CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ GIÁO DỤC STEM NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH 1. Hoạt động dạy học cho học sinh THPT theo định hướng GD STEM 1. Bản chất của quá trình dạy học định hướng phát triển năng lực học sinh DH PTNL là mô hình DH nhằm mục tiêu phát triển tối đa phẩm chất và năng lực của người học, trong đó người học tự nghiên cứu, tìm hiểu và hoàn thành nhiệm vụ nhận thức dưới sự định hướng, tổ chức, hướng dẫn và hỗ trợ của người dạy. Quá trình DH không nặng về tập trung trang bị kiến thức cho người học (HS học được những gì) mà chuyển sang dạy cho HS làm được những gì từ điều đã học, dựa trên nguyên lí: Học đi đôi với hành, lí luận gắn với thực tiễn, giáo dục nhà trường kết hợp với giáo dục gia đình và giáo dục xã hội.
Khái niệm này được tóm tắt và khái quát bằng sơ đồ dưới đây: Hình 1. Mô hình dạy học phát triển năng lực Vậy DH PTNL nhấn mạnh vai trò chủ thể của người học trong quá trình tiếp thu tri thức. Người học phải tự giác, tích cực tham gia tìm kiếm, phát hiện, nêu vấn đề, trao đổi, phản bác, chứng minh, phân tích. rút ra nhận xét, kết luận của mình.
GV là người nêu nhiệm vụ, truyền cảm hứng, hướng dẫn, gợi mở vấn đề, hỗ trợ và nêu ý kiến của mình khi cần thiết. GV không làm thay HS, không truyền đạt kiến thức có sẵn một cách áp đặt mà phải để cho HS nghĩ nhiều hơn, nói nhiều hơn và làm nhiều hơn. Mọi ý kiến của HS cần được tôn trọng [28] 1. Đặc trưng của quá trình dạy học trong thời đại của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 Đặc trưng lớn nhất của cuộc cách mạng 4.0 này chính là sự kết hợp giữa thực tế và hệ thống ảo nhằm tạo ra máy móc tự động hoá cùng nhiều mô hình trí thông minh nhân tạo.
Cách mạng Công nghiệp 4.0 ra đời tác động mạnh mẽ đến nhiều lĩnh vực, nhiều 5 khía cạnh trong đời sống xã hội, đặc biệt không thể thiếu một nguồn nhân lực chất lượng cao; mà nguồn nhân lực lại là đối tượng trực tiếp của giáo dục và đào tạo.0 trong giáo dục là hệ thống giáo dục hiện đại áp dụng những thành tựu khoa học công nghệ vượt trội của thời đại công nghiệp 4.0 vào trong giáo dục. Trong đó người học được giáo dục kiến thức và kỹ năng liên ngành nhất là các kỹ năng quản trị và kỹ năng điều khiển máy móc. Giáo dục được phát triển như một hệ sinh thái, nơi mà mọi yếu tố được liên kết với nhau thông qua không gian mạng. Quan hệ dạy và học được mở rộng không chỉ giữa giáo viên với học sinh mà còn là học sinh với học sinh, học sinh với mọi người xung quanh, học sinh với nguồn kiến thức mở… Ứng dụng công nghệ 4.0 trong giáo dục chủ yếu về cách thức tích hợp công nghệ 4.0 vào trong lĩnh vực giáo dục như: ứng dụng thiết bị mang theo mình hỗ trợ cho công tác giảng dạy, đào tạo và học tập; các khóa học đại trà trực tuyến mở, nơi giảng viên và học viên phải tham dự trực tuyến và sáng tạo mở là sự kết hợp giữa con người và máy tính để hình thành hệ thống có nguồn lực phân tán thực hiện các nhiệm vụ đổi mới mà bản thân con người hay máy tính đều không thể hoàn thành được.
Cuộc cách mạng 4.0 đã tạo ra sự thay đổi đối với thị trường lao động trong mọi khía cạnh, đặc biệt là đối với trình độ chuyên môn. Điều này đặt ra yêu cầu cho giáo dục là cần phải đào tạo nguồn nhân lực có đủ chuyên môn để thích nghi được với môi trường kỹ thuật mới. Chính yêu cầu đó đã biến môi trường giáo dục vốn chỉ tập trung truyền tải những kiến thức hàn lâm thì nay đã đổi mới bằng việc cung cấp cho người học cả những kiến thức về kỹ năng bao gồm kỹ năng thực hành, kỹ năng làm việc nhóm, kỹ năng tư duy sáng tạo, kỹ năng phản biện. [25] Trước hết cần phải thay đổi về vai trò và nhận thức của giáo viên trong giảng dạy.
Giáo viên không còn chỉ đơn thuần là người truyền tải tri thức mà còn phải là người có đủ kiến thức, kỹ năng chuyên môn, chịu khó tìm tòi và sáng tạo những phương pháp học tập mới, hiệu quả. Để làm những điều đó, tất nhiên không thể thiếu sự đầu tư vào cơ sở vật chất của cả người dạy lẫn người học. Bên cạnh đó, bản thân người học cũng cần tự thay đổi cách thức học tập, chủ động thích nghi với những thay đổi của công nghệ 4.0 trong giáo dục. Cơ sở lí thuyết về GD STEM 1.
Khái niệm GD STEM Giáo dục STEM dựa trên ý tưởng trang bị cho người học những kiến thức, kỹ năng liên quan đến các lĩnh vực: Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật) và Mathematics (Toán học) – Theo cách tiếp cận liên môn và người học có thể áp dụng để giải quyết vấn đề trong cuộc sống hàng ngày. 6 Thay vì dạy bốn môn học như các đối tượng tách biệt và rời rạc, STEM kết hợp chúng thành một mô hình học tập gắn kết dựa trên các ứng dụng thực tế. Giáo dục STEM không hướng đến mục tiêu đào tạo để học sinh trở thành những nhà toán học, nhà khoa học, kỹ sư hay những kỹ thuật viên mà chủ yếu là trang bị cho học sinh kiến thức, kỹ năng để làm việc và phát triển trong thế giới công nghệ hiện đại ngày nay. Tạo ra những con người có thể đáp ứng được nhu cầu công việc của thế kỷ 21, đáp ứng sự phát triển kinh tế, xã hội của quốc gia và có thể tác động tích cực đến sự thay đổi của nền kinh tế tri thức trong bối cảnh toàn cầu hóa Ngoài ra, giáo dục STEM còn chú trọng trang bị cho học sinh những kỹ năng sống cần thiết cho sự thành công trong công việc sau này, đó là những kỹ năng thế kỷ 21 như kỹ năng giao tiếp, kỹ năng làm việc nhóm, kỹ năng giải quyết vấn đề, tư duy phản biện, sáng tạo,…[12] 1.
Đặc trưng của GD STEM Đặc trưng thứ nhất, bài học STEM gắn với tình huống và vấn đề thực tiễn: Các tình huống hoặc các vấn đề thực tiễn được nêu ra có liên quan đến các vấn đề xã hội, kinh tế, môi trường cần được có những giải pháp và nỗ lực thực hiện. Những vấn đề thực tiễn có thể gắn với cá nhân học sinh, với thực tiễn địa phương. Đặc trưng thứ hai, bài học STEM thường được phỏng theo quy trình thiết kế kỹ thuật: Học sinh được yêu cầu thiết kế, chế tạo, vận hành thử nghiệm và tối ưu hoá một sản phẩm phục vụ cho yêu cầu của đời sống. Để thực hiện được các nhiệm vụ đó, học sinh có thể được hướng dẫn thông qua văn bản, video,… hoặc dưới sự hướng dẫn trực tiếp của giáo viên.
Với sự định hướng, hỗ trợ của giáo viên, học sinh sẽ đặt ra các vấn đề bản thân gặp phải, có thể là tìm hiểu nguyên lý hoạt động của sản phẩm, các bước chế tạo… và tìm cách giải quyết. Trong quá trình tìm cách giải quyết sẽ có những ý tưởng nảy sinh, giải pháp mới. Quá trình thiết kế – thử nghiệm – điều chỉnh” được vận hành liên tục. Đặc trưng thứ ba, bài học STEM dẫn học sinh vào chuỗi hoạt động tìm tòi, khám phá có kết thúc mở: Trong các bài học STEM, con đường học tập có kết thúc mở, trong một quy trình không quá ràng buộc.
Điều ràng buộc, nếu có, chỉ là những vật liệu được cung cấp sẵn, hoặc cách giới hạn điều kiện vận dụng của sản phẩm. Đặc trưng thứ tư, bài học STEM hướng tới việc định hướng nghề nghiệp: Việc tổ chức học sinh làm việc nhóm hiệu quả, chẳng hạn như thực hiện một quy trình sản xuất là việc không dễ dàng, nhưng đem lại cơ hội cho việc giáo dục định hướng nghề nghiệp cho học sinh. Qua hoạt động STEM, học sinh hiểu yêu cầu cần có của nghề nghiệp. STEM, đối chiếu với khả năng, sở trường của bản thân từ đó có thể hình thành thái độ đối với nghề nghiệp trong tương lai.
7 Đặc trưng thứ năm, bài học STEM có các nội dung toán học và khoa học được liên kết chặt chẽ: Trong các bài học STEM, các nội dung toán học và khoa học nên được kết nối và tích hợp. Kiến thức, kĩ năng toán học và khoa học là những kiến thức nền để học sinh có thể động vào giải quyết các vấn đề thông qua các công cụ kĩ thuật và đúc rút thành các quy trình công nghệ. Đặc trưng thứ sáu, bài học STEM không có câu trả lời đúng duy nhất, kể cả việc “thiết kế – thử nghiệm – điều chỉnh” cũng là một phần cần thiết của bài học. Các thí nghiệm khoa học cho các nhóm sẽ được diễn ra cùng lúc, có thể giống nhau nhưng chưa chắc đã ra kết quả giống nhau.
Qua đó, học sinh có thể chấp nhận các kết quả tương tự hoặc bác bỏ một giả thuyết nào đó. Đặc trưng thứ bảy, bài học STEM hướng tới việc phát triển phẩm chất, năng lực của học sinh. Thông qua quá trình vận dụng kiến thức, kĩ năng của các lĩnh vực khác nhau trong giáo dục STEM sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho học sinh phát triển năng lực. Việc giải quyết những nhiệm vụ thực tiễn thông thường tạo cơ hội cho học sinh thể hiện năng lực ở mức độ cao trong quá trình phát triển năng lực [29] Dưới đây là chu trình DH STEM được nhiều nhà nghiên cứu GD STEM chấp nhận:[24] Hình 1.
Mô tả chu trình STEM 1. Tiêu chí xây dựng chủ đề GD STEM Để xây dựng chủ đề GD STEM cần dựa trên sáu tiêu chí sau: Tiêu chí 1: Chủ đề bài học STEM tập trung vào các vấn đề thực tiễn: Trong các bài học STEM, học sinh được đặt vào các vấn đề thực tiễn xã hội, kinh tế, môi trường và yêu cầu tìm giải pháp - Tiêu chí thứ hai: Cấu trúc bài học STEM theo quy trình thiết kế kĩ thuật: Quy trình thiết kế kỹ thuật cung cấp một tiến trình linh hoạt đưa học sinh từ việc xác định 8 một vấn đề hoặc một yêu cầu thiết kế đến sáng tạo và phát triển giải pháp.