Chương 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA ĐÈ TÀI 1. Giáo dục STEM 1. Khát niệm Giáo dục STEM STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa hoc), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật), Mathematics (Toán học).
Hiện nay thuật ngữ STEM được dùng trong nhiều ngữ cảnh khác nhau, phổ biến nhất là ngữ cảnh giáo dục và ngữ cảnh nghề nghiệp. + Trong ngữ cảnh giáo dục, STEM là sự quan tâm của nền giáo dục đối với lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học. Thông qua việc dạy học tích hợp các môn học trên với các nội dung gan với thức tiễn, người học sẽ được phát triển và nâng cao năng lực [1] + Trong ngữ cảnh nghề nghiệp, STEM được hiểu là nghề nghiệp thuộc các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học. Ví dụ: Nhóm ngành nghè về Công nghệ thông tin; Y sinh; Kĩ thuật; Điện tử và Truyền thông.[ 1] Giáo dục STEM có nhiều cách hiểu khác nhau.
Trong đó có một số cách hiểu chính về giáo dục STEM hiện nay là: - _ Giáo dục STEM là sự quan tâm đến các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học. Đây là cách hiểu theo nghĩa rộng khi nói về giáo dục STEM. Ở cách hiểu này, cứ tô chức dạy học các môn thuộc lĩnh vực STEM nghĩa là giáo dục STEM.[1] - _ Giáo dục STEM là định hướng tích hợp liên môn của bốn lĩnh vực/ môn Khoa học, Công nghệ, Ki thuật và Toán học. Tác giả Tsupros định nghĩa “Gido duc STEM là một phương pháp học tập tiếp cận liên ngành, ở đó những kiến thức hàn lâm được kết hop chặt chẽ với các bài học thực tế thông qua việc học sinh được áp dụng những kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học vào trong những bối cảnh cụ thể tạo nên sự kết nói giữa nhà trường, cộng đông và các doanh nghiệp cho phép người học phát triển những kĩ năng STEM và tăng khả nặng cạnh tranh trong nên kinh tế mới”.
Với cách hiểu này, giáo dục STEM được hiểu là giáo dục tích hợp STEM.[1] Khoá luận tôt nghiệp Nguyễn Đức Anh - Giáo dục STEM là sự tích hợp từ ít nhất hai lĩnh vực/ môn học về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên. Theo quan niệm này, tác giả Sanders định nghĩa “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 dé thực tiễn trong bối cảnh cu thé” [1] - _ Ngoài ra, theo Chương trình giáo duc phổ thông 2018, Bộ Giáo dục định nghĩa “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 cu thé. ”[2] Trong phạm vi của khoá luận này, chúng tôi quan tâm hơn đến quan điểm Giáo dục STEM là sự tích hợp từ ít nhất hai lĩnh vực/môn học về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên. Mục tiêu của giáo dục STEM Theo tác giả Nguyễn Thanh Nga, giáo dục STEM gồm 3 mục tiêu chính như sau: [3] + Phát triển năng lực đặc thù của các môn học thuộc về STEM cho học sinh.
Đó là những kiến thức, kĩ năng liên quan đến các môn học Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học. Theo Chương trình tổng thể 2018, những năng lực đặc thù được phát triển thông qua các môn học trên bao gồm: Năng lực khoa học; Năng lực công nghệ; Năng lực tin học; Năng lực tính toán. + Phát triển các năng lực cốt lõi cho học sinh. Dạy học phát triển năng lực tuân theo một số nguyên tắc nhất định, một trong những nguyên tắc quan trọng đó là học sinh cần phải trải nghiệm quá trình hoạt động thực tiễn để từng bước hình thành và phát triển năng lực của mình.
Theo Chương trình tổng thé 2018, Năng lực cốt lõi của học sinh bao gồm những Năng luc chung và những Năng lực đặc thà. Trong đó nhóm Năng lực chung bao gồm: Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo; Năng lực tự chủ và tự học; Năng lực giao tiếp và hợp tác.[2] Khoá luận tôt nghiệp Nguyễn Đức Anh + Định hướng nghề nghiệp cho học sinh. Giáo dục STEM sẽ tao cho học sinh có những kiến thức, kĩ năng mang tính nền tảng cho việc học tập ở các bậc học cao hơn cũng như cho nghề nghiệp trong tương lai. Từ đó, góp phần xây dựng lực lượng lao động có năng lực, phẩm chat tốt, đặc biệt là lao động trong lĩnh vực STEM nhăm dap ứng mục tiêu xây dựng và phát triên đât nước.
Mục tiêu giáo dục STEM Phát triển năng Phát triển năng Định hướng nghề lực đặc thù STEM lực cốt lõi nghiệp Hình 1. Mục tiêu giáo dục STEM[3] 1. Giáo dục STEM ở Việt Nam Ngày 4/5/2017, Thủ tướng Chính phủ ban hành Chi thi số 16/CT-TTg về việc tăng cường năng lực tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư. Chỉ thị của Thủ tướng đề ra những giải pháp và nhiệm vụ thúc day giáo dục tại Việt Nam.
Trong đó Thủ tướng nhắn mạnh giải pháp: “.Thay đổi mạnh mẽ các chính sách, nội dung, phương pháp giáo duc và dạy nghệ nhằm tạo ra nguồn nhân lực có khả năng tiếp nhận các xu thé công nghệ sản xuất mới, trong đó cần tập trung vào thúc đẩy đào tạo về khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán hoc (STEM), ngoại ngữ, tin học trong chương trình giáo dục phổ thong. Với Chỉ thị trên, Việt Nam đã chính thức ban hành chính sách thúc đây giáo duc STEM trong nhà trường, tạo điều kiện dé liên kết các sáng kiến và hoạt động giáo dục STEM hiện nay. Trong Chương trình giáo dục phổ thông 2018, giáo dục STEM cũng được chú trọng rat rõ ràng. Nguyễn Minh Thuyết - Tổng Chủ biên Chương trình giáo dục phổ thông 2018 - cho rang: “Chương trình cải thiện rõ vị tri của Giáo duc tin hoc và Giáo duc công nghệ.
Điều này không chỉ thể hiện rõ tư tưởng giáo duc STEM, mà còn là sự điều chỉnh Khoá luận tôt nghiệp Nguyễn Đức Anh kịp thời của giáo dục phổ thông trước cuộc cách mạng công nghiệp 4. Trong đó giáo dục STEM thể hiện thông qua các biểu hiện cụ thể như sau: [5] - _ Chương trình giáo dục phô thông mới có đầy đủ các môn học STEM: Khoa học tự nhiên, Công nghệ, Tin học, Toán học. Giáo dục STEM cũng được thể hiện rõ trong các chương trình môn học này. - Vi trí của giáo dục tin học va giáo dục công nghệ được cải thiện rõ rệt.
- _ Yêu cau day học tích hợp và đổi mới phương pháp giáo dục tạo điều kiện tổ chức các chủ đề STEM trong chương trình môn học, góp phần phát triển năng lực vận dụng kiến thức liên môn giải quyết các vấn đề thực tiễn cho học sinh. - Tinh mở của Chương trình GDPT mới cho phép một số nội dung giáo dục STEM có thé được xây dựng thông qua nội dung giáo dục của địa phương, kế hoạch giáo dục của nhà trường và những hoạt động giáo dục được xã hội hoá. Quy trình dạy học STEM dựa trên hoạt động thiết kế kĩ thuật Quy trình thiết kế kĩ thuật (Engineering Design Process hay EDP) là một chuỗi các bước thực hiện mô tả lai cách mà các kĩ sư sử dụng dé giải quyết van đề; người kĩ sư bắt đầu băng đặt câu hỏi, hình dung các giải pháp, thiết kế kế hoạch, tạo mô hình, thực nghiệm và kiểm thử mô hình, sau đó thực hiện cải tién.[1] Đây cũng là các bước mà kĩ sư tại NASA thực hiện. Cũng theo NASA’s Best, quy trình EDP khác biệt với các quy trình dạy học khác ở hai điểm chính: thứ nhất, không có một lời giải cụ thể nhất định cho một bài toán; thứ hai, người học cần tự thiết kế bản thiết ké[6].
Có thé mô tả cụ thé quy trình EDP gồm 6 bước như sau: [1] (1) Đặt câu hỏi (Ask): Học sinh xác định vấn đề, các đòi hỏi cần phải đáp ứng và các ràng buộc được xem xét. Khoá luận tôt nghiệp Nguyễn Đức Anh (2) Tưởng tượng (Imagine): Học sinh suy nghĩ về các giải pháp và ý tưởng nghiên cứu. Học sinh cũng cần xác định những gì người khác đã làm. (3) Lập kế hoạch (Plan): Học sinh chọn từ 2 đến 3 ý tưởng hay nhất từ danh sách liệt kê của họ và phác thảo các thiết kế có thé có, cuối cùng chọn một thiết kế duy nhất cho nguyên liệu.
(4) Sáng tạo (Create): Học sinh xây dựng một mô hình làm việc, hoặc nguyên mẫu phù hợp với các yêu cầu thiết kế và các ràng buộc thiết kế. (5) Kiểm tra (Test): Học sinh đánh giá các giải pháp thông qua thử nghiệm; thu thập và phân tích dữ liệu; tóm tắt điểm mạnh và điểm yếu của thiết kế đã được tìm thấy trong quá trình thử nghiệm. (6) Cải tiễn (Improve): Dựa vào kết quả kiểm tra, học sinh thực hiện các cải tiễn về thiết kế. Học sinh cũng xác định những thay đổi sẽ thực hiện và giải thích cho các sửa đôi này.
Sáng ( tạo Hình 1. Sơ đồ các bước quy trình thiết kế kĩ thuật EDP Cụ thé hoá quy trình thiết kế kĩ thuật, trong tài liệu tập huấn của Bộ giáo dục trung học có đề xuất quy trình tô chức hoạt động STEM theo các bước sau: Khoá luận tôt nghiệp Nguyễn Đức Anh 10 Xác định vân đê hoặc nhu câu thực tiên "mm. Nghiên cứu lí thuyết nền (học kiến thức mới) Toán Lí Hoá Sinh Tin Công nghệ (Nội dung dạy học theo chương trình được sắp xếp phù hợp) Đề xuất các giải pháp khả dĩ Vv Chon giải pháp tốt nhất Vv Chế tao mô hình hoặc mẫu thử nghiệm Ỷ Thử nghiệm và đánh giá Ỷ Chia sẻ và thảo luận Ỷ Điều chỉnh thiết kế Hình 1. Sơ đồ Quy trình dạy học STEM theo thiết kế kĩ thuật Tuy nhiên, tiến trình bài hoc STEM tuân theo quy trình kĩ thuật nêu trên nhưng bước trong quy trình có thê không cần thực hiện theo trình tự hết bước này mới đến bước tiếp theo, mà có những bước có thể thực hiện đồng thời, hỗ trợ lẫn nhau.
Cụ thê việc “Nghiên ^ cứu kiên thức nên” có thê được thực hiện đông thời “Dé xuat giải pháp”; “Chê tạo mô hình” được thực hiện đồng thời với “Thử nghiệm và đánh giá”, trong đó bước này vừa là mục tiêu vừa là điều kiện dé thực hiện bước kia. Vì vậy, mỗi bài học STEM được tổ chức theo 5 pha hoạt động như sau:[8] Khoá luận tôt nghiệp Nguyễn Đức Anh 11 Bang 1.