Luận văn thạc sĩ Thiết kế và tổ chức một số chủ đề giáo dục STEM thông qua dạy học phép biến hình
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.44 MB, 112 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO UBND THÀNH PHỐ HẢI PHONG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG
_____________________
BÙI ĐỨC HIẾU
THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC MỘT SỐ CHỦ ĐỀ GIÁO DỤC
STEM THÔNG QUA DẠY HỌC PHÉP BIẾN HÌNH
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC
HẢI PHÒNG - 2021
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
UBND THÀNH PHỐ HẢI PHONG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG
______________________
BÙI ĐỨC HIẾU
THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC MỘT SỐ CHỦ ĐỀ GIÁO DỤC
STEM THÔNG QUA DẠY HỌC PHÉP BIẾN HÌNH
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC
CHUYÊN NGÀNH: LL & PP DẠY HỌC BỘ MƠN TỐN
MÃ SỐ: 8 14 01 11
Người hướng dẫn khoa học: TS. Đỗ Thị Hồng Minh
HẢI PHÒNG - 2021
i
LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố
trong bất kỳ cơng trình nào khác. Tơi xin cam đoan rằng các thơng tin trích
dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Hải Phòng, ngày 11 tháng 11 năm 2021
Tác giả
BÙI ĐỨC HIẾU
ii
LỜI CẢM ƠN
Em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các thầy cơ giáo trong
khoa Tốn và Khoa học tự nhiên, phòng Quản lý sau đại học, trường Đại học
Hải Phịng đã tận tình truyền đạt kiến thức để em có những kiến thức vững
chắc là hành trang quý báu để em bước vào đời một cách tự tin.
Và để hoàn thành bản luận văn này, em xin tỏ lịng cám ơn sâu sắc đến cơ
giáo Tiến sĩ Đỗ Thị Hồng Minh – người đã tận tình giúp đỡ em hồn thành luận
văn. Cơ đã chỉ dẫn giúp đỡ em trong suốt quá trình làm luận văn, thiết kế nội
dung và những đóng góp vơ cùng q báu giúp luận văn mang tính khoa học,
tính sư phạm, tạo điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thành luận văn của mình.
Do điều kiện thời gian, cùng vốn kiến thức và phương pháp còn nhiều
hạn chế, kinh nghiệm còn ít nên bản luận văn này cịn nhiều thiếu xót. Em rất
mong được nhận ý kiến đóng góp của thầy cô và các bạn để em tiếp tục bổ
sung và hồn thiện bản luận văn này.
Cuối cùng em xin kính chúc thầy cơ có nhiều sức khỏe, ln hạnh phúc
và công tác tốt trong sự nghiệp trồng người.
Em xin chân thành cảm ơn !
Hải Phòng, ngày 11 tháng 11 năm 2021
Tác giả
BÙI ĐỨC HIẾU
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................i
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................ii
MỤC LỤC .................................................................................................... iii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .......................................................................... v
DANH MỤC BẢNG, BIỂU ........................................................................... vi
DANH MỤC HÌNH ......................................................................................vii
MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN .......................................... 5
1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu về giáo dục STEM ................................. 5
1.1.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài ................................................................ 5
1.1.2. Các nghiên cứu ở trong nước ................................................................. 6
1.1.3. Thực trạng về giáo dục STEM trong dạy học mơn Tốn ở trường THPT
hiện nay ........................................................................................................... 8
1.2. Giáo dục STEM ...................................................................................... 12
1.2.1. Khái niệm chung về STEM ................................................................. 12
1.2.2. Vai trò và ý nghĩa của giáo dục STEM trong giáo dục phổ thông ........ 13
1.3. Tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM ................................. 15
1.3.1. Một số phương pháp dạy học hiệu quả trong giáo dục STEM .............. 15
1.3.2. Các hình thức tổ chức giáo dục STEM ................................................ 20
1.4. Kiểm tra đánh giá kết quả dạy học các chủ đề giáo dục STEM ............... 21
1.4.1. Nguyên tắc đánh giá ........................................................................... 22
1.4.2. Các yêu cầu đánh giá .......................................................................... 22
1.4.3. Xây dựng công cụ đánh giá ................................................................. 23
1.5. Chủ đề Phép biến hình trong chương trình Tốn THPT ......................... 28
1.5.1. Mục đích, u cầu .............................................................................. 28
1.5.2. Cơ hội tổ chức giáo dục STEM .......................................................... 29
Kết luận chương 1 ........................................................................................ 30
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC GIÁO DỤC STEM CHỦ ĐỀ PHÉP
BIẾN HÌNH ................................................................................................. 31
2.1. Thiết kế một số chủ đề giáo dục STEM ................................................. 31
2.1.1. Định hướng xây dựng chủ đề STEM trong dạy học Phép biến hình .... 31
2.1.2. Quy trình xây dựng một số chủ đề giáo dục STEM ............................ 34
2.1.3. Xây dựng kế hoạch dạy học chủ đề giáo dục STEM ........................... 35
iv
2.2. Tổ chức thực hiện một số chủ đề giáo dục STEM.................................. 41
2.2.1. Chủ đề 1: Thiết kế họa tiết trang trí nhờ phép tịnh tiến và phép quay . 41
2.2.2. Chủ đề 2: Thiết kế kính tiềm vọng nhờ phép đối xứng trục ............... 56
2.2.3. Chủ đề 3: Thiết kế thước vẽ truyền nhờ phép vị tự ........................... 56
Kết luận chương 2 ........................................................................................ 57
CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ................................................. 58
3.1. Khái quát quá trình thực nghiệm............................................................. 58
3.1.1. Mục đích, yêu cầu thực nghiệm ........................................................... 58
3.1.2. Đối tượng thực nghiệm ........................................................................ 58
3.1.3. Nội dung thực nghiệm ......................................................................... 58
3.1.4.Tiến trình thực nghiệm ......................................................................... 58
3.2. Đánh giá kết quả thực nghiệm ................................................................ 59
3.2.1. Cơ sở đánh giá kết quả thực nghiệm .................................................... 59
3.2.2. Kết quả thực nghiệm............................................................................ 60
3.2.3. Kết quả về việc phát triển các kỹ năng ở HS ....................................... 63
Kết luận chương 3 ........................................................................................ 66
KẾT LUẬN .................................................................................................. 67
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................... 68
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ
PHỤ LỤC
v
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
Giải thích
ĐC
Đối chứng
GV
Giáo viên
HĐ
Hoạt động
HS
Học sinh
THPT
Trung học phổ thông
TN
Thực nghiệm
vi
DANH MỤC BẢNG, BIỂU
Số hiệu
Tên bảng
Trang
1.1
Số lượng GV Toán tham gia điều tra thực trạng
9
1.2
Mức độ nhận thức của GV về giáo dục STEM
9
1.3
Mức độ nhận thức của GV về ý nghĩa giáo dục STEM
9
1.4
Mức độ đánh giá của GV về sự cần thiết của giáo dục
STEM
10
1.5
Mức độ nhận thức của GV về vai trị của mơn Tốn
trong giáo dục STEM
10
1.6
Khảo sát GV tổ chức dạy học chủ đề theo định hướng
giáo dục STEM
10
1.7
Những khó khăn khi tổ chức dạy học chủ đề mơn Tốn
theo định hướng giáo dục STEM
11
1.8
Bảng mô tả các công cụ thu thập thông tin để đánh giá
quá trình trong giáo dục STEM
25
2.1
Bảng kiểm đánh giá kế hoạch dạy học chủ đề STEM
trong môn học
32
3.1
Điểm kiểm tra đầu vào của 2 lớp 11B2 và 11B3
58
3.2
Các bài dạy thực nghiệm của hai lớp 11B2 và 11B3
59
3.3
Kết quả khảo sát về thái độ học tập chủ đề giáo dục
STEM của HS
60
3.4
Bảng chấm điểm sản phẩm “họa tiết trang trí”
61
3.5
Bảng chấm điểm sản phẩm “kính tiềm vọng”
62
3.6
Thống kê kết quả các bài kiểm tra của hai lớp TN và
ĐC
63
3.7
Kết quả khảo sát về kỹ năng giao tiếp và hòa nhập với
tập thể của HS
64
3.8
Kết quả khảo sát về tinh thần trách nhiệm với việc học
tập của HS
64
3.9
Kết quả khảo sát về việc học tập chủ đề giáo dục
STEM giúp HS có cơ hội thể hiện khả năng của mình
65
vii
DANH MỤC HÌNH, BIỂU
Số hiệu
Tên hình
Trang
1.1
Mơ hình 5E
16
1.2
Các bước thực hiện dạy học dự án
19
2.1
Tiến trình bài học/ chủ đề STEM
36
2.2
Sản phẩm làng nghề truyền thống
45
2.3
Các sản phẩm trang trí
48
2.4
Người thợ lát kín tường bằng họa tiết
51
2.5
Hình đơn vị
51
2.6
Hình minh họa bằng phần mềm GSP
52
2.7
Một số hình ảnh lớp học trong tiết giáo dục STEM
56
3.1
Biểu đồ cột so sánh kết quả các bài kiểm tra giữa 2 lớp
TN và ĐC
63
1
MỞ ĐẦU
1. Lý do lựa chọn đề tài nghiên cứu
Giáo dục STEM là một trong những xu hướng giáo dục đang được
coi trọng ở nhiều quốc gia trên thế giới và đang được quan tâm thích đáng trong
đổi mới giáo dục phổ thông những năm gần của Việt Nam. Giáo dục STEM là
phương thức giáo dục tích hợp theo cách tiếp cận liên môn và thông qua thực
hành, ứng dụng. Thay vì dạy bốn mơn học như các đối tượng tách biệt và rời
rạc, STEM kết hợp chúng thành một mơ hình học tập gắn kết dựa trên các ứng
dụng thực tế. Qua đó, HS vừa học được kiến thức khoa học, vừa học được cách
vận dụng kiến thức đó vào thực tiễn. Giáo dục STEM vừa mang nghĩa thúc đẩy
giáo dục các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học, vừa thể hiện
phương pháp tiếp cận liên môn, phát triển năng lực và phẩm chất người học.
Giáo dục STEM đề cao một phong cách học tập mới cho người học, đó là phong
cách học tập sáng tạo. Đồng thời, giáo dục STEM chú trọng đến việc hình thành
và phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho người học. Đặt người học vào vai
trò của một nhà phát minh, người học sẽ phải hiểu thực chất của các kiến thức
được trang bị; phải biết cách mở rộng kiến thức; phải biết cách sửa chữa, chế
biến lại chúng cho phù hợp với tình huống có vấn đề mà người học đang phải
giải quyết.
Mặt khác, trong chương trình giáo dục phổ thông tổng thể [1], giáo dục
STEM đã được chú trọng thơng qua các biểu hiện: Chương trình giáo dục phổ
thơng mới có đầy đủ các mơn học STEM. Đó là các mơn Tốn học; Khoa học tự
nhiên; Công nghệ; Tin học. Điều này không chỉ thể hiện rõ tư tưởng giáo dục
STEM mà còn là sự điều chỉnh kịp thời của giáo dục phổ thông trước cuộc cách
mạng cơng nghiệp 4.0.
Theo đó, chương trình giáo dục phổ thông tổng thể năm 2018 [1] đã xác
định một trong các mục tiêu của giáo dục phổ thông là phát triển năng lực con
người, nhằm để trả lời cho câu hỏi: Học xong chương trình HS làm được gì?
Chính vì vậy mà cần phải đổi mới phương pháp dạy học, kiểm tra đánh giá theo
2
định hướng phát triển phẩm chất và năng lực HS. Các phương pháp và hình thức
tổ chức dạy học cần phải gắn nội dung bài học với những vấn đề thực tiễn và GV
tổ chức hoạt động để HS tìm hiểu và giải quyết được vấn đề, thơng qua đó tiếp thu
tri thức một cách chủ động. Giáo dục STEM đáp ứng được mục tiêu phát triển
năng lực và phẩm chất người học. Bởi nó cũng xuất phát từ vấn đề nảy sinh
trong thực tiễn được xây dựng thành các chủ đề/bài học STEM, thông qua việc
GV tổ chức các hoạt động học sẽ giúp HS tìm ra được những giải pháp để giải
quyết vấn đề mà chủ đề/bài học STEM nêu ra.
Giáo dục STEM trang bị cho người học những kiến thức và kỹ năng cần
thiết liên quan đến các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và tốn học. Các
kiến thức, kỹ năng này phải được tích hợp, lồng ghép và bổ trợ cho nhau giúp
HS không chỉ hiểu được ngun lý mà cịn có thể áp dụng để thực hành và tạo
ra những sản phẩm trong cuộc sống hàng ngày. Giáo dục STEM có ảnh hưởng
tích cực đến khả năng lựa chọn nghề nghiệp trong tương lai đối với HS ở
trường phổ thông.
Mặc dù những năm vừa qua, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã triển khai nhiều
hoạt động giáo dục để hướng đến đổi mới chương trình giáo dục phổ thơng. HS
được tổ chức vận dụng kiến thức của các môn học khác nhau đề giải quyết các
tình huống thực tiễn, tăng cường khả năng vận dụng tổng hợp, khả năng tự học,
tự nghiên cứu, thúc đẩy sự tham gia của gia đình, cộng đồng vào công tác giáo
dục. Tuy nhiên, thực tế giáo dục STEM hiện vẫn là khái niệm còn khá mơ hồ,
chưa có nhiều điều kiện triển khai ở các trường THPT. Hơn thế, việc kiểm tra,
đánh giá hiện nay của các trường THPT, cụ thể là kỳ thi Tốt nghiệp THPT,
được tổ chức bằng hình thức thi trắc nghiệm kiểm tra kiến thức, kỹ năng, trong
khi đánh giá theo mơ hình STEM là đánh giá thơng qua sản phẩm. Do đó, giáo
dục STEM chưa thực sự được hưởng ứng tích cực ở các trường phổ thông. Gần
đầy, STEM được quan tâm, triển khai chủ yếu ở các thành phố lớn nhưng nhận
thức của cán bộ quản lý, GV nói chung về STEM còn hạn chế. Phần lớn các cơ
sở giáo dục tập trung vào việc thiết kế và tổ chức các hoạt động trải nghiệm
3
theo định hướng giáo dục STEM. Việc dạy học các tiết học trên lớp theo định
hướng giáo dục STEM chưa được chú trọng.
Phép biến hình là một trong số nội dung khá hấp dẫn đối với HS. Nội dung
phép biến hình có liên hệ và ứng dụng nhiều trong thực tiễn. Đây cũng là một
nội dung có nhiều cơ hội áp dụng STEM. Bởi vậy, nếu GV thiết kế và tổ chức
dạy học nội dung này theo định hướng STEM thì chất lượng dạy và học nội
dung phép biến hình được nâng lên, đặc biệt kích thích niềm đam mê, hứng thú
đối với mơn học của HS.
Vì những lí do trên nên tôi chọn đề tài: “ Thiết kế và tổ chức một số chủ
đề giáo dục STEM thông qua dạy học phép biến hình” với mong muốn đưa
đề tài này áp dụng vào thực tiễn, nhằm nâng cao chất lượng dạy học mơn Tốn ở
trường THPT.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Trên cơ sở nghiên cứu vấn đề lý luận và thực tiễn về giáo dục STEM nói
chung và dạy học mơn Tốn nói riêng, đề tài nhằm thiết kế và tổ chức một số
chủ đề STEM trong dạy học Phép biến hình ở trường THPT.
3. Giả thiết khoa học
Nếu thiết kế và tổ chức được một số chủ đề giáo dục STEM thơng qua dạy
học phép biến hình ở trường THPT thì có thể giúp HS hứng thú, học tập tích
cực, chủ động và sáng tạo, giúp HS thấy được ứng dụng của các kiến thức liên
quan đến các phép biến hình vào cuộc sống, nhằm nâng cao hiệu quả dạy học
mơn Tốn ở trường THPT.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
4.1. Đối tượng nghiên cứu
- Khách thể nghiên cứu: q trình dạy học mơn Tốn ở trường THPT.
- Đối tượng nghiên cứu: Cách thức thiết kế và tổ chức các chủ đề STEM
trong dạy học Phép biến hình ở trường THPT.
4
4.2. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu việc thiết kế và tổ chức một số chủ đề STEM trong dạy học
Phép biến hình – Hình học 11 THPT.
5. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu lý luận.
- Phương pháp điều tra quan sát.
- Phương pháp thực nghiệm sư phạm.
- Phương pháp thống kê tốn học.
6. Đóng góp của luận văn
- Hệ thống hóa một số vấn đề lý luận và thực tiễn về giáo dục STEM;
- Thiết kế và tổ chức một số chủ đề giáo dục STEM thông qua dạy học
phép biến hình trong chương trình Hình học 11.
7. Kết cấu của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, phu lục, luận văn gồm 3
chương
Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN
Chương 2: THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC GIÁO DỤC STEM CHỦ ĐỀ PHÉP
BIẾN HÌNH
Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM
5
CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN
1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu về giáo dục STEM
1.1.1. Các nghiên cứu ở nước ngồi
Ngày nay, giáo dục STEM khơng còn quá xa lạ với nhiều nước trên thế
giới. Giáo dục STEM đã được rất nhiều nước trên thế giới quan tâm. STEM có
nguồn gốc từ quỹ khoa học quốc gia (NSF) vào những năm 1990 và đã được sử
dụng như một cụm từ viết tắt chung cho mọi sự kiện, chính sách, chương trình
hoặc liên quan đến một hoặc một số môn học thuộc 4 lĩnh vực S (Khoa học), T
(Cơng nghệ), E (Kĩ thuật) và M (Tốn học). Ở nhiều quốc gia, cải cách giáo dục
tập trung vào việc tăng khả năng, hứng thú, đam mê khoa học của HS đối với
STEM và giảng dạy STEM. [4]
Tại Mỹ: Giáo dục STEM được bắt nguồn từ Mỹ và gần đây nó dành được sự
quan tâm lớn của quốc gia thơng qua luật liên bang. Có ba khuyến cáo quan trọng
cho những nhà hoạch định chính sách phát triển các công cụ nhằm xây dựng những
vấn đề liên quan đến STEM một cách toàn diện gồm: Yêu cầu xây dựng một cách
nghiêm túc chương trình giáo dục STEM trong hệ đào tạo 12 năm; cải thiện việc
dạy và học STEM trên phạm vi tồn quốc; hỗ trợ các mơ hình mới tập trung vào sự
phù hợp để chắc chắn rằng tất cả các HS đều có những kĩ năng STEM sau khi tốt
nghiệp. Một trong các chiến lược chung nhất ở Mỹ hướng tới STEM là nâng cao
yêu cầu về Toán học và Khoa học đối với HS tốt nghiệp. Cách tiếp cận này là cơ
sở giúp các nhà trường có thể tác động tới tất cả HS.
Tại Pháp: Giáo dục STEM được bao phủ ở mọi cấp học. Trong giai đoạn
chính của bậc Tiểu học, HS được học về Tốn học, Khoa học tự nhiên và Cơng
nghệ. HS đã được tham gia các hoạt động trải nghiệm nghiên cứu nhằm thúc đẩy
sự quan tâm của các em về Khoa học và Cơng nghệ, bên cạnh đó phát triển tư
duy phê phán của HS.
Tại Anh: Giáo dục STEM đã được phát triển thành một chương trình quốc
gia với mục tiêu tạo ra nguồn nhân lực nghiên cứu khoa học chất lượng cao.
Chương trình hành động của Anh nhằm thúc đẩy giáo dục STEM bao gồm 4 nội
6
dung chính: Một là, tuyển dụng GV giảng dạy STEM. Theo đó, dạy tích hợp
khơng phải là một GV dạy nhiều môn học một lúc mà các GV các môn học khác
nhau phải hợp tác, cùng xây dựng bài giảng để HS có thể vận dụng kiến thức và
kĩ năng của nhiều môn để giải quyết một vấn đề. Hai là, bồi dưỡng nâng cao
trình độ của GV. Ba là, cải tiến và làm phong phú chương trình học cả trong và
ngoài lớp học. Bốn là, phát triển cơ sở vật chất hỗ trợ cho việc dạy và học.
1.1.2. Các nghiên cứu ở trong nước
Với ảnh hưởng của cuộc cách mạng công nghệ 4.0 và những trào lưu mới
trong giáo dục, Việt Nam đã và đang triển khai giáo dục STEM trong dạy học.
Ngay tại Việt Nam, giáo dục STEM cũng đã bắt đầu tạo được thử nghiệm tại
một số trường trong một số tiết khoa học và toán theo định hướng STEM. Thực
hiện chủ trương đổi mới đồng bộ hình thức dạy học, phương pháp dạy học và
kiểm tra, đánh giá kết quả giáo dục; để tăng cường việc gắn liền dạy học trong
nhà trường với thực tiễn cuộc sống và góp phần hình thành năng lực giải quyết
vấn đề của HS trung học. Từ năm 2012, Bộ Giáo dục và Đào tạo hàng năm đã tổ
chức cuộc thi “Vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các tình huống thực
tiễn dành cho HS trung học” và cuộc thi “Dạy học theo chủ đề tích hợp dành cho
GV trung học”. Đặc biệt, cuộc thi “Khoa học kĩ thuật dành cho HS trung học”
do Bộ Giáo dục và Đào tạo tổ chức dành cho HS phổ thông đã trở thành điểm
sáng tích cực trong giáo dục định hướng năng lực… Về cơ bản, đây là một hình
thức của giáo dục STEM. Các cuộc thi này là ví dụ cho mục tiêu giáo dục nhằm
phát triển năng lực cho HS hình thành những kĩ năng học tập và lao động trong
thế kỉ 21 của Bộ Giáo dục và Đào tạo và đó cũng là mục tiêu mà giáo dục STEM
hướng tới. Nhận thấy vai trò của giáo dục STEM như là một giải pháp quan
trọng và hiệu quả trong việc đổi mới căn bản và toàn diện nền giáo dục Việt
Nam. Bộ Giáo dục và Đào tạo đã nhấn mạnh việc vận dụng dạy học giải quyết
vấn đề, các phương pháp thực hành, dạy học theo dự án trong các mơn học; tích
cực ứng dụng cơng nghệ thơng tin phù hợp với nội dung bài học. Quán triệt tinh
thần giáo dục tích hợp giáo dục STEM trong việc thực hiện chương trình giáo
7
dục phổ thông ở những môn học liên quan.[4]
Ở Việt Nam có nhiều bài báo, tác phẩm viết về STEM. Trong số đó, phải kể
đến tác giả Nguyễn Thanh Nga, giảng viên Trường ĐHSP thành phố Hồ Chí
Minh, tác giả của nhiều bộ sách hướng dẫn dạy học STEM như: Thiết kế và tổ
chức dạy học chủ đề STEM cho học sinh trung học cơ sở và trung học phổ thông ,
dạy học chủ đề STEM , giáo dục STEM – hướng dẫn thực hiện kế hoạch bài dạy
đáp ứng yêu cầu phát triển phẩm chất, năng lực học sinh trung học …. Trong các
tác phẩm của mình, tác giả Nguyễn Thanh Nga đã đưa ra cách thiết kế và tổ chức
dạy học các chủ đề giáo dục STEM ở trường Trung học cơ sở và Trung học phổ
thông. Mong muốn của các tài liệu là nhằm hỗ trợ GV tổ chức dạy và học các chủ
đề STEM cho HS trung học ở mức độ cơ bản, phù hợp với các đối tượng khác
nhau, trong bối cảnh địa phương khác nhau như: thành phố lớn, vùng nông thôn,
đồng bằng, miền núi, miền biển… Hay tác giả Nguyễn Thành Hải - Sáng lập viên
Thư viện Trẻ sáng tạo (Library for Creative Kids) tại Hoa Kỳ và giám đốc dự án
“STEM on the Move” được sự bảo trợ của Đại sứ quán Hoa Kỳ tại Việt Nam.
Ông là tác giả của cuốn sách “giáo dục STEM/ STEAM từ trải nghiệm thực hành
đến tư duy sáng tạo”. Với văn phong nhẹ nhàng, trong sáng, dễ hiểu, ông đã giới
thiệu những quan điểm, những cơ sở khoa học cho giáo dục STEM một cách
logic, tất cả đã đi vào người đọc một cách rất thuyết phục.[5] [12] [13] [14]
Ngồi ra, cịn rất nhiều những bài báo, tài liệu tập huấn viết về giáo dục
STEM như tài liệu của Bộ giáo dục “Tập huấn cán bộ quản lý, Giáo viên về xây
dựng chủ đề giáo dục STEM trong giáo dục trung học”,.....và luận án viết về
giáo dục STEM như của tác giả Lê Xuân Quang về “Dạy học môn Công nghệ
phổ thông theo định hướng giáo dục STEM”,...Các bài báo đăng trên tạp chí
Giáo dục như “Một số vấn đề về giáo dục STEM trong nhà trường phổ thơng
đáp ứng chương trình giáo dục phổ thơng mới” của nhóm tác giả Viện khoa học
giáo dục Việt Nam là Nguyễn Sỹ Nam – Đào Ngọc Chính – Phan Thị Bích Lợi.
[4] [11] [15]
8
1.1.3. Thực trạng về giáo dục STEM trong dạy học mơn Tốn ở trường
THPT hiện nay
Thực hiện Chỉ thị số 16/CT-TTg ngày 04/5/2017 của Thủ tướng Chính
phủ về việc tăng cường năng lực tiếp cận cuộc Cách mạng công nghiệp lần
thứ 4, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã phối hợp với Hội đồng Anh triển khai
chương trình thí điểm giáo dục STEM cho một số trường trung học tại một
số tỉnh, thành phố. Cũng trong năm học 2017-2018, giáo dục STEM đã được
Bộ Giáo dục và Đào tạo đưa vào các văn bản hướng dẫn thực hiện nhiệm vụ
giáo dục trung học và đến nay tiếp tục chỉ đạo các địa phương trên tồn
quốc tích hợp STEM trong q trình thực hiện chương trình giáo dục phổ
thơng hiện hành ở những mơn có liên quan. Bên cạnh đó, giáo dục STEM đã
được đưa vào nhiệm vụ năm học của nhiều Sở Giáo dục và Đào tạo trên cả
nước.
Trước đó, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã triển khai các phong trào, các
cuộc thi trong nhà trường phổ thông theo hướng này, điển hình như: cuộc thi
khoa học kỹ thuật dành cho HS trung học; vận dụng kiến thức liên mơn vào
giải quyết tình huống thực tiễn; sáng kiến giáo dục STEM – SchoolLAB
dành cho HS trung học… Từ những chương trình thí điểm, những phong
trào, cuộc thi này bước đầu đã có những tác động tích cực, lan tỏa, làm
chuyển biến trong dạy và học tại các trường phổ thơng trên cả nước. Trên cơ
sở đó, HS được thực hành, trải nghiệm nhiều hơn, học tập gắn với cuộc sống
thực hơn. Tuy nhiên, các phong trào vẫn dừng lại ở hình thức các cuộc thi,
thao giảng mà chưa trở thành hoạt động thường xuyên, phổ biến và tự
nguyện của GV phổ thơng.
1.1.3.1.
Thực trạng dạy học mơn Tốn theo định hướng giáo dục STEM
Để tìm hiểu thực trạng dạy học mơn Tốn theo định hướng giáo dục
STEM, tác giả đã sử dụng phiếu khảo sát ( Phụ lục số 1) để tiến hành thăm
dị ý kiến của 35 GV mơn Tốn của một số trường THPT ở Hải Phịng.
9
Bảng 1.1: Số lượng GV Toán tham gia điều tra thực trạng
STT
Tên trường
Số lượng GV
1
THPT Hàng Hải
12
2
THPT Thái Phiên
10
3
THPT Đồ Sơn
7
4
THPT Cộng Hiền
6
Kết quả khảo sát như sau:
Với câu hỏi 1, kết quả thu được ở bảng sau
Bảng 1.2: Mức độ nhận thức của GV về giáo dục STEM
Phương án chọn
A
B
C
D
SL
6
1
6
22
Tỷ lệ % chọn
17,1
2,8
17,1
63
Qua bảng 1.2 cho thấy đa số GV biết về giáo dục STEM, nhiều GV (63%)
hiểu đúng khái niệm giáo dục STEM và cịn một số khơng nhỏ GV (37%) chưa
hiểu đúng khái niệm giáo dục STEM
Với câu hỏi 2, 3 về ý nghĩa và sự cần thiết của giáo dục STEM, kết quả thu
được ở các bảng sau.
Bảng 1.3: Mức độ nhận thức của GV về ý nghĩa giáo dục STEM
STT
Ý nghĩa
SL
Tỷ lệ %
1
Đảm bảo giáo dục tồn diện
22
62,8
2
Nâng cao hứng thú học tập các mơn học STEM
26
74,3
33
94,3
3
Hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất
cho HS
4
Kết nối trường học với cộng đồng
23
65,7
5
Hướng nghiệp, phân luồng
19
54,3
6
Thích ứng với cách mạng công nghiệp 4.0
20
57,1
10
Bảng 1.4: Mức độ đánh giá của GV về sự cần thiết của giáo dục STEM
SL
Hồn tồn
khơng
0
Tỷ lệ %
0
Mức độ
Khơng cần thiết lắm
Cần thiết
5
20
Rất cần
thiết
10
14,3
57,1
28,6
Qua bảng 1.3 cho thấy đa số GV nhận thức được ý nghĩa của giáo dục
STEM. Tuy nhiên, từ bảng 1.4 nhận thức về sự cần thiết của giáo dục STEM của
các GV còn rất khác nhau. Đa số (85,7%) GV nhận thấy giáo dục STEM là cần,
tuy nhiên con số không nhỏ (14,3%) các GV vẫn cho rằng giáo dục STEM là
không cần thiết. Điều đó chứng tỏ sự hiểu biết các GV đó về giáo dục STEM và
về xu hướng dạy học theo định hướng phát triển năng lực còn hạn chế.
Với câu hỏi 4 về mức độ nhận thức của GV về vai trị của mơn Tốn trong
giáo dục STEM, kết quả thu được ở bảng sau:
Bảng 1.5: Mức độ nhận thức của GV về vai trị của mơn Tốn
trong giáo dục STEM
Mức độ
A
B
C
SL
28
5
2
Tỷ lệ %
80
14,3
5,7
Qua bảng trên cho thấy, có 80% GV hiểu được đúng vai trị của mơn Tốn
trong giáo dục STEM; 14,3% GV chưa hiểu được vai trị của mơn Tốn trong
giáo dục STEM và 5,7% GV khơng hiểu rõ về vai trị của mơn Tốn trong giáo
dục STEM.
Với câu hỏi 5 về việc thầy (cô) đã tổ chức dạy học chủ đề theo định hướng
giáo dục STEM, kết quả thu được ở bảng sau:
Bảng 1.6: Khảo sát GV tổ chức dạy học chủ đề theo
định hướng giáo dục STEM
Mức độ
Chưa bao giờ
Thỉnh thoảng
Thường xuyên
SL
25
9
1
Tỷ lệ %
71,4
25,7
2,9
11
Qua bảng trên cho thấy, trên thực tế đa số GV chưa dạy học chủ đề theo
định hướng giáo dục STEM (71,4%) và chỉ có 28,6% GV đã dạy học chủ đề
theo định hướng giáo dục STEM
Thăm dị những khó khăn khi tổ chức dạy học chủ đề mơn Tốn theo định
hướng giáo dục STEM qua câu hỏi 6, kết quả thể hiện ở bảng sau:
Bảng 1.7: Những khó khăn khi tổ chức dạy học chủ đề mơn Tốn
theo định hướng giáo dục STEM
STT
Những khó khăn khi tổ chức dạy học chủ đề
mơn Tốn theo định hướng giáo dục STEM
SL
Tỷ lệ
%
1
Khơng có thời gian đầu tư thiết kế chủ đề
31
88,6
2
Khó chọn lọc chủ đề phù hợp với nội dung bài dạy
28
80
3
Khơng có nhiều nguồn tư liệu tham khảo.
15
42,9
4
Nội dung kiến thức quá khó với HS
7
20
23
65,7
5
Dạy học theo định hướng STEM không đem lại kết
quả cao trong các kỳ thi khảo sát hiện nay
6
Trình độ năng lực của GV cịn hạn chết
6
17,1
7
Trình độ năng lực HS khơng đồng đều.
17
48,6
27
77,1
11
31,4
8
9
Thiếu thốn về cơ sở vật chất, không đảm bảo điều
kiện để dạy học theo định hướng giáo dục STEM
HS không hứng thú với việc học theo định hướng
STEM
Kết quả bảng 1.6 cho thấy những khó khăn thường gặp:
- Khơng có thời gian đầu tư thiết kế chủ đề (88,6%)
- Khó chọn lọc chủ đề phù hợp với nội dung bài dạy (80%)
- Dạy học theo định hướng STEM không đem lại kết quả cao trong các kỳ
thi khảo sát hiện nay (65,7%)
- Thiếu thốn về cơ sở vật chất, không đảm bảo điều kiện để dạy học theo
định hướng giáo dục STEM (77,1%)
Như vậy, qua kết quả tìm hiểu thăm dị ý kiến GV về giáo dục STEM bằng
12
phiếu khảo sát thể hiện bằng các bảng nói trên cho thấy nhiều GV đã hiểu đúng
về STEM, ý nghĩa và sự cần thiết của giáo dục STEM, hiểu được vài trị quan
trọng của mơn Tốn trong giáo dục STEM. Tuy nhiên, trong lĩnh vực giảng dạy
bộ mơn Tốn của mình thì đa số các thầy cơ chưa thực hiện dạy học các chủ đề
theo định hướng giáo dục STEM, thực tế cho thấy các thầy cơ cịn gặp nhiều
khó khăn. Khâu thiết kế và tổ chức dạy học trong mơn tốn theo định hướng
giáo dục STEM cũng là một trong các vấn đề khó khăn đó (khó khăn về mặt thời
gian thiết kế, khó khăn về sự lựa chọn chủ đề phù hợp với nội dung bài học).
1.2. Giáo dục STEM
1.2.1. Khái niệm chung về STEM
Thuật ngữ STEM là chữ viết tắt bằng tiếng Anh của bốn chữ: Science
(Khoa học), Technology (Cơng nghệ), Engineering (Kỹ thuật) và Mathematics
(Tốn học). Chính vì vậy thay vì học từng mơn rời rạc thì STEM sẽ tích hợp
kiến thức từ nhiều lĩnh vực, rèn luyện tư duy đa chiều, giúp các em đi tới nguồn
gốc của vấn đề bằng chính cảm nhận Tai nghe, mắt thấy, Tay làm.
Giáo dục STEM đặt HS trước những vấn đề thực tiễn ("công nghệ" hiện
tại) cần giải quyết, địi hỏi HS phải tìm tịi, chiếm lĩnh kiến thức khoa học và vận
dụng kiến thức để thiết kế và thực hiện giải pháp giải quyết vấn đề ("công nghệ"
mới). Đây chính là sự tiếp cận liên mơn trong giáo dục STEM, dù cho kiến thức
mới mà HS cần phải học để sử dụng trong một bài học STEM cụ thể có thể chỉ
thuộc một mơn học.
Trong Chương trình giáo dục phổ thông năm 2018, giáo dục STEM được
mô tả như sau: “Giáo dục STEM là mơ hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên
môn, giúp HS áp dụng các kiến thức khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học
vào giải quyết một số vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể.”[1]
Như vậy cách định nghĩa về giáo dục STEM nói đến một cách tiếp cận liên
ngành, liên mơn học trong một chương trình đào tạo, cụ thể phải có bốn lĩnh
vực: Khoa học, cơng nghệ, kỹ thuật và Toán. Giáo dục STEM giúp HS nhận
13
thấy được tầm quan trọng của kiến thức tổng hợp để vận dụng giải quyết các vấn
đề trong công việc.
Mục đính chính của giáo dục STEM khơng phải là đào tạo ra các nhà khoa
học, nhà toán học, kỹ sư mà chính là nằm ở truyền cảm hứng trong học tập, thấy
được mối liên hệ giữa các kiến thức và nhận thức được tầm quan trọng của các kiến
thức STEM ảnh hưởng đến thế giới và sự phát triển của xã hội trong tương lai.
1.2.2. Vai trò và ý nghĩa của giáo dục STEM trong giáo dục phổ thông
Việc đưa giáo dục STEM vào trường trung học mang lại nhiều ý nghĩa, phù
hợp với định hướng đổi mới giáo dục phổ thơng. Cụ thể là:[4]
- Đảm bảo giáo dục tồn diện: Triển khai giáo dục STEM ở nhà trường,
bên cạnh các mơn học đang được quan tâm như Tốn, Khoa học, các lĩnh vực
Công nghệ, Kĩ thuật cũng sẽ được quan tâm, đầu tư trên tất cả các phương diện
về đội ngũ GV, chương trình, cơ sở vật chất.
- Nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM: Các dự án học tập trong
giáo dục STEM hướng tới việc vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các
vấn đề thực tiễn, HS được hoạt động, trải nghiệm và thấy được ý nghĩa của tri
thức với cuộc sống, nhờ đó sẽ nâng cao hứng thú học tập của HS.
- Hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho HS: Khi triển khai các
dự án học tập STEM, HS hợp tác với nhau, chủ động và tự lực thực hiện các
nhiệm vụ học; được làm quen hoạt động có tính chất nghiên cứu khoa học. Các
hoạt động nêu trên góp phần tích cực vào hình thành và phát triển phẩm chất,
năng lực cho HS.
- Kết nối trường học với cộng đồng: Để đảm bảo triển khai hiệu quả giáo dục
STEM, cơ sở giáo dục phổ thông thường kết nối với các cơ sở giáo dục nghề
nghiệp, đại học tại địa phương nhằm khai thác nguồn lực về con người, cơ sở vật
chất triển khai hoạt động giáo dục STEM. Bên cạnh đó, giáo dục STEM phổ
thơng cũng hướng tới giải quyết các vấn đề có tính đặc thù của địa phương.
- Hướng nghiệp, phân luồng: Tổ chức tốt giáo dục STEM ở trường trung
học, HS sẽ được trải nghiệm trong các lĩnh vực STEM, đánh giá được sự phù
14
hợp, năng khiếu, sở thích của bản thân với nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM.
Thực hiện tốt giáo dục STEM ở trường trung học cũng là cách thức thu hút HS
theo học, lựa chọn các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM, các ngành nghề có nhu
cầu cao về nguồn nhân lực trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư.
- Thích ứng với cách mạng cơng nghiệp 4.0: Với sự phát triển của khoa học
kĩ thuật thì nhu cầu việc làm liên quan đến STEM ngày càng lớn đòi hỏi ngành
giáo dục cũng phải có những sự thay đổi để đáp ứng nhu cầu của xã hội. Giáo
dục STEM có thể tạo ra những con người có thể đáp ứng được nhu cầu cơng việc
của thế kỷ mới có tác động lớn đến sự thay đổi nên kinh tế đổi mới.
Các chương trình giáo dục của thế kỷ 20 chủ yếu tập trung vào Khoa học
(S) và Toán học (M) mà xem nhẹ vai trị của cơng nghệ và kĩ thuật. Khơng chỉ
cần Tốn học và Khoa học, trong thế kỷ 21 HS cịn cần cơng nghệ và kĩ thuật
cũng như các kĩ năng mềm cần thiết khác như: kĩ năng tư duy phản biện, giải
quyết vấn đề, làm việc theo nhóm, và cộng tác.
Chúng ta đang sống trong thời đại hịa nhập cao giữa các quốc gia có văn
hóa khác nhau. Nhu cầu trao đổi công việc và nhân lực cũng ngày một cao.
Trong bối cảnh như vậy đòi hỏi ngành giáo dục cũng cần chuẩn bị cho HS
những kĩ năng và kiến thức theo chuẩn toàn cầu.
Giáo dục STEM với nhiệm vụ cung cấp các kiến thức và kĩ năng cần thiết
cho thế kỷ 21 đang và sẽ là mơ hình giáo dục diện rộng trong tương lai gần của
thế giới. Phương pháp giáo dục STEM là phương pháp giáo dục mới và có
phương pháp tiếp cận khác trong giảng dạy và học tập, nên cần được sự quan tâm
và nhận thức của toàn xã hội. Học STEM để đón đầu được xu hướng phát triển
giáo dục tiên tiến, là bước đặt nền móng vững chắc cho sự phát triển đất nước
trong tương lai.
Các kĩ năng về kĩ thuật cho phép HS có thể tiếp cận những phương pháp,
nền tảng để thiết kế và xây dựng các thiết bị từ đơn giản đến phức tạp mà xã hội
cần – đã và đang sử dụng. HS được cung cấp các kiến thức về cơng nghệ sẽ có
khả năng sử dụng công nghệ thành thạo để hỗ trợ để đem lại tính hiệu quả cao
15
hơn, nhanh hơn, chính xác trong cơng việc. Trong nền giáo dục khơng có Cơng
nghệ (T) và Kĩ thuật (E) thì HS chỉ được trang bị những kĩ năng về lí thuyết về
khái niệm, ngun lí, cơng thức, định luật mà không được trang bị kiến thức để
áp dụng vào thực tiễn. Vì vậy việc kết hợp các kĩ năng về STEM ngày càng trở
nên quan trọng.
1.3. Tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM
1.3.1. Một số phương pháp dạy học hiệu quả trong giáo dục STEM
1.3.1.1. Phương pháp 1: Dạy học dựa trên vấn đề
Đây là cách tiếp cận giảng dạy trong đó HS được GV trình bày một vấn đề
xác thực với cấu trúc lỏng lẻo, và HS cần phải xác định các em đã biết những gì
về vấn đề này và các em cần biết gì. Thơng thường, GV trình bày một câu hỏi
định hướng mà HS có thể tham chiếu đến trong suốt bài học, và câu hỏi này
nhắc nhở các em lí do căn bản vì sao các em cần giải quyết vấn đề. Sau khi được
trình bày vấn đề, định nghĩa nó, và tạo ra các vấn đề học tập, HS tiếp tục giải
quyết các vấn đề học tập, và sau đó xây dựng một giải pháp tiềm tàng và củng
cố nó với các bằng chứng.
Thơng thường, HS học tập theo nhóm nhỏ để giải quyết vấn đề. Điều này
cho phép HS thực hành làm việc hợp tác. Từng HS phải hỗ trợ tìm ra giải pháp,
sau đó cùng nhau làm việc theo nhóm để đánh giá từng giải pháp và xác định
đâu là giải pháp tốt nhất.
Trong học tập dựa trên vấn đề, khơng có một câu trả lời đúng cho vấn đề.
Thay vì làm việc hướng tới một câu trả lời “đúng”, HS thực hành các kĩ năng tư
duy phản biện và phát triển các giải pháp riêng của mình. [4]
1.3.1.2. Phương pháp 2: Dạy học tìm tịi khám phá theo mơ hình 5E
Dạy học khám phá theo mơ hình 5E được Bybee và các cộng sự giới thiệu.
5E viết tắt của 5 từ bắt đầu bằng chữ E trong tiếng Anh: Engage (Lơi cuốn),
Explore (khám phá), Explain (Giải thích), Elaborate (Mở rộng -củng cố), và
Evaluate (Đánh giá). Phương pháp 5E dựa trên thuyết kiến tạo (constructivism)
16
của quá trình học, HS xây dựng các kiến thức mới dựa trên các kiến thức hoặc
trải nghiệm đã biết trước đó.
Các giai đoạn của phương pháp 5E cụ thể như sau:
Hình 1.1: Mơ hình 5E
1. Giai đoạn Engage (Lơi cuốn): GV / hoạt động học tập đề cập tới kiến
thức đã có của HS và khiến họ muốn tham gia vào tìm hiểu kiến thức mới thơng
qua một số hoạt động nhỏ nhằm kích thích sự tị mị mà gợi ra những kiến thức
đã có từ trước. Các hoạt động nên tạo được mối liên kết giữa những kinh nghiệm
học tập có được trong quá khứ và hiện tại, bộc lộ được những quan niệm đã có
từ trước, và sắp xếp được những suy nghĩ của HS.
2. Giai đoạn Explore (Khám phá): Cung cấp cho HS các hoạt động cơ sở
làm nền tảng mà ở đó các quan niệm hiện tại (ví dụ: quan niệm sai lầm…), các
q trình, các kĩ năng được thể hiện và sự thay đổi về mặt quan niệm được diễn
ra dễ dàng. HS thực hiện các hoạt động trong phịng thí nghiệm qua đó giúp HS
vận dụng các kiến thức đã biết để tự tạo ra các ý tưởng mới, giải thích được các
câu hỏi và các khả năng có thể xảy ra, và tự thiết kế và tiến hành các khảo sát.
3. Giai đoạn Explain (Giải thích): Tập trung sự chú ý của HS vào các
khía cạnh cụ thể các pha trước và cung cấp các cơ hội để chứng minh các hiểu
biết thuộc về quan niệm, kĩ năng xử lí hoặc hành vi. Ở pha này cũng đồng thời
cung cấp cơ hội cho GV để có thể đưa ra trực tiếp các quan niệm, q trình hoặc
kĩ năng. HS giải thích sự hiểu biết của họ về các quan niệm đó. Sự giải thích từ
GV hoặc từ giáo trình có thể giúp họ hiểu sâu hơn, chính xác hơn.
