Tài liệu Dạy học sinh học 10 theo định hướng giáo dục stem

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA SINH HỌC ---------------- DẠY HỌC SINH HỌC 10THPT THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP HÀ NỘI - 2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA SINH HỌC ---------------- DẠY HỌC SINH HỌC 10 THPT THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Lý luận và Phương pháp dạy học Sinh học Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Phan Thị Thanh Hội HÀ NỘI - 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Khoá luận tốt nghiệp với đề tài “Dạy học Sinh học 10 theo định hướng giáo dục STEM” là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi, không sao chép của bất cứ ai. Tôi xin chịu mọi trách nhiệm về công trình nghiên cứu của riêng mình! Hà Nội, ngày 25 tháng 4 năm 2019 Người cam đoan i LỜI CẢM ƠN Sau quá trình học tập và rèn luyện tại Khoa Sinh học, trường Đai học Sư phạm Hà Nội và 12 tháng làm khóa luận với đề tài “Dạy học Sinh học 10 theo định hướng giáo dục STEM”, tác giả đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của các thầy cô, bạn bè, người thân. Có được kết quả tốt đẹp như vậy, đầu tiên tôi xin gửi tới Ban Giám Hiệu nhà trường, các thầy cô giáo khoa Sinh học, trường Đại học Sư phạm Hà Nội lời cảm ơn chân thành nhất. Nhờ sự quan tâm, dạy dỗ, tạo điều kiện hết mức mà tôi có thể hoàn thành tốt khóa luận này. Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới PGS.TS. Phan Thị Thanh Hội – giảng viên hướng dẫn đề tài. Trong quá trình nghiên cứu cô luôn quan tâm, sát sao, đôn đốc em thực hiện đúng tiến trình khóa luận. Nhờ sự động viên kịp thời và tận tình hướng dẫn của cô em mới có được kết quả ngày hôm nay. Tôi cũng xin cảm ơn Ban Giám Hiệu, các thầy cô giáo và học sinh trường THPT Thanh Oai A đã tạo điều kiện cho tôi tiến hành thực nghiệm sư phạm, đánh giá tính khả thi của đề tài. Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình và những người bạn đã luôn quan tâm, ủng hộ, động viên, khích lệ, và giúp đỡ để tôi hoàn thành khóa luận này. Tôi xin chân thành cảm ơn! Sinh viên ii DANH MỤC TT VIẾT TẮT Từ viết tắt Nghĩa tiếng Việt ĐC Đối chứng GV Giáo viên HS Học sinh NL Năng lực NLVDKT Năng lực vận dụng kiến thức NXB Nhà xuất bản PHT Phiếu học tập STEM Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học STN Sau thực nghiệm TC Tiêu chí THPT Trung học phổ thông TN Thực nghiệm TNSP Thực nghiệm sư phạm TTN Trước thực nghiệm VSV Vi sinh vật iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN...........................................................................................................i LỜI CẢM ƠN...............................................................................................................ii DANH MUC TT VIẾT TẮT.......................................................................................iii DANH MUC BẢNG....................................................................................................vi DANH MUC HÌNH.....................................................................................................vii PHẦN I: MỞ ĐẦU........................................................................................................1 1. Lí do chọn đề tài........................................................................................................1 2. Mục đích nghiên cứu.................................................................................................2 3. Nhiệm vụ nghiên cứu................................................................................................2 4. Đối tượng và khách thể nghiên cứu...........................................................................2 5. Phương pháp nghiên cứu...........................................................................................2 6. Giả thuyết khoa học...................................................................................................3 7. Những đóng góp mới của đề tài.................................................................................3 8. Cấu trúc khóa luận.....................................................................................................4 PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU.........................................................................6 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI...............................6 1.1. LƯỢC SỬ NGHIÊN CỨU VỀ GIÁO DUC STEM..............................................6 1.2. CƠ SỞ LÍ LUẬN................................................................................................10 1.3. CƠ SỞ THỰC TIỄN...........................................................................................23 Tiểu kết chương 1........................................................................................................31 CHƯƠNG 2: DẠY HỌC SINH HỌC 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DUC STEM...32 2.1. PHÂN TÍCH MUC TIÊU, CẤU TRÚC NỘI DUNG MÔN SINH HỌC 10.......32 2.2. QUY TRÌNH DẠY HỌC SINH HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DUC STEM..........................................................................................................................39 2.3. MỘT SỐ VÍ DU MINH HỌA.............................................................................48 Tiểu kết chương II:......................................................................................................56 3. CHƯƠNG III: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM........................................................56 3.1. MUC ĐÍCH THỰC NGHIỆM............................................................................56 3.2. NỘI DUNG THỰC NGHIỆM............................................................................57 Tiểu kết chương 3........................................................................................................65 iv PHẦN 3. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................66 I. Kết luận...................................................................................................................66 II. Kiến nghị.............................................................................................................66 TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................67 PHU LUC....................................................................................................................69 v DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Biểu hiện các tiêu chí của NLVDKT vào thực tiễn ....................................18 Bảng 1.2. Rubrics đánh giá năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn.......................19 Bảng 1.3. Mức độ hiểu biết của GV về giáo dục STEM..............................................22 Bảng 1.4. Mức độ quan tâm của GV đến giáo dục STEM...........................................23 Bảng 1.5. Đánh giá của GV về tầm quan trọng của giáo dục STEM...........................23 Bảng 1.6. Một số lí do đánh giá tầm quan trọng của giáo dục STEM..........................24 Bảng 1.7. Đánh giá của GV về vai trò của giáo dục STEM.........................................25 Bảng 1.8. Các nguyên nhân gây khó khăn cho giáo dục STEM...................................26 Bảng 2.1. Cấu trúc, nội dung môn Sinh học 10............................................................31 Bảng 2.2. Một số nội dung trong chương trình môn Sinh học 10 có thể lựa chọn để dạy học theo định hướng giáo dục STEM..........................................................................33 Bảng 2.3. Các bước thực hiện và nội dung tiến hành quy trình dạy học năng lực Sinh học theo định hướng giáo dục STEM..........................................................................36 Bảng 2.4. Tiêu chí đánh giá chủ đề STEM..................................................................38 Bảng 2.5. Các kiến thức môn học STEM có liên quan.................................................40 Bảng 2.6. Nhiệm vụ của học sinh................................................................................40 Bảng 2.7. Kế hoạch thực hiện nhiệm vụ của học sinh..................................................41 Bảng 3.1. Kết quả bài kiểm tra của lớp thực nghiệm trước và sau khi tác động...........56 Bảng 3.2. Kết quả bài kiểm tra của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng........................57 Bảng 3.3. Bảng kiểm quan sát năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn..................59 Bảng 3.4. Đánh giá năng lực vận dụng kiến thức của HS trước và sau khi tác động. . .59 vi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Đặc trưng của các môn học STEM...............................................................12 Hình 1.2. Mối liên hệ giữa các môn học STEM...........................................................13 Hình 1.3. Mô hình 5E - TS. Rodger W. Bybee ...........................................................14 Hình 1.5. Phân loại STEM...........................................................................................17 Hình 1.6. Mức độ hiểu biết của GV về giáo dục STEM..............................................22 Hình 1.7. Mức độ quan tâm của GV đến giáo dục STEM............................................23 Hình 1.8. Mức độ đánh giá của GV về tầm quan trọng của giáo dục STEM...............24 Hình 1.9. Đánh giá của GV về vai trò của giáo dục STEM.........................................25 Hình 1.10. Các nguyên nhân gây khó khăn cho giáo dục STEM.................................28 Hình 2.1. Quy trình dạy học Sinh học theo định hướng giáo dục STEM.....................36 Hình 3.1. Kết quả bài kiểm tra của lớp thực nghiệm trước và sau khi tác động...........56 Hình 3.2. Kết quả bài kiểm tra của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng........................57 Hình 3.3. Biểu đồ đánh giá tiêu chí NLVDKT vào thực tiễn của HS...........................60 vii PHẦN I: MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Giáo dục – đào tạo là quốc sách hàng đầu của mỗi quốc gia, kể cả các nước phát triển. Do đó việc làm thế nào để nâng cao chất lượng giáo dục và đào tạo là vấn đề được coi trọng và quan tâm. Cùng với sự phát triển của xã hội người ta càng trông đợi vào giáo dục làm thế nào để phát triển năng lực cá nhân cùng với sự biến động của xã hội. Từ đó giáo dục góp phần nâng cao chất lượng nguồn nhân lực cũng như sự phát triển bền vững của xã hội. Trong thời đại công nghệ 4.0 với sự phát triển như vũ bão của khoa học, công nghệ và sự bùng nổ thông tin, quá trình dạy học trong các nhà trường trung học đang tồn tại mâu thuẫn giữa một bên là khối lượng tri thức ngày càng tăng lên, phức tạp hơn với thời lượng học tập có hạn, việc đổi mới phương pháp dạy học theo hướng phát huy tính tích cực, độc lập, sáng tạo của học sinh để từ đó bồi dưỡng cho học sinh (HS) phương pháp tự học, hình thành khả năng học tập suốt đời là một nhu cầu tất yếu trong các nhà trường. Đã có rất nhiều biện phát nhằm nâng cao chất lượng quá trình dạy học nói riêng và giáo dục – đào tạo nói chung, đặc biệt phải kể đến STEM. STEM là viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technogogy (Công nghệ), Engineering (Kĩ Thuật) và Mathematics (Toán học). Giáo dục STEM là quan điểm dạy học liên ngành trong quá trình dạy học, bên cạnh việc cung cấp tri thức cho người học thông qua thực hành và thí nghiệm còn khơi gợi, kích thích khả năng tư duy sáng tạo, góp phần phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn và là cơ sở định hướng nghề nghiệp tương lai. Giáo dục STEM đề cao đến việc hình thành và phát triển năng lực cốt lõi cho người học, trong đó có năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn. HS nắm vững kiến thức đã học vận dụng vào thực tiễn; có thái độ học tập đúng đắn, tích cực, chủ động, sáng tạo. Quá trình tìm hiểu và liên hệ thực tiễn hình thành cho HS kỹ năng quan sát, thu thập, phân tích và xử lí thông tin; giúp cho HS có được nhứng hiểu biết về giới tự nhiên, chu kì hoạt động và tác động tích cực cũng như tiêu cực đối với cuốc sống con người. 1 Trong chương trình Sinh học lớp 10 THPT, các kiến thức gần gũi với HS, gợi cho HS hứng thú tìm hiểu kiến thức và áp dụng vào thực tiễn cuộc sống hằng ngày. Hơn nữa, đây là giai đoạn mới chuyển cấp của HS, nên HS rất hứng thú tìm tòi cái mới. Việc sử dụng và vận dụng có hiệu quả dạy học Sinh học theo định hướng STEM vào giai đoạn này có hiệu quả quan trọng, là nền tảng cho HS lĩnh hội và vận dụng thật tốt các kiến thức học được vào trong thực tiễn, kể cả sau này. Xuất phát từ những lí do trên, chúng tôi chọn và nghiên cứu đề tài “Dạy học Sinh học 10 theo định hướng giáo dục STEM”. 2. Mục đích nghiên cứu Xây dựng quy trình dạy học Sinh học 10 THPT theo định hướng giáo dục STEM và tổ chức HS học tập nhằm chiếm lĩnh kiến thức môn học đồng thời góp phần phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho HS. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn về dạy học môn sinh học 10 THPT theo định hướng giáo dục STEM. - Xây dựng quy trình dạy học môn sinh học 10 THPT theo định hướng giáo dục STEM. - Tổ chức dạy học một số chủ đề môn sinh học 10 theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển NL vận dụng kiến thức vào thực tiễn. - Xây dựng bộ tiêu chí đánh giá sản phẩm và NL vận dụng kiến thức vào thực tiễn của HS. 4. Thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm chứng giả thuyết đã được nêu ra. Đối tượng và khách thể nghiên cứu 4.1. Đối tượng nghiên cứu - Quy trình dạy học Sinh học 10 theo định hướng giáo dục STEM. - Năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn. 4.2. Khách thể nghiên cứu - Quá trình dạy học Sinh học 10. 5. Phương pháp nghiên cứu 5.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết - Nghiên cứu các tài liệu về giáo dục STEM trong nước và trên thế giới. 2 - Nghiên cứu các tài liệu về các năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn của HS. - Nghiên cứu các công trình nghiên cứu liên quan đến đề tài được đăng trên tạp chí Giáodục. - Phân tích cấu trúc chương Sinh học 10 để xác định kiến thức có thể thiết kế các chủ đề STEM và tổ chức HS học tập thì sẽ giúp HS chiếm lĩnh kiến thức môn học đồng thời góp phần phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho HS. 5.2. Phương pháp điều tra cơ bản Sử dụng phiếu điều tra giáo viên (GV) Sinh học THPT về thực trạng dạy học theo định hướng giáo dục STEM ở các khía cạnh: Mức độ hiểu biết của về STEM; mức độ quan tâm đến giáo dục STEM; tầm quan trọng của giáo dục STEM; một số khó khăn gặp phải khi dạy học theo định hướng giáo dục STEM. 5.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm - Tiến hành thực nghiệm chủ đề “Những thực phẩm có nguồn gốc lên men” tại lớp 10A, trường THPT Thanh Oai A, Hà Nội. - Xây dựng các tiêu chí đánh giá sản phẩm và năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn của HS. - Đánh giá kiến thức HS thông qua bài kiểm tra. 5.4. Phương pháp tham vấn ý kiến chuyên gia Liên hệ, gặp gỡ với các chuyên gia về lĩnh vực nghiên cứu để trao đổi, nghe sự tư vấn, định hướng cho việc nghiên cứu đề tài. 6. Giả thuyết khoa học Nếu xây dựng được quy trình dạy học Sinh học 10 THPT theo định hướng giáo dục STEM và tổ chức HS học tập thì sẽ giúp HS chiếm lĩnh kiến thức môn học đồng thời góp phần phát triển NL vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho HS. 7. Những đóng góp mới của đề tài - Xây dựng quy trình dạy học môn Sinh học 10 THPT theo định hướng giáo dục STEM - Xây dựng 3 chủ đề minh họa dạy học môn Sinh học 10 THPT theo định hướng giáo dục STEM góp phần phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho HS. 3 8. Cấu trúc khóa luận Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục còn có 3 phần: - Chương 1. Cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài - Chương 2. Dạy học Sinh học 10 THPT theo định hướng STEM - Chương 3. Thực nghiệm sư phạm 4 PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1. LƯỢC SỬ NGHIÊN CỨU VỀ GIÁO DỤC STEM 1.1.1. Trên thế giới Giáo dục công lập theo kiểu truyền thống chưa đủ để tạo ra nguồn nhân lực công nghệ cao, sự phát triển như vũ bão của khoa học, công nghệ đe dọa một tương lai máy móc, robot thay thế hoàn toàn con người. Để không bị tụt hậu so với thế giới và khẳng định vị thế của mình, các nhà lãnh đạo đưa ra quyết định tập trung vào giáo dục STEM. Giáo dục STEM xuất hiện từ rất sớm và tạo ra một làn sóng mạnh mẽ lan tỏa khắp thế giới. Những năm 50 - 60 của thế kỉ XX, Mỹ là cường quốc thế giới về giáo dục khi mà lần đầu tiên phổ cập giáo dục và xây dựng hệ thống các trường đại học, cao đẳng. Thời gian sau, các nước (Nhật Bản, Hàn Quốc,…) đã cho thấy bước tiến vượt bậc về giáo dục khi mà HS của họ nổi trội hơn học Mỹ về kiến thức, kỹ năng trong trường phổ thông. Những năm 90 của thế kỷ XX, trong hoàn cảnh Mỹ bộc lộ rõ sự suy yếu về giáo dục thì STEM ra đời, dự đoán tương lai cải thiện giáo dục Mỹ cũng như nền giáo dục toàn cầu [11]. Ngày 31 tháng 1 năm 2006, tại phiên họp của Quốc hội Hoa Kỳ, Tổng thống Bush đã đề xuất sáng kiến nhằm giải quyết những thiếu sót trong sự hỗ trợ của chính phủ liên bang về phát triển giáo dục và tiến bộ ở tất cả các cấp học thuật trong các lĩnh vực STEM [13]. Năm 2006, Chính phủ Vương Quốc Anh chính thức triển khai chương trình giáo dục STEM trên toàn nước Anh. Trong đó, phải kể đến Chương trình Hành động với mục tiêu tạo ra nguồn nhân lực nghiên cứu khoa học chất lượng hơn nữa, bao gồm bốn nội dung là: (1) Tuyển dụng và đào tạo GV giảng dạy STEM. Đào tạo GV theo nhóm hoặc theo cặp nghĩa là các GV dạy các môn khác nhau phải hợp tác, cùng xây dựng bài giảng bởi giáo dục STEM là gắn kết các môn học dựa trên ứng dụng thực tế để HS có thể vận dụng kiến thức kỹ năng của nhiều môn để giải quyết một vấn đề. (2) Nâng cao trình độ nghiệp vụ của GV. (3) Thúc đẩy phong trào giáo dục STEM bằng các hoạt động như câu lạc bộ, ngày hội, đại sứ STEM, ngày tham quan các phòng thí 5 nghiệm, nhà máy… (4) Phát triển cơ sở vật chất hỗ trợ cho việc dạy và học. Điều này không chỉ cần đầu tư từ ngân sách nhà nước mà còn từ phía khu vực tư nhân. Ở Anh, các tập đoàn tư nhân lớn đầu tư hơn tám triệu USD cho chương trình giáo dục STEM quốc gia [25]. Trong năm 2009, HS trung học ở Sydney, Úc đã được trải nghiệm chương trình làm giàu tri thức - iSTEM (Invigorating STEM). Chương trình tập trung vào việc cung cấp các thông tin và hoạt động STEM mà HS và phụ huynh quan tâm [29]. Giai đoạn 2007 – 2010, thống kê của Josh Brown – Trường đại học Illinois cho thấy Mỹ có 60 bài báo khoa học liên quan trực tiếp đến giáo dục STEM được xuất bản từ 8 tạp chí nổi tiếng trong lĩnh vực giáo dục của Mỹ, điều này cho thấy cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu về giáo dục STEM [10]. Vào năm 2012, ở Mỹ, bài báo “Considerations for Teaching Integarated STEM Education” của tác giả Micah Stohlmann, Tamara J. Moore, Gillian H. Roehrig đã nêu ra một số lợi ích của giáo dục STEM là giúp HS có kĩ năng giải quyết vấn đề, đổi mới, tự tin, tư duy logic và kỹ năng công nghệ. Các nghiên cứu cho thấy việc tích hợp toán học và khoa học có tác động tích cực đến thái độ và sự quan tâm của HS với trường học, động lực học tập và thành tựu. Học viện Kĩ thuật Quốc gia và Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia tại Mỹ đã liệt kê 5 lợi ích của việc dạy học tích hợp STEM tại các trường, đó là: cải thiện thành tích trong toán học và khoa học, tăng nhận thức về kĩ thuật, hiểu biết và có thể làm thiết kế kĩ thuật, nâng cao trình độ công nghệ [17]. Năm 2013, Delores M. Etter – kĩ sư, nhà khoa học, nhà lãnh đạo sáng lập và giáo sư ngành kĩ thuật ứng dụng cùng số một số cộng tác viên đã thiết lập một website: http://stem-works.com hướng dẫn một số chủ đề STEM phù hợp với lứa tuổi tiểu học như: robotics, năng lượng gió, vũ trụ, động vật, …giúp cho GV và phụ huynh có thể lấy làm nguồn tài liệu tham khảo trong việc giảng dạy các môn học liên quan đến STEM [14]. Vào năm 2015, chương trình STEM được triển khai ở Canada với mục đích thúc đẩy mạnh mẽ các lĩnh vực STEM cho thanh thiếu niên. Cũng trong năm đó, văn phòng Giáo dục của Hồng Kong đã đề xuất các chiến lược và khuyến nghị về việc thúc đẩy giáo dục STEM thông qua tài liệu mang tên Promotion of STEM Education. 6 Hiện nay STEM đang phổ biến ở khoảng hơn 70 nước; trong đó có khoảng 40 nước mô hình STEM đã được đưa vào trong chương trình dạy học. Diễn đàn và triển lãm giáo dục STEM quốc tế lần thứ 6 (2017) đã quy tụ 120 nước trên khắp thế giới. Tại diễn đàn, các nhà lãnh đạo, nhà nghiên cứu giáo dục và GV sẽ thảo luận về những thách thức và triển vọng trong tương lai của giáo dục STEM trên thế giới [3]. 1.1.2. Trong nước Những năm trước gần đây nền giáo dục Việt Nam có những bước tiến rõ rệt, đạt được những thành tựu đáng kể. Nhưng nhìn chung nền giáo dục nước nhà vẫn còn nặng về lí thuyết. Các môn khoa học chưa có sự gắn kết với các môn học khác và ít ứng dụng thực tiễn. Do vậy chưa tạo được niềm đam mê học tập sáng tạo của HS. Những năm trở lại đây cộng đồng xã hội bắt đầu quan tâm đến một định hướng giáo dục đó là STEM, xuất hiện ban đầu dưới hình thức các CLB, các trường tư thục (AmericanSTEM Việt Nam, Học viện STEM,…) sau đó được triển khai ở một số trường THCS với mục đích giúp HS sử dụng các kiến thức khoa học để giải quyết các vấn đề thực tiễn. Từ năm 2012, nhiều tổ chức giáo dục tư thục có các sáng kiến giáo dục STEM. Có thể nhắc tới học viện STEM với 2 sáng kiến đã được triển khai đó là mô hình tại trường và mô hình trung tâm giúp HS có cơ hội được trải nghiệm các hoạt động Khoa học, được tiếp cận với Công nghệ mang tính ứng dụng cho cuộc sống, cũng như giúp HS thỏa sức sáng tạo trên nền tảng kiến thức STEM đã được học cùng các trang thiết bị thông minh, tiên tiến. Bên cạnh đó, AmericanSTEM cung cấp chương trình giảng dạy STEM hàng đầu cho HS K-12 (từ mẫu giáo đến lớp 12) và chương trình đào tạo GV STEM theo chuẩn quốc gia Hoa Kỳ NGSS (Next Generation Science Standards) bằng song ngữ Anh-Việt. Chương trình đào tạo và chứng chỉ giảng dạy STEM của GV AmericanSTEM được cung cấp bởi đối tác là EiE (Engineering Is Elementary), USA…. Năm 2015, Bộ Khoa học và Công nghệ Việt Nam và Liên minh STEM tổ chức ngày hội STEM lần đầu tiên, diễn ra tại Hà Nội và Tp. Hồ Chí Minh, góp phần quan trọng trong việc thu hút sự chú ý của công chúng tới phương thức giáo dục mới mẻ này, tiếp theo đó là nhiều sự kiện tương tự trên toàn quốc [6]. 7 Vào năm học 2015 - 2016, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã khuyến khích nội dung STEM trong chương trình giáo dục đào tạo. Nhận thấy tiềm năng của STEM và xu thế phát triển chung của thế giới, tháng 5 năm 2017, Thủ tướng Chính phủ đã ký Chỉ thị số 16 nêu rõ: "Thay đổi mạnh mẽ các chính sách, nội dung, phương pháp giáo dục và dạy nghề nhằm tạo ra nguồn nhân lực có khả năng tiếp nhận các xu thế công nghệ sản xuất mới, trong đó cần tập trung vào thúc đẩy đào tạo về khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học (STEM), ngoại ngữ, tin học trong chương trình giáo dục phổ thông" và yêu cầu "Bộ Giáo dục và Đào tạo: Thúc đẩy triển khai giáo dục về khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học (STEM) trong chương trình giáo dục phổ thông; tổ chức thí điểm tại một số trường phổ thông ngay từ năm học 2017 - 2018. Nâng cao năng lực nghiên cứu, giảng dạy trong các cơ sở giáo dục đại học; tăng cường giáo dục những kỹ năng, kiến thức cơ bản, tư duy sáng tạo, khả năng thích nghi với những yêu cầu của cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ 4" [1]. Đã có một số tác giả nghiên cứu và thực nghiệm về giáo dục STEM như: tác giả Lê Xuân Quang (2017) với đề tài “Dạy học Công nghệ 8 theo định hướng giáo dục STEM”, trong đề tài tác giả đã hệ thống lại cơ sở lí luận và thực tiễn của giáo dục STEM trong nước và trên thế giới, mối quan hệ giữa các môn học STEM, quy trình xây dựng chủ đề STEM và vận dụng vào dạy học Công nghệ 8; Trần Thị Gái – Nguyễn Thị Phượng – Nguyễn Hoài Thanh với đề tài “Thiết kế chủ đề giáo dục STEM trong dạy học phần chuyển hóa vật chất và năng lượng ở thực vật, Sinh học 11 THPT”;… đều thu được các kết quả tích cực về việc rèn luyện cho HS năng lực thuộc về lĩnh vực STEM và năng lực cốt lõi. Tại một số thành phố lớn của Việt Nam: Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Cần Thơ, Đà Nẵng,…, bước đầu cũng có những thành công nhất định khi lần lượt thí điểm các mô hình STEM tại các trường học trên địa bàn thành phố. Đây là một tín hiệu đáng mừng để Việt Nam tiếp tục triển khai các đề án giáo dục theo định hướng STEM. Các nhà khoa học, nhà giáo dục Việt Nam đặt niềm tin rất lớn vào giáo dục STEM là một “cú hích” thúc đẩy nền giáo dục, rút ngắn khoảng cách phát triển của Việt Nam với các nước khác. 8 Tại Hội nghị Khoa học - Công nghệ- Kỹ thuật - Toán học (STEMCON) Việt Nam 2017, Thứ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ, ông Trần Văn Tùng phát biểu: “Giáo dục STEM là một trong những nhiệm vụ quan trọng trong mục tiêu tạo ra nguồn nhân lực nghiên cứu KH&CN chất lượng cao, rất cần sự quan tâm của chính phủ để thúc đẩy hoạt động này”[7]. Trong tương lai, những công việc đơn giản, đòi hỏi tính toán hay có thể lập trình được sẽ được thay thế bởi robot. Giáo dục STEM, đào tạo năng lực tư duy, hay tư duy ngôn ngữ không hướng đến đào tạo để HS trở thành những nhà toán học, nhà khoa học, kỹ sư mà các phương pháp này nhằm tạo ra những con người có thể đáp ứng được nhu cầu công việc của thế kỷ 21, tạo ra những đứa trẻ là công dân toàn cầu trong thời đại kỷ nguyên số. Kết luận tổng quan nghiên cứu Trên cơ sở phân tích tổng quan nghiên cứu, tác giả có một số tư liệu và kiến thức cần thiết để có thể hình thành những hiểu biết chung, giúp tiếp cận và đi sâu nghiên cứu đề tài “Dạy học Sinh học 10 THPT theo định hướng giáo dục STEM”. - Giáo dục STEM là xu hướng giáo dục của toàn thế giới. - Ở Việt Nam giáo dục theo định hướng STEM ngày càng được bộ Giáo dục và đào tạo quan tâm, triển khai ở một số trường thí điểm. Các nhà giáo dục cũng rất quan tâm đến giáo dục STEM, thể hiện ở những năm gần đây các đề tài nghiên cứu về giáo dục STEM ngày càng nhiều và ở nhiều môn học. - Để giáo dục STEM ngày càng phổ biến thì cần phải bổ sung thêm cơ sở lí luận về STEM, giáo dục STEM, quy trình xây dựng chủ đề STEM, các tiêu chí đánh giá chủ đề STEM, quy trình dạy học theo định hướng giáo dục STEM. 1.2. CƠ SỞ LÍ LUẬN 1.2.1. Giáo dục STEM 1.2.1.1. Khái niệm STEM STEM là thuật ngữ dùng để chỉ các ngành học về Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật) và Mathematics (Toán học) [19]. 1.2.1.2. Khái niệm giáo dục STEM Trong xu hướng tác động của khoa học, kĩ thuật dần chiểm ưu thế đến mọi mặt đời sống. Giáo dục STEM được biết đến như là cách tiếp cận mới trong quá trình giáo 9 dục và đào tạo nguồn nhân lực cho tương lai vừa nắm được kiến thức chuyên ngành, liên ngành lại gắn với ứng dụng của các thành tựu mới nhất của khoa học và kĩ thuật. Chính vì thế mà các nhà khoa học, các nhà giáo dục rất quan tâm, khái niệm giáo dục STEM bắt nguồn từ đó. Theo Bộ Giáo dục Hoa Kỳ (2007): “Giáo dục STEM là một chương trình nhằm cung cấp hỗ trợ, tăng cường, giáo dục Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học (STEM) ở tiểu học và trung học cho đến bậc sau đại học”[22]. Nhóm tác giả Tsupros N., Kohler R., và Hallinen J. (2009) cho rằng: “Giáo dục STEM là một phương pháp học tập tiếp cận liên ngành, ở đó những kiến thức hàn lâm được kết hợp chặt chẽ với các bài học thực tế 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”[21]. Tác giả Sanders định nghĩa “Giáo dục STEM là phương pháp tiếp cận, khám phá trong giảng dạy và học tập giữa hai hay nhiều hơn các môn học STEM, hoặc giữa một chủ đề STEM và một hoặc nhiều môn học khác trong nhà trường”[19]. Bên cạnh đó, giáo dục STEM cũng được quan niệm STEM như là chương trình đào tạo dựa trên ý tưởng giảng dạy cho HS bốn lĩnh vực cụ thể - Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học - trong một liên ngành và phương pháp tiếp cận ứng dụng. Thay vì dạy bốn lĩnh vực này theo những môn học tách biệt và rời rạc, STEM tổng hợp chúng thành một mô hình học tập liền mạch dựa trên các ứng dụng thực tế [16]. Như vậy, giáo dục STEM là phương pháp tiếp cận liên ngành tạo ra sự kết hợp hài hòa giữa các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học nhằm mang đến cho HS những trải nghiệm thực tế thật sự có ý nghĩa. 1.2.1.3.Mục tiêu giáo dục STEM Giáo dục STEM đã và đang được biết đến và phát triển ở nhiều quốc gia trên thế giới. Với mỗi bối cảnh khác nhau thì mục tiêu giáo dục STEM ở các quốc gia đó cũng khác nhau. Tuy nhiên nó cùng hướng đến một mục tiêu chung nhất đó là hướng tới người học. 10 - Thứ nhất: Giáo dục STEM nhằm nâng cao năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho HS. Điều này thể hiện ở chỗ: khi HS học tập sẽ lĩnh hội các kiến thức, kĩ năng liên quan đến các môn học STEM. HS sẽ vận dụng để liên kết và tổng hợp các kiến thức đó để giải quyết các tình huống có vấn đề trong thực tiễn. - Thứ hai: Giáo dục STEM giúp cho người học thỏa sức đam mê sáng tạo. Người học sẽ có không gian, thời gian để tìm tòi, nghiên cứu các cấu trúc, đặc điểm, tính chất của đối tượng. HS được tự mình tham gia vào quá trình thực hành, thí nghiệm,… trong quá học tập và làm việc sẽ gặp phải các vấn đề, bằng sự sáng tạo và các kiến thức có được HS phải biết cách sửa chữa, chế biến lại chúng cho phù hợp với tình huống có vấn đề mà người học đang phải giải quyết - Thứ ba: Phát triển các năng lực đặc thù của các môn học thuộc về STEM cho HS. HS thay vì phải học bốn môn học rời rạc thì STEM sẽ gắn kết chúng lại dựa trên ứng dụng thực tế. Qua đó, HS vừa học được kiến thức khoa học, vừa học được cách vận dụng kiến thức đó vào thực tiễn. - Thứ tư: Giáo dục STEM định hướng nghề nghiệp cho HS. Với việc tiếp thu kiến thức một cách tích hợp và sáng tạo, HS sẽ yêu thích và thể hiện niềm đam mê đối với môn học, từ đó sẽ khuyến khích các em có định hướng tốt hơn khi chọn chuyên ngành cho các bậc học cao hơn và sự chắc chắn cho cả sự nghiệp sau này của các em. 1.2.1.4. Vai trò của giáo dục STEM “Quan trọng hơn việc dạy là cách dạy” – giáo dục STEM tạo môi trường cho HS tự tìm tòi, khám phá, chiếm lĩnh tri thức một cách chủ động, sáng tạo, qua đó góp phần phát triển năng lực cốt lõi và năng lực thuộc về các môn học STEM cho HS. - Giáo dục STEM góp phần phát triển năng lực thuộc về các môn học STEM.Đó là các kỹ năng khoa học, kỹ năng công nghệ, kỹ năng kỹ thuật và kỹ năng toán học. + Kỹ năng khoa học: là khả năng vận dụng kiến thức các môn Khoa học để giải quyết vấn đề thực tiễn. + Kỹ năng công nghệ: là khả năng hiểu biết, sử dụng, quản lí, truy cập thông tin. + Kỹ năng kỹ thuật: Là khả năng HS có khả năng phân tích, tổng hợp và kết hợp để biết cách làm thế nào cân bằng các yếu tố liên quan (như khoa học, nghệ thuật, công nghệ, kỹ thuật) để có được một giải pháp tốt nhất trong thiết kế và xây dựng 11