Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, giáo dục Việt Nam đang hướng tới sự đổi mới toàn diện, đặc biệt chú trọng phát triển năng lực người học. Năng lực giải quyết vấn đề Toán học là một trong những năng lực cốt lõi cần được phát triển cho học sinh trung học cơ sở (THCS), giúp các em phát huy tư duy sáng tạo, khả năng phân tích và vận dụng kiến thức vào thực tiễn. Theo báo cáo ngành, có khoảng 22.300 tài liệu liên quan đến phát triển năng lực giải quyết vấn đề Toán học, tuy nhiên, việc ứng dụng mô hình giáo dục STEM trong phát triển năng lực này còn hạn chế. STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) là mô hình giáo dục tích hợp liên ngành, giúp học sinh kết nối kiến thức Toán học với các lĩnh vực khoa học, công nghệ và kỹ thuật, từ đó nâng cao khả năng giải quyết vấn đề thực tiễn.

Mục tiêu nghiên cứu là đề xuất các biện pháp phát triển năng lực giải quyết vấn đề Toán học thông qua bài học STEM môn Toán lớp 7 tại các trường THCS, nhằm nâng cao chất lượng dạy và học môn Toán. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào học sinh lớp 7 tại một số trường THCS ở Hà Nội trong năm học 2021-2022. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp cơ sở lý luận và thực tiễn cho việc thiết kế bài học STEM phù hợp, góp phần phát triển toàn diện năng lực giải quyết vấn đề Toán học cho học sinh, đồng thời hỗ trợ giáo viên đổi mới phương pháp dạy học theo hướng tích cực, sáng tạo.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Năng lực giải quyết vấn đề Toán học được hiểu là khả năng vận dụng hiệu quả kiến thức, kỹ năng và kinh nghiệm Toán học để giải quyết các tình huống thực tiễn. Theo khung PISA 2021, quá trình giải quyết vấn đề gồm ba giai đoạn chính: thiết lập tình huống bằng phương pháp toán học, vận dụng khái niệm và quy trình toán học, diễn giải và đánh giá kết quả toán học. Các thành tố năng lực Toán học cần phát triển cho học sinh THCS bao gồm: năng lực tư duy và lập luận, năng lực mô hình hóa, năng lực giải quyết vấn đề, năng lực giao tiếp toán học và năng lực sử dụng công cụ học toán.

Giáo dục STEM được xây dựng dựa trên bốn thành tố chính: Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học. Cấu trúc năng lực STEM gồm năm thành tố: thu thập thông tin, xử lý và sử dụng thông tin, thực hiện giải pháp, an toàn kỹ thuật và chia sẻ cộng đồng. Các quy trình dạy học STEM phổ biến gồm quy trình 6E, quy trình Trial và quy trình Kolb, đều tập trung vào việc lấy người học làm trung tâm, phát triển kỹ năng thực hành, phản ánh và thử nghiệm. Giáo dục STEM có vai trò quan trọng trong việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề Toán học thông qua cách tiếp cận liên ngành, lồng ghép kiến thức thực tiễn và kết nối cộng đồng.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp hỗn hợp, kết hợp phân tích định tính và định lượng. Nguồn dữ liệu chính bao gồm khảo sát 12 giáo viên Toán và 100 học sinh lớp 7 tại hai trường THCS ở Hà Nội. Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu thuận tiện nhằm đảm bảo tính khả thi và đại diện cho nhóm nghiên cứu. Phân tích dữ liệu được thực hiện bằng thống kê mô tả, biểu đồ và so sánh tỷ lệ phần trăm nhằm đánh giá thực trạng dạy học và phát triển năng lực giải quyết vấn đề Toán học thông qua bài học STEM. Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 9/2021 đến tháng 12/2022, bao gồm giai đoạn khảo sát, thiết kế bài học STEM, thực nghiệm sư phạm và đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Mức độ quan tâm của giáo viên tới năng lực Toán học: Có 83,3% giáo viên thường xuyên quan tâm phát triển năng lực tư duy và lập luận toán học cho học sinh, 66,7% quan tâm đến năng lực giải quyết vấn đề, trong khi chỉ 41,7% chú trọng năng lực giao tiếp toán học và 33,3% quan tâm năng lực sử dụng công cụ học toán.

  2. Phương pháp và kỹ thuật dạy học tích cực: 66,7% giáo viên thường xuyên sử dụng phương pháp thuyết trình và đàm thoại, 58,3% áp dụng phương pháp giải quyết vấn đề, nhưng chỉ 8,3% thường xuyên sử dụng phương pháp dự án – một phương pháp hiệu quả trong phát triển năng lực toán học. Có tới 83,3% giáo viên ít hoặc chưa bao giờ sử dụng phương pháp dự án.

  3. Cách thức tổ chức dạy học giải quyết vấn đề: 66,7% giáo viên thường xuyên đặt vấn đề và hướng dẫn học sinh giải quyết, tuy nhiên chỉ 50% đánh giá hiệu quả cao của cách thức này. Một số khó khăn được ghi nhận gồm thiếu thời gian, thiếu tài liệu và kỹ năng tổ chức hoạt động STEM.

  4. Thực trạng tổ chức dạy học STEM: Học sinh có mức độ tiếp cận STEM còn hạn chế, với nhiều em chưa quen với các hoạt động trải nghiệm và hợp tác nhóm. Giáo viên gặp khó khăn trong việc thiết kế bài học STEM phù hợp với chương trình Toán 7 và năng lực học sinh.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy giáo viên đã quan tâm đến phát triển năng lực tư duy và giải quyết vấn đề Toán học, nhưng việc áp dụng các phương pháp dạy học tích cực, đặc biệt là phương pháp dự án và dạy học STEM còn hạn chế. Điều này phù hợp với báo cáo của ngành giáo dục về thực trạng đổi mới phương pháp dạy học tại các trường THCS. Việc thiếu kỹ năng và tài liệu hỗ trợ là nguyên nhân chính khiến giáo viên chưa khai thác hiệu quả mô hình STEM trong phát triển năng lực giải quyết vấn đề.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, giáo dục STEM được chứng minh là phương pháp hiệu quả trong việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề, tư duy phản biện và kỹ năng hợp tác. Việc thiết kế bài học STEM gắn liền với thực tiễn, như các bài học về thiết kế bao bì, xây cầu hay chiến thuật chơi bóng rổ, giúp học sinh vận dụng kiến thức Toán học vào giải quyết các vấn đề thực tế, từ đó nâng cao hứng thú và hiệu quả học tập.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện mức độ quan tâm của giáo viên tới các năng lực toán học, biểu đồ sử dụng phương pháp dạy học tích cực và bảng tổng hợp kết quả khảo sát thực trạng dạy học STEM. Những biểu đồ này minh họa rõ ràng sự chênh lệch giữa mức độ quan tâm và thực tế áp dụng, từ đó làm rõ nhu cầu đào tạo và hỗ trợ giáo viên trong đổi mới phương pháp dạy học.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường đào tạo, bồi dưỡng giáo viên về dạy học STEM: Tổ chức các khóa tập huấn chuyên sâu về thiết kế và tổ chức bài học STEM, đặc biệt chú trọng kỹ năng xây dựng bài học phát triển năng lực giải quyết vấn đề Toán học. Thời gian thực hiện trong vòng 6 tháng, do Sở Giáo dục và Đào tạo phối hợp với các trường đại học sư phạm chủ trì.

  2. Phát triển và cung cấp tài liệu, giáo án mẫu bài học STEM: Xây dựng bộ tài liệu bài học STEM môn Toán lớp 7 với các chủ đề thực tiễn, hướng dẫn cụ thể từng bước phát triển năng lực giải quyết vấn đề. Tài liệu được cập nhật thường xuyên và cung cấp miễn phí cho giáo viên trong năm học tiếp theo.

  3. Khuyến khích áp dụng phương pháp dự án và hoạt động nhóm trong dạy học: Giáo viên cần chủ động tổ chức các hoạt động dự án STEM, tạo điều kiện cho học sinh hợp tác, trao đổi và thực hành giải quyết vấn đề. Nhà trường cần hỗ trợ về cơ sở vật chất và thời gian để triển khai hiệu quả.

  4. Tăng cường phối hợp giữa nhà trường, gia đình và cộng đồng: Tạo môi trường học tập STEM rộng mở, kết nối các tổ chức xã hội, doanh nghiệp để học sinh có cơ hội trải nghiệm thực tế, nâng cao ý thức ứng dụng kiến thức Toán học vào cuộc sống. Thời gian triển khai liên tục, bắt đầu từ năm học hiện tại.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Giáo viên Toán THCS: Nghiên cứu cung cấp các giải pháp thiết thực để đổi mới phương pháp dạy học, phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh thông qua bài học STEM, giúp nâng cao hiệu quả giảng dạy.

  2. Nhà quản lý giáo dục: Tham khảo để xây dựng chính sách đào tạo, bồi dưỡng giáo viên và phát triển chương trình giáo dục STEM phù hợp với thực tiễn, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục phổ thông.

  3. Sinh viên sư phạm Toán: Tài liệu tham khảo hữu ích trong quá trình học tập và thực hành sư phạm, giúp hiểu rõ hơn về phương pháp dạy học tích cực và ứng dụng STEM trong giảng dạy Toán.

  4. Các nhà nghiên cứu giáo dục: Cung cấp cơ sở lý luận và dữ liệu thực nghiệm về mối liên hệ giữa giáo dục STEM và phát triển năng lực giải quyết vấn đề Toán học, mở ra hướng nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực đổi mới phương pháp dạy học.

Câu hỏi thường gặp

  1. STEM là gì và tại sao lại quan trọng trong dạy học Toán?
    STEM là mô hình giáo dục tích hợp Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học, giúp học sinh phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề thực tiễn. Trong dạy học Toán, STEM giúp kết nối kiến thức với ứng dụng thực tế, tăng hứng thú và hiệu quả học tập.

  2. Năng lực giải quyết vấn đề Toán học gồm những thành phần nào?
    Theo nghiên cứu, năng lực này gồm ba thành phần chính: thiết lập tình huống bằng phương pháp toán học, vận dụng khái niệm và quy trình toán học, diễn giải và đánh giá kết quả toán học. Các thành phần này giúp học sinh xử lý và giải quyết các bài toán phức tạp.

  3. Làm thế nào để thiết kế bài học STEM phù hợp với chương trình Toán lớp 7?
    Bài học STEM cần gắn liền với nội dung chương trình, có tính thực tiễn và khuyến khích học sinh hợp tác, trải nghiệm. Ví dụ như bài học “Thiết kế bao bì đựng một lít sữa tươi” giúp học sinh vận dụng kiến thức hình học và đại số để giải quyết vấn đề thực tế.

  4. Khó khăn phổ biến khi áp dụng dạy học STEM là gì?
    Khó khăn gồm thiếu tài liệu hướng dẫn, giáo viên chưa được đào tạo đầy đủ, hạn chế về thời gian và cơ sở vật chất, cũng như thói quen dạy học truyền thống. Cần có sự hỗ trợ đồng bộ từ nhà trường và các cơ quan quản lý.

  5. Làm sao để đánh giá hiệu quả phát triển năng lực giải quyết vấn đề qua bài học STEM?
    Có thể sử dụng các thang đo năng lực gồm đánh giá khả năng thiết lập tình huống, vận dụng kiến thức và diễn giải kết quả. Kết hợp quan sát quá trình học tập, sản phẩm học sinh và phản hồi từ giáo viên để đánh giá toàn diện.

Kết luận

  • Năng lực giải quyết vấn đề Toán học là năng lực cốt lõi cần phát triển cho học sinh THCS, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục.
  • Giáo dục STEM với cách tiếp cận liên ngành và thực tiễn là phương pháp hiệu quả để phát triển năng lực này.
  • Thực trạng dạy học STEM tại các trường THCS còn nhiều hạn chế, đặc biệt trong việc áp dụng phương pháp dự án và hoạt động nhóm.
  • Luận văn đã đề xuất các biện pháp thiết thực nhằm hỗ trợ giáo viên và nhà trường phát triển năng lực giải quyết vấn đề Toán học thông qua bài học STEM môn Toán lớp 7.
  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai đào tạo giáo viên, xây dựng tài liệu bài học STEM và đánh giá hiệu quả áp dụng trong thực tế.

Hành động ngay hôm nay: Các nhà quản lý và giáo viên cần phối hợp triển khai các giải pháp đổi mới phương pháp dạy học STEM để nâng cao năng lực giải quyết vấn đề Toán học cho học sinh, góp phần xây dựng nền giáo dục hiện đại, sáng tạo và thực tiễn.