Chương 1 - CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA DẠY HỌC MÔN CÔNG NGHỆ THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 1. Tổng quan lịch sử nghiên cứu giáo dục STEM 1. Giáo dục STEM trên thế giới 1. Nghiên cứu về giáo dục STEM trên thế giới Trong một thập kỷ trở lại đây nghiên cứu về giáo dục STEM đã, đang được rất nhiều nhà giáo dục quan tâm nghiên cứu và xu hướng nghiên cứu về lĩnh vực này sẽ còn tiếp tục được phát triển.
Theo thống kê của Josh Brown – Trường đại học Illinois giai đoạn 2007 - 2010 tại Mỹ có 60 bài báo khoa học liên quan trực tiếp đến giáo dục STEM được xuất bản từ 8 tạp chí nổi tiếng trong lĩnh vực giáo dục của Mỹ, điều này cho thấy cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu về giáo dục STEM [43]. Với mục đích nghiên cứu về xu hướng giáo dục STEM, Yuan-Chung Yu và cộng sự (cs) đã tập hợp và phân tích các tài liệu về giáo dục STEM trong cơ sở dữ liệu ISI giai đoạn từ 1992 - 2013 cho thấy từ năm 2008 cho tới nay xu hướng nghiên cứu về giáo dục STEM phát triển rất mạnh, cụ thể năm 2008 có khoảng 15 bài báo thì đến năm 2013 số lượng đã tăng lên gần 100 bài báo. Cũng trong giai đoạn này Mỹ là quốc gia có nhiều nghiên cứu về giáo dục STEM nhất với 200 công trình (52%), tiếp theo đó là Anh với 36 công trình (9,35%); Hà Lan, Úc mỗi quốc gia có 16 nghiên cứu (4,16%); các quốc gia Tây Ban Nha, Ixaren, Thổ Nhĩ Kỳ, Canada, Đức, Đài Loan tổng cộng có 67 công trình; các quốc gia còn lại trên thế giới có 50 công trình. Nghiên cứu cũng chỉ ra 5 lĩnh vực liên quan đến giáo dục STEM bao gồm: Giáo dục học, Tâm lí học, Kĩ thuật, Dịch vụ khoa học chăm sóc sức khỏe và Khoa học máy tính [86].
Bên cạnh đó, hiện nay trên thế giới có một số khuynh hướng nghiên cứu về giáo dục STEM như: lịch sử, quá trình phát triển, tầm quan trọng của giáo dục STEM tiêu biểu là các tác giả Morrison, Amanda Roberts, David W. Dugger, Ryan Brown… Những nghiên 7 cứu theo hướng này tập trung tìm hiểu về bản chất của STEM, vai trò của STEM trong lịch sử phát triển khoa học công nghệ của loài người, những nhận thức về giáo dục STEM [44], [62], [67], [75]. Chương trình giáo dục thế kỷ XX chủ yếu tập trung vào Khoa học và Toán học mà ít quan tâm tới Kĩ thuật và Công nghệ. Thực tế hiện nay cho thấy trong giáo dục không có Công nghệ và Kĩ thuật thì HS chỉ được trang bị những kĩ năng về lí thuyết, khái niệm, nguyên lí, công thức, định luật mà không được trang bị kiến thức để áp dụng vào thực tiễn.
Vì vậy, vai trò và việc kết hợp Công nghệ và Kĩ thuật trong STEM hiện nay như thế nào cũng là một hướng nghiên cứu được nhiều tác giả quan tâm tiêu biểu là Ronald Rockland, DiFrancesca [54], [76]. Đặc biệt trong luận án nghiên cứu của James Allen Boe bằng phương pháp tổng quan tài liệu và thực nghiệm Delphi đã xác định được những vấn đề cơ bản của giáo dục STEM. Nghiên cứu đưa ra những khuyến nghị để giải quyết có hiệu quả về Công nghệ và Kĩ thuật trong STEM. Những chiến lược có thể được khuyến kích để đáp ứng các nhu cầu của GV môn Công nghệ trong tương lai.
Làm thế nào để giáo dục công nghệ thể hiện được vai trò mang tính “dẫn dắt” trong giáo dục STEM [42]. Tích hợp giáo dục STEM là một hướng nghiên cứu khá cơ bản về giáo dục STEM được rất nhiều nhà khoa học, tổ chức giáo dục quan tâm. Tiêu biểu là công trình của Honey và cs [60]. Đây là kết quả nghiên cứu trong một thời gian dài của nhóm các chuyên gia thuộc nhiều lĩnh vực của Ủy ban tích hợp giáo dục STEM (Mỹ) dưới sự ủng hộ của Viện Kĩ thuật Quốc gia và Ban khoa học giáo dục của Hội đồng nghiên cứu quốc gia Mỹ.
Nghiên cứu này là một kinh nghiệm quý báu về tích hợp giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông hệ 12 năm của Mỹ. Cụ thể: nghiên cứu đã mô tả về khung lí thuyết tích hợp giáo dục STEM, tổng quan nghiên cứu những kinh nghiệm tích hợp giáo dục STEM, những nghiên cứu liên quan đến việc thiết kế tích hợp những trải nghiệm STEM, ngữ cảnh cho việc triển khai tích hợp STEM. 8 Ngoài ra hiện nay cũng có nhiều nghiên cứu về mô hình và cải tiến mô hình giáo dục STEM, nghề nghiệp liên quan đến giáo dục STEM, các chương trình trải nghiệm STEM, phát triển đội ngũ GV, phương pháp giảng dạy STEM [48], [49], [58], [71], [72], [73], [85]… Gần đây, đã có một số nghiên cứu đề cập đến yếu tố Nghệ thuật (Art) trong giáo dục STEM và đề xuất về dạy học liên ngành STEAM [52], [63], [78]. Từ đó mở ra hướng nghiên cứu về những biến thể của giáo dục STEM.
Bên cạnh những nghiên cứu về giáo dục STEM, hiện nay nhiều trường Đại học ở Mỹ đã có những chương trình đào tạo thạc sĩ về dạy học tích hợp giáo dục STEM. Các chương trình này hướng tới việc đào tạo ra thế hệ những nhà lãnh đạo, những nhà giáo dục STEM thế kỷ 21 với những hiểu biết sâu rộng về tính chất liên ngành của STEM và những cách tiếp cận mới cho việc giảng dạy và học tập các nội dung STEM. Các khóa học được thiết kế để truyền cảm hứng cho các GV niềm đam mê về lĩnh vực STEM và những khả năng để có thể giảng dạy nội dung STEM một cách hấp dẫn. Kinh nghiệm triển khai giáo dục STEM trên thế giới Nhiều quốc gia trên thế giới, bao gồm cả Mỹ và Liên minh châu Âu đang chuyển đổi hệ thống giáo dục để có thể cạnh tranh trong thời kỳ đổi mới [56].
Giáo dục STEM là vấn đề cốt lõi của cả hai chiến lược đổi mới dựa trên nghiên cứu của Mỹ và Liên minh Châu Âu. Chiến lược đổi mới cung cấp một tầm nhìn cho những hoạch định chính sách và là động lực cho các sáng kiến STEM mang tính cộng đồng và cá nhân để nâng cao sự hấp dẫn đối với STEM và giảng dạy STEM. Mục tiêu trực tiếp của sáng kiến STEM là tăng số lượng và chất lượng GV dạy STEM để có thể đào tạo các kĩ năng và khả năng sáng tạo ở sinh viên, HS nhằm đảm bảo sự thành công trong thế kỉ 21. Ở nhiều quốc gia, cải cách giáo dục tập trung vào việc tăng khả năng, hứng thú, đam mê khoa học của HS đối với STEM và giảng dạy STEM.
Tại Mỹ Giáo dục STEM không phải là vấn đề quá mới ở Mỹ, nhưng gần đây nó dành được sự quan tâm lớn của quốc gia thông qua luật liên bang. Mối quan tâm này đến từ những nghiên cứu cho thấy sự giảm sút về năng lực giữa HS Mỹ và các HS quốc gia khác trong môn Toán học và Khoa học [61]. Ngay từ năm 1990, chính phủ Mỹ đã xây dựng 6 mục tiêu giáo dục và một trong số đó là cần thiết phát triển HS thông thạo về Toán học và Khoa học. Phát triển năng lực cạnh tranh toàn cầu là kết quả của sáng kiến cạnh tranh nước Mỹ được đề xuất bởi tổng thống George.
Sáng kiến này mong đợi một chính sách nhằm thúc đẩy sự phát triển những thành tựu đạt được của HS thuộc các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học [41]. Hiệp hội Thống đốc quốc gia Mỹ đã xuất bản tác phẩm “Những vấn đề xây dựng Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học” với những khuyến cáo cho hệ thống giáo dục 12 năm bảo đảm cho tất cả HS tốt nghiệp có những năng lực STEM ở mức cao. Có ba khuyến cáo quan trọng cho những nhà hoạch định chính sách phát triển các công cụ nhằm xây dựng những vấn đề liên quan đến STEM một cách toàn diện gồm: yêu cầu xây dựng một cách nghiêm túc chương trình giáo dục STEM trong hệ đào tạo 12 năm; cải thiện việc dạy và học STEM trên phạm vi toàn quốc; hỗ trợ các mô hình mới tập trung vào sự phù hợp để chắc chắn rằng tất cả các HS đều có những kĩ năng STEM sau khi tốt nghiệp. Báo cáo cũng đưa ra những gợi ý về một sự cải cách cần thiết với các trường công lập hướng đến sự cạnh tranh toàn cầu một cách hiệu quả bởi hệ thống chương trình hiện tại rời rạc không liên quan tới các phương pháp truyền thống.
HS không còn quan tâm tới các chủ đề mà không liên quan với đời sống hiện tại [80]. Dưới thời tổng thống Barack Obama, Chính phủ Mỹ khuyến khích các trường phổ thông xây dựng các lớp học về STEM, hợp tác với các trường Đại học, các doanh nghiệp giúp phát triển giáo dục STEM trong nhà trường. Tại 10 trường trung học Hàng không ở thành phố Long Island, New York, các HS đã có được trải nghiệm thú vị tập trung vào giáo dục Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học về các lĩnh vực thuộc ngành Khoa học hàng không và Công nghiệp vũ trụ. Trong các lớp học truyền thống, nhà trường có các vật thể bay để HS thực hành sửa chữa.
Đây là một ví dụ điển hình cho triết lí giáo dục được Bộ Giáo dục Mỹ đề xuất về sự thay đổi trong các trường trung học giúp việc học trở nên cần thiết và hứng thú hơn với HS [55]. Ở Hawaii đã thành lập Học viện STEM thông qua chương trình thí điểm của trường Cao đẳng cộng đồng Kauai. Trường đại học Hawaii giúp đào tạo các GV THCS những kĩ năng và kiến thức về chương trình giáo dục STEM [75]. Trường Jackson ở Georgia đã hợp tác với trường đại học Georgia khuyết khích GV Toán học và Khoa học tích hợp các chủ đề cho các HS từ lớp 6 đến lớp 12.
Thông qua kế hoạch gặp gỡ và hội thảo thường xuyên, GV làm việc như một người hỗ trợ HS trong việc tạo ra những kiến thức một cách liên hoàn từ “chiều ngang” giữa các môn học và “chiều dọc” giữa các bậc học. Các báo cáo dự án là một cải tiến quan trọng của Bang trong việc chuẩn hóa kiểm tra ở bậc học trung học, từ đó HS các trường trung học đã cho thấy những sự cải thiện ở môn Số học và Hình học [57]. Một trong các chiến lược chung nhất ở Mỹ hướng tới STEM là nâng cao yêu cầu về Toán học và Khoa học đối với HS tốt nghiệp. Cách tiếp cận này là cơ sở giúp nhà trường có thể tác động tới tất cả HS.