Phát triển năng lực vận dụng kiến thức kĩ năng cho học sinh thông qua dạy học stem phần carbohydrate hóa học 12

Nâng cao năng lực vận dụng kiến thức Hóa học 12 cho học sinh thông qua STEM. Nghiên cứu chủ đề Carbohydrate, phương pháp dạy học hiệu quả.

• Tác giả: Trần Thị Dự
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thị Sửu
• Trường học: Trường Đại học Giáo dục - Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Sư phạm Hóa học
• Đề tài: Phát triển năng lực vận dụng kiến thức, kĩ năng cho học sinh thông qua dạy học STEM phần Carbohydrate - Hóa học 12
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Mục đích nghiên cứu
• 1.3. Khách thể và đối tượng nghiên cứu
• 1.4. Phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Câu hỏi nghiên cứu
• 1.6. Giả thuyết khoa học
• 1.7. Nhiệm vụ nghiên cứu
• 1.8. Phương pháp nghiên cứu
• 1.9. Những đóng góp mới của đề tài
• 1.10. Cấu trúc luận văn
• 2. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VẤN ĐỀ PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC VẬN DỤNG KIẾN THỨC, KĨ NĂNG VÀ DẠY HỌC STEM TRONG DẠY HỌC HÓA HỌC TRUNG HỌC PHỔ THÔNG
• 2.1. Lịch sử nghiên cứu vấn đề
• 2.2. Nghiên cứu về giáo dục STEM trên thế giới
• 2.3. Nghiên cứu về giáo dục STEM và vận dụng giáo dục STEM để phát triển năng lực vận dụng kiến thức kĩ năng cho học sinh ở Việt Nam
• 2.4. Những vấn đề chung về năng lực
• 2.4.1. Khái niệm năng lực
• 2.4.2. Đặc điểm và cấu trúc chung của năng lực
• 2.4.3. Các năng lực cần hình thành và phát triển cho học sinh phổ thông
• 2.4.4. Các năng lực đặc thù của môn Hóa học
• 2.4.5. Đánh giá năng lực
• 2.5. Phát triển năng lực vận dụng kiến thức, kĩ năng cho học sinh
• 2.5.1. Cấu trúc của năng lực vận dụng kiến thức, kĩ năng
• 2.5.2. Các biểu hiện của năng lực vận dụng kiến thức kĩ năng
• 2.5.3. Một số biện pháp phát triển năng lực vận dụng kiến thức kĩ năng cho học sinh
• 2.6. Một số vấn đề cơ bản về giáo dục STEM
• 2.6.1. Khái niệm STEM
• 2.6.2. Giáo dục STEM. Mục tiêu của giáo dục STEM
• 2.6.3. Các kĩ năng của giáo dục STEM
• 2.6.4. Phân loại và các hình thức giáo dục STEM
• 2.6.5. Một số phương pháp dạy học trong giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực vận dụng kiến thức kĩ năng cho học sinh
• 2.7. Thực trạng năng lực vận dụng kiến thức, kĩ năng và sự vận dụng dạy học STEM trong dạy học nhằm phát triển năng lực này cho học sinh trung học phổ thông trên địa bàn tỉnh Ninh Bình
• 2.7.1. Mục đích điều tra
• 2.7.2. Nội dung điều tra
• 2.7.3. Đối tượng và phương pháp điều tra
• 2.7.4. Kết quả và phân tích kết quả điều tra
• 2.7.4.1. Phân tích kết quả điều tra GV về thực trạng dạy môn Hóa học nhằm phát triển NLVDKTKN cho HS
• 2.7.4.2. Phân tích kết quả điều tra HS về thực trạng dạy học môn Hóa học nhằm phát triển NLVDKTKN cho HS
• 2.8. Tiểu kết chương 1
• 3. VẬN DỤNG DẠY HỌC STEM CHỦ ĐỀ CARBOHYDRATE- HÓA HỌC 12 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC VẬN DỤNG KIẾN THỨC, KĨ NĂNG CHO HỌC SINH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG
• 3.1. Phân tích mục tiêu và cấu trúc nội dung phần carbohydrate hóa học 12
• 3.2. Mục tiêu phần carbohydrate hóa học 12 theo chương trình hiện hành
• 3.3. Yêu cầu cần đạt phần carbohydrate theo chương trình 2018. Nhận xét mục tiêu và yêu cầu cần đạt phần Carbohydrate giữa hai chương trình giáo dục phổ thông hiện hành và giáo dục phổ thông 2018
• 3.4. Cấu trúc nội dung của phần carbohydrate hóa học 12
• 3.5. Một số nội dung và phương pháp dạy học cần chú ý khi dạy phần carbohydrate hóa học 12
• 3.6. Xác định cấu trúc và thiết kế bộ công cụ đánh giá năng lực vận dụng kiến thức kĩ năng thông qua dạy học chủ đề giáo dục STEM
• 3.6.1. Xác định cấu trúc của năng lực vận dụng kiến thức kĩ năng thông qua dạy học chủ đề giáo dục STEM
• 3.6.2. Xác định mức độ biểu hiện của các tiêu chí năng lực vận dụng kiến thức, kĩ năng
• 3.6.3. Thiết kế bộ công cụ đánh giá năng lực vận dụng kiến thức kĩ năng của học sinh
• 3.7. Xây dựng một số chủ đề giáo dục STEM phần carbohydrate hóa học 12
• 3.8. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM
• 3.8.1. Mục đích thực nghiệm
• 3.8.2. Nhiệm vụ thực nghiệm
• 3.8.3. Nội dung thực nghiệm
• 3.8.4. Kết quả thực nghiệm sư phạm
• 3.9. Tiểu kết chương 3
• KẾT LUẬN CHUNG VÀ KHUYẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng Quan Phát Triển STEM Hóa Học 12 Carbohydrate Hiệu Quả

Giáo dục STEM (Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học) đang trở thành xu hướng tất yếu trong bối cảnh đổi mới giáo dục hiện nay. Việc tích hợp kiến thức liên môn và vận dụng vào giải quyết các vấn đề thực tiễn giúp học sinh phát triển toàn diện. Phát triển năng lực vận dụng kiến thức STEM trong môn Hóa học, đặc biệt là chủ đề Carbohydrate lớp 12, đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng dạy và học. Chủ đề này không chỉ cung cấp kiến thức chuyên sâu về cấu trúc Carbohydrate, tính chất hóa học Carbohydrate, mà còn mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong đời sống và sản xuất. Nghiên cứu này tập trung vào việc xây dựng và triển khai các hoạt động dạy học STEM, nhằm khơi gợi sự sáng tạo và đam mê học tập của học sinh. Theo Chỉ thị số 16/CT-TTg của Thủ tướng chính phủ, việc thúc đẩy đào tạo về khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học (STEM) trong chương trình giáo dục phổ thông là nhiệm vụ cấp thiết. Hơn nữa, Carbohydrate là chủ đề bắt buộc trong chương trình môn Hóa học phổ thông mới.

1.1. Tại Sao STEM Hóa Học 12 Carbohydrate Lại Quan Trọng

Chủ đề Carbohydrate trong chương trình Hóa học 12 có tính ứng dụng cao, gần gũi với đời sống hàng ngày. Việc nghiên cứu Carbohydrate trong thực phẩm, sản xuất Carbohydrate, hay ứng dụng trong an toàn thực phẩm và Carbohydrate, giúp học sinh hiểu rõ hơn về vai trò của hóa học trong cuộc sống. Bên cạnh đó, việc tích hợp STEM trong dạy học Hóa Học giúp học sinh phát triển năng lực vận dụng kiến thức STEM Hóa Học, tư duy phản biện và kỹ năng giải quyết vấn đề.

1.2. Mục Tiêu Phát Triển Năng Lực Vận Dụng STEM Hóa Học

Mục tiêu chính là xây dựng các hoạt động dạy học STEM Hóa Học 12 Carbohydrate một cách có hệ thống, giúp học sinh chủ động tiếp thu kiến thức và vận dụng vào thực tiễn. Cần xác định rõ cấu trúc của năng lực vận dụng kiến thức STEM Hóa Học và thiết kế các công cụ đánh giá phù hợp. Các hoạt động cần khuyến khích học sinh tham gia vào các dự án STEM Hóa Học 12 Carbohydrate, thí nghiệm thực tế và giải quyết các vấn đề liên quan đến ứng dụng của Carbohydrate trong công nghiệp và đời sống.

II. Thách Thức Dạy STEM Hóa 12 Carbohydrate Giải Pháp Nào

Mặc dù có nhiều tiềm năng, việc triển khai dạy học STEM Hóa Học 12 Carbohydrate vẫn còn gặp nhiều thách thức. Một trong số đó là sự thiếu hụt về tài liệu và trang thiết bị, đặc biệt là các thí nghiệm thực hành. Giáo viên cũng cần được đào tạo bài bản về phương pháp dạy học STEM Hóa Học để có thể thiết kế các bài giảng hấp dẫn và hiệu quả. Hơn nữa, việc đánh giá năng lực STEM Hóa Học của học sinh cũng là một vấn đề nan giải, đòi hỏi sự thay đổi trong phương pháp kiểm tra và đánh giá truyền thống. Theo như luận văn, thực tế dạy học cho thấy vấn đề vận dụng quan điểm dạy học STEM ở nhiều trường phổ thông chưa được chú trọng đúng mức, GV còn gặp nhiều khó khăn, lúng túng trong việc chuẩn bị và tổ chức thực hiện các hoạt động dạy học theo quan điểm này để phát triển và đánh giá NLVDKTKN của HS.

2.1. Thiếu Hụt Tài Liệu Trang Thiết Bị STEM Hóa Học

Nhiều trường học còn thiếu các trang thiết bị cần thiết cho việc thực hiện các thí nghiệm thực hành STEM Hóa Học 12 Carbohydrate. Các tài liệu tham khảo về phương pháp dạy học STEM Hóa Học cũng chưa được phổ biến rộng rãi. Để khắc phục tình trạng này, cần tăng cường đầu tư vào cơ sở vật chất và phát triển các tài liệu hướng dẫn chi tiết cho giáo viên.

2.2. Đào Tạo Giáo Viên STEM Hóa Học Yếu Tố Then Chốt

Giáo viên cần được trang bị kiến thức và kỹ năng về tích hợp STEM trong dạy học Hóa Học. Các khóa đào tạo, bồi dưỡng cần tập trung vào việc hướng dẫn giáo viên thiết kế các bài tập STEM Hóa Học 12 Carbohydrate, dự án STEM Hóa Học 12 Carbohydrate, và sử dụng các phương pháp đánh giá năng lực vận dụng kiến thức STEM Hóa Học một cách hiệu quả.

2.3. Đánh Giá Năng Lực STEM Hóa Học Cần Sự Đổi Mới

Việc đánh giá năng lực STEM Hóa Học không chỉ dừng lại ở việc kiểm tra kiến thức lý thuyết mà còn cần đánh giá khả năng vận dụng kiến thức vào giải quyết các vấn đề thực tiễn. Cần sử dụng các hình thức đánh giá đa dạng, như bài kiểm tra STEM Hóa Học 12 Carbohydrate, báo cáo dự án, và đánh giá quá trình làm việc nhóm.

III. Cách Phát Triển Dự Án STEM Hóa 12 Carbohydrate Sáng Tạo

Xây dựng các dự án STEM Hóa Học 12 Carbohydrate là một trong những phương pháp hiệu quả nhất để phát triển năng lực vận dụng kiến thức STEM Hóa Học. Các dự án này cần gắn liền với các vấn đề thực tiễn, khuyến khích học sinh sáng tạo và tìm tòi các giải pháp mới. Quá trình thực hiện dự án giúp học sinh rèn luyện các kỹ năng làm việc nhóm, giao tiếp, và tư duy phản biện. Điều này giúp giáo dục gắn với thực tế cần thay thế dần cho giáo dục hàm lâm truyền thống có tính gò bó và áp lực với học sinh. Đây là điều mà giáo dục các nước đang cố gắng để đạt được.

3.1. Lựa Chọn Chủ Đề Dự Án STEM Hóa Học Phù Hợp

Chủ đề dự án cần liên quan đến các vấn đề thực tiễn trong đời sống và sản xuất, như Carbohydrate trong thực phẩm, sản xuất Carbohydrate, hoặc ứng dụng của Carbohydrate trong công nghiệp. Các chủ đề cần đủ thách thức để khuyến khích học sinh sáng tạo, nhưng cũng cần đảm bảo tính khả thi về mặt thời gian và nguồn lực.

3.2. Quy Trình Thực Hiện Dự Án STEM Hóa Học Hiệu Quả

Quy trình thực hiện dự án cần được chia thành các giai đoạn rõ ràng, từ việc xác định vấn đề, nghiên cứu lý thuyết, thiết kế giải pháp, thử nghiệm, đánh giá, và báo cáo kết quả. Giáo viên cần hướng dẫn học sinh từng bước, cung cấp các nguồn tài liệu tham khảo, và tạo điều kiện cho học sinh trao đổi, hợp tác.

3.3. Đánh Giá Dự Án STEM Hóa Học Tiêu Chí Rõ Ràng

Tiêu chí đánh giá dự án cần dựa trên các yếu tố như tính sáng tạo, tính ứng dụng, tính khoa học, kỹ năng làm việc nhóm, và kỹ năng trình bày. Cần có bảng điểm chi tiết để đánh giá từng khía cạnh của dự án, giúp học sinh hiểu rõ hơn về những điểm mạnh và điểm cần cải thiện.

IV. Hướng Dẫn Thực Hành STEM Hóa 12 Carbohydrate Thú Vị

Thực hành đóng vai trò quan trọng trong việc củng cố kiến thức và phát triển kỹ năng thực hành cho học sinh. Các buổi thực hành STEM Hóa Học 12 Carbohydrate cần được thiết kế một cách khoa học, đảm bảo tính an toàn và hiệu quả. Các thí nghiệm cần gắn liền với các kiến thức lý thuyết đã học, giúp học sinh hiểu rõ hơn về cấu trúc Carbohydrate, tính chất hóa học Carbohydrate, và phản ứng hóa học của Carbohydrate.

4.1. Thí Nghiệm Nhận Biết Phân Loại Carbohydrate

Thí nghiệm này giúp học sinh nhận biết và phân loại các loại Carbohydrate khác nhau, như Glucose, Fructose, Saccharose, Tinh bột, và Cellulose. Học sinh sẽ được thực hành các phản ứng đặc trưng để phân biệt các loại đường và tinh bột.

4.2. Thí Nghiệm Điều Chế Ứng Dụng Carbohydrate

Học sinh có thể thực hiện các thí nghiệm điều chế Carbohydrate từ các nguồn nguyên liệu tự nhiên, như điều chế đường từ mía hoặc củ cải đường, điều chế tinh bột từ khoai tây hoặc sắn. Sau đó, học sinh có thể nghiên cứu các ứng dụng của Carbohydrate trong công nghiệp và đời sống.

4.3. An Toàn Hiệu Quả Trong Thực Hành STEM Hóa Học

Giáo viên cần hướng dẫn học sinh các biện pháp an toàn khi thực hiện các thí nghiệm hóa học. Cần chuẩn bị đầy đủ các dụng cụ và hóa chất cần thiết, đảm bảo chất lượng và an toàn. Sau mỗi buổi thực hành, cần có hoạt động đánh giá để kiểm tra kiến thức và kỹ năng của học sinh.

V. Ứng Dụng Năng Lực STEM Nghiên Cứu Carbohydrate Trong Thực Tế

Việc ứng dụng kiến thức STEM trong Hóa Học Carbohydrate không chỉ giới hạn trong phòng thí nghiệm mà còn mở rộng ra các lĩnh vực thực tế. Học sinh có thể nghiên cứu về Carbohydrate trong thực phẩm, Carbohydrate và sức khỏe, hoặc sản xuất Carbohydrate từ các nguồn nguyên liệu tái tạo. Các nghiên cứu này giúp học sinh hiểu rõ hơn về vai trò của hóa học trong việc giải quyết các vấn đề của xã hội.

5.1. Nghiên Cứu Thành Phần Carbohydrate Trong Thực Phẩm

Học sinh có thể nghiên cứu về thành phần Carbohydrate trong các loại thực phẩm khác nhau, như gạo, ngô, khoai, sắn, hoa quả, và rau xanh. Các nghiên cứu này giúp học sinh hiểu rõ hơn về giá trị dinh dưỡng của các loại thực phẩm và lựa chọn chế độ ăn uống lành mạnh.

5.2. Ảnh Hưởng Của Carbohydrate Đến Sức Khỏe Con Người

Học sinh có thể nghiên cứu về ảnh hưởng của Carbohydrate đến sức khỏe con người, như ảnh hưởng đến đường huyết, cân nặng, và nguy cơ mắc các bệnh tim mạch, tiểu đường. Các nghiên cứu này giúp học sinh hiểu rõ hơn về tầm quan trọng của việc kiểm soát lượng Carbohydrate trong chế độ ăn uống.

5.3. Sản Xuất Carbohydrate Từ Nguồn Nguyên Liệu Tái Tạo

Học sinh có thể nghiên cứu về các phương pháp sản xuất Carbohydrate từ các nguồn nguyên liệu tái tạo, như sản xuất ethanol từ cellulose, sản xuất đường từ rơm rạ, hoặc sản xuất tinh bột từ tảo biển. Các nghiên cứu này giúp học sinh hiểu rõ hơn về tiềm năng của hóa học trong việc phát triển các nguồn năng lượng và vật liệu bền vững.

VI. Tương Lai Phát Triển Dạy STEM Hóa 12 Carbohydrate Vững Mạnh

Việc phát triển năng lực vận dụng kiến thức STEM Hóa Học 12 trong chủ đề Carbohydrate là một quá trình liên tục, đòi hỏi sự nỗ lực của cả giáo viên và học sinh. Cần tiếp tục nghiên cứu và đổi mới phương pháp dạy học STEM Hóa Học, xây dựng các tài liệu và trang thiết bị hỗ trợ, và tạo điều kiện cho giáo viên và học sinh trao đổi, học hỏi kinh nghiệm. Giáo dục STEM được đánh giá là con đường phát triển tương lai và bền vững nhất.

6.1. Nâng Cao Chất Lượng Giáo Viên STEM Hóa Học

Cần tăng cường các chương trình đào tạo, bồi dưỡng cho giáo viên STEM Hóa Học, giúp giáo viên cập nhật kiến thức mới, làm quen với các phương pháp dạy học STEM Hóa Học tiên tiến, và có khả năng thiết kế các hoạt động dạy học sáng tạo.

6.2. Phát Triển Mạng Lưới Hợp Tác STEM Hóa Học

Cần xây dựng mạng lưới hợp tác giữa các trường học, các viện nghiên cứu, và các doanh nghiệp, tạo điều kiện cho giáo viên và học sinh trao đổi kinh nghiệm, tiếp cận với các công nghệ mới, và tham gia vào các dự án nghiên cứu thực tế.

6.3. Đánh Giá Cải Tiến Liên Tục Dạy Học STEM Hóa Học

Cần có hệ thống đánh giá và phản hồi liên tục về hiệu quả của các hoạt động dạy học STEM Hóa Học. Các kết quả đánh giá cần được sử dụng để cải tiến phương pháp dạy học, điều chỉnh nội dung chương trình, và nâng cao chất lượng đào tạo.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục phổ thông tại Việt Nam, việc phát triển năng lực vận dụng kiến thức, kỹ năng (NLVDKTKN) cho học sinh trở thành mục tiêu trọng tâm. Theo ước tính, hơn 50% giáo viên và 55% học sinh tại các trường THPT tỉnh Ninh Bình đã nhận thức được tầm quan trọng của việc vận dụng kiến thức vào thực tiễn, tuy nhiên mức độ thực hiện còn hạn chế. Luận văn tập trung nghiên cứu việc phát triển NLVDKTKN cho học sinh thông qua dạy học STEM phần Carbohydrate trong chương trình Hóa học lớp 12, nhằm nâng cao chất lượng dạy học và đáp ứng yêu cầu đổi mới giáo dục.

Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là xây dựng và tổ chức thực hiện các chủ đề giáo dục STEM phù hợp với nội dung phần Carbohydrate, đồng thời thiết kế bộ công cụ đánh giá năng lực vận dụng kiến thức, kỹ năng của học sinh. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các trường THPT tại tỉnh Ninh Bình trong năm học 2022-2023, với đối tượng là học sinh lớp 12 và giáo viên bộ môn Hóa học.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc góp phần đổi mới phương pháp dạy học, phát triển năng lực thực tiễn cho học sinh, đồng thời hỗ trợ giáo viên trong việc áp dụng giáo dục STEM hiệu quả. Các chỉ số đánh giá như mức độ vận dụng kiến thức, kỹ năng của học sinh và hiệu quả dạy học STEM được theo dõi qua các bài kiểm tra và phiếu tự đánh giá, tạo cơ sở khoa học cho việc cải tiến chương trình và phương pháp giảng dạy.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai khung lý thuyết chính: lý thuyết năng lực và mô hình giáo dục STEM. Lý thuyết năng lực được hiểu là sự kết hợp giữa kiến thức, kỹ năng, thái độ và phẩm chất, thể hiện qua khả năng vận dụng vào thực tiễn. Cấu trúc năng lực vận dụng kiến thức, kỹ năng bao gồm các thành phần: phát hiện và giải thích hiện tượng, phản biện và đánh giá vấn đề thực tiễn, vận dụng kiến thức tổng hợp để đề xuất giải pháp, định hướng nghề nghiệp và ứng xử phù hợp trong xã hội.

Mô hình giáo dục STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) là phương pháp dạy học tích hợp liên ngành, giúp học sinh áp dụng kiến thức khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học vào giải quyết các vấn đề thực tiễn. Giáo dục STEM phát triển các kỹ năng tư duy phản biện, giải quyết vấn đề, hợp tác và sáng tạo, phù hợp với yêu cầu đổi mới giáo dục phổ thông.

Ba khái niệm chuyên ngành được sử dụng gồm: năng lực vận dụng kiến thức, kỹ năng; giáo dục STEM; dạy học dự án. Ngoài ra, các phương pháp dạy học tích cực như dạy học theo nhóm, dạy học theo phương pháp nghiên cứu khoa học cũng được tích hợp trong thiết kế chủ đề STEM.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp phối hợp giữa nghiên cứu lý luận và thực tiễn. Nguồn dữ liệu chính bao gồm khảo sát 20 giáo viên và 200 học sinh lớp 12 tại ba trường THPT tỉnh Ninh Bình (Gia Viễn A, Gia Viễn B, Hoa Lư A). Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu thuận tiện với đối tượng nghiên cứu là giáo viên và học sinh bộ môn Hóa học.

Phân tích dữ liệu được thực hiện bằng phương pháp thống kê mô tả và phân tích định lượng sử dụng phần mềm SPSS. Các công cụ thu thập dữ liệu gồm phiếu khảo sát, bảng quan sát, bài kiểm tra năng lực vận dụng kiến thức, phiếu tự đánh giá và đánh giá đồng đẳng.

Thời gian nghiên cứu kéo dài trong năm học 2022-2023, bao gồm các giai đoạn: tổng quan tài liệu, khảo sát thực trạng, xây dựng chủ đề STEM, tổ chức thực nghiệm sư phạm và đánh giá kết quả. Thực nghiệm sư phạm được tiến hành tại các lớp 12A1 và 12A2 của hai trường THPT Gia Viễn B và Hoa Lư A nhằm kiểm chứng tính khả thi và hiệu quả của chủ đề STEM.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Thực trạng sử dụng phương pháp dạy học phát triển NLVDKTKN: Khoảng 70% giáo viên thường xuyên sử dụng bài tập định hướng phát triển năng lực và phương pháp thuyết trình. Tuy nhiên, các phương pháp dạy học tích cực như dạy học dự án, dạy học theo chủ đề STEM mới được áp dụng thỉnh thoảng, với khoảng 40% giáo viên chưa sử dụng các biện pháp này.

2. Hiệu quả các biện pháp dạy học: Hơn 60% giáo viên đánh giá các phương pháp dạy học tích cực như dạy học dự án, dạy học trải nghiệm và dạy học STEM có hiệu quả cao trong phát triển NLVDKTKN cho học sinh. Ngược lại, phương pháp thuyết trình được đánh giá là ít hiệu quả.

3. Mức độ đạt được NLVDKTKN của học sinh: Khoảng 55% học sinh biết vận dụng kiến thức để giải thích hiện tượng thực tiễn, nhưng chỉ 7% thường xuyên kết nối kiến thức liên môn trong học tập. Hơn 70% học sinh quan tâm đến việc vận dụng kiến thức để chế tạo sản phẩm phục vụ cuộc sống nhưng gặp khó khăn trong thực hiện.

4. Khó khăn trong dạy học STEM: 100% giáo viên gặp khó khăn trong thiết kế nhiệm vụ học tập cho chủ đề STEM, 89% thiếu thời gian chuẩn bị, 79% thiếu kiến thức liên môn, và 95% phản ánh cơ sở vật chất chưa đáp ứng. Học sinh cũng chưa quen với môi trường học tập tích hợp STEM và thiếu kỹ năng mềm, công nghệ thông tin.

Thảo luận kết quả

Kết quả khảo sát cho thấy giáo viên đã nhận thức đúng về vai trò của giáo dục STEM và NLVDKTKN nhưng còn hạn chế trong việc áp dụng các phương pháp dạy học tích cực. Điều này phù hợp với các nghiên cứu trước đây cho thấy việc chuyển đổi phương pháp dạy học truyền thống sang tích cực đòi hỏi thời gian và hỗ trợ đào tạo chuyên sâu.

Mức độ vận dụng kiến thức của học sinh còn thấp, đặc biệt trong việc kết nối liên môn và ứng dụng thực tiễn, phản ánh nhu cầu tăng cường các hoạt động học tập trải nghiệm và dự án STEM. Việc học sinh quan tâm nhưng chưa biết cách vận dụng kiến thức vào thực tế cho thấy cần thiết phải xây dựng các chủ đề STEM thiết thực, gắn liền với đời sống.

Khó khăn của giáo viên về kiến thức liên môn và thời gian chuẩn bị là thách thức lớn trong triển khai giáo dục STEM, đồng thời cơ sở vật chất hạn chế cũng ảnh hưởng đến hiệu quả dạy học. Các biểu đồ kết quả khảo sát có thể minh họa rõ mức độ sử dụng phương pháp, hiệu quả và khó khăn gặp phải, giúp làm rõ các điểm cần cải thiện.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường đào tạo, bồi dưỡng giáo viên về giáo dục STEM: Tổ chức các khóa tập huấn chuyên sâu về thiết kế và tổ chức dạy học STEM, đặc biệt là kỹ năng tích hợp liên môn và xây dựng nhiệm vụ học tập thực tiễn. Mục tiêu nâng cao năng lực chuyên môn cho 100% giáo viên bộ môn Hóa học trong vòng 1 năm.

2. Phát triển và áp dụng các chủ đề STEM phù hợp với nội dung chương trình: Xây dựng bộ chủ đề STEM chi tiết cho phần Carbohydrate - Hóa học 12, kết hợp dạy học dự án và phương pháp nghiên cứu khoa học nhằm phát triển NLVDKTKN cho học sinh. Thực hiện thí điểm tại các trường THPT trong 1 học kỳ.

3. Cải thiện cơ sở vật chất và trang thiết bị dạy học: Đầu tư trang thiết bị thí nghiệm, công nghệ thông tin và phòng học hiện đại để hỗ trợ dạy học STEM hiệu quả. Lập kế hoạch nâng cấp cơ sở vật chất trong vòng 2 năm.

4. Tăng cường đánh giá năng lực vận dụng kiến thức, kỹ năng: Sử dụng đa dạng công cụ đánh giá như bài kiểm tra thực hành, bảng quan sát, phiếu tự đánh giá và đánh giá đồng đẳng để phản hồi kịp thời và điều chỉnh phương pháp dạy học. Áp dụng thường xuyên trong các tiết học và kỳ thi định kỳ.

5. Khuyến khích học sinh tham gia các hoạt động trải nghiệm STEM: Tổ chức câu lạc bộ STEM, các cuộc thi sáng tạo khoa học kỹ thuật và ngày hội STEM nhằm tạo môi trường học tập tích cực, phát huy kỹ năng thực hành và sáng tạo. Triển khai liên tục hàng năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Giáo viên bộ môn Hóa học THPT: Nghiên cứu cung cấp các phương pháp dạy học STEM cụ thể, công cụ đánh giá năng lực vận dụng kiến thức, kỹ năng giúp giáo viên đổi mới phương pháp giảng dạy và nâng cao hiệu quả học tập.

2. Cán bộ quản lý giáo dục: Tham khảo để xây dựng kế hoạch đào tạo, bồi dưỡng giáo viên, đầu tư cơ sở vật chất và triển khai các chương trình giáo dục STEM phù hợp với định hướng đổi mới giáo dục phổ thông.

3. Nhà nghiên cứu giáo dục: Cung cấp cơ sở lý luận và thực tiễn về phát triển năng lực vận dụng kiến thức, kỹ năng qua giáo dục STEM, làm nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực đổi mới phương pháp dạy học.

4. Học sinh và phụ huynh: Giúp hiểu rõ về vai trò của giáo dục STEM và năng lực vận dụng kiến thức, kỹ năng trong học tập và cuộc sống, từ đó tạo động lực và hỗ trợ học sinh phát triển toàn diện.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo dục STEM là gì và tại sao quan trọng trong dạy học Hóa học?
   Giáo dục STEM là phương pháp dạy học tích hợp liên ngành Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học, giúp học sinh áp dụng kiến thức vào giải quyết vấn đề thực tiễn. Trong Hóa học, STEM giúp học sinh phát triển tư duy phản biện, kỹ năng thực hành và sáng tạo, phù hợp với yêu cầu đổi mới giáo dục.

2. Năng lực vận dụng kiến thức, kỹ năng gồm những thành phần nào?
   NLVDKTKN bao gồm khả năng phát hiện và giải thích hiện tượng, phản biện và đánh giá vấn đề thực tiễn, vận dụng kiến thức tổng hợp để đề xuất giải pháp, định hướng nghề nghiệp và ứng xử phù hợp trong xã hội.

3. Phương pháp dạy học nào hiệu quả để phát triển NLVDKTKN cho học sinh?
   Các phương pháp dạy học tích cực như dạy học dự án, dạy học theo nhóm, dạy học theo phương pháp nghiên cứu khoa học và dạy học STEM được đánh giá cao về hiệu quả phát triển NLVDKTKN, giúp học sinh chủ động, sáng tạo và kết nối kiến thức liên môn.

4. Khó khăn phổ biến khi triển khai giáo dục STEM là gì?
   Khó khăn gồm thiếu kiến thức liên môn của giáo viên, thiếu thời gian chuẩn bị, cơ sở vật chất chưa đáp ứng, học sinh chưa quen với môi trường học tập tích hợp và thiếu kỹ năng mềm, công nghệ thông tin.

5. Làm thế nào để đánh giá năng lực vận dụng kiến thức, kỹ năng của học sinh?
   Có thể sử dụng đa dạng công cụ như bài kiểm tra thực hành, bảng quan sát, phiếu tự đánh giá, đánh giá đồng đẳng và hồ sơ học tập. Đánh giá nên diễn ra thường xuyên, đa chiều để phản hồi kịp thời và hỗ trợ phát triển năng lực cho học sinh.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng và tổ chức thực hiện thành công các chủ đề giáo dục STEM phần Carbohydrate - Hóa học 12 nhằm phát triển năng lực vận dụng kiến thức, kỹ năng cho học sinh THPT tỉnh Ninh Bình.
• Kết quả khảo sát và thực nghiệm cho thấy giáo viên và học sinh đã có nhận thức tích cực về giáo dục STEM, tuy nhiên còn nhiều khó khăn trong triển khai và vận dụng.
• Bộ công cụ đánh giá năng lực vận dụng kiến thức, kỹ năng được thiết kế phù hợp, giúp đánh giá chính xác và toàn diện năng lực của học sinh.
• Đề xuất các giải pháp đào tạo giáo viên, cải thiện cơ sở vật chất và tăng cường hoạt động trải nghiệm STEM nhằm nâng cao hiệu quả dạy học.
• Tiếp tục nghiên cứu mở rộng áp dụng chủ đề STEM trong các nội dung khác của chương trình Hóa học và các môn khoa học tự nhiên, đồng thời theo dõi, đánh giá lâu dài để hoàn thiện mô hình.

Các trường THPT và giáo viên bộ môn Hóa học nên áp dụng các chủ đề STEM đã xây dựng, đồng thời tham gia các khóa bồi dưỡng để nâng cao năng lực giảng dạy tích hợp. Ban quản lý giáo dục cần hỗ trợ về mặt chính sách và cơ sở vật chất để thúc đẩy đổi mới giáo dục theo hướng phát triển năng lực học sinh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn của vấn đề phát triển năng lực vận dụng kiến thức, kĩ năng và dạy học STEM trong dạy học hóa học trung học phổ thông. Chương 2: Vận dụng dạy học STEM chủ đề Carbohydrate - Hoá học 12 nhằm phát triển năng lực vận dụng kiến thức, kĩ năng cho học sinh trung học phổ thông. Chương 3: Thực nghiệm sư phạm. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VẤN ĐỀ PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC VẬN DỤNG KIẾN THỨC, KĨ NĂNG VÀ DẠY HỌC STEM TRONG DẠY HỌC HÓA HỌC TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 1.

Lịch sử nghiên cứu vấn đề 1. Nghiên cứu về giáo dục STEM trên thế giới Theo [1], [10], [18], STEM được xuất hiện lần đầu tiên tại Mỹ, khi mà nền giáo dục của đất nước này luôn được coi là đi đầu thế giới đang có xu hướng đi xuống, HS Mỹ bộc lộ rõ sự yếu kém về kiến thức và khả năng vận dụng vào thực tiễn trong khi nước Mỹ đang khan hiếm nguồn nhân lực chất lượng cao. Đứng trước thực tế đó Mỹ đã quyết định tiến hành cuộc cải cách giáo dục và STEM đã được ra đời trong điều kiện này. Giáo dục STEM được đánh giá là con đường phát triển tương lai và bền vững nhất của nước Mỹ.

Tiền thân của STEM là METS và đã được đổi tên trong Hội nghị liên ngành về giáo dục khoa học do quỹ Khoa học quốc gia Hoa Kì (NSF) tổ chức và từ đây thuật ngữ STEM đã được dùng phổ biến hơn. Từ đó mô hình giáo dục STEM đã được chú trọng và phát triển đầu tiên ở Mỹ. Sự đổi mới này của nước Mỹ đã khiến nhiều nước phát triển trên thế giới quan tâm và học tập làm theo. Điều làm cho giáo dục STEM được vận dụng phổ biến trên thế giới là STEM mang đến khả năng xóa bỏ giới hạn giữa lí thuyết hàn lâm trên sách vở và vận dụng thực tiễn.

Giáo dục gắn với thực tế cần thay thế dần cho giáo dục hàm lâm truyền thống có tính gò bó và áp lực với học sinh. Đây là điều mà giáo dục các nước đang cố gắng để đạt được. Điển hình của sự lan tỏa STEM ra thế giới đó chính là diễn đàn giáo dục STEM lần thứ 6 tại Florida đã có tới 2500 đại biểu đến từ 120 quốc gia khác nhau. Trong đó ở châu Mỹ, có Mỹ đứng đầu khởi xướng và có các nước đại diện tiêu biểu như Canada, Brazil,… châu Âu tiêu biểu có Anh, Pháp, Đức,…, châu Á có Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc, Qatar,… và đại diện của các nước Châu Phi.

Với sự tiếp cận đến toàn thế giới, STEM đã chứng tỏ sức mạnh lan tỏa toàn cầu của mình là không giới hạn. Tiêu biểu là một số công trình của các tác giả Basham, J. Felder, Rebecca Brent [33] … Như vậy, STEM đang trở thành cuộc cách mạng thay đổi nền giáo dục thế giới. Cụ thể: 6 Tại Mỹ, với sự phát triển như vũ bão về khoa học kĩ thuật thì các yêu cầu việc làm liên quan đến STEM là rất cấp thiết.

Do vậy, việc nghiên cứu về giáo dục STEM ngày càng được chú trọng, đi sâu hơn về cơ sở lí luận dạy học STEM và các vấn đề liên quan. Với Châu Phi thì đã có rất nhiều tổ chức đang tham gia vào các hoạt động tài trợ chương trình giáo dục STEM ở khắp châu Phi, cận Sahara. Tại Úc có rất nhiều tổ chức đã và đang tiến hành tiếp cận chương trình giáo dục STEM. Chương trình ISTEM (Invigorating STEM) được thành lập năm 2009 nhằm cung cấp các hoạt động cho HS, sinh viên và gia đình HS quan tâm đến STEM.

Chương trình đã giành được nhiều giải thưởng quốc gia về đổi mới trong dạy học các môn Toán, Khoa học và giải thưởng nhân quyền trên đất nước Úc. Chương trình STEM tại Canada bắt đầu thực hiện từ năm 2015 và đến nay, đã có rất nhiều tổ chức áp dụng các biện pháp nhằm thúc đẩy các lĩnh vực STEM cho HS, sinh viên trong các cấp học. Tại Thổ Nhĩ Kỳ đã thành lập một nhóm liên minh giữa các nhà khoa học và GV nghiên cứu và vận dụng giáo dục STEM trong giáo dục. Nhóm này đã và đang quan tâm đến việc nâng cao chất lượng giáo dục STEM trong các trường học.

Đại học Quatar đã và đang điều hành chương trình AL - Bairaq - một chương trình tiếp cận HS học tập STEM. Trong chương trình này, HS được học theo dự án nhằm giải quyết các vấn đề của thực tiễn cuộc sống. Như vậy, GD STEM là hình thức giáo dục được nhiều quốc gia trên thế giới chú trọng nghiên cứu và vận dụng giáo dục STEM giúp ích cho việc phát triển các NL chung, đặc biệt là NLVDKTKN cho HS THPT. Nghiên cứu về giáo dục STEM và vận dụng giáo dục STEM để phát triển năng lực vận dụng kiến thức kĩ năng cho học sinh ở Việt Nam Mô hình GD STEM được đưa vào Việt Nam từ năm 2010 thông qua liên doanh DTT - EDUSPEC phối hợp với trường Icarnegie - Hoa Kỳ với nền tảng dựa trên hai môn học cơ bản là CNTT và Robotics dành cho HS từ lớp 1 đến lớp 12.

Mô hình này đã được mở rộng triển khai tại các trường phổ thông của tổ chức này thuộc 3 thành phố: Hà Nội, Đà Nẵng và Hồ Chí Minh. Nội dung chương trình giáo dục 7 STEM được thực hiện theo chuẩn quốc tế và phù hợp với mục tiêu của Bộ giáo dục và đào tạo đề ra. Tuy vậy, các hoạt động GD STEM chưa trở thành hoạt động học tập chính thức trong nhà trường phổ thông mà chỉ là các hoạt động độc lập của các công ty giáo dục. Với mục tiêu hội nhập giáo dục Việt Nam phát triển theo xu thế phát triển của thế giới, ngày 4 tháng 5 năm 2017 Thủ tướng chính phủ đã kí chỉ thị số 16/CT-TTg có nội dung: “Cần tập trung thúc đẩy đào tạo về Khoa học, Công nghệ, kĩ thuật, Toán học, Ngoại ngữ, Tin học trong giáo dục phổ thông”.

Ngoài ra, Thủ tướng yêu cầu bộ GD&ĐT chú trọng đến các môn giáo dục STEM và giao trách nhiệm cho bộ GD&ĐT thúc đẩy triển khai GD STEM trong chương trình giáo dục phổ thông; tổ chức thí điểm tại một số trường phổ thông ngay từ năm học 2017-2018. Do vậy, chương trình giáo dục phổ thông tổng thể [7] đã xác định: GD STEM là mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp HS áp dụng các kiến thức khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học vào giải quyết một số vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể. Từ đó xác định nhiệm vụ, vai trò của các môn học Khoa học tự nhiên trong sự kết nối ý tưởng với môn Tin học và Công nghệ để GQVĐ thực tiễn theo mô hình GD STEM trong dạy học các môn học. Để thực hiện yêu cầu này, bộ Giáo dục và Đào tạo đã có những hoạt động đào tạo bồi dưỡng giáo viên phổ thông về nhận thức và thực hành thiết kế, tổ chức, thực hiện GD STEM trong chương trình môn học.

Cụ thể: Chương trình bồi dưỡng phát triển GD trung học, đã có nội dung tập huấn cho cán bộ quản lí, GV về xây dựng chủ đề giáo dục STEM (2019) [10]. Bộ GD &ĐT Việt Nam đã phối hợp với hội đồng Anh triển khai dự án thí điểm “Áp dụng phương pháp giáo dục STEM của vương quốc Anh vào bối cảnh việt nam” (2016 - 2017) và tổ chức hội thảo GD STEM (25/7/2017). Từ đó các nội dung cơ bản về GD STEM đã được truyền tải đến GV các môn học thông qua các đợt bồi dưỡng GV. Bộ GD&ĐT đã có công văn 3089/BGDĐT ngày 14/8/2020 về triển khai thực hiện GD STEM trong giáo dục trung học.

tiến trình, cách thức tổ chức giáo dục STEM (dạy học các môn học theo bài dạy hoặc chủ đề (CĐ) dạy học STEM), tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM, hoạt động nghiên cứu khoa học - kỹ thuật. Bước 8 đầu giáo dục STEM đi vào các nhà trường với nhiều hình thức như: Câu lạc bộ STEM, thực hiện một số CĐ dạy học STEM, hoạt động trải nghiệm STEM, các ngày hội STEM, các cuộc thi STEM, nghiên cứu khoa học - kĩ thuật… được tổ chức sôi nổi và thường xuyên. Từ những định hướng của bộ GD & ĐT đã có nhiều tác giả nghiên cứu vận dụng GD STEM vào thực tiễn dạy học các môn học, tiêu biểu như các công trình sau: Nghiên cứu của Lê Xuân Quang (2017) “Dạy học môn Công nghệ phổ thông theo định hướng giáo dục STEM” luận án tiến sĩ khoa học giáo dục. Đại học sư phạm Hà Nội [18].

Luận án này đã tổng quan về lịch sử nghiên cứu giáo dục STEM, khái niệm, các dạng và quy trình dạy học STEM. Tác giả đã xây dựng quy trình dạy học theo định hướng STEM trong bộ môn Công nghệ, xây dựng một số CĐ DH STEM và tiến hành kiểm chứng các đề tài đó. Đồng thời đã có các sách giới thiệu về giáo dục STEM trong nhà trường được xuất bản như: các công trình của tác giả Nguyễn Văn Biên và các cộng sự (2017) [1]; Nguyễn Thanh Hải [16]; Nguyễn Thanh Nga, Phùng Việt Hải, Nguyễn Quang Linh, Hoàng Phước Muội (2017) [18] … Nội dung của các sách này đã trình bày lí luận về giáo dục STEM trong trường phổ thông; thiết kế và tổ chức CĐ giáo dục STEM; vận dụng dạy học dự án để tổ chức dạy học chủ đề STEM. Trong DHHH theo định hướng giáo dục STEM đã có một số công trình nghiên cứu đã được công bố như: bài báo của Nguyễn Mậu Đức và Dương Thị Ánh Tuyết [14] nghiên cứu về dạy học CĐ axit - bazơ theo định hướng giáo dục STEM và một số luận văn thạc sĩ nghiên cứu về phát triển NLVDKTKN, NLGQVĐ cho HS thông qua dạy học STEM một số nội dung trong chương trình hoá học phổ thông của Kiều Thị Hải [15], Vũ Thị Tuyết [27]; Vũ Thị Ngọc Oanh [21]; Trần Thế Sang [26]… Các công trình nghiên cứu trên đã góp phần làm rõ về cơ sở lí luận của giáo dục STEM, về cách tổ chức hoạt động giáo dục STEM và đã xây dựng được một số CĐ dạy học STEM.

Tuy nhiên việc xây dựng và tổ chức DHHH theo định hướng STEM còn khá mới mẻ đối với GV các trường THPT. Như vậy, các tổ chức giáo dục, cán bộ quản lí và GV nước ta đã nhận thức được vai trò của giáo dục STEM với yêu cầu dạy học phát triển NL cho HS trong 9 giáo dục phổ thông hiện nay. Tuy nhiên, việc triển khai GD STEM vào thực tế dạy học còn gặp nhiều khó khăn và chưa được chú ý đúng mức.