Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 và sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ, giáo dục phổ thông Việt Nam đã có những đổi mới căn bản nhằm phát triển năng lực học sinh, đặc biệt là năng lực giải quyết vấn đề (NLGQVĐ). Theo chương trình giáo dục phổ thông 2018, việc đổi mới phương pháp dạy học nhằm phát triển phẩm chất và năng lực người học là yêu cầu cấp thiết. Trong đó, giáo dục STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) được xem là phương pháp tích hợp liên môn, giúp học sinh vận dụng kiến thức vào thực tiễn, phát triển kỹ năng tư duy sáng tạo và giải quyết vấn đề.

Luận văn tập trung nghiên cứu tổ chức dạy học nội dung “Các lực cơ học” trong chương trình Vật lí lớp 10 theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh. Nghiên cứu được thực hiện tại Trường THPT An Phước, tỉnh Ninh Thuận, trong khoảng thời gian từ tháng 9/2022 đến tháng 2/2023, với đối tượng là học sinh lớp 10T2 và 10T5. Mục tiêu cụ thể là xây dựng các chủ đề STEM liên quan đến các lực cơ học, thiết kế tiến trình dạy học, xây dựng công cụ đánh giá năng lực và thực nghiệm sư phạm để đánh giá hiệu quả.

Việc tổ chức dạy học theo định hướng STEM không chỉ giúp học sinh hiểu sâu sắc kiến thức vật lí mà còn phát triển các kỹ năng thực hành, làm việc nhóm, tư duy phản biện và sáng tạo. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao chất lượng dạy học Vật lí phổ thông, đáp ứng yêu cầu đổi mới giáo dục trong thời đại công nghiệp 4.0, đồng thời tạo tiền đề mở rộng áp dụng cho các khối lớp 11, 12 trong tương lai.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh. Theo OECD (2002), năng lực là khả năng cá nhân đáp ứng các yêu cầu phức hợp trong bối cảnh cụ thể. Năng lực giải quyết vấn đề được định nghĩa là khả năng suy nghĩ và hành động trong các tình huống không có quy trình giải quyết sẵn có, bao gồm việc phân tích, đề xuất và lựa chọn giải pháp tối ưu.

Cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề được xây dựng gồm 5 thành tố chính: (1) Tìm hiểu tình huống có vấn đề, (2) Tổng hợp và xử lý thông tin, (3) Đề xuất và lựa chọn giải pháp, (4) Thực hiện và giám sát giải pháp, (5) Đánh giá kết quả và vận dụng. Mỗi thành tố bao gồm các chỉ số hành vi cụ thể để đánh giá mức độ phát triển năng lực của học sinh.

Giáo dục STEM được hiểu là phương pháp dạy học tích hợp liên môn, dựa trên các ứng dụng thực tiễn, giúp học sinh phát triển kiến thức và kỹ năng trong các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học. Đặc trưng của giáo dục STEM bao gồm: gắn với vấn đề thực tiễn, theo quy trình thiết kế kỹ thuật, hoạt động khám phá có kết thúc mở, làm việc nhóm, tích hợp nội dung toán học và khoa học, chấp nhận nhiều đáp án đúng và phát triển phẩm chất, năng lực học sinh.

Phương pháp nghiên cứu

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

  • Nguồn dữ liệu:

    • Tài liệu chính thức của Bộ Giáo dục và Đào tạo về chương trình giáo dục phổ thông 2018.
    • Sách giáo khoa Vật lí 10 nhóm tác giả Cánh Diều.
    • Phiếu khảo sát, bảng kiểm quan sát, hồ sơ học tập của học sinh.
    • Phỏng vấn và khảo sát ý kiến giáo viên Vật lí tại các trường THPT tỉnh Ninh Thuận.

  • Phương pháp phân tích:

    • Phân tích nội dung kiến thức “Các lực cơ học” theo định hướng STEM.
    • Thiết kế các chủ đề STEM liên quan đến kiến thức vật lí, xây dựng tiến trình dạy học và công cụ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề.
    • Thực nghiệm sư phạm với 2 chủ đề: “Chế tạo nhà nổi” và “Chế tạo dù bảo vệ tên lửa nước” trên học sinh lớp 10T2 và 10T5.
    • Sử dụng thống kê mô tả và phân tích định lượng để đánh giá sự phát triển năng lực của học sinh qua các chỉ số hành vi.

  • Timeline nghiên cứu:

    • Tháng 9/2022 – 11/2022: Nghiên cứu lý luận, phân tích nội dung và thiết kế chủ đề STEM.
    • Tháng 12/2022 – 1/2023: Thực nghiệm sư phạm, thu thập dữ liệu.
    • Tháng 2/2023: Phân tích dữ liệu, hoàn thiện luận văn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiểu biết và nhận thức của giáo viên về giáo dục STEM:
    Qua khảo sát 25 giáo viên Vật lí tại các trường THPT tỉnh Ninh Thuận, 72% giáo viên hiểu giáo dục STEM là mô hình tích hợp liên môn giúp học sinh áp dụng kiến thức vào giải quyết vấn đề thực tiễn. 64% giáo viên đánh giá khả năng tổ chức dạy học chủ đề “Các lực cơ học” theo định hướng STEM là khả thi. Tuy nhiên, 41% giáo viên cho rằng nội dung kiến thức còn trừu tượng, khó hiểu đối với học sinh.

  2. Hiệu quả tổ chức dạy học theo chủ đề STEM:
    Thực nghiệm sư phạm với 2 chủ đề “Chế tạo nhà nổi” và “Chế tạo dù bảo vệ tên lửa nước” cho thấy học sinh có sự phát triển rõ rệt về năng lực giải quyết vấn đề. Tỷ lệ học sinh đạt mức độ năng lực tốt trong các thành tố năng lực giải quyết vấn đề tăng từ khoảng 30% trước thực nghiệm lên trên 70% sau thực nghiệm. Các hoạt động thiết kế, chế tạo và thử nghiệm sản phẩm giúp học sinh vận dụng kiến thức vật lí, kỹ năng làm việc nhóm và tư duy sáng tạo hiệu quả.

  3. Phản hồi của học sinh và giáo viên:
    Học sinh thể hiện sự hứng thú, tích cực tham gia các hoạt động STEM, đồng thời phát triển kỹ năng giao tiếp, hợp tác và tự học. Giáo viên nhận định phương pháp dạy học STEM giúp tăng tính trực quan, sinh động và phát huy khả năng sáng tạo của học sinh. Tuy nhiên, khó khăn gặp phải là thiếu dụng cụ, vật liệu và công cụ đánh giá phù hợp.

  4. So sánh với các nghiên cứu khác:
    Kết quả nghiên cứu phù hợp với các báo cáo ngành và nghiên cứu gần đây về hiệu quả của giáo dục STEM trong phát triển năng lực giải quyết vấn đề. Việc tích hợp kiến thức liên môn và thực hành sáng tạo được xem là yếu tố then chốt giúp học sinh phát triển toàn diện.

Thảo luận kết quả

Việc tổ chức dạy học nội dung “Các lực cơ học” theo định hướng giáo dục STEM đã tạo điều kiện cho học sinh vận dụng kiến thức vật lí vào các tình huống thực tiễn như thiết kế nhà nổi chống lũ, dù bảo vệ tên lửa nước, qua đó phát triển năng lực giải quyết vấn đề một cách toàn diện. Dữ liệu thu thập được qua bảng kiểm quan sát, phiếu học tập và sản phẩm học sinh cho thấy sự tiến bộ rõ rệt về khả năng phân tích, đề xuất giải pháp, thực hiện và đánh giá kết quả.

Nguyên nhân của hiệu quả này là do phương pháp dạy học STEM khuyến khích học sinh tự tìm hiểu, trao đổi, thử nghiệm và điều chỉnh sản phẩm, giúp các em phát triển kỹ năng tư duy phản biện và sáng tạo. So với phương pháp truyền thống, STEM giúp giảm bớt tính trừu tượng của kiến thức vật lí, tăng tính trực quan và thực tiễn.

Tuy nhiên, khó khăn về cơ sở vật chất và công cụ đánh giá vẫn là thách thức cần được khắc phục để mở rộng áp dụng phương pháp này. Việc đào tạo giáo viên về STEM và xây dựng bộ công cụ đánh giá chuẩn cũng là yếu tố quan trọng để nâng cao hiệu quả dạy học.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện tỷ lệ học sinh đạt các mức độ năng lực giải quyết vấn đề trước và sau thực nghiệm, bảng tổng hợp phản hồi của giáo viên về thuận lợi và khó khăn khi triển khai dạy học STEM.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Đào tạo và bồi dưỡng giáo viên về phương pháp dạy học STEM:
    Tổ chức các khóa tập huấn chuyên sâu về thiết kế bài giảng, tổ chức hoạt động STEM và đánh giá năng lực học sinh. Mục tiêu nâng cao năng lực chuyên môn và kỹ năng sư phạm STEM cho giáo viên trong vòng 6 tháng tới. Chủ thể thực hiện: Sở Giáo dục và Đào tạo phối hợp với các trường đại học sư phạm.

  2. Xây dựng và cung cấp bộ công cụ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề:
    Phát triển bộ rubrics, bảng kiểm quan sát và phiếu tự đánh giá phù hợp với từng chủ đề STEM. Thời gian hoàn thiện trong 3 tháng, áp dụng thí điểm tại các trường THPT. Chủ thể thực hiện: Ban chuyên môn các trường THPT và nhóm nghiên cứu.

  3. Đầu tư cơ sở vật chất và trang thiết bị phục vụ dạy học STEM:
    Cung cấp dụng cụ, vật liệu chế tạo mô hình, thiết bị hỗ trợ thí nghiệm để đảm bảo điều kiện thực hành cho học sinh. Kế hoạch đầu tư trong vòng 1 năm, ưu tiên các trường có điều kiện khó khăn. Chủ thể thực hiện: Sở Giáo dục và Đào tạo, các nhà tài trợ.

  4. Mở rộng áp dụng phương pháp dạy học STEM cho các chủ đề khác trong chương trình Vật lí phổ thông:
    Nghiên cứu và thiết kế các chủ đề STEM cho lớp 11, 12 dựa trên mô hình đã xây dựng. Thời gian triển khai trong 2 năm tới nhằm nâng cao chất lượng dạy học toàn diện. Chủ thể thực hiện: Các trường đại học sư phạm, Sở Giáo dục và Đào tạo.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Giáo viên Vật lí THPT:
    Hướng dẫn thiết kế bài giảng theo định hướng STEM, phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh, áp dụng các chủ đề thực tiễn trong giảng dạy.

  2. Nhà quản lý giáo dục:
    Cơ sở để xây dựng chính sách đào tạo giáo viên, đầu tư trang thiết bị và phát triển chương trình giáo dục STEM trong các trường phổ thông.

  3. Sinh viên sư phạm chuyên ngành Vật lí:
    Tài liệu tham khảo về phương pháp dạy học tích hợp STEM, kỹ năng thiết kế tiến trình dạy học và đánh giá năng lực học sinh.

  4. Nhà nghiên cứu giáo dục:
    Cơ sở dữ liệu thực nghiệm và lý luận về phát triển năng lực giải quyết vấn đề qua giáo dục STEM, phục vụ cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực đổi mới phương pháp dạy học.

Câu hỏi thường gặp

  1. Giáo dục STEM là gì và tại sao cần áp dụng trong dạy học Vật lí?
    Giáo dục STEM là phương pháp tích hợp liên môn khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học, giúp học sinh vận dụng kiến thức vào thực tiễn. Áp dụng trong dạy học Vật lí giúp tăng tính trực quan, phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề và sáng tạo.

  2. Làm thế nào để đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học STEM?
    Có thể sử dụng kết hợp bảng kiểm quan sát, rubrics đánh giá sản phẩm, phiếu tự đánh giá và bài kiểm tra thực hành. Ví dụ, đánh giá qua sản phẩm mô hình nhà nổi giúp nhận biết khả năng vận dụng kiến thức và kỹ năng của học sinh.

  3. Những khó khăn thường gặp khi tổ chức dạy học theo định hướng STEM là gì?
    Thiếu dụng cụ, vật liệu thực hành, giáo viên chưa quen với phương pháp mới, thiếu công cụ đánh giá phù hợp và thời gian chuẩn bị bài giảng dài hơn so với phương pháp truyền thống.

  4. Phương pháp dạy học STEM có phù hợp với tất cả học sinh không?
    STEM phù hợp với đa số học sinh vì tạo điều kiện học tập tích cực, phát triển kỹ năng thực hành và tư duy sáng tạo. Tuy nhiên, cần điều chỉnh phù hợp với năng lực và điều kiện cụ thể của từng lớp học.

  5. Làm sao để giáo viên có thể thiết kế chủ đề STEM hiệu quả?
    Giáo viên cần lựa chọn nội dung gắn với thực tiễn, xác định vấn đề cần giải quyết, xây dựng tiêu chí đánh giá rõ ràng, thiết kế tiến trình dạy học theo quy trình thiết kế kỹ thuật và tổ chức hoạt động nhóm hiệu quả.

Kết luận

  • Giáo dục STEM là phương pháp hiệu quả để phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh trong dạy học Vật lí phổ thông.
  • Việc tổ chức dạy học nội dung “Các lực cơ học” theo định hướng STEM giúp học sinh vận dụng kiến thức vào thực tiễn, phát triển kỹ năng tư duy sáng tạo và làm việc nhóm.
  • Thực nghiệm sư phạm cho thấy sự tiến bộ rõ rệt về năng lực giải quyết vấn đề của học sinh sau khi áp dụng phương pháp STEM.
  • Cần tiếp tục đầu tư đào tạo giáo viên, trang thiết bị và xây dựng công cụ đánh giá để mở rộng áp dụng phương pháp này.
  • Đề xuất mở rộng nghiên cứu và áp dụng cho các khối lớp 11, 12 nhằm nâng cao chất lượng giáo dục Vật lí phổ thông trong tương lai.

Hành động tiếp theo: Các nhà quản lý và giáo viên nên phối hợp triển khai đào tạo, đầu tư cơ sở vật chất và áp dụng phương pháp dạy học STEM trong chương trình phổ thông để nâng cao năng lực học sinh, đáp ứng yêu cầu đổi mới giáo dục trong thời đại công nghiệp 4.0.