1) Mở đầu: Vai trò của thiết kế kĩ thuật trong STEM

Trong giáo dục STEM, phần “Kĩ thuật” không đồng nhất với “làm mô hình cho vui” mà là hoạt động giải quyết vấn đề mở theo quy trình có căn cứ: xác định nhu cầu, đặt tiêu chí và ràng buộc, tạo nhiều phương án, chế tạo nguyên mẫu, thử nghiệm, và tối ưu hoá dựa trên dữ liệu. Cách tiếp cận này phù hợp với định hướng của NGSS: thiết kế kĩ thuật là một thực hành cốt lõi bên cạnh các thực hành khoa học.[1]

2) Khái niệm nền tảng cho giáo viên

3) Góc nhìn từ TryEngineering: “thất bại có ích”, sổ tay kĩ thuật và thói quen tư duy kĩ thuật

TryEngineering nhấn mạnh quy trình thiết kế kĩ thuật cho phép “thất bại có ích”: thử nghiệm – chưa đạt – thiết kế lại – thử tiếp cho đến khi đạt phương án phù hợp nhất. Đồng thời, quá trình này cần được hỗ trợ bởi sổ tay kĩ thuật để phác thảo, ghi lại các lần lặp, và lưu đo đạc/tính toán. TryEngineering cũng lưu ý có thể tồn tại nhiều lời giải cho cùng một bài toán; lựa chọn tối ưu phụ thuộc vào vật liệu, chi phí và ưu tiên người dùng.[2]

3.1. 7 bước theo TryEngineering

3.2. Thói quen tư duy kĩ thuật (gợi ý tích hợp vào dạy học)

TryEngineering tổng hợp các “thói quen tư duy kĩ thuật” như: tư duy hệ thống, tìm–định nghĩa vấn đề, hình dung–trực quan hoá, cải tiến liên tục, giải quyết vấn đề sáng tạo, thích ứng… để giáo viên “gọi tên” và làm nổi bật khi học sinh thể hiện trong từng pha.[2]

4) Quy trình đề xuất (8 pha) kèm sản phẩm học tập

Dựa trên khung NGSS (định nghĩa vấn đề – thiết kế giải pháp – tối ưu hoá) và phiên bản triển khai của TryEngineering, có thể tổ chức thành 8 pha để thuận tiện phân bổ thời lượng, giao nhiệm vụ và thu thập minh chứng.[1][2]

1. Pha 1 – Xác định vấn đề, bối cảnh và người dùng
   Minh chứng: phát biểu vấn đề, bối cảnh, người dùng.
2. Pha 2 – Xác lập tiêu chí & ràng buộc
   Minh chứng: bảng tiêu chí/ràng buộc; tiêu chí đo được.
3. Pha 3 – Nghiên cứu nền (khoa học–toán) & khảo sát giải pháp tương tự
   Minh chứng: ghi chú; sơ đồ; nguồn trích dẫn.
4. Pha 4 – Phát sinh nhiều phương án
   Minh chứng: 3–5 phác thảo; mô tả cơ chế; dự đoán rủi ro.
5. Pha 5 – Lựa chọn phương án & lập kế hoạch
   Minh chứng: bảng lựa chọn; bản vẽ; kế hoạch chế tạo và kế hoạch thử.
6. Pha 6 – Chế tạo nguyên mẫu & ghi chép kĩ thuật
   Minh chứng: nguyên mẫu; sổ tay kĩ thuật (lần lặp, thông số, thay đổi).[2]
7. Pha 7 – Thử nghiệm công bằng, thu thập dữ liệu & đánh giá
   Minh chứng: bảng số liệu; biểu đồ; đối chiếu tiêu chí.
8. Pha 8 – Tối ưu hoá, truyền thông & phản tư
   Minh chứng: phiên bản cải tiến; báo cáo; phản tư; so sánh trước–sau.[2]

5) Thiết kế bài dạy STEM theo quy trình thiết kế kĩ thuật

5.1. Mục tiêu học tập

• Kiến thức khoa học/toán: gắn với hiện tượng/qui luật phục vụ thiết kế.
• Năng lực thiết kế: xác định tiêu chí/ràng buộc; đề xuất–chọn phương án; thử nghiệm; tối ưu hoá.[1]

5.2. Nhiệm vụ thiết kế – mẫu câu

5.3. Minh chứng – ưu tiên “dữ liệu + lập luận”

• Sổ tay kĩ thuật (phác thảo, tính toán, lần lặp).[2]
• Kế hoạch thử nghiệm và dữ liệu đo.
• Bảng đối chiếu tiêu chí, phân tích “đánh đổi”.

6) Gợi ý bảng tiêu chí đánh giá

7) Video minh hoạ

Video có thể dùng làm hoạt động khởi động hoặc tư liệu chuẩn hoá ngôn ngữ trước khi vào bài thiết kế.[3]

Nhúng bằng “youtube-nocookie” để thân thiện hơn với quyền riêng tư.

8) Tài liệu tham khảo & tài nguyên

9) Bảng thuật ngữ gợi ý cho giáo viên

Bảng quy chiếu giúp thống nhất thuật ngữ khi đọc tài liệu quốc tế và hướng dẫn học sinh.