CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC DẠY HỌC STEM CHO SINH VIÊN SƯ PHẠM HOÁ HỌC 1. Lịch sử nghiên cứu vấn đề về giáo dục STEM và việc phát triển năng lực dạy học STEM cho sinh viên sư phạm hoá học 1. Trên thế giới Trên cơ sở nghiên cứu các tài liệu tham khảo về giáo dục STEM và việc phát triển NLDH STEM cho GV, SVSP, SVSPHH, chúng tôi tổng quan lịch sử nghiên cứu vấn đề trên thế giới như sau: Quỹ khoa học quốc gia Mỹ (1990) đã bắt đầu sử dụng từ “SMET” là từ viết tắt cho Khoa học, Toán học, Kĩ thuật, Công nghệ, sau này đổi thành STEM [109]. Tuy nhiên STEM không phải là cách tiếp cận mới đối với giáo dục mà đã bắt nguồn từ một phong trào giáo dục trong thời kì đỉnh cao của cuộc đua vũ trụ năm 1958.
Các công trình của các tác giả Morrison, Amanda Roberts, David W. Dugger, Ryan Brown,. đã nghiên cứu về lịch sử, quá trình phát triển, tầm quan trọng của giáo dục STEM [58], [104], [107]. Trong CT Trung học phổ thông (THPT) của Pháp, giáo dục STEM được dành thời lượng đáng kể [68].
Giáo dục STEM rất được quan tâm ở Anh với quan niệm là một cách tiếp cận (không phải là một môn học) [34]. Có nhiều công trình đã nghiên cứu về các PPDH, hình thức tổ chức trong giáo dục STEM. Ở Anh: giáo dục STEM được tổ chức qua các hình thức là dạy trong một môn học hoặc nhiều môn học; chủ đề STEM được tiếp cận theo góc độ kiến thức chuyên môn riêng và được thực hiện song song với CT học [99]. Các PPDH tích cực được sử dụng chủ yếu trong giáo dục STEM là dạy học dự án, dạy học giải quyết vấn đề, dạy học khám phá theo các nghiên cứu của Gardner [75], Hays Blaine Lantz [77], Karl A.
7 Một số công trình đã trình bày về cách thức thiết kế một chủ đề STEM như: Hice (2013) đã xây dựng vòng lặp thiết kế - đây là một hướng dẫn cho HS về thiết kế STEM, đã mô tả từng giai đoạn của vòng lặp thiết kế vào một số chủ đề STEM cụ thể [78]. Mary Margaret Capraro (2016) đã phát hành tài liệu gồm 18 KHDH chủ đề STEM [100]. Khi bàn về vai trò của người GV dạy STEM, Khair bin Mohamad Yusof (2017), chủ biên CTGDPT Malaysia cho rằng: người GV có vai trò quan trọng trong việc tăng sự quan tâm và tự tin của HS đối với STEM [89]. Ring [71] và Karl A.
Smith [87] đề cập đến các yếu tố như niềm tin, sự hiểu biết, sự khuyến khích HS tham gia học tập, sự tương tác với HS và tương tác với GV khác của GV dạy STEM ảnh hưởng rất lớn đến thành tích của HS. Nước Úc cũng nhấn mạnh đến vai trò của GV trong việc tiếp cận giáo dục STEM [54]. Để đánh giá sự hiểu biết của GV về STEM, Dawn Bell (2016) đã tổ chức cho GV ở nước Anh và xứ Wales trình bày về việc thiết kế và sự nhận thức công nghệ cũng như mối liên hệ của thiết kế và công nghệ trong giáo dục [53]. Một số công trình đã nghiên cứu việc đào tạo GV dạy học STEM.
Cụ thể, Cavanagh (2008) trình bày rằng GV ở nước Mỹ thường xuyên được tham gia các 8 khoá bồi dưỡng nghiệp vụ về dạy học STEM, từ cơ bản đến chuyên sâu [61]. Tuy nhiên, Yanofsky (2011) thể hiện sự băn khoăn rằng dạy học STEM trong một số trường học vẫn chủ yếu là dạy khoa học và toán học mà ít hoặc không có sự chú ý đến công nghệ và kĩ thuật [127]. Để GV thực hiện thành công giáo dục STEM, Stohlmann (2012) đề xuất rằng đầu tiên GV cần được trang bị về khái niệm và các mô hình dạy học STEM [116]. Một số công trình đã nghiên cứu về khung NL của GV dạy học STEM.
Cụ thể là Ji Hyun Yu (2012) đã trình bày khung NL GV STEM trong dạy học môn Kĩ thuật lớp 6 gồm 7 NL thành phần đó là: kiến thức nền về kĩ thuật; kĩ năng kĩ thuật; kiến thức về môn Kĩ thuật; hiểu biết nội dung sư phạm kĩ thuật; thái độ đối với kĩ thuật; thái độ đối với dạy học kĩ thuật; và tích hợp kĩ thuật với môn học khác [83]. Một số nghiên cứu cũng chỉ ra các rào cản khi thực hiện giáo dục STEM, cụ thể là Huffman (2006) cho rằng GV thiếu thời gian trong việc hợp tác với các GV khác, lập kế hoạch, hướng dẫn HS thực hiện [81]; Ejiwale (2013) xác định rằng GV thiếu tự tin vào kiến thức liên môn của bản thân, thiếu được đầu tư phát triển chuyên môn, còn yếu trong sự truyền cảm hứng cho HS, thiếu cách kết nối với HS, hỗ trợ từ trường học và sự hợp tác với GV các lĩnh vực khác trong STEM [70]. Bên 9 cạnh đó, Shernoff (2017) xác định việc thiếu tài chính, thiếu nguồn lực, thiếu động lực của HS cũng là các khó khăn gây trở ngại cho việc dạy học STEM [112]. Như vậy, qua việc tổng quan các tài liệu nghiên cứu về giáo dục STEM trên thế giới, cho thấy các vấn đề sau đã được quan tâm nghiên cứu, gồm: (1) Nghiên cứu xu hướng, tầm quan trọng của giáo dục STEM – Đây là cơ sở cho thấy sự cần thiết thực hiện dạy học STEM ở nhà trường phổ thông; (2) Nghiên cứu về lí thuyết giáo dục STEM, hình thức và PPDH tích cực chủ yếu trong dạy học STEM, xây dựng một số chủ đề STEM – Đây là cơ sở để chúng tôi tham khảo, vận dụng và xây dựng thành tài liệu hỗ trợ SVSPHH phát triển NLDH STEM phù hợp với bối cảnh của Việt Nam; (3) Nghiên cứu, chuẩn hóa công cụ điều tra và đánh giá nhận thức của GV về giáo dục STEM – Đây là cơ sở để chúng tôi kế thừa, bổ sung và chuẩn hóa lại công cụ điều tra thực tiễn phát triển NLDH STEM của SVSPHH phù hợp với Việt Nam; (4) Nghiên cứu về các rào cản gây trở ngại trong quá trình thực hiện dạy học STEM – Đây là cơ sở để chúng tôi đề ra các giải pháp cải thiện và tăng cường trong dạy học STEM cho SVSPHH; (5) Nghiên cứu về khung NL của GV dạy học STEM - Các khung NL này không chỉ tập trung vào NLDH, vẫn còn mang tính cục bộ địa phương, có nhiều vấn đề chưa phù hợp với thực tiễn của Việt Nam.
Tuy nhiên, đây là căn cứ quan trọng trong việc xác định khung NLDH STEM cho SVSPHH. Ở Việt Nam Trong những năm gần đây, giáo dục STEM đã xuất hiện ở Việt Nam và ngày càng được quan tâm phát triển. Bắt đầu là từ các cuộc thi Robot dành cho HS phổ thông do các công ty công nghệ tại Việt Nam triển khai. Tiếp đó là những hội thảo chính thức tập trung vào các môn học mới như robot, khoa học dữ liệu theo định hướng giáo dục STEM do công ty DTT Eduspec tổ chức.
Từ đó giáo dục STEM có 10 sự lan toả với nhiều hình thức và cách thức thực hiện cũng như nhiều tổ chức hỗ trợ khác nhau nhưng hầu hết là hoạt động của các công ty tư nhân tại các thành phố lớn và một số hoạt động phong trào tại nhiều địa phương. Đến năm 2016, BGD&ĐT đã phối hợp với Hội Đồng Anh triển khai CT thí điểm về giáo dục STEM cho 14 trường THCS và THPT tại các tỉnh thành như Hà Nội, Hải Dương, Hải Phòng, Quảng Ninh và Nam Định [33], [35]. Giáo dục STEM đã được Đảng, Nhà nước, BGD&ĐT Việt Nam quan tâm thể hiện qua các văn bản chỉ đạo, hướng dẫn thực hiện và đổi mới giáo dục như Nghị quyết số 29/NQ–TW Hội nghị lần thứ 8 của Ban chấp hành Trung ương Đảng về đổi mới căn bản, toàn diện GD&ĐT [3], Chỉ thị số 16/ CT-TTg ngày 4/5/2017 của Thủ tướng chính phủ về việc tăng cường tiếp cận cuộc CMCN lần thứ 4 [45], và gần đây nhất là Công văn số 3089/BGDĐT– GDTrH ngày 14/8/2020 của BGD&ĐT về việc triển khai thực hiện giáo dục STEM trong giáo dục trung học [15], trong đó trình bày hướng dẫn về cách thức thực hiện giáo dục STEM và tổ chức, quản lý hoạt động giáo dục STEM trong trường trung học tương tự với nghiên cứu của Mark Hardman [35]. Công văn cũng hướng dẫn về nội dung giáo dục STEM cho từng loại hình thức, đặc biệt đối với bài học STEM (STEM thực hiện trong môn học), nội dung thực hiện dựa trên 5 nguyên tắc tương tự như nghiên cứu của Anne Jolley [85].
Công văn cũng hướng dẫn về cách thức xây dựng và thực hiện bài học STEM dựa trên QTTKKT kết hợp với quy trình dạy học 5E. CT phát triển giáo dục trung học 2 tập huấn cán bộ quản lí, GV về xây dựng chủ đề giáo dục STEM trong giáo dục trung học năm 2019 [16]. Ngoài ra, còn có nhiều hội thảo tập huấn về giáo dục STEM. Song song với các hoạt động triển khai giáo dục STEM ở Việt Nam, các nghiên cứu về giáo dục STEM cũng được quan tâm thể hiện thông qua các công trình nghiên cứu của các nghiên cứu sinh, sách, báo liên quan như: Năm 2017, tác giả Lê Xuân Quang làm luận án đầu tiên về giáo dục STEM trong trường trung học.
Luận án này đã tổng quan tài liệu về lịch sử nghiên cứu giáo dục STEM, khái niệm STEM và giáo dục STEM, xây dựng quy trình dạy học theo định hướng STEM trong dạy học môn Công nghệ, xây dựng một số chủ đề STEM 11 trong dạy học bộ môn Công nghệ, tiến hành thực nghiệm trên đối tượng HS để kiểm chứng tính khả thi của đề tài [39]. Tiếp sau luận án, có một số bài báo nghiên cứu về giáo dục STEM được trình bày trong Hội thảo Khoa học Quốc tế tổ chức tại ĐHSP Hà Nội (12/2017) của các tác giả như: tác giả Nguyễn Văn Cường đã tổng quan các biện pháp giáo dục STEM và CT môn Khoa học tự nhiên (KHTN) ở Đức [21], tác giả Nguyễn Thị Thu Thủy đã khảo sát thực trạng NLDH STEM của đội ngũ GV KHTN ở trường THCS trên địa bàn Tỉnh Quảng Ngãi [46], tác giả Chu Cẩm Thơ đề cập đến bài học về sự thay đổi đào tạo/ bồi dưỡng GV từ ngày hội STEM và ngày toán học mở ở Việt Nam [43]. Bên cạnh đó, tác giả Nguyễn Thanh Nga [37] đã xuất bản sách tham khảo “Thiết kế và tổ chức chủ đề giáo dục STEM cho HS THCS và THPT”.