Luận văn thiết kế và tổ chức bài học môn Toán lớp 5 theo định hướng giáo dục STEAM - ĐH Sư phạm Thái Nguyên

Hướng dẫn thiết kế và tổ chức bài học môn Toán lớp 5 theo định hướng giáo dục STEAM hiệu quả, phát triển năng lực tư duy và khả năng sáng tạo cho học sinh.

• Tác giả: Hoàng Thị Minh Thư
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Thị Thu Hương
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Giáo dục học (Giáo dục Tiểu học)
• Đề tài: Thiết kế và tổ chức bài học môn Toán lớp 5 theo định hướng giáo dục STEAM
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thái Nguyên

Tóm tắt

I. Tổng quan về thiết kế và tổ chức bài học toán lớp 5 theo STEAM

Giáo dục STEAM là mô hình dạy học hiện đại. Mô hình này kết hợp năm lĩnh vực gồm khoa học, công nghệ, kỹ thuật, nghệ thuật và toán học. Toán lớp 5 giữ vai trò trung tâm trong chương trình tiểu học. Giai đoạn này đòi hỏi học sinh phát triển năng lực tư duy trừu tượng và giải quyết vấn đề. Thiết kế bài học toán theo định hướng STEAM giúp kết nối tri thức sách vở với đời sống hàng ngày. Học sinh không chỉ học thuộc công thức tính chu vi, diện tích hay thể tích. Các em trực tiếp ứng dụng kiến thức để đo đạc, tính toán chi phí và xây dựng các sản phẩm thực tế. Bài học STEAM tạo môi trường học tập tích cực. Phương pháp này biến lớp học toán truyền thống thành không gian nghiên cứu sáng tạo. Giáo viên chuyển đổi vai trò từ người truyền thụ kiến thức sang người tổ chức, hướng dẫn và cố vấn. Học sinh tích cực khám phá, thử nghiệm và tự rút ra kết luận khoa học. Đây là giải pháp đổi mới căn bản nhằm nâng cao phẩm chất và năng lực cho học sinh cuối cấp tiểu học.

1.1. Bản chất của giáo dục STEAM trong môn toán tiểu học

Giáo dục STEAM trong môn toán tiểu học không đơn thuần là ghép nối cơ học các môn học. Mô hình này lấy mục tiêu toán học làm gốc rễ. Học sinh sử dụng công cụ công nghệ và quy trình kỹ thuật để khám phá bản chất toán học. Yếu tố nghệ thuật mang lại sự hài hòa về thẩm mỹ và cách trình bày sản phẩm. Phương pháp này thúc đẩy học sinh tư duy liên môn liền mạch. Toán học trở thành công cụ hữu hiệu giải quyết các nhiệm vụ kỹ thuật. Quá trình học tập giúp kích thích trí tò mò tự nhiên của trẻ. Học sinh hình thành khả năng quan sát chi tiết, phân tích số liệu và đưa ra quyết định dựa trên bằng chứng logic.

1.2. Mục tiêu phát triển năng lực cho học sinh lớp 5

Chương trình toán lớp 5 yêu cầu phát triển toàn diện các năng lực cốt lõi. Học sinh cần thành thạo năng lực tư duy và lập luận toán học. Năng lực mô hình hóa toán học được rèn luyện qua việc biến tình huống thực tế thành biểu thức toán. Học sinh cũng phát triển năng lực giải quyết vấn đề sáng tạo khi đối mặt với các thử thách kỹ thuật. Bên cạnh đó, bài học STEAM rèn luyện năng lực giao tiếp và hợp tác nhóm. Học sinh học cách lắng nghe, chia sẻ ý tưởng và bảo vệ quan điểm cá nhân. Tinh thần kiên trì và khả năng thích ứng cũng được nâng cao khi thực hiện các bài tập chế tạo thực hành.

II. Thực trạng và thách thức tổ chức bài học toán lớp 5 chuẩn STEAM

Thực tế giảng dạy môn toán lớp 5 tại nhiều trường tiểu học hiện nay còn bộc lộ nhiều rào cản. Phương pháp thuyết giảng truyền thống vẫn chiếm ưu thế tại nhiều cơ sở giáo dục. Giáo viên thường tập trung rèn luyện kỹ năng giải bài tập số học thuần túy. Học sinh học toán thụ động và thiếu liên hệ kiến thức với thực tiễn đời sống. Việc áp dụng giáo dục STEAM gặp khó khăn do hạn chế về cơ sở vật chất và đồ dùng học tập. Nhiều giáo viên tiểu học chưa được đào tạo chuyên sâu về phương pháp tích hợp liên môn. Việc thiết kế kế hoạch bài dạy đòi hỏi nhiều thời gian và công sức nghiên cứu. Quản lý lớp học trong các hoạt động nhóm trải nghiệm cũng là áp lực lớn đối với giáo viên. Thời lượng tiết học trên lớp bị giới hạn gây khó khăn cho việc hoàn thiện sản phẩm. Tuy nhiên, sự quan tâm chỉ đạo từ các cấp quản lý giáo dục đang tạo ra chuyển biến tích cực. Nhiều địa phương đã tổ chức các hội thi giáo viên dạy giỏi STEAM và từng bước nhân rộng mô hình hiệu quả.

2.1. Khó khăn từ phía giáo viên và cơ sở vật chất

Đa số giáo viên tiểu học quen với phương pháp dạy học phân môn riêng biệt. Việc xác định địa chỉ tích hợp STEAM trong chương trình toán lớp 5 còn lúng túng. Kỹ năng thiết kế hoạt động kỹ thuật và công nghệ chưa đồng đều. Nguồn tài liệu tham khảo chuẩn mực và đồ dùng dạy học chuyên biệt còn khan hiếm. Trang thiết bị thực hành tại nhiều trường học chưa đáp ứng yêu cầu chế tạo mô hình. Không gian lớp học truyền thống chưa linh hoạt để tổ chức làm việc nhóm kiến tạo. Kinh phí trang bị vật liệu tiêu hao cho từng tiết học cũng là một bài toán khó đối với các nhà trường.

2.2. Rào cản về tâm lý và thói quen học tập của học sinh

Học sinh lớp 5 thường quen với việc nghe giảng và làm bài theo mẫu có sẵn. Khi tiếp cận bài học STEAM, học sinh dễ bỡ ngỡ trước các yêu cầu tự chủ và sáng tạo. Kỹ năng làm việc nhóm và phân công nhiệm vụ còn nhiều hạn chế. Một số học sinh khá giỏi có xu hướng làm thay phần việc của bạn khác. Ngược lại, những học sinh nhút nhát ít có cơ hội thể hiện năng lực cá nhân. Khả năng tự đánh giá và phản biện sản phẩm của trẻ chưa thành thạo. Học sinh còn lo sợ sai lầm khi thử nghiệm các mô hình kỹ thuật mới. Điều này đòi hỏi sự định hướng kiên nhẫn từ phía giáo viên.

III. Quy trình thiết kế bài học môn toán lớp 5 theo định hướng STEAM

Quy trình thiết kế bài học toán lớp 5 theo định hướng STEAM gồm các bước chặt chẽ và khoa học. Bước đầu tiên là xác định mục tiêu bài học dựa trên chuẩn kiến thức toán lớp 5. Giáo viên lựa chọn nội dung toán học phù hợp như hình học, đo lường hoặc số học. Bước thứ hai là xây dựng tình huống thực tiễn gắn liền với bối cảnh đời sống. Tình huống này đặt ra thách thức kỹ thuật đòi hỏi kiến thức toán để giải quyết. Bước thứ ba là thiết kế chuỗi hoạt động học tập theo quy trình thiết kế kỹ thuật EDP. Tiến trình dạy học gồm năm hoạt động cơ bản: xác định vấn đề, nghiên cứu kiến thức nền, đề xuất giải pháp, chế tạo mẫu thử, thử nghiệm và đánh giá. Bước thứ tư là chuẩn bị tiêu chí đánh giá sản phẩm rõ ràng bằng bảng kiểm hoặc rubric. Bước cuối cùng là chuẩn bị các vật liệu tái chế đơn giản, an toàn và dễ tìm. Cấu trúc bài dạy rõ ràng giúp giáo viên chủ động điều hành tiết học hiệu quả.

3.1. Các nguyên tắc cốt lõi khi thiết kế bài dạy STEAM

Thiết kế bài dạy STEAM môn toán lớp 5 cần tuân thủ các nguyên tắc cốt lõi. Nguyên tắc quan trọng nhất là bảo đảm mục tiêu toán học giữ vai trò trọng tâm. Kiến thức toán không bị lu mờ trước các hoạt động thủ công hoặc trang trí mỹ thuật. Nguyên tắc thứ hai là tính thực tiễn và tính khả thi của nhiệm vụ học tập. Các vấn đề đặt ra phải gần gũi với trải nghiệm hàng ngày của học sinh tiểu học. Nguyên tắc thứ ba là bảo đảm phát huy tính tích cực, tự chủ của người học. Học sinh đóng vai trò nhà sáng chế đưa ra giải pháp và trực tiếp thử nghiệm. Giáo viên chỉ hỗ trợ định hướng khi cần thiết.

3.2. Tiến trình 5 bước tổ chức hoạt động học tập STEAM

Tiến trình tổ chức bài học gồm năm bước rõ ràng theo quy trình kỹ thuật. Bước một mở đầu bằng việc giao nhiệm vụ thực tiễn nhằm khơi gợi hứng thú. Bước hai tổ chức cho học sinh nghiên cứu kiến thức nền toán học để tìm công thức giải quyết. Bước ba hướng dẫn học sinh thảo luận nhóm, lập bản vẽ thiết kế và bảo vệ phương án. Bước bốn dành thời gian cho các nhóm thực hành chế tạo sản phẩm theo bản thiết kế. Bước năm tổ chức báo cáo, thử nghiệm mô hình và đánh giá sản phẩm. Học sinh chia sẻ về cách vận dụng số liệu toán học và đề xuất giải pháp cải tiến sản phẩm tốt hơn.

IV. Đánh giá hiệu quả và ứng dụng thực tiễn bài học toán lớp 5 STEAM

Áp dụng giáo dục STEAM trong dạy học toán lớp 5 mang lại hiệu quả rõ rệt cho học sinh tiểu học. Học sinh hiểu sâu bản chất các khái niệm toán học trừu tượng như diện tích hình thang, hình tròn hay thể tích hình hộp chữ nhật. Điểm số và khả năng ghi nhớ công thức tăng lên nhờ việc thực hành trực quan. Năng lực sáng tạo, kỹ năng giải quyết vấn đề và tinh thần hợp tác nhóm phát triển mạnh mẽ. Các bài học tiêu biểu như thiết kế hộp quà, làm mô hình nhà tiết kiệm không gian hay chế tạo thước đo góc đều nhận được sự hưởng ứng hào hứng. Việc triển khai STEAM toán 5 cần gắn liền với các chủ đề thực tiễn địa phương. Nhà trường cần chủ động xây dựng thư viện học liệu mở và tạo điều kiện về vật liệu tái chế. Giáo viên cần thường xuyên sinh hoạt chuyên môn để chia sẻ kinh nghiệm giảng dạy. Mô hình này là hướng đi tất yếu giúp nâng cao chất lượng giáo dục toàn diện.

4.1. Ví dụ minh họa thiết kế bài học hình học lớp 5

Một ví dụ tiêu biểu là bài học thiết kế hộp quà hình hộp chữ nhật và hình lập phương. Giáo viên yêu cầu học sinh tính toán diện tích toàn phần của hộp quà để cắt bìa carton vừa đủ. Học sinh vận dụng công thức tính diện tích để tiết kiệm tối đa nguyên liệu giấy. Tiếp theo, các nhóm tự tay cắt dán, lắp ráp và trang trí theo phong cách nghệ thuật riêng. Các em tính toán thể tích chứa đồ bên trong hộp để bảo đảm tính tiện dụng. Hoạt động này giúp học sinh củng cố kiến thức hình học không gian một cách hào hứng. Trẻ hiểu rõ ý nghĩa thực tế của các công thức tính diện tích và thể tích.

4.2. Giải pháp nhân rộng mô hình STEAM tại các trường

Để nhân rộng mô hình bài học toán STEAM, nhà trường cần chú trọng bồi dưỡng chuyên môn cho giáo viên. Các tổ chuyên môn nên thường xuyên tổ chức thao giảng và sinh hoạt cụm trường. Việc xây dựng kho học liệu điện tử giúp chia sẻ các giáo án STEAM chất lượng. Nhà trường cần phát động phong trào thu gom vật liệu tái chế phục vụ dạy học để tiết kiệm chi phí. Ban giám hiệu cần linh hoạt bố trí thời khóa biểu, ghép tiết tạo điều kiện cho các hoạt động trải nghiệm dài hơi. Phụ huynh cũng cần được tuyên truyền để đồng hành cùng nhà trường trong các ngày hội STEAM.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 1. Khái quát về tình hình nghiên cứu 1. Nghiên cứu trên thế giới Ngày nay, GD STEAM đang là xu hướng và được nhiều nước nhiều nước trên thế giới triển khai mạnh mẽ nhất là các nước công nghiệp phát triển. Bắt nguồn từ Mỹ GD STEAM “thu hút sự tích cực và hứng thú tham gia của người học vào việc nghiên cứu, tìm tòi, thúc đẩy sự phát triển nguồn nhân lực trong lĩnh vực STEAM (khoa học, công nghệ kỹ thuật, toán học, nghệ thuật)” [12].

Trên thế giới, GD STEAM đã có nhiều nhà khoa học nghiên cứu với nhiều hướng khác nhau, như “hướng nghiên cứu tìm hiểu về bản chất của STEAM, nhận thức về GD STEAM, vai trò của STEAM trong lịch sử phát triển khoa học công nghệ của loài người, , chính sách đối với GD STEAM,. Ngoài ra còn kể đến hướng nghiên cứu khác như tích hợp GD STEAM, đây là một hướng nghiên cứu khá cơ bản về GD STEAM được rất nhiều nhà khoa học, tổ chức GD quan tâm, tiêu biểu là công trình của Honey và cs (Honey, Pearson & Schweingruber, 2014). Thực tế cho thấy, đã có nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới về GD STEAM, với các hướng nghiên cứu rất phong phú, đa dạng. Điều này “có tác dụng thúc đẩy GD STEAM, thúc đẩy sự phát triển nguồn nhân lực trong lĩnh vực STEAM” [16].

Nghiên cứu trong nước Ở nước ta, GD STEAM cũng được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm. Việt Nam trong thời kì thực hiện mạnh mẽ công nghiệp hoá, hiện đại hoá và hội nhập quốc tế nên GD Việt Nam cũng không nằm ngoài xu thế chung của GD thế giới. “GD STEAM là một trong những định hướng của chương trình GD phổ thông 2018, Việt Nam triển khai GD STEAM ở nhà trường phổ thông đã được thể hiện thông qua các định hướng trong chương trình” [6]. Thực tế này cho thấy rất cần thiết trong việc GD STEAM phù hợp với công cuộc đổi mới GD nhằm đáp ứng 6 sự phát triển của xã hội.

Các hướng nghiên cứu về GD STEAM hiện nay tập trung theo hướng nghiên cứu DH các môn thuộc lĩnh vực khoa học, nghệ thuật, cảm xúc, môn công nghệ, theo định hướng GD STEAM hay theo hướng nghiên cứu xây dựng các chủ đề tích hợp trong các môn khoa học tự nhiên, tích hợp công nghệ trong DH các môn khoa học. Các nghiên cứu này đã góp phần không nhỏ thúc đẩy GD STEAM ở Việt Nam phát triển. Ngoài ra GD STEAM cũng luôn nhận được sự quan tâm của các cấp, các ngành, các cơ sở GD trong việc tổ chức triển khai các hoạt động liên quan đến GD STEAM. “Chương trình GD phổ thông 2018, đã đưa ra những định hướng GD STEAM- một trong những xu hướng GD đang được coi trọng ở nhiều quốc gia trên thế giới và được quan tâm lớn trong đổi mới GD phổ thông của Việt Nam lần này” [6].

Thiết kế và tổ chức bài học môn Toán lớp 5 theo định hướng giáo dục STEAM 1. Khái niệm STEAM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science - S (Khoa học), Technology - T (Công nghệ), Engineering - E (Kĩ thuật); A (Nghệ thuật, cảm xúc) và Mathematics - M (Toán học) [2]. GD STEAM về bản chất được hiểu là “trang bị cho người học những KT và KN cần thiết liên quan đến các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học. Các KT và KN này phải được tích hợp, lồng ghép và bổ trợ cho nhau, giúp người học không chỉ hiểu biết về nguyên lí mà còn có thể thực hành và tạo ra được những sản phẩm trong cuộc sống hằng ngày” [11].

Tổ chức bài học môn Toán lớp 5 theo định hướng giáo dục STEAM Bài học STEAM là hình thức chủ yếu trong tổ chức hoạt động GD STEAM trong nhà trường tiểu học. Có thể hiểu bài học STEAM là quá trình DH mà trong đó, dưới sự tổ chức của GV, HS chủ động thực hiện các hoạt động học tập trong một không gian, thời gian cụ thể để giải quyết các vấn đề thực tiễn trên cơ sở vận dụng KT, KN trong các lĩnh vực liên quan đến STEAM, phù hợp với nội dung 7 cụ thể trong chương trình các môn học như Toán, Tự nhiên và Xã hội, Khoa học, Tin học và Công nghệ, Mĩ thuật… góp phần hình thành phát triển phẩm chất và năng lực cho HS. Trong hình thức này, HS có thể đạt được yêu cầu cần đạt đối với các nội dung môn học cụ thể được quy định trong chương trình thông qua các bài học STEAM. Các bài học này được hoạch định ngay trong chính kế hoạch GD của môn học, được thể hiện ngay trong quá trình DH các môn học thuộc lĩnh vực STEAM theo tiếp cận liên môn hoặc nội môn.

Tuỳ vào đặc điểm của nội dung bài học, mục tiêu phát triển phẩm chất và năng lực cho HS được xác định trong bài học, thời lượng thực hiện, điều kiện thực tiễn của nhà trường (cơ sở vật chất, năng lực của GV, HS…), có thể triển khai bài học STEAM theo các quy trình phù hợp. Tuy nhiên, dù triển khai theo quy trình nào, bài học STEAM cần đảm bảo một số các yêu cầu sau: + Bài học STEAM có nội dung phải bám sát chương trình GD phổ thông ở cấp tiểu học với các môn học liên quan. Yêu cầu này nhằm đảm bảo HS có cơ hội tìm hiểu/khám phá/hình thành KT KN trong chương trình môn học, vận dụng các KT, KN đó để giải quyết các vấn đề học tập hoặc thực tiễn đặt ra trong bài học STEAM. Từ đó, HS đạt được các yêu cầu cần đạt đã được quy định đối với những nội dung liên quan đến bài học đã được quy định trong chương trình [14].

+ Nội dung DH và các vấn đề đặt ra trong bài học STEAM gắn kết với nguyên lí khoa học, với bản chất, của thế giới tự nhiên và các vấn đề của thực tiễn. + Trong bài học STEAM, thông qua các hoạt động học tập tích cực theo quy trình khám phá khoa học hoặc thiết kế kĩ thuật, HS được tạo cơ hội tham gia các hoạt động tìm tòi và khám phá, định hướng hành động và tạo ra sản phẩm học tập. + Trong bài học STEAM, HS được tăng cường hoạt động nhóm đa dạng, hiệu quả để giải quyết các vấn đề. + Bài học STEAM luôn luôn ưu tiên sử dụng các công nghệ, các thiết bị, có sẵn, chi phí tối thiểu để đảm bảo tất cả đối tượng HS trong lớp đều có thể tham gia.

8 + Việc thiết kế bài học STEAM được thực hiện dựa trên sự phân tích các mạch nội dung, các yêu cầu cần đạt trong chương trình, trong bối cảnh và vấn đề cần giải quyết trong thực tế thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống. Kế hoạch bài học STEAM được thực hiện theo khung bài dạy của Công văn 2345/BGDĐT-GDTH ngày 07/06/2021, trong đó sử dụng các phương pháp, kĩ thuật DH tích cực góp phần phát triển năng lực, phẩm chất của HS. HS lớp 5 thuộc giai đoạn GD cơ bản, có mục tiêu GD trọng tâm là hình thành và phát triển những yếu tố căn bản đặt nền móng cho sự phát triển hài hoà về thể chất và tinh thần, phẩm chất và năng lực; định hướng chính vào GD về giá trị bản thân, gia đình, cộng đồng và những thói quen, nền nếp cần thiết trong học tập và sinh hoạt. Vì vậy “các bài học STEAM có thể hướng về các nội dung như khám phá hoặc giải quyết một số vấn đề gần gũi như khám phá bản thân và vấn đề trong học tập, tìm hiểu các hiện tượng và vấn đề thường gặp ở gia đình, cộng đồng và thế giới tự nhiên xung quanh” [10].

Quy trình Thiết kế và tổ chức bài học môn Toán lớp 5 theo định hướng giáo dục STEAM Dựa trên quan điểm tích hợp liên môn, GD STEAM tạo cơ hội cho người học vận dụng KT các môn học trong lĩnh vực STEAM để giải quyết vấn đề thực tiễn. Các hoạt động GD STEAM định hướng cho HS tìm tòi khám phá, trải nghiệm và thực hành, chế tạo. Với đặc trưng đó, “quy trình nghiên cứu khoa học và quy trình thiết kế kĩ thuật với các hoạt động tương ứng, là hai quy trình cơ bản được áp dụng để tổ chức các hoạt động trong GD STEAM” [4]. Quy trình nghiên cứu khoa học phỏng theo quá trình nghiên cứu khám phá của các nhà khoa học, còn quy trình thiết kế kĩ thuật thì phỏng theo quá trình các kĩ sư nghiên cứu chế tạo ra sản phẩm để giải quyết vấn đề được đặt ra.

Đối với cấp tiểu học, “các quy trình được điều chỉnh và tinh giản ở một số bước, giảm nhẹ mức độ yêu cầu của nhiệm vụ để phù hợp với trình độ nhận thức, năng lực, … của HS lớp 5” [10]. 9 * Quy trình nghiên cứu khoa học Trong GD STEAM, quy trình nghiên cứu khoa học được sử dụng để HS khảo sát, kiểm chứng một giả thuyết khoa học thông qua cách thức đề xuất và thực hiện thí nghiệm. Đối với HS lớp 5, quy trình nghiên cứu khoa học phù hợp cho một số hoạt động mang định hướng nghiên cứu khoa học, điển hình là các hoạt động nhằm tìm hiểu môi trường tự nhiên xung quanh trong môn khoa học ở cấp tiểu học [12].1: Sơ đồ quy trình nghiên cứu khoa học 10 Bước 1. Quan sát và đặt câu hỏi Hoạt động nghiên cứu khoa học bắt đầu bằng việc đặt một câu hỏi về một vấn đề chưa rõ.

Để trả lời được câu hỏi, HS cần tiến hành các thí nghiệm để ghi nhận dữ liệu từ các kết quả cụ thể, dựa vào đó để rút ra các kết luận. Với HS tiểu học, GV cần dẫn dắt bằng cách cho HS quan sát các hiện tượng xung quanh để các em có thể nảy sinh vấn đề và đặt được câu hỏi nghiên cứu. Việc tổ chức cho HS quan sát có thể được thực hiện thông qua quan sát trực tiếp môi trường xung quanh, hoặc xem phim về một hiện tượng cần tìm hiểu, … Câu hỏi nghiên cứu với HS tiểu học đơn giản là những vấn đề các em mong muốn được tìm hiểu để giải thích. Ví dụ, HS xem một đoạn phim về thế giới giả định khi không còn mặt trời, từ đó dẫn dắt để HS nêu suy nghĩ về sự ảnh hưởng của mặt trời tới cây cối trên trái đất và đặt câu hỏi “Nếu không có ánh sáng cây sẽ như thế nào?”.

Đưa ra dự đoán Dự đoán được xem như câu trả lời dự kiến cho câu hỏi đặt ra.