Tích hợp tư duy thiết kế vào giáo dục STEM nhằm nâng cao kỹ năng giải quyết vấn đề của học sinh trung học phổ thông

Trong bối cảnh mô hình giáo dục STEM hiện nay vẫn còn hạn chế về khả năng gắn kết lý thuyết với thực tiễn, khiến học sinh chưa thực sự phát huy được năng lực giải quyết vấn đề trong môi trường học tập. Trước thực trạng đó, nghiên cứu đề xuất một hướng tiếp cận mới đó là tích hợp tư duy thiết kế vào quá trình dạy học STEM nhằm nâng cao hiệu quả học tập và phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh trung học phổ thông.

Tư duy thiết kế là một quy trình sáng tạo gồm năm giai đoạn: (1) Thấu cảm; (2) Xác định vấn đề; (3) Phát triển ý tưởng; (4) Tạo mẫu; (5) Kiểm thử. Phương pháp này đặt trọng tâm vào việc hiểu sâu sắc nhu cầu và bối cảnh của người dùng, từ đó xây dựng và điều chỉnh các giải pháp phù hợp thông qua quá trình lặp lại liên tục. Mặc dù vốn được sử dụng nhiều trong lĩnh vực thiết kế và kỹ thuật, tư duy thiết kế ngày càng chứng tỏ được tiềm năng ứng dụng trong giáo dục, đặc biệt là giáo dục STEM - nơi học sinh cần vận dụng kiến thức liên ngành để giải quyết các vấn đề thực tiễn.

Nghiên cứu đặt ra ba câu hỏi trọng tâm: (1) Mô hình tích hợp tư duy thiết kế có phù hợp với giáo dục STEM không? (2) Mối quan hệ giữa các giai đoạn của tư duy thiết kế trong bối cảnh học tập STEM là gì? (3) Mô hình này có khả thi trong việc triển khai ở bậc THPT hay không?

Để trả lời ba câu hỏi này, nghiên cứu sử dụng phương pháp hỗn hợp, bao gồm nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm. Về mặt lý thuyết, nghiên cứu xây dựng một quy trình dạy học STEM tích hợp đầy đủ năm giai đoạn của tư duy thiết kế. Về mặt thực nghiệm, nghiên cứu được triển khai trên 334 học sinh lớp 11 từ ba trường THPT, với sự hướng dẫn của 12 giáo viên đã được tập huấn về phương pháp dạy học tích hợp. Học sinh tham gia thực hiện các dự án STEM theo mô hình tư duy thiết kế, điển hình là dự án thiết kế cánh tay robot thủy lực, trong đó các em phải tự tìm hiểu, đề xuất giải pháp, tạo mẫu và kiểm thử.

Bộ công cụ đánh giá được phát triển dựa trên khung năng lực giải quyết vấn đề của PISA và yêu cầu của Bộ Giáo dục và Đào tạo Việt Nam, gồm các tiêu chí tương ứng với từng giai đoạn của mô hình tư duy thiết kế. Dữ liệu được thu thập thông qua bảng hỏi và chấm điểm sản phẩm học tập theo thang đo Likert 5 mức độ. Kết quả được phân tích bằng phần mềm SPSS và AMOS, sử dụng các phương pháp phân tích độ tin cậy (Cronbach’s alpha), phân tích tương quan Pearson và phân tích nhân tố khẳng định (CFA).

Nguồn: Pexels.com

Kết quả nghiên cứu cho thấy mô hình tích hợp tư duy thiết kế có độ phù hợp cao với giáo dục STEM, thể hiện qua các chỉ số thống kê như CFI = 0.994 và RMSEA = 0.020. Các hệ số tải chuẩn hóa của từng giai đoạn đều cao, từ 0.82 trở lên, cho thấy các chỉ báo đo lường tốt các khía cạnh cần thiết. Giá trị độ tin cậy tổng hợp (CR) đạt trung bình 0.949, khẳng định tính nhất quán nội tại của mô hình.

Phân tích tương quan cho thấy mối quan hệ chặt chẽ giữa các giai đoạn trong quy trình tư duy thiết kế. Đặc biệt, cặp giai đoạn xác định vấn đề - phát triển ý tưởng có hệ số tương quan r = 0.731 và tạo mẫu - kiểm thử có r = 0.709, cho thấy vai trò quan trọng của sự lặp lại trong quá trình học tập. Ngoài ra, mối liên hệ giữa giai đoạn thấu cảm và kiểm thử (r = 0.563) cũng cho thấy việc hiểu rõ nhu cầu thực tế từ ban đầu có ảnh hưởng nhất định đến việc đánh giá hiệu quả giải pháp cuối cùng.

So sánh giữa nhóm thực nghiệm và nhóm đối chứng cho thấy nhóm học sinh được học theo mô hình tích hợp có sự vượt trội rõ rệt về kỹ năng giải quyết vấn đề. Biểu đồ radar thể hiện rằng diện tích kỹ năng của nhóm thực nghiệm gần gấp đôi nhóm đối chứng, phản ánh mức độ phát triển toàn diện hơn ở các tiêu chí như thấu cảm, tư duy sáng tạo, áp dụng kiến thức liên môn và tự đánh giá hiệu quả giải pháp.

Kết quả nghiên cứu cho thấy, tư duy thiết kế không chỉ là công cụ sáng tạo mà còn là chiến lược sư phạm hiệu quả trong giáo dục STEM. Việc cho phép học sinh thử - sai, lặp lại và điều chỉnh giúp các em phát triển tư duy phản biện, tính kiên trì và khả năng thích ứng linh hoạt - những kỹ năng thiết yếu trong thời đại mới. Đặc biệt, tính lặp lại giữa các giai đoạn như “xác định vấn đề -phát triển ý tưởng” hay “tạo mẫu-kiểm thử” góp phần nâng cao hiệu quả học tập và chất lượng giải pháp học sinh đưa ra. Tuy nhiên, nghiên cứu chỉ ra một số hạn chế, trong đó đáng chú ý là cỡ mẫu còn giới hạn và mức độ kinh nghiệm không đồng đều giữa các giáo viên tham gia giảng dạy thử nghiệm. Do đó, các nghiên cứu tiếp theo nên mở rộng quy mô, đa dạng hóa bối cảnh triển khai và tiếp tục hoàn thiện công cụ đo lường để nâng cao độ tin cậy và khả năng khái quát của mô hình.

Như vậy, mô hình tích hợp tư duy thiết kế vào giáo dục STEM được chứng minh là phù hợp, hiệu quả và có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong dạy học trung học phổ thông. Mô hình này không chỉ giúp học sinh tiếp cận kiến thức một cách thực tiễn, sáng tạo mà còn phát triển năng lực tự học, hợp tác và giải quyết vấn đề - những năng lực cốt lõi trong thời đại chuyển đổi số.

Hoàng Dũng lược dịch

Nguồn:

Nguyện, L. C., Hoa, H. Q., & Hien, L. H. P. (2025). Integrating design thinking into STEM education: Enhancing problem-solving skills of high school students. Eurasia Journal of Mathematics, Science and Technology Education, 21(4), em2611. https://doi.org/10.29333/ejmste/16084