Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh toàn cầu hóa và cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, đổi mới giáo dục trở thành yêu cầu cấp thiết nhằm nâng cao chất lượng đào tạo nguồn nhân lực. Giáo dục STEM (Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học) được xem là mô hình giáo dục tiên tiến, giúp học sinh phát triển tư duy sáng tạo, kỹ năng giải quyết vấn đề và năng lực liên ngành. Tại Việt Nam, đặc biệt trong môn Toán học, việc áp dụng giáo dục STEM còn nhiều hạn chế, nhất là trong dạy học hình học không gian lớp 11 – một chủ đề đòi hỏi sự tư duy trừu tượng và vận dụng kiến thức liên môn.

Luận văn tập trung nghiên cứu tổ chức hoạt động giáo dục STEM trong dạy học hình học không gian lớp 11 tại trường Trung học phổ thông Trần Hưng Đạo, Hà Đông, Hà Nội. Mục tiêu chính là xây dựng và thực nghiệm các mô hình STEM phù hợp, giúp học sinh phát triển tư duy toán học, kỹ năng STEM và nâng cao hiệu quả học tập. Nghiên cứu được thực hiện trong năm học 2023-2024 với sự tham gia của 16 giáo viên và 174 học sinh lớp 11.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện ở việc làm rõ cơ sở lý luận, thực trạng và đề xuất các mô hình giáo dục STEM ứng dụng trong dạy học hình học không gian, góp phần đổi mới phương pháp dạy học Toán theo hướng phát triển năng lực học sinh. Kết quả nghiên cứu có thể làm cơ sở cho các trường phổ thông triển khai giáo dục STEM hiệu quả hơn, đồng thời hỗ trợ giáo viên nâng cao năng lực chuyên môn và đổi mới phương pháp giảng dạy.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai khung lý thuyết chính: giáo dục STEM và mô hình dạy học 5E. Giáo dục STEM là phương pháp tiếp cận liên ngành, tích hợp kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học nhằm phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề thực tiễn cho học sinh. Trong đó, STEM không chỉ giúp học sinh hiểu kiến thức chuyên môn mà còn phát triển tư duy phản biện, sáng tạo và kỹ năng làm việc nhóm.

Mô hình dạy học 5E gồm 5 giai đoạn: Engage (gắn kết), Explore (khám phá), Explain (giải thích), Elaborate (mở rộng) và Evaluate (đánh giá). Mô hình này dựa trên lý thuyết kiến tạo nhận thức, giúp học sinh xây dựng kiến thức mới dựa trên trải nghiệm và hiểu biết trước đó. 5E được áp dụng để tổ chức các hoạt động giáo dục STEM nhằm tạo môi trường học tập tích cực, phát triển tư duy và kỹ năng thực hành.

Các khái niệm chính trong nghiên cứu bao gồm: hình học không gian (đường thẳng, mặt phẳng, hình chóp, hình lăng trụ), giáo dục STEM, mô hình dạy học 5E, kỹ năng STEM (giải quyết vấn đề, tư duy phản biện, làm việc nhóm), và phương pháp dạy học tích cực.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa nghiên cứu lý luận, khảo sát thực trạng và thực nghiệm sư phạm.

  • Nguồn dữ liệu:

    • Lý luận: tổng hợp, phân tích các tài liệu, sách, báo cáo liên quan đến giáo dục STEM và dạy học hình học không gian.
    • Khảo sát: điều tra 16 giáo viên tổ Toán và 174 học sinh lớp 11 tại trường THPT Trần Hưng Đạo, Hà Đông.
    • Thực nghiệm: tổ chức dạy học theo mô hình STEM trên 4 lớp 11 (2 lớp thực nghiệm, 2 lớp đối chứng) với tổng số 174 học sinh.

  • Phương pháp phân tích:

    • Phân tích định tính qua phỏng vấn, quan sát hoạt động dạy học và thu thập ý kiến giáo viên, học sinh.
    • Phân tích định lượng qua thống kê kết quả kiểm tra, khảo sát mức độ hứng thú và hiệu quả học tập. So sánh điểm kiểm tra giữa nhóm thực nghiệm và đối chứng để đánh giá hiệu quả mô hình.

  • Timeline nghiên cứu:

    • Nghiên cứu lý luận và khảo sát thực trạng: tháng 9-11/2023.
    • Thiết kế mô hình và tổ chức thực nghiệm: tháng 12/2023 - 2/2024.
    • Thu thập, phân tích dữ liệu và hoàn thiện luận văn: tháng 3-5/2024.

Cỡ mẫu khảo sát gồm 16 giáo viên (93,75% nữ, 87,5% có trên 5 năm kinh nghiệm) và 174 học sinh lớp 11, được chọn theo phương pháp chọn mẫu thuận tiện tại trường THPT Trần Hưng Đạo.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Thực trạng tổ chức hoạt động giáo dục STEM còn hạn chế:

    • 68,75% giáo viên đã tham gia tập huấn về giáo dục STEM, nhưng chỉ 25% trong số đó thường xuyên áp dụng mô hình STEM trong giảng dạy hình học không gian.
    • Tần suất sử dụng tình huống thực tiễn trong dạy Toán của giáo viên còn thấp, phần lớn chỉ ở mức "thấp đến trung bình" (chiếm trên 60%).

  2. Hiệu quả mô hình STEM trong dạy học hình học không gian:

    • Kết quả kiểm tra của nhóm học sinh thực nghiệm cao hơn nhóm đối chứng khoảng 15-20% điểm trung bình.
    • Mức độ hứng thú học tập của học sinh trong nhóm thực nghiệm tăng lên đáng kể, với trên 70% học sinh thể hiện sự tích cực và chủ động trong các tiết học STEM.

  3. Phản hồi tích cực từ giáo viên và học sinh:

    • 87,5% giáo viên đánh giá mô hình STEM giúp học sinh phát triển kỹ năng tư duy logic và giải quyết vấn đề tốt hơn.
    • Học sinh cho biết các hoạt động thực hành, xây dựng mô hình giúp các em hiểu sâu hơn về các khái niệm hình học không gian và thấy bài học gần gũi với thực tế.

  4. Khó khăn trong triển khai:

    • Giáo viên gặp khó khăn về thời gian chuẩn bị bài giảng và tài liệu hỗ trợ.
    • Cơ sở vật chất như phòng học STEM, thiết bị thực hành còn thiếu, ảnh hưởng đến hiệu quả tổ chức hoạt động.
    • Việc đánh giá kết quả học tập theo mô hình STEM chưa được phổ biến, gây khó khăn trong việc áp dụng rộng rãi.

Thảo luận kết quả

Kết quả thực nghiệm cho thấy việc tổ chức hoạt động giáo dục STEM trong dạy học hình học không gian lớp 11 có tác động tích cực đến kết quả học tập và phát triển kỹ năng của học sinh. Sự tăng điểm kiểm tra và mức độ hứng thú học tập phản ánh hiệu quả của phương pháp dạy học tích cực, dựa trên mô hình 5E, giúp học sinh chủ động khám phá và vận dụng kiến thức.

So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả này phù hợp với xu hướng áp dụng STEM trong giáo dục phổ thông nhằm phát triển năng lực toàn diện cho học sinh. Tuy nhiên, khó khăn về nguồn lực, thời gian và phương pháp đánh giá vẫn là những rào cản cần được khắc phục để mô hình STEM được triển khai hiệu quả và bền vững.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh điểm kiểm tra giữa nhóm thực nghiệm và đối chứng, biểu đồ tần suất sử dụng tình huống thực tiễn của giáo viên, và bảng tổng hợp đánh giá mức độ hứng thú của học sinh. Các biểu đồ này giúp minh họa rõ nét sự khác biệt và tác động của mô hình STEM trong dạy học.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường đào tạo và tập huấn giáo viên về giáo dục STEM:

    • Tổ chức các khóa bồi dưỡng chuyên sâu về phương pháp dạy học STEM và mô hình 5E cho giáo viên Toán.
    • Mục tiêu nâng tỷ lệ giáo viên áp dụng STEM trong giảng dạy lên trên 60% trong vòng 1-2 năm.
    • Chủ thể thực hiện: Sở Giáo dục và Đào tạo phối hợp với các trường đại học sư phạm.

  2. Xây dựng và cung cấp tài liệu, mô hình STEM phù hợp:

    • Phát triển bộ tài liệu hướng dẫn, mô hình STEM ứng dụng trong dạy học hình học không gian lớp 11.
    • Đảm bảo tài liệu dễ hiểu, có hướng dẫn chi tiết và minh họa cụ thể.
    • Chủ thể thực hiện: Nhà trường phối hợp với các chuyên gia giáo dục.

  3. Cải thiện cơ sở vật chất và trang thiết bị:

    • Đầu tư phòng học STEM, thiết bị thực hành như máy in 3D, phần mềm mô phỏng hình học không gian.
    • Mục tiêu hoàn thiện cơ sở vật chất trong 2 năm tới để hỗ trợ tốt cho các hoạt động STEM.
    • Chủ thể thực hiện: Ban giám hiệu nhà trường, các cấp quản lý giáo dục.

  4. Đổi mới phương pháp đánh giá học sinh theo định hướng STEM:

    • Xây dựng hệ thống đánh giá quá trình học tập, kỹ năng thực hành và sản phẩm STEM thay vì chỉ kiểm tra kiến thức lý thuyết.
    • Tổ chức tập huấn cho giáo viên về kỹ thuật đánh giá mới.
    • Chủ thể thực hiện: Sở Giáo dục và Đào tạo, tổ chuyên môn nhà trường.

  5. Tăng cường phối hợp giữa nhà trường, gia đình và cộng đồng:

    • Tổ chức các hoạt động ngoại khóa, câu lạc bộ STEM để học sinh có thêm cơ hội trải nghiệm thực tế.
    • Mở rộng hợp tác với các doanh nghiệp, viện nghiên cứu để tạo môi trường học tập thực tiễn.
    • Chủ thể thực hiện: Nhà trường, phụ huynh và các tổ chức xã hội.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Giáo viên Toán và các môn STEM:

    • Học hỏi phương pháp tổ chức hoạt động STEM trong dạy học hình học không gian, nâng cao kỹ năng giảng dạy tích cực.
    • Áp dụng mô hình 5E và các mô hình STEM cụ thể vào bài giảng.

  2. Nhà quản lý giáo dục và chuyên viên đào tạo:

    • Tham khảo cơ sở lý luận và thực tiễn để xây dựng chính sách, kế hoạch đào tạo giáo viên và phát triển chương trình giáo dục STEM.
    • Đánh giá hiệu quả triển khai STEM tại các trường phổ thông.

  3. Sinh viên, nghiên cứu sinh ngành Sư phạm Toán và Giáo dục STEM:

    • Nắm bắt kiến thức chuyên sâu về tổ chức hoạt động STEM trong dạy học hình học không gian.
    • Tham khảo phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm sư phạm để phát triển đề tài nghiên cứu tiếp theo.

  4. Các nhà nghiên cứu giáo dục và phát triển chương trình:

    • Tìm hiểu mô hình STEM ứng dụng trong môn Toán, đặc biệt là hình học không gian.
    • Phân tích các khó khăn, thuận lợi trong triển khai STEM tại trường phổ thông Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

  1. Giáo dục STEM là gì và tại sao cần áp dụng trong dạy học hình học không gian?
    Giáo dục STEM là phương pháp tích hợp liên ngành Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học nhằm phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề thực tiễn. Áp dụng trong hình học không gian giúp học sinh hiểu sâu kiến thức, phát triển tư duy logic và kỹ năng thực hành, từ đó nâng cao hiệu quả học tập.

  2. Mô hình dạy học 5E gồm những giai đoạn nào?
    Mô hình 5E gồm: Engage (gắn kết), Explore (khám phá), Explain (giải thích), Elaborate (mở rộng) và Evaluate (đánh giá). Mỗi giai đoạn giúp học sinh xây dựng kiến thức mới dựa trên trải nghiệm và phát triển kỹ năng tư duy.

  3. Làm thế nào để xây dựng chủ đề STEM phù hợp với học sinh lớp 11?
    Cần xác định mục tiêu rõ ràng, lựa chọn chủ đề liên quan đến thực tiễn và phù hợp trình độ học sinh, thiết kế hoạt động thực hành, dự án cụ thể, chuẩn bị tài liệu hỗ trợ và đánh giá hiệu quả qua phản hồi học sinh.

  4. Khó khăn phổ biến khi triển khai giáo dục STEM trong trường phổ thông là gì?
    Bao gồm thiếu tài liệu và thiết bị hỗ trợ, giáo viên chưa được đào tạo đầy đủ, thời gian chuẩn bị bài giảng dài, phương pháp đánh giá chưa phù hợp và cơ sở vật chất hạn chế.

  5. Làm sao để đánh giá hiệu quả của mô hình STEM trong dạy học?
    Có thể đánh giá qua kết quả kiểm tra kiến thức, mức độ hứng thú và tham gia của học sinh, kỹ năng giải quyết vấn đề, làm việc nhóm và sản phẩm thực hành. So sánh kết quả giữa nhóm thực nghiệm và đối chứng giúp xác định hiệu quả mô hình.

Kết luận

  • Giáo dục STEM trong dạy học hình học không gian lớp 11 giúp nâng cao hiệu quả học tập và phát triển kỹ năng tư duy, sáng tạo cho học sinh.
  • Mô hình dạy học 5E là công cụ hiệu quả để tổ chức các hoạt động STEM, tạo môi trường học tập tích cực và liên ngành.
  • Thực nghiệm tại trường THPT Trần Hưng Đạo cho thấy học sinh tham gia mô hình STEM có điểm kiểm tra cao hơn 15-20% và mức độ hứng thú tăng rõ rệt.
  • Khó khăn trong triển khai gồm thiếu tài liệu, thiết bị, thời gian và phương pháp đánh giá cần được khắc phục.
  • Đề xuất tăng cường đào tạo giáo viên, cải thiện cơ sở vật chất, đổi mới đánh giá và phối hợp cộng đồng nhằm phát triển giáo dục STEM bền vững.

Tiếp theo, cần triển khai mở rộng mô hình STEM tại các trường phổ thông khác, đồng thời nghiên cứu sâu hơn về phương pháp đánh giá và phát triển tài liệu giảng dạy phù hợp. Mời các nhà giáo dục, quản lý và nghiên cứu quan tâm áp dụng và phát triển mô hình này để góp phần đổi mới giáo dục toàn diện.