Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Khóa luận tốt nghiệp "Thiết kế chủ đề dạy học Địa lí lớp 10 theo định hướng giáo dục STEM" do sinh viên Nông Thị Hảo (ngành Sư phạm Địa lí, Khoa Địa lí, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh) thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Phạm Thị Bình vào tháng 4 năm 2022.

Bối cảnh thực tiễn của đề tài bắt nguồn từ định hướng đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục phổ thông tại Việt Nam, cụ thể là việc triển khai Chương trình Giáo dục phổ thông 2018 (CT GDPT 2018) nhằm chuyển từ truyền thụ kiến thức thụ động sang phát triển phẩm chất và năng lực cho người học. Cơ sở pháp lý và chủ trương của nghiên cứu gắn liền với:

  • Luật Giáo dục 2005 (nhấn mạnh đổi mới phương pháp giáo dục phổ thông, phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và kỹ năng vận dụng vào thực tiễn).
  • Chỉ thị số 16/CT-TTg ngày 04/05/2017 của Thủ tướng Chính phủ về việc tăng cường năng lực tiếp cận cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư, trong đó yêu cầu tập trung thúc đẩy đào tạo Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học (STEM) trong chương trình giáo dục phổ thông.

Trong hệ thống các môn học phổ thông, Địa lí có tính chất giao thoa đặc thù: vừa thuộc lĩnh vực khoa học xã hội (Địa lí kinh tế - xã hội), vừa thuộc lĩnh vực khoa học tự nhiên (Địa lí tự nhiên), có mối liên hệ mật thiết với Vật lí, Hóa học, Sinh học và Công nghệ. Tuy nhiên, qua khảo sát thực tế tại các trường Trung học phổ thông (THPT), việc giảng dạy môn Địa lí phần lớn vẫn nặng về thuyết trình lý thuyết truyền thống, thiếu các hoạt động thực hành, thí nghiệm và trải nghiệm giải quyết vấn đề thực tiễn. Việc nghiên cứu đưa giáo dục STEM vào môn Địa lí lớp 10 là giải pháp khả thi nhằm kết nối tri thức sách vở với đời sống thực tế.

Mục tiêu nghiên cứu: Thiết kế một số chủ đề dạy học Địa lí lớp 10 theo định hướng giáo dục STEM nhằm hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực cho học sinh THPT.

Nhiệm vụ nghiên cứu (gồm 5 nhiệm vụ cụ thể):

  1. Nghiên cứu cơ sở lí luận và thực tiễn về giáo dục STEM.
  2. Nghiên cứu cơ sở lí luận dạy học một số chủ đề Địa lí lớp 10 theo định hướng giáo dục STEM.
  3. Tìm hiểu thực trạng dạy và học môn Địa lí lớp 10 theo định hướng giáo dục STEM tại trường THPT.
  4. Thiết kế một số chủ đề dạy học môn Địa lí lớp 10 theo định hướng giáo dục STEM.
  5. Thực nghiệm sư phạm để kiểm nghiệm tính hiệu quả và tính khả thi của chủ đề đã thiết kế.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Quá trình dạy học Địa lí ở trường THPT và các chủ đề Địa lí lớp 10 trong Chương trình giáo dục phổ thông 2018.
  • Phạm vi nội dung: Mạch nội dung chính và các chuyên đề học tập trong chương trình môn Địa lí 10 (Chương trình 2018).
  • Phạm vi không gian thực nghiệm và khảo sát: Khảo sát giáo viên và học sinh tại một số trường THPT trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh; thực nghiệm sư phạm tại lớp 10D2 Trường THPT Chuyên Lê Hồng Phong, TP. Hồ Chí Minh.
  • Thời gian nghiên cứu: Đề tài được triển khai từ ngày 13/12/2021 đến ngày 27/03/2022 (thời gian khảo sát thực trạng diễn ra từ 20/03/2022 đến 27/03/2022).

Giả thiết khoa học: Nếu thiết kế và tổ chức dạy học một số chủ đề Địa lí lớp 10 theo định hướng giáo dục STEM thì sẽ tạo ra sự kết nối giữa kiến thức trong nhà trường với thế giới thực, giúp học sinh vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các vấn đề thực tiễn, định hướng thực hành, tạo hứng thú học tập, đồng thời hình thành và phát triển các năng lực, phẩm chất cần thiết.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình tiếp cận

Đề tài tổng hợp và vận dụng hệ thống lý luận học thuật về giáo dục tích hợp và phương pháp dạy học hiện đại:

  • Khái niệm và mục tiêu STEM: Vận dụng định nghĩa STEM của Tsupros (2009) và tài liệu của Bộ Giáo dục và Đào tạo (2019), xem STEM là phương thức tiếp cận giáo dục liên môn (interdisciplinary) thông qua thực hành, ứng dụng để giải quyết vấn đề thực tiễn. Mục tiêu của giáo dục STEM bao gồm 3 thành tố: phát triển năng lực đặc thù STEM, phát triển năng lực cốt lõi (mô hình 4Cs: tư duy phản biện, sáng tạo, giao tiếp, hợp tác) và định hướng nghề nghiệp.
  • Tiêu chí và phân loại chủ đề STEM: Dựa trên khung lý thuyết của Nguyễn Thanh Nga và cộng sự (2017), chủ đề STEM cần đáp ứng 4 tiêu chí cốt lõi: giải quyết vấn đề thực tiễn, sử dụng kiến thức thuộc lĩnh vực STEM, định hướng hoạt động - thực hành, và làm việc nhóm.
  • Quy trình thiết kế chủ đề STEM: Vận dụng quy trình 5 bước: (1) Xác định vấn đề thực tiễn; (2) Đề xuất ý tưởng chủ đề; (3) Xác định kiến thức STEM cần giải quyết; (4) Xác định mục tiêu chủ đề; (5) Xây dựng bộ câu hỏi định hướng.
  • Các mô hình và phương pháp dạy học phối hợp:
    • Dạy học theo dự án: Triển khai qua 3 giai đoạn: Chuẩn bị dự án, Thực hiện dự án, Báo cáo và đánh giá sản phẩm.
    • Mô hình 5E: Gồm 5 giai đoạn: Gắn kết (Engage), Khảo sát (Explore), Giải thích (Explain), Củng cố (Elaborate), Đánh giá (Evaluate).
    • Phương pháp Bàn tay nặn bột (LAMAP): Tiếp cận qua tiến trình 5 pha nghiên cứu thực nghiệm (Tình huống xuất phát và câu hỏi nêu vấn đề $\rightarrow$ Hình thành câu hỏi nghiên cứu $\rightarrow$ Đề xuất giả thuyết và phương án thí nghiệm $\rightarrow$ Tiến hành thí nghiệm tìm tòi - nghiên cứu $\rightarrow$ Kết luận và hợp thức hóa kiến thức) theo sơ đồ hóa của PGS. Đỗ Hương Trà và ThS. Nguyễn Thị Thủy.
  • Khung năng lực môn Địa lí (CT GDPT 2018): Gồm 3 thành phần năng lực đặc thù: Nhận thức khoa học Địa lí; Tìm hiểu Địa lí (sử dụng công cụ, học tập thực địa, khai thác Internet); Vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học vào thực tiễn.

Phương pháp nghiên cứu thực tế

Tác giả phối hợp các phương pháp nghiên cứu giáo dục học:

  • Phương pháp thu thập và phân tích tài liệu: Khảo cứu văn bản pháp quy, chương trình môn Địa lí 2018, sách chuyên khảo, luận văn, bài báo khoa học về giáo dục STEM.
  • Phương pháp điều tra, khảo sát: Thiết kế bảng hỏi trực tuyến/trực tiếp để thu thập dữ liệu từ 22 giáo viên Địa lí và 110 học sinh lớp 10 tại các trường THPT ở TP. Hồ Chí Minh.
  • Phương pháp chuyên gia: Tham vấn ý kiến của giảng viên Khoa Địa lí, chuyên gia giáo dục và giáo viên THPT giàu kinh nghiệm; phỏng vấn cán bộ quản lý về công tác bồi dưỡng năng lực dạy học STEM.
  • Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Dạy thực nghiệm bài học đã thiết kế tại lớp 10D2 Trường THPT Chuyên Lê Hồng Phong nhằm đánh giá tính khả thi và hiệu quả sư phạm.
  • Phương pháp thống kê toán học: Ứng dụng phần mềm SPSS và Microsoft Excel để xử lý các số liệu định lượng, lập bảng phân phối tần số, tần suất, tần suất lũy tích và so sánh điểm số trước - sau tác động.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn về giáo dục STEM

Chương 1 hệ thống hóa lịch sử phát triển của giáo dục STEM trên thế giới (kinh nghiệm và chính sách từ Mỹ, Úc, Trung Quốc) và tại Việt Nam (các công trình nghiên cứu của Lê Xuân Quang, Đỗ Thị Thanh Hải, Đoàn Thị Linh; các dự án thí điểm của Hội đồng Anh tại 15 trường trung học và ngày hội STEM quốc gia).

Tác giả phân tích tư tưởng chủ đạo của môn Địa lí trong Chương trình GDPT 2018, làm rõ quan điểm xây dựng chương trình theo hướng mở, chú trọng phát triển phẩm chất và năng lực, tạo tiền đề thuận lợi cho tích hợp liên môn. Chương này cũng phân tích mối quan hệ giữa nội dung Địa lí với các năng lực chung (tự chủ - tự học, giao tiếp - hợp tác, giải quyết vấn đề - sáng tạo) cùng các phẩm chất cốt lõi (yêu nước, nhân ái, chăm chỉ, trung thực, trách nhiệm).

Phần nghiên cứu thực trạng trình bày kết quả khảo sát thực tế từ 22 giáo viên và 110 học sinh THPT tại TP. Hồ Chí Minh từ ngày 20/03/2022 đến 27/03/2022:

Nhóm đối tượng Chỉ số khảo sát chính Kết quả định lượng
Giáo viên Địa lí ($n = 22$) Đánh giá khả năng tổ chức dạy học STEM trong môn Địa lí • Có khả năng: 63,6%
• Rất có khả năng: 27,3%
• Phân vân: 9,1%
Giáo viên Địa lí ($n = 22$) Chuyên đề lớp 10 phù hợp nhất để thiết kế dạy học STEM • Lựa chọn nhiều nhất: Địa lí kinh tế - xã hội, Biến đổi khí hậu, Địa lí tự nhiên, Phương pháp viết báo cáo
• Chuyên đề không được chọn: Một số vấn đề chung
Giáo viên Địa lí ($n = 22$) Rào cản, khó khăn khi tổ chức Khó khăn về thời gian thiết kế, lựa chọn chủ đề phù hợp, áp lực kịp tiến độ chương trình
Học sinh lớp 10 ($n = 110$) Mức độ hứng thú đối với môn Địa lí theo lối dạy hiện tại • Rất hứng thú: 44,4% (49 HS)
• Hứng thú: 30,9% (34 HS)
• Bình thường: 18,2% (20 HS)
• Không hứng thú: 3,6% (4 HS)
• Rất không hứng thú: 2,7% (3 HS)
Học sinh lớp 10 ($n = 110$) Mức độ hứng thú nếu được học theo định hướng giáo dục STEM • Rất hứng thú: 50,0% (55 HS)
• Hứng thú: 28,2% (31 HS)
• Bình thường: 17,3% (19 HS)
• Không hứng thú: 1,8% (2 HS)
• Rất không hứng thú: 2,7% (3 HS)

Kết quả khảo sát khẳng định: Đa số học sinh chưa từng hoặc hiếm khi được học Địa lí theo định hướng STEM nhưng có nhu cầu và mức độ hứng thú rất cao (78,2% ở mức hứng thú và rất hứng thú). Về phía giáo viên, rào cản lớn nhất là quỹ thời gian hạn hẹp, thói quen dạy học truyền thống nặng về truyền thụ kiến thức và thiếu các tài liệu hướng dẫn thiết kế bài học STEM chuyên sâu cho môn học.

Chương 2: Thiết kế hoạt động dạy học Địa lí 10 theo định hướng giáo dục STEM

Chương 2 tập trung phân tích cấu trúc chương trình Địa lí 10 (Chương trình 2018) dưới góc độ giáo dục STEM, xác định các điểm giao thoa kiến thức giữa Địa lí với Vật lí, Hóa học, Sinh học, Toán học và Công nghệ. Dựa trên quy trình thiết kế 5 bước và các phương pháp dạy học tích cực (Dạy học dự án, Mô hình 5E, Phương pháp Bàn tay nặn bột), tác giả xây dựng 4 kế hoạch dạy học chủ đề hoàn chỉnh:

  1. Kế hoạch dạy học chủ đề "Hệ Mặt Trời và Trái Đất": Tích hợp kiến thức Thiên văn học, Vật lí quang học và Toán hình học không gian nhằm giúp học sinh giải thích các hiện tượng tự nhiên như chuyển động tự quay, chuyển động quanh Mặt Trời, hệ quả mùa và ngày đêm dài ngắn theo vĩ độ; chế tạo mô hình chuyển động hoặc dụng cụ mô phỏng trực quan.
  2. Kế hoạch dạy học chủ đề "Sự hấp thụ và tỏa nhiệt giữa lục địa và đại dương": Phát triển từ ý tưởng của nhóm giáo viên tại tỉnh Bình Dương. Chủ đề tích hợp kiến thức nhiệt học (nhiệt dung riêng, bức xạ nhiệt) để giải thích sự chênh lệch nhiệt độ giữa đất liền và biển, cơ chế hình thành gió đất - gió biển và hiện tượng hoàn lưu gió mùa; tổ chức cho học sinh tiến hành thí nghiệm đo nhiệt độ bề mặt thực tế.
  3. Kế hoạch dạy học chủ đề "Chai nước mặt trời": Vận dụng nguyên lý khúc xạ ánh sáng và tán xạ quang học qua môi trường nước kết hợp dung dịch chống rêu mốc để thiết kế bóng đèn chiếu sáng không dùng điện từ chai nhựa tái chế, ứng dụng chiếu sáng cho các không gian thiếu sáng và tiết kiệm năng lượng.
  4. Kế hoạch dạy học chủ đề "Phòng học xanh sáng tạo": Kết hợp kiến thức vi khí hậu, hướng nắng, hướng gió, cách nhiệt, quang hợp của thực vật và thiết kế kỹ thuật nhằm xây dựng mô hình phòng học sinh thái, giảm tải nhiệt năng, sử dụng vật liệu thân thiện với môi trường.

Chương 3: Thực nghiệm Sư phạm

Chương 3 trình bày việc tổ chức dạy học thực nghiệm nhằm kiểm chứng tính khả thi và hiệu quả của các chủ đề đã thiết kế.

  • Địa bàn và đối tượng thực nghiệm: Lớp 10D2 Trường THPT Chuyên Lê Hồng Phong, TP. Hồ Chí Minh.
  • Nội dung thực nghiệm: Tiến hành tổ chức bài dạy thực nghiệm với chủ đề đo đạc bức xạ nhiệt và làm mát ngoài trời (thực nghiệm đo ngoài trời, đo nhiệt độ sau khi làm mát, học sinh phối hợp thuyết trình và thu kết quả qua phiếu học tập).
  • Phân tích kết quả:
    • Về mặt định tính: Học sinh lớp thực nghiệm thể hiện thái độ học tập tích cực, chủ động thảo luận nhóm, tự tin báo cáo sản phẩm, thành thạo thao tác dụng cụ đo nhiệt độ ngoài trời và xử lý số liệu bức xạ Mặt Trời.
    • Về mặt định lượng: Phân tích kết quả kiểm tra trước tác động và sau tác động thông qua bảng điểm, bảng phần trăm điểm số, bảng phân phối tần số - tần suất và biểu đồ lũy tích. Kết quả sau tác động cho thấy tỷ lệ điểm khá - giỏi tăng rõ rệt, điểm trung bình đánh giá của giáo viên và đánh giá đồng đẳng giữa các học sinh đều đạt mức cao, khẳng định tác động tích cực của chủ đề STEM đến năng lực nhận thức và vận dụng kiến thức Địa lí của học sinh.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

  • Xác lập được cơ sở thực tiễn vững chắc thông qua khảo sát 22 giáo viên (90,9% đánh giá có khả năng và rất có khả năng tổ chức dạy học STEM) và 110 học sinh lớp 10 tại TP. Hồ Chí Minh (78,2% thể hiện sự hứng thú cao đối với phương pháp dạy học STEM).
  • Xây dựng thành công 4 kế hoạch bài dạy chủ đề Địa lí 10 theo định hướng STEM đảm bảo bám sát yêu cầu cần đạt của Chương trình GDPT 2018 và tích hợp chặt chẽ các mô hình dạy học hiện đại (5E, Bàn tay nặn bột, Dạy học dự án).
  • Thực nghiệm sư phạm tại lớp 10D2 Trường THPT Chuyên Lê Hồng Phong chứng minh tính khả thi của tiến trình dạy học, cải thiện rõ rệt điểm số kiểm tra sau tác động và biểu đồ phân phối tần suất lũy tích của học sinh.

Giải pháp và kiến nghị của tác giả

  • Đối với cơ quan quản lý và nhà trường: Cần tổ chức các lớp tập huấn, bồi dưỡng chuyên môn định kỳ cho giáo viên Địa lí về phương pháp xây dựng bài học STEM; đầu tư cơ sở vật chất, thiết bị thí nghiệm và linh hoạt bố trí thời khóa biểu để tạo điều kiện tổ chức các dự án học tập.
  • Đối với giáo viên: Chủ động phối hợp liên môn với các giáo viên Vật lí, Hóa học, Sinh học, Công nghệ; thay đổi thói quen giảng dạy lý thuyết thuần túy, tích cực xây dựng các chủ đề gắn liền với thực tiễn địa phương.

Đóng góp khoa học và thực tiễn

  • Hệ thống hóa khung lí luận về dạy học tích hợp STEM chuyên biệt cho môn Địa lí cấp THPT trong bối cảnh thực hiện Chương trình GDPT 2018.
  • Cung cấp bộ giáo án mẫu và quy trình thiết kế 5 bước chi tiết làm tài liệu tham khảo trực tiếp cho giáo viên Địa lí THPT khi triển khai chương trình mới.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Thời gian nghiên cứu của khóa luận diễn ra trong thời gian ngắn (từ tháng 12/2021 đến tháng 03/2022); phạm vi khảo sát giáo viên còn hẹp ($n = 22$); việc dạy thực nghiệm sư phạm chỉ mới được tiến hành trên phạm vi 1 lớp học (lớp 10D2) tại Trường THPT Chuyên Lê Hồng Phong – một trường có điều kiện cơ sở vật chất và chất lượng đầu vào học sinh ở mức cao, chưa đại diện đầy đủ cho khối các trường THPT đại trà.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng địa bàn và quy mô thực nghiệm sư phạm sang các trường THPT công lập đại trà và vùng ven; tiếp tục nghiên cứu, thiết kế trọn bộ các chủ đề giáo dục STEM cho toàn bộ chương trình Địa lí lớp 10, lớp 11 và lớp 12 theo Chương trình GDPT 2018.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là nguồn tài liệu hữu ích cho các nhóm đối tượng:

  1. Giáo viên môn Địa lí tại các trường THPT: Tham khảo quy trình 5 bước thiết kế chủ đề STEM và 4 giáo án minh họa chi tiết để áp dụng trực tiếp vào giảng dạy chương trình Địa lí 10 mới.
  2. Sinh viên ngành Sư phạm Địa lí: Nắm vững phương pháp luận xây dựng bài giảng tích hợp, kỹ thuật tổ chức dạy học theo dự án, mô hình 5E và phương pháp Bàn tay nặn bột.
  3. Cán bộ quản lý chuyên môn và tổ trưởng chuyên môn: Sử dụng các kết quả khảo sát thực trạng và kiến nghị làm cơ sở xây dựng kế hoạch bồi dưỡng năng lực giáo viên và đổi mới sinh hoạt tổ chuyên môn.

Câu hỏi thường gặp

1. Khóa luận sử dụng các phương pháp và mô hình dạy học cụ thể nào để thiết kế bài học STEM?
Tác giả đã kết hợp quy trình thiết kế chủ đề STEM 5 bước với 3 phương pháp và mô hình dạy học hiện đại: Dạy học theo dự án (3 bước: Chuẩn bị, Thực hiện, Báo cáo/Đánh giá), Mô hình 5E (Engage, Explore, Explain, Elaborate, Evaluate) và Phương pháp Bàn tay nặn bột (LAMAP - gồm 5 pha tìm tòi nghiên cứu thực nghiệm).

2. Bốn chủ đề dạy học Địa lí 10 được thiết kế trong khóa luận là gì?
Bốn chủ đề gồm: (1) "Hệ Mặt Trời và Trái Đất"; (2) "Sự hấp thụ và tỏa nhiệt giữa lục địa và đại dương" (phát triển từ ý tưởng của nhóm giáo viên Bình Dương); (3) "Chai nước mặt trời"; (4) "Phòng học xanh sáng tạo".

3. Khảo sát thực trạng trong đề tài được tiến hành trên những đối tượng nào và cho kết quả nổi bật gì?
Khảo sát được thực hiện từ ngày 20/03/2022 đến 27/03/2022 trên 22 giáo viên Địa lí và 110 học sinh lớp 10 tại TP. Hồ Chí Minh. Kết quả cho thấy 90,9% giáo viên tin rằng có thể và rất có thể tổ chức STEM trong môn Địa lí; 78,2% học sinh hào hứng muốn được học theo định hướng STEM dù trước đó phần lớn chưa từng được tiếp cận mô hình này trong môn Địa lí.

4. Địa bàn thực nghiệm sư phạm của đề tài được triển khai ở đâu và đánh giá những nội dung gì?
Thực nghiệm sư phạm được tiến hành tại lớp 10D2 Trường THPT Chuyên Lê Hồng Phong (TP. Hồ Chí Minh). Nội dung thực nghiệm tập trung vào việc đo đạc bức xạ nhiệt ngoài trời, đo nhiệt độ sau khi làm mát, phân tích phiếu kết quả thí nghiệm và đánh giá định lượng qua điểm kiểm tra trước - sau tác động kết hợp biểu đồ tần suất lũy tích.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nông Thị Hảo đã giải quyết trọn vẹn mục tiêu nghiên cứu thông qua việc hệ thống hóa cơ sở lí luận và khảo sát thực trạng dạy học tích hợp STEM môn Địa lí 10 theo Chương trình GDPT 2018. Bốn kế hoạch bài dạy chủ đề STEM được xây dựng bài bản, gắn liền với các phương pháp dạy học tích cực và tình huống thực tiễn. Kết quả thực nghiệm tại Trường THPT Chuyên Lê Hồng Phong đã chứng minh tính khoa học, tính khả thi và hiệu quả của việc đưa giáo dục STEM vào nâng cao chất lượng dạy học Địa lí cấp trung học phổ thông.