Giáo dục STEM
Lượt xem:
1. Khái quát về giáo dục STEM
1.1. Khái niệm về giáo dục STEM
Có nhiều cách khái niệm về giáo dục STEM. Trong tài liệu này, chúng tôi sử dụng khái niệm về giáo dục STEM của tác giả Tsupros: “Giáo dục STEM là một phương pháp tiếp cận liên ngành, ở đó những kiến thức hàn lâm được kết hợp chặt chẽ với các bài học thực tiễn thông qua việc HS được áp dụng những kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học vào trong những bối cảnh cụ thể tạo nên một kết nối giữa nhà trường, cộng đồng và các doanh nghiệp cho phép người học phát triển những kĩ năng STEM và tăng khả năng cạnh tranh trong nền kinh tế mới”.
Theo Chương trình Giáo dục phổ thông 2018: “Giáo dục STEM là mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp học sinh áp dụng các kiến thức khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học vào giải quyết một số vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể”
Nền tảng của giáo dục STEM chính là giáo dục khoa học. Ở Mỹ, giáo dục khoa học được xem là ngành khoa học nghiên cứu cơ bản và nền tảng giúp đẩy mạnh nền khoa học phát triển.
Có thể hiểu đơn giản các thuật ngữ Science, Technology, Engineering, Maths là:
Science (viết số ít và đứng một mình) được hiểu là các môn khoa học tự nhiên (Vật lý, Hoá học, Sinh học, Tin học, Khoa học trái đất và không gian) để phân biệt với social sciences (viết số nhiều) là các môn khoa học xã hội. Nó là hệ thống tri thức chủ yếu thông qua quan sát và giải thích các hiện tượng trên thế giới mang tính chất quy luật
Technology: được hiểu theo nghĩa chung là tổng thể các công cụ, thiết bị, hay quá trình đã được thiết lập/ sử dụng trong suốt quá trình triển khai tạo thành sản phẩm.
Engineering: là quá trình tạo ra các sản phẩm mà không có trong tự nhiên.
Mathematics: là các công thức, phương trình, mô hình toán học.
1.2. Phân loại STEM
– Dựa trên số các lĩnh vực STEM ta có:
+ STEM đầy đủ: cần vận dụng kiến thức của cả bốn lĩnh vực STEM để giải quyết vấn đề.
+ STEM khuyết: không cần phải vận dụng kiến thức cả bốn lĩnh vực STEM để giải quyết vấn đề.
– Dựa trên phạm vi kiến thức để giải quyết vấn đề STEM ta có:
+ STEM cơ bản: là loại hình STEM được xây dựng trên cơ sở kiến thức thuộc phạm vi các môn học Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học trong CTGDPT.
+ STEM mở rộng: là loại hình STEM có những kiến thức nằm ngoài chương trình và SGK. Sản phẩm STEM của loại hình này có độ phức tạp cao hơn. Các chủ đề thường được xây dựng trên cơ sở các nội dung mang tính bổ sung, mở rộng CTGDPT.
– Dựa vào mục đích dạy học ta có:
+ STEM kiến tạo: là STEM được xây dựng trên cơ sở kết nối kiến thức của nhiều môn học khác nhau mà HS chưa được học (hoặc được học một phần). HS sẽ vừa giải quyết được vấn đề và vừa lĩnh hội được tri thức mới.
+ STEM vận dụng: là STEM được xây dựng trên cơ sở những kiến thức HS đã được học. STEM dạng này sẽ bồi dưỡng cho HS năng lực vận dụng lý thuyết vào thực tế. Kiến thức lý thuyết được củng cố và khắc sâu.
1.3. Cơ sở lí luận của giáo dục STEM
Giáo dục STEM cũng xuất phát từ vấn đề nảy sinh trong thực tiễn được xây dựng thành các chủ đề/bài học STEM, thông qua việc giáo viên tổ chức các hoạt động học sẽ giúp học sinh tìm ra được những giải pháp để giải quyết vấn đề mà chủ đề/bài học STEM nêu ra. Để giải quết
vấn đề đó, cần dựa trên cơ sở vận dụng 2 quy trình:
– Quy trình khoa học: Tiến trình khoa học là cách mà các nhà khoa học thực hiện các nghiên cứu khoa học để tìm hiểu thế giới tự nhiên và đưa ra các giải thích dựa trên những bằng chứng thu được từ công việc của mình. Tương tự như vậy, trong giáo dục STEM, thông qua tiến trình khoa học, học sinh có thể sử dụng các nghiên cứu khoa học để tự khám phá thế giới tự nhiên. Đây là một cách để đặt câu hỏi và trả lời các câu hỏi khoa học bằng cách quan sát và thực hiện các thí nghiệm. Tiến trình khoa học cung cấp cho học sinh cơ hội được thực hiện các hoạt động:
1. Đặt câu hỏi về những gì học sinh muốn tìm hiểu thêm.
2. Dự đoán hoặc đưa ra giả thuyết trả lời câu hỏi.
3. Kiểm tra giả thuyết bằng cách lập kế hoạch và tiến hành các thí nghiệm hoặc quan sát.
4. Theo dõi và ghi lại những gì xảy ra
5. Sử dụng thông tin thu được từ các quan sát/thí nghiệm và phân tích và rút ra kết luận.
6. Chia sẻ và phổ biến kết quả.
– Quy trình thiết kế kỹ thuật: Cách tiếp cận này được áp dụng trong giáo dục STEM với mục đích tìm ra giải pháp cho các vấn đề. Nó giúp học sinh học cách áp dụng phương pháp tiếp cận giải quyết vấn đề được sử dụng bởi các kĩ sư. Trong cách tiếp cận này, học sinh học để:
1. xác định vấn đề thông qua khoa học,
2. thu thập thông tin để phát triển các giải pháp có thể nhờ vào tri thức khoa học và công cụ công nghệ,
3. phát triển các giải pháp,
4. thiết kế và xây dựng mô hình,
5. thử nghiệm, xác nhận và đánh giá mô hình,
6. chia sẻ kết quả.
Trong chu trình STEM, science trên mũi tên màu xanh lá cây từ “Technology” sang “Knowledge” thể hiện quy trình khoa học. Các nhà khoa học sử dụng các công nghệ hiện có để tìm hiểu thế giới tự nhiên và đưa ra các giải thích dựa trên những bằng chứng thu được từ các nghiên cứu khoa học, từ đó phát minh ra các “Kiến thức” khoa học mới thông qua các bước trong quy trình khoa học (sơ đồ bên phải). Ngược lại, “Engineering” trên mũi tên màu xanh mực từ “Knowledge” sang “Technology” thể hiện quy trình kĩ thuật. Các kĩ sư sử dụng “Kiến thức” khoa học để thiết kế, sáng tạo ra công nghệ mới thông qua các bước trong quy trình thiết kế kĩ thuật (sơ đồ bên trái). Toán học là công cụ được sử dụng để thực hiện hai quy trình trên. Hai quy trình nói trên tiếp nối nhau, khép kín thành chu trình sáng tạo khoa học – kĩ thuật theo mô hình “xoáy ốc” mà cứ sau mỗi chu trình thì lượng kiến thức khoa học tăng lên và cùng với nó là công nghệ phát triển ở trình độ cao hơn.
Dựa theo chu trình STEM, khi tổ chức các hoạt động trong giáo dục STEM, HS có thể giải quyết vấn đề theo 2 quy trình hoặc một trong 2 quy trình tùy thuộc vào loại hình giáo dục STEM mà GV lựa chọn. GV có thể tổ chức cho HS thực hiện quy trình chi tiết theo các bước, hoặc ghép các bước trong 2 quy trình đó vào nhau hoặc cũng có thể rút gọn các bước trong các quy trình đó. HS sẽ thực hiện các bước trong quy trình khoa học để tự chiếm lĩnh kiến thức mới và thông qua các bước trong quy trình thiết kế kĩ thuật để sử dụng kiến thức đã chiếm lĩnh đó vào việc tìm kiếm, thiết kế, thực hiện giải pháp để giải quyết một vấn đề thực tiễn tương đối trọn vẹn do GV yêu cầu. Sau khi thực hiện giải pháp HS có thể lại chiếm lĩnh kiến thức mới,.. .Hai quy trình này luôn nối tiếp, bổ sung cho nhau.
1.4. Vai trò, ý nghĩa của giáo dục STEM
Việc đưa giáo dục STEM vào trường trung học mang lại nhiều ý nghĩa, phù hợp với định hướng đổi mới giáo dục phổ thông. Cụ thể là:
– Đảm bảo giáo dục toàn diện: Triển khai giáo dục STEM ở nhà trường, bên cạnh các môn học đang được quan tâm như Toán, Khoa học, các lĩnh vực Công nghệ, Kỹ thuật cũng sẽ được quan tâm, đầu tư trên tất cả các phương diện về đội ngũ giáo viên, chương trình, cơ sở vật chất.
– Nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM: Các dự án học tập trong giáo dục STEM hướng tới việc vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các vấn đề thực tiễn, học sinh được hoạt động, trải nghiệm và thấy được ý nghĩa của tri thức với cuộc sống, nhờ đó sẽ nâng cao hứng thú học tập của học sinh.
– Hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho học sinh: Khi triển khai các dự án học tập STEM, học sinh hợp tác với nhau, chủ động và tự lực thực hiện các nhiệm vụ học; được làm quen hoạt động có tính chất nghiên cứu khoa học. Các hoạt động nêu trên góp phần tích cực vào hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực cho học sinh.
– Kết nối trường học với cộng đồng: Để đảm bảo triển khai hiệu quả giáo dục STEM, cơ sở giáo dục phổ thông thường kết nối với các cơ sở giáo dục nghề nghiệp, đại học tạiđịa phương nhằm khai thác nguồn lực về con người, cơ sở vật chất triển khai hoạt động giáo dục STEM. Bên cạnh đó, giáo dục STEM phổ thông cũng hướng tới giải quyết các vấn đề có tính đặc thù của địa phương.
– Hướng nghiệp, phân luồng: Tổ chức tốt giáo dục STEM ở trường trung học, học sinh sẽ được trải nghiệm trong các lĩnh vực STEM, đánh giá được sự phù hợp, năng khiếu, sở thích của bản thân với nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM. Thực hiện tốt giáo dục STEM ở trường trung học cũng là cách thức thu hút học sinh theo học, lựa chọn các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM, các ngành nghề có nhu cầu cao về nguồn nhân lực trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư.
