Sáng kiến kinh nghiệm Tìm hiểu về giáo dục stem

CHUYÊN ĐỀ THÁNG 11/2019
NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ: TÌM HIỂU VỀ GIÁO DỤC STEM 
Người báo cáo: Nguyễn Minh Tuấn
Ngày báo cáo: 05/11/2019
Đặt vấn đề
Ngày nay, trong thời đại cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, khoa học, công nghệ dần chiếm ưu thế trên mọi mặt của đời sống, nhu cầu việc làm liên quan đến khoa học kỹ thuật ngày càng lớn. Nguồn lao động chất lượng cao giờ đây không chỉ cần có kiến thức chuyên ngành mà còn đòi hỏi có sự hiểu biết liên ngành gắn với các thành tựu mới nhất của khoa học và công nghệ. Để cung ứng nguồn nhân lực chất lượng cao cho xã hội đòi hỏi giáo dục và đào tạo phải có những thay đổi, chuẩn bị cho người học những kiến thức và kỹ năng đáp ứng yêu cầu của một xã hội luôn luôn thay đổi.
Mô hình giáo dục STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics) được biết đến như là một sự tiếp cận mới trong giáo dục và đào tạo nguồn nhân lực trong tương lai, trong đó nhấn mạnh sự kết nối, liên thông, tích hợp giữa bốn lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán. 
Mô hình giáo dục này này đã được các nước Âu - Mỹ triển khai mạnh mẽ và ở Việt Nam, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã triển khai áp dụng thí điểm tại 15 trường ở các tỉnh, thành phố như Hà Nội, Hải Dương, Hải Phòng, Quảng Ninh, Nam Định và được xem xét đưa vào áp dụng đại trà trong chương trình giáo dục phổ thông mới, nhằm đáp ứng mục tiêu đổi mới căn bản và toàn diện giáo dục.
Mô hình giáo dục STEM
STEM là gì?
STEM là viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật) và Math (Toán học).
 “Giáo dục STEM là một cách tiếp cận liên ngành trong quá trình học, trong đó các khái niệm học thuật mang tính nguyên tắc được lồng ghép với các bài học trong thế giới thực, ở đó các học sinh (HS) áp dụng các kiến thức trong khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán vào trong các bối cảnh cụ thể, giúp kết nối giữa trường học, cộng đồng, nơi làm việc và các tổ chức toàn cầu, để từ đó phát triển các năng lực trong lĩnh vực STEM và cùng với đó có thể cạnh tranh trong nền kinh kế mới”.
Mục tiêu của giáo dục STEM
Giáo dục STEM đã được Bộ Giáo dục và Đào tạo triển khai những năm gần đây và được coi trọng trong chương trình giáo dục phổ thông mới. Theo các chuyên gia xây dựng Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể thì trong Chương trình này có đầy đủ các môn trong thành phần của giáo dục STEM như Khoa học, Công nghệ, Toán, Tin học, Thiết kế và Công nghệ,...Đồng thời, mục tiêu của Chương trình giáo dục phổ thông mới là hình thành và phát triển phẩm chất và năng lực HS. Điều này phù hợp với mục tiêu của giáo dục STEM, đó là:
Giáo dục STEM là một phương pháp dạy học nhằm hình thành, rèn luyện tri thức, năng lực cho HS thông qua các đề tài, các bài học, các chủ đề có nội dung thực tiễn.
Trong quá trình dạy học, các kiến thức và kỹ năng thuộc các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật, toán học được hình thành và phát triển thông qua việc vận dụng, phối hợp chúng để giải quyết vấn đề thực tiễn được đặt ra.
Giáo dục STEM đề cao hoạt động thực hành và phương pháp mô hình trong giải quyết các vấn đề của thực tiễn cuộc sống thông qua hoạt động nhóm, hoạt động tập thể, hoạt động cộng đồng. Từ đó rèn luyện cho HS năng lực tư duy, sáng tạo, tranh luận, phản biện.
Giáo dục STEM cũng trang bị cho HS những kỹ năng phù hợp để phát triển trong thế kỷ 21: tư duy phản biện và sáng tạo, kỹ năng diễn đạt và thuyết trình, kỹ năng trao đổi và cộng tác, kỹ năng giải quyết vấn đề, kỹ năng làm việc theo dự án .
Yêu cầu về chủ đề giáo dục STEM
Trong giai đoạn hiện nay, khi đang thực hiện chương trình giáo dục hiện hành, các môn khoa học và công nghệ như Vật lý, Hoá học, Sinh học, Công nghệ, Toán, Tin học vẫn thiết kế rời rạc theo từng môn học riêng rẽ, việc xây dựng các chủ đề cho giáo dục STEM là khó khăn. Vì vậy, mà các chủ đề GD STEM có thể được xây dựng, thực hiện với nhiều mức độ khác nhau tùy thuộc vào khả năng xây dựng kế hoạch dạy học, giáo dục của đơn vị và sự đáp ứng của học sinh. Cụ thể là:
- Các chủ đề GD STEM có thể là các nội dung hẹp và đơn giản, thiết bị phương tiện thực hiện gọn nhẹ, thời gian thực hiện không dài và thường kết hợp trong một bài học hoặc một phần của bài học nhằm xây dựng hoặc minh họa cho kiến thức của bài học, vận dụng kiến thức của bài học để góp phần hình thành hoặc củng cố một kỹ năng thiết yếu trong cuộc sống. 
- Các chủ đề GD STEM có nội dung của một dự án nhằm luyện tập tìm hiểu, giải quyết một vấn đề trong thực tiễn cuộc sống, liên hệ chủ yếu với kiến thức của một bài học, thiết bị phương tiện thực hiện không quá phức tạp, thời gian và công sức thực hiện không dài, hoặc các chủ đề có nội dung của một dự án nhằm luyện tập tìm hiểu, giải quyết một vấn đề trong thực tiễn cuộc sống có tính chất tích hợp, liên môn, cần đầu tư nhiều cho các thiết bị phương tiện thực hiện và có thể tốn nhiều thời gian, công sức [4].
Phương pháp dạy và học STEM 
Một trong những phương pháp dạy và học mang lại hiệu quả cao nhất cho giáo dục STEM là phương pháp “Học qua hành”. Phương pháp ”Học qua hành” giúp HS có được kiến thức từ kinh nghiệm thực hành chứ không phải chỉ từ lý thuyết. Bằng cách xây dựng các bài giảng theo chủ đề và dựa trên thực hành, HS sẽ được hiểu sâu về lý thuyết, nguyên lý thông qua các hoạt động thực tế. Chính các hoạt động thực tế này sẽ giúp HS nhớ kiến thức lâu hơn, sâu hơn. HS sẽ được làm việc theo nhóm, tự thảo luận tìm tòi kiến thức, tự vận dụng kiến thức vào các hoạt động thực hành rồi sau đó có thể truyền đạt lại kiến thức cho người khác. Với cách học này, giáo viên không còn là người truyền đạt kiến thức nữa mà sẽ là người hướng dẫn để HS tự xây dựng kiến thức cho chính mình.[7]
 Các kỹ năng STEM
a)Kỹ năng khoa học: là khả năng liên kết các khái niệm, nguyên lý, định luật và các cơ sở lý thuyết của giáo dục khoa học để thực hành và sử dụng kiến thức này để giải quyết các vấn đề trong thực tế.
b) Kỹ năng công nghệ: Là khả năng sử dụng, quản lý, hiểu biết, và truy cập được công nghệ. Công nghệ là từ những vật dụng hằng ngày đơn giản nhất như quạt mo, bút chì đến những hệ thống sử dụng phức tạp như mạng internet, mạng lưới điện quốc gia, vệ tinh Tất cả những thay đổi của thế giới tự nhiên mà phục vụ nhu cầu của con người thì được coi là công nghệ.
c) Kỹ năng kỹ thuật: Là khả năng giải quyết vấn đề thực tiễn diễn ra trong cuộc sống bằng cách thiết kế các đối tượng, hệ thống và xây dựng các quy trình sản xuất để tạo ra đối tượng. Hiểu một cách đơn giản, HS được trang bị kỹ năng kỹ thuật là có khả năng sản xuất ra đối tượng và hiểu được quy trình để làm ra nó. HS phải 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 quy trình. Ngoài ra, HS còn có khả năng nhìn nhận ra nhu cầu và phản ứng của xã hội trong những vấn đề liên quan đến kỹ thuật.
d) Kỹ năng toán học: Là khả năng nhìn nhận và nắm bắt được vai trò của toán học trong mọi khía cạnh tồn tại trên thế giới. HS có kỹ năng toán học sẽ có khả năng thể hiện các ý tưởng một cách chính xác, áp dụng các khái niệm và kỹ năng toán học vào cuộc sống hằng ngày.
e) Kỹ năng khác: Ngoài 4 kỹ năng thành phần trên, trong giáo dục STEM cần một số kỹ năng chung như kỹ năng giải quyết vấn đề, kỹ năng phản biện, kỹ năng hợp tác,.. trong quá trình học tập và thực hiện các đề tài, chủ đề giáo dục STEM.
2. Nội dung Xây dựng chủ đề giáo dục STEM
2.1. Chủ đề giáo dục STEM
2.1.1. Mục tiêu chủ đề giáo dục STEM .
Phát triển các năng lực đặc thù của các môn học thuộc về STEM cho học sinh
Đó là những kiến thức, kỹ năng liên quan đến các môn học Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học. Trong đó học sinh biết liên kết các kiến thức Khoa học, Toán học để giải quyết các vấn đề thực tiễn. Học sinh biết sử dụng, quản lý và truy cập Công nghệ. Học sinh biết về quy trình thiết kế và chế tạo ra các sản phẩm.
Phát triển các năng lực cốt lõi cho học sinh
Giáo dục STEM nhằm chuẩn bị cho học sinh những cơ hội cũng như thách thức trong nền kinh tế cạnh tranh toàn cầu của thế kỷ 21. Bên cạnh những hiểu biết về các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học, học sinh sẽ được phát triển tư duy phê phán, khả năng hợp tác để thành công.
Định hướng nghề nghiệp cho học sinh
Giáo dục STEM sẽ tạo cho học sinh có những kiến thức, kỹ năng mang tính nền tảng cho việc học tập ở các bậc học cao hơn cũng như cho nghề nghiệp trong tương lai của học sinh. Từ đó, góp phần xây dựng lực lượng lao động có năng lực, phẩm chất tốt, đặc biệt là lao động trong lĩnh vực STEM nhằm đáp ứng mục tiêu xây dựng và phát triển đất nước.
2.1.2. Tiêu chí xây dựng chủ đề giáo dục STEM 
Chủ đề STEM hướng tới giải quyết các vấn đề trong thực tiễn
Vận dụng kiến thức STEM để giải quyết các vấn đề thực tiễn chính là mục tiêu của dạy học theo quan điểm giáo dục STEM. Do vậy, chủ đề STEM không phải là để giải quyết các vấn đề mang tính tưởng tượng và xa rời thực tế mà nó luôn hướng đến giải quyết các vấn đề các tình huống trong xã hội, kinh tế, môi trường trong cộng đồng địa phương của họ cũng như toàn cầu.
Chủ đề STEM phải hướng tới việc học sinh vận dụng các kiến thức trong lĩnh vực STEM để giải quyết vấn đề
 Gồm 5 hoạt động chính: 
HĐ1: Xác định vấn (yêu cầu về thiết kế, chế tạo)
HĐ2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp thiết kế.
HĐ3: Trình bày và thảo luận về phương án thiết kế.
HĐ4: Chế tạo mô hình, sản phẩm theo phương án thiết kế.
HĐ5: Trình bày và thảo luận về sản phẩm được chế tạo, điều chỉnh thiết kế ban đầu.
Tiêu chí này nhằm đảm bảo theo đúng tinh thần giáo dục STEM, qua đó mới phát triển được những năng lực chuyên môn liên quan.
Chủ đề STEM định hướng thực hành
Định hướng hành động là một tiêu chí của quan điểm giáo dục STEM nhằm hình thành và phát triển năng lực kết hợp lý thuyết và thực hành cho học sinh. Điều này sẽ giúp học sinh có được kiến thức từ kinh nghiệm thực hành chứ không phải chỉ từ lý thuyết. Bằng cách xây dựng các bài giảng theo chủ đề và dựa trên thực hành, học sinh sẽ hiểu sâu về lý thuyết, nguyên lý thông qua các hoạt động thực tế. 
Hình thức tổ chức bài học STEM lôi cuốn học sinh vào hoạt động nhóm kiến tạo.
Trên thực tế có những chủ đề STEM vẫn có thể triển khai cá nhân. Tuy nhiên, làm việc theo nhóm là hình thức làm việc phù hợp trong việc giải quyết các nhiệm vụ phức hợp gắn với thực tiễn. Làm việc theo nhóm là một kỹ năng quan trọng trong thế kỉ 21, bên cạnh đó khi làm việc theo nhóm học sinh sẽ được đặt vào môi trường thúc đẩy các nhu cầu giao tiếp chia sẻ ý tưởng và cùng nhau phát triển giải pháp.
- Nội dung bài học STEM áp dụng chủ yếu từ nội dung khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán mà học sinh đã và đang học.
- Trong tiến trình bài học STEM một nhiệm vụ có thể có nhiều đáp án đúng và coi sự thất bại như là một phần cần thiết trong học tập để từ đó rút kinh nghiệm, học hỏi bạn bè và cùng tiến bộ
2.1.3. Quy trình xây dựng chủ đề giáo dục STEM .
Dựa trên mục tiêu giáo dục STEM và các tiêu chí của một chủ đề STEM, quy trình thiết kế chủ đề giáo dục STEM được thực hiện như sau:
Bước 1: Lựa chọn chủ đề bài học.
Căn cứ vào nội dung kiến thức trong chương trình môn học và các hiện tượng, quá trình gắn với kiến thức đó trong tự nhiên, quy trình hoặc thiết bị công nghệ có sử dụng kiến thức đó trong thực tiễn
Vấn đề thực tiễn: được hiểu là các tình huống xảy ra có vấn đề đối với học sinh, có tính chất kỹ thuật. Nó có thể là các ứng dụng trong cuộc sống hằng ngày, con người cần giải quyết một công việc nào đó, thôi thúc học sinh tìm hiểu và thực hiện để đáp ứng nhu cầu. Nó cũng có thể là yêu cầu của định hướng nghề nghiệp, đòi hỏi học sinh giải quyết nhằm trải nghiệm một số nhiệm vụ của nghề nghiệp nào đó trong thực tế.
Ý tưởng chủ đề STEM: là bài toán mở được hình thành có tính chất kỹ thuật nhằm giải quyết vấn đề thực tiễn mà học sinh gặp phải.
Bước 2: Xác định kiến thức STEM cần giải quyết: là các kiến thức trong chủ đề có liên quan đến Vật lý, Hóa học, Sinh học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học
Xác định mục tiêu chủ đề STEM: là các kiến thức, kỹ năng, thái độ học sinh sẽ đạt được sau khi thực hiện chủ đề. 
Bước 3: Xây dựng tiêu chí của thiết bị/ giải pháp giải quyết vấn đề.
- Những tiêu chí này là căn cứ quan trọng để đề ra giả thuyết khoa học của chủ đề, cũng như giải quyết chủ đề và thiết kế mẫu sản phẩm.
- Các tiêu chí cũng phải hướng tới việc định hướng quá trình học tập và vận dụng kiến thức nền của Học sinh chứ không nên chỉ tập trung đánh giá sản phẩm. 
Bước 4: Thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học.
Tiến trình tổ chức hoạt động dạy học được thiết kế theo các phương pháp và kĩ thuật dạy học tích cực với 5 hoạt động như đã trình bày.
3.Các hình thức tổ chức giáo dục STEM:
3.1 giáo dục STEM thông qua hoạt động ngoài giờ lên lớp:
- Hoạt động trải nghiệm.( Khám phá thế giới tự nhiên, khoa học trái đất, tìm hiểu Công nghệ, kĩ thuật...)
- Hoạt động nghiên cứu khoa học.
3.2 Hoạt động trải nghiệm STEM.
- HS khám phá các thí nghiệm, ứng dụng KH, KT trong thực tiễn. Qua đó nhận biết được ý nghĩa của khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học đối với đời sống con người.
- Sự hợp tác của trường học với các cơ sở dạy nghề, các trường ĐH, các trung tâm nghiên cứu...
- Các câu lạc bộ STEM.
3.3 HoẠT động nghiên cứu khoa học.
- Triển khai thông qua hoạt động nghiên cứu khoa học, tổ chức các cuộc thi STKHKT Với nhiều chủ đề khác nhau.
4. Phương pháp đánh giá trong giáo dục STEM:
Trong dạy học định hướng gd STEM đánh giá có vai trò hết sức quan trọng, là vấn đề cốt lõi, đảm bảo sự thành công cho một chương trình gd STEM.
4.1 Nguyên tắc đánh giá.
- Cần đảm bảo nguyên tắc kết hợp đánh giá của giáo viên với tự đánh giá ẫn nhau của học sinh.
- Đánh giá phải hướng tới sự phát triển phẩm chất, năng lực của người học.
- Đánh giá không chỉ chú ý đến thành tích, sản phẩm mà cần chú ý đến tính phát triển, thay vì đánh giá khả năng tái hiện thì cần phải đánh giá năng lực, việc vận dụng kiến thức được học vào thực tiễn cuộc sống. Không so sánh học sinh này với học sinh khác, coi trọng sự động viên, khích lệ, khuyến khích sự hứng thú, tính tự giác tích cực; Không tạo áp lực cho học sinh.
4.2 Các yêu cầu đánh giá.
- Phải đánh giá cả quá trình học tập của học sinh.
-Nội dung đánh giá chú trọng về đánh giá phẩm chất năng lực .
- Đánh giá kết quả học tập cá nhân.
- Đánh giá kết quả học tập nhóm( chú trọng kĩ năng giao tiếp, kĩ năng hợp tác, kĩ năng làm việc nhóm).
4.3 Các mức độ có thể sử dụng đánh giá.
- Mức1: Mức sơ khai( HS thể hiện được kiến thức và kĩ năng sơ bộ liên quan đến nhiệm vụ học tập.)
-Mức 2: Mức hạn chế: ( HS thể hiện kiến thức và kĩ năng hạn chế liên quan đến nhiệm vụ học tập.)
-Mức 3: Mức đang hình thành: ( HS thể hiện mức độ đang hình thành đối với nội dung và các khái niệm liên quan đến nhiệm vụ học tập.)
- Mức 4: Mức đáng khen: HS thể hiện sự hiểu biết đầy đủ về nội dung và các khái niệm liên quan đến nhiệm vụ học tập
-Mức 5: Mức hoàn thành tốt: HS thể hiện mức độ thành thạo về nội dung và các khái niệm liên quan đến nhiệm vụ học tập.
-Mức 6 : Nêu gương(HS thể hiện mức độ thành thạo mới hoặc mức độ thành thạo cá nhân về nội dung và các khái niệm liên quan tới nhiệm vụ học tập.
 Người báo cáo
 Nguyễn Minh Tuấn