CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu về giáo dục STEM 1. Các nghiên cứu ở nước ngoài Giáo dục STEM bắt nguồn từ Hoa Kỳ và là chủ đề được quan tâm nghiên cứu ở các nước trên thế giới trong nhiều năm [26]. Mục tiêu bao trùm của giáo dục STEM là xây dựng năng lực hiểu biết và phẩm chất về STEM của công dân trong thế kỷ 21, phát triển nguồn nhân lực STEM (khoa học, kỹ thuật và toán học) đồng thời thời thu hút sự quan tâm và tham gia.
của sinh viên trong lĩnh vực này [18]. Bằng cách đặt học sinh vào tình huống học tập có ý nghĩa, liên quan chặt chẽ và áp dụng vào môi trường sống của các em, giáo dục STEM tạo động lực và sự nhiệt tình ở học sinh [17]; Trong giai đoạn đầu của giáo dục STEM, các chủ đề và hoạt động học tập được tạo ra có liên quan đến từng lĩnh vực và ít có mối liên hệ với nhau. Gần đây, hai hoặc nhiều môn học STEM đã được tích hợp để tạo ra các chủ đề cho lớp học. Có hai cách tiếp cận phổ biến dựa trên nghiên cứu để triển khai giáo dục STEM, khám phá khoa học và thiết kế kỹ thuật [18].
Sự khác biệt đầu tiên giữa hai cách tiếp cận là điểm xuất phát: khám phá khoa học bắt đầu bằng một câu hỏi khoa học cần được trả lời, trong khi thiết kế kỹ thuật bắt đầu bằng một vấn đề. Sự khác biệt thứ hai phát sinh từ cách tiếp cận của giáo viên và tổ chức bài học của GV. Điểm khác biệt thứ ba là kết quả: đối với cách tiếp cận khám phá khoa học, kết quả là câu trả lời cho giả thuyết khoa học; và kết quả của thiết kế kỹ thuật là: Các giải pháp thiết kế và xây dựng cùng với các sản phẩm hoặc quy trình được hình thành [16]. Dù là cách tiếp cận này hay cách khác thì phương pháp dạy học của giáo dục STEM vẫn đặt người học vào vị trí trung tâm của quá trình dạy học [22].
Kể từ năm 2013, xu hướng tiếp cận phương pháp thiết kế-kỹ thuật đã tập trung vào việc giúp học sinh tìm hiểu về khoa học thông qua việc tìm kiếm kiến thức đã hiểu và khám phá, cũng như cung cấp cho họ các cơ hội để tìm ra các giải pháp thực tế và áp dụng cho các vấn đề. Những vấn đề khiến việc học trở nên có ý nghĩa và hấp dẫn hơn [17]; [22]. Theo cách tiếp cận này, giáo dục STEM có các đặc điểm sau: (1) định hướng hành động; (2) định hướng sản phẩm; (3) định hướng thực hành; (4) định hướng tích hợp; (5) hướng dẫn thích hợp. 5 Học sinh chú trọng phát triển năng lực, phẩm chất thông qua việc đánh giá kết quả/sản phẩm đạt được và so với mục tiêu đã đề ra từng hoạt động/bài học/dự án STEM vừa được đánh giá thông qua quá trình hoạt động, làm việc nhóm: Một kỹ năng quan trọng của thế kỷ 21; Dành thời gian để giải thích những phát và quyết định của người học đã theo cách này để hiểu sâu hơn về lí thuyết, nền tảng khoa học, toán học và tính toán.
Thực hiện thông qua việc thực hiện các quy trình kỹ thuật và sử dụng công nghệ. Các chủ đề và hướng dẫn của thế hệ mới của Tiêu chuẩn khoa học Hoa Kỳ (NGSS) tăng cường kết nối giữa các ngành khoa học và công nghệ, kỹ thuật [13]. Tùy thuộc vào mức độ tích hợp dẫn đến cách tích hợp khai thác, thực hiện, tài nguyên và yêu cầu sản phẩm ở mức độ khác nhau. Hiệp hội nhà khoa học Hoa Kỳ và các tổ chức và cá nhân khác đã phát triển các khuôn khổ lý thuyết về cách thực hiện bài học đúng chuẩn STEM cho từng đối tượng cụ thể [12]; [13]; [15].
Do đó, STEM được thiết kế và xây dựng với mô hình giáo dục tương ứng với sự phức tạp ngày càng tăng về trình độ kiến thức, gắn liền với sự phát triển thế giới quan của học sinh. Hội đồng nghiên cứu khoa học giáo dục Hoa Kỳ đã đẩy mạnh hơn nữa việc tích hợp khoa học công nghệ bằng cáh nội dung lý thuyết bao gồm 3 trụ cột mà sinh viên sẽ trải nghiệm, đó là: (1) Thực hành Khoa học và kỹ thuật; (2). khái niệm liên ngành (khoa học-kỹ thuật); (3). Kiến thức khoa học cơ bản.
Đối với thực hành khoa học kỹ thuật, học sinh được trải nghiệm thông qua các hoạt động thực hành và khám phá, giống như học của các nhà khoa học và trải qua quá trình triển khai và thiết kế kỹ thuật; các khái niệm liên ngành này xuất hiện và được khai thác trong cả khoa học và kỹ thuật. Kiến thức khoa học trung tâm là kiến thức xuyên suốt quá trình học tập của học sinh từ nhỏ đến lớn và giải quyết các vấn đề phức tạp tình huống trong thực tế. Phát triển giáo dục STEM trong bối cảnh cách mạng công nghiệp 4.0 không chỉ là xu thế của thời đại mà còn là chiến lược của nhiều quốc gia, bởi nó tạo ra lợi thế cạnh tranh trong thực thi chính sách, đào tạo nhân sự và nguồn lực sẵn có để triển khai chính sách này [26]; [20] ;[24]; [11]. 6 Vì vậy, mặc dù nghiên cứu về giáo dục STEM trên nhiều phương diện ở các các quốc gia trình độ giáo dục tiên tiến trên thế giới, chẳng hạn như Hoa Kỳ và Châu Âu, nhưng để nghiên cứu phát triển mô hình.
giáo dục STEM phù hợp với bối cảnh kinh tế - xã hội, đặc điểm văn hóa và trình độ phát triển vẫn luôn cấp thiết và cập nhật kịp thời cho quốc gia và vùng lãnh thổ như Đông Nam Á và Việt Nam [11]. Nghiên cứu về giáo dục STEM đã và đang tiếp tục được nhiều nhà giáo dục xem xét. Các trung tâm nghiên cứu và xu hướng nghiên cứu trong lĩnh vực này sẽ tiếp tục phát triển phát triển. Theo thống kê của Josh Brown - Đại học Illinois 2007 - 2010 có 60 bài báo học thuật được trích dẫn trực tiếp tại Hoa Kỳ về Giáo dục STEM được đăng trên 8 tạp chí nổi tiếng trong lĩnh vực giáo dục của Mỹ, bài báo đã chỉ ra cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu giáo dục STEM.
Để xem xét các xu hướng trong giáo dục STEM, Yuan-Chung Yu và các cộng sự (cs) đã thu thập và phân tích tài liệu về giáo dục STEM trong cơ sở dữ liệu ISI Giai đoạn 1992 đến 2013 cho thấy rằng: từ năm 2008 xu hướng nghiên cứu về giáo dục STEM phát triển mạnh mẽ, đặc biệt trong năm 2008 có khoảng 15 bài, năm 2013 con số này tăng lên gần 100 bài/1 năm. Ngoài ra Mỹ là quốc gia có nhiều kết quả nghiên cứu nhất về giáo STEM trong giai đoạn này với hơn 200 công trình (52%), tiếp theo là Vương quốc Anh với 36 công trình (9,35%) Hà Lan, Úc mỗi nước có 16 hãng (4,16%), Tây Ban Nha, Ixaren, Thổ Nhĩ Kì, Canada, Đức, Đài Loan tổng cộng 67 dự án, phần còn lại của thế giới có 50 công trình nghiên cứu. Nghiên cứu cũng xác định 5 lĩnh vực liên quan đến gáio dục STEM, bao gồm: giáo dục, Tâm lí học, Kĩ thuật, Khoa học sức khỏe và Khoa học máy tính.[14] Một số nghiên cứu khác xem xét bản chất của STEM, vai trò của STEM trong lịch sử phát triển khoa học công nghệ. của loài người, nhận thức về giáo dục STEM, chính sách cho giáo dục STEM.
Các nghiên cứu ở Việt Nam Việt Nam cũng đã có nhiều công trình nghiên cứu về giáo dục STEM, thường là một số công trình sau: - Đề tài cấp Quốc Gia “Nghiên cứu mô hình giáo dục STEM trong giáo dục phổ thông ở Việt Nam đáp ứng yêu cầu đổi mới căn bản và toàn diện giáo dục và 7 đào tạo theo tinh thần nghị quyết 29 – NQ/TW ”do Lê Huy Hoàng và cộng sự đang hiện công tác tại Đại học Sư phạm Hà Nội làm chủ nhiệm. Đề tài đề xuất mô hình giáo dục STEM trong trường phổ thông tại Việt Nam dựa trên 4 cấu phần gồm chương trình giáo dục STEM, hạ tầng giáo dục STEM, hệ sinh thái hỗ trợ và phát triển nguồn nhân lực. Tuyên bố giáo dục STEM ở trường phổ thông. - Sách “Thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề STEM cho học sinh trung học cơ sở và trung học phổ thông (2018)” do Tiến sĩ.
Nguyễn Thanh Nga chủ biên đã trình bày sơ bộ cơ sở lý luận về giáo dục STEM và quy trình tổ chức các môn học giáo dục STEM theo định hướng phát triển năng lực sáng tạo và nghề nghiệp của học sinh. Cùng với, cuốn sách cung cấp 15 chủ đề STEM nhằm phát triển các kỹ năng sáng tạo [7]. Sách “Giáo dục STEM trong nhà trường phổ thông” của các tác giả Nguyễn Văn Biên, Tưởng Duy Hải cung cấp cơ sở khoa học cho giáo dục STEM; Quy trình xây dựng và tổ chức dạy học STEM ở trường trung học, dạy học STEM trong các môn học, hoạt động giáo dục và bộ môn học STEM cho các cấp học; gợi ý quy trình thiết kế bài học STEM; đề xuất quy trình dạy học STEM [1]. Luận án tiến sĩ “Dạy học môn Công nghệ phổ thông theo định hướng STEM ”, của tác giả Lê Xuân Quang đã đưa ra được định nghĩa về STEM, giáo dục STEM, một số vấn đề cốt lõi về giáo dục STEM [8].
Đặc biệt, luận án đã chỉ ra mối quan hệ giữa mục tiêu, chương trình, nội dung môn Công nghệ 8 với mục tiêu, nội dung giáo dục STEM và từ đó đưa ra những đề xuất cho việc vận dụng phương pháp với các nội dung sau, bao gồm: các bước cấu trúc các chủ đề trong môn học, cấu trúc nội dung học kỹ thuật trong lĩnh vực giáo dục STEM, thiết kế nhiệm vụ học tập, thực hiện và đánh giá kết quả học tập của học sinh. Cụ thể, tác giả đã đưa ra một số ví dụ cụ thể minh họa cho các cấp độ dạy học công nghệ theo hướng giáo dục STEM như sau: Chủ đề dạy học tích hợp STEM được thiết kế dưới dạng nhiệm vụ: “Chế tạo ra pin từ nước muối, nước chanh”; Chủ đề STEM dành cho lớp học tích hợp đầy đủ được thiết kế dưới dạng bài tập: “Thiết kế tua-bin gió mini”; Chủ đề STEM dạy phối hợp nhiều bài học được thiết kế dưới dạng dự án học tập: “Thiết kế ô tô mini tự lái sử dụng điện năng từ vật liệu tái chế.