Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh đổi mới giáo dục phổ thông, việc phát triển năng lực học sinh (HS) thông qua các hoạt động trải nghiệm đã trở thành xu hướng tất yếu, đặc biệt trong các môn khoa học tự nhiên như Vật lý. Theo báo cáo của ngành giáo dục, hoạt động trải nghiệm giúp HS phát triển năng lực cá nhân, tăng tính tích cực và sáng tạo trong học tập. Chương trình giáo dục phổ thông mới của Bộ Giáo dục và Đào tạo (2018) cũng nhấn mạnh vai trò của hoạt động trải nghiệm trong việc kết nối kiến thức với thực tiễn, góp phần phát triển phẩm chất và năng lực toàn diện cho HS.

Luận văn tập trung nghiên cứu tổ chức hoạt động trải nghiệm một số kiến thức trong chương “Chất khí” của môn Vật lý lớp 10 theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát huy tính tích cực và bồi dưỡng năng lực sáng tạo cho HS. Nghiên cứu được thực hiện tại các trường trung học phổ thông ở Thành phố Hồ Chí Minh trong năm học 2018-2019, với trọng tâm là các chủ đề mô hình mô phỏng hô hấp ngoài, bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles, bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay Lussac và mô hình dự báo thời tiết phong vũ biểu.

Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là xây dựng và tổ chức các hoạt động trải nghiệm theo định hướng STEM, đánh giá mức độ phát huy tính tích cực và năng lực sáng tạo của HS thông qua các hoạt động này. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc đổi mới phương pháp dạy học Vật lý, góp phần nâng cao hiệu quả giáo dục STEM và phát triển năng lực thế kỷ 21 cho HS.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình giáo dục trải nghiệm, giáo dục STEM và phát triển năng lực học sinh. Hoạt động trải nghiệm được định nghĩa là quá trình học tập gắn kết lý thuyết với thực tiễn, tạo điều kiện cho HS tiếp cận thực tế, phát triển phẩm chất và năng lực cá nhân. Giáo dục STEM tích hợp kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề, tư duy sáng tạo và kỹ năng thực hành.

Ba khái niệm chính được sử dụng gồm:

  • Tính tích cực: trạng thái tâm lý sẵn sàng, mong muốn giải quyết vấn đề thực tiễn dựa trên kiến thức đã học.
  • Năng lực sáng tạo: khả năng phát hiện vấn đề, đề xuất và thực hiện giải pháp mới hiệu quả.
  • Tiến trình tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM: gồm các pha đặt vấn đề, thiết kế, chế tạo, vận hành thử nghiệm, báo cáo và đánh giá.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm sư phạm.

  • Nguồn dữ liệu: tài liệu chuyên ngành, sách giáo khoa Vật lý 10, các văn bản pháp luật về giáo dục, tài liệu hướng dẫn tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM, dữ liệu thu thập từ thực nghiệm tại các trường THPT ở TP. Hồ Chí Minh.
  • Phương pháp phân tích: phân tích nội dung kiến thức chương “Chất khí”, xây dựng kế hoạch tổ chức hoạt động trải nghiệm theo định hướng STEM, áp dụng phương pháp thống kê mô tả để đánh giá kết quả thực nghiệm.
  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Thực nghiệm trên các lớp 10 với tổng số khoảng 120 HS, được chọn theo phương pháp chọn mẫu thuận tiện nhằm đảm bảo tính đại diện cho đối tượng nghiên cứu.
  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết và xây dựng kế hoạch trong 3 tháng đầu; thực nghiệm sư phạm kéo dài 4 tháng; phân tích và báo cáo kết quả trong 2 tháng cuối năm học 2018-2019.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Tăng tính tích cực của HS trong học tập: Qua thực nghiệm, tỷ lệ HS tích cực tham gia trả lời câu hỏi, thảo luận và đề xuất ý tưởng trong các hoạt động trải nghiệm đạt khoảng 85%, tăng 30% so với phương pháp dạy truyền thống.
  2. Phát triển năng lực sáng tạo: 78% HS thể hiện khả năng tự lực phát hiện vấn đề mới, đề xuất giải pháp kỹ thuật trong các chủ đề mô hình và thí nghiệm, cao hơn 25% so với trước khi áp dụng hoạt động trải nghiệm STEM.
  3. Hiệu quả vận dụng kiến thức liên môn: HS vận dụng kiến thức Vật lý, Sinh học, Toán học và Công nghệ để thiết kế và chế tạo mô hình mô phỏng hô hấp ngoài, bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles và Gay Lussac, cũng như mô hình dự báo thời tiết phong vũ biểu với độ chính xác và tính ứng dụng cao.
  4. Nâng cao kỹ năng làm việc nhóm và thuyết trình: 90% HS tham gia hoạt động trải nghiệm thể hiện kỹ năng hợp tác, phân công công việc và thuyết trình hiệu quả, góp phần phát triển năng lực giao tiếp và phản biện.

Thảo luận kết quả

Kết quả thực nghiệm cho thấy tổ chức hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM đã phát huy rõ rệt tính tích cực và năng lực sáng tạo của HS. Nguyên nhân chính là do các hoạt động được thiết kế gắn liền với thực tiễn, tạo cơ hội cho HS tự khám phá, vận dụng kiến thức và kỹ năng đa ngành để giải quyết các vấn đề cụ thể. So với các nghiên cứu trước đây, kết quả này phù hợp với quan điểm giáo dục hiện đại nhấn mạnh vai trò của trải nghiệm và tích hợp STEM trong phát triển năng lực học sinh.

Biểu đồ thể hiện tỷ lệ HS tích cực tham gia và năng lực sáng tạo trước và sau khi áp dụng hoạt động trải nghiệm STEM minh họa sự cải thiện rõ rệt. Bảng phân tích điểm số và câu trả lời đúng trong các bài kiểm tra cũng cho thấy sự tiến bộ về kiến thức và kỹ năng thực hành của HS.

Ý nghĩa của nghiên cứu nằm ở việc cung cấp một mô hình tổ chức hoạt động trải nghiệm cụ thể, khả thi và hiệu quả cho giáo viên Vật lý trong bối cảnh đổi mới chương trình giáo dục phổ thông, góp phần nâng cao chất lượng dạy học và phát triển năng lực toàn diện cho HS.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai rộng rãi hoạt động trải nghiệm theo định hướng STEM trong dạy học Vật lý: Các trường THPT cần xây dựng kế hoạch tổ chức hoạt động trải nghiệm gắn với nội dung chương trình, đặc biệt là các chủ đề có tính ứng dụng cao như “Chất khí”. Thời gian thực hiện nên được phân bổ hợp lý trong năm học để đảm bảo hiệu quả.
  2. Đào tạo và bồi dưỡng giáo viên về phương pháp tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM: Tổ chức các khóa tập huấn, hội thảo nhằm nâng cao năng lực chuyên môn và kỹ năng tổ chức hoạt động trải nghiệm cho giáo viên, giúp họ tự tin áp dụng các phương pháp mới.
  3. Đầu tư cơ sở vật chất và trang thiết bị phòng học STEM: Nhà trường cần trang bị đầy đủ dụng cụ, thiết bị và vật liệu phục vụ cho các hoạt động trải nghiệm, đồng thời tạo môi trường học tập an toàn, thân thiện để khuyến khích HS tham gia tích cực.
  4. Xây dựng hệ thống đánh giá đa dạng, toàn diện: Áp dụng các tiêu chí đánh giá tính tích cực, năng lực sáng tạo và kỹ năng thực hành của HS trong hoạt động trải nghiệm, kết hợp đánh giá quá trình và kết quả nhằm phản ánh chính xác năng lực của HS.
  5. Khuyến khích sự phối hợp giữa nhà trường, gia đình và cộng đồng: Tăng cường sự hỗ trợ từ phụ huynh và các tổ chức xã hội để tạo điều kiện thuận lợi cho HS tham gia các hoạt động trải nghiệm ngoài giờ học, nâng cao hiệu quả giáo dục STEM.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Giáo viên Vật lý trung học phổ thông: Nghiên cứu cung cấp phương pháp tổ chức hoạt động trải nghiệm theo định hướng STEM, giúp giáo viên đổi mới phương pháp dạy học, tăng tính hấp dẫn và hiệu quả bài giảng.
  2. Nhà quản lý giáo dục và cán bộ chuyên môn: Tài liệu là cơ sở tham khảo để xây dựng chính sách, kế hoạch đào tạo và phát triển chương trình giáo dục STEM trong các trường phổ thông.
  3. Sinh viên sư phạm và nghiên cứu sinh ngành giáo dục: Luận văn cung cấp kiến thức lý thuyết và thực tiễn về tổ chức hoạt động trải nghiệm, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển chuyên môn trong lĩnh vực giáo dục STEM.
  4. Phụ huynh và cộng đồng giáo dục: Hiểu rõ hơn về vai trò của hoạt động trải nghiệm trong phát triển năng lực học sinh, từ đó phối hợp hỗ trợ con em trong quá trình học tập và phát triển toàn diện.

Câu hỏi thường gặp

  1. Hoạt động trải nghiệm theo định hướng STEM là gì?
    Hoạt động trải nghiệm theo định hướng STEM là quá trình học tập kết hợp kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học, trong đó HS tham gia trực tiếp vào các hoạt động thiết kế, chế tạo, thí nghiệm nhằm giải quyết các vấn đề thực tiễn, phát triển năng lực sáng tạo và kỹ năng thực hành.

  2. Làm thế nào để đánh giá tính tích cực của HS trong hoạt động trải nghiệm?
    Tính tích cực được đánh giá qua các biểu hiện như sự chủ động tham gia, hứng thú tìm hiểu, kiên trì giải quyết nhiệm vụ, tích cực trao đổi và phản biện trong nhóm. Ví dụ, HS thường xuyên đặt câu hỏi, đề xuất ý tưởng mới và hoàn thành nhiệm vụ đúng hạn.

  3. Các chủ đề trải nghiệm trong chương “Chất khí” gồm những gì?
    Các chủ đề chính gồm mô hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ thể người, bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles, bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay Lussac và mô hình dự báo thời tiết phong vũ biểu. Mỗi chủ đề liên kết kiến thức Vật lý với các môn học khác như Sinh học, Toán học, Địa lý.

  4. Phương pháp tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM hiệu quả là gì?
    Phương pháp gồm các pha: đặt vấn đề và chuyển giao nhiệm vụ, đề xuất và thống nhất bản vẽ thiết kế, gia công chế tạo sản phẩm, vận hành thử nghiệm, báo cáo và đánh giá. Giáo viên cần tạo môi trường học tập an toàn, khuyến khích sáng tạo và phối hợp nhóm.

  5. Hoạt động trải nghiệm STEM có tác động như thế nào đến năng lực sáng tạo của HS?
    Hoạt động trải nghiệm STEM giúp HS phát hiện vấn đề mới, đề xuất và thử nghiệm các giải pháp sáng tạo, vận dụng kiến thức liên ngành để tạo ra sản phẩm có tính ứng dụng. Qua đó, HS phát triển tư duy phản biện, kỹ năng giải quyết vấn đề và khả năng làm việc nhóm.

Kết luận

  • Tổ chức hoạt động trải nghiệm một số kiến thức chương “Chất khí - Vật lý 10” theo định hướng giáo dục STEM đã phát huy tính tích cực và bồi dưỡng năng lực sáng tạo cho HS.
  • Các chủ đề trải nghiệm được xây dựng phù hợp với nội dung chương trình, liên môn và có tính ứng dụng cao trong thực tiễn.
  • Thực nghiệm sư phạm cho thấy HS tích cực tham gia, nâng cao kỹ năng thực hành, làm việc nhóm và thuyết trình.
  • Đề xuất các giải pháp triển khai rộng rãi hoạt động trải nghiệm STEM, đào tạo giáo viên và đầu tư cơ sở vật chất nhằm nâng cao chất lượng giáo dục.
  • Nghiên cứu mở ra hướng phát triển tiếp theo trong việc ứng dụng STEM vào các môn học khác và mở rộng phạm vi nghiên cứu tại các địa phương khác.

Quý độc giả và nhà giáo dục được khuyến khích áp dụng và phát triển mô hình tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM trong giảng dạy nhằm nâng cao hiệu quả giáo dục và phát triển toàn diện năng lực học sinh.