Thúc đẩy giáo dục STEM: Tầm nhìn chiến lược

Giáo sư, Rodger W. Bybee, cố vấn của BSCS (Tổ chức phi lợi nhuận về giáo dục khoa học). Trước khi tham gia BSCS, ông là giám đốc điều hành của Trung tâm Nghiên cứu, Giáo dục Toán học và Kỹ thuật (CSMEE) thuộc Hội đồng nghiên cứu quốc gia (National research council), tại Washington, DC

Tạp chí Giáo viên Công nghệ và Kĩ thuật (2010) – Technology and Engineering Teacher
Đặng Văn Sơn – Học viện Sáng tạo S³, dịch và chú thích.

Khi giáo dục STEM xuất hiện, nó thu hút sự chú ý của nhiều nhóm đối tượng khác nhau. Các nhà thực vật học trở nên phấn khởi, khi họ nghĩ rằng các nhà giáo dục học cuối cùng đã nhận ra tầm quan trọng của thân cây trong một cái cây (Chú thích: STEM trong tiếng Anh cũng có nghĩa là phần thân của cây - DVS). Các công nghệ gia và kỹ sư vui mừng, bởi vì họ nghĩ STEM chính là một phần của chiếc đồng hồ (stem and tube are watch parts). Những người sành rượu vang cũng rất phấn chấn, bởi họ nghĩ STEM đề cập đến vẻ đẹp mảnh mai của một ly rượu thủy tinh (classical long stem glassess). Và, những chính trị viên lại lo lắng, bởi vì họ nghĩ đó là một điểm nhấn mới trong giáo dục nhằm hỗ trợ nghiên cứu tế bào gốc (Stem cell: tế bào gốc). Thật ra, tất cả những quan điểm về STEM này đều không kết được nối đến thuật ngữ đương thời là cụm từ viết tắt của giáo dục Khoa học (S trong Science), Công nghệ (T trong Technology) Kỹ thuật (E trong Engineering), và Toán học (M trong Maths).

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 thi hành (thi hành) liên quan đến một hoặc một số môn học thuộc 4 lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và 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). Một lần nữa, cộng đồng giáo dục 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.

Nếu giáo dục STEM sẽ không dừng lại ở một khẩu hiệu thì các nhà giáo dục trong cộng đồng STEM sẽ phải làm rõ ý nghĩa thực sự của cụm từ viết tắt này trong các chính sách giáo dục, chương trình giáo dục và khi thực thi. Các thảo luận sau đây đề cập một số điều mà STEM có thể có ý nghĩa cho giáo dục đương đại.

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 phái 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. Đã đến lúc thay đổi tình hình này. Tôi sẽ đề cập đến một quan điểm và chương trình giáo dục rộng hơn Công nghệ thông tin truyền thông (ICT). ICT dĩ nhiên là một phần của chương trình công nghệ.

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 đến sáng 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 cao năng lực (khả năng) STEM cho học sinh. Toàn dân có thể đã và đang sẵn sàng cho một cải cách như vậy (fohnson, Rochkind, & ott, 2010).

Làm rõ mục đích của giáo dục STEM

Làm rõ tiểu chuẩn của giáo dục STEM và ban hành nó như mộtmột mục đích nền tảng của chương trình học và là bước đầu tiên trong việc thúc đẩy giáo dục STEM. Bản mô tả dưới đây đã được sửa đổi từ khung chương trình khoa học của PISA 2006 (OECD, 2006). Nói chung, khả năng (năng lực) STEM bao gồm: hiểu về khái niệm, các kĩ năng thực hành và khả năng để một cá nhân có thể giải quyết các vấn đề liên quan đến STEM của chính cá nhân đó hay của xã hội hoặc toàn cầu. Năng lực STEM STEM liên quan đến việc tích hợp các môn học STEM và sự giao cắt cũng như bổ sung của bốn thành phần này . Năng lực STEM đề cập đến những điều sau đây:

• Lĩnh hội được các kiến thức cơ bản về khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học và sử dụng kiến ​​thức đó để xác định các vấn đề, từ đó lĩnh hội các kiến ​​thức mới và áp dụng kiến thức mới đó trong các vấn đề liên quan đến STEM.
• Hiểu đượccác đặc điểm cơ bản của các lĩnh vực STEM thể hiện những bản tính và năng lực của con người như sự tìm tòi khám phá, khả năng thiết kế và khả năng phân tích.
• Nhận thức được cách thức mà các môn học STEM định hình các nguyên vật liệu, trí tuệ và văn hóa thế giới.
• Tham gia vào các vấn đề liên quan đến STEM và với ý tưởng khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học như vai trò một công dân có liên quan, có ảnh hưởng và có khả năng kiến tạo.

Chuyển giao giáo dục STEM vào trong trường học vào trong các chương trình học và thực hành đòi hỏi phải tổ chức lại các môn học để các môn riêng lẻ dược tích hợp và các các tài liệu hướng dẫn dạy học được biên soạn, phát triển và triển khai. Các nhà giáo dục phải đối đầu và giải quyết nhiều thách thức nếu họ muốn nâng cao năng lực STEM cho học sinh và giáo viên.

Giải quyết những thách thức để thúc đẩy giáo dục STEM

Thúc đấy giáo dục STEM trong trường học sẽ đối diện với những thách thức nhất định. Việc sử dụng cum từ viết tắt cùng với sự mơ hồ của nó đã khiến các nhà hoạch định chính sách và các nhà giáo dục thấy bị thu hút. Tuy nhiên, sức mạnh của STEM bị giảm đi một cách nhanh chóng khi người ta rời khỏi các chính sách quốc gia và hướng tới việc thực hiện STEM trong các chương trình giáo dục tại trường học. Ở đây, tôi đang không ngụ ý những thay đổi trong "học phần" riêng lẻ của STEM; thay vào đó tôi đang đề cập đến một quan điểm tích hợp STEM là một mục tiêu dài hạn (Sanders, 2009). Vì vậy, chúng ta hãy phân tích một số thách thức.

Thách thức đầu tiên bao gồm việc đưa công nghệ và kỹ thuật trong các chương trình học một cách hiệu quả. Mặc dù người ta có thể cho rằng các chương trình công nghệ và kỹ thuật, quy mô mà họ đang thực hiện trong trường học là có ,nhưng nói chung là khá thấp. Chia tỷ lệ cho các khóa học kỹ thuật và công nghệ một cách tương đối bao gồm cả công nghệ , kĩ thuậttrong giáo dục khoa học và toán học dường như là những cách hợp lý để đáp ứng thách thức này. Lưu ý rằng, phương pháp này duy trì định hướng "học phần" cho các môn riêng biệt.

Việc đề xuất phần công nghệ và kỹ thuật phải được kết hợp trong giáo dục khoa học không phải là mới. Các tổ chức giáo dục khoa học và phổ biến khoa học như AAS vào năm 1989, NRC vào năm 1993 đều đã đề cập đến những việc này . Ví dụ, tổ chức Science for All Americans (ASAA) đã “đặt gạch” vấn đề này với các cuộc thảo luận về "Kỹ thuật kết hợp các truy vấn khoa học và các giá trị thực tiễn " và “Bản chất của kỹ thuật là thiết kế theo sự ràng buộc “(AAAS, 1989, tr. 40-41). Năm 1996, Tiêu chuẩn Giáo dục Khoa học Quốc gia đã bao gồm các tiêu chuẩn về Khoa học và Công nghệ cho tất cả các cấp lớp, từ lớp 4,5-8 và 9-12. Một trong các tiêu chuẩn trực tiếp hướng đến "khả năng thiết kế công nghệ" - một yếu tố bổ sung cho khả năng và sự hiểu biết tìm tòi khám phá khoa học là tiêu chuẩn bắt buộc.

Ngoài ra, có hai sáng kiến ​​rất quan trọng hỗ trợ giáo dục công nghệ và kỹ thuật. Đầu tiên, vào tháng 3 năm 2010, Hội đồng quản trị đánh giá quốc gia (NAGB) đã phê chuẩn khung cho một đánh giá quốc gia về công nghệ và kỹ thuật, dự kiến triển khai vào năm 2014. Thứ hai, các tiêu chuẩn cốt lõi chung mới cho khoa học (NGSS) sẽ hỗ trợ các sáng kiến ​​dựa trên tiêu chuẩn ban đầu này bằng cách gộp các tiêu chuẩn công nghệ và kỹ thuật trong đó. Một trong những thách thức quan trọng nhất là tập trung vào giới thiệu các vấn đề STEM như hiệu quả năng lượng, biến đổi khí hậu, giảm thiểu nguy cơ, và phát triển năng lực để giải quyết các vấn đề mà học sinh sẽ phải đối mặt với vai trò là công dân. Giải quyết thách thức này đòi hỏi mô hình giáo dục mà ở đó các tình huống của cuộc sống cũng như các vấn đề toàn cầu được đặt vào một vị trí trung tâm và sử dụng bốn môn STEM để hiểu, để giải quyết vấn đề. Điều này đã được đề cập đến như là phương pháp dạy học tình huống trong giáo dục khoa học (Fensham, 2009) và có thể dễ dàng chuyển đổi sang giáo dục STEM dựa trên bối cảnh. Bảng 1 là cách tổ chức của việc gắn kết bối cảnh trong môn khoa học của PISA năm 2006, nhưng nó hoàn toàn có thể đại diện cho các chủ đề cho chương trình giáo dục STEM dựa trên bối cảnh.

Cách tiếp cận giáo dục nhấn mạnh năng lực trong giải quyết tình huống, hoặc vấn đề, và không ngoại trừ kiến thức về các khái niệm và quy trình trong các môn STEM tương ứng. Bảng 2 chỉ ra năng lực có thể được sử dụng như kết quả đầu ra cho giáo dục STEM.

Hình 1. Các bối cảnh cho giáo dục STEM. Chuyển thể từ: Đánh giá năng lực khoa học, khả năng đọc hiểu và năng lực toán họctoán trong khuôn khổ PISA 2006 (OECD, 2006)

Hình 2. Năng lực STEM, Chuyển thể từ: Đánh giá khoa học, học vấn toán học: PISA 2006 (OECD, 2006)

Những thay đổi mang tính sáng tạo được ngụ ý trong thảo luận này nên được bắt đầu với việc bổ sung chương trình giảng dạy đã được thực hiện trong chương trình phổ thông. Cách tiếp cận này là hiện đại nhưng có thể đạt được, vì những thay đổi đó tận dụng được chương trình học phổ thông đang tồn tại.

Thúc đẩy STEM: Lý thuyết hành động của chương trình

Lý thuyết hành động tập trung vào các mô hình đơn vị giảng dạy dựa trên các vấn đề đương đại trong ngữ cảnh mà các loại được mô tả trong hình 1. Các đơn vị (dự án) giảng dạy này sẽ có độ dài khác nhau cho các cấp học như tiểu học, trung học cơ sở, trung học phổ thông, có lẽ từ 2, 4 hoặc 6 tuần là phù hợp với các cấp học tiểu học đến trung học phổ thông. Vì vậy, tôi không đề xuất cải cách hoàn toàn chương trình giáo dục STEM trong hệ thống giáo dục hiện thời. Mặc dù các đơn vị (dự án dạy học) STEM sẽ có một cách tiếp cận tích hợp cho các vấn đề liên quan đến STEM nhưng các dự án dạy này cũng có thể được giới thiệu trong môn đơn lẻ của các chương trình học STEM.

Sử dụng mô hình đơn vị dạy học làm cơ sở để giới thiệu một cách tiếp cận tích hợp giáo dục STEM sẽ thể hiện những thách thức, nhưng thực tế là các đơn vị dạy học là ngắn gọn và có thể hiện ở trong các chương trình hiện tại làm cho mục tiêu về STEM có thể đạt được. Cách tiếp cận này là tích cực và mang tính xây dựng ,đáp ứng yêu cầu giảng dạy của giáo viên trên lớp học, các tài liệu vừa minh họa cho sự đổi mới và dễ dàng để họ thực hiện. Hơn nữa, cách này cung cấp cơ hội để phát triển chuyên môn cho giáo viên.

Hình 3. Phác thảo thiết kế và các đặc cho các đơn vị giảng dạy

Phương pháp dạy học bắt đầu bằng một thử thách hoặc vấn đề thu hút học sinh. Thử thách phải phù hợp với độ tuổi, lớp học và giai đoạn phát triển của học sinh. Khi học sinh khám phá tùy chọn và hiểu được vấn đề, chúng phải "tiếp cận" với các môn STEM tương ứng và áp dụng kiến ​​thức và kỹ năng cho vấn đề. Kiến thức và các kỹ năng mà học sinh sử dụng trong việc phát triển mô hình thông qua các bài học và điều mà học sinh sử dụng để thiết kế các giải pháp có thể đến từ các tài liệu khác nhau như các tiêu chuẩn cốt lõi chung,công nghệ NAEP và khung năng lực kỹ thuật. Hình 4 trình bày một cách tổ chức của bài học STEM mẫu mà điểm nhấn trung tâm là các vấn đề dựa trên bối cảnh cùng với sự kết nối giữa các môn STEM: Công nghệ - Khoa học - Kĩ thuật - Toán học

Bối cảnh cuộc sống hoặc các vấn đề liên quan đến STEM (Ví dụ: Môi trường, tài nguyên, sức khoẻ…)

• Dựa vào khung chương trình giáo dục khoa học (NAEP 2009)
• Dựa vào tiêu chuẩn công nghệ ví dụ, ITEA, NAEP 2012, và khung giáo dục khoa học
• Dựa vào khung giáo dục khoa học và báo cáo của NAE
• Dựa vào khung giáo dục khoa học và tiêu chuẩn NCTM

Thúc đẩy STEM: Một thập kỷ hành động

Phần này mô tả bức tranh toàn cảnh hơn về cách chúng ta có thể bắt đầu và mang lại những thay đổi được mô tả trong phần trước đến việc đong đếm các vấn đề trong hệ thống giáo dục Hoa Kỳ.

Để đạt được mức độ cao hơn về năng lực STEM, chúng ta không thể hoàn thành một cách nhanh chóng; nó sẽ mất tối thiểu là mười năm. Bảng 5 trình bày các đặc trưng cho các giai đoạn và mục tiêu cho một thập kỷ cải cách tập trung vào thúc đẩy giáo dục STEM ở Mỹ.

Hình 5. Một thập kỉ hành động: các giai đoạn và mục tiêu

Công việc chính cho Giai đoạn cải cách ban đầu xảy ra trong hai năm đầu tiên. Giai đoạn này sẽ là "Giới thiệu thay đổi nhỏ với các hiệu ứng lớn”. Giai đoạn này tập trung vào kêu gọi tài trợ và phát triển mô hình đơn vị dạy học STEM. Mô hình đơn vị dạy học STEM sử dụng ngữ cảnh chính là "chủ đề” (ví dụ: hiệu quả năng lượng, giảm thiểu nguy cơ và sức khỏe) và nhấn mạnh năng lực như kết quả học tập. Giai đoạn này bao gồm thử nghiệm thực địa và sản phẩm cuối cùng của các đơn vị dạy học STEM và đánh giá bổ sung. Các huyện tham gia chọn trường học, và thực hiện bắt đầu bằng việc phát triển chuyên môn.

Cung cấp các mô hình đơn vị dạy học STEM, phát triển chuyên môn, và mẫu đánh giá ở cấp tiểu học, trung cấp cơ sở và cấp trung học phổ thông sẽ có tác động lên hệ thống, tăng sự hiểu biết và chấp nhận của STEM trong số nhân viên nhà trường, tăng sự hỗ trợ của các nhà hoạch định chính sách và quản trị viên và quảng bá sự hiểu biết của công chúng. Các đơn vị dạy học STEM sẽ cung cấp cơ sở để trả lời công chúng câu hỏi về những thay đổi nào có liên quan và lý do tại sao đặc biệt quan trọng với trẻ em.

Giai đoạn thứ hai là "Thay đổi hệ thống tạo sự khác biệt” đưa cải cách giáo dục STEM lên quy mô lớn mất sáu năm. Sau giai đoạn đầu, là những nỗ lực để mang lại cải cách STEM cho việc mở rộng quy mô lên mức đáng kể. Đánh giá phản hồi của giáo viên và thành tích, khả năng và thuộc tính của học sinh bằng cách nhận xét và phân tích. Những dữ liệu phân tích này tạo thành cơ sở để sửa đổi các mô hình ban đầu của các đơn vị dạy học STEM , phát triển các mô hình giảng dạy mới, và tuyên bố mô hình thành công để tiếp tục mở rộng cải cách. Giai đoạn này bao gồm những nỗ lực lớn để xem xét và sửa đổi các chính sách và tiêu chuẩn của tiểu bang và tạo ra các tiêu chí mới để nhận các tài liệu giảng dạy tại địa phương và tiểu bang. Nhà xuất bản sẽ bắt đầu phát triển các khung chương trình cốt lõi mới và các chương trình bổ sung. Xuyên suốt giai đoạn này, việc cần phát triển chuyên môn của giáo viên STEM vẫn tiếp tục duy trì.

Các huyện bắt đầu quá trình lựa chọn và thực hiện chương trình giảng dạy nhấn mạnh đến học vấn STEM khi các chương trình trở thành phổ biến. Phát triển chuyên môn của giáo viên phải phù hợp với chương trình đang thực hiện. Mục tiêu trung tâm của giai đoạn này là sửa đổi chính sách địa phương, tiểu bang và quốc gia, phát triển trường học mới với chương trình, và sắp xếp thực hành giảng dạy với mục tiêu tăng cường học vấn STEM.

Đến cuối giai đoạn này, các tiểu bang sẽ có các tiêu chuẩn mới và công cụ đánh giá, yêu cầu chứng nhận giáo viên mới sẽ được đưa ra, các tài liệu giảng dạy mới cho chương trình khung và các chương trình bổ sung sẽ có sẵn và phát triển chuyên môn của giáo viên sẽ được đặt thành các ưu tiên mới. Giai đoạn này có khả năng sẽ thể hiện nhiều khó khăn nhất như các nhà hoạch định chính sách và các nhà giáo viên sẽ trực tiếp đối đầu phản đối thay đổi và phê bình các sáng kiến ​​mới và thay đổi mới về chính sách, chương trình và thực tiễn.

Công việc duy trì "xây dựng năng lực địa phương cho mục tiêu quốc gia "được tập trung trong hai năm cuối cùng của thập kỷ. Công việc tập trung vào việc xây dựng năng lực địa phương để tiếp tục cải thiện giáo dục STEM ở cấp huyện. Những nỗ lực loại bỏ việc sử dụng bừa bãi ngân quỹ nước ngoài cho nỗ lực cải cách trong giai đoạn thực hiện ở cấp huyện, thay vào đó sẽ sử dụng các nguồn ngân quỹ cho phát triển khoa học và công nghệ nhằm thay đổi chương trình nhà trường.

Cần đánh giá các phản hồi liên tục về công việc và những thay đổi về nội dung và chương trình giảng dạy, giáo viên, và cách đánh giá học sinh và trách nhiệm giải trình. Rõ ràng, phản hồi xảy ra trong tất cả các giai đoạn cho "giám sát và điều chỉnh để thay đổi”. Thông tin phản hồi thông báo cho người có trách nhiệm về mô hình các đơn vị giảng dạy STEM và các vấn đề liên quan đến triển khai và phát triển chuyên môn cho giáo viên. Đánh giá và phản hồi được tiến hành và luôn sẵn sàng ở các trường, cấp huyện, cấp tỉnh, và quốc gia, thậm chí cấp quốc tế. Các Phòng giáo dục thực hiện các đánh giá của riêng họ. Kết quả từ đánh giá quốc gia về tiến bộ giáo dục (NAEP), và đánh giá quốc tế TIMSS và PISA cũng cung cấp phản hồi về tiến trình nỗ lực cải cách.

Phần kết luận

Vào cuối những năm 1950, quốc gia chúng ta đã đáp lại các thách thức ở tầm quốc gia và quốc tế với các cải cách chương trình giảng dạy chính khoá. Cải cách này mất một thập kỷ và kéo dài một thập kỷ trở lên. Thúc đẩy giáo dục STEM với tầm nhìn 2020 có thể đáp ứng với vô số thách thức đương đại mà quốc gia bây giờ phải đối mặt.

Tài liệu tham khảo