NỘI DUNG
CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC VẬN DỤNG KIẾN THỨC KĨ NĂNG THÔNG QUA DẠY HỌC STEM
1.1 Tổng quan lịch sử nghiên cứu vấn đề
1.1.1 Giáo dục STEM trên thế giới
Trong 10 năm qua, giáo dục STEM đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng được các nhà giáo dục trên toàn thế giới quan tâm Xu hướng phát triển giáo dục theo định hướng STEM đang thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học, với nhiều quốc gia triển khai thành công và đạt được những thành tựu đáng kể trong lĩnh vực này.
STEM lần đầu tiên xuất hiện tại Mỹ như một phản ứng trước sự suy giảm của nền giáo dục, đánh dấu một bước cải cách quan trọng nhằm phát triển bền vững Sự đổi mới này đã thu hút sự chú ý của nhiều quốc gia phát triển khác trên thế giới Giáo dục STEM nổi bật nhờ khả năng kết nối lý thuyết với thực tiễn, giúp xóa bỏ khoảng cách giữa kiến thức sách vở và ứng dụng thực tế, tạo ra một môi trường học tập linh hoạt hơn so với phương pháp giáo dục truyền thống Tại Pháp, giáo dục STEM được triển khai rộng rãi từ tiểu học đến trung học cơ sở, với 78 giờ trải nghiệm khoa học mỗi năm Ở trung học phổ thông, học sinh dành nhiều thời gian cho các môn học STEM, bao gồm 4 giờ Toán, 3 giờ mỗi môn Vật Lý, Hóa học, và các hoạt động khám phá liên quan đến công nghệ sinh học, y tế, và phát minh.
Tại Anh, giáo dục STEM đã trở thành một chương trình quốc gia nhằm đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao và các nhà khoa học Chương trình này bao gồm bốn nội dung chính: tuyển dụng và bồi dưỡng giáo viên STEM, cải tiến chương trình học, và phát triển cơ sở vật chất Giáo dục STEM không được tách rời khỏi chương trình chính khóa mà được lồng ghép vào giảng dạy, coi STEM là một cách tiếp cận chứ không phải là một môn học riêng Các dự án STEM được tổ chức theo nhiều hình thức, bao gồm thực hiện trong một môn học duy nhất, phối hợp nhiều môn học, và thực hiện song song với chương trình học chính.
Tại Thái Lan, các trường học đang tổ chức nhiều câu lạc bộ sau giờ học cho
Học sinh được khuyến khích tìm hiểu các hoạt động sáng tạo STEM liên quan đến thiên nhiên và biến đổi khí hậu, đồng thời đưa ra ý kiến giải quyết các vấn đề này dưới sự hướng dẫn của các chuyên gia trong lĩnh vực môi trường và sinh học Tại Hàn Quốc, chính phủ đang đặc biệt chú trọng đến giáo dục STEM và STEAM, trong đó yếu tố nghệ thuật được tích hợp vào giáo dục STEM.
1.1.2 Giáo dục STEM tại Việt Nam Ở Việt Nam, giáo dục STEM được sử dụng theo mô tả trong Chương trình giáo dục phổ thông năm 2018 như sau: 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
Trong thời gian qua, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã tổ chức nhiều cuộc thi nhằm tăng cường tiếp cận giáo dục STEM cho học sinh trung học, bao gồm các cuộc thi như “Vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các tình huống thực tiễn” và “Dạy học theo chủ đề tích hợp dành cho giáo viên trung học” Những chủ trương như xây dựng chủ đề dạy học và dạy học tích hợp đã được triển khai rộng rãi trong các trường phổ thông trên toàn quốc Đặc biệt, cuộc thi “Khoa học kỹ thuật dành cho học sinh trung học” đã thu hút sự tham gia và đạt nhiều thành công, với nhiều đề tài khoa học kỹ thuật của học sinh được áp dụng vào thực tiễn và mang lại hiệu quả cao.
1.1.3 Năng lực vận dụng kiến thức kĩ năng, kĩ năng
Về năng lực nói chung và một số năng lực cụ thể nói riêng như: NL hợp tác,
Năng lực giải quyết vấn đề (NL giải quyết vấn đề) và năng lực vận dụng kiến thức (NLVDKT) đã được nghiên cứu rộng rãi, đặc biệt trong lĩnh vực dạy học Hóa học Tác giả Trần Ngọc Huy đã phân tích sâu về việc phát triển NL giải quyết vấn đề thông qua bài toán nhận thức, xem NLVDKT và kiến thức (KN) như một phần của NL giải quyết vấn đề Ngoài ra, tác giả Nguyễn Thị Thanh cũng đã trình bày khái niệm, các thành phần và tiêu chí đánh giá NLVDKT, KN trong thực tiễn dạy học.
Để phát triển năng lực vận dụng kiến thức và kỹ năng cho học sinh, bài viết đề xuất áp dụng phương pháp dạy học dựa trên hoạt động (PP DHDA) kết hợp với việc sử dụng Ebook và các bài tập hóa học Việc này sẽ giúp học sinh thực hành và rèn luyện năng lực thực hiện thông qua việc vận dụng lý thuyết kiến tạo.
1.2 Cơ sở lý luận về năng lực, năng lực vận dụng kiến thức, kĩ năng
1.2.1 Khái niệm về năng lực
Năng lực được định nghĩa là tổng hợp các kỹ năng, kiến thức, khả năng và hành vi của một cá nhân, cho phép họ thực hiện hiệu quả một công việc cụ thể Đây là yếu tố quan trọng giúp cá nhân hoàn thành nhiệm vụ tốt hơn so với người khác.
1.2.2 Năng lực vận dụng kiến thức, kĩ năng a) Khái niệm về năng lực vận dụng kiến thức, kĩ năng
Năng lực vận dụng kiến thức và kỹ năng (NL VDKT, KN) được hiểu là khả năng nhận diện vấn đề thực tiễn, huy động và áp dụng kiến thức, kỹ năng liên quan, hoặc khám phá để giải quyết hiệu quả các vấn đề thực tiễn, đồng thời có khả năng đặt ra những vấn đề mới NL VDKT, KN còn phản ánh phẩm chất và nhân cách của con người trong quá trình hoạt động, nhằm thỏa mãn nhu cầu tìm hiểu, chiếm lĩnh tri thức và cải tạo tự nhiên.
Năng lực vận dụng kiến thức và kỹ năng (NL VDKT, KN) là khả năng của người học trong việc kết hợp và áp dụng những kiến thức, kỹ năng cùng với các thuộc tính cá nhân như hứng thú, niềm tin, ý chí và thái độ để giải quyết hiệu quả các vấn đề trong học tập và đời sống Để phát triển năng lực này, cần áp dụng các biện pháp phù hợp nhằm khuyến khích sự sáng tạo và khả năng tự học của người học.
- GV phải tạo được nhiều tình huống có vấn đề để kích thích trí sáng tạo chủ động cho HS trong việc tìm hướng để giải quyết vấn đề
- GV thường xuyên thay đổi cách dạy theo hướng dạy học tiên tiến trên thế giới
Luôn cập nhật các phương pháp và phương tiện dạy học mới nhất nhằm nâng cao khả năng vận dụng kiến thức của học sinh vào việc giải quyết các vấn đề thực tiễn.
Thường xuyên kiểm tra và đánh giá quá trình rèn luyện năng lực vận dụng kiến thức và kỹ năng của học sinh là cần thiết để điều chỉnh kịp thời, khuyến khích và phát triển kiến thức, kỹ năng cũng như kinh nghiệm của các em Việc áp dụng những kiến thức này vào các tình huống và hoạt động thực tiễn giúp học sinh tìm hiểu thế giới xung quanh và có khả năng biến đổi nó Năng lực vận dụng kiến thức và kỹ năng không chỉ thể hiện sự phát triển cá nhân mà còn phản ánh phẩm chất và nhân cách của con người trong quá trình hoạt động nhằm thỏa mãn nhu cầu chiếm lĩnh tri thức.
1.3 Cơ sở lí luận của STEM
1.3.1 Khái niệm giáo dục STEM
Hiệp hội các giáo viên dạy khoa học quốc gia Mỹ (NSTA), một trong những tổ chức uy tín trong lĩnh vực giáo dục khoa học, đã được thành lập vào năm 1944 và đề xuất khái niệm giáo dục STEM Theo NSTA, giáo dục STEM là một phương pháp học tập liên ngành, kết hợp các khái niệm học thuật với những bài học thực tiễn, giúp học sinh áp dụng kiến thức trong các lĩnh vực KHOA HỌC, CÔNG NGHỆ.
Kỹ thuật và toán học được áp dụng trong các bối cảnh cụ thể, giúp tạo ra sự kết nối giữa trường học, cộng đồng, nơi làm việc và các tổ chức toàn cầu Điều này không chỉ phát triển năng lực trong lĩnh vực STEM mà còn góp phần nâng cao khả năng cạnh tranh trong nền kinh tế mới.
Các lĩnh vực trong giáo dục STEM
Từ cách định nghĩa trên, có 3 đặc điểm quan trọng khi nói về giáo dục STEM:
- CÁCH TIẾP CẬN LIÊN NGÀNH
- LỒNG GHÉP VỚI CÁC BÀI HỌC TRONG THẾ GIỚI THỰC
- KẾT NỐI VỚI CỘNG ĐỒNG TẠI ĐỊA PHƯƠNG VÀ TOÀN CẦU
1.3.2 Mục tiêu của giáo dục STEM
XÂY DỰNG VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ CHỦ ĐỀ THUỘC CHƯƠNG NITƠ – PHỐT PHO THEO ĐỊNH HƯỚNG STEM
2.1 Phân tích chương Nitơ– Phốt pho hóa học 11 dưới góc độ giáo dục STEM 2.1.1 Mục tiêu cần đạt khi dạy học chương Nitơ – Photpho
- HS nêu được: Đặc điểm cấu tạo nguyên tử, liên kết HH, vị trí trong bảng tuần hoàn của các nguyên tố N, P
HS cần nắm rõ tính chất hóa học và tính chất vật lý cơ bản của các đơn chất và hợp chất của nitơ (N) và photpho (P) Bên cạnh đó, việc hiểu biết về các ứng dụng quan trọng của nitơ, photpho và các hợp chất liên quan là rất cần thiết.
HS có khả năng dự đoán và giải thích tính chất của đơn chất và hợp chất của nitơ (N) và photpho (P), cũng như một số hợp chất của chúng, dựa trên cấu trúc nguyên tử và các phản ứng oxi hóa khử.
Phát triển kỹ năng thực hành thí nghiệm có thể được thực hiện hiệu quả thông qua việc tiến hành hoặc xem video clip thí nghiệm liên quan đến tính chất của các chất như N, NH3, HNO3, muối amoni, muối nitrat, P và các hợp chất của photpho Việc này không chỉ giúp người học nắm vững kiến thức lý thuyết mà còn cải thiện khả năng thực hành và quan sát trong thí nghiệm hóa học.
Quan sát và phân tích các hiện tượng thí nghiệm cũng như hiện tượng tự nhiên như ma trơi giúp chúng ta hiểu rõ hơn về các tính chất của chúng Bên cạnh đó, việc tổng hợp và dự đoán ứng dụng của phân bón hóa học trong công nghiệp đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất nông nghiệp và bảo vệ môi trường.
- Nêu được các ứng dụng của kiến thức HH trong các lĩnh vực khác nhau (thực phẩm, sinh hoạt, sức khỏe, sản xuất, nông nghiệp, môi trường
- Phát triển khả năng quan sát, phát hiện các VĐ thực tiễn cần giải quyết và thu thập thông tin cần thiết
- Xây dựng được mối liên hệ giữa các hiện tượng tự nhiên, các ứng dụng của
HH trong cuộc sống và giải thích được các hiện tượng, các ứng dụng đó dựa vào kiến thức HH và kiến thức chuyên môn
- Đề ra được phương án GQVĐ với tình huống thực tiễn và chủ động phân tích lựa chọn được PP, cách thức giải quyết phù hợp
- Tham gia thảo luận về các hiện tượng có liên quan đến thực tiễn cuộc sống
- Bước đầu tham gia nghiên cứu khoa học để giải quyết vấn đề hóa học có liên quan đến cuộc sống
- Lập PTHH, đặc biệt là PTHH của phản ứng oxi hóa - khử, xác định chất khử, chất oxi hóa
- Giải bài tập định tính, định lượng có liên quan đến kiến thức của chương
* Về giáo dục tình cảm, thái độ
- Có ý thức tích cực trong hoạt động, độc lập trong tư duy
- Thái độ hợp tác trong làm việc nhóm
- Tạo hứng thú và niềm yêu thích môn HH bồi đắp niềm đam mê khám phá khoa học
- Giáo dục ý thức bảo vệ sức khỏe và môi trường
- Hình thành phát huy ý thức tuyên truyền, vận dụng tiến bộ khoa học nói chung, hóa học nói riêng vào đời sống
- Có ý thức trách nhiệm với bản thân, gia đình, xã hội
* Định hướng phát triển NL:
- Chú trọng phát triển NL VDKT, KN để giải quyết các tình huống thực tiễn thông qua chủ đề được tổ chức dạy học theo mô hình GD STEM
Đồng thời, cần phát triển một số năng lực quan trọng như năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo, năng lực tự học và tự nghiên cứu, năng lực hợp tác, năng lực tính toán, cũng như năng lực công nghệ thông tin.
2.1.2 Một số nội dung và phương pháp dạy học hoá học chương Nitơ - Photpho a) Về nội dung
Trong chương trình giáo dục phổ thông, học sinh nghiên cứu về nguyên tố nitơ và photpho cùng các hợp chất của chúng, được hỗ trợ bởi các lý thuyết và định luật hóa học cơ bản Những nội dung này bao gồm cấu tạo nguyên tử, liên kết hóa học, định luật tuần hoàn các nguyên tố hóa học, lý thuyết phản ứng hóa học và lý thuyết sự điện li.
GV cần hướng dẫn học sinh áp dụng kiến thức lý thuyết chủ đạo để dự đoán và giải thích tính chất của các đơn chất và hợp chất cụ thể, từ đó giúp hoàn thiện và phát triển nội dung kiến thức lý thuyết một cách hiệu quả.
GV cần nắm vững kiến thức của học sinh ở cấp THCS, tập trung vào các tính chất vật lý và hóa học của nitơ và photpho Đối với nitơ và photpho, cần chú ý đến tính oxi hóa khử Khi nghiên cứu hợp chất của nitơ và photpho, cần xem xét tính axit, tính bazơ, tính oxi hóa và tính khử, cùng với các ứng dụng thực tiễn của chúng Ngoài ra, phương pháp điều chế các hợp chất này trong phòng thí nghiệm và công nghiệp cũng cần được chú trọng.
Giáo viên cần tạo điều kiện cho học sinh tái hiện kiến thức về N, P và hợp chất HS đã học thông qua các chủ đề học tập liên kết, thay vì học từng phần rời rạc, nhằm tránh sự trùng lặp với kiến thức cũ.
Các thí nghiệm minh họa đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm nghiệm và chứng minh các tính chất đã được dự đoán, do đó cần đảm bảo tính khoa học, chính xác và thành công.
Chương Nitơ - Photpho có nhiều mối liên hệ chặt chẽ với đời sống và môi trường, giúp học sinh dễ dàng liên hệ với thực tiễn Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho giáo viên áp dụng phương pháp dạy học STEM, từ đó phát triển tư duy và kỹ năng cho học sinh.
NL VDKT, KN cho HS
2.2 Quy trình tổ chức chủ đề dạy học môn Hóa học theo mô hình GD STEM
Tôi đề xuất quy trình xây dựng chủ đề STEM theo 4 bước sau:
Bước 1: Lựa chọn chủ đề STEM
Dựa vào nội dung kiến thức trong chương trình học và các hiện tượng, quá trình liên quan đến kiến thức tự nhiên, cũng như quy trình hoặc thiết bị công nghệ ứng dụng kiến thức đó trong thực tiễn, chúng ta có thể lựa chọn chủ đề cho bài học một cách hợp lý.
Khi lựa chọn nội dung dạy theo mô hình GD STEM trong chủ đề Nitơ - Photpho, giáo viên cần nghiên cứu kỹ lưỡng để đảm bảo nội dung phù hợp với các tiêu chí đã đề ra Việc xây dựng chủ đề GD STEM cần được xem xét từ ba góc độ chính: tính thực tiễn của vấn đề trong cuộc sống, phạm vi tác động của nó và độ phức tạp của vấn đề.
Bước 2: Xác định vấn đề cần giải quyết
Sau khi lựa chọn chủ đề bài học, điều quan trọng là xác định vấn đề cần giải quyết để giao cho học sinh Việc này đảm bảo rằng khi học sinh giải quyết vấn đề, họ sẽ tiếp thu những kiến thức và kỹ năng cần thiết theo chương trình môn học đã chọn, đặc biệt là trong STEM kiến tạo Đồng thời, đối với STEM vận dụng, học sinh sẽ áp dụng những kiến thức và kỹ năng đã học để xây dựng bài học hiệu quả.
Giáo viên cần xác định rõ mục tiêu kiến thức cho từng chủ đề học tập, nhằm phát triển năng lực chung và năng lực chuyên biệt cho học sinh Để làm được điều này, giáo viên phải nắm vững kiến thức và kỹ năng mà học sinh đã có, cũng như những kiến thức và kỹ năng cần hình thành để phát triển năng lực vận dụng kiến thức Từ đó, giáo viên sẽ xây dựng kế hoạch cho các hoạt động trong chủ đề, xác định mục tiêu học tập, nội dung giảng dạy và mối liên hệ giữa kiến thức với các môn khoa học khác.
Bước 3: Xây dựng tiêu chí đánh giá sản phẩm/giảipháp giải quyết vấn đề
KIỂM NGHIỆM ĐÁNH GIÁ
Kiểm tra tính hiệu quả của đề tài
Để kiểm chứng mục tiêu và giả thuyết khoa học của đề tài, tôi đã tiến hành dạy thực nghiệm sư phạm tại hai lớp 11A và 11A5 của trường THPT Huỳnh Thúc Kháng trong năm học 2021 – 2022 Cả hai lớp đều có điều kiện học tập tương đồng và theo chương trình SGK Hóa học Cơ bản.
- Lớp 11A (Thực Nghiệm): Tiến hành dạy theo giáo án áp dụng sáng kiến kinh nghiệm
- Lớp 11A5 (Đối Chứng): Tiến hành dạy theo giáo án truyền thống
Trong quá trình giảng dạy, tôi luôn theo dõi sát sao hoạt động học tập của học sinh và tổ chức một bài kiểm tra 45 phút giống nhau sau mỗi chương học Kết quả thực nghiệm trong năm học 2021 - 2022 cho thấy những thông tin quan trọng về sự tiến bộ và hiệu quả học tập của các em.
Ngay từ đầu, nhiệm vụ học tập của các em được thiết kế trong bối cảnh thực tiễn gần gũi và sinh động, giúp tạo ra sự hứng thú và sôi nổi, khác hẳn với cách học cũ khô khan và nhàm chán.
Trong quá trình học, học sinh được khuyến khích học mà chơi, chơi mà học, không bị gò bó trong lớp học truyền thống Các em trải nghiệm và sáng tạo trong không gian ngoài lớp học, tự do khám phá kiến thức Thông qua hoạt động nhóm và trao đổi ý tưởng với thầy cô, các em trở nên hòa đồng và mạnh dạn hơn, giúp tiếp thu lý thuyết một cách tự nhiên và sâu sắc Giờ học luôn diễn ra sôi nổi và hiệu quả.
Nhiều học sinh chủ động khám phá và thảo luận với thầy cô về những vấn đề mới Đặc biệt, một số em đã sáng tạo ra ý tưởng kinh doanh bộ test đơn giản để nhận biết ion nitrat trong rau củ quả Điều này cho thấy rằng nhiệm vụ học tập không chỉ tạo hứng thú mà còn giúp định hướng nghề nghiệp cho các em.
Trong các chủ đề STEAM, tôi luôn tích hợp các yếu tố xã hội, và qua quan sát, tôi nhận thấy rằng ý thức của các em về cộng đồng và môi trường sống được thể hiện rõ ràng.
Càng về sau, khả năng giải quyết vấn đề của các em càng linh hoạt, chủ động rõ rệt, hoạt động nhóm cũng gắn kết, hiệu quả hơn
Trong lớp đối chứng, nhiều học sinh cảm thấy áp lực khi tiếp thu kiến thức, họ chủ yếu hoàn thành nhiệm vụ học tập với mục tiêu đạt điểm số mà không có sự hào hứng Các yêu cầu từ giáo viên thường được thực hiện một cách đối phó, dẫn đến việc hiểu và ghi nhớ kiến thức chưa hiệu quả Kết quả là giờ học thiếu sôi nổi và hiệu quả học tập không cao.
Tại trường THPT Huỳnh Thúc Kháng, chúng tôi đã thiết kế và triển khai hai dự án học tập mang tên “Phân bón hóa học – Tầm quan trọng của nhà nông” và “Định lượng nitrat tồn dư trong thực phẩm” cho các lớp 11A và 11A5 Học sinh được khuyến khích báo cáo kết quả sản phẩm của dự án, giúp nâng cao kiến thức và kỹ năng thực hành của các em trong lĩnh vực nông nghiệp và an toàn thực phẩm.
Sau khi hoàn thành hai dự án học tập, tôi đã tổ chức cho học sinh của hai lớp đối chứng và thực nghiệm làm một bài kiểm tra kéo dài 45 phút nhằm đánh giá hiệu quả và tính khả thi của phương án Kết quả thu được cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa hai lớp.
Giỏi Khá Trung bình Yếu –
Qua phân tích định lượng, kết quả học tập ở các lớp thực nghiệm luôn cao hơn so với lớp đối chứng Cụ thể, tỷ lệ học sinh đạt điểm khá giỏi ở lớp thực nghiệm cao hơn, trong khi tỷ lệ học sinh điểm yếu, kém và trung bình lại thấp hơn Điều này cho thấy học sinh ở lớp thực nghiệm có khả năng hiểu bài và vận dụng kiến thức tốt hơn, đồng thời khẳng định năng lực giải quyết vấn đề của họ vượt trội hơn so với lớp đối chứng.
2.2.3 Kết luận về thực nghiệm
Việc dạy học dự án theo định hướng giáo dục STEAM đã cho thấy những kết quả tích cực, khẳng định đây là một phương pháp giáo dục đổi mới khả thi nhằm phát triển toàn diện cho học sinh Phương pháp này không chỉ trang bị tri thức mà còn rèn luyện các kỹ năng sống và thực hành, những phẩm chất cần thiết cho công dân toàn cầu Mặc dù các trường học ở Việt Nam đang dần áp dụng hình thức giáo dục này, nhưng vẫn còn hạn chế về mức độ phổ biến Tôi hy vọng chương trình giáo dục STEAM sẽ được quan tâm và mở rộng hơn nữa, đặc biệt trong bối cảnh xây dựng chương trình giáo dục phổ thông mới tại nước ta.
