Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh đổi mới giáo dục phổ thông theo chương trình 2018 và xu hướng phát triển giáo dục STEM trên toàn cầu, việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề (NLGQVĐ) cho học sinh trung học phổ thông (THPT) trở thành một yêu cầu cấp thiết. Theo báo cáo của ngành giáo dục tỉnh Hải Dương, năm học 2022-2023, các trường THPT trên địa bàn đã tích cực triển khai giáo dục STEM nhằm nâng cao chất lượng dạy và học, đặc biệt trong các môn khoa học tự nhiên như Hóa học. Chương trình môn Hóa học lớp 12 với chủ đề "Amin – Amino axit – Protein" được lựa chọn làm nội dung trọng tâm để phát triển NLGQVĐ cho học sinh thông qua phương pháp dạy học STEM.

Mục tiêu nghiên cứu là thiết kế và triển khai các chủ đề dạy học theo định hướng STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh THPT trong chương trình Hóa học lớp 12, đồng thời đánh giá hiệu quả của phương pháp này tại các trường THPT Tứ Kỳ và THPT Cầu Xe, tỉnh Hải Dương trong giai đoạn từ tháng 10/2022 đến tháng 8/2023. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc đổi mới phương pháp dạy học, góp phần nâng cao năng lực tư duy phản biện, sáng tạo và khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn của học sinh, phù hợp với yêu cầu của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 và chương trình giáo dục phổ thông mới.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai khung lý thuyết chính: giáo dục STEM và năng lực giải quyết vấn đề. Giáo dục STEM là cách tiếp cận liên ngành tích hợp kiến thức Khoa học (Science), Công nghệ (Technology), Kỹ thuật (Engineering) và Toán học (Mathematics), nhằm giúp học sinh áp dụng kiến thức vào giải quyết các vấn đề thực tiễn. Chu trình STEM bao gồm quy trình khoa học để tạo ra kiến thức mới và quy trình kỹ thuật để thiết kế công nghệ giải quyết vấn đề, tạo thành một vòng xoắn ốc phát triển liên tục.

Năng lực giải quyết vấn đề được hiểu là khả năng nhận diện, phân tích và xử lý các tình huống khó khăn chưa có giải pháp rõ ràng, bao gồm các thành phần: tìm hiểu vấn đề, thiết lập không gian vấn đề, lập kế hoạch và thực hiện giải pháp, đánh giá và phản hồi kết quả. Năng lực này được phát triển thông qua các hoạt động học tập tích cực, đặc biệt là dạy học theo định hướng STEM, giúp học sinh vận dụng kiến thức liên môn, kỹ năng thực hành và tư duy sáng tạo.

Các khái niệm chuyên ngành được sử dụng gồm: năng lực chung, năng lực chuyên biệt, năng lực đặc thù trong môn Hóa học, quy trình thiết kế kỹ thuật trong giáo dục STEM, và các biểu hiện năng lực hóa học như nhận thức, tìm hiểu, vận dụng kiến thức và kỹ năng.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa nghiên cứu lý luận và thực tiễn. Nguồn dữ liệu bao gồm tài liệu chuyên ngành, văn bản pháp luật về giáo dục STEM và năng lực học sinh, kết quả khảo sát và thực nghiệm sư phạm tại hai trường THPT Tứ Kỳ và THPT Cầu Xe, tỉnh Hải Dương.

Phương pháp phân tích dữ liệu chủ yếu là thống kê mô tả và phân tích so sánh, sử dụng xác suất toán học để xử lý kết quả thực nghiệm. Cỡ mẫu gồm 15 giáo viên Hóa học có kinh nghiệm từ 9 năm trở lên và 176 học sinh lớp 12 tham gia khảo sát và thực nghiệm. Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu thuận tiện tại hai trường THPT tiêu biểu của tỉnh Hải Dương.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 10/2022 đến tháng 8/2023, bao gồm các giai đoạn: nghiên cứu lý thuyết, khảo sát thực trạng, thiết kế chủ đề dạy học STEM, thực nghiệm sư phạm, thu thập và phân tích dữ liệu, đề xuất khuyến nghị.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Tầm quan trọng của dạy học phát triển NLGQVĐ: 100% giáo viên tham gia khảo sát nhận thấy việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh là rất quan trọng hoặc quan trọng. Cụ thể, 66,7% giáo viên đánh giá rất quan trọng, 33,3% đánh giá quan trọng.

  2. Mức độ áp dụng dạy học phát triển NLGQVĐ: 66,7% giáo viên thường xuyên áp dụng phương pháp dạy học phát triển NLGQVĐ trong giảng dạy, 20% đôi khi áp dụng, 13,3% chưa áp dụng. Điều này cho thấy sự chuyển biến tích cực nhưng vẫn còn một số giáo viên chưa thực sự chú trọng.

  3. Sử dụng các biện pháp dạy học thực tế: 60% giáo viên thường xuyên sử dụng các tình huống và bài tập thực tế trong dạy học, 33,3% sử dụng không thường xuyên, 6,7% chưa sử dụng. Việc này góp phần tạo hứng thú và phát triển năng lực cho học sinh.

  4. Hiệu quả thực nghiệm sư phạm: Kết quả đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh sau khi học theo chủ đề dạy học STEM tăng trung bình khoảng 25% so với lớp đối chứng. Điểm trung bình bài kiểm tra kiến thức của học sinh lớp thực nghiệm cao hơn 15% so với lớp đối chứng, chứng tỏ phương pháp dạy học STEM có tác động tích cực đến năng lực và kết quả học tập.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của các phát hiện trên xuất phát từ việc giáo dục STEM tạo điều kiện cho học sinh tham gia tích cực vào quá trình học tập, vận dụng kiến thức liên môn và kỹ năng thực hành để giải quyết các vấn đề thực tế. Việc sử dụng các tình huống thực tế và bài tập gắn liền với cuộc sống giúp học sinh phát triển tư duy phản biện và sáng tạo.

So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế cho thấy kết quả tương đồng, khẳng định hiệu quả của dạy học STEM trong phát triển năng lực giải quyết vấn đề. Tuy nhiên, vẫn còn một số giáo viên chưa áp dụng thường xuyên do hạn chế về kỹ năng thiết kế bài giảng và cơ sở vật chất.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ tần suất sử dụng phương pháp dạy học phát triển NLGQVĐ, biểu đồ so sánh điểm kiểm tra giữa lớp thực nghiệm và lớp đối chứng, cũng như bảng phân loại mức độ phát triển năng lực của học sinh.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường tập huấn và bồi dưỡng giáo viên: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về thiết kế và tổ chức dạy học theo định hướng STEM, tập trung nâng cao kỹ năng phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh. Thời gian thực hiện trong vòng 6 tháng, chủ thể là Sở Giáo dục và Đào tạo phối hợp với các trường đại học sư phạm.

  2. Phát triển bộ công cụ dạy học và đánh giá năng lực: Xây dựng và phổ biến bộ công cụ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề phù hợp với chương trình Hóa học lớp 12, đặc biệt chủ đề amin – amino axit – protein. Thời gian hoàn thiện trong 3 tháng, do các chuyên gia giáo dục và giáo viên chủ nhiệm thực hiện.

  3. Đầu tư cơ sở vật chất và thiết bị dạy học: Trang bị phòng học bộ môn Hóa học hiện đại, các dụng cụ thí nghiệm và công nghệ hỗ trợ dạy học STEM nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc tổ chức các hoạt động trải nghiệm và thực hành. Kế hoạch đầu tư trong 1 năm, do Ban giám hiệu các trường phối hợp với địa phương thực hiện.

  4. Khuyến khích tổ chức các hoạt động trải nghiệm STEM: Mỗi trường THPT nên tổ chức ít nhất 4 bài học STEM, 1 hoạt động trải nghiệm STEM và 1 dự án khoa học kỹ thuật cấp tỉnh mỗi năm học nhằm thúc đẩy sự hứng thú và phát triển năng lực cho học sinh. Chủ thể thực hiện là giáo viên bộ môn và các câu lạc bộ STEM trong trường.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Giáo viên Hóa học THPT: Nghiên cứu cung cấp phương pháp và công cụ thiết kế bài giảng theo định hướng STEM, giúp nâng cao hiệu quả giảng dạy và phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh.

  2. Cán bộ quản lý giáo dục: Tham khảo để xây dựng kế hoạch đào tạo, đầu tư cơ sở vật chất và triển khai các chương trình giáo dục STEM phù hợp với điều kiện thực tế của địa phương.

  3. Sinh viên sư phạm Hóa học: Tài liệu tham khảo quý giá cho việc nghiên cứu phương pháp dạy học tích cực, phát triển năng lực học sinh và chuẩn bị cho công tác giảng dạy tương lai.

  4. Nhà nghiên cứu giáo dục: Cung cấp cơ sở lý thuyết và dữ liệu thực nghiệm về hiệu quả dạy học STEM trong phát triển năng lực giải quyết vấn đề, làm nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực giáo dục khoa học.

Câu hỏi thường gặp

  1. Giáo dục STEM là gì và tại sao quan trọng trong dạy học Hóa học?
    Giáo dục STEM là phương pháp tích hợp Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học nhằm giúp học sinh áp dụng kiến thức vào giải quyết vấn đề thực tế. Trong dạy học Hóa học, STEM giúp học sinh phát triển tư duy phản biện, sáng tạo và kỹ năng thực hành, phù hợp với yêu cầu của chương trình giáo dục phổ thông mới.

  2. Năng lực giải quyết vấn đề được hiểu như thế nào trong bối cảnh giáo dục phổ thông?
    Năng lực giải quyết vấn đề là khả năng nhận diện, phân tích và xử lý các tình huống khó khăn chưa có giải pháp rõ ràng, bao gồm các bước tìm hiểu, lập kế hoạch, thực hiện và đánh giá giải pháp. Đây là năng lực cốt lõi giúp học sinh thích ứng với các thách thức trong học tập và cuộc sống.

  3. Phương pháp dạy học STEM được triển khai như thế nào trong chương trình Hóa học lớp 12?
    Phương pháp này thiết kế các chủ đề học tập gắn với các vấn đề thực tế, sử dụng quy trình khoa học và kỹ thuật để học sinh khám phá, thí nghiệm và sáng tạo giải pháp. Ví dụ, chủ đề amin – amino axit – protein được xây dựng thành các hoạt động trải nghiệm, thí nghiệm và dự án nhỏ theo định hướng STEM.

  4. Kết quả thực nghiệm sư phạm cho thấy hiệu quả của dạy học STEM ra sao?
    Kết quả thực nghiệm tại hai trường THPT cho thấy năng lực giải quyết vấn đề của học sinh tăng khoảng 25%, điểm kiểm tra kiến thức tăng 15% so với lớp đối chứng. Điều này chứng tỏ dạy học STEM giúp học sinh tiếp thu kiến thức tốt hơn và phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề hiệu quả.

  5. Làm thế nào để giáo viên có thể áp dụng hiệu quả phương pháp dạy học STEM?
    Giáo viên cần được tập huấn bài bản về thiết kế bài giảng STEM, sử dụng các công cụ đánh giá năng lực, kết hợp các phương pháp dạy học tích cực như dạy học dự án, dạy học giải quyết vấn đề, đồng thời tận dụng thiết bị và công nghệ hỗ trợ. Việc phối hợp nhóm và chia sẻ kinh nghiệm cũng rất quan trọng để nâng cao hiệu quả giảng dạy.

Kết luận

  • Luận văn đã thiết kế và triển khai thành công các chủ đề dạy học theo định hướng STEM trong chương trình Hóa học lớp 12, tập trung vào chủ đề amin – amino axit – protein nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh THPT.
  • Kết quả thực nghiệm sư phạm cho thấy sự cải thiện rõ rệt về năng lực và kết quả học tập của học sinh, với mức tăng khoảng 25% năng lực giải quyết vấn đề và 15% điểm kiểm tra kiến thức.
  • Nghiên cứu góp phần làm rõ cơ sở lý thuyết và thực tiễn của giáo dục STEM trong phát triển năng lực học sinh, đồng thời đề xuất các giải pháp thiết thực cho giáo viên và nhà quản lý giáo dục.
  • Các khuyến nghị tập trung vào đào tạo giáo viên, phát triển công cụ đánh giá, đầu tư cơ sở vật chất và tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM nhằm nâng cao chất lượng giáo dục phổ thông.
  • Bước tiếp theo là mở rộng thực nghiệm tại nhiều trường THPT khác, đồng thời phát triển thêm các chủ đề dạy học STEM trong các môn học khác để đa dạng hóa phương pháp giáo dục năng lực.

Hành động ngay: Các nhà giáo dục và quản lý giáo dục nên áp dụng và nhân rộng mô hình dạy học STEM đã được nghiên cứu để nâng cao năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh, góp phần phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao cho tương lai.