Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu. Chương 2: Cơ sở lý luận của vấn về nghiên cứu. Chương 3: Khảo sát thực trạng về xây dựng và tổ chức DH một số chủ đề môn Toán lớp 3 theo định hướng GD STEM. Chương 4: Thiết kế và tổ chức DH một số chủ đề của môn Toán lớp 3 theo định hướng GD STEM.
Chương 5: Thực nghiệm sư phạm. Tài liệu tham khảo. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Nghiên cứu trên thế giới STEM có nguồn gốc từ quỹ khoa học quốc gia (NSF) vào những năm 1990 và đã được sử dụng như một cụm từ viết tắt chung cho mọi sự kiện, chính sách, chương trình hoặc liên quan đến một hoặc một số môn học thuộc bốn lĩnh vực S (Khoa học), T (Công nghệ), E (Kĩ thuật) và M (Toán học) [13]. Công trình nghiên cứu của Becker và Park (2011) về tính hiệu quả của GD STEM cũng cho thấy tác động tích cực của nó đến việc học của người học, với mức độ tác động lớn nhất ở bậc tiểu học và thấp dần đến bậc đại học [37].
Các nhà lãnh đạo, các nhà khoa học trên thế giới đều nhấn mạnh đến vai trò của GD STEM. Thủ tướng Malaysia, ông Datuk Seri Najib Razak (2013) phát biểu: “Malaysia dự kiến có 60% trẻ em và thanh thiếu niên tham gia chương trình GD về khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học (STEM) và sự nghiệp cho một tương lai tốt đẹp hơn của đất nước”. Giáo sư Dan Shechtman (2016), người đoạt giải Nobel về nghiên cứu Hóa học và Khoa học vật liệu, cho biết Israel phải làm nhiều hơn nữa để thúc đẩy nghiên cứu khoa học và đảm bảo giữ được công nghệ của đất nước mình, chính phủ cần khuyến khích các nghiên cứu khoa học và kỹ thuật ở độ tuổi còn trẻ. Giáo sư Steven Chu (2016), người đoạt giải Nobel Vật lý, phát biểu tại đại học SUSTech: "GD STEM là một loại hình GD hướng dẫn bạn học cách tự học", Giáo sư đã chỉ ra lợi thế của GD STEM, tự học là rất quan trọng trong quá trình phát triển cá nhân.
Tổng thống Barack Obama (2010) đã có bài phát biểu nhấn mạnh tầm quan trọng cần đẩy mạnh GD STEM ở các trường phổ thông để tạo ra một thế hệ lãnh đạo toàn cầu trong sự phát triển của nền kinh tế trong thế kỷ 21. Sau đó, tại Hội chợ Khoa học Nhà Trắng hàng năm lần thứ ba được tổ chức vào tháng 4 năm 2013, Tổng thống Barack Obama lại phát biểu : “Một trong những điều mà tôi tập trung khi làm Tổng thống là làm thế nào chúng ta tạo ra một PP tiếp cận toàn diện cho khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học (STEM). Chúng ta cần phải ưu tiên ĐT đội ngũ GV mới trong các lĩnh vực chủ đề này và để đảm bảo rằng tất cả chúng ta là một quốc gia ngày càng dành cho các GV sự tôn trọng cao hơn mà họ xứng đáng.” Các nhà lãnh đạo trong doanh nghiệp, chính phủ và giới học thuật khẳng định rằng GD trong các môn học STEM không chỉ quan trọng để duy trì NL đổi mới của Hoa Kỳ mà còn là nền tảng để có việc làm thành công, bao gồm nhưng không giới hạn công việc trong lĩnh vực STEM (Margaret Honey et al, 2014). Một sự kiện tiếp theo cho thấy sự coi trọng GD STEM là ngày hội khoa học toàn quốc tại Nhà Trắng lần thứ 5 vào ngày 23 tháng 3 năm 2015, tổng thống Mỹ đã dành cả ngày để trao đổi, trò chuyện với các nhà khoa 6 học nhí, các sản phẩm sáng tạo của HS được trưng bày trong văn phòng Nhà Trắng [52].
STEM chính là việc tự học của HS và rất quan trọng trong quá trình phát triển cá nhân. Với mục đích nghiên cứu về xu hướng GD STEM, Yuan-Chung Yu và cộng sự (2016) đã tập hợp và phân tích các tài liệu về GD STEM trong cơ sở dữ liệu ISI giai đoạn từ 1992 - 2013 cho thấy: kể từ năm 2008 xu hướng nghiên cứu về GD STEM phát triển rất mạnh, cụ thể năm 2008 có khoảng 15 bài báo thì đến năm 2013 số lượng đã tăng lên gần 100 bài báo/1 năm. Cũng trong giai đoạn này Mỹ là quốc gia có nhiều nghiên cứu về GD STEM nhất với 200 công trình (52%), tiếp theo đó là Anh với 36 công trình (9,35%); Hà Lan, Úc mỗi quốc gia có 16 nghiên cứu (4,16%); các quốc gia Tây Ban Nha, Ixaren, Thổ Nhĩ Kỳ, Canada, Đức, Đài Loan tổng cộng có 67 công trình; các quốc gia còn lại trên thế giới có 50 công trình. Nghiên cứu cũng chỉ ra năm lĩnh vực liên quan đến GD STEM bao gồm: GD học, Tâm lí học, Kĩ thuật, Dịch vụ khoa học chăm sóc sức khỏe và Khoa học máy tính [51].
Một số nghiên cứu khác tìm hiểu về bản chất của STEM, vai trò của STEM trong lịch sử phát triển khoa học công nghệ của loài người, những nhận thức về GD STEM, chính sách đối với GD STEM… [41] [35] [43] [45] [50]. - Ở Mỹ việc dạy học theo định hướng tích hợp STEM luôn được coi trọng và đầu tư kĩ càng. Theo thống kê của Josh Brown – Trường đại học Illinois giai đoạn 2007 - 2010 tại Mỹ có 60 bài báo khoa học liên quan trực tiếp đến GD STEM được xuất bản từ 8 tạp chí nổi tiếng trong lĩnh vực GD của Mỹ, điều này cho thấy cơ sở khoa học vững chắc cho việc nghiên cứu về GD STEM (Brown, 2012) [37]. Một nền GD STEM đích thực được kỳ vọng sẽ xây dựng cho HS kiến thức khái niệm về bản chất liên quan đến nhau của khoa học và toán học, để cho phép HS phát triển sự hiểu biết của họ về kỹ thuật và công nghệ (Hernandez et al, 2014).
Kimberly Barcelona đã chỉ ra trong Sáng kiến Thay đổi Chương trình giảng dạy Thế kỷ 21 rằng: Tập trung vào GD STEM như một PP Tiếp cận Tích hợp để Dạy và Học. Còn Capraro et al (2013) đã chứng minh rằng GD STEM thường được thực hiện thông qua các hoạt động Học tập dựa trên Dự án (PBL), bắt đầu với một kết quả được xác định rõ ràng kèm theo các đánh giá tổng kết để hỗ trợ HS đạt được các mục tiêu đã xác định rõ [38]. Tất cả đều đó cho thấy Mỹ chính là quốc gia tiên phong và đầu tư rất lớn đến stem trong GD. - Ở Trung Quốc Vào tháng 2 năm 2017 Bộ GD Trung Quốc đã chính thức công bố đưa STEM vào chương trình giảng dạy tiểu học, đây là sự công nhận chính thức đầu tiên của chính phủ về GD STEM.
Và sau đó vào tháng 5 năm 2018, lễ khởi động và họp báo cho kế hoạch hành động 2029 cho GD STEM của Trung Quốc đã được tổ chức tại Bắc Kinh, chính thức công bố sách trắng về GD STEM ở Trung Quốc [52]. 7 - Ở Châu Phi một danh sách các tổ chức hiện đang tham gia vào các hoạt động GD STEM và tiếp cận rộng khắp Châu Phi cận Sahara đã nổi lên. Các tổ chức có quy mô, phạm vi, cơ chế tài trợ và tuyên bố sứ mệnh. Tuy nhiên, tất cả đều tập trung vào việc cải thiện GD STEM ở lục địa [52].
- Ở Úc có rất nhiều chương trình và nỗ lực thiết lập cách tiếp cận quốc gia về GD STEM. Trong năm 2009, chương trình ISTEM (Invigorating STEM) được thành lập như là một chương trình làm giàu tri thức cho HS trung học ở Sydney, Úc. Chương trình tập trung vào việc cung cấp các hoạt động cho sinh viên quan tâm và gia đình của họ trong STEM [52]. - Canada đứng thứ 12 trong số 16 nước ngang bằng về tỷ lệ sinh viên tốt nghiệp theo học các chương trình STEM, với 21,2%, cao hơn Hoa Kỳ, nhưng thấp hơn các nước như Pháp, Đức và Áo.
Phần Lan, có hơn 30% sinh viên tốt nghiệp đại học đến từ các ngành khoa học, toán học, khoa học máy tính, và các chương trình kỹ thuật. Tổ chức hướng đạo sinh Canada đã áp dụng các biện pháp tương tự như đối tác Mỹ để thúc đẩy các lĩnh vực STEM cho thanh thiếu niên. Chương trình STEM của họ bắt đầu vào năm 2015 [52]. Tất cả những nghiên cứu trên cho thấy vai trò của STEM trong GD là vô cùng lớn tuy nhiên hầu hết các nghiên cứu chỉ mới nói về sự tích hợp môn Khoa học là chủ yếu mà chưa mở rộng nhiều ở các môn học khác.
Hơn nữa các nghiên cứu cũng chưa chỉ ra cách đánh giá kết quả cụ thể trong quá trình thực hiện GD STEM, chưa đưa ra các quy trình hay thang đánh giá cho mỗi NL đây là điều cần phải quan tâm nhiều hơn trong GD khi thực hiện theo định hướng GD STEM. Nghiên cứu trong nước Ở Việt Nam GD STEM du nhập vào nhờ các cuộc thi Robot dành cho HS từ cấp tiểu học đến phổ thông trung học do các công ty công nghệ tại Việt Nam triển khai cùng với các tổ chức nước ngoài trong khoảng năm 2010. Từ đó tầm quan trọng của GD tích hợp theo định hướng GD STEM được chúng ta xem trọng và đưa vào mục tiêu GD ở trường phổ thông đặc biệt hiện nay chương trình GD STEM được triển khai từ cấp học mầm non nhằm tạo cho trẻ em phát huy được sức sáng tạo và NL của bản thân. Năm 2016 Bộ GD và ĐT đã phối hợp với Hội Đồng Anh triển khai chương trình thí điểm về GD STEM cho 14 trường THCS và THPT tại các tỉnh thành như Hà Nội, Hải Dương, Hải Phòng, Quảng Ninh và Nam Định.
Đây là những bước đi quan trọng nhằm phát triển một chương trình GD theo định hướng STEM mang tầm quốc gia [53]. Hội thảo quốc tế: "Kinh nghiệm quốc tế về GD STEM và những vấn đề đặt ra với Việt Nam", ngày 07/3/2017 (Bộ GD và ĐT phối hợp với Arizona State University, Hoa Kì) đã đạt được một số kết quả đáng chú ý. Các nhà quản lý GD cũng như thầy cô giáo đã có cái nhìn sâu sắc về STEM, họ nhận ra thông qua GD STEM giúp HS hình thành được các NL và phẩm chất theo hướng đổi mới của thời đại. Qua các bài học 8 STEM HS làm quen với nghiên cứu khoa học và tự tin tạo ra được những sản phẩm khoa học để tham dự trong các cuộc thi trong và ngoài nước.
Các trường đã chủ động đưa STEM vào trong chương trình GD và bước đầu thực hiện có hiệu quả tốt [3]. Tuy nhiên những chủ đề STEM trong trường phổ thông hầu hết là được xây dựng ở một số bài học cụ thể với phạm vi rất hẹp và ít phù hợp với thực tiễn.