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 nâng cao chất lượng dạy và học, đặc biệt trong các môn khoa học tự nhiên như Vật lí. Tại Việt Nam, giáo dục STEM được triển khai từ những năm 2006-2007 và ngày càng được quan tâm, tuy nhiên việc áp dụng tại các trường phổ thông dân tộc nội trú (DTNT) còn nhiều thách thức do đặc điểm tâm lý, xã hội và điều kiện kinh tế của học sinh. Chủ đề “Công, năng lượng, công suất” trong chương trình Vật lí lớp 10 là một 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 THPT Vùng Cao Việt Bắc. Nghiên cứu tập trung vào việc xây dựng tiến trình dạy học phù hợp, khảo sát thực trạng và đánh giá hiệu quả áp dụng phương pháp STEM trong điều kiện đặc thù của học sinh DTNT. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các bài học “Công và năng lượng” và “Động năng và thế năng” trong chương trình Vật lí 10, thực hiện tại trường THPT DTNT Vùng Cao Việt Bắc trong năm học 2019-2020.

Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc góp phần nâng cao chất lượng dạy học Vật lí, phát triển năng lực giải quyết vấn đề, sáng tạo và vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho học sinh DTNT – nhóm đối tượng có nhiều khó khăn về điều kiện học tập và đặc điểm tâm lý xã hội. Kết quả nghiên cứu cũng cung cấp tài liệu tham khảo cho giáo viên và nhà trường trong việc đổi mới phương pháp dạy học theo định hướng STEM.

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 môn, kết hợp kiến thức khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học trong bối cảnh thực tiễn, nhằm phát triển năng lực vận dụng kiến thức và kỹ năng giải quyết vấn đề sáng tạo cho học sinh. Giáo dục STEM không chỉ truyền đạt kiến thức mà còn phát triển phẩm chất, kỹ năng sống và tư duy phản biện.

  • 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, tình huống có vấn đề 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 kết quả, vận dụng trong tình huống mới.

  • Khung năng lực khoa học tự nhiên (NLKHTN): Bao gồm năng lực nhận thức kiến thức, sử dụng ngôn ngữ khoa học, phát hiện và giải quyết vấn đề liên quan đến khoa học tự nhiên, sử dụng kiến thức vào thực tiễn, thực hành thí nghiệm, quan sát và xử lý số liệu, đánh giá kết quả thực nghiệm, báo cáo và công bố kết quả.

Các khái niệm chính trong nghiên cứu gồm: công cơ học, năng lượng (động năng, thế năng, cơ năng), công suất, hiệu suất, năng lực giải quyết vấn đề, giáo dục STEM, đặc điểm tâm lý học sinh dân tộc nội trú.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Nghiên cứu sử dụng dữ liệu thu thập từ trường THPT Dân tộc Nội trú Vùng Cao Việt Bắc, gồm 200 học sinh lớp 10 và 45 giáo viên các môn khoa học tự nhiên, Toán, Tin học. Dữ liệu được thu thập qua phiếu điều tra, trao đổi trực tiếp, dự giờ, quan sát và phân tích tài liệu chương trình, sách giáo khoa.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý luận, thực nghiệm khoa học giáo dục, điều tra thực tế và thống kê toán học để xử lý số liệu. Phân tích thực trạng dạy học, đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh qua các hoạt động học tập 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 4 lớp học sinh lớp 10 (khoảng 200 em) và 45 giáo viên liên quan tại trường PTDTNT Vùng Cao Việt Bắc nhằm đảm bảo tính đại diện cho đối tượng nghiên cứu.

  • Tiến trình thực nghiệm: Xây dựng tiến trình dạy học chủ đề “Công, năng lượng, công suất” theo định hướng STEM, tổ chức các hoạt động trải nghiệm, phân tích, luyện tập và vận dụng, đồng thời đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh qua các bài kiểm tra, quan sát và báo cáo sản phẩm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Thực trạng áp dụng giáo dục STEM tại trường DTNT: Qua khảo sát 45 giáo viên và 200 học sinh, 100% giáo viên chưa từng tổ chức dạy học theo định hướng STEM, chỉ có một số ít bài giảng tích hợp liên môn. Học sinh chưa được tiếp cận phương pháp STEM, chỉ có khoảng 23% học sinh đôi khi được học bài học tích hợp liên môn hoặc dự án, 77% chưa từng tiếp cận. (Bảng 1)

  2. Khó khăn trong triển khai dạy học STEM: 88,9% giáo viên cho rằng phương thức đánh giá thi cử chưa phù hợp với dạy học STEM; 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% cho rằng năng lực học sinh còn hạn chế. (Bảng 2)

  3. Đặc điểm tâm lý và học tập của học sinh DTNT: Học sinh dân tộc nội trú có đặc điểm nhút nhát, ít chủ động phát biểu, năng lực giao tiếp và kỹ năng sử dụng công nghệ thông tin còn yếu. Tuy nhiên, các em có tinh thần đoàn kết, hoạt động nhóm hiệu quả và có khả năng liên hệ thực tiễn tốt, đặc biệt với học sinh mới vào nội trú. (Phân tích đặc điểm tâm lý)

  4. Hiệu quả tổ chức dạy học theo tiến trình STEM: Qua thực nghiệm sư phạm, học sinh tham gia tích cực vào các hoạt động trải nghiệm, phân tích và vận dụng kiến thức về công, năng lượng, công suất. Học sinh có sự tiến bộ rõ rệt về năng lực giải quyết vấn đề, thể hiện qua kết quả bài kiểm tra và sản phẩm mô hình minh họa định luật bảo toàn năng lượng. Tỷ lệ học sinh hoàn thành nhiệm vụ học tập đạt khoảng 85%, tăng 30% so với trước khi áp dụng.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy việc tổ chức dạy học theo định hướng STEM tại trường DTNT là khả thi và có hiệu quả trong việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh. Nguyên nhân thành công là do tiến trình dạy học được thiết kế phù hợp với đặc điểm tâm lý, năng lực của học sinh DTNT, kết hợp các hoạt động trải nghiệm, thí nghiệm và vận dụng thực tiễn.

So với các nghiên cứu trước đây về dạy học STEM ở trường phổ thông, nghiên cứu này làm rõ hơn những đặc thù của học sinh dân tộc nội trú, từ đó đề xuất các giải pháp phù hợp hơn. Việc áp dụng STEM giúp học sinh không chỉ nắm vững kiến thức mà còn phát triển kỹ năng tư duy phản biện, sáng tạo và làm việc nhóm.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ cột thể hiện tỷ lệ học sinh tham gia các hoạt động STEM trước và sau thực nghiệm, bảng so sánh kết quả kiểm tra năng lực giải quyết vấn đề, hình ảnh sản phẩm mô hình minh họa của học sinh.

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 bộ giáo án mẫu chủ đề “Công, năng lượng, công suất” theo STEM

    • Mục tiêu: Hỗ trợ giáo viên trong việc triển khai bài giảng, giảm thời gian chuẩn bị.
    • Thời gian: Hoàn thiện trong 3 tháng, áp dụng thử nghiệm trong năm học tiếp theo.
    • Chủ thể thực hiện: Bộ môn Vật lí trường THPT DTNT, nhóm chuyên gia giáo dục STEM.

  3. Cải thiện cơ sở vật chất và trang thiết bị dạy học

    • 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 năm.
    • Chủ thể thực hiện: Ban giám hiệu nhà trường, phối hợp với các cấp quản lý giáo dục.

  4. Xây dựng hệ thống đánh giá năng lực giải quyết vấn đề phù hợp với định hướng STEM

    • Mục tiêu: Đổi mới phương pháp đánh giá, khuyến khích học sinh vận dụng kiến thức sáng tạo.
    • Thời gian: Nghiên cứu và áp dụng trong 1 năm học.
    • Chủ thể thực hiện: Tổ chuyên môn Vật lí, phòng đào tạo nhà trường.

  5. Tăng cường hoạt động học tập nhóm và dự án thực tế cho học sinh

    • Mục tiêu: Phát triển kỹ năng giao tiếp, hợp tác và sáng tạo cho học sinh DTNT.
    • Thời gian: Thực hiện liên tục trong các tiết học và hoạt động ngoại khóa.
    • Chủ thể thực hiện: Giáo viên bộ môn, cán bộ quản lý học sinh.

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 phù hợp với đặc điểm học sinh DTNT, nâng cao hiệu quả giảng dạy.
    • Use case: Thiết kế bài giảng, tổ chức hoạt động trải nghiệm, đánh giá năng lực học sinh.

  2. Cán bộ quản lý giáo dục tại các sở giáo dục và trường THPT DTNT

    • Lợi ích: Hiểu rõ thực trạng, khó khăn và giải pháp đổi mới phương pháp dạy học STEM trong trường nội trú.
    • Use case: Lập kế hoạch tập huấn, đầu tư cơ sở vật chất, xây dựng chính sách hỗ trợ.

  3. Nghiên cứu sinh, học viên cao học chuyên ngành giáo dục và phương pháp dạy học Vật lí

    • Lợi ích: Tham khảo cơ sở lý luận, phương pháp nghiên cứu và kết quả thực nghiệm về giáo dục STEM.
    • Use case: Phát triển đề tài nghiên cứu, luận văn, bài báo khoa học liên quan.

  4. Nhà hoạch định chính sách giáo dục và các tổ chức phát triển giáo dục

    • Lợi ích: Đánh giá hiệu quả và tính khả thi của giáo dục STEM trong điều kiện đặc thù vùng dân tộc thiểu số.
    • Use case: Xây dựng chương trình, dự án hỗ trợ phát triển giáo dục vùng sâu vùng xa.

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 dạy học tích hợp liên môn nhằm phát triển kiến thức và kỹ năng thực tiễn cho học sinh. Trong Vật lí, STEM giúp học sinh hiểu sâu kiến thức qua thực hành, phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo, phù hợp với yêu cầu đổi mới giáo dục hiện nay.

  2. Đặc điểm tâm lý của học sinh dân tộc nội trú ảnh hưởng thế nào đến việc áp dụng STEM?
    Học sinh DTNT thường nhút nhát, ít chủ động phát biểu, năng lực giao tiếp còn hạn chế. Tuy nhiên, các em có tinh thần đoàn kết và khả năng hoạt động nhóm tốt, do đó cần thiết kế hoạt động học tập phù hợp, khuyến khích sự tham gia tích cực và hỗ trợ tâm lý.

  3. Khó khăn lớn nhất khi triển khai dạy học STEM tại trường DTNT là gì?
    Khó khăn chính là phương thức đánh giá chưa phù hợp, năng lực giáo viên và học sinh còn hạn chế, thiếu trang thiết bị hỗ trợ và thời gian thiết kế bài giảng STEM. Ngoài ra, điều kiện kinh tế gia đình học sinh cũng ảnh hưởng đến việc học tập.

  4. Làm thế nào để đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh theo định hướng STEM?
    Đánh giá dựa trên quan sát, hồ sơ học tập, tự đánh giá, bài kiểm tra và đánh giá đồng đẳng. Tập trung vào khả năng vận dụng kiến thức, kỹ năng thực hành, tư duy phản biện và sáng tạo trong các tình huống thực tế.

  5. Tiến trình dạy học chủ đề “Công, năng lượng, công suất” theo STEM được tổ chức như thế nào?
    Tiến trình gồm các bước: trải nghiệm (truyền cảm hứng, khám phá), phân tích (hình thành kiến thức mới), luyện tập (củng cố kỹ năng), vận dụng (giải quyết vấn đề thực tiễn). Mỗi bước được thiết kế hoạt động cụ thể, kết hợp thí nghiệm, mô hình và dự án nhóm.

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 Vật lí tại trường THPT DTNT Vùng Cao Việt Bắc còn nhiều hạn chế, đặc biệt trong việc áp dụng phương pháp STEM và phát triển năng lực học sinh.
  • Tiến trình dạy học chủ đề “Công, năng lượng, công suất” được xây dựng phù hợp với đặc điểm tâm lý, năng lực của học sinh DTNT, giúp nâng cao hiệu quả học tập và phát triển năng lực giải quyết vấn đề.
  • Kết quả thực nghiệm sư phạm cho thấy học sinh tích cực tham gia, năng lực giải quyết vấn đề được cải thiện rõ rệt, góp phần nâng cao chất lượng dạy học Vật lí.
  • Đề xuất các giải pháp cụ thể về tập huấn giáo viên, cải thiện cơ sở vật chất, đổi mới đánh giá và tăng cường hoạt động học tập nhóm nhằm triển khai hiệu quả giáo dục STEM tại trường DTNT.

Hành động tiếp theo: Các trường DTNT và cơ quan quản lý giáo dục cần phối hợp triển khai các giải pháp đề xuất, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng áp dụng giáo dục STEM cho các môn học khác nhằm nâng cao toàn diện năng lực học sinh.