Dành cho giáo viên: Hướng dẫn chi tiết cách thiết kế bài giảng STEM gắn với thực tế

1. 3 hoạt động thực tế học sinh cần thực hiện trong bài giảng STEM

1.1 Hoạt động tìm hiểu thực tiễn, phát hiện vấn đề

Trong các bài học STEM, học sinh được đặt vào các tình huống thực tiễn nhằm giải quyết một vấn đề cụ thể hoặc tìm hiểu, cải tiến một ứng dụng kỹ thuật có sẵn.
Ở giai đoạn này, học sinh cần thu thập thông tin, quan sát, phân tích tình huống, mô tả hoặc giải thích ứng dụng kỹ thuật. Từ đó, học sinh đặt ra câu hỏi và xác định được vấn đề cần nghiên cứu hoặc giải quyết.

Hoạt động này giúp học sinh hình thành khả năng quan sát, phát hiện và nêu vấn đề từ thực tiễn, đồng thời tạo nền tảng cho các bước nghiên cứu tiếp theo.

1.2 Hoạt động nghiên cứu kiến thức nền

Từ những câu hỏi hoặc vấn đề đã được xác định, học sinh được hướng dẫn tìm hiểu, nghiên cứu các kiến thức và kỹ năng cần thiết để giải quyết vấn đề.
Các nội dung này có thể là kiến thức, kỹ năng đã học hoặc mới nằm trong chương trình giáo dục phổ thông.

Hoạt động nghiên cứu kiến thức nền thường bao gồm:

• Nghiên cứu tài liệu khoa học (trong đó có sách giáo khoa);
• Quan sát, thực hành hoặc tiến hành thí nghiệm;
• Giải các bài tập hoặc tình huống có liên quan để củng cố hiểu biết.

Thông qua hoạt động này, học sinh được trang bị đầy đủ cơ sở lý thuyết và kỹ năng cần thiết để triển khai các bước giải quyết vấn đề trong giai đoạn tiếp theo.

1.3 Hoạt động giải quyết vấn đề

Hoạt động giải quyết vấn đề là bước học sinh vận dụng tổng hợp kiến thức, kỹ năng đã có để đề xuất và kiểm chứng các giả thuyết khoa học, hoặc đưa ra và thử nghiệm các giải pháp kỹ thuật. Đây là hoạt động mang tính sáng tạo cao, giúp học sinh phát triển năng lực nghiên cứu và tư duy thiết kế.

Tùy theo mục tiêu của bài học, kết quả hoạt động có thể là:

• Sản phẩm khoa học: các kết luận hoặc kiến thức mới được rút ra từ việc kiểm chứng giả thuyết. Ví dụ: xác định yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của thực vật, phát hiện quy trình mới trong xử lý môi trường,…
• Sản phẩm kỹ thuật: mô hình, dụng cụ hoặc giải pháp công nghệ mới được thử nghiệm thành công. Ví dụ: chế tạo dụng cụ tưới cây tự động, thiết bị lọc nước đơn giản,…

Hoạt động này không chỉ giúp học sinh củng cố và vận dụng kiến thức liên môn mà còn góp phần hình thành phẩm chất sáng tạo, khả năng hợp tác và tư duy phản biện.

2. 6 tiêu chí xây dựng bài giảng STEM hiệu quả

Để tổ chức các hoạt động thực tế trong bài giảng STEM, mỗi bài học cần được xây dựng dựa trên 6 tiêu chí cơ bản sau:

Tiêu chí 1: Chủ đề bài học gắn với thực tiễn

Bài học STEM cần tập trung vào các vấn đề thực tiễn trong xã hội, kinh tế, môi trường và yêu cầu học sinh tìm kiếm giải pháp. Chủ đề phải tạo điều kiện để học sinh đặt câu hỏi, phân tích tình huống và phát triển giải pháp khả thi.

Tiêu chí 2: Cấu trúc bài học theo quy trình thiết kế kỹ thuật

Quy trình thiết kế kỹ thuật cung cấp một lộ trình linh hoạt, đưa học sinh từ việc xác định vấn đề hoặc yêu cầu thiết kế đến sáng tạo và phát triển giải pháp.

Các bước cơ bản trong quy trình 8 bước bao gồm:

• Bước 1: Xác định vấn đề
• Bước 2: Nghiên cứu kiến thức nền
• Bước 3: Đề xuất giải pháp/thiết kế
• Bước 4: Lựa chọn giải pháp/thiết kế
• Bước 5: Chế tạo mô hình (nguyên mẫu)
• Bước 6: Thử nghiệm và đánh giá
• Bước 7: Chia sẻ và thảo luận
• Bước 8: Điều chỉnh thiết kế

Trong thực tiễn dạy học, quy trình trên thường được gộp thành 5 hoạt động chính:

• Hoạt động 1: Xác định vấn đề (yêu cầu thiết kế/chế tạo)
• Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp thiết kế
• Hoạt động 3: Trình bày và thảo luận phương án thiết kế
• Hoạt động 4: Chế tạo mô hình/thiết bị theo phương án đã cải tiến; thử nghiệm và đánh giá
• Hoạt động 5: Trình bày và thảo luận về sản phẩm; điều chỉnh thiết kế ban đầu

Trong quá trình thực hiện, học sinh thử nghiệm ý tưởng dựa trên nghiên cứu của mình, sử dụng nhiều cách tiếp cận, chấp nhận sai lầm và học từ thất bại để tối ưu hóa giải pháp.

Tiêu chí 3: Phương pháp dạy học hướng hoạt động tìm tòi, khám phá và sản phẩm

Hoạt động tìm tòi và khám phá cần xuất hiện trong tất cả các giai đoạn của bài học STEM, đặc biệt là trong Hoạt động 2 và Hoạt động 4.

• Trong Hoạt động 2, học sinh quan sát, tìm tòi, kiểm chứng các quy luật, đồng thời rèn luyện kỹ năng tiến trình: quan sát, dự đoán, thực hiện thí nghiệm, đo đạc, thu thập và phân tích số liệu.
• Trong Hoạt động 4, học sinh kiểm chứng các giải pháp khác nhau để tối ưu hóa sản phẩm.

Hoạt động học được tổ chức theo hướng mở nhưng có khuôn khổ (vật liệu, điều kiện). Học sinh hợp tác, trao đổi thông tin, tự điều chỉnh ý tưởng và thiết kế hoạt động của bản thân.

Tiêu chí 4: Hình thức tổ chức học tập theo nhóm kiến tạo

Hoạt động nhóm là cơ sở để phát triển năng lực giao tiếp, hợp tác và sáng tạo. Giáo viên cần phối hợp đồng bộ, sử dụng cùng ngôn ngữ, tiến trình và yêu cầu về sản phẩm học tập. Làm việc nhóm giúp học sinh học cách trao đổi, phối hợp và hoàn thiện sản phẩm.

Tiêu chí 5: Nội dung bài học tích hợp các môn khoa học và toán học

Bài học STEM cần kết nối và tích hợp có mục đích các kiến thức từ khoa học, công nghệ, tin học và toán học. Giáo viên nên hợp tác với đồng nghiệp các môn liên quan để xác định cách tích hợp, từ đó giúp học sinh nhận ra mối liên hệ giữa các môn học và khả năng ứng dụng kiến thức vào thực tế.

Tiêu chí 6: Tiến trình học tập tính đến nhiều đáp án đúng và thất bại là cần thiết

Một vấn đề nghiên cứu có thể có nhiều giải pháp khả thi; một câu hỏi khoa học có thể có nhiều giả thuyết. Trong STEM, thất bại được coi là một phần của quá trình học, giúp học sinh rút kinh nghiệm, tối ưu hóa phương án và phát triển năng lực sáng tạo, giải quyết vấn đề.

3. Quy trình 4 bước thiết kế bài giảng STEM

Bước 1: Lựa chọn chủ đề bài học

Chủ đề được xác định dựa trên:

• Kiến thức trong chương trình môn học
• Các hiện tượng, quá trình tự nhiên liên quan
• Ứng dụng thực tiễn của kiến thức (thiết bị, quy trình, vật liệu)

Ví dụ chủ đề:

• Sữa chua/dưa muối – Vi sinh vật – Quy trình làm sữa chua/muối dưa
• Thuốc trừ sâu – Phản ứng hóa học – Xử lý dư lượng thuốc
• Hiện tượng chìm nổi – Lực đẩy Ác-si-mét – Thiết kế thuyền/bè nổi
• Cảm ứng điện từ – Máy phát điện/động cơ điện
• Ống nhòm, kính tiềm vọng, kính thiên văn – Lăng kính, thấu kính hội tụ

Bước 2: Xác định vấn đề cần giải quyết

Sau khi chọn chủ đề, giáo viên xác định vấn đề hoặc nhiệm vụ học sinh cần giải quyết, đảm bảo học sinh học được kiến thức và kỹ năng trong chương trình hoặc vận dụng kiến thức đã biết.

Ví dụ nhiệm vụ:

• Chế tạo máy quang phổ đơn giản
• Chế tạo ống nhòm/kính thiên văn
• Thiết kế bè nổi/thuyền
• Chế tạo máy phát điện/động cơ điện
• Thiết kế robot leo dốc, hệ thống tưới nước tự động
• Việc thử nghiệm chế tạo trước nguyên mẫu giúp giáo viên:
• Dự đoán khó khăn học sinh gặp phải
• Xác định các cơ hội vận dụng kiến thức
• Xây dựng tiêu chí sản phẩm cho bước tiếp theo

Bước 3: Xây dựng tiêu chí sản phẩm/giải pháp

Giáo viên xác định rõ tiêu chí của sản phẩm hoặc giải pháp, làm căn cứ cho học sinh đề xuất giả thuyết, thiết kế hoặc phương án.

Ví dụ tiêu chí:

• Máy quang phổ: sử dụng lăng kính/thấu kính hội tụ; tạo được các tia màu từ nguồn sáng trắng
• Ống nhòm/kính thiên văn: quan sát vật ở xa với độ phóng đại nhất định
• Quy trình sản xuất sữa chua: đạt độ chua, độ ngọt, dinh dưỡng yêu cầu
• Xử lý dư lượng thuốc trừ sâu: loại bỏ thuốc, đảm bảo an toàn
• Trồng rau sạch: đáp ứng tiêu chí “sạch” so với phương pháp thông thường

Các tiêu chí phải định hướng quá trình học tập và vận dụng kiến thức nền, không chỉ tập trung vào sản phẩm vật chất.

Bước 4: Thiết kế tiến trình tổ chức dạy học

Giáo viên xây dựng tiến trình dạy học tích cực theo các hoạt động đã nêu:

Xác định vấn đề

• Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp
• Trình bày, thảo luận phương án
• Chế tạo, thử nghiệm và đánh giá sản phẩm
• Điều chỉnh thiết kế

Các hoạt động học có thể tổ chức trong lớp, ngoài lớp, tại nhà hoặc cộng đồng, kết hợp với bài học điện tử trực tuyến để hỗ trợ học sinh tự học và trao đổi thông tin.

Trên đây là toàn bộ thông tin hướng dẫn chi tiết cách thiết kế bài giảng STEM dành cho giáo viên. Hy vọng những thông tin và hướng dẫn được trình bày trong tài liệu này sẽ giúp thầy/cô thuận tiện hơn trong việc thiết kế và tổ chức các bài giảng STEM, đồng thời tạo điều kiện để học sinh phát triển toàn diện các năng lực giải quyết vấn đề, sáng tạo, hợp tác nhóm và vận dụng kiến thức liên môn.