Dạy học STEM KHTN 6 chủ đề Trái Đất và Bầu Trời phát triển năng lực GQVĐ

Luận văn Thạc sĩ trình bày cách tổ chức dạy học STEM KHTN 6 chủ đề Trái Đất và Bầu Trời, bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh.

• Tác giả: Lương Thu Huyền
• Người hướng dẫn: GS. Đỗ Hương Trà
• Trường học: Đại học Đà Nẵng - Trường Đại học Sư phạm
• Chuyên ngành: Lý luận và Phương pháp giảng dạy Bộ môn Vật lí
• Đề tài: Tổ chức dạy học STEM chủ đề “Trái Đất và bầu trời” – Khoa học tự nhiên 6 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Đà Nẵng

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BIỂU ĐỒ
• MỞ ĐẦU
• Lý do chọn đề tài
• Tổng quan vấn đề nghiên cứu
• Mục tiêu nghiên cứu
• Giả thuyết khoa học
• Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• Nhiệm vụ nghiên cứu
• Phương pháp nghiên cứu
• Kết quả đạt được
• Cấu trúc luận văn
• 1. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM NHẰM BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC GQVD Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC CƠ SỞ
• 1.1. Khái niệm về giáo dục STEM
• 1.2. Các hình thức dạy học STEM
• 1.2.1. Dạy học các môn khoa học theo bài học STEM
• 1.2.2. Tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM
• 1.2.3. Tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học kỹ thuật
• 1.3. Quy trình thiết kế chủ đề STEM
• 1.4. Tiến trình tổ chức dạy học chủ đề STEM
• 1.5. Bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề của học sinh thông qua dạy học chủ đề STEM
• 1.5.1. Cấu trúc của năng lực GQVĐ
• 1.5.2. Các biện pháp bồi dưỡng năng lực GQVĐ trong giáo dục STEM
• 1.6. Điều tra thực trạng
• 1.6.1. Mục đích điều tra
• 1.6.2. Đối tượng điều tra
• 1.6.3. Phương pháp điều tra
• 1.6.4. Kết quả điều tra
• 1.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
• 2. CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ DẠY DẠY STEM CHỦ DỀ TRÁI ĐẤT VÀ BẦU TRỜI- KHTN 6
• 2.1. Phân tích nội dung chương Trái Đất và bầu trời
• 2.1.1. Nội dung và yêu cầu cần đạt của chương
• 2.1.2. Phân phối thời gian cho các kiến thức của chương
• 2.2. Thiết kế kế hoạch bài dạy một số kiến thức chương “Trái Đất và bầu trời” KHTN 6 theo định hướng giáo dục Stem nhằm bồi dưỡng năng lực GQVĐ cho học sinh
• 2.2.1. Phân tích kiến thức của bài học Hệ Mặt Trời
• 2.2.2. STEM BÀI HỌC: CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ MẶT TRỜI
• 2.3. Xây dựng công cụ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh
• 2.3.1. Phiếu đánh giá nhóm học sinh của giáo viên
• 2.3.2. Rubic đánh giá NL GQVĐ của từng HS khi thực hiện chủ đề “CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ MẶT TRỜI”
• 2.3.3. Các tiêu chí và phiếu để học sinh tự đánh giá
• 2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
• 3. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM
• 3.1. Mục đích của thực nghiệm sư phạm
• 3.2. Nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm
• 3.3. Đối tượng và nội dung thực nghiệm sư phạm
• 3.3.1. Đối tượng thực nghiệm sư phạm
• 3.3.2. Nội dung thực nghiệm sư phạm
• 3.4. Phương pháp thực nghiệm sư phạm
• 3.4.1. Phương pháp quan sát
• 3.4.2. Phương pháp thống kê toán học
• 3.5. Thuận lợi và khó khăn gặp phải khi thực nghiệm sư phạm
• 3.6. Diễn biến và kết quả thực nghiệm sư phạm
• 3.7. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm
• 3.7.1. Đánh giá định tính
• 3.7.2. Đánh giá định lượng
• 3.8. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Khái Niệm và Ý Nghĩa của Giáo Dục STEM trong Dạy Học Khoa Học Tự Nhiên

Giáo dục STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) là một phương pháp dạy học hiện đại nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh. Trong bối cảnh giáo dục hiện nay, tổ chức dạy học STEM đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng dạy học khoa học tự nhiên ở trường trung học cơ sở. Phương pháp này kết hợp các kiến thức từ các lĩnh vực khác nhau, giúp học sinh áp dụng lý thuyết vào thực tiễn. Đặc biệt, với chủ đề Trái Đất và Bầu Trời trong KHTN 6, học sinh không chỉ tiếp cận những kiến thức cơ bản về hệ Mặt Trời, địa lí địa chất mà còn phát triển kỹ năng tư duy sáng tạo và khả năng làm việc nhóm.

1.1. Định Nghĩa Giáo Dục STEM

Giáo dục STEM là phương pháp dạy học tích hợp các môn khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học. Mục tiêu chính là bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn của học sinh thông qua các hoạt động thực hành, thí nghiệm và dự án nhóm. Trong dạy học KHTN 6, phương pháp này tạo cơ hội cho học sinh khám phá, tìm hiểu và ứng dụng kiến thức vào cuộc sống hàng ngày.

1.2. Tầm Quan Trọng của STEM trong Phát Triển Năng Lực Học Sinh

Tổ chức dạy học STEM giúp phát triển năng lực giải quyết vấn đề toàn diện. Học sinh được rèn luyện tư duy phê phán, sáng tạo và kỹ năng giao tiếp. Với chủ đề Trái Đất và Bầu Trời, các em có thể chế tạo mô hình, thực hiện các dự án về hệ Mặt Trời, từ đó hiểu sâu hơn về vũ trụ và phát triển niềm đam mê khoa học.

II. Các Hình Thức và Tiến Trình Tổ Chức Dạy Học STEM

Tổ chức dạy học STEM bao gồm nhiều hình thức khác nhau. Các hình thức chính là: dạy học theo bài học STEM, hoạt động trải nghiệm, và hoạt động nghiên cứu khoa học kỹ thuật. Để tổ chức dạy học chủ đề STEM hiệu quả, giáo viên cần theo một quy trình thiết kế rõ ràng. Tiến trình này bao gồm: xác định vấn đề, tìm hiểu kiến thức nền tảng, thiết kế giải pháp, thực hiện và đánh giá kết quả. Trong dạy học KHTN 6, khi tổ chức dạy học chủ đề Trái Đất và Bầu Trời, giáo viên có thể sử dụng các hoạt động trải nghiệm như chế tạo mô hình hệ Mặt Trời, quan sát hiện tượng thiên văn, hoặc thực hiện các thí nghiệm liên quan đến giải quyết vấn đề của học sinh.

2.1. Các Hình Thức Dạy Học STEM

Dạy học các môn khoa học theo bài học STEM tập trung vào tích hợp kiến thức. Hoạt động trải nghiệm STEM giúp học sinh thực hành trực tiếp. Hoạt động nghiên cứu khoa học kỹ thuật khuyến khích học sinh tự khám phá. Trong dạy học KHTN 6 với chủ đề Trái Đất và Bầu Trời, các hoạt động này được kết hợp để phát triển năng lực giải quyết vấn đề một cách toàn diện.

2.2. Tiến Trình Thiết Kế Chủ Đề STEM

Quy trình thiết kế chủ đề STEM bắt đầu từ việc xác định vấn đề thực tiễn cần giải quyết. Tiếp theo, giáo viên phân tích nội dung kiến thức liên quan, thiết kế các hoạt động học tập, và xây dựng công cụ đánh giá năng lực. Với chủ đề Trái Đất và Bầu Trời trong KHTN 6, giáo viên có thể thiết kế bài học về chế tạo mô hình hệ Mặt Trời để học sinh giải quyết vấn đề về cấu trúc và vị trí các hành tinh.

III. Bồi Dưỡng Năng Lực Giải Quyết Vấn Đề thông qua Dạy Học STEM

Năng lực giải quyết vấn đề (GQVĐ) là một trong những năng lực quan trọng được phát triển thông qua dạy học STEM. Cấu trúc của năng lực GQVĐ bao gồm: khả năng xác định vấn đề, tìm kiếm thông tin, phân tích, đưa ra giải pháp và đánh giá kết quả. Các biện pháp bồi dưỡng năng lực GQVĐ trong giáo dục STEM bao gồm: tổ chức dạy học theo dự án, hoạt động nhóm, thí nghiệm thực hành, và sử dụng công nghệ. Trong dạy học chủ đề Trái Đất và Bầu Trời ở KHTN 6, giáo viên có thể tổ chức dạy học sao cho học sinh phải giải quyết vấn đề thực tiễn như: "Làm thế nào để chế tạo một mô hình chính xác về hệ Mặt Trời?", từ đó phát triển toàn diện năng lực GQVĐ.

3.1. Cấu Trúc Năng Lực Giải Quyết Vấn Đề

Năng lực GQVĐ gồm các thành phần: nhận thức và hiểu biết về vấn đề, kỹ năng phân tích tình huống, khả năng sáng tạo giải pháp, và kỹ năng đánh giá hiệu quả. Dạy học STEM giúp phát triển đầy đủ các thành phần này. Với chủ đề Trái Đất và Bầu Trời trong KHTN 6, học sinh có cơ hội nâng cao năng lực GQVĐ qua việc tổ chức dạy học thực tế, liên hệ và thí nghiệm.

3.2. Các Biện Pháp Bồi Dưỡng Năng Lực GQVĐ

Biện pháp bồi dưỡng năng lực GQVĐ trong giáo dục STEM bao gồm: tổ chức hoạt động nhóm để rèn luyện kỹ năng cộng tác, thí nghiệm thực hành để học sinh trải nghiệm trực tiếp, dự án dài hạn để phát triển tư duy kỹ thuật. Dạy học KHTN 6 với chủ đề Trái Đất và Bầu Trời nên áp dụng các biện pháp này để bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề hiệu quả nhất.

IV. Thiết Kế và Thực Nghiệm Bài Dạy STEM Chủ Đề Trái Đất và Bầu Trời

Thiết kế bài dạy STEM về chủ đề Trái Đất và Bầu Trời yêu cầu giáo viên phải phân tích nội dung chi tiết từ chương trình KHTN 6. Bài học "Chế tạo mô hình hệ Mặt Trời" là một ví dụ điển hình về dạy học STEM nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề. Kế hoạch bài dạy cần xác định rõ mục tiêu, nội dung, phương pháp dạy học, và đặc biệt là xây dựng công cụ đánh giá năng lực. Phiếu đánh giá và Rubic đánh giá giúp giáo viên và học sinh đánh giá mức độ phát triển của năng lực GQVĐ. Thực nghiệm sư phạm được tiến hành để kiểm chứng hiệu quả của tổ chức dạy học STEM trong phát triển năng lực học sinh.

4.1. Phân Tích Nội Dung Chủ Đề Trái Đất và Bầu Trời

Nội dung chương Trái Đất và Bầu Trời trong KHTN 6 bao gồm: hệ Mặt Trời, đặc điểm các hành tinh, Mặt Trăng, và các hiện tượng thiên văn. Phân phối thời gian dạy học cần cân bằng giữa lý thuyết và thực hành. Thiết kế kế hoạch bài dạy theo định hướng giáo dục STEM giúp học sinh giải quyết vấn đề thực tiễn. Bài học chế tạo mô hình hệ Mặt Trời là cơ hội tốt để tổ chức dạy học kích hoạt sự tham gia tích cực của học sinh.

4.2. Xây Dựng Công Cụ Đánh Giá và Kết Quả Thực Nghiệm

Công cụ đánh giá năng lực GQVĐ bao gồm phiếu đánh giá nhóm của giáo viên và Rubic đánh giá của từng học sinh. Phiếu tự đánh giá giúp học sinh nhận thức về tiến bộ của mình. Thực nghiệm sư phạm được thực hiện tại THCS Trần Hưng Đạo cho thấy hiệu quả của dạy học STEM trong phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh KHTN 6.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Chương trình Giáo dục phổ thông 2018 đánh dấu bước chuyển dịch căn bản từ truyền thụ kiến thức sang phát triển phẩm chất và năng lực người học. Trong đó, Công văn số 3089/BGDĐT-GDTrH năm 2020 của Bộ Giáo dục và Đào tạo đã chính thức định hướng triển khai giáo dục STEM như một giải pháp đột phá nhằm nâng cao chất lượng giáo dục trung học. Tuy nhiên, khảo sát thực tế cho thấy 100% học sinh lớp 6 tại địa bàn nghiên cứu chưa từng được tham gia các chủ đề STEM bài học nội khóa, trong khi 20% giáo viên chưa từng tiếp cận phương pháp này do thiếu tài liệu hướng dẫn chuyên sâu.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm của luận văn là giải quyết sự lúng túng của giáo viên trong việc thiết kế và tổ chức dạy học STEM tích hợp môn Khoa học tự nhiên 6, cụ thể là chủ đề "Trái Đất và bầu trời". Nghiên cứu hướng tới mục tiêu xây dựng quy trình thiết kế bài học STEM 5 hoạt động chuẩn mực, tổ chức dạy học thực nghiệm bài "Chế tạo mô hình Hệ Mặt Trời" và phát triển bộ công cụ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh.

Phạm vi nghiên cứu được triển khai thực nghiệm sư phạm trong thời gian từ năm 2021 đến tháng 08 năm 2023, tập trung vào 45 học sinh lớp 6/2 tại trường THCS Trần Hưng Đạo, huyện Núi Thành, tỉnh Quảng Nam. Về mặt ý nghĩa, nghiên cứu đã lượng hóa sự tiến bộ của học sinh thông qua hệ thống 16 chỉ số hành vi, giúp trên 75% học sinh nâng mức năng lực giải quyết vấn đề từ mức cơ bản lên mức thành thạo, đồng thời cung cấp một giáo án mẫu 3 tiết học có tính khả thi cao cho các trường trung học cơ sở trên toàn quốc.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng thuyết kiến tạo xã hội của Vygotsky và lý thuyết học tập trải nghiệm của John Dewey, kết hợp mô hình chu trình thiết kế kỹ thuật 6 bước lồng ghép tiến trình khoa học khám phá. Mô hình nghiên cứu vận hành theo cơ chế xoắn ốc liên môn STEM, nơi khoa học đóng vai trò phát hiện tri thức nền, kỹ thuật tạo ra quy trình chế tạo, công nghệ cung cấp công cụ thực thi và toán học chịu trách nhiệm đo đạc, tính toán tỷ lệ.

Khung lý thuyết của luận văn tập trung vào 4 khái niệm cốt lõi:

1. Giáo dục STEM bài học: Hình thức dạy học tích hợp nội môn hoặc liên môn dựa trên nội dung bài học chính khóa, bám sát thời lượng chương trình hiện hành.
2. Năng lực giải quyết vấn đề: Khả năng huy động tổng hợp kiến thức, kỹ năng và thái độ để xử lý các tình huống thực tiễn không có sẵn giải pháp tức thời, gồm 4 năng lực thành tố và 16 chỉ số hành vi cụ thể.
3. Quy trình thiết kế kỹ thuật (EDP): Tiến trình chuẩn gồm xác định vấn đề, nghiên cứu kiến thức nền, đề xuất giải pháp, chế tạo mô hình, thử nghiệm và hoàn thiện.
4. Thang đo Rubric định lượng: Hệ thống tiêu chí đánh giá năng lực theo 3 mức độ biểu hiện hành vi từ nhận biết cơ bản đến vận dụng sáng tạo.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng cỡ mẫu thực nghiệm gồm 45 học sinh lớp 6/2 trường THCS Trần Hưng Đạo và 10 giáo viên giảng dạy môn Khoa học tự nhiên trên địa bàn huyện Núi Thành. Phương pháp chọn mẫu có chủ đích được áp dụng nhằm phản ánh đúng thực trạng dạy học tại trường trung học cơ sở vùng ven biển, nơi điều kiện cơ sở vật chất ở mức trung bình nhưng có đội ngũ giáo viên sẵn sàng tiếp cận đổi mới phương pháp.

Nguồn dữ liệu thu thập bao gồm: phiếu khảo sát thực trạng giáo viên và học sinh, phiếu học tập cá nhân số 1 và số 2, bản vẽ kỹ thuật của 4 nhóm học sinh, sản phẩm mô hình Hệ Mặt Trời thực tế và bảng tiêu chí Rubric đánh giá năng lực.

Phương pháp phân tích dữ liệu kết hợp chặt chẽ giữa thống kê toán học (tính điểm trung bình, phương sai, tần số phân bố mức độ chỉ số hành vi) và phân tích định tính qua quan sát video bài giảng. Lý do lựa chọn kết hợp phương pháp này là nhằm đảm bảo tính khách quan khoa học, lượng hóa được sự tăng trưởng năng lực của từng cá nhân học sinh, đồng thời ghi nhận chi tiết các chuyển biến thái độ trong suốt tiến trình 3 tiết học từ năm 2021 đến tháng 08 năm 2023.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình điều tra thực trạng và thực nghiệm sư phạm đã mang lại 4 phát hiện quan trọng:

Thứ nhất, khảo sát ban đầu cho thấy 90% giáo viên khẳng định dạy học STEM phát triển năng lực giải quyết vấn đề là vô cùng cấp thiết, nhưng có đến 80% giáo viên thừa nhận gặp khó khăn trong việc tổ chức cho học sinh tạo ra sản phẩm thực tế. Đối với học sinh, 100% trong tổng số 45 em chưa từng được tham gia bài học STEM nào trước đó.

Thứ hai, sự chuyển biến năng lực giải quyết vấn đề thể hiện rõ rệt qua 16 chỉ số hành vi. Ở giai đoạn đầu, hơn 65% học sinh chỉ đạt mức 1 (nhận biết và mô tả đơn giản). Sau khi hoàn thành bài học, tỷ lệ học sinh đạt mức 2 và mức 3 ở chỉ số đề xuất giải pháp và lập kế hoạch thực hiện đã tăng vọt lên 78,5%.

Thứ ba, hiệu quả hoạt động nhóm được minh chứng qua điểm số đánh giá sản phẩm. Điểm trung bình của 4 nhóm học sinh do giáo viên chấm theo Rubric đều đạt mức giỏi, dao động từ 8,25 đến 9,15 điểm trên thang điểm 10. Cả 4 nhóm đều chế tạo thành công mô hình Hệ Mặt Trời với kích thước và khoảng cách tương đối chính xác.

Thứ tư, mức độ hứng thú học tập của học sinh đạt 95,6%, trong đó 88,9% học sinh mong muốn tiếp tục được học các bài học Khoa học tự nhiên theo định hướng STEM trong các chương học tiếp theo.

Thảo luận kết quả

Sự tiến bộ vượt bậc của học sinh xuất phát từ việc quy trình 5 hoạt động bài học đã đặt các em vào vị trí của những nhà nghiên cứu thiên văn và kỹ sư chế tạo. Thay vì tiếp thu thụ động vị trí của 8 hành tinh qua sách giáo khoa, học sinh phải tự tính toán tỷ lệ xích, lựa chọn vật liệu xốp, đất nặn, bìa carton và giải thích nguyên lý phản xạ ánh sáng của các hành tinh.

Khi so sánh với nghiên cứu năm 2019 của nhóm tác giả nghiên cứu về chủ đề "Trái Đất và bầu trời" và nghiên cứu năm 2020 về mô hình dạy học STEM cấp trung học phổ thông, luận văn này mang tính đột phá khi giải quyết triệt để rào cản thời lượng. Nghiên cứu chứng minh rằng bài học STEM hoàn toàn có thể triển khai trọn vẹn trong 3 tiết chính khóa mà không làm quá tải chương trình 10 tiết của chương.

Dữ liệu nghiên cứu được trực quan hóa sinh động thông qua hệ thống biểu đồ cột thể hiện phổ điểm trung bình của 4 nhóm học sinh và biểu đồ phân bố 3 mức độ năng lực của toàn bộ 45 học sinh. Biểu đồ chỉ ra rằng các chỉ số thuộc thành tố "Lập kế hoạch và thực hiện giải pháp" có độ dốc tăng trưởng mạnh nhất, phản ánh rõ tác động tích cực của hoạt động thiết kế và chế tạo mô hình thực tế.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm nhân rộng mô hình dạy học STEM phát triển năng lực giải quyết vấn đề, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp cụ thể:

1. Phê duyệt kế hoạch giáo dục linh hoạt: Ban giám hiệu nhà trường cần chủ động giao quyền tự chủ cho tổ bộ môn, phân bổ từ 10% đến 15% thời lượng môn Khoa học tự nhiên lớp 6 cho các chủ đề STEM bài học, triển khai đồng bộ từ học kỳ 1 năm học 2023-2024.
2. Xây dựng ngân hàng bài dạy STEM chuẩn hóa: Tổ chuyên môn Khoa học tự nhiên biên soạn tối thiểu 2 chủ đề STEM bài học cho mỗi học kỳ, hoàn thành trong khung thời gian 3 tháng trước khi bắt đầu năm học mới. Kế hoạch bài dạy cần tích hợp rõ ràng 5 hoạt động học tập theo hướng dẫn của Bộ Giáo dục và Đào tạo.
3. Đổi mới công cụ kiểm tra đánh giá thường xuyên: Giáo viên bộ môn áp dụng bộ tiêu chí Rubric 4 thành tố và 16 chỉ số hành vi để thay thế một phần các bài kiểm tra viết truyền thống, hướng tới đánh giá 100% học sinh thông qua sản phẩm học tập và hồ sơ thiết kế.
4. Đầu tư kinh phí và không gian thực hành: Phòng Giáo dục và Đào tạo phối hợp với các trường trung học cơ sở cấp ngân sách khoảng 15 đến 20 triệu đồng mỗi năm cho việc trang bị dụng cụ gia công đơn giản, vật tư tái chế và tổ chức ngày hội STEM định kỳ vào tháng 3 hàng năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung luận văn mang giá trị ứng dụng thực tiễn cao cho 4 nhóm đối tượng:

1. Giáo viên môn Khoa học tự nhiên cấp trung học cơ sở: Trực tiếp sử dụng toàn bộ kế hoạch bài dạy 3 tiết "Chế tạo mô hình Hệ Mặt Trời", phiếu học tập và bảng tiêu chí Rubric đánh giá để giảng dạy ngay trên lớp mà không cần chỉnh sửa nhiều.
2. Cán bộ quản lý và tổ trưởng chuyên môn: Ứng dụng quy trình 6 bước thiết kế chủ đề STEM làm tài liệu sinh hoạt chuyên môn, tập huấn đổi mới phương pháp giảng dạy theo Công văn 3089/BGDĐT-GDTrH.
3. Học viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Lý luận và Phương pháp dạy học: Sử dụng khung lý thuyết 4 thành tố năng lực giải quyết vấn đề, hệ thống 16 chỉ số hành vi và phương pháp thống kê thực nghiệm làm tài liệu tham khảo cho các công trình nghiên cứu học thuật.
4. Sinh viên ngành Sư phạm Vật lý và Sư phạm Khoa học tự nhiên: Làm tài liệu học tập trong học phần Phương pháp dạy học, rèn luyện kỹ năng soạn giáo án tích hợp và chuẩn bị cho các kỳ thực tập sư phạm tại trường phổ thông.

Câu hỏi thường gặp

1. Bài học STEM "Chế tạo mô hình Hệ Mặt Trời" chiếm thời lượng bao nhiêu tiết trong chương trình?
   Bài học được thiết kế trọn vẹn trong 3 tiết học trên lớp (tương đương 135 phút), chiếm 30% tổng thời lượng 10 tiết của toàn bộ chương "Trái Đất và bầu trời" trong môn Khoa học tự nhiên 6, đảm bảo đúng chuẩn phân phối chương trình của Bộ Giáo dục và Đào tạo.

2. Khung đánh giá năng lực giải quyết vấn đề trong luận văn gồm những thành tố nào?
   Khung đánh giá gồm 4 thành tố chính: Tìm hiểu vấn đề, Đề xuất giải pháp, Thực hiện giải pháp và Đánh giá việc giải quyết vấn đề. Bốn thành tố này được cụ thể hóa thành 16 chỉ số hành vi đo lường qua 3 mức độ biểu hiện rõ ràng.

3. Làm thế nào để giáo viên đánh giá chính xác từng học sinh khi các em làm việc nhóm từ 8 đến 10 người?
   Giáo viên kết hợp đồng thời 3 công cụ: bảng Rubric quan sát hành vi của giáo viên, phiếu tự đánh giá mức độ đóng góp của từng cá nhân và phiếu đánh giá chéo giữa các thành viên trong nhóm, giúp phản ánh khách quan năng lực của từng học sinh.

4. Các trường trung học cơ sở ở vùng nông thôn, thiếu kinh phí có triển khai được bài học STEM này không?
   Mô hình hoàn toàn khả thi ở mọi vùng miền vì vật liệu chế tạo mô hình Hệ Mặt Trời chủ yếu là vật liệu tái chế, xốp vụn, bìa cứng, que tre và đất nặn giá rẻ với tổng chi phí cho mỗi nhóm 10 học sinh chỉ khoảng 30.000 đến 50.000 đồng.

5. STEM bài học trong luận văn khác biệt như thế nào so với hoạt động trải nghiệm STEM ngoại khóa?
   STEM bài học diễn ra trong giờ học chính khóa, bám sát kiến thức chuẩn đầu ra của sách giáo khoa và đánh giá trực tiếp vào điểm số thường xuyên của học sinh, trong khi trải nghiệm STEM thường tổ chức ngoài giờ học theo sở thích dưới dạng câu lạc bộ.

Kết luận

• Luận văn đã hệ thống hóa cơ sở lý luận về giáo dục STEM và xác lập cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề gồm 4 thành tố, 16 chỉ số hành vi.
• Thiết kế thành công kế hoạch bài dạy STEM 3 tiết "Chế tạo mô hình Hệ Mặt Trời" theo quy trình 5 hoạt động chuẩn mực của Bộ Giáo dục và Đào tạo.
• Xây dựng hoàn chỉnh bộ công cụ đánh giá Rubric định lượng, giúp lượng hóa chính xác sự phát triển năng lực của 45 học sinh lớp 6.
• Kết quả thực nghiệm sư phạm khẳng định tính khả thi cao, giúp trên 75% học sinh đạt mức năng lực giải quyết vấn đề thành thạo và nâng cao hứng thú học tập môn Khoa học tự nhiên.
• Đóng góp giải pháp sư phạm thực tiễn, tháo gỡ điểm nghẽn về phương pháp dạy học STEM nội khóa cho giáo viên trung học cơ sở trong giai đoạn triển khai Chương trình 2018.

Trong giai đoạn tiếp theo của năm học 2023-2024, các nhà trường và giáo viên bộ môn nên áp dụng ngay quy trình bài dạy này vào thực tế giảng dạy, đồng thời tiếp tục mở rộng thiết kế các chủ đề STEM cho các chương học khác trong môn Khoa học tự nhiên. Hãy tải về toàn văn tài liệu và áp dụng bộ công cụ đánh giá Rubric để nâng cao chất lượng dạy học STEM ngay hôm nay!

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM NHẰM BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC GQVD Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC CƠ SỞ 1. Khái niệm về giáo dục STEM STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học), thường được sử dụng khi bàn đến các chính sách phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học của mỗi quốc gia. Sự phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học được mô tả bởi chu trình STEM (Hình 1.1), trong đó Science là quy trình khám phá ra kiến thức khoa học; Engineering là quy trình sử dụng kiến thức khoa học để thiết kế công nghệ mới nhằm giải quyết các VĐ; Toán là công cụ được sử dụng để thu nhận kết quả và chia sẻ kết quả đó với những người khác. “Science” trong chu trình STEM được mô tả bởi một mũi tên từ “Technology” sang “Knowledge” thể hiện quy trình sáng tạo khoa học.

Đứng trước thực tiễn với "Công nghệ" hiện tại, các nhà khoa học, với NL tư duy phản biện, luôn đặt ra những câu hỏi/VĐ cần tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện công nghệ, đó là các câu hỏi/VĐ khoa học.1 Chu trình Stem 8 Trả lời các câu hỏi khoa học hoặc giải quyết các VĐ khoa học sẽ phát minh ra các "Kiến thức" khoa học. Ngược lại, “Engineering” trong chu trình STEM được mô tả bởi một mũi tên từ “Knowledge” sang “Technology” thể hiện quy trình kĩ thuật. Các kĩ sư sử dụng "Kiến thức" khoa học để thiết kế, sáng tạo ra công nghệ mới. Như vậy, trong chu trình STEM, "Science" được hiểu không chỉ là "Kiến thức" thuộc các môn khoa học (như Vật lí, Hoá học, Sinh học) mà bao hàm "Quy trình khoa học" để khám phá ra kiến thức khoa học mới.

Tương tự như vậy, "Engineering" trong chu trình STEM không chỉ là "Kiến thức" thuộc lĩnh vực "Kĩ thuật" mà bao hàm "Quy trình kĩ thuật" để sáng tạo ra "Công nghệ" mới. Hai quy trình nói trên tiếp nối nhau, khép kín thành chu trình sáng tạo khoa học – kĩ thuật theo mô hình "xoáy ốc" mà cứ sau mỗi chu trình thì lượng kiến thức khoa học tăng lên và cùng với nó là công nghệ phát triển ở trình độ cao hơn. Phỏng theo chu trình STEM, GD STEM đặt HS trước những VĐ thực tiễn ("công nghệ" hiện tại) cần giải quyết, đòi hỏi HS phải tìm tòi, chiếm lĩnh kiến thức khoa học và vận dụng kiến thức để thiết kế và thực hiện giải pháp GQVĐ ("công nghệ" mới). Như vậy, mỗi bài học STEM sẽ đề cập và giao cho HS giải quyết một VĐ tương đối trọn vẹn, đòi hỏi HS phải huy động kiến thức đã có và tìm tòi, chiếm lĩnh kiến thức mới để sử dụng.

Quá trình đó đòi hỏi HS phải thực hiện theo "Quy trình khoa học" (để chiếm lĩnh kiến thức mới) và "Quy trình kĩ thuật" để sử dụng kiến thức đó vào việc thiết kế và thực hiện giải pháp ("công nghệ" mới) để GQVĐ. Đây chính là sự tiếp cận liên môn trong GD STEM, dù cho kiến thức mới mà HS cần phải học để sử dụng trong một bài học STEM cụ thể có thể chỉ thuộc một môn học. [1] Trong tài liệu này, GD STEM được sử dụng theo mô tả trong Chương trình GD phổ thông năm 2018 như sau: GD STEM là mô hình GD dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp HS áp dụng các kiến thức khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học vào giải quyết một số VĐ thực tiễn trong bối cảnh cụ thể. Các hình thức dạy học STEM 1.

Dạy học các môn khoa học theo bài học STEM - Đây là hình thức tổ chức GD STEM chủ yếu trong nhà trường trung học. GV thiết kế các bài học STEM để triển khai trong quá trình DH các môn học thuộc chương trình GD phổ thông theo hướng tiếp cận tích hợp nội môn hoặc tích hợp liên môn. - Nội dung bài học STEM bám sát nội dung chương trình của các môn học nhằm thực hiện chương trình GD phổ thông theo thời lượng quy định của môn học trong chương trình. - HS thực hiện bài học STEM được chủ động nghiên cứu sách giáo khoa, tài liệu học tập để tiếp nhận và vận dụng kiến thức thông qua các hoạt động: lựa chọn giải pháp GQVĐ; thực hành thiết kế, chế tạo, thử nghiệm mẫu thiết kế; chia sẻ, thảo luận, hoàn thiện hoặc điều chỉnh mẫu thiết kế dưới sự hướng dẫn của GV.

Tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM - Hoạt động trải nghiệm STEM được tổ chức thông qua các hình thức câu lạc bộ hoặc các hoạt động trải nghiệm thực tế; được tổ chức thực hiện theo sở thích, năng khiếu và lựa chọn của HS một cách tự nguyện. Nhà trường có thể tổ chức các hoạt tổ chức các không gian trải nghiệm STEM trong nhà trường; giới thiệu thư viện học liệu số, TN ảo, mô phỏng, phần mềm học tập để HS tìm hiểu, khám phá các TN, ứng dụng khoa học, kĩ thuật trong thực tiễn đời sống. - Hoạt động trải nghiệm STEM được tổ chức theo kế hoạch GD hằng năm của nhà trường; nội dung mỗi buổi trải nghiệm được thiết kế thành bài học cụ thể, mô tả rõ ràng mục đích, yêu cầu, tiến trình trải nghiệm và dự kiến kết quả. Ưu tiên những hoạt động liên quan, hoạt động tiếp nối ở mức vận dụng (thiết kế, thử nghiệm, thảo luận và chỉnh sửa) của các hoạt động trong bài học STEM theo kế hoạch DH của nhà trường.

- Tăng cường sự hợp tác giữa trường trung học với các cơ sở GD đại học, cơ sở nghiên cứu, cơ sở GD nghề nghiệp, doanh nghiệp, hộ kinh doanh, các thành phần kinh tế - xã hội khác và gia đình để tổ chức có hiệu quả các hoạt động trải nghiệm STEM phù hợp với các quy định hiện hành. Tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học kỹ thuật - Hoạt động này dành cho những HS có NL, sở thích và hứng thú với các hoạt động tìm tòi, khám phá khoa học, kĩ thuật giải quyết các VĐ thực tiễn; thông qua quá trình tổ chức DH các bài học STEM về hoạt động trải nghiệm phát hiện các HS có năng khiếu để bồi dưỡng, tạo điều kiện thuận lợi HS tham gia nghiên cứu khoa học, kĩ thuật. - Hoạt động nghiên cứu khoa học, kĩ thuật được thực hiện dưới dạng một đề tài/ dự án nghiên cứu bởi một cá nhân hoặc một nhóm hai thành viên, dưới sự hướng dẫn của GV hoặc nhà khoa học có chuyên môn phù hợp. - Dựa trên tình hình thực tiễn, có thể định kỳ tổ chức ngày hội STEM hoặc cuộc thi đua khoa học, kĩ thuật tại đơn vị để đánh giá, biểu dương nỗ lực của GV và HS trong việc tổ chức dạy và học, đồng thời lựa chọn các đề tài/ dự án nghiên cứu gửi tham gia Cuộc thi khoa học, kĩ thuật cấp trên.

Quy trình thiết kế chủ đề STEM Hình 1.2 Quy trình thiết kế chủ dề STEM Bước 1: Lựa chọn chủ đề STEM - Để xác định chủ đề STEM, GV có thể lựa chọn một trong hai cách sau: Cách 1: Xây dựng mạch nội dung chủ đề trong chương trình (cơ sở khoa học) 11 Lựa chọn chủ đề STEM để vận dụng kiến thức vào GQVĐ thực tiễn. - Để chọn chủ đê STEM theo cách này, GV cần phải: + Xác định mục tiêu của phần/ chương trong môn KHTN. + Xác định các mạch nội dung có thể gắn với các sản phẩm ứng dụng thực tiễn. + Phân tích các sản phẩm ứng dụng và xác định kiến thức các môn thuộc lĩnh vựcSTEM để GQVĐ.

+ Đặt tên cho chủ đề STEM. Cách 2: Xuất phát từ vấn đề thực tiễn Lựa chọn chủ đề STEM để xácđịnh kiến thức làm cơ sở khoa học trong chương trình để GQVĐ thực tiễn. - Để lựa chọn chủ đề GD STEM theo cách này, GV cần phải: + Xác định vấn đề thực tiễn gắn liền với môn KHTN. Đây là tình huống có vấn đề, có thể là các ứng dụng trong cuộc sống, con người cần giải quyết một công việc nào đó, thôi thúc HS tìm hiểu và thực hiện để đáp ứng nhu cầu.

+ Xác định nội dung môn KHTN liên quan vấn đề thực tiễn. + Xác định kiến thức các môn thuộc lĩnh vực STEM để GQVĐ. + Đặt tên cho chủ đề GD STEM. Bước 2: Xác định mục tiêu của chủ đề GD STEM - Mục tiêu: Xác định được các mục tiêu kiến thức, kĩ năng, thái độ và NL mà HS cần hướng tới sau khi thực hiện chủ đề GD STEM.

- Cách tiến hành: Về kiến thức: Trình bày về nội dung kiến thức HS học được thông qua chủ đề. + Xác định mức độ nhận thức của HS theo thang nhận thức Bloom cải tiến: Biết, hiểu, vận dụng, phân tích, đánh giá, sáng tạo. + Sử dụng các động từ hành động để viết mục tiêu sao cho các mục tiêu có thể lượng hóa và đánh giá được. Về kĩ năng: Trình bày những kĩ năng của HS được hình thành thông qua thực hiện các hoạt động học tập trong chủ đe GD STEM.

Mục tiêu kĩ năng xác định gồm nhóm kĩ năng tư duy, nhóm kĩ năng học tập và nhóm kĩ năng khoa học. Về thái độ: Trình bày về những tác động của việc thực hiện các hoạt động học đối với nhận thức, giá trị sống và định hướng hành vi của HS. Cần xác định rõ ý thức người học với con người, thiên nhiên, môi trường, ý thức trong học tập và tư duy khoa học. 12 Các NL chính cần hướng tới: các NL mà HS trong quá trình khám phá tri thức và vận dụng vào giải quyết các vấn đe thực tiễn, tạo ra các sản phẩm có giá trị thực tế.

Các NL hướng tới thường là NL GQVĐ, NL sáng tạo, NL hợp tác. Bước 3: Xác định các vấn đề cần giải quyết trong chủ đề GD STEM Mục tiêu: Xây dựng được bộ câu hỏi định hướng phục vụ cho tổ chức hoạt động STEM. - Cách tiến hành: + Xác định các vấn đề cần giải quyết trong chủ đề GD STEM. + Xây dựng các nội dung cụ thể cần sử dụng để GQVĐ.

+ Tương ứng với mỗi vấn đề trên đặt ra các câu hỏi định hướng có liên quan. Bước 4: Xác định các nội dung cụ thể cần sử dụng để GQVĐ trong chủ đề STEM - Mục tiêu: Xây dựng các nội dung cụ thể trong từng môn học liên quan đến từng vấn đề. - Cách tiến hành: Tìm hiểu xem trong môn Vật lí, Toán học, Hóa học, Công nghệ, Sinh học… có những nội dung nào liên quan đến chủ đề. Bước 5: Thiết kế hoạt động học tập - Mục tiêu: Xác định tiến trình hoạt động trong DH của chủ đe GD STEM.