CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HIỆU ỨNG CỦA GIÁO DỤC STEM ĐẾN CÁC KẾT QUẢ HỌC TẬP CỦA HỌC SINH PHỔ THÔNG 1. Giới thiệu về vấn đề tổng quan Trong giáo dục phổ thông, những nỗ lực cải thiện việc dạy học các môn STEM là tập trung vào dạy học tích hợp liên ngành, thay vì tiếp cận theo môn học riêng biệt [7]. Việc tích hợp các môn học STEM thành một bài học/chủ đề liên ngành mới mang đến cho học sinh phổ thông cơ hội hiểu về thế giới tích hợp, thay vì học các mảng kiến thức rời rạc và thực hành về nó [8]. Mặc dù giáo dục STEM đã được thiết lập tốt thông qua các văn bản chính sách quốc gia và quốc tế, nhưng sự bất đồng về các mô hình triển khai STEM và kết quả học tập liên quan của nó ở học sinh vẫn tiếp tục là một vấn đề tranh luận [4] [7].
Trong nghiên cứu, vẫn còn thiếu một báo cáo bao quát về mối quan hệ thuyết phục giữa các cách tích hợp của giáo dục STEM và kết quả học tập liên quan của học sinh [6] [9] [10]. Trong thực hành giảng dạy, giáo viên gặp khó khăn trong việc lựa chọn và triển khai các hoạt động STEM vì họ thiếu hướng dẫn về hiệu quả của mỗi loại hoạt động STEM hiệu quả đến các kết quả học tập được họ dự định cho học sinh của họ [6] [7] [8] [11] [12] [13]. Giáo viên có thể choáng ngợp trước vô vàn các hoạt động STEM được áp dụng vào thực tế như học tập dựa vào dự án STEM, hội trại STEM, câu lạc bộ STEM, hoạt động STEM dựa vào mô hình 5E, hoạt động STEM dựa vào mô hình thiết kế kỹ thuật , các cuộc thi STEM [14], và tác động của chúng đối với các kết quả học tập của học sinh. Ví dụ, tích hợp kỹ thuật vào lớp học khoa học giúp học sinh THCS học tốt hơn về khoa học và kỹ thuật, nhưng không có tác động đến sự quan tâm của học sinh đối với khoa học và kỹ thuật [15].
Do đó, mục đích của tổng quan tài liệu này là kiểm tra hiệu ứng các cách tích hợp trong giáo dục STEM đến các kết quả học tập của học 10 sinh phổ thông. Kết quả tổng quan sẽ cho thấy cách tích hợp của giáo dục STEM nào hiệu quả đối với loại kết quả học tập nào cho các học sinh nào trong môi trường giáo dục nào, đồng thời nó cũng cung cấp các khoảng trống kiến thức hoặc các ý tưởng mới cho luận án này. Ngoài ra, mặc dù đối tượng của luận án là các học sinh trung học, nhưng nghiên cứu tổng quan được tiến hành mở rộng ra toàn bộ với học sinh phổ thông. Điều này sẽ giúp không bỏ sót nhiều ý tưởng hay về giáo dục STEM được triển khai ở cấp tiểu học và trung học, mà có thể được diễn giải hoặc kết hợp sáng tạo trong dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM cho học sinh trung học.
Do vậy, cách tiếp cận tìm kiếm trên diện rộng về giáo dục STEM cho học sinh phổ thông sẽ mang tính bao quát, toàn diện hơn. Khung lý thuyết về hiệu ứng của giáo dục STEM đến các kết quả học tập của học sinh 1. Lý do giáo dục STEM lại quan trọng cho học sinh Sự thiếu hụt sinh viên và công nhân Hoa Kỳ trong các lĩnh vực công nghệ cao đã làm cho giáo dục STEM trở thành một chủ đề ưu tiên cao cho nghiên cứu giáo dục [18]. Mặc dù các tư tưởng về giáo dục STEM đã xuất hiện từ nhiều thập kỷ trước đó [2], nhưng đến năm 2000, các nhà giáo dục Hoa Kỳ đã đồng ý rộng rãi rằng giáo dục STEM là sáng kiến cốt lõi trong việc đảm bảo lợi thế của Mỹ trong nền kinh tế toàn cầu [2].
Mối quan tâm về giáo dục STEM tăng lên cấp cao nhất của chính phủ khi Tổng thống Obama tuyên bố rằng với tư cách là một nhà lãnh đạo đổi mới, nền kinh tế Hoa Kỳ đã tăng trưởng nhanh chóng một phần là nhờ sự hỗ trợ vững chắc về công nghệ và vị trí hàng đầu thế giới về giáo dục khoa học và toán; những ngành học quan trọng này có ảnh hưởng nhiều hơn đến sự phát triển kinh tế khi so sánh với các lĩnh vực không thuộc STEM khác; một nền giáo dục STEM cơ bản là rất quan trọng đối với hầu hết các công việc liên quan đến kỹ thuật, kỹ thuật và thậm chí cả quản lý; và giáo dục STEM chính là nguồn 11 cung cấp chính của các nhà khoa học, kỹ sư và công nhân có kỹ năng công nghệ [2] [18]. Rõ ràng, mục đích của giáo dục STEM đang nỗ lực thu hút các học sinh hướng về các chuyên ngành STEM trong giáo dục sau trung học (đại học/ nghề nghiệp) nhằm cải thiện nguồn nhân lực có năng suất và chất lượng trong thị trường cạnh tranh ngày càng tăng [1] [2] [18]. Bên cạnh thế giới nghề nghiệp, giáo dục STEM ngày càng trở lên quan trọng đối với mỗi cá nhân khi cuộc sống của chúng ta đang ngày càng được bao bọc bởi công nghệ và những vấn đề STEM phức tạp trong cuộc sống. Chẳng hạn, các cuộc khủng hoảng sức khỏe gây ra bởi sự lây lan của bệnh tật đe dọa tính mạng, hoặc sự tò mò để hiểu cách thức hoạt động của công nghệ soi chiếu tại sân bay, hoặc giải quyết sự lãng phí năng lượng đang diễn ra tại ngôi nhà của họ, và do đó, tất cả mọi người cần hiểu biết về STEM để đưa ra quyết định đúng đắn cho bản thân, gia đình và cộng đồng của họ [2].
Không chỉ dừng lại ở kiến thức khoa học và toán, giáo dục STEM thực sự cần thiết để nâng cao hiểu biết của học sinh về cách mọi thứ hoạt động và cải thiện việc sử dụng công nghệ của chúng, cũng như hiểu biết tầm quan trọng của kỹ thuật đã áp dụng kiến thức của và khoa học và toán để giải quyết vấn đề STEM phức tạp và đổi mới công nghệ như thế nào [19]. Ngoài ra, các học sinh của các lĩnh vực không phải STEM cũng nên có thêm kiến thức về khoa học và kỹ thuật để phát triển nghề nghiệp hơn nữa [20]. Tóm lại, sự hiểu biết và tiếp xúc với STEM của học sinh sẽ không chỉ mang lại lợi ích cho cá nhân họ mà còn có lợi cho thế giới, khi nguồn nhân lực về STEM không ngừng được cải thiện về số lượng và chất lượng [2]. Rộng lớn hơn, khi giáo dục STEM được thực hiện mạnh mẽ cho học sinh ở tất cả các quốc gia và hợp tác quốc tế, nó sẽ thúc đẩy sự chia sẻ, hợp tác của tất cả mọi người cùng nhau giải quyết các vấn đề bền vững và thách thức ngày càng tăng của thế kỷ 21, chẳng hạn như dịch bệnh và sức khỏe, biến đổi khí hậu, thiếu nước ngọt, ô nhiễm đại dương và môi trường [2].
Khái niệm STEM và giáo dục STEM (1) STEM là gì? Tại Hoa Kỳ, những nỗ lực trong nền giáo dục để cải thiện học vấn trong các lĩnh vực STEM và nhu cầu lực lượng lao động có kỹ năng cá nhân và kỹ thuật chuyên sâu được chuẩn bị cho một môi trường cạnh tranh ngày càng tăng để đối phó với những thách thức lớn của thế kỷ 21 đã được kích hoạt từ những năm 1990 [19]. Tuy nhiên, thuật ngữ về STEM chỉ được tuyên bố chính thức và rộng rãi vào những năm 2001, ban đầu bởi Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ (National Science Foundation - NSF) [1]. Khi đó, các định nghĩa về STEM vẫn chưa rõ ràng [21]. Một số người hiểu STEM chỉ đơn giản là được sử dụng như một cách để thảo luận về bốn lĩnh vực chuyên ngành của Khoa học, Toán, Kỹ thuật và Công nghệ; và sau này các tác giả nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tích hợp các lĩnh vực đó [21].
Đơn giản thì STEM là một thuật ngữ viết tắt để chỉ sự tích hợp của bốn lĩnh vực gồm Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật) và Mathematics (Toán học). Về sau chữ 'A' được thêm vào thành STEAM – bởi vì không có sản phẩm tuyệt vời nào được tạo ra mà không có sự nhạy cảm về nghệ thuật (Arts) [22]. Thay vì học tập từng lĩnh vực đơn lẻ, STEM là sự tích hợp các ngành để giúp học sinh không những có hiểu biết về khoa học và toán, mà còn hiểu được ứng dụng của chúng trong các sản phẩm công nghệ và kỹ thuật đã ảnh hưởng đến cuộc sống hằng ngày của chúng ta như thế nào [19]. Cho đến nay, STEM được xem là một trong những phát kiến mang tính đột phá trong lĩnh vực giáo dục thế kỷ 21 và trở thành một trong những chiến lược quan trọng khi giải quyết các chính sách giáo dục và thiết kế chương trình giáo dục ở nhiều quốc gia trên thế giới.
Hai khái niệm thường gây ra các tranh luận và nhầm lẫn trong STEM cần được giải thích rõ hơn, đó chính là kỹ thuật và công nghệ. Theo [23], kỹ thuật là một lĩnh vực chuyên môn trong đó các kiến thức khoa học và toán 13 được áp dụng để phát triển các cách sử dụng tiết kiệm và hiệu quả các vật liệu và nguồn lực của tự nhiên vì lợi ích của nhân loại; trong khi công nghệ được định nghĩa như việc áp dụng các các kiến thức khoa học và kỹ thuật để tạo ra và sử dụng các phương tiện/ máy móc/ hệ thống đặt trong mối tương quan giữa cuộc sống, xã hội và môi trường. Ví dụ, việc nghiên cứu ra vật liệu và đặc tính của dây đốt nóng (hay dây điện trở nhiệt) được coi là một kỹ thuật, nhưng các ứng dụng thực tế của nó để tạo ra bàn là điện, nồi cơm điện, nồi hơi thì được coi là công nghệ. Một ví dụ khác, việc nghiên cứu ra vật liệu và đặc tính của lò xo với khả năng đàn hồi được coi là kỹ thuật, trong khi một ứng dụng của nó để tạo ra thiết bị đóng mở cánh cửa được coi là công nghệ.
Rõ ràng, khi được ứng dụng vào trong thực tế với các giải pháp cụ thể, một dải tham số/ đặc tính của kỹ thuật sẽ được áp dụng (ví dụ như một dải nhiệt độ của dây điện trở nhiệt được áp dụng trong nồi cơm điện). Do đó, khi đặt trong bối cảnh thực tế, một phần của kĩ thuật là công nghệ [24]. Tóm lại, kỹ thuật là việc giải quyết vấn đề để tạo ra các sản phẩm vì lợi ích nhân loại, trong khi công nghệ là các giải pháp/ kết quả áp dụng cụ thể về kỹ thuật trong bối cảnh thực tế của cuộc sống con người [23].