Quy trình EDP (Engineering Design Process) là quy trình 8 pha dùng để triển khai DH STEM, được phỏng theo quá trình thiết kế sản phẩm kĩ thuật của các kĩ sư. Cũng giống như các kĩ sư trong thực tế, HS có thể không thực hiện liền mạch đầy đủ 8 pha này mà chuyển đổi qua lại các bước cho đến khi giải pháp thiết kế cuối cùng được xác định (Morgan, Moon & Barroso, 2013).
Pha 1: Xác định vấn đề và các ràng buộc (Identify Problem and Constraints)
Ở pha này, GV sẽ giới thiệu tình huống và giao nhiệm vụ cho HS bằng một tình huống gợi vấn đề. HS sẽ xác định mục tiêu thiết kế và tất cả các ràng buộc phù hợp với tình huống hoặc các tiêu chí đi kèm với sản phẩm thiết kế. Các ràng buộc kĩ thuật được hiểu như là những sự giới hạn, chẳng hạn về thời gian và vật dụng. Các tiêu chí
27
kĩ thuật là những tính chất mong đợi cần có ở sản phẩm, là thước đo để đánh giá và so sánh độ tốt của các sản phẩm, chẳng hạn như tiêu chí về tiết kiệm năng lượng hoặc yếu tố thẩm mĩ. Nhìn chung, các hoạt động ở pha này cung cấp cho HS một mô tả rõ ràng về mục tiêu thiết kế.
Pha 2: Nghiên cứu (Research)
Trong pha này, HS cần phải thu thập các thông tin liên quan đến việc giải quyết vấn đề, thiết kế sản phẩm. Thông tin ở đây có thể bao gồm các tri thức cần sử dụng, các dữ liệu liên quan, việc lựa chọn vật liệu sao cho phù hợp với các tiêu chí đã xác định ở pha 1 và cả việc nghiên cứu những sản phẩm “đời trước”.
GV có nhiệm vụ hướng dẫn HS nghiên cứu các tài liệu liên quan đến tri thức cần sử dụng, tổ chức cho HS thảo luận, thu thập các dữ liệu và thực hiện các thí nghiệm để hiểu rõ thuộc tính của các vật liệu.
Pha 3: Lên ý tưởng (Ideate)
Sau khi đã có tương đối đầy đủ thông tin, HS sẽ làm việc cá nhân để suy nghĩ cách giải quyết vấn đề. Hình thức làm việc cá nhân có mục đích là để các ý tưởng của HS không bị ảnh hưởng hay bị phán xét bởi những HS khác. HS được mời gọi nghĩ ra càng nhiều ý tưởng phù hợp và càng sáng tạo càng tốt. Các ý tưởng trong pha này sẽ là chất liệu để thảo luận trong pha 4.
Pha 4: Phân tích các ý tưởng (Analyze Ideas)
HS sẽ thảo luận nhóm để tổng hợp và hoàn thiện các ý tưởng. Để chọn lọc ra những ý tưởng khả thi, trước hết HS cần dựa trên những ràng buộc và tiêu chí kĩ thuật đã xác định. Sau đó, HS cần tiến hành phân tích ưu điểm và nhược điểm của từng ý tưởng khả thi để chọn ra giải pháp tối ưu. Trong trường hợp các ý tưởng khả thi tương đương nhau về số lượng ưu nhược điểm, học sinh cần chọn ra tiêu chí kĩ thuật mà họ mong muốn ưu tiên hơn. Chẳng hạn, nếu có cả hai ý tưởng đều thỏa mãn tiêu chí về khả năng thích ứng với môi trường và độ bền, nhưng nhóm HS muốn ưu tiên phát triển khả năng thích ứng với môi trường cho sản phẩm thì khi đó ý tưởng nào khiến cho sản phẩm có khả năng thích ứng với môi trường tốt hơn sẽ được chọn.
Pha 5: Chế tạo (Build)
28
trong quá trình tiến hành, HS gặp phải khó khăn không như dự tính ban đầu thì có thể điều chỉnh hoặc xác định lại giải pháp tối ưu.
Pha 6: Đánh giá và cải thiện (Test and Refine)
Sản phẩm của HS sẽ được thử nghiệm trong môi trường phỏng theo càng chính xác càng tốt thực tế tình huống. HS cần quan sát và ghi chú trong quá trình thử nghiệm, họ có thể chụp ảnh và quay phim nếu cần. Những thông tin rút ra từ quá trình thử nghiệm sẽ giúp HS cải thiện sản phẩm hoặc xây dựng lại nếu thử nghiệm thất bại, nói cách khác, lúc này HS quay lại pha 3 với một lượng thông tin phong phú hơn, quá trình xoắn ốc này sẽ tiếp diễn đến khi sản phẩm làm ra đạt yêu cầu.
Pha 7: Trình bày và phản ảnh (Communicate and Reflect)
HS sẽ trình bày sản phẩm của họ sao cho cả giới chuyên môn lẫn những người sử dụng không cần chuyên môn cao đều có thể hiểu được. Để làm được điều đó, HS cần sử dụng hợp lý các hình minh họa, sơ đồ, đồ thị, … trực quan và kết hợp cả ngôn ngữ nói và ngôn ngữ viết. Học sinh cũng sẽ ghi nhận và phản ảnh về sản phẩm được nhóm khác trình bày. Quá trình đánh giá sản phẩm của nhóm khác sẽ giúp HS phát triển khả năng siêu nhận thức (metacognition) và khắc sâu kiến thức của mình.
Hình 1.4. Sơ đồ quy trình EDP
Xác định vấn đề Nghiên cứu Lên ý tưởng Phân tích các ý tưởng Chế tạo Đánh giá và cải thiện Trình bày và phản ảnh
29
Mối liên hệ giữa quy trình 5E và quy trình EDP
Morgan, Moon & Barroso (2013) đã chỉ ra sự tương đồng giữa các bước thuộc hai quy trình 5E và EDP bằng bảng đối chiếu được chúng tôi trích lại dưới đây.
Khơi gợi (Engage) Xác định vấn đề và các ràng buộc (Identify Problem and Constraints)
Khám phá (Explore) Nghiên cứu (Research) Lên ý tưởng (Ideate)
Phân tích các ý tưởng (Analyze Ideas) Giải thích (Explain) Nghiên cứu (Research)
Lên ý tưởng (Ideate)
Phân tích các ý tưởng (Analyze Ideas) Vận dụng (Elaborate) Chế tạo (Build)
Trình bày và phản ảnh (Communicate and Reflect) Đánh giá (Evaluate) Đánh giá và cải thiện (Test and Refine)
Trình bày và phản ảnh (Communicate and Reflect) Trong khuôn khổ luận văn này, chúng tôi lựa chọn sử dụng quy trình EDP. Ở mục sau, một quy trình thiết kế hoạt động STEM tương ứng với quy trình EDP sẽ được trình bày.