Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục phổ thông theo chương trình 2018, việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho học sinh tiểu học trở thành yêu cầu cấp thiết. Theo ước tính, việc áp dụng giáo dục STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) đã được nhiều quốc gia trên thế giới triển khai từ những năm 1990, với mức độ tác động tích cực nhất ở bậc tiểu học. Tại Việt Nam, giáo dục STEM được chú trọng triển khai từ năm 2017, nhằm nâng cao chất lượng giáo dục và phát triển nguồn nhân lực đáp ứng yêu cầu công nghiệp hóa, hiện đại hóa trong thời đại 4.0.

Luận văn tập trung nghiên cứu thiết kế và tổ chức dạy học một số chủ đề môn Toán lớp 3 theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho học sinh. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện tại Trường Tiểu học Quảng Phú 1, thành phố Quảng Ngãi, trong học kỳ 1 năm học 2022-2023. Mục tiêu cụ thể là đề xuất quy trình thiết kế và tổ chức dạy học các chủ đề Toán lớp 3 thuộc mạch Hình học và Đo lường theo định hướng STEM, đồng thời đánh giá hiệu quả phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo của học sinh.

Việc nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc đổi mới phương pháp dạy học, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục tiểu học, phát huy tính tích cực, sáng tạo và khả năng vận dụng kiến thức của học sinh vào thực tiễn. Qua đó, đáp ứng yêu cầu đổi mới giáo dục theo Nghị quyết số 29-NQ/TW và Chỉ thị số 16/CT-TTg của Thủ tướng Chính phủ về tăng cường năng lực tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4.

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 tích hợp, đặc biệt là giáo dục STEM, nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho học sinh tiểu học. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

  1. Lý thuyết dạy học tích hợp: Nhấn mạnh việc kết nối các môn học khác nhau để hình thành năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn cho học sinh. Các mức độ tích hợp gồm tích hợp đa môn, liên môn và xuyên môn, trong đó tích hợp liên môn được sử dụng để thiết kế các chủ đề Toán lớp 3 theo định hướng STEM.

  2. Mô hình giáo dục STEM: Định nghĩa STEM là sự tích hợp liên ngành giữa Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học, nhằm phát triển năng lực tư duy phản biện, sáng tạo và kỹ năng thực hành cho học sinh. Mô hình này tập trung vào việc lồng ghép kiến thức với các bài học thực tiễn, tạo môi trường học tập trải nghiệm và phát triển năng lực cốt lõi.

Các khái niệm chính bao gồm: năng lực giải quyết vấn đề (problem-solving competency), năng lực sáng tạo (creativity competency), dạy học tích hợp (integrated teaching), và giáo dục STEM (STEM education). Luận văn cũng xây dựng khung đánh giá năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo với ba mức độ: Tốt, Đạt, Cần cố gắng.

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng kết hợp các phương pháp nghiên cứu lý thuyết và thực tiễn:

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập từ tài liệu chuyên ngành, sách giáo khoa, các bài báo khoa học, luận văn, luận án, và các văn bản pháp luật liên quan đến giáo dục STEM và chương trình giáo dục phổ thông 2018.

  • Phương pháp khảo sát: Sử dụng phiếu hỏi khảo sát học sinh và giáo viên tại Trường Tiểu học Quảng Phú 1 để đánh giá thực trạng dạy học môn Toán theo định hướng STEM. Cỡ mẫu khảo sát gồm khoảng 100 học sinh lớp 3 và 10 giáo viên dạy Toán.

  • Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Tổ chức thực nghiệm dạy học một số chủ đề Toán lớp 3 theo định hướng STEM trong học kỳ 1 năm học 2022-2023. Thời gian thực nghiệm kéo dài 3 tháng với 5 nhóm học sinh, mỗi nhóm khoảng 20 em.

  • Phương pháp phân tích thống kê: Áp dụng các kỹ thuật thống kê mô tả và phân tích so sánh để xử lý số liệu thu thập được từ phiếu khảo sát và kết quả bài kiểm tra năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo trước và sau thực nghiệm.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong vòng 2 năm (2021-2023), trong đó khảo sát thực trạng và thiết kế chủ đề diễn ra năm 2021-2022, thực nghiệm sư phạm và phân tích kết quả trong năm 2022-2023.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Thực trạng dạy học Toán theo định hướng STEM còn hạn chế: Khảo sát cho thấy chỉ khoảng 35% học sinh tham gia các hoạt động dạy học Toán theo chủ đề STEM, trong khi 65% còn lại chủ yếu học theo phương pháp truyền thống. Giáo viên cũng gặp khó khăn trong việc thiết kế và tổ chức các hoạt động STEM do thiếu kinh nghiệm và cơ sở vật chất.

  2. Thiết kế chủ đề Toán theo định hướng STEM có tính khả thi và hiệu quả: Qua thực nghiệm với 5 chủ đề thuộc mạch Hình học và Đo lường, kết quả đánh giá định lượng cho thấy năng lực giải quyết vấn đề của học sinh tăng trung bình 22% sau thực nghiệm, năng lực sáng tạo tăng 18%. Tỷ lệ học sinh đạt mức "Tốt" trong khung đánh giá năng lực tăng từ 28% lên 50%.

  3. Học sinh phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo rõ rệt: Kết quả bài kiểm tra sau thực nghiệm cho thấy 80% học sinh có khả năng vận dụng kiến thức Toán để giải quyết các tình huống thực tiễn, trong khi trước thực nghiệm chỉ đạt khoảng 58%. Các sản phẩm sáng tạo như mô hình bàn tay robot, ngôi trường mô hình, và cây cầu quê em được học sinh hoàn thành với chất lượng cao, thể hiện sự phát triển năng lực sáng tạo.

  4. Giáo viên nâng cao nhận thức và kỹ năng tổ chức dạy học STEM: Sau tập huấn và thực nghiệm, 90% giáo viên tham gia khảo sát đánh giá tích cực về hiệu quả của phương pháp dạy học STEM, đồng thời thể hiện sự tự tin hơn trong việc thiết kế bài giảng tích hợp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của những kết quả tích cực trên xuất phát từ việc thiết kế các chủ đề Toán lớp 3 theo định hướng STEM dựa trên đặc điểm nhận thức và tâm lý của học sinh, kết hợp với các hoạt động trải nghiệm thực tế, giúp học sinh hứng thú và chủ động trong học tập. Việc áp dụng phương pháp dạy học tích hợp liên môn đã tạo điều kiện cho học sinh phát triển toàn diện năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo.

So sánh với các nghiên cứu trong và ngoài nước, kết quả này phù hợp với xu hướng phát triển giáo dục STEM tại Mỹ, Úc và Trung Quốc, nơi giáo dục STEM được coi là nền tảng để phát triển năng lực tư duy và sáng tạo cho học sinh tiểu học. Tuy nhiên, khác với một số nghiên cứu chỉ tập trung vào môn Khoa học, luận văn này mở rộng sang môn Toán, góp phần làm phong phú thêm các chủ đề STEM phù hợp với chương trình phổ thông mới.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh điểm số năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo trước và sau thực nghiệm, cũng như bảng thống kê tỷ lệ học sinh đạt các mức năng lực theo khung đánh giá. Điều này giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của việc áp dụng dạy học theo định hướng STEM.

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 theo định hướng STEM, nhằm nâng cao năng lực chuyên môn và kỹ năng thực hành cho giáo viên tiểu học. Thời gian thực hiện trong vòng 1 năm, do Sở Giáo dục và Đào tạo phối hợp với các trường đại học sư phạm chủ trì.

  2. Phát triển và hoàn thiện khung chương trình, tài liệu dạy học STEM cho môn Toán lớp 3: Xây dựng bộ chủ đề dạy học tích hợp STEM phù hợp với đặc điểm nhận thức học sinh, có tính ứng dụng cao và dễ triển khai trong nhà trường. Thời gian triển khai trong 2 năm, do Bộ Giáo dục và Đào tạo phối hợp với các chuyên gia giáo dục thực hiện.

  3. Đầu tư cơ sở vật chất, trang thiết bị phục vụ dạy học STEM: Trang bị các phòng học STEM, góc học tập với đầy đủ dụng cụ, thiết bị thực hành để tạo môi trường học tập trải nghiệm cho học sinh. Thời gian thực hiện trong 3 năm, do các trường tiểu học phối hợp với chính quyền địa phương và các nhà tài trợ.

  4. Khuyến khích tổ chức các hoạt động trải nghiệm STEM ngoài giờ chính khóa: Thành lập câu lạc bộ STEM, tổ chức các cuộc thi sáng tạo khoa học kỹ thuật dành cho học sinh tiểu học nhằm phát huy năng lực sáng tạo và giải quyết vấn đề. Thời gian thực hiện liên tục hàng năm, do nhà trường và các tổ chức giáo dục phối hợp tổ chức.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Giáo viên tiểu học: Nhận được hướng dẫn cụ thể về thiết kế và tổ chức dạy học môn Toán theo định hướng STEM, giúp nâng cao hiệu quả giảng dạy và phát triển năng lực học sinh.

  2. Nhà quản lý giáo dục: Có cơ sở khoa học để xây dựng chính sách, kế hoạch đào tạo giáo viên và đầu tư cơ sở vật chất phục vụ giáo dục STEM tại các trường tiểu học.

  3. Sinh viên ngành sư phạm tiểu học: Tham khảo để hiểu rõ hơn về phương pháp dạy học tích hợp STEM, chuẩn bị kỹ năng sư phạm đáp ứng yêu cầu đổi mới giáo dục.

  4. Các nhà nghiên cứu giáo dục: Có tài liệu tham khảo về thiết kế chủ đề dạy học STEM trong môn Toán tiểu học, góp phần phát triển nghiên cứu về giáo dục tích hợp và phát triển năng lực học sinh.

Câu hỏi thường gặp

  1. Giáo dục STEM là gì và tại sao lại quan trọng trong giáo dục tiểu học?
    Giáo dục STEM là phương pháp dạy học tích hợp bốn lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học, giúp học sinh phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo. Nó quan trọng vì trang bị cho học sinh kỹ năng cần thiết trong thời đại công nghiệp 4.0, nâng cao chất lượng giáo dục và khả năng cạnh tranh của nguồn nhân lực tương lai.

  2. Làm thế nào để thiết kế chủ đề dạy học Toán lớp 3 theo định hướng STEM?
    Thiết kế dựa trên việc lựa chọn nội dung Toán phù hợp với đặc điểm nhận thức học sinh, tích hợp các hoạt động thực hành, trải nghiệm và giải quyết vấn đề thực tiễn. Quy trình gồm lựa chọn chủ đề, xác định mục tiêu, thiết kế hoạt động học tập và xây dựng công cụ đánh giá năng lực.

  3. Phương pháp đánh giá năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo của học sinh như thế nào?
    Đánh giá kết hợp quan sát biểu hiện trong quá trình học, đánh giá sản phẩm sáng tạo và bài kiểm tra định lượng. Khung đánh giá gồm ba mức độ: Tốt, Đạt và Cần cố gắng, dựa trên tiêu chí về khả năng vận dụng kiến thức, tư duy sáng tạo và giải quyết vấn đề.

  4. Khó khăn thường gặp khi tổ chức dạy học STEM ở tiểu học là gì?
    Khó khăn gồm thiếu kinh nghiệm của giáo viên, hạn chế về cơ sở vật chất, thời gian tổ chức hoạt động STEM chưa phù hợp, và tâm lý học sinh chưa quen với phương pháp học tích cực, sáng tạo.

  5. Làm sao để khắc phục những khó khăn trong dạy học STEM?
    Cần tăng cường đào tạo giáo viên, đầu tư trang thiết bị, xây dựng tài liệu phù hợp, tổ chức các hoạt động trải nghiệm thường xuyên và tạo môi trường học tập thân thiện, khuyến khích học sinh tham gia tích cực.

Kết luận

  • Luận văn đã làm rõ cơ sở lý luận và thực tiễn về thiết kế, tổ chức dạy học một số chủ đề môn Toán lớp 3 theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho học sinh.
  • Đã đề xuất khung đánh giá năng lực với ba mức độ và quy trình thiết kế, tổ chức dạy học phù hợp với đặc điểm nhận thức học sinh lớp 3.
  • Thực nghiệm sư phạm cho thấy phương pháp dạy học STEM giúp học sinh nâng cao năng lực giải quyết vấn đề trung bình 22% và năng lực sáng tạo 18%.
  • Giáo viên được nâng cao nhận thức và kỹ năng tổ chức dạy học STEM, góp phần đổi mới phương pháp giảng dạy môn Toán tiểu học.
  • Tiếp theo, cần mở rộng nghiên cứu thiết kế và tổ chức dạy học STEM cho các khối lớp khác nhằm phát triển năng lực toán học toàn diện cho học sinh tiểu học.

Hành động tiếp theo: Các nhà quản lý giáo dục và giáo viên nên áp dụng các giải pháp đề xuất để nâng cao chất lượng dạy học STEM, đồng thời tiếp tục nghiên cứu và phát triển các chủ đề STEM phù hợp với từng cấp học.