CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC TỔ CHỨC CHỦ ĐỀ STEM TRONG DẠY HỌC MÔN KHOA HỌC LỚP 4 1. Một số khái niệm 1. Khái niệm STEM, giáo dục STEM STEM là từ viết tắt bốn chữ cái đầu tiên trong tiếng Anh bao gồm: (1) Science (Khoa học); (2) Technology (Công nghệ); (3) Engineering (Kỹ thuật); (4) Mathematics (Toán học)[15, tr. Các yếu tố cấu thành STEM, mỗi nội dung có vai trò khác nhau tạo nên sự tích hợp tổng hợp, góp phần hình thành kiến thức, kỹ năng của người học theo hướng phát triển năng lực ứng dụng lý thuyết vào thực tiễn.
Trong đó, các kiến thức của khoa học góp phần giúp HD hiểu nguồn gốc của vấn đề đặt ra và có thể vận dụng vào giải quyết những tình huống trong cuộc sống liên quan đến tri thức cơ bản. Các tri thức về công nghệ giúp HS hiểu, và đánh giá, quản lý, sử dụng công nghệ và tác dụng của nó đối với thực tiễn đời sống. Mạch kiến thức về kỹ thuật giúp người học hiểu biết hơn về công nghiệp như một phần thiết kế kỹ thuật, tạo cơ hội tích hợp kiến thức từ nhiều lĩnh vực khác nhau để hiểu biết sâu hơn về các sản phẩm khoa học công nghệ. Cuối cùng là toán học đóng vai trò phát triển tư duy và kỹ năng suy luận, phân tích thông qua tính toán trong nhiều tình huống khác nhau.
Bản chất của giáo dục STEM là cung cấp và trang bị cho người học tri thức, kỹ năng bốn lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ Thuật, Toán học. Các lĩnh vực này có sự kết hợp chặt chẽ, bổ sung cho nhau không chỉ giúp cho người học nắm được kiến thức mà còn có thể vận dụng, thực hành đưa kiến thức đó vào giải quyết các vấn đề thực tiễn đặt ra để tạo nên những sản phẩm trực tiếp phục vụ cuộc sống hàng ngày. Sự tích hợp các lĩnh vực trong giáo dục STEM đã tạo nên những hiệu ứng tích cực, trực tiếp tác 11 động tới tư duy và hình thành nên các kỹ năng giải quyết vấn đề cho người học. Do đó, các hoạt động giáo dục theo định hướng giáo dục STEM góp phần tạo ra nguồn nhân lực có khả năng giải quyết nhiều vấn đề thực tiễn, làm việc độc lập, có kỹ năng hợp tác và làm việc nhóm hiệu quả.
Điều này đặc biệt có ý nghĩa quan trọng trong xu hướng toàn cầu hóa và hội nhập của các quốc gia trên thế giới hiện nay. Giáo dục STEM đại diện cho xu hướng phát triển của thế giới với ưu thế về khoa học và công nghệ, làm cho diện mạo của đời sống xã hội ngày một phát triển với tốc độ nhanh, nối dài các giác quan của con người trong khám phá thế giới. (2013): Giáo dục STEM là nền giáo dục tích hợp các môn khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học. Trong đó, các môn học được tổ chức theo chủ đề và HS tiếp thu kiến thức tích hợp dựa trên các chủ đề này.
Đồng thời, phương pháp giáo dục STEM còn hướng dẫn cho HS mở rộng kiến thức lý thuyết bằng nhiều cách và quan trọng là vận dụng kiến thức được học ứng dụng vào cuộc sống [22, tr. Với cách hiểu này, tác giả khẳng định để tiến hành giáo dục STEM thì đòi hỏi người GV phải có kiến thức tổng hợp và nắm rõ quy trình, tuân thủ các phương pháp giảng dạy để tích hợp STEM vào quá trình giáo dục. Có thể nói, nền tảng của giáo dục STEM chính là giáo dục khoa học. Tuy nhiên, điều đó không có nghĩa là giáo dục STEM sẽ biến người học trở thành nhà khoa học hay là những kỹ sư giáo dục STEM mà là giáo dục nhằm giúp người học trang bị những phẩm chất của “công dân toàn cầu thế hệ mới” với nền tảng kiến thức khoa học vững chắc và các kỹ năng nghề nghiệp thành thạo cũng như khả năng ứng dụng tri thức vào trong thực tiễn cuộc sống.
Trên cơ sở kế thừa các định nghĩa và quan niệm về giáo dục STEM nói trên, để thống nhất về nhận thức và làm cơ sở lý luận nghiên cứu của đề tài chúng tôi đưa ra cách hiểu về giáo dục STEM như sau: 12 Giáo dục STEM là mô hình học tập tích hợp nhằm hình thành và trang bị cho HS những kiến thức, kĩ năng, thái độ về các lĩnh vực trong STEM (Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học), đồng thời nhấn mạnh việc hình thành và phát triển ở HS những kĩ năng, năng lực trong STEM. Trong đó, kiến thức và kỹ năng này về các lĩnh vực trong STEM được tích hợp, lồng ghép và bổ trợ cho nhau, giúp HS không chỉ hiểu biết về nguyên lý mà còn có thể tư duy, thực hành để giúp HS giải quyết được những vấn đề trong cuộc sống hàng ngày. Chủ đề STEM, tổ chức chủ đề STEM Từ những hiểu biết về giáo dục STEM và chủ đề STEM, chúng tôi đưa ra quan niệm về chủ đề STEM và tổ chức chủ đề STEM như sau: Chủ đề STEM là chủ đề hướng tới việc vận dụng kiến thức tích hợp các lĩnh vực Toán, Khoa học, Kỹ thuật và Công nghệ nhằm giải quyết các vấn đề thực tiễn góp phần hình thành hoặc củng cố một kỹ năng thiết yếu trong cuộc sống. Với khái niệm trên có thể hiểu: chủ đề STEM là bao gồm nội dung và phương pháp tổ chức hoạt động học dựa theo tiến trình thiết kế kĩ thuật để HS tự lực chiếm lĩnh kiến thức, kĩ năng, yêu cầu cần đạt trong chương trình giáo dục của các môn học.
Dạy học chủ đề STEM không chỉ trang bị kiến thức môn học mà còn hướng dẫn HS sử dụng những kiến thức đó để tạo ra sản phẩm (hoặc kết hợp với các yếu tố được tích hợp trong chủ đề) để giải quyết vấn đề thực tiễn đặt ra. Ví dụ: khi học chủ đề về Âm thanh (Bài 10: Âm thanh và sự truyền âm thanh; Bài 11: Âm thanh trong cuộc sống - Sách giáo khoa Kết nối tri thức và cuộc sống), HS sẽ được nghiên cứu về nguồn của âm thanh, sự lan truyền của âm thanh trong các môi trường và những đặc tính của sự lan truyền âm thanh, về vai trò của âm thanh trong cuộc sống. Ngoài những kiến thức đó (với việc áp dụng dạy học theo chủ đề STEM) HS còn được tham gia hoạt động chế tạo đồ vật, đồ chơi tạo ra âm thanh từ những vật liệu trong cuộc sống theo bốn thành tố của giáo dục STEM như sau: (1) thiết kế những đồ vật, đồ chơi tạo ra 13 âm thanh phải tìm hiểu kiến thức khoa học liên quan đến âm thanh do các vật rung động phát ra, sự lan truyền của âm thanh trong các môi trường (tức là tìm hiểu Khoa học); (2) từ những vật liệu trong cuộc sống, HS thiết kế, tạo nên những đồ vật, đồ chơi tạo ra âm thanh (tức là Kỹ thuật); (3) việc thiết kế sản phẩm đòi hỏi HS phải có những hiểu biết về tính va chạm, rung động giữa các vật phát ra âm thanh (nghĩa là liên quan đến Công nghệ); (4) khi thiết kế HS phải biết đo độ dài ngắn, khoảng cách giữa các sợi dây để có sự va chạm tạo ra âm thanh (chính là môn Toán học). Trong mỗi chủ đề STEM, nội dung kiến thức thường kết hợp ở một phần của bài học hoặc cả bài học nhằm mục đích minh họa cho kiến thức của bài học, hoặc vận dụng kiến thức của bài học vào giải quyết vấn đề nào đó trong cuộc sống.
- Tổ chức chủ đề STEM là quá trình GV thực hiện các hoạt động nhằm vừa hình thành kiến thức nền cho HS, vừa vận dụng các kiến thức học được vào thực tế thông qua các sản phẩm sản phẩm STEM Ở trường phổ thông nói chung và trong nhà trường tiểu học hiện nay, việc tổ chức chủ đề STEM môn học được tiến hành với các hình thức như sau: Hình thức 1: Tổ chức chủ đề STEM trong các môn học. Nghĩa là, các môn học tại nhà trường như Toán, Khoa học, Tự nhiên và Xã hội… được thiết kế theo thành các chủ đề STEM. Đây chính là một trong những hình thức phổ biến ở nhà trường tiểu học hiện nay. Trong kết cấu chương trình giáo dục của từng môn học được quy định một số chủ đề cần phải thiết kế dạy học theo mô hình STEM.
Theo hình thức này, mỗi chủ đề được triển khai sát với nội dung theo Chương trình GDPT 2018, nhưng khai thác theo định hướng STEM và tổ chức dạy học theo cách thức thực nghiệm chế tạo sản phẩm STEM. Hình thức 2: Tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM. Hình thức này được tổ chức thông qua các câu lạc bộ hoặc các hoạt động trải nghiệm thực tế, hoạt động thí nghiệm. Điều kiện tổ chức là phải có sự phối hợp giữa nhà 14 trường với các tổ chức, doanh nghiệp hoặc với các cơ sở giáo dục liên kết.
Đây là hình thức thu hút được sự thích thú của HS song cũng đòi hỏi sự đầu tư về thời gian và chi phí. Hình thức 3: Hoạt động nghiên cứu khoa học, kĩ thuật. Đây là “sân chơi” dành cho những em HS có năng lực, có đam mê nghiên cứu, tìm tòi và khám phá khoa học, kỹ thuật được diễn ra dưới hình thức ngày hội STEM hoặc các cuộc thi khoa học kĩ thuật. Hình thức này đòi hỏi sự đầu tư về thời gian và con người, đặc biệt là sự tham gia của các chuyên gia, các nhà khoa học, các nhà giáo dục.
Trong ba hình thức tổ chức dạy học chủ đề STEM nêu trên, mỗi hình thức có ưu điểm và hạn chế riêng. Trong đó, việc tổ chức các hoạt động trải nghiệm STEM và nghiên cứu khoa học là hai hình thức khó có điều kiện tổ chức thường xuyên và không mang tính chất quyết định. Đối với hình thức thứ nhất, người GV có thể chủ động trong việc tìm kiếm, kết nối tri thức khoa học trong môn học của mình với những vấn đề thực tiễn và hỗ trợ HS giải quyết vấn đề, khám phá kiến thức mới theo định hướng liên môn, kết hợp. Hình thức tổ chức chủ đề STEM trong môn học là hình thức mà chúng tôi quan tâm hơn cả và cũng là hình thức cơ bản, chủ yếu được thực hiện khi minh họa các thiết kế chủ đề STEM trong dạy học môn Khoa học lớp 4 mà đề tài đề cập đến ở chương 2.
Chủ đề STEM trong dạy học ở Tiểu học 1.