762
TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM “CHẤT TẠO MÀU TỰ NHIÊN”
(KHOA HỌC TỰ NHIÊN 6) NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC NGHIÊN
CỨU KHOA HỌC CHO HỌC SINH TRUNG HỌC
Phạm Thị Kim Ngân 1, Trần Trung Ninh 2, Ngô Thị Tuyên 3
1Sở Giáo dục và Đào tạo tỉnh Lạng Sơn
2Trường Đại học sư phạm Hà Nội
3Trường THPT Hữu Lũng, Lạng Sơn
TÓM TẮT
Giáo dục STEM hướng đến việc vận dụng kiến thức, kỹ năng vào giải
quyết các vấn đề thực tiễn. Quy trình dạy học STEM có nhiều điểm tương đồng
với quy trình nghiên cứu khoa học. Bài viết trình bày cơ sở lý luận về năng lực
nghiên cứu khoa học, khả năng phát triển năng lực nghiên cứu khoa học thông
qua chủ đề dạy học STEM, vận dụng để đánh giá thử nghiệm năng lực nghiên
cứu khoa học của học sinh thông qua bài học STEM “Chất tạo màu tự nhiên”
(Khoa học tự nhiên 6). Kết quả cho thấy học sinh đã phát triển năng lực nghiên
cứu khoa học thông qua dạy học chủ đề STEM.
Từ khóa: năng lực; năng lực nghiên cứu khoa học; chủ đề STEM;
chương trình giáo dục phổ thông 2018
1. Giới thiệu
Giáo dục STEM hướng đến việc vận dụng kiến thức, kỹ năng vào giải
quyết các vấn đề thực tiễn. Nghiên cứu về giáo dục STEM luôn là một vấn đề
được nhiều nhà khoa học lưu tâm, đặc biệt chú trọng việc dựa trên các chủ đề
STEM cụ thể để phát triển năng lực cho học sinh như năng lực vận dụng kiến
thức, kỹ năng
1
, năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ hoá học
2
… Một
số nghiên cứu quan tâm tới việc phát triển năng lực sáng tạo như: Vận dụng Triz
trong dạy học chủ đề STEM nhằm phát triển năng lực sáng tạo
3
; Xây dựng công
1
Đặng Văn Sơn, Nguyễn Thùy Linh, Phạm Thị Bình (2024), Tổ chức hoạt động giáo dục STEM trong
dạy học mạch nội dung “Chất có ở xung quanh ta” (KHTN 6) nhằm phát triển năng lực vận dụng kiến
thức, kĩ năng cho HS, Tạp chí Giáo dục (2024), 24(2), tr. 20-26.
Nguyễn Trường Giang, Lê Huy Hoàng, Trần Trung Ninh (2023), Phát triển năng lực vận dụng kiến thức
kĩ năng cho học sinh lớp 6 thông qua dạy học chủ đề STEM trường hợp làm sochola thủ công, Tạp Chí
Giáo dục, số đặc biệt, tháng 7/2023, tr. 172-177.
2
Đỗ Hồng Ngọc, Lê Huy Hoàng, Trần Trung Ninh (2021), Phát triển năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên
dưới góc độ hóa học thông qua dạy học STEM phần Phi kim Hóa học, Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP
Hà Nội; 66(4E).
3
Nguyễn Văn Biên, Dương Thị Yến (2019), Vận dụng Triz trong dạy học chủ đề STEM nhằm phát triển
năng lực sáng tạo của học sinh. Tạp chí khoa học trường Đại học Sư phạm Hà nội. Số 9, tr. 10-15.
763
cụ đánh giá năng lực sáng tạo thiết kế kỹ thuật trong giáo dục STEM
1
, các tác giả
đã nghiên cứu thực nghiệm với đối tượng học sinh trung học cơ sở và đánh giá
thông qua kết quả bài thi đánh giá tiềm năng sáng tạo EpoC.
Giáo dục STEM đặt học sinh trước những vấn đề thực tiễn, công nghệ,
hiện tại cần giải quyết, đòi hỏi phải tìm tòi nghiên cứu con đường chiếm lĩnh
kiến thức khoa học và vận dụng kiến thức để thiết kế và thực hiện giải pháp giải
quyết vấn đề. Quá trình này đòi hỏi học sinh phải thực hiện theo quy trình khoa
học để chiếm lĩnh kiến thức mới và quy trình kỹ thuật để sử dụng kiến thức đó
vào việc thiết kế, thực hiện giải pháp và giải quyết vấn đề. Đây là cơ sở để hình
thành và phát triển năng lực nghiên cứu khoa học (NCKH) cho học sinh. Tuy nhiên
chưa có tác giả nào nghiên cứu việc vận dụng dạy học chủ đề STEM theo định
hướng phát triển năng lực NCKH cho học sinh. Nghiên cứu sâu về hoạt động
STEM, cách thức để thiết kế và tổ chức học tập chủ đề dạy học STEM theo định
hướng phát triển năng lực NCKH cho học sinh trung học là một hướng nghiên
cứu cập nhật, cần thiết trong bối cảnh Việt Nam đang đổi mới căn bản, toàn diện
giáo dục và đào tạo.
2. Phương pháp nghiên cứu
2.1. Năng lực nghiên cứu khoa học
Năng lực NCKH của học sinh trung học là sự vận dụng kiến thức, kỹ năng
khoa học để giải quyết các vấn đề khoa học trong một bối cảnh nhất định, qua
đó đạt được mục đích nghiên cứu là tạo ra và công bố sản phẩm trong quá trình
học tập. Đối với trường trung học, việc phát triển năng lực NCKH cho học sinh
vừa là mục tiêu vừa là phương tiện để nâng cao chất lượng dạy học các môn học
nói chung và các môn Khoa học tự nhiên nói riêng.
Khi thực hiện quy trình NCKH, học sinh sử dụng một số kỹ năng tìm tòi,
khám phá theo tiến trình: đặt câu hỏi cho vấn đề nghiên cứu; từ đó xây dựng giả
thuyết; lập kế hoạch và thực hiện kế hoạch giải quyết vấn đề (kiểm chứng giả
thuyết và trả lời câu hỏi đặt ra); trình bày kết quả nghiên cứu. Trong quá trình
nghiên cứu, học sinh tiến hành phân tích, rút ra những đặc điểm chung và riêng
của một số sự vật, hiện tượng đơn giản trong tự nhiên, đồng thời sử dụng các minh
chứng khoa học cần thiết và lý giải các minh chứng đó để rút ra kết luận. Thông
thường kết quả NCKH của học sinh cũng là sản phẩm “mới” đối với chính họ, có
tác dụng nhất định đối với thực tiễn trong khuôn khổ phạm vi hẹp nhưng có thể
không phải là sản phẩm mới đối với xã hội.
1
Nguyễn Văn Biên, Nguyễn Thị Vân Anh, Đặng Văn Sơn, Nguyễn Thị Tố Khuyên (2020), Xây dựng
công cụ đánh giá năng lực sáng tạo thiết kế kĩ thuật trong giáo dục STEM. Tạp chí khoa học trường Đại
hoc sư phạm Hà nội. Số 1.
764
Năng lực nói chung và năng lực NCKH nói riêng cũng bao gồm ba thành
phần chủ yếu: kiến thức, kỹ năng, thái độ. Tuy nhiên, sự cụ thể hóa nội dung của
3 thành phần này sẽ khác nhau ở từng loại năng lực. Bảng 1 cho thấy nội dung
cụ thể từng thành phần của năng lực NCKH.
Bảng 1. Mô tả nội dung ba thành phần của năng lực NCKH
Kiến thức
Kỹ năng
Thái độ
- Kiến thức
chuyên ngành.
- Kiến thức
phương pháp
NCKH.
- Kỹ năng xây dựng đề tài
nghiên cứu.
- Kỹ năng thiết kế nghiên cứu.
- Kỹ năng thu thập dữ liệu.
- Kỹ năng phân tích dữ liệu và
sử dụng công cụ phân tích.
- Kỹ năng phê phán.
- Kỹ năng lập luận.
- Kỹ năng viết báo cáo khoa
học.
- Nhiệt tình, say mê khoa
học.
- Nhạy bén với sự kiện xảy
ra.
- Khách quan, trung thực,
nghiêm túc.
- Kiên trì, cẩn thận khi làm
việc.
- Tinh thần hợp tác khoa
học.
- Hoài nghi khoa học,
dũng cảm bảo vệ chân lý
khoa học.
2.2. Dạy học STEM và khả năng phát triển năng lực NCKH cho học sinh
Để nghiên cứu khả năng phát triển năng lực NCKH cho học sinh thông
qua dạy học STEM, chúng tôi đã tiến hành so sánh quy trình NCKH và quy trình
dạy học STEM. Kết quả nghiên cứu được thể hiện trong Bảng 2.
Bảng 2. So sánh quy trình NCKH và quy trình dạy học STEM
Quy
trình
Quy trình NCKH
Quy trình học STEM
Xác
định vấn
đề
1. Xác định vấn đề nghiên
cứu.
1. Xác định vấn đề
- Xác định tiêu chí sản phẩm; phát hiện
vấn đề/nhu cầu.
- Tìm hiểu về hiện tượng, sản phẩm,
công nghệ; đánh giá về hiện tượng, sản
phẩm, công nghệ...
2. Xác định yêu cầu: Xác
định câu hỏi nghiên cứu
và giả thuyết nghiên cứu.
2. Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất
giải pháp
765
- Nghiên cứu nội dung sách giáo khoa,
tài liệu, thí nghiệm để tiếp nhận, hình
thành kiến thức mới và đề xuất giải
pháp/thiết kế.
3. Đề xuất phương án
thực nghiệm, giải pháp,
lựa chọn giải pháp.
3. Lựa chọn giải pháp, trình bày
phương án thiết kế
- Đề xuất và thực hiện giải pháp giải
quyết vấn đề; hoàn thành sản phẩm
theo nhiệm vụ đặt ra.
- Trình bày, giải thích, bảo vệ giải
pháp/thiết kế để lựa chọn và hoàn thiện.
Thực
hiện kế
hoạch
4. Tiến hành thí nghiệm,
thu thập và phân tích dữ
liệu. Kiểm chứng giả
thuyết nghiên cứu.
4. Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá
- Chế tạo và thử nghiệm mẫu thiết kế.
- Lựa chọn dụng cụ/thiết bị thí nghiệm;
chế tạo mẫu theo thiết kế; thử nghiệm
và điều chỉnh.
Tổng
hợp viết
báo cáo,
trình
bày
5. Tổng hợp kết quả
nghiên cứu, viết báo cáo
nghiên cứu.
5. Trình bày, thảo luận, điều chỉnh
Trình bày, chia sẻ, đánh giá sản phẩm
nghiên cứu (dụng cụ/thiết bị/mô
hình/đồ vật... đã chế tạo được).
6. Đánh giá và hoàn thiện
sản phẩm. Trình bày kết
quả nghiên cứu.
Như vậy, giữa quy trình dạy học STEM và quy trình NCKH có những
điểm tương đồng. Có thể vận dụng dạy học STEM theo quy trình NCKH trên sẽ
là biện pháp hiệu quả có thể phát triển năng lực NCKH cho học sinh.
2.3. Tiêu chí và mức độ hoàn thành các tiêu chí của năng lực NCKH
Trên cơ sở nghiên cứu của Lan Hương (2017), Kim Ngân (2018), Văn
Hồng & Thanh Thủy (2018), Hương Giang & Thu Hương (2023)…, khung năng
lực đánh giá học sinh đã được đề xuất. Với cấu trúc năng lực khoa học, năng lực
tìm tòi NCKH, năng lực khám phá thế giới tự nhiên, chúng tôi đề xuất cấu trúc
năng lực NCKH gồm 6 tiêu chí, gồm: xác định câu hỏi nghiên cứu; đề xuất giả
thuyết nghiên cứu; thiết kế phương án thực nghiệm; tiến hành phương án thực
nghiệm; viết báo cáo, trình bày kết quả. Các tiêu chí này cũng phù hợp với tiến
trình tổ chức hoạt động học cho học sinh trong bài học STEM theo tiến trình thiết
766
kế kỹ thuật. Ứng với mỗi tiêu chí có thể thiết kế, tổ chức các hoạt động giáo dục
STEM và đánh giá năng lực NCKH của học sinh cụ thể ở Bảng 3.
Bảng 3. Tiêu chí và mức độ hành vi trong các tiêu chí của năng lực NCKH
Tiêu chí
Mức độ hoàn thành các tiêu chí
Xác định câu
hỏi nghiên cứu
- Tự nêu được câu hỏi nghiên cứu rõ ràng.
- Có thể trả lời được bằng thực nghiệm nghiên cứu.
Đề xuất giả
thuyết nghiên
cứu
- Tự đề xuất được giả thuyết nghiên cứu.
- Câu trả lời giả định hợp lí và có thể kiểm chứng được
bằng thực nghiệm.
Thiết kế
phương án
thực nghiệm
nghiên cứu
- Tự đề xuất được kế hoạch – phương án thực nghiệm.
- Kiểm chứng được giả thuyết và trả lời được câu hỏi
nghiên cứu một cách khoa học. Có thể thực hiện được.
Tiến hành
phương án
thực nghiệm
nghiên cứu
- Độc lập thực hiện kế hoạch không cần sự hỗ trợ của giáo
viên.
- Thực hiện đúng kế hoạch đã lập và linh hoạt.
- Thu thập và phân tích dữ liệu một cách khoa học: sử dụng
bảng biểu, sơ đồ phân tích khoa học, logic.
- Kết quả kiểm chứng được giả thuyết nghiên cứu cứu đã
nêu.
Viết báo cáo
- Cấu trúc báo cáo: Rõ ràng khoa học, logic.
-Tranh vẽ, sơ đồ tư duy, clip, powerpoint: sự rõ ràng của
các đồ thị biểu bảng, hình ảnh và chú thích.
Trình bày kết
quả
Trả lời được các câu hỏi đặt ra chứng tỏ:
- Hiểu biết cơ sở khoa học liên quan đến dự án.
- Hiểu biết về điểm mạnh và hạn chế của các kết quả và
các kết luận.
- Sự đóng góp và hiểu biết về đề tài nghiên cứu của tất cả
các thành viên.
2.4. Thiết kế các hoạt động tổ chức dạy học chủ đề STEM “Chất tạo màu tự
nhiên”
Khi thực hiện xây dựng chủ đề STEM, giáo viên nghiên cứu chương trình
Khoa học tự nhiên, lựa chọn những chủ đề gắn liền với thực tiễn, đồng thời để
hoàn thành nhiệm vụ học tập, học sinh phải thực hiện các thí nghiệm khoa học,
tạo ra sản phẩm có ý nghĩa trong cuộc sống. Từ cơ sở khoa học trên, kết hợp điều