Phát triển kỹ năng Toán học trong giáo dục STEM cho học sinh thông qua dạy học hình học lớp 10

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

TRẦN THỊ THU HÀ

PHÁT TRIỂN KỸ NĂNG TOÁN HỌC TRONG GIÁO DỤC STEM
CHO HỌC SINH THÔNG QUA DẠY HỌC HÌNH HỌC LỚP 10

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM TOÁN

HÀ NỘI - 2019


DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ BIỂU ĐỒ
Bảng 4.1. Thống kê kết quả kiểm tra trước thực nghiệm ................................... 65
Bảng 4.2. Phân bố tần suất .................................................................................. 66
Bảng 4.3. Tổng hợp các tham số thống kê .......................................................... 66
Bảng 4.4. Thống kê điểm số................................................................................ 68
Bảng 4.5. Phân bố tần suất .................................................................................. 68
Bảng 4.6. Tổng hợp các tham số thống kê .......................................................... 68
Biểu đồ 4.1 Phân bố tần suất điểm số của học sinh ............................................ 69

v


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Quy trình 5E hướng

n t ch hợp STEMError! Bookmark not defined.

Hình 1.2. Tiến trình dạy học STEM theo quy trình nghiên cứu khoa học.Error! Bookma

Hình 1.3. Quy trình dạy học môn Toán theo định hướng giáo dục STEMError! Bookma
Hình 3.1. Khu vui chơi hình tam giác ................................................................. 58
Hình 3.2. Nhà thờ Bùi Chu – Nam Định............................................................. 58
Hình 3.3. Tháp chàm Chàm Por Klong ............................................................... 74
Hình 3.4. Hai vận động viên .............................................................................. 74
Hình 3.5. Hợp lực tác dụng lên chất điểm ......................................................... 74
Hình 3.6. Bác Hồ tát nước chống hạn 1958 ........................................................ 74
Hình 3.7. Vận động viên A ................................................................................ 74

vi


MỤC LỤC

Lời cam đoan
………………………………………………………...........
Lời cảm ơn ........................................................................................................... i
Danh mục các chữ viết tắt ..................................................................................... ii
Danh mục bảng và biểu đồ .................................................................................... iii
Danh mục các hình ............................................................................................... iv
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1
1.Lý do chọn đề tài ................................................................................................ 1
2. Mục đ ch nghiên cứu ......................................................................................... 3
3. Nhiệm vụ nghiên cứu ........................................................................................ 3
4. Đối tượng và khách thể nghiên cứu .................................................................. 3
4.1. Đối tượng nghiên cứu..................................................................................... 3
4.2. Khách thể nghiên cứu..................................................................................... 4
4.3. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................ 4
5. Giả thuyết khoa học .......................................................................................... 4

6. Phương pháp nghiên cứu................................................................................... 4
7. Đóng góp của đề tài........................................................................................... 4
8. Cấu trúc luận văn .............................................................................................. 4
CHƯƠNG 1........................................................................................................... 6
CƠ SỞ LÝ LUẬN ................................................................................................. 6
1.1.

Lịch sử vấn đề nghiên cứu .......................................................................... 6

1.1.1. Giáo dục STEM trên thế giới ...................................................................... 6
1.2.2. Khái niệm STEM ...................................................................................... 12
1.2.3. Giáo dục STEM ........................................................................................ 15
1.2.4. Các kỹ năng giáo ục STEM .................................................................... 16

vii


1.2.5. Mục tiêu giáo dục STEM .......................................................................... 17
1.2.6.Phân loại STEM ......................................................................................... 20
1.3. Dạy học môn Toán theo định hướng giáo dục STEM ................................. 21
1.3.1. Đặc trưng của dạy học môn Toán theo định hướng giáo dục STEM ....... 21
1.4. Các kỹ

g to

học ................................................................................. 22

Kết luận chương 1 ............................................................................................... 30
CHƯƠNG 2......................................................................................................... 32
CƠ SỞ THỰC TIỄN ........................................................................................... 32

2.1. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn .............................................................. 32
2.1.1. Thực trạng thiết kế và tổ chức ạy học môn Toán lớp 10 theo định
hướng giáo ục STEM ........................................................................................ 32
2.1.2.Thực trạng học tập của HS lớp 10 trong dạy học Toán theo định
hướng giáo dục STEM ........................................................................................ 38
2.2. Phân tích nội ung chương trình Hình học lớp 10 ....................................... 41
2.2.1. Khái quát chương trình Hình học lớp 10 .................................................. 41
2.2.2. Cấu trúc nội dung Hình học lớp 10 ........................................................... 41
Kết luận chương 2 ............................................................................................... 44
CHƯƠNG 3......................................................................................................... 45
THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ CHỦ ĐỀ HÌNH HỌC .......... 45
LỚP 10 NHẰM PHÁT TRIỂN KỸ NĂNG TOÁN HỌC TRONG GIÁO
DỤC STEM ......................................................................................................... 45
3.1.Quy trình thiết kế chủ đề giáo dục STEM trong dạy học môn Toán ............ 45
3.2. Thiết kế một số chủ đề giáo dục STEM nhằm phát triển kỹ năng
Toán học (Hình học lớp 10) ................................................................................ 47
3.2.1. Chủ đề : Vectơ và các phép toán vectơ (chương trình Hình học 10
ban cơ bản) .......................................................................................................... 47

viii


3.3. Một số biện pháp sư phạm phát triển kỹ năng Toán học trong giáo
dục STEM ........................................................................................................... 56
3.3.1. Biện pháp 1: Khai thác khả năng gợi động cơ từ các tình huống
trong thực tiễn để gây hứng thú cho học sinh ..................................................... 56
Gợi động cơ là một trong những khâu quan trọng của quá trình DH nhằm
kích thích hứng thú học tập cho HS. Gợi động cơ không phải là chỉ đơn
thuần là việc vào bài, việc đặt vấn đề một cách hình thức mà phải giúp
biến những mục tiêu sư phạm thành mục tiêu của cá nhân HS nhằm tạo

ra động lực bên trong thúc đẩy HS hoạt động. Do đó, việc gợi động cơ
có thể giúp HS thấy được ý nghĩa, sự cần thiết phải học khái niệm, định
lí, quy tắc, phương pháp, bài tập đó. ................................................................... 57
b) Quy trình thực hiện biện pháp ........................................................................ 57
Bước 1: Tìm hiểu kĩ nội dung toán học và tình huống trong thực tiễn............... 57

Hình 3.6

....................................................... 57

Hình 3.7 .............................................................................................................. 58
Hình 3.8 ............................................................................................................... 58
Hình 3.9 ............................................................................................................... 58
3.3.2. Biện pháp 2: Tăng cường hoạt động củng cố theo hướng khai thác
các ứng dụng của môn Toán vào các bộ môn khoa học khác ............................. 59
CHƯƠNG 4......................................................................................................... 64
THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM .............................................................................. 64

ix


4.1. Mục đ ch thực nghiệm ................................................................................. 64
4.2. Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm .................................................................. 64
4.3.Phương pháp thực nghiệm sư phạm .............................................................. 64
4.4. Kế hoạch và nội dung thực nghiệm sư phạm ............................................... 65
4.4.1. Kế hoạch thực nghiệm .............................................................................. 65
4.4.2. Đối tượng thực nghiệm ............................................................................. 65
Bảng 4.1.Thống kê kết quả kiểm ra rước thực nghiệm ..................................... 65
Bảng 4.2.Phân bố tần suất .................................................................................. 66
Bảng 4.3.Tổng hợp các tham số thống kê ........................................................... 66

4.4.3. Hình thức thực nghiệm.............................................................................. 66
4.5. Đánh giá kết quả thực nghiệm ..................................................................... 66
4.5.1. Đánh giá định tính ..................................................................................... 66
4.5.2. Đánh giá định lượng .................................................................................. 68
Bảng 4.4. Thố

kê điểm số ................................................................................ 68

Bảng 4.5. Phân bố tần suất ................................................................................. 68
Bảng 4.6. Tổng hợp các tham số thống kê .......................................................... 68
Biểu đồ 4.1 Phân bố tần suấ điểm số của học sinh ........................................... 69
Kết luận chương 4 ............................................................................................... 70
KẾT LUẬN CHUNG .......................................................................................... 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 73
PHỤ LỤC .............................................................................................................. 1
PHỤ LỤC 1 ........................................................................................................... 1

x


MỞ ĐẦU
1.Lý do chọ đề tài
Không chỉ ở Việt Nam mà nhiều nước đang phát triển trong khu vực và
trên thế giới đều phải đối mặt với những thách thức lớn về sự thiếu hụt lao
động có trình độ cao và kỹ năng chuyên nghiệp để đáp ứng được nhu cầu đặt
ra từ cuộc Cách mạng công nghiệp 4.0. Vấn đề đặt ra không chỉ với nền giáo
dục Việt Nam mà của cả thế giới là làm thế nào để đào tạo ra nguồn nhân lực
chất lượng cao để đáp ứng nhu cầu phát triển. Trong đó việc đổi mới nội
ung, chương trình, phương pháp ạy học, phương pháp kiểm tra, đánh giá
đang được Đảng và Nhà nước đặc biệt quan tâm.

Theo chương trình giáo ục phổ thông tổng thể mới nêu rõ: “Mô To
ở rường phổ thông góp phần hình thành và phát triển phẩm chất, nhân cách
học sinh; phát triển kiến thức, kỹ ă

e c ốt và tạo cơ ội để học sinh

được trải nghiệm, áp dụng toán học vào đời sống thực tiễn; tạo dựng sự kết
nối giữa c c ý ưởng toán học, giữa Toán học với thực tiễn, giữa Toán học
với các môn học k c đặc biệt với các môn học lĩ

vực giáo dục STEM”[2].

Nghị quyết số 29-NQ/TW ngày 04 tháng 11 năm 2013 của Hội nghị lần
thứ tám Ban Chấp hành Trung ương khóa XI đã nêu rõ:“P
và đào ạo là â

cao dâ

riển giáo dục

rí đào ạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài. Chuyển

mạnh quá trình giáo dục từ chủ yếu trang bị kiến thức sang phát triển toàn
diện phẩm chấ và ă
thực tiễn; giáo dục

lực

ười học. Học đi đôi với hành; lí luận gắn với

à rường kết hợp với giáo dục ia đì

và i o dục xã

hội” [1].
Hiện nay phương pháp ạy học phổ biến trong các trường phổ thông là
phương pháp ạy học truyền thống. GV là người thuyết trình, diễn giảng, là
“kho tri thức sống”, nguồn cung cấp thông tin và có uy quyền tuyệt đối. HS là
người nghe, ghi chép và suy nghĩ theo, khả năng thực hành. Do vậy nguồn
cung cấp kiến thức chủ yếu cho HS là GV và SGK. Ngày nay, có nhiều

1


phương pháp ạy học tích cực nhằm phát triển năng lực cho người học ví dụ
như: ạy học trải nghiệm sáng tạo, dạy học dự án, dạy học tích hợp… Tuy
nhiên, không có phương pháp nào là chìa khóa vạn năng mà GV nên kết hợp
giữa các phương pháp nhằm đạt được “sản phẩm đầu ra” tốt nhất.
Thuật ngữ STEM là tên viết tắt của bốn từ: Science (Khoa học),
Techology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật) và Mathematics (Toán học).
STEM là một chương trình giảng dạy dựa trên ý tưởng trang bị cho người học
những kiến thức, kỹ năng liên quan đến khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán
học theo cách tiếp cận liên môn và người học có thể áp dụng để giải quyết vấn
đề trong cuộc sống hàng ngày. [12]
Giáo dục STEM không phải là để học sinh trở thành những nhà toán học,
nhà khoa học, kỹ sư hay những kỹ thuật viên mà là phát triển cho học sinh các
kỹ năng có thể được sử dụng để làm việc và phát triển trong thế giới công
nghệ hiện đại ngày nay. Kỹ năng STEM được hiểu là sự tích hợp, lồng ghép
hài hòa từ bốn nhóm kỹ năng: Kỹ năng khoa học, kỹ năng công nghệ, kỹ năng
kỹ thuật và kỹ năng toán học. [12]

Giáo dục STEM đang được nhiều nước trên thế giới áp dụng. Nó là một
xu hướng phù hợp với bối cảnh toàn cầu hóa, hội nhập quốc tế sâu rộng của
Việt Nam. Trong những năm gần đây, sự xuất hiện của giáo dục STEM đã
thổi một làn gió mới vào công cuộc cải cách giáo dục của nước ta. Do điều
kiện cơ sở vật chất cũng như nguồn lực các GV cho giáo dục STEM còn khá
hiếm nên giáo dục STEM mới chỉ mang tính thử nghiệm ở một số trường
học,các tỉnh khác nhau. Tuy nhiên, giáo dục STEM với nhiệm vụ đào tạo
nguồn nhân lực của thế kỷ 21 sẽ là mô hình giáo dục cho tương lai toàn cầu.
Trong chương trình hình học lớp 10 có ba chương gồm: vecto, tích vô
hướng của hai vecto và ứng dụng, phương pháp tọa độ trong mặt phẳng.
Vecto và tích vô hướng của hai vecto là một phần mới so với học sinh chuyển
từ lớp 9 lên lớp 10, các em còn nhiều bỡ ngỡ, không hứng thú khi học lý
2


thuyết phần này. Có rất nhiều ứng dụng trong thực tế của vecto, t ch vô hướng
của hai vecto chẳng hạn như đo khoảng cách giữa hai cây ở hai bên kia bờ
sông, tính vận tốc và hướng đi của thuyền dựa vào phép cộng vecto, xây một
gara ô tô, hay dựa vào định lý cosin để tính công của lực đẩy trong vật lý…
Với những lý do trên, tác giả chọn đề tài: “Phát triển kỹ

g Toán

học trong giáo dục STEM cho học sinh thông qua dạy học hình học lớp
10”.
2. Mụ đí h gh ê

ứu

Mục đ ch nghiên cứu của luận văn là:

 Tổng hợp cơ sở lý luận về dạy học môn Toán theo định hướng giáo
dục STEM.
 Vận dụng các kỹ năng toán học trong giáo dục STEM cho học sinh
thông qua hình học lớp 10.
 Đánh giá thực trạng dạy học STEM trong các trường phổ thông hiện
nay.
 Đề xuất các biện pháp sư phạm phát triển các kỹ năng toán học cho
học sinh thông qua dạy học hình học lớp 10.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
 Nghiên cứu cơ sở lý luận của giáo dục STEM.
 Nghiên cứu chương trình Toán học phổ thông, đặc biệt là hình học
lớp 10, đồng thời nghiên cứu thực trạng giáo dục STEM ở nước ta hiện nay.
 Đề xuất biện pháp sư phạmphát triển kỹ năng Toán học cho học sinh.
 Qua thực nghiệm sư phạm, kiểm nghiệm tính khả thi và hiệu quả của
đề tài để áp dụng vào giảng dạy.
4. Đố tượng và khách thể nghiên cứu
4.1. Đối tượng nghiên cứu
Quá trình dạy học môn Toán ở trường trung học phổ thông.

3


4.2. Khách thể nghiên cứu
Hoạt động dạy học phát triển kỹ năng toán học trong giáo dục STEM
cho học sinh.
4.3. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu kỹ năng Toán học trong giáo dục STEM cho học sinh trong
chương trình hình học lớp 10 ở trường trung học phổ thông.
5. Gi thuyết khoa học
Nếu đề xuất được các biện pháp sư phạm tổ chức dạy học các chủ đề

giáo dục STEM thông qua dạy học Hình học lớp 10 thì sẽ phát triển kỹ năng
toán học cho học sinh, góp phần nâng cao chất lượng dạy và học môn Toán.
6. Phươ g ph p gh ê
 P ươ

p p

ứu
iê cứu lý luận: Nghiên cứu một số văn bản, tài liệu

liên quan đến phương pháp ạy học, giáo dục STEM, các tài liệu triết học,
tâm lý học, giáo dục học và lý luận dạy học môn Toán.
 P ươ

p p điều tra, quan sát thực tiễn: Lập các phiếu khảo sát khả

năng rèn luyện kỹ năng toán học vào giải toán cho học sinh thông qua dạy
học hình học lớp 10.
 P ươ

p p

ực nghiệm sư p ạm: Tổ chức thực nghiệm sư phạm ở

trường THPT để kiểm chứng tính khả thi và hiệu quả của đề tài.
 P ươ

p

p

ống kê toán học: Phân tích các số liệu điều tra thực

trạng và số liệu thực nghiệm sư phạm.
7. Đóng góp của đề tài
 Hệ thống hóa cơ sở lý luận về giáo dục STEM.
 Các biện pháp sư phạm dạy học môn Toán theo hướng giáo dục STEM.
8. Cấu trúc lu
Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, luận văn
gồm 4 chương sau:

4


Chương 1. Cơ sở lý luận.
Chương 2. Cơ sở thực tiễn.
Chương 3. Thiết kế và tổ chức dạy học một số nội dung Hình học lớp 10
theo định hướng phát triển kỹ năng toán học cho học sinh.
Chương 4. Thực nghiệm sư phạm.

5


CHƯƠNG 1
CƠ SỞ LÝ LUẬN

1.1.

Lịch sử vấ đề nghiên cứu

1.1.1. Giáo dục STEM trên thế giới
a. Mỹ
Trong một thập kỷ trở lại đây nghiên cứu về giáo dục STEM đã và đang
được rất nhiều nhà giáo dục quan tâm nghiên cứu và xu hướng nghiên cứu về
lĩnh vực này sẽ còn tiếp tục được phát triển. Trường đại học Illinois giai đoạn
2007 – 2010 tại Mỹ có 60 bài báo khoa học liên quan trực tiếp đến giáp dục
STEM được xuất bản từ 8 tạp chí nổi tiếng trong lĩnh vực giáo dục của Mỹ.
Với mục đ ch nghiên cứu về xu hướng giáo dục STEM, Yuan – Chung Yu và
cộng sự đã tập hợp và phân tích các tài liệu về giáo dục STEM trong cơ cở dữ
liệu ISI giai đoạn từ 1992 – 2013 cho thấy từ năm 2008 cho tới nay xu hướng
nghiên cứu về giáo dục STEM phát triển rất mạnh, cụ thể năm 2008 có
khoảng 15 bài báo thì đến năm 2013 số lượng đã tăng lên gần 100 bài báo.
Cũng trong giai đoạn này Mỹ là Quốc gia có nhiều nghiên cứu về giáo dục
STEM nhất với 200 công trình (52%), tiếp theo đó là Anh với 36 công trình
(9,35%), Hà Lan, Úc có 16 nghiên cứu (4,16%)….[12].
Vào những năm đầu 90 của thế kỷ XX đã hình thành xu hướng giáo dục
mới gọi là giáo dục STEM. Trong chương trình giáo ục STEM, các môn học
về khoa học công nghệ không giảng dạy độc lập mà tích hợp lại với nhau
thành một môn học thông qua phương pháp giảng dạy bằng dự án, trải
nghiệm, thực hành,… Tại nhiều nước châu Âu và châu Mỹ, để phát huy tối đa
sự sáng tạo của học sinh các cấp, các hội chợ khoa học (Science fair) được tổ
chức thường xuyên từ cấp trường đến cấp quốc gia. Bộ Giáo dục Mỹ cung cấp
một chương trình STEM cơ bản chương trình chung hỗ trợ giáo dục STEM
trong số đó có Ngân sách năm 2014 của Chính quyền Obama đầu tư 3,1 tỷ
USD vào các chương trình liên bang về giáo dục STEM, tăng 6,7% so với

6


năm 2012. Nguồn vốn này để tuyển dụng và hỗ trợ GV STEM, cũng như hỗ

trợ các trường trung học tập trung vào STEM.
b. Úc
Đã có rất nhiều chương trình và nỗ lực thiết lập cách tiếp cận quốc gia
về giáo ục STEM ở Úc. Trong năm 2009, chương trình iSTEM (Invigorating
STEM) được thành lập như là một chương trình làm giàu tri thức cho HS
trung học ở Sy ney, Úc.Chương trình tập trung vào việc cung cấp các hoạt
động cho sinh viên quan tâm và gia đình của họ trong STEM. Thành công của
chương trình đã

n đến nhiều trường đại học và tổ chức khoa học hỗ trợ cho

chương trình.Chương trình iSTEM (iSTEM.com.au) cũng tổ chức một
chương trình làm giàu để đưa HS và GV vào Chương trình Học viện Không
gian Hoa Kỳ (spacecamp.com.au).Sự công nhận cấp quốc gia về chương trình
iSTEM bao gồm giải thưởng NSW State Engineering an Science về đổi mới
trong giảng ạy Toán và khoa học và Giải thưởng Nhân quyền hàng năm của
Tổ chức GoWest.
c. Anh
Năm 2006, Ch nh phủ liên hiệp Vương quốc Anh đã tập hợp những
chương trình riêng lẻ tồn tại trước đó để nâng cao hiệu quả của các chương
trình và tạo sự thống nhất trong toàn hệ thống giáo ục. Và ch nh thức triển
khai chương trình giáo ục STEM trên toàn nước Anh. T nh đến nay, các
chương trình hỗ trợ giáo ục STEM v n được những người đứng đầu ch nh
phủ nhiệm kì kế tiếp thúc đẩy và tài trợ. Bước đầu, chương trình STEM quốc
gia đã đạt được một số thành công nhất định, điển hình là việc uy trì trung
tâm STEM quốc gia (National STEM Centre) đặt tại trường Đại học York hay
cuộc thi mang tầm quôc gia về STEM cho HS (Big bang fair). Thêm vào đó,
ch nh phủ và bộ Giáo ục còn tạo ra mạng lưới các đại sứ STEM quốc gia
(STEMNET).Nhờ vậy, các chương trình giáo ục STEM đã được đưa vào và
phổ biến tại hệ thống các trường công lập và tư thục trên toàn nước Anh. Giáo

7


ục STEM được đẩy mạnh và phát triển thành công tại Vương quốc Anh
không chỉ bởi sự ủng hộ từ chính phủ và Bộ giáo ục mà còn phải kể đến vai
trò của hơn 600 tổ chức hỗ trợ giáo ục STEM điển hình như sau [2]:


Hơn 300 đơn vị cung cấp các hoạt động STEM như: Young

Engineers, Primary Engineers, STEM in schools, STEMNET…


Hơn 50 bảo tàng, công viên, vườn thú như: Science Museum,

Techniquest, Winchester Science centre…


Khoảng 14 quỹ từ thiện như: Gatsby foundation, Wellcome Trust,

Nuffiel Foun ation…


Hơn 70 cộng đồng khoa học như: Hiệp hội hóa học, vật lý, thiên văn,

sinh học….


Các tổ chức cung cấp giáo ục như: Trường học, trường đại học,

trường cao đẳng,…


Các công ty sử ụng lao động trong các lĩnh vực STEM như: BBC,

Rolls Royce…
Chính vì vậy, tính đến nay hầu hết các trường phổ thông tại nước Anh
đều đã có các CLB STEM hoạt động hàng tuần như một hoạt động ngoại
khóa tự chọn. Hiện nay, việc ạy học định hướng STEM cũng được nhiều
trường áp ụng tại Anh, tuy nhiên, do việc HS hết cấp hai sẽ phải trải qua kì
thi quốc gia GCSE nên việc đưa các nội dung không liên quan đến thi cử sẽ bị
một số hạn chế nhất định. Điểm này có sự tương đồng nhất định với hệ thống
giáo ục tại Việt Nam. Tuy nhiên, các chương trình về khoa học, toán, thiết
kế và công nghệ, khoa học máy tính đều đã được giảng ạy theo định hướng
STEM tại Anh.
1.1.2. Giáo dục STEM ở Việt Nam
Tại Việt Nam có nhiều công trình nghiên cứu về cơ sở lý luận giáo ục
STEM như:

8


Lê Xuân Quang (2017) với đề tài “Dạy ọc môn Công
theo đị

ướ

ệ p ổ thông

giáo dục STEM”. Tác giả đã trình bày được các khái niệm về

giáo ục STEM, quy trình thiết kế STEM, các con đường giáo ục STEM cho
học sinh và ạy học môn Công nghệ trong giáo ục STEM.
Đỗ Thị Thanh Hải (2018) với đề tài “ Tổ c ức hoạ độ
về dòng điệ xoay c iều (Vậ lý 12)

ằm phát riể

ă

dạy ọc STEM

lực iải quyế vấ

đề cho ọc si ”. Tác giả thiết kế một số chủ đề về dòng điện xoay chiều theo
định hướng giáo ục STEM, đồng thời phân tích và làm rõ thực trạng ạy học
STEM.
Đề tài “ Xây dự

mộ số tình uố

dạy ọc môn Toán theo đị

ướ

tích ợp STEM” của Đoàn Thị Linh (2018). Tác giả đã trình bày về quy trình
thiết kế và tổ chức ạy học STEM. Thiết kế chủ đề về bài toán hình học
không gian trong chương trình môn Toán lớp 11 theo định hướng giáo ục
STEM.

Tháng 2 năm 2016, Hội đồng Anh kết hợp với Bộ Giáo ục và đào tạo tổ
chức giai đoạn 4 của ự án – rà soát và đánh giá phương pháp giáo ục theo
định hướng STEM (khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán) tại 15 trường
THCS và THPT thuộc Hà Nội có 6 trường, Hải Phòng gồm 2 trường, Hải
Dương 3 trường, Nam Định 1 trường, Quảng Ninh 1 trường.
Hiện tại, thành phố Hà Nội có hàng nghìn lượt học sinh theo học các
khóa học STEM hàng năm tại trường học theo hình thức môn học tự chọn mô
hình CLB và môn học ch nh khóa cũng như theo học tại các trung tâm của
Học viện STEM. Các em học sinh theo học các khóa học áp ụng phương
pháp giáo ục STEM không chỉ đạt được những thành t ch cao trong các kỳ
thi WECODE Quốc gia, Quốc tế (liên tục hàng năm đạt giải như Vô địch
Quốc tế năm 2015 của học sinh trường PTCS FPT; Giải vô địch năm 2016
của học sinh lớp 2 trường TH Đoàn Thị Điểm,…).

9


Năm 2012 là năm đầu tiên Đà Nẵng tham gia th điểm đưa môn học
STEM Robotics vào môn học tự chọn trong các trường tiểu học trọng điểm
của thành phố và cũng bắt đầu cử các đại iện đoàn học sinh tham ự các kỳ
thi Robothon Quốc gia và Quốc tế. Đặc biệt trong 02 năm vừa qua (2015 và
2016), Công ty DTT E uspec đã phối hợp với Sở giáo ục và Đào tạo thành
phố Đà Nẵng tổ chức đưa đoàn tham ự giải Robothon Quốc tế và đã có nhều
đội đạt thứ hạng cao, trong đó có 3 đội của Đà Nẵng đã đạt giải vô địch
Robothon Quốc tế [1].
Ngày 13 tháng 5 năm 2018, ngày hội STEM lần thứ 4 đã được tổ chức
tại Đại học Khoa học Tự nhiên ưới sự bổ trợ của Bộ Khoa học và công nghệ
cùng các đơn vị tổ chức như Báo Tia Sáng, Học viện STEM (A DDT Eduspec
Center), Học viện Sáng Tạo S3. Ngày hội còn có sự tham gia trưng bày triển
lãm sản phẩm STEM của các trường như THPT Trưng Vương, trường

Nguyễn Siêu, trường THCS và THPT Tạ Quang Bửu, trường Olympia, Phòng
Giáo dục và Đào tạo huyện Thanh Chương tỉnh Nghệ An,…. Các sản phẩm
thực tế, các mô hình của các em HS rất đa ạng, sáng tạo và có tính ứng dụng
thực tế như ự án hệ thống báo cháy nhà trường của các em trường Tạ Quang
Bửu, sản phẩm đèn tắt sáng tự động,…Ngày hội STEM thu hút được đông
đảo không chỉ các GV mà còn các bậc cha mẹ HS cho thấy GD STEM tại
Việt Nam ngày càng được quan tâm hơn. Bên cạnh đó, các cuộc thi “Vận
dụng kiến thức liên môn để giải quyết các tình huống thực tiễn dành cho HS
trung học”, cuộc thi “Dạy học theo chủ đề TH dành cho GV trung học”, đặc
biệt là cuộc thi “Sáng tạo KHKT” o Bộ Giáo dục và Đào tạo tổ chức dành
cho HS phổ thông. Các chủ đề được triển khai thực hiện trong các cuộc thi
chủ yếu thuộc các lĩnh vực cơ kh , môi trường, sản phẩm nhúng…Về cơ bản,
các cuộc thi đó cũng là một hình thức của GD STEM.
Sau hơn một học kì triển khai, tháng hai năm 2017, Hội đồng Anh kết
hợp với Bộ Giáo dục và Đào tạo tổ chức rà soát và đánh giá quá trình triển
10


khai tại 15 trường Trung học cơ sở và Trung học phổ thông thuộc các tỉnh Hà
Nội, Hải Dương, Hải Phòng, Nam Định và Quảng Ninh.
Hơn 50 sản phẩm giáo dục theo định hướng STEM đã được triển khai
bài bản và tâm huyết. Thu gọn lại từ những dự án đó, là những ý tưởng địa
phương gần gũi, là những câu lạc bộ ngoài giờ học đầy đam mê và sự thay đổi
phần nào trong cách dạy, cách học bộ môn khoa học – điều mà sẽ rất khó đạt
được nếu không cập nhật những phương pháp giáo ục đổi mới.
Như vậy, trên thế giới và Việt Nam có rất nhiều công trình nghiên
cứu, những cuộc hội thảo về giáo dục STEM.
1.2. Lý lu n về giáo dục STEM
1.2.1. Dạy học tích hợp
Trong lĩnh vực giáo dục hiện nay, dạy học tích hợp là một trong những

xu thế dạy học hiện đại ở nhiều nước trên thế giới. Có nhiều cách định nghĩa
về dạy học tích hợp như sau:
+ Theo Xaviers Roegirs: Khoa sư phạm tích hợp là một quan niệm về
quá trình học tập trong đó toàn thể các quá trình học tập góp phần hình thành
ở học sinh những năng lực rõ ràng, có dự t nh trước những điều cần thiết cho
HS nhằm phục vụ cho quá trình học tập trong tương lai hoặc hòa nhập học
sinh vào cuộc sống lao động. Khoa sư phạm tích hợp làm cho quá trình học
tập có ý nghĩa. [5]
+ Từ góc độ lý luận dạy học, theo Nguyễn Văn Khải: Dạy học tích hợp
tạo ra các tình huống liên kết tri thức môn học, đó là cơ hội phát triển các
năng lực của HS. Khi xây dựng các tình huống vận dụng kiến thức, HS sẽ
phát huy được năng lực tự lực, phát triển tư uy sáng tạo. [20]
+ Theo chương trình giáo ục phổ thông mới Bộ Giáo ục và Đào tạo
công bố ngày 27/12/2018, ạy học t ch hợp là “định hướng ạy học giúp HS
phát triển khả năng huy động tổng hợp kiến thức, kĩ năng,... thuộc nhiều lĩnh
vực khác nhau để giải có hiệu quả các vấn đề trong học tập và trong cuộc

11


sống, được thực hiện ngay trong quá trình lĩnh hội tri thức và rèn luyện kĩ
năng”. [2]
+ Dạy học t ch hợp và phát triển hứng thú, năng lực vận ụng kiến
thức của HS trong ạy học toán học. Môn Toán ở trường phổ thông đóng góp
vào việc thực hiện mục tiêu của chương trình giáo ục phổ thông tổng thể.
Mục tiêu xuyên suốt v n là giáo ục toàn iện, coi trọng các mặt tr , đức, thể,
mỹ nhằm đào tạo ra những con người lao động mới có tr tuệ, có nhân cách,
năng động và sáng tạo, chủ động th ch ứng với nền kinh tế tri thức và sự phát
triển của thời đại.
DHTH là một trong những xu thế DH hiện đại hiện đang được quan

tâm nghiên cứu và áp ụng vào nhà trường ở nhiều nước trên thế giới. Ở nước
ta, từ thập niên 90 của thế kỉ XX trở lại đây, vấn đề xây ựng môn học t ch
hợp với những mức độ khác nhau mới thực sự được tập trung nghiên cứu, thử
nghiệm và áp ụng vào trường phổ thông. DHTH cũng đang là một hướng đi
mới mà Bộ Giáo ục và Đào tạo khá kì vọng để thiết kế nội ung GDPT
nhằm giảm số môn học bắt buộc, tăng số môn học tự chọn và rèn luyện kỹ
năng cho HS. Vì các chủ đề t ch hợp liên môn có t nh thực tiễn nên sinh động,
hấp n đối với HS, có ưu thế trong việc tạo ra động cơ, hứng thú học tập cho
HS. Học các chủ đề t ch hợp, liên môn, HS được tăng cường vận ụng kiến
thức tổng hợp vào giải quyết các tình huống thực tiễn, t phải ghi nhớ kiến
thức một cách máy móc, nhờ đó năng lực và phẩm chất của HS được hình
thành và phát triển.
1.2.2. Khái niệm STEM
STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology
(Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật) và Mathematics (Toán học), thường
được sử dụng khi bàn đến các chính sách phát triển về Khoa học, Công nghệ,
Kỹ thuật và Toán học của mỗi quốc gia. Thuật ngữ này lần đầu tiên được giới
thiệu bởi Qũy Khoa học Mỹ vào năm 2001.

12


Hiện nay thuật ngữ STEM được ùng trong hai ngữ cảnh khác nhau đó
là ngữ cảnh giáo ục và ngữ cảnh nghề nghiệp.
Trong ngữ cảnh giáo ục, ói đế STEM là muố
sựqua

âm của ề

và To

ấ mạ

i o dục đối với c c mô K oa ọc Cô

đế

ệ Kĩ

uậ

ọc. Quan tâm đến việc t ch hợp các môn học trên gắn với thực tiễn

để nâng cao năng lực cho người học. Giáo ục STEM có thể được hiểu và
diễn giải ở nhiều cấp độ như: ch nh sách STEM, chương trình STEM, nhà
trường STEM, môn học STEM, bài học STEM hay hoạt động STEM.
Trong ngữ cảnh nghề nghiệp, STEM được hiểu là nghề nghiệp thuộc
các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học, v

ụ: Nhóm ngành

nghề về CNTT; Y sinh; Kĩ thuật, Điện tử và Truyền thông…[6].
Tùy từng ngữ cảnh khác nhau mà STEM được hiểu như là các môn học
hay các lĩnh vực.
Hiện nay, giáo ục STEM được nhiều tổ chức, nhà giáo ục quan tâm
nghiên cứu. Do đó, khái niệm về giáo ục STEM cũng được định nghĩa ựa
trên các cách hiểu khác nhau. Có ba cách hiểu ch nh về giáo ục STEM hiện
nay là:
- Giáo ục STEM được hiểu theo nghĩa là quan tâm đến các môn Khoa
học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học. Đây cũng là quan niệm về giáo ục

STEM của Bộ giáo ục Mỹ “Giáo ục STEM là một chương trình nhằm cung
cấp hỗ trợ, tăng cường, giáo ục Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học
(STEM) ở tiểu học và trung học cho đến bậc sau đại học”[6].Đây là nghĩarộng
khi nói về giáo ục STEM.
- Giáo ục STEM được hiểu theo nghĩa là t ch hợp (liên ngành) của 4
lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học, tác giả Tsupros định
nghĩa “Gi o dục STEM là mộ p ươ
ữ

kiế

ức à lâm được kế

qua việc HS được p dụ

ữ

p p ọc ập iếp cậ liê
ợp c ặ c ẽ với c c bài ọc

kiế

ức K oa ọc Cô
13

à
ực ế
ệ Kĩ

ở đó

ô
uậ và


To

ọc vào ro

rườ

cộ

kĩ ă

STEM và ă

đồ

ữ

bối cả

và c c doa
k ả ă

cụ

ể ạo ê mộ kế

iệp c o p ép

cạ

ra

ro

ười ọc p
ề ki

ối iữa
riể

à
ữ

ế mới”[13].

- Giáo ục STEM được hiểu theo nghĩa là t ch hợp (liên ngành) từ 2 lĩnh
vực về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên. Theo quan niệm
này, tác giả San ers định nghĩa “Gi o dục STEM là p ươ
khám phá trong iả
STEM

dạy và ọc ập iữa ai ay

oặc iữa mộ c ủ đề STEM và mộ

oặc

p p iếp cậ

iều ơ c c mô
iều mô

ọc

ọc k c ro

à rườ ”
Bên cạnh đó, giáo ục STEM cũng được quan niệm STEM như là
chương trình đào tạo ựa trên ý tưởng giảng ạy cho HS bốn lĩnh vực cụ thể
Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học - trong một liên ngành và
phươngpháp tiếp cận ứng ụng. Thay vì ạy bốn lĩnh vực này theo những môn
học tách biệt và rời rạc, STEM tổng hợp chúng thành một mô hình học tập liền
mạch ựa trên các ứng ụng thực tế .
Ở ngữ cảnh giáo ục và trên bình iện thế giới, STEM được hiểu với
nghĩa là giáo ục STEM trong đó:
Science (Khoa học): Là môn học nhằm phát triển khả năng sử ụng
cáckiến thức Khoa học (Vật l , Hóa học, Sinh học và Khoa học trái đất) của
HS, không chỉ giúp HS hiểu về thế giới tự nhiên mà còn có thể vận ụng kiến
thức đó để giải quyết các vấn đề khoa học trong cuộc sống hàng ngày.
Technology (Công nghệ): Là môn học nhằm phát triển khả năng sử
ụng, quản l , hiểu và đánh giá công nghệ của HS. Nó cung cấp cho HS
những cơ hội để hiểu về công nghệ được phát triển như thế nào, cung cấp cho
HS những kĩ năng để có thể phân t ch được sự ảnh hưởng của công nghệ mới
tới cuộc sống hàng ngày của HS và của cộng đồng…
Engineering (Kĩ thuật): Là môn học nhằm phát triển sự hiểu biết ở HS
về cách công nghệ đang phát triển thông qua quá trình thiết kế kĩ thuật. Kĩ
14

thuật cung cấp cho HS những cơ hội để t ch hợp kiến thức của nhiều môn học,
giúp cho những khái niệm liên quan trở nên tường minh trong cuộc sống của
họ. Kĩ thuật cũng cung cấp cho HS những kĩ năng để có thể vận ụng sáng tạo
cơ sở Khoa học và Toán học trong quá trình thiết kế các đối tượng, các hệ
thống hay xây ựng các quy trình sản xuất.
Mathematics (Toán học): Là môn học nhằm phát triển ở HS khả năng
phân t ch, biện luận và truyền đạt ý tưởng một cách hiệu quả thông qua việc
t nh toán, giải th ch, các giải pháp giải quyết các vấn đề toán học trong các
tình huống đặt ra.
Với nội hàm các môn học như trên, liên hệ với chương trình giáo ục
phổ thông Việt Nam hiện hành ta ễ àng nhận thấy môn Khoa học tương
ứng với các môn Khoa học tự nhiên ở Việt Nam như Vật l , Hóa học, Sinh
học. Ở Việt Nam môn Công nghệ đã bao hàm cả yếu tố Công nghệ và Kĩ
thuật, o vậy môn Công nghệ và môn Kĩ thuật trên thế giới tương ứng với
môn Công nghệ và môn Tin học ở Việt Nam. Vì vậy, trong luận văn này vận
ụng vào bối cảnh giáo ục Việt Nam nội ung giáo ục STEM sẽ bao hàm
nội ung của các môn học là Vật l , Hóa học, Sinh học, Công nghệ, Tin học
và Toán.
1.2.3. Giáo dục STEM
Hiện nay, định nghĩa GD STEM được nhiều tổ chức, các nhà GD đưa ra.
Tuy nhiên, v n chưa có định nghĩa chung nhất cho thuật ngữ này.
Theo tác giả Elaine J. Hom: STEM là một chương trình giảng dạy dựa
trên ý tưởng giáo dục HS trong bốn ngành cụ thể khoa học, công nghệ, kỹ
thuật và toán học – theo cách tiếp cận liên ngành và ứng dụng thực tế của nó.
Thay vì dạy bốn môn học như các môn học riêng biệt và rời rạc, STEM
chúng thành một mô hình học tập gắn kết dựa trên các ứng dụng thực tế.
Theo [18], năng lực được hiểu theo các cách khác nhau như:

15

- “Năng lực” hiểu theo nghĩa chung nhất là khả năng mà cá nhân thể
hiện khi tham gia một hoạt động nào đó ở một thời điểm nhất định. V

ụ khả

năng giao tiếp bằng tiếng Nhật, tiếng Anh; khả năng giải bài tập khó.
- Năng lực của người học (HS) là khả năng làm chủ những hệ thống
kiến thức, kĩ năng, thái độ,… phù hợp với lứa tuổi và vận hành (kết nối)
chúng một cách hợp l vào thực hiện thành công nhiệm vụ học tập, giải quyết
hiệu quả những vấn đề đặt ra cho ch nh các em trong cuộc sống.
Như vậy, GD STEM là một chương trình, một quan điểm giảng dạy
dựa trên quan điểm DHTH đào tạo bốn lĩnh vực cụ thể: KH, CN, Kỹ thuật và
toán học theo cách tiếp cận đa ngành và vận dụng thực tế. Thay vì dạy bốn
môn học tách biệt, STEM kết hợp chúng thành một chủ đề học tập dựa trên
các ứng dụng thực tế.Qua đó HS vừa học được kiến thức KH, vừa học được
cách vận dụng kiến thức đó vào thực tiễn.
1.2.4. Các kỹ năng giáo dục STEM
Giáo dục STEM không phải là để học sinh trở thành những nhà toán học,
nhà khoa học, kỹ sư hay những kỹ thuật viên mà là phát triển cho học sinh các
kỹ năng có thể được sử dụng để làm việc và phát triển trong thế giới công
nghệ hiện đại ngày nay. Kỹ năng STEM được hiểu là sự tích hợp, lồng ghép
hài hòa từ bốn nhóm kỹ năng là: kỹ năng khoa học, kỹ năng công nghệ, kỹ
năng kỹ thuật và kỹ năng toán học.
Kỹ năng khoa học: là khả năng liên kết các khái niệm, nguyên lý, định
luật và các cơ sở lý thuyết của giáo dục khoa học để thực hành và sử dụng
kiến thức này để giải quyết các vấn đề trong thực tế.
Kỹ năng công nghệ: là khả năng sử dụng, quản lý, hiểu biết và truy cập
được công nghệ. Công nghệ là từ những vật dụng hàng ngày đơn giản nhất

như quạt mo, bút chì đến những hệ thống sử dụng phức tạp như mạng
internet, mạng lưới điện quốc gia, vệ tinh… Tất cả những thay đổi của thế
giới tự nhiên mà phục vụ nhu cầu của con người thì được coi là công nghệ.
16


Kỹ năng kỹ thuật: là khả năng giải quyết vấn đề thực tiễn diễn ra trong
cuộc sống bằng cách thiết kế các đối tượng, hệ thống và xây dựng các quy
trình sản xuất để tạo ra đối tượng. Hiểu một cách đơn giản, học sinh được
trang bị kỹ năng kỹ thuật là có khả năng phân t ch, tổng hợp và kết hợp để
biết cách làm thế nào cân bằng các yếu tố liên quan (như khoa học, nghệ
thuật, công nghệ, kỹ thuật) để có được một giải pháp tốt nhất trong thiết kế và
xây dựng quy trình. Ngoài ra, học sinh còn có khả năng nhìn nhận ra nhu cầu
và phản ứng của xã hội trong những vấn đề liên quan đến kỹ thuật.
Kỹ năng toán học: là khả năng nhìn nhận và nắm bắt được vai trò của
toán học trong mọi khía cạnh tồn tại trên thế giới. Học sinh có kỹ năng toán
học sẽ có khả năng thể hiện các ý tưởng một cách chính xác, áp dụng các khái
niệm và kĩ năng toán học vào cuộc sống hàng ngày.
1.2.5. Mục tiêu giáo dục STEM
Giáo dục STEM đã xuất hiện ở nhiều quốc gia trên thế giới.Tuy nhiên,
với những bối cảnh khác nhau thì những mục tiêu giáo dục STEM ở các quốc
gia đó cũng khác nhau. Tại Anh, mục tiêu giáo dục STEM là nhằm tạo ra
nguồn nhân lực nghiên cứu khoa học chất lượng cao. Ở Mỹ, mục tiêu cơ bản
cho giáo dục STEM bao gồm: tăng cường số lượng HS theo đuổi và nghiên
cứu chuyên sâu về các lĩnh vực STEM, trang bị cho tất cả các công dân những
kĩ năng STEM, mở rộng nguồn lao động trong lĩnh vực STEM với tham vọng
d n đầu thế giới nền kinh tế thế giới. Còn tại Úc, mục tiêu của giáo dục
STEM là xây dựng kiến thức nền tảng của quốc gia nhằm đáp ứng nhu cầu và
thách thức của nền kinh tế cho thế kỉ 21. Tuy các phát biểu về mục tiêu giáo
dục STEM ở mỗi quốc gia có sự khác nhau, nhưng có thể nhận thấy điểm

chung đó là giáo dục STEM như là một giải pháp cải cách GD của các quốc
gia nhằm hướng tới phát triển con người đáp ứng các mục tiêu phát triển kinh
tế của mỗi quốc gia trong thời đại toàn cầu hóa đầy thách thức.[19]

17


Mục đ ch của khoa học: Giáo dục khoa học chất lượng cao cung cấp nền
tảng để hiểu biết thế giới thông qua các môn học cụ thể của sinh học, hóa học
và vật lý. Khoa học đã làm thay đổi cuộc sống của chúng ta và rất quan trọng
đối với sự thịnh vượng trong tương lai của thế giới, và tất cả HS cần được dạy
các khía cạnh thiết yếu của kiến thức, phương pháp, quy trình và sử dụng
khoa học. Thông qua việc xây dựng một kiến thức và khái niệm cơ bản then
chốt, HS nên được khuyến khích nhận ra sức mạnh của lời giải thích hợp lý
và phát triển cảm giác phấn khởi, tò mò về các hiện tượng tự nhiên. Họ nên
được khuyến kh ch để hiểu cách khoa học có thể được sử dụng để giải thích
những gì đang xảy ra, dự đoán những điều sẽ hành xử như thế nào, và phân
tích nguyên nhân [19].
Mục đ ch của kỹ thuật: kỹ thuật là một chủ đề đầy cảm hứng và thiết
thực. Bằng cách sử dụng sáng tạo và tr tưởng tượng, HS thiết kế và làm ra
các sản phẩm giải quyết các vấn đề thực tế và có liên quan với nhiều ngữ
cảnh, xem xét nhu cầu và mong muốn của họ và của người khác. Họ có được
một loạt các kiến thức chủ đề rút ra từ các môn học như toán học, khoa học,
kỹ thuật, máy tính và nghệ thuật. HS học cách để có rủi ro, trở nên tháo vát,
sáng tạo, dám làm và có khả năng công ân. Thông qua việc đánh giá thiết kế
và công nghệ, họ phát triển sự hiểu biết sâu sắc về tác động của nó đối với
cuộc sống hàng ngày và thế giới rộng lớn hơn. Thiết kế và giáo dục công nghệ
chất lượng cao đóng góp thiết yếu vào sự sáng tạo, văn hoá, sự giàu có và
phúc lợi của đất nước[19].
Mục đ ch của công nghệ: Giáo dục chất lượng cao trang bị cho HS hiểu

và thay đổi thế giới thông qua tư uy logic và sự sáng tạo, bao gồm các liên
kết với toán học, khoa học, và thiết kế và công nghệ. Điểm cốt lõi của công
nghệ là khoa học máy t nh, trong đó HS được dạy các nguyên tắc của thông
tin và tính toán, và các hệ thống số làm việc như thế nào. Máy tính trang bị
cho HS sử dụng công nghệ thông tin (CNTT) để tạo ra các chương trình, hệ
18