Giáo dục STEM trong Chương trình Giáo dục phổ thông mới 2018

Trong Chương trình giáo dục phổ thông năm 2018, giáo dục STEM vừa mang nghĩa thúc đẩy giáo dục các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học vừa thể hiện phương pháp tiếp cận liên môn, phát triển năng lực và phẩm chất người học. Trong Chương trình giáo dục phổ thông năm 2018, giáo dục STEM đã được chú trọng thông qua các biểu hiện:

+ Chương trình giáo dục phổ thông mới có đầy đủ các môn học STEM. Đó là các môn toán, khoa học tự nhiên, công nghệ, tin học. Việc hình thành nhóm môn Công nghệ và Nghệ thuật ở giai đoạn giáo dục định hướng nghề nghiệp cùng với quy định chọn 5 môn học trong 3 nhóm sẽ đảm bảo mọi học sinh đều được học các môn học STEM;

+ Vị trí, vai trò của giáo dục tin học và giáo dục công nghệ trong Chương trình giáo dục phổ thông 2018 đã được nâng cao rõ rệt. Điều này không chỉ thể hiện rõ tư tưởng giáo dục STEM mà còn là sự điểu chỉnh kịp thời của giáo dục phổ thông trước cuộc cách mạng công nghiệp 4.0;

+ Có các chủ đề STEM trong chương trình môn học tích hợp ở giai đoạn giáo dục cơ bản như các môn Tự nhiên và Xã hội, Khoa học, Tin học và Công nghệ (ở tiểu học), môn Khoa học tự nhiên (ở trung học cơ sở);

+ Các chuyên đề dạy học về giáo dục STEM ở lớp 10, 11, 12; các hoạt động trải nghiệm dưới hình thức câu lạc bộ nghiên cứu khoa học, trong đó có các hoạt động nghiên cứu STEM;

+ Tính mở của chương trình cho phép một số nội dung giáo dục STEM có thể được xây dựng thông qua chương trình địa phương, kế hoạch giáo dục nhà trường; qua những chương trình, hoạt động STEM được triển khai, tổ chức thông qua hoạt động xã hội hóa giáo dục;

1.1. Mục tiêu của giáo dục STEM trong Chương trình Giáo dục phổ thông mới

Mục tiêu giáo dục STEM phù hợp với mục tiêu giáo dục của Việt Nam được nêu trong chương trình giáo dục phổ thông mới. Gồm 3 mục tiêu chính như sau:

Phát triển các năng lực đặc thù của các môn học thuộc lĩnh vực STEM: Thông qua chương trình giáo dục, HS hình thành và phát triển năng lực STEM – là khả năng hiểu biết và vận dụng các kiến thức trong bốn lĩnh vực STEM. Mục tiêu này không phải là để HS trở thành những nhà toán học, nhà khoa học, kĩ sư hay những kĩ thuật viên mà là phát triển cho HS các kĩ năng có thể được sử dụng để làm việc và phát triển trong thế giới công nghệ hiện đại ngày nay. Cụ thể, HS biết liên kết các kiến thức Khoa học, Toán học để giải quyết các vấn đề thực tiễn, biết sử dụng, quản lí và truy cập Công nghệ và biết về quy trình thiết kế kĩ thuật và chế tạo ra các sản phẩm.

Phát triển các năng lực chung cho HS: Thông qua các hoạt động học tập gắn liền với các chủ đề giáo dục STEM, góp phần phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo, năng lực giao tiếp và hợp tác, năng lực tự chủ và tự học của HS. Qua đó, giáo dục STEM giúp chuẩn bị cho HS khả năng nắm bắt những cơ hội và đối mặt với những thách thức trong bối cảnh nền kinh tế toàn cầu hóa và thời đại phát triển công nghiệp 4.0.

Định hướng nghề nghiệp: Giáo dục STEM sẽ tạo cho HS có những kiến thức, kĩ năng mang tính nền tảng cho việc học tập ở các bậc học cao hơn cũng như cho nghề nghiệp trong tương lai của HS. Từ đó, góp phần xây dựng lực lượng lao động có năng lực, phẩm chất tốt, đặc biệt là lao động trong lĩnh vực STEM nhằm đáp ứng mục tiêu xây dựng và phát triển đất nước.

1.2. Nội dung giáo dục STEM thể hiện trong môn Khoa học tự nhiên và môn Sinh học

Sinh học là môn khoa học nghiên cứu về thế giới sinh vật vô cùng gần gũi với đời sống hằng ngày của con người. Bên cạnh đó, môn Sinh học cũng có mối quan hệ chặt chẽ với các môn học khác như Vật lí, Hóa học, Toán học,…; vận dụng kiến thức của các môn học này vào giải thích các hiện tượng, quy luật sinh học. Cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, kiến thức Sinh học ngày càng được bổ sung nhiều hơn và ngày càng rút ngắn khoảng cách giữa lí thuyết và ứng dụng. Chính vì thế các chủ đề STEM trong môn Sinh học cũng khá phong phú và đa dạng, từ những chủ đề liên quan đến việc chăm sóc sức khỏe bản thân, gia đình đến những chủ đề giải quyết các vấn đề mang tính toàn cầu như biến đổi khí hậu, ô nhiễm môi trường, suy giảm đa dạng sinh học,..

Trong chương trình GDPT hiện hành, có thể khai thác các chủ đề giáo dục STEM ở các lớp dựa trên vận dụng kiến thức, kĩ năng của môn Sinh học như sau:

Trong chương trình môn Khoa học tự nhiên (cấp THCS) và Sinh học (cấp THPT) theo Chương trình giáo dục phổ thông mới, có thể khai thác các chủ đề giáo dục STEM ở các lớp dựa trên vận dụng kiến thức, kĩ năng của môn Sinh học như sau:

1.3. Các phương pháp dạy học áp dụng trong giáo dục STEM

Định hướng đổi mới phương pháp dạy học nêu trong Chương trình giáo dục phổ thông phù hợp với giáo dục STEM ở cấp độ dạy học tích hợp theo chủ đề liên môn, vận dụng kiến thức liên môn giải quyết các vấn đề thực tiễn. Một số phương pháp dạy học phù hợp thường xuyên được áp dụng trong giáo dục STEM bao gồm:

• Dạy học dự án: Dạy học dựa trên dự án là cách thức tổ chức dạy học, trong đó học sinh thực hiện một nhiệm vụ học tập phức hợp, có sự kết hợp giữa lí thuyết và thực hành, tạo ra các sản phẩm có thể giới thiệu, trình bày.

Dạy học dự án là phương pháp dạy học tích cực rất phù hợp để tổ chức dạy học các chủ đề/ bài học STEM gắn với qu trình thiết kế kỹ thuật và đòi hỏi chế tạo sản phẩm. Không gian thực hiện các nhiệm vụ dự án thường mở và kéo dài vượt thời gian trong khuôn khổ tiết học. Để thực hiện được cần có sự bố trí hợp lí thời gian trên lớp và thời gian ở nhà.

Trong phương pháp học tập theo dự án, học sinh giải quyết một vấn đề, nhưng trọng tâm là sản phẩm mà học sinh cần phải tạo ra.

• Dạy học giải quyết vấn đề: Dạy học giải quyết vấn đề là cách thức tổ chức dạy học, trong đó học sinh được đặt trong một tình huống có vấn đề mà bản thân học sinh chưa biết cách thức, phương tiện cần phải nỗ lực tư duy để giải quyết vấn đề.

Thông thường, giáo viên trình bày một câu hỏi định hướng mà học sinh 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, học sinh 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.

Trong học tập dựa trên vấn đề, không có một câu trả lời đúng cho vấn đề. Thay vì làm việc hướng tới một câu trả lời “đúng”, học sinh thực hành các kĩ năng tư duy phản biện và phát triển các giải pháp riêng của mình.

• Dạy học tìm tòi – khám phá (quy trình 5E): Dạy học khám phá là cách thức tổ chức dạy học, trong đó học sinh tự tìm tòi, khám phá phát hiện ra tri thức mới thông qua các hoạt động dưới định hướng của giáo viên.

Dạy học khám phá theo mô 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 (Lôi cuốn), Explore (khám phá), Explain (Giải thích), Elaborate (Củng cố-Áp dụng), và Evaluate (Đánh giá). Phương pháp 5E dựa trên thuyết kiến tạo (constructivism) của quá trình học, theo đó học sinh xây dựng các kiến thức mới dựa trên các kiến thức hoặc trải nghiệm đã biết trước đó.

• Dạy học dựa trên thiết kế: Trong học tập qua thiết kế, các học sinh được giáo viên trình bày một vấn đề xác thực có cấu trúc lỏng lẻo, nhưng thay vì xây dựng một giải pháp mang tính nhận thức, các em cần phải thiết kế/nghĩ ra một sản phẩm giúp giải quyết vấn đề. Điều này đòi hỏi học sinh phải làm việc để trả lời các câu hỏi hoặc giải quyết các vấn đề. Những vấn đề này thường được rút ra từ cộng đồng xung quanh các em, và học sinh thường có cơ hội xác định một vấn đề nhỏ cụ thể mà các em muốn tập trung vào.

Học tập qua thiết kế được dựa trên nền tảng của việc học đi đôi với hành. Nó không liên quan tới việc lặp lại hoặc tạo ra mô hình của một cái đã có sẵn; thay vào đó, nó hướng tới những giải pháp sơ khai do học sinh xây dựng để giải quyết những vấn đề mà đã được giải quyết bởi những người khác trước đó.

• Dạy học hợp tác theo nhóm nhỏ: Dạy học hợp tác là cách thức tổ chức dạy học, trong đó học sinh làm việc theo nhóm để cùng nghiên cứu, trao đổi ý tưởng và giải quyết vấn đề đặt ra.

Thông thường, học sinh học tập theo nhóm nhỏ để giải quyết vấn đề hoặc thực hiện các dự án. Điều này cho phép học sinh thực hành làm việc hợp tác. Từng học sinh 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.

• Các kĩ thuật dạy học trong giáo dục STEM: Kỹ thuật KLW; Kỹ thuật công não (động não); Kỹ thuật khăn trải bàn; Kỹ thuật mảnh ghép; Kỹ thuật sơ đồ tư duy; Kỹ thuật lắng nghe và phản hồi tích cực…

1.4. Các hình thức tổ chức dạy học STEM trong nhà trường phổ thông hiện nay:

Theo hướng dẫn của Bộ Giáo dục và Đào tạo, hiện nay có 3 hình thức cơ bản để tổ chức giáo dục STEM trong nhà trường phổ thông, bao gồm:

1.4.1. Dạy học các môn khoa học theo bài học STEM

• Đây là hình thức tổ chức giáo dục STEM chủ yếu trong nhà trường trung học. Giáo viên thiết kế các bài học STEM để triển khai trong quá trình dạy học các môn học thuộc chương trình giáo dục phổ thông theo hướng tiếp cận tích hợp nội môn hoặc tích hợp liên môn.
• Nội dung bài học STEM bám sát nội dung chương trình của các môn học nhằm thực hiệnchương trình giáo dục phổ thông theo thời lượng quy định của các môn học trong chương trình. Đồng thời, nội dung bài học STEM đuợc gắn kết với các vấn đề thực tiễn đời sống xã hội, khoa học, công nghệ và học sinh đuợc yêu cầu tìm các giải pháp đế giải quyết vấn đề, chiếm lĩnh kiến thức, đáp ứng yêu cầu cần đạt của bài học. Sau khi học tập, HS không chỉ có được nội dung kiến thức của bài học thuộc một môn học hoặc một số môn học trong chương trình; mà còn bảo đảm giải quyết được vấn đề đặt ra một cách tương đối trọn vẹn. Hình thức giáo dục STEM này không làm phát sinh them thời gian học tập.
• Học sinh thực hiện bài học STEM được chủ động nghiên cứu sách giáo khoa, tài liệu học tập để tiếp nhận và vận dung kiến thức thông qua các hoạt động: lựa chọn giải pháp giải quyết vấn đề; thực hành thiết kế, chế tạo, thử nghiệm mẫu thiết kế; chia sẻ, thảo luận, hoàn thiện hoặc điều chỉnh mẫu thiết kế dưới sự hướng dẫn của giáo viên.

1.4.2. Tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM

• Hoạt động trải nghiệm STEM được tổ chức thông qua hình thức câu lạc bộ hoặc các hoạt động trải nghiệm thực tế; được tổ chức thực hiện theo sở thích, năng khiếu và lựa chọn của học sinh một cách tự nguyện. Nhà trường có thể tổ chức các không gian trải nghiệm STEM trong nhà trường; giới thiệu thư viện học liệu số, thí nghiệm ảo, mô phỏng, phần mềm học tập để học sinh tìm hiểu, khám phá các thí nghiệm, ứng dụng khoa học, kỹ thuật trong thực tiễn đời sống.
• Hoạt động trải nghiệm STEM được tổ chức theo kế hoạch giáo dục hàng năm của nhà trường; nội dung mỗi buổi trải nghiệm được thiết kế thành bài học cụ thể, mô tả rõ mục đích, yêu cầu, tiến trình trải nghiệm và dự kiến kết quả. Ưu tiên những hoạt động liên quan, hoạt động tiếp nối ở mức vận dụng (thiết kế, thử nghiệm, thảo luận và chỉnh sửa) của các hoạt động trong bài học STEM theo kế hoạch dạy học của nhà trường.
• Tăng cường sự hợp tác giữa trường trung học với các cơ sở giáo dục đại học, cơ sở nghiên cứu, cơ sở giáo dục nghề nghiệp, doanh nghiệp, hộ kinh doanh, các thành phần kinh tế – xã hội khác và gia đình để tổ chức có hiệu quả các hoạt động trải nghiệm STEM phù hợp với các quy định hiện hành.

1.4.3. Tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học, kĩ thuật

• Hoạt động này dành cho những học sinh có năng lực, sở thích và hứng thú với các hoạt động tìm tòi, khám phá khoa học, kỹ thuật giải quyết các vấn đề thực tiễn; thông qua quá trình tổ chức dạy học các bài học STEM và hoạt động trải nghiệm STEM phát hiện các học sinh có năng khiếu để bồi dưỡng, tạo điều kiện thuận lợi học sinh tham gia nghiên cứu khoa học, kĩ thuật.
• Hoạt động nghiên cứu khoa học, kĩ thuật được thực hiện dưới dạng một đề tài/dự án nghiên cứu bởi một cá nhân hoặc nhóm hai thành viên, dưới sự hướng dẫn của giáo viên hoặc nhà khoa học có chuyên môn phù hợp.
• Dựa trên tình hình thực tiễn, có thể định kỳ tổ chức ngày hội STEM hoặc cuộc thi khoa học, kỹ thuật tại đơn vị để đánh giá, biểu dương nỗ lực của giáo viên và học sinh trong việc tổ chức dạy và học, đồng thời lựa chọn các đề tài/dự án nghiên cứu gửi tham gia Cuộc thi khoa học, kỹ thuật cấp trên.

1.5. Đánh giá trong giáo dục STEM

Đánh giá kết quả học tập là một thành tố không thể thiếu trong quá trình dạy học. Đánh giá giúp giáo viên có được những thông tin để đưa ra những điều chỉnh phù hợp về phương pháp, hình thức tổ chức dạy học nhằm nâng cao chất lượng dạy và học, cũng như có tác động tích cực ở người học, giúp người học điều chỉnh thái độ, hành vi, kích thích hứng thú học tập, nâng cao hiệu quả học tập của người học. Trong dạy học định hướng giáo dục STEM, đánh giá càng có vai trò quan trọng và là vấn đề cốt lõi đảm bảo sự thành công cho một chương trình giáo dục STEM.

1.5.1. Nguyên tắc đánh giá

Đặc điểm của giáo dục STEM là định hướng sản phẩm, phương pháp giảng dạy là dạy học dựa trên dự án, học tập theo nhóm… Do vậy, việc đánh giá thường xuyên, đa dạng hóa các hình thức và công cụ đánh giá là rất cần thiết. Ở đây, giáo viên có thể đánh giá dựa trên các hoạt động trên lớp, đánh giá qua việc trình bày, báo cáo sản phẩm của người học… cần đảm bảo nguyên tắc kết hợp đánh giá của giáo viên với tự đánh giá và đánh giá lẫn nhau của học sinh.

• Đánh giá phải hướng tới sự phát triển phẩm chất và năng lực của học sinh thông qua mức độ đạt chuẩn kiến thức, kĩ năng, thái độ và các biểu hiện năng lực, phẩm chất của người học.
• Đánh giá cần chú ý đến tính phát triển, đánh giá năng lực của người học trong việc vận dụng các kiến thức được học vào thực tiễn cuộc sống. Không so sánh học sinh này với học sinh khác; coi trọng việc động viên, khuyến khích học sinh; giúp học sinh phát huy năng khiếu cá nhân; đảm bảo kịp thời, công bằng, khách quan, không tạo áp lực cho học sinh.

1.5.2. Các yêu cầu đánh giá

Việc đánh giá kết quả học tập trong giáo dục STEM cần thỏa mãn các yêu cầu sau:

• Đánh giá quá trình học tập của học sinh: Việc đánh giá người học phải được thực hiện trong suốt quá trình dạy học thay vì chỉ đánh giá sản phẩm cuối cùng. Việc đánh giá này sẽ giúp giáo viên thu thập được những thông tin phản hồi về kết quả học tập qua từng giai đoạn, kết quả thực hiện từng nhiệm vụ học tập của HS, giúp giáo viên đưa ra những tác động sư phạm cần thiết điều khiển hoạt động học tập của người học nhằm đạt kết quả tốt nhất.
• Nội dung đánh giá người học chú trọng về đánh giá năng lực và phẩm chất: Đánh giá năng lực nhằm xác định là khả năng thực hiện thành công hoạt động trong một bối cảnh nhất định nhờ sự huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng và các thuộc tính cá nhân khác của người học. Đồng thời cần đánh giá phẩm chất, thái độ, hành vi đạo đức, lối sống, ý thức pháp luật, niềm tin, tình cảm… của người học.
• Đánh giá kết quả học tập nhóm: Giáo dục STEM là cơ hội người học có thể phát triển những kĩ năng mềm như kĩ năng giao tiếp, kĩ năng hợp tác, kĩ năng làm việc nhóm… Việc đánh giá kết quả học tập nhóm thực chất là đánh giá sự phát triển những kĩ năng trên của người học trong quá trình học tập.

1.5.3. Xây dựng công cụ đánh giá trong giáo dục STEM

Đánh giá học tập trong giáo dục STEM cần tập trung vào (i) kiến thức riêng rẽ của môn học STEM, (ii) kiến thức và kĩ năng tích hợp của các môn học STEM và các kĩ năng mềm (ví dụ kĩ năng tư duy phản biện và phân tích) của học sinh.

Các mức độ có thể được sử dụng để đánh giá trong giáo dục STEM gồm:

1. Sơ khai: Học sinh thể hiện kiến thức và kĩ năng sơ bộ liên quan tới nhiệm vụ học tập.
2. Hạn chế: Học sinh thể hiện kiến thức và kĩ năng hạn chế liên quan tới nhiệm vụ học tập.
3. Đang hình thành: Học sinh thể hiện mức độ đang hình thành đối với nội dung và các khái niệm liên quan tới nhiệm vụ học tập.
4. Đáng khen: Học sinh thể hiện sự hiểu biết đầy đủ về nội dung và các khái niệm liên quan tới nhiệm vụ học tập.
5. Hoàn thành tốt: Học sinh thể hiện mức độ thành thạo về nội dung và các khái niệm liên quan tới nhiệm vụ học tập.
6. Nêu gương: Học sinh thể hiện mức độ thành thạo mới hoặc mức độ thành thạo của cá nhân về nội dung và các khái niệm liên quan tới nhiệm vụ học tập.

Xuất phát từ cấu trúc của năng lực và mục tiêu đánh giá năng lực, giáo viên cần lựa chọn công cụ thu nhận thông tin qua các hành vi tương ứng với các năng lực thành tố của năng lực muốn đánh giá. Từ đó, lựa chọn các hình thức kiểm tra đánh giá. Sau đây là mô tả các công cụ thu thập thông tin để đánh giá quá trình trong giáo dục STEM:

2. Hướng dẫn thiết kế chủ đề STEM

2.1. Các tiêu chí xây dựng chủ đề/ bài học STEM

Tiêu chí 1: Chủ đề bài học STEM tập trung vào các vấn đề của thực tiễn

Trong các bài học STEM, học sinh được đặt vào các vấn đề thực tiễn xã hội, kinh tế, môi trường và yêu cầu tìm các giải pháp.

Tiêu chí 2: Cấu trúc bài học STEM kết hợp tiến trình khoa học và quy trình thiết kế kĩ thuật

Tiến trình bài học STEM cung cấp một cách thức linh hoạt đưa học sinh từ việc xác định một vấn đề – hoặc một yêu cầu thiết kế – đến sáng tạo và phát triển một giải pháp.

Tiêu chí 3: Phương pháp dạy học bài học STEM đưa học sinh vào hoạt động tìm tòi và khám phá, định hướng hành động, trải nghiệm và sản phẩm

Quá trình tìm tòi khám phá được thể hiện trong các hoạt động của chủ đề STEM. Học sinh sẽ thực hiện các quan sát, tìm tòi, khám phá để xây dựng, kiểm chứng các quy luật, qua đó, học được kiến thức nền đồng thời rèn luyện các kĩ năng tiến trình như: Quan sát, đưa ra dự đoán, tiến hành thí nghiệm, đo đạc, thu thập số liệu, phân tích số liệu… Quá trình tìm tòi khám phá còn giúp học sinh kiểm chứng các giải pháp khác nhau để tối ưu hoá sản phẩm.

Trong các bài học STEM, hoạt động học của học sinh được thực hiện theo hướng mở có “khuôn khổ” về các điều kiện mà học sinh được sử dụng (chẳng hạn các vật liệu khả dụng). Hoạt động học của học sinh là hoạt động được chuyển giao và hợp tác; các quyết định về giải pháp giải quyết vấn đề là của chính học sinh. Học sinh thực hiện các hoạt động trao đổi thông tin để chia sẻ ý tưởng và tái thiết kế nguyên mẫu của mình nếu cần. Học sinh tự điều chỉnh các ý tưởng của mình và thiết kế hoạt động tìm tòi, khám phá của bản thân.

Tiêu chí 4: Hình thức tổ chức bài học STEM lôi cuốn học sinh vào hoạt động nhóm kiến tạo

Giúp học sinh làm việc trong một nhóm kiến tạo là một việc khó khăn, đòi hỏi tất cả giáo viên STEM ở trường làm việc cùng nhau để áp dụng phương thức dạy học theo nhóm, sử dụng cùng một ngôn ngữ, tiến trình và yêu cầu về sản phẩm học tập mà học sinh phải hoàn thành. Làm việc nhóm trong thực hiện các hoạt động của bài học STEM là cơ sở phát triển năng lực giao tiếp và hợp tác cho học sinh.

Tiêu chí 5: Nội dung bài học STEM áp dụng chủ yếu từ nội dung khoa học và toán mà học sinh đã và đang học

Trong các bài học STEM, giáo viên cần kết nối và tích hợp một cách có mục đích nội dung từ các chương trình khoa học, công nghệ, tin học và toán. Lập kế hoạch để hợp tác với các giáo viên toán, công nghệ, tin học và khoa học khác để hiểu rõ nội hàm của việc làm thế nào để các mục tiêu khoa học có thể tích hợp trong một bài học đã cho. Từ đó, học sinh dần thấy rằng khoa học, công nghệ, tin học và toán không phải là các môn học độc lập, mà chúng liên kết với nhau để giải quyết các vần đề. Điều đó có liên quan đến việc học toán, công nghệ, tin học và khoa học của học sinh.

Tiêu chí 6: Tiến trình bài học STEM tính đến có nhiều đáp án đúng và coi sự thất bại như là một phần cần thiết trong học tập

Một câu hỏi nghiên cứu đặt ra, có thể đề xuất nhiều giả thuyết khoa học; một vấn đề cần giải quyết, có thể đề xuất nhiều phương án, và lựa chọn phương án tối ưu. Trong các giả thuyết khoa học, chỉ có một giả thuyết đúng. Ngược lại, các phương án giải quyết vấn đề đều khả thi, chỉ khác nhau ở mức độ tối ưu khi giải quyết vấn đề. Tiêu chí này cho thấy vai trò quan trọng của năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo trong dạy học STEM.

2.2. Quy trình thiết kế chủ đề/ bài học STEM :

Bước 1. Xác định vấn đề (bài học, chủ đề) STEM

1. Xác định “ý tưởng”

Xuất hiện ý tưởng là một vấn đề khó, dưới đây là một số gợi ý để xác định ý tưởng cho chủ đề STEM trong dạy học môn Hoá học:

+ Rà soát chương trình môn Sinh học —>liên kết các vấn đề thực tiễn có liên quan -—chọn vấn đề thực tiễn phù hợp với nội dung chương trình. Hoặc có thể tham khảo từ những chủ đề, ý tưởng của người khác, hoặc của tài liệu —điều chỉnh cho phù hợp.

+ Tạo ra một danh sách các kết quả đầu ra sau khi học chủ đề STEM. Chẳng hạn: Bạn muốn HS hiểu được những gì? (Khi trả lời câu hỏi này, cần gắn kết, liên quan đến hiểu biết, thói quen, kinh nghiệm của HS). HS có thể làm những gì? (Cần gắn kết đến lĩnh vực học tập, nội dung được học của HS). HS cần phải có và sử dụng những nguồn lực nào? Các cách bạn sử dụng để bồi dưỡng, giúp đỡ HS? Những kết nối liên môn nào sẽ phải thực hiện? Đối tác trong cộng đồng nào mà HS cần được thực hiện? Đối tác trong cộng đồng nào mà HS sẽ phải đóng vai? Làm thế nào để HS thể hiện, hay chứng minh kết quả học tập của mình?

+ Có thể kết nối với các mục tiêu toàn cầu, kết nối với các tiêu chuẩn NGSS (Next Generation Science Standards)

+ Những câu chuyện hoặc những vấn đề xảy ra trong đời sống thực từ các tin tức thời sự hoặc phim tài liệu khoa học có mối liên hệ với kiến thức hoá học.

+ Những hoạt động thực tế của các xưởng sản xuất, nhà máy, cơ quan trong các ngành nghề liên quan đến khoa học và công nghệ. Điều này giúp cho các HS dễ dàng hình dung hơn các công việc, ngành nghề trong tương lai.

+ Một số tài liệu tham khảo

Tóm lại: Từ ý tưởng -Mác định mục tiêu, nội dung, PPDH, phương tiện, …định hình quá trình HS sẽ làm ra sản phẩm -có cách để hỗ trợ, hướng dẫn HS (nếu cần).

2. Xác định “Tên chủ đề STEM”

Tên của chủ đề STEM rất quan trọng. Khi đặt tên cho chủ đề STEM, cần viết ngắn gọn, sáng tạo, hấp dẫn, gợi nhớ, thể hiện được vấn đề cần giải quyết, kích thích tính hứng thú mong muốn được giải quyết vấn đề của HS đối với vấn đề đặt ra.

3. Mô tả vấn đề của chủ đề STEM

Nêu một đoạn ngắn về tình huống có vấn đề của chủ đề STEM mà HS cần phải giải quyết. Giáo dục STEM mô phỏng cách các nhà khoa học phát minh ra tri thức khoa học. Tuy nhiên, giáo dục STEM không phải biến HS thành những nhà khoa học, do đó khi lựa chọn hay xây dựng vấn đề của chủ đề STEM, cần chỉ rõ:

+Bối cảnh tình huống cụ thể để đảm bảo các nội dung lựa chọn mang tính thực tiễn

+ Nhìn nhận ở cả góc độ phạm vi ảnh hưởng và độ phức tạp của vấn đề sao cho phù hợp với đối tượng HS cả về bậc học, loại hình trường, đặc điểm vùng miền.

+ Sản phẩm cần tạo ra là gì?

4. Xác định các yêu cầu của sản phẩm: là những tiêu chí, những chỉ tiêu, thông số kĩ thuật, những kết quả của giải pháp mong muốn HS sẽ đạt được sau khi giải quyết vấn đề. Có thể thay đổi bất kì một đại lượng, thông số, điều kiện nào đó khác với hướng dẫn ban đầu để HS tư duy, sáng tạo giải quyết vấn đề. Cần thông báo ngay từ khi giới thiệu vấn đề cần giải quyết để HS tiến hành các bước cần thiết, đúng yêu cầu của GV. Những tiêu chí này là căn cứ quan trọng để đề xuất giả thuyết khoa học.

Chỉ rõ các vật liệu HS được phép sử dụng khi làm thí nghiệm là như thế nào: GV cung cấp, hay những đồ vật có thể tái chế xung quanh môi trường sống của HS, hay là HS có thể mua (nếu mua thì quy định mức chi tiêu như thế nào).

Khi xác định sản phẩm: lưu ý xác định quá trình HS sẽ thực hiện là quy trình khoa học hay quy trình thiết kế kĩ thuật.

5. Xác định sự đóng góp của môn học STEM vào chủ đề

Sau khi xác định tên chủ đề, thiết lập bảng mô tả trong đó chỉ rõ nội dung kiến thức Sinh học và kiến thức các môn thuộc lĩnh vực STEM liên quan đến chủ đề. Có thể phối hợp với các giáo viên bộ môn có liên quan đến chủ đề cùng xây dựng các nội dung nhằm đảm bảo tính chính xác khoa học và sự phong phú của chủ đề. Kiến thức trong mỗi chủ đề STEM cần có sự tích hợp giữa kiến thức và kĩ năng của các lĩnh vực chuyên môn riêng. Để tường minh điều này, cần chỉ rõ trong chủ đề giáo dục STEM này có huy động kiến thức, kĩ năng nào của từng lĩnh vực toán, khoa học, công nghệ và kĩ thuật.

Bước 2. Viết mục tiêu học tập cụ thể cho chủ đề, xác định thiết bị dạy học và học liệu cho chủ đề STEM, PPDH, kĩ thuật dạy học, thời gian

1. Mục tiêu học tập:

Có thể đặt ra những mục tiêu học tập đa đạng khác nhau phù hợp với bối cảnh cụ thể của lớp học tuy nhiên cần phù hợp với yêu cầu cần đạt về kiến thức, kĩ năng của các lĩnh vực trong chủ đề. Cần chỉ rõ các năng lực cần đạt được của HS cụ thể trong từng lĩnh vực giáo dục STEM.

Mục tiêu phải được diễn đạt bằng các động từ hành động có thể lượng hoá, đánh giá được mức độ lĩnh hội kiến thức, kĩ năng, thái độ của HS như: Nêu được .., So sánh được…, Giải thích được …., Viết được., Áp dụng . để ., Làm được .., Trình bày được., thao tác được…, Ý thức được…, (Theo mục tiêu nhận thức của Bloom, mục tiêu kĩ năng của Dave và mục tiêu thái độ – tình cảm của Krathworl)

2. Thiết bị dạy học và học liệu

Cung cấp cho HS các nguồn tài liệu tham khảo, hoặc các địa chỉ đáng tin cậy để HS tự tìm kiếm, cung cấp các phiếu học tập, các phiếu hướng dẫn tự học,..

Dự kiến phương án đánh giá kết quả học tập của HS như: Đánh giá bằng quan sát, nhận xét; đánh giá đồng đẳng; tự đánh giá;. Làm rõ các tiêu chí đánh giá như cách biên soạn câu hỏi, hay bài tập, nhiệm vụ học tập; cách tạo ra sản phẩm học tập của HS; xây dựng bảng tự đánh giá rubric; cách tổ chức báo cáo; cách báo cáo, cách viết nhật kí dạy học,.. .Lưu ý: đối với hoạt động đề xuất giải pháp, GV cần yêu cầu HS viết biên bản đề xuất giải pháp

3. Phương pháp và kĩ thuật dạy học:

PPDH, KTDH tích cực được chọn để tổ chức hoạt động học với chủ đề STEM phải thể hiện rõ trong kế hoạch dạy học chủ đề đã biên soạn.

Bước 3. Thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học

Bước này thể hiện rõ dự kiến tổ chức dạy học chủ đề STEM. Để thực hiện được việc này cần làm rõ: Chủ đề có những hoạt động nào, từng hoạt động đó thực hiện vai trò gì trong việc đạt được mục tiêu toàn bài?

Đầu tiên, cần phân loại được loại hình giáo dục STEM sử dụng trong chủ đề là STEM vận dụng hay nghiên cứu kiến thức mới Xác định nội dung kiến thức là toàn bài hay một phần,.

Từ đó dự kiến các hoạt động dạy học là giao nhiệm vụ ->HS nghiên cứu kiến thức nền (STEM nghiên cứu). Hay GV dạy kiến thức nền ->HS vận dụng giải quyết vấn đề tạo sản phẩm STEM (STEM vận dụng). Hoặc có thể kết hợp cả hai quy trình (xem lại mục1.3).

Có thể chia hoạt động theo vấn đề cần giải quyết hoặc theo cấu trúc nội dung của chủ đề. Mỗi nội dung nhỏ, hoặc một vấn đề cần giải quyết của chủ đề có thể được xây dựng thành một hoặc vài hoạt động dạy học khác nhau. Ứng với mỗi hoạt động, GV cần thực hiện các công việc sau:

• Xác định mục tiêu hoạt động
• Xây dựng nội dung dạy học dưới dạng các nhiệm vụ học tập, từ đó xác định các tư liệu học tập: Phiếu học tập, thông tin cung cấp, phương tiện, thiết bị dạy học cho hoạt động
• Xác định sản phẩm dự kiến mà HS cần tạo ra trong hoạt động.
• Lập kế hoạch tổ chức hoạt động dạy học: xác định hình thức tổ chức (hoạt động cá nhân, hoạt động nhóm…), dự kiến phương pháp (dạy học theo góc, dự án,…), xây dựng tiến trình dạy học cụ thể (hoạt động của GV, hoạt động của HS).
• Xây dựng công cụ đánh giá mục tiêu hoạt động: Mỗi hoạt động SV cần có công cụ đánh giá mục tiêu hoạt động tương ứng. Công cụ đánh giá có thể là một câu hỏi, một bài tập hoặc một nhiệm vụ cần thực hiện và phiếu tiêu chí đánh giá hoạt động đó (rubrics)
• Dự kiến thời gian cho mỗi hoạt động.

2.3. Tiến trình hoạt động dạy học trong chủ đề/ bài học STEM

Tiến trình tổ chức hoạt động dạy học được thiết kế thông qua cải tiến, kết hợp từ mô hình dạy học 5E, quy trình thiết kế kĩ thuật và quy trình khoa học:

Hoạt động 1: Xác định vấn đề

• Mục tiêu: tìm hiểu, thu thập thông tin, “giải mã công nghệ”; xác định được vấn đề/đòi hỏi của thực tiễn; xác định rõ tiêu chí của sản phẩm.
• Nội dung: tìm tòi, khám phá tình huống/hiện tượng/quá trình trong thực tiễn; tìm hiểu quy trình công nghệ. Tùy vào điều kiện cụ thể mà hoạt động này được tổ chức theo các hình thức khác nhau: nghiên cứu qua tài liệu khoa học (kênh chữ, hình, tiếng); khảo sát thực địa (tham quan, dã ngoại); tiến hành thí nghiệm nghiên cứu.
• Sản phẩm: Yêu cầu về sản phẩm (của hoạt động này) mà học sinh phải hoàn thành là những thông tin mà học sinh thu thập được từ việc tìm hiểu thực tiễn; ý kiến của cá nhân học sinh về hiện tượng/quá trình/tình huống thực tiễn hoặc quy trình, thiết bị công nghệ được giao tìm hiểu.
• Cách thức tổ chức hoạt động: Giáo viên giao nhiệm vụ (nội dung, phương tiện, cách thực hiện, yêu cầu sản phẩm phải hoàn thành); Học sinh thực hiện nhiệm vụ (qua thực tế, tài liệu, video; cá nhân hoặc nhóm); Báo cáo, thảo luận (thời gian, địa điểm, cách thức); Phát hiện/phát biểu vấn đề (giáo viên hỗ trợ).
• Đánh giá: Trên cơ sở các sản phẩm của cá nhân và nhóm học sinh, giáo viên đánh giá, nhận xét, giúp học sinh nêu được các câu hỏi/vấn đề cần tiếp tục giải quyết, xác định được các tiêu chí cho giải pháp (sản phẩm khoa học hoặc sản phẩm kĩ thuật) cần thực hiện để giải quyết vấn đề đặt ra. Từ đó định hướng cho hoạt động tiếp theo của học sinh.

Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền

• Mục tiêu: Mục tiêu của hoạt động này là trang bị cho học sinh kiến thức, kĩ năng theo yêu cầu cần đạt của chương trình giáo dục phổ thông.
• Nội dung: học kiến thức mới của chương trình các môn học. Học sinh được hướng dẫn nghiên cứu sách giáo khoa, tài liệu bổ trợ, làm thực hành, thí nghiệm để chiếm lĩnh kiến thức và rèn luyện kĩ năng theo yêu cầu cần đạt của chương trình.
• Sản phẩm: những kiến thức cơ bản (số liệu, dữ liệu, khái niệm, định nghĩa, định luật…), lời giải cho những câu hỏi, bài tập mà giáo viên yêu cầu, kết quả thí nghiệm, thực hành theo yêu cầu của chương trình; nội dung đã thống nhất của nhóm; nhận xét, kết luận của giáo viên.
• Cách thức tổ chức hoạt động: Giáo viên giao nhiệm vụ (Nêu rõ yêu cầu đọc/nghe/nhìn/làm để xác định và ghi được thông tin, dữ liệu, giải thích, kiến thức mới); Học sinh nghiên cứu sách giáo khoa, tài liệu, làm thí nghiệm (cá nhân, nhóm); Báo cáo, thảo luận; Giáo viên điều hành, “chốt” kiến thức mới + hỗ trợ HS đề xuất giải pháp/thiết kế mẫu thử nghiệm.
• Đánh giá: Căn cứ vào sản phẩm học tập của học sinh và các nhóm học sinh, giáo viên tổ chức cho học sinh báo cáo, thảo luận; đồng thời nhận xét, đánh giá, “chốt” kiến thức, kĩ năng để học sinh ghi nhận và sử dụng.

Hoạt động 3: Giải quyết vấn đề

Mục tiêu: Đề xuất và thực hiện giải pháp giải quyết vấn đề; hoàn thành sản phẩm theo nhiệm vụ đặt ra.

Nội dung: Học sinh được tổ chức hoạt động giải quyết vấn đề theo các bước của quy trình nghiên cứu khoa học, kĩ thuật.

Sản phẩm: Có nhiều sản phẩm trung gian trong quá trình thực hiện hoạt động của học sinh. Giáo viên cần dự kiến các mức độ có thể của giả thuyết khoa học/giải pháp giải quyết vấn đề; phương án thí nghiệm/thiết kế mẫu thử nghiệm để chuẩn bị cho việc định hướng học sinh thực hiện có hiệu quả.

• Cách thức tổ chức hoạt động: Giáo viên giao nhiệm vụ (Nêu rõ yêu cầu HS trình bày, báo cáo, giải thích, bảo vệ giải pháp/thiết kế); Học sinh báo cáo, thảo luận; Giáo viên điều hành, nhận xét, đánh giá + hỗ trợ HS lựa chọn giải pháp/thiết kế mẫu thử nghiệm.
• Đánh giá: Theo từng bước trong quy trình hoạt động, giáo viên cần tổ chức cho học sinh/nhóm học sinh trao đổi, thảo luận để lựa chọn hướng đi phù hợp. Sản phẩm cuối cùng được học sinh/nhóm học sinh trình bày để giáo viên đánh giá, nhận xét, góp ý hoàn thiện.

Hoạt động 4: Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá

Trong hoạt động này, học sinh tiến hành chế tạo mẫu theo bản thiết kế đã hoàn thiện sau bước 3; trong quá trình chế tạo đồng thời phải tiến hành thử nghiệm và đánh giá. Trong quá trình này, học sinh cũng có thể phải điều chỉnh thiết kế ban đầu để bảo đảm mẫu chế tạo là khả thi.

• Mục đích: Chế tạo và thử nghiệm mẫu thiết kế.
• Nội dung: Lựa chọn dụng cụ/thiết bị thí nghiệm; chế tạo mẫu theo thiết kế; thử nghiệm và điều chỉnh.
• Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh: Dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật. đã chế tạo và thử nghiệm, đánh giá.
• Cách thức tổ chức hoạt động: Giáo viên giao nhiệm vụ (lựa chọn dụng cụ/thiết bị thí nghiệm để chế tạp, lắp ráp.); Học sinh thực hành chế tạo, lắp ráp và thử nghiệm; Giáo viên hỗ trợ học sinh trong quá trình thực hiện.

Hoạt động 5: Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh

Trong hoạt động này, học sinh được tổ chức để trình bày sản phẩm học tập đã hoàn thành; trao đổi, thảo luận, đánh giá để tiếp tục điều chỉnh, hoàn thiện.

• Mục đích: Trình bày, chia sẻ, đánh giá sản phẩm nghiên cứu.
• Nội dung: Trình bày và thảo luận.
• Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh: Dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật… đã chế tạo được + Bài trình bày báo cáo.
• Cách thức tổ chức hoạt động: Giáo viên giao nhiệm vụ (mô tả rõ yêu cầu và sản phẩm trình bày); Học sinh báo cáo, thảo luận (bài báo cáo, trình chiếu, video, dung cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật đã chế tạo.) theo các hình thức phù hợp (trưng bày, triển lãm, sân khấu hóa); Giáo viên đánh giá, kết luận, cho điểm và định hướng tiếp tục hoàn thiện.