SKKN Phát triển năng lực vận dụng kiến thức kĩ năng cho học sinh THPT thông qua dạy học theo định hướng STEM chương Nitơ – Photpho

PHẦN I. MỞ ĐẦU
I. Lí do chọn đề tài
Một đất nước muốn phát triển thì đều phải dựa trên nền tảng của nền Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học. Điều đó đặt ra những yêu cầu cấp thiết cho ngành giáo dục cần phải trang bị những kiến thức, những năng lực cần thiết cho học sinh về những môn học đó để họ có thể làm chủ được đất nước trong tương lai. Giáo dục đã được nhiều nước tiến hành để hiện đại hóa Chương trình Giáo dục mà trọng tâm là hướng vào chuẩn bị các năng lực (NL) nhằm đáp ứng những đòi hỏi của cuộc sống và nguồn nhân lực trong bối cảnh cách mạng công nghiệp 4.0. Đối với đất nước ta, Đảng và nhà nước rất quan tâm đến vấn đề đổi mới, cải cách nền giáo dục. Một trong những nhiệm vụ cơ bản của đội ngũ nhà giáo là không ngừng cải tiến nội dung và phương pháp giảng dạy nhằm giáo dục học sinh lĩnh hội kiến thức một cách chủ động, sáng tạo.Trong đó đổi mới phương pháp dạy học nhằm chú trọng phát triển năng lực của học sinh là phương hướng phù hợp với nhịp độ phát triển của thời đại đổi mới của đất nước. Nắm được phương pháp trên và đưa nó ứng dụng vào giảng dạy, học tập ở trường THPT đối với các nhà quản lí giáo dục và đặc biệt đối với các giáo viên đứng lớp là điều hết sức quan trọng để có thể góp phần nâng cao chất lượng giáo dục trong thời kì hiện đại.
Giáo dục STEM ra đời như một cuộc cải cách giáo dục mang tính đột phá, giải quyết được nhu cầu chung của thời đại, đồng thời mang lại hiệu quả nhất định cho hoạt động giáo dục nhằm phát triển NL học sinh (HS).
Theo thông kê, trên thế giới việc làm thuộc lĩnh vực STEM chiếm tỉ lệ lớn và đang tiếp tục được mở rộng so với lĩnh vực không liên quan đến STEM. Như vậy nguồn nhân lực thuộc lĩnh vực STEM đang trở nên rất cần thiết đối với mọi quốc gia trên thế giới.
Việt Nam trên con đường phát triển đất nước trở thành nước công nghiệp hoá, hiện đại hoá được chính phủ xác định ưu tiên phát triển 3 nhóm ngành gồm: công nghiệp chế biến chế tạo, điện tử viễn thông, năng lượng mới và năng lượng tái tạo. Để xây dựng các ngành công nghiệp này thì nguồn nhân lực cần trang bị các năng lực thuộc các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật … Chính vì vậy giáo dục phổ thông cũng cần góp phần hình thành những năng lực thuộc các lĩnh vực này cho học sinh. Mặt khác ngành giáo dục đang tích cực đổi mới căn bản toàn diện trên tất cả các khía cạnh từ nội dung, khung chương trình, cách tiếp cận đến quan điểm, mục tiêu, phương pháp … Để thực hiện được điều này thì giáo dục STEM là là hướng đi hợp lí và tất yếu của chúng ta.
Dạy học STEM thông qua môn Hóa học giúp HS nắm vững kiến thức hóa học, hiểu được mối liên hệ giữa kiến thức hóa học với đời sống, công nghệ, môi trường và con người, giải quyết được những vấn đề thực tiễn. Từ đó giúp HS có nhận thức khoa học về thế giới vật chất, góp phần phát triển NL nhận thức và NL hành động, hình thành nhân cách phẩm chất của người lao động mới nói chung và năng lực vận dụng kiến thức kĩ năng (NL VDKT, KN) nói riêng.
Hóa học là môn khoa học mang tính thực nghiệm cao, được kiểm chứng thông qua các thí nghiệm cụ thể. Do đó, bên cạnh các hoạt động lí thuyết, cần phải tăng cường hơn nữa hoạt động thực nghiệm cho học sinh, góp phần phát triển năng lực toàn diện cho người học, đáp ứng với yêu cầu giáo dục – đào tạo trong tình hình mới. Hiện nay, các thí nghiệm trong dạy học Hóa học ở THPT, thường được tiến hành ở các tiết học chính khóa, chủ yếu là các thí nghiệm minh họa của giáo viên và một số tiết thực hành của học sinh. Tuy nhiên, các dụng cụ thí nghiệm ở trường phổ thông phần lớn đã xuống cấp, việc bổ sung, sửa chữa có lúc chưa kịp thời.
Trong quá trình dạy học Hóa học THPT, tôi nhận thấy kiến thức phần “Nitơ – Photpho” có nhiều ứng dụng trong đời sống và kĩ thuật. Tuy nhiên, các kiến thức ở phần này chủ yếu xây dựng, củng cố kiến thức, phát triển kĩ năng mà chưa chú trọng phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo cho học sinh. Vì vậy, việc xây dựng bài học theo hướng vận dụng kiến thức khoa học vào thực tiễn là cần thiết. Từ những lí do trên tôi lựa chọn nghiên cứu đề tài: ‘“Phát triển năng lực vận dụng kiến thức kĩ năng cho học sinh THPT thông qua dạy học theo định hướng STEM chương Nitơ – Photpho”.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu, thiết kế và tổ chức một số chủ đề dạy học STEM nhằm phát triển năng lực vận dụng kiến thức, kĩ năng (NL VDKT, KN) cho HS, góp phần nâng cao chất lượng dạy học hóa học ở trường THPT.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
– Nghiên cứu cơ sở lí luận có liên quan tới đề tài phát triển NL VDKT, KN cho HS thông qua dạy học theo định hướng STEM chương “Nitơ – Photpho” – Hóa học 11.
– Điều tra thực trạng dạy học theo định hướng STEM và việc phát triển NL VDKT, KN cho HS ở 1 số trường trên địa bàn thành phố Vinh.
– Xây dựng và tổ chức dạy học một số chủ đề STEM chương “Nitơ – Photpho” nhằm phát triển NL VDKT, KN cho HS.
– Tổ chức thực nghiệm sư phạm để kiểm chứng giả thuyết khoa học của đề tài nghiên cứu.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
– Đối tượng nghiên cứu: Năng lực VDKT, KN thông qua một số chủ đề dạy học STEM và tổ chức các hoạt động dạy học chương “Nitơ – Photpho”- Hóa học 11.
– Phạm vi nghiên cứu: Sử dụng các chủ đề dạy học chương “Nitơ – Photpho”theo định hướng STEM để phát triển NL VDKT, KN cho HS. Phạm vi khảo sát ở một số trường trong tỉnh Nghệ An, trung tâm là trường trung học phổ thông Huỳnh Thúc Kháng, thành phố Vinh, tỉnh Nghệ An.
5. Phương pháp nghiên cứu
– Phương pháp nghiên cứu lí luận:
Nghiên cứu các tài liệu về tâm lí học; lí luận và phương pháp dạy học (PPDH) ở trường phổ thông; lí luận và PPDH liên quan đến vấn đề nghiên cứu.
– Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Khảo sát điều tra, Phỏng vấn trao đổi, Nghiên cứu sản phẩm.
– Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Tổ chức dạy học thực nghiệm và thực nghiệm sư phạm.
– Phương pháp thống kê toán học: Sử dụng công cụ toán học thống kê xử lí các số liệu điều tra và kết quả thực nghiệm.
6. Đóng góp của đề tài.
– Tổng quan và làm rõ cơ sở lí luận về NL VDKT, KN và tổ chức dạy học theo định hướng STEM .
– Đánh giá thực trạng việc dạy học theo định hướng STEM để phát triển NL VDKT, KN cho HS trong dạy học hóa học hiện nay ở một số trường THPT tại tỉnh Nghệ An.
– Đề xuất cấu trúc NL VDKT, KN xây dựng và sử dụng bộ công cụ đánh giá NL VDKT, KN của HS thông qua một số chủ đề dạy học theo định hướng STEM.
– Đề xuất tiến trình dạy học và thiết kế 2 chủ đề dạy học chương Nitơ – Photpho theo định hướng dạy học STEM nhằm phát triển NLVDKT, KN cho HS THPT.
– Đề tài có thể làm tài liệu tham khảo cho GV khi dạy học định hướng giáo dục STEM ở trường phổ thông Việt Nam.

PHẦN II. NỘI DUNG
I. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC VẬN DỤNG KIẾN THỨC KĨ NĂNG THÔNG QUA DẠY HỌC STEM.
1.1. Tổng quan lịch sử nghiên cứu vấn đề
1.1.1. Giáo dục STEM trên thế giới
Trong khoảng 10 năm trở lại đây việc các nhà giáo dục học trên thế giới nghiên cứu về giáo dục STEM đang chiếm một tỷ lệ rất cao qua đó nhận thấy được xu hướng phát triển giáo dục theo định hướng STEM đang được các nhà khoa học giáo dục trên thế giới rất quan tâm. Nhiều nước đã và đang triển khai giáo dục STEM và thu được nhiều thành tựu to lớn.
STEM được xuất hiện lần đầu tiên tại Mỹ, khi mà nền giáo dục của đất nước số 1 thế giới này đang có xu hướng đi xuống. Đứng trước hoàn cảnh đó Mỹ đã quyết định công cuộc cải cách giáo dục và STEM đã được ra đời. Đây là con đường phát triển tương lai và bền vững nhất của Mỹ. Chính vì sự phát triển và đổi mới này của Mỹ đã khiến nhiều nước phát triển trên thế giới tò mò và học tập theo. 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. Giáo dục đi kèm với thực tế đã dần thay đổi so với giáo dục truyền thống gò bó và áp lực với học sinh – Điều mà cả thế giới đều đang cố gắng đạt được.
Ở Pháp, giáo dục STEM được bao phủ ở tất cả các cấp học. Từ tiểu học đến trung học cơ sở học sinh được tham gia 78 giờ trải nghiệm khoa học mỗi năm. Ở trung học phổ thông, giáo dục STEM được dành một thời lượng đáng kể. Trong năm học đầu cấp, mỗi tuần học sinh học Toán học 4 giờ, học Vật Lý, Hoá học, Thực hành thể thao, vũ trụ mỗi môn 3 giờ và nhiều giờ cho nghiên cứu về khoa học đời sống. Ngoài ra họ có hoạt động khám phá liên quan đến giáo dục STEM như: Công nghệ sinh học, Y tế và xã hội, Phát minh…
Tại Anh, giáo dục STEM được phát triển thành một chương trình quốc gia với mục tiêu đào tạo nguồn nhân lực, các nhà khoa học có chất lượng cao. Chương trình của họ gồm 4 nội dung: Tuyển dụng giáo viên STEM, bồi dưỡng nâng cao trình độ giáo viên, cải tiến làm phong phú chương trình học, phát triển cơ sở vật chất nhằm đáp ứng tốt cho giáo dục STEM. Ở Anh họ không tách giáo dục STEM khỏi chương trình chính khoá mà lồng ghép vào trong giảng dạy chính khoá. Ở đây giáo dục STEM là một cách tiếp cận, một định hướng chứ không phải là một môn học. Họ tổ chức một số cách thức như: (1) Dự án STEM được thực hiện với một môn duy nhất, ở cách thức này giáo viên hướng dẫn học sinh thiết lập vấn đề, thiết kế giải pháp, thu thập thông tin, bằng chứng và cuối cùng rút ra kết luận. (2) Dự án STEM được thực hiện trong nhiều môn học, cách này nhiều giáo viên cùng phối hợp với nhau để thực hiện một chủ đề. (3) Dự án STEM được thực hiện phối hợp nhiều môn học. (4) Dự án STEM được thực hiện song song chương trình học.
Tại Thái Lan, các trường học đang tổ chức nhiều câu lạc bộ sau giờ học cho HS để các em tìm hiểu những hoạt động sáng tạo STEM gắn liền với thiên nhiên và biến đổi khí hậu, HS đưa ra ý kiến để giải quyết các vấn đề đó, dưới sự hướng dẫn và hỗ trợ của các chuyên gia trong các lĩnh vực môi trường và sinh học. Tại Hàn Quốc, hiện nay, chính phủ đặc biệt quan tâm đến giáo dục STEM và STEAM (thêm yếu tố nghệ thuật vào trong giáo dục STEM).
1.1.2. Giáo dục STEM tại Việt Nam
Ở Việt Nam, giáo dục STEM được sử dụng theo mô tả trong Chương trình giáo dục phổ thông năm 2018 như sau: Giáo dục STEM là mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp học sinh 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.
Thực tế thì BGD & ĐT đã tổ chức nhiều cuộc thi để học sinh tiếp cận nhiều hơn với giáo dục STEM “Vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các tình huống thực tiễn dành cho học sinh trung học”, “ Dạy học theo chủ đề tích hợp dành cho giáo viên trung học”, nhiều chủ trương, quan điểm như xây dựng chủ đề dạy học, dạy học tích hợp… được tổ chức triển khai đến các trường phổ thông trên cả nước. Đặc biệt cuộc thi “ Khoa học kỹ thuật dành cho học sinh trung học” được tổ chức và thu được nhiều thành công trong mấy năm qua. Các đề tài khoa học kĩ thuật đạt giải của HS đã áp dụng vào thực tiễn và mang lại nhiều hiệu quả.
1.1.3. Năng lực vận dụng kiến thức kĩ năng, kĩ năng
Về năng lực nói chung và một số năng lực cụ thể nói riêng như: NL hợp tác, NL giải quyết vấn đề, NL sáng tạo … đã có nhiều công trình nghiên cứu. Về NLVDKT, KN cũng đã có một số công trình nghiên cứu trong lĩnh vực dạy học ở các môn học khác cũng như trong môn Hóa học.
Đối với lĩnh vực dạy học Hóa học phải kể đến tác giả Trần Ngọc Huy trong luận án đã nghiên cứu sâu về vấn đề phát triển NL giải quyết vấn đề thông qua bài toán nhận thức, tác giả phân tích và coi NL VDKT, KN là một thành phần của NL giải quyết vấn đề. Tác giả Nguyễn Thị Thanh trong luận án của mình đã trình bày về khái niệm, các thành phần và tiêu chí đánh giá NL VDKT, KN vào thực tiễn và NL thực hành của HS, đề xuất biện pháp sử dụng PP DHDA, sử dụng Ebook và các bài tập hóa học để phát triển NL VDKT, KN và NL thực hiện cho HS trên cơ sở vận dụng lý thuyết kiến tạo.
1.2. Cơ sở lý luận về năng lực, năng lực vận dụng kiến thức, kĩ năng
1.2.1. Khái niệm về năng lực
Có rất nhiều cách định nghĩa về năng lực.Ở đây tôi muốn đề cập đến khái niệm “Năng lực là tập hợp toàn bộ các kỹ năng, kiến thức, khả năng, hành vi của một người có thể đáp ứng đối với một công việc nhất định nào đó, đây cũng là một trong những yếu tố quan trọng để cá nhân có thể hoàn thành một việc nào đó hiệu quả hơn so với người”.
1.2.2. Năng lực vận dụng kiến thức, kĩ năng
a) Khái niệm về năng lực vận dụng kiến thức, kĩ năng
Qua thực tiễn cho thấy NL VDKT, KN được hiểu là “khả năng chủ thể phát hiện được vấn đề thực tiễn, huy động được các kiến thức liên quan, kĩ năng liên quan hoặc tìm tòi, khám phá các kiến thức kĩ năng nhằm thực hiện giải quyết các vấn đề thực tiễn đạt hiệu quả và có khả năng đưa ra vấn đề mới”. NL VDKT, KN còn phản ánh phẩm chất, nhân cách của con người trong quá trình hoạt động để thỏa mãn nhu cầu tìm hiểu, chiếm lĩnh tri thức và cải tạo tự nhiên.
Theo tôi quan niệm “NL VDKT, KN là khả năng của bản thân người học có thể vận dụng tổng hợp những kiến thức, kĩ năng và các thuộc tính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, ý chí, thái độ… để giải quyết những vấn đề đặt ra trong thực tiễn học tập, đời sống một cách có hiệu quả”.
b) Các biện pháp để phát triển năng lực vận dụng kiến thức, kĩ năng
– GV phải tạo được nhiều tình huống có vấn đề để kích thích trí sáng tạo chủ động cho HS trong việc tìm hướng để giải quyết vấn đề.
– GV thường xuyên thay đổi cách dạy theo hướng dạy học tiên tiến trên thế giới.
– Luôn cập nhật thường xuyên các phương pháp, các phương tiện dạy học mới nhất để qua đó tăng HS khả năng vận dụng kiến thức vào giải quyết vấn đề thực tiễn.
– Thường xuyên kiểm tra, ĐG quá trình rèn luyện NL VDKT, KN của HS để kịp thời điều chỉnh và khuyến khích, phát triển kiến thức, kĩ năng, kinh nghiệm đã có vào các tình huống, hoạt động thực tiễn để tìm hiểu thế giới xung quanh và có khả năng biến đổi nó. NL VDKT, KN thể hiện phẩm chất, nhân cách của con người trong quá trình hoạt động để thỏa mãn nhu cầu chiếm lĩnh tri thức”.
1.3. Cơ sở lí luận của STEM
1.3.1. Khái niệm giáo dục STEM
Một trong những tổ chức uy tín nhất hiện nay trong lĩnh vực giáo dục khoa học trên thế giới là Hiệp hội các giáo viên dạy khoa học quốc gia Mỹ (National
Science Teachers Association – NSTA) được thành lập năm 1944, đã đề xuất ra khái niệm giáo dục STEM (STEM education) với cách định nghĩa như sau: “Giáo dục STEM là một cách tiếp cận liên ngành trong quá trình học, trong đó các khái niệm học thuật mang tính nguyên tắc được lồng ghép với các bài học trong thế giới thực, ở đó các học sinh áp dụng các kiến thức trong KHOA HỌC, CÔNG NGHỆ, KỸ THUẬT và TOÁN vào trong các bối cảnh cụ thể, giúp kết nối giữa trường học, cộng đồng, nơi làm việc và các tổ chức toàn cầu, để từ đó phát triển các năng lực trong lĩnh vực STEM và có thể góp phần vào cạnh tranh trong nền kinh tế mới” (Tsupros, Kohler, & Hallinen, 2009).