SKKN Nâng cao hiệu quả dạy học STEM thông qua thiết kế và tổ chức hoạt động dạy học chủ đề giá thể trồng cây – công nghệ trồng trọt 10

PHẦN I. ĐẶT VẤN ĐỀ
1. Lí do chọn đề tài
Giáo dục STEM là một quan điểm dạy học theo hướng tiếp cận liên ngành từ hai trong các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên. Thông qua cách tiếp cận giáo dục tích hợp trong STEM, học sinh nhận thức được sự giao thoa giữa các ngành khoa học và Toán học, thấy được sự cần thiết của các kiến thức khoa học để giải quyết một vấn đề thực tiễn hay tạo nên một sản phẩm. Đồng thời, trong quá trình đó học sinh được khuyến khích sáng tạo, khơi gợi niềm say mê học tập và giúp các em khám phá năng lực của bản thân.
Mục đích chính của các chương trình giáo dục STEM là tạo cho các em hứng thú học tập, trở thành những con người có đầy đủ phẩm chất, năng lực, bản lĩnh để thích ứng với cuộc sống hiện đại như: Các năng lực tự chủ và tự học, năng lực giao tiếp và hợp tác, năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo. Thời gian qua, ngành giáo dục đã tích cực thực hiện giáo dục STEM, xây dựng các chủ đề dạy học liên môn. Nhiều chương trình của giáo dục STEM đã được các trường học lựa chọn triển khai giảng dạy cho học sinh ở các môn học và đã khích lệ được học sinh tham gia học tập, sáng tạo. Việc dạy học các chủ đề STEM góp phần đổi mới phương pháp dạy học đã thực sự cho thấy hiệu quả.
Môn Công nghệ trồng trọt lớp 10 chương trình giáo dục phổ thông 2018 có nhiều chủ đề, bài học có thể triển khai dạy học theo phương pháp STEM để tạo hứng thú trong học tập cho các em. Đặc điểm của dạy học STEM là học sinh được làm, được trải nghiệm trong học tập, vì vậy khâu chuẩn bị nguyên vật liệu, dụng cụ nhằm phục vụ cho học tập là rất quan trọng. Trong chương trình gáo dục phổ thông 2018, song song với môn Công nghệ trồng trọt lớp 10, ở hầu hết các môn học khác cũng cùng triển khai dạy học STEM. Việc triển khai nhiều tiết học STEM đồng đều ở các môn học trong cùng một thời điểm làm cho công việc chuẩn bị cho học tập của học sinh đôi lúc trở nên áp lực và chồng chéo trong phân công nhiệm vụ học tập các môn học khác nhau của các em. Chính vì điều đó, giáo viên cần thiết kế và tổ chức các hoạt động hợp lý, linh hoạt để dạy học STEM trở nên nhẹ nhàng và thích thú, đem lại hiệu quả cao.
Làm thế nào để thiết kế và tổ chức hoạt động dạy học STEM vào các môn học nói chung và môn Công nghệ trồng trọt 10 nói riêng để đảm bảo tính khoa học, nhẹ nhàng và mang lại hiệu quả cao hơn nữa, đặc biệt là đáp ứng được mục tiêu giáo dục phổ thông 2018 đó là vấn đề khó đòi hỏi giáo viên phải có một số kinh nghiệm trong thiết kế bài dạy và kinh nghiệm trong tổ chức hoạt động trong dạy học STEM. Qua các năm chúng tôi đã thiết kế và tổ chức các hoạt động dạy học STEM một số chủ đề trong bộ môn Công nghệ và bộ môn Sinh học. Để đạt được hiệu quả cao tong dạy học môn Công nghệ trồng trọt 10 chương trình giáo dục phổ thông 2018, chúng tôi lựa chọn đề tài: “NÂNG CAO HIỆU QUẢ
DẠY HỌC STEM THÔNG QUA THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC CHỦ ĐỀ GIÁ THỂ TRỒNG CÂY – Công nghệ trồng trọt 10”
2. Tính mới của đề tài: Đề xuất một số biện pháp thiết kế bài dạy và tổ chức các hoạt động dạy học để giảm bớt áp lực trong việc chuẩn bị dạy học STEM của giáo viên và học sinh, đáp ứng mục tiêu chương trình giáo dục phổ thông 2018 thông qua chủ đề: Giá thể trồng cây – Công nghệ trồng trọt 10.
3. Nhiệm vụ và phƣơng pháp tổ chức nghiên cứu:
– Tìm hiểu cơ sở lý luận của dạy học STEM.
– Tìm hiểu quy trình thiết kế bài dạy và tổ chức các hoạt động dạy học để nâng cao chất lượng dạy học STEM.
– Điều tra thực trạng của việc thiết kế bài dạy và tổ chức các hoạt động dạy học cũng như mức độ hứng thú của học sinh trong học tập môn Công nghệ trồng trọt theo phương pháp dạy học STEM của một số trường THPT trên địa bàn huyện.
– Đề xuất một số biện pháp khắc phục khó khăn và nâng cao chất lượng dạy học STEM chủ đề: Giá thể trồng cây – Công nghệ trồng trọt 10.
– Thiết kế bài học theo hướng dạy học STEM để nâng cao chất lượng dạy học.
– Thực nghiệm sư phạm để đánh giá hiệu quả của dạy học STEM với chủ đề: Giá thể trồng cây – Công nghệ trồng trọt 10.

PHẦN II. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ.
I. CƠ SỞ LÝ LUẬN, CƠ SỞ THỰC TIỄN, THỰC TRẠNG CỦA VIỆC THỰC HIỆN NỘI DUNG ĐỀ TÀI.
I.1. Cơ sở lí luận:
I.1.1. Khái niệm giáo dục STEM:
Giáo dục STEM là mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp học sinh áp dụng kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học vào giải quyết một số vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể.
Như vậy, giáo dục STEM trong trường phổ thông được hiểu là trang bị cho người học những kiến thức và kĩ năng cần thiết liên quan đến các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học. Những kiến thức và kĩ năng này được tích hợp, lồng ghép và bổ trợ nhau giúp học sinh hiểu biết về nguyên lý, áp dụng để thực hành và tạo ra được những sản phẩm trong cuộc sống thường ngày. Những sản phẩm này không nhất thiết phải là sản phẩm mới, đừng nghĩ rằng các em phải tạo ra điều gì đó mới mẻ mới là STEM, như vậy các em đã là những nhà sáng chế rồi, tất nhiên nếu tạo ra sản phẩm mới thì càng tốt. I.1.2 Vai trò của giáo dục STEM ở trường phổ thông:
Đưa giáo dục STEM vào trường phổ thông phù hợp với định hướng đổi mới giáo dục phổ thông và có vai trò rất quan trọng. 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, Kĩ thuật cũng sẽ được quan tâm, đầu tư trên tất cả các phương diện như đội ngũ giáo viên, chương trình giảng dạy, cơ sở vật chất…
– Nâng cao hứng thú học tập cho người học: Những 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.
– 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 thực hiện các nhiệm vụ học; được làm quen với những hoạt động có tính chất tìm hiểu 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 để triển khai hoạt động giáo dục STEM. Bên cạnh đó, giáo dục STEM tại trường phổ thông cũng hướng tới giải quyết các vấn đề có tính đặc thù của địa phương.
– 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. Đây 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 4.0.
I.1.3. Các hình thức triển khai STEM ở trường phổ thông:
– Dạy học các môn học thuộc lĩnh vực STEM
Đây là hình thức tổ chức giáo dục STEM chủ yếu trong nhà trường. Theo cách này, các bài học, hoạt động giáo dục STEM được triển khai tổ chức ngay trong quá trình dạy học các môn học STEM theo tiếp cận tích hợp 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.
– Hoạt động trải nghiệm STEM
Trong 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. Đây cũng là cách thức để thu hút sự quan tâm của xã hội tới giáo dục STEM. Để tổ chức thành công các hoạt động trải nghiệm STEM, cần có sự tham gia, hợp tác của các bên liên quan như trường phổ thông, cơ sở giáo dục nghề nghiệp, các trường đại học, doanh nghiệp.
Trải nghiệm STEM còn có thể được thực hiện thông qua sự hợp tác giữa trường phổ thông với các cơ sở giáo dục đại học, giáo dục nghề nghiệp. Theo cách này, sẽ kết hợp được thực tiễn phổ thông với ưu thế về cơ sở vật chất của giáo dục đại học và giáo dục nghề nghiệp.
Các trường phổ thông có thể triển khai giáo dục STEM thông qua hình thức câu lạc bộ. Tham gia câu lạc bộ STEM, học sinh được học tập nâng cao trình độ, triển khai các dự án, tìm hiểu các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM. Đây là hoạt động theo sở thích, năng khiếu của học sinh, diễn ra định kỳ, trong cả năm học.
Tổ chức tốt hoạt động câu lạc bộ STEM cũng là tiền đề triển khai các dự án tìm hiểu trong khuôn khổ cuộc thi khoa học kỹ thuật dành cho học sinh trung học. Bên cạnh đó, tham gia câu lạc bộ STEM còn là cơ hội để học sinh thấy được sự phù hợp về năng lực, sở thích, giá trị của bản thân với nghề nghiệp thuộc các lĩnh vực STEM.
– Hoạt động tìm hiểu khoa học.
Giáo dục STEM có thể được triển khai thông qua hoạt động tìm hiểu khoa học và tổ chức các cuộc thi sáng tạo khoa học kỹ thuật với nhiều chủ đề khác nhau thuộc các lĩnh vực robot thông minh, năng lượng tái tạo, môi trường, biến đổi khí hậu, nông nghiệp công nghệ cao…
Hoạt động này không mang tính đại trà mà dành cho những học sinh có năng lực, sở tích và hứng thú với các hoạt động tìm tòi, khám phá khoa học, kỹ thuật giải quyết các vấn đề thực tiễn.
Tổ chức tốt hoạt động sáng tạo khoa học kỹ thuật là tiền đề triển khai các dự án tìm hiểu trong khuôn khổ cuộc thi khoa học kỹ thuật dành cho học sinh trung học được tổ chức thường niên.
– Dạy học dự án:
Dạy học dựa trên dự án có nhiều lợi thế trong việc phát triển năng lực tìm hiểu thế giới sống như:
+ Phân tích được các vấn đề thực tiễn để đề xuất dự án.
+ Lập được kế hoạch triển khai dự án.
+ Thu thập và phân tích, xử lý kết quả dự án.
+ Viết và trình bày báo cáo dự án.
+ Năng lực vận dụng kiến thức, kỹ năng đã học như: Giải thích được các vấn đề thực tiễn liên qua đến lĩnh vực công nghệ trồng trọt; từ đó đề xuất được các biện pháp chăm sóc sức khỏe con người, bảo vệ thiên nhiên, môi trường. I.1.4. Quy trình xây dựng bài học STEM.
Bước 1: Lựa chọn chủ đề bài học.
Căn cứ vào nội dung kiến thức trong chương trình môn học và các hiện tượng, quá trình gắn với các kiến thức đó trong tự nhiên; quy trình hoặc thiết bị công nghệ có sử dụng của kiến thức đó trong thực tiễn… để lựa chọn chủ đề của bài học.
Bước 2: Xác định vấn đề cần giải quyết.
Sau khi chọn chủ đề của bài học, cần xác định vấn đề cần giải quyết để giao cho học sinh thực hiện sao cho khi giải quyết vấn đề đó, học sinh phải học được những kiến thức, kĩ năng cần dạy trong chương trình môn học đã được lựa chọn (đối với STEM kiến tạo) hoặc vận dụng những kiến thức, kỹ năng đã biết (đối với STEM vận dụng) để xây dựng bài học.
Bước 3: Xây dựng tiêu chí của thiết bị/giải pháp giải quyết vấn đề: Sau khi đã xác định vấn đề cần giải quyết/sản phẩm cần chế tạo, cần xác định rõ tiêu chí của giải pháp/sản phẩm. Những tiêu chí này là căn cứ quan trọng để đề xuất giả thuyết khoa học/giải pháp giải quyết vấn đề/thiết kế mẫu sản phẩm.
Bước 4: Thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học.
Tiến trình tổ chức hoạt động dạy học được thiết kế theo các phương pháp và kĩ thuật dạy học tích cực với 3 loại hoạt động học đã nêu ở trên. Mỗi hoạt động học được thiết kế rõ ràng về mục đích, nội dung và sản phẩm học tập mà học sinh phải hoàn thành. Các hoạt động học đó có thể được tổ chức cả ở trong và ngoài lớp học.
I.1.5. Tiến trình tổ chức hoạt động dạy học STEM tuân theo quy trình kỹ thuật thiết kế.

Hoạt động 1. Xác định vấn đề.
Giáo viên mô tả một tình huống (bối cảnh) có trong thực tiễn, trong đó có tiềm ẩn một nhu cầu, vấn đề mà học sinh cần giải quyết. Sau đó giáo viên giao cho học sinh một nhiệm vụ học tập. Để hoàn thành nhiệm vụ được giao, học sinh phải vận dụng kiến thức của các môn học STEM, đề xuất giải pháp để làm ra một sản phẩm cụ thể theo các tiêu chí tiêu chí cụ thể. Trong hoạt động này, học sinh trả lời được các câu hỏi: Vấn đề hay nhu cầu cần giải quyết là gì? Tại sao vấn đề hay nhu cầu đó cần giải quyết?
– Mục tiêu: Học sinh phát hiện được vấn đề/nhu cầu; nhiệm vụ cần thực hiện; xác định tiêu chí của giải pháp, sản phẩm.
– Tổ chức thực hiện: Giáo viên chuyển giao nhiệm vụ có trong thực tiễn, trong đó có tiềm ẩn một nhu cầu, vấn đề mà học sinh cần giải quyết; học sinh thực hiện nhiệm vụ trả lời được các câu hỏi: Vấn đề hay nhu cầu cần giải quyết là gì? Tại sao vấn đề hay nhu cầu đó cần giải quyết?
Hoạt động 2. Nghiên cứu kiến thức nền.
Hoạt động này có thể được vận dụng khác nhau tùy thuộc bài học STEM thuộc chủ đề STEM kiến tạo hay STEM vận dụng. Đối với bài học STEM vận dụng, học sinh vận dụng các kiến thức đã học để đề ra giải pháp (STEM vận dụng), đồng thời nhận biết được vai trò và ứng dụng của kiến thức trong thực tiễn. Đối với bài học STEM kiến tạo, giáo viên sẽ không truyền thụ kiến thức mới cho học sinh theo cách truyền thống. Thay vào đó, học sinh thực hiện hoạt động học tích cực, tự lực dưới sự hướng dẫn của giáo viên để chiếm lĩnh kiến thức mới, sử dụng vào việc đề xuất, thiết kế sản phẩm cần hoàn thành. Căn cứ vào mục đích của bài học STEM (STEM vận dụng hay STEM kiến tạo), giáo viên lựa chọn phương pháp hướng dẫn học sinh cho phù hợp. Trong hoạt động này, học sinh nêu ra được chức năng của các bộ phận, mô tả được nguyện lí hoạt động bằng vẽ hình.
– Mục tiêu: Hình thành kiến thức mới hoặc xác định lại kiến thức đã học, cần vận dụng để đề ra giải pháp, đồng thời nhận biết được vai trò và ừng dụng của kiến thức vào thực tiễn.
– Tổ chức thực hiện: Giáo viên giao nhiệm vụ cụ thể, rõ ràng; học sinh nghiên cứu sách giáo khoa, tài liệu…; báo cáo thảo luận; giáo viên chốt kiến thức mới và hỗ trợ học sinh đề xuất giải pháp/ thiết kế mẫu thử nghiệm.
Hoạt động 3. Lựa chọn bản thiết kế.
Học sinh được tổ chức để trình bày, giải thích và bảo vệ bản thiết kế kèm theo thuyết minh, đó là sự thể hiện cụ thể của giải pháp giải quyết vấn đề. Từ hoạt động 2, các nhóm học sinh vẽ bản thiết kế, sau đó trình bày, giải thích thiết kế của nhóm trước lớp. Giáo viên đánh giá thiết kế của các nhóm, thống nhất và lựa chọn một thiết kế khả thi nhất để chế tạo và thử nghiệm.
– Mục tiêu: Lựa chọn và hoàn thiện giải pháp/phương án thiết kế.
– Tổ chức thực hiện: Giáo viên giao nhiệm vụ (nêu rõ yêu cầu học sinh trình bày, báo cáo, giải thích, bảo vệ giải pháp/thiết kế); học sinh báo cáo, thảo luận; giáo viên điều hành, nhận xét, đánh giá và hỗ trợ học sinh lựa chọn giải pháp/thiết kế mẫu thử nghiệm. Giáo viên cần nêu các câu hỏi dự kiến, tập trung vào làm rõ kiến thức được huy động để giải quyết vấn đề trong sản phẩm về tính khả thi của phương án đề xuất.
Hoạt động 4. Chế tạo và thử nghiệm sản phẩm.
Học sinh 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, học sinh có thể phải điều chỉnh thiết kế ban đầu để bảo đảm mẫu chế tạo là khả thi. Các nhóm học sinh tiến hành chế tạo thiết bị theo phương án đã lựa chọn trong hoạt động 3, vận hành thử và tự đánh giá, nêu ra được những ưu điểm, hạn chế của sản phẩm, dự kiến điều chỉnh thiết kế (nếu có).
– Mục tiêu: Chế tạo và thử nghiệm mẫu thiết kế.
– Tổ chức thực hiện: Giáo viên giao nhiệm vụ cụ thể; học sinh thực hành chế tạo lắp ráp và thử nghiệm. Giáo viên hỗ trợ học sinh trong quá trình thực hiện.
Hoạt động 5. Trình bày sản phẩm và đánh giá.
Các nhóm học sinh chỉnh sửa thiết bị (nếu có), báo cáo kết quả, vận hành sản phẩm đã chỉnh sửa, trao đổi thảo luận, các nhóm nhận xét, đánh giá sản phẩm của cả lớp, tiếp tục hoàn thiện sản phẩm (nếu có). Học sinh báo cáo sản phẩm, có thể là poster (áp phích), quy trình hoặc dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật đã chế tạo theo các hình thức phù hợp.
– Mục tiêu: Trình bày, chia sẻ, đánh giá về sản phẩm nghiên cứu.
– Tổ chức thực hiện:
+ Giáo viên giao nhiệm vụ
+ Học sinh báo cáo sản phẩm, có thể là poster (áp phích), quy trình hoặc dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật đã chế tạo theo các hình thức phù hợp.
+ Giáo viên đánh giá, định hướng để học sinh tiếp tục hoàn thiện, tổng kết. I.1.6. Tiêu chí xây dựng bài học STEM.