1.1.2. Các nghiên cứu về năng lực khoa học và cấu trúc năng lực khoa học

8

nói chung và vận dụng những hiểu biết đó vào trong tình huống thực, bối cảnh thực để nhấn mạnh đến tính trách nhiệm của các công dân tương lai với các vấn đề của xã hội, của cộng đồng. Thuật ngữ này (Literacy) có những điểm khác so với thuật ngữ năng lực (competency). Nếu với năng lực (competency) bao gồm một tổ hợp các năng lực thành tố có cấu trúc khá chặt chẽ thì với năng lực (Literacy) không phân chia thành các năng lực thành tố mà chỉ đưa ra được các biểu hiện của chúng, trong đó nhấn mạnh đến việc hiểu biết nhằm giải quyết các vấn đề trong bối cảnh thực với tư cách là công dân có trách nhiệm với tương lai, với xã hội.

Vậy, với việc sử dụng các thuật ngữ khác nhau để mô tả khái niệm năng lực, do đó, khi dịch sang tiếng Việt sẽ dẫn đến các cách hiểu khác nhau, các cấu trúc khác nhau, cần sử dụng một thuật ngữ gốc thống nhất mô tả năng lực. Luận án sử dụng thuật ngữ Literacy. 1.1.2. Các nghiên cứu về năng lực khoa học và cấu trúc năng lực khoa học

a. Khái niệm

* Trên thế giới: Từ hai thuật ngữ định nghĩa năng lực, dẫn đến hai cách mô tả khác nhau về năng lực khoa học. - Nhóm thứ nhất với thuật ngữ “Scientific competency” - năng lực khoa học là khả năng thực hiện các hoạt động khoa học để tạo ra khái niệm mới, phương pháp mới, công cụ mới của một nhà khoa học hay một nhà khoa học tương lai. Khái niệm này nhấn mạnh năng lực khoa học gắn với qui trình khoa học. Do vậy, bồi dưỡng năng lực khoa học cho HS nhấn mạnh đến việc bồi dưỡng qui trình nghiên cứu khoa học. Vì vậy, dạy học theo qui trình khoa học đã trở thành vấn đề trung tâm trong cải cách giáo dục ở môt số nước như Mỹ, Pháp, Canada…. [59] [49] [65]. - Nhóm thứ hai với thuật ngữ “scientific literacy” trong tiếng Anh, có nghĩa là văn hóa khoa học hay hiểu biết khoa học [51]. Pisa cũng cùng quan điểm này [86] và cho rằng Scientific litericy là khả năng sử dụng những kiến thức khoa học, phân tích câu hỏi và rút ra những kết luận hợp lí có cơ sở nhằm đưa ra những quyết định đúng đắn về thế giới tự nhiên và những thay đổi con người tạo ra đối với thế giới tự nhiên. Khái niệm này nhấn mạnh việc dạy học gắn với giáo dục

9

công dân có trách nhiệm với xã hội. Tuy nhiên, PISA mới chỉ đánh giá qua các bài viết mà chưa đánh giá hiểu biết khoa học của người học qua hoạt động học và qua các hoạt động thực tiễn của người học. * Ở Việt Nam: Có nhiều tác giả nghiên cứu và có nhiều cách tiếp cận khác nhau về năng lực khoa học như Đặng Thị Thuận An và Trần Trung Ninh (2017); Bùi Thị Thanh Xuân, Đinh Quang Báo (2016), Nguyễn Đức Dũng, (2017); Cao Thị Thặng, Cao Cự Giác,, [1][18][20][30][39]…. Hầu hết các tác giả này đều sử dụng thuật ngữ “scientific litericy” và nhấn mạnh đến kĩ năng tiến trình khoa học. Nhóm tác giả Nguyễn Đức Dũng đưa ra khái niệm “năng lực khoa học” của học sinh phổ thông là khả năng thực hiện việc tiếp nhận và vận dụng kiến thức khoa học để giải quyết các vấn đề khoa học được định trước trong những tình huống cụ thể, hoặc các vấn đề thực tiễn đơn giản một cách hiệu quả, từ đó có thể đề xuất ý tưởng khoa học mới sáng tạo và hiệu quả hơn. NLKH của HS được đánh giá qua phương thức và kết quả hoạt động của HS đó khi giải quyết vấn đề khoa học [18]. Với định nghĩa này, nghiên cứu đã sử dụng bài tập để đánh giá năng lực KH mà chưa đề cập đến việc tổ chức các hoạt động học bồi dưỡng NLKH. Nhóm tác giả sử dụng quan điểm về năng lực khoa học trong chương trình đánh giá học sinh Quốc tế do tổ chức hợp tác và phát triển kinh tế thế giới (OECD: Organisation for Economic Co-Operation and Development) đã định nghĩa năng lực khoa học (sciencific literacy) như sau: “Năng lực khoa học là kiến thức khoa học của một cá nhân và khả năng sử dụng kiến thức khoa đó để nhận biết các câu hỏi, tiếp thu kiến thức mới, giải thích các hiện tượng khoa học và rút ra các kết luận có vấn đề, khả năng nhận dạng vấn đề và khả năng rút ra kết luận có cơ sở về các vấn đề liên quan đến khoa học; hiểu biết của cá nhân về đặc điểm đặc trưng của khoa học là một hình thái kiến thức và khoa học nghiên cứu của con người; nhận thức của cá nhân đó về những ảnh hưởng của khoa học và công nghệ tới đời sống, vật chất, tinh thần và văn hóa của con người. Sự sẵn sàng tham gia vào các vấn đề liên quan tới khoa học với tư cách là một công dân có hiểu biết và tư duy khoa học” [23]. Theo quan điểm này, một người có năng lực khoa học cần phải có các yếu tố sau: Có kiến thức khoa học;

10

Hiểu những đặc tính của khoa học như là một dạng tri thức của loài người và là hoạt động tìm tòi khám phá của con người.; Sử dụng kiến thức để xác định, chiếm lĩnh kiến thức mới, nhận ra được các vấn đề khoa học, giải thích hiện tượng khoa học và rút ra kết luận trên cơ sở chứng cứ về các vấn đề liên quan tới khoa học; Nhận thức được vai trò của khoa học và công nghệ đối với việc hình thành môi trường văn hóa, tinh thần, vật chất.; Sẵn sàng tham gia như một công dân tích cực, vận dụng hiểu biết khoa học vào giải quyết các vấn đề thực tiễn [5]. Chương trình giáo dục phổ thông mới ban hành cũng xây dựng năng lực môn khoa học tự nhiên cấp THCS theo hướng tiếp cận thuật ngữ scientific litericy với các yêu cầu hình thành và phát triển các năng lực chung, năng lực chuyên môn về tìm hiểu tự nhiên, hình thành và phát triển các kỹ năng thực nghiệm và kỹ năng tiến trình: quan sát, đặt câu hỏi và trả lời, lập luận, dự đoán, chứng minh hay bác bỏ giả thuyết bằng thực nghiệm, mô hình hóa, giải thích,… vận dụng tổng hợp kiến thức khoa học để giải quyết các vấn đề trong cuộc sống [10].

Trong nghiên cứu, chúng tôi cũng sử dụng thuật ngữ scientific litericy với nghĩa là năng lực khoa học. Điều này phù hợp với học sinh đầu cấp trung học cơ sở mà không chỉ quá nhấn mạnh vào tiến trình nghiên cứu khoa học. b. Các nghiên cứu cấu trúc của năng lực khoa học

Trên thế giới: Các nghiên cứu về cấu trúc năng lực khoa học được đưa ra bởi các tác giả, các tổ chức giáo dục khác nhau với các mục đích khác nhau như: Wenning (2005), chương trình GD Singapore, Đại học Rutgets (Hoa kỳ), chương trình giáo dục của Pháp, chương trình giáo dục Hoa Kì, Đại học Victoria (Úc), chương trình giáo dục của Đức……. [67][70][74][72][69]. Một số các nghiên cứu gắn năng lực khoa học với tiến trình khoa học như Wenning (2005) [70] đã đưa ra tổ hợp các năng lực của nghiên cứu bao gồm: Xác định một vấn đề để nghiên cứu; sử dụng quy nạp, xây dựng một giả thuyết hay mô hình kết hợp logic và bằng chứng; sử dụng suy luận, tạo ra một dự đoán từ giả thuyết hoặc mô hình; thiết kế quy trình thực nghiệm để kiểm tra dự đoán; tiến hành một thí nghiệm KH, quan sát hay mô phỏng để kiểm tra giả thuyết; thu thập dữ liệu

11

có ý nghĩa, sắp xếp và phân tích dữ liệu chính xác; áp dụng các PP tính toán và thống kê số liệu số để tiếp cận và hỗ trợ kết luận; giải thích kết quả. Chương trình giáo dục Singapore coi kỹ năng và quá trình khoa học là một thành tố của môn Khoa học, phương pháp dạy học đặc trưng của môn Khoa học là khám phá khoa học. Thông qua các hoạt động khám phá, HS được rèn luyện các kỹ năng về tiến trình khoa học. Singapore đề xuất năng lực khoa học của học sinh bao gồm các thành tố: Đặt câu hỏi và xác định vấn đề; Phát triển và sử dụng mô hình; Lập kế hoạch và tiến hành khảo sát; Phân tích và trình bày số liệu; sử dụng tư duy toán học; Xây dựng lời giải và thiết kế giải pháp; Thu thập đánh giá và trao đổi thông tin [12] Bên cạnh đó, một số nghiên cứu lại đề xuất cấu trúc NLKH là các biểu hiện hành vi của năng lực mà không nhất thiết là các hành vi đó phải được biểu hiện trong qui trình chặt chẽ - đó là qui trình nghiên cứu khoa học Cụ thể, Đại học Rutgets (Hoa kỳ) [62] đã chỉ ra các thành tố cơ bản của năng lực khoa học (Scientific competency) : - Khả năng diễn đạt thông tin dưới nhiều cách khác nhau;- Khả năng sử dụng thiết bị khoa học để tiến hành điều tra thực nghiệm và thu thập dữ liệu thích hợp để nghiên cứu hiện tượng, để kiểm tra giả thuyết hoặc giải quyết các vấn đề thực tiễn;- Khả năng thu thập và trình bày dữ liệu để xây dựng mô hình và đặt câu hỏi;- Khả năng đưa ra nhiều giải thích cho các mô hình và điều chỉnh chúng.;- Khả năng đánh giá thiết kế và các kết quả thí nghiệm hoặc một giải pháp cho một vấn đề;- Khả năng giao tiếp Trong chương trình của Pháp, năng lực khoa học được định nghĩa và đưa ra các thành tố và hành vi như sau: Làm hiện rõ vấn đề (nghi vấn) cần giải quyết; Nhận diện được các đặc trưng và xác nhận được các hướng nghiên cứu phù hợp với từng tình huống; Đối chiếu các giải pháp giải quyết vấn đề với nhau, xác định và lựa chọn được các tiêu chí, các hướng nghiên cứu phù hợp với vấn đề cần giải quyết; Thu thập thông tin qua các thí nghiệm, thực nghiệm, quan sát, đo đạc;- Tập hợp, thu thập và tổ chức các thông tin dưới các dạng dễ hiểu và dễ trao đổi, thảo luận;- Mở rộng, soạn thảo một bản tổng hợp kết quả nghiên cứu và xây dựng các

12

kiến thức mới.Với việc mô tả các năng lực thành tố như vậy thì điều quan trọng là các biểu hiện hành vi của năng lực mà không nhất thiết là các hành vi đó phải được biểu hiện trong qui trình chặt chẽ - đó là qui trình nghiên cứu khoa học [87]. Một số nghiên cứu lại đề xuất cấu trúc NLKH theo các nhóm thành tố, như hệ thống các năng lực Vật lý theo nghiên cứu đề xuất của trường Đại học Victoria (Úc) thì lại bao gồm 4 nhóm thành tố chính như sau: - Tri thức về Vật lý: Kiến thức và kỹ năng cần thiết để có thể đảm nhận một công việc trong lĩnh vực Vật lý (GV vật lý, nhà nghiên cứu vật lý) hoặc có thể tiếp tục học sau đại học về lĩnh vực vật lý.;- Năng lực nghiên cứu: Hiểu biết và sử dụng được các nguyên lý của quy trình KH, áp dụng được các PP thực nghiệm để giải quyết các vấn đề KH.;- Năng lực thực địa: Sử dụng được các quy tắc và kỹ thuật an toàn để thực hiện các nghiên cứu trong môi trường thực tế.;- Năng lực thực hiện trong phòng thí nghiệm: Sử dụng được các quy tắc và kỹ thuật an toàn để thực hiện các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm [72] Chương trình giáo dục của Đức đưa ra mô hình năng lực các KHTN bao gồm 4 lĩnh vực năng lực: Tri thức chuyên môn: HS có khả năng mô tả, giải thích, cấu trúc hóa và sử dụng tri thức chuyên môn trong việc giải quyết các vấn đề, năng lực này gắn với các cơ sở KH. Khám phá tri thức: quan sát, so sánh, sắp xếp, tiến hành nghiên cứu khoa học tự nhiên, sử dụng các mô hình, vận dụng kiến thức toán học. Giao tiếp: Phát triển thông tin - tiếp nhận văn bản (nói và viết); truyền đạt thông tin – tạo lập văn bản ( nói và viết); tranh luận – tương tác; cân nhắc về ngôn ngữ chuyên môn – ý thức ngôn ngữ. Đánh giá: thảo luận và lựa chọn các phương án hành động; đánh giá các hành động; đánh giá các giá trị và chuẩn mực. [16] Theo PISA, NLKH được mô tả gồm bốn yếu tố liên quan đến nhau: kiến thức, năng lực, bối cảnh và thái độ. PISA có cách tiếp cận rộng hơn về việc đánh giá kiến thức, kĩ năng, thái độ của học sinh, đó là hướng tới đánh giá các năng lực sử dụng kiến thức vào giải quyết các nhiệm vụ và thách thức thường nhật. Cách tiếp cận bao quát và thực tiễn này giúp PISA phản ánh kịp thời các thay đổi trong chương trình học, cụ thể hơn đó

13

là phương thức dựa trên mô hình học tập suốt đời, trong đó việc tích lũy các kiến thức và kĩ năng mới cần thiết để thích nghi trong một thế giới luôn thay đổi và một quá trình diễn ra suốt đời, không chỉ bó hẹp trong phạm vi trường học. PISA tập trung vào những điều mà học sinh ở độ tuổi 15 cần cho tương lai và đánh giá năng lực học tập suốt đời, một mặt PISA đánh giá kiến thức của học sinh, mặt khác đánh giá ở khả năng tư duy và áp dụng kiến thức, kinh nghiệm vào các vấn đề thực tế. Ví dụ, để hiểu và đánh giá một lời khuyên về nguồn nước địa phương đang bị ô nhiễm, một người trưởng thành cần phải không những hiểu biết về nguyên nhân gây ô nhiễm mà còn phải biết đề xuất ra các biện pháp chống ô nhiễm nguồn nước và đề xuất ra các biện pháp cải tạo nguồn nước.. Ở Việt Nam, nhóm tác giả Nguyễn Đức Dũng [18] đã đề xuất được những tiêu chí/biểu hiện của NLKH của HS phổ thông, trong đó cấu trúc của năng lực khoa học có 10 biểu hiện cụ thể. Nhóm tác giả Cao Thị Thặng [30] đề xuất cấu trúc năng lực tìm tòi, nghiên cứu khoa học của học sinh trung học phổ thông trong dạy học môn hóa học. Tác giả Nguyễn Văn Biên đã đề xuất cấu trúc năng lực Vật lý dựa trên năng lực khoa mà chương trình giáo dục của Mỹ và của Singapore đưa ra [11] Chương trình giáo dục phổ thông môn KHTN mới [10], năng lực khoa học tự nhiên với cấu trúc gồm có 3 thành tố (1) nhận thức khoa học tự nhiên, (2) tìm hiểu tự nhiên, (3) vận dụng kiến thức KHTN đã học. Như vậy, theo phân tích cấu trúc năng lực khoa học của Pisa và chương trình khoa học tự nhiên có những nét tiếp cận tương đồng, đó là cấu trúc dựa trên 3 yếu tố: yếu tố đầu tiên là kiến thức về bản chất, khái niệm, nội dung, lý thuyết của thế giới khách quan khoa học, loại tri thức này được gọi là “tri thức nền tảng của khoa học” (content knowledge). Yếu tố thứ hai là tri thức về các tiến trình mà các nhà khoa học dùng để hình thành nên tri thức khoa học được gọi là “tri thức kĩ thuật nghiên cứu” hoặc “ tiến trình tìm hiểu khoa học” (procedural knowledge)[87]. Đây là một tri thức liên quan giữa thực hành và lý thuyết mà yêu cầu thực hành làm nền tảng như: lặp lại các phương pháp để làm giảm tối thiểu lỗi, kiểm soát các biến

14

cố, và các qui trình có chất luợng được trình bày và công bố số liệu. Yếu tố thứ ba: “tri thức nhận thức luận” (epistemic knowledge), tri thức này được hiểu như việc xác định cho các nội dung cần thiết trong quá trình xây dựng tri thức trong khoa học. Tri thức nhận thức luận bao gồm: hiểu chức năng của các câu hỏi, sự quan sát, các lý thuyết, các giả thuyết, các mẫu, các tranh luận trong khoa học, và đóng vai trò tổng hợp trong việc xây dựng kiến thức. Những người có tri thức nhận thức luận có thể giải thích, đưa ra ví dụ, đưa ra sự khác nhau một lý thuyết khoa học và giả thuyết hoặc một quan sát khoa học. Tri thức nhận thức luận là nền tảng cho tri thức về kĩ thuật nghiên cứu và đồng thời là nền tảng cho cơ sở niềm tin vào tuyên bố khoa học. Tóm lại, dù các nghiên cứu dựa trên tiến trình để đề xuất cấu trúc năng lực khoa học (Scientific literacy), hay không dựa trên tiến trình khoa học mà dựa vào các nhóm thành tố cùng với biểu hiện của năng lực khoa học, thì vẫn cần quan tâm đến việc tổ chức hoạt động học như thế nào để các biểu hiện của năng lực khoa học có thể thể hiện ra được.

Trong luận án này, trên cơ sở dựa vào đánh giá năng lực khoa học của PISA và cấu trúc năng lực tìm hiểu tự nhiên trong chương trình giáo dục phổ thông của môn khoa học tự nhiên, chúng tôi đề xuất xây dựng một cấu trúc riêng cho năng lực khoa học trong dạy học môn khoa học tự nhiên ở THCS. c. Biện pháp bồi dưỡng năng lực khoa học

Trên thế giới, có nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu bồi dưỡng năng lực khoa học bằng nhiều biện pháp khác nhau như Jack Holbrook và Miaranikmae; Helen L.Gipson và Christopher chase; Derek Hodson Ontario; Janice D. Gobert &Barbara C. Buckley; Reinders Duit &David F. Treagust; Bev France và Jan Taylor; Richard A. Duschl…. [49][50] [51], [52][68][62]. Tuy nhiên các tác giả tập trung vào các biện pháp chính sau: Thứ nhất, các nghiên cứu nhấn mạnh việc bồi dưỡng NLKH thông qua chính hoạt động của người học. Jack Holbrook và Miaranikmae [51] đề xuất một mô hình về bản chất của dạy khoa học có nền tảng dựa trên lý thuyết hoạt động,

15

bao gồm sự hiểu biết về bản chất của khoa học, liên kết với việc đạt được các mục tiêu trong lĩnh vực cá nhân, thúc đẩy nhân cách và thái độ tích cực, trách nhiệm công dân cùng với việc đạt được các mục tiêu trong lĩnh vực giáo dục xã hội, nhấn mạnh học tập hợp tác. Nghiên cứu này nhấn mạnh việc bồi dưỡng năng lực khoa học thông qua hoạt động. Thứ hai, các nghiên cứu nhấn mạnh việc đưa người học vào bối cảnh thực để làm thay đổi thái độ và trách nhiệm của người học đối với xã hội. Derek Hodson Ontario [50] cho rằng đã đến lúc phải hành động trong chương trình dạy học khoa học của nhà trường, cần thiết có một chương trình dạy học khoa học hướng tới hành động gắn với trách nhiệm xã hội, tác giả cho rằng muốn các vấn đề xã hội và môi trường hiện nay được giải quyết, chúng ta cần một thế hệ công dân có hiểu biết khoa học, tác giả đề xuất một chương trình khoa học tập trung vào bảy lĩnh vực quan tâm (sức khoẻ con người, lương thực và nông nghiệp, đất đai, nước và tài nguyên khoáng sản, nguồn năng lượng và tiêu dùng, công nghiệp, truyền thông và giao thông, đạo đức và trách nhiệm xã hội) và cần có sự tham gia của cộng đồng. Vì vậy, cần phải hướng tới việc chọn nội dung dạy học như thế nào để hướng người học tới trách nhiệm xã hội, với cộng đồng. Thứ ba, các nghiên cứu nhấn mạnh đến vai trò của tương tác xã hội trong việc bồi dưỡng năng lực khoa học. Janice D. Gobert &Barbara C. Buckley [52] cho rằng các mô hình và mô hình hóa là công cụ chủ yếu để giải thích khoa học, họ chứng minh rằng việc sử dụng các mô hình và sự tương tự trong giáo dục khoa học là một biện pháp để hiểu bản chất khoa học. Học tập càng hiệu quả hơn khi người học có thể tự xây dựng mô hình và đánh giá mô hình của riêng mình, của người khác và của các nhà khoa học. Nghiên cứu cũng cho thấy rằng thảo luận nhóm và thảo luận đồng đẳng là những biện pháp để nâng cao kỹ năng tư duy nhận thức và siêu nhận thức của học sinh. Thứ tư, các nghiên cứu đề cập đến việc làm thay đổi quan niệm của học sinh trong việc giải thích các hiện tượng một cách khoa học. Reinders Duit &David F. Treagust [68] cho rằng một trong những biện pháp để cải tiến mạnh mẽ dạy và học

16

khoa học là thay đổi quan niệm của người học, trong đó đã thảo luận về các nghiên cứu nhằm thay đổi quan niệm, từ đó kiểm tra, giải thích các hiện tượng thực tiễn bằng kiến thức khoa học. Thứ năm, Helen L.Gipson và Christopher chase [49] nghiên cứu tác động của một chương trình khoa học dựa trên câu hỏi về thái độ của học sinh đối với môn khoa học. Trong đó, họ đã chỉ ra rằng sau một thời gian, điều họ được tham gia chương trình khoa học theo cách tiếp cận khám phá, học sinh tham gia vào chương trình này được xây dựng các câu hỏi của riêng mình, có thể được thực hiện thí nghiệm hoặc thông qua quan sát. Họ cũng phân tích dữ liệu thông qua việc kiểm tra các thí nghiệm của chính họ và của người khác, qua đó họ vận dụng lý giải kiến thức khoa học trong thực tế. Nghiên cứu cũng cho thấy người học được tham gia chương trình khoa học dựa trên sự khám phá những kỹ năng cải tiến về khoa học và có thái độ tích cực hơn đối với khoa học so với những học sinh học cách sử dụng cách tiếp cận truyền thống, từ đó nhấn mạnh tới việc dạy học khoa học thế nào bồi dưỡng trách nhiệm cho người học. Ở Việt Nam, một số tác giả cũng đã vận dụng các biện pháp khác nhau để bồi dưỡng năng lực khoa học cho học sinh và đạt được hiệu quả nhất định với đối tượng các cấp học, bậc học khác nhau như việc tổ chức cho học sinh thực hiện các nghiên cứu khoa học, sử dụng bài tập, vận dụng các phương pháp dạy học tích cực… Tác giả Nguyễn Đức Dũng [18] đề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực khoa học cho học sinh Trung học phổ thông qua việc sử dụng hệ thống bài tập gắn với thực tiễn trong quá trình dạy học hóa học và cũng đã thu được một số hiệu quả nhất định trong việc phát triển năng lực khoa học. Tuy nhiên, việc chỉ sử dụng bài tập phần nào hạn chế việc huy động sự tham gia tích cực của học sinh ở tất cả các khâu của quá trình học. Tác giả Lê Đình Trung [36] đề xuất qui trình dạy học khám phá qua đề tài khoa học môn Sinh học, thực chất là tổ chức cho học sinh NCKH, qui trình này chỉ đạt được hiệu quả nhất định với đối tượng học sinh khối các trường chuyên cấp THPT.