SKKN Định hướng phát triển phẩm chất, năng lực học sinh thông qua giáo dục STEM chủ đề Kim loại kiềm thổ và hợp chất của chúng – Hóa học lớp 12

PHẦN I. ĐẶT VẤN ĐỀ
1. Lí do chọn đề tài
Nằm trong lộ trình đổi mới đồng bộ phương pháp dạy học và kiểm tra, đánh giá ở các trường phổ thông theo định hướng phát triển phẩm chất, năng lực của học sinh trên tinh thần Nghị quyết số 29-NQ/TW về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo, giáo dục STEM đã và đang trở thành một xu hướng giáo dục mang tính tất yếu trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Hình thức giáo dục này đóng vai trò là đòn bẩy để thực hiện mục tiêu giáo dục năng lực cho các công dân tương lai đáp ứng nhu cầu của nền khoa học công nghệ 4.0 trong thế kỉ XXI.
Việt Nam đang chú trọng triển khai giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông, giúp học sinh hướng tới các hoạt động trải nghiệm và vận dụng kiến thức để tạo ra sản phẩm hoặc giải quyết các vấn đề thực tế trong cuộc sống. Đặc biệt, Chỉ thị số 16/CT-TTg ngày 04 tháng 5 năm 2017 của Thủ tướng Chính phủ về việc tăng cường năng lực tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 đã đưa ra các giải pháp, các nhiệm vụ cụ thể… Về  mặt giáo dục: “Thay đổi mạnh mẽ  các chính sách, nội dung, phương pháp giáo dục và dạy nghề nhằm tạo ra nguồn nhân lực có khả  năng tiếp nhận các xu thế  công nghệ  sản xuất mới, trong đó cần tập trung vào thúc đẩy đào tạo về khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học (STEM), ngoại ngữ, tin học trong chương trình giáo dục phổ thông” đồng thời đưa ra nhiệm vụ: “Thúc đẩy triển khai giáo dục về  khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học  (STEM) trong chương trình giáo dục phổ thông.
Việc đưa giáo dục STEM vào trường phổ  thông sẽ mang lại nhiều ý nghĩa, phù hợp với định hướng đổi mới giáo dục phổ thông, cụ thể là:
– Đảm bảo giáo dục toàn diện: Triển khai giáo dục STEM ở nhà trường, bên cạnh các môn học đang được quan tâm như Toán, Khoa học thì các lĩnh vực Công nghệ, Kỹ  thuật cũng sẽ  được quan tâm, đầu tư trên tất cả  các phương diện về đội ngũ giáo viên, chương trình và cơ sở vật chất.
–  Nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM: Các dự án học tập trong giáo dục STEM hướng tới việc vận dụng kiến thức liên môn để  giải quyết các vấn đề thực tiễn, học sinh được hoạt động, trải nghiệm và thấy được ý nghĩa của tri thức với cuộc sống, nhờ đó sẽ nâng cao hứng thú học tập của học sinh.
–  Hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho học sinh: Khi triển khai các dự án học tập STEM, học sinh hợp tác với nhau, chủ  động và tự lực thực hiện các nhiệm vụ học; được làm quen hoạt động có tính chất nghiên cứu khoa học. Các hoạt động nêu trên góp phần tích cực vào hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực cho học sinh.
– Kết nối trường học với cộng đồng: Để đảm bảo triển khai hiệu quả giáo dục STEM, cơ sở  giáo dục phổ  thông thường kết nối với các cơ sở giáo dục nghề nghiệp, đại học tại địa phương nhằm khai thác nguồn lực về con người, cơ sở vật chất…
– Hướng nghiệp, phân luồng: Tổ chức tốt giáo dục STEM ở trường phổ thông, học sinh sẽ  được trải nghiệm trong các lĩnh vực STEM, đánh giá được sự phù hợp, năng khiếu, sở  thích của bản thân với nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM. Thực hiện tốt giáo dục STEM  ở trường phổ thông cũng là cách thức thu hút học sinh theo học, lựa chọn các ngành nghề  thuộc lĩnh vực STEM, các ngành nghề  có nhu cầu cao về nguồn nhân lực trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4.
Ngày 07 tháng 10 năm 2019 Sở GD&ĐT Nghệ An đã ban hành Công văn số 1841/SGD&ĐT-GDTrH về việc hướng dẫn thực hiện giáo dục STEM trong trường trung học từ năm học 2019 – 2020. Thời gian qua, ngành giáo dục đã tổ chức linh hoạt các hình thức tổ chức giáo dục STEM như: dạy học các môn khoa học theo bài/chủ đề STEM, tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM, tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học, kĩ thuật thông qua các bài học STEM, xây dựng các chủ đề dạy học liên môn… Việc dạy học các bài/chủ đề STEM góp phần đổi mới phương pháp dạy học, kiểm tra, đánh giá. Trong quá trình dạy học bộ môn hóa học hiện nay, việc tiếp cận, thực hiện dạy học STEM sẽ tạo được sự hứng thú học tập, tinh thần hăng say nghiên cứu, tìm tòi của học sinh và bước đầu tạo hiệu ứng tích cực trong việc giáo dục STEM trong trường học.
Trường THPT Anh Sơn I đóng trên địa bàn huyện miền núi Anh Sơn, nơi đây có nhiều dãy núi đá vôi, các hang động tự nhiên… chính là nguồn tư liệu, phương tiện trực quan có giá trị để dạy học STEM phần Kim loại kiềm thổ và hợp chất của kim loại kiểm thổ thuộc chương trình Hóa học lớp 12.
Xuất phát từ thực tế giảng dạy và phạm vi một Sáng kiến kinh nghiệm chúng tôi muốn chia sẽ, trao đổi cùng đồng nghiệp đề tài: “Định hướng phát triển phẩm chất, năng lực học sinh thông qua giáo dục STEM chủ đề Kim loại kiềm thổ và hợp chất của chúng – Hóa học lớp 12 ”.
2. Mục đích, nhiệm vụ nghiên cứu
2.1. Mục đích nghiên cứu
Thực hiện đúng chủ trương, hướng dẫn của Ngành về đổi mới phương pháp, hình thức tổ chức dạy học; dạy học theo định hướng phát triển phẩm chất, năng lực học sinh, thực hiện giáo dục STEM trong các nhà trường…
Đưa ra cách dạy học chủ đề “Kim loại kiềm thổ và hợp chất của chúng – Hóa học lớp 12” ở trường THPT theo hướng vận dụng giáo dục STEM để phát triển phẩm chất, năng lực của học sinh.
Rèn luyện cho học sinh kỹ năng làm việc theo nhóm, hợp tác một cách có hiệu quả, từ đó hình thành năng lực hợp tác; năng lực vận dụng kiến thức vào giải quyết vấn đề thực tiễn…
2.2. Nhiệm vụ nghiên cứu
Nghiên cứu cơ sở lí luận và thực tiễn về dạy học theo hướng vận dụng giáo dục STEM khi dạy học nhằm phát triển phẩm chất, năng lực cho học sinh.
Khảo sát thực trạng dạy học theo định hướng vận dụng giáo dục STEM, dạy học theo định hướng phát triển phẩm chất, năng lực học sinh trong bộ môn Hóa học.
Nghiêm cứu phương pháp và cách thức tổ chức các hoạt động dạy học theo hướng vận dụng giáo dục STEM.
Xây dựng kế hoạch bài dạy, thiết kế giáo án và tổ chức dạy học chủ đề “Kim loại kiềm thổ và hợp chất của của chúng – Hóa học lớp 12” ở trường THPT Anh Sơn 1 theo hướng vận dụng giáo dục STEM nhằm phát triển phẩm chất, năng lực của học sinh.
3. Đối tượng, phạm vị nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
Đề tài tập trung tìm hiểu, nghiên cứu, phân tích đánh giá thực trạng; đưa ra phương phương pháp và hình thức tổ chức dạy học chủ đề “Kim loại kiềm thổ và hợp chất của chúng – Hóa học lớp 12” ở trường THPT Anh Sơn 1.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
Tập trung nghiên cứu về thực hiện đổi mới phương pháp, hình thức tổ chức dạy học, cụ thể là vận dụng giáo dục STEM trong dạy học một số bài học/chủ đề thuộc bộ môn Hóa học trong chương trình giáo dục THPT. Đề tài được nghiên cứu, thực nghiệm và áp dụng tại trường THPT Anh Sơn 1.
4. Phương pháp nghiên cứu
– Nhóm phương pháp nghiên cứu lí luận:
+ Đọc và nghiên cứu các tài liệu về giáo dục STEM, các tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu;
+ Nghiên cứu các mẫu biểu khảo sát, thống kê số liệu…
+ Dạy học theo hướng vận dụng giáo dục STEM đối với môn Hóa học;
– Nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn:
+ Tìm hiểu, quan sát, trao đổi với giáo viên và học sinh;
+ Khảo sát tình hình thực hiện đổi mới phương pháp, hình thức tổ chức dạy học… của giáo viên;
+ Khảo sát tình hình việc áp dụng giáo dục STEM vào dạy học;
+ Tổng hợp số liệu, nội dung tìm hiểu, quan sát, thu thập; tổng kết kinh nghiệm thực tiễn;
– Nhóm phương pháp hỗ trợ khác:
+ Thiết kế sơ đồ tư duy;
+ Phương pháp thống kê toán học;
+ Các phương pháp vẽ biểu đồ, đồ thị…
5. Tính mới của đề tài, đóng góp của đề tài
Đề tại đã triển khai vận dụng các phương pháp, kĩ thuật dạy học tích cực như: Làm việc nhóm; quan sát; trình bày báo cáo thu hoạch; phối hợp các phương pháp đánh giá; tổng hợp và xử lý số liệu…; Sử dụng kiến thức liên môn để giải quyết các vấn đề đặt ra.
Đề tài góp phần làm sáng tỏ cơ sở lí luận về thiết kế và tổ chức các hoạt động dạy học theo hướng vận dụng giáo dục STEM đối với bộ môn Hóa học trong trường phổ thông.
Đề tài này đã được tác giả áp dụng có hiệu quả trong dạy học tại trường THPT Anh Sơn 1, chúng tôi mạnh dạn đưa ra trao đổi, chia sẽ với với đồng nghiệp để có thể áp dụng, nhân rộng ở các trường THPT trên địa bàn.
PHẦN II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
1. Cơ sở khoa học
1.1. Cơ sở lý luận
1.1.1. Khái niêm STEM
STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học).  Khái niệm STEM hiện nay được hiệu ở nhiều góc độ khác nhau.
STEM là thuật ngữ rút gọn thường được sử dụng khi bàn đến các chính sách phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học của mỗi quốc gia. Hiện nay thuật ngữ, khái niệm STEM được dùng trong hai ngữ cảnh khác nhau đó là ngữ cảnh giáo dục và ngữ cảnh nghề nghiệp.
Trong ngữ cảnh giáo dục, nói đến khái niệm STEM là muốn nhấn mạnh đến sự quan tâm của nền giáo dục đối với các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học. Quan tâm đến việc tích hợp các môn học trên gắn với thực tiễn để nâng cao năng lực cho người học. Giáo dục STEM có thể được hiểu và diễn giải ở nhiều cấp độ như: chính sách STEM, chương trình STEM, nhà trường STEM, môn học STEM, bài học STEM hay hoạt động STEM.
Trong ngữ cảnh nghề nghiệp, khái niệm STEM được hiểu là nghề nghiệp thuộc các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học, ví dụ: Nhóm ngành nghề về công nghệ thông tin; Y sinh; Kĩ thuật, Điện tử và Truyền thông…
1.1.2  Giáo dục STEM
Hiện nay, giáo dục STEM được nhiều tổ chức, nhà giáo dục quan tâm nghiên cứu. Do đó, khái niệm về giáo dục STEM cũng được định nghĩa dựa trên các cách hiểu khác nhau. Có ba cách hiểu chính về giáo dục STEM hiện nay là:
– Giáo dục STEM được hiểu theo nghĩa là quan tâm đến các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học. Đây cũng là quan niệm về giáo dục STEM của Bộ giáo dục Mỹ “Giáo dục STEM là một chương trình nhằm cung cấp hỗ trợ, tăng cường, giáo dục Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học (STEM) ở tiểu học và trung học cho đến bậc sau đại học” (U.S. Department of Education, 2007).
– Giáo dục STEM được hiểu theo nghĩa là tích hợp (liên ngành) của 4 lĩnh vực/môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học (Merrill & Daugherty, 2009; Morrison & Bartlett, 2009). Tác giả Tsupros định nghĩa “Giáo dục STEM là một phương pháp học tập tiếp cận liên ngành, ở đó những kiến thức hàn lâm được kết hợp chặt chẽ với các bài học thực tế thông qua việc học sinh được áp dụng những kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học vào trong những bối cảnh cụ thể tạo nên một kết nối giữa nhà trường, cộng đồng và các doanh nghiệp cho phép người học phát triển những kĩ năng STEM và tăng khả năng cạnh tranh trong nền kinh tế mới” (Tsupros&Hallinen, 2009).
– Giáo dục STEM được hiểu theo nghĩa là tích hợp (liên ngành) từ 2 lĩnh vực/môn học về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên. Theo quan niệm này, tác giả Sanders định nghĩa “Giáo dục STEM là phương pháp tiếp cận, khám phá trong giảng dạy và học tập giữa hai hay nhiều hơn các môn học STEM, hoặc giữa một chủ đề STEM và một hoặc nhiều môn học khác trong nhà trường” (Sanders, 2009).
Bên cạnh đó, giáo dục STEM cũng được quan niệm như là chương trình đào tạo dựa trên ý tưởng giảng dạy cho học sinh bốn lĩnh vực cụ thể: Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trong một liên ngành và phương pháp tiếp cận ứng dụng. Thay vì dạy bốn lĩnh vực này theo những môn học tách biệt và rời rạc, STEM tổng hợp chúng thành một mô hình học tập liền mạch dựa trên các ứng dụng thực tế (Hom, 2014). Những nghiên cứu về các khái niệm STEM và giáo dục STEM cho thấy mặc dù có nhiều quan điểm khác nhau, tuy nhiên có một xu hướng hội tụ tới khái niệm giáo dục STEM như một cách tiếp cận đa chiều, nhiều bình diện trong đó nổi trội hơn cả là tiếp cận liên môn, nhằm mục tiêu phát triển năng lực người học hướng tới phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao đáp ứng yêu cầu của xã hội.
Như vậy, giáo dục STEM là một phương thức giáo dục nhằm trang bị cho học sinh những kiến thức khoa học gắn liền với ứng dụng của chúng trong thực tiễn, qua đó phát triển cho học sinh 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.
1.1.3. Hình thức tổ chức giáo dục STEM
a) Dạy học các môn học thuộc lĩnh vực STEM
Khi hình thức tổ chức giáo dục STEM chủ yếu trong nhà trường, các bài học, hoạt động giáo dục STEM được triển khai ngay trong quá trình dạy học các môn học STEM theo hướng tiếp cận liên môn.
Các chủ đề, bài học, hoạt động STEM bám sát chương trình của các môn học thành phần. Hình thức giáo dục STEM này không làm phát sinh thêm thời gian học tập.
b) Hoạt động trải nghiệm STEM
Học sinh được khám phá các thí nghiệm, ứng dụng khoa học, kỹ thuật trong thực tiễn đời sống. Qua đó, nhận biết được ý nghĩa của khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học đối với đời sống con người, nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM.
Các trường phổ thông có thể triển khai giáo dục STEM thông qua hình thức câu lạc bộ. Cần có sự tham gia, hợp tác của các bên liên quan như: cơ sở giáo dục nghề nghiệp, các trường đại học, doanh nghiệp. Đây là hoạt động theo sở thích, năng khiếu của học sinh, diễn ra định kỳ, trong cả năm học.
c) Hoạt động nghiên cứu khoa học
Giáo dục STEM có thể được triển khai thông qua hoạt động nghiên cứu khoa học và tổ chức các cuộc thi sáng tạo KHKT với nhiều chủ đề khác nhau.

1.1.4. Bài học STEM
a) Nội dung bài học STEM nằm trong chương trình giáo dục phổ thông, gắn kết các vấn đề của thực tiễn xã hội
– Nội dung bài học STEM đuợc gắn kết với các vấn đề thực tiễn đời sống xã hội, khoa học, công nghệ và học sinh đuợc yêu cầu tìm các giải pháp đế giải quyết vấn đề, chiếm lĩnh kiến thức, đáp ứng yêu cầu cần đạt của bài học.
– Nội dung kiến thức của các bài học thuộc một môn học hoặc một số môn học trong chương trình; bảo đảm giải quyết được vấn đề đặt ra một cách tương đối trọn vẹn.
b) Bài học STEM dựa theo quy trình thiết kế kĩ thuật
– Bài học STEM đuợc xây dựng dựa theo quy trình thiết kế kĩ thuật với tiến trình bao gồm 8 bước: xác định vấn đề; nghiên cứu kiến thức nền; đề xuất các giải pháp; lựa chọn giải pháp; chế tạo mô hình (nguyên mẫu); thử nghiệm và đánh giá; chia sẻ thảo luận; điều chỉnh thiết kế.
– Cấu trúc bài học STEM có thể đuợc chia thành 5 hoạt động chính, thể hiện rõ 8 bước của quy trình thiết kế kĩ thuật như sau:
Hoạt động 1: Xác định vấn đề hoặc yêu cầu chế tạo một sản phẩm ứng dụng gắn với nội dung bài học với các tiêu chí cụ thể.
Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền (bao gồm kiến thức trong bài học cần sử dụng để giải quyết vấn đề hoặc chế tạo sản phẩm theo yêu cầu) và đề xuất các giải pháp thiết kế đáp ứng các tiêu chí đã nêu.
Hoạt động 3: Trình bày và thảo luận phương án thiết kế, sử dụng kiến thức nền để giải thích, chứng minh và lựa chọn, hoàn thiện phương án tốt nhất (trong truờng hợp có nhiều phương án).
Hoạt động 4: Chế tạo sản phẩm theo phương án thiết kế đã đuợc lựa chọn; thử nghiệm và đánh giá trong quá trình chế tạo.
Hoạt động 5: Trình bày và thảo luận về sản phẩm đã chế tạo; điều chỉnh, hoàn thiện thiết kế ban đầu.
c) Phương pháp dạy học đưa học sinh vào các hoạt động tìm tòi và khám phá, định hướng hành động
+ Hoạt động học của học sinh đuợc thiết kế theo hướng mở về điều kiện thực hiện, nhưng cụ thể về tiêu chí của sản phẩm cần đạt.
+ Hoạt động học của học sinh là hoạt động được chuyển giao và hợp tác. quyết định về giải pháp giải quyết vấn đề là của học sinh.
+ Học sinh thực hiện các hoạt động trao đổi thông tin để chia sẻ ý tưởng và thiết kế lại nguyên mẫu của mình nếu cần.
+ Học sinh tự điều chỉnh các ý tưởng của mình và xây dựng hoạt động tìm tòi, khám phá của bản thân.
d) Hình thức tổ chức dạy học cần lôi cuốn học sinh vào hoạt động kiến tạo, tăng cường hoạt động nhóm, tự lực chiếm lĩnh kiến thức mới và vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề
+ Hình thức tổ chức bài học STEM có thể linh hoạt, kết hợp các hoạt động trong và ngoài lớp học nhưng cần đảm bảo mục tiêu dạy học của phần nội dung kiến thức trong chương trình.
+ Tăng cường tổ chức hoạt động theo nhóm để phát triển năng lực giao tiếp và hợp tác cho học sinh nhưng phải chỉ rõ nhiệm vụ và sản phẩm cụ thể của mỗi học sinh trong nhóm.
e) Thiết bị dạy học cần lưu ý đến việc sử dụng thiết bị, công nghệ sẵn có, dễ tiếp cận với chi phí tối thiếu
– Sử dụng tối đa các thiết bị sẵn có thuộc danh mục thiết bị dạy học tối thiểu theo quy định.
– Tăng cường sử dụng các vật liệu, công cụ gia dụng, công nghệ sẵn có, dễ tiếp cận, chi phí rẻ và an toàn.
– Khuyến khích sử dụng các nguồn tài nguyên số bổ trợ, thí nghiệm ảo, mô phỏng, phần mềm, có thể dễ dàng truy cập sử dụng trong và ngoài lớp học để học sinh chủ động học tập.