Mở đầu” và “Kết luận”, nội dung luận văn gồm 3 chƣơng: - Chƣơng 1. Cơ sở lý luận về dạy học STEM tiếp cận quy trình khoa học kỹ thuật theo hƣớng phát triển Năng lực tìm hiểu thế giới Tự nhiên. Thiết kế nội dung tổ chức dạy-học STEM chủ đề “Khối lƣợng riêng và Áp suất” - KHTN 8 nhằm phát triển năng lực THTGTN của HS - Chƣơng 3. Thực nghiệm sƣ phạm 4 CHƢƠNG 1.
CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ DẠY HỌC STEM TIẾP CẬN QUY TRÌNH THIẾT KẾ KỸ THUẬT THEO HƢỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THÀNH PHẦN TÌM HIỂU TỰ NHIÊN 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu 1. Những nghiên cứu về dạy học STEM 1. Tình hình nghiên cứu trên Thế giới Tại Hoa Kỳ, những nỗ lực trong nền giáo dục để cải thiện học vấn trong các lĩnh vực STEM và nhu cầu lực lƣợng lao động có kỹ năng cá nhân và kỹ thuật chuyên sâu đƣợc chuẩn bị cho một môi trƣờng cạnh tranh ngày càng tăng để đối phó với những thách thức lớn của thế kỷ 21 đã đƣợc phát động từ những năm 1990 [23].
Rõ ràng, mục đích của giáo dục STEM đang nỗ lực thu hút các học sinh hƣớng về các chuyên ngành STEM trong giáo dục sau trung học (đại học/ nghề nghiệp) nhằm cải thiện nguồn nhân lực có năng suất và chất lƣợng trong thị trƣờng cạnh tranh ngày càng tăng [24], [17]. Những ngƣời ủng hộ giáo dục STEM tin rằng bằng cách gia tăng và tích hợp các yêu cầu về toán và khoa học trong trƣờng học, cùng với việc truyền tải các khái niệm công nghệ và kỹ thuật, học sinh sẽ hoạt động tốt hơn và đƣợc chuẩn bị tốt hơn cho giáo dục tiên tiến hoặc công việc trong các lĩnh vực STEM [22]. Bên cạnh thế giới nghề nghiệp, giáo dục STEM ngày càng trở lên quan trọng đối với mỗi cá nhân khi cuộc sống của chúng ta đang ngày càng đƣợc bao bọc bởi công nghệ và những vấn đề STEM phức tạp trong cuộc sống.Nhiều quốc gia trên thế giới đã thành công trong việc áp dụng mô hình dạy học STEM vào quá trình giảng dạy, mang lại những kết quả đáng kể trong việc trang bị cho học sinh các kỹ năng cần thiết cho tƣơng lai. Các công bố nghiên cứu trên chỉ ra rằng Giáo dục STEM ngày càng đƣợc công nhận trên toàn cầu là nền tảng cho sự phát triển và năng suất quốc gia, khả năng cạnh tranh kinh tế và thịnh vƣợng xã hội [15], [21].
Kiến thức và kỹ năng STEM là chìa khóa để nâng cao chất lƣợng của lực lƣợng lao động STEM [21]. Vì vậy, phát triển năng lực trong các môn học STEM là mục tiêu trọng tâm của hệ 5 thống giáo dục khi các quốc gia nhận thức đƣợc tầm quan trọng của năng lực STEM đối với nghề nghiệp tƣơng lai của học sinh trong thế kỷ 21 [21], [26]. Tình hình nghiên cứu trong nước Tại Việt Nam, dạy học STEM đã trở nên phổ biến và thể hiện đƣợc hiệu quả cao trong quá trình áp dụng ở nhiều môn học. STEM du nhập không phải từ các nghiên cứu khoa học giáo dục mà từ các cuộc thi chế tạo, điều khiển ngƣời máy ở lứa tuổi HS phổ thông do một số công ty lĩnh vực công nghệ tại Việt Nam triển khai kết hợp với các tổ chức nƣớc ngoài.
Tuy nhiên, trong những năm gần đây, số lƣợng về các công trình nghiên cứu, bài báo khoa học, bài học về STEM tăng mạnh. Tại Hội thảo Nâng cao chất lƣợng giáo dục STEM trong giáo dục trung học năm 2024 [29], Vụ trƣởng Vụ Giáo dục Trung học Nguyễn Xuân Thành, trong giai đoạn 2021-2023, đã có hơn 88.529 bài giảng STEM đƣợc triển khai rộng rãi tại các trƣờng trung học trên cả nƣớc. Điều này cho thấy sự gia tăng đáng kể về số lƣợng trƣờng áp dụng phƣơng pháp giảng dạy STEM và việc đổi mới phƣơng pháp dạy học đang đƣợc đẩy mạnh.Các bài học, chủ đề liên ngành mới mang đến cho học sinh phổ thông cơ hội hiểu về thế giới tích hợp, thay vì học các mảng kiến thức rời rạc và thực hành về các vấn đề. Tác giả Lê Huy Hoàng đã công bố kết quả nghiên cứu về định hƣớng và cách thức thực hiện giáo dục STEM trong chƣơng trình 2018 trên Tạp chí Giáo dục [7].
Tác giả kết luận, giáo dục STEM hƣớng đến sự phát triển nguồn nhân lực về Khoa học, kỹ thuật, công nghệ và Toán học. Nguồn nhân lực này sẽ ảnh hƣởng trực tiếp tới sức cạnh tranh của nền kinh tế mỗi nƣớc. Chính vì vậy, giáo dục STEM chiếm vai trò quan trọng và cần đƣợc phát triển tính đa dạng, linh hoạt để hƣớng tới mục tiêu tạo nguồn nhân lực chất lƣợng. Tác giả Nguyễn Quang Linh, Kiều Thị Khánh đăng trên Tạp Chí Khoa học và Công nghệ Đại học Thái Nguyên [9], năm 2022 về vấn đề Xây dựng quy trình thiết kế bài dạy theo giáo dục STEM trong môn Khoa học Tự nhiên.
Bài viết đƣa ra kết quả nghiên cứu, 85/92 giáo viên tham gia muốn đƣợc hƣớng dẫn, giúp đỡ trong 6 quá trình thiết kế và tổ chức dạy học theo giáo dục STEM và mong muốn có mẫu Kế hoạch dạy học để tham khảo. Tác giả Lê Chí Nguyện đăng trên Tạp chí Khoa học Giáo dục Việt Nam số 47, năm 2021 về vấn đề Thiết kế bài học STEM tiếp cận quy trình thiết kế kỹ thuật [11]. Trong bài đăng, tác giả đã đƣa ra các nội dung nghiên cứu về bài học STEM, các hoạt động trong một bài học SEM và công cụ đánh giá năng lực trong bài học STEM. Mặc dù giáo dục STEM đã đƣợc thúc đẩy mạnh mẽ thông qua các văn bản chính sách quốc gia và quốc tế, tuy nhiên qua quá trình tìm hiểu tài liệu và khảo sát về dạy học STEM với chủ đề “Khối lƣợng riêng và Áp suất”, cho tới hiện nay vẫn chƣa có công trình khoa học nào nghiên cứu cụ thể nào về việc tổ chức hoạt động dạy học STEM thông qua các hiện tƣợng sinh học cơ thể cho chủ đề này.
Những nghiên cứu về dạy học phát triển năng lực 1. Tình hình nghiên cứu trên Thế giới Thế giới đã có nhiều nghiên cứu về dạy học phát triển năng lực: khái niệm, xây dựng kế hoạch dạy học, công cụ đánh giá kế hoạch dạy học, năng lực. Theo tác giả Weinert (2001) cho rằng: “NL đƣợc thể hiện nhƣ một hệ thống khả năng, sự thành thạo hoặc những kĩ năng thiết yếu, có thể giúp con ngƣời đủ điều kiện vƣơn tới một mục đích cụ thể” [19]. Nhóm tác giả CL Jacobs, SN Martin, TC Otieno đã công bố nghiên cứu về công cụ phân tích kế hoạch bài học khoa học (Science lesson plan analysis instrument) chỉ ra tính hiệu quả và khả thi của nghiên cứu trong việc đề xuất các biện pháp thực hành giảng dạy khác.
Các công cụ này giải quyết các vấn đề cụ thể đối với bản chất của lớp học khoa học: mục tiêu, nội dung dạy học, phƣơng pháp dạy học, hoạt động của học sinh, tài liệu, học liệu [16]. Tác giả JR Quinlan đã nghiên cứu về công cụ đánh giá kế hoạch dạy học “cây quyết định” để mô phỏng quá trình ra quyết định dựa trên dữ liệu thông qua một cấu trúc cây, nơi mỗi nút đại diện cho một câu hỏi hoặc kiểm định về một hoặc 7 nhiều thuộc tính và mỗi nhánh đại diện cho kết quả của câu hỏi đó, dẫn đến một quyết định cuối cùng tại các nút lá [20]. Từ các nghiên cứu đã trình bày, có thể thấy rằng cộng đồng giáo dục quốc tế đã dành nhiều quan tâm đến việc phát triển năng lực cho học sinh. Các nhà nghiên cứu đã tìm hiểu về khái niệm, lên kế hoạch triển khai, xây dựng và ứng dụng các công cụ đánh giá kế hoạch bài dạy hiệu quả.
Nhìn chung, các nghiên cứu này đã đóng góp đáng kể vào việc nâng cao chất lƣợng giảng dạy và học tập, đồng thời cung cấp nền tảng lý thuyết và thực tiễn vững chắc cho việc thiết kế và đánh giá các kế hoạch bài dạy phát triển năng lực. Mỗi quốc gia, mỗi trƣờng học đều có những đặc thù riêng về kiến thức và năng lực cần phát triển. Vì vậy, giáo viên cần chủ động tìm tòi, nghiên cứu các công trình đã đƣợc công bố để cập nhật thông tin mới nhất. Đồng thời, họ cần vận dụng sáng tạo những kiến thức đó vào thực tế giảng dạy, góp phần tạo ra những đổi mới và phát triển tri thức phù hợp với điều kiện của từng địa phƣơng.
Tình hình nghiên cứu trong nước Trong Hội nghị tổng kết 10 năm thực hiện Nghị quyết số 29-NQ/TW[30], thay mặt Ban cán sự Đảng Bộ GDĐT, Thứ trƣởng Nguyễn Văn Phúc trình bày tổng kết về việc tổ chức triển khai, chƣơng trình giáo dục mới không chỉ tập trung vào việc truyền đạt kiến thức mà còn quan tâm đến việc phát triển toàn diện các phẩm chất và năng lực của học sinh [2], cụ thể có 5 phẩm chất: yêu nƣớc, nhân ái, chăm chỉ, trung thực, trách nhiệm và 10 năng lực cho học sinh: tự chủ và tự học, kỹ năng giao tiếp và hợp tác, giải quyết vấn đề, ngôn ngữ, tính toán, khoa học, công nghệ, tin học, thể chất, thẩm mỹ. Các năng lực và phẩm chất trên sẽ đƣợc phát triển thông qua các môn học, mỗi môn học có thể phát triển một hoặc nhiều năng lực chuyên biệt tùy vào nội dung và cách thức xây dựng nội dung dạy học của giáo viên. Trong đó, năng lực Khoa học Tự nhiên là một trong những năng lực đƣợc quan tâm và nghiên cứu. Nhiều công trình nghiên cứu về xây dựng tiến trình dạy học phát triển năng lực đƣợc công bố.
Nhƣ tác giả Hán Thị Hƣơng Thủy, Đỗ Hƣơng Trà công bố kết quả nghiên cứu trên Tạp chí Giáo dục số 23, năm 2024, tr 29-35 về việc xây dựng 8 tiến trình bài học STEM “Sự bay hơi và ngƣng tụ”[14], khẳng định rằng tiến trình dạy học là cốt lõi của bài học và việc xây dựng tiến trình dạy học là cần thiết và đem lại lợi ích lớn cho GV và những ngƣời quan tâm đến dạy học phát triển năng lực. Dựa vào tiến trình dạy học và khung năng lực KHTN đề xuất trong nghiên cứu, GV có thể đánh giá đƣợc năng lực KHTN của HS phù hợp với mục tiêu dạy học. Tuy nhiên, cần có những nghiên cứu bổ sung dựa trên việc phân tích hành vi của từng HS qua quan sát trực tiếp hoặc phân tích video để củng cố thêm những kết luận vừa rút ra.