Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn của việc dạy học theo định hướng STEM Chương 2: Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức chương “Cơ sở của nhiệt động lực học” - Vật lý 10 THPT theo định hướng giáo dục STEM Chương 3: Thực nghiệm sư phạm Phần 2. NỘI DUNG CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƢỚNG STEM 1. Một số khái niệm 1.
Thuật ngữ này thường được sử dụng khi giải quyết các chính sách giáo dục và lựa chọn chương trình giảng dạy trong các trường học để nâng cao khả năng cạnh tranh trong phát triển khoa học và công nghệ. Giáo dục STEM Có ba cách hiểu chính về giáo duc STEM hiện nay là: - Quan tâm đến các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học: Đây cũng là quan niệm về giáo dục STEM của Bộ Giáo dục Mỹ: Giáo dục STEM là một chương trình nhằm cung cấp hỗ trợ, tăng cường, giáo dục Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học (STEM) ở tiểu học và trung học cho đến bậc sau đại học. - Tích hợp 4 lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học: Giáo dục STEM là một phương pháp học tập tiếp cận liên ngành, ở đó những kiến thức hàn lâm được kết hợp chặt chẽ với các bài học thực tế thông qua việc HS được áp dụng những kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học vào trong những bối cảnh cụ thể tạo nên một kết nối giữ nhà trường, cộng đồng và các doanh nghiệp cho phép người học phát triển những kĩ năng STEM và tăng khả năng cạnh tranh trong nền kinh tế mới. - Tích hợp từ 2 lĩnh vực về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên: Giáo dục STEM là phương pháp tiếp cận khám phá trong giảng dạy và học tập giữa hai hay nhiều hơn các môn học STEM, hoặc giữa một chủ đề STEM và một hoặc nhiều môn học khác trong nhà trường Giáo dục STEM hướng đến các mục tiêu chính là phát triển các năng lực đặc thù của các môn học thuộc về STEM, phát triển các năng lực cốt lõi và định hướng nghề nghiệp cho HS.
Một số vấn đề cơ bản về giáo dục STEM 1. Mục tiêu của giáo dục STEM - Mục tiêu đầu tiên của giáo dục STEM là đưa trải nghiệm sáng tạo vào trong quá trình học tập. Học sinh được học trên cơ sở dự án, được giao nhiệm vụ theo từng dự án, từ đó phát huy tối đa khả năng tư duy sáng tạo và ứng dụng các kiến thức khoa học vào cuộc sống. Bên cạnh kiến thức khoa học, học sinh cũng được thấm dần các thói quen tư duy, nhìn nhận và đánh giá hiện tượng, sự kiện một cách logic.
- Mục tiêu thứ hai của giáo dục STEM là đem lại sự hứng thú trong học tập. Nhiệm vụ giao cho học sinh phải đủ hấp dẫn để kích thích trí sáng tạo và tò mò. Để đạt được điều này, ngoài thiết kế bài giảng thì người giáo viên STEM cũng đóng vai trò vô cùng quan trọng, giúp duy trì sự hứng thú học tập của học sinh trong quá trình học tập. Vì vậy, cách thức truyền tải kiến thức và hướng dẫn học sinh trên lớp của giáo viên phải được đào tạo thật bài bản.
- Điểm khác biệt tiếp theo của giáo dục STEM là ở trong cách đánh giá năng lực học sinh. Thay vì những bài thi quyết định kết quả học tập của một cá nhân, giáo dục STEM đánh giá sự tiến bộ của nhóm theo một quá trình. Trong đó, học sinh được cọ xát, tranh luận, bảo vệ ý kiến của bản thân cũng như tạo thói quen hợp tác với các thành viên trong nhóm. Quá trình học được thiết kế theo nhiều giai đoạn, tương ứng với mỗi giai đoạn học sinh đều phải trình bày ý tưởng, thiết kế và sản phẩm cuối cùng của mình.
Vào giai đoạn cuối của dự án, các nhóm sẽ có cơ hội trình bày tư duy, ý tưởng và giải pháp. Qua đó, ta thấy rằng giáo dục STEM thỏa mãn ít nhất 3/5 mục tiêu được đề xuất từ Bộ Giáo dục, gồm mục tiêu về giảm tải kiến thức kinh viện, thay đổi phương pháp dạy học và phương pháp đánh giá học sinh. Mối liên hệ tƣơng tác giữa các lĩnh vực trong giáo dục STEM Theo David D.Thomburg (2008), các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học có mối quan hệ chặt chẽ trong mô hình STEM. Toán học và Công nghệ được sử dụng trong nghiên cứu Khoa học và Kĩ thuật nhằm giúp con người khám phá và cải tạo thế giới.
Mặt khác Khoa học và Kĩ thuật thúc đẩy sự phát triển tiến bộ của Toán học và Công nghệ. Sự khác biệt giữa Khoa học và Kĩ thuật thể hiện ở mục đích và phương thức thực hiện. Mục đích của Khoa học là sự “tìm kiếm” nhằm nghiên cứu về sự vật, hiện tượng tự nhiên còn Kĩ thuật thiên về sự “thực hiện” nhằm thiết kế và chế tạo các vật thể cho sự tiến bộ của nhân loại. Để khám phá tự nhiên, Khoa học liên quan đến “phương pháp khoa học” bao gồm quá trình xây dựng giả thuyết và xác minh được hình thành và phát triển cho HS ở nhiều cấp, lớp.
Để thiết kế và chế tạo, Kĩ thuật cần hình thành và phát triển cho người học sự sáng tạo và đổi mới, là những thuộc tính rất cần thiết trong lĩnh vực Kĩ thuật nhưng rất khó để định lượng và cần có thời gian hình thành lâu dài trong môi trường học tập và kích thích sự sáng tạo. Sự khác biệt này có tính chất tương đối vì trong Khoa học cũng cần có sự sáng tạo và trong nghiên cứu Kĩ thuật cũng cần có phương pháp Khoa học. Do vậy, tiếp cận giáo dục STEM phải là tiếp cận mang tính liên ngành để tạo ra sự kết hợp hài hòa giữa các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học giúp HS trải nghiệm thực tế nhằm khám phá tri thức và sáng tạo ra các sản phẩm có ý nghĩa. Các kỹ năng của giáo dục STEM Mục tiêu của giáo dục STEM là phát triển cho người học các kĩ năng có thể được sử dụng để làm việc và phát triển trong thế giới công nghệ hiện đại.
Kỹ năng STEM được hiểu là sự tích hợp, lồng ghép hài hòa từ bốn nhóm kỹ năng là: Kỹ năng khoa học, kỹ năng công nghệ, kỹ năng kỹ thuật và kỹ năng toán học. - Kĩ năng khoa học: Là khả năng liên kết các khái niệm, nguyên lý, định luật và các cơ sở lý thuyết của giáo dục khoa học để thực hành và sử dụng kiến thức này vào việc giải quyết các vấn đề trong thực tế. - Kĩ năng công nghệ: Học sinh có khả năng sử dụng, quản lý, hiểu biết và truy cập được công nghệ từ những vật dụng đơn giản như cái bút, chiếc quạt đến những hệ thống sử dụng phức tạp như mạng internet, máy móc. - Kĩ năng kĩ thuật: Học sinh được trang bị kỹ năng kỹ thuật là có khả năng sản xuất ra đối tượng và hiểu được quy trình để làm ra nó.
Vấn đề này đòi hỏi học sinh phải có khả năng phân tích, tổng hợp và kết hợp để biết cách làm thế nào cân bằng các yếu tố liên quan (như khoa học, nghệ thuật, công nghệ, kỹ thuật) để có được một giải pháp tốt nhất trong thiết kế và xây dựng quy trình. Ngoài ra, học sinh còn có khả năng nhìn nhận ra nhu cầu và phản ứng của xã hội trong những vấn đề liên quan đến kĩ thuật. - Kĩ năng toán học: Là khả năng nhìn nhận và nắm bắt được vai trò của toán học trong mọi khía cạnh tồn tại trên thế giới. Học sinh có kỹ năng toán học sẽ có khả năng thể hiện các ý tưởng một cách chính xác, áp dụng các khái niệm và kĩ năng toán học vào cuộc sống hằng ngày.
Song song với kĩ năng STEM, giáo dục STEM cũng trang bị cho HS những kĩ năng phù hợp để phát triển trong thế kỉ 21. Bộ kĩ năng thế kỉ 21 được tóm tắt gồm những kĩ năng chính: - Tư duy phản biện và kĩ năng giải quyết vấn đề; - Kĩ năng trao đổi và cộng tác; - Tính sáng tạo và kĩ năng phát kiến; - Văn hóa công nghệ và thông tin truyền thông; - Kĩ năng làm việc theo dự án; - Kĩ năng thuyết trình. Đặc trƣng của giáo dục STEM - Cách tiếp cận liên ngành và thông qua thực hành, ứng dụng: Thay vì dạy bốn môn học STEM như các đối tượng tách biệt và rời rạc, giáo dục STEM kết hợp chúng thành một mô mình học tập gắn kết dựa trên các ứng dụng thực tế. Qua đó HS vừa học được kiến thức khoa học, vừa học được cách vận dụng kiến thức đó vào thực tiễn thông qua các thao tác thực hành.
- Kiến thức được lồng ghép với các bài toán trong thế giới thực: Điều này thể hiện tính thực tiễn và tính ứng dụng kiến thức trong việc giải quyết các vấn đề thực tế. Các chương trình giáo dục STEM nhất thiết phải hướng đến các hoạt động thực hành và vận dụng kiến thức để tạo ra sản phẩn hoặc giải quyết các vấn đề của thực tế cuộc sống. - Kết nối giữa trường học, cộng đồng và các tổ chức toàn cầu: Đây cũng là đặc trưng Kỉ nguyên thế giới phẳng, của cách mạng công nghệ 4. Do vậy, giáo dục STEM không chỉ hướng đến vấn đề cụ thể trong trường học hay địa phương mà phải đặt trong mối liên hệ với bối cảnh hội nhập kinh tế toàn cầu và giải quyết các vấn đề chung của thế giới như: biến đổi khí hậu, năng lượng tái tạo, bảo vệ môi trường,… 1.
Phân loại STEM Việc phân loại STEM là cần thiết bởi đó là một trong những cơ sở cho việc lựa chọn các hình thức tổ chức giáo dục STEM, phương pháp giáo dục STEM hay xây dựng các chủ đề giáo dục STEM đảm bảo phù hợp với mục tiêu, điều kiện, bối cảnh triển khai STEM khác nhau. - Phân loại dựa trên các lĩnh vực STEM tham gia giải quyết vấn đề: + STEM đầy đủ: là loại hình STEM yêu cầu người học cần vận dụng kiến thức của cả bốn lĩnh vực STEM để giải quyết vấn đề. + STEM khuyết: là loại hình STEM mà người học không phải vận dụng kiến thức cả bốn lĩnh vực STEM để giải quyết vấn đề. - Phân loại dựa trên phạm vi kiến thức để giải quyết vấn đề STEM: + STEM cơ bản: là loại hình STEM được xây dựng trên cơ sở kiến thức thuộc phạm vi các môn học Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trong chương trình giáo dục phổ thông.