Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh đổi mới giáo dục toàn cầu, giáo dục STEM (Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học) đã trở thành xu hướng quan trọng nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho học sinh. Tại Việt Nam, đặc biệt ở các trường trung học phổ thông dân tộc nội trú (DTNT) vùng cao, việc áp dụng định hướng giáo dục STEM trong dạy học môn Vật lí còn nhiều thách thức do đặc điểm tâm lý, xã hội và điều kiện cơ sở vật chất. Chủ đề “Công, năng lượng, công suất” trong chương trình Vật lí lớp 10 là nội dung trọng tâm, gắn liền với thực tiễn đời sống và có tiềm năng phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh.

Mục tiêu nghiên cứu là tổ chức dạy học chủ đề này theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh dân tộc nội trú tại trường phổ thông vùng cao Việt Bắc. Nghiên cứu được thực hiện trong năm học 2019-2020, tập trung vào học sinh lớp 10 trường PTDTNT Vùng Cao Việt Bắc. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc nâng cao chất lượng dạy học Vật lí, phát triển năng lực khoa học tự nhiên và kỹ năng thực hành cho học sinh DTNT, góp phần thu hẹp khoảng cách giáo dục vùng miền và phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao cho vùng dân tộc.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Giáo dục STEM: Là phương pháp dạy học tích hợp liên ngành, kết hợp kiến thức và kỹ năng từ khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học, nhằm phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào giải quyết các vấn đề thực tiễn. Giáo dục STEM không chỉ trang bị kiến thức mà còn phát triển phẩm chất, năng lực tự chủ, sáng tạo và hợp tác cho học sinh.

  • Năng lực giải quyết vấn đề (NLGQVĐ): Được hiểu là khả năng huy động kiến thức, kỹ năng, thái độ và các thuộc tính cá nhân để thực hiện hiệu quả các nhiệm vụ trong học tập và cuộc sống. NLGQVĐ gồm các cấp độ: phát hiện vấn đề, phân tích, đề xuất giải pháp, thực hiện và đánh giá giải pháp, phát triển ý tưởng mới.

  • Lý thuyết dạy học tích cực và phát triển năng lực: Nhấn mạnh vai trò chủ thể của học sinh trong quá trình học tập, khuyến khích trải nghiệm, phân tích, luyện tập và vận dụng kiến thức vào thực tiễn.

Các khái niệm chính bao gồm: công cơ học, năng lượng (động năng, thế năng, cơ năng), công suất, hiệu suất, năng lực khoa học tự nhiên, năng lực giao tiếp và hợp tác, năng lực tự chủ và tự học.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập từ khảo sát thực tế tại trường PTDTNT Vùng Cao Việt Bắc, gồm 45 giáo viên và 200 học sinh lớp 10; tài liệu chương trình giáo dục phổ thông môn Vật lí 2018; các tài liệu tham khảo về giáo dục STEM và năng lực giải quyết vấn đề.

  • Phương pháp phân tích: Kết hợp phương pháp nghiên cứu lý luận, điều tra thực tế (phỏng vấn, phiếu điều tra), thực nghiệm sư phạm và thống kê toán học để đánh giá hiệu quả tổ chức dạy học theo định hướng STEM.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm học 2019-2020, bao gồm giai đoạn khảo sát thực trạng, xây dựng tiến trình dạy học, tổ chức thực nghiệm sư phạm và đánh giá kết quả.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Lựa chọn ngẫu nhiên 4 lớp học sinh lớp 10 và toàn bộ giáo viên bộ môn Vật lí, Toán, Tin học tại trường PTDTNT Vùng Cao Việt Bắc nhằm đảm bảo tính đại diện và phù hợp với mục tiêu nghiên cứu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Thực trạng áp dụng giáo dục STEM còn hạn chế: 100% giáo viên chưa từng tổ chức dạy học theo định hướng STEM; 61% học sinh thường xuyên tham gia hoạt động nhóm, nhưng 77% chưa được chuẩn bị thí nghiệm bổ trợ; 77% học sinh chưa từng học bài học tích hợp liên môn. Phương pháp dạy học chủ yếu là truyền thống (77,8%), không có giáo viên sử dụng dạy học theo dự án hay STEM.

  2. Khó khăn trong triển khai dạy học STEM: 88,9% giáo viên cho rằng phương thức đánh giá thi cử chưa phù hợp; 66,7% gặp khó khăn trong thiết kế chủ đề STEM; 44,4% gặp khó khăn về kinh tế và năng lực giáo viên; 66,7% học sinh có năng lực hạn chế ảnh hưởng đến việc áp dụng STEM.

  3. Lợi thế của trường DTNT trong tổ chức dạy học STEM: Môi trường nội trú tạo điều kiện thuận lợi cho hoạt động nhóm và giao tiếp giữa giáo viên - học sinh; đội ngũ giáo viên có trình độ thạc sĩ chiếm 83,3%; cơ sở vật chất tương đối đầy đủ với phòng thí nghiệm và thư viện phục vụ 3 buổi/ngày.

  4. Hiệu quả thực nghiệm sư phạm: Qua tổ chức dạy học chủ đề “Công, năng lượng, công suất” theo định hướng STEM, học sinh phát triển năng lực giải quyết vấn đề rõ rệt, thể hiện qua việc tham gia tích cực trong các hoạt động trải nghiệm, phân tích, luyện tập và vận dụng kiến thức. Kết quả kiểm tra kiến thức và kỹ năng tăng trung bình khoảng 20% so với trước thực nghiệm.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy việc tổ chức dạy học theo định hướng STEM tại trường PTDTNT vùng cao có nhiều tiềm năng nhưng cũng gặp không ít thách thức. Khó khăn chủ yếu đến từ nhận thức và năng lực của giáo viên, phương thức đánh giá chưa phù hợp, cũng như đặc điểm tâm lý và điều kiện kinh tế của học sinh dân tộc nội trú. Tuy nhiên, môi trường nội trú và đội ngũ giáo viên có trình độ cao là lợi thế quan trọng để triển khai phương pháp này.

So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả phù hợp với xu hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề qua giáo dục STEM, đồng thời nhấn mạnh sự cần thiết của việc đào tạo giáo viên và đổi mới phương pháp đánh giá. Việc xây dựng tiến trình dạy học chi tiết, kết hợp các hoạt động trải nghiệm, thí nghiệm và dự án thực tế giúp học sinh hiểu sâu kiến thức và phát triển kỹ năng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ mức độ tham gia hoạt động nhóm của học sinh, bảng phân tích khó khăn của giáo viên và học sinh, cũng như biểu đồ so sánh điểm kiểm tra trước và sau thực nghiệm để minh họa hiệu quả của phương pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tổ chức tập huấn chuyên sâu cho giáo viên về dạy học STEM

    • Mục tiêu: Nâng cao năng lực thiết kế và tổ chức dạy học theo định hướng STEM.
    • Thời gian: Triển khai trong 6 tháng đầu năm học.
    • Chủ thể thực hiện: Sở Giáo dục và Đào tạo phối hợp với các trường đại học sư phạm.

  2. Xây dựng và áp dụng phương thức đánh giá năng lực phù hợp với giáo dục STEM

    • Mục tiêu: Thay đổi phương thức thi cử, đánh giá theo năng lực giải quyết vấn đề và sản phẩm học tập.
    • Thời gian: Thí điểm trong năm học tiếp theo, mở rộng sau đánh giá hiệu quả.
    • Chủ thể thực hiện: Ban giám hiệu trường, tổ chuyên môn, phối hợp với Sở GD-ĐT.

  3. Đầu tư cơ sở vật chất và trang thiết bị dạy học hiện đại

    • Mục tiêu: Trang bị phòng học bộ môn, thiết bị thí nghiệm và công nghệ hỗ trợ dạy học STEM.
    • Thời gian: Kế hoạch đầu tư trong 1-2 năm.
    • Chủ thể thực hiện: Nhà trường, chính quyền địa phương và các nguồn xã hội hóa.

  4. Xây dựng tiến trình dạy học chủ đề “Công, năng lượng, công suất” theo định hướng STEM

    • Mục tiêu: Áp dụng tiến trình dạy học đã xây dựng để phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh.
    • Thời gian: Áp dụng ngay trong năm học tiếp theo.
    • Chủ thể thực hiện: Giáo viên bộ môn Vật lí, tổ chuyên môn.

  5. Tăng cường hoạt động trải nghiệm, dự án và thí nghiệm thực tế cho học sinh

    • Mục tiêu: Phát huy tính tích cực, sáng tạo và kỹ năng thực hành của học sinh.
    • Thời gian: Liên tục trong các tiết học và hoạt động ngoại khóa.
    • Chủ thể thực hiện: Giáo viên, học sinh và phụ huynh phối hợp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Giáo viên Vật lí các trường phổ thông dân tộc nội trú

    • Lợi ích: Nắm bắt phương pháp dạy học STEM, xây dựng tiến trình dạy học phù hợp với đặc điểm học sinh DTNT, nâng cao hiệu quả giảng dạy.

  2. Cán bộ quản lý giáo dục và tổ chuyên môn

    • Lợi ích: Hiểu rõ thực trạng, khó khăn và giải pháp đổi mới phương pháp dạy học STEM, từ đó xây dựng kế hoạch đào tạo và hỗ trợ giáo viên.

  3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Giáo dục Vật lí, Giáo dục STEM

    • Lợi ích: Tham khảo cơ sở lý luận, phương pháp nghiên cứu và kết quả thực nghiệm sư phạm trong môi trường đặc thù, phục vụ cho các đề tài nghiên cứu tiếp theo.

  4. Các tổ chức, đơn vị phát triển giáo dục vùng dân tộc và miền núi

    • Lợi ích: Có cơ sở khoa học để triển khai các chương trình hỗ trợ đổi mới phương pháp dạy học, nâng cao chất lượng giáo dục vùng DTNT.

Câu hỏi thường gặp

  1. Giáo dục STEM là gì và tại sao lại quan trọng trong dạy học Vật lí?
    Giáo dục STEM là phương pháp tích hợp liên ngành nhằm phát triển năng lực vận dụng kiến thức khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học vào giải quyết vấn đề thực tiễn. Trong dạy học Vật lí, STEM giúp học sinh hiểu sâu kiến thức, phát triển kỹ năng thực hành và tư duy sáng tạo, phù hợp với yêu cầu đổi mới giáo dục hiện nay.

  2. Năng lực giải quyết vấn đề được phát triển như thế nào qua dạy học STEM?
    Qua các hoạt động trải nghiệm, phân tích, đề xuất giải pháp và vận dụng kiến thức vào thực tế, học sinh được rèn luyện khả năng nhận diện vấn đề, tư duy phản biện, sáng tạo và làm việc nhóm, từ đó nâng cao năng lực giải quyết vấn đề hiệu quả.

  3. Khó khăn lớn nhất khi áp dụng dạy học STEM ở trường DTNT là gì?
    Khó khăn chủ yếu gồm năng lực và nhận thức của giáo viên còn hạn chế, phương thức đánh giá chưa phù hợp, điều kiện kinh tế khó khăn ảnh hưởng đến học sinh, cùng với đặc điểm tâm lý và văn hóa vùng miền làm giảm sự chủ động trong học tập.

  4. Làm thế nào để khắc phục khó khăn trong việc tổ chức dạy học STEM?
    Cần tổ chức tập huấn nâng cao năng lực giáo viên, đổi mới phương pháp đánh giá, đầu tư cơ sở vật chất, xây dựng tiến trình dạy học phù hợp với đặc điểm học sinh, đồng thời tăng cường hoạt động trải nghiệm và dự án thực tế.

  5. Tiến trình dạy học chủ đề “Công, năng lượng, công suất” theo định hướng STEM được xây dựng như thế nào?
    Tiến trình gồm các bước: trải nghiệm (khám phá kiến thức qua thực tế), phân tích (hình thành kiến thức mới), luyện tập (củng cố kỹ năng) và vận dụng (giải quyết vấn đề thực tiễn). Mỗi bước được thiết kế với các hoạt động nhóm, thí nghiệm và dự án nhỏ nhằm phát triển toàn diện năng lực học sinh.

Kết luận

  • Luận văn đã làm rõ cơ sở lý luận và thực tiễn của việc tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh dân tộc nội trú.
  • Thực trạng dạy học STEM tại trường PTDTNT Vùng Cao Việt Bắc còn nhiều hạn chế, nhưng có lợi thế về môi trường nội trú và đội ngũ giáo viên trình độ cao.
  • Tiến trình dạy học chủ đề “Công, năng lượng, công suất” được xây dựng chi tiết, phù hợp với đặc điểm tâm lý và năng lực học sinh DTNT.
  • Thực nghiệm sư phạm cho thấy phương pháp dạy học STEM giúp học sinh phát triển năng lực giải quyết vấn đề và nâng cao kết quả học tập.
  • Đề xuất các giải pháp cụ thể về đào tạo giáo viên, đổi mới đánh giá, đầu tư cơ sở vật chất và tổ chức hoạt động học tập nhằm nâng cao hiệu quả dạy học STEM trong trường DTNT.

Next steps: Triển khai tập huấn giáo viên, áp dụng tiến trình dạy học đã xây dựng, đồng thời đánh giá hiệu quả mở rộng trong các năm học tiếp theo.

Call to action: Các nhà quản lý giáo dục, giáo viên và nhà nghiên cứu được khuyến khích áp dụng và phát triển phương pháp dạy học STEM để nâng cao chất lượng giáo dục vùng dân tộc nội trú, góp phần phát triển nguồn nhân lực bền vững cho đất nước.