Luận án Tiến sĩ Lý luận và phương pháp dạy học: Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại thành phố Hà Nội

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:178

Thêm vào BST

Báo xấu

14
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Lý luận và phương pháp dạy học "Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại thành phố Hà Nội" trình bày các nội dung chính sau: Tổng quan về hiệu ứng của giáo dục STEM đến các kết quả học tập của học sinh phổ thông; Hiệu ứng của dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mô hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin đến các kết quả học tập của học sinh THCS.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Lý luận và phương pháp dạy học: Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại thành phố Hà Nội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LÊ HỒNG CHUNG HIỆU ỨNG CỦA GIÁO DỤC STEM ĐẾN KẾT QUẢ HỌC TẬP CỦA HỌC SINH TRUNG HỌC TẠI THÀNH PHỐ HÀ NỘI LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC Hà Nội – 2023
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LÊ HỒNG CHUNG HIỆU ỨNG CỦA GIÁO DỤC STEM ĐẾN KẾT QUẢ HỌC TẬP CỦA HỌC SINH TRUNG HỌC TẠI THÀNH PHỐ HÀ NỘI Ngành: Lý luận và Phương pháp dạy học Mã số: 9140110 LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS. Nguyễn Văn Hạnh Hà Nội – 2023
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Nguyễn Văn Hạnh và sự tham gia đóng góp ý kiến của một số cộng sự khác trong nhóm nghiên cứu. Số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa từng được sử dụng hoặc công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hà Nội, ngày tháng 10 năm 2023 Tác giả luận án Lê Hồng Chung i
LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Nguyễn Văn Hạnh - Người Thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo để tôi có thể hoàn thành luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Đào tạo, tập thể Bộ môn Khoa học và Công nghệ Giáo dục - Viện Sư phạm Kỹ thuật của Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo, tập thể Sở Giáo dục và Đào tạo Hà Nội đã luôn động viên, hỗ trợ để tôi hoàn thành nhiệm vụ được giao. Tôi xin trân trọng cảm ơn các chuyên gia đã dành thời gian đọc và góp ý luận án cho tôi. Xin được gửi lời cảm ơn tới gia đình – người thân, vợ và các con luôn bên cạnh, thông cảm và ủng hộ tôi bằng tình yêu thương vô điều kiện. Hà Nội, ngày tháng 10 năm 2023 Tác giả luận án Lê Hồng Chung ii
MỤC LỤC MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ......................................................................... 1 1.1. Cơ sở pháp lý ..................................................................................... 1 1.2. Cơ sở lý luận ...................................................................................... 2 1.3. Cơ sở thực tiễn ................................................................................... 4 2. Mục đích nghiên cứu ............................................................................... 5 3. Khách thể và đối tượng nghiên cứu ...................................................... 5 3.1. Khách thể nghiên cứu......................................................................... 5 3.2. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................ 5 3.3. Giới hạn và phạm vi nghiên cứu ........................................................ 5 4. Giả thuyết khoa học ................................................................................ 6 5. Nhiệm vụ nghiên cứu .............................................................................. 6 6. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu .......................................... 6 6.1. Cách tiếp cận ...................................................................................... 6 6.2. Các phương pháp nghiên cứu ............................................................ 7 7. Những luận điểm cần bảo vệ trong luận án .......................................... 8 8. Đóng góp mới của luận án ...................................................................... 9 9. Cấu trúc của luận án ............................................................................... 9 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HIỆU ỨNG CỦA GIÁO DỤC STEM ĐẾN CÁC KẾT QUẢ HỌC TẬP CỦA HỌC SINH PHỔ THÔNG ........ 10 1.1. Giới thiệu về vấn đề tổng quan ......................................................... 10 1.2. Khung lý thuyết về hiệu ứng của giáo dục STEM đến các kết quả học tập của học sinh .................................................................................. 11 1.2.1. Lý do giáo dục STEM lại quan trọng cho học sinh ...................... 11 1.2.2. Khái niệm STEM và giáo dục STEM ........................................... 13 1.2.3. Các cách tích hợp của giáo dục STEM ......................................... 19 1.2.4. Các kết quả học tập chính của học sinh trong giáo dục STEM............ 22 1.2.5. Khái niệm về hiệu ứng của giáo dục STEM đến các kết quả học tập của học sinh ............................................................................................. 25 1.2.6. Các câu hỏi nghiên cứu tổng quan ................................................ 25 iii
1.3. Phương pháp tổng hợp dữ liệu về hiệu ứng của giáo dục STEM đến các kết quả học tập của học sinh phổ thông ........................................... 26 1.3.1. Nguồn thông tin và chiến lược tìm kiếm ...................................... 27 1.3.2. Các giai đoạn của lựa chọn nghiên cứu ........................................ 28 1.3.3. Trích xuất và tổng hợp dữ liệu ...................................................... 31 1.4. Kết quả trích xuất và tổng hợp dữ liệu về hiệu ứng của giáo dục STEM đến các kết quả học tập của học sinh phổ thông ........................ 32 1.4.1. Trích xuất dữ liệu .......................................................................... 32 1.4.2. Tổng hợp các câu sinh thái về hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh phổ thông ........................................................ 38 1.5. Hiệu ứng của giáo dục STEM đến các kết quả học tập của học sinh phổ thông .................................................................................................... 43 1.5.1. Hiệu ứng của giáo dục STEM dựa vào đồng bộ đến các kết quả học tập của học sinh phổ thông ...................................................................... 43 1.5.2. Hiệu ứng của STEM dựa vào chủ đề đến các kết quả học tập của học sinh phổ thông .................................................................................. 45 1.5.3. Hiệu ứng của giáo dục STEM dựa vào dự án đến các kết quả học tập học học sinh phổ thông ..................................................................... 46 1.5.4. Hiệu ứng của giáo dục STEM dựa vào chương trình giảng dạy chéo đến các kết quả học tập của học sinh phổ thông........................................ 47 1.5.5. Hiệu ứng của giáo dục STEM dựa vào trường chuyên ngành đến các kết quả học tập của học sinh phổ thông ............................................ 48 1.5.6. Hiệu ứng của giáo dục STEM tập trung vào cộng đồng đến các kết quả học tập của học sinh phổ thông ........................................................ 48 1.6. Tình hình cập nhật nghiên cứu về hiệu ứng của giáo dục STEM đến các kết quả học tập của học sinh phổ thông tại Việt Nam .................... 49 1.7. Kết luận chương 1 .............................................................................. 56 CHƯƠNG 2: HIỆU ỨNG CỦA DẠY HỌC MÔN KHOA HỌC TỰ NHIÊN THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM DỰA VÀO MÔ HÌNH 5E KẾT HỢP VỚI LẬP LUẬN TOULMIN ĐẾN CÁC KẾT QUẢ HỌC TẬP CỦA HỌC SINH THCS ...................................................................... 58 2.1. Đề xuất ý tưởng mới trong dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM cho học sinh THCS ................................... 58 2.2. Khung khái niệm liên quan ............................................................... 59 iv
2.2.1. Giáo dục STEM dựa vào mô hình 5E (5E-based STEM education) ................................................................................................................. 59 2.2.2. Giáo dục STEM dựa vào lập luận Toulmin (Toulmin's argumentation-based STEM education) ................................................. 61 2.2.3. Dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mô hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin ................................ 62 2.3. Tại sao nên dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mô hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin............ 63 2.4. Khung lý thuyết về hiệu ứng của dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mô hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin đến các kết quả học tập của học sinh .............................. 65 2.4.1. Hiệu ứng của dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mô hình 5E đến các kết quả học tập của học sinh ................................................................................................................. 65 2.4.2. Tiến trình dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mô hình 5E .............................................................. 67 2.4.3. Hiệu ứng của dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào lập luận Toulmin đến các kết quả học tập của học sinh .......................................................................................................... 70 2.4.4. Tích hợp các môn học STEM vào mô hình lập luận Toulmin ..... 71 2.4.5. Luận giải cho việc dạy học môn Khoa học tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mô hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin ...... 73 2.5. Tiến trình thiết kế dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mô hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin cho học sinh THCS ........................................................................................... 76 2.5.1. Các nguyên tắc trong dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mô hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin ................................................................................................................. 76 2.5.2. Yêu cầu về cơ sở vật chất trong dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mô hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin ................................................................................................... 79 2.5.3. Tiến trình thiết kế dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mô hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin ...... 81 2.6. Bối cảnh thực tiễn cho phép thực hiện dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM cho sinh THCS tại Thành phố Hà Nội ................................................................................................. 86 2.6.1. Từ góc độ chính sách thúc đẩy giáo dục STEM ........................... 86 v
2.6.2. Từ góc độ chương trình môn Khoa học Tự nhiên ........................ 89 2.7. Kết luận chương 2 .............................................................................. 91 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM .............................................. 93 3.1. Mục đích, câu hỏi và giả thuyết nghiên cứu của thực nghiệm....... 93 3.1.1. Mục đích thực nghiệm .................................................................. 93 3.1.2. Các câu hỏi và giả quyết nghiên cứu của thực nghiệm................. 93 3.2. Thiết kế phương pháp thực nghiệm ................................................. 95 3.2.1. Lựa chọn phương pháp thực nghiệm ............................................ 95 3.2.2. Thiết kế bài học thực nghiệm: bài học “Tách chất ra khỏi hỗn hợp” trong môn Khoa học Tự nhiên lớp 6 ....................................................... 96 3.2.3. Học sinh tham gia thực nghiệm .................................................. 107 3.2.4. Cách tiến hành và thủ tục thực nghiệm ....................................... 108 3.2.5. Công cụ thu thập dữ liệu ............................................................. 110 3.2.6. Kỹ thuật phân tích thống kê ........................................................ 116 3.3. Kết quả thực nghiệm ........................................................................ 117 3.3.1. Trả lời Câu hỏi 1: Thành tích học tập của học sinh khác nhau như thế nào giữa dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM, 5E-STEM và phương pháp giáo khoa thông thường? ... 117 3.3.2. Trả lời Câu hỏi 2: Động lực học tập của học sinh khác nhau như thế nào giữa dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A- 5E-STEM, 5E-STEM và phương pháp giáo khoa thông thường? ........ 119 3.3.3. Trả lời Câu hỏi 3: Sự quan tâm học tập của học sinh khác nhau như thế nào giữa dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM, 5E-STEM và phương pháp giáo khoa thông thường? ... 122 3.3.4. Trả lời Câu hỏi 4: Các kỹ năng tư duy bậc cao của học sinh khác nhau như thế nào giữa dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM, 5E-STEM và phương pháp giáo khoa thông thường? .................................................................................................. 125 3.4. Thảo luận kết quả thực nghiệm ...................................................... 128 3.4.1. Thảo luận về Câu hỏi 1: Thành tích học tập của học sinh khác nhau như thế nào giữa dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM, 5E-STEM và phương pháp giáo khoa thông thường? ............................................................................................................... 129 3.4.2. Thảo luận về Câu hỏi 2: Động lực học tập của học sinh khác nhau như thế nào giữa dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo vi
dục A-5E-STEM, 5E-STEM và phương pháp giáo khoa thông thường? ............................................................................................................... 130 3.4.3. Thảo luận về Câu hỏi 3: Sự quan tâm học tập của học sinh khác nhau như thế nào giữa dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM, 5E-STEM và phương pháp giáo khoa thông thường? .................................................................................................. 131 3.4.4. Thảo luận về Câu hỏi 4: Các kỹ năng tư duy bậc cao của học sinh khác nhau như thế nào giữa dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM, 5E-STEM và phương pháp giáo khoa thông thường? .................................................................................................. 132 3.5. Kết luận chương 3 ............................................................................ 133 3.5.1. Kết luận thực nghiệm .................................................................. 133 3.5.2. Ý nghĩa thực tiễn cho dạy học môn Khoa học Tự nhiên ............ 134 3.5.3. Hạn chế của nghiên cứu thực nghiệm và khuyến nghị các nghiên cứu tiếp theo .......................................................................................... 134 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ............................................................. 136 1. Kết luận ................................................................................................ 136 2. Khuyến nghị ......................................................................................... 138 2.1. Đối với Sở Giáo dục và Đào tạo .................................................... 138 2.2. Đối với trường trung học cơ sở ...................................................... 138 3.3. Đối với giáo viên bộ môn Khoa học Tự nhiên .............................. 138 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ... 139 TÀI LIỆU KHẢM KHẢO .......................................................................... 140 Phụ lục 1: Phiên bản tiếng Anh tóm tắt về “trích xuất dữ liệu của các câu sinh thái” trong Bảng 1.3 ..................................................................... 1 Phụ lục 2: Giáo án lớp đối chứng .............................................................. 6 Phụ lục 3: Thang đo thành tích học tập .................................................. 12 Phụ lục 4: Thang đo động lực học tập..................................................... 13 Phụ lục 5: Thang đo sự quan tâm học tập .............................................. 14 Phụ lục 6: Thang đo các kỹ năng tư duy bậc cao................................... 15 Phụ lục 7: Bài kiểm tra trước thực nghiệm ............................................ 16 vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ, SƠ ĐỒ Hình 1.1. Quá trình lựa chọn tài liệu .................................................................... 27 Hình 1.2. Phân loại các nghiên cứu theo cách tiếp tích hợp STEM ................... 37 Hình 2.1. Mô tả tiến trình bài học STEM dựa vào mô hình 5E ......................... 68 Hình 2.2. Mô hình lập luận Toulmin trong giáo dục STEM [62] ...................... 71 Hình 2.3. Sự kết hợp giữa mô hình giảng dạy 5E và lập luận Toulmin trong bài học STEM .............................................................................................. 74 Hình 2.4. Phòng học STEM trong nội dung hóa học tại Trường THCS Lê Ngọc Hân, Quận Hai Bà Trưng, Thành phố Hà Nội ..................................... 79 Hình 2.5. Tiến trình thiết kế dạy học môn Khoa học tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM............................................................................ 82 Hình 3.1: Một số hình ảnh thực nghiệm ............................................................ 110 viii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Các từ khóa và chiến lược tìm kiếm thông tin................................ 28 Bảng 1.2. Phiếu đánh giá chất lượng các nghiên cứu của Margot và Kettler (2019) ([59], tr. 6/16) .......................................................................... 30 Bảng 1.3. Ma trận trích xuất dữ liệu của các câu sinh thái ............................. 32 Bảng 1.4. Tổng hợp các câu sinh thái ............................................................. 39 Bảng 1.5. Các tài liệu tiếng Việt về hiệu ứng của STEM đến kết quả học tập của học sinh phổ thông ....................................................................... 52 Bảng 3.1. Mục tiêu và tóm tắt nội dung bài học “Tách chất ra khỏi hỗn hợp” trong môn Khoa học tự nhiên lớp 6 .................................................... 97 Bảng 3.2. Biên soạn nội dung bài học STEM cho bài học “Tách chất ra khỏi hỗn hợp” môn Khoa học Tự nhiên lớp 6 .......................................... 101 Bảng 3.3. Giáo án cho bài học STEM “Tách hỗn hợp muối và cát: Em có thể làm điều đó không?” ......................................................................... 106 Bảng 3.4: Các kết quả ANOVA cho điểm số trước thực nghiệm ................. 108 Bảng 3.5. Độ tin cậy của thang đo động lực học tập .................................... 112 Bảng 3.6. Độ tin cậy của thang đo sự quan tâm học tập ............................... 114 Bảng 3.7. Độ tin cậy của thang đo các kỹ năng tư duy bậc cao ................... 115 Bảng 3.8: Các kết quả ANOVA cho thành tích học tập ............................... 117 Bảng 3.9: Các kết quả ANOVA Post-Hoc cho thành tích học tập ............... 118 Bảng 3.10: Các kết quả ANOVA cho động lực học tập ............................... 119 Bảng 3.11: Các kết quả ANOVA Post-Hoc cho động lực học tập ............... 120 Bảng 3.12: Các kết quả ANOVA cho sự quan tâm học tập .......................... 123 Bảng 3.13: Các kết quả ANOVA Post-Hoc cho sự quan tâm học tập .......... 124 Bảng 3.14: Các kết quả ANOVA cho các kỹ năng tư duy bậc cao .............. 126 Bảng 3.15: Các kết quả ANOVA Post-Hoc cho các kỹ năng tư duy bậc cao ........................................................................................................... 127 ix
DANH MỤC VIẾT TẮT STEM: Science, Technology, Engineering và Mathematics SPSS: Phần mềm phân tích thống kê THCS: Trung học cơ sở THPT: Trung học phổ thông 5E-STEM: 5E-based STEM A-5E-STEM: Argumentation-Supported 5E-STEM Học sinh K-12: Học sinh phổ thông (từ giáo dục tiểu học đến THPT) x
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Một nền kinh tế phát triển thịnh vượng trong thế kỉ 21 sẽ dựa trên nền tảng của Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán (dẫn theo [1]). Giáo dục STEM (STEM – một thuật ngữ viết tắt về Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật) và Mathematics (Toán học)) được ra đời với mục tiêu cải thiện cách học sinh hiểu biết và ứng dụng khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán bằng việc tích hợp liên ngành và kết nối lớp học với thế giới xung quanh. Do đó, giáo dục STEM có thể mang đến lợi ích giúp trẻ được trang bị một nền tảng vững chắc cho sự thành công trong thời đại thông tin, các lĩnh vực học tập sau phổ thông và môi trường làm việc về STEM trong tương lai. Mặc dù các tư tưởng về giáo dục STEM đã xuất hiện từ rất sớm [2], nhưng sáng kiến giáo dục STEM chỉ được tuyên bố chính thức bởi Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ (NSF) năm 2001 với mục tiêu xác lập vững chắc vị thế của Hoa Kỳ - quốc gia đứng đầu thế giới về kinh tế, khoa học và công nghệ bằng việc cải thiện nguồn nhân lực [1]. Trong một môi trường cạnh tranh trên toàn cầu ngày càng tăng cao, các thế hệ trẻ cần được chuẩn bị đầy đủ nền tảng kiến thức và kỹ năng cần thiết để giúp họ thành công để trở thành lực lượng lao động chất lượng cao trong tương lai. Giáo dục STEM chính là một trong những phát kiến mang tính đột phá trong lĩnh vực giáo dục thế kỷ 21 để hoàn thành mục tiêu này. Ngày nay, giáo dục STEM trở thành một trong những chiến lược quan trọng khi giải quyết các chính sách giáo dục và thiết kế chương trình giáo dục phổ thông ở nhiều quốc gia trên thế giới. 1.1. Cơ sở pháp lý Tại Việt Nam, Nghị Quyết số 29-NQ/TW, ngày 14/11/2013, Hội nghị Trung ương 8 khóa XI về “Đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo” đã đã đặt ra yêu cầu đối với giáo dục phổ thông là nâng cao chất lượng giáo 1
dục toàn diện, năng lực và kỹ năng thực hành, vận dụng kiến thức vào thực tiễn, phát triển khả năng sáng tạo và giúp người học có khả năng giải quyết các vấn đề trong cuộc sống [3]. Với tinh thần học thông qua thực “làm” và khả năng tích hợp các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học trong việc giải quyết vấn đề thực tế, giáo dục STEM đã trở thành một chủ trương lớn của ngành giáo dục nhằm góp phần hiện thực hóa quan điểm chỉ đạo của Nghị quyết 29. Thay vì dạy bốn lĩnh vực riêng biệt và rời rạc, giáo dục STEM tích hợp chúng vào một mô hình học tập gắn kết với nhau dựa trên các ứng dụng trong thế giới thực. Sự phân biệt giữa STEM với giáo dục truyền thống là ở chỗ nó tạo ra môi trường học tập tích hợp và cho học sinh thấy được các phương pháp khoa học và toán học có thể được áp dụng vào cuộc sống hàng ngày như thế nào. Từ đó, giáo dục STEM giúp học sinh phát triển các kiến thức của bốn lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán theo cách tiếp cận liên ngành và ứng dụng. Tháng 5 năm 2017, Thủ tướng Chính phủ kí Chỉ thị số 16/CT-TTg nêu rõ giải pháp: “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 cận các xu thế công nghệ sản xuất mới, trong đó cần tập trung vào thúc đẩy đào tạo về khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học (STEM) trong chương trình giáo dục phổ thông”. Trong Chương trình Giáo dục Phổ thông 2018, thuật ngữ “STEM” được lặp lại năm lần để nhấn mạnh việc thực hiện giáo dục STEM thông qua các môn Toán học, Khoa học tự nhiên, Công nghệ, Tin học. Do vậy, giáo dục STEM được thừa nhận như là một cơ sở quan trọng cho chính sách và thiết kế chương trình giáo dục trong giáo dục phổ thông. 1.2. Cơ sở lý luận Giáo dục STEM ngày càng được công nhận trên toàn cầu là nền tảng cho sự phát triển và năng suất quốc gia, khả năng cạnh tranh kinh tế và thịnh vượng xã hội [4], [5]. Kiến thức và kỹ năng STEM là chìa khóa để nâng cao chất lượng của lực lượng lao động STEM [5]. Vì vậy, phát triển năng lực trong các môn học STEM là mục tiêu trọng tâm của hệ thống giáo dục khi 2
các quốc gia nhận thức được tầm quan trọng của năng lực STEM đối với nghề nghiệp tương lai của học sinh trong thế kỷ 21 [5] [6]. Ở các trường phổ thông (hay K-12), nỗ lực cải thiện việc dạy và học STEM tập trung vào dạy học các bộ môn theo định hướng giáo dục STEM tích hợp, thay vì tiếp cận theo chủ đề riêng biệt [7]. Việc dạy học các bộ môn (trong đó có môn Khoa học Tự nhiên) theo định hướng giáo dục STEM mang đến cho học sinh cơ hội để hiểu về thế giới tích hợp, thay vì học những mẩu kiến thức rời rạc và thực hành về nó [8]. Mặc dù giáo dục STEM đã được thiết lập tốt thông qua các văn bản chính sách quốc gia và quốc tế, sự bất đồng về các mô hình triển khai tích hợp STEM và kết quả học tập của học sinh phổ thông vẫn tiếp tục là một vấn đề [4] [7]. Trong nghiên cứu, vẫn còn thiếu một báo cáo bao quát về mối quan hệ thuyết phục giữa các cách tích hợp trong giáo dục STEM và kết quả học tập liên quan của học sinh phổ thông [6] [9] [10]. Trên thực tế, giáo viên gặp khó khăn trong việc triển khai các cách tích hợp trong giáo dục STEM vì họ thiếu hướng dẫn về cách tiếp cận STEM hiệu quả với các kết quả học tập cụ thể của học sinh [6] [7] [8] [11] [12] [13]. Giáo viên có thể choáng ngợp trước vô vàn các hoạt động STEM được áp dụng vào thực tế từ các mô hình sư phạm như học STEM dựa vào dự án, hội trại STEM, câu lạc bộ STEM, hoạt động STEM dựa vào mô hình 5E, hoạt động STEM theo mô hình thiết kế kỹ thuật, các cuộc thi STEM, chương trình hợp tác trường đại học, v.v. [14] và tác động của nó đến các kết quả học tập. Ví dụ, tích hợp kỹ thuật vào lớp học khoa học ở trường THCS giúp học sinh học tốt hơn về khoa học và kỹ thuật, nhưng chúng không có tác động đáng kể đến sự quan tâm của học sinh đối với khoa học và kỹ thuật [15]. Những thách thức này trong cả nghiên cứu và thực hành có thể được giải quyết bằng một nghiên cứu tổng quan có hệ thống nhằm cung cấp những hiểu biết sâu rộng và chuyên sâu về các phương pháp giáo dục STEM và kết quả học tập liên quan của học sinh phổ thông. Ngoài ra, phân tích các nghiên cứu hiện có trên thế giới đã cho thấy giáo dục STEM được áp dụng phổ biến nhất trong đổi mới dạy học môn Khoa học Tự nhiên. Việc dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM chủ yếu được thực hiện qua các mô hình sư phạm như mô 3
hình giảng dạy 5E, mô hình thiết kế kỹ thuật, mô hình lập luận Toulmin. Các báo cáo hiện có cũng cho thấy dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM có tác động tích cực đến sự cải thiện các kết quả học tập của học sinh, bao gồm thành tích học tập, động lực học tập, sự quan tâm STEM và các kỹ năng tư duy bậc cao. Tuy nhiên cho đến nay, chưa có bất kỳ một nghiên cứu nào kiểm tra tác động của dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM đến nhiều loại kết quả học tập của học sinh trong một nghiên cứu duy nhất. Mặc khác, các học giả vẫn đang tìm kiếm thêm những ý tưởng mới mẻ cho dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM nhằm cải thiện hơn nữa các kết quả học tập của học sinh. Do đó, cần đề xuất thêm những ý tưởng mới mẻ cho dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM nhằm có thể cải thiện các kết quả học tập của học sinh. 1.3. Cơ sở thực tiễn Tại Việt Nam, trong nỗ lực nhằm hỗ trợ các trường trung học trong triển khai thực hiện có hiệu quả giáo dục STEM, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã ban hành Công văn số 3089/BGDĐT-GDTrH ngày 14/8/2020 hướng dẫn việc triển khai thực hiện giáo dục STEM trong giáo dục trung học. Theo đó, tùy thuộc vào đặc thù của từng môn học và điều kiện cơ sở vật chất, các trường trung học có thể áp dụng linh hoạt các hình thức tổ chức giáo dục STEM gồm (1) dạy học các môn khoa học theo định hướng giáo dục STEM; (2) tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM và (3) tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học, kỹ thuật [16]. Trong những hình thức này, dạy học các môn khoa học theo định hướng giáo dục STEM là hình thức dễ triển khai nhất, gắn liền với quá trình dạy học các bộ môn, có thể thực hiện thường xuyên nhằm cải thiện hơn nữa kết quả học tập của học sinh trong các bộ môn, trong đó có môn khoa học. Do đó, trọng tâm của luận án này sẽ tập trung vào dạy học môn khoa học theo định hướng giáo dục STEM cho học sinh THCS. Từ những vấn đề nêu trên cho thấy, việc nghiên cứu vấn đề “Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh trung học tại Thành phố Hà Nội” trong bối cảnh đổi mới giáo dục hiện nay là rất cần thiết, phù hợp 4
với xu hướng tiến bộ giáo dục của thế giới. Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ đóng góp khung lý thuyết về hiệu ứng của các cách tích hợp trong giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh phổ thông, đồng thời cung cấp thêm ý tưởng mới mẻ trong dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM. 2. Mục đích nghiên cứu Luận án này có hai mục đích chính: - Khám phá hiệu ứng của giáo dục STEM đến các kết quả học tập của học sinh phổ thông thông qua một đánh giá tài liệu có hệ thống. - Khám phá hiệu ứng của dạy học môn Khoa học tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mô hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin đến các kết quả học tập của học sinh trung học. 3. Khách thể và đối tượng nghiên cứu 3.1. Khách thể nghiên cứu Các bằng chứng trong các tài liệu hiện có về hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh phổ thông. Quá trình dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mô hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin cho học sinh THCS tại Thành phố Hà Nội. 3.2. Đối tượng nghiên cứu Đề tài này xác định được hai đối tượng nghiên cứu gồm: (1) Hiệu ứng của giáo dục STEM đến các kết quả học tập của học sinh phổ thông, bao gồm thành tích học tập, động lực học tập, sự quan tâm học tập và các kỹ năng tư duy bậc cao. (2) Hiệu ứng của dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mô hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin đến các kết quả học tập của học sinh THCS. 3.3. Giới hạn và phạm vi nghiên cứu - Tìm kiếm tài liệu có hệ thống trong cơ sở dữ liệu Scopus, ERIC và Google Scholar. 5
- Dạy học môn Khoa học Tự nhiên 6 (nội dung Hóa học) theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mô hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin cho học sinh THCS tại Thành phố Hà Nội. - Thực nghiệm sư phạm tại Trường THCS Lê Ngọc Hân, quận Hai Bà Trưng, Thành phố Hà Nội. 4. Giả thuyết khoa học Luận án đã đề xuất hai giả thuyết: - Các cách tích hợp khác nhau trong giáo dục STEM đưa đến những kết quả học tập khác nhau của học sinh phổ thông. - Dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mô hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin có hiệu ứng tích cực các kết quả học tập của học sinh THCS bao gồm thành tích học tập, động lực học tập, sự quan tâm STEM và các kỹ năng tư duy bậc cao. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nhiệm vụ số 1: Tổng quan về hiệu ứng của giáo dục STEM đến các kết quả học tập của học sinh phổ thông. - Nhiệm vụ số 2: Xây dựng khung lý thuyết về hiệu ứng của dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mô hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin đến các kết quả học tập của học sinh THCS tại Thành phố Hà Nội. - Nhiệm vụ số 3: Thực nghiệm dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mô hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin cho học sinh THCS tại Thành phố Hà Nội. 6. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 6.1. Cách tiếp cận Nghiên cứu này sử dụng cách tiếp cận tổng quan tài liệu có hệ thống (Systematic Literature Review) nhằm cung cấp những hiểu biết toàn diện có bề rộng và chiều sâu về hiệu ứng của giáo dục STEM đến các kết quả học tập của học sinh phổ thông. Đồng thời, nó cũng cho phép phát hiện những ý 6
tưởng mới trong dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM học sinh THCS. Cụ thể hơn, luận án đã đề xuất ý tưởng mới trong dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mô hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin cho học sinh THCS tại Thành phố Hà Nội. Sau đó, một thiết kế thực nghiệm đã được sử dụng để kiểm tra hiệu ứng của dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mô hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin đến các kết quả học tập của học sinh THCS tại Thành phố Hà Nội. 6.2. Các phương pháp nghiên cứu Luận án này sử dụng ba phương pháp nghiên cứu có chiều sâu nhằm giải thích cho hai giả thuyết nghiên cứu tương ứng. - Phương pháp tổng quan tài liệu có hệ thống đã được sử dụng nhằm kiểm tra hiệu ứng của giáo dục STEM đến các kết quả học tập của học sinh phổ thông. Từ đó, đề xuất ý tưởng mới trong dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM cho học sinh THCS tại Thành phố Hà Nội bằng cách kết hợp mô hình STEM dựa vào 5E và mô hình lập luận Toulmin, nhằm phát triển các kết quả học tập của học sinh THCS, bao gồm thành tích học tập, động lực học tập, sự quan tâm học tập và các kỹ năng tư duy bậc cao. - Phương pháp nghiên cứu sản phẩm hoạt động sư phạm được sử dụng để phân tích các văn bản chủ trương, chính sách của Nhà nước, Bộ Giáo dục và Đào tạo, Sở Giáo dục và Đào tạo Thành phố Hà Nội về triển khai giáo dục STEM ở trường phổ thông. Đồng thời, nghiên cứu về Chương trình Giáo dục phổ thông 2018 và Chương trình Khoa học Tự nhiên 2018 để đánh giá sự phù hợp của ý tưởng dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mô hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin cho học sinh THCS. - Phương pháp bán thực nghiệm đã được sử dụng để kiểm tra hiệu ứng của dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa 7
vào mô hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin đến các kết quả học tập của học sinh THCS tại Thành phố Hà Nội. Ngoài ra, các kỹ thuật thống kê toán học được sử dụng để xử lí định lượng cho dữ liệu thu thập từ các kết quả thực nghiệm. Tất cả các dữ liệu thu thập được xử lí bằng phần mềm SPSS v25 với độ tin cậy 95%. 7. Những luận điểm cần bảo vệ trong luận án Trước khi tiến hành nghiên cứu, luận án này đưa ra hai luận điểm được phát biểu dựa vào hai đối tượng/ giả thuyết nghiên cứu đã được tuyên bố ở phía trên. Cụ thể như sau: (1) Có rất nhiều các cách tích hợp của giáo dục STEM được áp dụng cho học sinh phổ thông. Mỗi cách tích hợp có những khác biệt về bản chất hoạt động STEM được thiết kế cho học sinh tham gia. Do đó, có một khả năng rằng các cách tích hợp khác nhau trong giáo dục STEM đã đưa đến các kết quả học tập khác nhau của học sinh. (2) Theo Brocke và các cộng sự, các kiến thức mới/ ý tưởng mới trong khoa học thường được tạo ra thông qua sự diễn giải và kết hợp kiến thức/ khái niệm hiện có [17]. Do đó, dựa vào kết quả phân tích tổng quan, có thể tìm ra được các mô hình sư phạm được áp dụng phổ biến nhất trong dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM. Từ đó, đề xuất ý tưởng trong dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM bằng việc kết hợp một số mô hình sư phạm nhằm có thể phát triển các kết quả học tập của học sinh, bao gồm thành tích học tập, động lực học tập, sự quan tâm STEM và các kỹ năng tư duy bậc cao. Cụ thể, luận án đã kết hợp mô hình STEM dựa vào 5E và mô hình lập luận Toulmin trong dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển các kết quả học tập của học sinh THCS. 8