Sử dụng tư duy thiết kế để đào tạo thế hệ kỹ sư tiếp theo

Phương pháp giảng dạy ‘triple helix’ cho thấy cách các nhà giáo dục kỹ thuật có thể kết hợp sự nghiêm ngặt về mặt lý thuyết với giải quyết vấn đề thực tế để chuẩn bị cho sinh viên đổi mới trong thế giới thực. Ở đây, Chen Xiaodong giải thích cách thức phát triển.

Các nhà giáo dục đưa những vấn đề thực tế vào tâm trí học sinh như thế nào? Các chuyến thăm của các chuyên gia trong ngành và tiếp xúc với các nguyên mẫu là hiệu quả, đặc biệt là trong lĩnh vực y tế và kỹ thuật. Nhưng tôi cũng từng yêu cầu học sinh phỏng vấn ông bà của mình để tìm hiểu xem chính xác thì thế hệ dân số già có thể thấy những gì hữu ích trong các sản phẩm chăm sóc sức khỏe của họ.

Tôi nói với học sinh của mình: “Khách hàng của các em là ai? Ông bà của các em. Hãy nói chuyện với họ, thực sự xác định những thách thức chính mà họ đang phải đối mặt”. Điều này khuyến khích các kỹ sư và nhà khoa học vật liệu tương lai mà tôi dạy xây dựng phương pháp tiếp cận tư duy thiết kế ngay từ ngày đầu tiên.

Phương pháp giảng dạy của tôi đã phát triển – từ tập trung vào nội dung thành mô hình “ba vòng xoắn” tích hợp việc học do người hướng dẫn, học theo trải nghiệm và các phương pháp tiếp cận theo vấn đề – trong 16 năm kể từ khi tôi bắt đầu giảng dạy tại Đại học Công nghệ Nanyang.

Bài học từ khóa học gắn kết cộng đồng liên ngành dành cho kỹ sư
Cách nhân bản hóa giáo dục kỹ thuật và lý do tại sao chúng ta phải
‘Chúng ta nên tập trung vào tác động của công nghệ thay vì bản thân công nghệ’
Hồi đó, phương pháp tập trung nhiều vào nội dung của tôi được củng cố bởi chính sự lo lắng của tôi khi còn là một giáo sư mới. Tôi đã cố gắng dạy nhiều tài liệu. Mô hình truyền thống, hiện đã lỗi thời, thường bao gồm các slide bài giảng chi tiết bao gồm mọi khái niệm và lý thuyết kỹ thuật mà tôi muốn truyền đạt. Sau bài giảng, các buổi hướng dẫn và đánh giá tiêu chuẩn để lại ít sự tương tác hoặc học tập thực hành.

Phương pháp tiếp cận lấy người hướng dẫn làm trung tâm khiến tôi và học sinh của tôi mệt mỏi. Tệ hơn nữa, nó cũng không thu hẹp được khoảng cách giữa kiến ​​thức hàn lâm và ứng dụng thực tế.

Mô hình ba vòng xoắn và lớp học đảo ngược
Khi công tác giảng dạy của tôi tiến triển, tôi nhận ra rằng giáo dục kỹ thuật đòi hỏi nhiều hơn là kiến ​​thức lý thuyết từ trên xuống. Nó cũng đòi hỏi sinh viên phải phát triển các kỹ năng thực tế, tư duy phản biện và nhận thức về ngành. Vì vậy, khoảng chín năm trước, tôi bắt đầu phát triển một mô hình sư phạm mới cho các khóa học của mình.

Điều này không có nghĩa là hoàn toàn từ bỏ phương pháp giảng dạy do người hướng dẫn chỉ đạo. Thay vào đó, nó trở thành một phần của hệ thống mà tôi gọi là “mô hình ba vòng xoắn” (xem bên dưới).

Hình ảnh

Khung sư phạm ‘triple helix’. Hình ảnh do Đại học Công nghệ Nanyang cung cấp

Khung sư phạm này chuyển đổi các yếu tố giảng dạy thông thường thông qua việc học tập nâng cao công nghệ, tích hợp việc học do giảng viên hướng dẫn và học tập theo kinh nghiệm với tư duy hướng đến vấn đề. Giảng viên chỉ được tính là một phần của hệ thống.

“Lớp học đảo ngược” cho phép tất cả các phần của triple helix; sinh viên học các khái niệm cơ bản trước khi đến lớp, giúp giải phóng thời gian trong lớp để tham gia sâu hơn. Điều đó có thể diễn ra thông qua các cuộc thảo luận, công việc thực hành trong phòng thí nghiệm, các nghiên cứu tình huống thực tế và các bài tập giải quyết vấn đề.

Trong trường hợp khóa học MS4613 Cảm biến đeo được cho Chăm sóc sức khỏe của tôi, các bài giảng trước lớp, tài liệu đọc và bài tập trực tuyến bao gồm các chủ đề cơ bản như vật liệu cảm biến, kỹ thuật chế tạo và ứng dụng chăm sóc sức khỏe. Trong lớp học, sinh viên sau đó áp dụng kiến ​​thức của mình thông qua các dự án nhóm, giải quyết vấn đề kỹ thuật và phát triển nguyên mẫu, tất cả đều được thực hiện thông qua môi trường cơ sở phòng sạch.

Việc chuyển đổi học sinh từ vai trò ghi chép thụ động sang học tập chủ động trong khi cung cấp cho các em tương tác trực tiếp với giảng viên và cố vấn có nghĩa là các em có thể ghi nhớ kiến ​​thức tốt hơn và hiểu được ý nghĩa của việc áp dụng các khái niệm đã học.

Giải quyết vấn đề thực tế
Đến Năm thứ tư, học sinh được kỳ vọng sẽ thiết kế, tạo mẫu và trình bày các thiết kế kỹ thuật giai đoạn đầu. Các nhóm học sinh phát triển các giải pháp chăm sóc sức khỏe sáng tạo, chứng minh khả năng chuyển đổi kiến ​​thức lý thuyết thành các mẫu thử nghiệm đang hoạt động, giúp các em kết nối những gì đã học trong các học kỳ trước với các ứng dụng thực tế.

Là những nhà giáo dục, chúng tôi có thể rút ra sự tương đồng giữa kinh nghiệm trong lớp học và công việc của chính chúng tôi với tư cách là nhà khoa học (trong trường hợp của tôi là một kỹ sư).

Ví dụ, phòng thí nghiệm của chúng tôi gần đây đã khám phá ra các đặc tính độc đáo của tơ nhện. Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng vật liệu này có khả năng trở nên mềm và dẻo khi tiếp xúc với nước và các vật liệu có đặc tính tương tự có thể được sử dụng để thu hẹp khoảng cách giữa thiết bị điện tử cứng và mô sinh học mềm, như da và nội tạng của con người.

Mối liên hệ thực tế này cũng chính là lý do khiến học sinh nên phỏng vấn ông bà của mình – để hiểu cách các khám phá trong phòng thí nghiệm có thể được áp dụng trong xã hội.

Cố vấn luôn sẵn sàng
Quy trình ba vòng xoắn cũng mở ra cánh cửa cho sự cố vấn. Tỷ lệ học sinh/giáo viên/trợ lý nhỏ hơn – ví dụ, khoảng năm trên một – đảm bảo rằng có nhiều cố vấn tại chỗ để tham vấn.

Các nhóm nhỏ hơn gồm 15 đến 20 học sinh cũng cho phép thảo luận chi tiết hơn trong các bài thuyết trình. Khi chúng tôi tăng số lượng lớp lên 30 học sinh, chúng tôi thấy khó duy trì cùng một chiều sâu cố vấn và hướng dẫn dự án.

Việc mời các chuyên gia trong ngành đến nói chuyện tại các lớp kỹ thuật giúp mở rộng tư duy hướng đến vấn đề của học sinh. Trong những cuộc gặp gỡ này, học sinh thấy được nhiều góc nhìn khác nhau về các dự án của mình. Các câu hỏi về chi phí sản xuất hoặc tính khả thi của thị trường thúc đẩy họ suy nghĩ vượt ra ngoài các thông số kỹ thuật thuần túy; phản hồi thực tế của ngành có thể dẫn đến việc tinh chỉnh thiết kế.

Các diễn đàn đổi mới cũng tạo ra các cơ hội tự nhiên để học sinh trình bày ý tưởng của mình với những đối tượng không phải là chuyên gia. Việc trình bày các nguyên mẫu cho đại diện của ngành đòi hỏi phải truyền đạt rõ ràng cả các khái niệm kỹ thuật và các ứng dụng tiềm năng – những kỹ năng thiết yếu cho sự nghiệp kỹ sư.

Nếu mục tiêu giảng dạy chính là để sinh viên “sẵn sàng cho ngành”, điều này có nghĩa là chúng ta phải liên tục cải tiến các khóa học của mình, năm này qua năm khác, để theo kịp. Ví dụ, tôi có thể đã từng chỉ nói về trí tuệ nhân tạo, nhưng giờ chúng ta đang sống với AI. Do đó, các nghiên cứu tình huống đã thay đổi và cách tôi yêu cầu sinh viên trình bày bài làm của mình cũng vậy. Tôi có thể yêu cầu các bài thuyết trình video thay vì bài viết.

Một khoản đầu tư cho tương lai
Nhìn chung, tôi nhận ra rằng một trường đại học không chỉ có nhiệm vụ giảng dạy nội dung; mà còn truyền cảm hứng. Và nhiệm vụ số một của tôi không phải là nghiên cứu, mà là giáo dục. Đó là trao quyền cho thế hệ sinh viên tiếp theo của chúng ta. Đây là sản phẩm chính của trường đại học và nghiên cứu về cơ bản là một cách để giáo dục sinh viên của chúng ta.

Để làm rõ hơn quan điểm này, tôi nghĩ đến một câu tục ngữ Trung Quốc: Phải mất 10 năm để trồng một cái cây, nhưng một trăm năm để nuôi dưỡng một con người.

Mô hình ba vòng xoắn ốc có nghĩa là tất cả các yếu tố của giáo dục kỹ thuật – học tập theo kinh nghiệm và do giảng viên hướng dẫn và các cơ hội giải quyết vấn đề – gắn kết với nhau để tạo thành một nền tảng vững chắc. Với sự đầu tư về thời gian, sự hướng dẫn và học tập chuyên sâu, học sinh sẽ có thể tự mình khám phá và sáng tạo.

Nguồn: https://www.timeshighereducation.com/campus/using-designthinking-train-next-generation-engineers