Chương 1: Giới thiệu Chương 2: Cơ sở lí luận của mô hình giáo dục STEM Chương 3: Xây dựng chủ đề giáo dục STEM trong dạy học môn Khoa học lớp 4 Chương 4: Thực nghiệm sư phạm Chương 5: Kết luận và kiến nghị 5 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA MÔ HÌNH GIÁO DỤC STEM 2. KHÁI NIỆM VỀ GIÁO DỤC STEM STEM là cách viết lấy chữ cái đầu tiên trong tiếng Anh của các từ: Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật), Maths (Toán học). Giáo dục STEM là quan điểm dạy học định hướng phát triển năng lực HS thuộc các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học. Các kiến thức và kỹ năng về Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học được tổ chức dạy học tích hợp theo chủ đề nhằm giúp HS vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề thực tiễn mang lại hiệu quả và có giá trị.
Bốn lĩnh vực này được Honey và cộng sự mô tả như sau: Khoa học, là việc nghiên cứu thế giới tự nhiên, bao gồm các quy luật tự nhiên của Vật lý, Hóa học, Sinh học và giải quyết hoặc ứng dụng các hiện tượng, nguyên lý, quan niệm hoặc quy tắc của các môn này. Khoa học vừa là một chỉnh thể kiến thức được tích lũy qua thời gian, vừa là một tiến trình – mang tính chất khoa học – tạo ra kiến thức mới. Kiến thức từ khoa học sẽ cung cấp thông tin cho tiến trình thiết kế kỹ thuật. Công nghệ bao gồm toàn bộ hệ thống con người và các tổ chức, kiến thức, tiến trình, thiết bị dùng để tạo ra và thao tác các đồ vật (tạo tác) công nghệ, cũng như chính các đồ vật đó.
Suốt chiều dài lịch sử, con người đã tạo ra các công nghệ để thỏa mãn mong muốn và nhu cầu của mình. Phần lớn các công nghệ hiện đại là sản phẩm của khoa học và kỹ thuật, và các công cụ công nghệ được sử dụng trong cả hai lĩnh vực. Kỹ thuật, vừa là một chỉnh thể kiến thức – về thiết kế và chế tạo các sản phẩm nhân tạo – vừa là một quá trình giải quyết vấn đề. Qúa trình này chịu ảnh hưởng của các ràng buộc.
Một trong số đó là các quy luật tự nhiên, hoặc khoa học. Những ràng buộc khác có thể kể đến là thời gian, tiền bạc, nguyên vật liệu sẵn có, quy định về môi trường, khả năng sản xuất và sửa chữa. Toán học, là việc nghiên cứu các mô hình và mối quan hệ giữa số lượng, số và không gian. Không giống như trong khoa học, nơi các bằng chứng thực nghiệm được tìm kiếm để đảm bảo hoặc bác bỏ các mệnh đề, các mệnh đề toán học được 6 đảm bảo bằng các lập luận logic dựa trên các giả định cơ bản.
Những lập luận logic, bản thân nó đã là một phần của toán học đi cùng với các mệnh đề. Các loại khái niệm toán đặc thù của 12 năm học phổ thông bao gồm số và số học, đại số, hàm số, hình học, xác suất, thống kê. Toán học được ứng dụng trong khoa học, kỹ thuật và công nghệ. Trong giáo dục STEM thì các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học không phải hiện diện một cách riêng lẻ mà cần phải được tích hợp, liên kết chặt chẽ với nhau được mô tả như hình 1.
Khoa học Công nghệ Kỹ thuật Toán học Hình 1. Sự liên kết giữa bốn lĩnh vực của giáo dục STEM (TS. Nguyễn Thị Nga) 2. CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA GIÁO DỤC STEM Giáo dục STEM được nhắc đến với ba đặc trưng quan trọng: tích hợp, thực hành và sản phẩm “vật chất”.
(Lê Thái Bảo Thiên Trung, 2017) Trong giáo dục truyền thống, việc học tập của học sinh diễn ra trong các môn học được phân chia khá rạch ròi, mỗi môn học tập trung nghiên cứu các vấn đề của từng chuyên ngành khoa học. Tuy nhiên, các vấn đề thực tiễn lại không hiện diện theo cách đó, mỗi vấn đề là sự đan xen, phối trộn của nhiều lĩnh vực. Sự tách biệt trong dạy học này sẽ tạo ra một khoảng cách lớn giữ “học” và “làm”, giữa “nhà trường” và “doanh nghiệp”. Do đó, người học phải mất một khoảng thời gian để hiểu cách mà các cơ sở lý thuyết, nguyên lý của nhiều lĩnh vực được ứng dụng 7 thực tế, trong khi kiến thức học được từ nhà trường thì khiếm khuyết và liên tục bị mài mòn do thiếu sự liên kết với nhau trong một vấn đề có ý nghĩa.
Trong bối cảnh đó, giáo dục STEM là một giải pháp tiếp cận tích hợp liên ngành tạo ra sự kết hợp hài hòa giữa các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học nhằm mang đến cho học sinh những trải nghiệm thực tế và thật sự có ý nghĩa. Việc giáo dục STEM làm tăng tính hấp dẫn với học sinh, giúp học sinh hiểu nhiều hơn về vấn đề thực tiễn mà các môn học giải quyết. Theo Howard- Brown và Martinez, sự liên môn giữa các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học sẽ được đảm bảo qua việc giải quyết một vấn đề. Đó là cách nhìn nhận và giải quyết vấn đề một cách toàn diện, xem các thành phần STEM tương tác với nhau như thế nào.
Nói một cách đơn giản, đó là sự giao hoa hội tụ của khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học. Nó sử dụng hợp nhất các lĩnh vực này để giải quyết một vấn đề. ( Howard-Brown và Martinez, 2017) Từ góc độ này,phương pháp đặt và giải quyết vấn đề là một cách thức để triển khai giáo dục STEM. Qua đó, nhiều kiến thức, kỹ năng của bốn lĩnh vực: khoa học, công nghệ, hỹ thuật và toán học có thể đề cập đến cùng lúc.
Bên cạnh đó, một đặc trưng khác của giáo dục STEM là “học thông qua thực hành” nhằm giúp học sinh lĩnh hội kiến thức từ kinh nghiệm thực hành chứ không phải chỉ từ lý thuyết. Bằng cách xây dựng các bài giảng theo chủ đề và dựa trên thực hành, học sinh sẽ hiểu sâu về lý thuyết, nguyên lý thông qua các hoạt động thực tế. Nhờ vào các hoạt động thực tế này, học sinh có thể nhớ kiến thức lâu hơn và sâu hơn. Học sinh sẽ được làm việc nhóm, thảo luận tìm tòi kiến thức, vận dụng kiến thức vào các hoạt động thực hành rồi sau đó có thể trình bày trước lớp.
Với cách học này, giáo viên là người hướng dẫn để học sinh tự xây dựng kiến thức cho chính mình. Các phương pháp giáo dục như: học qua dự án, học qua trò chơi, “bàn tay nặn bột”. luôn được áp dụng triệt để trong giáo dục STEM. Từ đó có thể thấy giáo dục STEM đáp ứng tốt định hướng học tập thông qua các trải nghiệm.
Trong giáo dục STEM, học sinh sẽ đống vai những “kĩ sư” để tạo ra các sản phẩm và kiểm nghiệm việc sử dụng các sản phẩm này trong “thực tế” (có thể là 8 một thực tế mô phỏng và nhỏ hơn thực tế đời thường). Nói cách khác, các sản phẩm đầu ra của giáo dục STEM mang tính “vật chất”. CÁC DẠNG THỨC CỦA GIÁO DỤC Bên cạnh hình thức giáo dục STEM “cơ bản” người ta ghi nhận bổ sung thêm các lĩnh vực khác, ngoài khoa học, công nghệ, kỹ thuật, toán học. Chẳng hạn, một ví dụ được nhiều hệ thống giáo dục đề cập là: STEM + Art (Nghệ thuật) = STEAM Yếu tố nghệ thuật được đưa vào giáo dục STEM sẽ khơi dạy năng lực thẩm mỹ : nhận biết, phân tích, đánh giá và mô phỏng, tái hiện các yếu tố thẩm mỹ trong sản phẩm, trong phần trình bày báo cáo.
Trong thực tiễn dạy học, hình thức giáo dục STEM nguyên bản có thể khuyết một vài yếu tố trong bốn lĩnh vực Khoa học (S), Công nghệ (T), Kỹ thuật (E) và Toán học (M). Chẳng hạn, hoạt động giáo dục STEM không kết thúc bằng một sản phẩm (vật chất) thì yếu tố Kỹ thuật không hiện diện trong trường hợp này. (Nguyễn Thị Nga. MỤC TIÊU GIÁO DỤC STEM TRONG TRƯỜNG TIỂU HỌC Phát triển các năng lực đặc thù của các môn học thuộc về STEM cho HS: đó là những kiến thức, kỹ năng liên quan đến các môn học Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học, HS biết liên kết các kiến thức Khoa học, Toán học để giải quyết các vấn đề thực tiễn.
HS biết sử dụng, quản lý và truy cập Công nghệ. HS biết về quy trình thiết kế và chế tạo ra các sản phẩm. Phát triển năng lực cốt lỗi cho HS: giáo dục STEM nhằm chuẩn bị cho HS những cơ hội cũng như thách thức trong nền kinh tế cạnh tranh toàn cầu của thế kỉ 21. Bên cạnh những hiểu biết về các lĩnh vực các môn học, HS sẽ được phát triển tự duy phê phán, khả năng hợp tác đề thành công.
9 Định hướng nghề nghiệp cho HS: giáo dục STEM sẽ tạo cho HS những kiến thức, kỹ năng mang tính nền tảng cho việc học tập ở các bậc học cao hơn cũng như cho nghề nghiệp trong tương lai của HS, góp phần xây dựng lực lượng lao động có năng lực, phẩm chất tốt, đặc biệt là lao động trong lĩnh vực STEM nhằm đáp ứng mục tiêu xây dựng và phát triển đất nước. Mục tiêu giáo dục STEM Phát triển năng lực đặc thù STEM Phát triển năng lực cốt lõi Định hướng nghề nghiệp Hình 2. Mục tiêu của giáo dục STEM 2. CHỦ ĐỀ DẠY HỌC STEM TRONG TRƯỜNG TIỂU HỌC 2.
Chủ đề dạy học STEM Chủ đề dạy học STEM trong trường tiểu học là chủ đề dạy học được thiết kế dựa trên vấn đề thực tiễn kết hợp với chuẩn kiến thức, kỹ năng của các môn khoa học trong chương trình tiểu học. Trong quá trình dạy học, GV tổ chức cho HS làm việc nhóm, sử dụng công nghệ truyền thống và hiện đại, công cụ toán học để tạo ra sản phẩm có tính ứng dụng thực tế, phát triển kỹ năng và tư duy của HS. Chủ đề STEM cần đảm bảo các tiêu chí: giải quyết vấn đề thực tiễn, kiến thức trong chủ đề thuộc lĩnh vực STEM, định hướng hoạt động - thực hành, làm việc nhóm. Cụ thể: Chủ đề STEM hướng tới giải quyết các vấn đề trong thực tiễn Vận dụng kiến thức STEM để giải quyết các vấn đề thực tiên chính là mục tiêu của dạy học theo quan điểm giáo dục STEM.
Do vậy, chủ đề STEM không phải là để giải quyết các vấn đề mang tính tưởng tượng và xa rời thực tế mà nó luôn hướng hướng giải quyết các tình huống trong xã hội, kinh tế, môi trường,. 10 Kiến thức thuộc lĩnh vực STEM Làm việc Tiêu chí Giải quyết chủ đề vấn đề nhóm STEM thực tiễn Định hướng hoạt động - thực hành Hình 3.