Chương 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA ĐÉ TÀI 1. Giáo duc STEM 11. Khái niệm STEM là viết tắt của Science (Khoa học), Technology (Công nghệ).
Trong phạm vi luận văn, chúng tôi tiếp cận giáo dục STEM theo quan điểm của chương trình giáo dục phd thông 2018: “Giớo dục STEM là mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp HS áp dụng các kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học vào giải quyết mot SỐ van đề thực tiễn trong bồi cảnh cụ thể” (Bộ Giáo dục và Dao tao, 2018). Mặc dù có thé được định nghĩa theo nhiều cách khác nhau, song giáo dục STEM đều thẻ hiện được ba đặc điểm chính (Nguyễn Thanh Hai, 2017): (1) Sự tiếp cận liên ngành: Các lĩnh vực trong STEM được kết nối. bé trợ lẫn nhau trong từng ngành. (2) Sự lồng ghép lí thuyết và thực hành: Mục tiêu giáo dục STEM cần phải kết hợp lí thuyết với thực hành nhằm tạo ra các sản phẩm cụ thẻ hoặc giải quyết các van dé thực tiễn.
(3) Sự kết nối xã hội: Giáo dục STEM không chỉ hướng đến van đề cụ thể của địa phương mà phải đặt trong mối liên hệ với bối cảnh kinh tế toàn cầu và các xu hướng chung của thé giới như biến đổi khí hậu, năng lượng tái tạo. Tại Việt Nam, trong tài liệu tập huấn cán bộ quản lí, GV về xây dựng chủ đẻ giáo dục của Bộ Giáo Duc (Bien et al., 2020) đã xác định ba nhóm mục tiêu chính của giáo dục STEM theo sơ đồ hình 1. (1) Phát triển các năng lực đặc thù các môn học thuộc lĩnh vực STEM: khả năng vận dụng những kiến thức, kĩ năng liên quan đến các môn học Khoa học. Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học nhằm vận dụng vào thực tiễn.
(2) Phát triển các năng lực chung cho HS: năng lực giải quyết van dé và sáng tạo, năng lực giao tiếp và hợp tác, năng lực tự chủ và tự học. (3) Định hướng nghề nghiệp cho HS: Giáo dục STEM cung cấp cho HS kiến thức, kĩ năng mang tính nén tảng cho việc học tập ở các bậc học cao hơn cũng như cho nghề nghiệp trong tương lai. ĐỊNH HƯỚNG NGHỀ NGHIỆP Hiểu biết vé nghề Phẩm chết và năng nghiệp lực nghề nghiệp NĂNG LỰC CỐT LOI Năng lực giỏi Năng lực Năng lực tự quyết vốn dé, giao tiếp, chủ, tự học súng tao hợp tac NĂNG LỰC STEM 6000 Hình 1. Mục tiêu của giáo dục STEM 1.
Quy trình thiết kế kĩ thuật Quy trình thiết kế kĩ thuật EDP là qua trình được lặp đi lặp lại của kĩ sư sử dụng dé giải quyết van dé. Day là một quy trình động, khép kín và không bao giờ kết thúc, giúp nhấn mạnh các việc cần làm của một kĩ sư đặt câu hỏi, nghiên cứu thông tin, thử nghiệm ¥ tưởng, sửa đổi va cải thiện cũng như chia sẻ với cộng đồng. Quy trình này đóng vai trò như một khuôn khô hỗ trợ việc học khoa học, toán học, kĩ thuật và công nghệ (STEM) thông qua việc giải quyết các van dé thực tiễn (Kim, Oliver, & Kim, 2019; Moore et al. Các bước của quy trình thiết kế kĩ thuật không tuyến tinh mà quá trình này /ap di lấp lại một cách linh hoạt.
Từ đó, người thực hiện có thê chuyền từ bước thiết kế này từ bước thiết kế khác, xác định vấn đề và đặt ra các giải pháp kha thi, trình bay bối cảnh thực tiễn và xác định mdi liên hệ các những nội dung kiến thức với các boi cảnh đó (Walker, W. Điểm đặc biệt của quy trình này là không tổn tại một công thức thiết kế sẵn cụ thé và không tôn tại một bản vẽ cho trước (Crismond, 2013). Vì vậy, quy trình này phù hợp dé tạo cơ hội cho học sinh “nghiên cứu, suy nghĩ thiết kế và lập kế hoạch” trước khi tiến hành thi công và thử nghiệm. Theo (Crismond, 2013), những người mới bắt đầu với quy trình thiết kế kĩ thuật thường gặp một số vấn đề như: (1) không có cơ sở dé việc thiết kế, (2) phác thảo ý tưởng không chính xác, (3) không biết cách thử nghiệm, (4) thiếu tính sáng tao, (5) không nghiên cứu các những kiến thức liên quan.
Do đó, việc áp dụng quy trình EDP nhằm tăng cường hiểu biết của HS về thier ké mở để đưa ra các ý tưởng mới, áp dụng các khái niệm khoa học và toán học, biết thử nghiệm và tự đánh giá dé đưa đến những điều chỉnh cải tiến phù hợp. Quy trình thiết kế kĩ thuật được nhiều tác giả sử dụng với nhiều hình thức khác nhau ứng với các mục tiêu, mức độ vẫn đề cần giải quyết khác nhau. Trong phạm vi luận văn, chúng tôi vận dụng quy trình thiết kế kĩ thuật được xây dựng bởi các kĩ sư NASA (National Acronautics and Space Administration) đỏng vai trò nên tảng xuyên suốt chủ đề (NASA’s best, 2011) với 6 bước chính được thé hiện trong hình 1. (1) Đặt câu hỏi (Ask): Xác định van dé, các yéu cau can phải dap ứng và các han chế cần xem xét.
(2) Tướng tượng (Imagine): Tư duy, suy nghĩ về các giải pháp và các ý tưởng nghiên cứu (3) Lập kế hoạch (Plan): Lựa chọn từ 2 đến 3 ý tưởng tốt nhất và phác thảo các ý tưởng khả thi, từ đó xem xét lựa chọn một mẫu thiết kế cuối cùng dé thực hiện. (4) Sáng tạo (Create): Chế tạo mô hình, sản phâm dựa trên các yêu cau thiết kế. (5) Kiểm tra (Test): Thực nghiệm dé đánh giá kết quả thực hiện; từ đó thu nhập thông tin và phân tích dữ liệu; thông qua đó xác định được điểm mạnh và điềm yếu cần khắc phục với mô hình. sản pham đã thực hiện.
(6) Cải tiến (Improve): Cải tiền mô hình, sản phẩm của mình, xác định những thay đôi mình sẽ thực hiện và đưa ra những giải thích cho sự thay đôi đó. SANG TẠO Hình 1. Sơ đồ quy trình thiết ké kĩ thuật EDP theo (NASA s best, 2011) 1. Giáo dục robotics (Educational robotics) 1.
Giới thiệu Nhiều nghiên cứu cho rằng robot có thể mang lại nhiều hiệu quả giáo dục khác nhau cho HS ở tất cả các cấp học (Atmatzidou, Demetriadis, & Nika, 2018; Erkan Caliskan, 2020; J. Các tác động tích cực này của robot thê hiện rõ hơn đối với HS ở tiêu học và trung học, khi đó robot là công cụ hiệu quả trong việc sử dụng cho sự phát triển vả tăng trưởng trí tuệ của HS. Do đó, yêu cầu đặt ra là cần phải kết hợp robot với giáo dục giúp HS có thể học tập thông qua chúng (Mubin, Omar & Stevens, Catherine & Shahid, Suleman & Mahmud, Abdullah & Dong, 2013). Theo (Myint Swe Khine, 2017), giáo duc robotics (educational robotics) là một công cụ day và học mạnh mẽ, linh hoạt, thu hút HS tham gia vào các hoạt động xây dựng vả điều khiến robot bằng các công cụ lập trình cụ thê.
Trong các hoạt động giáo duc robotics, HS giải quyết các van dé phức tạp thông qua việc chế tao, thiết kẻ. thir nghiệm một sản pham hữu hình cụ thé (robot). Qua đó HS được boi dưỡng và phát triển năng lực giải quyết van đề trong các bối cảnh thực tiễn. Giáo dục robotics cung cấp một môi trường học tập lí thú và tích cực cho HS với tính chất thực hành và sự tích hợp công nghệ (D.
Giáo dục robotics được tô chức theo các phương pháp day học dự án, dạy học giải quyết van đè, dạy học dựa trên thiết kế, trong đó trọng tâm là quá trình học, thay vì sản phẩm cuối cùng (Myint Swe Khine, 2017). Thông qua quá trình học tập, HS không những tăng cường sự hứng thú học tập và nghiên cứu (Chen & Chang, 2018) mà HS còn được bồi đưỡng các nhóm kĩ năng chăng hạn: (a) kĩ nang tư duy (quan sat, dự đoán. Giáo dục STEM - robotics Robot là san phầm của sự tương tác giữa kiến thức và tư đuy của khoa học và công nghệ nên có liên hệ mật thiết đến các lĩnh vực STEM. Giáo dục robotics góp phần thúc day HS trong việc học tập STEM (Alimisis, 2013; Benitti, 2012).
Các nghiên cứu chỉ ra rằng, trong quá trình tham gia hoạt động robotics. HS không chỉ lĩnh hội được các kiến thức vé vật lí, sinh học, địa lí, toán học, khoa học, điện tử và kĩ thuật cơ khí, đồng thời còn đạt được các kĩ năng học thuật quan trọng, chăng hạn như nghiên cứu, sáng tạo, cộng tác, kĩ năng tư duy phản biện, đưa ra quyết định, giải quyết van dé và giao tiếp cũng như kĩ năng tư duy thiết kế và tính toán (Atmatzidou, 2012; Benitti, 2012; Carbonaro, Rex, & Chambers, 2004; D. Alimisis, 2009; Eguchi, 2014b, 2016; Kolberg & Orlev, 2001; Miller, Nourbakhsh, & Siegwart, 2008; Nourbakhsh, Hamner, Crowley, & Wilkinson, 2004; Sklar & Eguchi, 2005). Nhiều nghiên cứu đã đưa ra được những lợi ích của giáo dục STEM - robotics đối với việc thu nhận kiến thức, phát trién nhận thức và thai độ của HS: (1) Các kĩ năng học thuật: Bao gồm kiến thức và kĩ năng khoa học (Benitti, 2012: Mitnik, Nussbaum, & Recabarren, 2009; Williams, Ma, Prejean, Ford, & Lai, 2008), kĩ thuật, công nghệ (Barker & Ansorge, 2007), toán học (Eguchi, 2016; Hussain, Lindh, & Shukur, 2006) và lập trình máy tính của HS (Nugent, Barker, Grandgenett, & Adamchuk, 2010).
(2) Năng lực cốt lõi: Theo nghiên cứu của (Aris & Orcos, 2019; M. Bers, Flannery, Kazakoff Myers, & Sullivan, 2014), một trong các năng lực được phát triển một cách rõ ràng nhất khi HS tham gia giáo duc robotics là năng lực giải quyết van đề đặc biệt là tư duy máy tính (computational thinking). (4) Thúc day, tạo hứng thú học tap, tăng cường nhận thức của HS: Đối với các lĩnh vực liên quan đến công nghệ (Becker, K. Nghiên cứu của (Hernandez et al., 2014), cho rằng các nhiệm vụ liên quan đến thiết kế kĩ thuật có thẻ kích thích sự tham gia của HS và tăng cường hứng thú của HS.
Ngoài ra, chương trình giảng day STEM khi được tích hợp với giáo dục robotics có thé thúc đây nhận thức HS về mỗi quan tâm của HS đổi với nghề nghiệp trong lĩnh vực STEM nhằm định hướng nghề nghiệp cho HS (Abaid, Kopman, & Porfiri, 2013; Doerschuk et al., 2016; Jojoa et al., 2010) do tính chất vận dụng lí thuyết vào thực hành cao. Giáo dục STEM lĩnh vực robotics có thê được hiéu là giáo dục STEM với bồi cảnh gắn với lĩnh vực robotics, và công cụ robot được khai thác trong quá trình triển khai các hoạt động học tập. Trong giáo dục STEM - robotics, công cụ robot vừa được xem là đối tượng vừa được xem 1a công cụ học tập tạo cơ hội cho HS nghiên cứu, thiết kế và chế tạo robot nhằm giải quyết các van đẻ thực tiễn (Aris & Orcos, 2019). (1) Robot là công cụ học tập: Robot là công cụ dạy học hiệu quả.