CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA THIẾT KẾ CHỦ ĐỀ GIÁO DỤC STEM CHO HỌC SINH LỚP 4 1. Tổng quan một số nghiên cứu về giáo dục STEM 1. Giáo dục STEM trên thế giới Giáo dục STEM là nội dung trọng tâm của chiến lược đổi mới theo các nghiên cứu của những nước có hệ thống giáo dục phát triển trên toàn cầu, gồm có Hoa Kỳ cùng Liên minh châu Âu. Chiến lược đổi mới là một tầm nhìn chung về các hoạch định chính sách và là chất xúc tác thúc đẩy những sáng kiến STEM có tính chất tập thể hay cá nhân nhằm nâng cao sự thu hút của STEM và giáo dục STEM.
Mục tiêu hướng đến của GD STEM là gia tăng số lượng và chất lượng GV giảng dạy STEM nhằm góp phần phát triển những kĩ năng cũng như sự sáng tạo cho HS, sinh viên để đảm bảo thành công trong thế kỉ 21. Các nghiên cứu về phương thức vận hành giáo dục STEM nhằm làm sáng tỏ mục tiêu, khái niệm về phương pháp và hệ thống cơ sở vật chất của giáo dục STEM. Nhiều nghiên cứu cho thấy tầm quan trọng của GD STEM đã đem lại những lợi ích thiết thực đối với từng cá nhân và đất nước trong sự phát triển bền vững của nền kinh tế toàn cầu. Khởi nguồn từ Hoa Kỳ, GD STEM được triển khai và áp dụng ở khắp các nước trên thế giới suốt nhiều năm qua.
Mục tiêu mà GD STEM đang hướng đến là cung cấp phương pháp giảng dạy tích hợp nhằm thúc đẩy tư duy sáng tạo trong tương lai. Quá trình giảng dạy phải lôi cuốn được HS tham gia giải quyết những vấn đề của thực tiễn thông qua vận dụng những kiến thức tổng hợp của từng môn học. Bằng cách đặt người học trong các chủ đề học tập có giá trị, liên hệ chặt chẽ với môi trường sống của con người và có tính ứng dụng, GD STEM tạo động lực và hứng thú cho người học. Trong giai đoạn mới khởi đầu của GD STEM, những chủ đề và tình huống học tập được đưa ra bao gồm nhiều lĩnh vực đa dạng và thường có liên hệ trực tiếp với nhau.
Việc tích hợp hai hay nhiều lĩnh vực STEM để tạo thành những chủ đề phục vụ cho việc dạy học ngày nay càng được quan tâm nhiều hơn. 6 Ở một số quốc gia đã xây dựng chương trình khung quốc gia hay tiểu bang (tùy đặc trưng phân cấp quản lí chương trình) định hướng cho hoạt động GD STEM ở các nhà trường. Tuy nhiên, có một số quốc gia không xây dựng Chương trình khung quốc gia, nhưng GD STEM thể hiện trong chương trình các môn học. Ngược lại, ở một số nước, các nhà trường hoàn toàn chủ động trong tổ chức triển khai các hoạt động GD STEM.
- Ở Hoa Kỳ: Giáo dục STEM không phải là vấn đề mới, tuy nhiên gần đây đã nhận được sự chú ý đặc biệt của nước này bởi luật pháp liên bang. Có ba khuyến nghị dành cho các nhà hoạch định giáo dục về các biện pháp để giải quyết những vấn đề liên quan đến STEM một cách tổng thể bao gồm [21]: Cần thực hiện một cách nghiêm chỉnh chính sách GD STEM theo hệ thống giảng dạy 12 năm; tăng cường chất lượng dạy và học tập STEM trên quy mô toàn cầu và áp dụng những phương pháp mới dựa vào sự thích hợp nhằm đảm bảo rằng toàn bộ các HS sẽ có được kỹ năng STEM cần thiết khi tốt nghiệp. Một trong những chính sách phổ biến nhất tại Hoa Kỳ hướng về STEM là nâng cao nhu cầu về Toán và Khoa học cho HS tốt nghiệp. Cách tiếp cận này là chìa khóa để giúp GV dễ dàng tác động tới toàn bộ HS.
Hoa Kỳ không xây dựng chương trình STEM quốc gia. Tuy nhiên, tại một số bang, ví dụ ở New York, liên minh STEM toàn cầu (GSA - gồm hơn 250 tổ chức, trong đó có các Viện nghiên cứu giáo dục, cơ quan Chính phủ, lãnh đạo ngành công nghiệp, các tổ chức phi chính phủ khắp thế giới) đã triển khai xây dựng Chương trình khung STEM. Với mục tiêu là phát hiện được các tài năng trong những lĩnh vực liên quan tới STEM và chuẩn bị nhân lực cho cải cách STEM trong tương lai. Chương trình khung STEM của bang New York không tiếp cận theo cách xây dựng thành các mạch nội dung, chủ đề học tập mà xây dựng theo Chuẩn năng lực thuộc 3 lĩnh vực lớn: năng lực cốt lõi, thiết kế giảng dạy, thực hiện.
Mục tiêu của chương trình này không phải hướng dẫn cụ thể GV cách tổ chức thực hiện bài học trên lớp, mà chủ yếu nhằm định hướng cho họ cách phát triển chương trình dạy học chất lượng cao theo định hướng STEM. 7 Cải cách giảng dạy khoa học ở Mỹ (NGSS, 2013) tìm cách tích hợp kỹ thuật - công nghệ với các lĩnh vực STEM khác.Việc xác định rõ các nội hàm của tri thức từng lĩnh vực cũng như tri thức STEM là vấn đề nghiên cứu thời sự. Việc xác định các thành tố thiết yếu của tri thức STEM là việc cần làm đầu tiên trong mô hình vận hành GD STEM ở trường phổ thông. - Ở Israel: Israel không có chương trình quốc gia cho GD STEM, thay vào đó, STEM được thể hiện trong chương trình các môn học.
Tuy nhiên, ở các cấp học khác nhau sẽ có chính sách chỉ đạo khác nhau để thực hiện công việc này. Cụ thể: + Từ mẫu giáo đến trung học cơ sở, STEM là một lĩnh vực đa ngành dựa trên nền giáo dục tích hợp theo cách tiếp cận còn được gọi là STS (Khoa học - Công nghệ - Xã hội). Mỗi nội dung được nghiên cứu từ 3 các khía cạnh: cơ sở khoa học, kiến thức và điều tra; Công nghệ (khai thác kiến thức khoa học để thiết kế thiết bị và sản phẩm); Khía cạnh xã hội, môi trường và giá trị (đặt mục tiêu và nhu cầu). + Cấp trung học phổ thông: Khi vào trung học phổ thông, HS phải chọn một trong hai nhánh học tập, nghiên cứu STEM, gồm: Hướng tập trung vào nghiên cứu các Khoa học cơ bản (Hóa học, Vật lí, Sinh học hoặc khoa học Công nghệ) cùng với các nghiên cứu công nghệ; hướng theo các nhánh khoa học (gồm Vật lý, Hóa học, Sinh học hoặc Khoa học và Công nghệ).
Bên cạnh đó, còn có một số chương trình bổ sung khác như: Trong năm 2010, Bộ Giáo dục Israel đã xây dựng kế hoạch chiến lược nhằm tăng cường nghiên cứu khoa học và công nghệ cho HS. “HS công nghệ và khoa học xuất sắc” là một dự án quan trọng trong kế hoạch này, đặt ra mục tiêu có được bằng tốt nghiệp trung học phổ thông Khoa học và Công nghệ chất lượng cao với các tiêu chí (mức cao nhất trong một trường trung học Israel), gồm: 5 điểm trong Toán học; 5 điểm trong một ngành khoa học (Sinh học, Vật lí hoặc Hóa học); 5 điểm trong một khoa học hoặc công nghệ bổ sung. Ngoài việc tạo điều kiện để có cơ sở kiến thức vững chắc, chương trình 8 này còn xác định và nuôi dưỡng các HS xuất sắc với khả năng học tập cao. Đồng thời, cũng đưa ra cách tiếp cận mới, xác định thành công của HS (bằng tốt nghiệp) bằng các tiêu chuẩn về số lượng và chất lượng cao.
Một báo cáo phân tích về kết quả dự án này cho thấy, số lượng HS hoàn thành Khoa học và Công nghệ có chất lượng cao (bằng tốt nghiệp) tăng từ 6% lên 14% trong vòng 3-5 năm và đạt 20% trong vòng 6-9 năm. TOV (Kĩ thuật viên và Tú tài) là một môn học từ lớp 9 đến lớp 12 cung cấp cho HS cơ hội, điều kiện để đạt được cả bằng kĩ thuật viên và bằng tốt nghiệp. HS theo một khóa học 2 năm có thể lấy bằng Kĩ sư thực hành và có khả năng tiếp tục theo học ở trình độ cao hơn. - Ở Pháp: Giáo dục STEM được bao phủ ở mọi cấp học.
Trong thời kỳ đầu của cấp Tiểu học khi HS được học môn Toán - Khoa học tự nhiên và Công nghệ, các em đã được tổ chức những buổi học tập trải nghiệm nhằm kích thích mối quan tâm của các em đối với Khoa học tự nhiên và Công nghệ, bên cạnh việc phát triển tư duy phản biện của HS. - Ở Anh: GD STEM đã được phát triển như một chương trình giáo dục với mục tiêu đào tạo ra đội ngũ cán bộ nghiên cứu khoa học trình độ cao [27]. Chương trình hành động của Anh nhằm đẩy mạnh giáo dục STEM gồm 4 hoạt động chủ yếu: Một là, tuyển chọn GV dạy STEM. Theo Anh, dạy tích hợp không phải là một GV dạy nhiều môn học một lúc mà mỗi GV dạy môn học khác đều có thể cộng tác để hỗ trợ thiết kế bài tập giảng dạy giúp HS biết vận dụng kiến thức và kỹ năng của từng môn học để giải quyết một vấn đề.
Hai là, đào tạo nâng cao trình độ chuyên môn của GV. Ba là, đổi mới và làm đa dạng hóa chương trình học kể cả trong và ngoài lớp học. Bốn là, phát triển cơ sở vật chất phục vụ tốt việc dạy – học. Theo Josh Brown - Truò ng đa ̛̣i ho ̛̣c Illinois [10] trong giai đoa ̛̣n 2007- 2010 ta ̛̣i Hoa Kỳ, đã có 60 bài báo khoa ho ̛̣c liện quan tru ̛̣c tiệ́p đệ́n GD STEM đuo ̛̣c cộng bộ́ tù 8 ta ̛̣p chí nộ̉i tiệ́ng vệ̀ khoa ho ̛̣c giáo du ̛̣c.
Đây là co sỏ khoa học cho việc nghiên cứu mô hình GD STEM. 9 Yuan-Chung Yu và các nhà khoa ho ̛̣c đã thu thậ p, ̛̣ phận tić h nhũ ng sộ́ liệ ự tù co sỏ dũ liệ ự ISI trong giai đoa ̛̣n tù 1992-2013 đệ̉ khảo sát xu thệ́ của việc nghiện cú u mộ hình GD STEM [22]. Kệ́t quả cho thậ́y rằng xuậ́t hiệ ṇ̛ khá nhiệ̀u bài báo liện quan đệ́n GD STEM tù năm 2008, vó i khoảng 100 bài/ năm vào năm 2013. Quộ́c gia có sộ́ luo ̛̣ng nghiện cú u nhiệ̀u nhậ́t trong liñ h vu ̛̣c giáo du ̛̣c là Hoa Kỳ vó i 200 cộng trình (chiệ́m 52%), tiệ́p theo đệ́n là Anh vó i 36 cộng trình (9,35%).
Hà Lan và Australia mộ̃i quộ́c gia có 16 nghiện cú u (4,16%); các quộ́c gia Tậy Ban Nha, Israel, Thộ̉ Nhi ̃ Kỳ, Canada, Đú c và Đài Loan đệ̀u có tuong độ́i ít các nghiên cứu vó i sộ́ liệ ự tù 6-7 % của tổng số công trình. Mộ ṭ̛ sộ́ nghiện cú u khác đã minh chú ng cho nguộ̀n gộ́c của STEM và ̛̣ sủ phát triệ̉n khoa ho ̛̣c kỹ thuậ ṭ̛ của nhậ n đóng góp của STEM trong lich loa ̛̣i.