Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ khoa học giáo dục với đề tài "Phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho sinh viên đại học khối ngành kỹ thuật thông qua dạy học học phần hóa học đại cương", mã số 91.111, chuyên ngành Lý luận và phương pháp dạy học bộ môn Hóa học, do nghiên cứu sinh Nguyễn Ngọc Tuấn thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Hà Nội dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Bùi Thị Hạnh (bảo vệ năm 2021).

Về tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu, tác giả xuất phát từ quan điểm chỉ đạo của Đảng và Nhà nước tại Nghị quyết Hội nghị Trung ương 8 khóa XI (Nghị quyết số 29-NQ/TW) về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo, xác định mục tiêu chuyển mạnh quá trình giáo dục từ chủ yếu trang bị kiến thức sang phát triển toàn diện năng lực và phẩm chất người học. Trong hệ thống giáo dục đại học, khối ngành kỹ thuật giữ vai trò đào tạo nguồn nhân lực nòng cốt cho sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Học phần Hóa học đại cương là học phần cơ sở thuộc khối kiến thức giáo dục đại cương bắt buộc đối với sinh viên kỹ thuật. Tuy nhiên, qua khảo sát thực tế, tác giả chỉ ra rằng việc dạy học học phần này ở các trường đại học kỹ thuật còn nặng về truyền thụ lý thuyết, chưa chú trọng đúng mức đến rèn luyện kỹ năng nghề nghiệp và phát triển năng lực cho sinh viên; phương pháp kiểm tra đánh giá còn lạc hậu. Các công trình nghiên cứu về phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo trước đây chủ yếu tập trung vào bậc phổ thông hoặc trường sư phạm, còn ít công trình nghiên cứu một cách hệ thống về việc vận dụng kết hợp phương pháp dạy học dự án và mô hình lớp học đảo ngược trong học phần Hóa học đại cương cho sinh viên đại học khối ngành kỹ thuật. Đây chính là khoảng trống nghiên cứu mà luận án hướng tới giải quyết.

Mục đích nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu, vận dụng biện pháp dạy học dự án và mô hình lớp học đảo ngược vào dạy học học phần Hóa học đại cương nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho sinh viên đại học khối ngành kỹ thuật, qua đó góp phần nâng cao chất lượng dạy học ở các trường đại học.

Giả thuyết khoa học của luận án xác định: Nếu vận dụng dạy học dự án và mô hình lớp học đảo ngược trong dạy học học phần Hóa học đại cương một cách hợp lý, phù hợp với đối tượng sinh viên đại học khối ngành kỹ thuật ở các trường đại học thì sẽ phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho sinh viên, thông qua đó góp phần nâng cao chất lượng đào tạo ở các trường đại học.

Nhiệm vụ nghiên cứu của luận án được đánh số cụ thể gồm 5 nhiệm vụ:

  1. Nghiên cứu cơ sở lý luận của đề tài: những vấn đề tổng quan về năng lực, năng lực giải quyết vấn đề, năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo, dạy học dự án, mô hình lớp học đảo ngược.
  2. Nghiên cứu thực trạng việc vận dụng dạy học dự án, mô hình lớp học đảo ngược vào phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho sinh viên đại học khối ngành kỹ thuật thông qua dạy học học phần Hóa học đại cương.
  3. Thiết kế các chủ đề dạy học dự án và mô hình lớp học đảo ngược trong học phần Hóa học đại cương khối ngành kỹ thuật ở các trường đại học.
  4. Xây dựng bộ công cụ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho sinh viên đại học khối ngành kỹ thuật trong dạy học học phần Hóa học đại cương thông qua dạy học dự án và mô hình lớp học đảo ngược.
  5. Thực nghiệm sư phạm: Nhằm kiểm nghiệm tính khả thi, hiệu quả của dạy học dự án và mô hình lớp học đảo ngược trong việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho sinh viên đại học khối ngành kỹ thuật và những đề xuất của đề tài.

Về khách thể nghiên cứu, luận án xác định là quá trình dạy học học phần Hóa học đại cương ở trường đại học kỹ thuật. Đối tượng nghiên cứu là việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho sinh viên đại học khối ngành kỹ thuật thông qua vận dụng dạy học dự án và mô hình lớp học đảo ngược trong dạy học học phần Hóa học đại cương. Nhóm đối tượng sinh viên được khảo sát và thực nghiệm thuộc các ngành đào tạo về các lĩnh vực: Máy tính và công nghệ thông tin; Kỹ thuật điện - điện tử; Kỹ thuật y sinh; Công nghệ kỹ thuật. Phạm vi nghiên cứu về không gian được thực hiện tại một số trường đại học khu vực miền Bắc và miền Nam; phạm vi về nội dung tập trung vào học phần Hóa học đại cương khối ngành kỹ thuật; phạm vi thời gian nghiên cứu kéo dài từ năm 2014 đến năm 2020.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Trong phần tổng quan lịch sử nghiên cứu vấn đề, tác giả đã điểm lại hệ thống công trình của các tác giả trong và ngoài nước theo từng trục nội dung:

Về năng lực và năng lực giải quyết vấn đề: Khái niệm năng lực xuất hiện từ tác phẩm của Plato do Mulder, Weigel và Collins (2007) trích dẫn, sau đó được nghiên cứu rộng rãi từ những năm 70 của thế kỷ XX. Các tổ chức quốc tế như OECD (2002) qua chương trình PISA, Bộ Giáo dục Québec (2004), Denyse Tremblay (2002), F.E. Weinert (2001) đã chuẩn hóa quan niệm về năng lực là khả năng huy động tổng hợp kiến thức, kỹ năng và thái độ để thực hiện thành công một nhiệm vụ trong bối cảnh cụ thể. Về giải quyết vấn đề, các nghiên cứu kinh điển thế kỷ XX gồm có G. Polya (1967). Bước sang thế kỷ XXI, PISA (2003, 2012, 2015), Jean-Paul Reeff, Anouk Zabal, Christine Blech (2006) tập trung vào khung đánh giá năng lực giải quyết vấn đề. Robertson (2001) chỉ ra các cơ chế tạo tình huống có vấn đề và chiến lược giải quyết vấn đề dựa trên tư duy logic. Esther Care, Patrick Griffin và Mark Wilson (2014, 2018) phân chia năng lực giải quyết vấn đề thành 2 thành tố (năng lực xã hội và năng lực nhận thức) với thang đo 6 mức độ phát triển. Tại Việt Nam, các công trình của Vũ Văn Tảo và Trần Văn Hà (1996), Nguyễn Lộc và Nguyễn Thị Lan Phương (2016) đã xác lập cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề gồm 4 thành tố: nhận biết và tìm hiểu vấn đề; thiết lập không gian vấn đề; lập kế hoạch và trình bày giải pháp; đánh giá và phản ánh giải pháp. Nhóm tác giả Nguyễn Thị Sửu, Vũ Quốc Trung và Nguyễn Thị Phương Thúy (2014) nghiên cứu vận dụng dạy học dự án trong môn Hóa hữu cơ ở trường phổ thông miền núi phía Bắc; Trần Ngọc Huy (2012) nghiên cứu bài toán nhận thức; Lê Văn Năm nghiên cứu dạy học nêu vấn đề - ơrixtic; Cao Thị Thặng đề xuất 7 biện pháp phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong môn Hóa học.

Về năng lực sáng tạo và năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo: Nghiên cứu hệ thống của J.P. Guilford (1950, 1967) phân định trí tuệ thành trí thông minh và sáng tạo; Holland (1959), May (1961), Mackinnon D.W. (1962), Arnold (1962) gắn sáng tạo với tư duy giải quyết vấn đề. Các phương pháp sáng tạo kỹ thuật được phát triển bởi F. Zwicky (phương pháp hình thái học), Alex Osborn (kỹ thuật động não), H. Altshuller (1956) với lý thuyết TRIZ gồm 9 quy luật phát triển hệ thống kỹ thuật, 40 nguyên tắc sáng tạo và 76 chuẩn giải bài toán sáng chế; L.S. Vưgotsky (1985) nghiên cứu tương tác giữa tư duy và tưởng tượng. Các công trình sư phạm của J. Penick, J. King (1976), E. Torrance (1965), Omizumi Kagayaki (1991). Tại Việt Nam, Trần Bá Hoành nghiên cứu vai trò của giáo viên trong rèn luyện tư duy không cứng nhắc; Phạm Thành Nghị và Nguyễn Huy Tú (1996) nghiên cứu bản chất và chẩn đoán sáng tạo; Nguyễn Cương (2007) đề xuất các biện pháp rèn luyện năng lực sáng tạo trong dạy học hóa học. Các luận án của Nguyễn Thị Hồng Gấm (2013) đề xuất 4 biện pháp ở trường cao đẳng sư phạm; Đinh Thị Hồng Minh (2014) đề xuất 4 biện pháp cho sinh viên đại học kỹ thuật thông qua học phần Hóa học hữu cơ (dạy học theo hợp đồng, dạy học dự án, thực hành Spickler, sơ đồ tư duy); Phạm Thị Bích Đào (2014) kết hợp dạy học dự án và bàn tay nặn bột; Trần Trung Ninh, Võ Văn Em Duy và Lê Thị Đặng Chi nghiên cứu phương pháp bàn tay nặn bột ở trường trung học cơ sở; Nguyễn Thị Sửu, Trang Quang Vinh và Nguyễn Ngọc Duy nghiên cứu bài tập phân hóa và hóa học phi kim. Văn bản Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể (2018) chính thức xác định năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo là năng lực chung cốt lõi với cấu trúc 6 thành tố.

Về dạy học dự án: Bắt nguồn từ giáo dục kiến trúc, kỹ thuật tại Ý (Học viện Academia di San Luca năm 1656) và Pháp (Prix d'Emulation), phát triển qua tư tưởng của J. Dewey (1897) và công trình của W.H. Kilpatrick (1918). Các nghiên cứu quốc tế của Barron (1998), Branford (1999), George Lucas (2001), Frey (1994), Harris (2002), Katz và Chard (1999), McGrath (2002), Solomon (2003), Thomas và Railsback (2002) khẳng định hiệu quả của dạy học dự án đối với việc tự định hướng và tư duy bậc cao. Jarvis, Holford và Griffin (1998), Cross (1998), Veenman, Kenter và Post (2000) nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng; Finucane, Johnson và Prideaux (1998) chỉ rõ các thách thức về thời gian, cơ sở vật chất và năng lực tổ chức của người dạy. Tại Việt Nam, các tác giả Phạm Hồng Bắc, Trịnh Văn Biều, Nguyễn Văn Cường, Trần Việt Cường, Nguyễn Thị Diệu Thảo, Đỗ Hương Trà, Trần Thị Hoàng Yến đã nghiên cứu lý luận và quy trình thiết kế dạy học dự án trong các môn học cụ thể.

Về mô hình lớp học đảo ngược: Bắt đầu từ định nghĩa của M. Lage, G. Platt, M. Treglia (2000) và Bishop - Verleger (2013) về việc hoán đổi hoạt động bên trong và bên ngoài lớp học dựa trên học tập kết hợp (B-learning). Nghiên cứu của Arafeh (2004), Beck và Schornack (2004), Frederickson (2005), Bergmann và Sams (2012), Marcey và Brint (2012), Brunsell và Horejsi (2013), Smith (2013), Jami Carlacio, D.B. Marks (2015) gắn mô hình này với thang bậc nhận thức Bloom (chuyển các mức độ ghi nhớ, thông hiểu về nhà qua video; dành thời gian trên lớp cho vận dụng, phân tích, đánh giá, sáng tạo). Tại Việt Nam, Nguyễn Chính (2013), Hoàng Giang Quỳnh Anh, Phạm Anh Đới, Nguyễn Thế Dũng, Michelle Vickers (Đại học RMIT), Nguyễn Quốc Vũ và Lê Thị Minh Thanh (2016) bước đầu thử nghiệm mô hình trong một số chuyên đề kỹ thuật số, lập trình.

Vị trí của luận án: Luận án là công trình nghiên cứu chuyên biệt giải quyết khoảng trống về cơ sở lý luận và thực nghiệm sư phạm khi tích hợp đồng thời dạy học dự án và mô hình lớp học đảo ngược trong học phần Hóa học đại cương, hướng tới đối tượng sinh viên đại học khối ngành kỹ thuật tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án xây dựng khung lý thuyết dựa trên sự giao thoa của các lý thuyết tâm lý học giáo dục và lý luận dạy học hiện đại:

  • Cơ sở tâm lý học: Vận dụng lý thuyết Vùng phát triển gần (ZPD) của L.S. Vưgotsky, phân biệt giữa vùng phát triển hiện tại (ZAD) và vùng phát triển gần (ZPD) nhằm định hướng dạy học phải đi trước sự phát triển nhận thức của sinh viên; Thuyết đa trí tuệ của Howard Gardner (xác định 9 dạng trí tuệ gồm ngôn ngữ, logic - toán học, âm nhạc, hình thể - động năng, không gian, giao tiếp, nội tâm, tự nhiên học, sinh tồn) để tôn trọng phong cách học tập đa dạng của sinh viên kỹ thuật; Thuyết kết nối (Connectivism) của George Siemens và Stephen Downes với 8 nguyên tắc cốt lõi về sự kết nối mạng lưới thông tin số, tạo cơ sở cho việc tự học trực tuyến ngoài lớp học.
  • Cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo: Vận dụng mô hình tảng băng (Sigmund Freud) phân tầng năng lực thành hành vi quan sát được, tầng suy nghĩ (kiến thức, kỹ năng, thái độ) và tầng tính sẵn sàng (động cơ, phẩm chất). Dựa trên Chương trình giáo dục phổ thông 2018 và đặc điểm sinh viên kỹ thuật, tác giả xác lập cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo gồm 5 thành tố: (1) Phát hiện và làm rõ vấn đề; (2) Hình thành và triển khai ý tưởng mới; (3) Đề xuất, lựa chọn giải pháp; (4) Thực hiện và đánh giá giải pháp giải quyết vấn đề; (5) Tư duy độc lập.
  • Khung mô hình và phương pháp dạy học: Dạy học dự án với quy trình 5 giai đoạn (Quyết định đề tài - Lập kế hoạch - Thực hiện dự án - Thu thập sản phẩm và đánh giá - Trình bày sản phẩm và phản ánh); Mô hình lớp học đảo ngược dựa trên 4 yếu tố cốt lõi F-L-I-P (Môi trường linh hoạt - Flexible environment, Học tập nhân văn - Learning culture, Nội dung có chủ ý - Intentional content, Chuyên gia giáo dục - Professional educator) và thang nhận thức Bloom; Các kỹ thuật dạy học tích cực bổ trợ gồm kỹ thuật 5W1H, kỹ thuật Sơ đồ tư duy (Tony Buzan), và kỹ thuật KWL (Donna Ogle).

Phương pháp nghiên cứu thực tế của luận án thuộc hướng tiếp cận hỗn hợp (mixed methods), kết hợp định tính và định lượng:

  • Nhóm phương pháp nghiên cứu lý luận: Phân tích, tổng hợp, hệ thống hóa và khái quát hóa tài liệu khoa học giáo dục, tâm lý học, các văn bản quy phạm pháp luật và chương trình đào tạo kỹ thuật.
  • Nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Phương pháp quan sát sư phạm đối với hoạt động dạy của giảng viên và hoạt động học của sinh viên; Phương pháp phỏng vấn sâu giảng viên và sinh viên; Phương pháp điều tra bằng bảng hỏi; Phương pháp thực nghiệm sư phạm kiểm chứng giả thuyết khoa học qua 2 vòng thực nghiệm.
  • Nhóm phương pháp xử lý toán thống kê: Sử dụng phần mềm thống kê để tính toán các tham số đặc trưng: điểm trung bình ($\bar{X}$), phương sai ($S^2$), độ lệch chuẩn ($S$), hệ số biến thiên ($V$), vẽ đồ thị đường phân phối tần số, tần suất và tần suất lũy tích, kiểm định tham số so sánh sự khác biệt ($t$-Student).

Nguồn tư liệu và dữ liệu nghiên cứu bao gồm: Đề cương chi tiết học phần Hóa học đại cương của các trường đại học kỹ thuật; Dữ liệu điều tra thực trạng từ 56 giảng viên và 1.453 sinh viên tại 9 trường đại học (Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền thông Thái Nguyên, Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, Đại học Sư phạm Thái Nguyên, Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, Đại học Điện lực Hà Nội, Đại học Công nghiệp Hà Nội, Đại học Tây Bắc, Đại học Đồng Tháp, Đại học An Giang) thu thập trong 2 năm học từ 2014 đến 2016; Dữ liệu thực nghiệm sư phạm từ các bài kiểm tra đánh giá, phiếu quan sát tiêu chí của giảng viên và phiếu tự đánh giá của sinh viên tại 4 trường đại học.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn về việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho sinh viên đại học khối ngành kỹ thuật thông qua dạy học học phần hóa học đại cương

Nội dung chương 1 tập trung hệ thống hóa cơ sở lý luận về năng lực, năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo, dạy học dự án, mô hình lớp học đảo ngược, đồng thời trình bày kết quả khảo sát thực trạng giáo dục tại các trường đại học. Tác giả đã làm rõ bản chất của năng lực theo hướng tiếp cận hành động, phân tích mối quan hệ biện chứng giữa tư duy giải quyết vấn đề và tư duy sáng tạo trong hoạt động kỹ thuật. Chương 1 phân tích các đặc trưng tâm lý của sinh viên đại học năm thứ nhất khối kỹ thuật: có nền tảng tư duy tự nhiên tương đối tốt nhưng dễ gặp khó khăn trong việc chuyển đổi phương pháp học tập từ phổ thông sang đại học, kỹ năng tự học và làm việc nhóm còn hạn chế.

Về mặt thực tiễn, tác giả tiến hành điều tra 56 giảng viên và 1.453 sinh viên tại 9 trường đại học trong giai đoạn 2014-2016. Dữ liệu khảo sát phản ánh rõ sự phân hóa trong việc sử dụng phương pháp giảng dạy tại các trường đại học:

Phương pháp, mô hình và kỹ thuật dạy học Rất thường xuyên (%) Thường xuyên (%) Ít sử dụng (%) Không sử dụng (%)
Thuyết trình 32,0% 44,6% 23,4% 0,0%
Xemina 34,0% 50,0% 16,0% 0,0%
Dạy học dự án 0,0% 0,0% 9,0% 91,0%
Dạy học Spickler 0,0% 0,0% 3,5% 96,5%
Dạy học Webquest 0,0% 0,0% 10,7% 89,3%
Mô hình lớp học đảo ngược 0,0% 0,0% 0,0% 100,0%
Bản đồ tư duy 0,0% 3,5% 14,2% 82,3%

Số liệu tại Bảng 1.1 cho thấy phương pháp dạy học truyền thống vẫn chiếm ưu thế tuyệt đối (thuyết trình đạt 76,6% ở mức thường xuyên và rất thường xuyên; xemina đạt 84,0%). Ngược lại, các phương pháp và mô hình tích cực hầu như chưa được triển khai: 91,0% giảng viên không sử dụng dạy học dự án và 100% giảng viên không sử dụng mô hình lớp học đảo ngược.

Khi được hỏi về nhận định đối với giờ học áp dụng dạy học dự án và lớp học đảo ngược (Bảng 1.2), đa số giảng viên đều đồng tình với tính ưu việt của mô hình: 55/56 ý kiến đồng ý sinh viên tích cực hoạt động hơn; 56/56 ý kiến khẳng định kích thích hứng thú học tập và phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo; 54/56 ý kiến cho rằng sinh viên tự tin, mạnh dạn hơn; 50/56 ý kiến nhận định chất lượng giờ học được nâng cao. Những rào cản chính khiến giảng viên chưa áp dụng gồm: sĩ số lớp quá đông, trang thiết bị công nghệ và hóa chất chưa đồng bộ, thiếu thời gian và tài liệu hỗ trợ, sinh viên thiếu kỹ năng tự học.

Chương 2: Phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho sinh viên đại học khối ngành kỹ thuật thông qua dạy học học phần hóa học đại cương

Nội dung chương 2 là trọng tâm đề xuất giải pháp sư phạm của luận án. Tác giả phân tích mục tiêu và cấu trúc chương trình Hóa học đại cương khối kỹ thuật, xác lập các nguyên tắc lựa chọn nội dung: phải đảm bảo tính khoa học, hiện đại; gắn liền với thực tiễn sản xuất kỹ thuật và đời sống; phù hợp với thời lượng phân bổ và đặc điểm tiếp nhận của sinh viên.

Trên cơ sở đó, tác giả cụ thể hóa cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo của sinh viên khối kỹ thuật thành 5 thành tố kèm theo hệ thống tiêu chí hành vi và mức độ đánh giá:

  1. Phát hiện và làm rõ vấn đề: Phân tích được bối cảnh kỹ thuật, xác định mâu thuẫn nhận thức, phát biểu vấn đề rõ ràng.
  2. Hình thành và triển khai ý tưởng mới: Đề xuất các ý tưởng độc lập, tìm kiếm thông tin đa chiều, phát triển các giải pháp cải tiến kỹ thuật.
  3. Đề xuất, lựa chọn giải pháp: Phân tích ưu - nhược điểm của từng phương án, lựa chọn giải pháp tối ưu dựa trên cơ sở hóa học và tính khả thi kỹ thuật.
  4. Thực hiện và đánh giá giải pháp giải quyết vấn đề: Lập kế hoạch hành động, thực hiện quy trình thí nghiệm hoặc tính toán, đánh giá kết quả và phản ánh sai số.
  5. Tư duy độc lập: Tự lực hoàn thành nhiệm vụ, bảo vệ lập luận khoa học, có tinh thần phản biện và tự điều chỉnh.

Bộ công cụ đánh giá được xây dựng hoàn chỉnh gồm: Phiếu đánh giá tiêu chí dành cho giảng viên quan sát trong quá trình học tập; Phiếu tự đánh giá mức độ phát triển năng lực dành cho sinh viên; Phiếu tự đánh giá dành cho giảng viên; Hệ thống đề kiểm tra đánh giá năng lực tích hợp câu hỏi định tính, định lượng và bài toán thực tiễn kỹ thuật.

Luận án đề xuất 2 biện pháp sư phạm cốt lõi:

  • Biện pháp 1: Vận dụng phương pháp dạy học dự án vào dạy học học phần Hóa học đại cương. Tác giả xây dựng quy trình 5 bước tổ chức dự án học tập, đề xuất danh mục các chủ đề dự án gắn với chuyên ngành kỹ thuật (ví dụ: nghiên cứu vật liệu chống ăn mòn kim loại, xử lý nước thải công nghiệp, pin và nguồn điện hóa học).
  • Biện pháp 2: Vận dụng mô hình lớp học đảo ngược vào dạy học học phần Hóa học đại cương. Quy trình tổ chức bao gồm hai pha: Pha ngoài lớp học (giảng viên cung cấp bài giảng video, học liệu đa phương tiện, câu hỏi định hướng; sinh viên nghiên cứu cá nhân hoặc theo nhóm trực tuyến) và Pha trong lớp học (giảng viên không thuyết giảng lại lý thuyết cơ bản mà tổ chức thảo luận nhóm, giải quyết bài toán tình huống phức tạp, sinh viên báo cáo kết quả bằng sơ đồ tư duy và bài thuyết trình PowerPoint). Luận án minh họa chi tiết kế hoạch dạy học theo mô hình lớp học đảo ngược cho nội dung "Pin điện và suất điện động của pin".

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

Nội dung chương 3 trình bày việc triển khai, xử lý và đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm định giả thuyết khoa học. Thực nghiệm được tiến hành qua thực nghiệm thăm dò và 2 vòng thực nghiệm chính thức tại 4 trường đại học: Trường Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền thông (Đại học Thái Nguyên), Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, Trường Đại học An Giang và Trường Đại học Tây Bắc.

Ở mỗi trường, tác giả lựa chọn các cặp lớp có số lượng và trình độ đầu vào tương đương để phân chia thành lớp Thực nghiệm (TN) và lớp Đối chứng (ĐC). Lớp TN học tập theo các biện pháp sư phạm đề xuất (kết hợp dạy học dự án và lớp học đảo ngược); lớp ĐC học theo phương pháp truyền thống (thuyết trình, xemina thông thường).

Quá trình đánh giá được thực hiện kết hợp giữa định lượng kiến thức qua bài kiểm tra và định tính/định lượng năng lực qua các phiếu đánh giá tiêu chí:

  • Về kết quả bài kiểm tra kiến thức: Bảng phân phối tần số, tần suất và tần suất lũy tích cho thấy tỷ lệ sinh viên đạt điểm khá, giỏi ở các lớp TN luôn cao hơn rõ rệt so với các lớp ĐC; tỷ lệ sinh viên điểm trung bình và yếu ở lớp TN giảm mạnh. Đồ thị đường lũy tích điểm số của lớp TN ở cả 4 trường tại vòng 1 và 3 trường tại vòng 2 đều nằm lệch hẳn về phía bên phải so với đường lũy tích của lớp ĐC, chứng minh sự tiến bộ vượt bậc của lớp thực nghiệm.
  • Về các tham số thống kê mô tả: Điểm trung bình ($\bar{X}$) của lớp TN tại tất cả các trường đều cao hơn lớp ĐC có ý nghĩa thống kê; độ lệch chuẩn ($S$) và hệ số biến thiên ($V$) của lớp TN thấp hơn, phản ánh mức độ phân tán điểm số nhỏ hơn, chất lượng học tập của sinh viên lớp thực nghiệm đồng đều hơn.
  • Về sự phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo: Kết quả tổng hợp điểm đánh giá qua phiếu quan sát tiêu chí của giảng viên và phiếu tự đánh giá của sinh viên qua 2 vòng thực nghiệm đều ghi nhận điểm trung bình của tất cả 5 tiêu chí thành phần ở lớp TN tăng trưởng đều đặn qua từng giai đoạn học tập. Sinh viên lớp TN thể hiện rõ sự chủ động trong việc tìm kiếm tư liệu, kỹ năng làm việc nhóm, khả năng phát hiện vấn đề và đề xuất các sáng kiến kỹ thuật trong các bài toán hóa học ứng dụng.

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án đã tổng kết các đóng góp mới về mặt lý luận và thực tiễn:

Về mặt lý luận:

  • Góp phần hệ thống hóa cơ sở lý luận về năng lực, năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo, phương pháp dạy học dự án và mô hình lớp học đảo ngược trong giáo dục đại học.
  • Xác định cấu trúc đặc thù của năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho sinh viên đại học khối ngành kỹ thuật gồm 5 thành tố phù hợp với mục tiêu đào tạo kỹ sư trong thời kỳ mới.
  • Xây dựng quy trình phối hợp giữa dạy học dự án và mô hình lớp học đảo ngược trong việc thiết kế tiến trình dạy học học phần khoa học cơ bản ở trường đại học.

Về mặt thực tiễn:

  • Cung cấp bức tranh thực trạng toàn diện về phương pháp dạy học, cơ sở vật chất và mức độ phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo của sinh viên tại 9 trường đại học khu vực miền Bắc và miền Nam.
  • Thiết kế hệ thống chủ đề dạy học dự án và các kế hoạch bài dạy theo mô hình lớp học đảo ngược đối với học phần Hóa học đại cương khối kỹ thuật (tiêu biểu là chủ đề "Pin điện và suất điện động của pin").
  • Xây dựng và chuẩn hóa bộ công cụ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo (gồm phiếu đánh giá tiêu chí quan sát của giảng viên, phiếu tự đánh giá của sinh viên, thang rubric và hệ thống bài kiểm tra đánh giá năng lực).
  • Kiểm nghiệm tính hiệu quả và khả thi của các biện pháp đề xuất thông qua 2 vòng thực nghiệm sư phạm tại 4 trường đại học trên cả nước, cung cấp hệ thống số liệu định lượng có độ tin cậy khoa học.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất từ luận án:

  • Đối với các cơ sở giáo dục đại học: Cần quan tâm đầu tư hoàn thiện cơ sở vật chất, hệ thống mạng internet, phòng học đa phương tiện và phòng thí nghiệm hóa học; điều chỉnh quy mô lớp học và khung thời gian phân bổ chương trình để tạo điều kiện thuận lợi cho giảng viên áp dụng các phương pháp dạy học tích cực.
  • Đối với giảng viên: Cần chủ động chuyển đổi từ vai trò truyền thụ một chiều sang vai trò người hướng dẫn, tổ chức hoạt động; nâng cao năng lực ứng dụng công nghệ thông tin trong thiết kế video bài giảng đa phương tiện; tăng cường tích hợp bài tập thực tiễn gắn với chuyên ngành kỹ thuật của sinh viên.
  • Đối với sinh viên: Cần rèn luyện ý thức tự giác, kỹ năng tự học ngoài lớp học, kỹ năng khai thác thông tin mạng an toàn, hiệu quả và kỹ năng làm việc hợp tác nhóm.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Về mặt hạn chế, luận án chỉ ra các điểm giới hạn xuất phát từ phạm vi nghiên cứu:

  • Địa bàn khảo sát và thực nghiệm mới chỉ bao quát một số trường đại học khu vực miền Bắc và miền Nam, chưa khảo sát toàn diện các trường đại học tại khu vực miền Trung.
  • Đối tượng sinh viên khảo sát và thực nghiệm tập trung vào 4 nhóm ngành đào tạo kỹ thuật (Máy tính và CNTT, Kỹ thuật điện - điện tử, Kỹ thuật y sinh, Công nghệ kỹ thuật), chưa bao quát hết toàn bộ các chuyên ngành kỹ thuật khác.
  • Việc thực hiện mô hình lớp học đảo ngược đòi hỏi hạ tầng mạng và thiết bị cá nhân của sinh viên phải đồng bộ; một bộ phận sinh viên ở vùng sâu vùng xa còn gặp khó khăn về thiết bị và đường truyền internet khi tự học ở nhà.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

  • Tiếp tục hoàn thiện và số hóa toàn bộ hệ thống bài giảng video, ngân hàng câu hỏi định hướng trên các hệ thống quản lý học tập trực tuyến (LMS) để nhân rộng việc áp dụng mô hình lớp học đảo ngược.
  • Mở rộng phạm vi nghiên cứu vận dụng quy trình dạy học kết hợp dạy học dự án và lớp học đảo ngược sang các học phần khoa học tự nhiên cơ bản khác (Vật lý đại cương, Toán cao cấp) hoặc các học phần hóa học chuyên sâu ở các trường đại học kỹ thuật.

Giá trị tham khảo

Luận án mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho nhiều nhóm đối tượng trong hệ thống giáo dục đại học:

  • Đối với các nhà nghiên cứu, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Lý luận và phương pháp dạy học: Luận án cung cấp một tài liệu tham khảo chuẩn mực về cấu trúc nghiên cứu thực nghiệm sư phạm, phương pháp xây dựng khung năng lực và kỹ thuật xử lý số liệu toán thống kê bằng đường lũy tích và kiểm định tham số.
  • Đối với giảng viên giảng dạy học phần Hóa học đại cương và các môn khoa học cơ bản tại các trường đại học khối kỹ thuật: Luận án là cuốn cẩm nang sư phạm thực hành trực tiếp, cung cấp quy trình tổ chức bài giảng đảo ngược, các chủ đề dự án học tập, tiêu chí đánh giá và các kế hoạch bài dạy cụ thể để áp dụng vào giảng dạy thực tế.
  • Đối với cán bộ quản lý đào tạo và các nhà hoạch định chính sách giáo dục đại học: Cung cấp minh chứng thực tiễn về hiệu quả của việc chuyển đổi phương pháp dạy học theo định hướng phát triển năng lực, đóng vai trò căn cứ để xây dựng quy chế đào tạo tín chỉ kết hợp trực tiếp và trực tuyến (Blended learning).

Câu hỏi thường gặp

1. Tác giả luận án xác định cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo của sinh viên khối kỹ thuật gồm những thành tố nào?
Dựa trên đặc điểm của sinh viên khối ngành kỹ thuật và khung Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể 2018, tác giả xác định cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo gồm 5 thành tố: (1) Phát hiện và làm rõ vấn đề; (2) Hình thành và triển khai ý tưởng mới; (3) Đề xuất, lựa chọn giải pháp; (4) Thực hiện và đánh giá giải pháp giải quyết vấn đề; (5) Tư duy độc lập.

2. Thực trạng sử dụng các phương pháp dạy học tích cực tại 9 trường đại học được khảo sát như thế nào?
Kết quả khảo sát 56 giảng viên tại 9 trường đại học cho thấy các phương pháp truyền thống vẫn chiếm ưu thế áp đảo (thuyết trình 76,6% và xemina 84,0% ở mức thường xuyên và rất thường xuyên). Ngược lại, có tới 91,0% giảng viên không sử dụng dạy học dự án và 100% giảng viên không sử dụng mô hình lớp học đảo ngược trong giảng dạy học phần Hóa học đại cương.

3. Luận án đề xuất những biện pháp sư phạm cốt lõi nào trong Chương 2?
Tác giả đề xuất 2 biện pháp sư phạm chính:

  • Biện pháp 1: Vận dụng phương pháp dạy học dự án vào dạy học học phần Hóa học đại cương theo quy trình 5 bước gắn với các bài toán thực tiễn kỹ thuật.
  • Biện pháp 2: Vận dụng mô hình lớp học đảo ngược vào dạy học học phần Hóa học đại cương, kết hợp việc tự học qua video ngoài lớp học và hoạt động giải quyết vấn đề, báo cáo bằng sơ đồ tư duy trên lớp.

4. Dữ liệu thực nghiệm sư phạm ở Chương 3 được thu thập và kiểm chứng tại những trường nào?
Thực nghiệm sư phạm được tiến hành qua thực nghiệm thăm dò và 2 vòng thực nghiệm chính thức tại 4 trường đại học: Trường Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền thông (Đại học Thái Nguyên), Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, Trường Đại học An Giang và Trường Đại học Tây Bắc.

5. Bộ công cụ đánh giá năng lực của luận án gồm những công cụ cụ thể nào?
Bộ công cụ gồm: Phiếu đánh giá tiêu chí dành cho giảng viên quan sát trong giờ dạy học dự án và lớp học đảo ngược; Phiếu tự đánh giá mức độ phát triển năng lực dành cho sinh viên; Phiếu tự đánh giá dành cho giảng viên; Hệ thống đề kiểm tra đánh giá năng lực và các thang rubric chấm sản phẩm dự án.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Ngọc Tuấn đã giải quyết một cách toàn diện và có hệ thống vấn đề phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho sinh viên đại học khối ngành kỹ thuật thông qua việc đổi mới phương pháp dạy học học phần Hóa học đại cương. Bằng việc kết hợp phương pháp dạy học dự án và mô hình lớp học đảo ngược, công trình đã xác lập được quy trình sư phạm khả thi, được kiểm chứng chặt chẽ qua 2 vòng thực nghiệm tại 4 trường đại học trên cả nước. Kết quả nghiên cứu khẳng định tính đúng đắn của giả thuyết khoa học, cung cấp hệ thống học liệu và bộ công cụ đánh giá có giá trị thực tiễn cao, đóng góp thiết thực vào sự nghiệp đổi mới căn bản giáo dục đại học theo định hướng phát triển năng lực người học.