Thực hiện nghiên cứu khoa học - kỹ thuật ở trường phổ thông trong điều kiện nước ta còn đối mặt với nhiều khó khăn, thách thức nhưng lợi ích mang lại cho nhà trường, giáo viên và học sinh là không thể đong đếm.
Với mục tiêu đổi mới cách dạy và học theo định hướng phát triển phẩm chất, năng lực học sinh, các hoạt động nghiên cứu khoa học - kỹ thuật ngày càng được quan tâm và triển khai rộng rãi trong các trường phổ phông. Theo công văn 3089/BGDĐT-GDTrH ngày 14/8/2020, hình thức tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học - kỹ thuật là hình thức số 3 trong việc triển khai thực hiện giáo dục STEM trong giáo dục trung học. Tuy nhiên ngay từ năm học 2011 – 2012, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã bắt đầu hướng dẫn triển khai hoạt động nghiên cứu khoa học cũng như tổ chức Cuộc thi Khoa học kỹ thuật cấp quốc gia hằng năm dành cho học sinh trung học. Hoạt động này được hiểu là hình thức cao nhất trong cách thức triển khai giáo dục STEM ở bậc trung học. Tùy thuộc vào tình hình thực tiễn, điều kiện cơ sở vật chất mà các đơn vị có thể tự tổ chức thực hiện theo những cách khác nhau.
Tham gia thực hiện các đề tài, dự án và tiến đến các cuộc thi khoa học - kỹ thuật là một trong những cơ hội trải nghiệm học tập quý giá đối với học sinh phổ thông. Qua đó, các em không chỉ học và thực hành phương pháp nghiên cứu khoa học và quy trình thiết kế kỹ thuật, mà còn rèn luyện, phát triển các kỹ năng quan trọng cho thế kỷ 21 như khả năng tiếp cận và giải quyết vấn đề, làm việc nhóm, lên kế hoạch và quản lý dự án, tư duy phản biện, thuyết trình, sáng tạo… Hơn nữa, học sinh có cơ hội gặp gỡ, học hỏi từ các nhà khoa học, chuyên gia, bạn bè cùng đam mê.
Tuy nhiên, do phần lớn giáo viên ở nước ta chưa được đào tạo, thực hành nhiều về nghiên cứu khoa học - kỹ thuật trong các trường sư phạm và quản lý giáo dục, và đặc biệt còn thiếu phương pháp luận, quy trình và cách thức tổ chức triển khai, chương trình tập huấn đào tạo chuyên sâu nên nhiều đơn vị, nhà trường còn lúng túng, chưa hiểu hoặc chưa có phương pháp, cách thức triển khai hiệu quả.
Để triển khai nghiên cứu khoa học - kỹ thuật thành công, cần sự hỗ trợ và nhận thức đúng đắn từ các cơ quan quản lý giáo dục, nhà trường, giáo viên và cả phụ huynh học sinh. Đây là bước khởi đầu và định hình mục tiêu đổi mới giáo dục, giúp học sinh phát triển năng lực và phẩm chất để đối mặt, làm chủ và chinh phục thử thách của thế giới ngày nay.
Từ thực tiễn triển khai Chương trình dự án “Xây dựng mô hình giáo dục STEM cho các trường THCS và THPT tại tỉnh Lào Cai” năm 2018 do tôi chủ trì và Chương trình giải thưởng Tỏa sáng sức mạnh tri thức do cô giáo Đào Thị Hồng Quyên đang chủ trì, chúng tôi nhận thấy, để đạt hiệu quả, chuyên đề Nghiên cứu khoa học - kỹ thuật trong trường phổ thông cần bao quát được những nội dung sau:
Thiết lập mục tiêu, xây dựng kế hoạch
Nhà trường cùng thầy cô phụ trách hoạt động nghiên cứu khoa học - kỹ thuật cho học sinh cần chủ động xác lập mục tiêu. Mục tiêu giúp định hướng và đảm bảo sự thành công, đồng thời giúp dự báo các khó khăn, hạn chế trong việc tổ chức thực hiện.
Hoạt động nghiên cứu trong nhà trường phổ thông còn nhiều khó khăn, bởi vậy cần xem xét nội dung về kiến thức, kỹ năng, kỹ thuật chuyên sâu và trang bị cơ sở vật chất cần thiết, xây dựng kế hoạch tài chính cụ thể để hỗ trợ học sinh.
Quản lý thời gian và nguyên vật liệu, trang thiết bị cũng là một phần quan trọng trong các kế hoạch.
Tích hợp nghiên cứu vào chương trình giảng dạy
Một số cách thức mà các nhà trường và giáo viên có thể tích hợp hoạt động nghiên cứu khoa học - kỹ thuật của học sinh vào chương trình giảng dạy gồm: (1) Giáo viên hỗ trợ học sinh thực hiện đề tài, dự án nghiên cứu trước và sau giờ học; (2) Lồng ghép dự án nghiên cứu vào khóa học hiện có và cung cấp những hỗ trợ cần thiết; (3) Tích hợp nội dung nghiên cứu vào chương trình giảng dạy một cách có hệ thống và linh hoạt; (4) Xây dựng chương trình toàn khóa hoặc ngoại khóa cho học sinh thực hiện các dự án nghiên cứu.
Xây dựng câu lạc bộ khoa học, câu lạc bộ STEM của trường
Xây dựng câu lạc bộ khoa học, câu lạc bộ STEM trong trường đòi hỏi phải lập nhóm giáo viên chuyên môn với sự đam mê và chuyên nghiệp trong lĩnh vực STEM.
Các giáo viên chuyên môn cùng giáo viên phụ trách đảm đương việc lên chương trình đào tạo, nội dung đào tạo và tổ chức hoạt động nghiên cứu.
Câu lạc bộ sẽ cung cấp không chỉ kiến thức mà còn cơ hội và hỗ trợ cho học sinh tham gia nghiên cứu. Nhà trường có thể thiết lập một hệ thống giáo viên hướng dẫn để theo sát (ví dụ mỗi đề tài hoặc một nhóm đề tài cần một giáo viên hướng dẫn riêng) để đảm bảo tính an toàn và đồng hành cùng học sinh trong quá trình thực hiện đề tài.
Giáo viên hướng dẫn cũng sẽ trao đổi ý kiến, gợi ý học sinh cách giải quyết vấn đề, các bước tiến hành nghiên cứu cũng như kết nối tìm kiếm thông tin và nguồn lực giúp học sinh thực hiện đề tài, dự án.
Phát huy văn hóa đọc và phát triển hệ sinh thái STEM
Tiền đề để học sinh và giáo viên phát triển kiến thức nền tảng, ý tưởng nghiên cứu cũng như khơi dậy sự tò mò, ham tìm hiểu là thông qua học hỏi từ sách, báo, tạp chí, tham vấn chuyên gia… Do đó, phát triển văn hóa đọc trong nhà trường là bước triển khai hết sức cần thiết để thúc đẩy giáo dục STEM nói chung, hỗ trợ và đẩy mạnh hoạt động nghiên cứu khoa học - kỹ thuật nói riêng.
Bên cạnh đó, việc xây dựng và phát triển hệ sinh thái STEM kết hợp các thành phần trong và ngoài nhà trường như bảo tàng, trung tâm khoa học, viện nghiên cứu, tổ chức giáo dục đại học, hội nghề nghiệp, doanh nghiệp, tổ chức cộng đồng, thanh thiếu niên và gia đình sẽ cho phép học sinh gắn kết, hiểu biết và phát triển kỹ năng xuyên suốt quá trình học tập và trưởng thành.
Đối với quá trình thực hiện nghiên cứu khoa học - kỹ thuật của học sinh phổ thông, nhiều kiến thức và kỹ năng chuyên môn cần có sự tư vấn, chỉ bảo của các nhà khoa học, chuyên gia chuyên ngành. Một số thí nghiệm nghiên cứu cần trang thiết bị, dụng cụ chuyên dụng mà chỉ có ở các trường đại học, viện nghiên cứu, các công ty, tập đoàn công nghệ và hay các tổ chức khoa học - giáo dục. Thông qua hệ sinh thái này, nhà trường cùng học sinh có thể tận dụng các cơ hội được tư vấn, hỗ trợ của chính các nhà khoa học, chuyên gia và các đơn vị bổ trợ kể trên.
Tập huấn, đào tạo về phương pháp nghiên cứu khoa học, quy trình thiết kế kỹ thuật cho giáo viên và học sinh
Học sinh phổ thông tại Việt Nam thường chưa được giới thiệu và thực hành về phương pháp nghiên cứu khoa học và quy trình thiết kế kỹ thuật. Điều này gây khó khăn cho các học sinh khi bắt đầu thực hiện các đề tài, dự án. Do đó, giáo viên hướng dẫn cần được tập huấn và đào tạo kỹ năng để truyền đạt cho học sinh về hai nền tảng của mọi nghiên cứu, sáng tạo khoa học - kỹ thuật này.
Các nội dung tập huấn cần bao gồm khái niệm nghiên cứu cũng như các bước cơ bản và điểm tương đồng, khác biệt giữa phương pháp nghiên cứu khoa học và quy trình thiết kế kỹ thuật. Tuy nhiên, chỉ mô tả quy trình khoa học không đảm bảo học sinh sẽ thực hiện được tư duy khoa học hoặc kỹ năng tìm hiểu hiệu quả. Do đó, để hiểu sâu hơn về bản chất của khoa học, học sinh cần trải qua quá trình thực hiện nghiên cứu từ đầu đến cuối.
Hướng dẫn, tổ chức thực hiện quá trình nghiên cứu
Các dự án, đề tài nghiên cứu của học sinh có thể khác nhau về mức độ phức tạp và thời gian tiến hành, nhưng nhìn chung quá trình nghiên cứu thường gồm 8 bước: Xây dựng ý tưởng đề tài, Viết đề cương nghiên cứu, Nghiên cứu tổng quan, Viết thuyết minh, Thiết kế và tiến hành thí nghiệm, Phân tích dữ liệu, Giải thích kết quả, Báo cáo kết quả. Đây là một vòng lặp tuần hoàn góp phần định hướng và giám sát học sinh thực hiện nghiên cứu một cách hiệu quả, khoa học và logic, đảm bảo tính đúng đắn và có ý nghĩa [1,2].
Trong các chương trình tập huấn gần đây tại tỉnh Lạng Sơn và Phú Thọ, hàng trăm giáo viên THCS và THPT đã hào hứng tham gia thực hành các bước xác định vấn đề nghiên cứu và xây dựng ý tưởng phát triển dự án. Nhiều băn khoăn của các thầy cô đã được các chuyên gia của Liên minh STEM giải đáp, tư vấn để các thầy cô có thể tự tin khi hướng dẫn học sinh tìm tòi, phát triển ý tưởng nghiên cứu.
Các ý tưởng nghiên cứu được gợi ý thường liên quan đến những sự vật, sự việc mang tính thời sự, gắn bó với đời sống, đặc biệt tốt hơn khi có liên hệ mật thiết với môi trường sống, địa phương và hoàn cảnh của học sinh. Thông qua quan sát, tìm hiểu thông tin và trao đổi, thầy cô sẽ gợi mở cho học sinh phát huy trí tưởng tượng phong phú, tinh thần say mê khám phá trước khi cùng thảo luận nhóm để đi đến những ý tưởng khả thi nhất.
Học sinh được khuyến khích tìm một người cố vấn STEM trong lĩnh vực quan tâm trong trường, trên địa bàn lân cận hoặc có thể trao đổi trực tuyến. Tuy nhiên, giáo viên hướng dẫn vẫn cần đảm bảo vai trò cố vấn, theo sát tiến trình nghiên cứu và đảm bảo tuân thủ thời hạn, quy trình thực hiện đề tài, dự án.
Cũng qua các chương trình tập huấn toàn diện này, nhiều ví dụ là các đề tài dự án của học sinh Việt Nam và nước ngoài đạt giải quốc gia và quốc tế được các chuyên gia giới thiệu, phân tích và thảo luận với các thầy cô. Nhiều thầy cô bộc lộ sự ngạc nhiên vì đây là lần đầu được tìm hiểu sâu sắc cả lý thuyết và bài học thực tiễn về công tác hướng dẫn học sinh tham gia nghiên cứu khoa học - kỹ thuật. Nhiều thầy cô đã mạnh dạn trình bày các ý tưởng và kế hoạch nghiên cứu với các chuyên gia, đồng nghiệp để nhận tư vấn chỉnh sửa, tiếp tục hướng dẫn cho học sinh thực hiện hiệu quả hơn.
Tài liệu tham khảo
[1] Paul D. Leedy, Jeanne Ellis Ornrid, 2021, Practical Research: Planning and Design, 12th Ed, Pearson.
[2] Darci J. Harland, 2011, STEM Student Research Handbook, National Science Teachers Association Press.