa học. Do đó, trọng tâm của luận án này sẽ tập trung vào dạy học môn khoa học theo định hướng giáo dục STEM cho học sinh trung học.
5.2. Các trường THCS triển khai hiệu quả giáo dục STEM ra sao
Trong đánh giá về các phương pháp giảng dạy STEM, vẫn còn thiếu các nghiên cứu cụ thể về việc phương pháp giảng dạy đó có thực sự hiệu quả với học sinh, đặc biệt là trong mảng toán học, khoa học, kỹ thuật và công nghệ.
5.3. Đánh giá về các phương pháp giảng dạy
Trong đánh giá về các phương pháp giảng dạy STEM, vẫn còn thiếu các nghiên cứu cụ thể về việc phương pháp giảng dạy đó có thực sự hiệu quả với học sinh, đặc biệt là trong mảng toán học, khoa học, kỹ thuật và công nghệ.
VI. Tương lai Giáo Dục STEM Phát triển kỹ năng cho học sinh
Nghiên cứu vấn đề “Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội” trong bối cảnh đổi mới giáo dục hiện nay là rất cần thiết, phù hợp với xu hướng tiến bộ giáo dục của thế giới. Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ đóng góp khung lý thuyết về hiệu ứng của STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học, đồng thời cung cấp thêm ý tưởng mới mẻ trong dạy học môn Khoa học Tự Nhiên theo định hướng giáo dục STEM.
6.1. Khuyến nghị cho Sở Giáo dục và Đào tạo Hà Nội
Sở Giáo dục và Đào tạo Hà Nội cần tăng cường hỗ trợ các trường trung học trong việc triển khai giáo dục STEM, bao gồm cung cấp tài liệu hướng dẫn, tổ chức tập huấn cho giáo viên, và đầu tư cơ sở vật chất. Đồng thời, cần khuyến khích các trường sáng tạo và linh hoạt trong việc áp dụng các phương pháp STEM để phù hợp với điều kiện thực tế.
6.2. Định hướng phát triển giáo dục STEM ở Việt Nam
Việc phát triển giáo dục STEM cần được tiếp tục đầu tư và định hướng để đảm bảo rằng học sinh Việt Nam được trang bị đầy đủ kiến thức và kỹ năng cần thiết để thành công trong tương lai. Điều này đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa các nhà quản lý giáo dục, giáo viên, phụ huynh, và cộng đồng.
