Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục theo Nghị quyết số 29-NQ/TW, việc phát triển năng lực tự học (NLTH) cho học sinh (HS) trở thành mục tiêu trọng tâm nhằm nâng cao chất lượng nguồn nhân lực. Môn Khoa học tự nhiên (KHTN) cấp trung học cơ sở (THCS) với nội dung chương Phân tử - Liên kết hóa học có nhiều kiến thức trừu tượng, đòi hỏi HS phải có khả năng tự học hiệu quả để tiếp thu sâu sắc. Tuy nhiên, thực tế cho thấy HS gặp nhiều khó khăn trong việc tự học do thiếu phương pháp, tài liệu phù hợp và sự hướng dẫn từ giáo viên (GV).

Ứng dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường (Augmented Reality - AR) trong dạy học được xem là giải pháp tiềm năng giúp HS tương tác trực quan với mô hình 3D, từ đó nâng cao hứng thú và phát triển NLTH. Nghiên cứu được thực hiện tại các trường THCS Duyên Thái, Nguyên Khê (Hà Nội) và Lý Tự Trọng (Ninh Bình) trong khoảng thời gian từ tháng 4 đến tháng 12 năm 2023 nhằm khảo sát thực trạng, thiết kế kế hoạch dạy học sử dụng AR và đánh giá hiệu quả phát triển NLTH cho HS lớp 7 trong chương Phân tử - Liên kết hóa học môn KHTN 7.

Nghiên cứu góp phần làm rõ vai trò của công nghệ AR trong phát triển NLTH, đồng thời đề xuất các giải pháp thiết thực giúp GV nâng cao chất lượng dạy học, đáp ứng yêu cầu đổi mới chương trình giáo dục phổ thông 2018. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc ứng dụng CNTT hiện đại vào giáo dục, góp phần nâng cao năng lực học tập chủ động, sáng tạo của HS.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai khung lý thuyết chính: lý thuyết về năng lực tự học và mô hình dạy học lớp học đảo ngược (LHĐN).

  • Năng lực tự học (NLTH) được định nghĩa là khả năng người học tự giác, chủ động xác định mục tiêu, thiết kế kế hoạch, thực hiện và tự đánh giá quá trình học tập nhằm đạt kết quả mong muốn. NLTH bao gồm các biểu hiện như tự đặt mục tiêu, lập kế hoạch học tập, tìm kiếm và xử lý thông tin, điều chỉnh phương pháp học và rèn luyện kỹ năng tự học. Đây là năng lực cốt lõi trong chương trình giáo dục phổ thông tổng thể 2018.

  • Mô hình lớp học đảo ngược (LHĐN) là phương pháp dạy học lấy HS làm trung tâm, trong đó HS nghiên cứu bài học trước khi đến lớp qua các tài liệu, video do GV cung cấp, thời gian trên lớp dành cho thảo luận, giải quyết vấn đề và thực hành. LHĐN giúp phát triển NLTH bằng cách tăng cường sự chủ động, tương tác và phản hồi trong quá trình học.

Ngoài ra, nghiên cứu ứng dụng công nghệ AR trong dạy học, dựa trên các đặc điểm ưu việt của AR như tạo môi trường học tập tương tác, trực quan, sinh động, giúp HS hình dung các khái niệm trừu tượng trong hóa học như cấu trúc phân tử, liên kết hóa học.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Nghiên cứu sử dụng dữ liệu thu thập từ khảo sát 35 GV và 185 HS lớp 7 tại các trường THCS Duyên Thái, Nguyên Khê (Hà Nội) và Lý Tự Trọng (Ninh Bình). Dữ liệu bao gồm phiếu điều tra, quan sát thực nghiệm sư phạm và kết quả đánh giá năng lực tự học.

  • Phương pháp chọn mẫu: Mẫu được chọn theo phương pháp chọn mẫu thuận tiện và có chủ đích nhằm đảm bảo đại diện cho đối tượng nghiên cứu trong phạm vi địa bàn và đối tượng học sinh lớp 7.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phương pháp thống kê mô tả để phân tích số liệu khảo sát, kết hợp phân tích định tính từ quan sát và phỏng vấn. Phương pháp thực nghiệm sư phạm được áp dụng để kiểm chứng tính khả thi và hiệu quả của kế hoạch dạy học sử dụng AR.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được tiến hành từ tháng 4 đến tháng 12 năm 2023, bao gồm các giai đoạn: tổng quan lý luận, khảo sát thực trạng, thiết kế kế hoạch dạy học và công cụ đánh giá, thực nghiệm sư phạm, xử lý và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Thực trạng sử dụng công nghệ AR trong dạy học KHTN: Khoảng 77% GV chưa từng áp dụng AR trong giảng dạy, chỉ 17% sử dụng hiếm khi và 6% thỉnh thoảng sử dụng. Tuy nhiên, 94% GV quan tâm đến việc phát triển NLTH cho HS, nhưng các biện pháp hiện tại chủ yếu là giao nhiệm vụ tìm hiểu bài mới (74%) và bài tập về nhà (80%), chưa có biện pháp cụ thể và hiệu quả để phát triển NLTH.

  2. Mức độ nhận biết và sử dụng AR của HS: 67% HS chưa từng biết đến công nghệ AR, chỉ 13% từng sử dụng AR thỉnh thoảng, không có HS sử dụng thường xuyên. Hình thức tự học phổ biến là học qua vở ghi, SGK (93,5%) và tìm hiểu mở rộng theo yêu cầu GV (84,9%). HS gặp nhiều khó khăn trong tự học như thiếu hướng dẫn (72%), kiến thức rộng, khó (56%), không biết tìm tài liệu (47%).

  3. Hiệu quả của việc sử dụng AR trong dạy học: GV đánh giá gần 100% cho rằng AR giúp kiến thức trực quan, dễ tiếp cận, tăng hứng thú và động lực học tập. Trên 90% GV đồng ý AR giúp HS chủ động thời gian học, xác định mục tiêu, lập kế hoạch và tự tìm kiếm thông tin. HS trải nghiệm AR cho biết tăng hứng thú học tập (10%), ghi nhớ lâu hơn nhờ tương tác hình ảnh, âm thanh (12%), và tránh sự cố trong thí nghiệm thực (12%).

  4. Kết quả thực nghiệm sư phạm: Sau khi áp dụng kế hoạch dạy học sử dụng AR, điểm trung bình năng lực tự học của HS tăng khoảng 15-20% so với nhóm đối chứng. Biểu đồ phân phối điểm kiểm tra cho thấy HS lớp thực nghiệm có sự tiến bộ rõ rệt về khả năng vận dụng kiến thức và kỹ năng tự học.

Thảo luận kết quả

Việc GV chưa phổ biến sử dụng AR do hạn chế về trang thiết bị, kỹ năng công nghệ và thời gian chuẩn bị bài giảng. Tuy nhiên, nhận thức tích cực về lợi ích của AR cho thấy tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong tương lai. HS chưa quen với AR do thiếu trải nghiệm thực tế, điều này phản ánh sự cần thiết của việc đào tạo GV và đầu tư cơ sở vật chất.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, kết quả tương đồng khi AR giúp tăng tương tác, hứng thú và phát triển kỹ năng tự học. Việc kết hợp mô hình LHĐN với AR tạo điều kiện cho HS chủ động tiếp cận kiến thức, phát triển tư duy phản biện và kỹ năng tự học. Biểu đồ và bảng số liệu minh họa rõ sự khác biệt về điểm số và mức độ phát triển NLTH giữa nhóm thực nghiệm và nhóm đối chứng, khẳng định hiệu quả của giải pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Đào tạo chuyên sâu cho giáo viên về công nghệ AR: Tổ chức các khóa tập huấn kỹ năng sử dụng AR và thiết kế bài giảng tích hợp AR nhằm nâng cao năng lực công nghệ cho GV. Mục tiêu đạt 80% GV THCS thành thạo sử dụng AR trong 1 năm.

  2. Đầu tư trang thiết bị và phần mềm AR: Các trường cần trang bị thiết bị di động, máy tính bảng và phần mềm AR phù hợp để phục vụ dạy học. Ưu tiên triển khai tại các trường THCS trọng điểm trong vòng 2 năm.

  3. Xây dựng kế hoạch dạy học tích hợp AR theo mô hình LHĐN: Phát triển các bài giảng minh họa sử dụng AR trong chương Phân tử - Liên kết hóa học, kết hợp với các hoạt động thảo luận, thực hành trên lớp nhằm phát triển NLTH cho HS.

  4. Phát triển công cụ đánh giá năng lực tự học: Thiết kế bộ công cụ đánh giá đa dạng, bao gồm tự đánh giá, đánh giá đồng đẳng và đánh giá của GV để theo dõi tiến trình phát triển NLTH của HS trong quá trình sử dụng AR.

  5. Tăng cường tuyên truyền, nâng cao nhận thức về lợi ích của AR: Tổ chức hội thảo, chia sẻ kinh nghiệm giữa các trường, GV nhằm thúc đẩy việc áp dụng AR trong dạy học KHTN.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Giáo viên Khoa học tự nhiên THCS: Nắm bắt phương pháp dạy học tích hợp AR, phát triển NLTH cho HS, áp dụng hiệu quả trong giảng dạy chương Phân tử - Liên kết hóa học.

  2. Nhà quản lý giáo dục: Định hướng chính sách đầu tư trang thiết bị, đào tạo GV và xây dựng chương trình đào tạo phù hợp với xu hướng công nghệ giáo dục hiện đại.

  3. Nghiên cứu sinh, học viên cao học ngành Giáo dục và Công nghệ giáo dục: Tham khảo mô hình nghiên cứu, phương pháp thực nghiệm sư phạm và ứng dụng công nghệ AR trong giáo dục.

  4. Nhà phát triển phần mềm giáo dục: Hiểu rõ yêu cầu, đặc điểm nội dung môn học và nhu cầu phát triển NLTH để thiết kế các ứng dụng AR phù hợp, thân thiện với người dùng.

Câu hỏi thường gặp

  1. Công nghệ AR có phù hợp với tất cả HS không?
    AR phù hợp với đa số HS vì tạo môi trường học tập trực quan, sinh động. Tuy nhiên, cần đảm bảo HS có thiết bị và kỹ năng cơ bản để sử dụng hiệu quả. Một số HS có thể cần hỗ trợ thêm từ GV.

  2. Làm thế nào để GV không mất nhiều thời gian khi thiết kế bài giảng AR?
    Sử dụng các phần mềm AR có sẵn như QuimiAR, Chemistry AR+ giúp GV dễ dàng tích hợp mô hình 3D mà không cần lập trình. GV nên được đào tạo bài bản và chia sẻ tài nguyên bài giảng để tiết kiệm thời gian.

  3. AR có giúp HS phát triển kỹ năng tự học như thế nào?
    AR giúp HS tương tác trực tiếp với mô hình kiến thức, từ đó tự khám phá, tìm hiểu và giải quyết vấn đề, tăng tính chủ động và tự giác trong học tập, đồng thời nâng cao khả năng ghi nhớ và vận dụng kiến thức.

  4. Chi phí đầu tư AR có phải là rào cản lớn?
    Chi phí ban đầu có thể cao do trang thiết bị và phần mềm. Tuy nhiên, với sự phổ biến của smartphone và các ứng dụng miễn phí, chi phí có thể giảm đáng kể. Nhà trường cần có kế hoạch đầu tư hợp lý và hỗ trợ GV.

  5. Làm sao đánh giá chính xác năng lực tự học của HS khi sử dụng AR?
    Kết hợp đánh giá đa dạng như tự đánh giá, đánh giá đồng đẳng, quan sát và kiểm tra kiến thức qua bài tập, dự án. Công cụ đánh giá cần được thiết kế phù hợp với mục tiêu phát triển NLTH và tích hợp trong quá trình dạy học.

Kết luận

  • Luận văn đã hệ thống hóa cơ sở lý luận về năng lực tự học và ứng dụng công nghệ AR trong dạy học KHTN, đặc biệt chương Phân tử - Liên kết hóa học lớp 7.
  • Khảo sát thực trạng cho thấy GV và HS còn hạn chế trong việc sử dụng AR, nhưng nhận thức về lợi ích của AR rất tích cực.
  • Thiết kế và áp dụng kế hoạch dạy học sử dụng AR kết hợp mô hình lớp học đảo ngược đã giúp phát triển rõ rệt năng lực tự học cho HS.
  • Đề xuất các giải pháp đào tạo GV, đầu tư thiết bị, xây dựng bài giảng và công cụ đánh giá nhằm thúc đẩy ứng dụng AR trong giáo dục phổ thông.
  • Nghiên cứu mở ra hướng đi mới cho việc đổi mới phương pháp dạy học, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục và phát triển năng lực học sinh trong kỷ nguyên số.

Hành động tiếp theo là triển khai đào tạo GV, đầu tư trang thiết bị và nhân rộng mô hình dạy học AR tại các trường THCS nhằm nâng cao hiệu quả giáo dục toàn diện.