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.
