CHƯƠNG 1: MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ GIÁO DỤC STEM CẤP TIỂU HỌC 1. Khái niệm STEM, giáo dục STEM STEM là thuật ngữ được ghép từ các chữ cái đầu tiên của từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học) đề cập đến cách tiếp cận liên môn trong học tập và dạy học tích hợp trong các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học. Hiện nay, thuật ngữ này được dùng chủ yếu trong hai ngữ cảnh là giáo dục và nghề nghiệp. Trong ngữ cảnh giáo dục, STEM chú trọng đến dạy học các môn học thuộc lĩnh vực khoa học, công nghệ, tin học, toán học theo tiếp cận tích hợp liên môn, gắn với giải quyết các vấn đề thực tiễn nhằm hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực của người học.
Trong ngữ cảnh nghề nghiệp, STEM thể hiện các nhóm nghề nghiệp thuộc lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán như nhóm ngành nghề về Công nghệ thông tin, Điện tử-Viễn thông, Công nghiệp chế tạo thông minh, Trí tuệ nhân tạo,. [1] Có nhiều cách hiểu về nội hàm của các thành tố trong STEM. Trong tài liệu này, các thành tố S, T, E, M được tiếp cận như sau: Khoa học được hiểu là tri thức về khoa học tự nhiên, tư duy khoa học và quy trình nghiên cứu khoa học. Trong đó người học nhận biết, mô tả, giải thích và dự đoán về các sự vật, hiện tượng và quy luật tự nhiên, dựa trên những bằng chứng rõ ràng thu được từ quan sát và thực nghiệm.
Công nghệ được hiểu là tri thức có hệ thống về quy trình và kĩ thuật dùng để xử lí thông tin, chế biến vật liệu (trong đó bao gồm kiến thức, thiết bị, phương pháp và các hệ thống sử dụng) trong việc tạo ra các sản phẩm. Thành tố công nghệ trong STEM ở trường phổ thông được hiểu là kiến thức, kĩ năng môn Công nghệ, các công cụ, thiết bị hay quy trình đã được thiết lập/ sử dụng trong quá trình triển khai tạo thành sản phẩm. Kĩ thuật được hiểu là lĩnh vực khoa học vận dụng các thành tựu của toán học, khoa học tự nhiên để giải quyết các vấn đề thực tiễn, đáp ứng nhu cầu của cuộc sống. Kết quả của nghiên cứu kĩ thuật góp phần tạo ra các giải pháp, sản phẩm, công nghệ mới.
Thành tố kĩ thuật gồm nội dung về kĩ thuật thực hiện có thể nằm trong môn Công nghệ, Mĩ thuật (ở cấp tiểu học), có thể là vẽ kĩ thuật, thiết kế kĩ thuật, quy trình thiết kế kĩ thuật. Tài liệu dùng cho tập huấn triển khai thực hiện giáo dục STEM cấp Tiểu học theo Công văn số 909/BGDĐT-GDTH ngày 08/3/2023 12 Toán học nghiên cứu về hình thái cấu trúc, trật tự và quan hệ của các đối tượng toán học, được phát triển từ các thực hành cơ bản như đếm, đo lường và mô tả hình dạng của các vật thể. Toán học còn liên quan đến lí luận logic và tính toán định lượng. Thành tố toán học trong STEM bao gồm kiến thức, kĩ năng toán học, tư duy toán học, giải quyết vấn đề toán học.
Giáo dục STEM là mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp học sinh áp dụng các kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học vào giải quyết một số vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể [3]. Giáo dục STEM có một số đặc điểm cơ bản như sau: - Thu hút học sinh vào việc giải quyết các vấn đề thực tiễn: tức là không thiên về lí thuyết đơn thuần mà tập trung vào các hoạt động vận dụng lí thuyết để thực hành, khám phá, thiết kế, chế tạo, sáng tạo nhằm giải quyết các vấn đề trong thực tiễn cuộc sống hằng ngày đến các vấn đề mang tính chất địa phương hay tính chất toàn cầu. - Chủ yếu sử dụng các phương pháp dạy học lấy học sinh làm trung tâm, trong đó, dạy học dự án và dạy học giải quyết vấn đề là hai phương pháp dạy học được sử dụng phổ biến trong triển khai các hoạt động giáo dục STEM. - Tích hợp các môn học STEM: các hoạt động giáo dục STEM thường dựa vào hoặc tạo ra một tình huống thực tiễn để học sinh giải quyết một cách sáng tạo bằng cách huy động kiến thức của hai hay nhiều môn học thuộc các lĩnh vực STEM.
Giáo dục STEM tạo điều kiện để học sinh rèn luyện khả năng ứng dụng toàn diện kiến thức vào việc khám phá các khía cạnh khác nhau của thế giới thực và giải quyết các vấn đề dưới sự định hướng của tư duy liên ngành. - Hỗ trợ phát triển những kĩ năng của thế kỉ 21: giáo dục STEM tạo cơ hội để học sinh rèn luyện và phát triển tư duy, kĩ năng cần thiết cho công việc của một công dân thế kỉ 21 như tư duy phản biện, kĩ năng làm việc nhóm, kĩ năng giải quyết vấn đề và sáng tạo. Thời gian gần đây, bên cạnh thuật ngữ giáo dục STEM còn xuất hiện thuật ngữ giáo dục STEAM khi một số nghiên cứu cho thấy việc tích hợp thêm yếu tố Art (nghệ thuật, nhân văn) vào STEM giúp mở rộng các lợi ích của giáo dục thực hành và hợp tác theo nhiều cách khác nhau, thúc đẩy tính sáng tạo, trí tò mò và sự thấu cảm của người học. Tài liệu dùng cho tập huấn triển khai thực hiện giáo dục STEM cấp Tiểu học theo Công văn số 909/BGDĐT-GDTH ngày 08/3/2023 13 Art (Nghệ thuật, nhân văn) trong ngữ cảnh giáo dục STEAM không chỉ đơn giản là âm nhạc và hội hoạ,.
Nghệ thuật còn bao gồm việc khám phá và giải quyết vấn đề thực tế một cách khéo léo, khoa học; trình bày và diễn đạt thông tin mạch lạc dễ hiểu. Trong các hoạt động giáo dục STEAM, thành tố A này được thể hiện ở việc vận dụng các kiến thức, kĩ năng là yêu cầu cần đạt trong môn Mĩ thuật (với hai mạch nội dung Mĩ thuật tạo hình và Mĩ thuật ứng dụng) thuộc chương trình giáo dục phổ thông ứng với biểu hiện “sử dụng được một số công cụ, thiết bị trong thực hành sáng tạo”. Ở các nước, quan niệm về thuật ngữ STEAM hay giáo dục STEAM cũng giống như thuật ngữ STEM và giáo dục STEM nhưng kết hợp thêm thành tố A (nghệ thuật, nhân văn). Các lí luận về giáo dục STEAM cũng đứng trên quan điểm sẵn có về giáo dục STEM.
Chính vì vậy nên các nước vẫn dùng STEM Education - Giáo dục STEM làm nền tảng cho những chương trình có nội dung bao hàm cả STEAM. Mục tiêu và vai trò của giáo dục STEM cấp tiểu học 1. Mục tiêu Theo quan điểm xây dựng Chương trình giáo dục phổ thông 2018, các nội dung dạy học có tính tích hợp cao ở các lớp học dưới, phân hóa dần ở các lớp học trên. Do đó, [3] giáo dục STEM trong giai đoạn giáo dục cơ bản, đặc biệt là ở cấp tiểu học, có mục tiêu là tạo cơ hội để học sinh tích hợp kiến thức, kĩ năng ở các môn học đặc thù cho giáo dục STEM như: Tự nhiên và Xã hội (lớp 1 đến lớp 3) hay Khoa học (lớp 4, lớp 5), Công Nghệ, Tin học, Toán và Mĩ thuật; từ đó vận dụng kiến thức, kĩ năng có được này để giải quyết các vấn đề thực tiễn.
Tạo cơ hội cho học sinh trải nghiệm, khám phá thực tế cuộc sống, có những hiểu biết ban đầu về một số nghề nghiệp quen thuộc liên quan đến lĩnh vực STEM. Vai trò Giáo dục STEM có vai trò quan trọng trong việc thực hiện Chương trình giáo dục phổ thông 2018 ở cấp tiểu học là góp phần phát triển các phẩm chất, các năng lực chung và năng lực đặc thù cho học sinh tiểu học, cụ thể như phần sau đây: a) Giáo dục STEM góp phần phát triển các năng lực chung cho học sinh tiểu học Khi tham gia học tập trong các hoạt động giáo dục STEM, ngoài việc tự thực hiện nhiệm vụ học tập, học sinh luôn cần trao đổi, hợp tác với nhau, trình bày kết quả thu được sau mỗi hoạt động học và giải thích kết quả bày tỏ ý kiến cá nhân và ý kiến thống nhất Tài liệu dùng cho tập huấn triển khai thực hiện giáo dục STEM cấp Tiểu học theo Công văn số 909/BGDĐT-GDTH ngày 08/3/2023 14 của tập thể nhóm khi lựa chọn giải pháp. Trong hoạt động nhóm, cần có sự phân công nhiệm vụ hợp lí và hỗ trợ nhau hoàn thành nhiệm vụ được giao, tích cực nhận xét và đóng góp ý kiến cho nhóm bạn, … Mặt khác, khi triển khai một chủ đề giáo dục STEM, một vấn đề gắn với thực tiễn thường được dùng để tạo động cơ học tập và học sinh cần tìm cách giải quyết bằng nhiều phương án khác nhau trên cùng một nền tảng kiến thức. Do đó, học sinh có cơ hội hình thành và phát triển các năng lực chung là năng lực tự chủ và tự học, năng lực giao tiếp và hợp tác, năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo.1: Phát triển năng lực chung trong giáo dục STEM b) Giáo dục STEM góp phần phát triển năng lực đặc thù cho học sinh tiểu học Ở các lớp đầu cấp tiểu học, học sinh bắt đầu học cách khám phá thế giới xung quanh để nhận biết một số quy luật cơ bản và đơn giản từ các hiện tượng tự nhiên quen thuộc; bắt đầu bằng mô tả những gì quan sát được và tiến dần đến vận dụng kết quả đã ghi nhận được để điều chỉnh hành vi sống cho phù hợp (tự bảo vệ bản thân tránh nguy hiểm, tự chăm sóc sức khỏe cá nhân,…); dần về các lớp cuối cấp tiểu học, học sinh học cách tích lũy kinh nghiệm sống và ứng phó với thực tế trong những tình huống đơn giản.
Học sinh cũng bắt đầu làm quen với loại hoạt động đi từ khám phá đến nghiên cứu khoa học, kĩ thuật ở mức độ cơ bản; vận dụng kiến thức Toán như công cụ cơ bản trong đếm, đo Tài liệu dùng cho tập huấn triển khai thực hiện giáo dục STEM cấp Tiểu học theo Công văn số 909/BGDĐT-GDTH ngày 08/3/2023 15 lường, tính toán diện tích, thể tích, lập bảng dữ liệu thống kê,.; đi từ lắp ráp các chi tiết đến thiết kế một số dụng cụ, đồ vật đơn giản; khám phá cái đẹp khi quan sát, lựa chọn màu sắc, vẽ nét trang trí, vẽ tạo hình,…; từ lớp 3 trở đi, học sinh bước đầu được hình thành tư duy giải quyết vấn đề có sự hỗ trợ của máy tính. Và nhờ vậy, học sinh hình thành và phát triển các năng lực đặc thù như năng lực toán học, năng lực khoa học, năng lực công nghệ, năng lực thẩm mĩ và năng lực tin học.