Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Phát tiển năng lực nghiên cứu khoa học cho học sinh trong dạy học chủ đề: Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở vi sinh vật (Sinh học 10-THPT) với vấn đề ứng dụng vi sinh vật để xử lí nước thải chăn nuôi theo định hướng giáo dục STEM

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:94

Thêm vào BST

Báo xấu

26
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu sáng kiến "Phát tiển năng lực nghiên cứu khoa học cho học sinh trong dạy học chủ đề: Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở vi sinh vật (Sinh học 10-THPT) với vấn đề ứng dụng vi sinh vật để xử lí nước thải chăn nuôi theo định hướng giáo dục STEM" nhằm thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề “Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở vi sinh vật”, Sinh học 10 -THPT theo định hướng giáo dục STEM phát triển năng lực nghiên cứu khoa học cho học sinh và nâng cao hiệu quả dạy học.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Phát tiển năng lực nghiên cứu khoa học cho học sinh trong dạy học chủ đề: Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở vi sinh vật (Sinh học 10-THPT) với vấn đề ứng dụng vi sinh vật để xử lí nước thải chăn nuôi theo định hướng giáo dục STEM

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC CHỦ ĐỀ “CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG Ở VI SINH VẬT ” (SINH HỌC 10 - THPT) VỚI VẤN ĐỀ ỨNG DỤNG VI SINH VẬT ĐỂ XỬ LÍ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM LĨNH VỰC: SINH HỌC
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGHỆ AN TRƯỜNG THPT NAM ĐÀN 2 =====  ===== SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC CHỦ ĐỀ “CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG Ở VI SINH VẬT ” (SINH HỌC 10 - THPT) VỚI VẤN ĐỀ ỨNG DỤNG VI SINH VẬT ĐỂ XỬ LÍ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM LĨNH VỰC: SINH HỌC Tên tác giả : Hoàng Thị Minh Tổ bộ môn : Tự nhiên Năm thực hiện : 2021 - 2022 Số ĐT : 0399110414
MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ ...........................................................................................................1 1. Lí do chọn đề tài .................................................................................................1 2. Mục đích và phạm vi nghiên cứu .......................................................................2 3. Phương pháp nghiên cứu....................................................................................2 4. Những đóng góp mới của đề tài .........................................................................3 5. Cấu trúc của đề tài ..............................................................................................3 Phần II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .....................................................................4 Chương 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ...........................4 1.1. Tổng quan những vấn đề nghiên cứu ..............................................................4 1.1.1. Tổng quan các nghiên cứu về năng lực nghiên cứu khoa học ...............4 1.1.2. Tổng quan các nghiên cứu về dạy học theo định hướng giáo dục STEM ........5 1.2. Cơ sở lý luận của đề tài ...................................................................................6 1.2.1. Cơ sở lý luận của năng lực nghiên cứu khoa học ..................................6 1.2.2. Cơ sở lý luận dạy học STEM .................................................................8 1.3. Cơ sở thực tiễn của đề tài ............................................................................. 12 1.3.1. Thực trạng về việc đổi mới PPDH theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển NL NCKH của HS trong dạy học Sinh học. ..... 12 1.3.2. Khảo sát bước đầu về NL NCKH của HS trong học tập môn Sinh học..... 13 Kết luận chương 1 ............................................................................................... 15 Chương 2. THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ “CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG Ở VI SINH VẬT” (SINH HỌC 10 - THPT) THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CHO HỌC SINH................................................................................................... 16 2.1. Phân tích cấu trúc và nội dung của chủ đề “Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở vi sinh vật” (Sinh học 10-THPT) .......................................... 16 2.2. Thiết kế chủ đề dạy học STEM để phát triển năng lực nghiên cứu khoa học cho học sinh trong chủ đề “Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở vi sinh vật” (Sinh học 10-THPT) ..................................................................... 16 2.2.1. Quy trình thiết kế chủ đề/ bài học STEM trong dạy học Sinh học ..... 16 2.2.2. Vận dụng thiết kế chủ đề dạy học STEM phát triển năng lực nghiên cứu khoa học trong dạy học chủ đề “Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở vi sinh vật” (Sinh học 10-THPT) ............................ 19
2.3. Tổ chức dạy học chủ đề STEM để phát triển năng lực nghiên cứu khoa học cho học sinh trong dạy học chủ đề “Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở vi sinh vật” (Sinh học 10-THPT) ................................................... 26 2.3.1. Quy trình tổ chức dạy học bài học/ chủ đề STEM ............................. 26 2.3.2. Vận dụng quy trình tổ chức dạy học STEM chủ đề “Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở vi sinh vật” (Sinh học 10-THPT) để phát triển năng lực nghiên cứu khoa học cho học sinh ...................... 28 2.4. Đánh giá năng lực nghiên cứu khoa học ...................................................... 35 2.4.1. Rubric đánh giá kỹ năng trong NL NCKH ......................................... 35 2.4.2. Bảng kiểm đánh giá kỹ năng của NL NCKH ..................................... 36 2.4.3. Câu hỏi, bài tập đánh giá NL NCKH .................................................. 38 Kết luận chương 2 ............................................................................................... 41 Chương 3. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ............................................................ 42 3.1. Mục đích thực nghiệm ................................................................................. 42 3.2. Nội dung thực nghiệm.................................................................................. 42 3.3. Phương pháp thực nghiệm ........................................................................... 42 3.4. Kết quả và xử lí kết quả thực nghiệm .......................................................... 42 3.4.1. Phân tích định lượng ........................................................................... 42 3.4.2. Phân tích định tính .............................................................................. 46 3.4.3. Thực trạng HS sau khi tham gia học tập chủ đề STEM ..................... 47 Phần III. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................. 49 1. Kết luận ........................................................................................................... 49 2. Kiến nghị ......................................................................................................... 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 50 PHỤ LỤC
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ 1 ĐC Đối chứng 2 GV Giáo viên 3 HS Học sinh 4 KT ĐG Kiểm tra đánh giá 5 KN Kĩ năng 6 NCKH Nghiên cứu khoa học 7 NL Năng lực 8 NL NCKH Năng lực nghiên cứu khoa học 9 PPDH Phương pháp dạy học 10 SGK Sách giáo khoa 11 STEM Science, Technology, Engineering, Mathematics 12 THPT Trung học phổ thông 13 TN Thực nghiệm 14 VSV Vi sinh vật
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Cấu trúc NL NCKH của HS ở trường THPT ........................................7 Hình 1.2. Tiến trình khoa học trong giáo dục STEM ............................................9 Hình 1.3. Tiến trình bài học STEM .......................................................................9 Hình 1.4. Mối quan hệ giữa dạy học STEM và NL NCKH ............................... 11 Hình 2.1. Quy trình thiết kế chủ đề/ bài học STEM trong dạy học Sinh học .... 17 Hình 2.2. Quy trình tổ chức dạy học chủ đề/ bài học STEM phát triển NL NCKH cho HS .................................................................................... 26 Hình 2.3. Ô nhiễm nước thải chăn nuôi ............................................................. 28 Hình 2.4. Bên dòng sông “chết”, người dân bất lực sống chung với ô nhiễm ... 28 Hình 3.1. Biểu đồ đường tích lũy lớp TN và lớp ĐC ở lần kiểm tra đầu TN .... 43 Hình 3.2. Biểu đồ đường tích lũy lớp TN và lớp ĐC ở lần kiểm tra giữa TN ... 44 Hình 3.3. Biểu đồ đường tích lũy lớp TN và lớp ĐC ở lần kiểm tra sau TN .... 44 Hình 3.4. Kết quả khảo sát thái độ hứng thú học tập của HS sau khi được học theo định hướng giáo dục STEM ....................................................... 47
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Sự phù hợp của tiến trình tổ chức các hoạt động học của HS trong bài học STEM với phương pháp dạy học tích cực……11 Bảng 1.2. Kết quả điều tra đối với GV về dạy học theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển NL NCKH cho HS trong dạy học Sinh học ........ 12 Bảng 1.3. Khảo sát về NL NCKH của HS trong học tập môn Sinh học ............ 13 Bảng 2.1. Tiến trình tổ chức dạy học chủ đề “Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở VSV” (Sinh học 10-THPT) theo định hướng giáo dục STEM22 Bảng 2.2. Tiêu chí đánh giá báo cáo kiến thức nền (I) ....................................... 23 Bảng 2.3. Tiêu chí đánh giá báo cáo đề cương nghiên cứu (II).......................... 24 Bảng 2.4. Tiêu chí đánh giá báo cáo sản phẩm (III) ........................................... 24 Bảng 2.5. Tiêu chí đánh giá kĩ năng làm việc nhóm .......................................... 25 Bảng 2.6. Hệ thống tiêu chí đáng giá NL NCKH ............................................... 35 Bảng 2.7. Kiểm quan sát đánh giá NL NCKH cho GV ...................................... 37 Bảng 2.8. Bảng kiểm đánh giá kỹ năng đề xuất vấn đề liên quan ...................... 37 Bảng 2.9. Kiểm đánh giá kỹ năng lập thu nhận và xử lí thông tin ..................... 37 Bảng 2.10. Kiểm đánh giá kỹ năng thiết kế và thực hiện NCKH......................... 38 Bảng 2.11. Kiểm đánh giá kỹ năng viết, trình bày báo cáo và thảo luận ............. 38 Bảng 3.1. Kết quả thống kê điểm số của 3 bài kiểm tra trong quá trình TN ...... 43 Bảng 3.2. Bảng tổng hợp các tham số đặc trưng bằng phần mềm SPSS............ 43 Bảng 3.3. Kết quả đánh giá định lượng các tiêu chí NL NCKH của HS............ 43
ĐẶT VẤN ĐỀ 1. Lí do chọn đề tài 1.1. Xuất phát từ xu thế đổi mới giáo dục Hiện nay trên thế giới cùng với quá trình toàn cầu hóa, sự phát triển nhanh chóng và mạnh mẽ của khoa học và công nghệ, việc hội nhập quốc tế cũng như sự đi lên của nền kinh tế tri thức đã đặt ra nhiều yêu cầu mới cho sự nghiệp giáo dục Việt Nam. Ở trong nước, tiến trình đổi mới giáo dục đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể, góp phần đắc lực thực hiện mục tiêu công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, tuy nhiên vẫn còn nhiều hạn chế bất cập. Nghị quyết số 29-NQ/TW ngày 4/11/2013 Hội nghị Trung ương 8 khóa XI về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục đào tạo đã nêu một trong những hạn chế đó là “Hệ thống giáo dục và đào tạo còn nặng lý thuyết, nhẹ thực hành. Đào tạo thiếu gắn kết với nghiên cứu khoa học, sản xuất, kinh doanh và nhu cầu của thị trường lao động” và một trong những giải pháp quan trọng để đổi mới giáo dục đó là “Nâng cao chất lượng, hiệu quả nghiên cứu và ứng dụng khoa học, công nghệ” [1]. Ở trường phổ thông, HS tiếp cận hoạt động NCKH chủ yếu thông qua cuộc thi khoa học kĩ thuật nên phát triển NL NCKH còn hạn chế. Vì vậy cần đẩy mạnh các hoạt động dạy học nâng cao NL NCKH cho HS. 1.2. Xuất phát từ hiệu quả dạy học theo định hướng giáo dục STEM phát triển NL NCKH Dạy học theo định hướng giáo dục STEM được xem là một trong những phương thức có hiệu quả trong việc phát triển các phẩm chất, NL trong đó có NL NCKH. Tại hội nghị Khoa học - Công nghệ - Kỹ thuật - Toán học (STEMCON) Việt Nam 2017, thứ trưởng bộ khoa học và công nghệ Trần Văn Tùng nhấn mạnh: “Giáo dục STEM là một trong những nhiệm vụ quan trọng trong mục tiêu tạo ra nguồn nhân lực nghiên cứu khoa học công nghệ chất lượng cao và rất cần sự quan tâm của chính phủ để thúc đẩy hoạt động này”. Mỗi chủ đề dạy học STEM đề cập và giao cho HS giải quyết một vấn đề tương đối trọn ven, đòi hỏi HS phải huy động kiến thức đã có và tìm tòi, chiếm lĩnh kiến thức mới để sử dụng. Quá trình đó đòi hỏi HS phải thực hiện theo “quy trình khoa học” để chiếm lĩnh kiến thức mới và “quy trình kĩ thuật” để sử dụng kiến thức đó vào việc thiết kế và thực hiện giải pháp “công nghệ” mới để giải quyết vấn đề [3]. Các kiến thức và kỹ năng được tích hợp, lồng ghép và bổ trợ cho nhau, giúp HS không chỉ hiểu biết về nguyên lý mà còn có thể thực hành và tạo ra được những sản phẩm trong cuộc sống hằng ngày. 1.3. Xuất phát từ đặc điểm môn Sinh học và nội dung kiến thức phần sinh học vi sinh vật Môn Sinh học là một trong những môn học khoa học tự nhiên mang tính thực nghiệm cao. Các nội dung trong chủ đề “Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở 1
vi sinh vật” (Sinh học 10 - THPT) gồm kiến thức: khái niệm, đặc điểm chung, các loại môi trường nuôi cấy vi sinh vật; các kiểu dinh dưỡng của vi sinh vật; quá trình tổng hợp và phân giải các chất ở vi sinh vật; ứng dụng quá trình tổng hợp và phân giải các chất ở vi sinh vật. Trong đó có ứng dụng vi sinh vật làm sạch môi trường [4]. Tham gia các hoạt động dạy học theo định hướng giáo dục STEM trong chủ đề “Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở vi sinh vật” (Sinh học 10 - THPT) HS vừa được tìm hiểu kiến thức về VSV, vừa nghiên cứu và chế tạo chế phẩm vi sinh làm sạch môi trường từ nguyên liệu thiên nhiên và nguyên liệu nhà bếp, không chứa hóa chất độc hại, thân thiện với môi trường, chi phí thấp. Từ đó góp phần phát triển ở HS NL NCKH, tăng cường vận dụng kiến thức khoa học vào thực tiễn, giúp HS thấy được Sinh học gần gũi, thiết thực với cuộc sống của con người, và là lĩnh vực hứa hẹn nhiều thành tựu về lý thuyết và công nghệ hiện đại trong bối cảnh của cuộc cách mạng công nghệ 4.0. Vì những lí do trên mà chúng tôi lựa chọn đề tài “Phát tiển năng lực nghiên cứu khoa học cho học sinh trong dạy học chủ đề: Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở vi sinh vật (Sinh học 10-THPT) với vấn đề ứng dụng vi sinh vật để xử lí nước thải chăn nuôi theo định hướng giáo dục STEM”. 2. Mục đích và phạm vi nghiên cứu - Mục đích: Thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề “Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở vi sinh vật”, Sinh học 10 -THPT theo định hướng giáo dục STEM phát triển năng lực nghiên cứu khoa học cho học sinh và nâng cao hiệu quả dạy học. - Phạm vi nội dung: Thiết kế kế hoạch dạy học chủ đề “Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở vi sinh vật”, Sinh học 10 -THPT theo định hướng giáo dục STEM. - Phạm vi thực nghiệm: Chúng tôi tiến hành thực nghiệm tại trường THPT Nam Đàn 2, THPT Nam Đàn 1, THPT Lê Hồng Phong, THPT Thái Lão. 3. Phương pháp nghiên cứu 3.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết - Nghiên cứu các tài liệu có liên quan đến nội dung kiến thức phần sinh học vi sinh vật, lí thuyết về NL NCKH, các tài liệu dạy học tích cực, lí thuyết về dạy học theo định hướng giáo dục STEM. - Nghiên cứu các tài liệu về lý luận và phương pháp giảng dạy Sinh học, các giáo trình, luận văn, luận án, tạp chí, bài viết và các website làm cơ sở khoa học cho đề tài nghiên cứu. 3.2. Phương pháp điều tra cơ bản - Điều tra về thực trạng đổi mới PPDH theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển NL NCKH của HS trong dạy học Sinh học. - Điều tra thực trạng phát triển NL NCKH của HS trong học tập môn Sinh học. - Điều tra thái độ hứng thú học tập của HS khi được học theo định hướng giáo dục STEM qua chủ đề “Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở VSV”, Sinh học 10 - THPT. 2
3.3. Phương pháp chuyên gia - Gặp gỡ trao đổi xin ý kiến của các giảng viên trường ĐH, các GV có kinh nghiệm ở trường THPT trong việc xác định các nội dung có thể áp dụng vào việc thiết kế và tổ chức các hoạt động dạy học STEM. - Lấy ý kiến đánh giá của các GV THPT có kinh nghiệm về khả năng tổ chức cũng như hiệu quả của việc tổ chức dạy học STEM trong dạy học chủ đề “Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở VSV”, Sinh học 10 - THPT. 3.4. Phương pháp thực nghiệm sư phạm Sau khi thiết kế và xây dựng được quy trình tổ chức dạy học theo định hướng STEM, chúng tôi tiến hành thực nghiệm ở trường THPT để kiểm tra tính đúng đắn, tính thực tiễn của đề tài. Chúng tôi tiến hành xem xét sự tiến bộ của HS giữa lớp TN và lớp ÐC qua chủ đề dạy học, và xem xét sự tiến bộ của lớp TN qua chủ đề. Kết quả thực nghiệm được đánh giá qua phiếu quan sát và bài kiểm tra. + Đối tượng thực nghiệm: học sinh lớp 10 THPT. + Nội dung thực nghiệm: các bài học chủ đề “Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở VSV”, Sinh học 10 - THPT. + Tiến hành thực nghiệm tuần tự theo các bước cụ thể. 3.5. Phương pháp thống kê toán học - Thu thập và thống kê số liệu từ kết quả của tất cả các lần tiến hành thực nghiệm sau đó xử lý số liệu bằng phần mềm SPSS. - Sử dụng phần mềm excel để tính toán các tham số phù hợp . 4. Những đóng góp mới của đề tài - Góp phần hệ thống hóa cơ sở lý luận và cơ sở thực tiễn của việc dạy học theo định hướng giáo dục STEM phát triển NL NCKH cho HS trong dạy học Sinh học THPT. - Thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề “Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở vi sinh vật”, Sinh học 10-THPT theo định hướng giáo dục STEM phát triển NL NCKH cho HS. - Xây dựng bộ tiêu chí đánh giá NL NCKH cho HS, lựa chọn và đề xuất các công cụ đánh giá NL NCKH cho HS thông qua dạy học theo đinh hướng giáo dục STEM. 5. Cấu trúc của đề tài Kết cấu đề tài bao gồm: Mở đầu, nội dung, kết luận, kiến nghị, tài liệu tham khảo và phụ lục, sáng kiến kinh nghiệm bao gồm 3 chương: Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài Chương 2. Thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề “Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở vi sinh vật” (Sinh học 10-THPT) theo định hướng giáo dục STEM phát triển năng lực nghiên cứu khoa học cho học sinh Chương 3: Thực nghiệm sư phạm. 3
Phần II NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Chương 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1. Tổng quan những vấn đề nghiên cứu 1.1.1. Tổng quan các nghiên cứu về năng lực nghiên cứu khoa học Trên thế giới, các PPDH tích cực nhằm lấy người học làm trung tâm với mục đích phát triển năng lực của người học đã ra đời từ rất lâu và phát triển mạnh mẽ từ những năm 70 của thế kỷ XX. Thông qua các hoạt động học tập được tổ chức bằng các phương pháp và kĩ thuật dạy học đa dạng và linh hoạt, HS sẽ phát triển toàn diện về phẩm chất và NL để từ đó áp dụng, sáng tạo nhằm giải quyết các vấn đề trong cuộc sống. NL NCKH là một trong những năng lực quan trọng cần được rèn luyện cho HS vì nó giúp HS lĩnh hội được tri thức một cách khoa học, để từ đó tạo tiền đề nghiên cứu tạo ra những tri thức mới, sản phẩm mới có tính ứng dụng cao cho nhân loại. Galile (1564- 1642) được xem là "Cha của Khoa học hiện đại”. Ông cho rằng: “Muốn hiểu biết thiên nhiên phải trực tiếp quan sát thiên nhiên, phải làm thí nghiệm, phải hỏi thiên nhiên chứ không phải Aristotle và kinh thánh…” [20]. Năm 1980 ông Pie Giolio - Quiri - Viện trưởng viện hàn lâm Pháp đã khởi xướng phương pháp Lamap - “bàn tay nặn bột”, với mong muốn mang đến một cơ hội để người học tiếp cận khoa học bằng các bài học thực tiễn chứ không phải bài học thuần túy lí thuyết [17]. Năm 2007, Ronald A. và Beghetto đã khảo sát đánh giá các yếu tố liên quan đến NL nhận thức khoa học của HS để từ đó có những biện pháp giúp phát triển NL NCKH cho HS [22]. Năm 2013, Kerstin Kremer đã chỉ ra mối quan hệ bản chất tự nhiên và tìm hiểu khoa học là những mục tiêu của giáo dục môn Sinh học [21]. Năm 2021, Stiller và cộng sự đã mô tả quá trình giảng dạy của GV kết hợp với các nhà nghiên cứu nhằm có các phương pháp cải thiện khả năng NCKH ở cấp THPT [24]. Ở Việt Nam, có rất nhiều công trình NCKH, luân án, luận văn nghiên cứu về phương pháp dạy học theo định hướng hình thành và phát triển NL của người học và phương pháp phát triển NL NCKH trong dạy học. Năm 1999, Vũ Cao Đàm trong giáo trình: “Phương pháp luận nghiên cứu khoa học” đã trình bày những kiến thức về phương pháp luận, cấu trúc một công trình NCKH, vấn đề khoa học được trình bày theo một mối liên hệ logic với ý tưởng khoa học và những hướng dẫn cụ thể cho những người mới bước vào nghiên cứu [19]. Nguyễn Xuân Qui (2015), nghiên cứu một số biện pháp phát triển NL NCKH cho HS trong dạy học hóa học [15]. 4
Đặng Thị Dạ Thủy (2015) đã nghiên cứu trình bày vai trò của TN trong việc trong việc phát triển NL NCKH; Quy trình thiết kế bài tập TN phát triển NL NCKH; Các dạng bài tập phát triển phát triển NL NCKH trong dạy học Sinh học ở THPT [7]. Lê Đình Trung (2015) trong chuyên khảo: “Dạy học theo định hướng hình thành và phát triển năng lực người học ở trường phổ thông” đã đúc kết lại những kết quả nghiên cứu nhiều năm về trước về vấn đề: Dạy học theo định hướng hình thành và phát triển NL NCKH cho người học [8]. Vũ Thị Thanh Thủy và Nguyễn Văn Hồng (2019) đã nhấn mạnh trong nghiên cứu của mình: phát triển NL NCKH cho HS trong dạy học các môn học là vấn đề mới và cấp thiết đối với giáo dục Việt Nam hiện nay [14]. Các môn học thuộc khối khoa học tự nhiên ngày càng được GV chú trọng tổ chức dạy học phát triển NL NCKH: Cao Thị Sông Hương (2018), “Tổ chức dạy học môn Vật lý dựa trên tiến trình NCKH ở THCS” [6]; Nguyễn Văn Hồng - Vũ Thị Thanh Thuỷ (2018), “Định hướng phát triển NL NCKH cho HS trong dạy học phần Sinh thái học (Sinh học 12)” [13]; Nguyễn Tiến Long (2017), “Phát triển NL NCKH của HS trường THCS&THPT Nguyễn Tất Thành thông qua hoạt động của câu lạc bộ khoa học” [10]. Nhìn chung, việc xây dựng phương pháp dạy học để hình thành và phát triển NL nói chung và NL NCKH cho HS đã có rất nhiều tác giả quan tâm và nghiên cứu. Nhưng việc nghiên cứu về phát triển NL NCKH cho HS trong dạy học phần Sinh học VSV, Sinh học 10 chưa được nghiên cứu nhiều. Vì vậy, việc tìm hiểu và nghiên cứu sâu về PPDH phát triển NL NCKH cho HS là rất cần thiết và góp phần đáp ứng được yêu cầu đổi mới phương pháp trong dạy học hiện nay. 1.1.2. Tổng quan các nghiên cứu về dạy học theo định hướng giáo dục STEM Giáo dục STEM được xuất hiện lần đầu tiên tại Mỹ vào những năm 1990 từ quỹ khoa học quốc gia (NSF), sau đó phát triển rộng ra nhiều quốc gia trên thế giới. Điều làm cho giáo dục STEM trở nên phổ biến trên thế giới là khả năng xóa bỏ khoảng cách giữa kiến thức trên sách vở và ứng dụng thực tiễn. Ở Việt Nam, năm 2011 công ty Cổ phần công nghệ DTT là đơn vị tiên phong trong quá trình đưa giáo dục STEM vào Việt Nam thông qua phối hợp với Trường Icarnegie - Hoa Kỳ mở rộng triển khai thí điểm tại các trường phổ thông thuộc 3 thành phố Hà Nội, Đà Nẵng và Hồ Chí Minh. Năm 2014, Bộ Giáo dục và Đào tạo phối hợp Hội Đồng Anh triển khai chương trình thí điểm giáo dục STEM cho một số trường trung học thuộc các tỉnh, thành phố. Đây là những bước đi quan trọng nhằm phát triển một chương trình giáo dục theo định hướng STEM mang tầm quốc gia [1]. Ngày 4/5/2017, Thủ tướng chính phủ đã có chỉ thị số 16/CT-TTg về tăng cường NL tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4; trong đó, giao nhiệm vụ cho Bộ GD&ĐT sớm thúc đẩy triển khai giáo dục về khoa học, công nghệ, kĩ thuật 5
và toán học (STEM) trong chương trình giáo dục phổ thông [16]. Từ năm học 2020-2021 Bộ GD&ĐT đã có công văn triển khai thực hiện giáo dục STEM trong giáo dục trung học, trong đó hình thức tổ chức giáo dục STEM chủ yếu trong nhà trường trung học là dạy học các môn khoa học theo bài học STEM theo hướng tiếp cận tích hợp nội môn hoặc tích hợp liên môn [11]. Việc nghiên cứu về giáo dục STEM ở Việt Nam, cho đến nay có một số công trình nghiên cứu về giáo dục STEM cho đối tượng HS phổ thông: Tác giả Lê Xuân Quang (2017), đã nghiên cứu về “Dạy học môn công nghệ phổ thông theo định hướng giáo dục STEM” [9]; tác giả Nguyễn Thanh Nga và các cộng sự (2017) đã nghiên cứu về “Thiết kế và tổ chức chủ đề giáo dục STEM cho học sinh trung học cơ sở và trung học phổ thông” [12]; tác giả Trần Thị Gái và các cộng sự (2018) đã nghiên cứu về “Thiết kế chủ đề GD STEM trong dạy học sinh học trung học phổ thông” [18]. Năm 2019, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã xuất bản tài liệu tập huấn “Giáo dục STEM” [2]. Năm 2020, Bộ Giáo dục và Đào tạo đa ra công văn số 3089/BGDĐT-GDTrH ngày 14/8/2020 về việc triển khai thực hiện giáo dục STEM trong giáo dục trung học [5]. Và tháng 02 năm 2021 tác giả Nguyễn Thanh Nga và các cộng sự đã nghiên cứu cho ra tài liệu “Giáo dục STEM -Hướng dẫn thực hiện kế hoạch bài dạy đáp ứng yêu cầu phát triển phẩm chất, năng lực học sinh trung học” [18]. Qua việc nghiên cứu về các công trình về giáo dục STEM nói chung và dạy học các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học… nói riêng thì thấy rằng dạy học môn Sinh học theo định hướng giáo dục STEM là rất cần thiết và phù hợp với hứng thú và đặc thù của môn học cũng như đáp ứng được yêu cầu đổi mới căn bản giáo dục Việt Nam theo hướng phát triển NL ở người học trong giai đoạn hiện nay. 1.2. Cơ sở lý luận của đề tài 1.2.1. Cơ sở lý luận của năng lực nghiên cứu khoa học 1.2.1.1. Khái niệm năng lực nghiên cứu khoa học Theo A. Sebarová (2008), NL NCKH là một hệ thống mở và không ngừng phát triển, bao gồm các kiến thức chuyên môn và kiến thức quy trình trong lĩnh vực nghiên cứu, thái độ và sự sẵn sàng của cá nhân cho phép các giảng viên thực hiện một nghiên cứu giáo dục trong khuôn khổ hoạt động nghề nghiệp của họ [23]. Đặng Thị Dạ Thủy (2016), trong nghiên cứu: “Sử dụng bài tập thí nghiệm phát triển NL NCKH HS trong dạy học Sinh học ở THPT” đã cho rằng: “NL NCKH của HS là sử hiểu biết và sử dụng nguyên lí của phương pháp NCKH, áp dụng các vấn đề thực nghiệm để giải quyết các vấn đề khoa học”[11, tr52]. Theo Vũ Cao Đàm (1999): “ NCKH là một hoạt động xã hội, hướng vào việc tìm kiếm những điều mà khoa học chưa biết: hoặc là phát hiện bản chất sự vật, phát triển nhận thức khoa học về thế giới; hoặc là sáng tạo phương pháp mới và phương tiện kĩ thuật mới để cải tạo thế giới” [9, tr20]. Như vậy, NL NCKH của HS có thể được hiểu là khả năng học tập theo kiểu 6
nghiên cứu, khả năng thực hiện các hoạt động học tập theo hướng được đặt vào tình huống có vấn đề mang tính chất khoa học, được coi như là nhà khoa học đang tìm hiểu thế giới xung quanh. Qua quá trình nghiên cứu này, HS không chỉ thu được kết quả về kiến thức mà còn rèn luyện về kỹ năng, phẩm chất và có thái độ hiểu đúng hơn về khoa học, yêu thích khoa hoc, kích thích tính ham học hỏi ở HS. 1.2.1.2. Cấu trúc của NL NCKH Dựa vào các nghiên cứu về NL NCKH và qua thực tiễn dạy học, chúng tôi xây dựng cấu trúc NL NCKH của HS ở trường THPT gồm 5 NL thành phần với 15 chỉ số xác định NL được thể hiện ở hình 1.1: NĂNG LỰC NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Năng lực quan sát Năng lực hình Năng lực thu thập Năng lực thiết kế Năng lực viết và và xác định vấn thành giả thuyết và xử lí thông tin thí nghiệm trình bày báo cáo đề nghiên cứu khoa học về vấn đề nghiên cứu Xác định được mục tiêu của Nêu được ý Quan sát để Hình thành Có phương thí nghiệm nghĩa và lập nhận thấy được ý tưởng về pháp thu thập dàn ý bài báo vấn đề cần vấn đề nghiên thông tin khoa cáo nghiên cứu cứu. học và hiệu Chuẩn bị quả nguyên vật liệu và thực hiện được các bước Viết được báo Phân tích và của thí nghiệm cáo khoa học Đặt tên vấn Thiết lập giả thuyết về vấn xử lí hiệu quả đề nghiên thông tin thu cứu đề nghiên cứu Quan sát, ghi thập được. chép và thu thập dữ liệu để giải Sử dụng được thích kết quả thu ngôn ngữ, hình được. ảnh, video, sơ Đặt câu hỏi Đưa ra được đồ, biểu bảng về vấn đề cần cơ sở lí thuyết Trình bày được để biểu đạt quá nghiên cứu về vấn đề kết quả nghiên trình và kết quả nghiên cứu cúu nghiên cứu Hình 1.1. Cấu trúc NL NCKH của HS ở trường THPT 1.2.1.3. Vai trò của việc phát triển NL NCKH trong dạy học Việc phát triển NL NCKH có thể giúp cho HS: - Rèn luyện khả năng tư duy sáng tạo, từng bước trau dồi phương pháp NCKH, biết sử dụng hệ thống lí thuyết, phương pháp nghiên cứu thích hợp để xem xét và giải quyết vấn đề có căn cứ khoa học. - Hình thành và phát triển các kỹ năng: kỹ năng xây dựng đề tài nghiên cứu, kỹ năng thiết kế nghiên cứu, thu thập dữ liệu, phân tích dữ liệu, sử dụng công cụ phân tích. Bên cạnh đó còn hình thành và phát triển kỹ năng phê phán, kỹ năng lập luận, kỹ năng viết báo cáo và trình bày báo cáo khoa học. 7
- Góp phần hình thành và bồi dưỡng những phẩm chất cần thiết của người lao động mới đó là tính kiên trì, nhẫn nại, khắc phục khó khăn, tìm tòi sáng tạo, khách quan, chính xác. - Giúp hình thành kĩ năng và thói quen tự học, tự nghiên cứu để không ngừng nâng cao năng lực bản thân, đáp ứng yêu cầu phát triển ngày càng cao của xã hội. - Tạo ra những bước đi ban đầu để HS phổ thông tiếp cận với những vấn đề của thực tế cuộc sống cần phải được lý giải, giúp rút ngắn khoảng cách giữa giáo dục phổ thông với giáo dục đại học. Để HS tự chủ động tham gia NCKH, việc tăng cường bồi dưỡng NL NCKH đối với các em ở trường phổ thông là yêu cầu có tính chất khách quan trong quá trình dạy học. Đây cũng là cơ sở cần thiết để tiến hành đổi mới nội dung, phương pháp dạy học, góp phần nâng cao chất lượng đào tạo. 1.2.2. Cơ sở lý luận dạy học STEM 1.2.2.1. Khái niệm STEM, giáo dục STEM STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học) [2, tr6]. Giáo dục STEM là mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp HS áp dụng các kiến thức khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học vào giải quyết một số vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể [2]. Giáo dục STEM đặt HS trước những vấn đề thực tiễn ("công nghệ" hiện tại) cần giải quyết, đòi hỏi HS phải tìm tòi, chiếm lĩnh kiến thức khoa học và vận dụng kiến thức để thiết kế và thực hiện giải pháp giải quyết vấn đề ("công nghệ" mới). Như vậy, giáo dục STEM là một phương thức giáo dục nhằm trang bị cho HS những kiến thức khoa học gắn liền với ứng dụng của chúng trong thực tiễn, qua đó phát triển cho HS năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề cùng với những năng lực khác tương ứng, đáp ứng được yêu cầu của sự phát triển kinh tế - xã hội. 1.2.2.2. Tiến trình khoa học trong giáo dục STEM Tiến trình khoa học là cách mà các nhà khoa học thực hiện các NCKH để tìm hiểu thế giới tự nhiên và đưa ra các giải thích dựa trên những bằng chứng thu được từ công việc của mình. Tương tự như vậy, trong giáo dục STEM, thông qua tiến trình khoa học, HS có thể sử dụng các NCKH để tự khám phá thế giới tự nhiên. Đây là một cách để đặt câu hỏi và trả lời các câu hỏi khoa học bằng cách quan sát và thực hiện các thí nghiệm. Tiến trình khoa học cung cấp cho HS cơ hội được thực hiện các hoạt động sau [2, tr11]: 8
Hình 1.2. Tiến trình khoa học trong giáo dục STEM 1.2.2.3. Dạy học các môn khoa học theo phương thức giáo dục STEM Mỗi bài học STEM trong chương trình giáo dục phổ thông đề cập đến một vấn đề tương đối trọn vẹn, đòi hỏi HS phải học và sử dụng kiến thức để sử dụng vào giải quyết vấn đề đó. Tiến trình mỗi bài học STEM được thực hiện phỏng theo quy trình kĩ thuật (Hình 1.3), trong đó việc "Nghiên cứu kiến thức nền" là việc học để chiếm lĩnh nội dung kiến thức tương ứng với vấn đề cần giải quyết trong bài học, HS là người chủ động nghiên cứu SGK, tài liệu bổ trợ, tiến hành các thí nghiệm dưới sự hướng dẫn của GV; vận dụng kiến thức đã học để đề xuất, lựa chọn giải pháp giải quyết vấn đề; thực hành thiết kế, chế tạo, thử nghiệm mẫu; chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh thiết kế. Thông qua quá trình đó, HS được rèn luyện nhiều kĩ năng để phát triển phẩm chất, NL [2, tr 9]. Xác định vấn đề Nghiên cứu kiến thức nền Toán Lý Hóa Sinh Tin CN (Nội dung dạy học theo chương trình được sắp xếp lại phù hợp) Đề xuất các giải pháp/bản thiết kế Lựa chọn giải pháp/bản thiết kế Chế tạo mô hình (nguyên mẫu) Thử nghiệm và đánh giá Chia sẻ và thảo luận Điều chỉnh thiết kế Hình 1.3. Tiến trình bài học STEM 9
Mỗi bài học STEM được tổ chức theo 5 hoạt động như sau: Hoạt động 1: Xác định vấn đề Trong hoạt động này, GV giao cho HS nhiệm vụ học tập chứa đựng vấn đề, trong đó HS phải hoàn thành một sản phẩm học tập cụ thể với các tiêu chí đòi hỏi HS phải sử dụng kiến thức mới trong bài học để đề xuất, xây dựng giải pháp và thiết kế nguyên mẫu của sản phẩm cần hoàn thành. Tiêu chí của sản phẩm là yêu cầu hết sức quan trọng, bởi đó chính là "tính mới" của sản phẩm, kể cả sản phẩm đó là quen thuộc với HS; đồng thời, tiêu chí đó buộc HS phải nắm vững kiến thức mới thiết kế và giải thích được thiết kế cho sản phẩm cần làm. Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp Trong hoạt động này, HS thực hiện hoạt động học tích cực, tự lực dưới sự hướng dẫn của GV. Trong bài học STEM sẽ không còn các "tiết học" thông thường mà ở đó GV "giảng dạy" kiến thức mới cho HS. Thay vào đó, HS tự tìm tòi, chiếm lĩnh kiến thức để sử dụng vào việc đề xuất, thiết kế sản phẩm cần hoàn thành. Kết quả là, khi HS hoàn thành bản thiết kế thì đồng thời HS cũng đã học được kiến thức mới theo chương trình môn học tương ứng. Hoạt động 3: Lựa chọn giải pháp Trong hoạt động này, HS được tổ chức để trình bày, giải thích và bảo vệ bản thiết kế kèm theo thuyết minh (sử dụng kiến thức mới học và kiến thức đã có); đó là sự thể hiện cụ thể của giải pháp giải quyết vấn đề. Dưới sự trao đổi, góp ý của các bạn và GV, HS tiếp tục hoàn thiện (có thể phải thay đổi để bảo đảm khả thi) bản thiết kế trước khi tiến hành chế tạo, thử nghiệm. Hoạt động 4: Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá Trong hoạt động này, HS tiến hành chế tạo mẫu theo bản thiết kế đã hoàn thiện sau bước 3; trong quá trình chế tạo đồng thời phải tiến hành thử nghiệm và đánh giá. Trong quá trình này, HS cũng có thể phải điều chỉnh thiết kế ban đầu để bảo đảm mẫu chế tạo là khả thi. Hoạt động 5: Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh Trong hoạt động này, HS được tổ chức để trình bày sản phẩm học tập đã hoàn thành; trao đổi, thảo luận, đánh giá để tiếp tục điều chỉnh, hoàn thiện. Sự phù hợp của tiến trình tổ chức các hoạt động học của HS trong các bài học STEM với phương pháp dạy học tích cực được mô tả trong bảng sau: Phương pháp Mô hình THM Giáo dục STEM dạy học 6E (VNEN) HĐ1: Xác định vấn Xác định vấn đề/ đề (nêu rõ tiêu chí Engage/Gắn kết Khởi động nhu cầu thực tiễn dụng cụ/thiết bị… cần chế tạo) Hình thành kiến Nghiên cứu kiến HĐ2: Học kiến thức Explore/Khám phá thức thức mới cần sử mới; Đề xuất các 10
Explain/Giải thích Luyện tập dụng giải pháp/Bản thiết kế mẫu cần chế tạo Engineer Đề xuất các giải pháp/ (Extend/Elaborate) Bản thiết kế Thiết kế HĐ3: Trình bày/giải Lựa chọn 1 giải pháp/ thích/bảo vệ giải Bản thiết kế pháp/Bản thiết kế mẫu Vận dụng hoặc/và mở rộng Chế tạo mẫu HĐ4: Lựa chọn dụng Thử nghiệm - Đánh cụ, Chế tạo mẫu Enrich/Khắc sâu giá và thử nghiệm Chia sẻ và thảo HĐ5: Trình bày sản luận phẩm, Đánh giá, Evaluate/Đánh giá Điều chỉnh thiết kế Điều chỉnh thiết kế Bảng 1.1. Sự phù hợp của tiến trình tổ chức các hoạt động học của HS trong các bài học STEM với phương pháp dạy học tích cực 1.2.2.3. Mối quan hệ giữa dạy học STEM và việc phát triển NL NCKH cho HS Dạy học theo định hướng giáo dục STEM là môi trường để hình thành NL NCKH. Bản chất của dạy học STEM là quy trình NCKH. Tham gia các các hoạt động học tập theo chủ đề/ bài học STEM vừa giúp HS hình thành kiến thức mới, vừa giúp HS rèn luyện các kĩ năng của NL NCKH. Chúng ta có thể thấy rõ hơn sự phát triển NL NCKH của HS qua dạy học STEM ở hình 1.5 sau: Hình 1.4. Mối quan hệ giữa dạy học STEM và NL NCKH 11
1.3. Cơ sở thực tiễn của đề tài Để có cơ sở thực tiễn cho vấn đề nghiên cứu, chúng tôi sử dụng phiếu điều tra (xem Phụ lục 1.1) và tiến hành điều tra 42 GV sinh học trực tiếp đứng lớp và 225 HS của các trường THPT trên địa bàn tỉnh Nghệ An, tập trung chủ yếu ở trường THPT Nam Đàn 2, THPT Nam Đàn 1, THPT Lê Hồng Phong, THPT Thái Lão. Sau đây là kết quả thu được: 1.3.1. Thực trạng về việc đổi mới PPDH theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển NL NCKH của HS trong dạy học Sinh học. Bảng 1.2. Kết quả điều tra đối với GV về dạy học theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển NL NCKH cho HS trong dạy học Sinh học Kết quả TT Vấn đề Các phương án trả lời SL TL% Quí Thầy (Cô) đã tham gia A. Đã từng tham gia 9 21.43 1 tập huấn về định hướng phát B. Chưa từng tham gia 33 78.57 triển NL NCKH chưa? Trong dạy học, việc phát triển A. Thường xuyên 30 71.43 NL NCKH cho học sinh có 2 B. Thỉnh thoảng 12 28.57 thường được nhắc đến hay không? C. Chưa bao giờ 0 0 Theo Thầy (Cô) có cần thiết A. Rất cần thiết 36 85.71 chú trọng phát triển NL 3 B. Cần thiết 6 14.29 NCKH cho học sinh trong dạy học Sinh học không? C. Không cần thiết 0 0 Thầy (Cô) có thường tổ chức A. Thường xuyên 0 0 các hoạt động dạy học theo B. Thỉnh thoảng 7 16.67 4 định hướng giáo dục STEM phát triển NL NCKH cho HS C. Chưa bao giờ 35 83.33 hay không? 12
+ Thuận lợi: Theo quan điểm chỉ đạo của Đảng, nhà nước và nghành giáo dục. Phù hợp với xu hướng giáo dục của thế giới. Rèn luyện tính năng động, sáng tạo, chủ động Theo thầy (Cô), việc dạy học của HS trong quá trình học. theo định hướng giáo dục + Khó khăn: Giáo viên chưa được bồi 5 STEM phát triển NL NCKH dưỡng, tập huấn; Cơ sở vật chất phòng TH cho HS có những thuận lợi còn thiếu về dụng cụ, thiết bị TN; Nội dung và khó khăn gì? SGK hiện hành còn nặng về lí thuyết; Thời gian tiết học còn hạn chế, GV chưa chú trọng dạy học phát triển NL NCKH; HS chưa có hứng thú, yêu thích, đam mê NCKH; Kỹ năng thực hành của HS còn yếu. Qua thống kê bảng 1.2 cho thấy, đa số GV cho rằng việc phát triển NL NCKH là rất quan trọng (85.71%). Tuy nhiên, việc tổ chức các hoạt động dạy học theo định hướng giáo dục STEM phát triển NL NCKH cho HS rất ít được áp dụng, có đến (83.33%) GV chưa thực hiện phương pháp này. Theo ý kiến trao đổi với GV thì đây là một phương pháp mới, để dạy tiết theo phương pháp này thì GV và HS cần đầu tư nhiều thời gian để tìm kiếm tài liệu và thực nghiệm để có được kết quả học tập tốt. 1.3.2. Khảo sát bước đầu về NL NCKH của HS trong học tập môn Sinh học Bảng 1.3. Khảo sát về NL NCKH của HS trong học tập môn Sinh học Kết quả TT Vấn đề Các phương án trả lời SL TL% A. Năng lực tự học 60 26,6 B. Năng lực hợp tác 68 30,22 Trong các giờ dạy môn Sinh học, giáo viên thường rèn C. Năng lực giải quyết vấn đề 48 21,33 1 luyện cho các em năng lực D. Năng lực thực hành thí nào sau đây? 31 13,78 nghiệm E. Năng lực nghiên cứu khoa 17 7,6 13