Dẫn nhập
STEM là viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật) và Mathematics (Toán học). Giáo dục STEM về bản chất được hiểu là trang bị cho người học những kiến thức và kỹ năng cần thiết liên quan đến các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học. Những kiến thức và kỹ năng này phải được tích hợp, lồng ghép và bổ trợ cho nhau giúp học sinh không chỉ hiểu biết về nguyên lý mà còn có thể áp dụng để thực hành và tạo ra được những sản phẩm trong cuộc sống hằng ngày.
Những học sinh học theo cách tiếp cận giáo dục STEM đều có những ưu thế nổi bật như: kiến thức khoa học, kỹ thuật, công nghệ và toán học chắc chắn; khả năng sáng tạo, tư duy logic; hiệu suất học tập và làm việc vượt trội; có cơ hội phát triển các kỹ năng mềm toàn diện hơn trong khi không hề gây cảm giác nặng nề, quá tải trong học tập đối với học sinh. Đối với học sinh phổ thông, việc theo học các môn học STEM còn có ảnh hưởng tích cực tới khả năng lựa chọn nghề nghiệp tương lai. Khi được học nhiều dạng kiến thức trong một thể tích hợp, học sinh sẽ chủ động thích thú với việc học tập thay vì thái độ e ngại hoặc tránh né một lĩnh vực nào đó, từ đó sẽ khuyến khích người học có định hướng tốt hơn khi chọn chuyên ngành cho các bậc học cao hơn và sự chắc chắn cho cả sự nghiệp về sau.
Hiện nay, Bộ GDĐT đang trong quá trình triển khai xây dựng nội dung, phương pháp, hình thức tổ chức và quản lí hoạt động dạy học, kiểm tra, đánh giá theo định hướng giáo dục STEM trong chương trình giáo dục trung học phù hợp với điều kiện thực tiễn để triển khai thời gian sắp tới. Bài viết này trình bày một số khái niệm cơ bản về giáo dục STEM, quan điểm, cách tiêp cận và một số kĩ năng có thể phát triển cho học sinh thông qua triển khai các chủ đề dạy học STEM từ đó đề cập đến một số phương thức và công cụ trong tổ chức và triển khai giáo dục STEM tại Việt Nam.
1. Giáo dục STEM
1.1. Một số quan điểm về giáo dục STEM
Hiện nay, giáo dục STEM được nhiều tổ chức, nhà giáo dục quan tâm nghiên cứu. Ở ngữ cảnh giáo dục và trên bình diện thế giới, STEM được hiểu với nghĩa là giáo dục STEM [1]. Giáo dục STEM có một số cách hiểu khác nhau.
- Theo Bộ Giáo dục Hoa Kỳ (2007): “Giáo dục STEM là một chương trình nhằm cung cấp hỗ trợ, tăng cường, giáo dục Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học (STEM) ở tiểu học và trung học cho đến bậc sau đại học”.
- Nhóm tác giả Tsupros N., Kohler R., và Hallinen J. (2009) cho rằng: “Giáo dục STEM là một phương pháp học tập tiếp cận liên ngành, ở đó những kiến thức hàn lâm được kết hợp chặt chẽ với các bài học thực tế thông qua việc HS được áp dụng những kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học vào trong những bối cảnh cụ thể tạo nên một kết nối giữa nhà trường, cộng đồng và các doanh nghiệp cho phép người học phát triển những kĩ năng STEM và tăng khả năng cạnh tranh trong nền kinh tế mới”.
- Tác giả Lê Xuân Quang (2017) cho rằng: “Giáo dục STEM là một quan điểm dạy học theo tiếp cận liên ngành từ hai trong các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên. Trong đó nội dung học tập được gắn với thực tiễn, PPDH theo quan điểm dạy học định hướng hành động.” [3]
- Ngoài ra, giáo dục STEM được hiểu theo hướng là một phương pháp dạy học theo tiếp cận liên ngành tổng hợp thành một mô hình học tập từ các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học.
1.2. Mục tiêu giáo dục STEM
Tùy theo bối cảnh, mục tiêu giáo dục STEM ở các quốc gia có khác nhau. Tại Anh, mục tiêu giáo dục STEM là tạo ra nguồn nhân lực nghiên cứu khoa học chất lượng cao. Còn tại Mỹ, ba mục tiêu cơ bản cho giáo dục STEM là: trang bị cho tất cả các công dân những kĩ năng về STEM, mở rộng lực lượng lao động trong lĩnh vực STEM bao gồm cả phụ nữ và dân tộc thiểu số nhằm khai thác tối đa tiềm năng con người của đất nước, tăng cường số lượng HS sẽ theo đuổi và nghiên cứu chuyên sâu về các lĩnh vực STEM. Tại Úc, mục tiêu của giáo dục STEM là xây dựng kiến thức nền tảng của quốc gia nhằm đáp ứng các thách thức đang nổi lên của việc phát triển một nền kinh tế cho thế kỉ 21. [2]
Như vậy, mục tiêu giáo dục STEM ở các quốc gia có khác nhau nhưng đều hướng tới sự tác động đến người học, hướng tới vận dụng kiến thức các môn học để giải quyết các vấn đề thực tiễn nhằm đáp ứng các mục tiêu phát triển kinh tế, xã hội của đất nước.
Theo [5] ứng dụng giáo dục STEM nhằm các mục tiêu cơ bản sau:
- Thứ nhất: Góp phần thực hiện mục tiêu giáo dục đã nêu trong chương trình giáo dục phổ thông.
- Thứ hai: Phát triển kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho HS phổ thông thông qua ứng dụng STEM, nhằm:
+ Phát triển các năng lực đặc thù của các môn học Vật lí, Hóa học, Sinh học, Công nghệ, Tin học và Toán.
+ Biết vận dụng kiến thức các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học vào giải quyết các vấn đề thực tiễn.
+ Có thể đề xuất các vấn đề thực tiễn mới phát sinh và giải pháp giải quyết các vấn đề đó trong thực tiễn.
1.3. Thực trạng giáo dục STEM tại Mĩ và Việt Nam
Do khuôn khổ của bài viết, chúng tôi tập trung phân tích thực trạng giáo dục STEM tại Mĩ (nơi phát sinh nguồn gốc thuật ngữ STEM và việc dạy học STEM đã trở thành chủ đề bắt buộc) và tại Việt Nam (nơi giáo dục STEM được đề cập đến nhiều trong thời gian gần đây tuy nhiên theo những cách hiểu chưa được thống nhất).
1.3.1. Giáo dục STEM tại Mĩ
STEM có nguồn gốc từ quỹ khoa học quốc gia (NSF) vào những năm 1990 và đã được sử dụng như một cụm từ viết tắt chung cho mọi sự kiện, chính sách, chương trình hoặc liên quan đến một hoặc một số môn học thuộc 4 lĩnh vực S (Khoa học), T (Công nghệ), E (Kĩ thuật) và M (Toán học). Tuy nhiên, một khảo sát gần đây về "quan điểm STEM" đã phát hiện ra rằng hầu hết các chuyên gia trong các lĩnh vực liên quan đến STEM đều thiếu sự hiểu biết về cụm từ viết tắt STEM. Đa số các phản hồi đều liên tưởng đến từ viết tắt của "nghiên cứu tế bào gốc" hoặc thực vật (Keefe, 2010). Cộng đồng giáo dục tại Mĩ đã chấp nhận một khẩu hiệu mà không thực sự dành thời gian để làm rõ ý nghĩa của cụm từ này khi áp dụng để vượt khỏi nhãn mác nói về những ngành nghề cơ bản. Trong nhiều trường hợp cá nhân sử dụng thuật ngữ STEM, họ cho rằng STEM đã có ý nghĩa nào đó trong quá khứ. Vì vậy, STEM thường được hiểu là khoa học hay toán học. Ít khi nó được hướng tới công nghệ hoặc kỹ thuật và đây chính là vấn đề phải được khắc phục.
Tại Mĩ, một số các thảo luận sau đây đề cập một số điều mà STEM có thể có ý nghĩa cho giáo dục đương đại và do đó có thể lí giải về sự phát triển mạnh mẽ và sâu rộng của giáo dục STEM tại quốc gia này. Đầu tiên, có thể công nhận rằng giáo dục khoa học đã bị giảm bớt trong thời kỳ thực thi chính sách “Không trẻ em nào bị bỏ lại phía sau - No Child Left Behind, tuy nhiên, chính sách này đã kết thúc. Việc nhượng lại quyền cho các trường tiểu học và trung học trong đạo luật giáo dục (ESEA) có thể nhấn mạnh tầm quan trọng của khoa học và sự liên kết chặt chẽ của nó với công nghệ và kỹ thuật, trong các chương trình học tại trường. Thứ hai, thực tế cho thấy STEM là thuật ngữ thường được sử dụng cho khoa học hoặc toán học nhưng thực ra STEM nên có nghĩa là tăng cường sự chú trọng của công nghệ trong các chương trình học đường. So với công nghệ, có rất ít thứ khác ảnh hưởng nhiều đến cuộc sống hàng ngày của chúng ta mà chúng ta lại biết về nó rất ít. Thứ ba, STEM có thể có nghĩa là gia tăng sự hiện diện của kỹ thuật trong giáo dục phổ thông. Kỹ thuật trực tiếp liên quan đến năng lực giải quyết vấn đề và năng lực sáng chế, hai năng lực phổ biến (Lichtenberg, Woock, & Wright, 2008). Kỹ thuật đã có sự hiện diện trong trường học phổ thông, nhưng chắc chắn đã không có sự đầu tư xứng đáng với sự nghiệp và sự đóng góp cho xã hội của môn học này. Nếu quốc gia thật sự quan tâm đếnsáng chế thì sự nhìn nhận về T và E trong STEM chắc hẳn sẽ là một điểm nhấn đáng giá. (Katehi, Pearson, & Feder, 2009). Thứ tư, tất cả các môn STEM đều tạo cơ hội cho các kỹ năng của thế kỷ 21 được tăng cường. Học sinh có thể phát triển các kỹ năng thế kỷ như khả năng thích ứng, giao tiếp phức tạp, kỹ năng xã hội, giải quyết vấn không theo lối mòn, tự quản lý, tự phát triển và tư duy hệ thống (NRC, 2010). Trong các chương trình STEM, học sinh được trình bày quá trình khảo sát hay các dự án học tập, đấy là cơ hội cho giáo viên để giúp học sinh phát triển kỹ năng thế kỷ 21. Thứ năm, STEM có thể được hiểu là cách tiếp cận liên môn để nghiên cứu và chỉ ra những thách thức lớn của thời đại của chúng ta. Các thách thức được đề cập đến như: hiệu quả sử dụng năng lượng, sử dụng tài nguyên, chất lượng môi trường và giảm thiểu nguy cơ. Các năng lực mà công dân cần để hiểu và giải quyết các vấn đề của thế kỉ 21 rõ ràng là liên quan đến các năng lực STEM trước khi đề cấp đến các môn khác như kinh tế và chính trị. Bây giờ là lúc để STEM không chỉ là khẩu hiệu mà cần ưu tiên giáo dục STEM để nâng năng lực (khả năng) STEM cho học sinh. Hệ thống giáo dục đã và đang sẵn sàng cho một cải cách như vậy (Fohnson, Rochkind, & ott, 2010).
1.3.2. Thực trạng giáo dục STEM tại Việt Nam
Khác với các nước phát triển như Mỹ, giáo dục STEM du nhập vào Việt Nam không phải bắt nguồn từ các nghiên cứu khoa học giáo dục hay từ chính sách vĩ mô về nguồn nhân lực mà bắt nguồn từ các cuộc thi Robot dành cho học sinh phổ thông do các công ty công nghệ tại Việt Nam triển khai cùng với các tổ chức nước ngoài. Ví dụ cuộc thi Robotics của công ty DTT Eduspec được tổ chức từ những năm 2012 (STEM, 2012) tới nay, cùng với đó là những hội thảo chính thức do công ty DTT Eduspec tổ chức với định hướng giáo dục STEM tập trung vào các môn học mới như robot, khoa học dữ liệu. Từ đó đến nay giáo dục STEM đã bắt đầu có sự lan toả với nhiều hình thức khác nhau, nhiều cách thức thực hiện khác nhau, nhiều tổ chức hỗ trợ khác nhau.
Hệ thống các công ty giáo dục tư nhân Việt Nam đã rất nhanh nhạy đưa giáo dục STEM, mà chủ yếu là các hoạt động Robot vào giảng dạy tại các trường phổ thông tại một số thành phố lớn như Hà Nội, Hồ Chí Minh, Đà Nẵng bằng hình thức xã hội hoá. Tuy nhiên, khu vực nông thôn hiện nay chưa thể tiếp cận với các hoạt động liên quan đến robot vì chi phí mua robot của nước ngoài rất đắt đỏ, vậy nên tại các vùng nông thôn hiện nay đã có một số giải pháp khác đươc đưa ra do Liên minh các công ty giáo dục STEM tại Hà Nội đưa ra như Học viện Sáng tạo S3, Kidscode STEM.
Như vậy, giáo dục STEM hiện nay tại Việt Nam hầu hết là cuộc chơi của các công ty tư nhân tại các thành phố lớn và một số hoạt động phong trào tại nhiều địa phương. Với các hoạt động phong trào có thể nêu ra một số hoạt động chính sau:
- Ngày hội STEM
Ngày hội STEM là sáng kiến của Liên minh STEM do các công ty: Học viện Sáng tạo S3, Trung tâm toán Pomath, Học viện STEM cùng tổ chức dưới sự bảo trợ của Bộ Khoa học Công nghệ. Ngày hội STEM đầu tiên tổ chức tại Hà Nội năm 2015 tại trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Cho đến nay, Ngày hội STEM đều duy trì hàng năm vào dịp xung quanh ngày 18 tháng 5 hàng năm nhân kỉ niệm Ngày Khoa học Công nghệ Việt Nam. Một trong những ý nghĩa quan trọng của Ngày hội STEM đối với giáo dục STEM chính là yếu tố truyền thông cộng đồng, kết nối xã hội, kết nối Hệ sinh thái giáo dục STEM tại Việt Nam.
Sự thành công của chuỗi Ngày hội STEM cho đến nay không phải là việc có bao nhiêu em học sinh tham dự mỗi năm, có bao nhiêu công ty, trường học tham gia, mà sự thành công của Ngày hội STEM quốc gia đó chính là tính lan toả của tinh thần giáo dục STEM tới khắp các trường học trên cả nước. Cho đến nay, đã có hàng trăm Ngày hội STEM được tổ chức tại chính các trường phổ thông và các cấp giáo dục cao hơn như: Phòng giáo dục, Sở giáo dục. Từ tinh thần của Ngày hội STEM cùng với sự vận động, hỗ trợ không ngừng nghỉ của các thành viên trong “Liên minh STEM”, phong trào giáo dục STEM đã lan toả đến các vùng miền từ miền núi, biên giới như Hà Giang, Nghệ An, tơi các vùng đồng bằng ven biển như Hải Phòng, Hạ Long… bằng các hoạt động cụ thể. Trong các địa phương đi đầu và tiên phong với các hoạt động phong trào và các Ngày hội STEM phải kể đến huyện Thanh Chương – Nghệ An, nơi có 88 CLB STEM tại các cấp học với 100% giáo viên phụ trách các CLB STEM đã được tập huấn chuyên môn về Robot và tích hợp STEM theo chủ đề. Khác với mô hình CLB tại các thành phố lớn, nơi giáo viên của các công ty giáo dục STEM vận hành và duy trì hoạt động của CLB STEM, tại các vùng nông thôn, hoạt động của các CLB STEM do chính giáo viên của nhà trường tổ chức và vận hành với sự đào tạo, chuyển giao chương trình của Học viện Sáng tạo S3 do TS. Đặng Văn Sơn sáng lập và Học viện Kidscode STEM do ThS. Hoàng Vân Đông sáng lập. Thanh Chương cũng là nơi đầu tiên trên cả nước tổ chức cuộc thi Robot bơi cho học sinh tiểu học và trung học cơ sở trong Ngày hội STEM năm 2018 tại địa phương. Cùng với đó còn có các huyện khác như Nam Trực – Nam Định, Thái Thuỵ - Thái Bình, đều là nhưng huyện có các CLB STEM ngoài giờ học hoạt động rất tích cực, làm tiền đề để các trường và Phòng giáo dục tổ chức các Ngày hội STEM cấp trường và cấp Huyện hàng năm với 100% các trường tham gia.
- Câu lạc bộ STEM
Hiện nay có 2 loại hình CLB STEM đang duy trì ở trong trường phổ thông đó là hình thức CLB xã hội hoá do các công ty kết hợp với nhà trường tổ chức, hình thức này chủ yếu diễn ra tại các trường học ở khu vực thành phố, nơi phụ huynh sẵn sàng chi trả thêm cho các hoạt động giáo dục ngoài nhà trường. Các nội dung sinh hoạt của các CLB nay chủ yếu tập trung vào các mảng như robot, lập trình máy tính. Một loại hình CLB nữa được duy trì chủ yếu ở các vùng nông thông là các CLB do giáo viên của nhà trường tự duy trì ở dạng CLB ngoại khoá. Các địa phương điển hình duy trì được các hoạt động CLB STEM liên tục như thế này có: Thái Thuỵ - Thái Bình, Nam Trực – Nam Định, Thanh Chương – Nghệ An, Bắc Từ Liêm – Hà Nội. Để có các kĩ năng ban đầu trong việc vận hành các CLB STEM các thầy cô đã trải qua quá trình tập huấn và làm quen với các chủ để tích hợp STEM do các tổ chức xã hội, cá nhân, đóng góp kinh phí để hỗ trợ các thầy cô và nhà trường mua các trang thiết bị cần thiết. Một phần nguồn kinh phí trang thiết bị đến từ chính các trường.
Một ví dụ ở huyện Nam Trực, tỉnh Nam Định: Đến cuối năm học 2017-2018, ngày 2/6/2018 huyện Nam Trực đã tự tổ chức được Ngày hội STEM lần thứ nhất với tên gọi "Đánh thức trí tuệ làng thời 4.0" với tham gia của tất cả 55 trường học trong huyện theo 3 trụ cột của giáo dục STEM nêu trên, trong đó Cuộc thi lập trình Robot của huyện lần đầu tiên được tổ chức với sự tham gia 16 trường làng. Điều làm cho các khách mời bất ngờ không chỉ là ở chỗ huyện Nam Trực đã có câu lạc bộ STEM ở tất cả các trường tiểu học và THCS, mà họ còn bị bất ngờ vì toàn huyện đã có khoảng 80 thầy cô giáo có thể hướng dẫn học sinh lập trình robot, một việc tưởng như bất khả thi ở trường làng trong điều kiện chưa có chỉ đạo chuyên môn của Bộ GD & ĐT và không có ngân sách. Vừa qua, trong dịp 20-11-2018, VTV1 Đài truyền hình Việt Nam đã đưa tin 22 trường làng ở huyện Nam Trực đã tham gia cuộc thi lập trình robot lần thứ 2 do Phòng GD&ĐT tự tổ chức. Đây là một bước tiến lớn, một kinh nghiệm chuyên môn có giá trị trong việc thúc đẩy STEM ở nông thôn.”
- Các hoạt động giáo dục STEM khác
Các hoạt động giáo dục STEM khác hiện đang duy trì tại một số trường và địa phương như: Cuộc thi robot của các tổ chức Việt Nam và nước ngoài, Cuộc thi sáng tạo khoa học kĩ thuật (Visef), Các cuộc thi khoa học kĩ thuật dành cho học sinh tiểu học và trung học cơ sở của các nước như Hàn Quốc, Thái Lan đều có học sinh Việt Nam tham gia trong những năm gần đây.
Có thể nói, các hoạt động STEM trong nhà trường hiện nay là khá phong phú, song, các hoạt động đó tại các thành phố lớn hầu hết là các hoạt động xã hội hoá với mức chi phí khá cao dành cho các học sinh có nhu cầu. Trong khi đó, mô hình tại các trường khu vực nông thông là các hoạt động CLB do giáo viên nhà trường tự vận hành dựa nguồn lực của trường cũng như sự ủng hộ của cộng đồng với các giải pháp giá rẻ phù hợp với điều kiện địa phương.
- Một số thách thức khi triển khai giáo dục STEM tại Việt Nam
Một trong những khó khăn thách thức lớn nhất để triển khai các hoạt động giáo dục STEM tại Việt Nam hiện nay đó chính là chưa có các chính sách chính thống ở tầm vĩ mô về giáo dục STEM. Hiện nay văn bản định hướng cao nhất có đề cập đến giáo dục STEM đó là chỉ thị số 16/CT-TTg ngày 04/5/2017 nói về việc tăng cường năng lực cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4. Ở các văn bản cấp Bộ hiện nay, hàng năm Bộ Giáo dục đã có văn bản hướng dẫn thực hiện năm học, trong đó khuyến khích thành lập các CLB ngoại khoá trong đó có CLB Khoa học tuy nhiên mới ở cấp độ dưới dạng các tài liệu hội thảo, hướng dẫn. Một tín hiệu đáng mừng là thuật ngữ giáo dục STEM đã được đưa vào chương trình giáo dục phổ thông mới.
Ở góc độ nghiên cứu giáo dục, hiện nay, một số đề tài cấp Bộ cũng đã được triển khai tại Trường Đại học sư phạm hay Viện Khoa học giáo dục, hay cấp trường Đại học Giáo dục trong đó có các đề tài như: Xây dựng mô hình giáo dục STEM tại Việt Nam. Tuy nhiên, các đề tài này đều trong giai đoạn mới bắt đầu và chưa có các kết quả được công bố ở tầm quốc tế.
Chính vì những lý do đó, việc mở rộng các hoạt động giáo dục STEM trong nhà trường còn rất nhiều khó khăn bởi chưa ai có thể trả lời câu hỏi Giáo dục STEM là gì một cách đầy đủ nhất theo nghĩa áp dụng tại Việt Nam. Một điều nữa khiến nhiều giáo viên và quản lý nhà trường còn băn khoăn là trước đấy, các dự án gần giống với giáo dục STEM hiện nay như: Dạy học tích hợp liên môn giải quyết các vấn đề của cuộc sống, dạy học theo chủ đề… đều đã được triển khai tại Việt Nam nhưng cho đến nay vẫn chưa thể phổ biến và chưa tạo thành các phương pháp dạy học bắt buộc trong nhà trường. Khi mà các dự án thí điểm trước đây đều không được trở nên phổ biến thì tại sao lại cần triển khai cái mới. Tuy nhiên, giáo dục STEM lại gặp khá nhiều thuật lợi từ cộng đồng, đặc biệt là sự tham gia của các tổ chức, cá nhân, công ty tư nhân với giáo dục STEM, và trên hết là sự đón nhận và sẵn sàng chi trả của một bộ phận cha mẹ học sinh khu vực thành thị.
Ngoài những vẫn đề chính sách vĩ mô cho đến nay chưa có cơ quan nào có thể trả lời được câu hỏi Tại sao Việt Nam cần giáo dục STEM, một số lý giải cho việc triển khai giáo dục STEM tại Việt Nam được nghiên cứu từ một số báo cáo của các trường như ĐHSP cho thấy việc triển khai các chủ đề tích hợp STEM khiến học sinh hứng thú hơn với việc học, tuy nhiên, việc hứng thú này kéo dài được bao lâu và cho kết quả học tập của các em theo đánh giá hiện tại có đạt được yêu cầu không thì các nghiên cứu còn chưa đủ thời gian để thực hiện. Về việc thúc đẩy giáo dục STEM để phát triển nguồn nhân lực STEM cho Việt Nam ngay từ bậc phổ thông đã được đề cập trong chỉ thị 16/CT-TTg tuy nhiên, câu hỏi Việt Nam cần bao nhiêu nhân lực STEM trong tương lai cho đến nay vẫn chưa Bộ nào có thể trả lời. Trước những thách thức ở tầm vĩ mô này, rất cần những nghiên cứu chi tiết và những mô hình dự báo được triển khai để đảm bảo việc triển khai giáo dục STEM phải đảm bảo các mục tiêu vĩ mô.
2. Phương thức xây dựng chủ đề Giáo dục STEM ở trường phổ thông
2.1. Hình thức tổ chức STEM
Bộ Giáo dục và Đào tạo [7] đã đưa ra định hướng các hình thức có thể triển khai STEM ở trường phổ thông như sau:
- Dạy học các môn học thuộc lĩnh vực STEM
Đây là hình thức tổ chức giáo dục STEM chủ yếu trong nhà trƣờng. Theo cách này, các bài học, hoạt động giáo dục STEM đƣợc triển khai ngay trong quá trình dạy học các môn học STEM theo tiếp cận liên môn.
Các chủ đề, bài học, hoạt động STEM bám sát chƣơng 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 nghiên cứu, 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 nghiên cứu 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 nghiên cứu khoa học
Giáo dục STEM có thể được triển khai thông qua hoạt động nghiên cứu 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, 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 nghiên cứu trong khuôn khổ cuộc thi khoa học kỹ thuật dành cho học sinh trung học được tổ chức thường niên.
2.2. Xây dựng chủ đề STEM
Để từng bước đưa Giáo dục STEM vào trường phổ thông làm tiền đề, cơ sở để thực hiện chương trình giáo dục phổ thông mới, theo chúng tôi cần phải xây dựng theo các chủ đề từng môn hoặc tích hợp liên môn ở các môn học STEM. Các chủ đề STEM cần theo hướng rất linh hoạt và có thể triển khai dưới nhiều hình thức. Để xây dựng một chủ đề STEM theo định hướng phát triển năng lực cho học sinh, nên thực hiện theo các bước sau [5]:
Bước 1. Xác định đối tượng, thời gian, hình thức tổ chức chủ đề STEM
* Đối tượng: cần xác định đối tượng phù hợp với chủ đề trên cơ sở nội dung bám sát với chương trình phổ thông của Bộ Giáo dục và Đào tạo. Đối tượng học sinh nên theo lớp từ lớp 1 đến lớp 12.
* Thời gian: cần xác định thời gian phù hợp gồm cả thời gian chuẩn bị, thời gian thực hiện. Mỗi chủ đề nên xây dựng thời gian thực hiện trên lớp từ 60 đến 90 phút.
* Hình thức tổ chức: có thể tổ chức trong giờ học chính khóa tại các phòng STEM của nhà trường hoặc tại các cơ sở sản xuất, phòng STEM các doanh ngiệp, các trường đào tạo nghề ...
Bước 2. Nêu vấn đề thực tiễn
Giáo viên nêu vấn đề thực tiễn bằng nhiều hình thức như: một câu chuyện, một tình huống thực tiễn, bài tập thực tiễn, dự án học tập giải quyết các vấn đề thực tiễn, hoạt động trải nghiệm sáng tạo, hoạt động nghiên cứu khoa học … làm cho học sinh xuất hiện nhu cầu giải quyết vấn đề thực tiễn.
Bước 3. Đặt câu hỏi định hướng, hình thành ý tưởng của chủ đề, hệ thống kiến thức STEM trong chủ đề
Các câu hỏi tập trung vào các nội dung: Chủ đề nhằm mục đích gì? Nhiệm vụ chính trong chủ đề là gì? Chủ đề có ý nghĩa gì trong thực tiễn? Kiến thức môn học STEM nào liên quan? …
Ý tưởng chủ đề hướng tới các vấn đề thực tiễn gì liên quan để giải quyết được vấn đề thực tiễn.
Xây dựng hệ thống kiến thức thuộc lĩnh vực STEM trong chủ đề. Các kiến thức các môn STEM liên quan cần xác định trọng tâm, liên quan trực tiếp chủ đề, do đó khi xây dựng chủ đề STEM cần thiết phải hợp tác giữa giáo viên các bộ môn.
Bước 4. Xác định mục tiêu của chủ đề
Cần xác mục tiêu về kiến thức, kĩ năng và thái độ cần đạt được sau khi thực hiện chủ đề STEM cho học sinh. Mục tiêu cần rõ ràng, có tính khả thi phù hợp với năng lực học sinh và điều kiện địa phương.
Bước 5. Chuẩn bị các mẫu vật, hóa chất, dụng cụ, vị trí để thực hiện chủ đề STEM.
Trên cơ sở nội dung, mục tiêu chủ đề, giáo viên chuẩn bị hoặc hướng dẫn học sinh chuẩn bị đầy đủ cơ sở vật chất, dụng cụ … cần thiết để tổ chức thực hiện chủ đề.
Bước 6. Xác định được quy trình (các hoạt động hoặc chuỗi hoạt động) kĩ thuật giải quyết vấn đề thực tiễn bằng ứng dụng STEM và thực hiện được các hoạt động giải quyết vấn đề thực tiễn.
Giáo viên xây dựng quy trình tổ chức, thực hiện chủ đề STEM theo các hoạt động một cách rành mạch, rõ ràng, dễ thực hiện.
Tuy nhiên, ở mức độ cao hơn, giáo viên chỉ nêu mục tiêu chủ đề, yêu cầu đạt được, cung cấp cơ sở vật chất cần thiết yêu cầu học sinh tự xây dựng các bước và thực hiện chủ đề. Một trong những giá trị cốt lõi chương trình thực hiện chủ đề STEM là truyền cảm hứng về khả năng sáng tạo của cá nhân, giúp phát triển các đặc điểm của cá nhân sáng tạo: tính trôi chảy, tính linh hoạt, tính độc đáo, tính tỉ mỉ.
Bước 7. Báo cáo kết quả, nêu các kiến nghị, đề xuất mới
Sau khi thực hiện chủ đề, học sinh báo cáo kết quả quá trình ứng dụng STEM giải quyết vấn đề thực tiễn, có thể đề xuất một số vấn đề mới phát sinh, ý tưởng mới liên quan đến chủ đề. Giáo viên kết luận vấn đề, tổng kết.
Các bước triển khai dạy học này phù hợp với chu trình được nhiều nhà nghiên cứu giáo dục STEM chấp nhận như dưới đây:
Chu trình STEM
2.3. Các hoạt động STEM trong dạy học STEM
Các năng lực mà con người cần có để đáp ứng được những đòi hỏi của sự phát triển khoa học - công nghệ trong cuộc Cách mạng 4.0 kể trên cũng chính là những năng lực cần hình thành và phát triển cho học sinh và đã được mô tả trong chương trình giáo dục phổ thông mới.
Để thực hiện được mục tiêu phát triển các năng lực đó cho học sinh, trong quá trình dạy học cần phải tổ chức hoạt động dạy học trong giáo dục phổ thông cho học sinh được hoạt động học phỏng theo chu trình STEM. Nghĩa là học sinh được hoạt động học theo hướng "trải nghiệm" việc phát hiện và giải quyết vấn đề (sáng tạo khoa học, kĩ thuật) trong quá trình học tập kiến thức khoa học gắn liền với ứng dụng của chúng trong thực tiễn. Như vậy, giáo dục STEM là phương thức giáo dục tích hợp, trong đó học sinh được thực hiện các loại hoạt động chính sau:
Hoạt động tìm hiểu thực tiễn, phát hiện vấn đề
Trong các bài học STEM, học sinh được đặt trước các nhiệm vụ thực tiễn: giải quyết một tình huống hoặc tìm hiểu, cải tiến một ứng dụng kĩ thuật nào đó. Thực hiện nhiệm vụ này, học sinh cần phải thu thập được thông tin, phân tích được tình huống, giải thích được ứng dụng kĩ thuật, từ đó xuất hiện các câu hỏi hoặc xác định được vấn đề cần giải quyết.
Hoạt động nghiên cứu kiến thức nền
Từ những câu hỏi hoặc vấn đề cần giải quyết, học sinh được yêu cầu/hướng dẫn tìm tòi, nghiên cứu để tiếp nhận kiến thức, kĩ năng cần sử dụng cho việc trả lời câu hỏi hay giải quyết vấn đề. Đó là những kiến thức, kĩ năng đã biết hay cần dạy cho học sinh trong chương trình giáo dục phổ thông. Hoạt động này bao gồm: nghiên cứu tài liệu khoa học (bao gồm sách giáo khoa); quan sát/thực hiện các thí nghiệm, thực hành; giải các bài tập/tình huống có liên quan để nắm vững kiến thức, kĩ năng.
Hoạt động giải quyết vấn đề
Về bản chất, hoạt động giải quyết vấn đề là hoạt động sáng tạo khoa học, kĩ thuật, nhờ đó giúp cho học sinh hình thành và phát triển các phẩm chất và năng lực cần thiết thông qua việc đề xuất và kiểm chứng các giả thuyết khoa học hoặc đề xuất và thử nghiệm các giải pháp kĩ thuật. Tương ứng với đó, có hai loại sản phẩm là "kiến thức mới" (dự án khoa học) và "công nghệ mới" (dự án kĩ thuật).
- Đối với hoạt động sáng tạo khoa học: kết quả nghiên cứu là những đề xuất mang tính lí thuyết được rút ra từ các số liệu thu được trong thí nghiệm kiểm chứng giả thuyết khoa học. Ví dụ: tìm ra chất mới; yếu tố mới, quy trình mới tác động đến sự vật, hiện tượng, quá trình trong tự nhiên...
- Đối với hoạt động sáng tạo kĩ thuật: kết quả nghiên cứu là sản phẩm mang tính ứng dụng thể hiện giải pháp công nghệ mới được thử nghiệm thành công. Ví dụ: dụng cụ, thiết bị mới; giải pháp kĩ thuật mới...
3. Kết luận và khuyến nghị
Trong bài viết này, qua việc giới thiệu một số khái niệm về giáo dục STEM, mục tiêu giáo dục STEM, hoạt động STEM và quy trình thiết kế một chủ đề giáo dục STEM áp dụng trong trường phổ thông cũng như thực tiễn giáo dục STEM tại Mĩ và Việt Nam, chúng ta có thể thấy vai trò của nhà trường, phụ huynh và các doanh nghiệp để triển khai thành công các hoạt động STEM.
Nhà trường cần đảm bảo có sự quan tâm đầy đủ và toàn diện tới lĩnh vực giáo dục khoa học, công nghệ, kỹ thuật, toán, tin học. Sự coi nhẹ một trong các lĩnh vực trên, giáo dục STEM ở phổ thông sẽ không đạt được hiệu quả. Cần có sự hiểu biết đầy đủ, toàn diện và thống nhất về nhận thức về giáo dục STEM. Kết nối hoạt động giáo dục STEM với các hoạt động dạy học, giáo dục đang triển khai tại các cơ sở giáo dục phổ thông đảm bảo tính đồng bộ, hiệu quả khi triển khai. Cần quan tâm bồi dưỡng đội ngũ giáo viên các môn khoa học, công nghệ, toán học, tin học. Tăng cường đầu tư cơ sở vật chất phục vụ hoạt động giáo dục STEM, trong đó, quan tâm triển khai hệ thống các không gian trải nghiệm khoa học công nghệ giúp học sinh trải nghiệm và hiện thực hóa các ý tưởng sáng tạo. Kết nối với các cơ sở giáo dục đại học, giáo dục nghề nghiệp, các trung tâm nghiên cứu, các cơ sở sản xuất để khai thác nguồn lực về con người, cơ sở vật chất hỗ trợ các hoạt động giáo dục STEM.
Với những khó khăn đã nêu ở trên, trước hết ở tầm vĩ mô, chính phủ và các cơ quan chuyên trách phải giải quyết được câu hỏi: “Việt Nam có cần giáo dục STEM không?” và “Thế nào là giáo dục STEM ở Việt Nam?”. Vì những tính chất đặc thù của Việt Nam nên nếu không có các đề tài nghiên cứu kĩ sẽ rất khó áp dụng các mô hình tại các quốc gia phát triển. Như chính bản chất của giáo dục STEM là sự tích hợp liên môn, vì vậy, để giải quyết vấn đề vĩ mô của giáo dục STEM rất cần có một cơ quan chuyên trách với sự tham gia của liên bộ như Bộ Giáo dục và Đào tạo, Khoa học và Công nghệ, Lao động và Thương binh xã hội để đưa ra chiến lược quốc gia về giáo dục STEM. Các mô hình ở tầm quốc gia có thể học hỏi từ Vương quốc Anh hay Thái Lan. Ví dụ năm 2006 chính phủ liên hiệp Vương quốc Anh lúc đó chính thức triển khai chương trình giáo dục STEM quốc gia nhằm tập hợp những chương trình riêng lẻ đã tồn tại trước đó để nâng cao hiệu quả của các chương trình và tạo sự thống nhất trong toàn hệ thống giáo dục. Cho đến nay, các chương trình hỗ trợ giáo dục STEM vẫn được các chính phủ kế tiếp thúc đẩy và tài trợ. Bước đầu, chương trình STEM quốc gia đã đạt được một số thành công nhất định, ví dụ như việc duy trì trung tâm STEM quốc gia (National STEM Centre) đặt tại trường Đại học York hay như việc tạo ra cuộc thi tầm quốc gia về STEM cho học sinh (Big Bang fair) hay việc tạo ra mạng lưới các đại sứ STEM quốc gia (STEMNET) để có thể đưa giáo dục STEM một cách chính thức và khoa học vào các trường phổ thông.
Muốn giáo dục STEM có thể bền vững thì điều cần thiết chính là việc duy trì hệ sinh thái giáo dục STEM trong đó có sự tham gia của các tổ chức, công ty, trường đại học, viện nghiên cứu trực tiếp tới trường phổ thông. Hệ sinh thái bền vững là hệ sinh thái tự duy trì và phát triển mà ở đó, các chủ thể có mối quan hệ qua lại lẫn nhau. Mô hình hệ sinh thái giáo dục STEM tồn tại ở nhiều nước như Vương quốc Anh, Thái Lan, Úc, Mỹ. Tại Việt Nam, mô hình hệ sinh thái giáo dục STEM có thể đề xuất như dưới đây:
Hệ sinh thái STEM tại Việt Nam
PGS.TS Nguyễn Chí Thành
Trường Đại học Giáo dục, Đại học Quốc gia Hà Nội
TS. Đặng Văn Sơn
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội
Tài liệu tham khảo
1. Nguyễn Thanh Nga (chủ biên) (2017), Thiết kế và tổ chức chủ đề STEM cho học sinh THCS và THPT, NXB Đại học sư phạm TP Hồ Chí Minh, TP Hồ Chí Minh.
2. Sanders M. (2009), "STEM, STEMEducation, STEMmania", Technology Teacher, 68(4), pp. 20-26.
3. Lê Xuân Quang (2017), Dạy học môn công nghệ phổ thông theo định hướng STEM, Luận án Tiến sỹ Khoa học Giáo dục, Trường Đại học sư phạm Hà Nội.
4. Chu Cẩm Thơ (2016), “Bài học từ thay đổi đào tạo/bồi dưỡng giáo viên từ ngày hội STEM và ngày Toán học mở ở Việt Nam”, Tạp chí Khoa học, Trường Đại học sư phạm Hà Nội, 61(10), tr. 195- 201.
5. Trần Thái Toàn, Phan Thị Thanh Hội (2017), Rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho học sinh thông qua ứng dụng mô hình STEM, Kỷ yếu Hội thảo khoa học giáo dục STEM trong chương trình Giáo dục phổ thông mới, NXB Đại học sư phạm TP Hồ Chí Minh, TP Hồ Chí Minh.
6. http://vtv.vn/chuyen-dong-24h/ung-dung-mo-hinh-stem-vao-chuong-trinh-giao-duc-pho-thong-moi-20170506183115105.htm
7. Bộ Giáo dục và Đào tạo (2018), Định hướng Giáo dục STEM ở trường phổ thông, Tài liệu tập huấn.