Phát triển chuyên môn giáo viên STEM: "Con đường" nâng cao năng lực không gian cho học sinh tiểu học

Cải cách giáo dục: từ khát vọng chính sách đến khoảng cách thực tiễn

Giáo dục thế giới đang trải qua làn sóng cải cách mạnh mẽ, đặt STEM ở trung tâm của các chiến lược phát triển nhân lực. Tuy nhiên, nhiều công trình đã chỉ ra rằng khoảng cách dai dẳng giữa mục tiêu chính sách và thực tiễn lớp học vẫn là thách thức chung (Greitans & Namsone, 2024).

Trong bối cảnh này, giáo viên thường rơi vào tình trạng “đơn độc” giữa kỳ vọng cao và nguồn lực hạn chế. Họ có thể nắm vững những kiến thức nền tảng, song lại ít cơ hội phát triển những năng lực đặc thù để hỗ trợ học sinh phát triển tư duy bậc cao. Nhiều nỗ lực cải cách vì thế bị gián đoạn hoặc khó duy trì lâu dài (Greitāns & Namsone, 2022).

Darling-Hammond và cộng sự (2017) khẳng định rằng, phát triển chuyên môn giáo viên chỉ hiệu quả khi gắn liền với nhu cầu thực tế, được tổ chức liên tục và có cơ chế hỗ trợ bối cảnh. Đây chính là tiền đề để phát triển chuyên môn liên tục (CPDL) trở thành công cụ quan trọng đưa chính sách vào đời sống lớp học.

Lesson Study: mô hình học tập nghề nghiệp dựa trên cộng đồng

Trong số các mô hình CPDL, Lesson Study (LS) được xem là phương thức giàu tiềm năng nhất. Xuất phát từ Nhật Bản, LS nhấn mạnh chu trình học tập nghề nghiệp dựa trên cộng đồng: giáo viên cùng thiết kế bài học, dạy thử nghiệm, quan sát, phản tư và cải tiến (Lewis, 2002; Dudley, 2013).

Điểm mạnh của LS nằm ở chỗ nó không áp đặt tri thức từ bên ngoài, mà nuôi dưỡng sự tự chủ của giáo viên, để họ trở thành “nhà nghiên cứu” chính trong lớp học của mình. LS vì thế tạo ra môi trường học tập liên tục, phản ánh chân thực nhu cầu của giáo viên và học sinh, đồng thời giúp giáo viên phát triển năng lực tư duy phản biện và khả năng phân tích sư phạm.

Trong chương trình bồi dưỡng được triển khai tại châu Âu, LS được đặt trong trọng tâm là phát triển năng lực không gian của học sinh – một kỹ năng nhận thức có mối liên hệ mật thiết với thành công trong toán học, khoa học, công nghệ và kỹ thuật (Newcombe, 2010; Uttal et al., 2013; Wai et al., 2009).

Năng lực không gian: chìa khóa tiềm ẩn của thành công STEM

Năng lực không gian được cấu thành từ ba yếu tố: trực quan hóa (visualization), biến đổi tư duy (mental transformation) và định hướng không gian (spatial orientation). Đây là những kỹ năng cho phép cá nhân hình dung, thao tác và định vị các mối quan hệ trong không gian ba chiều (McGee, 1979).

Các bằng chứng khoa học cho thấy năng lực không gian dự báo mạnh mẽ thành công trong các lĩnh vực STEM, thậm chí vượt trội so với năng lực ngôn ngữ hay toán học truyền thống (Wai et al., 2009). Hawes, Gilligan-Lee và Mix (2022) cũng khẳng định rèn luyện kỹ năng này có tác động trực tiếp đến kết quả học tập toán học. Đặc biệt, giai đoạn tiểu học được coi là “cửa sổ vàng” để phát triển năng lực không gian, khi các vùng não liên quan đến xử lý trực quan – không gian phát triển nhanh chóng (Gogtay et al., 2004).

Dù vậy, trong nhiều chương trình, kỹ năng này vẫn chưa được quan tâm đúng mức. Giáo viên ít được trang bị phương pháp và công cụ để khai thác năng lực không gian trong lớp học, khiến một tiềm năng quan trọng bị bỏ ngỏ.

Dữ liệu thực nghiệm: khi CPDL tạo ra sự khác biệt

Nghiên cứu của Bufasi và cộng sự (2025) triển khai CPDL kết hợp LS cho 24 giáo viên STEM tiểu học trong 6 tháng đã mang lại kết quả rõ rệt. Các bài kiểm tra trước – sau cho học sinh lớp 1–3 cho thấy sự tiến bộ có ý nghĩa thống kê về năng lực không gian, với hiệu quả trung bình đến lớn (Cohen’s d 0,57–0,67). Đặc biệt, học sinh lớp 3 đạt mức tăng mạnh nhất, cho thấy sự sẵn sàng về phát triển nhận thức ở giai đoạn này. Trong ba thành tố, trực quan hóa ghi nhận mức cải thiện vượt trội, tiếp đến là biến đổi tư duy và định hướng không gian (Bufasi và cộng sự, 2025). Kết quả này khẳng định giả thuyết rằng những hoạt động trực quan, thao tác vật thể và mô hình hóa bằng hình ảnh có tác động mạnh nhất đến sự phát triển tư duy không gian (Sorby, 2009).

Góc nhìn từ giáo viên: cộng đồng học tập và sự tự tin nghề nghiệp

Phỏng vấn giáo viên sau khi tham gia CPDL cho thấy đa số đánh giá cao mô hình LS. Họ nhấn mạnh rằng những buổi minh họa, cơ hội phản tư cùng đồng nghiệp và sự hỗ trợ từ lãnh đạo đã giúp họ tự tin hơn trong thiết kế và triển khai bài học STEM.

Nhiều giáo viên cho biết, trước khi tham gia, họ “biết năng lực không gian là quan trọng” nhưng “không rõ phải dạy thế nào”. Sau CPDL, họ đã có thể thiết kế hoạt động sử dụng ngôn ngữ không gian, mô hình và đối thoại gợi mở để phát triển kỹ năng này cho học sinh (Bufasi và cộng sự, 2025). Đây là minh chứng sống động cho quan điểm của Desimone (2009) rằng phát triển chuyên môn hiệu quả phải gắn với nhu cầu thực tiễn của giáo viên, và của Guskey (2002) rằng thay đổi hành vi nghề nghiệp chỉ bền vững khi đi cùng trải nghiệm lớp học thực tế.

Ý nghĩa học thuật và những giới hạn cần nhìn nhận

Về mặt học thuật, kết quả củng cố các bằng chứng quốc tế rằng năng lực không gian là kỹ năng có thể rèn luyện, đặc biệt khi can thiệp ở giai đoạn đầu đời (Uttal et al., 2013). Đồng thời, nghiên cứu này nhấn mạnh rằng CPDL kết hợp LS có thể trở thành mô hình nhân rộng cho nhiều hệ thống giáo dục.

Tuy nhiên, nghiên cứu vẫn có giới hạn: quy mô nhỏ, không có nhóm đối chứng, phụ thuộc vào sự hỗ trợ mạnh mẽ từ lãnh đạo nhà trường. Điều này đặt ra yêu cầu cần có thêm những nghiên cứu thực nghiệm diện rộng, chặt chẽ và dài hạn để xác nhận độ bền vững của tác động (McChesney & Aldridge, 2021).

Khuyến nghị cho giáo dục Việt Nam: khai mở tiềm năng từ chính sách đến lớp học

Trong bối cảnh Việt Nam triển khai Chương trình GDPT 2018 và Nghị quyết 57-NQ/TW về phát triển khoa học – công nghệ, đổi mới sáng tạo, những phát hiện này mang lại gợi ý quan trọng.

Thứ nhất, cần coi năng lực không gian là một trọng tâm trong giáo dục STEM ở tiểu học. Đây không chỉ là kỹ năng nhận thức mà còn là “chìa khóa” cho tư duy sáng tạo và giải quyết vấn đề trong kỷ nguyên số.

Thứ hai, đổi mới bồi dưỡng giáo viên cần chuyển từ tập huấn rời rạc sang CPDL gắn với LS. Việt Nam có thể học hỏi kinh nghiệm từ Nhật Bản và các nước châu Âu, nơi LS được xem là trụ cột phát triển nghề nghiệp, đồng thời tích hợp với bối cảnh Việt Nam – nơi giáo viên còn nhiều áp lực hành chính và hạn chế về tài nguyên.

Thứ ba, xây dựng các dự án nghiên cứu thực nghiệm tại Việt Nam để đánh giá tác động của LS–CPDL đến học sinh, từ đó hình thành bằng chứng chính sách. Đây là bước đi cần thiết để không chỉ cải tiến chương trình trong nước mà còn đóng góp vào tri thức quốc tế.

Nếu được triển khai, ba hướng đi này có thể biến đổi căn bản cách giáo viên Việt Nam dạy học STEM, đưa năng lực không gian từ chỗ “bị lãng quên” thành “đòn bẩy chiến lược” cho giáo dục thế kỷ XXI.

Khi phát triển chuyên môn trở thành chiến lược giáo dục

Những dữ liệu thực nghiệm cho thấy, phát triển chuyên môn liên tục gắn với Lesson Study không chỉ thay đổi cách giáo viên dạy mà còn trực tiếp nâng cao năng lực không gian của học sinh tiểu học – một yếu tố cốt lõi cho thành công STEM.

Ý nghĩa của phát hiện này vượt ra ngoài phạm vi một quốc gia. Nó khẳng định rằng cải cách giáo dục chỉ có thể trở thành hiện thực khi giáo viên được đặt ở trung tâm, được học tập liên tục và cộng tác trong môi trường nghề nghiệp an toàn.

Đối với Việt Nam, đây là “tín hiệu đắt” nhắc nhở rằng đổi mới giáo dục không chỉ là thay sách giáo khoa hay viết lại chương trình, mà là kiến tạo những cơ chế để giáo viên trở thành nhà đổi mới trong chính lớp học của mình. Khi năng lực không gian – kỹ năng từng bị lãng quên – được đưa vào trọng tâm, chúng ta không chỉ nâng cao chất lượng dạy học STEM mà còn chuẩn bị một thế hệ công dân với tư duy sáng tạo, khả năng thích ứng và năng lực cạnh tranh toàn cầu.

Vân An

Tài liệu tham khảo

Bufasi, E., Greitans, K., Cakane, I., Dudareva, I., & Namsone, D. (2025). Investigating the STEM Teacher Professional Development and Learning Path Towards Changes in Student Spatial Ability. Education Sciences, 15(10), 1277. https://doi.org/10.3390/educsci15101277

Darling-Hammond, L., Hyler, M. E., & Gardner, M. (2017). Effective Teacher Professional Development. Learning Policy Institute.

Desimone, L. M. (2009). Improving impact studies of teachers’ professional development: Toward better conceptualizations and measures. Educational Researcher, 38(3), 181–199.

Dudley, P. (2013). Teacher learning in lesson study. Teaching and Teacher Education, 34, 107–121.

Gogtay, N., et al. (2004). Dynamic mapping of human cortical development during childhood through early adulthood. PNAS, 101(21), 8174–8179.

Greitāns, K., & Namsone, D. (2022). Role of school leadership team in the implementation of school-based teacher professional development model. INTED2022 Proceedings, 4004–4012.

Greitans, K., & Namsone, D. (2024). Identification of science teacher profiles based on lesson observation data. Science Education International, 35(2), 102–108.

Guskey, T. R. (2002). Professional development and teacher change. Teachers and Teaching, 8(3), 381–391.

Hallinger, P., & Heck, R. H. (2010). Collaborative leadership and school improvement. School Leadership & Management, 30(2), 95–110.

Hawes, Z. C., Gilligan-Lee, K. A., & Mix, K. S. (2022). Effects of spatial training on mathematics performance: A meta-analysis. Developmental Psychology, 58(1), 112–128.

Lewis, C. (2002). Lesson Study: A handbook of teacher-led instructional change. Philadelphia: Research for Better Schools.

McChesney, K., & Aldridge, J. M. (2021). What gets in the way? Professional Development in Education, 47(5), 834–852.

Newcombe, N. S. (2010). Picture this: Increasing math and science learning by improving spatial thinking. American Educator, 34(2), 29–35.

Sorby, S. A. (2009). Educational research in developing 3-D spatial skills for engineering students. International Journal of Science Education, 31(3), 459–480.

Uttal, D. H., Meadow, N. G., Tipton, L. L., Alden, A. R., Warren, C., & Newcombe, N. S. (2013). The malleability of spatial skills: A meta-analysis of training studies. Psychological Bulletin, 139(2), 352–402.

Wai, J., Lubinski, D., & Benbow, C. P. (2009). Spatial ability for STEM domains. Journal of Educational Psychology, 101(4), 817–835.