Giáo dục STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) ngày càng trở nên quan trọng trong chương trình học tại các trường phổ thông. Định hướng giáo dục này khuyến khích học sinh tư duy sáng tạo, phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề và áp dụng kiến thức vào thực tiễn. Giáo dục định hướng STEM không chỉ đơn thuần là giảng dạy kiến thức, mà còn thúc đẩy học sinh khám phá, thực hành và phát triển những kỹ năng thiết yếu của thế kỷ 21. Trong môn Khoa học Tự nhiên, đặc biệt là lĩnh vực Sinh học, giáo dục STEM mang lại nhiều cơ hội giúp học sinh hiểu rõ hơn về các hiện tượng tự nhiên, tăng khả năng vận dụng kiến thức vào cuộc sống hàng ngày.

Cơ hội tổ chức hoạt động giáo dục STEM trong dạy học Khoa học Tự nhiên.

Môn Khoa học Tự nhiên được xây dựng trên nền tảng của vật lý, hóa học, sinh học và khoa học Trái Đất, tập trung vào nghiên cứu các sự vật, hiện tượng, quá trình tồn tại và vận động của thế giới tự nhiên. Các nội dung như quá trình trao đổi chất, sự vận chuyển nước và chất dinh dưỡng ở thực vật, hoặc hoạt động tiêu hóa ở động vật đều có thể triển khai dưới dạng các hoạt động giáo dục STEM. Trong đó, chủ đề "Trao đổi nước và các chất dinh dưỡng ở sinh vật" là một ví dụ điển hình với khả năng áp dụng STEM thông qua các thí nghiệm thực hành, thiết kế sản phẩm như mô hình hoa sắc màu hay mô hình tưới cây tự động​.

Quy trình tổ chức dạy học tiếp cận STEM

Giáo dục STEM thường được triển khai thông qua các quy trình học tập giúp học sinh tham gia một cách chủ động, sáng tạo. Một số cách tiếp cận phổ biến trong giáo dục STEM hiện nay bao gồm:

• Quy trình EDP (Engineering Design Process): Đây là quy trình thiết kế kỹ thuật với các bước xác định vấn đề, nghiên cứu, lên ý tưởng, lập kế hoạch, thử nghiệm và cải tiến. Quy trình này giúp học sinh phát triển tư duy thiết kế và kỹ năng giải quyết vấn đề một cách toàn diện, đặc biệt trong các dự án liên quan đến công nghệ và kỹ thuật.
• Quy trình 6E (Engage, Explore, Explain, Elaborate, Engineer, Evaluate): Tương tự như quy trình 5E, quy trình 6E thêm bước "Engineer" vào để giúp học sinh phát triển và thiết kế giải pháp cụ thể cho vấn đề được đặt ra. Cách tiếp cận này nhấn mạnh việc học sinh tham gia vào quá trình thiết kế và tạo ra sản phẩm STEM từ kiến thức đã học.
• Quy trình 5E (Engage, Explore, Explain, Elaborate, Evaluate): Đây là quy trình dạy học khám phá khoa học phổ biến nhất, đặc biệt trong các hoạt động liên quan đến khám phá thế giới tự nhiên. Với các bước từ khởi động, khám phá, giải thích, mở rộng đến đánh giá, quy trình 5E giúp học sinh tiếp cận kiến thức một cách chủ động và sâu sắc.

Trong các cách tiếp cận trên, quy trình 5E được đánh giá là phù hợp nhất khi dạy các nội dung khám phá khoa học và thế giới sống. Quy trình này tạo cơ hội cho học sinh trực tiếp tham gia vào quá trình học tập, tìm hiểu về hiện tượng tự nhiên, từ đó phát triển tư duy khoa học, kỹ năng giải quyết vấn đề và khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn.

Quy trình tổ chức dạy học STEM theo mô hình 5E

Trong bài học “Sự đổi màu của cánh hoa,” phương pháp dạy học theo mô hình 5E đã được áp dụng hiệu quả:

1. Engage (Khởi động): Trong hoạt động này, giáo viên tạo hứng thú cho học sinh bằng việc giới thiệu một bó hoa có màu sắc độc đáo và yêu cầu học sinh dự đoán cách tạo ra màu sắc đó. Điều này kích thích sự tò mò và mở đầu cho việc tìm hiểu quy trình thực hiện thí nghiệm.
2. Explore (Khám phá): Học sinh sẽ tiến hành thí nghiệm để khám phá cách thức vận chuyển nước trong thân cây. Giáo viên hướng dẫn học sinh nhắc lại vai trò của các bó mạch trong thân và yêu cầu các nhóm báo cáo về quá trình thực hiện thí nghiệm. Thí nghiệm được tiến hành với việc sử dụng các loại hoa, phẩm màu và ghi chép lại kết quả​.
3. Explain (Giải thích): Sau khi tiến hành thí nghiệm, học sinh quan sát sự đổi màu của cánh hoa, từ đó giải thích hiện tượng và các nguyên nhân dẫn đến sự thành công hay thất bại của thí nghiệm. Học sinh cần hiểu rõ về quá trình vận chuyển nước và các chất dinh dưỡng qua mạch gỗ trong thân cây.
4. Elaborate (Mở rộng - Vận dụng): Giáo viên gợi ý học sinh về việc ứng dụng các hiểu biết đã học vào cuộc sống, như tạo ra những bông hoa với màu sắc độc đáo để trang trí hoặc kinh doanh. Trong khi chờ đợi kết quả thí nghiệm, học sinh có thể thực hành cắm hoa sáng tạo để thể hiện sự vận dụng kiến thức vào thực tiễn.
5. Evaluate (Đánh giá): Học sinh đánh giá sản phẩm của mình và của các nhóm khác dựa trên các tiêu chí cụ thể. Giáo viên hướng dẫn học sinh quan sát và nhận xét thí nghiệm, đồng thời khẳng định lại vai trò của mạch gỗ trong quá trình vận chuyển nước​.

Tiến hành thực nghiệm

Thí nghiệm "Sự đổi màu của cánh hoa" được triển khai với học sinh lớp 7A3 của trường THCS Nguyễn Du vào tháng 4/2024. Quá trình thực nghiệm được tổ chức theo các bước cụ thể:

1. Lựa chọn bài dạy: Phân tích chủ đề để xác định các hoạt động STEM có thể triển khai và dự kiến sản phẩm STEM học sinh có thể thực hiện.
2. Dự kiến đồ dùng: Giáo viên và học sinh chuẩn bị đầy đủ dụng cụ thí nghiệm, như nước phẩm màu, hoa đã nhuộm màu, hình ảnh và video về quy trình cắm hoa.
3. Thiết kế kế hoạch bài dạy: Bài dạy được thiết kế theo mô hình 5E, bao gồm các hoạt động khám phá, thảo luận và đánh giá.
4. Tổ chức hoạt động: Giáo viên chuyển giao nhiệm vụ, giám sát quá trình thực hiện, cung cấp tài liệu và hướng dẫn học sinh tự học. Các phương pháp thu thập dữ liệu như quan sát, phiếu khảo sát, phỏng vấn cũng được sử dụng để đánh giá kết quả​​.

Kết quả thực nghiệm

Kết quả cho thấy, 100% học sinh tham gia thí nghiệm có ý thức chuẩn bị bài, tích cực thực hiện các nhiệm vụ được giao. Học sinh đã hiểu rõ cơ sở khoa học của hiện tượng đổi màu của cánh hoa và minh họa được sự bắt màu của mạch gỗ trong thân cây. Nhiều học sinh còn thể hiện sự sáng tạo khi áp dụng kiến thức vào thực tế, như ý tưởng kinh doanh hoa hoặc chế tạo hoa khô để bảo quản lâu hơn.

Về mặt nhận thức, học sinh đã đạt được mục tiêu phát triển năng lực khoa học tự nhiên và khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn. Tuy nhiên, một số khó khăn như việc chuyển giao nhiệm vụ chưa được thực hiện thường xuyên và kinh phí thực hành còn hạn chế đã được đề xuất điều chỉnh. Cần tăng cường hơn nữa các trải nghiệm khoa học cho học sinh và đa dạng hóa mẫu vật thí nghiệm​.

Kết luận

Giáo dục STEM trong môn Khoa học Tự nhiên không chỉ giúp học sinh nắm vững kiến thức, mà còn rèn luyện các phẩm chất và kỹ năng cần thiết trong cuộc sống. Bằng cách tổ chức các hoạt động thí nghiệm theo mô hình 5E, học sinh được trải nghiệm quá trình khám phá khoa học, từ đó phát triển tư duy sáng tạo và khả năng giải quyết vấn đề. Thực nghiệm đã khẳng định tính khả thi của việc áp dụng STEM trong giảng dạy, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục và chuẩn bị cho học sinh những hành trang cần thiết cho tương lai.