Tổng quan nghiên cứu

Giáo dục STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) đã trở thành xu hướng quan trọng trong đổi mới giáo dục toàn cầu, đặc biệt trong bối cảnh cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư. Tại Việt Nam, việc tích hợp giáo dục STEM vào chương trình phổ thông nhằm phát triển năng lực sáng tạo, tư duy phản biện và kỹ năng giải quyết vấn đề cho học sinh được xem là nhiệm vụ cấp thiết. Môn Khoa học lớp 4, với chủ đề Năng lượng, là một trong những nội dung trọng tâm, chiếm khoảng 7 bài học trong chương trình giáo dục phổ thông 2018, góp phần hình thành năng lực khoa học tự nhiên và kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho học sinh tiểu học.

Tuy nhiên, việc dạy học chủ đề Năng lượng theo tiếp cận giáo dục STEM còn nhiều thách thức do tính trừu tượng của nội dung, yêu cầu thực hành thí nghiệm và sự thiếu hụt tài liệu hướng dẫn chuyên sâu. Nghiên cứu này nhằm xây dựng quy trình dạy học chủ đề Năng lượng môn Khoa học lớp 4 theo tiếp cận giáo dục STEM, từ đó nâng cao hiệu quả giáo dục, phát triển năng lực và phẩm chất học sinh theo yêu cầu chương trình giáo dục phổ thông 2018. Phạm vi nghiên cứu tập trung tại một số trường tiểu học thuộc thành phố Hải Phòng trong khoảng thời gian 6 tháng từ tháng 12/2023 đến tháng 6/2024.

Nghiên cứu có ý nghĩa thiết thực trong việc hỗ trợ giáo viên tiểu học áp dụng phương pháp dạy học tích hợp STEM, đồng thời góp phần nâng cao chất lượng giáo dục môn Khoa học, phát triển kỹ năng thế kỷ 21 cho học sinh, đáp ứng yêu cầu đổi mới giáo dục hiện nay.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Giáo dục STEM là mô hình giáo dục tích hợp bốn lĩnh vực: Khoa học (Science), Công nghệ (Technology), Kỹ thuật (Engineering) và Toán học (Mathematics). Mô hình này nhấn mạnh sự liên ngành, giúp học sinh vận dụng kiến thức tổng hợp để giải quyết các vấn đề thực tiễn. Các khái niệm chính bao gồm:

  • Khoa học (Science): Phát triển năng lực vận dụng kiến thức khoa học tự nhiên để hiểu và giải thích các hiện tượng.
  • Công nghệ (Technology): Phát triển khả năng sử dụng và đánh giá công nghệ trong cuộc sống.
  • Kỹ thuật (Engineering): Tập trung vào quá trình thiết kế, sáng tạo và vận dụng kiến thức khoa học, toán học để tạo ra sản phẩm.
  • Toán học (Mathematics): Phát triển kỹ năng phân tích, suy luận và truyền đạt ý tưởng hiệu quả.

Khung lý thuyết còn dựa trên các mô hình học tập hiện đại như lý thuyết học tập xây dựng (constructivism), nhấn mạnh vai trò của học sinh là trung tâm, học tập dựa trên dự án và giải quyết vấn đề. Mô hình 5E (Engagement, Exploration, Explanation, Elaboration, Evaluation) được áp dụng để tổ chức các hoạt động học tập STEM phù hợp với đặc điểm tâm sinh lý học sinh tiểu học.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp hỗn hợp kết hợp định tính và định lượng, gồm:

  • Phương pháp nghiên cứu lý luận: Phân tích, tổng hợp các tài liệu, công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về giáo dục STEM và dạy học môn Khoa học lớp 4.
  • Phương pháp điều tra, khảo sát: Thu thập dữ liệu từ 133 giáo viên và 385 học sinh lớp 4 tại các trường Tiểu học Phả Lễ, Minh Đức và Lập Lễ, thành phố Hải Phòng. Sử dụng phiếu khảo sát, phỏng vấn sâu và quan sát giờ dạy để đánh giá nhận thức, thực trạng và khó khăn trong dạy học theo tiếp cận STEM.
  • Phương pháp thống kê và xử lý số liệu: Áp dụng các công cụ thống kê mô tả và phân tích tương quan để xử lý dữ liệu khảo sát, đảm bảo tính khách quan và chính xác.
  • Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Thực hiện thực nghiệm dạy học theo quy trình đề xuất tại trường Tiểu học Phả Lễ nhằm kiểm nghiệm tính khả thi và hiệu quả của quy trình dạy học chủ đề Năng lượng theo tiếp cận STEM.

Thời gian nghiên cứu kéo dài 6 tháng, từ tháng 12/2023 đến tháng 6/2024, với cỡ mẫu chọn mẫu có mục đích nhằm đảm bảo tính đại diện và phù hợp với mục tiêu nghiên cứu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Nhận thức của giáo viên về giáo dục STEM: Hơn 70% giáo viên khảo sát có nhận thức đúng đắn về khái niệm và lợi ích của giáo dục STEM trong dạy học môn Khoa học lớp 4. Khoảng 94% đồng thuận rằng dạy học theo tiếp cận STEM giúp học sinh phát huy tư duy sáng tạo và vận dụng kiến thức vào thực tiễn.

  2. Phương pháp dạy học phổ biến: Các phương pháp được giáo viên sử dụng nhiều nhất gồm trực quan, quan sát (trên 80%), thực hành thí nghiệm (khoảng 75%), dạy học dự án và thảo luận nhóm (trên 60%). Điều này cho thấy giáo viên đã bắt đầu áp dụng các kỹ thuật dạy học tích cực phù hợp với STEM.

  3. Thuận lợi và khó khăn trong tổ chức dạy học STEM: Khoảng 64% giáo viên cho biết nhà trường tạo điều kiện thuận lợi cho dạy học STEM; 60% nhận thấy học sinh có cơ hội vận dụng kiến thức vào thực tiễn. Tuy nhiên, 75% giáo viên phản ánh thiếu tài liệu hướng dẫn chuyên sâu; 78% cho rằng khối lượng công việc tăng lên đáng kể; 73% giáo viên chưa có nhiều kinh nghiệm tổ chức hoạt động STEM; 39% học sinh chưa quen với phương pháp học này.

  4. Mức độ yêu thích của học sinh: Khoảng 89,8% học sinh yêu thích chủ đề Năng lượng trong môn Khoa học lớp 4 khi được dạy theo tiếp cận STEM. Chủ đề này đứng thứ hai trong các chủ đề được yêu thích, chỉ sau chủ đề Thực vật và động vật (94,5%). Học sinh thể hiện sự hứng thú qua các hoạt động thực hành, thí nghiệm và tạo sản phẩm.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy giáo viên tiểu học tại Hải Phòng đã có nhận thức tích cực về giáo dục STEM và bắt đầu áp dụng các phương pháp dạy học tích cực trong môn Khoa học lớp 4. Tuy nhiên, khó khăn về tài liệu, kinh nghiệm và thời gian tổ chức là những rào cản cần được khắc phục. Điều này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về giáo dục STEM tại Việt Nam và quốc tế, nhấn mạnh vai trò của bồi dưỡng chuyên môn và hỗ trợ từ nhà trường.

Mức độ yêu thích cao của học sinh đối với chủ đề Năng lượng khi học theo STEM chứng tỏ phương pháp này phù hợp với đặc điểm tâm sinh lý lứa tuổi, giúp các em phát triển tư duy trực quan, kỹ năng thực hành và sáng tạo. Việc tổ chức các hoạt động học tập theo mô hình 5E giúp học sinh chủ động khám phá, trải nghiệm và rút ra kết luận, từ đó nâng cao hiệu quả học tập.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện tỷ lệ đồng thuận của giáo viên về các khía cạnh dạy học STEM, bảng thống kê mức độ yêu thích của học sinh theo từng chủ đề, và biểu đồ phân bố các phương pháp dạy học được sử dụng. Những biểu đồ này minh họa rõ nét sự chuyển biến tích cực trong nhận thức và thực hành dạy học STEM tại các trường tiểu học.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng và phổ biến tài liệu hướng dẫn dạy học STEM: Bộ Giáo dục và Đào tạo phối hợp với các trường đại học và trung tâm nghiên cứu phát triển bộ tài liệu chuyên sâu về dạy học chủ đề Năng lượng theo tiếp cận STEM, đảm bảo phù hợp với chương trình giáo dục phổ thông 2018. Thời gian thực hiện trong 12 tháng, chủ thể thực hiện là các cơ quan quản lý giáo dục và chuyên gia giáo dục.

  2. Tổ chức bồi dưỡng chuyên môn cho giáo viên: Triển khai các khóa tập huấn, đào tạo nâng cao năng lực tổ chức hoạt động STEM cho giáo viên tiểu học, tập trung vào kỹ năng thiết kế bài học, tổ chức thí nghiệm và đánh giá kết quả học tập. Mục tiêu nâng tỷ lệ giáo viên có kinh nghiệm tổ chức hoạt động STEM lên trên 80% trong vòng 2 năm.

  3. Tăng cường cơ sở vật chất và trang thiết bị: Các trường tiểu học cần được hỗ trợ trang bị đầy đủ dụng cụ thí nghiệm, thiết bị công nghệ phù hợp để phục vụ dạy học STEM, đặc biệt cho chủ đề Năng lượng. Nhà trường phối hợp với các đơn vị tài trợ, doanh nghiệp để huy động nguồn lực trong 1-2 năm tới.

  4. Xây dựng quy trình dạy học STEM chuẩn: Áp dụng quy trình 5 bước (lựa chọn chủ đề, xác định yêu cầu cần đạt, lập kế hoạch hoạt động, tổ chức thực hiện, đánh giá tổng kết) trong thiết kế và tổ chức các bài học STEM. Quy trình này cần được phổ biến rộng rãi và áp dụng đồng bộ tại các trường tiểu học.

  5. Khuyến khích học sinh tham gia các hoạt động trải nghiệm và nghiên cứu khoa học: Tổ chức các câu lạc bộ STEM, cuộc thi sáng tạo khoa học kỹ thuật dành cho học sinh tiểu học nhằm phát triển kỹ năng thực hành và sáng tạo. Thời gian triển khai liên tục trong năm học, chủ thể là nhà trường và các tổ chức giáo dục.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Giáo viên tiểu học: Nhận được hướng dẫn cụ thể về thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề Năng lượng theo tiếp cận STEM, giúp nâng cao hiệu quả giảng dạy và phát triển năng lực học sinh.

  2. Nhà quản lý giáo dục: Có cơ sở khoa học và thực tiễn để xây dựng chính sách, kế hoạch bồi dưỡng giáo viên, đầu tư cơ sở vật chất và phát triển chương trình giáo dục STEM tại các trường tiểu học.

  3. Nghiên cứu sinh, học viên cao học ngành Giáo dục học: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, quy trình thực nghiệm sư phạm và kết quả nghiên cứu về giáo dục STEM trong bối cảnh giáo dục tiểu học Việt Nam.

  4. Các tổ chức, doanh nghiệp hỗ trợ giáo dục STEM: Hiểu rõ nhu cầu, khó khăn và tiềm năng phát triển giáo dục STEM tại địa phương để phối hợp triển khai các hoạt động hỗ trợ phù hợp.

Câu hỏi thường gặp

  1. Giáo dục STEM là gì và tại sao quan trọng trong giáo dục tiểu học?
    Giáo dục STEM là mô hình tích hợp Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn cho học sinh. Ở tiểu học, STEM giúp học sinh phát triển tư duy sáng tạo, kỹ năng thực hành và chuẩn bị cho các bậc học cao hơn.

  2. Làm thế nào để thiết kế bài học chủ đề Năng lượng theo tiếp cận STEM?
    Thiết kế bài học STEM cần xác định rõ yêu cầu cần đạt, lựa chọn chủ đề phù hợp, lập kế hoạch hoạt động tích hợp các lĩnh vực STEM, tổ chức thực hiện bằng phương pháp dạy học tích cực và đánh giá kết quả học tập.

  3. Những khó khăn phổ biến khi áp dụng dạy học STEM là gì?
    Khó khăn gồm thiếu tài liệu hướng dẫn, giáo viên chưa có kinh nghiệm tổ chức hoạt động STEM, khối lượng công việc tăng, học sinh chưa quen với phương pháp học mới và hạn chế về cơ sở vật chất.

  4. Làm thế nào để khắc phục khó khăn trong dạy học STEM?
    Cần tổ chức bồi dưỡng chuyên môn cho giáo viên, xây dựng tài liệu hướng dẫn, tăng cường trang thiết bị, hỗ trợ từ nhà trường và các cấp quản lý, đồng thời tạo môi trường học tập thân thiện, khuyến khích học sinh tham gia tích cực.

  5. STEM giúp học sinh phát triển những kỹ năng gì?
    STEM giúp học sinh phát triển kỹ năng tư duy phản biện, giải quyết vấn đề, làm việc nhóm, sáng tạo, kỹ năng thực hành và vận dụng kiến thức liên ngành vào cuộc sống.

Kết luận

  • Giáo dục STEM là xu hướng đổi mới quan trọng, phù hợp với đặc điểm tâm sinh lý học sinh tiểu học, giúp phát triển toàn diện năng lực và phẩm chất học sinh.
  • Việc dạy học chủ đề Năng lượng môn Khoa học lớp 4 theo tiếp cận STEM đã được khảo sát và đánh giá tích cực tại các trường tiểu học ở Hải Phòng.
  • Quy trình dạy học STEM gồm 5 bước cụ thể, giúp giáo viên thiết kế và tổ chức bài học hiệu quả, phù hợp với chương trình giáo dục phổ thông 2018.
  • Các khó khăn về tài liệu, kinh nghiệm và thời gian cần được khắc phục bằng các giải pháp bồi dưỡng, hỗ trợ và đầu tư cơ sở vật chất.
  • Nghiên cứu đề xuất các giải pháp thiết thực nhằm nâng cao chất lượng dạy học STEM, góp phần phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao cho tương lai.

Các nhà quản lý giáo dục và giáo viên tiểu học nên áp dụng quy trình và giải pháp đề xuất để triển khai dạy học chủ đề Năng lượng theo tiếp cận STEM, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng ứng dụng STEM trong các môn học khác.