I. Tổng Quan Dạy Học STEM Robotics Lợi Ích và Tiềm Năng
Giáo dục STEM Robotics đang ngày càng được chú trọng trên toàn thế giới, không chỉ nâng cao trình độ khoa học mà còn kích thích hứng thú của học sinh (HS) đối với các ngành nghề liên quan đến khoa học. Trong bối cảnh cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, lĩnh vực Robotics được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm tích hợp vào giáo dục. Robotics được nhận định là lĩnh vực có tiềm năng để thực hiện Giáo dục STEM trong nhà trường, giúp HS hiểu về ứng dụng khoa học, kỹ thuật, công nghệ và toán học, đáp ứng mục tiêu giáo dục STEM. Quan điểm tiếp cận, đặc trưng cũng như mối liên hệ giữa các lĩnh vực trong Dạy học STEM Robotics là cần thiết để góp phần giúp giáo viên (GV) ở các môn học khác nhau phối hợp hiệu quả.
1.1. Nghiên cứu về giáo dục STEM Robotics trong giáo dục vật lí
Robotics được nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới quan tâm tích hợp vào giáo dục, phản ánh qua số lượng các bài báo có từ khóa “robotics” và “giáo dục - education” ngày càng tăng trong nhiều năm gần đây [36, 92]. Robotics được nhận định là lĩnh vực có tiềm năng để thực hiện GD STEM trong nhà trường [30, 80], giúp HS hiểu về ứng dụng khoa học, kĩ thuật, công nghệ, và toán học, đáp ứng mục tiêu GD STEM.
1.2. Ảnh hưởng của Tư duy máy tính tới Năng lực giải quyết vấn đề
Với đặc trưng gắn liền với công nghệ và máy tính, tư duy máy tính (TDMT) được xem là một cách thức hiệu quả để giải quyết vấn đề trong lĩnh vực Robotics, với các kỹ năng cốt lõi như tư duy phân rã và tư duy thuật toán. Theo đó, việc tổ chức các hoạt động STEM Robotics dựa trên TDMT có thể góp phần phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong lĩnh vực này. Định hướng nghiên cứu tổ chức GD STEM robotics dựa trên TDMT nhằm bồi dưỡng năng lực GQVĐ là một định hướng mở, có thể khai thác.
II. Thực Trạng Dạy Học STEM Robotics cho Học Sinh THCS
Tại Việt Nam, giáo dục STEM được định nghĩa trong CTGDPT tổng thể và được đề cập trong các chương trình môn học liên quan bao gồm Toán, Khoa học, Tin học và Công nghệ. Một điểm mới quan trọng trong CTGDPT 2018 là tính mở, tạo điều kiện cho GV có thể linh hoạt tổ chức các hoạt động học tập và giáo dục theo nhiều phương thức nhằm đạt được mục tiêu phát triển phẩm chất và năng lực của HS. Theo Nguyễn Minh Thuyết, Tổng Chủ biên CTGDPT 2018, tính mở này cho phép xây dựng một số nội dung giáo dục STEM thông qua nội dung giáo dục địa phương, kế hoạch giáo dục của nhà trường và những hoạt động giáo dục được xã hội hóa.
2.1. Thực tiễn triển khai STEM Robotics tại các trường THCS
Từ khi bắt đầu, nhiều trung tâm GD STEM ở Việt Nam đã tổ chức các hoạt động khám phá robotics theo các bộ thiết bị, phổ biến nhất là Lego. Hiện nay, khi GD STEM được đẩy mạnh trong nhà trường, một số đơn vị đã phát triển xây dựng những gói sản phẩm để thực hiện việc dạy học theo trình độ HS kết hợp trong chương trình nhà trường, chẳng hạn như Kidscode, GaraSTEM,. Song, cơ sở lí thuyết cho việc thực hiện GD STEM robotics trong nhà trường góp phần bồi dưỡng năng lực HS vẫn là một vấn đề mở.
2.2. Ba hình thức triển khai GD STEM trong nhà trường
Năm 2020, công văn 3089/GDĐTTrH được ban hành làm rõ ba hình thức có thể triển khai GD STEM trong nhà trường, gồm dạy học các môn khoa học theo bài học STEM; hoạt động trải nghiệm STEM; hoạt động nghiên cứu khoa học kĩ thuật [8]. Trong đó, công văn nêu rõ tinh thần nên thiết kế cho HS trải nghiệm dưới hình thức những bài học cụ thể, có mục đích và nội dung phù hợp, đặc biệt hướng đến phát triển các năng lực và phẩm chất của HS. Trong thời đại công nghiệp 4.0, nhưng bài học trải nghiệm về lĩnh vực STEM Robotics là một định hướng phù hợp cho HS trong nhà trường.
III. Phương Pháp Dạy Học STEM Robotics Phát Triển GQVĐ
Để phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh THCS thông qua dạy học STEM Robotics, cần có phương pháp tiếp cận sư phạm phù hợp. Việc tích hợp các hoạt động STEM Robotics dựa trên tư duy máy tính có thể góp phần phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong lĩnh vực này. Cần xác định rõ các nguyên tắc sư phạm trong xây dựng chủ đề STEM Robotics, cũng như tiến trình tổ chức dạy học chủ đề STEM Robotics nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề.
3.1. Dạy học giải quyết vấn đề theo quy trình thiết kế kĩ thuật
Hướng dẫn GV trong tổ chức, chính là GV các môn học như khoa học/vật lí, toán học, tin học, công nghệ [98]. Do đó, việc làm rõ quan điểm tiếp cận, đặc trưng cũng như mối 2 liên hệ giữa các lĩnh vực trong GD STEM robotics là cần thiết để góp phần giúp GV ở các môn học khác nhau phối hợp hiệu quả trong việc thực hiện GD STEM robotics.
3.2. Ứng dụng tư duy máy tính trong giải quyết vấn đề Robotics
Bên cạnh đó, do đặc trưng gắn liền với công nghệ và máy tính, tư duy máy tính (TDMT) được xem là một cách thức hiệu quả để GQVĐ trong lĩnh vực robotics, với các kĩ năng cốt lõi như tư duy phân rã và tư duy thuật toán [70, 80, 86, 90, 100, 112]. TDMT được hiểu là một cách hình thành ý tưởng khoa học thể hiện qua các bước tư duy rõ ràng cho giải pháp hiệu quả và có thể ứng dụng trong nhiều trường hợp [28]. Theo đó, việc tổ chức các hoạt động STEM robotics dựa trên TDMT có thể góp phần phát triển năng lực GQVĐ trong lĩnh vực này.
IV. Xây Dựng Chủ Đề STEM Robotics Mô Hình Robot Vạch Đen
Một trong những chủ đề STEM Robotics tiềm năng để phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh THCS là mô hình xe robot di chuyển theo vạch kẻ đen. Chủ đề này tích hợp nhiều kiến thức và kỹ năng từ các môn học khác nhau, đồng thời tạo cơ hội cho học sinh thực hành thiết kế, chế tạo và lập trình robot. Việc xây dựng kế hoạch tổ chức dạy học chủ đề STEM Robotics mô hình xe robot di chuyển theo vạch kẻ đen thẳng cần được thực hiện một cách bài bản và khoa học.
4.1. Tích hợp giáo dục vật lí trong chủ đề STEM Robotics
Định hướng giáo dục STEM robotics trong chương trình 2018 . Tích hợp giáo dục vật lí trong chủ đề STEM robotics sử dụng vi điều khiển Arduino . Xây dựng chủ đề STEM robotics xe robot di chuyển theo đường kẻ đen sử dụng vi điều khiển Arduino Uno . Chủ đề xe robot di chuyển theo đường vạch đen thẳng.
4.2. Mục tiêu phát triển năng lực giải quyết vấn đề
Mục tiêu phát triển năng lực giải quyết vấn đề khi tổ chức dạy học chủ đề STEM robotics mô hình robot di chuyển theo vạch kẻ đen thẳng .1 - Mô tả mẫu trong thực nghiệm sư phạm .2 - Tiến trình thực nghiệm hai chủ đề STEM robotics trong TNSP lần 2 .3
V. Ứng Dụng Thực Tiễn Thực Nghiệm Sư Phạm Dạy Học Robotics
Thực nghiệm sư phạm là bước quan trọng để đánh giá hiệu quả của phương pháp dạy học STEM Robotics trong việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh THCS. Mục đích của thực nghiệm sư phạm là kiểm chứng tính khả thi và hiệu quả của quy trình xây dựng chủ đề và tiến trình tổ chức chủ đề STEM Robotics đã được đề xuất. Cần lựa chọn đối tượng thực nghiệm, thiết kế tiến trình thực nghiệm, sử dụng công cụ đánh giá phù hợp và phân tích dữ liệu một cách khoa học.
5.1. Tiến trình thực nghiệm và công cụ đánh giá
Công cụ đánh giá và phương pháp xử lí dữ liệu . Kết quả thực nghiệm sư phạm lần 1. Kết quả nghiên cứu. Kết quả thực nghiệm sư phạm lần 2. Kết quả nghiên cứu.153 KẾT LUẬN CHƯƠNG 5
5.2. Kết quả thực nghiệm và phân tích dữ liệu
Bảng 5.6 - Điểm trung bình cho từng biểu hiện hành vi của học sinh qua 2 chủ đề .7 - Kết quả Wincoxon rank test đối với bài kiểm tra trước và sau tác động .8 - Kết quả Wilcoxon Signed Ranks Test từng kĩ năng TDMT đối với 2 nhóm .152 iv DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 - Các hoạt động học tập vật lí với chủ đề robot cứu hộ [42].
VI. Kết Luận và Kiến Nghị Hướng Đi Mới Cho STEM Robotics
Luận án đã xác định cơ sở lý luận và thực tiễn về dạy học STEM Robotics, năng lực giải quyết vấn đề và đề xuất quy trình xây dựng chủ đề và tiến trình tổ chức chủ đề STEM Robotics trong nhà trường nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề. Các kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để xây dựng chương trình đào tạo giáo viên STEM Robotics, cũng như thiết kế các bài học và hoạt động STEM Robotics phù hợp với học sinh THCS. Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các chủ đề STEM Robotics khác, cũng như đánh giá hiệu quả của các phương pháp dạy học STEM Robotics khác nhau.
6.1. Thúc đẩy giáo dục STEM Robotics trong chương trình học
Định hướng GD STEM robotics dựa trên TDMT nhằm bồi dưỡng năng lực GQVĐ là một định hướng mở, có thể khai thác. Ở Việt Nam, GD STEM được định nghĩa trong CTGDPT tổng thể và được đề cập trong các chương trình môn học liên quan bao gồm Toán, Khoa học, Tin học và Công nghệ [7].
6.2. Tiếp tục nghiên cứu và phát triển giáo dục STEM
Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các chủ đề STEM Robotics khác, cũng như đánh giá hiệu quả của các phương pháp dạy học STEM Robotics khác nhau. Các phân tích trên cho thấy CTGDPT 2018 với sự đẩy mạnh giáo dục công nghệ - tin học và sự khuyến khích phát triển GD STEM chính là điều kiện phù hợp thực hiện GD STEM robotics trong nhà trường.
