Giáo dục Stem/Steam: Từ trải nghiệm thực hành đến tư duy sáng tạo

• 

TS. Nguyễn Thành Hải – ĐH Missouri, Hoa Kỳ

1. GIÁO DỤC STEM LÀ GÌ? (WHAT)

Lịch sử ra đời của khái niệm giáo dục STEM

Trong các hội nghị giáo dục STEM thường niên tại Hoa Kỳ mà tôi có dịp tham dự, mọi người thường hay nhắc lại lịch sử ra đời chữ STEM. Đó là một tình huống khá hài hước. Vào những năm 1990, Quỹ nghiên cứu quốc gia Hoa Kỳ (NSF) có các chương trình hỗ trợ cho các nhóm ngành Khoa học (Science), Toán (Mathematics), Kỹ thuật (Engineering) và Công nghệ (Technology). Vì phải viết lặp lại nhiều lần, nên người soạn thảo văn bản phải viết tắt thành SMET. Trong một buổi báo cáo giới thiệu về chương trình, nhân viên NSF đọc SMET nghe âm gần giống chữ smut (nghĩa là vết nhọ, bệnh than) nghe kỳ quá, nên mọi người đề nghị nên sắp xếp lại trật tự các chữ, và viết SMET thành STEM. Đến năm 2001, việc sử dụng thuật ngữ STEM được NSF chính thực giới thiệu bởi Judith Ramaley, người lúc đó là giám đốc NSF ⁽¹⁾. Mặc dù vậy chữ này cũng dễ bị nhầm lẫn với chữ viết thường stem trong stem cell (tế bào gốc), nên mọi người đề nghị viết STEM phải đi kèm với các thuật ngữ theo nó, như STEM education, STEM fields, STEM careers. Về sau giáo dục STEM được tập trung nhiều, đi từ K-12 (chương trình phổ thông) cho đến K-16 (chương trình đại học).

Nền tảng của giáo dục STEM chính là giáo dục khoa học (Science education). Chính giáo dục khoa học là lĩnh vực đề xuất ra các chương trình giáo dục STEM hiện nay . Tại Hoa Kỳ, giáo dục khoa học được xem là ngành khoa học nghiên cứu cơ bản và nền tảng giúp đẩy mạnh nền khoa học từ gốc rễ là con người thông qua đào tạo giáo viên dạy khoa học và xây dựng các chương trình giáo dục từ chính quy (formal) và không chính quy (informal), bắt đầu các chương trình giáo dục mầm non đến bậc đại học, từ gia đình đến các hoạt động giáo dục khoa học ngoài xã hội ⁽³⁾ . Tổ chức uy tín nhất hiện nay trong lĩnh giáo dục khoa học trên thế giới là Hiệp hội các giáo viên dạy khoa học quốc gia Hoa Kỳ (National Science Teachers Association – NSTA) được thành lập năm 1944, đã đề xuất ra khái niệm giáo dục STEM (STEM education) với cách định nghĩa ban đầu như sau:

“STEM education is an interdisciplinary approach to learning where rigorous academic concepts are coupled with real-world lessons as students apply science, technology, engineering, and mathematics in contexts that make connections between school, community, work, and the global enterprise enabling the development of STEM literacy and with it the ability to compete in the new economy. (Tsupros, Kohler, & Hallinen, 2009)⁴

Tạm dịch:

“Giáo dục STEM là một cách tiếp cận liên ngành trong quá trình học, trong đó các khái niệm học thuật mang tính nguyên tắc được lồng ghép với các bài học trong thế giới thực, ở đó các học sinh áp dụng các kiến thức trong khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán vào trong các bối cảnh cụ thể, giúp kết nối giữa trường học, cộng đồng, nơi làm việc và các tổ chức toàn cầu, để từ đó phát triển các năng lực trong lĩnh vực STEM và cùng với đó có thể cạnh tranh trong nền kinh kế mới”.

2. TẠI SAO GIÁO DỤC STEM LẠI QUAN TRỌNG? (WHY)

Giáo dục STEM quan trọng vì nền kinh tế tương lai của các quốc gia, sự thịnh vượng chung của nhân loại phụ thuộc vào rất nhiều sự tiến bộ và phát triển của khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học, trong tiếng Anh người ta thường goi là “economic driver”. Các lĩnh vực như nông nghiệp, thực phẩm, chăm sóc sức khỏe, sản xuất hàng hóa, trao đổi thông tin chắc chắn không thể không thiếu được trong một cuộc sống xã hội con người ngày nay. Mặc dù, điều đó đã là quan trọng từ hàng thế kỷ nay, nhưng tại sao bây giờ chúng ta lại phải tiếp tục nói về nó? Bởi vì, nhu cầu về việc làm hiện nay trong các ngành này đang tăng cao, và dự báo tiếp tục tăng trong hàng chục năm tới. Một thực tế rõ ràng, đó là ở Hoa Kỳ những công việc trong các lĩnh vực STEM đang được trả lương trung bình cao hơn các lĩnh vực khác⁸.

Cách mạng công nghiệp lần thứ tư đang diễn ra thông qua hàng loạt các phát minh và sự phát triển nhảy vọt trong các lĩnh vực như: Internet vạn vật (IoT), trí tuệ nhân tạo (AI), thực tế ảo (VR), tương tác thực tại ảo (AR), mạng xã hội (Social), di động (Mobile), phân tích dữ liệu lớn (analytics of big data) và điện toán đám mây (Cloud) (viết tắt thành SMAC)… để chuyển hóa phần lớn thông tin thế giới thực thành thế giới số. Cụm từ công nghiệp 4.0 (Industrie 4.0 – theo tiếng Đức) được thủ tướng Đức Angela Merkel nhắc đến trong Diễn đàn kinh tế thế giới tại Davos tháng 1/2015. Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đang tác động mạnh mẽ trên nhiều lĩnh vực và nhiều quốc gia⁹. Trong tương lai có nhiều việc làm chân tay sẽ không còn nữa, được thay thế bằng robot, nhưng cũng sẽ có những ngành nghề mới ra đời với ứng dụng mới mẻ của kỹ thuật số mà chúng ta vẫn chưa hình dung hết được, chẳng hạn như nghề bác sĩ cho robot. Trong đó, ngành công nghiệp chế tạo vẫn tiếp tục đóng vai trò chủ đạo cho sự phát triển kinh tế của toàn cầu. Hơn 90% các đầu tư trong lĩnh vực nghiên cứu và phát triển nằm ở lĩnh vực chế tạo¹⁰. Dự kiến trong 15 năm tới, mức tiêu thụ hàng hoá toàn cầu sẽ tăng gấp đôi, đạt 64 nghìn tỉ USD, dẫn đến nhu cầu về các hàng hoá và dịch vụ ngày càng cao¹¹. Xuất phát từ những thay đổi trong nền kinh tế, các kỹ năng của người lao động cũng đòi hỏi phải thay đổi để đáp ứng cho phù hợp¹².

Trong xu hướng của cách mạng công nghiệp 4.0, nguồn lao động chất lượng cao không chỉ cần có kiến thức chuyên ngành mà đòi hỏi có sự hiểu biết của liên ngành (interdisciplinary)¹³. Ngoài ra các kỹ năng sử dụng kiến thức để giải quyết vấn đề, tạo sản phẩm sáng tạo và làm việc nhóm ngày càng được đề cao. Trong khi đó, ảnh hưởng của khoa học, công nghệ, đặc biệt công nghệ thông tin dần chiếm ưu thế trên mọi mặt của đời sống. Giáo dục STEM là một hướng tiếp cận mới giúp trang bị cho học sinh những kiến thức cần thiết liên quan đến 4 lĩnh vực là khoa học (Science), công nghệ (Technology), kỹ thuật (Engineering) và toán (Mathematics). Các kiến thức và kỹ năng này gọi là năng lực STEM (STEM literacy). Điểm nổi bật của STEM là kết nối, liên hệ thông tin giữa các lĩnh vực vào trong thực tế cuộc sống. Quá trình dạy và học liên ngành (interdisciplinary) sẽ trở thành đặc trưng cúa xu hướng giáo dục tương lai, trong đó sẽ có những ngành nghề cũ mất đi, và sẽ có những ngành nghề mới ra đời. Quá trình dạy và học STEM cũng cần linh hoạt và đặt trong một hệ sinh thái học tập STEM (STEM learning ecosystem) đa dạng.

3. GIÁO DỤC STEM ĐƯỢC TRIỂN KHAI NHƯ THẾ NÀO? (HOW)

Dạy học chú trọng trải nghiệm thực hành (hands-on)

Các lớp học STEM luôn chú trọng các kỹ năng thực hành và trải nghiệm thực tế (trong tiếng Anh gọi chung đó là Hands-on). Để giúp học sinh có thể có được những trải nghiệm thực tế, trước hết, các lớp học STEM phổ thông tại Hoa Kỳ được trang bị đầy đủ các thiết bị và nguồn tài nguyên học tập để học sinh có thể tự tiến hành các thí nghiệm hoặc các lớp học được tổ chức ở ngoài lớp học như đi tham quan sở thú, thăm viện bảo tàng…. Thông qua hoạt động thí nghiệm, học sinh rèn luyện kỹ năng quan sát, lấy số liệu và phân tích. Trải nghiệm chính là cách học phù hợp với trẻ nhỏ, các em học bằng chính các giác quan của mình. Học trải nghiệm thực hành giúp cho các em thấy được khoa học là thực tế cuộc sống, là những điều gần gũi và có thể thực hiện được. Cảm giác “có-thể-thực-hiện-được” rất quan trọng đối với quá trình tự học và tự khám phá của trẻ.