Tổng quan nghiên cứu
Trong bối cảnh nền kinh tế Việt Nam đang trên đà phát triển mạnh mẽ với nhu cầu sử dụng năng lượng tăng trung bình khoảng 11% mỗi năm (cao gấp 2 lần tốc độ tăng trưởng GDP), việc đào tạo nguồn nhân lực có tư duy sáng tạo và khả năng thích ứng với các biến đổi kinh tế - xã hội trở thành yêu cầu cấp thiết. Giáo dục phổ thông đóng vai trò then chốt trong việc trang bị cho thế hệ trẻ nền tảng kiến thức khoa học và năng lực hành động thực tiễn. Tuy nhiên, thực trạng dạy học môn Hóa học tại các trường trung học phổ thông nhiều năm qua vẫn nặng về trang bị kiến thức hàn lâm, chú trọng giải các dạng bài tập định lượng phức tạp mà chưa chú trọng đúng mức đến khả năng ứng dụng thực tế. Theo khảo sát thực tế, có tới 42,22% học sinh hiểu lý thuyết nhưng hoàn toàn lúng túng khi vận dụng vào việc giải quyết các tình huống đời sống.
Chương "Hóa học và vấn đề phát triển kinh tế, xã hội, môi trường" thuộc chương trình Hóa học lớp 12 giữ vị trí tổng kết toàn bộ chương trình hóa học phổ thông, tích hợp tri thức đa ngành nhằm giải quyết các vấn đề cấp thiết như an ninh năng lượng, vật liệu mới, an toàn thực phẩm và bảo vệ môi trường. Do được bố trí vào giai đoạn cuối cấp khi học sinh tập trung cao độ cho các kỳ thi tuyển sinh, nội dung này thường bị dạy lướt hoặc chỉ giảng dạy thuần túy lý thuyết truyền thụ một chiều.
Nghiên cứu của luận văn thạc sĩ chuyên ngành Lý luận và Phương pháp dạy học Hóa học được triển khai trong giai đoạn từ tháng 9 năm 2015 đến tháng 10 năm 2016 tại 2 cơ sở giáo dục tiêu biểu gồm Trường THPT Bình Xuyên và Trường THPT Quang Hà thuộc tỉnh Vĩnh Phúc. Đề tài đặt mục tiêu nghiên cứu, cải tiến quy trình giảng dạy thông qua việc thiết kế kế hoạch bài dạy 7 tiết tích hợp liên môn, kết hợp 2 tiết hoạt động ngoại khóa trải nghiệm nhằm hình thành và phát triển toàn diện năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh lớp 12.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Khung lý thuyết áp dụng
Cơ sở lý luận của đề tài được xây dựng dựa trên sự giao thoa giữa các học thuyết giáo dục hiện đại và định hướng đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục Việt Nam theo tinh thần Nghị quyết số 29-NQ/TW và Nghị quyết số 44/NQ-CP của Chính phủ.
Thuyết đa trí tuệ của Howard Gardner (1996) xác định trí tuệ con người biểu hiện qua 7 lĩnh vực khác nhau và năng lực cá nhân chỉ được định hình khi có sự kết hợp đa diện nhằm giải quyết các tình huống phức tạp trong đời sống thực tế. Luận văn tiếp cận cấu trúc năng lực phù hợp với 4 trụ cột giáo dục của UNESCO bao gồm: Học để biết (năng lực chuyên môn), Học để làm (năng lực phương pháp), Học để cùng chung sống (năng lực xã hội) và Học để tự khẳng định (năng lực cá thể).
Trong khuôn khổ môn Hóa học, năng lực giải quyết vấn đề được định nghĩa là sự tổng hòa giữa khả năng tư duy độc lập, năng lực hợp tác nhóm, năng lực thực nghiệm hóa học và kỹ năng vận dụng kiến thức liên môn vào bối cảnh thực tiễn. Cấu trúc năng lực này bao gồm 5 năng lực thành phần cốt lõi: phát hiện và làm rõ vấn đề; đề xuất và lựa chọn giải pháp; thực hiện và đánh giá giải pháp; nhận ra ý tưởng mới; hình thành và triển khai ý tưởng sáng tạo. Tiến trình dạy học giải quyết vấn đề được cụ thể hóa qua 4 bước chuẩn mực và vận hành linh hoạt theo 5 cấp độ phân quyền trách nhiệm giữa giáo viên và học sinh nhằm nâng cao tính tự chủ của người học.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu sử dụng phối hợp đồng bộ các nhóm phương pháp nghiên cứu lý luận, điều tra khảo sát thực tiễn và thực nghiệm sư phạm có đối chứng.
Cỡ mẫu khảo sát thực trạng bao gồm 14 giáo viên giảng dạy Hóa học và 132 học sinh lớp 12 (thu về 128 phiếu hợp lệ, 4 phiếu không hợp lệ) tại 2 trường THPT trên địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc. Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu có chủ đích kết hợp chọn mẫu phân tầng thuận tiện, lựa chọn các lớp học đại diện cho khối lớp 12 có chất lượng học tập tương đương (lớp 12A1, 12A2 trường THPT Bình Xuyên và lớp 12A3, 12A4 trường THPT Quang Hà). Việc lựa chọn phương pháp phân tích thống kê toán học (phân phối tần số, tần suất, tần số tích lũy, tính điểm trung bình và độ lệch chuẩn) kết hợp bảng kiểm quan sát hành vi là bắt buộc nhằm đảm bảo tính khách quan, đo lường chính xác sự biến chuyển định lượng và định tính về năng lực của học sinh trước và sau tác động sư phạm. Timeline nghiên cứu được thực hiện xuyên suốt 14 tháng trong năm học 2015 - 2016.
Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Những phát hiện chính
Khảo sát thực trạng cho thấy rào cản rất lớn trong việc đổi mới phương pháp dạy học tại các trường trung học phổ thông. Chỉ có khoảng 21,4% giáo viên sử dụng thường xuyên phương pháp dạy học nêu và giải quyết vấn đề; có tới 57,15% giáo viên phản ánh chưa có đủ thời gian nghiên cứu sâu về phương pháp này và khoảng 43% giáo viên chưa nắm vững bản chất quy trình tổ chức dạy học phát triển năng lực. Về phía người học, 53,34% học sinh chỉ có hứng thú ở mức độ trung bình đối với môn Hóa học, 42,22% học sinh gặp khó khăn trong việc gắn kết lý thuyết với thực tế và 9,4% học sinh có xu hướng bỏ qua các bài toán thực tiễn phức tạp.
Quá trình thực nghiệm sư phạm trên 4 lớp học (2 lớp thực nghiệm và 2 lớp đối chứng) với hệ thống 7 tiết học bài giảng điện tử tích hợp kỹ thuật KWL, sơ đồ tư duy, kỹ thuật công não và hoạt động ngoại khóa chuyên đề "Trái đất xanh" đã mang lại sự chuyển biến vượt bậc.
Kết quả xử lý số liệu qua 2 bài kiểm tra đánh giá năng lực cho thấy: ở bài kiểm tra số 1 (trước tác động), phổ điểm giữa nhóm thực nghiệm và đối chứng có sự tương đương; nhưng ở bài kiểm tra số 2 (sau tác động), tỷ lệ học sinh đạt loại khá và giỏi ở nhóm thực nghiệm tăng cao hơn nhóm đối chứng từ 15% đến 20%, trong khi tỷ lệ học sinh đạt điểm yếu kém giảm xuống dưới mức 3%.
Đánh giá hồ sơ học tập và bảng kiểm quan sát biểu hiện năng lực cho thấy năng lực tự phát hiện vấn đề và đề xuất giải pháp của học sinh nhóm thực nghiệm đã dịch chuyển vững chắc từ cấp độ 1 (giáo viên định hướng hoàn toàn) sang cấp độ 3 và cấp độ 4 (học sinh độc lập lập kế hoạch, tự thu thập dữ liệu và tự đánh giá kết quả thực hiện dự án).
Thảo luận kết quả
Sự vượt trội về kết quả học tập và năng lực hành động của học sinh nhóm thực nghiệm bắt nguồn từ việc các em được trực tiếp tham gia vào các nhiệm vụ học tập gắn chặt với đời sống kinh tế - xã hội địa phương. Khi được giao các dự án thực tế như: đóng vai nhân viên kỹ thuật phân tích hiệu quả của máy lọc nước gia đình, tìm hiểu ảnh hưởng môi trường từ làng nghề mộc truyền thống Thanh Lãng, hay tính toán hiệu quả năng lượng của hầm khí sinh học Biogas tại các trang trại chăn nuôi, người học đã chủ động huy động kiến thức liên môn giữa Hóa học, Sinh học, Công nghệ và Địa lý để giải quyết vấn đề.
Dữ liệu thực nghiệm được trực quan hóa sinh động qua đồ thị đường lũy tích bài kiểm tra sau tác động. Đồ thị đường lũy tích của nhóm thực nghiệm luôn nằm hoàn toàn về phía bên phải và phía dưới so với đường lũy tích của nhóm đối chứng, phản ánh tỷ lệ học sinh đạt điểm cao chiếm ưu thế rõ rệt. Phân phối xếp loại học lực dạng biểu đồ hình cột cũng minh chứng sự phân hóa tích cực về năng lực tư duy khoa học của học sinh.
Kết quả này hoàn toàn tương thích và kế thừa phát triển từ các nghiên cứu trước đây về dạy học giải quyết vấn đề của các tác giả trong nước giai đoạn 2011 - 2015, đồng thời khẳng định tính khả thi cao của mô hình tích hợp giáo dục môi trường và định hướng nghề nghiệp trong môn Hóa học lớp 12.
Đề xuất và khuyến nghị
Dựa trên các kết quả thực nghiệm đạt được, luận văn đưa ra 4 nhóm khuyến nghị hành động cụ thể nhằm nhân rộng hiệu quả phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong hệ thống giáo dục phổ thông:
- Tái cấu trúc kế hoạch dạy học môn Hóa học lớp 12: Ban giám hiệu nhà trường và Tổ chuyên môn Hóa học cần chủ động chuyển dịch từ việc dạy học truyền thụ kiến thức phân mảnh sang thiết kế các chủ đề học tập tích hợp liên môn (Hóa học kết hợp Sinh học, Địa lý, Công nghệ lớp 10, 11 và 12). Mục tiêu phấn đấu đạt 100% các tiết dạy của chương ứng dụng thực tiễn được triển khai theo mô hình dạy học dự án và dạy học nêu vấn đề trong kế hoạch năm học.
- Chuẩn hóa hệ thống bài tập tình huống thực tiễn: Giáo viên bộ môn cần xây dựng tối thiểu 30 bộ câu hỏi, bài tập gắn với các vấn đề cấp thiết như an ninh năng lượng, xử lý rác thải công nghiệp, an toàn vệ sinh thực phẩm và ô nhiễm nguồn nước cục bộ tại địa phương trước mỗi học kỳ nhằm làm phong phú học liệu dạy học tích cực.
- Đa dạng hóa công cụ và hình thức kiểm tra đánh giá: Bộ phận khảo thí và giáo viên cần thay thế hình thức kiểm tra ghi nhớ tái hiện bằng bộ công cụ đánh giá năng lực toàn diện, bao gồm: bảng kiểm quan sát rubric 5 tiêu chí, hồ sơ học tập cá nhân (portfolio), đánh giá đồng đẳng giữa các nhóm và bài kiểm tra giải quyết tình huống thực tế định kỳ theo biểu mẫu chuẩn.
- Tổ chức bồi dưỡng thường xuyên kỹ thuật dạy học tích cực: Sở Giáo dục và Đào tạo tỉnh Vĩnh Phúc cùng các trường trung học phổ thông cần định kỳ tổ chức các khóa tập huấn chuyên sâu hàng năm cho 100% giáo viên về kỹ thuật công não, kỹ thuật sơ đồ tư duy, kỹ thuật KWL và phương pháp hướng dẫn học sinh nghiên cứu khoa học kỹ thuật gắn liền với thực tiễn sản xuất địa phương.
Đối tượng nên tham khảo luận văn
Nội dung và hệ thống giải pháp của luận văn mang lại giá trị ứng dụng thiết thực cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm:
- Giáo viên giảng dạy môn Hóa học cấp THPT: Tài liệu cung cấp trọn bộ 7 giáo án bài dạy mẫu theo định hướng phát triển năng lực, kèm theo các phiếu học tập, hướng dẫn tổ chức trò chơi ô chữ khoa học và kịch bản hoạt động ngoại khóa trải nghiệm thực tế với chủ đề "Trái đất xanh".
- Cán bộ quản lý giáo dục và tổ trưởng chuyên môn: Cung cấp khung năng lực giải quyết vấn đề chuẩn hóa với 5 thành tố, quy trình 4 bước tổ chức và hệ thống bảng tiêu chí đánh giá định tính - định lượng làm cơ sở chỉ đạo đổi mới phương pháp giảng dạy và kiểm tra đánh giá tại cơ sở.
- Sinh viên, học viên cao học chuyên ngành Sư phạm Hóa học: Luận văn là tài liệu tham khảo giá trị về phương pháp luận nghiên cứu khoa học giáo dục, phương pháp thiết kế công cụ điều tra thực trạng (14 giáo viên, 128 học sinh) và kỹ thuật xử lý dữ liệu thực nghiệm sư phạm bằng toán thống kê.
- Chuyên gia biên soạn chương trình và tài liệu giáo dục STEM: Cung cấp các tình huống thực tiễn phong phú liên quan đến năng lượng tái tạo, pin quang điện nano silic, xử lý ô nhiễm làng nghề truyền thống để tích hợp vào các dự án học tập trải nghiệm sáng tạo liên môn.
Câu hỏi thường gặp
Tại sao cần chú trọng phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong dạy học Hóa học lớp 12?
Thực trạng cho thấy 42,22% học sinh không biết vận dụng lý thuyết vào giải quyết các vấn đề thực tiễn. Phát triển năng lực giải quyết vấn đề giúp học sinh chuyển hóa tri thức sách vở thành khả năng hành động thực tế, trang bị tư duy phản biện và năng lực thích ứng với các thách thức môi trường, nghề nghiệp sau khi tốt nghiệp trung học phổ thông.
Rào cản lớn nhất của giáo viên khi triển khai dạy học giải quyết vấn đề là gì?
Khảo sát trên 14 giáo viên THPT tại tỉnh Vĩnh Phúc chỉ ra rằng có tới 57,15% giáo viên thiếu thời gian nghiên cứu chuyên sâu và 43% giáo viên chưa nắm vững bản chất quy trình xây dựng tình huống có vấn đề. Áp lực thi cử truyền thống cũng khiến giáo viên ưu tiên phương pháp luyện giải bài tập thay vì tổ chức hoạt động trải nghiệm.
Quy trình tổ chức dạy học giải quyết vấn đề gồm những bước nào?
Tiến trình dạy học chuẩn gồm 4 bước liên hoàn: Bước 1 - Nhận biết và phát biểu tình huống có vấn đề; Bước 2 - Nghiên cứu, phân tích và lập kế hoạch tìm phương án giải quyết; Bước 3 - Thực hiện kế hoạch và kiểm nghiệm các giả thuyết khoa học; Bước 4 - Thảo luận, đánh giá kết quả và rút ra kết luận khái quát hóa.
Hoạt động ngoại khóa đóng góp vai trò gì trong việc nâng cao chất lượng dạy học?
Hoạt động ngoại khóa chuyên đề "Trái đất xanh" với thời lượng 2 tiết tạo không gian mở để học sinh thể hiện tư duy sáng tạo thông qua việc đóng vai diễn kịch, thiết kế bài thuyết trình tuyên truyền môi trường và giải quyết các tình huống tương tác nhanh, từ đó kích thích hứng thú học tập vượt bậc cho trên 53% học sinh.
Đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của người học được thực hiện bằng công cụ nào?
Đánh giá năng lực không phụ thuộc vào một bài kiểm tra đơn lẻ mà phối hợp đồng bộ 5 công cụ: bảng kiểm quan sát hành vi của giáo viên, phiếu tự đánh giá của học sinh, bảng đánh giá đồng đẳng giữa các nhóm, hồ sơ học tập (portfolio) ghi nhận tiến bộ và các bài kiểm tra đánh giá kỹ năng vận dụng thực tiễn.
Kết luận
Luận văn thạc sĩ đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu nghiên cứu với 5 kết quả đóng góp trọng tâm:
- Hệ thống hóa hoàn chỉnh cơ sở lý luận về cấu trúc và 5 biểu hiện của năng lực giải quyết vấn đề trong môn Hóa học dựa trên các trụ cột giáo dục của UNESCO.
- Phân tích sâu sắc thực trạng giảng dạy thông qua khảo sát 14 giáo viên và 128 học sinh tại tỉnh Vĩnh Phúc, chỉ ra 57,15% giáo viên gặp khó khăn về phương pháp luận và 42,22% học sinh yếu kỹ năng thực hành.
- Thiết kế thành công tiến trình 7 tiết dạy tích hợp liên môn và 3 dự án học tập thực tế gắn với bối cảnh kinh tế - xã hội địa phương (làng nghề Thanh Lãng, mô hình Biogas).
- Thực nghiệm sư phạm trên 4 lớp học chứng minh phương pháp mới giúp tăng tỷ lệ học sinh khá giỏi thêm 15% - 20% và giảm mạnh tỷ lệ yếu kém xuống dưới 3%.
- Xây dựng bộ công cụ kiểm tra đánh giá đa diện bao gồm rubrics quan sát, hồ sơ học tập và hệ thống câu hỏi tình huống thực tế.
Trong giai đoạn tiếp theo, các cơ sở giáo dục cần tiếp tục mở rộng quy mô áp dụng mô hình dạy học tích hợp dự án này cho các chủ đề khác trong chương trình giáo dục phổ thông. Các thầy cô giáo và nhà nghiên cứu quan tâm có thể khai thác trọn vẹn bộ giáo án và ngân hàng tình huống thực tiễn được công bố trong luận văn để ứng dụng trực tiếp vào công tác giảng dạy hàng ngày.