Luận án Tiến sĩ Khoa học Giáo dục: Phát triển năng lực dạy học STEM cho sinh viên sư phạm hoá học

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:324

Thêm vào BST

Báo xấu

38
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của Luận án nhằm xây dựng quy trình và một số biện pháp phát triển năng lực dạy học STEM cho Sinh viên Sư phạm Hóa học góp phần đổi mới phương pháp dạy học theo định hướng phát triển NL. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Khoa học Giáo dục: Phát triển năng lực dạy học STEM cho sinh viên sư phạm hoá học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI ---------------------- NGUYỄN THỊ THÙY TRANG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC DẠY HỌC STEM CHO SINH VIÊN SƯ PHẠM HÓA HỌC LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC HÀ NỘI - 2021
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI ---------------------- NGUYỄN THỊ THÙY TRANG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC DẠY HỌC STEM CHO SINH VIÊN SƯ PHẠM HOÁ HỌC Chuyên ngành: Lí luận và PPDH bộ môn hoá học Mã số: 9.14.01.11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. ĐẶNG THỊ OANH TS. PHẠM THỊ BÌNH HÀ NỘI - 2021
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Đặng Thị Oanh và TS Phạm Thị Bình, các kết quả của luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kì công trình nào khác. Tác giả Nguyễn Thị Thùy Trang
LỜI CẢM ƠN Trong quá trình hoàn thành luận án, tôi đã nhận được nhiều sự giúp đỡ từ các tập thể và cá nhân. Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Đặng Thị Oanh và TS. Phạm Thị Bình, những người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng Sau đại học, tập thể bộ môn Phương pháp giảng dạy hoá học – Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, Khoa Hoá học Trường Đại học Sư phạm – Đại học Huế đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận án này. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô giảng viên và sinh viên khoa Hoá học của các trường Đại học Sư phạm Hà Nội, Đại học Sư phạm Hà Nội 2, Đại học Sư phạm – Đại học Huế, Đại học Quy Nhơn, Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi tiến hành thực nghiệm luận án. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình đồng nghiệp, bạn bè đã động viên, khuyến khích và hỗ trợ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Hà Nội, tháng 4 năm 2021 Tác giả Nguyễn Thị Thùy Trang
MỤC LỤC MỞ ĐẦU................................................................................................................................... 1 1. Lí do chọn đề tài ......................................................................................................1 2. Mục đích nghiên cứu ...............................................................................................2 3. Khách thể nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu .....................................................2 4. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................................3 5. Giả thuyết khoa học ................................................................................................3 6. Nhiệm vụ nghiên cứu ..............................................................................................3 7. Phương pháp nghiên cứu .........................................................................................4 8. Đóng góp mới của luận án ......................................................................................4 9. Cấu trúc của luận án ................................................................................................5 CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC DẠY HỌC STEM CHO SINH VIÊN SƯ PHẠM HOÁ HỌC ............................. 6 1.1. Lịch sử nghiên cứu vấn đề về giáo dục STEM và việc phát triển năng lực dạy học STEM cho sinh viên sư phạm hoá học ......................................................................... 6 1.1.1. Trên thế giới ....................................................................................................6 1.1.2. Ở Việt Nam.............................................................................................................. 9 1.2. Dạy học ở đại học theo định hướng phát triển năng lực .........................................12 1.2.1. Một số lí thuyết học tập làm cơ sở cho dạy học phát triển năng lực ............13 1.2.2. Một số mô hình, phương pháp dạy học tích cực ở Đại học ..........................15 1.3. Giáo dục STEM ..............................................................................................................23 1.3.1. Khái niệm giáo dục STEM ...........................................................................23 1.3.2. Các mức độ tích hợp và mô hình giáo dục STEM ........................................24 1.3.3. Mục tiêu giáo dục STEM ..............................................................................28 1.3.4. Vai trò, ý nghĩa của giáo dục STEM ............................................................29 1.3.5. Phân loại STEM ............................................................................................31 1.3.6. Chu trình STEM ............................................................................................32 1.3.7. Các phương pháp dạy học, kĩ thuật dạy học tích cực sử dụng trong dạy học STEM ......................................................................................................................35 1.3.8. Đánh giá trong dạy học STEM .....................................................................40 1.4. Năng lực, năng lực dạy học, năng lực dạy học tích hợp, năng lực dạy học STEM ..... 40 1.4.1. Năng lực ........................................................................................................40 1.4.2. Năng lực dạy học ..........................................................................................41
1.4.3. Năng lực dạy học tích hợp ............................................................................42 1.4.4. Năng lực dạy học STEM ...............................................................................43 1.5. Thực trạng phát triển năng lực dạy học STEM cho sinh viên sư phạm hoá học ..........45 1.5.1. Mục đích khảo sát .........................................................................................45 1.5.2. Đối tượng và thời gian khảo sát ......................................................................45 1.5.3. Phương pháp, nội dung và công cụ điều tra.....................................................45 1.5.4. Kết quả khảo sát và phân tích .........................................................................46 Tiểu kết chương 1....................................................................................................................53 CHƯƠNG 2. PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC DẠY HỌC STEM CHO SINH VIÊN SƯ PHẠM HOÁ HỌC ................................................................................................................55 2.1. Phân tích chương trình, nội dung các học phần thuộc khối học vấn nghiệp vụ sư phạm ngành và thực hành sư phạm tại các trường Đại học ..........................................55 2.2. Khung năng lực dạy học STEM của sinh viên sư phạm hóa học...........................56 2.2.1. Khái niệm năng lực dạy học STEM ..............................................................56 2.2.2. Nguyên tắc xây dựng khung năng lực dạy học STEM cho sinh viên sư phạm hóa học.....................................................................................................................56 2.2.3. Quy trình xây dựng khung năng lực ................................................................57 2.2.4. Khung năng lực dạy học STEM của sinh viên sư phạm hóa học .................58 2.3. Thiết kế bộ công cụ đánh giá năng lực dạy học STEM cho sinh viên sư phạm hóa học ..........................................................................................................................59 2.3.1. Các mức độ biểu hiện năng lực dạy học STEM của sinh viên sư phạm hóa học...59 2.3.2. Bộ công cụ đánh giá năng lực dạy học STEM cho sinh viên sư phạm hóa học ...........................................................................................................................63 2.4. Xây dựng tài liệu hỗ trợ sinh viên sư phạm về dạy học STEM trong môn Hóa học .................................................................................................................................73 2.4.1. Nguyên tắc xây dựng tài liệu hỗ trợ sinh viên sư phạm về dạy học STEM .73 2.4.2. Quy trình xây dựng tài liệu ...........................................................................74 2.4.3. Giới thiệu nội dung “Tài liệu hỗ trợ sinh viên sư phạm về dạy học STEM trong môn Hóa học” ................................................................................................75 2.4.4. Sử dụng tài liệu hỗ trợ sinh viên sư phạm về dạy học STEM trong môn Hóa học ...........................................................................................................................94 2.5. Quy trình phát triển năng lực dạy học STEM cho sinh viên sư phạm hóa học ..95 2.6. Một số biện pháp phát triển năng lực dạy học STEM cho sinh viên sư phạm hóa học ..........................................................................................................................96
2.6.1. Biện pháp 1. Vận dụng mô hình Blended Learning trong dạy học để phát triển năng lực dạy học STEM cho SVSPHH ...........................................................97 2.6.2. Biện pháp 2. Vận dụng PPDH vi mô trong dạy học để phát triển năng lực dạy học STEM cho SVSPHH .......................................................................................113 Tiểu kết chương 2..................................................................................................................124 CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ...................................................................126 3.1. Mục đích và nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm .........................................................126 3.1.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm ..................................................................126 3.1.2. Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm .................................................................126 3.2. Nội dung, phương pháp, địa bàn, đối tượng và thu thập xử lí số liệu thực nghiệm sư phạm .........................................................................................................126 3.2.1. Nội dung TNSP ...........................................................................................126 3.2.2. Phương pháp TNSP ....................................................................................128 3.2.3. Địa bàn thực nghiệm ...................................................................................129 3.2.4. Đối tượng TNSP .........................................................................................129 3.2.5. Thu thập dữ liệu thực nghiệm sư phạm ......................................................129 3.3. Tiến trình thực nghiệm ......................................................................................130 3.3.1. Thực nghiệm thăm dò .................................................................................130 3.3.2. Thực nghiệm đánh giá ................................................................................134 3.4. Kết quả thực nghiệm và bàn luận .............................................................................136 3.4.1. Kết quả đánh giá định lượng .......................................................................136 3.4.2. Kết quả đánh giá định tính ............................................................................154 Tiểu kết chương 3..................................................................................................................157 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ...................................................................................158 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ĐÃ CÔNG BỐ ............................................................................................................................160 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................162 PHỤ LỤC…………………………………………………………………………………...169
i DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Khung NL sư phạm của GV dạy học STEM tại Hàn Quốc .....................43 Bảng 1.2. Khung NLDH theo định hướng STEM của SVSPHH .............................44 Bảng 1.3. Địa bàn và số lượng điều tra GgV và SV .................................................45 Bảng 1.4. Ý kiến của SV về một số vấn đề lí luận dạy học STEM ..........................51 Bảng 1.5. Các PPDH, KTDH SV sử dụng trong dạy học hóa học ở một số học LL&PPDHHH ...........................................................................................52 Bảng 1.6. Ý kiến của SV về các khó khăn khi thực hiện dạy học STEM.................53 Bảng 2.1. Khung NLDH STEM của SVSPHH .........................................................58 Bảng 2.2. Bảng mô tả chi tiết các mức độ biểu hiện của NLDH STEM của SVSPHH ....................................................................................................59 Bảng 2.3. Mẫu phiếu GgV đánh giá NLDH STEM ....................................................64 Bảng 2.4. Mẫu phiếu SV tự đánh giá NLDH STEM ................................................67 Bảng 2.5. Mối liên hệ giữa tài liệu hỗ trợ với việc phát triển NLDH STEM theo các tiêu chí cho SVSPHH ................................................................................94 Bảng 2.6. Quy trình phát triển NLDH STEM cho SVSPHH....................................95 Bảng 2.7. Danh sách tên các chủ đề STEM trong dạy học môn Hóa học ..............109 Bảng 3.1. Nội dung đánh giá ...................................................................................126 Bảng 3.2. Thông tin thực nghiệm thăm dò..............................................................130 Bảng 3.3. Thông tin thực nghiệm đánh giá quy trình 3 giai đoạn trong 2 biện pháp – vòng 1, vòng 2 .........................................................................................135 Bảng 3.4. Điểm bài kiểm tra nhận thức của SV qua 2 vòng TNSP ........................136 Bảng 3.5. Phân loại kết quả học tập của SV qua điểm bài kiểm tra .......................136 Bảng 3.6. Tổng hợp điểm TB NLDH STEM từng tiêu chí của SVSPHH các lớp TN qua 3 KHDH - vòng 1, vòng 2 ................................................................139 Bảng 3.7. Tổng hợp điểm TB từng tiêu chí NLDH STEM và các tham số đặc trưng qua 3 thời điểm trong mỗi lớp TN, 2 biện pháp - vòng 1, vòng 2 ..........143 Bảng 3.8. Kết quả SV tự đánh giá NLDH STEM ...................................................152
ii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Mô hình học tập theo thuyết hành vi.........................................................13 Hình 1.2. Mô hình học tập theo thuyết nhận thức.....................................................14 Hình 1.3. Mô hình học tập theo thuyết kiến tạo ........................................................15 Hình 1.4. Mô hình Blended Learning .......................................................................16 Hình 1.5. Các mức độ tích hợp trong giáo dục STEM của Vasquez (2014) và mở rộng bởi Delaforce (2016) ........................................................................25 Hình 1.6. Các mô hình kết hợp các lĩnh vực S, T, E, M của Bybee ........................26 Hình 1.7. Các mô hình kết hợp các lĩnh vực S, T, E, M của Hobbs ........................26 Hình 1.8. Mô hình giáo dục STEM của Todd R. Kelley ..........................................27 Hình 1.9. Mối quan hệ giữa giáo dục STEM và nhu cầu của xã hội ........................28 Hình 1.10. Chu trình STEM và QTNCKH, QTTKKT .............................................32 Hình 1.11. Khung khái niệm học STEM thông qua QTTKKT của Bitara-STEM ........33 Hình 1.12. Quy trình thiết kế kĩ thuật .......................................................................34 Hình 1.13. Quy trình nghiên cứu khoa học ...............................................................35 Hình 1.14. Mô hình đơn giản về chu trình học dựa vào khám phá ...........................36 Hình 1.15. Mô hình học tập hiện đại dựa vào khám phá [ ........................................36 Hình 1.16. Ý kiến của GgV về vai trò phát triển NLDH STEM cho SV .................47 Hình 1.17. Tần suất GgV hướng dẫn SV về các vấn đề liên quan đến dạy học STEM...47 Hình thức và mức độ GgV tổ chức hướng dẫn SV về dạy học STEM: ....................47 Hình 1.18. Các hình thức GgV tổ chức phát triển NLDH STEM cho SV ................47 Hình 1.19. Mức độ GgV hướng dẫn SV về dạy học STEM .....................................48 Hình 1.20. Các kênh thông tin SV biết về giáo dục STEM ......................................49 Hình 1.21. Các hình thức GgV tổ chức cho SV thực hiện các vấn đề liên quan đến dạy học STEM ..........................................................................................49 Hình 2.1. Các học phần LL&PPDHHH tương ứng với các trường ĐHSP ................55 Hình 2.2. Sơ đồ quy trình xây dựng khung NLDH STEM của SVSPHH ................57 Hình 2.3. Một số video hướng dẫn SV tự học ..........................................................90 Hình 2.4. Giao diện 2 bài giảng E - learning ............................................................90
iii Hình 2.5. Giao diện trang chủ của web http://lophochoaonline.com/ ......................91 Hình 2.6. Cấu trúc của khóa học trực tuyến ..............................................................92 Hình 2.7. Trang giới thiệu blog hoá học ...................................................................93 Hình 2.8. Mối liên hệ giữa quy trình và các biện pháp phát triển NLDH STEM cho SVSPHH ...................................................................................................97 Hình 2.9. Tiến trình thực hiện phát triển NLDH STEM theo giai đoạn 1 ..............103 Hình 2.10. Tiến trình thực hiện phát triển NLDH STEM theo giai đoạn 2 ..............98 Hình 2.11. Tiến trình thực hiện phát triển NLDH STEM theo giai đoạn 3 ............114 Hình 2.12. Hoạt động báo cáo giải pháp của SV trường ĐHSP – ĐH Huế............115 Hình 2.13. SV đánh giá, nhận xét video dạy trích đoạn chủ đề STEM trên Padlet.com ..............................................................................................123 Hình 2.14. Trưng bày các loại sản phẩm hồ sơ học tập của SV trường ĐHSP – ĐH Huế .124 Hình 3.1. Biểu đồ phân loại kết quả học tập của SV qua bài kiểm tra nhận thức – vòng 1, vòng 2 ........................................................................................136 Hình 3.2. Biểu đồ điểm TB từng tiêu chí NLDH STEM của SVSPHH tại các lớp TN qua 3 thời điểm TTĐ-GTĐ-STĐ ở vòng 1, vòng 2 .........................149 Hình 3.3. Biểu đồ điểm TB NLDH STEM của SVSPHH tại các lớp TN qua 3 thời điểm TTĐ-GTĐ-STĐ ở vòng 1 ..............................................................149 Hình 3.4. Biểu đồ điểm TB NLDH STEM của SVSPHH tại các lớp TN qua 3 thời điểm TTĐ-GTĐ-STĐ ở vòng 2 ..............................................................150 Hình 3.5. Biểu đồ điểm TB từng tiêu chí và điểm TB NLDH STEM của SVSPHH tại 3 thời điểm TTĐ-GTĐ-STĐ ở vòng 1 ..............................................151 Hình 3.6. Biểu đồ điểm TB từng tiêu chí và điểm TB NLDH STEM của SVSPHH tại 3 thời điểm TTĐ-GTĐ-STĐ ở vòng 2 ..............................................151 Hình 3.7. HS trường THPT Thuận Hóa-Thành phố Huế thực hiện chủ đề STEM trong bài ancol ........................................................................................155 Hình 3.8. HS trường THPT Nguyễn Sinh Cung-Thừa Thiên Huế thực hiện chủ đề STEM pin từ củ quả trong bài sự điện li ................................................156 Hình 3.9. HS trường THPT tạo sản phẩm STEM ...................................................156
iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Chú thích BGD&ĐT Bộ Giáo dục và Đào tạo BTTH Bài tập tình huống CNTT, ICT Công nghệ thông tin, Công nghệ thông tin và truyền thông CT, CTGDPT Chương trình, Chương trình giáo dục phổ thông CSVC Cơ sở vật chất ĐH, ĐHSP Đại học, Đại học sư phạm GV, GgV Giáo viên, Giảng viên HĐTN Hoạt động trải nghiệm HS Học sinh KHDH Kế hoạch dạy học KHTN Khoa học tự nhiên KNDH Kỹ năng dạy học KTDH Kĩ thuật dạy học LL&PPDHHH Lí luận và PPDH Hoá học LMS Learning Management System (Hệ thống quản lý học trực tuyến) NL, NLDH Năng lực, Năng lực dạy học NXB Nhà xuất bản PP, PPDH Phương pháp, Phương pháp dạy học PTDH Phương tiện dạy học QTTKKT, QTNCKH Quy trình thiết kế kĩ thuật, quy trình nghiên cứu khoa học RLNVSP, Rèn luyện nghiệp vụ sư phạm, Rèn luyện nghiệp vụ sư RLNVSPTX, NVSP phạm thường xuyên, Nghiệp vụ sư phạm SD Độ lệch chuẩn SV, SVSP, SVSPHH Sinh viên, Sinh viên Sư phạm, Sinh viên Sư phạm Hóa học STT Số thự tự TB Trung bình THCS Trung học cơ sở THPT Trung học phổ thông TN, TNSP Thực nghiệm, Thực nghiệm sư phạm TP.HCM Thành phố Hồ Chí Minh TTĐ, GTĐ, STĐ Trước tác động, giữa tác động, sau tác động
1 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Trong kỉ nguyên của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, ngành nghề STEM (STEM là từ viết tắt cho Khoa học (S – Science), Công nghệ (T – Technology), Kĩ thuật (E – Engineering) và Toán học (M – Maths)) có độ tăng trưởng cao nhất và không ngừng phát triển dựa theo số liệu thống kê của Hoa kì [98]. Giáo dục STEM đóng một vai trò rất quan trọng trong việc tăng sự hứng thú, đam mê khoa học cho học sinh (HS) đối với nghề STEM và học STEM từ đó góp phần chuẩn bị nguồn nhân lực cho các quốc gia. Mặt khác, giáo dục STEM là một giải pháp nhằm đạt được các mục tiêu phát triển bền vững (Sustainable Development Goals) như giải quyết các vấn đề về nghèo đói, biến đổi khí hậu, thiếu lương thực,… để đảm bảo rằng tất cả các cá nhân được hưởng hòa bình, thịnh vượng và có cuộc sống tốt đẹp [120], [125]. Do đó, giáo dục STEM đang là xu hướng và đang được triển khai mạnh mẽ ở nhiều nước trên thế giới, đặc biệt là các nước công nghiệp phát triển như Mỹ, Phần Lan,… Việt Nam là quốc gia đang trong thời kì quá độ công nghiệp hoá, hiện đại hoá và hội nhập quốc tế, do vậy giáo dục Việt Nam cũng không nằm ngoài xu thế chung của thế giới, cụ thể là: Ngày 4/5/2017, Thủ tướng Chính phủ ban hành Chỉ thị số 16/CT-TTg [45] về việc tăng cường năng lực (NL) tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4, trong đó Bộ Giáo dục và Đào tạo (BGD&ĐT) có nhiệm vụ thúc đẩy giáo dục STEM trong Chương trình giáo dục phổ thông (CTGDPT); triển khai giáo dục STEM ở nhà trường phổ thông đã được thể hiện thông qua các định hướng trong CTGDPT 2018; gần đây nhất, phong trào dạy học STEM trong nhà trường trung học càng được lan tỏa hơn khi Chỉ thị 16 tiếp tục được tăng cường qua công văn số 3089/BGDĐT-GDTrH kí ngày 14/8/2020. Hoá học là ngành khoa học thuộc Science trong STEM. Thông qua dạy học STEM, HS được học và vận dụng kiến thức môn Hóa học có tích hợp với Toán học, Công nghệ, Kĩ thuật và các môn Khoa học khác để giải quyết các vấn đề trong thực tiễn, HS được trải nghiệm, tương tác với xã hội,... Từ đó kích thích sự hứng thú, tự tin, chủ động trong học tập của HS, hình thành và phát triển các NL chung và NL đặc thù, tạo ra sản phẩm giáo dục đáp ứng với nhu cầu nguồn nhân lực hiện đại.
2 Như vậy, việc dạy và học STEM trong nhà trường phổ thông là cần thiết. Để thực hiện thành công và đồng bộ giáo dục STEM, ngoài các yếu tố như CT và cán bộ quản lí, thì giáo viên (GV) là người có vai trò quyết định. GV cần có hiểu biết về giáo dục STEM, có khả năng thiết kế kế hoạch dạy học (KHDH), xây dựng nội dung và các học liệu cho việc dạy học STEM; truyền cảm hứng, hỗ trợ HS học tập, nghiên cứu, chế tạo và đôi khi là bạn cùng học, cùng chế tạo với HS.... Tuy nhiên, qua kết quả khảo sát thực tế cho thấy sinh viên sư phạm hóa học (SVSPHH) trên cả nước chưa có năng lực dạy học (NLDH) STEM, cụ thể là chưa có hiểu biết rõ ràng, chính xác về giáo dục STEM và việc dạy học STEM, chưa có NL thiết kế và tổ chức dạy học cũng như NL đánh giá trong dạy học STEM; trong CT của đại đa số trường đào tạo SVSPHH hiện nay chưa có học phần riêng về giáo dục STEM hoặc trong các học phần hiện hành chưa có nội dung nào liên quan đến giáo dục STEM, một số ít trường chỉ có một phần nhỏ nội dung này trong học phần phương pháp dạy học (PPDH). Thực tế này cho thấy cần thiết bồi dưỡng, trang bị nền tảng tri thức về dạy học STEM, kĩ năng thiết kế, tổ chức thực hiện và đánh giá trong dạy học STEM để SVSPHH đón đầu thực hiện tốt CTGDPT mới. Đến nay đã có nhiều công trình nghiên cứu về giáo dục STEM, đào tạo GV dạy các môn STEM trên thế giới cũng như nghiên cứu vận dụng giáo dục STEM vào trong bối cảnh của Việt Nam. Tuy nhiên, chúng tôi chưa tìm thấy tài liệu nào đề cập một cách chi tiết, nghiên cứu đến vấn đề phát triển NLDH STEM cho SVSPHH ở Việt Nam. Từ vai trò của giáo dục STEM và sự cần thiết trong việc đào tạo GV phù hợp với công cuộc đổi mới giáo dục đáp ứng xu thế phát triển của xã hội, chúng tôi đã lựa chọn đề tài nghiên cứu: “Phát triển năng lực dạy học STEM cho sinh viên sư phạm hoá học”. 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu xây dựng quy trình và một số biện pháp phát triển NLDH STEM cho SVSPHH góp phần đổi mới PPDH theo định hướng phát triển NL. 3. Khách thể nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu 3.1. Khách thể nghiên cứu Quá trình đào tạo SVSPHH. 3.2. Đối tượng nghiên cứu NLDH STEM và các biện pháp phát triển NL này trong quá trình đào tạo SVSPHH tại các trường ĐH.
3 4. Phạm vi nghiên cứu 4.1. Về nội dung Phát triển NLDH STEM cho SVSPHH thông qua dạy học một số học phần thuộc chuyên ngành Lí luận và PPDH Hoá học (LL&PPDHHH) gồm Hoạt động trải nghiệm, PPDH Hóa học, thực hành dạy học tại trường sư phạm. 4.2. Về địa bàn Một số trường ĐH đại diện cho 3 miền Bắc, Trung, Nam là ĐHSP Hà Nội, ĐHSP Hà Nội 2, ĐHSP - ĐH Huế, ĐH Quy Nhơn, ĐHSP TP.HCM. 5. Giả thuyết khoa học Nếu vận dụng mô hình Blended Learning kết hợp với việc sử dụng tài liệu hỗ trợ SVSP về dạy học STEM trong môn Hóa học và PPDH vi mô một cách hợp lí, phù hợp với đối tượng SV trong dạy học một số học phần thuộc chuyên ngành LL&PPDHHH thì sẽ phát triển được NLDH STEM cho SVSPHH góp phần đổi mới PPDH ở các trường ĐH. 6. Nhiệm vụ nghiên cứu 6.1. Nghiên cứu cơ sở lí luận và thực tiễn - Nghiên cứu cơ sở lí luận về: Các lí thuyết, mô hình và PPDH theo hướng phát triển NL ở ĐH; giáo dục STEM, NL, NLDH, NLDH tích hợp, NLDH STEM. - Điều tra thực trạng của việc phát triển NLDH STEM cho SVSPHH ở một số trường ĐHSP. 6.2. Nghiên cứu và đề xuất khái niệm NLDH STEM, khung NLDH STEM, công cụ đánh giá NLDH STEM của SVSPHH. 6.3. Xây dựng tài liệu hỗ trợ SVSP về dạy học STEM trong môn Hóa học. 6.4. Xây dựng quy trình và các biện pháp (vận dụng mô hình Blended Learning và PPDH vi mô) phát triển NLDH STEM cho SVSPHH trong một số học phần thuộc chuyên ngành LL&PPDHHH. 6.5. Thiết kế KHDH trong dạy học một số học phần thuộc chuyên ngành LL&PPDHHH nhằm phát triển NLDH STEM cho SVSPHH.
4 6.6. Tiến hành thực nghiệm sư phạm (TNSP) để kiểm nghiệm, rút ra kết luận về tính khả thi và hiệu quả của những biện pháp đã đề xuất trong luận án. 7. Phương pháp nghiên cứu Sử dụng phối hợp các phương pháp (PP) nghiên cứu trong các nhóm PP sau: 7.1. Nhóm các PP nghiên cứu lí thuyết: - Sử dụng PP phân tích, tổng hợp, phân loại, hệ thống hóa,... trong nghiên cứu tài liệu lí luận có liên quan và đề xuất các biện pháp. 7.2. Nhóm các PP nghiên cứu thực tiễn: - Sử dụng PP điều tra để khảo sát thực trạng việc phát triển NLDH STEM cho SVSPHH tại một số trường ĐH. - Sử dụng PP chuyên gia để trao đổi, xin ý kiến về khái niệm NLDH STEM, khung NLDH STEM của SVSPHH; đánh giá sự phù hợp, giá trị của tài liệu hỗ trợ SVSP về dạy học STEM trong môn Hóa học. - Sử dụng PP TNSP để kiểm nghiệm tính khả thi, hiệu quả của quy trình, biện pháp phát triển NLDH STEM cho SVSPHH đã đề xuất trong luận án. 7.3. PP thống kê toán học: - Sử dụng PP thống kê toán học để xử lí, phân tích kết quả TNSP nhằm khẳng định tính hiệu quả, khả thi của quy trình và các biện pháp đề xuất với việc phát triển NLDH STEM cho SVSPHH. 8. Đóng góp mới của luận án (1) Hệ thống hoá và làm rõ cơ sở lí luận về dạy học STEM, NLDH, NLDH tích hợp và NLDH STEM. (2) Thiết kế được công cụ điều tra và đánh giá thực trạng việc phát triển NLDH STEM của SVSPHH. (3) Đề xuất được khái niệm NLDH STEM, xây dựng được khung NLDH STEM và bộ công cụ đánh giá NLDH STEM của SVSPHH. (4) Xây dựng được tài liệu hỗ trợ SVSP về dạy học STEM trong môn Hóa học.
5 (5) Đề xuất quy trình và hai biện pháp phát triển NLDH STEM cho SVSPHH thông qua một số học phần thuộc chuyên ngành LL&PPDHHH. Cụ thể: - Quy trình gồm 3 giai đoạn, mỗi giai đoạn tập trung phát triển một số NL thành phần của NLDH STEM ứng với các biện pháp phù hợp. - Biện pháp 1. Vận dụng mô hình Blended Learning để phát triển NLDH STEM cho SVSPHH. - Biện pháp 2. Vận dụng PPDH vi mô để phát triển NLDH STEM cho SVSPHH. 9. Cấu trúc của luận án Ngoài các phần mở đầu (5 trang), kết luận và khuyến nghị (2 trang), tài liệu tham khảo (130 tài liệu) và phụ lục (142 trang), luận án gồm có 3 chương: Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn của việc phát triển năng lực dạy học STEM cho sinh viên sư phạm hoá học (48 trang). Chương 2: Phát triển năng lực dạy học STEM cho sinh viên sư phạm hoá học (70 trang). Chương 3: Thực nghiệm sư phạm (31 trang).
6 CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC DẠY HỌC STEM CHO SINH VIÊN SƯ PHẠM HOÁ HỌC 1.1. Lịch sử nghiên cứu vấn đề về giáo dục STEM và việc phát triển năng lực dạy học STEM cho sinh viên sư phạm hoá học 1.1.1. Trên thế giới Trên cơ sở nghiên cứu các tài liệu tham khảo về giáo dục STEM và việc phát triển NLDH STEM cho GV, SVSP, SVSPHH, chúng tôi tổng quan lịch sử nghiên cứu vấn đề trên thế giới như sau: Quỹ khoa học quốc gia Mỹ (1990) đã bắt đầu sử dụng từ “SMET” là từ viết tắt cho Khoa học, Toán học, Kĩ thuật, Công nghệ, sau này đổi thành STEM [109]. Tuy nhiên STEM không phải là cách tiếp cận mới đối với giáo dục mà đã bắt nguồn từ một phong trào giáo dục trong thời kì đỉnh cao của cuộc đua vũ trụ năm 1958. Các công trình của các tác giả Morrison, Amanda Roberts, David W. White, William E. Dugger, Ryan Brown,... đã nghiên cứu về lịch sử, quá trình phát triển, tầm quan trọng của giáo dục STEM [58], [104], [107]. Trong CT Trung học phổ thông (THPT) của Pháp, giáo dục STEM được dành thời lượng đáng kể [68]. Giáo dục STEM rất được quan tâm ở Anh với quan niệm là một cách tiếp cận (không phải là một môn học) [34]. Yeping Li (2020) đã tổng quan 798 bài báo từ năm 2000 – 2018 trong 36 tạp chí cho thấy nghiên cứu về giáo dục STEM đang ngày càng có tầm quan trọng trên phạm vi quốc tế [128]. Có nhiều công trình đã nghiên cứu về các PPDH, hình thức tổ chức trong giáo dục STEM. Ở Anh: giáo dục STEM được tổ chức qua các hình thức là dạy trong một môn học hoặc nhiều môn học; chủ đề STEM được tiếp cận theo góc độ kiến thức chuyên môn riêng và được thực hiện song song với CT học [99]. Các PPDH tích cực được sử dụng chủ yếu trong giáo dục STEM là dạy học dự án, dạy học giải quyết vấn đề, dạy học khám phá theo các nghiên cứu của Gardner [75], Hays Blaine Lantz [77], Karl A. Smith [87], Higgins [79], Yamin [126], Dedovets [129], Hoachlander [127], Knowles [91].
7 Một số công trình đã trình bày về cách thức thiết kế một chủ đề STEM như: Hice (2013) đã xây dựng vòng lặp thiết kế - đây là một hướng dẫn cho HS về thiết kế STEM, đã mô tả từng giai đoạn của vòng lặp thiết kế vào một số chủ đề STEM cụ thể [78]. Nadelson (2015) đã tổ chức cho HS xác định các vấn đề, mô hình hoá, tranh luận từ các bằng chứng thông qua quy trình thiết kế kĩ thuật (QTTKKT) để giải quyết các vấn đề thực tiễn trong môn Toán học [105]. Mary Margaret Capraro (2016) đã phát hành tài liệu gồm 18 KHDH chủ đề STEM [100]. Lyn D. English (2017) đã tổ chức cho HS lớp 6 vận dụng QTTKKT và kiến thức các môn học STEM để lập kế hoạch, phác thảo, sau đó xây dựng một tòa nhà chịu được động đất [97]. Afuwape (2017) đã sử dụng trò chơi mô phỏng (ô nhiễm nước, biểu tượng hoá học, phương trình và công thức), các câu đố trong dạy học khoa học có tích hợp công nghệ và toán học [66]. Khi bàn về vai trò của người GV dạy STEM, Khair bin Mohamad Yusof (2017), chủ biên CTGDPT Malaysia cho rằng: người GV có vai trò quan trọng trong việc tăng sự quan tâm và tự tin của HS đối với STEM [89]. Elizabeth A. Ring [71] và Karl A. Smith [87] đề cập đến các yếu tố như niềm tin, sự hiểu biết, sự khuyến khích HS tham gia học tập, sự tương tác với HS và tương tác với GV khác của GV dạy STEM ảnh hưởng rất lớn đến thành tích của HS. Nước Úc cũng nhấn mạnh đến vai trò của GV trong việc tiếp cận giáo dục STEM [54]. Để đánh giá sự hiểu biết của GV về STEM, Dawn Bell (2016) đã tổ chức cho GV ở nước Anh và xứ Wales trình bày về việc thiết kế và sự nhận thức công nghệ cũng như mối liên hệ của thiết kế và công nghệ trong giáo dục [53]. Çinar (2016) đã yêu cầu SVSP dạy các môn Khoa học trình bày về mối liên hệ giữa môn Khoa học với các môn học khác thuộc lĩnh vực STEM, đã đánh giá sự phát triển nhận thức của SVSP sau khi tham gia khóa học về giáo dục STEM [62]. Elizabeth A. Ring (2017) đã yêu cầu các GV trình bày khái niệm giáo dục STEM dưới dạng mô hình [71]. Jamal (2017) cũng yêu cầu GV dạy học môn Hóa học định nghĩa giáo dục STEM và thiết kế các chiến thuật dạy học STEM [82]. Một số công trình đã nghiên cứu việc đào tạo GV dạy học STEM. Cụ thể, Cavanagh (2008) trình bày rằng GV ở nước Mỹ thường xuyên được tham gia các
8 khoá bồi dưỡng nghiệp vụ về dạy học STEM, từ cơ bản đến chuyên sâu [61]. Tuy nhiên, Yanofsky (2011) thể hiện sự băn khoăn rằng dạy học STEM trong một số trường học vẫn chủ yếu là dạy khoa học và toán học mà ít hoặc không có sự chú ý đến công nghệ và kĩ thuật [127]. Basilone (2011) và DiFrancesca (2014) đã mô tả về một CT đào tạo GV tiểu học dạy học STEM lớp 5 có tích hợp môn Kĩ thuật một cách thích hợp [52], [65]. Để GV thực hiện thành công giáo dục STEM, Stohlmann (2012) đề xuất rằng đầu tiên GV cần được trang bị về khái niệm và các mô hình dạy học STEM [116]. Còn Roberts (2012) đề nghị rằng cần cung cấp lí thuyết tổng thể về giáo dục STEM, mô tả sự cần thiết của việc thực hiện giáo dục STEM và đưa ra những ví dụ thực tế về STEM cho GV [107]. Nadelson (2013), (2014) đã triển khai một CT hướng dẫn thực hiện dạy học STEM cho GV từ lớp 4 đến lớp 9 [94], [95]. Daugherty (2014) đã cung cấp nội dung tích hợp STEM cho các GV tiểu học, từ đó GV xây dựng và đã thực hiện được một hệ thống nhiều bài học STEM [64]. Afuwape (2017) đề xuất hướng nghiên cứu về việc phát triển tài liệu và đào tạo GV, lập KHDH, thực hiện dạy học STEM [66]. Một số công trình đã nghiên cứu về khung NL của GV dạy học STEM. Cụ thể là Ji Hyun Yu (2012) đã trình bày khung NL GV STEM trong dạy học môn Kĩ thuật lớp 6 gồm 7 NL thành phần đó là: kiến thức nền về kĩ thuật; kĩ năng kĩ thuật; kiến thức về môn Kĩ thuật; hiểu biết nội dung sư phạm kĩ thuật; thái độ đối với kĩ thuật; thái độ đối với dạy học kĩ thuật; và tích hợp kĩ thuật với môn học khác [83]. Suzanne M. Wilson (2016) đã xây dựng và sử dụng hai tiêu chí chất lượng cho GV dạy học STEM là có kiến thức nền về Khoa học và Toán học, có kiến thức về PP và nhu cầu học tập [123]. Miran Song (2017) đã đề xuất khung NL của GV dạy học STEM ở Hàn Quốc [114]. Một số nghiên cứu cũng chỉ ra các rào cản khi thực hiện giáo dục STEM, cụ thể là Huffman (2006) cho rằng GV thiếu thời gian trong việc hợp tác với các GV khác, lập kế hoạch, hướng dẫn HS thực hiện [81]; Ejiwale (2013) xác định rằng GV thiếu tự tin vào kiến thức liên môn của bản thân, thiếu được đầu tư phát triển chuyên môn, còn yếu trong sự truyền cảm hứng cho HS, thiếu cách kết nối với HS, hỗ trợ từ trường học và sự hợp tác với GV các lĩnh vực khác trong STEM [70]. Bên
9 cạnh đó, Shernoff (2017) xác định việc thiếu tài chính, thiếu nguồn lực, thiếu động lực của HS cũng là các khó khăn gây trở ngại cho việc dạy học STEM [112]. Nadelson, Seifert (2017) cho rằng các rào cản khi thực hiện dạy học STEM là cấu trúc chủ đề STEM rất khác với các môn học STEM khi được dạy độc lập, kiến thức STEM và tư duy chuyên môn của GV vẫn còn hạn chế [95]. Theo Mervis (2011), các GV cần được trang bị kiến thức sâu về STEM và NLDH STEM vững chắc [70]. Như vậy, qua việc tổng quan các tài liệu nghiên cứu về giáo dục STEM trên thế giới, cho thấy các vấn đề sau đã được quan tâm nghiên cứu, gồm: (1) Nghiên cứu xu hướng, tầm quan trọng của giáo dục STEM – Đây là cơ sở cho thấy sự cần thiết thực hiện dạy học STEM ở nhà trường phổ thông; (2) Nghiên cứu về lí thuyết giáo dục STEM, hình thức và PPDH tích cực chủ yếu trong dạy học STEM, xây dựng một số chủ đề STEM – Đây là cơ sở để chúng tôi tham khảo, vận dụng và xây dựng thành tài liệu hỗ trợ SVSPHH phát triển NLDH STEM phù hợp với bối cảnh của Việt Nam; (3) Nghiên cứu, chuẩn hóa công cụ điều tra và đánh giá nhận thức của GV về giáo dục STEM – Đây là cơ sở để chúng tôi kế thừa, bổ sung và chuẩn hóa lại công cụ điều tra thực tiễn phát triển NLDH STEM của SVSPHH phù hợp với Việt Nam; (4) Nghiên cứu về các rào cản gây trở ngại trong quá trình thực hiện dạy học STEM – Đây là cơ sở để chúng tôi đề ra các giải pháp cải thiện và tăng cường trong dạy học STEM cho SVSPHH; (5) Nghiên cứu về khung NL của GV dạy học STEM - Các khung NL này không chỉ tập trung vào NLDH, vẫn còn mang tính cục bộ địa phương, có nhiều vấn đề chưa phù hợp với thực tiễn của Việt Nam. Tuy nhiên, đây là căn cứ quan trọng trong việc xác định khung NLDH STEM cho SVSPHH. 1.1.2. Ở Việt Nam Trong những năm gần đây, giáo dục STEM đã xuất hiện ở Việt Nam và ngày càng được quan tâm phát triển. Bắt đầu là từ các cuộc thi Robot dành cho HS phổ thông do các công ty công nghệ tại Việt Nam triển khai. Tiếp đó là những hội thảo chính thức tập trung vào các môn học mới như robot, khoa học dữ liệu theo định hướng giáo dục STEM do công ty DTT Eduspec tổ chức. Từ đó giáo dục STEM có