Để tốt nghiệp chuyên ngành khoa học, sinh viên đại học ở Mỹ phải hoàn thành từ 40 đến 60 giờ tín chỉ của môn học khoa học. Điều đó có nghĩa là sinh viên phải dành khoảng 2.500 giờ trong lớp học trong suốt quá trình đại học của mình.
Các lớp khoa học thường yêu cầu sinh viên ghi nhớ các sự kiện thay vì dạy sinh viên cơ sở của tư duy khoa học. Ảnh: Getty Images
Tuy nhiên, nghiên cứu đã chỉ ra rằng bất chấp tất cả những nỗ lực đó, hầu hết các khóa học khoa học đại học chỉ cung cấp cho sinh viên sự hiểu biết rời rạc về các khái niệm khoa học cơ bản. Phương pháp giảng dạy củng cố việc ghi nhớ các dữ kiện biệt lập, tiếp tục từ chương này sang chương khác mà không nhất thiết tạo mối liên hệ giữa chúng, thay vì học cách sử dụng thông tin và kết nối các dữ kiện đó một cách có ý nghĩa.
Khả năng tạo ra những kết nối này cũng rất quan trọng cho sinh viên ngoài lớp học, bởi vì nó là cơ sở của kiến thức khoa học: khả năng sử dụng kiến thức khoa học để đánh giá chính xác thông tin và đưa ra quyết định dựa trên các dữ kiện có sẵn.
Là một nhà nghiên cứu giáo dục hóa học, tôi đã làm việc từ năm 2019 với đồng nghiệp Sonia Underwood để tìm hiểu thêm về cách sinh viên hóa học tích hợp và áp dụng kiến thức của họ vào các ngành khoa học khác.
Trong nghiên cứu gần đây nhất của chúng tôi, chúng tôi đã điều tra xem sinh viên đại học có thể sử dụng kiến thức hóa học của mình như thế nào để giải thích các hiện tượng sinh học trong thế giới thực. Chúng tôi đã làm điều này bằng cách yêu cầu sinh viên thực hiện các hoạt động được thiết kế để tạo ra những kết nối giữa các môn học.
Chúng tôi nhận thấy rằng mặc dù hầu hết sinh viên không được trao những cơ hội tương tự để chuẩn bị cho họ thực hiện những liên kết đó, nhưng những hoạt động như thế này có thể giúp ích - nếu chúng được đưa vào chương trình giảng dạy.
Học ba chiều
Một số lượng lớn các nghiên cứu cho thấy rằng giáo dục khoa học truyền thống, cho cả chuyên ngành khoa học và không chuyên ngành, không dạy tốt cho sinh viên khoa học cách áp dụng kiến thức khoa học của sinh viên và giải thích những điều mà sinh viên có thể chưa được học trực tiếp.
Với ý nghĩ đó, chúng tôi đã phát triển một loạt các hoạt động liên ngành được hướng dẫn bởi một khuôn khổ được gọi là “học tập ba chiều”.
Tóm lại, học tập ba chiều, được gọi là 3DL, nhấn mạnh rằng việc giảng dạy, học tập và đánh giá sinh viên đại học nên liên quan đến việc sử dụng các ý tưởng cơ bản trong một ngành học. Nó cũng nên liên quan đến các công cụ và quy tắc hỗ trợ sinh viên trong việc tạo kết nối trong và giữa các bộ môn. Cuối cùng, nó phải thu hút sinh viên sử dụng kiến thức của họ. Khung được phát triển dựa trên cách mọi người học tập như một cách để giúp tất cả sinh viên hiểu sâu sắc về khoa học.
Chúng tôi đã thực hiện điều này với sự hợp tác của Rebecca L. Matz, một chuyên gia trong lĩnh vực giáo dục khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học. Sau đó, chúng tôi đưa những hoạt động này vào lớp học.
Kết nối khoa học
Để bắt đầu, chúng tôi đã phỏng vấn 28 sinh viên đại học năm nhất chuyên ngành khoa học hoặc kỹ thuật. Tất cả đều được ghi danh vào các khóa học nhập môn hóa học và sinh học. Chúng tôi yêu cầu các sinh viên này xác định mối liên hệ giữa nội dung của các khóa học này và những gì họ tin là “thông điệp mang về nhà” từ mỗi khóa học.
Các sinh viên đã trả lời bằng danh sách phong phú các chủ đề, khái niệm và kỹ năng mà họ đã học được trong lớp. Một số, nhưng không phải tất cả, đã xác định chính xác những ý tưởng cốt lõi của mỗi ngành khoa học. Họ hiểu rằng kiến thức hóa học của họ rất cần thiết cho sự hiểu biết của họ về sinh học, nhưng không phải điều ngược lại cũng có thể đúng.
Ví dụ, các sinh viên đã nói về kiến thức họ thu được trong khóa học hóa học liên quan đến tương tác - tức là lực hút và lực đẩy - là điều quan trọng để hiểu cách thức và lý do tại sao các loài về hóa học cấu tạo nên DNA lại kết hợp với nhau.
Mặt khác, đối với khóa học sinh học của sinh viên, ý tưởng cốt lõi mà các sinh viên nói đến nhiều nhất là mối quan hệ cấu trúc - chức năng - cách hình dạng của các loài về hóa học và sinh học quyết định công việc của họ.
Tiếp theo, một tập hợp các hoạt động liên môn được thiết kế để hướng dẫn sinh viên sử dụng các ý tưởng và kiến thức cốt lõi của hóa học để giúp giải thích các hiện tượng sinh học trong thế giới thực.
Các sinh viên đã xem lại một ý tưởng hóa học cốt lõi và sử dụng kiến thức đó để giải thích một tình huống hóa học quen thuộc. Tiếp theo, họ áp dụng nó để giải thích một quá trình trong môn sinh học.
Trong một hoạt động khám phá tác động của quá trình axit hóa đại dương đối với các động vật biển có vỏ. Tại đây, các sinh viên được yêu cầu sử dụng các ý tưởng hóa học cơ bản để giải thích mức độ gia tăng của carbon dioxide trong nước biển đang ảnh hưởng đến các động vật biển có vỏ như san hô, trai và sò như thế nào.
Các hoạt động khác yêu cầu sinh viên vận dụng kiến thức hóa học để giải thích sự thẩm thấu - cách nước chuyển vào và ra khỏi tế bào trong cơ thể người - hoặc nhiệt độ có thể làm thay đổi tính ổn định của ADN người như thế nào.
Nhìn chung, các sinh viên cảm thấy tự tin vào kiến thức hóa học của mình và có thể dễ dàng giải thích các tình huống hóa học. Nhưng các sinh viên lại gặp khó khăn hơn khi áp dụng cùng một kiến thức hóa học để giải thích các quá trình sinh học.
Trong hoạt động axit hóa đại dương, đa số sinh viên đã có thể dự đoán chính xác mức độ gia tăng carbon dioxide ảnh hưởng đến mức axit của đại dương như thế nào. Tuy nhiên, không phải lúc nào sinh viên cũng có thể giải thích những thay đổi này ảnh hưởng đến sinh vật biển như thế nào bằng cách cản trở sự hình thành của lớp vỏ.
Những phát hiện này nhấn mạnh rằng một khoảng cách lớn vẫn còn giữa những gì sinh viên học được trong các khóa học khoa học của mình và mức độ chuẩn bị của mình để áp dụng thông tin đó. Vấn đề này vẫn còn tồn tại mặc dù vào năm 2012, Quỹ khoa học quốc gia Mỹ đã đưa ra một bộ hướng dẫn học tập ba chiều để giúp các nhà giáo dục thực hiện giảng dạy các môn khoa học hiệu quả hơn.
Vì đó, các sinh viên trong nghiên cứu của chúng tôi cho rằng những hoạt động này sẽ giúp họ thấy được mối liên hệ giữa hai ngành mà họ sẽ không nhận thức được khi nền giáo dục áp dụng được phương thức giảng dạy cải tiến hơn cho các bộ môn khoa học trong tương lai.
Thủy Phạm (Theo TheConversation)