Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh chuyển đổi số toàn cầu, việc phát triển năng lực số (NLS) cho học sinh trở thành một yêu cầu cấp thiết nhằm đáp ứng nhu cầu học tập và làm việc trong kỷ nguyên công nghệ. Theo khảo sát tại các trường trung học cơ sở (THCS) trên địa bàn Hà Nội, 98,3% học sinh nhận thức rõ tầm quan trọng của năng lực số, trong đó 70,2% đánh giá rất cần thiết. Tuy nhiên, kỹ năng đánh giá độ uy tín thông tin và làm việc nhóm trên môi trường số vẫn còn hạn chế, với khoảng 59,6% học sinh chỉ đạt mức trung bình về đánh giá thông tin và 5,2% gặp khó khăn trong làm việc nhóm. Đồng thời, khảo sát giáo viên (GV) cho thấy 100% GV công nhận tầm quan trọng của việc ứng dụng công nghệ thông tin (CNTT) trong dạy học, nhưng chỉ có dưới 10% GV thường xuyên sử dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường (AR) trong giảng dạy.

Trước thực trạng đó, luận văn tập trung nghiên cứu ứng dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường nhằm nâng cao năng lực số cho học sinh trong dạy học phần Vật sống thuộc môn Khoa học tự nhiên lớp 8 tại trường THCS Ngoại ngữ, Hà Nội, trong giai đoạn từ tháng 1 đến tháng 9 năm 2024. Mục tiêu cụ thể là thiết kế các hoạt động học tập có ứng dụng AR trên nền tảng EON-XR để phát triển năng lực số cho học sinh, đồng thời đánh giá hiệu quả của phương pháp này thông qua thực nghiệm sư phạm.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc đổi mới phương pháp dạy học, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục phổ thông, đồng thời trang bị cho học sinh kỹ năng số thiết yếu, giúp các em thích ứng với yêu cầu của xã hội số hóa và hội nhập quốc tế. Việc ứng dụng AR không chỉ giúp trực quan hóa các khái niệm sinh học phức tạp mà còn thúc đẩy sự chủ động, sáng tạo và khả năng hợp tác trong học tập của học sinh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: công nghệ thực tế ảo tăng cường (Augmented Reality - AR) và năng lực số (Digital Competence).

  • Công nghệ thực tế ảo tăng cường (AR): Được định nghĩa là công nghệ tích hợp các yếu tố ảo vào môi trường thực tế theo thời gian thực, giúp tăng cường trải nghiệm người dùng. AR có các đặc tính nổi bật như kết hợp giữa thực và ảo, tương tác thời gian thực và thể hiện trong không gian ba chiều. Nền tảng EON-XR được sử dụng trong nghiên cứu cung cấp thư viện mô hình 3D phong phú, hỗ trợ tương tác và thiết kế bài học đa dạng.

  • Năng lực số (NLS): Theo UNESCO (2018), năng lực số là khả năng truy cập, quản lý, hiểu, tích hợp, giao tiếp, đánh giá và tạo thông tin một cách an toàn và phù hợp thông qua các công nghệ kỹ thuật số. Khung năng lực số DigComp 2.1 của Ủy ban Châu Âu phân chia NLS thành 5 lĩnh vực chính: xử lý thông tin và dữ liệu, giao tiếp và hợp tác, sáng tạo nội dung số, an toàn và giải quyết vấn đề. Khung năng lực số cho học sinh phổ thông Việt Nam mở rộng thành 7 lĩnh vực, bao gồm vận hành thiết bị số và năng lực định hướng nghề nghiệp.

Ba khái niệm chính được tập trung trong nghiên cứu là: năng lực số tổng thể, công nghệ thực tế ảo tăng cường trong giáo dục, và phát triển năng lực số thông qua ứng dụng AR.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Nghiên cứu sử dụng dữ liệu sơ cấp thu thập từ khảo sát 30 giáo viên môn Khoa học tự nhiên và 200 học sinh lớp 8 tại trường THCS Ngoại ngữ, Hà Nội. Dữ liệu thứ cấp được tổng hợp từ các tài liệu nghiên cứu trong và ngoài nước về AR, năng lực số và phương pháp dạy học.

  • Phương pháp phân tích: Kết hợp phân tích định lượng và định tính. Phân tích định lượng sử dụng phần mềm Excel để xử lý số liệu khảo sát, so sánh điểm số và mức độ phát triển năng lực số trước và sau thực nghiệm. Phân tích định tính dựa trên quan sát, phỏng vấn và đánh giá rubrics năng lực số.

  • Thiết kế thực nghiệm: Thực nghiệm sư phạm được tiến hành tại trường THCS Ngoại ngữ với cỡ mẫu gồm 4 lớp 8, trong đó 2 lớp thực nghiệm (8A2, 8A4) được dạy học có ứng dụng AR trên nền tảng EON-XR, 2 lớp đối chứng (8A1, 8A3) học theo phương pháp truyền thống. Các lớp có mức điểm trung bình và ý thức học tập tương đồng nhằm đảm bảo tính khách quan.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được triển khai từ tháng 1 đến tháng 9 năm 2024, bao gồm giai đoạn khảo sát thực trạng, thiết kế kế hoạch dạy học, thực nghiệm sư phạm và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu quả phát triển năng lực số: Sau thực nghiệm, học sinh lớp thực nghiệm có mức độ phát triển năng lực số tăng trung bình 25% so với trước khi áp dụng AR, trong khi lớp đối chứng chỉ tăng khoảng 8%. Các kỹ năng như xử lý thông tin, sáng tạo nội dung số và giải quyết vấn đề được cải thiện rõ rệt.

  2. Mức độ sử dụng và nhận thức về AR: Chỉ 15,8% giáo viên thường xuyên sử dụng AR trong giảng dạy, 26,3% sử dụng thỉnh thoảng, còn lại hơn 60% chưa từng áp dụng. Tuy nhiên, 73,6% giáo viên đánh giá AR là hữu ích hoặc rất hữu ích trong việc hỗ trợ giảng dạy.

  3. Tương tác và hứng thú học tập của học sinh: Hơn 50% học sinh tham gia thực nghiệm cho biết AR giúp các em dễ hiểu và hứng thú hơn với bài học phần Vật sống. Tỷ lệ học sinh đánh giá AR rất hữu ích và hữu ích đạt 50,9%.

  4. Khó khăn trong triển khai: Giáo viên gặp khó khăn về kỹ năng sử dụng phần mềm AR (chỉ 26,2% thành thạo), thiếu thiết bị hỗ trợ và thời gian chuẩn bị bài giảng. Học sinh cũng cần thời gian làm quen với công nghệ mới.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy ứng dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường trong dạy học phần Vật sống giúp nâng cao năng lực số cho học sinh một cách hiệu quả. Việc tăng 25% điểm năng lực số sau thực nghiệm phản ánh sự phát triển toàn diện về kỹ năng số, đặc biệt trong xử lý thông tin và sáng tạo nội dung số. Điều này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế cho thấy AR giúp cải thiện sự hiểu biết và ghi nhớ kiến thức khoa học phức tạp.

Mặc dù nhận thức về AR của giáo viên còn hạn chế và tỷ lệ sử dụng chưa cao, sự đánh giá tích cực về tính hữu ích của AR cho thấy tiềm năng lớn để mở rộng ứng dụng. Các biểu đồ so sánh mức độ sử dụng AR và đánh giá hiệu quả có thể minh họa rõ nét sự khác biệt giữa lớp thực nghiệm và đối chứng.

Khó khăn về kỹ năng và thiết bị là rào cản phổ biến, tương tự như các nghiên cứu trong nước và quốc tế. Điều này nhấn mạnh nhu cầu đào tạo chuyên sâu cho giáo viên và đầu tư cơ sở vật chất để phát huy tối đa lợi ích của AR trong giáo dục.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tổ chức đào tạo chuyên sâu cho giáo viên: Cần xây dựng các khóa bồi dưỡng kỹ năng sử dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường, đặc biệt là nền tảng EON-XR, nhằm nâng cao năng lực ứng dụng công nghệ trong giảng dạy. Thời gian thực hiện trong 6 tháng, do Sở Giáo dục và Đào tạo phối hợp với các trung tâm công nghệ giáo dục tổ chức.

  2. Đầu tư trang thiết bị công nghệ: Trang bị thiết bị hỗ trợ như máy tính bảng, kính AR và kết nối internet ổn định tại các trường THCS để tạo điều kiện thuận lợi cho việc áp dụng AR trong dạy học. Mục tiêu đạt 80% trường THCS trong địa bàn Hà Nội có đủ thiết bị trong vòng 1 năm.

  3. Xây dựng kế hoạch dạy học tích hợp AR: Phát triển các bài giảng mẫu có ứng dụng AR trong phần Vật sống môn Khoa học tự nhiên lớp 8, đồng thời hướng dẫn giáo viên cách thiết kế hoạt động học tập phát triển năng lực số. Thời gian hoàn thành trong 3 tháng, do nhóm nghiên cứu và giáo viên chủ chốt thực hiện.

  4. Khuyến khích học sinh tự học và sáng tạo: Tạo môi trường học tập tương tác, khuyến khích học sinh sử dụng AR để khám phá kiến thức, phát triển kỹ năng tự học và sáng tạo nội dung số. Thực hiện qua các hoạt động ngoại khóa và dự án học tập trong năm học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Giáo viên môn Khoa học tự nhiên THCS: Nhận được hướng dẫn cụ thể về cách tích hợp công nghệ thực tế ảo tăng cường vào giảng dạy phần Vật sống, giúp nâng cao hiệu quả bài giảng và phát triển năng lực số cho học sinh.

  2. Nhà quản lý giáo dục: Có cơ sở khoa học để xây dựng chính sách, kế hoạch đầu tư trang thiết bị và đào tạo giáo viên nhằm thúc đẩy ứng dụng công nghệ trong giáo dục phổ thông.

  3. Nhà nghiên cứu giáo dục và công nghệ: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, kết quả thực nghiệm và khung lý thuyết về AR và năng lực số, từ đó phát triển các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực giáo dục STEM và chuyển đổi số.

  4. Sinh viên sư phạm và đào tạo giáo viên: Học hỏi kinh nghiệm thiết kế bài giảng tích hợp công nghệ mới, phát triển năng lực số và áp dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường trong giảng dạy.

Câu hỏi thường gặp

  1. Công nghệ thực tế ảo tăng cường (AR) là gì?
    AR là công nghệ tích hợp các yếu tố ảo như hình ảnh 3D, video vào môi trường thực tế theo thời gian thực, giúp người dùng tương tác và trải nghiệm sinh động hơn. Ví dụ, học sinh có thể quan sát mô hình 3D cấu tạo tim người ngay trong lớp học.

  2. Lợi ích của AR trong dạy học môn Khoa học tự nhiên là gì?
    AR giúp trực quan hóa các khái niệm phức tạp, tăng hứng thú học tập, phát triển kỹ năng số và khả năng giải quyết vấn đề. Nghiên cứu cho thấy học sinh sử dụng AR tăng 25% năng lực số so với phương pháp truyền thống.

  3. Làm thế nào để giáo viên có thể áp dụng AR hiệu quả?
    Giáo viên cần được đào tạo kỹ năng sử dụng phần mềm AR, thiết kế bài giảng phù hợp với mục tiêu phát triển năng lực số, đồng thời tạo môi trường học tập tương tác và khuyến khích học sinh tham gia tích cực.

  4. Khó khăn phổ biến khi triển khai AR trong trường học là gì?
    Thiếu thiết bị công nghệ, kỹ năng sử dụng phần mềm của giáo viên còn hạn chế, thời gian chuẩn bị bài giảng dài và chưa có nhiều tài liệu hướng dẫn cụ thể là những thách thức chính.

  5. Năng lực số bao gồm những kỹ năng nào?
    Năng lực số gồm khả năng truy cập, quản lý, đánh giá và tạo thông tin số, giao tiếp và hợp tác trên môi trường số, bảo vệ an toàn thông tin và giải quyết vấn đề công nghệ. Đây là kỹ năng thiết yếu trong học tập và công việc hiện đại.

Kết luận

  • Ứng dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường trong dạy học phần Vật sống giúp nâng cao năng lực số cho học sinh THCS một cách rõ rệt, với mức tăng trung bình 25% sau thực nghiệm.
  • Giáo viên và học sinh đều đánh giá tích cực về tính hữu ích của AR, tuy nhiên tỷ lệ sử dụng và hiểu biết về công nghệ này còn hạn chế.
  • Khó khăn chính bao gồm thiếu thiết bị, kỹ năng sử dụng phần mềm AR của giáo viên và thời gian chuẩn bị bài giảng.
  • Cần có các giải pháp đào tạo giáo viên, đầu tư trang thiết bị và xây dựng kế hoạch dạy học tích hợp AR để phát huy tối đa hiệu quả.
  • Nghiên cứu mở ra hướng đi mới cho đổi mới phương pháp dạy học, góp phần phát triển năng lực số cho học sinh, đáp ứng yêu cầu chuyển đổi số trong giáo dục phổ thông.

Hành động tiếp theo: Các nhà quản lý giáo dục và giáo viên nên phối hợp triển khai đào tạo và đầu tư thiết bị, đồng thời áp dụng quy trình dạy học có ứng dụng AR để nâng cao chất lượng giảng dạy và phát triển năng lực số cho học sinh.