CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 1. Giáo dục STEM 1. Khái niệm STEM là một thuật ngữ viết tắt bằng tiếng Anh của bốn từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật) và Mathematics (Toán học).
Trong đó, mối quan hệ giữa 4 yếu tố này có thể hiểu qua chu trình STEM được thiết kế theo chương trình giảng dạy của KnowAtom (Hình 1) [33]. Nhìn vào chu trình, chúng ta có thể hình dung mối quan hệ này như sau: Science là quy trình sáng tạo ra kiến thức khoa học; Engineering là quy trình sử dụng kiến thức khoa học để thiết kế công nghệ mới nhằm giải quyết các vấn đề; Toán là công cụ được sử dụng để thu nhận kết quả và chia sẻ kết quả đó với những người khác [1]. Như vậy, yếu tố Khoa học trong thuật ngữ STEM không chỉ bao gồm các môn khoa học như Vật lý, Hóa học, Sinh học và Khoa học trái đất mà còn bao hàm một quy trình khoa học để phát minh ra kiến thức mới từ yêu cầu của thực tiễn công nghệ trong đời sống. Tương tự, yếu tố Kỹ thuật không chỉ là những kiến thức về kỹ thuật mà còn bao hàm cả quy trình kỹ thuật để chế tạo ra công nghệ mới từ kiến thức khoa học của nhân loại.
Hiện nay thuật ngữ STEM được dùng trong hai ngữ cảnh khác nhau đó là ngữ cảnh giáo dục và ngữ cảnh nghề nghiệp [11]. Trong phạm vi đề tài, chúng tôi quan tâm đến ngữ cảnh giáo dục của thuật ngữ STEM. Chu trình STEM được thiết kế bởi chương trình dạy học của KnowAtom [33] 5 Giáo dục STEM là mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp HS áp dụng các kiến thức khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học vào giải quyết một số vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể [11]. Nếu xét dựa trên chu trình STEM được thiết kế bởi chương trình dạy học của KnowAtom, chúng ta còn có thể hiểu giáo dục STEM là một phương thức giáo dục nhằm trang bị cho HS những kiến thức khoa học gắn liền với ứng dụng của chúng trong thực tiễn, qua đó phát triển cho HS năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề cùng với những năng lực khác tương ứng, đáp ứng được yêu cầu của sự phát triển kinh tế – xã hội [1].
Các mức độ áp dụng giáo dục STEM Có nhiều mức độ áp dụng giáo dục STEM, tuy nhiên, chúng tôi muốn bàn đến ba mức độ áp dụng giáo dục STEM trong giáo dục phổ thông như sau [1]: - Dạy học các môn khoa học theo phương thức giáo dục STEM: có thể hiểu đây là một hình thức tổ chức giáo dục STEM phần lớn diễn ra trong nhà trường. Trong đó, những bài học và hoạt động giáo dục STEM sẽ được triển khai ngay trong quá trình dạy học các môn học STEM và nội dung luôn bám sát chương trình của các môn học thành phần. Như vậy, hình thức này không phát sinh thêm thời gian học tập. - Tổ chức các hoạt động trải nghiệm STEM: có thể hiểu đây là một hình thức từ việc tổ chức cho HS khám phá các thí nghiệm, ứng dụng khoa học, kỹ thuật trong thực tiễn đời sống sẽ biết được ý nghĩa của khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học đối với đời sống con người.
Qua hoạt động, không chỉ tăng hứng thú của HS đối với những môn học STEM mà còn tạo được sự quan tâm của xã hội tới giáo dục STEM. - Tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học, kỹ thuật: có thể hiểu đây là một hình thức được triển khai thông qua hoạt động nghiên cứu khoa học và tổ chức các cuộc thi sáng tạo khoa học kỹ thuật. Hoạt động này chỉ dành cho những HS có năng lực, sở thích và hứng thú với các hoạt động tìm tòi, khám phá khoa học, kỹ thuật giải quyết các vấn đề thực tiễn. Trong phạm vi đề tài, giáo dục STEM được áp dụng ở mức độ “dạy học các 6 môn khoa học theo phương thức giáo dục STEM” với môn học thành phần là môn Vật lý 10 (Cơ bản).
Mục tiêu giáo dục STEM Tùy thuộc vào bối cảnh từng quốc gia sẽ có những mục tiêu khác nhau về giáo dục STEM. Dưới góc độ giáo dục và vận dụng trong bối cảnh Việt Nam, mục tiêu giáo dục STEM bao gồm: phát triển năng lực đặc thù về STEM; phát triển năng lực cốt lõi; định hướng nghề nghiệp [11]. - Phát triển các năng lực đặc thù của các môn học về STEM cho HS: có thể hiểu là phát triển những kiến thức, kỹ năng liên quan đến các môn Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học. Không chỉ thế, HS còn phải vận dụng được các kiến thức, kỹ năng đó để giải quyết được vấn đề thực tiễn liên quan trong đời sống của chính các em và cộng đồng.
- Phát triển năng lực cốt lõi cho HS: có thể hiểu là phát triển những kỹ năng phù hợp để đáp ứng yêu cầu thách thức trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 như năng lực giải quyết vấn đề, năng lực hợp tác, năng lực giao tiếp, năng lực sáng tạo. - Định hướng nghề nghiệp cho HS: có thể hiểu là thông qua giáo dục STEM, HS trang bị được những kiến thức, kỹ năng nền cơ bản cho việc học tập ở các bậc học cao hơn cũng như cho nghề nghiệp tương lai của các em, góp phần đào tạo ra nguồn nhân lực chất lượng cao trong thời kỳ hội nhập, đặt biệt là thời kỳ hội nhập công nghệ 4. Vai trò, ý nghĩa của giáo dục STEM Đối với thực tiễn giáo dục Việt Nam hiện nay, việc đưa giáo dục STEM vào trường trung học mang lại nhiều ý nghĩa, phù hợp với định hướng đổi mới giáo dục phổ thông như đảm bảo giáo dục toàn diện; nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM; hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho HS; kết nối trường học với cộng đồng; hướng nghiệp, phân luồng [1]. - Đảm bảo giáo dục toàn diện: có thể hiểu là thông qua việc triển khai giáo dục STEM ở nhà trường, giúp cho các môn học như Toán, Khoa học, Công nghệ, Kỹ 7 thuật được quan tâm và đầu tư phát triển nhiều hơn.
- Nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM: có thể hiểu là thông qua việc vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các vấn đề thực tiễn trong các dự án học tập của giáo dục STEM, HS sẽ được tự bản thân trải nghiệm và nhận ra mối liên hệ mật thiết của những kiến thức được học với cuộc sống, từ đó sẽ nâng cao được hứng thú học tập của các em. - Hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho HS: có thể hiểu là thông qua việc thực hiện các nhiệm vụ trong dự án học tập STEM, HS sẽ làm quen dần với hoạt động có tính chất nghiên cứu khoa học, từ đó góp phần đáng kể vào quá trình hình thành, phát triển phẩm chất và năng lực của các em. - Kết nối trường học với cộng đồng: có thể hiểu là thông qua việc khai thác các nguồn lực (nhân lực và vật lực) để đảm bảo việc triển khai hiệu quả giáo dục STEM, nhà trường sẽ thường kết nối với các cơ sở giáo dục nghề nghiệp, đại học tại địa phương. Từ đây, trường học không chỉ gắn kết được với cộng đồng tại địa phương nói riêng và cả nước nói chung mà còn hướng tới giải quyết các vấn đề có tính đặc thù ở địa phương sinh sống.
- Hướng nghiệp, phân luồng: có thể hiểu là thông qua việc trải nghiệm trong các lĩnh vực STEM nhờ việc tổ chức tốt giáo dục STEM ở trường trung học, HS sẽ đánh giá được sự phù hợp, năng khiếu, sở thích của bản thân với những nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM. Cho nên, việc thực hiện tốt giáo dục STEM ở trường trung học cũng có thể nói là một trong những cách thức thu hút HS theo học, lựa chọn các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM, đây là những ngành nghề có nhu cầu cao về nguồn nhân lực trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư trên thế giới hiện nay. Tính tích cực của HS trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM 1. Định nghĩa tính tích cực Khi đề cập đến tính tích cực, có nhiều cách hiểu khác nhau như: - Theo V.Lênin: “Tính tích cực được xác định như là tổng các dấu hiệu đặc trưng cho sức mạnh bên trong với thành tích đã thành hiện thực”.
8 - Theo từ điển Tiếng Việt (Hoàng Phê chủ biên, 1994), “Tích cực là có ý nghĩa, có tác dụng khẳng định, tác dụng thúc đẩy sự phát triển; tỏ ra chủ động, có những hoạt động nhằm tạo ra sự biến đổi theo hướng phát triển; hăng hái, tỏ ra nhiệt tình đối với nhiệm vụ, với công việc”. Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, tính tích cực có thể được hiểu là thái độ tự giác, chủ động, sẵn sàng của người học, có khát vọng và mong muốn giải quyết các vấn đề trong học tập. Biểu hiện tính tích cực của HS trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM Dấu hiệu của tính tích cực được G. Sukina nêu ra như sau: [9] - Khao khát, tự nguyện tham gia trả lời các câu hỏi của GV, bổ sung các câu trả lời của bạn, thích được phát biểu ý kiến của mình về vấn đề nêu ra.
- Thường xuyên nêu thắc mắc, đòi hỏi giải thích cặn kẽ những vấn đề mà GV trình bày chưa đủ rõ. - Chủ động vận dụng linh hoạt những kiến thức, kỹ năng đã học để nhận thức những vấn đề mới. - Mong muốn được góp ý với thầy, với bạn những thông tin mới lấy từ những nguồn khác nhau, có khi vượt ra ngoài phạm vi bài học, môn học. - Ngoài những biểu hiện nói trên mà GV dễ nhận thấy, còn có những biểu hiện về mặt xúc cảm, khó nhận thấy hơn như thờ ơ hay hào hứng, phớt lờ hay ngạc nhiên, hoan hỉ hay buồn chán trước một nội dung nào đó của bài học hoặc tìm ra lời giải thích hay cho một bài tập khó.
- Tập trung ý chí vào vấn đề đang học, kiên trì làm cho xong các nhiệm vụ học tập được giao, không nản chí trước tình huống khó khăn, thái độ phản ứng khi GV báo hết giờ như: tiếc rẻ, cố gắng làm cho xong. Dựa vào các dấu hiệu của tính tích cực trong hoạt động nhận thức của G.