Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ và yêu cầu đổi mới giáo dục, việc nâng cao năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh phổ thông trở thành mục tiêu trọng tâm. Theo chỉ thị số 16/CT-TTg ngày 04/05/2017 của Thủ tướng Chính phủ, giáo dục STEM (Science - Khoa học, Technology - Công nghệ, Engineering - Kỹ thuật, Mathematics - Toán học) được xác định là giải pháp then chốt nhằm trang bị kiến thức và kỹ năng thiết yếu cho học sinh, đáp ứng nhu cầu phát triển xã hội hiện đại. Tuy nhiên, thực trạng dạy học tại các trường phổ thông, đặc biệt là môn Vật lí lớp 12, còn nhiều hạn chế trong việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh, khi phương pháp giảng dạy chủ yếu dựa trên sách giáo khoa và ví dụ đơn giản, thiếu sự gắn kết giữa lý thuyết và thực hành.

Luận văn tập trung nghiên cứu việc tổ chức dạy học chủ đề “Các đặc trưng của âm” trong môn Vật lí 12 theo định hướng STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh. Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 9/2019 đến tháng 9/2020 tại trường THPT Việt Bắc, tỉnh Lạng Sơn. Mục tiêu cụ thể là xây dựng tiến trình dạy học tích hợp STEM, thiết kế các hoạt động học tập phát huy năng lực giải quyết vấn đề, đồng thời đánh giá hiệu quả thực nghiệm sư phạm trên lớp.

Việc nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc đổi mới phương pháp dạy học Vật lí, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục phổ thông, phát triển năng lực tư duy sáng tạo, kỹ năng thực hành và khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho học sinh. Kết quả nghiên cứu cũng cung cấp tài liệu tham khảo hữu ích cho giáo viên và nhà quản lý giáo dục trong việc triển khai giáo dục STEM tại các trường phổ thông.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: giáo dục STEM và năng lực giải quyết vấn đề.

  1. Giáo dục STEM: Là phương thức giáo dục tích hợp bốn lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học nhằm phát triển năng lực toàn diện cho học sinh. Giáo dục STEM nhấn mạnh việc học sinh được đặt trước các vấn đề thực tiễn, vận dụng kiến thức liên môn để thiết kế và thực hiện giải pháp, qua đó phát triển tư duy phản biện, sáng tạo và kỹ năng hợp tác. Quy trình thiết kế kỹ thuật gồm 8 bước: xác định vấn đề, nghiên cứu kiến thức nền, đề xuất giải pháp, lựa chọn giải pháp, chế tạo mô hình, thử nghiệm và đánh giá, chia sẻ thảo luận, điều chỉnh thiết kế. Trong thực tiễn dạy học, quy trình này được tổ chức thành 5 hoạt động chính nhằm tạo điều kiện cho học sinh trải nghiệm và phát triển năng lực.

  2. Năng lực giải quyết vấn đề: Được hiểu là khả năng huy động tổng hợp kiến thức, kỹ năng, thái độ và cảm xúc để giải quyết các tình huống thực tiễn mà không có giải pháp sẵn có. Cấu trúc năng lực gồm 4 thành tố: tìm hiểu vấn đề, đề xuất giải pháp, thực hiện giải pháp và đánh giá phản ánh kết quả. Mỗi thành tố được biểu hiện qua các hành vi cụ thể như quan sát, phân tích, lập kế hoạch, thực hiện và điều chỉnh giải pháp. Việc phát triển năng lực này giúp học sinh không chỉ nắm vững kiến thức mà còn biết vận dụng sáng tạo vào thực tế, đồng thời hình thành kỹ năng giao tiếp, hợp tác và tư duy phản biện.

Ba khái niệm chuyên ngành được sử dụng xuyên suốt nghiên cứu gồm: STEM, năng lực giải quyết vấn đề (NLGQVĐ) và đặc trưng của âm (bao gồm các đặc trưng vật lý như tần số, mức cường độ âm và đặc trưng sinh lý như độ cao, độ to, âm sắc).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp hỗn hợp kết hợp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm sư phạm.

  • Nguồn dữ liệu: Bao gồm các văn bản pháp luật (Chỉ thị số 16/CT-TTg, Công văn số 3089/BGDĐT-GDTrH), tài liệu giáo dục STEM, sách giáo khoa Vật lí 12, các tài liệu tham khảo về năng lực giải quyết vấn đề, cùng dữ liệu thu thập từ khảo sát và thực nghiệm tại trường THPT Việt Bắc, tỉnh Lạng Sơn.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng thống kê mô tả để xử lý kết quả khảo sát ý kiến giáo viên và học sinh về thực trạng dạy học STEM và năng lực giải quyết vấn đề. Phân tích định tính các sản phẩm học tập, phiếu tự đánh giá và video quan sát quá trình dạy học để đánh giá biểu hiện năng lực của học sinh.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Khảo sát 34 giáo viên các bộ môn liên quan và 160 học sinh lớp 12 tại trường THPT Việt Bắc. Mẫu được chọn theo phương pháp thuận tiện nhằm đảm bảo tính đại diện cho thực trạng dạy học tại địa phương.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được tiến hành trong vòng 12 tháng, từ tháng 9/2019 đến tháng 9/2020, bao gồm các giai đoạn: nghiên cứu lý thuyết, thiết kế tiến trình dạy học, xây dựng công cụ đánh giá, thực nghiệm sư phạm và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Thực trạng nhận thức và áp dụng dạy học STEM của giáo viên: Khoảng 82% giáo viên đã tiếp xúc với khái niệm dạy học STEM nhưng chỉ 18% có kinh nghiệm thực tế áp dụng phương pháp này. Hơn 76% giáo viên cho biết khó khăn lớn nhất là thiếu tài liệu và thời gian chuẩn bị bài giảng theo định hướng STEM. Chỉ 18% giáo viên thường xuyên sử dụng hình thức tự đánh giá và đánh giá quá trình trong dạy học.

  2. Thực trạng học sinh trong việc vận dụng kiến thức vào thực tiễn: Chỉ khoảng 10% học sinh thường xuyên được giáo viên đặt câu hỏi liên hệ thực tiễn trong giờ học, 6% được giao nhiệm vụ tìm hiểu mối liên hệ giữa kiến thức và thực tế. Đáng chú ý, 64% học sinh không có thói quen liên hệ kiến thức với đời sống, 60% không thường xuyên phát hiện mâu thuẫn giữa lý thuyết và thực tế. Tỷ lệ học sinh thích vận dụng kiến thức vào thực tiễn đạt khoảng 80%.

  3. Hiệu quả thực nghiệm dạy học chủ đề “Các đặc trưng của âm” theo định hướng STEM: Qua 4 tiết học với chuỗi hoạt động trải nghiệm, phân tích kiến thức, luyện tập và vận dụng, học sinh đã phát triển rõ rệt năng lực giải quyết vấn đề. Kết quả đánh giá qua phiếu tự đánh giá và sản phẩm học tập cho thấy hơn 70% học sinh đạt mức biểu hiện năng lực từ trung bình khá trở lên, tăng khoảng 30% so với trước thực nghiệm.

  4. Phân tích biểu hiện năng lực giải quyết vấn đề: Học sinh thể hiện tốt năng lực tìm hiểu và đề xuất giải pháp với tỷ lệ đạt trên 75%. Năng lực thực hiện giải pháp và đánh giá phản ánh có mức độ cải thiện rõ rệt, đạt khoảng 68% và 65% tương ứng. So sánh với nhóm đối chứng, nhóm thực nghiệm có sự tiến bộ vượt trội từ 20-30% ở các chỉ số năng lực.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc tổ chức dạy học theo định hướng STEM, đặc biệt qua chủ đề “Các đặc trưng của âm”, đã góp phần phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh một cách hiệu quả. Nguyên nhân chính là do phương pháp dạy học tích hợp liên môn, đặt học sinh vào các tình huống thực tiễn, khuyến khích tìm tòi, sáng tạo và làm việc nhóm. Điều này phù hợp với các nghiên cứu trong ngành giáo dục STEM cho thấy việc học tập trải nghiệm và dự án giúp học sinh phát triển kỹ năng tư duy phản biện và giải quyết vấn đề.

So với thực trạng trước thực nghiệm, việc áp dụng tiến trình dạy học STEM đã khắc phục được hạn chế của phương pháp truyền thống, giúp học sinh không chỉ tiếp thu kiến thức mà còn biết vận dụng vào thực tế, từ đó nâng cao hứng thú học tập và ý thức bảo vệ môi trường (ví dụ như phòng tránh ô nhiễm tiếng ồn). Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh tỷ lệ biểu hiện năng lực trước và sau thực nghiệm, cũng như bảng phân tích chi tiết các chỉ số năng lực theo nhóm.

Tuy nhiên, khó khăn trong việc triển khai STEM vẫn còn tồn tại, như thiếu tài liệu, thời gian chuẩn bị và sự e ngại thay đổi của giáo viên. Điều này đòi hỏi sự hỗ trợ từ nhà trường và các cơ quan quản lý giáo dục để tạo điều kiện thuận lợi cho giáo viên tiếp cận và áp dụng phương pháp mới.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường tập huấn và bồi dưỡng giáo viên về dạy học STEM: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về phương pháp dạy học STEM và kỹ năng thiết kế bài giảng tích hợp, nhằm nâng cao nhận thức và năng lực thực hành của giáo viên. Thời gian thực hiện: trong vòng 6 tháng; Chủ thể thực hiện: Sở Giáo dục và Đào tạo phối hợp với các trường đại học sư phạm.

  2. Phát triển và cung cấp tài liệu, thiết bị dạy học STEM: Xây dựng bộ tài liệu hướng dẫn chi tiết, các bài giảng mẫu và trang bị thiết bị thí nghiệm, phần mềm hỗ trợ dạy học STEM cho các trường phổ thông. Thời gian thực hiện: 12 tháng; Chủ thể thực hiện: Bộ Giáo dục và Đào tạo, các trung tâm nghiên cứu giáo dục.

  3. Xây dựng hệ thống đánh giá năng lực giải quyết vấn đề chuẩn hóa: Thiết kế công cụ đánh giá đa dạng, bao gồm phiếu tự đánh giá, quan sát, bài kiểm tra thực hành nhằm đánh giá toàn diện năng lực học sinh. Thời gian thực hiện: 6 tháng; Chủ thể thực hiện: Các trường đại học sư phạm và Sở Giáo dục.

  4. Khuyến khích tổ chức các hoạt động trải nghiệm STEM thường xuyên: Tạo điều kiện cho học sinh tham gia các dự án, câu lạc bộ STEM, các cuộc thi khoa học kỹ thuật để phát triển kỹ năng thực hành và giải quyết vấn đề. Thời gian thực hiện: liên tục; Chủ thể thực hiện: Nhà trường, giáo viên và các tổ chức giáo dục địa phương.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Giáo viên Vật lí và các môn khoa học tự nhiên: Nhận được hướng dẫn cụ thể về thiết kế bài giảng STEM, phương pháp phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh, từ đó nâng cao hiệu quả giảng dạy.

  2. Nhà quản lý giáo dục và cán bộ chuyên môn: Có cơ sở khoa học để xây dựng chính sách, kế hoạch đào tạo và triển khai giáo dục STEM tại các trường phổ thông, góp phần đổi mới chương trình và phương pháp dạy học.

  3. Sinh viên, nghiên cứu sinh ngành Sư phạm Vật lí và Giáo dục học: Tài liệu tham khảo quý giá về phương pháp nghiên cứu giáo dục, thiết kế tiến trình dạy học tích hợp STEM và đánh giá năng lực học sinh.

  4. Các tổ chức, trung tâm phát triển giáo dục STEM: Cung cấp dữ liệu thực nghiệm và kinh nghiệm triển khai STEM tại địa phương, làm cơ sở để phát triển các chương trình đào tạo và hỗ trợ giáo viên.

Câu hỏi thường gặp

  1. Giáo dục STEM là gì và tại sao cần áp dụng trong dạy học Vật lí?
    Giáo dục STEM là phương pháp tích hợp kiến thức khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học nhằm phát triển năng lực toàn diện cho học sinh. Áp dụng STEM trong dạy học Vật lí giúp học sinh hiểu sâu kiến thức, phát triển kỹ năng thực hành và giải quyết vấn đề thực tiễn, nâng cao hứng thú học tập.

  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 vận dụng tổng hợp kiến thức, kỹ năng và thái độ để nhận diện, phân tích và xử lý các tình huống thực tế mà không có giải pháp sẵn có. Đây là năng lực cốt lõi giúp học sinh thích nghi và thành công trong học tập và cuộc sống.

  3. Phương pháp dạy học theo định hướng STEM được tổ chức như thế nào?
    Phương pháp này tổ chức học sinh tham gia vào các hoạt động trải nghiệm, nghiên cứu kiến thức nền, đề xuất và thử nghiệm giải pháp, thảo luận và điều chỉnh thiết kế theo quy trình thiết kế kỹ thuật. Qua đó, học sinh phát triển tư duy sáng tạo, kỹ năng hợp tác và năng lực giải quyết vấn đề.

  4. Làm thế nào để đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh một cách hiệu quả?
    Đánh giá năng lực này cần sử dụng đa dạng công cụ như quan sát, phiếu tự đánh giá, bài kiểm tra thực hành và đánh giá đồng đẳng. Đánh giá không chỉ tập trung vào kiến thức mà còn chú trọng quá trình và sản phẩm học tập, giúp giáo viên điều chỉnh phương pháp dạy phù hợp.

  5. Khó khăn chính khi triển khai dạy học STEM là gì và làm sao khắc phục?
    Khó khăn gồm thiếu tài liệu, thiết bị, thời gian chuẩn bị và sự e ngại thay đổi của giáo viên. Khắc phục bằng cách tăng cường tập huấn, phát triển tài liệu, hỗ trợ kỹ thuật và tạo môi trường học tập tích cực, khuyến khích đổi mới sáng tạo trong giảng dạy.

Kết luận

  • Giáo dục STEM là xu hướng đổi mới quan trọng, giúp phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh phổ thông, đặc biệt trong môn Vật lí lớp 12.
  • Việc tổ chức dạy học chủ đề “Các đặc trưng của âm” theo định hướng STEM đã nâng cao hiệu quả học tập, phát triển kỹ năng tư duy và vận dụng kiến thức thực tiễn cho học sinh.
  • Thực trạng dạy học STEM tại trường THPT Việt Bắc còn nhiều hạn chế, đòi hỏi sự hỗ trợ về tài liệu, thiết bị và đào tạo giáo viên.
  • Đề xuất các giải pháp cụ thể nhằm tăng cường tập huấn giáo viên, phát triển tài liệu, xây dựng công cụ đánh giá và tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM thường xuyên.
  • Nghiên cứu mở ra hướng đi mới cho việc đổi mới phương pháp dạy học Vật lí, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục phổ thông và phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao cho xã hội.

Hành động tiếp theo: Các nhà quản lý giáo dục và giáo viên cần phối hợp triển khai các giải pháp đề xuất, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng áp dụng STEM trong các chủ đề khác của chương trình Vật lí và các môn khoa học tự nhiên. Để biết thêm chi tiết và tài liệu hỗ trợ, quý độc giả có thể liên hệ với tác giả hoặc các cơ sở đào tạo chuyên ngành giáo dục STEM.