Tổng quan nghiên cứu

Giáo dục STEAM (Science, Technology, Engineering, Arts, Mathematics) là mô hình giáo dục tích hợp liên môn được nhiều quốc gia phát triển áp dụng rộng rãi nhằm phát triển năng lực toàn diện cho học sinh. Tại Việt Nam, STEAM được đưa vào chương trình giáo dục phổ thông mới từ năm 2018, với mục tiêu nâng cao hứng thú học tập, phát triển phẩm chất và năng lực người học, đồng thời đáp ứng yêu cầu của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0. Tuy nhiên, thực trạng áp dụng STEAM trong các trường trung học cơ sở (THCS) còn nhiều hạn chế do thiếu thời gian, cơ sở vật chất và nhận thức của giáo viên cũng như học sinh.

Luận văn tập trung nghiên cứu việc dạy học chương “Hình lăng trụ đứng, hình chóp đều” trong môn Hình học lớp 8 theo định hướng giáo dục STEAM tại các trường THCS ở huyện Kiến Thụy, thành phố Hải Phòng. Nghiên cứu nhằm thiết kế và tổ chức các chủ đề STEAM gắn liền với nội dung hình học không gian, giúp học sinh phát triển tư duy sáng tạo, năng lực mô hình hóa và vận dụng kiến thức vào thực tiễn. Phạm vi nghiên cứu bao gồm khảo sát nhận thức của 24 giáo viên và 154 học sinh, thiết kế bài dạy và thực nghiệm sư phạm trong năm học 2021-2022.

Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc nâng cao chất lượng dạy học môn Toán, đặc biệt là hình học không gian, đồng thời góp phần đổi mới phương pháp dạy học theo hướng phát triển năng lực và phẩm chất học sinh. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở lý luận và thực tiễn cho việc áp dụng STEAM trong dạy học môn Toán ở THCS, đồng thời đề xuất các giải pháp khả thi nhằm khắc phục khó khăn trong tổ chức dạy học STEAM.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình giáo dục STEAM, trong đó nhấn mạnh tính liên môn và ứng dụng thực tiễn. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

  1. Lý thuyết giáo dục tích hợp liên môn: STEAM không chỉ là sự kết hợp các môn học riêng lẻ mà là một mô hình học tập gắn kết, giúp học sinh vận dụng kiến thức khoa học, công nghệ, kỹ thuật, nghệ thuật và toán học để giải quyết các vấn đề thực tế. Khái niệm này giúp hình thành năng lực tư duy phản biện, sáng tạo và kỹ năng làm việc nhóm.

  2. Mô hình dạy học dựa trên dự án (Project-Based Learning - PBL): Đây là phương pháp dạy học tích cực, trong đó học sinh thực hiện các dự án học tập nhằm tạo ra sản phẩm cụ thể. Mô hình này phù hợp với STEAM vì khuyến khích học sinh tự tìm tòi, thiết kế, thử nghiệm và đánh giá sản phẩm, từ đó phát triển năng lực toàn diện.

Các khái niệm chính trong nghiên cứu bao gồm: hình lăng trụ đứng, hình chóp đều, năng lực mô hình hóa toán học, năng lực tư duy sáng tạo, và đánh giá theo định hướng sản phẩm.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp hỗn hợp kết hợp giữa nghiên cứu lý luận, điều tra khảo sát và thực nghiệm sư phạm.

  • Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ 24 giáo viên Toán và 154 học sinh thuộc 4 trường THCS ở huyện Kiến Thụy, Hải Phòng. Ngoài ra, tài liệu tham khảo từ các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước, sách giáo khoa, và các tài liệu chuyên ngành về STEAM và dạy học hình học.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng thống kê mô tả để phân tích kết quả khảo sát nhận thức và thái độ của giáo viên, học sinh về STEAM. Phân tích so sánh kết quả kiểm tra học sinh giữa nhóm thực nghiệm và nhóm đối chứng để đánh giá hiệu quả dạy học STEAM. Phương pháp phân tích định tính được áp dụng để đánh giá sản phẩm và quá trình thực hiện dự án.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được tiến hành trong năm học 2021-2022, bao gồm giai đoạn khảo sát thực trạng (tháng 9-11/2021), thiết kế chủ đề STEAM và bài dạy (tháng 12/2021 - 2/2022), thực nghiệm sư phạm (tháng 3-5/2022), và tổng hợp, phân tích kết quả (tháng 5-6/2022).

Cỡ mẫu được chọn theo phương pháp chọn mẫu thuận tiện, đảm bảo đại diện cho giáo viên và học sinh trong khu vực nghiên cứu. Phương pháp phân tích dữ liệu được lựa chọn nhằm đảm bảo tính khách quan và khoa học, phù hợp với mục tiêu nghiên cứu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Nhận thức của giáo viên về STEAM: 75% giáo viên hiểu đúng khái niệm giáo dục STEAM, 83,3% công nhận STEAM nâng cao hứng thú học tập, 75% cho rằng STEAM hình thành phẩm chất và năng lực cho học sinh. Tuy nhiên, chỉ 25% giáo viên đánh giá STEAM là rất cần thiết, 62,5% cho rằng cần thiết, còn 12,5% không cần thiết. Khoảng 83,3% giáo viên gặp khó khăn do thiếu thời gian thiết kế bài dạy, 62,5% thiếu cơ sở vật chất, và 58,3% lo ngại STEAM không giúp cải thiện kết quả kiểm tra.

  2. Nhận thức và thái độ của học sinh: 62,3% học sinh hiểu đúng khái niệm STEAM, nhưng 69,5% chưa từng được học theo phương pháp STEAM, chỉ 4,5% thường xuyên học theo định hướng này. 92,2% học sinh cho biết không có đủ thời gian nghiên cứu sâu, 64,9% cho rằng STEAM không giúp cải thiện kết quả thi, 19,5% thấy kiến thức quá khó, và 30% không hứng thú với STEAM.

  3. Hiệu quả dạy học STEAM qua thực nghiệm: Qua thực nghiệm sư phạm với hai lớp 8A (thực nghiệm) và 8B (đối chứng), điểm kiểm tra đầu vào tương đương (khoảng 5,5 điểm). Sau khi áp dụng dạy học STEAM, lớp 8A có điểm trung bình kiểm tra cuối kỳ tăng lên 7,8, cao hơn 1,2 điểm so với lớp 8B (6,6 điểm). Tỷ lệ học sinh đạt điểm trên 8 ở lớp 8A là 45%, trong khi lớp 8B chỉ đạt 20%. Kỹ năng giao tiếp, tư duy sáng tạo và khả năng vận dụng kiến thức thực tế của học sinh lớp 8A cũng được cải thiện rõ rệt.

  4. Phản hồi về các chủ đề STEAM: Các chủ đề như thiết kế đèn lồng, mô hình tòa tháp The Blade, hộp quà hình chóp đều được học sinh đánh giá cao về tính hấp dẫn và tính ứng dụng. Sản phẩm thực hành được đánh giá theo các tiêu chí về tính thẩm mỹ, an toàn, chi phí và sáng tạo với điểm trung bình đạt 8,5/10.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc áp dụng dạy học theo định hướng STEAM trong chương trình hình học 8 giúp nâng cao hiệu quả học tập, phát triển năng lực tư duy và kỹ năng thực hành của học sinh. Nguyên nhân chính là STEAM tạo điều kiện cho học sinh tham gia tích cực, trải nghiệm thực tế và liên kết kiến thức liên môn, từ đó tăng hứng thú và chủ động học tập.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, kết quả phù hợp với xu hướng giáo dục STEAM tại Mỹ, Hàn Quốc và New Zealand, nơi STEAM được tích hợp từ cấp tiểu học đến trung học với nhiều hoạt động dự án và trải nghiệm thực hành. Tuy nhiên, khó khăn về thời gian, cơ sở vật chất và nhận thức của giáo viên vẫn là rào cản lớn tại Việt Nam, tương tự như báo cáo của ngành giáo dục trong nước.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ cột thể hiện tỷ lệ nhận thức và thái độ của giáo viên, học sinh; bảng so sánh điểm kiểm tra giữa nhóm thực nghiệm và đối chứng; biểu đồ tròn về đánh giá sản phẩm STEAM. Những biểu đồ này giúp minh họa rõ nét sự khác biệt và hiệu quả của phương pháp dạy học STEAM.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường đào tạo, bồi dưỡng giáo viên về STEAM: Tổ chức các khóa tập huấn chuyên sâu về thiết kế bài dạy STEAM, phương pháp dạy học dự án và đánh giá sản phẩm. Mục tiêu nâng cao nhận thức và kỹ năng cho 100% giáo viên Toán trong vòng 1 năm, do Sở GD-ĐT Hải Phòng phối hợp với các trường đại học thực hiện.

  2. Cải thiện cơ sở vật chất và trang thiết bị dạy học: Đầu tư trang bị phòng học STEAM với các dụng cụ thực hành, thiết bị công nghệ như máy in 3D, bộ dụng cụ mô hình hóa. Mục tiêu hoàn thành trong 2 năm, ưu tiên các trường THCS có quy mô lớn.

  3. Xây dựng và phổ biến tài liệu, chủ đề STEAM phù hợp: Phát triển bộ chủ đề dạy học STEAM tích hợp nội dung hình học không gian, có hướng dẫn chi tiết và rubic đánh giá. Tài liệu này sẽ hỗ trợ giáo viên trong việc thiết kế bài dạy và đánh giá học sinh, hoàn thành trong 6 tháng.

  4. Tổ chức các hoạt động trải nghiệm, cuộc thi STEAM cho học sinh: Khuyến khích học sinh tham gia các câu lạc bộ, dự án nghiên cứu khoa học kỹ thuật, cuộc thi sáng tạo để phát triển kỹ năng thực hành và tư duy sáng tạo. Mục tiêu tổ chức ít nhất 2 sự kiện lớn mỗi năm do nhà trường và địa phương phối hợp thực hiện.

  5. Đổi mới phương pháp đánh giá theo định hướng STEAM: Áp dụng đánh giá quá trình học tập, đánh giá sản phẩm và kỹ năng mềm thay vì chỉ kiểm tra kiến thức lý thuyết. Giáo viên cần được hướng dẫn xây dựng rubic đánh giá phù hợp, triển khai trong năm học tiếp theo.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Giáo viên Toán và các môn khoa học tự nhiên tại THCS: Nghiên cứu cung cấp phương pháp thiết kế và tổ chức dạy học STEAM cụ thể cho chương trình hình học 8, giúp nâng cao hiệu quả giảng dạy và phát triển năng lực học sinh.

  2. Nhà quản lý giáo dục và cán bộ chuyên môn: Thông tin về thực trạng, khó khăn và giải pháp áp dụng STEAM giúp hoạch định chính sách, kế hoạch đào tạo và đầu tư cơ sở vật chất phù hợp.

  3. Sinh viên, nghiên cứu sinh ngành Sư phạm Toán và Giáo dục STEAM: Luận văn là tài liệu tham khảo quý giá về lý luận, phương pháp và thực nghiệm sư phạm trong lĩnh vực giáo dục STEAM tại Việt Nam.

  4. Các tổ chức, doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực giáo dục và công nghệ giáo dục: Cung cấp cơ sở để phát triển sản phẩm, chương trình đào tạo và hợp tác triển khai STEAM trong nhà trường, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục phổ thông.

Câu hỏi thường gặp

  1. STEAM là gì và tại sao lại quan trọng trong giáo dục hiện đại?
    STEAM là mô hình giáo dục tích hợp năm lĩnh vực: Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Nghệ thuật và Toán học. Nó giúp học sinh phát triển tư duy sáng tạo, kỹ năng giải quyết vấn đề và năng lực thực hành, phù hợp với yêu cầu của thế kỷ 21 và cách mạng công nghiệp 4.0.

  2. Làm thế nào để thiết kế bài dạy STEAM hiệu quả cho môn Toán lớp 8?
    Bài dạy STEAM cần gắn liền với vấn đề thực tiễn, kết hợp kiến thức liên môn, sử dụng phương pháp dạy học dựa trên dự án hoặc thiết kế. Giáo viên nên xây dựng kế hoạch theo các bước: xác định vấn đề, nghiên cứu kiến thức nền, đề xuất giải pháp, phát triển mô hình, thử nghiệm và hoàn thiện sản phẩm.

  3. Những khó khăn phổ biến khi áp dụng STEAM trong trường THCS là gì?
    Khó khăn chính gồm thiếu thời gian thiết kế bài dạy, thiếu cơ sở vật chất, nhận thức và kỹ năng của giáo viên còn hạn chế, học sinh chưa quen với phương pháp học tích cực và lo ngại STEAM không giúp cải thiện kết quả thi.

  4. STEAM có giúp học sinh nâng cao kết quả học tập môn Toán không?
    Theo kết quả thực nghiệm, học sinh học theo định hướng STEAM có điểm kiểm tra cuối kỳ cao hơn 1,2 điểm so với học sinh học theo phương pháp truyền thống, đồng thời phát triển kỹ năng tư duy sáng tạo và kỹ năng giao tiếp.

  5. Làm thế nào để đánh giá hiệu quả học tập theo STEAM?
    Đánh giá STEAM tập trung vào quá trình học tập, sản phẩm thực hành và kỹ năng mềm như làm việc nhóm, tư duy phản biện. Công cụ đánh giá thường là rubic với các tiêu chí rõ ràng về kiến thức, kỹ năng và thái độ, giúp đánh giá khách quan và toàn diện.

Kết luận

  • Giáo dục STEAM là xu hướng đổi mới giáo dục phù hợp với yêu cầu phát triển năng lực và phẩm chất học sinh trong kỷ nguyên công nghiệp 4.0.
  • Việc dạy học chương “Hình lăng trụ đứng, hình chóp đều” theo định hướng STEAM giúp nâng cao hiệu quả học tập, phát triển tư duy sáng tạo và kỹ năng thực hành của học sinh THCS.
  • Thực trạng áp dụng STEAM tại các trường THCS ở Hải Phòng còn nhiều khó khăn về nhận thức, thời gian và cơ sở vật chất.
  • Luận văn đã thiết kế và thực nghiệm thành công một số chủ đề STEAM, đồng thời đề xuất các giải pháp khả thi nhằm thúc đẩy việc áp dụng STEAM trong dạy học môn Toán.
  • Các bước tiếp theo cần tập trung đào tạo giáo viên, cải thiện cơ sở vật chất, xây dựng tài liệu và đổi mới phương pháp đánh giá để STEAM phát huy tối đa hiệu quả trong giáo dục phổ thông.

Hành động ngay hôm nay để đổi mới phương pháp dạy học và nâng cao chất lượng giáo dục STEAM tại trường bạn!