1171
TỔNG QUAN VỀ GIÁO DỤC STEM VÀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA VIỆC
XÂY DỰNG KHUNG NĂNG LỰC DẠY HỌC STEM
CHO SINH VIÊN NGÀNH GIÁO DỤC TIỂU HỌC
Dương Thị Minh Hoàng1,
Phan Đức Duy2, Nguyễn Thị Diệu Phương2
1 Khoa Giáo dục Tiểu học, Trường Đại học Sư phạm Huế
2 Khoa Sinh học, Trường Đại học Sư phạm Huế
TÓM TẮT
Bài viết trình bày nghiên cứu tổng quan về giáo dục STEM và tính cấp
thiết của việc xây dựng khung năng lực dạy học STEM cho sinh viên ngành Giáo
dục Tiểu học. Với vai trò nền tảng của cấp tiểu học trong hệ thống giáo dục phổ
thông, việc đổi mới giáo dục cần bắt đầu từ bậc tiểu học, bao gồm việc áp dụng
STEM vào các môn học phù hợp. Hiện nay, hầu hết giáo viên tiểu học chưa hình
thành và phát triển được năng lực dạy học STEM, do đó, việc đào tạo giáo viên
tiểu học có năng lực dạy học STEM từ các cơ sở đào tạo là cấp thiết. Bài viết đã
khái quát quá trình hình thành, phát triển và nêu bật tầm quan trọng của giáo dục
STEM. Khung năng lực dạy học STEM cho sinh viên ngành Giáo dục Tiểu học
được đề xuất gồm 4 thành phần năng lực và 13 tiêu chí tương ứng.
Từ khóa: giáo dục STEM; dạy học STEM; khung năng lực; sinh viên
Giáo dục Tiểu học
1. Giới thiệu
Ngày nay, nghiên cứu về giáo dục STEM đang dần trở nên quan trọng
trên phạm vi quốc tế. Việc tập hợp và phân tích tài liệu trong cơ sở dữ liệu ISI từ
năm 1992 đến 2013 đã cho thấy rằng từ năm 2008, nghiên cứu về giáo dục STEM
đã phát triển mạnh mẽ, với số lượng bài báo tăng từ khoảng 15 bài năm 2008 lên
gần 100 bài vào năm 2013. Trong giai đoạn này, Mỹ dẫn đầu với 200 công trình
(chiếm 52%), tiếp theo là Anh với 36 công trình (9,35%). Hà Lan và Úc mỗi
nước có 16 công trình (4,16%), còn lại các quốc gia như Tây Ban Nha, Israel,
Thổ Nhĩ Kỳ, Canada, Đức và Đài Loan có tổng số công trình là 67. Các quốc gia
khác trên thế giới đã đóng góp 50 công trình nghiên cứu (Yu và cs., 2016). Trong
vòng 18 năm từ 2000 đến 2018, đã có 798 bài báo về giáo dục STEM được công
bố trên 36 tạp chí (Li và cs., 2020). Một nghiên cứu tổng quan đã chỉ ra rằng giáo
dục STEM ngày càng được tập trung nhằm tăng cường kiến thức về lĩnh vực
1172
STEM và phát triển kỹ năng cho học sinh thông qua các khóa học, chương trình
và nhiều trải nghiệm học tập (Li và cs., 2020).
Ở Việt Nam, Tiểu học đã được xác định là cấp học nền tảng, bắt buộc
trong hệ thống giáo dục phổ thông (GDPT). Vì vậy, việc đổi mới giáo dục muốn
thành công thì phải được tiến hành ngay từ bậc Tiểu học. Dạy học STEM cũng
không phải là một trường hợp ngoại lệ, phải bắt đầu từ bậc học nhỏ nhất với tính
chất bắt buộc, đó là cấp Tiểu học.
Giáo dục STEM được áp dụng vào môn Tự nhiên và Xã hội hay môn
Khoa học với các chủ đề Khoa học, liên quan đến yếu tố đầu tiên của STEM là
yếu tố “S” (Sciences) là hợp lý, khả thi và có tính hiệu quả cao. Để thực hiện
được điều đó thì cần thiết phải có sự đầu tư về cả vật chất lẫn yếu tố con người.
Tuy nhiên, hầu hết giáo viên tiểu học hiện nay vẫn chưa được trang bị những kỹ
năng này và tất nhiên là họ không thể tự hình thành được kỹ năng này khi chỉ
được tiếp cận với vấn đề thông qua một vài buổi tập huấn đơn thuần. Muốn đạt
đến mức độ đó, giáo viên cần phải được đào tạo theo một chương trình bài bản,
chất lượng từ các tổ chức có uy tín, đi từ lí thuyết đến thực hành và có những trải
nghiệm thực tiễn. Do đó, việc đào tạo giáo viên tiểu học đạt chuẩn và có được
năng lực dạy học STEM ngay từ các cơ sở đào tạo giáo viên là cấp thiết.
2. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết được sử dụng để thu thập
và phân tích thông tin từ các công trình tiêu biểu trong và ngoài nước về giáo
dục STEM. Quy trình nghiên cứu cụ thể như sau:
(1) Tuyển chọn tài liệu: Các tài liệu được tuyển chọn từ các nguồn uy tín
bao gồm các tạp chí khoa học, sách, và báo cáo nghiên cứu. Quy trình tuyển chọn
bao gồm việc xác định các tiêu chí lựa chọn như độ tin cậy của nguồn, năm xuất
bản, và mức độ liên quan đến chủ đề nghiên cứu.
(2) Lọc tài liệu: Sau khi tuyển chọn, các tài liệu sẽ được lọc để loại bỏ
những bài viết không phù hợp. Tiêu chí lọc bao gồm việc kiểm tra tính hợp lệ
của phương pháp nghiên cứu, độ tin cậy của dữ liệu, và sự phù hợp với mục tiêu
nghiên cứu của bài báo.
(3) Phân tích và tổng hợp: Các tài liệu phù hợp sẽ được phân tích và tổng
hợp để rút ra những điểm chung và độc đáo về giáo dục STEM. Quá trình này
bao gồm việc xác định quá trình hình thành và phát triển, tầm quan trọng của
giáo dục STEM, và việc xây dựng khung năng lực dạy học STEM.
1173
(4) Phân loại và hệ thống hóa: Sắp xếp và khái quát hóa các mốc thời
gian phát triển của giáo dục STEM theo từng nội dung đã đề cập. Điều này giúp
dễ dàng nhận biết, lựa chọn và vận dụng các kiến thức đã tổng hợp.
(5) Đề xuất và thảo luận: Dựa trên kết quả phân tích, bài báo đề xuất
khung năng lực dạy học STEM cho sinh viên ngành giáo dục Tiểu học gồm các
thành phần năng lực và những tiêu chí tương ứng. Phương pháp này sẽ được duy
trì suốt quá trình nghiên cứu để phân tích, lý giải và bàn luận về kết quả thu được.
Với cách tiếp cận này, bài viết không chỉ cung cấp cái nhìn tổng quan về
giáo dục STEM mà còn đề xuất các hướng nghiên cứu mới phù hợp với thực tiễn
tại Việt Nam.
3. Kết quả và thảo luận
3.1. Sự phát triển và tầm quan trọng của giáo dục STEM
3.1.1. Trên thế giới
Khái niệm về STEM không phải là thuật ngữ quá mới mẻ. Trong thời kỳ
đỉnh cao của cuộc đua không gian năm 1958, từ những nỗ lực về mặt giáo dục,
ý niệm STEM đã bắt đầu xuất hiện. Vào những năm 1990, các nhà quản lý khoa
học tại Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ (NSF) đã lần đầu tiên sử dụng thuật ngữ
SMET để viết tắt cho các lĩnh vực “Khoa học, Toán học, Kĩ thuật, Công nghệ”.
Đến năm 2001, thuật ngữ này được thay đổi thành STEM (Sanders, 2009).
Trong các ngữ cảnh cụ thể, thuật ngữ STEM thường được sử dụng cùng
với các thuật ngữ khác như giáo dục STEM, chiến lược STEM, nghề nghiệp
STEM... Khái niệm về giáo dục STEM đã thu hút sự chú ý của nhiều nhà nghiên
cứu. Một số nghiên cứu tập trung vào việc cải thiện trình độ khoa học và toán
học cho học sinh nhưng ít chú ý đến công nghệ và kỹ thuật (Sanders, 2009; Wang
và cs., 2011; Breiner và cs., 2012). Mặc dù những tác giả này coi giáo dục STEM
là phương pháp tích hợp các môn học thuộc STEM nhưng mục đích chính vẫn
là nâng cao năng lực khoa học và toán học. Tuy nhiên, một số nghiên cứu khác
đã chú trọng hơn đến công nghệ và kỹ thuật (Bybee, 2010; Hoachlander &
Yanofsky, 2011). Theo quan điểm này, giáo dục STEM không chỉ cải thiện trình
độ khoa học mà còn phát triển năng lực công nghệ và kỹ thuật, thiết kế, thậm chí
còn đề cập đến sáng tạo và nghệ thuật. Tầm quan trọng của việc ứng dụng thực
tế trong giáo dục STEM cũng được nhấn mạnh (Tsupros & Hallinen, 2009;
Kelley & Knowles, 2016). Những kết quả nghiên cứu phong phú này đã làm
sáng tỏ các khía cạnh của giáo dục STEM như khái niệm, hình thức tổ chức và
hiệu quả của nó trong từng bối cảnh và môn học, góp phần phát triển năng lực
của học sinh.
1174
Ở Mỹ, kế hoạch chiến lược năm 2018 đã trình bày một tầm nhìn cho tương
lai, trong đó mọi người dân Mỹ sẽ có quyền tiếp cận suốt đời với giáo dục STEM
chất lượng cao và Mỹ sẽ duy trì vị trí dẫn đầu toàn cầu về sự hiểu biết, sự đổi
mới sáng tạo và việc làm trong lĩnh vực STEM. Kế hoạch tập trung vào ba mục
tiêu tổng quát như sau: (1) Xây dựng nền tảng vững chắc cho sự hiểu biết về
STEM bằng cách đảm bảo rằng mọi người dân Mỹ đều có cơ hội nắm vững các
khái niệm cơ bản về STEM và trở nên thành thạo về kỹ thuật số; (2) Tăng cường
sự đa dạng, công bằng và hòa nhập trong lĩnh vực STEM bằng cách cung cấp
cho mọi người dân Mỹ quyền tiếp cận suốt đời với giáo dục STEM chất lượng
cao; (3) Chuẩn bị lực lượng lao động STEM cho tương lai (White House Office,
2023). Sau đó, những chương trình giáo dục tập trung vào STEM đã được phổ
biến và mở rộng sang nhiều quốc gia khác. Tùy vào đặc thù của từng nền giáo
dục ở mỗi quốc gia mà khái niệm về giáo dục STEM được đề xuất theo nhiều
cách khác nhau.
Tại Úc, giáo dục STEM được hiểu là một phương pháp học tập và phát
triển dựa trên sự tích hợp các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học.
Ngoài ra, các thuật ngữ như STEAM (Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Nghệ
thuật và Toán học) và STEM-HASS (Nhân văn, Nghệ thuật, Khoa học Xã hội)
cũng được sử dụng nhằm mở rộng phạm vi của giáo dục STEM (Government of
Western Australia, 2020).
Tại Pháp, giáo dục STEM được tích hợp ở mọi cấp học. Ở Tiểu học: Học
sinh học Toán, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, tham gia các hoạt động nghiên
cứu nhằm thúc đẩy sự quan tâm và phát triển tư duy phê phán. Từ Tiểu học đến
Trung học cơ sở (THCS), học sinh có 78 giờ thí nghiệm khoa học mỗi năm. Ở
THCS, học sinh học Toán, Khoa học (Vật lý, Hóa học, Khoa học Sự sống và
Trái đất), Công nghệ theo định hướng giải quyết vấn đề và nghiên cứu. Ở Trung
học phổ thông (THPT), học sinh học Toán 4 giờ/tuần, Vật lý, Hóa học, Thể thao,
Vũ trụ 3 giờ/tuần, và ½ giờ/tuần cho Khoa học Đời sống và Trái đất. Các môn
học được dạy tích hợp và học sinh tham gia vào các chủ đề khám phá liên quan
đến STEM như Công nghệ sinh học, Y tế, Phát minh và đổi mới công nghệ. Hiện
nay, chương trình học tích hợp Khoa học và Công nghệ đang triển khai với nội
dung không dạy riêng lẻ mà được tích hợp vào một chương trình chung
(Ministère de l’Éducation Nationale et de la Jeunesse, 2012).
Giáo dục STEM ở Anh đã trở thành chương trình quốc gia với mục tiêu
tạo ra nguồn nhân lực khoa học chất lượng cao, tập trung vào 04 lĩnh vực chính:
tuyển dụng và nâng cao trình độ giáo viên, cải tiến chương trình, và phát triển cơ
1175
sở vật chất. Giáo viên các môn hợp tác xây dựng bài giảng tích hợp, giúp học
sinh áp dụng kiến thức liên môn để giải quyết vấn đề (Windale, 2016). Chương
trình học được làm phong phú trong và ngoài lớp học, với sự đầu tư từ nhà nước
và tư nhân. Trải nghiệm STEM được lồng ghép vào chương trình giảng dạy chính
khóa, coi STEM là phương pháp tiếp cận, không phải môn học riêng biệt. Các
cách tiếp cận bao gồm: dự án STEM trong một môn học, trong nhiều môn học
với các giáo viên khác nhau dạy cùng chủ đề từ góc độ chuyên môn của mình,
phối hợp nhiều môn học, và song song với chương trình học để học sinh áp dụng
kiến thức vào giải quyết vấn đề thực tế (Hardman & West, 2016).
Theo báo cáo của Quỹ KOFAC, các nhà nghiên cứu Hàn Quốc đã đưa ra
khái niệm về giáo dục STEM sau khi kết hợp với yếu tố nghệ thuật như là mô
hình giáo dục nhằm tăng cường sự quan tâm và hiểu biết của sinh viên về công
nghệ khoa học, đồng thời phát triển kiến thức STEAM dựa trên công nghệ khoa
học và khả năng giải quyết các vấn đề trong thế giới thực (KOFAC, 2019).
Giáo dục STEM ở Singapore phát triển mạnh mẽ với sự tham gia tích cực
của Bộ Giáo dục và các tổ chức công, tư nhân. Chương trình học tập ứng dụng
(ALP) khởi xướng năm 2013 cung cấp trải nghiệm học tập thực tiễn cho học sinh
từ tiểu học đến trung học, được hỗ trợ bởi STEM Inc., cung cấp các gói bài học
và buổi học tại trường hoặc Trung tâm Khoa học Singapore. Các trường STEM
chuyên biệt như NUS High (2005) và SST (2010) cung cấp các chương trình
toán học và khoa học nâng cao, tập trung vào công nghệ thông tin và truyền
thông. Một số trường như Hwa Chong Institution và Raffles Institution có
chương trình nghiên cứu độc lập dưới sự giám sát của nhà khoa học hoặc giảng
viên đại học. Chương trình STEM phi chính thức như Shell Singapore: The
Bright Ideas Challenge và Drone Odyssey Challenge khuyến khích học sinh phát
triển kỹ năng kỹ thuật và tư duy phản biện, trong khi Maker Faire Singapore là
sự kiện nơi các nhà sáng tạo trình bày sản phẩm đổi mới. Trường Đại học Công
nghệ và Thiết kế Singapore (SUTD) và Viện Giáo dục Kỹ thuật (ITE) cung cấp
các khóa học liên ngành về STEM. Trung tâm Nghiên cứu và Giáo dục STEM
tại NIE (meriSTEM@NIE), thành lập năm 2018, nâng cao chất lượng giáo dục
STEM thông qua nghiên cứu, giảng dạy và các hoạt động cộng đồng. Nhờ các
sáng kiến này, Singapore xây dựng nền giáo dục STEM toàn diện, giúp học sinh
phát triển kỹ năng cần thiết cho thế kỷ 21 (Tang, 2018).
Tại Malaysia, chương trình giảng dạy đã xây dựng dựa trên bối cảnh và
vấn đề, cùng với việc phát triển nguồn lực dạy và học về STEM một cách toàn
diện (Lim, 2014).
