QUY TRÌNH 3E TRONG GIÁO DỤC STEM

“Ghép được rồi!”, một cô giáo thốt lên vui vẻ khi hoàn tất mô hình người tí hon làm từ các linh kiện như điện trở, tụ điện, bóng bán dẫn v.v. Để có được những nguyên liệu này, các giáo viên - từ giáo viên mầm non đến giảng viên đại học - phải dùng mỏ hàn để gỡ các linh kiện ra khỏi bo mạch, sau đó tiếp tục dùng mỏ hàn để nối các linh kiện lại với nhau thành một mô hình như mong muốn.

Đây là bài thực hành được GS. Park Do Young (Khoa Dạy và Học, Đại học Illinois, Mỹ) hướng dẫn tại một hội thảo do Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (Đại học Quốc gia Hà Nội) phối hợp với Học viện Sáng tạo S3 tổ chức mới đây. Khó mà tin rằng chỉ nửa tiếng trước đó, hầu hết các giáo viên tham gia hội thảo đều chưa từng sử dụng mỏ hàn, hay thậm chí là biết cách bật máy hàn lên. Hoạt động này nhằm giúp các giáo viên hiểu hơn về quy trình 3E trong dạy học STEM, một quy trình mà theo GS Park giúp tạo ra “một sản phẩm hữu hình” và khơi gợi những “trải nghiệm” mới mẻ cho học sinh trong quá trình học.

Đến nay, STEM - cách tiếp cận giảng dạy dựa trên ý tưởng trang bị cho người học những kiến thức, kỹ năng liên quan đến các lĩnh vực khoa học (Science), công nghệ (Technology), kỹ thuật (Engineering) và toán học (Mathematics) - không còn là một khái niệm xa lạ ở Việt Nam. Được thiết kế theo cách tiếp cận liên môn, phương pháp dạy học STEM hướng đến giúp người học áp dụng kiến thức, kỹ năng để giải quyết vấn đề trong cuộc hằng ngày.

Có rất nhiều cách để xây dựng bài học, trong đó được áp dụng phổ biến ở các lớp học khoa học và chương trình tích hợp STEM tại Mỹ là quy trình 5E: Gắn kết (Engage), Khám phá (Explore), Diễn giải (Explain), Củng cố (Elaborate), Đánh giá (Evaluate). Quy trình này mang lại cho cả người học và người dạy cảm giác bài học có tính hệ thống, liền mạch; giúp cá nhân hoá quá trình học của học sinh, thúc đẩy quá trình tự khám phá và kiến tạo kiến thức. Thời lượng dạy lý thuyết cũng được cắt giảm nhờ việc tạo ra các hoạt động thực hành và khám phá.

Về sau, tùy theo đặc thù của từng buổi học, quy trình 5E tiếp tục được biến đổi thành nhiều quy trình khác nhau, trong đó có quy trình 3E, hay còn gọi là “Quy trình thiết kế kỹ thuật” (Engineering desgin process). Theo GS. Park Do Young, tương tự như 5E, quy trình 3E gồm các phần Gắn kết, Khám phá, Diễn giải. Quy trình này cũng dựa trên lý thuyết kiến tạo (constructivism) về học tập, cho phép người học xây dựng các kiến thức mới dựa trên các kiến thức hoặc trải nghiệm đã biết trước đó. Vậy điểm mới của nó là gì hay phải chăng nó chỉ là sự rút gọn của quy trình 5E?

Trên thực tế, mô hình 5E được áp dụng vào việc thực hành chung cho các môn STEM; trong khi mô hình 3E tập trung vào lĩnh vực “kỹ thuật” (Engineering) với hai yếu tố quan trọng - kỹ thuật và thiết kế. Ngoài ra, nếu như mô hình 5E không đòi hỏi học sinh phải thu được một sản phẩm hữu hình, thì một bài học theo mô hình 3E lại giúp học sinh mày mò thiết kế để tạo ra sản phẩm kỹ thuật cụ thể.

Nhiều chuyên gia trong lĩnh vực giáo dục công nghệ và kỹ thuật tin rằng tư duy thiết kế là một năng lực cơ bản trong kỹ thuật và nên được ưu tiên ở bậc trung học và đại học. Việc trau dồi tư duy thiết kế kỹ thuật có thể khuyến khích học sinh, sinh viên phát triển lòng ham học hỏi, khả năng tiếp cận vấn đề từ nhiều khía cạnh và khả năng đặt câu hỏi - thậm chí là kích thích sự phản biện - về các quy chuẩn kỹ thuật hiện có. Như vậy, quy trình 3E không nhằm thay thế bất cứ một quy trình nào, “nó phù hợp để áp dụng trong các môn kỹ thuật và sẽ kích thích mối quan tâm của học sinh dành cho những môn học này”, GS. Park Do Young nói với các giáo viên tham gia hội thảo.

Học hỏi từ thất bại

Các chuyên gia giáo dục trên thế giới đã đề xuất rất nhiều quy trình thiết kế kỹ thuật cụ thể và nhìn chung họ đều phát triển các bước xoay quanh việc mô hình hóa và phân tích tính khả thi. Trong những mô hình dạy học trước đây, học sinh có thể không cần đánh giá kỹ lưỡng khả năng ứng dụng của từng ý tưởng khi đề ra giải pháp. Tuy nhiên, việc chọn ra mô hình thích hợp và phân tích tính khả thi khi áp dụng trong thực tế ngày càng được đề cao như những đặc điểm quan trọng nhất của tư duy thiết kế kỹ thuật.

Từ những quy trình đã có, GS. Park đề ra 5 bước cơ bản cho quy trình 3E, trong đó:

Phần Gắn kết liên quan đến việc Đặt câu hỏi (1): Vấn đề cần giải quyết là gì? Đã từng có những phương pháp giải quyết nào? Chúng ta muốn thiết kế cái gì? Nó dành cho ai? Chúng ta gặp phải những hạn chế gì?

Phần Khám phá gồm bước Tưởng tượng (2): Học sinh sẽ làm việc nhóm để lên ý tưởng và phát triển thành nhiều giải pháp nhất có thể. Đây là lúc để khuyến khích những ý tưởng bất chấp nó ‘hoang đường’ đến đâu. Sau đó, học sinh sẽ chọn ra ý tưởng mà theo các em là tối ưu nhất. Phần Khám phá còn liên quan đến Thiết kế (3): Các nhóm sẽ vẽ sơ đồ, làm bản phác thảo và lên danh sách những vật liệu cần thiết, danh sách càng cụ thể từng bước thì các em sẽ càng dễ dàng hình dung ra những hoạt động cần làm. Chế tạo (4) cũng là một phần của Khám phá: Từ bản phác thảo thiết kế, học sinh sẽ tạo ra một sản phẩm nào đó. Ở bước này, học sinh sẽ phát hiện ra có một số vật liệu sẽ không hoạt động như kỳ vọng và cần phải tiến hành một số thay đổi.

Phần Diễn giải gồm bước Cải tiến (5): Học sinh và giáo viên cùng nhau xem sản phẩm có hoạt động không, có giải quyết được đề bài đặt ra từ đầu không. Tiếp theo, học sinh sẽ thảo luận cách cải thiện thiết kế của mình và tiến hành sửa đổi bản thiết kế để tạo ra một sản phẩm mới.

Như vậy, mô hình 3E đòi hỏi học sinh thử - sai liên tục và có sản phẩm cụ thể để xem xét tính khả thi, từ đó rút ra được kết luận cần thiết. Chẳng hạn, với hoạt động tạo ra tên lửa giấy làm từ giấy và ống hút, sao cho tên lửa giấy bay lên cao nhất và sử dụng ít nguyên liệu nhất; học sinh sau khi thử nghiệm sẽ rút ra được - với sự trợ giúp của giáo viên - một số yếu tố quan trọng cần lưu ý khi thiết kế tên lửa giấy như khối lượng, hình dáng (đầu tên lửa, cân đối cánh và thân, kín khí), lực thổi, góc nghiêng.

Để rút ra được những kết luận như vậy, học sinh cần học cách chấp nhận thất bại và giữ tâm thế tích cực để học hỏi từ những sai lầm. Chính các giáo viên trong phần hoạt động thực hành do GS. Park Do Young tổ chức đã nhiều lần oà lên: “Lẽ ra lúc nãy nên phác thảo đoạn này kĩ hơn”, “Mất công tháo linh kiện này ra mà chẳng để làm gì!”. Kết thúc phần thực hành, GS. Park đã cùng giáo viên thảo luận về cách tạo ra một mối hàn tối ưu và tên gọi của những linh kiện có trên bo mạch.

Như vậy, thất bại là một phần quan trọng của quy trình thiết kế kỹ thuật, nhờ đó học sinh có thể định hình các thiết kế để đạt được hiệu suất cao nhất. Tuy nhiên, thất bại chỉ mang tính tích cực nếu học sinh học hỏi được từ chúng để có phương án cải thiện. Vì lẽ này, nếu học sinh không thành công trong quá trình thử nghiệm một thiết kế, giáo viên nên yêu cầu học sinh viết ra những vấn đề trong thiết kế và ghi chú về cách giải quyết của từng vấn đề - đó là cách để các em tự khám phá, phát hiện và hình thành tư duy thiết kế có hệ thống.

Anh Thư

Nguồn:Quy trình 3E trong giáo dục STEM (khoahocphattrien.vn)