Khi học trò được luyện để “cãi thầy”

Giáo dục STEM (khoa học, kỹ thuật, công nghệ và toán) ngoài việc giúp học sinh rèn luyện các kỹ năng thực hành, sáng tạo, còn giúp phát triển tư duy tranh luận và phản biện nhờ vào phân tích, diễn giải dựa trên các bằng chứng thực tế trong suốt quá trình học.

Từ “Hands-on” đến “Minds-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). Tuy nhiên, như thế là chưa đủ.

Học sinh được khuyến khích sự tranh luận và phản biện để phát triển tư duy sâu sắc hơn về những trải nghiệm đó và bài học rút ra cho bản thân (Minds-on).

Để giúp học sinh có được những trải nghiệm thực tế, trước hết, các lớp học STEM phổ thông tại Mỹ được trang bị đầy đủ thiết bị và nguồn tài nguyên học tập để học sinh tự tiến hành các thí nghiệm hoặc các lớp học bên ngoài như đi tham quan sở thú, tham quan viện bảo tàng...

Thông qua hoạt động thí nghiệm, học sinh rèn luyện kỹ năng quan sát, lấy số liệu và ghi chép.

Các lớp STEM của học sinh tiểu học ở Mỹ vừa giúp rèn luyện kỹ năng sáng tạo, vừa rèn luyện tư duy tranh luận, phản biện.

Cách dạy học truyền thống ở một số nước thường đi kèm quan niệm “trò không được cãi thầy”. Nhưng ở Mỹ, các giáo viên làm ngược lại. Họ khuyến khích học sinh tranh luận và phản biện một cách cởi mở, xem đó là một cách học lành mạnh và bắt buộc phải có trong chương trình học phổ thông.

Cô Donna Ross, giáo viên khoa học ở một trường THPT tại San Diego, California, chia sẻ ở Diễn đàn giáo dục STEM quốc tế lần thứ 6 tại Florida:

“Tranh luận khoa học trong lớp học STEM là cách để giáo viên thuyết phục học sinh đưa ra ý kiến dựa trên chứng cứ khoa học. Điều này giúp trong việc phát triển tư duy khoa học và tạo cơ hội cho học sinh đặt câu hỏi nhiều hơn”.

Đồng quan điểm nhưng cô Kathy Armstrong, giáo viên Trường tiểu học Northside, Midway, Kentucky, lưu ý thêm: “Nhưng nếu giáo viên chỉ cho học sinh tranh luận mà không có hướng dẫn và khuyến khích tìm chứng cứ để thuyết phục thì tranh luận sẽ không có ý nghĩa”.

Trong một buổi học về các loại cây trồng giúp bảo vệ đất chống xói mòn dành cho học sinh lớp 4 và lớp 5, Kathy yêu cầu học sinh đánh giá khả năng giữ nước của các loại cây trong một thí nghiệm.

Các học sinh thu thập số liệu về lượng nước thoát ra ở mỗi chậu cây, sau đó mỗi nhóm đưa ra bằng chứng tranh luận về lý do tại sao các cây lại có khả năng bảo vệ đất, chống xói mòn khác nhau. Các em đi theo những câu hỏi gợi mở của cô Kathy như: “Vì sao nhóm của các em lại cho rằng điều đó là đúng?” hay “Các em tìm thêm những bằng chứng nào thuyết phục hơn được nữa không?”...

Các nhà nghiên cứu tại Diễn đàn giáo dục STEM đề nghị hai điều: thứ nhất, khi tham gia tranh luận, học sinh cần được khuyến khích rút ra những kinh nghiệm và kiến thức đã học trước đó; thứ hai, các tranh luận phải đưa ra được những lý lẽ có tính logic và chứng cứ khoa học nhằm thuyết phục người nghe.

Tại Mỹ, việc đề cao tư duy phản biện (critical thinking) trong quá trình học xuất phát từ những tranh luận mang tính khoa học đã được giảng dạy từ những cấp bậc phổ thông và tiểu học.

Các tiêu chuẩn giáo dục khoa học quốc gia của Mỹ cũng yêu cầu giáo viên phải tạo các cơ hội cho học sinh được trải nghiệm và phát triển khả năng suy nghĩ và hành động, bao gồm: đặt câu hỏi, lập kế hoạch và tiến hành khảo sát, sử dụng các công cụ và kỹ thuật thích hợp để thu thập dữ liệu, đưa ra các bằng chứng cho những lập luận trước đó.

Nhờ đó, tư duy phản biện của học sinh được hình thành trên cơ sở của những trải nghiệm và chứng cứ vững chắc.

Đối với bậc học cao đẳng và đại học, giáo dục STEM tại Mỹ dựa trên khẩu hiệu “Sinh viên có thể học hỏi nhiều hơn nếu chúng ta dạy họ ít hơn”, vốn xuất phát từ phương pháp học tập hợp tác “minds-on” do Schamel và Ayres phát triển (còn được gọi dưới các tên khác như “học dựa trên vấn đề” hoặc “học dựa vào truy vấn”).

Schamel và Ayres cho rằng sinh viên “học tốt nhất bằng cách được tự làm”, nghĩa là các sinh viên tự xây dựng câu hỏi cho chính mình dựa trên quan sát của họ, ngược lại với việc dạy truyền thống là giáo viên định trước một cấu trúc bài giảng lý thuyết có sẵn.

Các nghiên cứu gần đây cho thấy cách tiếp cận “minds-on” thu hút sinh viên trong quá trình học hơn. Họ làm các thí nghiệm, tự tìm cách giải quyết vấn đề, tư duy độc lập được phát triển.

Các lớp học được phân chia theo các nhóm, giống như cấu trúc xã hội, được quan sát các nhóm khác làm và có quyền nêu ý kiến đánh giá. Nhờ đó, tư duy phân tích và phản biện được phát triển có chiều sâu hơn.

Mô hình hóa để tư duy phản biện tốt hơn

Học sinh học các môn STEM được khuyến khích tạo ra các mô hình (model). Quá trình suy nghĩ và thảo luận để tạo ra các mô hình được gọi là mô hình hóa (modeling).

Chẳng hạn, học sinh tiểu học làm mô hình núi lửa phun trào từ giấm và bột nở (baking soda), học sinh THCS làm mô hình các hành tinh thuộc hệ mặt trời.

Câu hỏi đặt ra là tại sao không để các em xem hình ảnh vẽ, ảnh chụp hay phim mà cần làm mô hình? Bà Gina Vogt, chuyên gia Trung tâm mô hình hóa phân tử sinh học (Center for BioMolecular Modeling), Milwaukee, Wisconsin, trả lời:

“Mô hình khoa học là một cách thể hiện mang tính hệ thống, bao gồm các quy tắc và mối quan hệ trong hệ thống đó để giúp chúng ta suy nghĩ và kiểm tra các ý tưởng một cách dễ dàng hơn”.

Mô hình khoa học quen thuộc ở chương trình phổ thông có thể kể đến là mô hình vòng đời của bướm, chu trình nước và mô hình mạng lưới thức ăn giữa các sinh vật.

Cũng theo bà Gina Vogt, các mô hình cho phép nhìn được bức tranh tổng thể, không gian ba chiều, chẳng hạn mô hình nguyên tử, thấy được các mối liên hệ một cách trực quan, nhờ đó cho phép ta kiểm tra một ý tưởng nào đó hoặc phát triển mở rộng theo các chiều hướng khác nhau.

Chính nhờ đặc điểm “có thể kiểm tra được” trong các điều kiện khác nhau làm cho các góc nhìn của ta về một khái niệm nào đó cũng đa chiều và chuẩn xác hơn.

Ví dụ: nếu chỉ xem mô hình vẽ trong sách giáo khoa về hệ mặt trời, học sinh sẽ không thấy được sự chuyển động và khoảng cách tương đối giữa các hành tinh. Khi làm mô hình 3D, các em sẽ đánh giá tốt hơn về sự thay đổi trong hệ mặt trời.

Mô hình hóa, do vậy, giúp học sinh có được trải nghiệm về thiết kế, sử dụng khái niệm, đánh giá và sửa đổi cấu trúc của một hệ thống. Từ đó, có thể nhận thấy việc phát triển và chỉnh sửa những mô hình có sẵn sẽ giúp cho việc giải thích và dự đoán ngày càng tốt hơn. Nhờ đó học sinh hiểu sâu hơn về bản chất của khoa học và công nghệ.

Ngày nay, các mô hình trở nên quan trọng trong thực tiễn khoa học đương đại, cho phép các nhà khoa học làm sáng tỏ cấu trúc của các hệ thống phức tạp.

Chẳng hạn, các nghiên cứu về sự nóng lên toàn cầu, dịch bệnh học, các kịch bản thiên tai, phát triển hạt nhân, lý thuyết nguyên tử, và nghiên cứu các thuốc mới.

Nhiều nhà nghiên cứu giáo dục xem xét việc mô hình hóa là một thành phần quan trọng của sự hiểu biết khoa học cho cả các nhà khoa học và công chúng. Chính nhờ quá trình hiểu biết và phân tích mô hình mà ta có được những dự báo chính xác hơn cho tương lai trong tất cả các lĩnh vực của đời sống.

“Mô hình hóa các khái niệm và hệ thống các mối tương tác trong khoa học và công nghệ rất quan trọng, và chúng không chỉ nên được làm trên máy vi tính mà cần phải được thể hiện trong điều kiện thực tế” - tiến sĩ Laura Ruebush, Đại học Texas A&M, nói.

Tiến sĩ William McConnell, giáo sư chuyên ngành giáo dục tại Trường Virginia Wesleyan, Norfolk, Virginia, cũng đồng tình: “Với sự ra đời của máy in 3D ngày càng thân thiện, việc phát triển từ ý tưởng thành hiện thực được rút ngắn.

Học sinh và sinh viên có thể tự tay làm các mô hình để kiểm tra hoặc đánh giá một giả thuyết nào đó. Từ đó, những tranh luận và phản biện của học sinh được phát triển dựa vào các mô hình đã được kiểm tra”.

Các tiêu chuẩn giáo dục khoa học quốc gia thế hệ mới của Mỹ (NGSS) hiện nay cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của năng lực người học trong các khả năng trình bày mức độ hiểu biết khoa học phức tạp, lý luận, và phân tích, đặt câu hỏi về kết quả của người khác và chấp nhận phán xét dựa trên cơ sở của mô hình hóa các khái niệm và hiện tượng.

Đối với giáo dục STEM, đa số các nhà nghiên cứu giáo dục đều cho rằng mô hình hóa là không thể thiếu cho sự phát triển nhận thức và là một kỹ năng thực hành của những người làm khoa học.

Việc giảng dạy các bước làm mô hình hóa khoa học và vận dụng để phát triển tư duy bậc cao là rất quan trọng bởi đây được xem là cách duy nhất để làm rõ ràng về một khái niệm khoa học trừu tượng.

Một khi người học có khả năng mô hình hóa các khái niệm thì đó cũng là chỉ dấu của năng lực tư duy đa chiều và tư duy phản biện.

Và đó chính là một hành trình xuyên suốt trong giáo dục STEM tại Mỹ hiện nay, chú trọng phát triển tư duy tranh luận và phản biện thông qua đa dạng các hoạt động học tập, đi từ trải nghiệm thực tế đến việc xây dựng các mô hình, từ đó học sinh/sinh viên tự rút ra những kiến thức và bài học về khoa học và công nghệ hiện đại.■