HƯỚNG DẪN TỔ CHỨC, THỰC HIỆN HOẠT ĐỘNG NGHIÊN CỨU KHOA HỌC KỸ THUẬT HIỆU QUẢ TRONG TRƯỜNG PHỔ THÔNG

Giáo dục STEM ngày càng thu hút được sự quan tâm và thực hiện trên thực tế tại Việt Nam, đặc biệt trong bối cảnh triển khai chương trình giáo dục phổ thông 2018 – Chương trình tổng thể. Với mục tiêu đổi mới đổi mới cách dạy và học theo định hướng phát triển phẩm chất, năng lực học sinh, từ năm học 2011 – 2012, Bộ Giáo dục và Đào tạo (GDĐT) đã triển khai hoạt động nghiên cứu khoa học và hàng năm hướng dẫn triển khai hoạt động nghiên cứu khoa học (NCKH) và tổ chức Cuộc thi Khoa học kỹ thuật (KHKT) cấp quốc gia học sinh trung học. Mục tiêu của các cuộc thi nhằm khuyến khích học sinh trung học nghiên cứu khoa học; sáng tạo kĩ thuật, công nghệ và vận dụng kiến thức của các môn học vào giải quyết những vấn đề thực tiễn; góp phần đổi mới hình thức tổ chức dạy học gắn với phát triển văn hóa đọc; thúc đẩy giáo viên tự bồi dưỡng nâng cao năng lực chuyên môn, nghiệp vụ; nâng cao chất lượng dạy học trong các cơ sở giáo dục trung học; khuyến khích các cơ sở giáo dục đại học, cao đẳng, cơ sở nghiên cứu, các tổ chức và cá nhân hỗ trợ hoạt động nghiên cứu nghiên cứu khoa học của học sinh trung học.

Do đó, tầm quan trọng của việc đổi mới, nâng cao chất lượng, giáo dục khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học (STEM) đã trở thành một chủ đề nóng và phổ biến trong những năm gần đây. Tuy nhiên, rõ ràng sự thiếu nhất quán, đồng bộ trong triển khai thực hiện nhất là khi chưa có những quy định chặt chẽ khiến hoạt động giáo dục STEM mà học sinh trung học nhận được chưa tương xứng với kỳ vọng.

Ngày 14 tháng 8 năm 2020, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã ra công văn số 3089/BGDĐT-GDTrH về việc triển khai thực hiện giáo dục STEM trong giáo dục trung học [1]. Theo đó, trên cơ sở nghiên cứu đặc thù môn học và điều kiện cơ sở vật chất thực tế tại từng đơn vị, các nhà trường có thể áp dụng linh hoạt ba hình thức tổ chức giáo dục STEM bao gồm: (1) Dạy học các môn khoa học theo bài học STEM, (2) Tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM và (3) Tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học, kỹ thuật. Trong đó, nội dung bài học STEM được trình bày tương ứng với mỗi hình thức kể trên. Đây là nỗ lực đáng ghi nhận của Bộ Giáo dục và Đào tạo nhằm tạo định hướng và hướng dẫn cho các đơn vị trong ngành giáo dục tổ chức thực hiện. Tuy nhiên, thiếu sót nằm ở chỗ không có phương pháp luận, quy trình và cách thức tổ chức triển khai và chương trình tập huấn đào tạo chi tiết nên tại các đơn vị nhà trường còn bối rối, chưa hiểu hay chưa có phương pháp, cách thức triển khai hiệu quả.

Nghiên cứu là một quá trình thu thập, phân tích, giải thích thông tin hay dữ liệu một cách có hệ thống nhằm tăng cường sự hiểu biết về hiện tượng chúng ta quan tâm hoặc đang nghiên cứu. Điều này tương tự khi chúng ta cũng sử dụng phương pháp tiếp cận một cách có hệ thống để thu thập và giải thích thông tin mỗi khi cần giải quyết một vấn đề nào đó trong cuộc sống. Khi tham gia nghiên cứu, chức năng của nhà nghiên cứu là đóng góp vào sự hiểu biết về hiện tượng và truyền đạt những khám phá, sự hiểu biết đó cho những người khác hay cộng đồng [2].

Các kỹ năng nghiên cứu là những khả năng cần thiết để thực hiện một nghiên cứu, bao gồm các chiến lược và công cụ có thể đạt được. Chúng bao gồm các kỹ năng giải quyết vấn đề, tư duy phản biện, phân tích và trình bày phổ biến kiến thức, kết quả hay thuyết phục. Do vậy, nếu học sinh được thực hành, trải nghiệm nghiên cứu ở các cấp học khác nhau, đặc biệt trong giai đoạn trung học cơ sở hay trung học phổ thông trước khi lên bậc học cao hơn như đại học, các em sẽ được rèn luyện và xây dựng các kỹ năng quan sát, vận dụng, phối hợp và thấm nhuần thái độ nghiên cứu nghiêm túc, thói quen tìm hiểu hoặc giải quyết vấn đề và tất cả các đặc điểm của một nhà nghiên cứu giỏi bên cạnh việc sở hữu kiến thức về kỹ năng thực hiện nghiên cứu, các phương pháp và vật liệu cần thiết để giải quyết vấn đề, thu thập dữ liệu thực nghiệm hoặc quan sát, phân tích dữ liệu và rút ra những phát hiện để chia sẻ hay thuyết phục những người khác [3].

            Song song với việc xác định mục tiêu và kế hoạch của nhà trường mỗi năm học, nhà trường cùng thầy cô phụ trách cần chủ động xác lập mục tiêu đối với hoạt động nghiên cứu khoa học và kỹ thuật dành cho học sinh. Có được mục tiêu tổng quát và mục tiêu cụ thể sẽ giúp nhà trường, giáo viên phụ trách linh hoạt trong công tác xây dựng kế hoạch, tổ chức thực hiện và hỗ trợ giúp đỡ học sinh tham gia nghiên cứu.

            Mục tiêu chính là định hướng, kim chỉ nam cho việc xây dựng kế hoạch và tổ chức thực hiện. Đối với hoạt động nghiên cứu trong nhà trường phổ thông còn nhiều khó khăn, đặc biệt liên quan tới nội dung kiến thức, kĩ năng, kỹ thuật chuyên sâu và trang bị cơ sở vật chất cần thiết. Các kế hoạch chi tiết cũng gợi mở thông tin để nhà trường xây dựng phương án về tài chính để đầu tư cho các hoạt động định hướng, hỗ trợ học sinh thực hiện các dự án, đề tài nghiên cứu. Chính vì vậy, một kế hoạch chi tiết, đầy đủ, thông minh, với các chỉ tiêu định lượng và mốc thời gian cụ thể, thực tế sẽ khả thi và linh hoạt trên thực tế.

            Mục tiêu giúp định hướng, kế hoạch đảm bảo cho việc thực hiện thành công. Tuy nhiên, các đơn vị, nhà trường, giáo viên tham gia hướng dẫn học sinh nghiên cứu khoa học cũng nhờ đó mà xác định trước những khó khăn, hạn chế khi tổ chức cho các học sinh thực hiện. Đó là quỹ thời gian eo hẹp cần bố trí, sắp xếp dành cho các hoạt động nghiên cứu của học sinh. Ngoài ra, trang thiết bị và phòng thí nghiệm tại trường phổ thông còn thiếu thốn, thậm chí thô sơ. Học sinh khi tham gia các nghiên cứu có thể sẽ phải thực hiện công tác điều tra, khảo sát tại nhiều địa điểm ngoài trường học, do đó đòi hỏi sự chuẩn bị và giám sát của giáo viên hướng dẫn. Nếu chưa có kế hoạch tài chính cụ thể cũng sẽ ảnh hưởng không nhỏ tới quá trình thực hiện nghiên cứu của học sinh.

Có nhiều cách mà sở ban ngành, nhà trường, giáo viên có thể tích hợp các dự án nghiên cứu dài hạn vào chương trình giảng dạy khoa học và công nghệ trong nhà trường. Đôi khi chỉ cần bắt đầu với việc một giáo viên tâm huyết giúp đỡ một vài học sinh đầy tham vọng, ham học hỏi để thực hiện nghiên cứu của các em trước và sau giờ học. Giáo viên có thể lồng ghép một dự án nghiên cứu dài hạn vào một khóa học hiện có (theo học kỳ hay năm học) và sau đó làm việc sát sao để cung cấp những nội dung cần thiết để hỗ trợ học sinh để các em tiếp tục hoàn thành dự án của mình. Tại một số đơn vị, trường học tiên tiến các hợp phần hay nội dung nghiên cứu được tích hợp vào chương trình giảng dạy một cách có hệ thống và linh hoạt để sau khi tốt nghiệp học sinh đã có thêm trải nghiệm thực hiện nhiều dự án nghiên cứu ở các mức độ khó khác nhau. Đôi khi nhà trường có thể xây dựng chương trình toàn khoá hay ngoại khoá để học sinh có thể dành thời gian, tập trung thực hiện các dự án, đề tài nghiên cứu khoa học kỹ thuật.

            Nhà trường cần lập nhóm khoa học bao gồm các giáo viên cốt cán có chuyên môn vững vàng và đam mê đối với lĩnh vực nghiên cứu, đối với giáo dục STEM. Các giáo viên chuyên môn cùng giáo viên phụ trách đảm đương trách nhiệm lên chương trình đào tạo, nội dung đào tạo và tổ chức hoạt động nghiên cứu. Câu lạc bộ STEM sẽ là nơi cung cấp kiến thức, không gian, công cụ và cơ hội để học sinh được rèn luyện, luyện tập các kĩ năng cần thiết dưới sự giám sát, đào tạo của giáo viên để các em có thể làm quen và bước vào thực hiện các đề tài, dự án nghiên cứu một cách hiệu quả.

Để làm được việc này, nhà trường có thể thiết lập một hệ thống giáo viên hướng dẫn của trường để theo sát (ví dụ mỗi đề tài hay một nhóm đề tài cần một giáo viên hướng dẫn riêng) để đảm bảo và chịu trách nhiệm cho tính an toàn của đề tài. Giáo viên hướng dẫn cũng sẽ trao đổi ý kiến, hướng dẫn học sinh cách giải quyết vấn đề, các bước tiến hành nghiên cứu cũng như kết nối tìm kiếm thông tin hay nguồn lực giúp học sinh thực hiện đề tài, dự án.

            Tiền đề để học sinh và giáo viên có thể phát triển kiến thức nền tảng, ý tưởng nghiên cứu cũng như các hiểu biết về tự nhiên, xã hội là thông qua học hỏi từ sách, báo, tạp chí, tham vấn chuyên gia…Sự phong phú và bề sâu của kiến thức có được qua nhiều thể loại, chuyên mục sách khác nhau sẽ giúp ích cho học sinh hình thành suy nghĩ, ý tưởng và khơi dậy sự tò mò, ham tìm hiểu. Do đó, phát triển văn hoá đọc trong nhà trường là bước triển khai rất 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 [4].

            Bên cạnh phát triển văn hoá đọc trong nhà trường phổ thông, một mặt nhằm thúc đẩy giáo dục STEM cũng như xây dựng nền tảng vững chắc cho triển khai nghiên cứu khoa học kỹ thuật trong học sinh phổ thông, việc khởi xướng xây dựng và duy trì phát triển hệ sinh thái STEM là vấn đề thiết yếu. Hệ sinh thái STEM (xem Hình 1) là một tổ hợp các thành phần, cộng tác năng động hữu cơ giữa các chương trình giáo dục trong nhà trường, chương trình ngoài nhà trường, các tổ chức chuyên môn STEM như bảo tàng, trung tâm khoa học, viện nghiên cứu, tổ chức giáo dục đại học, các hội nghề nghiệp, các doanh nghiệp, tổ chức cộng đồng, thanh thiếu niên và gia đình để tạo ra các cơ hội học tập và trải nghiệm, 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 kĩ năng chuyên môn cần có sự tư vấn, chỉ bảo của các nhà khoa học, chuyên gia chuyên ngành. Một số các 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.

Hình 1. Mô hình mô tả hệ sinh STEM [5]

Đối với học sinh bậc phổ thông, tham gia quá trình nghiên cứu khoa học và kỹ thuật có thể thú vị và bổ ích, nhưng nó cũng có thể mang đến một số thách thức. Với một số học sinh, ý tưởng nghiên cứu có thể khiến các em không nghĩ đến một hoạt động thú vị, đầy hấp dẫn, hồi hộp và vui vẻ. Nhưng với nhiều học sinh khác và cả giáo viên hướng dẫn hay bảo trợ, những người có đam mê và muốn hiểu sâu hơn về một chủ đề hay tò mò muốn tìm hiểu thêm về một ý tưởng hoặc vấn đề, cũng không tự coi mình là “nhà nghiên cứu”. Và ngay cả những học sinh quyết tâm, dấn thân thực hiện nghiên cứu để khám phá những câu trả lời, cũng có thể không chắc chắn về cách bắt đầu hành trình nghiên cứu của mình.

            Học sinh phổ thông tại Việt Nam hầu như chưa được tiếp cận và thực hành về khái niệm phương pháp nghiên cứu khoa học và quy trình thiết kế kỹ thuật, hai phương pháp cơ sở và nền tảng của mọi nghiên cứu khoa học kỹ thuật. Vì vậy, các em thường gặp nhiều bối rối, khó khăn khi bắt đầu thực hiện các đề tài, dự án. Nhằm tạo điều kiện cho học sinh nắm bắt bản chất vấn đề, phát hiện các vấn đề và hình thành ý tưởng nghiên cứu cũng như xây dựng đề cương, kế hoạch nghiên cứu và thiết kế thí nghiệm, xây dựng mô hình hay chế tạo sản phẩm thành công, giáo viên hướng dẫn cần tập huấn và đào tạo nội dung này thành thục cho học sinh. Các bước cơ bản và các điểm tương đồng và khác biệt giữa phương pháp nghiên cứu khoa học và quy trình thiết kế kỹ thuật được trình bày ở Hình 2.

Phương pháp nghiên cứu khoa học là một chủ đề cơ bản và nền tảng của mọi chương trình giảng dạy khoa học. Tuy nhiên, có nhiều tài liệu cho rằng nếu học sinh có thể mô tả quy trình khoa học không có nghĩa là các em có thể thực hiện tư duy khoa học hoặc thể hiện kỹ năng tìm hiểu hiệu quả. Vì vậy, nếu không tự mình trải qua quá trình khoa học từ đầu đến cuối, học sinh khó có thể thực sự hiểu được bản chất của khoa học, đặc biệt là quá trình tìm hiểu khoa học thường là phi tuyến tính.

Thông qua trải nghiệm nghiên cứu đích thực học sinh phổ thông sẽ được trang bị các kỹ năng lý luận khoa học cần thiết mà ngay cả giáo viên phổ thông và giảng viên đại học cũng mong muốn. Mặc dù trong một số lớp học STEM có sử dụng phòng thí nghiệm với các quy trình mà học sinh chỉ cần ghi lại kết quả, nhưng cũng có thể linh hoạt và sáng tạo sử dụng nhiều hình thức và phương pháp học tập khác như học tập thông qua giải quyết vấn đề (problem-based learning). Một số nghiên cứu được thực hiện trong lớp học phổ thông cho thấy rằng khi giáo viên cho học sinh thực hiện các dự án dựa trên giải quyết vấn đề và thí nghiệm khám phá, học sinh không chỉ tiếp thu nội dung giống như trong các bài giảng mà còn có phát triển được tư duy phản biện và kỹ năng giải quyết vấn đề. Do đó, các hình thức và phương pháp học tập như vậy thường đóng một vai trò quan trọng trong các chương trình đào tạo STEM và các câu lạc bộ khoa học, hướng dẫn học sinh nghiên cứu.

Từ việc tập huấn và đào tạo cho học sinh tham gia nghiên cứu khoa học, mô hình giáo dục truyền thống với trung tâm là người giáo viên đã chuyển sang mô hình lấy người học – học sinh làm trung tâm. Thay vì giáo viên đưa ra các câu hỏi và ý tưởng nghiên cứu để học sinh tìm hiểu, thay vì giáo viên thiết kế các vấn đề hay câu hỏi để học sinh trả lời, từ đây học sinh sẽ được chủ động tham gia và được trang bị các kiến thức, kĩ năng giải quyết vấn đề, tự thiết kế các thí nghiệm, kiểm soát các nghiên cứu của mình. Điều này sẽ tạo động lực cho học sinh sáng tạo khiến các em tự tin về khả năng kiểm soát, làm chủ đề tài nghiên cứu.

            Mặc dù các dự án, đề tài nghiên cứu có thể khác nhau về mức độ phức tạp và thời gian tiến hành, nhưng nhìn chung quá trình nghiên cứu thường gồm bước rõ ràng như trong Hình 3. Có thể thấy quá trình nghiên cứu là một vòng lặp tuần hoàn liên quan nhiều bước.

Hình 3. Quy trình nghiên cứu

            Bước 1 – Xây dựng ý tưởng đề tài, học sinh cần trả lời được câu hỏi các em muốn tìm hiểu, nghiên cứu vấn đề gì. Các nghiên cứu thường bắt đầu với một vấn đề – một câu hỏi chưa có câu trả lời – liên quan đến một chủ đề chúng ta quan tâm và lo lắng. Động lực cho tất cả các nghiên cứu tốt là mong muốn khám phá, thu được thông tin mới giúp nâng cao hiểu biết chung của chúng ta về các hiện tượng vật lý, sinh học, xã hội hoặc tâm lý. Ở mức tối thiểu, các nhà nghiên cứu giỏi là những người luôn có sự tò mò: Họ thực sự muốn tìm hiểu thêm về một chủ đề cụ thể. Nhiều người trong số họ cũng được thúc đẩy để xác định các giải pháp khả thi cho các vấn đề địa phương, khu vực hoặc toàn cầu hay các giải pháp có thể trực tiếp hoặc gián tiếp nâng cao phúc lợi của nhân loại hoặc của môi trường vật lý, sinh học và xã hội mà chúng ta đang sống.

Khi hướng dẫn học sinh tìm kiếm ý tưởng đề tài, giáo viên có thể khuyến khích học sinh nghĩ về chủ đề mà các em quan tâm và tự xem xét những câu hỏi sau: Tình huống như vậy là như thế nào? Tại sao lại xảy ra hiện tượng như vậy? Liệu một sự can thiệp như vậy có thể thay đổi tình hình hiện tại của vấn đề không? Tất cả nó có nghĩa gì? Với những câu hỏi như thế này, nghiên cứu đã có thể bắt đầu. Tuy nhiên, để thực sự có hiệu quả, các thầy cô giáo trong nhóm khoa học sẽ phản biện nghiêm túc các ý tưởng của học sinh. Để hiệu quả hơn, giáo viên hướng dẫn cần tham khảo chuyên gia, cố vấn tại các viện nghiên cứu, trường đại học về các ý tưởng nghiên cứu để đảm bảo rằng ý tưởng nghiên cứu có tính sáng tạo; có tính mới về khoa học hoặc kỹ thuật hay có thể mới về cách tiếp cận và giải quyết vấn đề, có ý nghĩa cho cộng đồng và xã hội; có tính khả thi tương ứng về thực tiễn thời gian, kiến thức nền và đầu tư tài chính của nhà trường và gia đình học sinh; ý tưởng không quá rộng, không quá tổng quát nhưng cũng không nên quá hẹp. Giáo viên và học sinh có thể tham khảo các ý tưởng từ những cuộc thi khoa học kỹ thuật trước đây trong nước và quốc tế, tìm hiểu từ thực tiễn và nhu cầu của cuộc sống, đặc biệt hữu ích nếu có thể gắn bó với bối cảnh của địa phương, nhà trường hay chính nhu cầu của học sinh.

            Bước 2 – Viết đề cương nghiên cứu, giáo viên hướng dẫn học sinh để xác định các biến số, các tham số cần kiểm tra và đo lường cũng như xác định các kĩ năng thí nghiệm và nguồn lực về phòng thí nghiệm cần thiết phục vụ cho học sinh thực hiện đề tài. Nếu chưa có đủ kinh nghiệm và kiến thức chuyên sâu, tốt hơn hết là cả giáo viên và học sinh tham khảo ý kiến của người cố vấn hoặc các chuyên gia, kỹ sư, nhà khoa học có kinh nghiệm. Tại đây, học sinh cần có khả năng trình bày rõ ràng và cụ thể mục tiêu của nỗ lực nghiên cứu. Bước quan trọng tiếp theo là xác định vấn đề hoặc câu hỏi – hay còn gọi là vấn đề nghiên cứu – mà học sinh sẽ giải quyết. Mục tiêu cuối cùng của nghiên cứu phải được đặt ra trong một câu hoàn chỉnh về mặt ngữ pháp xác định cụ thể và chính xác câu hỏi mà học sinh sẽ cố gắng trả lời. Khi mô tả mục tiêu của mình bằng các thuật ngữ rõ ràng, cụ thể, học sinh đã có một ý tưởng tốt về những gì cần phải hoàn thành và có thể định hướng nỗ lực của mình cho phù hợp.

            Bước 3 – Nghiên cứu tổng quan đòi hỏi học sinh cần có những kiến thức nền về vấn đề nghiên cứu. Giáo viên cùng hoc sinh có thể tự tìm đọc các sách giáo khoa, bài giảng liên quan tới kiến thức của đề tài. Ngoài ra, bổ sung thêm nguồn kiến thức ngoài sách giáo khoa thông qua các bài báo khoa học từ các cơ sở dữ liệu chính thống như Science Direct, Springer, Google Scholar…hoặc các sách chuyên ngành do các chuyên gia giới thiệu. Với sự hỗ trợ của các công cụ tìm kiếm trực tuyến, các hình thức liên lạc thuận tiện qua Internet, học sinh có thể tìm và liên lạc các chuyên gia người Việt (trong và ngoài nước) và chuyên gia nước ngoài (qua blog, facebook, hay email..) để được trao đổi và hướng dẫn. Thông qua tìm hiểu tổng quan, cần xác định được các biến số độc lập và phụ thuộc cũng như các thực thể và đối tượng nghiên cứu cụ thể.

            Bước 4 – Viết thuyết minh là giai đoạn giúp học sinh xác định các giả định chung – và có thể cả các giả thuyết cụ thể – làm cơ sở cho nỗ lực nghiên cứu. Giả định là một điều kiện được coi là đương nhiên, nếu không có nó thì dự án nghiên cứu sẽ trở nên vô nghĩa. Trong nội dung này, giáo viên cần hỗ trợ học sinh xây dựng các giả thuyết, thực hiện một số thí nghiệm tiên phong, rèn luyện các kỹ năng phòng thí nghiệm, viết theo văn phong khoa học, tìm hiểu các vấn đề liên quan đến đạo đức khoa học và an toàn phòng thí nghiệm cũng như xác định các quy trình tốt nhất để tiến hành nghiên cứu.

Bước 5 – Thiết kế và tiến hành thí nghiệm khẳng định sự sáng tạo và tác phong làm việc khoa học của học sinh. Do đó, cùng với giáo viên hướng dẫn học sinh sẽ phát triển một kế hoạch cụ thể để giải quyết vấn đề nghiên cứu và mục tiêu nhỏ trong đề tài, dự án. Từ đó, lập kế hoạch thiết kế nghiên cứu tổng thể và các phương pháp nghiên cứu cụ thể một cách có mục đích để có thể thu được dữ liệu liên quan đến vấn đề nghiên cứu và các mục tiêu nhỏ hơn trong nghiên cứu. Tùy theo câu hỏi nghiên cứu mà các thiết kế và phương pháp khác nhau ít nhiều cho phù hợp. Học sinh cần có sổ tay nghiên cứu trong đó ghi lại các chuẩn bị và các bước thực hiện cũng như các thí nghiệm và kết quả thu được. Đây là căn cứ để giáo viên cùng giám sát và hỗ trợ học sinh trong quá trình nghiên cứu hay cần phải xem xét mỗi khi có những vấn đề cần tìm hiểu kỹ. Cuối cùng trong giai đoạn này là thực hiện các thí nghiệm tại nhà trường hay tại các cơ sở nghiên cứu của người cố vấn hay chuyên gia để thu lượm các dữ liệu liên quan tới vấn đề nghiên cứu.

Bước 6 – Phân tích dữ liệu bằng các công cụ toán học và thống kê. Sau khi thu thập dự liệu cần được tập hợp dưới các dạng bảng biểu, đồ thị và phân tích theo những cách có ý nghĩa về mặt thống kê, từ đó tìm kiếm các mối quan hệ, tương quan, cấu trúc.

Bước 7 – Giải thích kết quả nhằm xác định dữ liệu có ý nghĩa gì và giải thích khi chúng có liên quan đến vấn đề nghiên cứu. Các dữ liệu cho dù định lượng hay định tính, về bản chất, chỉ là dữ liệu – không có gì hơn. Ý nghĩa của dữ liệu phụ thuộc vào cách chúng ta rút ra ý nghĩa từ chúng. Trong nghiên cứu, dữ liệu không được diễn giải là vô giá trị: Chúng không bao giờ có thể giúp chúng ta trả lời những câu hỏi mà chúng ta đã đặt ra. Từ kinh nghiệm và kiến thức của giáo viên hướng dẫn, tham khảo các chuyên gia cố vấn để giúp học sinh nhận ra việc chấp nhận hoặc phản bác giả thuyết và các kết quả thu được có tầm quan trọng như thế nào trong lĩnh vực này và những lĩnh vực khác?

            Bước 8 – Báo cáo kết quả nghiên cứu: Sau một thời gian tìm tòi, thực hành nghiên cứu với nhiều thí nghiệm và các dữ liệu thu được, phân tích kết quả để tìm ra các kết luận có ý nghĩa, học sinh cần trình bày được các kết quả nghiên cứu của đề tài, dự án dưới dạng các báo cáo khoa học, poster hoặc slide thuyết trình. Yêu cầu các báo cáo phải được thể hiện đầy đủ, rõ ràng, theo quy định chung của thế giới và các quy định đặc thù riêng đối với từng cuộc thi khoa học kỹ thuật. Giáo viên hướng dẫn cần hỗ trợ học sinh trình bày theo chuẩn của báo cáo khoa học bao gồm các nội dung bắt buộc như Mở đầu, Cơ sở lý thuyết, Mục tiêu nghiên cứu, Giả thuyết nghiên cứu, Nghiên cứu thực nghiệm, Kết quả và thảo luận, Kết luận.

            Tóm lại, quy trình 8 bước kể trên là một vòng lặp tuần hoàn góp phần định hướng và giám sát cho học sinh thực hiện nghiên cứu một cách hiệu quả, khoa học và logic, đảm bảo tính đúng đắn và có ý nghĩa.

Nên khuyến khích hoặc thậm chí hỗ trợ, yêu cầu học sinh chủ động tìm một người cố vấn STEM trong lĩnh vực nghiên cứu mà các em quan tâm. Cho dù trên thực tế tại khu vực nhà trường không có trường đại học địa phương hoặc các công ty trong ngành STEM ở khu vực lân cận, học sinh có thể tìm kiếm trực tuyến các cố vấn tiềm năng và được cố vấn từ xa. Trong thời gian gần đây khi cơ sở hạ tầng về kết nối Internet tại nước ta ngày càng phát triển, đặc biệt trong bối cảnh phải thực hiện giãn cách xã hội do dịch bệnh COVID-19 việc trao đổi, giảng dạy từ xa đều có thể thực hiện được tương đối dễ dàng thông qua Internet.

Tuy nhiên, khi có một cố vấn chuyên môn là nhà khoa học hay chuyên gia, người giáo viên hướng dẫn vẫn phải đảm bảo vai trò của một người cố vấn, bảo trợ. Người giáo viên hướng dẫn cần theo sát và đảm bảo rằng học sinh có kế hoạch học tập, nghiên cứu và thực hiện các công việc nghiên cứu đáp ứng thời hạn, tuân theo tiến trình của phương pháp nghiên cứu khoa học hay quy trình thiết kế kỹ thuật và giao tiếp với người cố vấn. Hỗ trợ từ những người cố vấn trong lĩnh vực này không những giúp cho học sinh mà chính người giáo viên hướng dẫn để hiểu đúng, hiểu sâu về nội dung trong mỗi đề tài, dự án của học sinh. Tuy nhiên, giáo viên hướng dẫn cũng đang kiểm soát mức độ mà học sinh trải nghiệm quá trình khoa học, đặc biệt nếu một học sinh đang thực hiện các thí nghiệm thực tế trong phòng thí nghiệm của người cố vấn. Có thể ý tưởng nghiên cứu gốc của học sinh chưa được phát triển và có thể không có cơ hội phát triển giả thuyết và thiết kế nghiên cứu của riêng mình mà thay vào đó sẽ tham gia vào nghiên cứu hiện đang được nhà khoa học, chuyên gia cố vấn thực hiện nhưng học sinh vẫn sẽ có một trải nghiệm phong phú và có lợi và nó sẽ khác với trải nghiệm của những học sinh không có người cố vấn.

            Trong quá trình học sinh tham gia thực hiện các đề tài, dự án nghiên cứu không thể tránh khỏi những thách thức, thất bại trong nghiên cứu hay bất đồng giữa các thành viên của một nhóm nghiên cứu hoặc mất cân bằng trong cuộc sống và học tập nói chung. Ở lứa tuổi học sinh phổ thông, các em còn yếu và thiếu nhiều kĩ năng về cư xử, xử lý tình huống và kiểm soát cảm xúc. Chính vì vậy, nhà trường, giáo viên hướng dẫn cùng đồng hành, duy trì sự kết nối ba bên giữa nhà trường, giáo viên với gia đình và học sinh để đảm bảo rằng các vấn đề của học sinh trong quá trình nghiên cứu được kịp thời phát hiện để chia sẻ, động viên, khuyến khích và giảm thiểu rủi ro về tâm sinh lý đối với học sinh. Kết quả của trải nghiệm, đối mặt với khó khăn, giải quyết vấn đề thực tế trong thực hiện nghiên cứu sẽ làm phong phú kiến thức, kĩ năng mà học sinh có được, góp phần giúp các em phát triển trong tương lai.

Thực hiện nghiên cứu khoa học kỹ thuật đối với học sinh trong trường phổ thông ở nước ta còn gặp nhiều khó khăn, thách thức. Tuy nhiên, những lợi ích đa dạng và phong phú mang lại cho nhà trường, giáo viên và học sinh là vô cùng to lớn. Hoạt động nghiên cứu khoa học kỹ thuật một mặt góp phần củng cố kiến thức, phát triển nhận thức, thúc đẩy đam mê và tò mò của học sinh, còn nâng cao và trang bị cho học sinh nhiều kỹ năng, trải nghiệm cần thiết trong cuộc sống. Quá trình triển khai thực hiện và hướng dẫn học sinh phổ thông thực hiện thành công các đề tài, dự án nghiên cứu hiệu quả đòi hỏi nhận thức đúng đắn của các cơ quan quản lý giáo dục, nhà trường, giáo viên và phụ huynh học sinh. Trong đó, việc xây dựng kế hoạch và tổ chức thực hiện và hướng dẫn học sinh trực tiếp tham gia nghiên cứu một cách linh hoạt, hiệu quả là những yếu tố then chốt. Sự thành công của hoạt động nghiên cứu khoa học kỹ thuật trong trường phổ thông vừa là điểm khởi đầu và phát triển của mục tiêu đổi mới giáo dục, tăng cường nâng cao chất lượng dạy và học theo định hướng phát triển năng lực, phẩm chất của học sinh, đảm bảo trang bị cho học sinh kiến thức, kỹ năng, thái độ để thành công trong tương lai, đối diện và làm chủ những thách thức của cách mạng công nghiệp 4.0 hay bất kỳ điều kiện kinh tế – xã hội nào.