Khái quát chung về STEM
1.1 Vài nét về lịch sử phát triển STEM
Giáo dục STEM đang được cải cách mạnh mẽ trên toàn thế giới, với mục tiêu nâng cao khả năng và sự hứng thú của học sinh đối với các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học Nhiều quốc gia đang chú trọng vào việc phát triển đam mê khoa học thông qua việc giảng dạy STEM một cách hiệu quả.
Giáo dục STEM đã trở thành một ưu tiên quan trọng tại Mỹ, được hỗ trợ bởi các luật liên bang gần đây Các nhà hoạch định chính sách cần chú trọng vào ba khuyến cáo chính: xây dựng chương trình giáo dục STEM nghiêm túc trong hệ thống 12 năm, cải thiện phương pháp dạy và học STEM trên toàn quốc, và phát triển các mô hình mới để đảm bảo tất cả học sinh đều có kỹ năng STEM khi tốt nghiệp Một trong những chiến lược chủ đạo là nâng cao yêu cầu về Toán học và Khoa học cho học sinh tốt nghiệp, nhằm tạo ra tác động tích cực đến toàn bộ học sinh.
Tại Pháp, giáo dục STEM được triển khai ở tất cả các cấp học, đặc biệt trong giai đoạn chính của bậc Tiểu học Học sinh được học Toán học, Khoa học tự nhiên và Công nghệ, đồng thời tham gia các hoạt động trải nghiệm nghiên cứu để tăng cường sự quan tâm đến Khoa học và Công nghệ, cũng như phát triển tư duy phê phán.
Tại Anh, giáo dục STEM đã trở thành chương trình quốc gia nhằm tạo nguồn nhân lực nghiên cứu khoa học chất lượng cao Chương trình này yêu cầu sự hợp tác giữa các giáo viên các môn học khác nhau để xây dựng bài giảng tích hợp, giúp học sinh vận dụng kiến thức và kỹ năng từ nhiều lĩnh vực để giải quyết vấn đề Ngoài ra, việc bồi dưỡng nâng cao trình độ giáo viên và cải tiến chương trình học cả trong và ngoài lớp học cũng là những yếu tố quan trọng Cuối cùng, phát triển cơ sở vật chất hỗ trợ cho việc dạy và học là cần thiết để nâng cao chất lượng giáo dục STEM.
1.2.2 Giáo dục STEM ở Việt Nam
Việt Nam đang trong giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa và hội nhập quốc tế, với Cách mạng 4.0 mang đến nhiều cơ hội để nâng cao công nghệ và năng lực sản xuất Đây là thời điểm thuận lợi để cải thiện sức cạnh tranh của sản phẩm và phát triển ngành công nghiệp với công nghệ tiên tiến.
Tại Chỉ thị số 16/CT-TTg ngày 4/5/2017 của Thủ tướng Chính phủ đã chỉ rõ:
Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 đang diễn ra mạnh mẽ với sự tích hợp của số hóa, vật lý và sinh học, nhờ vào sự bùng nổ của Internet vạn vật và trí tuệ nhân tạo Xu hướng này không chỉ thay đổi căn bản nền sản xuất toàn cầu mà còn tác động sâu sắc đến mọi khía cạnh của đời sống kinh tế - xã hội Sự lan tỏa của công nghệ thông tin và số hóa đang diễn ra với tốc độ khác nhau giữa các quốc gia, nhưng đều dẫn đến sự thay đổi trong phương thức và lực lượng sản xuất của xã hội.
Nếu Việt Nam không bắt kịp với tốc độ phát triển toàn cầu và khu vực, đất nước sẽ đối diện với nhiều thách thức nghiêm trọng, bao gồm tụt hậu về công nghệ, suy giảm sản xuất kinh doanh, và tình trạng dư thừa lao động có kỹ năng thấp, gây rối loạn thị trường lao động truyền thống và ảnh hưởng tiêu cực đến kinh tế xã hội.
Chúng ta đang triển khai đổi mới căn bản và toàn diện giáo dục đào tạo theo Nghị quyết 29-BCHTW, tập trung vào việc cải tiến phương pháp dạy và hình thức tổ chức dạy học Mục tiêu là chuyển từ việc cung cấp kiến thức sang phát triển năng lực và phẩm chất của người học, khuyến khích tính tích cực, chủ động và sáng tạo của học sinh, đồng thời tăng cường kỹ năng thực hành.
Bộ Giáo dục và Đào tạo đã thực hiện chủ trương đổi mới hình thức và phương pháp dạy học nhằm gắn liền giáo dục với thực tiễn, từ đó phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh trung học Kể từ năm 2012, Bộ đã tổ chức các cuộc thi như “Vận dụng kiến thức liên môn” và “Dạy học theo chủ đề tích hợp”, trong đó cuộc thi “Khoa học kĩ thuật” trở thành điểm nhấn tích cực trong giáo dục định hướng năng lực Những cuộc thi này phản ánh mục tiêu giáo dục phát triển kỹ năng cho học sinh trong thế kỷ 21, đồng thời khẳng định vai trò của giáo dục STEM như một giải pháp quan trọng trong việc đổi mới giáo dục Việt Nam Bộ cũng nhấn mạnh việc áp dụng phương pháp dạy học giải quyết vấn đề, thực hành và dự án trong các môn học, cùng với việc tích cực ứng dụng công nghệ thông tin phù hợp với nội dung bài học, nhằm thực hiện chương trình giáo dục phổ thông hiệu quả.
STEM, viết tắt của Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học, là thuật ngữ quan trọng trong việc thảo luận về chính sách phát triển các lĩnh vực này ở mỗi quốc gia Sự phát triển của STEM được thể hiện qua chu trình STEM, trong đó Khoa học là quá trình sáng tạo kiến thức, Kĩ thuật áp dụng kiến thức khoa học để thiết kế công nghệ giải quyết vấn đề, và Toán học là công cụ hỗ trợ thu thập và chia sẻ kết quả.
Hình 1: Chu trình STEM (theo https://www.knowatom.com)
“Science” trong chu trình STEM được mô tả bởi một mũi tên từ “Technology” sang “Knowledge” thể hiện quy trình sáng tạo khoa học Đứng trước thực tiễn với
Trong bối cảnh hiện tại, các nhà khoa học với tư duy phản biện luôn đặt ra những câu hỏi và vấn đề cần nghiên cứu để hoàn thiện công nghệ, từ đó phát minh ra "Kiến thức" khoa học Quy trình STEM thể hiện rõ sự chuyển giao từ "Kiến thức" sang "Công nghệ", trong đó các kỹ sư áp dụng kiến thức khoa học để thiết kế và phát triển công nghệ mới Do đó, "Khoa học" trong chu trình STEM không chỉ là kiến thức từ các môn học như Vật lý, Hóa học, hay Sinh học, mà còn bao gồm quy trình khoa học để phát minh ra kiến thức mới Tương tự, "Kỹ thuật" trong chu trình STEM không chỉ là kiến thức thuộc lĩnh vực kỹ thuật mà còn bao hàm các quy trình thiết kế và sáng tạo.
Quy trình kỹ thuật là bước quan trọng trong việc sáng tạo công nghệ mới Hai quy trình này liên kết chặt chẽ, tạo thành chu trình sáng tạo khoa học - kỹ thuật theo mô hình "xoáy ốc" Mỗi lần hoàn thành chu trình, lượng kiến thức khoa học được gia tăng, đồng thời công nghệ cũng phát triển lên một trình độ cao hơn.
Scie ntist s: ans wer ques tions
Một số khái niệm liên quan
+ STEM mở: Bao gồm nhiều hơn 4 lĩnh vực (Toán, Công nghệ, Kĩ thuật và Khoa học) như Nghệ thuật, Nhân văn, Robot,…
+ STEM đóng: Bao gồm 4 lĩnh vực (Toán, Công nghệ, Kĩ thuật và Khoa học).
STEM khuyết là mô hình giáo dục bao gồm ít hơn 4 lĩnh vực chính: Toán, Công nghệ, Kỹ thuật và Khoa học Trong khi đó, STEAM mở rộng mô hình STEM bằng cách kết hợp nghệ thuật và nhân văn, tạo ra một phương pháp giáo dục toàn diện hơn.
+ STEM và sáng tạo KHKT: STEM là cơ sở giúp học sinh phát triển thành các dự án sáng tạo KHKT.
Giáo dục STEM, dựa trên chu trình STEM, đặt học sinh trước những vấn đề thực tiễn cần giải quyết, yêu cầu họ tìm tòi và chiếm lĩnh kiến thức khoa học để thiết kế giải pháp Mỗi bài học STEM sẽ giao cho học sinh một vấn đề cụ thể, đòi hỏi họ huy động kiến thức đã có và khám phá kiến thức mới Quá trình này yêu cầu học sinh tuân theo "Quy trình khoa học" để tiếp thu kiến thức mới và "Quy trình kỹ thuật" để áp dụng kiến thức đó vào việc thiết kế giải pháp Đây là cách tiếp cận liên môn trong giáo dục STEM, mặc dù kiến thức mới cần học có thể chỉ thuộc một môn học cụ thể.
Giáo dục STEM, theo Chương trình giáo dục phổ thông năm 2018, là mô hình giáo dục liên môn, giúp học sinh áp dụng kiến thức về khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học để giải quyết các vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể.
Cơ sở lí luận và thực tiễn của việc triển khai giáo dục STEM
Chương trình giáo dục phổ thông 2018 tập trung vào việc phát triển phẩm chất và năng lực của học sinh, với mục tiêu chính là giúp học sinh áp dụng kiến thức vào thực tiễn Để đạt được điều này, cần đổi mới phương pháp dạy học và đánh giá, gắn kết nội dung bài học với các vấn đề thực tiễn Giáo viên nên tổ chức các hoạt động học tập, khuyến khích học sinh chủ động tìm hiểu và giải quyết vấn đề Giáo dục STEM được xây dựng từ các tình huống thực tiễn, thông qua các chủ đề và bài học, giúp học sinh tìm ra giải pháp cho các vấn đề nêu ra.
2.1.1 Tiến trình khoa học trong giáo dục STEM
Tiến trình khoa học là phương pháp mà các nhà khoa học sử dụng để nghiên cứu và giải thích thế giới tự nhiên dựa trên bằng chứng thu thập được Trong giáo dục STEM, học sinh có thể khám phá tự nhiên thông qua tiến trình khoa học, đặt ra và trả lời các câu hỏi khoa học bằng cách quan sát và thực hiện thí nghiệm Điều này mang lại cho học sinh cơ hội tham gia vào các hoạt động thực tiễn và phát triển tư duy phản biện.
(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 phân tích và rút ra kết luận.
(6) Chia sẻ và phổ biến kết quả.
Quan sát Rút ra kết luận (lí thuyết mới/đã được xác thực) Đặt câu hỏi Hoàn thiện, mở rộng, hoặc bác bỏ các giả thuyết
Thu thập và phân tích dữ liệu
Xây dựng các giả thuyết Kiểm nghiệm bằng thực nghiệm
Các hoạt động này được sắp xếp thành một tiến trình sau (hình 3):
Hình 3 Tiến trình khoa học trong giáo dục STEM 2.1.2 Quy trình thiết kế kĩ thuật trong giáo dục STEM
Cách tiếp cận này trong giáo dục STEM nhằm tìm ra giải pháp cho các vấn đề, giúp học sinh áp dụng phương pháp giải quyết vấn đề giống như các kỹ sư Qua đó, học sinh sẽ học được cách tư duy phản biện và phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề hiệu quả.
(1) xác định vấn đề dựa trên nền tảng 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,
Tiến hành nghiên cứu bối cảnh
Cụ thể hóa các yêu cầu
Phác họa ý tưởng, đánh giá, lựa chọn giải pháp
Xây dựng, tạo ra nguyên mẫu giải pháp Dựa trên kết quả, thay đổi thiết kiết, tạo ra mẫu thử, kiểm nghiệm và đánh giá
Giải pháp đáp ứng yêu cầu Giải pháp đáp ứng một phần / không đáp ứng yêu cầu Phổ biến kết quả
Quy trình thiết kế kĩ thuật được sơ đồ hoá như sau:
Hình 4: Quy trình thiết kế kĩ thuật trong giáo dục STEM
Vẫn còn một số hạn chế trong việc áp dụng thiết kế kĩ thuật để giải quyết vấn đề.
Các hạn chế trong việc giải quyết vấn đề bao gồm tình huống và bối cảnh cụ thể, những thách thức mà học sinh gặp phải, và các nguồn lực như vật liệu, công cụ và thiết bị có thể hỗ trợ trong quá trình đối mặt với những khó khăn này.
Trong những năm gần đây, Đảng, Chính phủ và Bộ Giáo dục và Đào tạo đã ban hành nhiều văn bản chỉ đạo và hướng dẫn nhằm thực hiện và đổi mới giáo dục, đặc biệt là trong lĩnh vực giáo dục STEM.
- Nghị quyết số 29/NQ–TW Hội nghị lần thứ 8 của Ban chấp hành Trung ương Đảng về đổi mới căn bản, toàn diện Giáo dục và Đào tạo;
- Chỉ thị số 16/CT–TTg ngày 4/5/2017 của Thủ tướng Chính phủ về việc tăng cường năng lực tiếp cận cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ 4;
Quyết định 522/QĐ–TTg, ban hành ngày 14 tháng 5 năm 2018, của Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt Đề án “Giáo dục hướng nghiệp và định hướng phân luồng học sinh trong giáo dục phổ thông giai đoạn 2018 – 2025” Đề án nhằm nâng cao chất lượng giáo dục, giúp học sinh có định hướng nghề nghiệp rõ ràng và phù hợp với nhu cầu thị trường lao động.
Công văn số 3535/BGDĐT–GDTrH, ban hành ngày 27/5/2013, của Bộ Giáo dục và Đào tạo, nhấn mạnh việc đổi mới phương pháp dạy học và kiểm tra đánh giá Văn bản này hướng dẫn cách xây dựng các chủ đề dạy học nhằm nâng cao chất lượng giáo dục.
- Công văn số 5555/BGDĐT–GDTrH, ngày 8/10/2014 của Bộ Giáo dục và Đào tạo về việc đổi mới quản lí sinh hoạt chuyên môn theo hướng nghiên cứu bài học;
- Công văn số 791/ BGDĐT–GDTrH, ngày 25/6/2013 của Bộ Giáo dục và Đào tạo về việc thí điểm giao quyền tự chủ xây dựng kế hoạch nhà trường;
- Các công văn hướng dẫn thực hiện nhiệm vụ năm học đối với giáo dục trung học hằng năm;
- Thông tư 32/2018/TT–BGDĐT của Bộ Giáo dục và Đào tạo ban hành Chương trình giáo dục phổ thông năm 2018;
Công văn số 4612/BGDĐT–GDTrH ngày 03/10/2017 của Bộ Giáo dục và Đào tạo hướng dẫn thực hiện chương trình giáo dục phổ thông hiện hành, tập trung vào việc phát triển năng lực và phẩm chất của học sinh từ năm học 2017–2018.
Kế hoạch số 10/KH–BGDĐT, ban hành ngày 7/1/2016, của Bộ Giáo dục và Đào tạo nhằm thúc đẩy ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông (ICT) trong quản lý các hoạt động giáo dục tại trường trung học trong năm học 2016 Kế hoạch này hướng tới việc nâng cao hiệu quả quản lý và cải thiện chất lượng giáo dục thông qua việc tích hợp công nghệ vào các quy trình giáo dục.
2017, trong đó thí điểm triển khai giáo dục STEM tại một số trường trung học.
Trên thực tế, giáo dục trung học nước ta đã và đang thực hiện nhiều nhiệm vụ, giải pháp quan trọng như:
Tăng cường phân cấp quản lý và trao quyền chủ động cho các địa phương, cơ sở giáo dục trung học phổ thông trong việc thực hiện chương trình giáo dục và xây dựng kế hoạch giáo dục là rất cần thiết Điều này giúp nâng cao hiệu quả quản lý và đáp ứng tốt hơn nhu cầu giáo dục tại từng địa phương.
Đổi mới phương thức dạy học là cần thiết để phát huy tính chủ động, sáng tạo của học sinh, đồng thời rèn luyện kỹ năng tự học Việc này cũng giúp tăng cường khả năng thực hành và áp dụng kiến thức vào việc giải quyết các vấn đề thực tiễn.
Từ năm học 2011 - 2012, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã triển khai phương pháp "Bàn tay nặn bột" cùng với các phương pháp dạy học tích cực khác, nhằm xây dựng mô hình trường phổ thông đổi mới Phương pháp này tập trung vào tổ chức hoạt động học thông qua tìm tòi và nghiên cứu, giúp học sinh chiếm lĩnh kiến thức và kỹ năng thông qua trải nghiệm thực tế và tư duy khoa học.
Từ năm học 2011 - 2012, hoạt động nghiên cứu khoa học cho học sinh trung học cơ sở và trung học phổ thông đã được triển khai, với Cuộc thi khoa học, kĩ thuật cấp quốc gia thu hút hàng ngàn học sinh tham gia Học sinh còn được cử đi dự Cuộc thi khoa học, kĩ thuật quốc tế (Intel ISEF) cùng các hội chợ, triển lãm quốc tế về sáng tạo khoa học, kĩ thuật Những cuộc thi này không chỉ khuyến khích tư tưởng mới mà còn rèn luyện năng lực sáng tạo và phong cách làm việc khoa học của học sinh Giáo viên phổ thông, giảng viên đại học và các nhà khoa học hợp tác để hướng dẫn học sinh áp dụng kiến thức và kĩ năng vào nghiên cứu khoa học, giải quyết các vấn đề thực tiễn.
Từ năm học 2012 - 2013, chương trình thí điểm giáo dục thông qua di sản đã được triển khai nhằm đổi mới hình thức dạy học, nâng cao hoạt động trải nghiệm sáng tạo cho học sinh và phát huy giá trị di sản vật thể và phi vật thể của quốc gia cũng như địa phương Hoạt động giáo dục này nhận được sự phối hợp tích cực và đánh giá cao từ Bộ Văn hoá, Thể thao và Du lịch cùng UNESCO tại Việt Nam.
Từ năm 2014, giáo dục thông qua di sản đã được triển khai rộng rãi trên toàn quốc, thường liên quan đến các môn học như Lịch sử, Địa lý và một số hoạt động giáo dục khác.
Vai trò và ý nghĩa của giáo dục STEM trong giáo dục phổ thông
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:
Để đảm bảo giáo dục toàn diện, việc triển khai giáo dục STEM tại các trường học là rất quan trọng Ngoài các môn học như Toán và Khoa học, cần chú trọng đầu tư vào các lĩnh vực Công nghệ và Kỹ thuật Điều này đòi hỏi sự quan tâm đồng bộ về đội ngũ giáo viên, chương trình giảng dạy và cơ sở vật chất.
Nâng cao hứng thú học tập các môn STEM thông qua các dự án giáo dục giúp học sinh vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết vấn đề thực tiễn Học sinh có cơ hội hoạt động và trải nghiệm, từ đó nhận ra ý nghĩa của tri thức trong cuộc sống, góp phần tăng cường sự hứng thú học tập.
Triển khai các dự án học tập STEM giúp học sinh hợp tác, chủ động và tự lực trong việc thực hiện nhiệm vụ học tập Qua đó, học sinh được tiếp cận với các hoạt động nghiên cứu khoa học, từ đó góp phần tích cực vào việc hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất của các em.
Để triển khai hiệu quả giáo dục STEM, các cơ sở giáo dục phổ thông cần kết nối chặt chẽ với các cơ sở giáo dục nghề nghiệp và đại học tại địa phương, nhằm tận dụng nguồn lực con người và cơ sở vật chất Đồng thời, giáo dục STEM cũng cần tập trung vào việc giải quyết các vấn đề đặc thù của từng địa phương.
Hướng nghiệp và phân luồng trong giáo dục STEM tại trường trung học giúp học sinh trải nghiệm và đánh giá sự phù hợp, năng khiếu cũng như sở thích của bản thân với các nghề nghiệp trong lĩnh vực này Việc tổ chức tốt giáo dục STEM không chỉ thu hút học sinh mà còn khuyến khích họ lựa chọn các ngành nghề có nhu cầu cao về nguồn nhân lực trong cuộc cách mạng công nghiệp 4.0.
Để thích ứng với cách mạng công nghiệp 4.0, ngành giáo dục cần thay đổi nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về việc làm liên quan đến STEM Giáo dục STEM không chỉ giúp phát triển kỹ năng cho thế hệ trẻ mà còn tạo ra nguồn nhân lực đáp ứng yêu cầu công việc trong thế kỷ mới, góp phần quan trọng vào sự đổi mới và phát triển kinh tế.
Trong thế kỷ 20, các chương trình giáo dục chủ yếu chú trọng vào Khoa học và Toán học, bỏ qua vai trò quan trọng của công nghệ và kỹ thuật Tuy nhiên, trong thế kỷ 21, học sinh không chỉ cần kiến thức về Toán và Khoa học mà còn cần nắm vững công nghệ, kỹ thuật và các kỹ năng mềm thiết yếu như tư duy phản biện, giải quyết vấn đề, làm việc nhóm và khả năng cộng tác.
Chúng ta đang sống trong một thời đại toàn cầu hóa mạnh mẽ, nơi mà sự hòa nhập giữa các quốc gia với nền văn hóa đa dạng ngày càng gia tăng Nhu cầu về trao đổi công việc và nhân lực cũng đang tăng lên đáng kể Do đó, ngành giáo dục cần chuẩn bị cho học sinh những kỹ năng và kiến thức đạt tiêu chuẩn toàn cầu.
Giáo dục STEM cung cấp kiến thức và kỹ năng thiết yếu cho thế kỷ 21, trở thành mô hình giáo dục phổ biến trong tương lai gần Phương pháp giáo dục STEM, với cách tiếp cận mới trong giảng dạy và học tập, cần được toàn xã hội quan tâm và nhận thức Việc học STEM không chỉ giúp đón đầu xu hướng phát triển giáo dục tiên tiến mà còn là nền tảng vững chắc cho sự phát triển của đất nước trong tương lai.
Các kỹ năng kỹ thuật giúp học sinh tiếp cận các phương pháp và nền tảng thiết kế, xây dựng thiết bị cần thiết cho xã hội Học sinh được trang bị kiến thức công nghệ sẽ sử dụng công nghệ một cách thành thạo, nâng cao hiệu quả, tốc độ và độ chính xác trong công việc Trong giáo dục, việc thiếu Công nghệ (T) và Kỹ thuật sẽ hạn chế khả năng áp dụng kiến thức vào thực tiễn Do đó, việc kết hợp các kỹ năng STEM ngày càng trở nên quan trọng.
Giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông 2018
Chương trình giáo dục phổ thông hiện tại chủ yếu tập trung vào việc truyền thụ kiến thức, chưa chú trọng đến việc áp dụng kiến thức vào thực tiễn Các văn kiện như Nghị quyết 29, Nghị quyết 88 và Quyết định 404 đã xác định mục tiêu đổi mới chương trình giáo dục nhằm phát triển toàn diện phẩm chất và năng lực của học sinh Ngày 4/5/2017, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Chỉ thị số 16/CT-TTg nhằm tăng cường khả năng tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, trong đó nhấn mạnh sự cần thiết phải thay đổi chính sách và phương pháp giáo dục để tạo ra nguồn nhân lực phù hợp với xu thế công nghệ mới Một trong những giải pháp quan trọng là thúc đẩy giáo dục STEM, ngoại ngữ và tin học trong chương trình giáo dục phổ thông Bộ GDĐT được giao nhiệm vụ triển khai giáo dục STEM tại một số trường phổ thông từ năm học 2017.
- 2018…” Với việc ban hành Chỉ thị trên, Việt Nam chính thức ban hành chính sách thúc đẩy giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông.
Giáo dục STEM được thúc đẩy qua nhiều cách khác nhau, tùy thuộc vào từng đối tượng Lãnh đạo và quản lý chú trọng vào việc đề xuất chính sách nhằm phát triển giáo dục STEM và chuẩn bị nguồn nhân lực cho các ngành nghề liên quan Những người làm chương trình tập trung vào vai trò và sự phối hợp giữa các môn học STEM trong giáo dục Giáo viên, với vai trò trực tiếp, sẽ tích hợp STEM qua việc xác định các chủ đề liên môn trong từng tiết dạy và hoạt động học tập, giúp kết nối kiến thức học đường với thực tiễn, giải quyết các vấn đề thực tế, từ đó nâng cao hứng thú học tập và phát triển năng lực, phẩm chất cho học sinh.
Nhìn chung, khi đề cập tới STEM, giáo dục STEM, cần nhận thức và hành động theo cả hai cách hiểu sau đây:
Tư tưởng giáo dục hiện nay tập trung vào việc thúc đẩy phát triển toàn diện, đặc biệt chú trọng vào bốn lĩnh vực: Toán học, Khoa học tự nhiên, Kỹ thuật và Công nghệ Mục tiêu là định hướng và chuẩn bị nguồn nhân lực đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các ngành nghề liên quan đến STEM, từ đó nâng cao sức cạnh tranh cho nền kinh tế.
Phương pháp tiếp cận liên môn trong dạy học STEM nhằm nâng cao hứng thú học tập, vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề thực tiễn, kết nối trường học với cộng đồng, định hướng hành động và trải nghiệm trong học tập, đồng thời hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho người học Theo Chương trình giáo dục phổ thông năm 2018, giáo dục STEM không chỉ thúc đẩy các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học mà còn thể hiện rõ phương pháp tiếp cận liên môn, góp phần phát triển năng lực và phẩm chất của học sinh.
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 bao gồm đầy đủ các môn học STEM như toán, khoa học tự nhiên, công nghệ và tin học Việc hình thành nhóm môn Công nghệ và Nghệ thuật trong giai đoạn giáo dục định hướng nghề nghiệp, cùng với quy định cho phép học sinh chọn 5 môn học từ 3 nhóm, sẽ đảm bảo mọi học sinh đều có cơ hội tiếp cận và học tập các môn học STEM.
Trong Chương trình giáo dục phổ thông 2018, vị trí và vai trò của giáo dục tin học và giáo dục công nghệ đã được nâng cao đáng kể Sự thay đổi này không chỉ phản ánh tư tưởng giáo dục STEM mà còn là điều chỉnh cần thiết của hệ thống giáo dục phổ thông để thích ứng với cuộc cách mạng công nghiệp 4.0.
Chương trình giáo dục cơ bản tích hợp nhiều chủ đề STEM, bao gồm các môn Tự nhiên và Xã hội, Khoa học, Tin học và Công nghệ ở cấp tiểu học, cùng với môn Khoa học tự nhiên ở cấp trung học cơ sở.
Chuyên đề giáo dục STEM cho học sinh lớp 10, 11, 12 bao gồm các hoạt động trải nghiệm phong phú, đặc biệt là trong các câu lạc bộ nghiên cứu khoa học Những hoạt động này không chỉ giúp phát triển kỹ năng tư duy phản biện mà còn khuyến khích sự sáng tạo và hợp tác giữa các học sinh.
Chương trình giáo dục mở cho phép phát triển nội dung STEM thông qua kế hoạch giáo dục địa phương và các hoạt động xã hội hóa giáo dục Đồng thời, định hướng đổi mới phương pháp dạy học trong Chương trình giáo dục phổ thông cần phù hợp với giáo dục STEM, tập trung vào việc tích hợp chủ đề liên môn và áp dụng kiến thức liên môn để giải quyết các vấn đề thực tiễn.
Chương trình giáo dục phổ thông năm 2018 đã tích hợp nhiều hình thức giáo dục STEM, bao gồm dạy học theo chủ đề liên môn, hoạt động nghiên cứu khoa học của học sinh, câu lạc bộ khoa học - công nghệ và các hoạt động tham quan, thực hành tại các cơ sở giáo dục đại học, giáo dục nghề nghiệp và doanh nghiệp Những hoạt động này có thể diễn ra ở nhiều không gian khác nhau như phòng học bộ môn, vườn trường, không gian sáng chế (makerspaces) hoặc tại các cơ sở giáo dục và đơn vị kinh tế – xã hội ngoài khuôn viên trường học.
4.2 Những nội dung liên quan đến giáo dục STEM thể hiện trong các môn học a) Cơ hội thực hiện giáo dục STEM trong chương trình môn Vật lí
Môn vật lí là một lĩnh vực khoa học tự nhiên, nghiên cứu các hiện tượng và đặc tính của vật chất, từ cấu tạo hạt cơ bản đến cấu trúc vũ trụ Vật lí học đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành kĩ thuật và công nghệ, vì vậy, kiến thức và phương pháp vật lí có giá trị lớn trong nhận thức và cuộc sống Việc tích hợp nội dung vật lí với các môn học khác theo phương thức STEM giúp học sinh áp dụng kiến thức vào thực tiễn, tạo hứng thú và trải nghiệm có ý nghĩa trong học tập Dạy học các ứng dụng kĩ thuật của vật lí thể hiện sự kết hợp rõ ràng giữa vật lí và kĩ thuật, đặc biệt khi áp dụng quy trình thiết kế kĩ thuật trong tổ chức dạy học từng bài học.
Hóa học là ngành khoa học tự nhiên nghiên cứu về thành phần, cấu trúc, tính chất và sự biến đổi của các đơn chất và hợp chất Nó kết hợp lý thuyết và thực nghiệm, đóng vai trò cầu nối với các ngành khoa học khác như vật lý, sinh học, y dược và địa chất học Những tiến bộ trong hóa học liên quan mật thiết đến các phát hiện mới trong sinh học, y học và vật lý, đồng thời góp phần quan trọng vào sự phát triển kinh tế – xã hội Các thành tựu của hóa học được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như vật liệu, năng lượng, y dược, công nghệ sinh học và nông – lâm – ngư nghiệp Trong Chương trình giáo dục phổ thông 2018, môn Hóa học được giảng dạy ở cấp trung học phổ thông, giúp học sinh lựa chọn theo định hướng nghề nghiệp, sở thích và năng lực cá nhân.
Hóa học có mối liên hệ chặt chẽ với các môn học khác như Toán học, Vật lý và Sinh học, thể hiện qua các khái niệm như cấu tạo nguyên tử, phương trình hóa học và các chất hữu cơ Việc dạy học Hóa học theo phương thức giáo dục tích hợp liên môn là cần thiết để học sinh hiểu rõ hơn về các kiến thức liên quan như quang hợp, axit lipit và protein Ngoài ra, kiến thức về phân bón hóa học và ứng dụng của các chất cũng gắn liền với công nghệ, trong khi các bài học về bảo vệ môi trường như ô nhiễm nước và hiệu ứng nhà kính giúp nâng cao ý thức bảo vệ môi trường trong bối cảnh kinh tế - xã hội Mô hình giáo dục STEM cho phép học sinh học Hóa học kết hợp với Toán học, công nghệ và kỹ thuật, đồng thời trải nghiệm và tương tác với xã hội và doanh nghiệp, từ đó kích thích sự hứng thú và phát triển năng lực học tập, đáp ứng nhu cầu nguồn nhân lực hiện đại.
Trong chương trình giáo dục phổ thông mới, môn Công nghệ đóng vai trò quan trọng khi phản ánh hai thành phần T (technology) và E (engineering) trong mô hình STEM Điều này thể hiện tư tưởng giáo dục STEM, nhấn mạnh sự cần thiết của môn Công nghệ trong giáo dục hiện đại.
Sản phẩm và quá trình công nghệ trong môn học luôn gắn liền với thực tiễn và có mối liên hệ chặt chẽ với Toán học và Khoa học Đặc điểm này là nền tảng để thúc đẩy giáo dục STEM trong giảng dạy môn Công nghệ thông qua các hoạt động thiết kế kỹ thuật và nghiên cứu khoa học kỹ thuật.
XÂY DỰNG KẾ HOẠCH DẠY HỌC CHỦ ĐỀ/BÀI HỌC STEM
Định hướng xây dựng chủ đề/bài học STEM
1.1 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 mang đến cho học sinh một phương pháp linh hoạt để giải quyết vấn đề hoặc yêu cầu thiết kế, bao gồm các bước: (1) Xác định vấn đề, (2) Nghiên cứu kiến thức nền, (3) Đề xuất các giải pháp hoặc thiết kế, và (4) Lựa chọn giải pháp hoặc thiết kế tối ưu.
Quy trình dạy học gồm 8 bước được thể hiện qua 5 hoạt động chính: đầu tiên, xác định vấn đề thiết kế; tiếp theo, nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp; sau đó, trình bày và thảo luận phương án thiết kế; tiếp theo là chế tạo mô hình hoặc thiết bị theo phương án đã cải tiến, cùng với thử nghiệm và đánh giá; cuối cùng, trình bày và thảo luận về sản phẩm chế tạo, đồng thời điều chỉnh thiết kế ban đầu Trong quy trình này, học sinh thử nghiệm các ý tưởng dựa trên nghiên cứu của mình, sử dụng nhiều cách tiếp cận khác nhau, học từ sai lầm và cải thiện giải pháp để giải quyết vấn đề, từ đó áp dụng kiến thức mới vào thực tiễn giáo dục.
27 tìm tòi và khám phá, định hướng hành động, trải nghiệm và tạo ra sản phẩm
Quá trình tìm tòi khám phá là yếu tố cốt lõi trong các hoạt động STEM, đặc biệt nổi bật trong hoạt động 2 và hoạt động 4 Trong hoạt động 2, học sinh tham gia quan sát, tìm tòi và khám phá để xây dựng và kiểm chứng các quy luật, từ đó tiếp thu kiến thức nền và rèn luyện kỹ năng như quan sát, dự đoán, thí nghiệm, đo đạc, thu thập và phân tích số liệu Hoạt động 4 tiếp tục khuyến khích học sinh kiểm chứng các giải pháp khác nhau nhằm tối ưu hóa sản phẩm.
Trong các bài học STEM, học sinh tham gia vào các hoạt động học tập mở, với những điều kiện cụ thể về tài nguyên sử dụng Quá trình học tập diễn ra thông qua sự chuyển giao và hợp tác, nơi học sinh tự đưa ra quyết định về các giải pháp giải quyết vấn đề Họ thực hiện việc trao đổi thông tin để chia sẻ ý tưởng và có thể tái thiết kế nguyên mẫu của mình khi cần thiết Học sinh cũng tự điều chỉnh các ý tưởng và thiết kế hoạt động tìm tòi, khám phá theo cách riêng của mình.
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 nhóm trong giáo dục STEM là một thách thức, yêu cầu sự hợp tác chặt chẽ giữa các giáo viên để áp dụng phương pháp dạy học đồng nhất Việc sử dụng ngôn ngữ, quy trình và tiêu chí sản phẩm học tập giống nhau là rất quan trọng để học sinh có thể hoàn thành nhiệm vụ Thực hiện các hoạt động nhóm trong STEM không chỉ giúp học sinh phát triển kiến thức mà còn nâng cao kỹ năng giao tiếp và hợp tác.
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 tích hợp có mục đích nội dung từ các chương trình khoa học, công nghệ, tin học và toán để giúp học sinh nhận thức rằng các lĩnh vực này không tách rời mà liên kết chặt chẽ với nhau Việc lập kế hoạch hợp tác với các giáo viên khác sẽ hỗ trợ trong việc hiểu rõ cách tích hợp các mục tiêu khoa học vào bài học, từ đó tạo ra một môi trường học tập liên ngành và khuyến khích học sinh giải quyết vấn đề một cách toàn diện.
Trong quá trình học tập STEM, một nhiệm vụ có thể có nhiều đáp án đúng, điều này khuyến khích sự sáng tạo và tư duy đa chiều Hơn nữa, việc coi thất bại là một phần thiết yếu trong quá trình học tập giúp học sinh học hỏi từ những sai lầm của mình, từ đó phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề và kiên nhẫn.
Một câu hỏi nghiên cứu có thể dẫn đến nhiều giả thuyết khoa học, trong khi một vấn đề cần giải quyết có thể có nhiều phương án, và việc lựa chọn phương án tối ưu là rất quan trọng Trong số các giả thuyết khoa học, chỉ có một giả thuyết là đúng, trong khi các phương án giải quyết vấn đề đều khả thi nhưng khác nhau về mức độ tối ưu Tiêu chí này nhấn mạnh vai trò quan trọng của năng lực giải quyết vấn đề và sự sáng tạo trong giáo dục STEM.
1.2 Bảng kiểm tự rà soát kế hoạch dạy học bài học STEM
Giáo viên có thể sử dụng bảng kiểm để tự đánh giá kế hoạch dạy học của mình, đảm bảo rằng nó đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của giáo dục STEM Một kế hoạch dạy học đạt tiêu chuẩn sẽ tạo ra nhiều cơ hội cho học sinh phát triển năng lực và phẩm chất.
Bảng kiểm đánh giá kế hoạch dạy học chủ đề STEM trong môn học
STT Các tiêu chí Có Không
1 Chủ đề có tính thực tiễn
2 Có mục tiêu rõ ràng, phù hợp, có thể quan sát, đánh giá được và thống nhất với công cụ đánh giá
3 Phương tiện đầy đủ và tường minh Sử dụng phương tiện phù hợp lứa tuổi
4 Mô tả sự huy động kiến thức liên môn trong chủ đề phù hợp
5 Các lưu ý an toàn được trình bày rõ ràng
6 Các yêu cầu phù hợp nhận thức của học sinh Bài học hướng tới mọi đối tượng học sinh
7 Có đầy đủ danh mục tài liệu tham khảo
Hoạt động 1: Xác định vấn đề
8 tình huống thực tiễn mô tả hợp lý có thể giúp định hướng việc học tập, từ đó chiếm lĩnh kiến thức nền và tạo ra sự quan tâm cũng như hứng thú cho học sinh Những tình huống này không chỉ kích thích tư duy mà còn gắn kết lý thuyết với cuộc sống, giúp học sinh thấy rõ giá trị của việc học Việc áp dụng những tình huống thực tế sẽ tạo động lực cho học sinh, khuyến khích sự sáng tạo và khám phá kiến thức một cách chủ động.
9 Tạo cơ hội cho học sinh được thảo luận/ đặt câu hỏi
10 Vấn đề từ hoạt động 1 gắn kết với việc nghiên cứu kiến thức nền trong hoạt động 2
Tập huấn cán bộ quản lí, giáo viên về xây dựng chủ đề giáo dục STEM trong giáo dục trung học
11 Có đưa ra các hướng dẫn/ định hướng học tập rõ ràng
12 Có yêu cầu học sinh tiến hành hoạt động tìm tòi khám phá
13 Có chuẩn bị các phiếu học tập, phiếu đáp án đầy đủ giúp học sin chiếm lĩnh các khái niệm hoặc kĩ năng mới
Hoạt động 3: Lựa chọn giải pháp
14 Có ít nhất một giải pháp (thiết kế) mẫu được giáo viên chuẩn bị sẵn
15 Có đánh giá hiểu biết của học sinh về kiến thức, kĩ năng cũng như năng lực hợp tác và giao tiếp
16 Giáo viên và học sinh thống nhất tiêu chí và mô tả rõ ràng
17 Việc bảo vệ các giải pháp phải dựa trên các kiến thức nền đã được học
Hoạt động 4: Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá
18 Có hoạt động tổ chức cách chia nhóm, cách phân công nhiệm vụ trong từng nhóm
19 Có hướng dẫn một cách tường minh vận dụng quá trình thiết kế kĩ thuật trong xây dựng sản phẩm
Học sinh có thể ghi chép hồ sơ học tập, vlog và chụp ảnh để minh chứng cho tiến trình thiết kế kỹ thuật và thể hiện năng lực của mình Việc này không chỉ giúp lưu giữ thông tin mà còn tạo cơ hội để phản ánh quá trình học tập và phát triển cá nhân Các minh chứng này sẽ là cơ sở quan trọng để đánh giá sự tiến bộ và khả năng sáng tạo của học sinh trong các dự án học thuật.
Hoạt động 5: Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh
21 Có tiêu chí đánh giá thuyết trình sản phẩm bám sát vào mục tiêu dạy học chủ đề
22 Cách tổ chức linh hoạt, phù hợp với sản phẩm của học sinh trong chủ đề
23 Có hoạt động để giúp học sinh phát triển sản phẩm
Xây dựng chủ đề/ bài học STEM
2.1 Các bước xây dựng chủ đề/ bài học STEM
Bước 1: Lựa chọn chủ đề bài học
Để lựa chọn chủ đề bài học, cần dựa vào kiến thức trong chương trình môn học và các hiện tượng, quá trình liên quan trong tự nhiên Các ứng dụng thực tiễn có thể bao gồm: quy trình làm sữa chua và dưa muối liên quan đến vi sinh vật; quy trình xử lý dư lượng thuốc trừ sâu thông qua phản ứng hóa học; quy trình xử lý chất thải với hóa chất; trồng rau an toàn dựa trên hóa sinh; hiện tượng cầu vồng liên quan đến radar và máy quang phổ lăng kính; các loại kính như kính tiềm vọng, kính mắt, ống nhòm và kính thiên văn; nguyên lý chìm nổi với lực đẩy Ác-si-mét trong thuyền và bè; hiện tượng cảm ứng điện từ và ứng dụng của nó trong máy phát điện và động cơ điện; các phương pháp gia công cơ khí và cơ cấu truyền động; cũng như mạch điện điều khiển cho ngôi nhà thông minh.
Bước 2: Xác định vấn đề cần giải quyết
Sau khi chọn chủ đề bài học, cần xác định vấn đề cần giải quyết để học sinh thực hiện, giúp các em học được kiến thức và kỹ năng cần thiết trong chương trình Đối với STEM kiến tạo, học sinh sẽ thiết kế và chế tạo các sản phẩm như máy quang phổ, ống nhòm, bè nổi, máy phát điện, hoặc robot leo dốc Còn với STEM vận dụng, học sinh sẽ áp dụng kiến thức đã học để xây dựng quy trình làm sữa chua, xử lý dư lượng thuốc trừ sâu, hoặc xử lý hóa chất ô nhiễm trong nước thải Những nhiệm vụ này không chỉ giúp học sinh hiểu sâu hơn về lý thuyết mà còn phát triển kỹ năng thực hành và tư duy sáng tạo.
Trong quá trình xây dựng chủ đề, việc thử nghiệm chế tạo các nguyên mẫu đóng vai trò quan trọng, giúp giáo viên dự đoán những khó khăn mà học sinh có thể gặp phải Điều này cũng tạo cơ hội cho học sinh vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề và xác định đúng các tiêu chí sản phẩm trong bước 3.
Bước 3: Xây dựng tiêu chí của thiết bị/giải pháp giải quyết vấn đề
Sau khi xác định vấn đề hoặc sản phẩm cần chế tạo, việc thiết lập tiêu chí cho giải pháp hoặc sản phẩm là rất quan trọng Những tiêu chí này sẽ là cơ sở để đề xuất giả thuyết khoa học hoặc thiết kế mẫu sản phẩm Ví dụ, tiêu chí có thể bao gồm việc chế tạo máy quang phổ với lăng kính và thấu kính hội tụ để tạo ra các tia ánh sáng màu từ nguồn sáng trắng, hoặc chế tạo ống nhòm/kính thiên văn từ thấu kính hội tụ và phân kỳ nhằm quan sát vật ở xa với độ bội giác nhất định Đối với quy trình sản xuất sữa chua hoặc muối dưa, các tiêu chí cụ thể của sản phẩm cũng cần được xác định rõ ràng.
Tập huấn cán bộ quản lí, giáo viên về xây dựng chủ đề giáo dục STEM trong giáo dục trung học
Quy trình xử lý dư lượng thuốc trừ sâu trong rau sạch bao gồm các tiêu chí cụ thể như loại thuốc trừ sâu sử dụng và mức độ "sạch" sau khi xử lý Đồng thời, quy trình trồng rau sạch cũng phải tuân thủ các tiêu chí rõ ràng, nhằm đảm bảo sự an toàn và dinh dưỡng cho sản phẩm so với rau trồng thông thường.
Các tiêu chí cần tập trung vào việc định hướng quá trình học tập và ứng dụng kiến thức nền của học sinh, thay vì chỉ chú trọng vào việc đánh giá sản phẩm vật chất.
Bước 4: Thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học
Tiến trình tổ chức dạy học được xây dựng dựa trên các phương pháp và kỹ thuật dạy học tích cực, bao gồm 5 loại hoạt động học cụ thể Mỗi hoạt động đều được xác định rõ ràng về mục tiêu, nội dung và sản phẩm học tập mà học sinh cần hoàn thành Các hoạt động này có thể diễn ra ở nhiều bối cảnh khác nhau, bao gồm trong lớp học, tại nhà và trong cộng đồng.
Cần thiết kế bài học điện tử trên mạng để hướng dẫn, hỗ trợ hoạt động học của học sinh bên ngoài lớp học.
2.2 Định hướng xây dựng một số chủ đề/bài học STEM trong các môn học
Giáo viên có thể chủ động nghiên cứu kiến thức trong và liên môn để tìm ra những nội dung có thể kết nối, nhằm giải quyết các tình huống thực tiễn Dưới đây là một số gợi ý khai thác các chủ đề giáo dục STEM dựa trên việc áp dụng kiến thức và kỹ năng từ các môn học theo chương trình giáo dục phổ thông hiện hành.
Có thể khai thác các chủ đề giáo dục STEM dựa trên vận dụng kiến thức, kĩ năng của môn Vật lí như sau:
Lớp Chủ đề thực tiễn Kiến thức, kĩ năng môn Vật lí
6 Chế tạo cân lò xo Bài 9 Lực đàn hồi
Bài 10 Lực kế– Phép đo lực– Trọng lực và trọng lượng
Chế tạo máy tập thể dục
Chế tạo máy nâng Bài 13 Máy cơ đơn giản
Bài 14 Mặt phẳng nghiêng Bài 15 Đòn bẩy
Bài 16 Ròng rọcChế tạo Rơ–le nhiệt đóng mạch điện Bài 18 Sự nở vì nhiệt của chất rắn
7 Thiết kế hệ thống gương quan sát trên các cung đường
Chương 1 Quang học Các bài: từ bài 5 đến bài 8 Xây dựng mô hình nhà chống tiếng ồn Bài 15: Chống ô nhiễm tiếng ồn
Chế tạo các hệ thống điều khiển bằng dòng điện với nguồn pin
Chương 3 Điện học Các bài:từ bài 19 đến bài 29
8 Chế tạo mô hình máy nâng thủy lực Bài 7 Áp suất
Bài 8 Áp suất chất lỏng– Bình thông nhau – Chế tạo phao bơi
– Chế tạo nhà chống lũ
Bài 10 Lực đẩy Ác–si– mét Bài 11 Thực hành nghiệm lại định luật Ác si mét
Bài 12 Sự nổi Chế tạo bếp đun củi tiết kiệm Bài 22 Dẫn nhiệt
Bài 23 Đối lưu–Bức xạ nhiệt
9 Chế tạo các thiết bị cảnh báo, bảo vệ, điều khiển bằng điện
Bài 4 Đoạn mạch mắc nối tiếp Bài 5 Đoạn mạch mắc song song Chế tạo máy xạc nam châm Bài 25 Chế tạo nam châm vĩnh cứu
Chế tạo máy phát điện gió Bài 34 Máy phát điện xoay chiều
10 Chế tạo máy vắt quần áo Bài 14 Lực hướng tâm
Chế tạo máy bắn bóng để tập luyện Bài 15 Chuyển động của vật ném ngang – Chế tạo thiết bị khuếch đại lực
Bài 18 Cân bằng của vật rắn có trục quay cố định
11 – Chế tạo mạch tụ khuếch đại điện áp Bài 7 Tụ điện
Bài 8 Năng lượng điện trường –Chế tạo pin điện hóa đơn giản
–Chế tạo các mạch điều khiển
Chương 2 Dòng điện không đổi Các bài: từ bài 11 đến bài 15 – Chế tạo thiết bị điều khiển
– Chế tạo thiết bị dùng pin Mặt trời
Bài 23 Dòng điện trong bán dẫn
Chế tạo kính viễn vọng Bài 54 Kính thiên văn
12 –Thiết kế mô hình chống ồn cho các công trình xây dựng, giao thông
Bài 11 Đặc trưng sinh lí của âmChế tạo máy sạc pin điện hóa đơn giản Bài 16 Truyền tải điện năng, máy biến ápChế tạo mô hình nhà tự làm mát Bài 27 Tia hồng ngoại, tử ngoại
Chế tạo các hệ thống cảnh bảo dùng cảm biến hồng ngoại
Bài 31 Hiện tượng quang điện trong
Chế tạo hệ thống điều khiển sử dụng tia Laze Bài 34 Sơ lược về tia Laze
Có thể khai thác các chủ đề giáo dục STEM dựa trên vận dụng kiến thức, kĩ năng của môn Hoá học như sau:
Lớp Chủ đề thực tiễn Kiến thức, kĩ năng môn Hoá học
8 Bong bóng bay phục vụ các lễ hội Bài 31 Tính chất và ứng dụng của khí hydrogen
Bài 33 Điều chế khí hydrogen
Sự biến đổi chất Bài 12 Sự biến đổi chất
Bài 14 Thực hành Dấu hiệu của hiện tượng hoá học
9 Điều chế nước hoa quả có ga Bài 3 Tính chất hoá học của acid
Bài 28 Các oxide của carbon Bài 29 Carbonic acid và muối cacbonate Điều chế nước trái cây lên men Bài 44 Rượu ethylic
Bài 50 Glucose Điều chế giấm trái cây (chuối, táo) Bài 45 Acetic acid
10 Bảng tuần hoàn cho người khiếm thị Bài 7 Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Bài 8 Sự biến đổi tuần hoàn tính chất các nguyên tố Điều chế nước tẩy Javel tại nhà Bài 24 Sơ lược về hợp chất có oxygen của chloride
Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá 11 phương pháp chế biến chỉ thị màu tự nhiên, bao gồm sự điện li của nước và pH, cùng với các chất chỉ thị acid-base Ngoài ra, chúng ta cũng sẽ tìm hiểu về bình chữa cháy mini, hợp chất carbon, quy trình chế biến nước trái cây lên men, sản xuất alcohol, và cách chế biến giấm trái cây từ chuối và táo, cũng như các thông tin liên quan đến axit cacboxylic.
12 Điều chế xà phòng handmade Bài 1 Ester
Bài 2 Lipid Bài 3 Khái niệm về xà phòng và chất tẩy rửa tổng hợp
Mạ điện Bài 18 Tính chất của kim loại và dãy điện hoá kim loại
Bài 21 Điều chế kim loại Bài 22 Luyện tập tính chất của kim loại
Sản xuất cơm rượu Bài 6 Glucose
Có thể khai thác các chủ đề giáo dục STEM dựa trên vận dụng kiến thức, kĩ năng của môn Công nghệ như sau:
Lớp Chủ đề thực tiễn Kiến thức, kĩ năng môn Công nghệ
6 Mô hình căn phòng ngăn nắp Bài 8: Sắp xếp đồ đạc hợp lí trong nhà ở
Bài 9: Thực hành sắp xếp đồ đạc hợp lí trong nhà ở
Sản xuất dưa bắp cải bằng công nghệ nén Bài 18: Các phương pháp chế biến thực phẩm
Trong bài viết này, chúng tôi giới thiệu 7 dụng cụ ươm mầm mini hữu ích cho việc trồng cây Bài 17 sẽ hướng dẫn bạn thực hành xử lý hạt giống bằng nước ấm, giúp kích thích quá trình nảy mầm Tiếp theo, bài 18 sẽ giúp bạn xác định sức nảy mầm và tỷ lệ nảy mầm của hạt giống, từ đó nâng cao hiệu quả trồng trọt.
8 Mô hình nhà đơn giản Bài 15: Bản vẽ nhà
Bài 16: Đọc bản vẽ nhà đơn giản
Cánh tay robot Bài 29: Truyền chuyển động
Bài 30: Biến đổi chuyển động Thiết kế mô hình mạch điện chiếu sáng mini
Bài 59: Thực hành thiết kế mạch điện
Bài viết này giới thiệu 9 mô hình hệ thống chiếu sáng mini, bao gồm hướng dẫn lắp mạch điện với một công tắc ba cực điều khiển hai đèn Ngoài ra, bài viết còn hướng dẫn cách lắp đặt dây dẫn cho mạng điện trong nhà, giúp người đọc có cái nhìn tổng quan về cách thiết lập hệ thống điện an toàn và hiệu quả.
10 Sản xuất thức uống bổ dưỡng Bài 44: Chế biến lương thực, thực phẩm
Bài 45: Chế biến xiro từ quả
11 Mô hình ngôi nhà điều nhiệt Bài 11: Bản vẽ xây dựng
Bài 12: Thực hành bản vẽ xây dựng
12 Mạch điện tử điều khiển tưới cây tự động Bài 13: Khái niệm mạch điện tử điều khiển
Bài 14: Mạch điện tử điều khiển tín hiệu
Trong lĩnh vực giáo dục STEM, các chủ đề liên quan đến tri thức Toán có thể được phân loại theo hai hướng: một là các chủ đề liên môn tích hợp STEM, và hai là những chủ đề thiếu yếu tố Khoa học, do đó có thể được gọi là _TEM.
Lớp Chủ đề thực tiễn Kiến thức, kĩ năng môn Toán
6 Giác kế xoay Bài Góc, Số đo góc
7 Ê–ke giấy Bài Góc vuông
Bộ trụ thống kê Bài Biểu đồ thống kê
Cân lò xo Bài Hàm số (hàm y=ax)
Dây phơi áo ròng rọc Đại lượng tỉ lệ nghịch
8 Bộ dụng cụ học hình học cho người khiếm thị Chương Hình lăng trụ đứng
Mũ sinh nhật Chương Hình chóp đều
9 Nón dạ Noel Bài Hình nón
Bóng cầu Bài Hình cầu
Thước tìm tâm Bài Sự xác định đường tròn–Tính chất đối xứng của đường tròn
10 Đèn pha mini Bài Parabol
Bếp năng lượng para Bài Parabol
Kệ treo đa giác Chương Vectơ
11 Kính tiềm vọng Phép đối xứng trục
Thước vẽ truyền Phép vị tự
12 Hộp bảo quản sữa tươi Chương Khối đa diện
Chậu cây để bàn Bài Khái niệm về mặt tròn xoay
Có thể khai thác các chủ đề giáo dục STEM dựa trên vận dụng kiến thức, kĩ năng của môn tin học như sau
Lớp Chủ đề thực tiễn Kiến thức, kĩ năng môn Tin học
6 Tạo bộ đồ vệ sinh máy tính Bài 4 Máy tính và phần mềm máy tính Âm dương lịch
Biên tập tài liệu tự học Chương V Soạn thảo văn bản
7 Phân loại cây trong rừng Điều tra xã hội học Điều tra dân số
Bài đọc thêm: Sự kì diệu của số Pi Bài 8 Sắp xếp và lọc dữ liệu Bài 9 Trình bày dữ liệu bằng biểu đồ
8 Gậy thông minh hỗ trợ người khiếm thị Đèn đường tự bật tắt
Bài 6 Câu lệnh điều kiện Bài 7 Câu lệnh lặp
9 Xây dựng website quảng bá du lịch địa phương
Xây dựng website giới thiệu sản phẩm thủ công địa phương
Cẩm nang online cho thiếu niên
Bài 2 Mạng thông tin toàn cầu Internet Thực hành tạo trang web đơn giản Bài 6 Bảo vệ thông tin máy tính Bài 7 Tin học và xã hội
Tạo clips quảng cáo sản phẩm địa phương trên youtube
Chương III Phần mềm trình chiếu.
Bài 14 Làm quen với phần mềm tạo ảnh động. Bài đọc thêm 9: Làm quen với phần mềm ghi âm và xử lí âm thanh
10 Bộ đồ vệ sinh máy tính
Biên tập tài liệu tự học
Xây dựng website quảng bá du lịch địa phương
Xây dựng website giới thiệu sản phẩm thủ công địa phương
Kiến thức tin học lớp 10 và 11 là sự phát triển từ chương trình THCS, yêu cầu học sinh vận dụng kiến thức và kỹ năng cao hơn để giải quyết các vấn đề thực tiễn trong môi trường THPT.
11 Gậy thông minh hỗ trợ người khiếm thị Đèn đường tự bật tắt
12 Xây dựng website cho tổ chức
Cẩm nang online cho thiếu niên
Chương II Hệ quản trị cơ sở dữ liệu
Chương trình giáo dục phổ thông hiện nay cho phép tích hợp các chủ đề giáo dục STEM thông qua việc áp dụng kiến thức và kỹ năng từ môn Sinh học.
Lớp Chủ đề thực tiễn Kiến thức, kĩ năng môn Sinh học
6 Thiết kế hệ thống tưới nhỏ giọt Bài 11 Sự hút nước và muối khoáng của rễ
Hoa cầu vồng Bài 17 Vận chuyển các chất trong thân
Vẽ tranh từ lá cây Bài 19 Đặc điểm bên ngoài của lá
7 Xây dựng khóa phân loại Sâu bọ Bài 27 Đa dạng và đặc điểm chung của Lớp Sâu bọ
Làm tranh từ vỏ ốc Bài 29 Đặc điểm chung và vai trò của Ngành Thân mềm
8 Xây dựng mô hình hệ tuần hoàn Bài 16 Tuần hoàn máu và lưu thông bạch huyết
Bài 17 Tim và mạch máu Thiết kế thực đơn dinh dưỡng cho gia đình
Bài 36 Tiêu chuẩn ăn uống Nguyên tắc lập khẩu phần Bài 37 Thực hành: Phân tích một khẩu phần ăn cho trước
9 Xây dựng mô hình DNA Bài 15 ADN
Thiết kế máy lọc bụi cho gia đình Bài 54–55 Ô nhiễm môi trường
10 Xây dựng qui trình làm kim chi tại nhà
Bài 22 Sinh trưởng, chuyển hóa vật chất và năng lượng ở vi sinh vật
Bài 23 Quá trình tổng hợp và phân giải các chất ở vi sinh vật
Bài 24 Thực hành: lên men Êtilic và Lactic
Xây dựng kế hoạch dạy học chủ đề/ bài học STEM
3.1 Tiến trình dạy học chủ đề/ bài học STEM
Mỗi bài học STEM trong chương trình giáo dục phổ thông tập trung vào việc giải quyết một vấn đề cụ thể, yêu cầu học sinh vận dụng kiến thức từ nhiều môn học khác nhau Quy trình học STEM được xây dựng dựa trên quy trình kỹ thuật, trong đó "Nghiên cứu kiến thức nền" là bước quan trọng giúp học sinh nắm vững nội dung liên quan Học sinh chủ động nghiên cứu tài liệu, thực hiện thí nghiệm và áp dụng kiến thức để đề xuất giải pháp Qua đó, các em không chỉ phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề mà còn rèn luyện phẩm chất và năng lực cá nhân.
Tiến trình mỗi bài học STEM được thực hiện phỏng theo quy trình kĩ thuật (Hình
Trong quá trình dạy học STEM, "Nghiên cứu kiến thức nền" đóng vai trò quan trọng, giúp học sinh chiếm lĩnh nội dung kiến thức theo chương trình giáo dục phổ thông Học sinh chủ động nghiên cứu sách giáo khoa và tài liệu bổ trợ, thực hiện thí nghiệm dưới sự hướng dẫn của giáo viên Qua đó, các em vận dụng kiến thức để đề xuất và lựa chọn giải pháp giải quyết vấn đề, thực hành thiết kế, chế tạo và thử nghiệm mẫu, cũng như chia sẻ và thảo luận để điều chỉnh thiết kế Quá trình học tập này không chỉ giúp học sinh phát triển kiến thức mà còn rèn luyện nhiều kỹ năng cần thiết cho phẩm chất và năng lực của các em.
Tiến trình bài học STEM kết hợp giữa tiến trình khoa học và chu trình thiết kế kỹ thuật, nhưng không thực hiện theo thứ tự tuyến tính mà có sự tương hỗ giữa các bước Cụ thể, "Nghiên cứu kiến thức nền" có thể diễn ra song song với "Đề xuất giải pháp", và "Chế tạo mô hình" có thể đồng thời với "Thử nghiệm và đánh giá", trong đó mỗi bước vừa là mục tiêu vừa là điều kiện để thực hiện bước tiếp theo.
Nghiên cứu kiến thức nền
Toán Lí Hóa Sinh Tin CN
(Nội dung dạy học theo chương trình được sắp xếp lại phù hợp) Đề xuất các giải pháp/bản thiết kế
Lựa chọn giải pháp/bản thiết kế
Chế tạo mô hình (nguyên mẫu)
Thử nghiệm và đánh giá
Chia sẻ và thảo luận Điều chỉnh thiết kế
Hình 5: Tiến trình bài học/ chủ đề STEM
Hoạt động 1: Xác định vấn đề
Trong hoạt động học tập này, giáo viên giao nhiệm vụ cho học sinh, yêu cầu họ hoàn thành một sản phẩm cụ thể Học sinh cần áp dụng kiến thức mới từ bài học để đề xuất và thiết kế giải pháp cho sản phẩm Tiêu chí của sản phẩm rất quan trọng, vì nó thể hiện "tính mới" của sản phẩm, ngay cả khi sản phẩm đó quen thuộc với học sinh Đồng thời, tiêu chí này yêu cầu học sinh nắm vững kiến thức mới để thiết kế và giải thích rõ ràng về sản phẩm cần thực hiện.
– Mục tiêu: Xác định tiêu chí sản phẩm; phát hiện vấn đề/nhu cầu
Mục tiêu của hoạt động này là thu thập thông tin và "giải mã công nghệ" để học sinh hiểu rõ về tình huống thực tiễn, nguyên lý hoạt động của thiết bị công nghệ hoặc quy trình công nghệ Qua đó, học sinh có thể xác định vấn đề cần giải quyết hoặc yêu cầu thực tiễn theo nhiệm vụ được giao, đồng thời nhận diện rõ tiêu chí của sản phẩm cần hoàn thành.
– Nội dung: Tìm hiểu về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ; đánh giá về hiện tượng, sản phẩm, công nghệ
Hoạt động này nhằm mục đích khám phá và tìm hiểu các tình huống, hiện tượng và quy trình trong thực tiễn, bao gồm việc nghiên cứu quy trình công nghệ, cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của thiết bị công nghệ Tùy thuộc vào điều kiện cụ thể, hoạt động có thể được tổ chức theo nhiều hình thức khác nhau như nghiên cứu tài liệu khoa học, khảo sát thực địa hoặc tiến hành thí nghiệm nghiên cứu.
Tùy thuộc vào điều kiện, nội dung học có thể được tổ chức cho học sinh dưới nhiều hình thức khác nhau, như hoạt động trên lớp hoặc thực tế Ví dụ, yêu cầu nghiên cứu quy trình chăn nuôi có thể được thực hiện qua video hoặc tài liệu in trong lớp học, hoặc tổ chức tham quan thực tế tại một trại chăn nuôi, hoặc thậm chí yêu cầu học sinh tìm hiểu quy trình chăn nuôi ngay tại gia đình mình.
Giáo viên cần giao rõ ràng yêu cầu về việc thu thập thông tin cho học sinh và cách sử dụng thông tin đó Để hoạt động thu thập thông tin diễn ra hiệu quả, việc học sinh làm việc cá nhân là rất quan trọng Sau đó, giáo viên nên tổ chức cho học sinh trình bày và thảo luận về những thông tin đã thu thập, kèm theo ý kiến cá nhân của từng học sinh trong nhóm hoặc trong lớp.
Sản phẩm hoạt động của học sinh sẽ được dự kiến thông qua các mức độ hoàn thành nội dung, bao gồm việc ghi chép thông tin về hiện tượng, sản phẩm và công nghệ Học sinh cũng sẽ thực hiện việc đánh giá và đặt câu hỏi liên quan đến các hiện tượng, sản phẩm và công nghệ này.
Học sinh cần thu thập thông tin từ thực tiễn và ý kiến cá nhân để hoàn thành sản phẩm Những thông tin và ý kiến này có thể không chính xác hoặc chưa hoàn thiện Giáo viên cần dự đoán các mức độ hoàn thành của sản phẩm để có phương án xử lý phù hợp.
Để tổ chức hoạt động hiệu quả, giáo viên cần giao nhiệm vụ rõ ràng về nội dung, phương tiện, cách thực hiện và yêu cầu sản phẩm Học sinh thực hiện nhiệm vụ thông qua thực tế, tài liệu hoặc video, có thể làm việc cá nhân hoặc theo nhóm Sau đó, các em sẽ báo cáo và thảo luận về kết quả tại một thời gian và địa điểm xác định Giáo viên sẽ hỗ trợ học sinh trong việc phát hiện và phát biểu vấn đề trong quá trình này.
Giáo viên đánh giá sản phẩm của học sinh, giúp họ nhận diện các câu hỏi và vấn đề cần giải quyết Qua đó, học sinh xác định tiêu chí cho giải pháp khoa học hoặc kỹ thuật, từ đó định hướng cho các hoạt động tiếp theo.
Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp
Trong hoạt động học STEM, học sinh tham gia vào quá trình học tích cực và tự lực dưới sự hướng dẫn của giáo viên Thay vì các tiết học truyền thống, học sinh sẽ tự tìm tòi và chiếm lĩnh kiến thức để thiết kế sản phẩm Kết quả là, khi hoàn thành bản thiết kế, học sinh không chỉ hoàn thành nhiệm vụ mà còn tiếp thu kiến thức mới theo chương trình học.
Mục tiêu của hoạt động này là trang bị cho học sinh những kiến thức và kỹ năng cần thiết, phù hợp với yêu cầu của chương trình giáo dục phổ thông.
– Nội dung: Nghiên cứu nội dung sách giáo khoa, tài liệu, thí nghiệm để tiếp nhận, hình thành kiến thức mới và đề xuất giải pháp/thiết kế
Hoạt động học tập này tập trung vào việc trang bị cho học sinh kiến thức mới từ chương trình học để xây dựng và thực hiện các giải pháp cho vấn đề cụ thể Học sinh được hướng dẫn nghiên cứu sách giáo khoa và tài liệu bổ trợ, thực hành và thí nghiệm nhằm chiếm lĩnh kiến thức và rèn luyện kỹ năng theo yêu cầu chương trình Các trường học và giáo viên tận dụng thời gian trong chương trình để tổ chức hoạt động học tích cực, khuyến khích học sinh tự nghiên cứu tài liệu ngoài giờ học Thời gian trên lớp được ưu tiên cho việc báo cáo, thảo luận và thực hành, giúp học sinh nắm vững kiến thức và phát triển kỹ năng cần thiết.