Thiết kế chế tạo các thí nghiệm đơn giản để sử dụng trong dạy học khoa học tự nhiên lớp 6 theo định hướng giáo dục STEM

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
––––––––––––––––––––––

NGUYỄN ANH TUẤN

THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁC THÍ NGHIỆM ĐƠN GIẢN ĐỂ SỬ
DỤNG TRONG DẠY HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LỚP 6 THEO
ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

THÁI NGUYÊN - 2020


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
––––––––––––––––––––––

NGUYỄN ANH TUẤN

THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁC THÍ NGHIỆM ĐƠN GIẢN ĐỂ SỬ
DỤNG TRONG DẠY HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LỚP 6 THEO
ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM
Ngành: Lý luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật li
Mã số: 8140111

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Thị Thu Hà

THÁI NGUYÊN - 2020


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam kết luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả nghiên cứu và những kết luận của luận văn này chưa được công bố
trong bất kì một công trình nghiên cứu nào.
Thái Nguyên, tháng 6 năm 2020
Tác gia

Nguyễn Anh Tuấn

i


LỜI CẢM ƠN
Để có được luận văn này, cho phép tôi được bày tỏ sự biết ơn của mình đến:

- Ban giám hiệu, Phòng sau đại học, quý thầy (cô) là giảng viên khoa Vật
lý trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên, quý thầy (cô) là giảng viên của các
trường đại học liên kết đào tạo đã truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm, hướng dẫn
cách tiếp cận và nghiên cứu đề tài.
- TS. Nguyễn Thị Thu Hà với kinh nghiệm, sự nhiệt tình và trách nhiệm
cao Cô đã hướng dẫn, hỗ trợ, góp ý và chính sửa cho luận văn của tôi trong quá
trình nghiên cứu đề tài và viết luận văn.
- Ban giám hiệu trường phổ thông dân tộc nội trú THCS Đồng Hỷ cùng
các thầy cô trong tổ bộ môn Khoa học tự nhiên của trường phổ thông dân tộc
nội trú THCS Đồng Hỷ, các thầy (cô) đang công tác tại một số trường THCS
trên địa bàn Thành phố Thái Nguyên và các em học sinh đã nhiệt tình giúp đỡ
và ủng hộ tôi trong quá trình thực hiện đề tài.

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cám ơn của mình đến gia đình, bạn bè đã luôn
sát cánh, giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận
văn tốt nghiệp này.
Thái Nguyên, tháng 06 năm 2020
Tác gia

Nguyễn Anh Tuấn

ii


MỤC LỤC
Lời cam đoan............................................................................................................................................ i
Lời cảm ơn................................................................................................................................................ ii
Mục lục..................................................................................................................................................... iii
Danh mục các chữ viết tắt............................................................................................................... vi
Danh mục các bảng........................................................................................................................... vii
Danh mục các hình.......................................................................................................................... viii
MỞ ĐẦU............................................................................................................ 1
1. Lí do chọn đề tài..............................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu.......................................................................................2
3. Khách thể và đối tượng nghiên cứu.................................................................2
4. Nhiệm vụ nghiên cứu...................................................................................... 2
5. Giả thuyết khoa học.........................................................................................3
6. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................3
7. Đóng góp của đề tài.........................................................................................4
8. Cấu trúc của đề tài...........................................................................................4
PHẦN NỘI DUNG............................................................................................ 5
Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN............................................5
1.1. Lịch sử nghiên cứu về giáo dục STEM........................................................5

1.1.1. Giáo dục STEM trên thế giới.................................................................... 5
1.1.2. Nghiên cứu về giáo dục STEM ở trong nước........................................... 7
1.2. Giáo dục STEM..........................................................................................11
1.2.1. Khái niệm về giáo dục STEM.................................................................11
1.2.2. Giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông mới.................12
1.2.3. Thí nghiệm trong dạy học theo định hướng GD STEM..........................29
1.3. Năng lực giải quyết vấn đề của học sinh....................................................31
1.3.1. Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề.....................................................31

iii


1.3.2. Biểu hiện của năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong học tập.....32
1.3.3. Cấu trúc của năng lực giải quyết vấn đề................................................. 32
1.3.4. Các biện pháp sử dụng thí nghiệm trong dạy học nội dung vật lí môn
KHTN theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải
quyết vấn đề của HS..........................................................................................34
1.4. Tìm hiểu thực tế dạy học STEM tại trường PT dân tộc nội trú THCS
Đồng Hỷ............................................................................................................ 36
1.4.1. Mục đích điều tra.....................................................................................36
1.4.2. Phương pháp điều tra...............................................................................37
1.4.3. Đối tượng điều tra................................................................................... 37
1.4.4. Kết quả điều tra....................................................................................... 37
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1..................................................................................41
Chương 2: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM
TRONG DẠY HỌC NỘI DUNG VẬT LÍ MÔN KHOA HỌC TỰ
NHIÊN 6 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM.................................42
2.1. Phân tích nội dung thí nghiệm vật lí trong chương trình Khoa học tự
nhiên 6 theo định hướng giáo dục STEM......................................................... 42
2.1.1. Mục tiêu môn vật lí lớp 6........................................................................42

2.1.2. Cấu trúc nội dung Vật lí trong chương trình Khoa học tự nhiên 6..........45
2.2. Xây dựng thí nghiệm..................................................................................45
2.2.1. Nguyên tắc chế tạo thí nghiệm................................................................45
2.2.2. Quy trình chế tạo thí nghiệm...................................................................46
2.3. Sử dụng thí nghiệm trong dạy học bài “đòn bẩy và ròng rọc” theo định
hướng giáo dục STEM...................................................................................... 54
2.3.1. Mục tiêu chủ đề.......................................................................................54
2.3.2. Kiến thức về STEM trong chủ đề............................................................54
2.3.3. Kế hoạch dạy học.................................................................................... 55
2.3.4. Chuẩn bị các điều kiện tổ chức dạy học..................................................55

iv


2.4. Đánh giá năng lực GQVĐ của học sinh trong quá trình dạy học...............72
2.4.1. Các tiêu chí và phiếu để giáo viên đánh giá nhóm học sinh...................72
2.4.2. Các tiêu chí và phiếu để học sinh tự đánh giá và đánh giá đồng đẳng....74
2.4.3. Đề kiểm tra năng lực giải quyết vấn đề...................................................75
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2..................................................................................77
Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM...................................................... 78
3.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm.................................................................78
3.2. Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm................................................................ 78
3.3. Kế hoạch thực nghiệm sư phạm.................................................................79
3.4. Tiến hành thực nghiệm sư phạm................................................................ 79
3.4.1. Công tác chuẩn bị....................................................................................79
4.4.2. Tổ chức dạy học bài “Đòn bẩy”.............................................................. 79
4.4.3. Tổ chức dạy học bài “Ròng rọc”............................................................. 81
3.5. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm..................................................... 82
3.5.1. Đánh giá định tính...................................................................................82
3.5.2. Đánh giá định lượng................................................................................83

3.5.3. Đánh giá chung về thực nghiệm sư phạm...............................................88
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3..................................................................................89
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.........................................................................90
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................. 92
PHỤ LỤC

v


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Nội dung

GQVĐ

Giải quyết vấn đề

GV

Giáo viên

HĐ

Hoạt động

HS

Học sinh

THCS

Trung học cơ sở

vi


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Bảng mô tả biểu hiệu năng lực giải quyết vấn đề.............................32
Bảng 2.1. Bảng kế hoạch dạy học chủ đề “đòn bẩy và ròng rọc” theo định
hướng GD STEM 55
Bảng 2.2. Các tiêu chí và mức độ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề............73
Bảng 2.3. Các tiêu chí và mức độ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề............74
Bảng 3.1. Bảng điểm đánh giá nhóm học sinh của giáo viên............................83
Bảng 3.2. Bảng điểm tổng hợp đánh giá năng lực GQVĐ của học sinh...........84

vii


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Quy trình thiết kế bài học STEM.....................................................13
Hình 1.2. Sơ đồ tiến trình tổ chức dạy học Vật lý theo định hướng GD STEM
16
Hình 1.3. Cấu trúc năng lực GQVĐ................................................................ 33
Hình 1.4. Sơ đồ quy trình sử dụng TN trong tổ chức dạy học theo định
hướng giáo dục STEM.....................................................................36
Hình 2.1. Sơ đồ quy trình chế tạo thí nghiệm..................................................47
Hình 2.2. Phương án chế tạo thí nghiệm đòn bẩy............................................48
Hình 2.3. Lắp ráp thành bộ đòn bẩy.................................................................49
Hình 2.4. Tiến hành thí nghiệm tác dụng của đòn bẩy.................................... 50

Hình 2.5. Thí nghiệm tác dụng của đòn bẩy làm thay đổi hướng của lực.......50
Hình 2.6. Thí nghiệm đòn bẩy được lợi về lực................................................50
Hình 2.7. Phương án chế tạo thí nghiệm ròng rọc tĩnh (a) và ròng rọc động (b) .. 51
Hình 2.8. Lắp ráp 2 bộ ròng rọc động và tĩnh..................................................52
Hình 2.9. Thí nghiệm về tác dụng của ròng rọc...............................................52
Hình 2.10. Thí nghiệm tác dụng của ròng rọc tĩnh làm thay đổi hướng của lực
...........................................................................................................................53
Hình 2.11. Thí nghiệm tác dụng của ròng rọc động lực kéo vật nhỏ hơn
trọng lượng của vật..........................................................................53
Hình 2.12. Một số hình ảnh về sản phẩm cối giã gạo đơn giảm....................... 67
Hình 2.13. Một số hình ảnh về sản phẩm máy cần cẩu đơn giản......................72
Hình 3.1. Tỉ lệ nam và nữ trong lớp TN................................................................................. 75
Hình 3.2. Trung bình điểm đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của nhóm
HS nam và nữ

76

Hình 3.3. Điểm trung bình bài kiểm tra và điểm trung bình phiếu đánh giá.......76
Hình 3.4. Điểm trung bình học tập với điểm đánh giá năng lực GQVĐ...............77
Hình 3.5. Điểm trung bình đánh giá năng lực GQVĐ của các nhóm.....................77


viii


MỞ ĐẦU
1. Li do chọn đề tài
Chương trình giáo dục phổ thông mới để được vận dụng trong dạy học
một cách hiệu quả và có thể phát huy hết năng lực và tư duy của người học thì
chúng ta cần phải nâng cao chất lượng và phương pháp giáo dục hơn nữa. Và

chương trình giáo dục mới đang hướng học sinh từ tiếp cận, lĩnh hội những kiến
thức cơ bản sang phát triển năng lực của người học. Muốn thực hiện được điều
đó thay vì dạy học theo “lối truyền thụ một chiều” sang dạy “cách học, cách vận
dụng kiến thức, rèn luyện kỹ năng, hình thành năng lực và phẩm chất của người
học, đồng thời phải chuyển cách đánh giá kết quả giáo dục từ nặng về kiểm tra
trí nhớ sang kiểm tra, đánh giá năng lực vận dụng kiến thức tổng hợp để giải
quyết vấn đề thực tiễn, nhằm hình thành và phát triển năng lực GQVĐ”. Một
trong những cách học phát huy được vai trò chủ động, tích cực, sáng tạo và vận
dụng tổng hợp các kiến thức của các môn học để giải quyết vấn đề thực tiễn là
dạy học theo định hướng giáo dục STEM.
STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology
(Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học), thường được
sử dụng khi bàn đến các chính sách phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật
và Toán học của mỗi quốc gia. Thuật ngữ này lần đầu tiên được giới thiệu bởi
Quỹ Khoa học Mỹ vào năm 2001.
Với những tiếp cận khác nhau, giáo dục STEM sẽ được hiểu và triển khai
theo những cách khác nhau. Các nhà lãnh đạo và quản lý đề xuất các chính sách
để thúc đẩy giáo dục STEM, quan tâm đến việc chuẩn bị nguồn nhân lực đáp
ứng yêu cầu của sự phát triển khoa học, công nghệ. Người làm chương trình
quán triệt giáo dục STEM theo cách quan tâm tới nâng cao vai trò, vị trí, sự
phối hợp giữa các môn học có liên quan trong chương trình. Giáo viên thực
hiện giáo dục STEM thông qua hoạt động dạy học để kết nối kiến thức học
1


đường với thế giới thực, giải quyết các vấn đề thực tiễn, để nâng cao hứng thú,
để hình thành và phát triển năng lực và phẩm chất cho học sinh.
Dạy học theo định hướng giáo dục STEM giúp học sinh có được các kỹ
năng, năng lực, kỹ thuật, hiểu được quy trình từ đó có khả năng sản xuất ra đối
tượng. Học sinh được trang bị khả năng phân tích, tổng hợp, kết hợp để biết cách

làm thế nào cân bằng các yếu tố liên quan như khoa học, nghệ thuật, công nghệ, kỹ
thuật nhằm có được một giải pháp tốt nhất trong thiết kế và xây dựng quy trình.
Ngoài ra, học sinh còn có khả năng nhận ra nhu cầu và phản ứng của xã hội trong
những vấn đề liên quan đến kỹ thuật và nghề nghiệp trong tương lai.

Xuất phát từ những lí do trên, tôi chọn đề tài “Thiết kế chế tạo các thí
nghiệm đơn giản để sử dụng trong dạy học Khoa học tự nhiên lớp 6 theo
định hướng giáo dục STEM”.
2. Mục đich nghiên cứu
Thiết kế, chế tạo một số thí nghiệm đơn giản vận dụng trong dạy học một
số nội dung Vật lí môn Khoa học tự nhiên lớp 6 theo định hướng giáo dục
STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh.
3. Khách thể và đối tượng nghiên cứu
- Khách thể: Học sinh trường phổ thông dân tộc nội trú THCS Đồng Hỷ
- Đối tượng nghiên cứu:
+ Nội dung Vật lí trong chương trình Khoa học tự nhiên 6
+ Năng lực giải quyết vấn đề của học sinh
+ Các hoạt động chế tạo và sử dụng thí nghiệm trong dạy học nội dung
Vật lí môn khoa học tự nhiên 6 theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát
triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về đề tài nghiên cứu.
- Nghiên cứu một số vấn đề lý luận cơ bản về:
+ Dạy học theo định hướng giáo dục STEM

2


+ Năng lực giải quyết vấn đề của học sinh
+ Thiết kế và chế tạo thí nghiệm

+ Nghiên cứu đánh giá thực trạng việc sử dụng thí nghiệm trong trường
trung học cơ sở.
+ Nghiên cứu chương trình khoa học tự nhiên và nội dung Vật lí trong
chương trình Khoa học tự nhiên 6 (Chương trình Giáo dục phổ thông 2018)
- Phân tích nội dung Vật lí trong chương trình Khoa học tự nhiên 6, từ đó
lựa chọn nội dung kiến thức và nghiên cứu thiết kế, chế tạo thí nghiệm đơn giản

- Sử dụng thí nghiệm đã chế tạo trong dạy học một số chủ đề trong
chương trình Khoa học tự nhiên 6 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề
của học sinh
- Tiến hành thực nghiệm sư phạm: Tổ chức hoạt động dạy nội dung kiến
thức có liên quan đến thí nghiệm từ đó đối chứng với phương pháp truyền
thống, thực hiện phân tích định tính, định lượng các kết quả thực nghiệm, từ đó
rút ra các sửa đổi, bổ sung cần thiết.
5. Gia thuyết khoa học
Nếu thiết kế, chế tạo được một số thí nghiệm đơn giản và sử dụng chúng
vào trong dạy học nội dung Vật lí môn Khoa học tự nhiên 6 theo định hướng
giáo dục STEM một cách hợp lí sẽ góp phần phát triển năng lực giải quyết vấn
đề của HS.
6. Phương pháp nghiên cứu
Luận văn sử dụng một số phương pháp nghiên cứu sau:
- Nhóm phương pháp nghiên cứu lý luận: Tìm kiếm nội dung, đọc tài
liệu, nghiên cứu, phân tích các tài liệu về STEM, tổng hợp các quan điểm, lý
luận liên quan đến vấn đề nghiên cứu.
- Nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Quan sát, điều tra - khảo sát
bằng phiếu hỏi, tổng kết kinh nghiệm.
- Nhóm phương pháp thực nghiệm: Tổ chức cho các lớp học sinh học tập
nội dung kiến thức theo phương pháp truyền thống và theo phương pháp dạy
học theo định hướng giáo dục STEM, so sánh kết quả.
3

7. Đóng góp của đề tài
- Góp phần làm rõ hơn cơ sở lí luận về tổ chức hoạt động dạy học theo
định hướng giáo dục STEM cho HS ở trường THCS.
- Thiết kế và chế tạo được các thí nghiệm đơn giản để sử dụng trong dạy
học nội dung Vật lí môn Khoa học tự nhiên lớp 6 theo định hướng giáo dục
STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của HS.
- Tổ chức một số hoạt động dạy học nội dung Vật lí theo định hướng
giáo dục STEM tại trường THCS
8. Cấu trúc của đề tài
Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, cấu trúc luận
văn gồm 3 chương:
Chương 1: Cơ sở li luận và thực tiễn
Chương 2: Thiết kế, chế tạo và sử dụng thi nghiệm trong dạy học nội
dung Vật li môn Khoa học tự nhiên 6 theo định hướng giáo dục STEM
Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

4


PHẦN NỘI DUNG
Chương 1
CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN
1.1. Lịch sử nghiên cứu về giáo dục STEM
1.1.1. Giáo dục STEM trên thế giới
Trong những năm gần đây các nghiên cứu về STEM được nhiều các nhà
giáo dục trên thế giới nghiên cứu và tiếp tục phát triển. Theo thống kê của Josh
Brown - Trường đại học Illinois giai đoạn 2007 - 2010 tại Mỹ có 60 bài báo
khoa học liên quan trực tiếp đến giáo dục STEM được xuất bản từ 8 tạp chí nổi

tiếng trong lĩnh vực giáo dục của Mỹ, điều này cho thấy cơ sở khoa học cho
việc nghiên cứu về giáo dục STEM [17]. Theo cơ sở dữ liệu ISI trong những
năm 1992-2013 thì số lượng các bài báo nghiên cứu về vấn đề STEM phát triển
mạnh tăng từ 15 bài báo trong năm 2008 đến năm 2013 đã có con số gần 100
bài báo có chất lượng về STEM. Trong các bài báo trên thì Mỹ là quốc gia có
số nghien cứu nhiều nhất( 52%), tiếp theo là Anh có 9,35%, Hà Lan, Úc cùng
chiếm (14,6%) còn lại các quốc gia khác như Tây Ban Nha, Thổ Nhĩ Kỳ,
Canada, Đài Loan… Các nghiên cứu tập trung vào các lĩnh vực chủ yếu như:
Giáo dục học, tâm lí học, kĩ thuật,….
Tổng thống Mỹ Barack Obama trong buổi nói chuyện và phát biểu tại
Hội chợ Khoa học Nhà Trắng, tổ chức lần thứ ba vào tháng 4 năm 2013 như
sau: “Một trong những điều mà tôi tập trung khi làm Tổng thống là làm thế nào
chúng ta tạo ra một phương pháp tiếp cận toàn diện cho khoa học, công nghệ,
kỹ thuật và toán học (STEM)... Chúng ta cần phải ưu tiên đào tạo đội ngũ giáo
viên mới trong các lĩnh vực STEM để đảm bảo rằng tất cả chúng ta là một quốc
gia ngày càng dành cho các giáo viên sự tôn trọng cao hơn mà họ xứng đáng”.
Giáo sư Steven Chu, người đoạt giải Nobel Vật lý, phát biểu tại đại học
SUSTech, ngày 16 tháng 10 năm 2016: “Giáo dục STEM là một loại hình giáo
dục hướng dẫn bạn học cách tự học”, giáo sư Chu đã chỉ ra lợi thế của giáo dục

5


STEM: “Tự học là rất quan trọng trong quá trình phát triển cá nhân. Học
STEM cho phép mọi người tự trang bị cho mình khả năng suy nghĩ hợp lý, khả
năng rà soát và tìm kiếm xác nhận như học toán học và có kiến thức sâu rộng.
Nó mang đến cho bạn sự tự tin để đi đầu trong lĩnh vực mà chúng ta đang làm,
thậm chí nhảy vào một lĩnh vực mới mà chúng ta chưa bao giờ đặt chân vào
trước đây. Bạn sẽ không bao giờ nói rằng bạn không thể chỉ vì thiếu kiến thức
đầy đủ, đó là điểm quan trọng nhất của giáo dục STEM” [20].

Tháng 11/2016, Giáo sư Dan Shechtman, người đoạt giải Nobel về
nghiên cứu hóa học và khoa học vật liệu cho biết: “Israel phải làm nhiều hơn
nữa để thúc đẩy nghiên cứu khoa học để đảm bảo giữ được công nghệ của
mình. Chính phủ phải khuyến khích các nghiên cứu khoa học và kỹ thuật ở độ
tuổi trẻ”. Shechtman trả lời trong một cuộc phỏng vấn qua điện thoại rằng:
“Tất cả trẻ em đều phải học chương trình cốt lõi và chính phủ phải nâng cao
trình độ của một số giáo viên” [20].
Tháng 9/2013, Thủ tướng Malaysia ông Datuk Seri Najib Razak phát
biểu: “Malaysia dự kiến 60% trẻ em và thanh thiếu niên tham gia chương trình
giáo dục về khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học (STEM) vì sự nghiệp
cho một tương lai tốt đẹp hơn của đất nước”. Najib cho biết: “Trẻ em và thanh
thiếu niên có thể bị cuốn hút bởi khoa học thông qua một phương pháp giảng
dạy và học tập thú vị hơn. Đó là hãy cho họ tham gia vào các dự án thực tế và
cung cấp cho họ một số dự án đầy thách thức, để tìm giải pháp so với cách tiếp
cận từ trên xuống mà ông cảm thấy khá là nhàm chán” [20].
Tờ TAME của Mỹ cho biết: “Từ năm 2004 đến năm 2014, việc làm liên
quan đến khoa học và kỹ thuật tăng 26%, gấp hai lần so với tốc độ tăng trưởng
trung bình của các ngành nghề khác. Trong khi đó, việc làm STEM có tốc độ
tăng trưởng gấp 4 lần so với tốc độ tăng trưởng trung bình của các ngành khác
nếu tính từ năm 1950 đến 2007. Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì nhu
cầu việc làm liên quan đến STEM ngày càng lớn, đòi hỏi ngành giáo dục cũng

6


phải có những thay đổi để đáp ứng nhu cầu của xã hội. Giáo dục STEM có thể
tạo ra những con người đáp ứng được nhu cầu công việc của thế kỷ mới, có tác
động lớn đến sự thay đổi nền kinh tế đổi mới”. [20]
Trong một bài phát biểu trước thượng nghị viện Mỹ, Bill Gates đã từng
nói: “Chúng ta không thể duy trì được nền kinh tế dẫn đầu toàn cầu trừ khi

chúng ta xây dựng được lực lượng lao động có kiến thức và kỹ năng để sáng
tạo”. Bill Gates đặc biệt nhấn mạnh đến vai trò của giáo dục trong việc xây
dựng lực lượng lao động này. Ông nói tiếp: “Chúng ta cũng không thể duy trì
được một nền kinh tế sáng tạo trừ khi chúng ta có những công dân được đào
tạo tốt về toán học, khoa học và kỹ thuật” [20].
Hiện tại, giáo dục STEM đã và đang được triển khai tại hầu hết các nước có
nền giáo dục tiên tiến trên thế giới, đặc biệt là các nước công nghiệp phát triển
như Mỹ, Úc, Phần Lan, Canada, Nhật Bản, Hàn Quốc… Như vậy, có thể thấy rằng
giáo dục STEM trên thế giới đã trở thành trào lưu và đang phát triển mạnh mẽ tại
nhiều nước trên thế giới. Thậm chí tại Canada người lao động nhập cư có các kỹ
năng STEM sẽ được hưởng các phúc lợi xã hội tốt hơn so với người dân lao động
bản xứ. Chính phủ Canada đánh giá cao những người nhập cư có các kỹ năng
STEM, họ cho rằng đây là nguồn lao động chính cho họ và rằng người nhập cư có
kỹ năng STEM sẽ thúc đẩy các ngành nghề kinh tế của đất nước này phát triển,
đặc biệt làm tăng khả năng giao thương quốc tế [22].

1.1.2. Nghiên cứu về giáo dục STEM ở trong nước
Nhận thấy tiềm năng và những lợi ích thiết thực của giáo dục STEM, đặc
biệt là giáo dục STEM tạo ra một sân chơi sáng tạo cho các em học sinh, nhằm
giúp các em có cơ hội được tham gia các hoạt động có tính khoa học, hiện đại
và nâng cao; công ty cổ phần DTT Eduspec đã lần đầu tên giới thiệu chương
trình Giáo dục STEM vào Việt Nam từ năm 2011 tại hai thành phố lớn là Hà
Nội và Thành phố Hồ Chí Minh, sau đó là Đà Nẵng vào năm 2013 và Cần Thơ
năm 2016. Đến nay, đã có hàng chục ngàn học sinh tại các thành phố này theo

7


học và đã tham dự nhiều cuộc thi Robothon Quốc tế, Khoa học máy tính,
Internet vạn vật trong suốt những năm qua [22].

Ngày 01/12/2015, công ty DTT Eduspec chính thức ra mắt chuỗi trung
tâm “Học viện STEM” đáp ứng nhu cầu của các bạn học sinh đam mê STEM
tại các cơ sở trên toàn quốc, với địa chỉ website là “hocvienstem.com”. Một địa
chỉ cũng khá nổi tiếng nữa là “Học viện Khám phá” [22].
Năm 2015, Bộ Khoa học và Công nghệ Việt Nam và Liên minh STEM tổ
chức ngày hội STEM lần đầu tiên, tiếp theo đó là nhiều sự kiện tương tự trên toàn
quốc, nổi bật là “Ngày hội STEM” quốc gia đã được tổ chức liên tục hàng [20].

Năm học 2015 - 2016, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã khuyến khích nội
dung STEM trong chương trình giáo dục đào tạo. Dự án thí điểm “Áp dụng
phương pháp giáo dục STEM của Vương quốc Anh vào bối cảnh Việt Nam
2016-2017” được triển khai từ tháng 01 năm 2016. Tháng 02 vừa qua, Hội đồng
Anh kết hợp với Bộ Giáo dục và Đào tạo tổ chức giai đoạn 4 của dự án, rà soát
và đánh giá phương pháp giáo dục theo định hướng STEM (khoa học, công
nghệ, kỹ thuật và toán) tại 15 trường trung học cơ sở và THPT thuộc địa bàn Hà
Nội, Hải Dương, Hải Phòng, Nam Định và Quảng Ninh [19].
Sở Giáo dục và Đào tạo Thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội, Cần Thơ, Đà
Nẵng đều đã có chỉ đạo các cơ sở giáo dục trên địa bàn tiếp tục quán triệt tinh
thần giáo dục tích hợp khoa học - công nghệ - kỹ thuật - toán trong việc thực
hiện chương trình giáo dục phổ thông ở những môn học liên quan [19].
Từ năm 2015, các tỉnh thành như Nam Định, Hải Phòng, Nghệ An, Hải
Dương, Đồng Tháp, Lào Cai, Quảng Ninh, Bắc Ninh,… đã và đang triển khai
nhiều hoạt động về giáo dục STEM [19].
Nhiều trường học trong cả nước đã tổ chức đào tạo STEM với hàng ngàn
lượt giáo viên và hàng trăm ngàn lượt học sinh từ các khóa ngắn hạn đến dài hạn
và đưa vào chương trình chính khóa. Cụ thể, tại Thành phố Hồ Chí Minh đã có
khoảng 100 trường dạy các môn Robotics, Khoa học máy tính…; tại Hà Nội

8

có gần 200 trường triển khai các môn Robotics, Khoa học máy tính, Khoa học
dữ liệu, Internet vạn vật…; tại Đà Nẵng có hơn 20 trường triển khai các môn
Robotics, Khoa học máy tính…
Ông Nguyễn Khắc Thành Hiệu trưởng trường đại học FPT nói: “Trường
tiểu học FPT cũng đã có kế hoạch triển khai giáo dục STEM vào chương trình
chính khóa bắt buộc từ năm học 2017 - 2018, với sự kết hợp cùng Trung tâm
American STEM” [22].
Báo trithuc.vn cho biết: “Ở Việt Nam các trung tâm giáo dục ngoại khoá
đã sớm áp dụng các chương trình đào tạo STEM cho học sinh nhiều lứa tuổi.
Trên môi trường mạng, mạng xã hội chuyên về giáo dục STEM (stem.vn) đã
chính thức được hòa mạng cùng Hệ tri thức Việt số hóa ngày 01/01/2018 vừa
qua. Mạng xã hội stem.vn được xây dựng nhằm hỗ trợ các thành viên của cộng
đồng STEM Việt Nam, những người quan tâm tới giáo dục STEM tại Việt Nam
trao đổi, chia sẻ tài liệu học, khóa học, tăng cường các trải nghiệm, thông tin
hoạt động về giáo dục STEM - một chủ đề mới phục vụ cách mạng công nghiệp
4.0” [23].
Chỉ thị 16/CT-TTg ngày 04/5/2017 đã chỉ rõ: “Tăng cường năng lực tiếp
cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư (còn gọi là cách mạng công nghiệp
4.0) nhằm chủ động nắm bắt cơ hội, đưa ra các giải pháp thiết thực tận dụng
tối đa các lợi thế, đồng thời giảm thiểu những tác động tiêu cực của cuộc cách
mạng công nghiệp 4.0 đối với Việt Nam” [21]. Thủ tướng Chính phủ Nguyễn
Xuân Phúc đã nói: “Tất cả các bộ, ngành, địa phương triển khai đồng bộ nhiều
giải pháp để thay đổi mạnh mẽ các chính sách, nội dung, phương pháp giáo
dục và dạy nghề nhằm tạo ra nguồn nhân lực có khả năng tiếp nhận các xu thế
công nghệ sản xuất mới, trong đó cần tập trung vào thúc đẩy đào tạo về STEM
bên cạnh ngoại ngữ, tin học trong chương trình giáo dục phổ thông” [19].
Thủ tướng Chính phủ Nguyễn Xuân Phúc cũng đã giao trách nhiệm cho
Bộ Giáo dục và Đào tạo thúc đẩy triển khai giáo dục STEM trong chương trình

9


giáo dục phổ thông; tổ chức thí điểm tại một số trường phổ thông ngay từ năm
học 2017 - 2018. Theo Thủ tướng, việc đưa giáo dục STEM vào áp dụng ở các
bậc học, các trường học sẽ gặp một số khó khăn trở ngại, ông nói: Tất nhiên
việc đưa STEM vào chương trình giáo dục phổ thông cũng sẽ gặp một số khó
khăn như được nêu ra trong các hội thảo giáo dục, ví dụ như quy định thi cử,
đánh giá chất lượng cũng cần thay đổi phù hợp để điều kiện cơ sở vật chất ở các
trường, vùng nông thôn, vùng sâu vùng xa và trình độ giáo viên về giáo dục
STEM [19].
Một số công trình nghiên cứu về giáo dục STEM
Nguyễn Thanh Nga, Phùng Việt Hải, Nguyễn Quang Linh, Đỗ Hương
Trà… trong các tài liệu [11], [12], đã trình bày khá đầy đủ các vấn đề về STEM
như so sánh, phân biệt giữa giáo dục STEM với các phương pháp giáo dục khác
nêu được ưu điểm và hạn chế của từng loại đồng thời đưa ra được các đề xuất
để phát triển năng lực của học sinh thong qua hoạt động giáo dục STEM
Trong luận án nghiên cứu của Lê Xuân Quang (2017) về “Dạy học môn
Công nghệ phổ thông theo định hướng GD STEM”. Kết quả nghiên cứu cho
thấy: Phần lớn học sinh cảm thấy thoải mái, tự giác trong học tập, phát triển
năng lực hợp tác, năng lực giải quết vấn đề và sáng tạo của học sinh trong quá
trình tham gia xây dựng nội dung bài học, phù hợp với định hướng của
BGD&ĐT trong công văn số 5555/BGDĐT - GDTrH ngày 8/10/2014 về các
tiêu chí đánh giá bài học đang được thực hiện trong cả nước hiện nay [13].
Trong luận văn tốt nghiệp của Lê Thanh Trúc (2017) về “Tổ chức dạy
học một số kiến thức chương cơ sở của nhiệt động lực học - Vật lý 10 theo định
hướng GD STEM”. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng: Học sinh đã phát huy
được tính tích cực và năng lực sáng tạo, phát triển năng lực giải quyết vấn đề và
rèn luyện một số kỹ năng cần thiết trong cuộc sống như kỹ năng làm việc nhóm,
thu thập và xử lí thông tin, thuyết trình, phản biện… góp phần tạo được hứng

thú học Vật lý của HS nhờ vận dụng các kiến thức hàn lâm vào thực tiễn, trực

10


quan sinh động hơn. Các phân tích thực nghiệm trên đã khẳng định tính khả thi
của việc tổ chức dạy học chương “Cơ sở của nhiệt động lực học - Vật lý 10”
theo định hướng GD STEM trong việc đổi mới phương pháp dạy học ở trường
phổ thông [16].
1.2. Giáo dục STEM
1.2.1. Khái niệm về giáo dục STEM
STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology
(Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật) và Maths (Toán học) [18].
Science (Khoa học): Là nội dung phần kiến thức thuộc lĩnh vực trong
khoa học tự nhiên của các môn Vật lý, Hóa học, Sinh học và Khoa học trái đất
nhằm giúp HS tìm hiểu nội dung kiến thức về thế giới xung quanh chúng ta và
có thể vận dụng kiến thức đó vào giải thích các hiện tượng riễn ra trong cuộc
sống hàng ngày.
Technology (Công nghệ): Là nội dung phần kiến thức về Công nghệ
nhằm giúp HS phát triển khả năng sử dụng, quan lý và đánh giá Công nghệ
đồng thời áp dụng các Công nghệ tiên tiến vào quá trình học tập, các quy trình
sản xuất để phục vụ cho cuộc sống có chất lượng tốt hơn.
Engineering (Kỹ thuật): Là môn học thông qua các hoạt động học tích hợp các
kiến thức khoa học, toán học…. vào xây dựng kỹ thật giúp học sinh hiểu biết sự

phát triển của khoa học đồng thời giúp học sinh vận dụng các kiến thức vào
trong xây dựng quy trình sản xuất nhằm phục vụ cuộc sống.
Maths (Toán học): Là nội dung kiến thức về tính toán thông qua hoạt động
tính toán, trình bày ý tưởng và nêu ra các giải pháp để giải quyết các vấn đề đặt ra
giúp HS phát triển khả năng phân tích, biện luận và truyền đạt ý tưởng.

STEM là một cách dạy học trang bị cho người học những kiến thức môn
học trong lĩnh vực STEM và những kỹ năng cần thiết theo cách tiếp cận liên
môn và người học có thể áp dụng kiến thức để giải quyết vấn đề trong cuộc
sống thực tiễn. Thay vì giảng dạy bốn môn học như các đối tượng tách biệt và

11


rời rạc, STEM kết hợp chúng thành một mô hình học tập gắn kết dựa trên các
ứng dụng thực tế [12].
GD STEM là giải pháp góp phần tăng hiệu quả dạy học, phát triển năng
lực giải quyết vấn đề của HS, phát triển tư duy, logic, tự chủ, sáng tạo của HS
đặc biệt trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật, giúp HS có thể hiểu rõ được ý nghĩa
thực tiễn của các kiến thức Vật lý được học.
GD STEM gồm có 3 cách hiểu chính như sau:
- Quan tâm đến các môn Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học:
Là một chương trình dạy học từ bậc tiểu học đến bậc sau đại học để cung cấp
hỗ trợ, tăng cường năng lực của người học [11].
- Tích hợp của bốn lĩnh vực STEM: “Là phương pháp tiếp cận liên môn
những kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học vào bối cảnh
thực tế nhằm tạo nên một kết nối giữa nhà trường, cộng đồng và các doanh
nghiệp” [11].
- Tích hợp từ hai lĩnh vực STEM trở lên: “GD STEM là một cách dạy
học tiếp cận, nghiên cứu khám phá trong giảng dạy và học tập giữa hai môn
học STEM trở lên, hoặc giữa một chủ đề STEM và một hoặc nhiều môn học
khác trong nhà trường” [11].
1.2.2. Giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông mới
1.2.2.1. Mục tiêu giáo dục STEM
Trong luận văn tôi trình bày mục tiêu giáo dục STEM theo nghĩa chung

nhất. Mục tiêu giáo dục STEM bao gồm 3 phần chính như sau [11]:
- Phát triển các năng lực đặc thù của các môn học về STEM cho HS:
+ Nội dung kiến thức, kỹ năng liên quan đến các môn học trong lĩnh vực
STEM.
+ Vận dụng phối hợp các kiến thức, kỹ năng đó để giải quyết các vấn đề
thực tiễn.
12


- Phát triển năng lực cốt lõi cho HS: Giáo dục STEM trang bị cho HS
những kỹ năng phù hợp đáp ứng nhu cầu lao động trong thời đại mới trong thế
kỉ 21. Bên cạnh những hiểu biết về các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ
thuật, Toán học, học sinh sẽ được phát triển tư duy phê phán, khả năng hợp tác
để thành công.
- Định hướng nghề nghiệp cho HS: giáo dục STEM trang bị cho HS
những kiến thức, kỹ năng mang tính nền tảng cho việc học tập ở các bậc học
cao hơn, góp phần đào tạo ra nguồn nhân lực chất lượng cho xã hội, đặc biệt là
đối với các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM.
1.2.2.2. Thiết kế bài học STEM
a. Quy trình thiết kế bài học STEM
Từ thực tiễn chúng tôi dạy học ở THCS và việc nghiên cứu các tài liệu
chúng tôi đưa ra quy trình thiết kế bài học theo định hướng giáo dục STEM.
Trong các tác giả Nguyễn Thanh Nga, đã trình bày quy trình thiết kế chủ đề GD
STEM cho HS trung học dựa trên mục tiêu GD STEM và các tiêu chí của một
bài học STEM được thực hiện như hình 1.1[12].

Vấn đề
thực tiễn

Ý

tưởng
chủ đề
STEM

Xác
định
kiến
thức
STEM
cần giải
quyết

Xác
định
mục tiêu
chủ đề
STEM

Xây dựng bộ
câu hỏi định
hướng chủ
đề STEM

Hình 1.1. Quy trình thiết kế bài học STEM
Vấn đề thực tiễn: Dựa trên các tình huống có vấn đề trong thực tiễn các
em quan sát được cần giải quyết. Các tình huống phải xuất phát từ nhu cầu tìm
hiểu của học sinh nó thôi thúc HS tìm hiểu và thực hiện để đáp ứng nhu cầu của
mình. Hoạt động đó cũng là yêu cầu của định hướng nghề nghiệp, đòi hỏi học
13

sinh giải quyết nhằm trải nghiệm một số nhiệm vụ của nghề nghiệp nào đó
trong thực tế.
Ý tưởng bài học STEM: Là bài toán mở được hình thành có tính chất kỹ
thuật nhằm giải quyết vấn đề thực tiễn mà học sinh gặp phải.
Xác định kiến thức STEM cần giải quyết: Là các kiến thức liên quan đến
Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học… mà HS sẽ được học trong chủ đề
này.
Xác định mục tiêu bài học STEM: Là các kiến thức, kỹ năng, thái độ học
sinh sẽ đạt được sau khi thực hiện chủ đề.
Xây dựng bộ câu hỏi định hướng bài học STEM: Là các câu hỏi mà dựa
vào đó học sinh có thể đề xuất các giải pháp nhằm đạt được mục tiêu của chủ
đề, các câu hỏi định hướng được xây dựng theo các cấp độ để phù hợp với phát
triển tư duy, năng lực sáng tạo. Nếu trong thời gian ngắn để hoàm thành bài học
thì giáo viên cần định hướng thường xuyên cho học sinh qua câu hỏi định
hướng hoạt động học tập.
b. Các bước soạn thảo nội dung bài học STEM
Bước 1: Xây dựng nội dung tích hợp STEM theo một chủ đề nào đó
Dựa vào nội dung bài học, nội dung các kiến thức trọng tâm mà GV,
nhóm GV đưa ra một số kiến thức về toán, lí, công nghệ. Có liên quan đến chủ
đề bài học và các nội dung của chủ đề STEM.
Bước 2: Kết nối chủ đề với một vấn đề trong thực tiễn
Dựa vào nội dung bài học GV tìm hiểu một vấn đề trong thực tiễn gần sát
nhất với nội dung bài học để đưa ra tình huống có vấn đề nhằm kích thích cho
hoạt động học tập của học sinh.
Bước 3: Xác định rõ các vấn đề STEM mà học sinh cần giải quyết
Vấn đề STEM chính là các yêu cầu về sản phẩm và các kỹ năng cần
đạt Bước 4: Các tiêu chí đánh giá sản phẩm
Gíao viên đưa ra các tiêu chí cần đạt qua các mức độ của sản phẩm như:
thời gian hoàn thành, độ bền, đẹp, có hoạt động hay không, hoạt động có ổn

14