Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, việc phát triển năng lực khoa học tự nhiên (NL KHTN) cho học sinh trung học cơ sở (THCS) trở thành yêu cầu cấp thiết nhằm đáp ứng nhu cầu nguồn nhân lực chất lượng cao. Theo ước tính, chương trình giáo dục phổ thông mới bắt đầu áp dụng từ năm học 2021-2022 đã tích hợp môn Khoa học tự nhiên nhằm phát triển toàn diện phẩm chất và năng lực cho học sinh. Tuy nhiên, việc tổ chức dạy học theo định hướng STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) trong môn KHTN, đặc biệt phần “Lực và chuyển động” lớp 6, vẫn còn nhiều hạn chế và chưa được khai thác sâu.

Mục tiêu nghiên cứu là xây dựng quy trình tổ chức dạy học chủ đề STEM và vận dụng vào phần “Lực và chuyển động” nhằm phát triển NL KHTN cho học sinh THCS. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào kiến thức phần “Lực và chuyển động” trong môn KHTN lớp 6, áp dụng tại các trường THCS trên địa bàn thành phố Đà Nẵng trong năm học 2021-2022. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp tài liệu tham khảo cho giáo viên, góp phần nâng cao chất lượng dạy học môn KHTN theo hướng phát triển năng lực, đồng thời hỗ trợ đổi mới phương pháp giảng dạy phù hợp với xu thế giáo dục hiện đại.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Năng lực được hiểu là khả năng vận dụng kiến thức, kỹ năng và tiềm năng để giải quyết các vấn đề một cách hiệu quả. Năng lực khoa học tự nhiên là năng lực đặc thù được hình thành qua môn KHTN, thể hiện qua việc học sinh nhận biết, giải thích hiện tượng khoa học, xây dựng giả thuyết, thực hiện thí nghiệm và vận dụng kiến thức vào thực tiễn. Theo PISA, năng lực này bao gồm khả năng giải quyết vấn đề khoa học, tư duy khoa học và tham gia các vấn đề khoa học xã hội.

Giáo dục STEM là phương pháp tích hợp bốn lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học nhằm phát triển năng lực chuyên môn và năng lực chung như giải quyết vấn đề, sáng tạo, giao tiếp và hợp tác. Chu trình STEM bao gồm sáng tạo kiến thức khoa học, thiết kế công nghệ, sử dụng toán học để thu nhận và chia sẻ kết quả. Chủ đề STEM phải đảm bảo giải quyết vấn đề thực tiễn, vận dụng kiến thức liên môn, định hướng hoạt động thực hành và làm việc nhóm.

Các khái niệm chính trong nghiên cứu gồm: năng lực khoa học tự nhiên, giáo dục STEM, chủ đề STEM, lực ma sát, lực cản, trọng lượng, biến dạng lò xo, và quy trình tổ chức dạy học STEM.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm tài liệu giáo dục môn KHTN lớp 6, các công trình nghiên cứu về giáo dục STEM, khảo sát ý kiến giáo viên THCS tại Đà Nẵng, và kết quả thực nghiệm sư phạm tại trường Song ngữ Quốc tế Quảng Nam Academy.

Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

  • Nghiên cứu lý luận: phân tích tài liệu, sách giáo khoa, các công trình khoa học liên quan đến dạy học STEM và phát triển NL KHTN.
  • Điều tra quan sát: khảo sát trực tuyến 50 giáo viên THCS về thực trạng dạy học và đánh giá NL KHTN.
  • Thực nghiệm sư phạm: tổ chức dạy học chủ đề STEM “Đế giày/dép chống trượt” và “Hạ cánh an toàn” trong phần “Lực và chuyển động” cho học sinh lớp 6, đánh giá hiệu quả phát triển NL KHTN.
  • Phân tích thống kê: xử lý số liệu khảo sát và kết quả thực nghiệm bằng các phương pháp thống kê mô tả và so sánh tỷ lệ phần trăm.

Cỡ mẫu thực nghiệm gồm 5 nhóm học sinh, mỗi nhóm 4-5 em, được chọn theo phương pháp chọn mẫu thuận tiện nhằm đảm bảo tính khả thi và phù hợp với điều kiện thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Thực trạng đánh giá NL KHTN của giáo viên THCS: 100% giáo viên khảo sát cho rằng việc kiểm tra, đánh giá NL KHTN là cần thiết; 80% thường xuyên đánh giá qua bài kiểm tra và quan sát, 30% sử dụng sản phẩm học tập và dự án để đánh giá. Tuy nhiên, chỉ 50% giáo viên thường xuyên tổ chức dạy học chủ đề STEM nhằm phát triển NL KHTN, 20% ít khi tổ chức và 10% chưa từng tổ chức.

  2. Hiệu quả thực nghiệm dạy học chủ đề STEM: Qua thực nghiệm sư phạm với chủ đề “Đế giày/dép chống trượt”, học sinh đạt mức độ phát triển NL KHTN cao hơn so với trước khi thực hiện. Cụ thể, 80% học sinh đạt mức độ 3 (cao nhất) về nhận thức khoa học tự nhiên và vận dụng kiến thức giải quyết vấn đề thực tiễn, tăng 35% so với trước thực nghiệm.

  3. Phản hồi của học sinh và giáo viên: Học sinh thể hiện sự hứng thú, chủ động trong các hoạt động nhóm, thảo luận và chế tạo sản phẩm. Giáo viên đánh giá cao tính khả thi của quy trình tổ chức dạy học STEM, đồng thời nhận thấy sự cải thiện rõ rệt về kỹ năng tư duy khoa học và kỹ năng thực hành của học sinh.

  4. So sánh với các nghiên cứu khác: Kết quả phù hợp với các nghiên cứu trước đây về giáo dục STEM tại Việt Nam và quốc tế, khẳng định vai trò tích cực của dạy học chủ đề STEM trong phát triển năng lực khoa học tự nhiên cho học sinh THCS.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự cải thiện NL KHTN là do quy trình tổ chức dạy học chủ đề STEM được thiết kế bài bản, kết hợp giữa kiến thức lý thuyết và thực hành, tạo điều kiện cho học sinh vận dụng kiến thức vào giải quyết vấn đề thực tiễn. Việc làm việc nhóm và thảo luận giúp học sinh phát triển kỹ năng giao tiếp, hợp tác và tư duy phản biện.

Biểu đồ đánh giá NL KHTN của các nhóm học sinh qua hai chủ đề STEM cho thấy sự tăng trưởng đồng đều ở các thành phần năng lực như nhận thức khoa học, tìm hiểu tự nhiên và vận dụng kiến thức. Bảng so sánh mức độ biểu hiện NL KHTN trước và sau thực nghiệm minh chứng hiệu quả của phương pháp dạy học này.

So với các nghiên cứu trước, luận văn đã bổ sung quy trình tổ chức dạy học STEM cụ thể cho phần “Lực và chuyển động” môn KHTN lớp 6, đồng thời xây dựng bộ công cụ đánh giá năng lực phù hợp, góp phần làm phong phú thêm kho tài liệu tham khảo cho giáo viên.

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 dạy học chủ đề STEM, đặc biệt cho giáo viên môn KHTN THCS. Mục tiêu nâng cao năng lực chuyên môn và kỹ năng vận dụng phương pháp tích cực trong vòng 1 năm, do Sở GD&ĐT phối hợp với các trường đại học thực hiện.

  2. Phát triển và phổ biến bộ tài liệu dạy học STEM: Xây dựng hệ thống chủ đề STEM phù hợp với chương trình KHTN lớp 6, bao gồm hướng dẫn thiết kế bài học, phiếu học tập, công cụ đánh giá và tài liệu hỗ trợ. Thời gian triển khai trong 2 năm, do Bộ GD&ĐT chủ trì phối hợp với các trường sư phạm.

  3. Đổi mới phương pháp kiểm tra, đánh giá năng lực khoa học tự nhiên: Áp dụng đa dạng hình thức đánh giá như dự án, sản phẩm học tập, thuyết trình và quan sát nhằm đánh giá toàn diện năng lực học sinh. Thực hiện thí điểm trong các trường THCS tại Đà Nẵng trong 1 năm, sau đó nhân rộng.

  4. Tăng cường đầu tư cơ sở vật chất và thiết bị dạy học STEM: Trang bị phòng thí nghiệm, dụng cụ thực hành và công nghệ hỗ trợ để tạo môi trường học tập tích cực, khuyến khích học sinh trải nghiệm và sáng tạo. Kế hoạch đầu tư trong 3 năm, do các trường phối hợp với địa phương và các tổ chức xã hội thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Giáo viên môn Khoa học tự nhiên THCS: Nghiên cứu quy trình tổ chức dạy học chủ đề STEM và áp dụng vào giảng dạy phần “Lực và chuyển động” để nâng cao hiệu quả phát triển năng lực học sinh.

  2. Nhà quản lý giáo dục và chuyên viên Sở GD&ĐT: Tham khảo để xây dựng chính sách, kế hoạch đào tạo và phát triển chương trình giáo dục STEM phù hợp với bối cảnh địa phương.

  3. Sinh viên, nghiên cứu sinh ngành Sư phạm Vật lí và Giáo dục STEM: Tài liệu tham khảo quý giá cho các đề tài nghiên cứu, luận văn về đổi mới phương pháp dạy học và phát triển năng lực học sinh.

  4. Các trung tâm đào tạo giáo viên và tổ chức phát triển giáo dục STEM: Sử dụng làm cơ sở để thiết kế chương trình bồi dưỡng, tập huấn và phát triển tài liệu dạy học STEM.

Câu hỏi thường gặp

  1. Giáo dục STEM khác gì so với dạy học truyền thống?
    Giáo dục STEM tích hợp kiến thức liên môn Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học, tập trung vào giải quyết vấn đề thực tiễn qua hoạt động thực hành và làm việc nhóm, trong khi dạy học truyền thống thường tách rời các môn học và chú trọng lý thuyết.

  2. Làm thế nào để đánh giá năng lực khoa học tự nhiên của học sinh hiệu quả?
    Cần sử dụng đa dạng hình thức đánh giá như bài kiểm tra, dự án, sản phẩm học tập, thuyết trình và quan sát quá trình học tập để đánh giá toàn diện kiến thức, kỹ năng và thái độ của học sinh.

  3. Quy trình tổ chức dạy học chủ đề STEM gồm những bước nào?
    Bao gồm lựa chọn nội dung, xác định vấn đề cần giải quyết, xây dựng tiêu chí sản phẩm, thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học theo chu trình STEM, kết hợp giữa lý thuyết và thực hành.

  4. Tại sao nên áp dụng dạy học chủ đề STEM trong phần “Lực và chuyển động”?
    Phần “Lực và chuyển động” có nhiều kiến thức liên quan đến hiện tượng thực tiễn, dễ dàng thiết kế các chủ đề STEM giúp học sinh vận dụng kiến thức, phát triển kỹ năng thực hành và tư duy khoa học.

  5. Làm thế nào để giáo viên chưa có kinh nghiệm có thể tổ chức dạy học STEM hiệu quả?
    Giáo viên cần được đào tạo bài bản, sử dụng tài liệu hướng dẫn chi tiết, bắt đầu từ các chủ đề đơn giản, phối hợp làm việc nhóm và liên tục rút kinh nghiệm qua thực tiễn giảng dạy.

Kết luận

  • Luận văn đã xây dựng thành công quy trình tổ chức dạy học chủ đề STEM cho phần “Lực và chuyển động” môn KHTN lớp 6, góp phần phát triển năng lực khoa học tự nhiên cho học sinh THCS.
  • Thực nghiệm sư phạm cho thấy phương pháp dạy học STEM nâng cao hiệu quả học tập, phát triển kỹ năng tư duy và thực hành của học sinh.
  • Đề xuất các giải pháp thiết thực nhằm nâng cao năng lực giáo viên, đổi mới phương pháp đánh giá và đầu tư cơ sở vật chất phục vụ giáo dục STEM.
  • Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng rộng rãi trong các trường THCS, làm tài liệu tham khảo cho giáo viên và nhà quản lý giáo dục.
  • Các bước tiếp theo bao gồm nhân rộng mô hình, đào tạo giáo viên và phát triển tài liệu dạy học STEM phù hợp với từng địa phương.

Hành động ngay hôm nay để đổi mới phương pháp dạy học và phát triển năng lực khoa học tự nhiên cho thế hệ học sinh tương lai!