Dạy học Sinh học 8 (THCS) theo định hướng giáo dục STEM

dẠy họC Sinh họC 8 (thCS) thEo đỊnh hƯớng giáo dụC StEm PGS.TS. Nguyễn Thế Hưng1 Lê Thùy Linh2 Tóm tắt: Bên cạnh việc trình bày quy trình vận dụng mô hình giáo dục STEM vào dạy học Sinh học 8 (Xây dựng các chủ đề phù hợp, ứng với các mức độ người học cần đạt được; Lựa chọn một số nội dung trong chương trình có thể tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM; Xác định mục tiêu dạy học của chủ đề; Thiết kế các hoạt động STEM và Tổ chức dạy học và đánh giá), thì bài viết còn đưa ra các ví dụ minh họa sinh động minh chứng cho nhận định: “Dạy học Sinh học 8 theo định hướng giáo dục STEM không chỉ tạo được hứng thú cho người học mà còn rất có hiệu quả trong việc giúp người học phát triển được một số năng lực (năng lực tư duy, năng lực nghiên cứu khoa học, năng lực giải quyết vấn đề...) và nâng cao chất lượng dạy học”. Từ khóa: STEM; Kỹ năng STEM; Giáo dục STEM; Dạy học Sinh học 8; Phát triển năng lực... 1. Đặt vấn đề Hiện nay, giáo dục hiện đại đang dần chuyển từ dạy học tiếp cận nội dung sang dạy học tiếp cận năng lực. Đặc biệt, trong bối cảnh toàn cầu hóa với yêu cầu ngày càng cao về chất lượng nguồn nhân lực, thì việc trang bị cho người học những kỹ năng cần thiết là hết sức quan trọng. Dạy học theo định hướng giáo dục STEM hướng đến phát triển năng lực liên quan đến các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học được coi là một trong những định hướng trong giáo dục – đào tạo. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh nước ta đang có chủ trương đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục [1]. Bài viết này trình bày quy trình và cách tổ chức hoạt động dạy học cũng như các phương thức kiểm tra - đánh giá kết quả học tập của người học trong dạy học Sinh học 8 (THCS) theo định hướng giáo dục STEM. 1 Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội. 2 Trường THCS, THPT Đoàn Thị Điểm Greenfield, Văn Giang, Hưng Yên. Phần 1. TRIẾT lÝ, MÔ THỨc, PHƯƠNG THỨc GIÁO Dục THEO ĐỊNH HƯỚNG 4.0 69 2. Kết quả nghiên cứu và thảo luận 2.1. Cơ sở khoa học của giáo dục STEM STEM là cách viết tắt của Science (Khoa học) - Technology (Công nghệ) - Engineering (Kĩ thuật) - Mathematics (Toán). Định hướng giáo dục STEM đã và đang được giảng dạy trong các nhà trường Phổ thông tại nhiều quốc gia trên thế giới [2]. Cho đến nay, có rất nhiều quan điểm và cách định nghĩa STEM khác nhau. Tuy nhiên, hầu hết các nhà giáo dục học đều cho rằng giáo dục STEM là một cách tiếp cận liên môn trong học tập, ở đó những khái niệm học thuật chính xác được kết hợp với bài học thực tiễn khi học sinh vận dụng Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trong một bối cảnh cụ thể, tạo nên sự kết nối giữa nhà trường, cộng đồng... [3]. Môi trường học tập của giáo dục STEM giúp người học có cách tư duy khoa học, vận dụng được khả năng tính toán thành thạo với kiến thức khoa học để giải quyết các vấn đề thực tiễn [4]. Khác với dạy học đơn môn, dạy học tích hợp tạo mối liên hệ bằng sự kết nối các môn học với nhau. Tuy nhiên sự tích hợp ở đây là sự thống nhất chứ không phải cộng gộp. Do vậy các kiến thức được tổ chức một cách hiệu quả [5]. 2.2. Dạy học Sinh học 8 theo định hướng giáo dục STEM  Quy trình thiết kế và tổ chức dạy học: Quy trình dạy học Sinh học 8 theo định hướng giáo dục STEM có thể được chia thành các bước chủ yếu sau đây (Hình 1): Kỷ yếu Hội tHảo quốc tế CáC vấn đề mới trong khoa họC giáo dụC: tiếp Cận liên ngành và xuyên ngành70 Lựa chọn chủ đề dạy học Định hướng sản phẩm STEM Xác định nội dung kiến thức STEM cần giải quyết Xây dựng hệ thống câu hỏi định hướng Xây dựng mục tiêu dạy học của chủ đề Thiết kế các hoạt động STEM Lập kế hoạch dạy học Tổ chức dạy học Xây dựng nội dung và hình thức kiểm tra đánh giá Phản hồi, bổ sung, chỉnh sửa chủ đề hoàn thiện Hình 1. Quy trình thiết kế và tổ chức dạy học Sinh học 8 theo định hướng giáo dục STEM Bước 1: Lựa chọn chủ đề dạy học Người dạy cần đưa ra được một số kiến thức cốt lõi về Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học. Từ đó tìm điểm chung trong nội dung chương trình để có thể liên kết hoặc từ một chủ đề phân tích thành các nội dung STEM. Khi đã xây dựng được mạch nội dung chính của chủ đề, giáo viên cần kết nối nội dung đó với các sản phẩm, ứng dụng thực tế và xác định kiến thức thuộc các môn học STEM để giải quyết vấn đề. Phần 1. TRIẾT lÝ, MÔ THỨc, PHƯƠNG THỨc GIÁO Dục THEO ĐỊNH HƯỚNG 4.0 71 Giáo viên cũng có thể lựa chọn chủ đề dạy học STEM từ chính những vấn đề xuất phát từ thực tiễn gắn với nội dung kiến thức Sinh học. Bước 2: Định hướng sản phẩm STEM Để phát triển các kỹ năng STEM, người dạy cần phối hợp các hình thức dạy học phát triển năng lực như dạy học tích hợp, dạy học dự án, dạy học giải quyết vấn đề... Một trong những thước đo quan trọng để đánh giá mức độ tiếp nhận kiến thức của người học chính là các sản phẩm học tập. Ở bước này, giáo viên cần định hướng rõ cho HS các sản phẩm cùng tiêu chí đánh giá cụ thể. Nhờ đó, người học định hướng được quy trình tạo ra sản phẩm và chất lượng của sản phẩm. Bước 3: Xác định nội dung kiến thức STEM cần giải quyết Thực chất của bước này là xác định được các nội dung kiến thức cụ thể trong các môn học có liên quan đến chủ đề STEM như Toán học, Vật lí, Hóa học, Sinh học, Công nghệ, Kỹ thuật... Bước 4: Xây dựng hệ thống câu hỏi định hướng Giáo viên cần xác định nội dung chính cần giải quyết của chủ đề, từ đó đưa ra các câu hỏi tương ứng để định hướng hoạt động học tập cho học sinh, có thể kèm theo các tiêu chí, yêu cầu cụ thể để giải quyết nhiệm vụ. Bước 5: Xây dựng mục tiêu dạy học của chủ đề Mục tiêu được xác định là căn cứ để đánh giá chất lượng và hiệu quả của bài học. Vì vậy, mục tiêu dạy học phải được xác định một cách tường minh, có thể làm căn cứ để đánh giá được mức độ đạt được mục tiêu của người học. Bước 6: Thiết kế các hoạt động STEM Đây là bước rất quan trọng. Trong bước này, giáo viên cần thiết kế các hoạt động học tập cho học sinh dựa trên cơ sở nội dung và mục tiêu dạy học. Việc giao nhiệm vụ cho học sinh cần chú ý tới định hướng phát triển năng lực cho người học. Bước 7: Lập kế hoạch dạy học chi tiết Tiến hành thiết kế giáo án hoàn chỉnh cho chủ đề, lựa chọn hoạt động phù hợp. Chú ý kết hợp giữa các giáo viên ở các môn/lĩnh vực khác nhau. Bước 8: Tổ chức dạy học Đây là giai đoạn triển khai nhiệm vụ và nội dung học tập. Giai đoạn này cần xây dựng được môi trường học tập cho toàn thể học sinh theo mô hình giáo dục STEM. Kỷ yếu Hội tHảo quốc tế CáC vấn đề mới trong khoa họC giáo dụC: tiếp Cận liên ngành và xuyên ngành72 Bước 9: Xây dựng nội dung và hình thức kiểm tra đánh giá Thông qua đánh giá, giáo viên kiểm tra được năng lực của học sinh sau khi thực hiện chủ đề. Nên đa dạng hóa hình thức kiểm tra đánh giá, sao cho hướng đến mục tiêu dạy học, đặc biệt là mục tiêu phát triển năng lực. Bước 10: Thu thập thông tin phản hồi, bổ sung, hoàn thiện chủ đề Từ các kết quả thu được từ thông tin phản hồi, giáo viên bổ sung, chỉnh sửa và hoàn thiện chủ đề. 2.3. Ví dụ minh họa thiết kế chủ đề dạy học STEM trong chương trình Sinh học 8 Trong khuôn khổ một bài viết Hội thảo, chúng tôi chỉ xin phân tích những điểm cơ bản trong Quy trình thiết kế và tổ chức dạy học Sinh học 8 theo định hướng giáo dục STEM qua một ví dụ. Chủ đề giáo dục STEM này đã được thiết kế và tổ chức dạy học tại một số trường THCS trên địa bàn thành phố Hà Nội và Trường THCS Đoàn Thị Điểm Greenfield, Văn Giang, Hưng Yên. Dạy học Sinh học 8 theo chủ đề TRUYỀN MÁU AN TOÀN 1) Lựa chọn chủ đề Chủ đề “Truyền máu an toàn” được xây dựng chủ yếu dựa trên nội dung của Bài 13: Máu, môi trường trong cơ thể; Bài 15: Đông máu và nguyên tắc truyền máu và Bài 16: Tuần hoàn máu và lưu thông bạch huyết. 2) Định hướng sản phẩm STEM: Chế tạo mô hình truyền máu, thí nghiệm xác định nhóm máu, sản phẩm thuyết trình về truyền máu an toàn. 3) Xác định nội dung kiến thức STEM cần giải quyết Sinh học: Hiện tượng đông máu và ý nghĩa của sự đông máu, ứng dụng; Ý nghĩa của sự truyền máu; Quá trình vận chuyển máu trong cơ thể; Nguyên tắc xác định nhóm máu. Công nghệ/Kỹ thuật: Thiết kế, lắp ráp mô hình truyền máu; Thiết kế bài báo cáo, thuyết trình cho sản phẩm; Thí nghiệm xác định nhóm máu. 4) Xây dựng hệ thống câu hỏi định hướng Truyền máu an toàn phải tuân theo nguyên tắc như thế nào? Trình bày nguyên lý của hiện tượng đông máu và ý nghĩa của sự đông máu. Bằng cách nào có thể xác định được nhóm máu? Trình bày ý nghĩa của sự truyền máu. Phần 1. TRIẾT lÝ, MÔ THỨc, PHƯƠNG THỨc GIÁO Dục THEO ĐỊNH HƯỚNG 4.0 73 Trình bày con đường lưu thông của máu trong cơ thể người. 5) Xây dựng mục tiêu dạy học của chủ đề Bên cạnh các mục tiêu chi tiết về kiến thức, kĩ năng, thái độ, cần hướng đến các mục tiêu phát triển năng lực cho người học: Năng lực giải quyết vấn đề; Năng lực sử dụng công nghệ thông tin; Năng lực thực hành, thí nghiệm; Năng lực tư duy sáng tạo 6) Thiết kế các hoạt động STEM 1- Chế tạo và thuyết trình về mô hình truyền máu Người học chế tạo mô hình nguyên tắc truyền máu từ các vật dụng có thể tái chế, với yêu cầu người học hiểu được nguyên tắc truyền máu an toàn. 2 - Thí nghiệm xác định nhóm máu Ngoài việc trình bày được nguyên tắc xác định nhóm máu, thì người học thực hiện thí nghiệm xác định nhóm máu theo hướng dẫn của người dạy: Chuẩn bị 2 ống nghiệm tan máu viết nhãn và đặt vào một hàng trên giá ống nghiệm → Nhỏ vào mỗi ống một giọt HCM 5% (Ống 1: HCM A; Ống 2: HCM B) → Thêm vào mỗi ống 1 giọt huyết thanh người xác định nhóm máu. Trộn đều → Nghiêng nhẹ thành ống, đọc ngưng kết bằng mắt thường và qua kính hiển vi → Quan sát kết quả và kết luận. 7) Lập kế hoạch dạy học chi tiết (Thời lượng học trên lớp: 3 tiết) Người dạy xác định chi tiết trong việc chuẩn bị của GV: Bộ kit, ống tiêm, băng gạc, lamen, bông... và một số tình huống về truyền máu an toàn; phiếu học tập cá nhân, phiếu học tập nhóm, phiếu đánh giá, bài kiểm tra tổng kết chủ đề... Người dạy yêu cầu người học chuẩn bị: Chế tạo mô hình về nguyên tắc truyền máu an toàn, sơ đồ cơ chế đông máu; tìm hiểu trước thông tin về hiện tượng đông máu, các nhóm máu ở người; làm sản phẩm thuyết trình về nguyên tắc truyền máu an toàn... 8) Tổ chức dạy học Quá trình tổ chức dạy học theo các hoạt động sau đây:  Hoạt động 1. Tìm hiểu về máu và tuần hoàn máu trong cơ thể  Hoạt động 2. Tìm hiểu hiện tượng đông máu và nguyên tắc truyền máu  Hoạt động 3. Tổng kết chủ đề - Sau khi tổ chức xong hoạt động 1 và hoạt động 2, người dạy tổ chức cho các nhóm thuyết trình sản phẩm truyền máu an toàn. Kỷ yếu Hội tHảo quốc tế CáC vấn đề mới trong khoa họC giáo dụC: tiếp Cận liên ngành và xuyên ngành74 - Các nhóm nhận xét và góp ý. - GV cho HS làm phiếu đánh giá cá nhân và phiếu đánh giá nhóm. - GV nhận xét và tổng kết chủ đề → HS lắng nghe và rút kinh nghiệm. 9) Xây dựng hình thức kiểm tra đánh giá Dựa vào mục tiêu và nội dung đã được xác định, người dạy xây dựng một số câu hỏi và bài tập đánh giá: 1. Tại sao vận tốc máu chảy trong động mạch, tĩnh mạch và mao mạch lại khác nhau? 2. Trình bày ý nghĩa sinh học về cấu tạo của hồng cầu (có hình đĩa lõm 2 mặt, không có nhân). 3. Tại sao trước khi truyền máu các bác sỹ phải thử để xác định nhóm máu? 4. Tại sao máu chảy trong hệ mạch lại không bị đông? 5. Một người bị tai nạn mất rất nhiều máu được đưa vào viện cấp cứu, khi có hồ sơ xác định nhóm máu của người đó, bác sĩ cho truyền máu ngay mà không xét nghiệm máu của người đó. Vậy máu đem truyền thuộc nhóm máu nào? Vì sao không cần xét nghiệm? 6. Trong một gia đình: Người bố có nhóm máu A, người mẹ có nhóm máu O, người con trai có nhóm máu A. Người con trai bị tai nạn giao thông mất rất nhiều máu cần truyền máu gấp, vậy trong gia đình ai là người có thể cho máu? 7. Hãy nêu một số ý tưởng thiết kế mô hình truyền máu dựa trên nguyên liệu có thể tái chế. Bên cạnh đó, hệ thống phiếu đánh giá cũng góp phần kiểm tra lại mức độ nhận thức và hứng thú của học sinh đối với chủ đề. Mỗi phiếu đánh giá thực chất là một bảng ma trận với các tiêu chí đánh giá (có trọng số khác nhau) và các mức độ đạt được của người học (Bảng 1, Bảng 2, Bảng 3): Bảng 1. Tiêu chí đánh giá kỹ năng thực hành (làm thí nghiệm) Tiêu chí Xuất sắc (10) Tốt (8-9) Trung bình (7) Yếu (0-6) Mức độ tiếp nhận kiến thức và liên hệ được lý thuyết với nội dung thực hành (40%) Kỹ năng thực hành (30%) Kỹ năng giải thích kết quả sau thí nghiệm (15%) Kỹ năng làm báo cáo thực hành (15%) Phần 1. TRIẾT lÝ, MÔ THỨc, PHƯƠNG THỨc GIÁO Dục THEO ĐỊNH HƯỚNG 4.0 75 Bảng 2. Tiêu chí đánh giá hoạt động cá nhân Tiêu chí Tốt (8 - 10) Khá (6 - 8) Trung bình (4 - 6) Cần điều chỉnh (0 – 4) Cộng Ý thức học tập Tranh luận, trao đổi Hợp tác Sắp xếp thời gian Bảng 3. Tiêu chí tự đánh giá hoạt động nhóm Tiêu chí Tốt (8 - 10) Khá (6 - 8) Trung bình (4 - 6) Cần điều chỉnh (0 - 4) Cộng Trao đổi, lắng nghe Hợp tác Phân chia công việc Sắp xếp thời gian 2.4. Thực nghiệm sư phạm và kết quả thu được Thực nghiệm sư phạm được tiến hành tại Trường Phổ thông liên cấp Đoàn Thị Điểm Greenfield - Văn Giang, Hưng Yên trong thời gian từ 4/2019 đến 5/2019. Lớp thực nghiệm (8A1) và lớp đối chứng (8A3) có số lượng học sinh và học lực tương đương. Một số kết quả thu được như sau: Việc đổi mới phương pháp dạy học, vận dụng mô hình giáo dục STEM vào giảng dạy đã giúp học sinh cảm thấy môn học bớt khô khan và mang tính hàn lâm. Thông qua hệ thống nhiệm vụ được giao, các em đã tự tin và rèn luyện được các kỹ năng của bản thân, góp phần tăng hứng thú học tập môn học (Bảng 4): Kỷ yếu Hội tHảo quốc tế CáC vấn đề mới trong khoa họC giáo dụC: tiếp Cận liên ngành và xuyên ngành76 Bảng 4. Kết quả khảo sát mức độ hứng thú của học sinh ở lớp thực nghiệm Nội dung Mức độ đồng ý (%) Rất không đồng ý Không đồng ý Đồng ý Rất đồng ý 1. Bài học giúp em thêm yêu thích bộ môn. 0% 0% 51.5% 48.5% 2. Nội dung kiến thức của bài học dễ hiểu, liên quan đến thực tế cuộc sống. 0% 24.2% 36.4% 39.4% 3. Bài học giúp em rèn kĩ năng thực hành. 15.1% 9.1% 48.5% 27.3% 4. Các hoạt động trong bài học giúp em phát triển năng lực hợp tác. 0% 21.2% 39.4% 39.4% 5. Bài học giúp em phát triển tư duy. 0% 24.2% 60.6% 15.2% 6. Bài học đã giúp em vận dụng kiến thức được học để giải quyết các vấn đề thực tiễn. 6.1% 6.1% 45.6% 42.2% 7. Các nhiệm vụ học tập được giao giúp em phát triển khả năng sáng tạo. 0% 30.3% 33.3% 36.4% 8. Bài học giúp em liên hệ được kiến thức ở các môn học khác nhau. 9.1% 6.1% 54.5% 30.3% 9. Bài học giúp em nâng cao khả năng thuyết trình trước tập thể. 3% 6.1% 57.6% 33.3% 10. Bài học giúp em rèn luyện khả năng sử dụng công nghệ thông tin. 12.1% 15.2% 60.6% 12.1% Điểm bài làm của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng không chỉ khác nhau về phổ điểm (Bảng 5), mà còn có sự khác biệt về sự phân bố điểm (Hình 2): Bảng 5. Bảng phân bố tần số kết quả điểm lớp thực nghiệm và đối chứng Lớp Số học sinh đạt điểm Xi 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 TN 0 0 0 0 0 0 3 5 6 17 2 ĐC 0 0 0 0 1 1 5 12 10 4 0 Phần 1. TRIẾT lÝ, MÔ THỨc, PHƯƠNG THỨc GIÁO Dục THEO ĐỊNH HƯỚNG 4.0 77 Hình 2. Đồ thị phân loại kết quả học tập của học sinh Các kết quả phân tích và kiểm định giả thuyết thống kê cho phép khẳng định, việc dạy học Sinh học 8 theo định hướng giáo dục STEM không chỉ tạo được hứng thú mà còn rất có hiệu quả trong việc nâng cao chất lượng dạy học. 3. Kết luận 1. Quy trình dạy học Sinh học 8 theo định hướng giáo dục STEM được xác định gồm 10 bước: (i) Lựa chọn chủ đề dạy học; (ii) Định hướng sản phẩm STEM; (iii) Xác định nội dung kiến thức STEM cần giải quyết; (iv) Xây dựng hệ thống câu hỏi định hướng; (v) Xây dựng mục tiêu dạy học của chủ đề; (vi) Thiết kế các hoạt động STEM; (vii) Lập kế hoạch dạy học chi tiết; (viii) Tổ chức dạy học; (ix) Xây dựng nội dung và hình thức kiểm tra đánh giá; (x) Phản hồi, bổ sung, chỉnh sửa chủ đề hoàn thiện. 2. Thực tiễn dạy học và kết quả thực nghiệm sư phạm cho thấy, việc vận dụng mô hình giáo dục STEM vào dạy học Sinh học 8 (THCS) không chỉ có tính khả thi, mà còn có tính hiệu quả cao trong việc tạo hứng thú học tập và nâng cao chất lượng dạy học. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Bộ Giáo dục và Đào tạo (2014), “Phương hướng đổi mới chương trình, Sách giáo khoa Giáo dục Phổ thông”, Hội thảo Xây dựng chương trình Giáo dục Phổ thông theo định hướng phát triển năng lực học sinh, tr. 5-10. Kỷ yếu Hội tHảo quốc tế CáC vấn đề mới trong khoa họC giáo dụC: tiếp Cận liên ngành và xuyên ngành78 2. Nguyễn Thế Hưng, Lại Phương Liên (2017), Dạy học Sinh học theo tiếp cận phát triển năng lực, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội. 3. Lê Huy Hoàng (2017), “Định hướng giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông mới”, Kỷ yếu hội thảo giáo dục STEM trong trường phổ thông Việt Nam, tr. 9-12. 4. Lê Xuân Quang (2017), Dạy học môn Công nghệ Phổ thông theo định hướng giáo dục STEM, Luận án tiến sĩ Khoa học Giáo dục, Khoa Sư phạm Kĩ thuật, Đại học Sư phạm Hà Nội, Hà Nội. 5. Norman Herr (2007), The Sourcebook for Teaching Science, California State University, Northridge. TEACHING BIOLOGY 8 ACCORDING TO THE MODEL STEM Abstract: In addition to presenting the process of applying STEM education model to teaching Biology 8 (Developing appropriate topics; Selecting some content in the program can be taught STEM orientation; Determine the teaching objectives of the topics; Design STEM activities and organize teaching and evaluation, the article also provides vivid examples. Experimental results show: Teaching Biology 8 in the direction of STEM education not only creates excitement for learners but is also very effective in helping learners develop some abilities (thinking ability, scientific research, solve problems...) and improve teaching quality. Keywords: STEM; STEM skills; STEM education; Teaching Biology 8; Capacity Development.