Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài Chương 2: Quy trình dạy học chủ đề Năng lượng môn Khoa học 4 theo tiếp cận GD STEM Chương 3: Thực nghiệm sư phạm. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ NĂNG LƯỢNG MÔN KHOA HỌC LỚP 4 THEO TIẾP CẬN GIÁO DỤC STEM 1. Một số khái niệm liên quan đến đề tài 1. Khái niệm về STEM Thuật ngữ STEM là chữ viết tắt bằng tiếng anh của bốn chữ: Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật) và Mathematics (Toán học) [19].
STEM là một chương trình GD nền tảng được thiết kế để trang bị cho học sinh những kiến thức và kỹ năng cần thiết về khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học. Các kiến thức và kỹ năng này phải tích hợp, lồng ghép và bổ sung cho nhau để HS không chỉ hiểu nguyên lý mà còn có thể vận dụng và tạo ra sản phẩm hữu ích cho cuộc sống hàng ngày [4]. Có nhiều cách hiểu về các thành tố trong GD STEM. Tuy nhiên đối với bậc học tiểu học các thành tố S, T, E, M được tiếp cận như sau: - Khoa học (Science): là môn học phát triển ở học sinh NL vận dụng kiến thức khoa học (lý, hóa, sinh, khoa học trái đất).
Những kiến thức này không chỉ giúp HS hiểu biết về thế giới tự nhiên mà còn giúp các em áp dụng kiến thức này để giải quyết các vấn đề khoa học trong cuộc sống hàng ngày. - Công nghệ (Technology): là môn học được thiết kế để phát triển khả năng sử dụng, quản lý, hiểu và đánh giá công nghệ của học sinh. Nó mang đến cho học sinh cơ hội để hiểu công nghệ đang phát triển như thế nào và cho họ khả năng phân tích tác động của các công nghệ mới đối với cuộc sống hàng ngày của học sinh và của cộng đồng… - Kĩ thuật (Engineering): là môn học nhằm phát triển sự hiểu biết ở HS về cách công nghệ đang phát triển thông qua quá trình thiết kế kĩ thuật. Kĩ thuật cung cấp cho HS những cơ hội để vận dụng phối hợp kiến thức của nhiều môn học.
Giúp cho HS hiểu những khái niệm liên quan một cách tường minh. Kĩ 9 thuật cũng cung cấp cho HS những KN để có thể vận dụng sáng tạo cơ sở khoa học và toán học trong quá trình thiết kế các đối tượng, các hệ thống hay xây dựng các quy trình sản xuất. - Toán học (Mathematics): là môn học nhằm phát triển ở HS khả năng phân tích, suy luận và truyền đạt ý tưởng một cách hiệu quả. GD STEM được phát triển từ các thực hành cơ bản như đếm, đo lường và mô tả hình dạng của các vật thể.
Toán học còn liên quan đến lí luận logic và tính toán định lượng. Khái niệm về giáo dục STEM Sự phát triển của thuật ngữ giáo dục STEM đã khiến một số tác giả tạo ra khái niệm “Giáo dục STEM tích hợp” để xác định rằng giáo dục STEM tích hợp các môn học khác nhau theo cách liên ngành. Kết quả nghiên cứu của Sanders và cộng sự cho rằng, GD STEM là PPDH dựa trên công nghệ hoặc thiết kế kỹ thuật có chủ ý tích hợp các khái niệm và thực hành khoa học và/hoặc toán học. GD với các khái niệm thực tế về công nghệ và giáo dục kỹ thuật.
Ngoài ra, họ tán thành khuyến nghị cải tiến, chỉ rõ rằng “Giáo dục STEM tích hợp” có thể được cải thiện thông qua việc tích hợp nhiều hơn với các tài liệu học thuật khác, chẳng hạn như nghệ thuật ngôn ngữ, khoa học xã hội, nghệ thuật [29]. Bộ giáo dục Mỹ quan niệm: “GD STEM là một chương trình nhằm cung cấp hỗ trợ, tăng cường, GD Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học (STEM) ở tiểu học và trung học cho đến bậc sau đại học” [16]. Các nhà nghiên cứu cũng nhấn mạnh GD STEM là chương trình đào tạo dựa trên ý tưởng giảng dạy cho HS bốn lĩnh vực cụ thể - Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học - trong một liên ngành và PP tiếp cận ứng dụng, quan niệm này tích hợp 4 lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học thành một mô hình học tập dựa trên các ứng dụng thực tế [15]. 10 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 cụ thể.
Giáo dục STEM có một số đặc điểm cơ bản như sau: - Thu hút học sinh vào việc giải quyết các vấn đề thực tiễn: tức là không thiên về lí thuyết đơn thuần mà tập trung vào các hoạt động vận dụng lí thuyết để thực hành, khám phá, thiết kế, chế tạo, sáng tạo nhằm giải quyết các vấn đề trong thực tiễn cuộc sống hằng ngày đến các vấn đề mang tính chất địa phương hay tính chất toàn cầu. - Chủ yếu sử dụng các phương pháp dạy học lấy học sinh làm trung tâm, trong đó, dạy học dự án và dạy học giải quyết vấn đề là hai phương pháp dạy học được sử dụng phổ biến trong triển khai các hoạt động giáo dục STEM. - Tích hợp các môn học STEM: các hoạt động giáo dục STEM thường dựa vào hoặc tạo ra một tình huống thực tiễn để học sinh giải quyết một cách sáng tạo bằng cách huy động kiến thức của hai hay nhiều môn học thuộc các lĩnh vực STEM. Giáo dục STEM tạo điều kiện để học sinh rèn luyện khả năng ứng dụng toàn diện kiến thức vào việc khám phá các khía cạnh khác nhau của thế giới thực và giải quyết các vấn đề dưới sự định hướng của tư duy liên ngành.
- Hỗ trợ phát triển những kĩ năng của thế kỉ 21: giáo dục STEM tạo cơ hội để học sinh rèn luyện và phát triển tư duy, kĩ năng cần thiết cho công việc của một công dân thế kỉ 21 như tư duy phản biện, kĩ năng làm việc nhóm, kĩ năng giải quyết vấn đề và sáng tạo. Trong đề tài này, chúng tôi dựa theo quan điểm về GD STEM được mô tả trong CTGDPT 2018 như sau: “GD STEM là mô hình GD 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 một số vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể”. Khái quát về giáo dục STEM 1.1 Đặc điểm của GD STEM Những đặc điểm chính của giáo dục STEM là: 11 - Tập trung vào sự tích hợp: Giáo dục STEM đặc trưng bởi sự nhấn mạnh vào việc tích hợp hai môn học trở lên. - Liên hệ với cuộc sống thực tế: Do tính chất tích hợp và đa ngành của mối quan hệ giữa khoa học và công nghệ nên hầu hết các chương trình giảng dạy STEM đều phi lý thuyết, thay vào đó là sự tập trung vào các ứng dụng và giải pháp cho các vấn đề trong thế giới thức, từ các vấn đề địa phương đến toàn cầu.
- Hướng đến phát triển các kỹ năng của thế kỷ 21: Các chương trình STEM mang đến cho HS cơ hội thực hành và phát triển các kỹ năng mục tiêu cần thiết cho công việc của thế kỷ 21. - Thách thức học sinh vượt lên chính mình: Các bài tập, dự án học tập, hoặc các chuyến đi thực địa đều đòi hỏi HS phải nỗ lực và phối hợp với làm việc theo nhóm. HS sử dụng các nguồn lực sẵn có nhằm đạt được các mốc quan trọng mới liên quan đến kiến thức, kinh nghiệm và kỹ năng mới của mình - Có tính hệ thống và kết nối giữa các bài học: Đây là một tính năng rất quan trọng giúp quá trình giáo dục học sinh đạt hiệu quả cao. Khi học sinh chỉ tham gia vào nhiều bài học trải nghiệm khác nhau, tham gia vào nhiều hoạt động thực hành khác nhau nhưng các bài học đó thiểu tính liên kết, kế thừa và liên tục thì học sinh rơi vào tình trạng cố tình hổng kiến thức liên quan đến thông tin một cách rời rạc.
Vì vậy, để xây dựng một chương trình giáo dục STEM tốt, cần phải có kiến thức về cách xây dựng khung giáo dục STEM. Thông qua phương pháp giáo dục tích hợp (integrated education), Học sinh nhận ra sự giao thoa giữa khoa học và toán học, đồng thời nhận ra nhu cầu về kiến thức khoa học để giải quyết vấn đề hoặc phát triển sản phẩm. Đồng thời, khuyến khích học sinh sáng tạo theo sở thích của bản thân, giúp các em tự tin hơn trong quá trình học tập và làm việc nhóm. Điều thú vị là chương trình giáo dục STEM giúp học sinh trải nghiệm cảm xúc thất bại và thành công trong quá trình học tập, điều cần thiết để phát triển trí tuệ cảm xúc (emotional intelligence) và tạo động lực (motivation) cho sự trưởng thành của trẻ.2 Cơ sở khoa học của giáo dục STEM Bruning và cộng sự khi nghiên cứu về lý thuyết học tập đã chỉ ra 4 yếu tố: - Học tập là một quá trình xây dựng chứ không phải là tiếp thu thụ động; - Động cơ và niềm tin không thể tách rời khỏi nhận thức; - Tương tác xã hội là phương thức cơ bản để nhận thức - Học tập gắn với bối cảnh thực tế nền tảng của GD STEM Theo quan niệm hiện đại, hoạt động học tập không dừng lại ở nhận thức.
Hoạt động học tập là phương thức phát triển chung của con người. Lý thuyết học tập thừa nhận bản chất tích hợp của quá trình học tập và kết quả học tập. Lĩnh vực nhận thức bao gồm tri thức và các hoạt động phục vụ học tập. Lerner cho rằng thành phần nội dung học vấn phổ thông bao gồm 4 yếu tố: - Tri thức về thế giới và về cách thức để thu nhân được tri thức đó.
- Kinh nghiệm tiến hành các phương thức hoạt động áp dụng tri thức. - Kinh nghiệm tiến hành các phương thức hoạt động sáng tạo. - Kinh nghiệm đời sống cảm xúc và đánh giá. Trong mô hình GD STEM, yêu cầu khả năng tích hợp kiến thức từ bốn lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học để đạt được nhiệm vụ đề ra.
Quá trình này thực sự có ý nghĩa đối với sự phát triển NL và PC của HS. Đây là quá trình HS cần khám phá nhiều hơn, suy nghĩ nhiều hơn, cộng tác và chia sẻ. HS phải vượt qua thử thách và đôi khi mắc sai lầm, thất bại. Nhưng những trải nghiệm này là cơ hội quý giá để học sinh phát triển nhận thức, tư duy, kiểm soát cảm xúc và tích lũy kinh nghiệm sống.