Giáo dục STEM: Khắc phục “căn bệnh” thiếu quy trình thiết kế kỹ thuật

Tư duy thiết kế là nền tảng cho việc phát triển, thiết kế hàng hóa, sản phẩm và việc giúp cho học sinh quen với lối tư duy này qua những bài học hấp dẫn, chi phí thấp, gắn với đời sống từ khi còn nhỏ sẽ giúp các em sẵn sàng hơn cho nghề nghiệp trong tương lai.

Từ tư vấn của các chuyên gia trong Liên minh STEM, nhiều địa phương đã bắt đầu quan tâm khắc phục vấn đề bỏ sót quy trình thiết kế kỹ thuật, mà một vài trường hợp tiêu biểu sẽ được giới thiệu trong bài viết dưới đây.

Phù Ninh: Không chỉ có robotics

Ở bài viết trước, chúng ta đã được biết, các mô hình xoá mù lập trình thông qua robotics là một điểm nổi bật của Ngày hội STEM huyện Phù Ninh (tỉnh Phú Thọ) trong dịp Giỗ tổ Hùng Vương năm nay. Nhưng để mà nói về sự đầu tư công sức thì chuyên đề “Quy trình thiết kế kỹ thuật” mới chính là nội dung được đặc biệt quan tâm và có kế hoạch chuẩn bị bài bản.

Kinh nghiệm từ Ngày hội STEM 2022 cho thấy, mặc dù các sản phẩm được trưng bày phong phú và quy mô nhưng đa số đều mắc một lỗi khá cơ bản là không kèm theo bản vẽ thiết kế, một bước quan trọng trong Quy trình thiết kế kỹ thuật. Để khắc phục tình trạng này, trước khi tổ chức Ngày hội STEM gần một tháng, Phòng GD&ĐT huyện Phù Ninh đã tập huấn cho 134 giáo viên và hiệu trưởng của tất cả 19 trường THCS trong toàn huyện về chuyên đề này. Các thầy cô được học lý thuyết và thực hành ngay trên lớp dưới sự hướng dẫn của TS Đặng Văn Sơn và chuyên gia giáo dục STEM Đào Thị Hồng Quyên, người vừa nhận được giải thưởng Tỏa sáng sức mạnh tri thức 2023 do UNICEF đề cử.

Quy trình thiết kế kỹ thuật trong giáo dục STEM không yêu cầu phức tạp như việc thiết kế kỹ thuật của các kỹ sư nhưng cũng gồm đầy đủ các bước: xác định vấn đề; nghiên cứu kiến thức nền; đề xuất và lựa chọn giải pháp; chế tạo sản phẩm; thử nghiệm và đánh giá; và chia sẻ, thảo luận và điều chỉnh.

Sau phần lý thuyết, trong phần thực hành, các thầy cô được yêu cầu thiết kế, chế tạo mô hình máy gieo hạt bằng các vật liệu như giấy, bìa, băng dính. Lớp học được chia thành nhiều nhóm và sản phẩm được thử nghiệm với các hạt đậu ngay tại chỗ. Bài tập về nhà cho các thầy cô chính là cùng học sinh tạo ra mô hình máy gieo hạt để trưng bày trong Ngày hội STEM với yêu cầu bắt buộc là mỗi sản phẩm đều phải kèm theo bản vẽ thiết kế kỹ thuật ở dạng đơn giản, chấp nhận cả bản vẽ tay, nhưng phải có một vài số đo cơ bản. Ngoài ra, các thầy cô còn được yêu cầu nộp online một video khoảng 30 phút về việc thử nghiệm những chiếc máy gieo hạt này.

Do có thời gian chuẩn bị, các trường ở huyện Phù Ninh đã thỏa sức sáng tạo và kết quả là Ngày hội STEM 2023 hơn hẳn ngày hội của năm trước ở chuyên đề đặc sắc này. Ở đây có ba điểm quan trọng:

1- Tất cả sản phẩm đều có bản vẽ thiết kế, dù đơn giản.

2- Tất cả các sản phẩm đều được thử nghiệm.

3- Tất cả các trường cùng làm một loại sản phẩm và được sáng tạo không hạn chế.

Khi đi thăm các gian trưng bày sản phẩm, cô giáo Đào Thị Hồng Quyên đã ngỡ ngàng trước sự sáng tạo và đam mê của các thầy cô huyện Phù Ninh: gần 20 mô hình máy gieo hạt được làm từ đủ các loại vật liệu như bìa, chai nhựa, thép, ống nước – có loại kéo bằng tay, có loại dùng điều khiển như robot được lập trình đơn gian. Ở nhiều gian trưng bày, cô bắt gặp học sinh hào hứng thuyết trình về sản phẩm.

Ngày hội STEM 2023 của huyện Phù Ninh đã diễn ra thành công nhưng Phòng GD&ĐT huyện vẫn mời các chuyên gia giáo dục STEM tiếp tục hướng dẫn các thầy cô biến các sản phẩm máy gieo hạt thành bài giảng chuyên đề ở mức độ cao hơn trong thời gian tới; và sau đó, Phòng GD&ĐT có thể tổ chức thi giáo viên giỏi về đề tài này.

Cần nhấn mạnh, ngành giáo dục huyện Phù Ninh đã hiểu rõ vai trò quan trọng của việc tập huấn nâng cao trình độ cho hiệu trưởng và giáo viên. Sẽ không có giáo dục STEM nếu như các thầy cô không được học lý thuyết và thực hành ở nhiều cấp độ khác nhau, như làm sản phẩm và thiết kế bài giảng.

Si Ma Cai: Làm việc khó theo cách dễ

Từ tháng 4 đến tháng 8 năm ngoái, GS. Do Yong Park đến Việt Nam với tư cách học giả Fulbright về giáo dục STEM. Trong các bài giảng hay các buổi tập huấn, thuyết trình, ông luôn nhấn mạnh với các thầy cô tầm quan trọng của việc dạy các bài học STEM theo định hướng “kỹ thuật”.

Khi GS. Park nhận được một số bức ảnh về Ngày hội STEM 2023 của huyện Si Ma Cai (Lào Cai), ông rất mừng và đã ngỏ lời xin bức ảnh ba nữ sinh tiểu học mặc trang phục truyền thống của người Mông đang cười tươi bên chiếc cầu làm bằng que kem với hai chai nước được đặt lên trên. Là chuyên gia giáo dục STEM, GS. Park hiểu ngay ý nghĩa của hai chai nước chính là hai lần thử tải cho chiếc cầu làm bằng vật liệu tái chế – một ví dụ thú vị về một bước rất quan trọng trong Quy trình thiết kế kỹ thuật, đó là thử nghiệm sau khi thiết kế và chế tạo sản phẩm.

Đối với các chuyên gia giáo dục STEM ở Mỹ, thiết kế, chế tạo sản phẩm luôn là một chuyên đề rất quan trọng. Họ thường đưa ra nhiều ví dụ về việc sử dụng vật liệu tái chế dễ kiếm để xây dựng những bài học STEM gắn với đời sống. Bài học tuy không phức tạp nhưng có những bước bắt buộc phải làm, ví dụ như: thiết kế phải có bản vẽ và sản phẩm phải được đánh giá qua thử nghiệm. Ở phần bản vẽ, học sinh được lưu ý rằng các em không nhất thiết phải cung cấp nhiều số đo hay thực hiện nhiều phép đo như các kỹ sư, nhưng cần hiểu rõ nguồn gốc của một vài kích thước trên bản vẽ theo một trong các cách sau: đo từ thực tế, do tính toán mà ra, do thử nghiệm mà có, hoặc bằng một cách nào đó khác.

Thực tế ở huyện Si Ma Cai cho thấy việc Phòng GD&ĐT tổ chức hướng dẫn cho hiệu trưởng và giáo viên các trường trước Ngày hội STEM đã nâng cao một cách đáng kể chất lượng chuyên môn của sự kiện này.

Bên cạnh cuộc thi xây cầu bằng que kem dành cho khối tiểu học, rất nhiều sản phẩm trưng bày trong Ngày hội đều có kèm theo bản vẽ thiết kế. Riêng khối THCS có cuộc thi hấp dẫn là thiết kế, chế tạo cột cờ có hệ thống ròng rọc, mô phỏng nghi thức thượng cờ ở Lăng Bác. Mỗi đội gồm 5 học sinh và một giáo viên, được phát nguyên liệu, dụng cụ như nhau và phải nộp sản phẩm cùng bản vẽ thiết kế sau 60 phút. Ban giám khảo cũng yêu cầu các đội tiến hành thử nghiệm và thuyết trình sản phẩm cùng bản vẽ thiết kế ngay tại chỗ.

Quy trình thiết kế kỹ thuật đã được giới thiệu đến học sinh một cách giản dị nhưng hết sức bài bản và hiệu quả như vậy ở Ngày hội STEM Si Ma Cai đầu năm nay. Cách làm của Si Ma Cai càng khẳng định sự cần thiết phải tập huấn cho hiệu trưởng và giáo viên ở các địa phương khác về quy trình này trong quá trình dạy và học STEM.

Nhận thức về Quy trình thiết kế kỹ thuật cũng đã lan tỏa rất nhanh đến một số địa phương khác. Tại Ngày hội STEM – Nét đẹp truyền thống quê hương do Trường THCS Quang Trung (TP Yên Bái, tỉnh Yên Bái) tổ chức trước thềm tết Nguyên đán 2023, khách thăm dễ dàng nhận thấy một nét chung ở 29 gian trưng bày trang phục và món ăn của đồng bào các dân tộc: kèm theo mỗi bộ trang phục là một bản vẽ, chú thích một vài kích thước; các món ăn dân tộc cũng đều có các poster trình bày về quy trình chế biến. Kết quả này xuất phát từ yêu cầu của nhà trường đối với các gian trưng bày, đó là nội dung trưng bày phải dễ hiểu, dễ thực hiện.

Một ví dụ nữa: ở ngày hội STEM của Trường THCS Đông Các, huyện Đông Hưng, tỉnh Thái Bình, vào cuối tháng 4 vừa qua, các em học sinh đã tự tổ chức trình diễn rối nước, trong đó bên cạnh sân khấu biểu diễn còn có phần trưng bày các con rối cùng bản vẽ thiết kế của chúng.

Đáng nói là, trước khi tổ chức Ngày hội STEM, các hiệu trưởng và giáo viên của Trường THCS Quang Trung và Trường THCS Đông Các đều chủ động đi tìm chuyên gia giáo dục STEM để học hỏi kinh nghiệm thấu đáo rồi mới bắt tay vào làm.

Những ví dụ nêu trên cho thấy, việc thúc đẩy giáo dục STEM hoàn toàn không khó nếu như việc tập huấn hiệu trưởng và giáo viên được coi trọng. Kinh nghiệm đó cũng đã được thực chứng ở nhiều địa phương khác như huyện Thái Thụy (Thái Bình), Nam Trực (Nam Định) và Thanh Chương (Nghệ An), những nơi thường xuyên tổ chức tập huấn cho các hiệu trưởng và giáo viên, để sau mỗi đợt tập huấn, chất lượng giáo dục STEM lại được nâng lên một bước.

(Còn tiếp)