I. Khái niệm và ý nghĩa của giáo dục STEM trong dạy học
Giáo dục STEM là mô hình tích hợp khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học nhằm phát triển tư duy sáng tạo và giải quyết vấn đề thực tiễn. Mô hình này xuất phát từ nhu cầu đổi mới giáo dục toàn cầu, đặc biệt trong lĩnh vực dạy học các môn khoa học tự nhiên. Tại Việt Nam, vận dụng mô hình giáo dục STEM trong dạy học sinh học lớp 10 đã chứng minh hiệu quả cao trong việc nâng cao chất lượng giáo dục. Luận văn của Phạm Thị Thủy Linh tập trung vào việc vận dụng mô hình giáo dục STEM khuyết trong phần II Sinh học Vi sinh vật - Sinh học 10 tại các trường trung học phổ thông. Đây là một đóng góp quan trọng cho lĩnh vực giáo dục khoa học học, giúp giáo viên xây dựng quy trình dạy học hiệu quả, kích thích hứng thú và sự tham gia tích cực của học sinh.
1.1. Định nghĩa mô hình giáo dục STEM
STEM là viết tắt của Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học). Mô hình giáo dục STEM không chỉ dừng lại ở truyền tải kiến thức riêng lẻ mà tập trung vào sự tích hợp liên môn, giúp học sinh hiểu rõ mối liên hệ giữa các lĩnh vực khác nhau. Thông qua vận dụng mô hình STEM, học sinh được phát triển các năng lực như tư duy phản biện, khả năng hợp tác, và kỹ năng giải quyết vấn đề thực tế.
1.2. Vai trò của giáo dục STEM trong dạy học sinh học
Trong dạy học sinh học, mô hình giáo dục STEM khuyết (hay hay được gọi là STEM thích ứng) giúp học sinh liên kết kiến thức lý thuyết với ứng dụng thực tiễn. Việc vận dụng mô hình STEM trong dạy học phần Vi sinh vật - Sinh học 10 cho phép học sinh tham gia vào các hoạt động khám phá, thí nghiệm, và thiết kế sản phẩm có liên quan đến công nghệ sinh học và ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày.
II. Cơ sở lý luận của vận dụng mô hình giáo dục STEM
Luận văn thạc sĩ của Phạm Thị Thủy Linh được hoàn thành tại Trường Đại học Giáo dục - Đại học Quốc gia Hà Nội dưới sự hướng dẫn của PGS. Mai Văn Hưng, tập trung vào cơ sở lý luận cho vận dụng mô hình giáo dục STEM. Các cơ sở lý luận bao gồm: (1) Mục tiêu giáo dục STEM hướng tới phát triển năng lực giải quyết vấn đề, (2) Mối liên hệ tương tác giữa khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học, (3) Quá trình dạy học theo phương pháp nghiên cứu khoa học. Vòng lặp thiết kế (Design Thinking) được xem như một công cụ quan trọng giúp học sinh hình thành tư duy giải quyết vấn đề sáng tạo. Ngoài ra, mô hình STEM khuyết còn nhấn mạnh tầm quan trọng của hoạt động nhóm và sản phẩm STEM thực tiễn.
2.1. Mục tiêu và mục đích của giáo dục STEM khuyết
Mục tiêu giáo dục STEM không chỉ là truyền tải kiến thức mà còn phát triển năng lực và kỹ năng thế kỷ 21 như sáng tạo, tư duy phản biện, giao tiếp và hợp tác. Việc vận dụng mô hình STEM khuyết trong dạy học sinh học giúp học sinh xây dựng lên mô hình tư duy khoa học, từ đó áp dụng vào giải quyết các vấn đề thực tiễn liên quan đến vi sinh vật và công nghệ sinh học.
2.2. Quy trình dạy học theo mô hình giáo dục STEM
Quy trình dạy học mô hình STEM bao gồm các bước: (1) Xác định vấn đề thực tế, (2) Nghiên cứu khoa học để tìm hiểu nguyên nhân, (3) Thiết kế giải pháp sáng tạo, (4) Xây dựng sản phẩm hoặc mô hình, (5) Đánh giá và cải tiến. Vòng lặp thiết kế này giúp học sinh phát triển tư duy bao quát và toàn diện về các hiện tượng sinh học.
III. Phương pháp vận dụng mô hình giáo dục STEM trong dạy học sinh học lớp 10
Luận văn của Phạm Thị Thủy Linh đề xuất phương pháp vận dụng mô hình giáo dục STEM cụ thể cho phần II Sinh học Vi sinh vật - Sinh học 10. Phương pháp này bao gồm thiết kế hoạt động học tập tích hợp, sử dụng công nghệ sinh học thực tế, và tạo ra sản phẩm STEM khuyết có ứng dụng trong cuộc sống. Giáo viên cần kích thích hứng thú và lôi cuốn học sinh vào bài học thông qua các hoạt động nhóm động lực. Đánh giá về mức độ giáo viên thiết kế các sản phẩm liên quan đến STEM cho thấy việc vận dụng mô hình này giúp nâng cao chất lượng dạy học và tỉ lệ học sinh xung phong phát biểu trong lớp học. Ngoài ra, mô hình STEM khuyết còn được thiết kế sao cho phù hợp với điều kiện thực tế của các trường trung học phổ thông Việt Nam.
3.1. Thiết kế hoạt động học tập STEM cho phần Vi sinh vật
Hoạt động học tập STEM cho Vi sinh vật cần được thiết kế dựa trên tình huống thực tế như: xử lý nước, sản xuất men, hoặc vi sinh vật gây bệnh. Học sinh tham gia nghiên cứu khoa học, sử dụng công cụ công nghệ, và xây dựng giải pháp cho các vấn đề này. Mô hình STEM khuyết giúp tích hợp các yếu tố về khoa học, kĩ thuật, toán học một cách hài hòa và hiệu quả.
3.2. Vai trò của hoạt động nhóm và sản phẩm STEM thực tiễn
Hoạt động nhóm là yếu tố quan trọng trong vận dụng mô hình STEM, giúp học sinh phát triển kỹ năng giao tiếp và hợp tác. Sản phẩm STEM thực tiễn không chỉ là những mô hình lý thuyết mà phải có ứng dụng thực tế trong cuộc sống. Việc đánh giá sản phẩm STEM của nhóm giúp học sinh nhận ra tầm quan trọng của công việc sáng tạo và khả năng giải quyết vấn đề thực tế.
IV. Kết quả và hiệu quả của thực nghiệm sư phạm vận dụng mô hình STEM
Nghiên cứu thực nghiệm sư phạm (TNSP) của Phạm Thị Thủy Linh được thực hiện tại trường HP Can Bá Quát - Quốc Oai, so sánh giữa lớp thực nghiệm (áp dụng mô hình STEM) và lớp đối chứng (dạy học truyền thống). Kết quả cho thấy: (1) Mức độ hứng thú của học sinh lớp thực nghiệm tăng đáng kể, (2) Số lần xung phong phát biểu của học sinh trong tiết học bài 22 - Sinh học 10 cao hơn lớp đối chứng, (3) Kỹ năng giải quyết vấn đề và tư duy sáng tạo được phát triển tốt hơn, (4) Học sinh có thái độ tích cực hơn đối với môn Sinh học. Đánh giá về mức độ quan tâm giáo viên đến đổi mới dạy học sinh học thông qua mô hình STEM cũng cho thấy phương pháp dạy học STEM hiệu quả. Tuy nhiên, luận văn cũng chỉ ra những hạn chế và đề xuất các hướng cải tiến để vận dụng mô hình STEM được hiệu quả hơn.
4.1. Kết quả thực nghiệm so sánh lớp thực nghiệm và lớp đối chứng
Bảng phân bố tần suất tích lũy bài 22 - Sinh học 10 giữa lớp thực nghiệm (áp dụng STEM) và lớp đối chứng (dạy học truyền thống) cho thấy hiệu quả rõ rệt của mô hình STEM khuyết. Mức độ sử dụng các phương tiện dạy học hiện đại cũng cao hơn, giúp học sinh tiếp cận kiến thức một cách đa chiều và sinh động hơn.
4.2. Đánh giá năng lực và kỹ năng học sinh sau khi áp dụng STEM
Ý kiến của học sinh lớp thực nghiệm về số lần xung phong phát biểu cho thấy mô hình STEM khuyến khích sự tham gia tích cực của học sinh. Năng lực giải quyết vấn đề và tư duy sáng tạo được phát triển thông qua hoạt động nhóm và thiết kế sản phẩm STEM. Học sinh cũng thể hiện tự tin hơn trong việc trình bày và thảo luận về kiến thức sinh học.
