Phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho học sinh theo định hướng stem phần hydrocarbon khoa học tự nhiên 9

Nghiên cứu phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo STEM cho học sinh lớp 9 qua môn Khoa học tự nhiên, chủ đề Hydrocarbon. Ứng dụng phương pháp STEM hiệu quả.

• Tác giả: Nguyễn Thị Huyền
• Người hướng dẫn: PGS. Trần Thị Như Mai
• Trường học: Trường đại học giáo dục
• Chuyên ngành: Sư phạm hóa học
• Đề tài: Phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho học sinh theo định hướng STEM phần hydrocarbon, khoa học tự nhiên 9
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TRẠNG VỀ PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ VÀ SÁNG TẠO TRONG DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƢỚNG STEM
• 1.1. Lịch sử giáo dục STEM
• 1.2. Khái niệm và cơ sở lý luận của giáo dục STEM
• 1.2.1. Khái niệm STEM
• 1.2.2. Phân loại STEM
• 1.2.3. Giáo dục STEM
• 1.2.4. Vai trò của giáo dục STEM
• 1.2.5. Hình thức tổ chức của giáo dục STEM
• 1.3. Tổng quan về năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo
• 1.3.1. Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo
• 1.3.2. Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo trong dạy học môn Khoa học tự nhiên theo định hướng STEM
• 1.4. Thực trạng giáo dục STEM và phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo tại một số trường trung học cơ sở trên địa bàn huyện Ba Vì - Hà Nội
• 1.4.1. Mục đích điều tra
• 1.4.2. Đối tượng điều tra
• 1.4.3. Kết quả điều tra
• 1.5. Tiểu kết chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CÁC CHỦ ĐỀ VÀ KẾ HOẠCH DẠY HỌC CHỦ ĐỀ TRONG PHẦN HYDROCARBON THEO ĐỊNH HƢỚNG STEM NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ VÀ SÁNG TẠO CHO HỌC SINH
• 2.1. Mục tiêu chương trình và cấu trúc nội dung phần hydrocarbon, Khoa học tự nhiên 9
• 2.2. Mục tiêu và yêu cầu cần đạt chương trình Khoa học tự nhiên 9
• 2.3. Cấu trúc nội dung phần hydrocarbon, Khoa học tự nhiên 9
• 2.4. Xây dựng các chủ đề STEM phần hydrocarbon, Khoa học tự nhiên 9
• 2.4.1. Tiêu chí xây dựng chủ đề giáo dục STEM
• 2.4.2. Nguyên tắc xây dựng chủ đề STEM
• 2.4.3. Quy trình xây dựng chủ đề dạy học STEM
• 2.4.4. Quy trình dạy học chủ đề STEM
• 2.5. Thiết kế bộ công cụ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo thông qua giáo dục STEM
• 2.5.1. Cơ sở thiết kế bộ công cụ đánh giá năng lực
• 2.5.2. Bộ công cụ đánh giá
• 2.6. Xây dựng kế hoạch dạy học một số chủ đề STEM phần hydrocarbon, Khoa học tự nhiên 9
• 2.6.1. Kế hoạch dạy học chủ đề “Alkane – Nguồn nhiên liệu của cuộc sống”
• 2.6.2. Kế hoạch dạy học chủ đề “Alkene – Tái chế sản phẩm nhựa PE”
• 3. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM
• 3.1. Thực nghiệm sư phạm
• 3.2. Mục đích thực nghiệm
• 3.3. Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm
• 3.4. Nội dung thực nghiệm sư phạm
• 3.5. Tiểu kết chương 3
• KẾT LUẬN CHUNG VÀ KHUYẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giáo Dục STEM Cách Phát Triển Tư Duy Sáng Tạo Lớp 9 Hydrocarbon

Giáo dục STEM đang trở thành xu hướng tất yếu trong bối cảnh cuộc cách mạng công nghiệp 4.0. Giáo dục STEM không chỉ trang bị kiến thức mà còn hình thành và phát triển các năng lực cốt lõi, đặc biệt là năng lực giải quyết vấn đề và tư duy sáng tạo. Trong chương trình Khoa học tự nhiên lớp 9, phần Hydrocarbon là một chủ đề lý tưởng để áp dụng phương pháp giáo dục STEM. Theo Bộ Giáo dục Hoa Kỳ (2007), giáo dục STEM là chương trình hỗ trợ, tăng cường giáo dục Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học. Việc tích hợp các lĩnh vực này giúp học sinh vận dụng kiến thức vào giải quyết các vấn đề thực tiễn, từ đó kích thích tư duy sáng tạo.

Luận văn này tập trung vào việc thiết kế các chủ đề STEM liên quan đến Hydrocarbon, nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho học sinh lớp 9. Mục tiêu là giúp học sinh không chỉ nắm vững kiến thức mà còn có khả năng áp dụng kiến thức vào thực tế, phát triển các kỹ năng cần thiết cho thế kỷ 21.

1.1. Tổng quan Lịch sử Giáo Dục STEM Trên Thế Giới

Thuật ngữ STEM được giới thiệu lần đầu tiên bởi Quỹ Khoa học Mỹ vào năm 2001. Các nước phát triển như Mỹ, Anh, Australia, Canada... luôn tạo điều kiện thuận lợi nhất về chính sách nhằm thúc đẩy giáo dục STEM. Chương trình iSTEM (2009) tại Australia là một ví dụ điển hình. Các quốc gia coi trọng giáo viên giảng dạy STEM, cải cách chương trình và phương pháp giảng dạy, tập trung vào việc làm cho khoa học và toán học trở nên hấp dẫn và thiết thực hơn. Hoa Kỳ đã xây dựng Chuẩn khoa học thế hệ mới NGSS, hướng dẫn giáo viên cách phát triển chương trình dạy học chất lượng cao theo định hướng STEM. Chính phủ tạo điều kiện cho các viện, trung tâm nằm trong chương trình nghị sự quốc gia về STEM.

1.2. Sự Phát Triển Giáo Dục STEM Tại Việt Nam Thực Trạng

Giáo dục STEM du nhập vào Việt Nam từ các cuộc thi Robot dành cho học sinh. Nguyễn Mậu Đức (2017) đã nghiên cứu về “Ứng dụng mô hình STEM vào chương trình giáo dục phổ thông mới”. Vũ Phương Liên, Lê Thái Hưng, Nguyễn Phương Vy đã trình bày về khái niệm giáo dục STEM, phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh. Lê Thanh Hà (2021) chỉ ra mối liên hệ giữa dạy học theo định hướng giáo dục STEM với việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho học sinh. Chu Văn Tiềm, Đào Thị Việt Anh (2021) đã nghiên cứu về “Thực trạng phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho học sinh thông qua vận dụng mô hình giáo dục STEM”. Các nghiên cứu này cho thấy sự quan tâm ngày càng tăng đối với giáo dục STEM tại Việt Nam.

II. Thách Thức Vấn Đề Dạy và Học Hydrocarbon Theo STEM Lớp 9

Mặc dù giáo dục STEM mang lại nhiều lợi ích, việc triển khai STEM trong dạy và học Hydrocarbon ở lớp 9 vẫn còn nhiều thách thức. Giáo viên cần có kiến thức sâu rộng về cả khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học. Bên cạnh đó, việc thiết kế các hoạt động STEM phù hợp với trình độ học sinh và điều kiện thực tế của nhà trường cũng là một khó khăn. Nhiều giáo viên còn thiếu kinh nghiệm trong việc tích hợp các môn học và xây dựng các dự án STEM hấp dẫn. Theo khảo sát, nhiều giáo viên gặp khó khăn trong việc hướng dẫn học sinh vận dụng kiến thức vào thực tiễn. Hình thức tổ chức dạy học còn đơn điệu, chưa phát huy được tính tích cực, chủ động của học sinh. Ngoài ra, việc đánh giá năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo của học sinh cũng là một vấn đề cần được quan tâm.

2.1. Khó khăn trong việc Tích Hợp Kiến Thức STEM cho GV lớp 9

Giáo viên cần trang bị đầy đủ kiến thức về khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học để có thể tích hợp chúng vào bài giảng một cách hiệu quả. Việc cập nhật kiến thức mới và phương pháp dạy học tiên tiến là một yêu cầu bắt buộc. Nhiều giáo viên hiện nay vẫn còn quen với phương pháp dạy học truyền thống, chưa sẵn sàng thay đổi để áp dụng giáo dục STEM. Theo Tổng kết Dự án nghiên cứu giáo dục STEM của gần 20 nước năm 2013, giáo viên giỏi nhất sẽ được điều động tới dạy ở các vùng khó khăn của đất nước.

2.2. Hạn chế về Cơ Sở Vật Chất và Thời Gian cho Thực Hành STEM

Các hoạt động STEM thường đòi hỏi cơ sở vật chất hiện đại và thời gian thực hành nhiều hơn so với phương pháp dạy học truyền thống. Không phải trường học nào cũng có đủ điều kiện để đáp ứng yêu cầu này. Việc bố trí thời gian cho các hoạt động STEM cũng là một thách thức, đặc biệt là trong bối cảnh chương trình học hiện nay còn khá nặng nề. Hội chợ khoa học các cấp, các câu lạc bộ khoa học, các dự án học tập STEM…cũng góp phần đưa giáo dục STEM vào nhà trường phổ thông.

III. Phương Pháp STEM Phát Triển Năng Lực Giải Quyết Vấn Đề Hydrocarbon

Để khắc phục những thách thức trên, cần có một phương pháp tiếp cận phù hợp để phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho học sinh thông qua giáo dục STEM trong chủ đề Hydrocarbon. Phương pháp này cần đảm bảo tính tích hợp, thực tiễn và phát huy tối đa tiềm năng của học sinh. Một trong những phương pháp hiệu quả là dạy học theo dự án STEM. Dạy học theo dự án STEM giúp học sinh vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các vấn đề thực tiễn, từ đó phát triển năng lực giải quyết vấn đề và tư duy sáng tạo. Ngoài ra, việc sử dụng các phương pháp dạy học tích cực như học tập hợp tác, học tập khám phá cũng rất quan trọng.

3.1. Dạy Học Theo Dự Án STEM Vận Dụng Kiến Thức Liên Môn

Dạy học theo dự án STEM là một phương pháp hiệu quả để phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho học sinh. Học sinh được giao một nhiệm vụ cụ thể, liên quan đến thực tiễn và cần sử dụng kiến thức từ nhiều môn học khác nhau để giải quyết. Ví dụ, học sinh có thể được yêu cầu thiết kế một hệ thống xử lý khí thải từ các nhà máy sản xuất Hydrocarbon, sử dụng kiến thức về hóa học, vật lý, kỹ thuật và toán học. Một số hình thức triển khai khác như: Hội chợ khoa học các cấp, các câu lạc bộ khoa học, các dự án học tập STEM…cũng góp phần đưa giáo dục STEM vào nhà trường phổ thông.

3.2. Học Tập Hợp Tác và Khám Phá Tăng Tính Tích Cực STEM

Học tập hợp tác và khám phá là hai phương pháp dạy học tích cực giúp học sinh chủ động tiếp thu kiến thức và phát triển các kỹ năng cần thiết. Trong quá trình học tập hợp tác, học sinh làm việc theo nhóm để giải quyết các vấn đề được đặt ra. Học sinh tự tìm tòi, khám phá kiến thức mới dưới sự hướng dẫn của giáo viên. Giáo viên cần tạo điều kiện cho học sinh được tự do sáng tạo, thử nghiệm và mắc lỗi. Học sinh tích cực, chủ động, say mê tự tìm kiếm và chọn lọc kiến thức, vận dụng kiến thức học được vào đời sống thực tế, phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo, nâng cao chất lượng dạy và học ở trường phổ thông nói chung và Khoa học tự nhiên nói riêng.

IV. Thiết Kế Chủ Đề STEM Alkane Ứng Dụng Thực Tiễn Hydrocarbon

Một chủ đề STEM điển hình trong phần Hydrocarbon có thể là “Alkane – Nguồn nhiên liệu của cuộc sống”. Chủ đề này giúp học sinh hiểu rõ về cấu trúc, tính chất và ứng dụng của Alkane trong đời sống. Học sinh có thể được yêu cầu thiết kế một mô hình nhà máy lọc dầu mini hoặc một hệ thống sử dụng Alkane làm nhiên liệu. Một chủ đề khác là “Alkene – Tái chế sản phẩm nhựa PE”. Chủ đề này giúp học sinh hiểu về quá trình sản xuất và tái chế nhựa PE, một loại polyme được tạo ra từ Alkene. Học sinh có thể được yêu cầu thiết kế một quy trình tái chế nhựa PE hiệu quả và thân thiện với môi trường.

4.1. Kế Hoạch Dạy Học Chủ Đề STEM Alkane Nguồn Nhiên Liệu

Chủ đề "Alkane – Nguồn nhiên liệu của cuộc sống" tập trung vào việc giúp học sinh hiểu rõ về nguồn gốc, cấu trúc, tính chất và ứng dụng của Alkane trong đời sống và công nghiệp. Học sinh sẽ được tham gia vào các hoạt động như: Nghiên cứu về quá trình khai thác và chế biến dầu mỏ, tìm hiểu về các loại nhiên liệu Alkane phổ biến, thiết kế mô hình nhà máy lọc dầu mini, đánh giá tác động của việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch đến môi trường. Dạy học theo dự án STEM giúp học sinh vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các vấn đề thực tiễn, từ đó phát triển năng lực giải quyết vấn đề và tư duy sáng tạo.

4.2. Dự Án STEM Tái Chế Sản Phẩm Nhựa PE từ Alkene Hiệu Quả

Chủ đề “Alkene – Tái chế sản phẩm nhựa PE” hướng đến việc giúp học sinh hiểu về quá trình sản xuất và tái chế nhựa PE, một loại polyme quan trọng được tạo ra từ Alkene. Học sinh sẽ được tham gia vào các hoạt động như: Nghiên cứu về quy trình sản xuất nhựa PE, tìm hiểu về các phương pháp tái chế nhựa PE, thiết kế một quy trình tái chế nhựa PE hiệu quả và thân thiện với môi trường, đánh giá tác động của việc sử dụng và tái chế nhựa PE đến môi trường. Nhóm tác giả Nguyễn Mậu Đức – Đinh Thị Ngoan (2019) đã trình bày về quy trình để thiết kế chủ đề và thiết kế chủ đề “pin chanh” theo định hướng giáo dục STEM.

V. Đánh Giá Hiệu Quả Nâng Cao Năng Lực STEM Qua Thí Nghiệm Hydrocarbon

Để đánh giá hiệu quả của việc áp dụng giáo dục STEM trong dạy và học Hydrocarbon, cần có các công cụ đánh giá phù hợp. Các công cụ này cần đo lường được sự phát triển của năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo của học sinh. Một số công cụ có thể sử dụng là: Bài kiểm tra kiến thức, phiếu đánh giá dự án, bảng kiểm quan sát hoạt động nhóm, phiếu tự đánh giá của học sinh. Kết quả đánh giá sẽ giúp giáo viên điều chỉnh phương pháp dạy học và cải thiện chất lượng giáo dục STEM. Tác giả Lê Thanh Hà (2021) đã chỉ ra mối liên hệ giữa dạy học theo định hướng giáo dục STEM với việc phát triển NL GQVĐ và ST cho HS.

5.1. Xây Dựng Công Cụ Đánh Giá Năng Lực STEM Hiệu Quả

Việc xây dựng công cụ đánh giá năng lực STEM hiệu quả là một yếu tố quan trọng để đảm bảo chất lượng giáo dục STEM. Các công cụ này cần đảm bảo tính khách quan, chính xác và toàn diện. Cần có các tiêu chí đánh giá rõ ràng và cụ thể, phù hợp với mục tiêu của từng chủ đề STEM. Bảng kiểm quan sát đánh giá năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo của học sinh, phiếu đánh giá của học sinh nhằm đánh giá năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo, biên bản hoạt động nhóm của học sinh.

5.2. Thí Nghiệm Sư Phạm Đo Lường Sự Tiến Bộ của Học Sinh

Thí nghiệm sư phạm là một phương pháp quan trọng để đánh giá hiệu quả của việc áp dụng giáo dục STEM trong thực tế. Thí nghiệm sư phạm có thể được thực hiện bằng cách so sánh kết quả học tập của hai nhóm học sinh: một nhóm được dạy theo phương pháp STEM và một nhóm được dạy theo phương pháp truyền thống. Chu Văn Tiềm, Đào Thị Việt Anh (2021) đã nghiên cứu về “Thực trạng phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho học sinh thông qua vận dụng mô hình giáo dục STEM”. Các kết quả kiểm tra, đánh giá được phân tích và so sánh để đưa ra kết luận về hiệu quả của phương pháp STEM.

VI. Kết Luận Hướng Phát Triển STEM và Tương Lai Giáo Dục Hydrocarbon

Giáo dục STEM là một hướng đi đúng đắn để phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho học sinh trong bối cảnh hiện nay. Việc áp dụng giáo dục STEM trong dạy và học Hydrocarbon ở lớp 9 mang lại nhiều lợi ích, giúp học sinh không chỉ nắm vững kiến thức mà còn có khả năng áp dụng kiến thức vào thực tế. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các chủ đề STEM phù hợp với chương trình học và điều kiện thực tế của nhà trường. Bên cạnh đó, cần tăng cường đào tạo và bồi dưỡng giáo viên về phương pháp giáo dục STEM, đồng thời đầu tư cơ sở vật chất để đáp ứng yêu cầu của các hoạt động STEM.

6.1. Tổng Kết và Đánh Giá Những Kết Quả Đạt Được STEM

Việc áp dụng giáo dục STEM trong dạy và học Hydrocarbon ở lớp 9 đã mang lại những kết quả tích cực, giúp học sinh phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều việc cần làm để nâng cao chất lượng giáo dục STEM. Cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa nhà trường, gia đình và xã hội để tạo điều kiện tốt nhất cho học sinh phát triển toàn diện. Từ đó đến nay giáo dục STEM đã bắt đầu có sự lan toả với nhiều hình thức khác nhau, nhiều cách thức thực hiện khác nhau, nhiều tổ chức hỗ trợ khác nhau.

6.2. Đề Xuất Các Hướng Nghiên Cứu STEM Tiếp Theo trong Tương Lai

Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các chủ đề STEM mới, phù hợp với chương trình học và điều kiện thực tế của nhà trường. Cần có các nghiên cứu sâu hơn về tác động của giáo dục STEM đến sự phát triển toàn diện của học sinh, không chỉ về kiến thức mà còn về kỹ năng, thái độ và phẩm chất. Mô hình giáo dục STEM đã xuất hiện ở nước ta trong vài năm trở lại đây, với nhiệm vụ là cung cấp các kiến thức và kỹ năng cần thiết cho HS trong thế kỉ 21. Đây là mô hình giáo dục cần được phát triển rộng trong tương lai gần của cả thế giới trong đó có cả Việt Nam.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 với sự phát triển mạnh mẽ của trí tuệ nhân tạo, internet và công nghệ nano, giáo dục Việt Nam đang đứng trước yêu cầu đổi mới toàn diện nhằm phát triển năng lực và phẩm chất người học. Theo báo cáo khảo sát tại huyện Ba Vì, Hà Nội, có khoảng 30 giáo viên và 200 học sinh lớp 9 tham gia điều tra về việc áp dụng giáo dục STEM trong dạy học phần Hydrocarbon thuộc môn Khoa học tự nhiên. Mục tiêu nghiên cứu là thiết kế và tổ chức dạy học theo định hướng STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho học sinh, góp phần nâng cao chất lượng dạy học trong giai đoạn chuyển đổi mạnh mẽ của nền giáo dục phổ thông.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào phần Hydrocarbon trong chương trình Khoa học tự nhiên lớp 9, khảo sát tại hai trường THCS ở Ba Vì, Hà Nội. Ý nghĩa nghiên cứu được thể hiện qua việc phát triển năng lực cốt lõi cho học sinh, giúp các em vận dụng kiến thức liên ngành vào thực tiễn, từ đó nâng cao hiệu quả học tập và khả năng thích ứng với yêu cầu của thế kỷ 21. Nghiên cứu cũng nhằm giải quyết những khó khăn trong việc triển khai giáo dục STEM tại Việt Nam, đặc biệt là trong việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo – hai năng lực được Bộ Giáo dục và Đào tạo xác định là trọng tâm trong 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 lý thuyết giáo dục STEM, được định nghĩa là phương pháp học tập tích hợp liên ngành giữa Khoa học (Science), Công nghệ (Technology), Kỹ thuật (Engineering) và Toán học (Mathematics). STEM không chỉ cung cấp kiến thức mà còn phát triển kỹ năng thực hành, tư duy sáng tạo và giải quyết vấn đề trong bối cảnh thực tiễn. Các mô hình STEM được phân loại thành STEM đầy đủ, STEM khuyết, STEM cơ bản và STEM mở rộng, tùy theo phạm vi kiến thức và lĩnh vực tham gia giải quyết vấn đề.

Ngoài ra, nghiên cứu vận dụng cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo theo Bộ Giáo dục và Đào tạo, bao gồm các năng lực thành phần như nhận ra ý tưởng mới, phát hiện và làm rõ vấn đề, hình thành và triển khai ý tưởng, đề xuất và lựa chọn giải pháp, thực hiện và đánh giá giải pháp, cùng với tư duy độc lập. Các phương pháp dạy học theo nhóm và dạy học dự án cũng được áp dụng nhằm phát triển năng lực này cho học sinh.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa nghiên cứu lý luận và thực tiễn. Nguồn dữ liệu chính bao gồm khảo sát 30 giáo viên và 200 học sinh lớp 9 tại hai trường THCS ở Ba Vì, Hà Nội, thu thập qua phiếu điều tra trực tuyến và quan sát thực nghiệm sư phạm. Cỡ mẫu được lựa chọn nhằm đảm bảo tính đại diện cho đối tượng nghiên cứu trong phạm vi địa bàn.

Phương pháp phân tích dữ liệu sử dụng thống kê mô tả và phân tích so sánh nhằm đánh giá mức độ phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo trước và sau khi áp dụng các chủ đề dạy học theo định hướng STEM. Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 8 đến tháng 10 năm 2022, bao gồm giai đoạn thiết kế chủ đề, xây dựng bộ công cụ đánh giá, tổ chức thực nghiệm sư phạm và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Mức độ tiếp xúc và quan tâm đến giáo dục STEM của giáo viên: 100% giáo viên khảo sát quan tâm đến giáo dục STEM, tuy nhiên chỉ khoảng 46,67% muốn dạy học STEM và chưa có giáo viên nào từng dạy chủ đề STEM phần Hydrocarbon. Khoảng 53,33% giáo viên chưa nắm rõ nội dung các phương pháp dạy học nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo.

2. Thực trạng phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo: 83,33% giáo viên thỉnh thoảng hoặc hiếm khi quan tâm đến năng lực này trong các tiết dạy. 70% giáo viên gặp khó khăn trong việc đánh giá sự tham gia của cá nhân học sinh trong quá trình giải quyết vấn đề và sáng tạo.

3. Mức độ quan tâm và tiếp cận STEM của học sinh: 67% học sinh mong muốn học tập STEM để phát triển năng lực bản thân, nhưng 73% học sinh chưa được giáo viên hướng dẫn vận dụng kiến thức vào thực tiễn thường xuyên. Hơn 80% học sinh thể hiện thái độ quan tâm và muốn tìm hiểu khi phát hiện các vấn đề học tập mới lạ.

4. Hiệu quả thực nghiệm sư phạm: Qua các bài kiểm tra trước và sau khi áp dụng chủ đề STEM phần Hydrocarbon, điểm trung bình năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo của học sinh tăng khoảng 20-25%, thể hiện qua biểu đồ phân loại điểm và biểu đồ đường tích lũy điểm. Tần suất phân bố điểm bài kiểm tra cho thấy sự tiến bộ rõ rệt ở các lớp thực nghiệm so với lớp đối chứng.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy giáo viên và học sinh đều có sự quan tâm đến giáo dục STEM và năng lực giải quyết vấn đề, sáng tạo nhưng còn nhiều hạn chế trong việc triển khai thực tế. Nguyên nhân chủ yếu là do giáo viên chưa được đào tạo bài bản về phương pháp dạy học STEM và thiếu công cụ đánh giá phù hợp. So sánh với các nghiên cứu quốc tế, việc phát triển năng lực này đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa các môn học và sự hỗ trợ từ chính sách giáo dục.

Việc áp dụng các chủ đề STEM trong phần Hydrocarbon đã góp phần nâng cao hiệu quả học tập và phát triển năng lực cho học sinh, phù hợp với xu hướng đổi mới giáo dục phổ thông. Dữ liệu có thể được trình bày qua bảng phân loại kết quả học tập và biểu đồ tiến bộ năng lực, giúp minh họa rõ ràng sự thay đổi tích cực sau thực nghiệm.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tổ chức tập huấn chuyên sâu cho giáo viên về phương pháp dạy học STEM: Đào tạo kỹ năng thiết kế và tổ chức các chủ đề STEM, đặc biệt là phần Hydrocarbon, nhằm nâng cao năng lực chuyên môn và phương pháp sư phạm. Thời gian thực hiện trong vòng 6 tháng, do Sở Giáo dục và Đào tạo phối hợp với các trường đại học tổ chức.

2. Xây dựng và phổ biến bộ công cụ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo: Thiết kế các phiếu đánh giá, bảng kiểm quan sát và bài kiểm tra phù hợp với chương trình Khoa học tự nhiên lớp 9. Triển khai áp dụng trong năm học tiếp theo tại các trường THCS.

3. Tăng cường hoạt động trải nghiệm và dạy học dự án theo định hướng STEM: Khuyến khích giáo viên tổ chức các hoạt động nhóm, dự án thực tế liên quan đến Hydrocarbon để phát triển kỹ năng thực hành và tư duy sáng tạo cho học sinh. Thời gian áp dụng liên tục trong năm học.

4. Xây dựng mạng lưới hỗ trợ và kết nối giữa nhà trường, gia đình và cộng đồng: Tạo điều kiện cho học sinh tham gia các câu lạc bộ STEM, các cuộc thi khoa học kỹ thuật nhằm nâng cao hứng thú và phát triển năng lực toàn diện. Chủ thể thực hiện là các trường THCS phối hợp với các tổ chức giáo dục và doanh nghiệp địa phương.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Giáo viên các môn Khoa học tự nhiên và Công nghệ: Nghiên cứu cung cấp các chủ đề và phương pháp dạy học STEM cụ thể, giúp nâng cao hiệu quả giảng dạy và phát triển năng lực học sinh.

2. Nhà quản lý giáo dục và cán bộ chuyên môn: Tài liệu hỗ trợ xây dựng chính sách, kế hoạch đào tạo và phát triển chương trình giáo dục STEM trong các trường phổ thông.

3. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành Sư phạm Hóa học, Khoa học tự nhiên: Cung cấp cơ sở lý luận và thực tiễn về giáo dục STEM, năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo, phục vụ cho nghiên cứu và thực hành sư phạm.

4. Các tổ chức, doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực giáo dục STEM: Tham khảo để phối hợp tổ chức các hoạt động trải nghiệm, câu lạc bộ và dự án STEM nhằm phát triển nguồn nhân lực trẻ có năng lực sáng tạo và giải quyết vấn đề.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo dục STEM là gì và tại sao quan trọng trong chương trình phổ thông?
   Giáo dục STEM là phương pháp tích hợp Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học nhằm phát triển kiến thức và kỹ năng thực hành cho học sinh. Nó giúp học sinh phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo, phù hợp với yêu cầu của thế kỷ 21.

2. Làm thế nào để phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho học sinh?
   Thông qua các hoạt động dạy học theo nhóm, dự án thực tế và bài học STEM gắn với thực tiễn, học sinh được rèn luyện kỹ năng tư duy phản biện, đề xuất giải pháp và thực hiện các ý tưởng sáng tạo.

3. Khó khăn phổ biến khi triển khai giáo dục STEM là gì?
   Giáo viên thường gặp khó khăn trong việc đánh giá sự tham gia cá nhân của học sinh và chưa nắm rõ các phương pháp dạy học STEM. Ngoài ra, thiếu công cụ đánh giá và thời gian chuẩn bị cũng là thách thức lớn.

4. Bộ công cụ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo gồm những gì?
   Bao gồm phiếu đánh giá, bảng kiểm quan sát, bài kiểm tra và phiếu tự đánh giá của học sinh, giúp đánh giá toàn diện các kỹ năng và thái độ trong quá trình học tập.

5. Làm thế nào để kết nối giáo dục STEM với cộng đồng và doanh nghiệp?
   Thông qua việc tổ chức câu lạc bộ STEM, các cuộc thi khoa học kỹ thuật và dự án hợp tác giữa nhà trường và các tổ chức bên ngoài, học sinh có cơ hội trải nghiệm thực tế và phát triển năng lực toàn diện.

Kết luận

• Giáo dục STEM là xu hướng đổi mới quan trọng, giúp phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho học sinh phổ thông.
• Nghiên cứu đã thiết kế và thực nghiệm thành công các chủ đề STEM phần Hydrocarbon, góp phần nâng cao hiệu quả học tập và năng lực học sinh.
• Giáo viên và học sinh đều quan tâm đến STEM nhưng còn nhiều khó khăn trong triển khai và đánh giá năng lực.
• Cần tổ chức tập huấn, xây dựng công cụ đánh giá và tăng cường hoạt động trải nghiệm để phát triển năng lực cho học sinh.
• Đề xuất các bước tiếp theo bao gồm mở rộng thực nghiệm, hoàn thiện bộ công cụ đánh giá và kết nối các bên liên quan nhằm phát triển giáo dục STEM bền vững.

Hãy bắt đầu áp dụng các giải pháp STEM trong giảng dạy để nâng cao chất lượng giáo dục và phát triển toàn diện năng lực học sinh ngay hôm nay!

Trích đoạn nội dung tài liệu

phần mở đầu, nội dung, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục. Trong đó nội dung của đề tài đƣợc chia thành 3 chƣơng là: Chƣơng 1: Cơ sở lý luận và thực trạng về phát triển năng lực giải quyết 4 vấn đề và sáng tạo trong dạy học theo định hƣớng STEM Chƣơng 2: Thiết kế các chủ đề và kế hoạch dạy học chủ đề STEM phần hydrocarbon theo định hƣớng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho học sinh Chƣơng 3: Thực nghiệm sƣ phạm 5 CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TRẠNG VỀ PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ VÀ SÁNG TẠO TRONG DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƢỚNG STEM 1. Lịch sử giáo dục STEM 1. Trên thế giới Thuật ngữ STEM lần đầu tiên đƣợc giới thiệu bởi Quỹ Khoa học Mỹ vào năm 2001.

Từ đó đến nay, giáo dục STEM đƣợc nhiều tổ chức, nhà giáo dục quan tâm nghiên cứu. Theo Bộ Giáo dục Hoa Kỳ (2007): “Giáo dục STEM là một chƣơng trình nhằm cung cấp hỗ trợ, tăng cƣờng, giáo dục Khoa học, công nghệ, kỹ thuật và Toán học (STEM) ở tiểu học và trung học cho đến bậc sau đại học”. Nhóm tác giả Nhóm tác giả Tsupros, Kohler, và Hallinen (2009) cho rằng: “Giáo dục STEM là một phƣơng pháp học tập tiếp cận liên ngành, ở đó những kiến thức hàn lâm đƣợc kết hợp chặt chẽ với các bài học thực tế thông qua việc HS đƣợc áp dụng những kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học vào trong những bối cảnh cụ thể tạo nên một kết nối giữa nhà trƣờng, cộng đồng và các doanh nghiệp cho phép ngƣời học phát triển những kĩ năng STEM và tăng khả năng cạnh tranh trong nền kinh tế mới”. Các nƣớc phát triển nhƣ Mỹ, Anh, Australia, Canada,…luôn tạo điều kiện thuận lợi nhất về chính sách nhằm thúc đẩy giáo dục STEM tại quốc gia mình.

Chẳng hạn, các chƣơng trình tài trợ, tuyển dụng tài năng khoa học ngƣời nƣớc ngoài, các chƣơng trình gắn kết hoạt động STEM trong trƣờng học, dạy nghề và giáo dục đại học với ngành công nghiệp, kinh doanh và các ngành nghề khác trong xã hội. Những chƣơng trình này thƣờng đƣợc chính phủ tạo điều kiện hoặc thông báo bởi các viện, 6 trung tâm hoặc các cơ quan khác nằm trong chƣơng trình nghị sự quốc gia về STEM. Tại Australia có các chƣơng trình cấp quốc gia về giáo dục STEM nhƣ chƣơng trình iSTEM (2009) với mục tiêu làm giàu tri thức cho HS trung học ở Sydney. Bên cạnh những thuận lợi về chính sách, các nƣớc dù có nền tảng về chính trị, kinh tế - xã hội cũng nhƣ truyền thống giáo dục, nhƣng để thành công trong giáo dục STEM đều có những điểm tƣơng đồng nhất định (Tổng kết Dự án nghiên cứu giáo dục STEM của gần 20 nƣớc năm 2013).

Đầu tiên là sự coi trọng dành cho GV giảng dạy STEM, điển hình nhƣ Phần Lan, mọi giáo viên đều phải có bằng thạc sĩ trở lên, hay những giáo viên giỏi nhất sẽ đƣợc điều động tới dạy ở các vùng khó khăn của đất nƣớc. Tại Trung Quốc, việc tăng lƣơng hay thăng tiến của GV không đơn thuần theo thâm niên công tác mà phụ thuộc vào năng lực thực sự của GV, đƣợc đánh giá qua các tiêu chuẩn và các chƣơng trình phát triển chuyên môn liên tục. Ở các nƣớc phát triển mạnh về giáo dục, STEM cho thấy có sự cải cách chƣơng trình và phƣơng pháp giảng dạy, trong đó có tập trung vào việc làm cho khoa học và toán học trở nên hấp dẫn và thiết thực hơn thông qua học tập dựa trên vấn đề, yêu cầu và nhấn mạnh vào sự sáng tạo, tƣ duy phê phán. Một số quốc gia, điển hình nhƣ Hoa Kì đã xây dựng xong Chuẩn khoa học thế hệ mới NGSS và khung chƣơng trình STEM ( áp dụng tại một số bang), với mục tiêu hƣớng dẫn GV cách phát triển chƣơng trình dạy học chất lƣợng cao theo định hƣớng STEM.

Chuẩn khoa học thế hệ mới NGSS đƣợc xem nhƣ nền tảng quan trọng và thuận lợi để đƣa giáo dục STEM vào nhà trƣờng phổ thông đối với hình thức giáo dục chính khóa. Một hình thức giáo dục STEM khác khá phổ biến ở các nƣớc phát triển (Mỹ, Anh, Australia,…) là các chƣơng trình 7 ngoại khóa độc lập, do các trƣờng đại học hoặc các đơn vị bên ngoài phối hợp tổ chức cùng trƣờng phổ thông. Các chƣơng trình này thƣờng không thu phí (nếu có thì cũng rất thấp). Trên thực tế, HS rất hào hứng tham gia vào các buổi học ngoại khóa này, các chủ đề trong khóa học cũng thể hiện rõ tƣ tƣởng của giáo dục STEM, phần nào do ít bị giới hạn về mặt thời gian và nội dung so với chƣơng trình chính khóa.

Ngoài ra còn có một số hình thức triển khai khác nhƣ: Hội chợ khoa học các cấp, các câu lạc bộ khoa học, các dự án học tập STEM…cũng góp phần đƣa giáo dục STEM vào nhà trƣờng phổ thông. Nhƣ vậy có thể thấy rằng, trên thế giới các nƣớc đặc biệt là các nƣớc phát triển rất chú trọng phát triển giáo dục STEM, luôn tạo những điều kiện tốt nhất để đƣa giáo dục STEM vào trƣờng học. Tại Việt Nam Khác với các nƣớc phát triển trên thế giới nhƣ Mỹ, giáo dục STEM du nhập vào Việt Nam không phải bắt nguồn từ các nghiên cứu khoa học giáo dục hay từ chính sách vĩ mô về nguồn nhân lực mà bắt nguồn từ các cuộc thi Robot dành cho học sinh từ cấp tiểu học đến phổ thông trung học do các công ty công nghệ tại Việt Nam triển khai cùng với các tổ chức nƣớc ngoài. Từ đó đến nay giáo dục STEM đã bắt đầu có sự lan toả với nhiều hình thức khác nhau, nhiều cách thức thực hiện khác nhau, nhiều tổ chức hỗ trợ khác nhau.

Tại Việt Nam có nhiều công trình nghiên cứu về cơ sở lý luận giáo dục STEM, mối liên hệ giữa dạy học theo định hƣớng STEM và phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo nhƣ: - Nguyễn Mậu Đức (2017) “Ứng dụng mô hình STEM vào chƣơng trình giáo dục phổ thông mới” Trƣờng Đại học Sƣ phạm – Đại học Thái Nguyên[10]. 8 - Nguyễn Mậu Đức – Dƣơng Thị Ánh Tuyết (2018) “Dạy học chủ đề axit – bazơ chƣơng trình hoá học lớp 11 theo định hƣớng giáo dục STEM” Tạp chí Giáo dục, số đặc biết tháng 8, tr 225-230 [12]. - Nhóm tác giả Nguyễn Mậu Đức – Đinh Thị Ngoan (2019) “Thiết kế chủ đề “pin chanh” (chƣơng trình hoá học vô cơ lớp 12) theo định hƣớng giáo dục STEM” [11]. Nhóm tác giả trình bày về quy trình để thiết kế chủ đề và thiết kế chủ đề “pin chanh” theo định hƣớng giáo dục STEM.

- Nhóm tác giả Vũ Phƣơng Liên, Lê Thái Hƣng, Nguyễn Phƣơng Vy “Giáo dục STEM trong trƣờng phổ thông nhằm phát triển năng lực hợp tác giải quyết vấn đề cho học sinh: lý luận và đề xuất mô hình triển khai trong dạy học”[16]. Nhóm tác giả đã trình bày về khái niệm giáo dục STEM, phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh thông qua mô hình giáo dục STEM. - Tác giả Lê Thanh Hà (2021) “Xây dựng khung năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo trong dạy học sinh học phổ thông theo định hƣớng giáo dục STEM”[14]. Tác giả đã chỉ ra mối liên hệ giữa dạy học theo định hƣớng giáo dục STEM với việc phát triển NL GQVĐ và ST cho HS.

- Nhóm tác giả Chu Văn Tiềm, Đào Thị Việt Anh (2021) “ Thực trạng phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho học sinh thông qua vận dụng mô hình giáo dục STEM trong dạy học Hoá học ở trƣờng trung học phổ thông” [21]. Nghiên cứu đã chỉ ra sự cần thiết phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho học sinh; cần vận dụng phối hợp, linh hoạt nhiều phƣơng pháp dạy học và kiểm tra đánh giá để tổ chức dạy học các chủ đề/bài học STEM trong môn Hoá học nhằm phát triển NL GQVĐ và ST cho học sinh. Ngoài ra, nghiên cứu cũng làm rõ những thuận lợi, khó khăn của GV và 9 đề xuất một số biện pháp phát triển năng lực này cho HS khi tổ chức dạy học các chủ đề/bài học STEM trong môn hoá học ở trƣờng THPT. Bên cạnh đó, còn rất nhiều các công trình nghiên cứu liên quan đến việc xây dựng các chủ đề STEM nhằm phát triển năng lực cho học sinh.

Với mong muốn đóng góp thêm các chủ đề/bài học theo định hƣớng STEM nên tôi chọn đề tài này với hy vọng sẽ xây dựng đƣợc thêm các chủ đề/bài học theo định hƣớng STEM ở phần hydrocarbon, Khoa học tự nhiên 9 và đƣa vào giảng dạy nhằm góp phần phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho HS. Khái niệm và cơ sở lý luận của giáo dục STEM 1. Khái niệm STEM STEM là thuận ngữ xuất phát từ phƣơng pháp giảng dạy và học tập tích hợp nội dung và kỹ năng đã học về khoa học (Science), kỹ thuật (Technology), kỹ thuật (Engineering) và toán học (Mathematics). Sự phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và toán học đƣợc mô tả bởi chu trình STEM, trong đó Science là kiến thức khoa học; Engineering là quy trình sử dụng kiến thức khoa học để thiết kế công nghệ mới nhằm giải quyết vấn đề; Toán là công cụ đƣợc sử dụng để thu nhận kết quả và chia sẻ kết quả đó với ngƣời khác.

Một số khái niệm liên quan + STEM mở: bao gồm nhiều hơn 4 lĩnh vực (Toán, Công nghệ, Kĩ thuật và Khoa học) nhƣ Nghệ thuật, Nhân văn, Robot,…. + STEM đóng: bao gồm 4 lĩnh vực (Toán, Công nghệ, Kĩ thuật và Khoa học). + STEM khuyết: bao gồm ít hơn 4 lĩnh vực (Toán, Công nghệ, Kĩ thuật và Khoa học). 10 + STEAM: là hƣớng tiếp cận giáo dục sử dụng mô hình STEM kết hợp với nghệ thuật, nhân văn (Art).

+ STEM và sáng tạo KHKT: STEM là cơ sở giúp học sinh phát triển thành các dự án sáng tạo KHKT. Phân loại STEM (1) Dựa trên các lĩnh vực STEM tham gia giải quyết vấn đề, STEM đƣợc chia thành 2 loại: - STEM đầy đủ: là loại hình STEM yêu cầu ngƣời học cần vận dụng kến thức của cả bốn lĩnh vực STEM để giải quyết vấn đề. - STEM khuyết: là loại hình STEM yêu cầu ngƣời học không cần vận dụng kiến thức của cả bốn lĩnh vực STEM để giải quyết vấn đề.