Tóm tắt 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:25

Thêm vào BST

Báo xấu

5
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tóm tắt 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" được nghiên cứu với mục tiêu: 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.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt 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 Ngành: Lý luận và phương pháp dạy học Mã số: 9140110 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC Hà Nội - 2023
Công trình được hoàn thành tại: Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Văn Hạnh Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Đại học Bách khoa Hà Nội họp tại Đại học Bách khoa Hà Nội vào hồi .... giờ ..... ngày .... tháng .... năm ...... Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Đại học Bách khoa Hà Nội 2. Thư viện Quốc gia Việt Nam.
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài 1.1. Cơ sở pháp lý 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, đáp ứng yêu cầu công nghiệp hóa, hiện đại hóa trong nền kinh tế thị trường định hướng xã hội chủ nghĩa và hội nhập quốc tế” đã đã đặt ra yêu cầu đối với giáo dục phổ thông là nâng cao chất lượng giáo 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. Trong Chương trình Giáo dục Phổ thông 2018, 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. 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. 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. và tác động của nó đến các kết quả học tập. Những thách thức này trong cả nghiên cứu và thực hành có thể được giải quyết bằng một bài 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 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. 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 1
cảnh đổi mới giáo dục hiện nay là rất cần thiết, phù hợp 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 các 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 - 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. - 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 2
- 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 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 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 3
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. 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. Đóng góp mới của luận án Sau khi hoàn thành, luận án này có hai đóng góp quan trọng tương ứng với hai đối tượng và giả thuyết nghiên cứu: - Đã khái quát được 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 sử dụng “tam giác sinh thái”. Một phát hiện tổng thể cho thấy các cách tích hợp trong giáo dục STEM có hiệu ứng khác nhau đến các kết quả học tập của học sinh phổ thông. - Đã đề xuất được 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. Các kết quả thực nghiệm sư phạm cho thấy 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. 9. Cấu trúc của luận án Ngoài phần Mở đầu, Kết luận và khuyến nghị, Tài liệu tham khảo và Phụ lục, luận án gồm 3 chương: - Chương 1: Tổng quan về hiệu ứng của giáo dục STEM đến các kết quả học tập của học sinh phổ thông. - 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. - Chương 3: Thực nghiệm sư phạm. 4
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HIỆU ỨNG CỦA GIÁO DỤC STEM ĐẾN CÁC KẾT QUẢ HỌC TẬP CỦA HỌC SINH PHỔ THÔNG 1.1. Giới thiệu về vấn đề tổng quan Trong giáo dục phổ thông, những nỗ lực cải thiện việc dạy học các môn STEM là tập trung vào dạy học tích hợp liên ngành, thay vì tiếp cận theo môn học riêng biệt. Việc tích hợp các môn học STEM thành một bài học/chủ đề liên ngành mới mang đến cho học sinh phổ thông cơ hội hiểu về thế giới tích hợp, thay vì học các mảng kiến thức rời rạc và thực hành về nó. Mặc dù giáo dục STEM đã được thiết lập tốt thông qua các văn bản chính sách quốc gia và quốc tế, nhưng sự bất đồng về các mô hình triển khai STEM và kết quả học tập liên quan của nó ở học sinh vẫn tiếp tục là một vấn đề tranh luận. Trong nghiên cứu, vẫn còn thiếu một báo cáo bao quát về mối quan hệ thuyết phục giữa các cách tích hợp của giáo dục STEM và kết quả học tập liên quan của học sinh. Giáo viên có thể choáng ngợp trước vô vàn các hoạt động STEM được áp dụng vào thực tế như học tập dựa vào dự án STEM, hội trại STEM, câu lạc bộ STEM, hoạt động STEM dựa vào mô hình 5E, hoạt động STEM dựa vào mô hình thiết kế kỹ thuật , các cuộc thi STEM, và tác động của chúng đối với các kết quả học tập của học sinh. Do đó, mục đích của tổng quan tài liệu này là kiểm tra hiệu ứng các cách tích hợp trong giáo dục STEM đến các kết quả học tập của học sinh phổ thông. Kết quả tổng quan sẽ cho thấy cách tích hợp của giáo dục STEM nào hiệu quả đối với loại kết quả học tập nào cho các học sinh nào trong môi trường giáo dục nào, đồng thời nó cũng cung cấp các khoảng trống kiến thức hoặc các ý tưởng mới cho luận án này. 1.2. Khung lý luận về hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh 1.2.1. Lý do giáo dục STEM lại quan trọng cho học sinh Mục đích của giáo dục STEM đang nỗ lực thu hút các học sinh hướng về các chuyên ngành STEM trong giáo dục sau trung học (đại học/ nghề nghiệp) nhằm cải thiện nguồn nhân lực có năng suất và chất lượng trong thị trường cạnh tranh ngày càng tăng. 1.2.2. Khái niệm STEM và giáo dục STEM STEM là một thuật ngữ viết tắt để chỉ sự tích hợp của bốn lĩnh vực gồm Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật) và Mathematics (Toán học) Trong luận án này, giáo dục STEM có thể được định nghĩa như "một quan điểm dạy học, nơi mà tất cả giáo viên STEM, đặc biệt là giáo viên khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học (STEM), giảng dạy theo cách tiếp cận tích hợp liên ngành để dạy và học, trong đó mục tiêu học tập hướng đến việc giải quyết các vấn đề đích thực, nội dung học tập được hình thành với sự tham gia của nhiều môn học STEM khác nhau, phương pháp dạy học khuyến khích học sinh sử dụng các nền tảng kiến thức khoa học và toán kết hợp với các công cụ, thiết bị và quy trình công nghệ thực hành theo những cách thức sáng tạo kỹ thuật nhằm giải quyết các mong muốn và nhu cầu của con người." 1.2.3. Các cách tích hợp của giáo dục STEM Có sáu cách tích hợp của giáo dục STEM được giáo viên áp dụng thực tế: - Giáo dục STEM dựa vào đồng bộ: Giáo viên xác định kiến thức, kỹ năng chung của các bài học trong hai môn học trở lên, dạy riêng các môn học đó nhưng tạo sự liên kết kiến thức để củng cố khái niệm. 5
- Giáo dục STEM dựa vào chủ đề: Giáo viên dạy môn học của họ xoay quanh chủ đề địa phương hoặc toàn cầu. Họ dạy các môn học của họ một cách riêng biệt và tạo mối liên hệ với chủ đề. - Giáo dục STEM dựa vào dự án: Trọng tâm của bài học là thực hiện các nhiệm vụ dự án đòi hỏi kiến thức và kỹ năng từ nhiều môn học. Các dự án thường yêu cầu một sản phẩm cuối cùng. - Giáo dục STEM dựa vào chương trình giảng dạy chéo: Tích hợp STEM xảy ra khi có nhiều bài học được kết nối với nhau để phát triển kiến thức và kỹ năng của học sinh thông qua việc nghiên cứu các chủ đề được kết nối với nhau. Mục đích của nó là phát triển các kỹ năng hoặc năng lực tổng thể của học sinh. - Giáo dục STEM dựa vào trường chuyên ngành: Khi một trường tập trung dài hạn vào một lĩnh vực STEM cụ thể. Chẳng hạn như một trường trung học ven biển đã phát triển chuyên ngành nghiên cứu biển, giáo viên có thể tùy chỉnh các bài giảng của mình để có mối liên hệ rõ ràng với chuyên ngành này. - Giáo dục STEM tập trung vào cộng đồng: Khi một vấn đề cộng đồng trở thành trọng tâm của chương trình giảng dạy STEM, chẳng hạn như các giải pháp công nghệ để phòng chống Đại dịch Covid-19, giáo viên có thể định hướng dạy học môn học của mình để giúp học sinh hiểu vấn đề từ các góc độ và cách tiếp cận khác nhau và để tìm kiếm các giải pháp tiềm năng. 1.2.4. Các kết quả học tập chính của học sinh trong giáo dục STEM - Việc sử dụng các vấn đề trong thế giới thực làm bối cảnh học tập sẽ mang lại động lực học tập tích cực cho việc học nội dung STEM. - Kỹ thuật và công nghệ cung cấp bối cảnh thực hành, trong đó học sinh có thể kiểm tra kiến thức khoa học của mình và áp dụng kiến thức đó vào thực tiễn thiết kế kỹ thuật, điều này sẽ nâng cao các kỹ năng tư duy bậc cao của học sinh để giải quyết vấn đề thực tế, nâng cao hiểu biết/thành tích học tập của học sinh về các môn học STEM và thúc đẩy sự quan tâm đến STEM của các em khi các em nhận ra sự tương tác giữa khoa học, kỹ thuật và công nghệ. - Các trải nghiệm kỹ thuật chất lượng có thể khơi dậy sự quan tâm STEM của học sinh. Do vậy, các kết quả học tập chính của học sinh trong giáo dục STEM bao gồm động lực học tập, thành tích học tập, sự quan tâm học tập và các kỹ năng tư duy bậc cao. 1.2.5. Khái niệm về hiệu ứng của giáo dục STEM đến các kết quả học tập của học sinh Thuật ngữ “hiệu ứng” (Effect) trong tiếng Anh có nghĩa danh từ là ‘một sự thay đổi là kết quả hoặc hậu quả của một hành động hoặc nguyên nhân khác’, ‘cái gì đó được tạo ra bởi một tác nhân hoặc nguyên nhân’. Do vậy, thuật ngữ “hiệu ứng” được sử dụng trong nhiều tiêu đề và nội dung của một nghiên cứu để kiểm tra các kết quả/ hậu quả được tạo ra bởi một hành động khác, ví dụ như hậu quả của rò rỉ phóng xạ đối với môi trường, hiệu ứng của nhiệt độ đến sự sinh trưởng của thực vật, ảnh hưởng của các phong cách học tập đến quá trình dạy học, hiệu ứng của chiến lược học tập đến thành tích của sinh viên đại học, hiệu ứng của động lực học tập đến thành tích học tập của học sinh. Dựa vào khái niệm “giáo dục STEM”. “các cách tích hợp của giáo dục STEM” và “các loại kết quả học tập của học sinh” đã được phân tích ở các mục trên, luận án này hiểu: Hiệu ứng của giáo dục STEM đến các kết quả học tập của học sinh phổ thông là một sự thay đổi trong các kết quả học tập của học sinh phổ thông được gây ra bởi sự trải nghiệm trong các hoạt động giáo dục STEM. 6
- Tác nhân: Sự trải nghiệm trong các hoạt động giáo dục STEM. - Yếu tố kết quả: Các kết quả học tập của học sinh phổ thông trong giáo dục STEM gồm thành tích học tập, động lực học tập, sự quan tâm STEM và các kỹ năng tư duy bậc cao. 1.2.6. Các câu hỏi nghiên cứu tổng quan Câu hỏi tổng quát cho nghiên cứu tổng quan là: Các tài liệu hiện có tiết lộ điều gì về hiệu ứng của giáo dục STEM đến các kết quả học tập của học sinh phổ thông? Có sáu câu hỏi phụ như sau: (1) Các tài liệu hiện có thảo luận gì về hiệu ứng của giáo dục STEM dựa vào đồng bộ đến các kết quả học tập của học sinh phổ thông? (2) Các tài liệu hiện có thảo luận gì về hiệu ứng của giáo dục STEM dựa vào chủ đề đến các kết quả học tập của học sinh phổ thông? (3) Các tài liệu hiện có thảo luận gì về hiệu ứng của giáo dục STEM dựa vào dự án đến các kết quả học tập của học sinh phổ thông? (4) Các tài liệu hiện có thảo luận gì về hiệu ứng của giáo dục STEM dựa vào chương trình giảng dạy chéo đến các kết quả học tập của học sinh phổ thông? (5) Các tài liệu hiện có thảo luận gì về hiệu ứng của giáo dục STEM dựa vào trường chuyên ngành đến các kết quả học tập của học sinh phổ thông? (6) Các tài liệu hiện có thảo luận gì về hiệu ứng của giáo dục STEM tập trung vào cộng đồng đến các kết quả học tập của học sinh phổ thông? 1.3. Phương pháp tổng hợp dữ liệu về hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh phổ thông Phương pháp tổng quan có hệ thống sử dụng tam giác sinh thái (ecological triangulation) được đề xuất bởi Banning được sử dụng để viết tổng quan tài liệu. Nó hiệu quả để tìm ra loại can thiệp giáo dục STEM nào hiệu quả đối với loại kết quả học tập nào cho các học sinh nào trong môi trường giáo dục nào, được gọi là tổng hợp của 'câu sinh thái' (ecological sentences). Lưu đồ PRISMA đã được sử dụng để lựa chọn các tài liệu nghiên cứu, như Hình 1.1. 7
Hình 1.1. Quá trình lựa chọn tài liệu Cơ sở dữ liệu Scopus và ERIC là hai cơ sở dữ liệu khoa học chính trong lĩnh vực nghiên cứu giáo dục đã được sử dụng để tra cứu trực tuyến. Ngoài ra, cơ sở dữ liệu Google Scholar được sử dụng để tìm kiếm các nghiên cứu bổ sung, tập trung vào 200 đến 300 kết quả đầu tiên được hiển thị. Hai toán tử Boolean (AND, OR) đã được sử dụng để kết hợp các từ khóa theo cách sau: “STEM” AND (“Outcome*” OR “Performance*” OR “Achievement*” OR “Interest*” OR “Motivation*” OR “Thinking*”). Sau khi đánh giá chất lượng nghiên cứu, 8 nghiên cứu đã bị loại và 47 nghiên cứu được giữ lại để đưa vào tổng quan tài liệu. Các câu sinh thái có thể được tổng hợp và xây dựng theo mẫu: “Với Can thiệp A trong thiết lập giáo dục B, kết quả D xảy ra với những người học C (trình độ học vấn/cấp lớp, độ tuổi, giới tính, dân tộc…)” 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 1.4.1. Trích xuất dữ liệu Năm xuất bản của các nghiên cứu nằm trong khoảng từ 2010–2022, trong đó 38 nghiên cứu (76%) được xuất bản từ 2018-2021. Có 31 nghiên cứu sử dụng phương pháp định lượng (thực nghiệm hoặc khảo sát) và 16 nghiên cứu sử dụng phương pháp hỗn hợp. Địa điểm tiến hành nghiên cứu ở Châu Âu và Bắc Mỹ: 19 nghiên cứu (Mỹ: 18 nghiên cứu; Anh: 1 nghiên cứu); khu vực Châu Á Thái Bình Dương: 14 nghiên cứu (Thái Lan: 1 nghiên cứu; Trung Quốc: 1 nghiên cứu; Malaysia: 5 nghiên cứu; Indonesia: 4 nghiên cứu; Đài Loan: 2 nghiên cứu; Hồng Kông: 1 nghiên cứu); ở Thổ Nhĩ Kỳ: 12 nghiên cứu; ở Israel: 1 nghiên cứu; và ở Úc: 1 nghiên cứu. Hoa Kỳ và Thổ Nhĩ Kỳ là hai quốc gia có số lượng nghiên cứu được đưa vào đánh giá nhiều nhất. 16 14 Số lượng bài báo 12 10 8 6 4 2 0 Đồng bộ Theo chủ đề Dựa vào dự Chương Trường Tập trung án trình giảng chuyên vào cộng dạy chéo ngành đồng Cách tích hợp STEM Hình 1.2. Phân loại các nghiên cứu theo cách tiếp tích hợp STEM Tất cả 47 nghiên cứu được lựa chọn là được phân loại vào trong sáu cách tích hợp của giáo dục STEM, bao gồm: đồng bộ (n = 14), theo chủ đề (n = 7), dựa trên dự án (n = 10), chương trình giảng dạy chéo (n = 12), trường chuyên ngành (n = 2), hoặc tập trung vào cộng đồng (n = 2). 1.4.2. Tổng hợp các câu sinh thái về hiệu ứng của giáo dục STEM đến các kết quả học tập của học sinh phổ thông 8
Tổng hợp các câu sinh thái liên quan đến việc kiểm tra mối quan hệ giữa dữ liệu được trích xuất để quan sát xem liệu cùng một can thiệp giáo dục STEM có tạo ra các kết quả học tập giống nhau hay không. Dữ liệu được trích xuất liên quan đến can thiệp STEM và kết quả học tập của học sinh có thể được quan sát để tìm sự hội tụ (convergence), bổ sung (complementarity) hoặc phân kỳ (divergence). Tổng cộng có 23 câu sinh thái được tổng hợp. Chúng được phát triển từ các tài liệu hiện có, bao gồm 11 câu sinh thái đơn và 12 câu sinh thái với bằng chứng tích lũy và nhiều mặt. Không có sự khác biệt nào được quan sát thấy trong các câu sinh thái, cho thấy rằng các kết quả học tập của học sinh diễn ra nhất quán trong cùng một can thiệp STEM. Mười một câu sinh thái của giáo dục STEM dựa vào đồng bộ đã chỉ ra rất nhiều hoạt động STEM được áp dụng trong môn khoa học. Trong giáo dục STEM dựa vào chủ đề, các hoạt động STEM dựa trên thiết kế kỹ thuật trong môn khoa học và thành tích học tập của học sinh tiểu học và THCS có mối quan hệ nổi bật nhất. Trong giáo dục STEM dựa vào dự án, ba câu sinh thái được tổng hợp từ mười nghiên cứu. Kết quả cho thấy rằng các hoạt động học tập dựa trên dự án STEM trong môn khoa học tập trung vào việc cải thiện thành tích học tập và kỹ năng tư duy bậc cao của học sinh, trong khi các hoạt động học tập dựa vào dự án STEM ngoài trường học chỉ tập trung vào sự quan tâm nghề nghiệp STEM của học sinh. Trong giáo dục STEM dựa vào chương trình giảng dạy chéo, ba câu sinh thái được tổng hợp từ mười hai nghiên cứu. Kết quả cho thấy thành tích học tập của học sinh không xuất hiện trong các hoạt động STEM. Cuối cùng, trong giáo dục STEM dựa vào trường chuyên ngành, một câu sinh thái tổng hợp cho thấy các chương trình giáo dục nghề nghiệp và kỹ thuật có hiệu quả trong việc cải thiện thành tích học tập và sự quan tâm nghề nghiệp STEM của học sinh THPT. 1.5. Hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh phổ thông 1.5.1. Hiệu ứng của giáo dục STEM dựa vào đồng bộ đến các kết quả học tập của học sinh phổ thông Có rất nhiều hoạt động STEM được áp dụng trong môn khoa học như giáo dục STEM sử dụng truy vấn dựa vào lập luận, Lab STEM, giáo dục STEM tích hợp Facebook liên ngành, chương trình giảng dạy blended-learning STEM, hoạt động STEM dựa trên mô hình 5E, và kết quả học tập liên quan của chúng đối với việc học tập của học sinh diễn ra khác nhau. 1.5.2. Hiệu ứng của STEM dựa vào chủ đề đến các kết quả học tập của học sinh phổ thông Các câu sinh thái của giáo dục STEM dựa vào chủ đề cho thấy sự hội tụ và bổ sung, qua đó khẳng định rằng các hoạt động STEM dựa trên thiết kế kỹ thuật là hiệu quả nhất để cải thiện các kết quả học tập của học sinh trong giáo dục khoa học. 1.5.3. Hiệu ứng của giáo dục STEM dựa vào dự án đến các kết quả học tập học học sinh phổ thông Chúng tôi quan sát thấy rằng ba hoạt động STEM đã nổi lên trong quá trình tổng hợp dữ liệu. Thứ nhất, các khóa học Robotic định hướng STEM trong lớp học và trại hè STEM có hiệu quả trong việc cải thiện thành tích và động lực học tập của học sinh THCS. Thứ hai, các hoạt động học tập dựa vào dự án STEM trong giảng dạy môn toán học và khoa học có hiệu quả trong việc cải thiện thành tích học tập (thành tích toán học và kiến thức STEM) và 9
các kỹ năng tư duy bậc cao (sáng tạo khoa học, kỹ năng giải quyết vấn đề) của học sinh tiểu học và THCS. Cuối cùng, STEM ngoài trường học thông qua các trải nghiệm học tập dựa vào dự án thực hành trong trại hè STEM trên khuôn viên trường đại học, Bitara-STEM và Studio STEM đã có hiệu quả trong việc cải thiện sự quan tâm nghề nghiệp STEM của học sinh THCS. 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 Các hoạt động giáo dục STEM dựa vào chương trình giảng dạy chéo là hiệu quả đối với việc phát triển các kỹ năng tư duy bậc cao, ngăn chặn sự suy giảm động lực và sự quan tâm nghề nghiệp STEM của học sinh. 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 Việc thực hành kiến thức và kỹ năng khoa học và toán học trong bối cảnh các lớp kỹ thuật ở trường THCS có lợi ích đáng kể cho cả sự quan tâm STEM và thành tích học tập của học sinh. 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 Các trải nghiệm học tập dịch vụ STEM trong chương trình mùa hè STEM có hiệu quả để cải thiện động lực học tập và sự quan tâm nghề nghiệp STEM của học sinh THPT. 1.6. Tình hình cập nhật nghiên cứu về hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh phổ thông tại Việt Nam Việt Nam cũng như nhiều quốc gia khác trên thế giới, đã tiếp cận giáo dục STEM như một con đường để cải cách giáo dục phổ thông. Tổng cộng có 15 tài liệu đáp ứng các tiêu chí lựa chọn để đưa vào phân tích tổng quan về hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh phổ thông tại Việt Nam. Trong đó có 01 luận án, 01 luận văn, 01 hội thảo và 11 bài báo khoa học. Có 13/15 tài liệu nghiên cứu được xuất bản từ năm 2019 đến nay. Điều này cho thấy mối quan tâm về giáo dục STEM ở nhà trường phổ thông tăng lên nhanh chóng khi chương trình giáo dục phổ thông 2018 được ban hành và triển khai áp dụng. Có 12/15 tài liệu là dạng nghiên cứu thực nghiệm cho thấy vấn đề tìm kiếm các giải pháp mới trong thực hành giáo dục STEM được quan tâm mạnh mẽ. Các kết quả chung từ các nghiên cứu này đồng ý rằng giáo dục STEM có tác động tích cực đến các kết quả học tập của học sinh, bao gồm thành tích học tập, năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo, sự quan tâm và hứng thú, các kỹ năng thế kỷ 21. Trong đó, nghiên cứu hiệu quả của giáo dục STEM đến năng lực giải quyết vấn đề của học sinh được quan tâm mạnh mẽ hơn các kết quả khác (tổng số 9/15 nghiên cứu). Điều đó cho thấy cần phải tiếp tục có các nghiên cứu thực nghiệm về hiệu quả của giáo dục STEM đến các kết quả học tập khác của học sinh, bao gồm thái độ/ sự quan tâm học tập, động lực học tập và các kỹ năng tư duy bậc cao. 1.7. Kết luận chương 1 Trong chương 1, hiệu ứng của giáo dục STEM đến kết quả học tập của học sinh phổ thông đã được tổng hợp theo các loại kết quả gồm thành tích học tập, động lực học tập, sự quan tâm STEM và các kỹ năng tư duy bậc cao. Nhìn chung, các kết quả được báo cáo ủng hộ quan điểm rằng giáo dục STEM có thể thúc đẩy học sinh giải quyết các vấn đề trong thế giới thực và khơi dậy sự quan tâm đến STEM của học sinh. Chúng cũng có khả năng đóng góp vào sự phát triển các kỹ năng tư duy bậc cao và cải thiện động lực cũng như thành tích 10
học tập của học sinh trong các môn học STEM. Do đó, giáo dục STEM là một cách tiếp cận hiệu quả để cải cách quá trình dạy và học bằng cách tạo ra một môi trường học tập tích cực và liên ngành nhằm cải thiện hơn nữa các kết quả học tập của học sinh phổ thông. Tuy nhiên, tổng cộng có 23 câu sinh thái được tổng hợp từ các nghiên cứu hiện có cho thấy rằng các kết quả học tập của học sinh là xảy ra khác nhau giữa các cách tích hợp của giáo dục STEM. Bên cạnh đó, kết quả tổng quan cho thấy giáo dục STEM dựa vào đồng bộ và chủ đề là hai loại được sử dụng phổ biến nhất trong giáo dục bộ môn khoa học. Dạy học môn khoa học theo định hướng giáo dục STEM được thực hiện chủ yếu thông qua mô hình giảng dạy 5E, mô hình lập luận Toulmin và mô hình thiết kế kỹ thuật. Việc dạy học môn khoa học 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 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 theo định hướng giáo dục STEM nhằm cải thiện hơn nữa các kết quả học tập của học sinh. 11
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 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 Kết quả nghiên cứu Chương 1 cho thấy, dạy học môn khoa học theo định hướng giáo dục STEM được thực hiện chủ yếu thông qua mô hình giảng dạy 5E, mô hình lập luận Toulmin và mô hình thiết kế kỹ thuật. Giáo dục STEM dựa vào mô hình 5E và mô hình thiết kế kỹ thuật là mô hình tiến trình sư phạm, mô tả một chuỗi các hoạt động thực hành dọc theo trục thời gian của bài học để học sinh giải quyết vấn đề, trong khi STEM được hỗ trợ lập luận Toulmin tập trung vào các thảo luận/ lập luận nhằm kết nối tốt hơn giữa các môn học STEM. Điều này đưa đến ý tưởng về việc kết hợp giáo dục STEM dựa vào 5E với mô hình lập luận Toulmin để cải thiện tất cả các loại kết quả học tập của học sinh trong môn khoa học. 2.2. Khung khái niệm liên quan 2.2.1. Giáo dục STEM dựa vào mô hình 5E (5E-based STEM education) Giáo dục STEM dựa vào mô hình 5E (viết tắt là: 5E-STEM) có thể được định nghĩa như "một quan điểm dạy học, trong đó giáo viên thiết kế và thực hiện các bài học STEM bằng cách sử dụng mô hình giảng dạy 5E nhằm cho phép các học sinh học bằng trải nghiệm thực hành để chuyển các kiến thức STEM vào giải quyết các vấn đề cuộc sống hàng ngày". Một bài học STEM dựa vào mô hình 5E sẽ được chia thành 5 giai đoạn gồm: (1) Gắn kết, (2) Khám phá, (3) Giải thích, (4) Củng cố và (5) Đánh giá. 2.2.2. Giáo dục STEM dựa vào lập luận Toulmin (Toulmin's argumentation-based STEM education) Giáo dục STEM dựa vào lập luận Toulmin có thể được định nghĩa như "một quan điểm dạy học, trong đó giáo viên thiết kế và thực hiện dạy học các nội dung STEM bằng cách sử dụng mô hình lập luận Toulmin nhằm cho phép các học sinh biện minh cho các ý tưởng và giải pháp thiết kế kỹ thuật dựa trên các bằng chứng thu được thông qua các hoạt động hoặc thí nghiệm". 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 Từ những phân tích về khái niệm giáo dục STEM, giáo dục STEM dựa vào mô hình 5E, giáo dục STEM dựa vào lập luận Toulmin, luận án này hiểu: Dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mô hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin là một cách tiếp cận dạy học môn khoa học theo quan điểm giáo dục STEM, trong đó giáo viên thiết kế và thực hiện các bài học STEM theo tiến trình của mô hình giảng dạy 5E nhằm cho phép các học sinh học bằng trải nghiệm thực hành để giải quyết các vấn đề thế giới thực, đồng thời các trải nghiệm thực hành được hỗ trợ bởi lập luận Toulmin nhằm cho phép các học sinh biện minh cho các ý tưởng và giải pháp thiết kế kỹ thuật dựa trên các bằng chứng thu được". 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 12
Mô hình giảng dạy 5E, một khuôn khổ cho hướng dẫn truy vấn (guided-inquiry), được biết đến là một trong những mô hình sư phạm hiệu quả được sử dụng phổ biến nhất trong các khóa học khoa học theo định hướng STEM, thường được gọi lại là STEM dựa trên 5E (5E-based STEM, viết tắt là 5E-STEM). Tuy nhiên, mô hình giảng dạy 5E không giải thích rõ cách các môn học STEM riêng lẻ được tích hợp trong từng giai đoạn hoạt động của nó. Trong bối cảnh này, một câu hỏi được đặt ra là 'làm thế nào để học sinh tiếp thu kiến thức STEM một cách hiệu quả hơn trong mỗi giai đoạn thực hành 5E-STEM'. Một trong những cách hiệu quả để tăng tính kết nối liên môn của các môn học STEM là sử dụng mô hình lập luận Toulmin trong học tập khoa học. Mô hình lập luận Toulmin ủng hộ mạnh mẽ việc thu hút học sinh tham gia phát triển các lập luận giải quyết vấn đề bằng cách sử dụng các cuộc thảo luận trong các môn học STEM. [133]. Học sinh tích hợp nội dung từ cả bốn môn học STEM khi họ biện minh cho các ý tưởng và giải pháp thiết kế kỹ thuật. Do đó, một ý tưởng mới về việc kết hợp giáo dục STEM kết hợp với lập luận Toulmin và 5E-STEM, được đặt tên là mô hình 5E-STEM dựa vào lập luận (Argumentation-supported 5E-STEM, viết tắt là A-5E-STEM), có thể được áp dụng trong môn khoa học để nâng cao hơn nữa các kết quả học tập của học sinh. 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 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 Bằng chứng từ các nghiên cứu hiện có đã công nhận rằng dạy học khoa học theo định hướng giáo dục 5E-STEM có tác động tích cực đến thành tích học tập, động lực học tập, sự quan tâm học tập và các kỹ năng tư duy bậc cao (tư duy phản biện và kỹ năng suy luận, sáng tạo.. .) của học sinh K-12. Tuy nhiên, chúng tôi chưa tìm thấy bất kỳ nghiên cứu nào về dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục 5E-STEM mà nhiều loại kết quả học tập được kiểm tra trực tiếp trong một nghiên cứu duy nhất. 2.4.2. Tiến trình dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM dựa vào sử dụng mô hình 5E Mô hình giảng dạy 5E là mô hình giảng dạy dựa vào tìm tòi để cấu trúc bài học STEM xoay quanh một chu trình của thực hành khám phá đi qua 5 chữ E gồm: gắn kết (Engage), khám phá (Explore), giải thích (Explain), củng cố (Elaborate) và đánh giá (Evaluate). Trong suốt các bài học STEM, học sinh sẽ di chuyển qua từng pha trong 5 chữ E, và kết thúc bằng việc đánh giá những gì họ đã làm và nhận ra sự liên kết đến các khái niệm và mục tiêu bài học. 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 Khi xem xét các tài liệu liên quan, người ta thấy rằng mô hình STEM dựa vào lập luận Toulmin có thể được sử dụng để nâng cao thành tích học tập, phát triển các kỹ năng tư duy bậc cao (tư duy phản xạ, kỹ năng giải quyết vấn đề, sáng tạo...), thúc đẩy sự quan tâm và động lực học tập của học sinh trung học trong môn khoa học. 2.4.4. Tích hợp các môn học STEM vào mô hình lập luận Toulmin 13
Gülen và Yaman (2019) đã phát triển mô hình giải thích sự tích hợp các môn học STEM vào mô hình lập luận Toulmin. Mô hình lập luận Toulmin trong giáo dục STEM được thể hiện trong Hình 2.2. Hình 2.2. Mô hình lập luận Toulmin trong giáo dục STEM Các yếu tố chính của lập luận Toulmin trong giáo dục STEM: - Tuyên bố (Claim): Ý kiến hoặc giải thích cho các ý tưởng hoặc giải pháp của vấn đề thế giới thực của STEM. - Dữ liệu (Data): Các dữ kiện hoặc quan sát thực tế hỗ trợ tuyên bố. - Sự bảo đảm (Reason/Warrant): Những lý do liên kết các dữ kiện với tuyên bố. Chúng được hỗ trợ bởi các ví dụ được đưa ra hàng ngày. - Đủ điều kiện (Qualifier): Các điều kiện để tuyên bố là hợp lệ. Có nghĩa rằng, một tuyên bố có thể không đúng trong một số trường hợp. - Từ chối (Rejective): Các điều kiện để tuyên bố là không hợp lệ. Một sự thừa nhận về một quan điểm hợp lệ khác cho tình huống. Ba yếu tố đầu tiên gồm: tuyên bố, căn cứ/dữ liệu và sự bảo đảm, được coi là thành phần thiết yếu của lập luận thực hành, trong khi các yếu tố còn lại gồm đủ điều kiện và từ chối, có thể không cần thiết trong một số lập luận. Các bằng chứng thực tế để xác nhận một tuyên bố đủ điều kiện hợp lệ hoặc bị từ chối có thể đến từ các khía cạnh STEM dưới đây: - Bằng chứng về công nghệ: Là các bằng chứng từ việc sử dụng các công cụ, máy móc, thiết bị trong chế tạo sản phẩm. - Bằng chứng về kỹ thuật: Là những bằng chứng từ việc thiết kế sản phẩm được xây dựng và lập kế hoạch với công nghệ hiện có. - Bằng chứng về toán: Là các ví dụ/ ứng dụng của mô hình toán trong quá trình để giải quyết vấn đề. - Bằng chứng về hoa học: Là các dữ liệu của sự kiện hoặc quan sát khóa học trong tất cả các yếu tố mô tả ở trên. 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 14
Với ý tưởng dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM, các hoạt động 5E-STEM sẽ dẫn dắt học sinh thông qua các giai đoạn học tập "E" về giải quyết vấn đề trong thế giới thực trong bài học khoa học, trong khi mô hình lập luận của Toulmin cung cấp các lập luận để phát triển kiến thức STEM trong từng giai đoạn của chu trình 5E. Mô hình lập luận Toulmin có vai trò tạo ra cấu trúc chiều ngang trong mỗi giai đoạn của 5 chữ E nhằm bổ sung, chứng minh năng lực đọc, viết và nói trong một lập luận dựa trên bằng chứng và sự hiểu biết về các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán của học sinh. Sự kết hợp giữa mô hình giảng dạy 5E và lập luận của Toulmin trong một bài học khoa học theo định hướng giáo dục STEM có thể được hình dung như Hình 2.3. Hình 2.3. Sự kết hợp giữa mô hình giảng dạy 5E và lập luận Toulmin trong bài học STEM 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 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 Nguyên tắc 1 - Tích hợp nội dung STEM Nguyên tắc 2 - Học tập lấy vấn đề làm trung tâm Nguyên tắc 3 - Học tập dựa trên tìm tòi/truy vấn Nguyên tắc 4 - Học tập dựa trên thiết kế Nguyên tắc 5 - Học tập hợp tác hoặc học tập cộng tác 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 Cơ sở vật chất là một yếu tố quan trọng quyết định chất lượng của hoạt động giáo dục STEM. Hệ thống cơ sở vật chất trong giáo dục STEM có thể được hiểu là phòng Lab STEM, tài liệu học tập, phương tiện trực quan, thiết bị thí nghiệm. 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 15
Dựa trên hướng dẫn của Bybee (2019) [134], chúng tôi đã phát triển ba bước công việc chính cần được tiến hành để thiết kế bài học Khoa học Tự nhiên theo mô hình A-5E- STEM. Có thể hình dung về tiến trình thiết kế dạy học như Hình 2.5 dưới đây. Hình 2.5. Tiến trình thiết kế dạy học môn Khoa học tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM Mô tả chi tiết về tiến trình thiết kế dạy học: Bước 1: Xác định một tình huống dựa trên vấn đề đích thực làm nền tảng cho bài học Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM Bước 2: Thiết kế nội dung theo một trình tự giảng dạy 5E kết hợp với lập luận Toulmin. Bước 3: Thiết kế cách tổ chức các trải nghiệm thực hành của học sinh theo trình tự giảng dạy 5E kết hợp với lập luận Toulmin. 2.6. Bối cảnh thực tiễn cho phép thực hiện dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng A-5E-STEM cho sinh THCS tại Thành phố Hà Nội 2.6.1. Từ góc độ chính sách thúc đẩy giáo dục STEM Giáo dục STEM nói chung và dạy học theo định hướng giáo dục STEM đã và đang trở thành một trong những ưu tiên hàng đầu của Việt Nam nhằm cải thiện hơn nữa chất lượng giáo dục. Quan điểm giáo dục STEM được hiện thực hóa trong các văn bản chỉnh đạo của Đảng, Chính phủ, Bộ ngành và các địa phương. Năm 2017, Chỉ thị số 16/CT-TTg của Thủ tưởng Chính phủ nêu rõ giải pháp “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 ban thành theo Thông tư 32/2018/TT-BGDĐT, thuật ngữ STEM được lặp lại nhiều lần để nhấn mạnh việc thực hiện giáo dục STEM thông qua các môn Toán học, Khoa học tự nhiên, Công nghệ, Tin học. 16
Tại Thành phố Hà Nội, Sở Giáo dục và Đào tạo đã ban thành nhiều văn bản hướng dẫn các nhà trường trung học áp dụng giáo dục STEM nhằm cải thiện chất lượng giảng dạy. Theo đó, các nhà trường/ tổ nhóm chuyên môn lựa chọn nội dung kiến thức trong Chương trình giáo dục phổ thông hiện hành và xây dựng các bài học theo định hướng giáo dục STEM. Các bài học STEM có thể một chủ đề/ bài học theo định hướng giáo dục STEM được xây dựng cho một số giờ học tại trường phù hợp với chương trình và nguồn lực hiện có; hoặc các bài học/ dự án STEM ngoại khóa. 2.6.2. Từ góc độ chương trình môn Khoa học Tự nhiên Trong Chương trình Giáo dục Phổ thông 2018, môn Khoa học tự nhiên là môn học bắt buộc, được dạy ở trung học cơ sở. Bản thân các khoa học tự nhiên là khoa học thực nghiệm nên các hình thức thực hành, thí nghiệm trong phòng thực hành, ở thực địa và các cơ sở sản xuất có vai trò, ý nghĩa quan trọng và do đó thuận lợi cho việc áp dụng các hoạt động STEM theo hướng học qua làm. Về phương pháp dạy học, giáo viên cần kết hợp giáo dục STEM trong dạy học nhằm phát triển cho học sinh khả năng tích hợp các kiến thức, kĩ năng của các lĩnh vực khoa học tự nhiên, công nghệ, kĩ thuật, toán vào giải quyết một số tình huống thực tiễn. Do đó, mặc dù Khoa học Tự nhiên là một môn học độc lập, nhưng bản chất của nó, cùng với chủ chương xây dựng chương trình và hướng dẫn thực hiện chương trình đã rất nhấn mạnh tầm quan trọng của dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục STEM. Ý tưởng áp dụng mô hình A-5E-STEM trong luận án này sẽ góp phần trực tiếp thực hiện chủ trương trên. Từ năm học 2021-2022, học sinh lớp 6 trong cả nước được học theo sách giáo khoa mới. Do đó, luận án này đã lựa chọn môn Khoa học Tự nhiên lớp 6 để tiến hành thực nghiệm sư phạm. 2.7. Kết luận chương 2 Đầu tiên, luận án đã tổng hợp được những khái niệm có liên quan trực tiếp đến đề tài bao gồm giáo dục STEM dựa vào mô hình 5E, giáo dục STEM dựa vào lập luận Toulmin, dạy học môn khoa học theo định hướng giáo dục STEM dựa vào mô hình 5E kết hợp với lập luận Toulmin. Thứ hai, luận án đã đưa ra những biện minh cho lý do tạo 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. Từ đó, luận giải chi tiết hơn cho sự kết hợp giữa mô hình 5E-STEM và lập luận Toulmin trong dạy học môn Khoa học Tự nhiên. Tổng hợp các nghiên cứu hiện có để làm rõ hiệu ứng của dạy học 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 bao gồm thành tích học tập, động lực học tập, sự quan tâm STEM và các kỹ năng tư duy bậc cao của học sinh. Thứ ba, luận án đã phân tích các cơ sở pháp lý và cấu trúc chương trình giáo dục phổ thông 2018 mà hỗ trợ, cho phép thực hiện 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. Qua đó co thể thấy rằng việc thực hiện dạy học môn khoa học theo định hướng giáo dục A-5E-STEM là rất phù hợp với thực tiễn dạy học môn Khoa học Tự nhiên của các trường, bám sát các bài học trong chương trình hiện hành, không đòi bất cứ thay đổi gì về việc cấu trúc lại chương trình giảng dạy, khả thi để áp dụng rộng rãi tại các trường. Nó cho phép tận dụng những điểm mạnh của nhà trường để thực hiện dạy học 17
môn khoa học theo định hướng giáo dục STEM, chẳng hạn như các phòng Lab thí nghiệm, đội ngũ giáo viên..., có thể tăng cường sự trải nghiệm thực hành của học sinh, mà không đòi hỏi sự phối hợp của các doanh nghiệp, cộng đồng với chi phí đắt đỏ. Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 3.1. Mục đích, câu hỏi và giả thuyết nghiên cứu của thực nghiệm 3.1.1. Mục đích thực nghiệm Mục đích thực nghiệm này là 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. Cụ thể hơn, nó xem xét sự khác biệt về thành tích học tập, động lực học tập, sự quan tâm học tập và các kỹ năng tư duy bậc cao của học sinh THCS giữa dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM, giáo dục 5E-STEM và phương pháp giáo khoa thông thường. 3.1.2. Các câu hỏi nghiên cứu của thực nghiệm 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? 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? 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? 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? 3.2. Thiết kế phương pháp thực nghiệm Các thực nghiệm đích thực luôn đòi hỏi các học sinh được lựa chọn ngẫu nhiên trong tổng thể và học sinh cũng được phân bổ ngẫu nhiên vào trong các nhóm thực nghiệm và đối chứng. Tuy nhiên, các quy định hiện hành tại các trường yêu cầu cần phải duy trì tổ chức theo các lớp hiện hành. Điều đó có nghĩa rằng, chỉ có thể thực hiện được các nghiên cứu bán thực nghiệm trong tình huống này. Do đó, luận án này là một nghiên cứu bán thử nghiệm với thiết kế các nhóm không tương đương chỉ kiểm tra sau (semi-experimental study with post-test only non-equivalent groups design). Bài học “Tách chất ra khỏi hỗn hợp” trong môn Khoa học Tự nhiên lớp 6 đã được thiết kế theo định hướng giáo dục A-5E- STEM và 5E-STEM. Nhóm thử nghiệm đầu tiên được dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục A-5E-STEM, nhóm thử nghiệm thứ hai được dạy học môn Khoa học Tự nhiên theo định hướng giáo dục 5E-STEM và nhóm đối chứng được dạy bằng các phương pháp giáo khoa thông thường. Học sinh lớp thực nghiệm được chia thành các nhóm nhỏ (mỗi nhóm 6 học sinh) cùng nhau giải quyết các vấn đề trong phòng thí nghiệm (Lab); trong khi lớp đối chứng nhận các phương pháp giáo khoa thông thường thông qua đọc, nghe và thảo luận liên quan đến đơn vị “Tách chất ra khỏi hỗn hợp” trong sách giáo khoa. 18