Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ khoa học giáo dục của tác giả Nguyễn Thị Thu Thủy có tiêu đề "Bồi dưỡng năng lực dạy học tích hợp STEM của giáo viên trung học cơ sở", thuộc chuyên ngành Lí luận và Phương pháp dạy học bộ môn Vật lí (mã số: 9.11.01.02), được thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Hà Nội dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Nguyễn Văn Biên và TS. Dương Xuân Quý (năm bảo vệ: 2023).

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Trong bối cảnh thế kỷ 21, giáo dục STEM được nhìn nhận là một mô hình giáo dục quan trọng nhằm phát triển cho học sinh các kỹ năng giải quyết vấn đề thực tiễn, tư duy sáng tạo, tư duy phản biện và khả năng hợp tác liên môn. Tại Việt Nam, Chương trình Giáo dục phổ thông 2018 đã chính thức đưa giáo dục STEM vào các nhà trường. Tuy nhiên, đội ngũ giáo viên phổ thông hiện nay phần lớn chỉ được đào tạo đơn môn hoặc song môn, chưa được trang bị đầy đủ năng lực dạy học tích hợp STEM.

Khoảng trống nghiên cứu xuất phát từ thực tế: giáo viên gặp nhiều rào cản về kiến thức tích hợp liên môn, phương pháp dạy học, kiến thức nội dung sư phạm và cách tiếp cận học tập dựa trên thiết kế kỹ thuật. Khảo sát thực trạng do tác giả thực hiện vào tháng 10 năm 2017 trên 82 giáo viên trung học cơ sở (THCS) tại tỉnh Quảng Ngãi chỉ ra rằng: 82,9% giáo viên chưa tìm hiểu về STEM; 79,3% giáo viên chưa tìm hiểu về giáo dục STEM; và 96,3% giáo viên chưa từng tìm hiểu về ngày hội STEM. Do đó, việc xây dựng một khung năng lực chuẩn hóa và thiết kế một chương trình bồi dưỡng giáo viên theo hình thức dạy học kết hợp (blended learning) là yêu cầu cấp thiết.

Mục tiêu nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu của luận án là xây dựng cấu trúc năng lực dạy học tích hợp STEM, từ đó xây dựng chương trình bồi dưỡng giáo viên theo hình thức dạy học kết hợp để thực hiện trong quá trình bồi dưỡng nhằm phát triển năng lực dạy học tích hợp STEM của giáo viên trung học cơ sở.

Giả thuyết nghiên cứu

Nếu xây dựng được cấu trúc năng lực dạy học tích hợp STEM, từ đó thiết kế được chương trình bồi dưỡng giáo viên trung học cơ sở về giáo dục STEM theo hình thức dạy học kết hợp (bao gồm nội dung, phương tiện hỗ trợ, kế hoạch tổ chức bồi dưỡng) thì có thể phát triển được năng lực dạy học tích hợp STEM của giáo viên.

Nhiệm vụ nghiên cứu

Văn bản luận án xác định 7 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

  1. Nghiên cứu cơ sở lý luận về năng lực dạy học tích hợp STEM.
  2. Xây dựng cấu trúc của năng lực dạy học tích hợp STEM của giáo viên THCS.
  3. Khảo sát thực trạng năng lực dạy học tích hợp STEM và nhu cầu bồi dưỡng về giáo dục STEM của giáo viên trung học cơ sở.
  4. Nghiên cứu cơ sở lí luận về bồi dưỡng giáo viên để lựa chọn hình thức, phương pháp bồi dưỡng, đề xuất nguyên tắc xây dựng chương trình bồi dưỡng phù hợp nhằm phát triển năng lực dạy học tích hợp STEM của giáo viên.
  5. Thiết kế quy trình xây dựng chương trình bồi dưỡng và quy trình tổ chức bồi dưỡng nhằm phát triển năng lực dạy học tích hợp STEM cho giáo viên THCS.
  6. Xây dựng nội dung chương trình, phương tiện hỗ trợ khóa bồi dưỡng và kế hoạch bồi dưỡng cụ thể.
  7. Tiến hành thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi của quy trình bồi dưỡng, điều chỉnh các hoạt động bồi dưỡng, học liệu, website, công cụ đánh giá và đánh giá sự phát triển năng lực dạy học tích hợp STEM của giáo viên.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Cấu trúc năng lực dạy học tích hợp STEM của giáo viên THCS; quá trình phát triển năng lực dạy học tích hợp STEM của giáo viên THCS thông qua các hoạt động ở khóa bồi dưỡng.
  • Phạm vi nghiên cứu: Các hoạt động bồi dưỡng giáo viên qua các chủ đề STEM thuộc chương trình THCS; quá trình dạy học thử nghiệm một số chủ đề STEM tại các trường THCS thuộc tỉnh Quảng Ngãi.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trước đây

Luận án tiến hành tổng quan hệ thống các công trình nghiên cứu trong nước và quốc tế theo hai trục chính:

1. Nghiên cứu về giáo dục STEM và năng lực dạy học tích hợp STEM

  • Về khái niệm giáo dục STEM: Thuật ngữ ban đầu là SMET do Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ (NSF) sử dụng trong thập niên 1990, sau đó đổi thành STEM vào năm 2001 (Sanders, 2009). Nhóm nghiên cứu tập trung vào khoa học và toán học gồm Sanders (2009), Wang và cộng sự (2011), Breiner và cộng sự (2012). Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh công nghệ và kĩ thuật, thiết kế kỹ thuật gồm Bybee (2010), Hoachlander và Yanofsky (2011). Hướng tiếp cận ứng dụng thực tế được đề cập bởi J. Kalolo (2016), Morrison (2006), Tsupros và cộng sự (2009). Tại Việt Nam, các tác giả Nguyễn Văn Biên và Tưởng Duy Hải (2019), Lê Xuân Quang (2017), Nguyễn Thị Thùy Trang (2021) đã phân tích các mô hình và phương thức triển khai chủ đề STEM trong nhà trường phổ thông.
  • Về cấu trúc năng lực dạy học và năng lực dạy học tích hợp STEM: Các mô hình cấu trúc năng lực dạy học nói chung trên thế giới được tổng hợp từ Fedekin (2003), Thakur (2010), Naumescu (2014), Zaitseva (2008), Hwang và Baek (2008), Skvortsova (2013). Ở Việt Nam có các công trình của Vũ Xuân Hùng (2016), Phạm Minh Hạc (2011), Đỗ Mạnh Cường. Về khung năng lực dạy học tích hợp STEM chuyên biệt, tác giả điểm lại mô hình của Corbett và cộng sự (2014) tại bang Pennsylvania (Hoa Kỳ) gồm 4 hợp phần và 19 thành tố; nghiên cứu của Miran Song (2016) tại Hàn Quốc khảo sát 11 giáo viên qua kỹ thuật BEI và phần mềm Nvivo 11 xác định 3 hợp phần và 21 thành tố; tại Việt Nam có nghiên cứu của Nguyễn Văn An (2017) với 3 năng lực thành phần và 9 tiêu chí, nghiên cứu của Nguyễn Thị Thùy Trang (2021) với 4 năng lực thành phần và 8 tiêu chí dành cho sinh viên sư phạm Hóa học.

2. Nghiên cứu về bồi dưỡng giáo viên và đánh giá khóa bồi dưỡng

  • Xây dựng chương trình và chiến lược bồi dưỡng: Guskey (2000) xác định 3 yếu tố cốt lõi ảnh hưởng chất lượng phát triển nghề nghiệp là bối cảnh, quy trình và nội dung; Loucks-Horsley và cộng sự (2010) tổng kết 18 chiến lược bồi dưỡng chia thành 6 nhóm; Niess và cộng sự (2009) đề xuất chu trình 5 giai đoạn phát triển năng lực tích hợp công nghệ (Nhận biết, Chấp nhận, Thích ứng, Khám phá, Tiến tới); Ramos-Rodríguez và cộng sự (2021) áp dụng mô hình 2 giai đoạn kết hợp nghiên cứu bài học.
  • Hình thức và phương pháp bồi dưỡng: Phân loại 3 phương thức của Trần Bá Hoành (tập trung, tại chỗ, từ xa); mô hình dạy học kết hợp (blended learning) của Garrison và Kanuka (2004), Owston và cộng sự (2008); phương pháp Nghiên cứu bài học (Lesson Study) có nguồn gốc từ Nhật Bản (Fernandez và cộng sự); phương pháp Dạy học vi mô (Microteaching) khởi xướng tại Đại học Stanford từ thập niên 1960.
  • Đánh giá khóa bồi dưỡng: Mô hình đánh giá chất lượng phát triển chuyên môn của Drovnikov và cộng sự (2016); mô hình đánh giá 5 cấp độ của Guskey (2002) (Phản ứng của giáo viên, Học tập của giáo viên, Tổ chức và hỗ trợ, Sử dụng kiến thức/kỹ năng mới, Kết quả học tập của học sinh).

Khoảng trống nghiên cứu luận án lựa chọn giải quyết

Tổng quan tài liệu cho thấy:

  1. Các khung năng lực dạy học tích hợp STEM quốc tế (như ở Pennsylvania hay Hàn Quốc) được xây dựng trên chuẩn nghề nghiệp và chương trình GDPT riêng, chưa tương thích hoàn toàn với chuẩn nghề nghiệp giáo viên cơ sở giáo dục phổ thông theo Thông tư 20/2018/TT-BGDĐT của Việt Nam.
  2. Các nghiên cứu trong nước trước đó (Nguyễn Văn An, 2017; Nguyễn Thị Thùy Trang, 2021) chỉ xây dựng khung năng lực cho đối tượng sinh viên đại học ngành sư phạm Hóa học, chưa có khung năng lực chi tiết với các chỉ số hành vi dành riêng cho đội ngũ giáo viên đang trực tiếp giảng dạy tại các trường THCS.
  3. Chưa có công trình nào thiết kế hoàn chỉnh một chương trình bồi dưỡng năng lực dạy học tích hợp STEM cho giáo viên THCS theo hình thức dạy học kết hợp, kết hợp hai phương pháp Nghiên cứu bài học và Dạy học vi mô, đi kèm hệ thống website học liệu số và bộ công cụ rubric đánh giá sự phát triển năng lực theo các cấp độ chuẩn hóa.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Lý thuyết, khái niệm và khung phân tích

  • Khái niệm Giáo dục STEM: Tiếp cận theo Chương trình Giáo dục phổ thông 2018, là mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp học sinh áp dụng các kiến thức khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học vào giải quyết một số vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể.
  • Khái niệm Năng lực dạy học tích hợp STEM của GV THCS: Là khả năng làm chủ những kiến thức, kĩ năng, thái độ liên quan đến dạy học tích hợp STEM để xây dựng kế hoạch dạy học (KHDH) và tổ chức các hoạt động dạy học chủ đề/bài học STEM.
  • Khung phân tích và xây dựng năng lực:
    • Vận dụng quy trình xây dựng cấu trúc năng lực của Griffin, P. (2014) gồm 4 bước: (1) Định nghĩa năng lực; (2) Xác định các hợp phần, thành tố; (3) Xác định các chỉ số hành vi (CSHV); (4) Xác định tiêu chí chất lượng.
    • Vận dụng Thang nhận thức của Bloom (Bloom et al., 1956) để phân chia 4 mức độ chất lượng cho hợp phần Năng lực nhận thức: Mức 1 (Biết), Mức 2 (Hiểu), Mức 3 (Vận dụng), Mức 4 (Phân tích).
    • Vận dụng Thang phát triển kỹ năng nghề nghiệp của Dreyfus (1980) để phân chia 4 mức độ chất lượng cho các hợp phần Năng lực thiết kế, Năng lực thực hiện, Năng lực đánh giá và điều chỉnh: Mức 1 (Làm theo mẫu), Mức 2 (Tương tự), Mức 3 (Linh hoạt trong tình huống mới), Mức 4 (Sáng tạo).

Phương pháp nghiên cứu thực tế

Luận án kết hợp phương pháp nghiên cứu định tính và định lượng:

  • Phương pháp nghiên cứu lý luận: Phân tích, tổng hợp tài liệu về giáo dục STEM, chuẩn nghề nghiệp giáo viên (Thông tư 20/2018/TT-BGDĐT, Thông tư 30/2009/TT-BGDĐT, chuẩn nghề nghiệp giáo viên của Úc, Campuchia, Philippines), chương trình và sách giáo khoa THCS.
  • Phương pháp điều tra, khảo sát thực tiễn: Điều tra thực trạng nhận thức và nhu cầu bồi dưỡng giáo dục STEM trên mẫu giáo viên THCS tại tỉnh Quảng Ngãi.
  • Phương pháp chuyên gia (Delphi/Semina): Phỏng vấn sâu 15 giáo viên dạy STEM tại Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh; xin ý kiến 4 chuyên gia (1 PGS.TS chuyên ngành Toán, 1 PGS.TS chuyên ngành Vật lí, 2 TS chuyên ngành Vật lí) và tổ chức semina chuyên môn tại Bộ môn Lí luận và PPDH bộ môn Vật lí - Trường ĐH Sư phạm Hà Nội để hoàn thiện khung chỉ số hành vi.
  • Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Tổ chức thực nghiệm 2 vòng trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi; áp dụng hình thức dạy học kết hợp, kết hợp phương pháp Nghiên cứu bài học và Dạy học vi mô.
  • Phương pháp thống kê toán học: Sử dụng phần mềm SPSS 20 để nhập liệu, xử lý thống kê mô tả (tính giá trị trung bình, độ lệch chuẩn, phân bố tần số), so sánh đối chứng trước và sau tác động nhằm kiểm định sự phát triển năng lực của giáo viên.

Nguồn tư liệu và dữ liệu

  • Dữ liệu khảo sát ban đầu từ 82 giáo viên THCS tỉnh Quảng Ngãi (tháng 10/2017).
  • Dữ liệu thực nghiệm sư phạm vòng 1 (3 chủ đề STEM) và vòng 2 (23 nhóm trường THCS tại TP. Quảng Ngãi với 23 chủ đề STEM).
  • Sản phẩm kế hoạch dạy học, hồ sơ thiết kế, video clip giờ dạy vi mô và thực tế của các nhóm giáo viên (như THCS Lê Hồng Phong, THCS Tịnh An...).
  • Điểm đánh giá rubric, phiếu khảo sát phản hồi của giáo viên và học sinh sau khóa học.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Chương 1 hệ thống hóa các nền tảng lý luận và thực tiễn đã có về giáo dục STEM, năng lực dạy học tích hợp STEM và bồi dưỡng giáo viên.

  • Phân tích sự chuyển dịch từ các quan niệm giáo dục STEM truyền thống (thiên về Khoa học và Toán) sang tích hợp cân bằng cả Công nghệ và Thiết kế kỹ thuật theo định hướng giải quyết vấn đề thực tiễn.
  • So sánh các cấu trúc năng lực dạy học trên thế giới (Fedekin, Thakur, Naumescu, Zaitseva) và ở Việt Nam (Vũ Xuân Hùng, Phạm Minh Hạc, Đỗ Mạnh Cường), khẳng định năng lực dạy học là tổ hợp kiến thức, kỹ năng và thái độ thực thi các hoạt động sư phạm.
  • So sánh các mô hình năng lực dạy học tích hợp STEM:
Tiêu chí Mô hình Corbett et al. (2014) Mô hình Miran Song (2016) Mô hình Nguyễn Thị Thùy Trang (2021)
Đối tượng Giáo viên STEM Pennsylvania (Hoa Kỳ) Giáo viên THCS Hàn Quốc Sinh viên Sư phạm Hóa học (Việt Nam)
Quy mô cấu trúc 4 hợp phần, 19 thành tố 3 hợp phần, 21 thành tố 4 hợp phần, 8 tiêu chí
Phương pháp xác định Phân tích chương trình bồi dưỡng Phỏng vấn BEI (11 GV), xử lý bằng Nvivo 11 Nghiên cứu lý luận và thực nghiệm
Đặc điểm nội dung Tập trung nội dung STEM, kỹ năng giảng dạy, đánh giá lớp học Nhận thức, kỹ năng giảng dạy, thái độ Phù hợp đào tạo ban đầu môn Hóa, hợp phần tổ chức dạy học chỉ có 1 tiêu chí
  • Tổng kết các chiến lược bồi dưỡng giáo viên, phân tích ưu thế của hình thức dạy học kết hợp (linh hoạt, tạo cộng đồng học tập, kết hợp học trực tuyến qua LMS Moodle với thực hành trực tiếp), phương pháp Nghiên cứu bài học (nâng cao năng lực cộng tác, cải tiến bài học lấy học sinh làm trung tâm) và Dạy học vi mô (rèn luyện kỹ năng quản lý lớp, trình bày và phân tích phản hồi).
  • Khái quát mô hình đánh giá 5 cấp độ của Guskey làm cơ sở xây dựng bộ công cụ kiểm tra, đánh giá khóa bồi dưỡng.

Chương 2: Cơ sở lí luận và thực tiễn của việc bồi dưỡng năng lực dạy học tích hợp STEM của giáo viên trung học cơ sở

Chương 2 tập trung xác định các cơ sở lý luận chuyên biệt và kết quả khảo sát thực trạng làm căn cứ thiết kế chương trình bồi dưỡng.

1. Quy trình xây dựng và tiến trình dạy học chủ đề STEM

Luận án chuẩn hóa tiến trình xây dựng chủ đề STEM theo 4 bước (dựa trên hướng dẫn của Công văn 3089/BGDĐT-GDTrH):

  • Bước 1: Lựa chọn chủ đề/bài học STEM.
  • Bước 2: Xác định vấn đề cần giải quyết.
  • Bước 3: Xây dựng tiêu chí của thiết bị, giải pháp nhằm giải quyết vấn đề.
  • Bước 4: Thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học (gồm 5 hoạt động: HĐ 1: Xác định vấn đề; HĐ 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp; HĐ 3: Lựa chọn giải pháp; HĐ 4: Chế tạo mẫu, thử nghiệm và điều chỉnh; HĐ 5: Chia sẻ, thảo luận, đánh giá).

Luận án minh họa chi tiết qua chủ đề "Chế tạo bè nổi" (tích hợp môn Vật lí 8: Lực đẩy Ác-si-mét, Sự nổi; Công nghệ 8: Bản vẽ chi tiết; Tin học 7: Thao tác với bảng tính; Kĩ thuật 5: Lắp ghép mô hình kĩ thuật; và Toán học tính toán tải trọng chịu tải 2 kg với chi phí dưới 50.000 đồng từ vật liệu tái chế).

2. Cấu trúc năng lực dạy học tích hợp STEM của giáo viên THCS

Sau khi hoàn thiện quy trình 7 bước (nghiên cứu tài liệu, phỏng vấn 15 GV, xác định hợp phần, xây dựng CSHV, xin ý kiến 4 chuyên gia và tổ chức semina, thực nghiệm điều chỉnh), luận án xác lập khung năng lực gồm 4 hợp phần với 23 chỉ số hành vi (CSHV):

Hợp phần năng lực Số CSHV Nội dung các chỉ số hành vi tiêu biểu
1. Năng lực nhận thức về DHTH STEM 4 - NT1.1: Nhận thức một số vấn đề cơ bản về GD STEM (khái niệm, bản chất, mục tiêu, phân loại, vai trò).
- NT1.2: Nhận thức về cách vận dụng quy trình thiết kế kĩ thuật trong DH chủ đề/bài học STEM.
- NT1.3: Nhận thức về cách vận dụng quy trình NC khoa học trong DH chủ đề/bài học STEM.
- NT1.4: Nhận thức về cách vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết vấn đề thực tiễn.
2. Năng lực thiết kế KHDH chủ đề/bài học STEM 8 - TK2.1: Phát hiện vấn đề thực tiễn liên quan đến nội dung kiến thức THCS.
- TK2.2: Phối hợp với giáo viên các môn khác trong việc xây dựng chủ đề STEM.
- TK2.3: Xác định mục tiêu dạy học chủ đề/bài học STEM.
- TK2.4: Xác định tiêu chí đánh giá bản thiết kế và sản phẩm.
- TK2.5 - TK2.8: Thiết kế chi tiết chuỗi 5 hoạt động dạy học, phương tiện và phiếu học tập.
3. Năng lực thực hiện KHDH chủ đề/bài học STEM 7 - Tổ chức các hoạt động mở đầu, chuyển giao nhiệm vụ, hướng dẫn học sinh nghiên cứu kiến thức nền, hỗ trợ học sinh thực hiện chế tạo/thử nghiệm, tổ chức báo cáo, điều hành thảo luận và kết luận hóa kiến thức.
4. Năng lực đánh giá và điều chỉnh KHDH chủ đề/bài học STEM 4 - Xây dựng và sử dụng công cụ đánh giá quá trình; đánh giá sản phẩm học tập theo rubric; thu thập thông tin phản hồi từ học sinh; điều chỉnh kế hoạch dạy học sau thực tế triển khai.

3. Cơ sở thực tiễn

Kết quả khảo sát thực trạng giáo viên THCS cho thấy:

  • Phần lớn giáo viên nhận thức được tầm quan trọng của giáo dục STEM nhưng còn lúng túng trong việc xác định kiến thức liên môn và thiết kế chuỗi hoạt động học tập dựa trên quy trình kỹ thuật.
  • Nhu cầu bồi dưỡng tập trung cao nhất ở các kỹ năng: phát hiện vấn đề thực tiễn gắn với môn học, xây dựng tiêu chí đánh giá sản phẩm và phương pháp điều hành hoạt động chế tạo - thử nghiệm của học sinh.

Chương 3: Thiết kế chương trình bồi dưỡng năng lực dạy học tích hợp STEM cho giáo viên trung học cơ sở

Chương 3 trình bày toàn bộ thiết kế cấu trúc, học liệu, quy trình tổ chức và công cụ đo lường của chương trình bồi dưỡng.

1. Cấu trúc và nội dung chương trình bồi dưỡng

Chương trình được thiết kế nhằm hình thành và phát triển 4 hợp phần năng lực dạy học tích hợp STEM cho giáo viên THCS.

  • Phương tiện hỗ trợ:
    • Hệ thống học liệu số hóa trên trang web chuyên dụng: https://khoahocstem.com/ (chứa các module tự học về lý luận GD STEM, quy trình thiết kế KHDH, video bài giảng minh họa, kho học liệu mở).
    • Tài liệu in hướng dẫn bồi dưỡng giáo viên về giáo dục STEM.
  • Phương pháp tổ chức: Áp dụng hình thức Dạy học kết hợp (kết hợp tự học trực tuyến có hướng dẫn trên website và học tập trực tiếp tập trung). Trong quá trình bồi dưỡng trực tiếp, lồng ghép hai phương pháp sư phạm trọng tâm:
    • Dạy học vi mô (Microteaching): Giáo viên thực hành giảng dạy từng hoạt động cụ thể (hoạt động 1, hoạt động 3, hoạt động 5) trong nhóm nhỏ, được ghi hình và phân tích, rút kinh nghiệm tại chỗ.
    • Nghiên cứu bài học (Lesson Study): Các nhóm giáo viên cùng nhau thiết kế, dự giờ, phân tích tiến trình hoạt động học của học sinh, điều chỉnh và hoàn thiện kế hoạch bài dạy.

2. Quy trình tổ chức bồi dưỡng

Được triển khai theo 2 giai đoạn:

  • Giai đoạn 1 (Trực tuyến và trực tiếp ban đầu): Giáo viên tự học các module lý luận trên website https://khoahocstem.com/, làm bài kiểm tra nhận thức đầu vào (Pre-test); tham gia các buổi tập huấn trực tiếp để thực hành xây dựng KHDH sơ bộ, thực hành dạy học vi mô.
  • Giai đoạn 2 (Thực hành tại trường phổ thông và đánh giá): Giáo viên hoàn thiện KHDH, triển khai dạy học thực tế tại lớp học trường THCS theo mô hình Nghiên cứu bài học; đồng nghiệp dự giờ, thu thập minh chứng, đánh giá theo rubric và tải sản phẩm lên website; làm bài kiểm tra sau khóa học (Post-test).

3. Thiết kế công cụ kiểm tra, đánh giá

Luận án xây dựng hệ thống công cụ đánh giá đa dạng:

  • Bài kiểm tra trắc nghiệm và tự luận đánh giá năng lực nhận thức trước và sau bồi dưỡng.
  • Phiếu đánh giá KHDH chủ đề STEM (gồm các tiêu chí về mục tiêu, nội dung liên môn, chuỗi hoạt động, tiêu chí sản phẩm).
  • Phiếu đánh giá giờ dạy chủ đề/bài học STEM.
  • Hệ thống Rubric đánh giá chi tiết từng chỉ số hành vi theo 4 mức độ chất lượng (các rubric chuyên sâu cho CSHV NT1.1, NT1.2, NT1.3, NT1.4, TK2.6...).
  • Phiếu khảo sát phản hồi của giáo viên về khóa bồi dưỡng và phiếu khảo sát phản hồi của học sinh sau khi học chủ đề STEM.

Chương 4: Thực nghiệm sư phạm

Chương 4 kiểm chứng tính khả thi và hiệu quả của chương trình bồi dưỡng thông qua 2 vòng thực nghiệm sư phạm tại thành phố Quảng Ngãi, tỉnh Quảng Ngãi.

1. Thực nghiệm sư phạm vòng 1

  • Mục đích: Thử nghiệm quy trình bồi dưỡng, kiểm tra mức độ thân thiện và hiệu quả của website https://khoahocstem.com/, tinh chỉnh các tiêu chí rubric và các hoạt động bồi dưỡng.
  • Kết quả: Giáo viên xây dựng và thử nghiệm thành công 3 kế hoạch dạy học chủ đề STEM. Điểm kiểm tra năng lực nhận thức và kỹ năng thiết kế sau thực nghiệm có sự gia tăng rõ rệt so với trước thực nghiệm. Luận án rút ra các điểm cần điều chỉnh về thời lượng tự học trực tuyến và tiêu chí đánh giá hoạt động 3 (Lựa chọn giải pháp) để chuyển sang vòng 2.

2. Thực nghiệm sư phạm vòng 2

  • Quy mô: Mở rộng triển khai tại 23 nhóm trường THCS thuộc thành phố Quảng Ngãi.
  • Phân tích định tính:
    • Chất lượng KHDH của 23 nhóm có sự tiến bộ vượt bậc giữa đợt 1 (trước khi góp ý qua dạy học vi mô) và đợt 2 (sau khi hoàn thiện qua nghiên cứu bài học).
    • Phân tích các sản phẩm thực tế của học sinh và kế hoạch bài dạy của Nhóm 7, Nhóm 14 (Trường THCS Tịnh An), Nhóm 20 (Trường THCS Lê Hồng Phong), Nhóm 23 cho thấy tiêu chí đánh giá sản phẩm được xây dựng tường minh, gắn liền với nguyên lý khoa học và giảm thiểu tính cảm tính.
  • Phân tích định lượng (xử lý bằng SPSS 20):
    • Điểm kiểm tra kiến thức và năng lực nhận thức về GD STEM tăng đáng kể giữa trước và sau tập huấn. Tỉ lệ giáo viên trả lời đúng và đầy đủ các khái niệm bản chất tăng cao, tỉ lệ không trả lời được giảm về 0%.
    • Sự thay đổi mức độ đạt được ở các chỉ số hành vi: Hầu hết giáo viên chuyển dịch từ Mức 1 (làm theo mẫu) và Mức 2 (tương tự) lên Mức 3 (vận dụng linh hoạt trong tình huống mới) và Mức 4 (sáng tạo).
    • Điểm đánh giá KHDH lần 2 cao hơn rõ rệt so với lần 1 trên tất cả các tiêu chí thành phần.
    • Thống kê tự đánh giá của giáo viên về năng lực dạy học tích hợp STEM sau khóa học cho thấy sự gia tăng có ý nghĩa thống kê về giá trị trung bình (GTTB).
  • Phản hồi sau khóa học:
    • Giáo viên đánh giá cao tính thực tiễn và tính linh hoạt của hình thức dạy học kết hợp cùng sự hỗ trợ của website https://khoahocstem.com/. Đa số giáo viên bày tỏ nguyện vọng tiếp tục nghiên cứu, áp dụng giáo dục STEM vào các năm học tiếp theo.
    • Phản hồi của học sinh sau khi tham gia các chủ đề STEM cho thấy sự gia tăng hứng thú học tập, cải thiện kỹ năng làm việc nhóm và năng lực vận dụng kiến thức khoa học vào chế tạo sản phẩm thực tế.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt lí luận

  1. Luận án đã xây dựng được cấu trúc năng lực dạy học tích hợp STEM dành riêng cho giáo viên trung học cơ sở gồm 4 hợp phần (Nhận thức; Thiết kế KHDH; Thực hiện KHDH; Đánh giá và điều chỉnh KHDH) được cụ thể hóa thành 23 chỉ số hành vi với bảng mô tả tiêu chí chất lượng 4 mức độ dựa trên thang nhận thức Bloom và thang phát triển kỹ năng nghề nghiệp Dreyfus.
  2. Xác định hệ thống các nguyên tắc mang tính định hướng cho việc xây dựng và tổ chức chương trình bồi dưỡng năng lực dạy học tích hợp STEM cho giáo viên THCS.
  3. Phát triển quy trình xây dựng chương trình bồi dưỡng và đề xuất quy trình tổ chức bồi dưỡng 2 giai đoạn theo hình thức dạy học kết hợp, tích hợp phương pháp Nghiên cứu bài học và Dạy học vi mô.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn

  1. Thiết kế và vận hành thành công khóa bồi dưỡng năng lực dạy học tích hợp STEM cho giáo viên THCS, bao gồm:
    • Trang web học liệu số: https://khoahocstem.com/.
    • Bộ tài liệu bồi dưỡng giáo viên về giáo dục STEM.
    • Bộ công cụ kiểm tra, đánh giá toàn diện (bài test, phiếu đánh giá giờ dạy, rubric đánh giá KHDH và các CSHV).
  2. Xây dựng và thực nghiệm thành công ngân hàng dữ liệu gồm 26 kế hoạch dạy học chủ đề STEM cấp THCS (3 chủ đề ở thực nghiệm sư phạm vòng 1 và 23 chủ đề ở thực nghiệm sư phạm vòng 2) được số hóa và chia sẻ công khai trên trang web https://khoahocstem.com/ phục vụ giáo viên tham khảo, áp dụng.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

  • Đối với các cơ quan quản lý giáo dục (Bộ GD&ĐT, Sở GD&ĐT, Phòng GD&ĐT): Cần áp dụng mô hình bồi dưỡng giáo viên theo hình thức dạy học kết hợp vào công tác bồi dưỡng thường xuyên; chỉ đạo các trường THCS tăng cường sinh hoạt chuyên môn theo mô hình Nghiên cứu bài học gắn với dạy học tích hợp STEM.
  • Đối với các trường THCS: Tạo điều kiện về cơ sở vật chất, linh hoạt bố trí thời khóa biểu để các tổ/nhóm chuyên môn liên môn phối hợp xây dựng và triển khai các chủ đề STEM.
  • Đối với giáo viên: Chủ động khai thác các nền tảng số hóa (như website https://khoahocstem.com/) để tự bồi dưỡng, tăng cường trao đổi chuyên môn liên môn trong nhà trường.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên nội dung và phạm vi nghiên cứu được tác giả xác định trong văn bản:

  • Hạn chế về phạm vi không gian và đối tượng: Thực nghiệm sư phạm của luận án mới chỉ tập trung triển khai trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi (chủ yếu tại các trường THCS thuộc thành phố Quảng Ngãi), tập trung vào giáo viên giảng dạy các môn khoa học tự nhiên (Vật lí, Hóa học, Sinh học) và một số môn liên quan (Toán, Công nghệ, Tin học) cấp THCS.
  • Hướng nghiên cứu tiếp theo:
    • Mở rộng phạm vi bồi dưỡng và thực nghiệm sang các tỉnh, thành phố khác có điều kiện kinh tế - xã hội và cơ sở vật chất đa dạng hơn.
    • Nghiên cứu mở rộng khung năng lực và quy trình bồi dưỡng dạy học tích hợp STEM cho các cấp học khác (tiểu học và trung học phổ thông).
    • Tiếp tục phát triển, cập nhật hệ thống học liệu và các chủ đề STEM chuyên sâu trên nền tảng https://khoahocstem.com/.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cao đối với các nhóm đối tượng:

  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên chuyên ngành Lí luận và PPDH: Tham khảo cơ sở lý luận về cấu trúc năng lực dạy học tích hợp STEM, kỹ thuật thiết kế rubric đánh giá năng lực theo thang Bloom và Dreyfus, cũng như phương pháp luận kết hợp Dạy học kết hợp với Nghiên cứu bài học và Dạy học vi mô.
  • Cán bộ quản lý giáo dục, chuyên viên chỉ đạo chuyên môn tại các Sở/Phòng GD&ĐT: Tham khảo quy trình tổ chức bồi dưỡng giáo viên 2 giai đoạn để ứng dụng trong các chương trình bồi dưỡng thường xuyên và triển khai Chương trình GDPT 2018.
  • Giáo viên các trường THCS: Tham khảo trực tiếp quy trình 4 bước thiết kế chủ đề STEM, cấu trúc 5 hoạt động của bài học STEM theo Công văn 3089/BGDĐT-GDTrH, cùng hệ thống 26 kế hoạch dạy học chủ đề STEM mẫu (như chủ đề "Chế tạo bè nổi") đã được kiểm chứng thực tế trên trang web https://khoahocstem.com/.

Câu hỏi thường gặp

1. Cấu trúc năng lực dạy học tích hợp STEM của giáo viên THCS trong luận án gồm những hợp phần nào?

Cấu trúc năng lực do tác giả đề xuất gồm 4 hợp phần với tổng cộng 23 chỉ số hành vi (CSHV):

  • Năng lực nhận thức về DHTH STEM (4 CSHV: NT1.1 đến NT1.4).
  • Năng lực thiết kế KHDH chủ đề/bài học STEM (8 CSHV: TK2.1 đến TK2.8).
  • Năng lực thực hiện KHDH chủ đề/bài học STEM (7 CSHV).
  • Năng lực đánh giá và điều chỉnh KHDH chủ đề/bài học STEM (4 CSHV).

2. Các mức độ chất lượng của chỉ số hành vi trong khung năng lực được phân chia dựa trên cơ sở khoa học nào?

Luận án sử dụng hai thang đo chuẩn hóa để chia mỗi CSHV thành 4 mức độ chất lượng:

  • Đối với hợp phần Năng lực nhận thức: Vận dụng thang nhận thức Bloom (gồm 4 mức: Mức 1 - Biết, Mức 2 - Hiểu, Mức 3 - Vận dụng, Mức 4 - Phân tích).
  • Đối với 3 hợp phần Kỹ năng nghề nghiệp (Thiết kế, Thực hiện, Đánh giá - điều chỉnh): Vận dụng thang phát triển kỹ năng của Dreyfus (gồm 4 mức: Mức 1 - Thực hiện lại theo mẫu, Mức 2 - Thực hiện trong tình huống tương tự, Mức 3 - Thực hiện linh hoạt trong tình huống mới, Mức 4 - Thực hiện sáng tạo trong tình huống mới).

3. Tiến trình tổ chức dạy học một chủ đề STEM được luận án chuẩn hóa gồm những hoạt động nào?

Dựa theo định hướng của Công văn 3089/BGDĐT-GDTrH, tiến trình dạy học gồm chuỗi 5 hoạt động liên hoàn:

  • Hoạt động 1: Xác định vấn đề.
  • Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp.
  • Hoạt động 3: Lựa chọn giải pháp.
  • Hoạt động 4: Chế tạo mẫu, thử nghiệm và điều chỉnh.
  • Hoạt động 5: Chia sẻ, thảo luận, đánh giá.

4. Khóa bồi dưỡng giáo viên trong luận án được tổ chức theo hình thức và phương pháp sư phạm nào?

Khóa bồi dưỡng được tổ chức theo hình thức Dạy học kết hợp (kết hợp tự học trực tuyến trên website https://khoahocstem.com/ và tập huấn trực tiếp). Quá trình bồi dưỡng sử dụng phối hợp hai phương pháp sư phạm chủ đạo là Nghiên cứu bài học (Lesson Study) và Dạy học vi mô (Microteaching).

5. Kết quả thực nghiệm sư phạm của luận án đạt được những sản phẩm cụ thể nào?

Qua 2 vòng thực nghiệm sư phạm tại thành phố Quảng Ngãi, tác giả đã cùng với các giáo viên THCS xây dựng, thử nghiệm và hoàn thiện 26 kế hoạch dạy học chủ đề STEM (3 chủ đề ở vòng 1 và 23 chủ đề ở vòng 2 của 23 nhóm trường THCS), đồng thời toàn bộ 26 kế hoạch này đã được đăng tải trên website https://khoahocstem.com/.

Kết luận

Luận án của tác giả Nguyễn Thị Thu Thủy đã giải quyết trọn vẹn nhiệm vụ nghiên cứu thông qua việc xác lập khung năng lực dạy học tích hợp STEM gồm 4 hợp phần và 23 chỉ số hành vi dành riêng cho giáo viên THCS theo chuẩn nghề nghiệp hiện hành. Trên cơ sở đó, tác giả đã thiết kế và vận hành thành công chương trình bồi dưỡng theo hình thức dạy học kết hợp, tích hợp phương pháp Nghiên cứu bài học và Dạy học vi mô cùng hệ sinh thái học liệu số trên trang web https://khoahocstem.com/. Kết quả thực nghiệm sư phạm 2 vòng tại tỉnh Quảng Ngãi đã chứng minh tính khả thi, sự phát triển có ý nghĩa thống kê về năng lực dạy học tích hợp STEM của giáo viên, đồng thời đóng góp cho thực tiễn 26 kế hoạch dạy học chủ đề STEM hoàn chỉnh.