Chương 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC DẠY HỌC STEM CHO GIÁO VIÊN TIỂU HỌC 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu 1. Nghiên cứu ngoài nước 1. Nghiên cứu về STEM và dạy học STEM Cuộc Cách mạng công nghiệp 4.0 đem đến những cơ hội và thách thức mới đối với ngành giáo dục trong việc đào tạo nguồn nhân lực.
Một mô hình dạy học nổi lên trong thời gian gần đây, gắn liền với xu thế phát triển của giáo dục thời kỳ Cách mạng công nghiệp 4.0: “Mô hình dạy học STEM”. Mô hình dạy học STEM đã được nghiên cứu và áp dụng ở nhiều quốc gia phát triển trên khắp thế giới. Vậy STEM; dạy học STEM được nghiên cứu và phát triển như thế nào? Theo Bộ Giáo dục Hoa Kỳ (2007): “STEM là viết tắt của các từ Science (khoa học), Technology (công nghệ), Engineering (kỹ thuật) và Maths (toán học). Dạy học STEM là một chương trình nhằm cung cấp hỗ trợ, tăng cường, giáo dục Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học (STEM) ở tiểu học và trung học cho đến bậc sau đại học” (U.
Department of Education, 2007). “STEM là một cách tiếp cận để học hỏi và phát triển tích hợp các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học. Thông qua STEM, người học phát triển các kỹ năng chính bao gồm: giải quyết vấn đề, sáng tạo, phân tích – bình luận, làm việc theo nhóm, tư duy độc lập, sáng kiến, giao tiếp, trình độ kỹ thuật số” (“What is stem”, n. “STEM là một chương trình giảng dạy dựa trên ý tưởng giáo dục học sinh theo bốn chuyên ngành cụ thể - khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học - theo cách tiếp cận liên ngành và ứng dụng.
Thay vì dạy bốn môn học như các môn học riêng biệt và rời rạc, STEM tích hợp chúng vào một mô hình học tập gắn kết dựa trên các ứng dụng trong thế giới thực” (Bdavis, 2012). 5 “Định nghĩa đơn giản nhất là những từ đại diện, đó là Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học. Có nhiều tổ chức được hình thành liên quan đến STEM và mỗi tổ chức đều xác định mục tiêu riêng của họ. Nhưng mục tiêu cuối cùng của các tổ chức là giáo dục STEM khuyến khích học sinh quan tâm đến các môn học STEM ngay từ khi còn nhỏ.
Điều này sẽ có lợi cho họ khi học sinh tham gia vào thị trường việc làm, và đến lượt nó sẽ có lợi cho nền kinh tế lớn hơn. Đó là một định nghĩa đơn giản với một mục tiêu hướng thẳng về phía trước” (Bdavis, 2012). Nhóm các tác giả Tsupros N. (2009) cho rằng: “Dạy học STEM là một phương pháp học tập tiếp cận liên ngành, ở đó những kiến thức hàn lâm được kết hợp chặt chẽ với các bài học thực tế thông qua việc học sinh được áp dụng những kiến thức Khoa học (S), Công nghệ (T), Kỹ thuật (E) và Toán học (M) vào trong những bối cảnh cụ thể tạo nên một kết nối giữa nhà trường, cộng đồng và các doanh nghiệp cho phép người học phát triển những kỹ năng STEM và tăng khả năng cạnh tranh trong nền kinh tế mới” (Tsupros N.
Theo Rodger Bybee, các mục đích chính của dạy học STEM là: “(1) xây dựng năng lực nhận thức về toán, khoa học cho các thế hệ công dân tương lai; (2) Chuẩn bị những năng lực cần thiết cho nguồn lực lao động thế kỷ 21…” (Bybee, 2010, tr. Dạy các môn Toán và Khoa học theo định hướng STEM đã được phát triển bởi các công trình nghiên cứu của Jean Marie De Ketel và Xavier Roegiers từ những năm 1980. Cơ sở lý luận và thực tiễn về triển khai dạy học tích hợp liên môn trong nhà trường đã được cộng đồng khoa học đồng thuận, thông qua bởi hội nghị của UNESCO vào năm 1986 tại Pháp. Theo Xaviers Roegiers, mọi thực tiễn khách quan đều không có sự liên lạc trực tiếp với từng môn khoa học tự nhiên riêng biệt, rời rạc, mỗi một hiện thực khách quan đều phải có sự kết nối với từ ít nhất hai môn khoa học tự nhiên trở lên, việc phân chia thành từng môn học là để giúp chúng ta nghiên cứu sâu về một vấn đề nào đó của thực tiễn: “Bởi vậy, trước hết, không có tương ứng trực tiếp giữa các môn khoa 6 học tự nhiên và đối tượng nghiên cứu, thứ hai, đặt trọng tâm vào môn học làm giảm đi sự hiểu biết, trong khi các đối tượng nghiên cứu đòi hỏi sự triển khai nhiều tri thức, nhiều phương pháp của các môn học khác nhau – tức là liên môn.
Liên môn, do đó, phải được hiểu như phản ứng với vấn đề được đặt ra bởi việc phân mảnh các đối tượng kiến thức dẫn đến sự phân tách sự hiểu biết về đối tượng” (Xaviers, 2004). Sự liên kết giữa bốn lĩnh vực của GD STEM Do đó, theo Xavier Rogiers (2004), “Nếu nhà trường chỉ quan tâm dạy cho học sinh các khái niệm khoa học tự nhiên một cách rời rạc thì nguy cơ sẽ hình thành ở học sinh các suy luận khép kín, sẽ hình thành những con người “mù chức năng”, nghĩa là những người đã lĩnh hội kiến thức nhưng không có khả năng sử dụng các kiến thức đó hằng ngày”. Drake and Burns đã đề xuất các xu hướng dạy học STEM như sau: “Tích hợp đa môn: Cách tiếp cận tích hợp đa môn tập trung vào các môn học. Các môn liên quan với nhau có chung một định hướng về nội dung và phương pháp dạy học, nhưng mỗi môn lại có một chương trình riêng.
Tất cả đều gắn với thực tiễn. Tích hợp liên môn: GV tổ chức chương trình học tập xoay quanh các nội dung học tập chung gắn với thực tiễn. Tích hợp xuyên môn: GV tổ chức chương trình học tập xoay quanh các vấn đề mà người học quan tâm. HS phát triển kĩ năng sống khi áp dụng các kĩ năng môn học và liên môn vào ngữ cảnh thực tế của cuộc sống” (Drake & Burns, 2008).
7 Có thể thấy những nghiên cứu của Xavier Rogiers và Drake and Burns là phải tiến hành giảng dạy STEM theo hướng tích hợp và gắn với thực tiễn. Đây chính là những nghiên cứu về dạy học các môn Toán và Khoa học theo định hướng STEM đầu tiên ở các nước phát triển. Nghiên cứu về phát triển năng lực dạy học STEM cho GV Năng lực dạy học STEM và phát triển năng lực dạy học STEM cho GV được nhiều tác giả nghiên cứu và có nhiều đề xuất. Về năng lực dạy học, nói chung, J.
Comenxki đã đưa ra những yêu cầu cải tổ nền GD theo hướng phát huy tính tích cực, chủ động và sáng tạo của người học. Comenxki, dạy học để người học thích thú học tập và có những cố gắng bản thân để nắm lấy tri thức nghĩa là: “Tôi thường bồi dưỡng cho GV để họ dạy học sinh của tôi tinh thần độc lập trong quan sát, trong đàm thoại và trong việc ứng dụng tri thức vào thực tiễn”; “GD có mục đích đánh thức năng lực nhạy cảm, phán đoán đúng đắn, phát triển nhân cách… GV phải tạo điều kiện, tìm ra phương pháp để dạy ít hơn, HS học được nhiều hơn” (J. Dewey cho rằng: “Nhà trường và giáo viên phải tạo ra một môi trường trong đó những hoạt động của trẻ chứa đựng cả những tình huống khó khăn, để từ đó người học tự tìm tòi và xây dựng kiến thức thông qua “kinh nghiệm” và “tư duy”, thông qua “trải nghiệm” của chính bản thân và huy động kiến thức tổng hợp từ các môn học ở nhà trường để giải quyết những vấn đề trong học tập. Học sinh là mục đích tồn tại của hoạt động giáo dục, của nhà trường” (John Deway, 1938).
“Xuất phát từ nhu cầu thực tế về sở thích các nhóm học sinh, cũng như muốn tạo sân chơi cho các em, GV các trường học tại Mỹ phối hợp với hội PHHS thành lập nhiều câu lạc bộ STEM với các tên gọi khác nhau: Adventure Club, Robotics Club, Science Explorers.” (Nguyễn Thành Hải, 2019, tr. Trong “How to build teacher’s capacity for success” (“Làm thế nào để xây dựng thành công năng lực của giáo viên”), Pete và Alisa Simeral đã khám phá được mối liên hệ rất thực tế và nhất quán giữa xu hướng tự suy nghĩ của giáo viên và hiệu quả giảng dạy: Khi giáo viên phát triển khả năng tự suy nghĩ, họ được trang bị tốt 8 hơn để tăng cường kỹ năng giảng dạy, lên kế hoạch chi tiết và đáp ứng nhu cầu đa dạng của học sinh. Pete và Alisa Simeral đã tạo ra một công cụ, Continuum of Self Reflection, giải thích cách các kỹ năng tự suy nghĩ của một giáo viên được phát triển qua bốn giai đoạn: không nhận thức, ý thức, hành động và sàng lọc (“How to Build Teachers’ Capacity for Success”, 2014). Các phát minh công nghệ mới đang thay đổi cách chúng ta sống, học tập và làm việc, tác động đến các kỹ năng cần thiết “để trở thành những công nhân và công dân hiệu quả trong xã hội tri thức của thế kỷ XXI”, bao gồm cả việc học và kỹ năng đổi mới, kỹ năng thông tin, truyền thông và công nghệ cũng như kỹ năng sống và nghề nghiệp (Ananiadou và Claro, 2009).
Để nâng cao chất lượng giảng dạy và học tập khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học (STEM), vào đầu thiên niên kỷ này, việc khuyến khích “giáo dục STEM” đã được khởi xướng bởi Quỹ Khoa học Quốc gia (Holmlund et al. Trên bình diện quốc tế, các nhà nghiên cứu kêu gọi khám phá các phương pháp dạy và học nhằm phát triển các kỹ năng của thế kỷ XXI và tăng cường mối quan hệ giữa khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học (STEM) (Frejd 2017 ; Kertil và Gurel, 2016 ). Đặc biệt, người ta phải đối mặt với vấn đề chuẩn bị và thực hiện các hoạt động ngoại khóa cho giáo dục STEM để gắn thực tiễn với trường học hiện tại (Corlu và cộng sự, 2014 ; Honey và cộng sự, 2014). Phát triển năng lực dạy học STEM dựa trên các lập luận từ các tài liệu nghiên cứu rằng mô hình toán học là cầu nối cho sự phát triển năng lực dạy học STEM (Kertil và Gurel, 2016).
Cuối cùng, tuyên bố của Leung rằng “tinh thần của giáo dục STEM là giải quyết vấn đề” đã không được phản ánh trong các giáo án, do đó cần thiết kế giáo án trên tinh thần giải quyết vấn đề hơn nữa (Leung, 2018). Các kế hoạch bài học sẽ cần được soạn thảo lại để có đủ khả năng tạo ra kỹ năng thế kỷ XXI cho học sinh, một hệ quả có thể xảy ra của việc thiết kế hội thảo 9 STEM không nhấn mạnh đến những kỹ năng này (Frejd và Bergsten, 2016 ; Gainsburg, 2013 ).