Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của công nghệ và yêu cầu đổi mới giáo dục, việc nâng cao năng lực tìm hiểu tự nhiên cho học sinh trung học cơ sở (THCS) trở thành một nhiệm vụ cấp thiết. Theo báo cáo của ngành giáo dục, từ năm học 2018-2019, chương trình giáo dục phổ thông mới đã chính thức áp dụng quan điểm dạy học tích hợp, trong đó giáo dục STEM (Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học) được xem là giải pháp trọng tâm nhằm phát triển năng lực học sinh. Tuy nhiên, việc tổ chức dạy học tích hợp STEM tại các trường THCS còn nhiều thách thức do thiếu tài liệu, phương pháp và công cụ đánh giá phù hợp.

Luận văn tập trung nghiên cứu tổ chức dạy học chủ đề tích hợp STEM “Truyền nhiệt” nhằm phát triển năng lực tìm hiểu tự nhiên cho học sinh THCS tại một trường trung học ở Thành phố Hồ Chí Minh trong năm học 2018-2019. Mục tiêu cụ thể là xây dựng nội dung, kế hoạch dạy học và công cụ đánh giá năng lực tìm hiểu tự nhiên thông qua chủ đề “Truyền nhiệt”, đồng thời thực nghiệm sư phạm để đánh giá hiệu quả tổ chức dạy học này. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc góp phần đổi mới phương pháp dạy học Vật lý, nâng cao năng lực tự học, tư duy khoa học và khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho học sinh.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các hoạt động dạy học chủ đề tích hợp STEM “Truyền nhiệt” tại trường THCS ở Thành phố Hồ Chí Minh, với đối tượng là học sinh lớp 8. Kết quả nghiên cứu dự kiến sẽ cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc áp dụng rộng rãi dạy học tích hợp STEM trong giáo dục phổ thông, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục và phát triển nguồn nhân lực đáp ứng yêu cầu công nghiệp hóa, hiện đại hóa.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: lý thuyết dạy học định hướng phát triển năng lực và quan điểm dạy học tích hợp STEM.

  1. Lý thuyết dạy học định hướng phát triển năng lực: Năng lực được hiểu là khả năng vận dụng tổng hợp kiến thức, kỹ năng và thái độ để giải quyết các tình huống thực tiễn một cách hiệu quả. Năng lực tìm hiểu tự nhiên là một trong ba năng lực thành phần của năng lực khoa học tự nhiên, bao gồm các biểu hiện như đề xuất vấn đề, xây dựng giả thuyết, lập kế hoạch, thu thập và xử lý dữ liệu, trình bày kết quả và ra quyết định. Việc đánh giá năng lực này dựa trên các tiêu chí chất lượng hành vi với bốn mức độ từ nhận biết đến vận dụng hiệu quả.

  2. Quan điểm dạy học tích hợp STEM: STEM là sự tích hợp liên ngành giữa Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học, nhằm phát triển năng lực tổng hợp và khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn. Dạy học tích hợp STEM có ba đặc trưng chính: tích hợp kiến thức liên ngành, thực hành qua các hoạt động thiết kế, chế tạo sản phẩm và sản phẩm đầu ra mang tính vật chất. Chu trình STEM bao gồm quy trình sáng tạo khoa học (Science) và quy trình kỹ thuật (Engineering) liên tục phát triển kiến thức và công nghệ mới.

Các khái niệm chính được sử dụng gồm: năng lực tìm hiểu tự nhiên, dạy học tích hợp, chủ đề tích hợp STEM, chu trình STEM, và các mức độ tích hợp (đơn môn, đa môn, liên môn, xuyên môn).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa nghiên cứu lý luận và thực nghiệm sư phạm.

  • Nguồn dữ liệu: Tài liệu chương trình giáo dục phổ thông, sách giáo khoa Vật lý lớp 6 và lớp 8, các tài liệu về dạy học tích hợp STEM, kết quả khảo sát và quan sát trong quá trình thực nghiệm tại trường THCS ở Thành phố Hồ Chí Minh.

  • Phương pháp phân tích: Phân tích nội dung chương trình, xây dựng chủ đề tích hợp STEM “Truyền nhiệt” dựa trên quy trình 7 bước; thiết kế kế hoạch dạy học và công cụ đánh giá năng lực tìm hiểu tự nhiên; thực nghiệm sư phạm với cỡ mẫu khoảng 30 học sinh lớp 8; thu thập dữ liệu định lượng qua các bài kiểm tra, phiếu đánh giá và quan sát quá trình học tập; phân tích thống kê mô tả và so sánh kết quả trước và sau thực nghiệm.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu lý luận và xây dựng chủ đề tích hợp STEM thực hiện trong 3 tháng đầu năm học 2018-2019; thực nghiệm sư phạm kéo dài 4 tuần với 6 tiết dạy chủ đề “Truyền nhiệt”; thu thập và phân tích dữ liệu trong tháng tiếp theo; hoàn thiện luận văn trong quý cuối năm 2019.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu quả phát triển năng lực tìm hiểu tự nhiên: Sau khi tổ chức dạy học chủ đề tích hợp STEM “Truyền nhiệt”, điểm trung bình năng lực tìm hiểu tự nhiên của học sinh tăng từ 5,8 lên 7,9 (tăng 36,2%). Trong đó, các biểu hiện như đề xuất vấn đề, xây dựng giả thuyết và lập kế hoạch có mức tăng điểm lần lượt là 30%, 40% và 35%.

  2. Tăng cường kỹ năng thực hành và vận dụng kiến thức: Học sinh thể hiện khả năng thiết kế và chế tạo sản phẩm nhiệt kế và đèn kéo quân với tỷ lệ hoàn thành đạt 85%, trong đó 70% sản phẩm đạt tiêu chí dễ quan sát, sử dụng vật liệu tối ưu và hoạt động hiệu quả.

  3. Hứng thú và thái độ tích cực với học tập: Qua khảo sát, 90% học sinh cho biết chủ đề “Truyền nhiệt” giúp các em hiểu rõ hơn về kiến thức vật lý và thấy hứng thú khi được thực hành, làm việc nhóm và thuyết trình sản phẩm.

  4. Khó khăn và hạn chế trong tổ chức dạy học: Giáo viên gặp khó khăn trong việc chuẩn bị tài liệu, thiết kế hoạt động phù hợp với trình độ học sinh và thời gian hạn chế. Một số học sinh chưa quen với phương pháp học tích cực, còn phụ thuộc vào sự hướng dẫn của giáo viên.

Thảo luận kết quả

Kết quả thực nghiệm cho thấy việc tổ chức dạy học chủ đề tích hợp STEM “Truyền nhiệt” có tác động tích cực đến năng lực tìm hiểu tự nhiên của học sinh THCS. Việc tích hợp kiến thức Vật lý, Công nghệ và Toán học trong các hoạt động thiết kế sản phẩm giúp học sinh vận dụng kiến thức một cách tổng hợp và thực tế hơn, phù hợp với mục tiêu đổi mới giáo dục phổ thông.

So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả này tương đồng với báo cáo của Bộ Giáo dục và Đào tạo về hiệu quả của giáo dục STEM trong phát triển năng lực học sinh. Việc sử dụng các công cụ đánh giá đa dạng như rubric, phiếu học tập và quan sát giúp đánh giá toàn diện năng lực tìm hiểu tự nhiên, vượt qua hạn chế của phương pháp đánh giá truyền thống.

Biểu đồ thể hiện sự tăng điểm trung bình năng lực tìm hiểu tự nhiên trước và sau thực nghiệm sẽ minh họa rõ nét hiệu quả của phương pháp dạy học tích hợp STEM. Bảng so sánh tỷ lệ hoàn thành sản phẩm và mức độ hài lòng của học sinh cũng góp phần làm rõ tác động tích cực của chủ đề.

Tuy nhiên, khó khăn trong việc chuẩn bị và tổ chức dạy học cho thấy cần có sự hỗ trợ về tài liệu, tập huấn giáo viên và điều chỉnh thời gian phù hợp để nâng cao hiệu quả áp dụng rộng rãi. Ngoài ra, việc phát triển năng lực tìm hiểu tự nhiên cần được tiếp tục theo dõi và đánh giá lâu dài để đảm bảo tính bền vững.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng và phổ biến tài liệu dạy học tích hợp STEM: Bộ Giáo dục và Đào tạo cần phát triển bộ tài liệu hướng dẫn chi tiết về chủ đề tích hợp STEM “Truyền nhiệt” và các chủ đề tương tự, bao gồm giáo án, phiếu học tập, công cụ đánh giá. Thời gian thực hiện trong 1 năm, chủ thể thực hiện là các viện nghiên cứu giáo dục và trường đại học sư phạm.

  2. Tổ chức tập huấn chuyên sâu cho giáo viên: Tổ chức các khóa đào tạo, bồi dưỡng kỹ năng thiết kế và tổ chức dạy học tích hợp STEM cho giáo viên Vật lý và các môn liên quan, nhằm nâng cao năng lực chuyên môn và phương pháp giảng dạy. Thời gian tập huấn định kỳ hàng năm, do Sở Giáo dục và Đào tạo phối hợp với các trường đại học thực hiện.

  3. Đầu tư cơ sở vật chất và thiết bị dạy học: Trang bị phòng thí nghiệm, thiết bị thực hành và nguyên vật liệu cần thiết để hỗ trợ hoạt động dạy học tích hợp STEM, đảm bảo điều kiện thực hành cho học sinh. Kế hoạch đầu tư trong 2 năm, chủ thể là nhà trường và các cấp quản lý giáo dục.

  4. Xây dựng hệ thống đánh giá năng lực toàn diện: Phát triển các công cụ đánh giá đa dạng, phù hợp với đặc điểm học sinh và nội dung dạy học tích hợp STEM, kết hợp đánh giá quá trình và kết quả học tập. Thời gian triển khai trong 1 năm, do các chuyên gia giáo dục và nhà trường phối hợp thực hiện.

  5. Khuyến khích nghiên cứu và nhân rộng mô hình: Hỗ trợ các trường THCS thực hiện các đề tài nghiên cứu ứng dụng dạy học tích hợp STEM, chia sẻ kinh nghiệm và nhân rộng mô hình hiệu quả trên phạm vi toàn quốc. Chủ thể là Bộ GD-ĐT, các trường đại học và các tổ chức giáo dục, thực hiện liên tục.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Giáo viên Vật lý và các môn khoa học tự nhiên THCS: Nghiên cứu cung cấp phương pháp và kế hoạch dạy học tích hợp STEM cụ thể, giúp giáo viên nâng cao hiệu quả giảng dạy và phát triển năng lực học sinh.

  2. Nhà quản lý giáo dục và chuyên viên Sở GD-ĐT: Tài liệu tham khảo để xây dựng chính sách, tổ chức tập huấn và triển khai chương trình giáo dục STEM phù hợp với điều kiện thực tế địa phương.

  3. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành Sư phạm Vật lý, Giáo dục học: Cơ sở lý luận và thực tiễn để nghiên cứu sâu hơn về dạy học tích hợp STEM và phát triển năng lực học sinh.

  4. Các tổ chức, trung tâm đào tạo giáo viên và phát triển chương trình giáo dục: Tham khảo để thiết kế các khóa bồi dưỡng, tài liệu hướng dẫn và chương trình đào tạo giáo viên về STEM.

Câu hỏi thường gặp

  1. Dạy học tích hợp STEM là gì và có lợi ích gì cho học sinh THCS?
    Dạy học tích hợp STEM là phương pháp kết hợp kiến thức và kỹ năng từ các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học để giải quyết các vấn đề thực tiễn. Lợi ích là giúp học sinh phát triển năng lực tổng hợp, tư duy sáng tạo và khả năng vận dụng kiến thức vào cuộc sống.

  2. Làm thế nào để xây dựng chủ đề tích hợp STEM phù hợp với chương trình THCS?
    Cần rà soát chương trình, lựa chọn chủ đề có tính khoa học, phù hợp trình độ học sinh và điều kiện dạy học, xác định mục tiêu rõ ràng, xây dựng nội dung và kế hoạch dạy học theo quy trình 7 bước. Ví dụ như chủ đề “Truyền nhiệt” tích hợp kiến thức Vật lý, Công nghệ và Toán học.

  3. Phương pháp đánh giá năng lực tìm hiểu tự nhiên trong dạy học tích hợp STEM như thế nào?
    Sử dụng đa dạng công cụ như rubric, phiếu học tập, quan sát, bài kiểm tra thực hành để đánh giá các biểu hiện năng lực như đề xuất vấn đề, xây dựng giả thuyết, thu thập và xử lý dữ liệu, trình bày kết quả. Đánh giá cả quá trình và kết quả học tập.

  4. Những khó khăn thường gặp khi tổ chức dạy học chủ đề tích hợp STEM là gì?
    Khó khăn gồm thiếu tài liệu và công cụ hỗ trợ, giáo viên chưa quen với phương pháp mới, thời gian chuẩn bị và tổ chức dạy học dài, học sinh chưa quen với học tập tích cực, cơ sở vật chất hạn chế.

  5. Làm sao để khắc phục khó khăn và nâng cao hiệu quả dạy học tích hợp STEM?
    Cần tổ chức tập huấn chuyên sâu cho giáo viên, đầu tư cơ sở vật chất, xây dựng tài liệu hướng dẫn chi tiết, áp dụng phương pháp dạy học tích cực phù hợp, đánh giá liên tục và điều chỉnh kế hoạch dạy học dựa trên phản hồi của học sinh.

Kết luận

  • Luận văn đã xây dựng thành công chủ đề tích hợp STEM “Truyền nhiệt” phù hợp với chương trình giáo dục phổ thông mới và điều kiện thực tế của trường THCS tại Thành phố Hồ Chí Minh.
  • Thực nghiệm sư phạm cho thấy phương pháp dạy học tích hợp STEM giúp phát triển năng lực tìm hiểu tự nhiên của học sinh, tăng cường kỹ năng thực hành và thái độ tích cực với học tập.
  • Các khó khăn trong tổ chức dạy học chủ yếu liên quan đến nguồn lực, kỹ năng giáo viên và thói quen học tập của học sinh cần được khắc phục qua đào tạo và hỗ trợ.
  • Đề xuất các giải pháp cụ thể về tài liệu, tập huấn, cơ sở vật chất và đánh giá nhằm nâng cao hiệu quả áp dụng dạy học tích hợp STEM trong giáo dục phổ thông.
  • Khuyến nghị tiếp tục nghiên cứu mở rộng và nhân rộng mô hình dạy học tích hợp STEM để đáp ứng yêu cầu đổi mới giáo dục và phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao trong tương lai.

Hành động tiếp theo là triển khai các giải pháp đề xuất, tổ chức tập huấn cho giáo viên và theo dõi đánh giá hiệu quả áp dụng chủ đề tích hợp STEM “Truyền nhiệt” trong các trường THCS trên phạm vi rộng hơn. Các nhà quản lý giáo dục và giáo viên được khuyến khích tham khảo và áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao chất lượng dạy học và phát triển năng lực học sinh.