STEM là gì?
STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học) (Sanders, 2009). STEM là thuật ngữ rút gọn được sử dụng khi bàn đến các chính sách phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học của Mỹ. Thuật ngữ này lần đầu tiên được giới thiệu bởi Quỹ Khoa học Mỹ (NSF) vào năm 2001. Trước đó, năm 1990, NSF dùng thuật ngữ SMET tuy nhiên thuật ngữ này có cách phát âm giống từ “SMUT” (một từ có ý nghĩa không tích cực), vì vậy SMET sau nay được đổi thành STEM. Hiện nay thuật ngữ STEM được dùng trong hai ngữ cảnh khác nhau đó là ngữ cảnh giáo dục và ngữ cảnh nghề nghiệp. Trong ngữ cảnh giáo dục, nói đến STEM là muốn nhấn mạnh đến sự quan tâm của nền giáo dục đối với các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học. Quan tâm đến việc tích hợp các môn học trên gắn với thực tiễn để năng cao năng lực cho người học. Giáo dục STEM có thể được hiểu và diễn giải ở nhiều cấp độ như: chính sách STEM, chương trình STEM, nhà trường STEM, môn học STEM, bài học STEM hay hoạt động STEM. Trong ngữ cảnh nghề nghiệp, STEM được hiểu là nghề nghiệp thuộc các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học, ví dụ: Nhóm ngành nghề về công nghệ thông tin; Y sinh; Kĩ thuật, Điện tử và Truyền thông… (The White House, S.t.o.U.A).
Đoàn công tác STEM - UKH
Bạn hiểu thế nào về Giáo dục STEM?
Hiện nay, giáo dục STEM được nhiều tổ chức, nhà giáo dục quan tâm nghiên cứu. Do đó, khái niệm về giáo dục STEM cũng được định nghĩa dựa trên các cách hiểu khác nhau. Có ba cách hiểu chính về giáo dục STEM hiện nay là:
Giáo dục STEM được hiểu theo nghĩa là quan tâm đến các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học. Đây cũng là quan niệm về giáo dục STEM của Bộ giáo dục Mỹ “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” (U.S. Department of Education, 2007). Đây là nghĩa rộng khi nói về giáo dục STEM.
Giáo dục STEM được hiểu theo nghĩa là tích hợp (liên ngành) của 4 lĩnh vực/môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học (Merrill & Daugherty, 2009; Morrison & Bartlett, 2009). Tác giả Tsupros định nghĩa “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 học sinh 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” (Tsupros & Hallinen, 2009).
Giáo dục STEM được hiểu theo nghĩa là tích hợp (liên ngành) từ 2 lĩnh vực/môn học về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên. Theo quan niệm này, tác giả Sanders định nghĩa “Giáo dục STEM là phương pháp tiếp cận, khám phá trong giảng dạy và học tập giữa hai hay nhiều hơn các môn học STEM, hoặc giữa một chủ đề STEM và một hoặc nhiều môn học khác trong nhà trường” (Sanders, 2009, p. 20). Bên cạnh đó, giáo dục STEM cũng được quan niệm như là chương trình đào tạo dựa trên ý tưởng giảng dạy cho học sinh bốn lĩnh vực cụ thể: Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trong một liên ngành và phương pháp tiếp cận ứng dụng. Thay vì dạy bốn lĩnh vực này theo những môn học tách biệt và rời rạc, STEM tổng hợp chúng thành một mô hình học tập liền mạch dựa trên các ứng dụng thực tế (Hom, 2014).
Ở ngữ cảnh giáo dục và trên bình diện thế giới, STEM được hiểu với nghĩa là giáo dục STEM trong đó:
Science (Khoa học): Là môn học nhằm phát triển khả năng sử dụng các kiến thức Khoa học (Vật lí, Hóa học, Sinh học và Khoa học trái đất) của học sinh; không chỉ giúp học sinh hiểu về thế giới tự nhiên mà còn có thể vận dụng kiến thức đó để giải quyết các vấn đề khoa học trong cuộc sống hàng ngày.
Technology (Công nghệ): Là môn học nhằm phát triển khả năng sử dụng, quản lí, hiểu và đánh giá công nghệ của học sinh. Nó cung cấp cho học sinh những cơ hội để hiểu về công nghệ được phát triển như thế nào, cung cấp cho học sinh những kĩ năng để có thể phân tích được sự ảnh hưởng của công nghệ mới tới cuộc sống hàng ngày của học sinh và của cộng đồng…
Engineering (Kĩ thuật): Là môn học nhằm phát triển sự hiểu biết ở học sinh về cách thức phát triển công nghệ thông qua quá trình thiết kế kĩ thuật. Kĩ thuật cung cấp cho học sinh những cơ hội để tích hợp kiến thức của nhiều môn học, giúp cho những khái niệm liên quan trở nên tường minh trong cuộc sống của họ. Kĩ thuật cũng cung cấp cho học sinh những kĩ năng để có thể vận dụng sáng tạo cơ sở Khoa học và Toán học trong quá trình thiết kế các đối tượng, các hệ thống hay xây dựng các quy trình sản xuất.
Mathematics (Toán học): Là môn học nhằm phát triển ở học sinh khả năng phân tích, biện luận và truyền đạt ý tưởng một cách hiệu quả thông qua việc tính toán, giải thích, các giải pháp giải quyết các vấn đề toán học trong các tình huống đặt ra.
So sánh với chương trình giáo dục phổ thông Việt Nam hiện hành, có thể thấy môn Khoa học tương ứng với các môn Khoa học tự nhiên ở Việt Nam như: Vật lí, Hóa học, Sinh học. Môn Công nghệ và môn Kĩ thuật trên thế giới tương ứng với môn Công nghệ và môn Tin học ở Việt Nam. Vì vậy, vận dụng vào bối cảnh giáo dục Việt Nam nội dung giáo dục STEM sẽ bao hàm nội dung của các môn học là Vật lí, Hóa học, Sinh học, Công nghệ, Tin học và Toán.
Mô hình STEM Vinaponics tại trường THPT Châu Thành - Vũng Tàu
Tình hình nghiên cứu và xuất bản về Giáo dục STEM
Khởi nguồn từ Mỹ, giáo dục STEM được quan tâm và nghiên cứu trong nhiều năm qua, ở khắp các quốc gia trên thế giới (Tytler, 2007). Mục tiêu chung của giáo dục STEM là tạo ra sự hiểu biết về STEM và năng lực phẩm chất của công dân ở thế kỷ 21, phát triển nguồn nhân lực trong lĩnh vực STEM (khoa học, công nghệ kỹ thuật và toán học), đồng thời tạo ra sự hứng thú và tham gia tích cực của người học vào lĩnh vực này ( Honey, Pearson & Schweingruber, 2014). Bằng việc đặt người học trong những tình huống học tập có ý nghĩa, liên quan mật thiết tới môi trường sống của họ và có tính ứng dụng, giáo dục STEM tạo động lực và hứng thú cho người học (English & King, 2015; Stohlmann, 2012). Trong giai đoạn mới bắt đầu của giáo dục STEM, các chủ đề và hoạt động học tập được tạo ra thuộc từng lĩnh vực, và ít có kết nối liên hệ với nhau; song thời gian gần đây, có sự tích hợp hai hay nhiều lĩnh vực STEM để tạo thành những chủ đề phục vụ cho việc dạy học.
Để triển khai giáo dục STEM, có 02 cách tiếp cận phổ biến là dựa vào tìm hiểu, khám phá (inquiry-based) và dựa vào thiết kế kỹ thuật (engineering designbased) (Honey, Pearson & Schweingruber, 2014). Sự khác biệt đầu tiên giữa hai hình thức tiếp cận (khám phá khoa học và thiết kế kỹ thuật) là điểm xuất phát: khám phá khoa học bắt đầu bằng câu hỏi khoa học cần phải trả lời, trong khi thiết kế kỹ thuật bắt đầu bằng vấn đề thực tiễn cần giải quyết; sự khác biệt thứ hai đến từ cách tiếp cận và tổ chức dạy học của giáo viên. Sự khác biệt thứ ba là kết quả: đối với tiếp cận khám phá khoa học, kết quả là câu trả lời cho giả thuyết khoa học; còn kết quả của thiết kế kỹ thuật là: giải pháp thiết kế và thi công cùng với sản phẩm hay quy trình được hình thành (Dankenbring, Capobianco, & Eichinger, 2014).
Dù tiếp cận ở dạng thức nào, phương pháp dạy học của giáo dục STEM vẫn đặt người học ở vị trí trung tâm của quá trình dạy học (Rogers & Portsmore, 2004). Kể từ năm 2013, xu thế tiếp cận theo dạng thức thiết kế kỹ thuật đang được chú trọng bởi vừa giúp người học tìm hiểu về khoa học thông qua việc tìm hiểu, khám phá kiến thức nền, vừa tạo cơ hội cho họ được giải quyết các vấn đề có tính ứng dụng và thực tiễn, vì thế việc học tập có ý nghĩa và hấp dẫn hơn (English & King, 2015; Rogers & Portsmore, 2004). Theo hướng tiếp cận này, giáo dục STEM có đặc điểm: (1) định hướng hành động; (2) định hướng sản phẩm; (3) định hướng thực tiễn; (4) định hướng tích hợp; (5) định hướng hợp tác. Người học được chú trọng phát triển năng lực và phẩm chất thông qua việc đánh giá thành quả/sản phẩm có đáp ứng được mục tiêu đã được đặt ra đối với mỗi hoạt động/bài học/dự án STEM, vừa được đánh giá quá trình thông qua các hoạt động, kỹ năng làm việc nhóm – một kỹ năng quan trọng của thế kỷ 21; đồng thời phải lý giải được kết quả và sự lựa chọn của họ. Bằng cách này, người học hiểu sâu sắc hơn lý thuyết, nền tảng khoa học, toán học và hiểu được tính ứng dụng thông qua việc thực hiện các quy trình kỹ thuật và sử dụng công nghệ.
Chuẩn khoa học thế hệ mới của Mỹ (NGSS) đặt ra vấn đề và hướng dẫn việc kết nối sâu hơn giữa lĩnh vực khoa học và công nghệ, kỹ thuật (Bybee, 2014; Council, 2012). Tùy theo mức độ tích hợp mà dẫn tới cách tiếp cận, cách khai thác, tiến hành và nguồn học liệu, cũng như yêu cầu về sản phẩm có những mức độ khác nhau ( Honey, Pearson & Schweingruber, 2014). Hiệp hội khoa học Mỹ và một số các tổ chức và cá nhân khác đã phát triển những khung lý thuyết để giúp triển khai tổ chức dạy học STEM phù hợp với từng đối tượng cụ thể (Basham, Israel, & Maynard, 2010; Bybee, 2014; Council, 2009, 2012). Theo đó, mô hình giáo dục STEM được xây dựng và phát triển tương ứng với mức độ phức tạp của tri thức và kỹ năng tăng dần, có liên hệ mật thiết với sự phát triển thế giới quan của học sinh. Hội đồng nghiên cứu khoa học giáo dục quốc gia của Mỹ đã cụ thể hóa hơn việc tích hợp giữa khoa học và kỹ thuật bằng khung lý thuyết gồm 3 trụ cột mà học sinh sẽ được trải nghiệm, là: (1) thực hành khoa học kỹ thuật; (2) những khái niệm liên ngành (khoa học-kỹ thuật); (3) những kiến thức khoa học cốt lõi. Đối với thực hành khoa học kỹ thuật, HS được trải nghiệm thông qua các hoạt động thực hành, khám phá như nhà khoa học, đồng thời được trải qua quá trình thiết kế cũng như thực thi kỹ thuật; Những khái niệm liên ngành được xuất hiện và khai thác trong cả khoa học và kỹ thuật; Những kiến thức khoa học cốt lõi là những kiến thức xuyên suốt quá trình học tập của HS từ lớp nhỏ tới lớp lớn, cung cấp nền tảng để hiểu biết và giải quyết các vấn đề phức tạp hơn và vấn đề trong thực tiễn (Council, 2012).
Phát triển giáo dục STEM trong bối cảnh của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 không chỉ là xu thế thời đại mà còn là chiến lược của nhiều quốc gia, bởi lẽ sẽ tạo ra một lợi thế cạnh tranh khi thực hiện chính sách, đào tạo nguồn nhân lực và chuẩn bị sẵn các nguồn tài nguyên cho việc thực hiện chính sách đó (Tytler, 2007, 2013; Timms, 2018; Thomas, 2015; Reeve, 2013). Vì vậy, mặc dù nghiên cứu về giáo dục STEM đã được thực hiện trên nhiều bình diện tại các nước có nền giáo dục tiên tiến trên thế giới như Mỹ và Châu Âu, song việc nghiên cứu để xây dựng một mô hình GD STEM phù hợp với bối cảnh kinh tế xã hội, đặc điểm văn hóa và trình độ phát triển vẫn là cấp thiết, có tính thời sự đối với các quốc gia và vũng lãnh thổ khác như Đông Nam Á và Việt Nam (Thomas, 2015; Reeve, 2013).
Nghiên cứu về giáo dục STEM đã, đang được rất nhiều nhà giáo dục quan tâm nghiên cứu và xu hướng nghiên cứu về lĩnh vực này sẽ còn tiếp tục được phát triển. Theo thống kê của Josh Brown – Trường đại học Illinois giai đoạn 2007 - 2010 tại Mỹ có 60 bài báo khoa học liên quan trực tiếp đến giáo dục STEM được xuất bản từ 8 tạp chí nổi tiếng trong lĩnh vực giáo dục của Mỹ, điều này cho thấy cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu về giáo dục STEM (Brown, 2012). Với mục đích nghiên cứu về xu hướng giáo dục STEM, Yuan-Chung Yu và cộng sự (cs) đã tập hợp và phân tích các tài liệu về giáo dục STEM trong cơ sở dữ liệu ISI giai đoạn từ 1992 - 2013 cho thấy: kể từ năm 2008 xu hướng nghiên cứu về giáo dục STEM phát triển rất mạnh, cụ thể năm 2008 có khoảng 15 bài báo thì đến năm 2013 số lượng đã tăng lên gần 100 bài báo/1 năm. Cũng trong giai đoạn này Mỹ là quốc gia có nhiều nghiên cứu về giáo dục STEM nhất với 200 công trình (52%), tiếp theo đó là Anh với 36 công trình (9,35%); Hà Lan, Úc mỗi quốc gia có 16 nghiên cứu (4,16%); các quốc gia Tây Ban Nha, Ixaren, Thổ Nhĩ Kỳ, Canada, Đức, Đài Loan tổng cộng có 67 công trình; các quốc gia còn lại trên thế giới có 50 công trình. Nghiên cứu cũng chỉ ra 5 lĩnh vực liên quan đến giáo dục STEM bao gồm: Giáo dục học, Tâm lí học, Kĩ thuật, Dịch vụ khoa học chăm sóc sức khỏe và Khoa học máy tính (Yu, Chang & Yu, 2016). Một số nghiên cứu khác tìm hiểu về bản chất của STEM, vai trò của STEM trong lịch sử phát triển khoa học công nghệ của loài người, những nhận thức về giáo dục STEM, chính sách đối với giáo dục STEM… (Lantz, 2009; Brown et al., 2011; Morrison, 2009; Roberts, 2012; Timms et al., 2018).
TS. Phan Đức Ngại - CRES - UKH