Giới thiệu phòng học STEM ở Trường Cao đẳng Sư phạm Lạng Sơn

Giáo dục STEM  đang được nhiều nước có nền khoa học tiên tiến trên thế giới triển khai sâu, rộng trong chương trình giáo dục phổ thông. Hình thức giáo dục này đóng vai trò là đòn bẩy để thực hiện mục tiêu giáo dục năng lực cho các công dân tương lai, đáp ứng nhu cầu về khoa học, công nghệ.
Ở nước ta, giáo dục STEM đã chính thức được đưa vào Chương trình giáo dục phổ thông 2018 và được cụ thể hóa trong từng môn học như Toán, Khoa học tự nhiên, Vật lý, Hóa học, Sinh học, Công nghệ, Tin học của các cấp học, bậc học. Đặc biệt, Chỉ thị số 16/CT-TTg  ngày 04 tháng 5 năm 2017 và Quyết định số 552/QĐ-TTg ngày 14 tháng 5 năm 2018 của Thủ tướng chính phủ yêu cầu tăng cường năng lực tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, thúc đẩy triển khai giáo dục về STEM trong chương trình giáo dục phổ thông, tổ chức các hoạt động giáo dục tích hợp STEM với xu hướng phát triển ngành nghề của quốc gia, đáp ứng thị trường lao động, chuẩn bị điều kiện tạo nhân lực đáp ứng yêu cầu của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư.
Việc triển khai giáo dục STEM ở tỉnh Lạng Sơn đã được sự quan tâm lãnh đạo, chỉ đạo của UBND tỉnh. Ngày 10/8/2017, UBND tỉnh Lạng Sơn có văn bản số 795/UBND-KGVX về việc đăng ký các hoạt động, nhiệm vụ triển khai để thực hiện Chỉ thị số 16/CT-TTg “Thúc đẩy triển khai giáo dục STEM trong nhà trường phổ thông” và  ngày 17/5/2019 ban hành Quyết định số 904/QĐ-UBND về việc phê duyệt đề án thí điểm triển khai giáo dục STEM ở một số trường phổ thông trên địa bàn tỉnh Lạng Sơn đáp ứng chương trình giáo dục phổ thông mới. Vì vậy, việc xây dựng phòng học STEM có vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ  cơ sở vật chất phục vụ cho việc tổ chức dạy học cũng như là nơi học tập và nghiên cứu.
 
1. Một số mô hình phòng học STEM trên thế giới
 Future Classroom Lab là dự án của European Schoolnet nghiên cứu phòng học của Liên minh Châu Âu để đề xuất xây dựng các phòng học phù hợp với các hoạt động học tập của học sinh trong thế kỷ XXI. Trong đó, không gian phòng học cho khoa học, công nghệ tương ứng với 6 chức năng là không gian thảo luận - trao đổi ý tưởng (Exchange); không gian sáng tạo (Creative); không gian chế tạo/tìm tòi khám phá (Investigate); không gian trình bày/biểu diễn (Present); không gian để tương tác (Interact); không gian phát triển (Develop).
Makerspace - Không gian sáng chế là mô hình phòng thí nghiệm STEM hỗ trợ quy trình chế tạo sản phẩm theo quy trình thiết kế kỹ thuật. Đây là một không gian mở cho phép học sinh thực hiện nhiệm vụ chế tạo một cách tự do, theo sở thích và khả năng của bản thân. Không gian sáng chế có thể có hình dạng, kích thước đa dạng. Trong giáo dục STEM không gian sáng chế là không gian không thể thiếu để thực hiện các hoạt động học tập STEM. Tùy theo điều kiện của các trường học khác nhau, không gian sáng chế này có thể nhỏ với một số dụng cụ gia công đơn giản hoặc là một hệ thống phòng lớn với đầy đủ trang thiết bị hiện đại.
FabLab (Fabrication Laboratory) - Mô hình phòng thí nghiệm STEM toàn cầu. FabLab là nơi làm ra các mô hình kỹ thuật (prototype) phục vụ cho đổi mới sáng chế. FabLab bắt đầu như là một dự án mở rộng từ Trung tâm Bits and Atoms (CBA) của MIT, và trở thành một mạng lưới hợp tác toàn cầu, hiện nay đã có mặt tại hơn 30 quốc gia. Hiện nay, FabLab đang ngày càng phổ biến đối với các trường học và đóng vai trò như một nơi thực hiện các dự án và hoạt động thực hành của chương trình giáo dục STEM. Thông thường phòng FabLab được trang bị đa dạng các phương tiện hỗ trợ việc thiết kế và chế tạo các mô hình kỹ thuật như: Các dụng cụ cầm tay (kìm, kéo, cưa, khoan, mỏ hàn điện…), máy in 3D, máy khắc CNC, máy tiện… Tất cả các FabLab đều tham gia vào mạng lưới toàn cầu, cùng chia sẻ các công cụ và quy trình chung.
Mô hình Futureclassroom được mô tả như một không gian liên hoàn để học sinh tìm tòi, khám phá theo các quy trình đặc trưng của giáo dục STEM (quy trình 5E, quy trình 6E, quy trình tiếp cận nghiên cứu khoa học, quy trình tiếp cận theo thiết kế kỹ thuật…). Đây là mô hình phòng học lí tưởng, yêu cầu cao về mức đầu tư nên việc triển khai trong thực tiễn tại địa phương gặp khó khăn. Makerspace và FabLab là hai mô hình mở hướng tới việc trang bị các dụng cụ cần thiết để có thể hỗ trợ tốt nhất cho học sinh trong quá trình chế tạo sản phẩm. Các công cụ có thể được trang bị từ đơn giản đến phức tạp, hiện đại tùy thuộc vào điều kiện của nhà trường.
2. Xây dựng phòng học STEM ở Trường Cao đẳng Sư phạm Lạng Sơn
Qua quá trình nghiên cứu, tổng hợp trên nhiều nguồn tư liệu khác nhau, chúng tôi nhận thấy việc xây dựng phòng học STEM hiện nay thường đi theo hai hướng:
STEM lắp ráp: Đặc trưng của phòng STEM này chứa các bộ KIT, các bộ KIT này gồm các linh kiện trong đó học sinh được học về một chủ đề nào đó thông qua việc tìm hiểu lắp ráp sản phẩm. Và, một không gian dạy học thích hợp giúp học sinh có thể hoạt động nhóm, thảo luận tiến hành các hoạt động học trong đó có hoạt động lắp ráp. Các bộ KIT ở trong phòng học này được các hãng chế tạo (điển hình là các bộ lắp ghép Lego) phục vụ cho một chủ đề cụ thể. Ưu điểm của loại này là có hướng dẫn lắp ráp đầy đủ, giáo viên chỉ cần gia công sư phạm  là có thể tổ chức các hoạt động học được. Bên cạnh những ưu điểm, STEM loại này tồn tại những hạn chế như sau: Một là, giá thành của các bộ KIT cao do đó việc trang bị không phù hợp với đa số các trường học hiện nay. Hai là, việc trang bị sẵn các bộ KIT làm giảm tính linh hoạt sáng tạo của giáo viên và học sinh, hạn chế các phương án tổ chức dạy học các chủ đề.
STEM chế tạo: Khác với STEM lắp ráp, với STEM chế tạo các sản phẩm do học sinh thiết kế và chế tạo theo yêu cầu của bài học.
Phòng học STEM ở Trường Cao đẳng Sư phạm Lạng Sơn được xây dựng theo hướng  STEM chế tạo được trang bị những phương tiện và nguyên liệu hỗ trợ cho học sinh trong quá trình chế tạo các sản phẩm giống như mô hình Makerspace. Các phương tiện, dụng cụ chế tạo được trang bị từ các dụng cụ cầm tay như búa, kìm, cưa,… đến công cụ như khoan, bộ cắt đa năng, máy in 3D.
Phòng học STEM được chia làm hai không gian riêng biệt: Không gian sáng chế và không gian thử nghiệm, trưng bày sản phẩm. Trong không gian sáng chế, chúng tôi thiết kế thành 3 loại góc nhỏ phù hợp việc sáng tạo các sản phẩm đặc trưng. Một là, góc thiết kế và chế tạo mạch điện, điện tử. Hai là, góc nghiên cứu các sản phẩm tự động hóa, lập trình vi điều khiển, thiết kế và in 3D. Ba là, góc chế tạo các sản phẩm từ vật liệu tái chế, vật liệu dễ kiếm.
Góc thiết kế, chế tạo mạch điện, điện tử: Có các công cụ như các bảng cắm thử (test board) để thử nghiệm các sản phẩm; Các linh kiện điện tử cơ bản, các loại dây điện; Nguồn và các thiết bị đo lường như đồng hồ đo điện đa năng; Các thiết bị hỗ trợ việc hoàn thiện các sản phẩm điện tử như: Mỏ hàn, tay hỗ trợ hàn.
Góc nghiên cứu các sản phẩm tự động hóa, lập trình vi điều khiển, thiết kế và in 3D: Góc này có máy tính cài đặt phần mềm lập trình vi điều khiển, phần mềm thiết kế 3D, bộ học tập vi điều khiển, máy in 3D và các nguyên liệu in 3D.
Góc chế tạo các sản phẩm từ vật liệu tái chế, vật liệu dễ kiếm: Các loại công cụ cắt gọt thay đổi hình dạng của vật cần gia công như cưa, khoan, kéo, kìm búa…; Các công cụ ghép nối như mỏ hàn thiếc, súng keo nến,…
Ưu điểm của phòng học này là việc trang bị các công cụ đơn giản nhưng  phù hợp và rèn luyện được các kỹ năng, tính kiên trì, khéo léo khi sử dụng công cụ cho học sinh  tận dụng được các nguyên liệu tái chế, góp phần nâng cao ý thức bảo vệ môi trường. Có thể thấy rằng, quá trình vận hành phòng học STEM không đòi hỏi nhiều kinh phí, đồng thời nâng cao sức sáng tạo của giáo viên cũng như học sinh trong quá trình triển khai dạy học.
3. Hướng ứng dụng của phòng học STEM tại trường Cao đẳng Sư phạm Lạng Sơn
Phòng học STEM là môi trường học tập được tích hợp đầy đủ từ thiết bị, công nghệ đến chương trình giảng dạy, kiểm tra - đánh giá. Tất cả các yếu tố đó hỗ trợ lẫn nhau tạo ra một không gian học tập mới mẻ thu hút học sinh ở mọi lứa tuổi, mọi sở thích và khả năng. Học sinh được khám phá, giải quyết vấn đề, hợp tác và sáng tạo. Bắt kịp với xu thế, Trường Cao đẳng Sư phạm Lạng Sơn đã xây dựng phòng học STEM nhằm đáp ứng yêu cầu đổi mới căn bản và toàn diện giáo dục và chuẩn bị cho chương trình giáo dục phổ thông  2018. Vì vậy, phòng học sẽ được ứng dụng trong việc giảng dạy theo chương trình dạy học ở Trường Tiểu học và Trung học Cơ sở Lê Quý Đôn, hướng dẫn học sinh tham gia các cuộc thi sáng tạo khoa học kỹ thuật thanh thiếu niên nhi đồng, đặc biệt có thể ứng dụng  trong bồi dưỡng giáo viên dạy học các chủ đề STEM ở trường Tiểu học và Trung học cơ sở.
Có thể nói rằng, việc xây dựng phòng học STEM tại Trường Cao đẳng Sư phạm Lạng Sơn là một giải pháp hữu hiệu, thể hiện tính mới, tính sáng tạo đáp ứng Chương trình giáo dục phổ thông 2018. Việc quản lý và sử dụng phòng học có hiệu quả hay không còn phụ thuộc vào việc đầu tư, bảo trì cơ sở vật chất, trang thiết bị cũng như năng lực hướng dẫn thiết kế, sử dụng các phương tiện, công cụ trong phòng học một cách linh hoạt, sáng tạo với từng chủ đề bài học, phù hợp với đối tượng học sinh. Đặc biệt là phương pháp giảng dạy của giáo viên và  những ý tưởng sáng tạo vượt trội để truyền cảm hứng sáng tạo đến cho học sinh. Hy vọng rằng, với sự hấp dẫn của phương thức học qua làm, học qua trải nghiệm sẽ khai phóng được tiềm năng của học sinh, đáp ứng yêu cầu dạy học phát triển năng lực và phẩm chất./.