Tổng quan về giáo trình

Tài liệu "Hướng dẫn xây dựng kế hoạch bài dạy STEM lớp 9" do Bộ Giáo dục và Đào tạo (Chương trình Phát triển Giáo dục Trung học Giai đoạn 2) biên soạn và phát hành năm 2021 tại Hà Nội. Nhóm tác giả biên soạn gồm: Lê Huy Hoàng, Thái Hoài Minh, Nguyễn Thị Thu Trang, Vũ Như Thư Hương, Nguyễn Thị Thanh Tâm, Lê Hải Mỹ Ngân, Nguyễn Thị Thanh Hương và Nguyễn Hồng Ngọc Bảo. Tài liệu được thiết kế nhằm phục vụ công tác quản lý chuyên môn, bồi dưỡng phương pháp giảng dạy cho cán bộ quản lý và giáo viên cấp trung học cơ sở, đồng thời làm tài liệu tham khảo cho hoạt động đào tạo, bồi dưỡng giáo viên tại các trường đại học sư phạm.

Về vị trí trong chương trình đào tạo, tài liệu đóng vai trò là khung hướng dẫn nghiệp vụ triển khai giáo dục STEM lớp 9 theo định hướng của Chương trình giáo dục phổ thông 2018 và thực hiện các văn bản chỉ đạo chuyên môn bao gồm Chỉ thị số 16/CT-TTg ngày 4/5/2017 của Thủ tướng Chính phủ, Công văn số 3089/BGDĐT-GDTrH ngày 14/8/2020 và Công văn số 5555/BGDĐT-GDTrH của Bộ Giáo dục và Đào tạo.

Mục tiêu học tập của tài liệu tập trung vào ba kết quả đầu ra:

  1. Nâng cao nhận thức lý luận về bản chất, vai trò, hình thức tổ chức giáo dục STEM trong trường trung học.
  2. Phát triển năng lực sư phạm cho giáo viên trong việc lựa chọn nội dung, xây dựng tiêu chí và thiết kế tiến trình bài dạy STEM theo quy trình thiết kế kĩ thuật hoặc phương pháp khoa học.
  3. Hướng dẫn thiết lập kế hoạch hoạt động trải nghiệm STEM gắn với định hướng nghề nghiệp, phân luồng học sinh sau cấp trung học cơ sở.

Cấu trúc tài liệu gồm 3 chương logic, chuyển từ hệ thống khái niệm, cơ sở lý thuyết đến quy trình xây dựng bài học và hệ thống minh họa thực hành cụ thể. Điểm đặc trưng của tài liệu là việc chuẩn hóa các bước thiết kế bài dạy tích hợp liên môn trên nền tảng 4 môn học cốt lõi (Toán học, Khoa học tự nhiên, Công nghệ, Tin học) bám sát yêu cầu cần đạt của chương trình lớp 9.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Tài liệu được phân bổ thành 3 chương chuyên sâu:

  • Chương 1: Một số vấn đề cơ bản về giáo dục STEM (từ trang 9 đến trang 64): Hệ thống hóa khái niệm STEM, phân tích nội hàm 4 thành tố Khoa học (Science), Kĩ thuật (Engineering), Công nghệ (Technology), Toán học (Mathematics); làm rõ định hướng giáo dục STEM trong Chương trình giáo dục phổ thông 2018; phân tích mạch nội dung có khả năng tích hợp STEM của 4 môn học lớp 9; trình bày cơ sở thiết kế hoạt động giáo dục STEM gồm Chu trình STEM, Quy trình thiết kế kĩ thuật và Phương pháp khoa học; phân loại các hình thức tổ chức giáo dục STEM (bài dạy STEM, trải nghiệm STEM, nghiên cứu khoa học kĩ thuật).
  • Chương 2: Xây dựng và thực hiện bài dạy STEM (từ trang 65 đến trang 91): Cung cấp quy trình 4 bước xây dựng bài dạy STEM (lựa chọn nội dung dạy học; xác định vấn đề cần giải quyết; xây dựng tiêu chí sản phẩm/giải pháp; thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học); phân tích tiến trình dạy học 5 bước dựa trên quy trình thiết kế kĩ thuật; quy định phương pháp đánh giá kế hoạch bài dạy theo các tiêu chí tại Công văn số 5555/BGDĐT-GDTrH và phương pháp đánh giá kết quả học tập của học sinh.
  • Chương 3: Minh họa một số kế hoạch dạy học STEM lớp 9 (từ trang 92 đến trang 283): Giới thiệu ma trận thiết kế và hệ thống kế hoạch bài dạy, kế hoạch hoạt động trải nghiệm mẫu cho lớp 9 thuộc đầy đủ các môn học và phân môn liên quan.

Logic tiến trình của tài liệu đi từ phân tích bản chất lý thuyết, cơ sở phương pháp luận sang quy trình thao tác hóa sư phạm, kết thúc bằng hệ thống tình huống thực hành mẫu có thể áp dụng trực tiếp trong sinh hoạt chuyên môn tại nhà trường.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Tài liệu xác lập ba khung lý thuyết then chốt làm cơ sở xây dựng hoạt động giáo dục STEM:

  1. Chu trình STEM: Mô tả mối liên hệ tương hỗ giữa Khoa học và Kĩ thuật thông qua công cụ Toán học. Khoa học vận động theo chiều từ Công nghệ đến Tri thức (nhận thức thế giới tự nhiên thông qua phương pháp khoa học), trong khi Kĩ thuật vận động theo chiều từ Tri thức đến Công nghệ (vận dụng tri thức để sáng tạo công nghệ, sản phẩm giải quyết vấn đề thực tiễn).
  2. Quy trình thiết kế kĩ thuật (Engineering Design Process): Cấu trúc thành 8 bước chuẩn: Xác định vấn đề $\rightarrow$ Nghiên cứu tổng quan $\rightarrow$ Xác định yêu cầu/tiêu chí $\rightarrow$ Đề xuất, đánh giá và lựa chọn giải pháp $\rightarrow$ Xây dựng nguyên mẫu $\rightarrow$ Kiểm chứng giải pháp $\rightarrow$ Hoàn thiện thiết kế $\rightarrow$ Công bố kết quả.
  3. Phương pháp khoa học (Scientific Method): Cấu trúc thành 6 bước: Đặt câu hỏi nghiên cứu $\rightarrow$ Tìm hiểu tổng quan $\rightarrow$ Xây dựng giả thuyết khoa học $\rightarrow$ Kiểm tra bằng thực nghiệm (với 3 loại biến: biến độc lập, biến phụ thuộc, biến kiểm soát) $\rightarrow$ Phân tích kết quả và kết luận $\rightarrow$ Công bố kết quả.

Kỹ năng phát triển

Tài liệu tập trung phát triển cho người học và giáo viên các năng lực:

  • Kỹ năng thiết kế sư phạm liên môn: Khả năng phân tích chuẩn đầu ra của các môn học lớp 9 để xác định điểm giao thoa kiến thức và thiết kế chủ đề tích hợp.
  • Kỹ năng kỹ thuật và giải quyết vấn đề: Lập bản vẽ kỹ thuật, tính toán thông số, chế tạo mô hình thực nghiệm, lập trình trực quan và kiểm thử nguyên mẫu.
  • Kỹ năng đánh giá tiến trình: Xây dựng bộ công cụ, rubric và tiêu chí đánh giá năng lực học sinh trong quá trình thực hiện nhiệm vụ thiết kế, chế tạo sản phẩm STEM.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Tiếp cận sư phạm (Pedagogical approach)

Tài liệu áp dụng tiếp cận dạy học tích hợp liên môn, lấy hoạt động của người học làm trung tâm. Dạy học bài dạy STEM được triển khai theo quy trình tổ chức 5 hoạt động học tương ứng với quy trình thiết kế kỹ thuật:

  1. Hoạt động 1: Xác định vấn đề thiết kế, chế tạo.
  2. Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp thiết kế.
  3. Hoạt động 3: Lựa chọn giải pháp thiết kế (báo cáo, bảo vệ phương án).
  4. Hoạt động 4: Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá.
  5. Hoạt động 5: Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh và hoàn thiện.

Đối với bài dạy STEM theo hướng nghiên cứu khoa học, 5 hoạt động được tổ chức dựa trên phương pháp khoa học: Xác định vấn đề và giả thuyết $\rightarrow$ Thiết kế thực nghiệm $\rightarrow$ Lựa chọn phương án thực nghiệm $\rightarrow$ Tổ chức thực nghiệm và thảo luận $\rightarrow$ Báo cáo, đánh giá, điều chỉnh.

Bài tập và kế hoạch minh họa thực hành

Tài liệu cung cấp hệ thống câu hỏi, bài tập sau mỗi chương lý thuyết cùng danh mục các kế hoạch dạy học chi tiết thuộc Chương 3:

  • Kế hoạch bài dạy môn Toán: Ứng dụng hình học không gian và đại số thông qua các chủ đề: "Hình cầu: Bóng vải", "Đường tròn ngoại tiếp - nội tiếp tam giác: Hộp đồ chơi thả khối", "Hình trụ: Bảng tin quay".
  • Kế hoạch bài dạy môn Khoa học tự nhiên:
    • Quang học & Điện học: "Thấu kính hội tụ: Thiết lập thí nghiệm mô tả hoạt động máy chiếu đơn giản", "Kính lúp tự chế", "Định luật Ohm: Chế tạo hệ thống báo động mực nước", "Đèn thay đổi cường độ sáng", "Máy khuấy từ", "Thiết bị dò kim loại", "Mô hình tua bin gió".
    • Hóa học & Sinh học: "Polymer: Slime - chất nhờn kì diệu", "Ethylic alcohol: Nước trái cây lên men", "Bản chất hoá học của gene: Mô hình DNA", "Mô hình động về quá trình tái bản DNA", "Mô hình động về cơ chế đề kháng kháng sinh", "Bộ dụng cụ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của khí carbon dioxide đến sự thay đổi nhiệt độ môi trường".
  • Kế hoạch bài dạy môn Công nghệ:
    • Mô đun công nghiệp: "Lắp đặt mạng điện trong nhà: Mô hình mạch điện chiếu sáng phòng ngủ", "Giải pháp nhà thông minh", "Đèn giao thông dành cho người đi bộ", "Hệ thống báo trộm thông minh".
    • Mô đun nông nghiệp & dịch vụ: "Hệ thống tưới phun sương tự động cho vườn lan", "Nuôi gà lấy thịt theo tiêu chuẩn VietGAP", "Nuôi cá nước ngọt", "Chế biến thực phẩm".
  • Kế hoạch bài dạy môn Tin học: "Giải quyết vấn đề dưới sự trợ giúp của máy tính: Trò chơi ping pong trên máy tính", "Xây dựng cẩm nang tra cứu nghề nghiệp tin học".

Phương pháp đánh giá (Assessment methods)

Tài liệu định hướng đánh giá đa chiều kết hợp giữa đánh giá quá trình và đánh giá tổng kết:

  • Đánh giá kế hoạch bài dạy theo tiêu chuẩn định hướng tại Công văn số 5555/BGDĐT-GDTrH (đánh giá kế hoạch dạy học của giáo viên và hoạt động học của học sinh).
  • Đánh giá hoạt động học tập dựa trên sản phẩm học tập (bản vẽ thiết kế, nguyên mẫu, báo cáo thực nghiệm) và tiến trình hoạt động (kỹ năng làm việc nhóm, kỹ năng phản biện, khả năng tự học).

Điểm nổi bật và cập nhật

  1. Thể chế hóa văn bản quy phạm và hướng dẫn chuyên môn: Tài liệu cụ thể hóa Chỉ thị số 16/CT-TTg và Công văn số 3089/BGDĐT-GDTrH thành các bảng ma trận phân phối nội dung, quy trình sư phạm khả thi trong nhà trường phổ thông.
  2. Tích hợp công nghệ hiện đại trong các mô đun kỹ thuật: Đưa các nội dung công nghệ mới vào kế hoạch dạy học như cảm biến hồng ngoại, cảm biến khí gas, cảm biến nhiệt độ - độ ẩm, kit lập trình vi điều khiển, hệ thống tự động hóa nông nghiệp công nghệ cao và phần mềm mô phỏng.
  3. Gắn kết giáo dục STEM với định hướng phân luồng nghề nghiệp: Tài liệu không chỉ dừng ở việc trang bị kiến thức liên môn mà thiết kế các chuyên đề gắn với các nhóm ngành nghề thực tế trong cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư (công nghệ thông tin, kỹ thuật điện - điện tử, nông nghiệp công nghệ cao, công nghệ sinh học).

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Cán bộ quản lý giáo dục: Cán bộ chỉ đạo chuyên môn tại các Sở/Phòng Giáo dục và Đào tạo, Ban giám hiệu các trường THCS sử dụng để lập kế hoạch giáo dục nhà trường, tổ chức bồi dưỡng chuyên môn và đánh giá giờ dạy STEM.
  • Giáo viên cấp trung học cơ sở: Giáo viên trực tiếp giảng dạy các môn Toán, Khoa học tự nhiên, Công nghệ, Tin học lớp 9 dùng để biên soạn giáo án và tổ chức hoạt động dạy học, hoạt động trải nghiệm.
  • Giảng viên và sinh viên khối sư phạm: Dùng làm tài liệu giảng dạy, học tập môn Phương pháp dạy học bộ môn, Phát triển chương trình giáo dục STEM tại các trường đại học, cao đẳng sư phạm.
  • Yêu cầu tiên quyết: Người sử dụng cần nắm vững mục tiêu, yêu cầu cần đạt của Chương trình giáo dục phổ thông 2018 đối với các môn học lớp 9 và các quy định về tổ chức sinh hoạt chuyên môn theo định hướng nghiên cứu bài học.

Câu hỏi thường gặp

1. Tài liệu này phù hợp với đối tượng nào?
Tài liệu được biên soạn phục vụ cán bộ quản lý giáo dục, giáo viên giảng dạy các môn Toán, Khoa học tự nhiên, Công nghệ, Tin học cấp THCS, cùng các giảng viên, sinh viên ngành Sư phạm tại các cơ sở giáo dục đại học.

2. Cần kiến thức nền tảng nào trước khi nghiên cứu tài liệu?
Người đọc cần có kiến thức chuyên ngành vững chắc về các môn khoa học tự nhiên, công nghệ, toán học hoặc tin học lớp 9, đồng thời nắm rõ cấu trúc và yêu cầu cần đạt của Chương trình giáo dục phổ thông 2018.

3. Điểm khác biệt giữa bài dạy STEM khoa học và bài dạy STEM kĩ thuật trong tài liệu là gì?
Bài dạy STEM khoa học vận dụng phương pháp khoa học nhằm giúp học sinh khám phá tri thức mới hoặc quy luật tự nhiên thông qua đề xuất giả thuyết và thực nghiệm kiểm chứng. Bài dạy STEM kĩ thuật vận dụng quy trình thiết kế kỹ thuật nhằm định hướng học sinh sử dụng tri thức đã học để thiết kế, chế tạo ra sản phẩm/giải pháp giải quyết vấn đề thực tiễn.

4. Làm sao để tổ chuyên môn áp dụng tài liệu này hiệu quả?
Tổ chuyên môn sử dụng ma trận phân tích nội dung ở Chương 1 để xác định các chủ đề liên môn trong kế hoạch năm học, áp dụng quy trình 4 bước ở Chương 2 để soạn thảo giáo án và sử dụng hệ thống kế hoạch bài dạy ở Chương 3 làm tài liệu tham khảo để điều chỉnh phù hợp với điều kiện cơ sở vật chất của nhà trường.

5. Tài liệu có cung cấp giáo án mẫu chi tiết cho lớp 9 không?
Chương 3 của tài liệu cung cấp danh mục phong phú các kế hoạch bài dạy và kế hoạch hoạt động trải nghiệm minh họa chi tiết cho từng môn học thuộc lĩnh vực STEM lớp 9 kèm mục tiêu, thiết bị, tiến trình dạy học và tiêu chí đánh giá.

Kết luận

Tài liệu "Hướng dẫn xây dựng kế hoạch bài dạy STEM lớp 9" là văn bản hướng dẫn nghiệp vụ chuẩn mực về mặt phương pháp luận và cấu trúc tổ chức giáo dục STEM cho cấp THCS theo Chương trình giáo dục phổ thông 2018. Thông qua hệ thống hóa cơ sở lý thuyết (Chu trình STEM, Thiết kế kĩ thuật, Phương pháp khoa học) và cung cấp các quy trình thiết kế, đánh giá bài học gắn với hệ thống bài dạy minh họa cụ thể, tài liệu hỗ trợ định hình quy trình sinh hoạt chuyên môn và nâng cao năng lực dạy học tích hợp cho giáo viên. Lộ trình triển khai được khuyến nghị là nghiên cứu khung lý thuyết, phân tích các kế hoạch bài dạy minh họa và hiệu chỉnh phù hợp với điều kiện thực tế tại địa phương.