Theo nhiều khảo cứu, trong thập kỉ tới, sẽ có thêm quãng 1.5 triệu việc làm trong khoa học và công nghệ nhiều hơn số người tốt nghiệp đại học lấp đầy vào chúng. Việc thiếu hụt này sẽ còn nghiêm trọng hơn ở các nước đang phát triển và có thể có hậu quả tàn phá cho nền kinh tế của họ. Ngay cả các nước có dân số lớn như Ấn Độ và Trung Quốc cũng sẽ không có đủ người để cải tiến nền kinh tế đang tăng trưởng của họ vì phần lớn những công nhân có kĩ năng giỏi của họ có lẽ sẽ ra đi để tìm việc tốt hơn ở đâu đó khác. Để khuyến khích nhiều sinh viên đại học vào học Khoa học, Công nghệ, Kĩ nghệ và Toán học (STEM), chúng ta cần xây dựng nền tảng mạnh trong khoa học và toán học ở cả trường tiểu học và trung học. Nhưng chúng ta cần dùng các phương pháp dạy khác vì phương pháp truyền thống về ghi nhớ là không phù hợp cho những môn học này, và làm cho học sinh sợ toán học và khoa học.
Khi dạy khoa học cho học sinh trẻ, giáo dục truyền thống đang hội tụ chủ yếu vào công thức và sách giáo khoa, thay vì cho phép họ khám phá cách khoa học làm việc. Trẻ em ở trường tiểu học có tính tò mò; chúng muốn biết về mọi thứ mà chúng quan tâm. Chúng học bằng cách quan sát mọi thứ quanh chúng, hỏi các câu hỏi, thảo luận với bạn bè rồi hình thành ý tưởng của chúng, và đó là cách chúng học. Tại lứa tuổi này, phần lớn trẻ em thích hỏi câu hỏi, và chúng ta cần khuyến khích chúng bằng việc cho câu trả lời và thách thức chúng học nhiều thay vì đưa cho chúng sách và bảo chúng nhớ sự kiện. Điều đó sẽ làm nản lòng chúng học về khoa học. Khoa học và toán học có quan hệ gần gũi. Trẻ em học khoa học bằng quan sát, hỏi câu hỏi, phân tích sự kiện, thực nghiệm với dữ liệu và phát triển khái niệm. Cũng như toán học, chúng đếm, so sánh, đo đạc, ghi chép và rút ra kết luận và chung cuộc hiểu các công thức.
Toán học là quan trọng trong việc giúp trẻ em suy nghĩ một cách logic để chúng có thể giải quyết được vấn đề. Trẻ em cần biết một chút toán học để học khoa học. Toán học được cần trong kĩ nghệ, công nghệ, hoá học, vật lí và nhiều thứ nữa. Theo ý kiến của tôi, toán học là nền tảng của hầu hết mọi thứ để giúp cho học sinh suy nghĩ một cách logic và phát triển tri thức sâu hơn. Không may, không có phương pháp dạy đúng, không có khuyến khích và tương quan toán học với các lĩnh vực khác, chúng ta làm cho học sinh sợ toán. Ở trường trung học, học sinh phải học Số học, Đại số, Đại số Tuyến tính, và Tính toán nhưng bao nhiêu người biết chúng dùng để làm gì? Bao nhiêu người đánh giá cao về toán học? Bao nhiêu người biết cách áp dụng chúng cho các lĩnh vực khác? Học sinh học chúng vì chúng được dạy ở trường trung học, và học sinh phải ghi nhớ các công thức để qua được kì thi. Bao nhiêu người trong số họ hiểu rằng các cơ sở của Phương trình vi phân, Xác xuất, Thống kê, Giải tích Số, và Toán học rời rạc là nền tảng cốt lõi của kĩ nghệ phần mềm, phân tích dữ liệu lớn, học sâu và học máy? Nhưng không có giải thích rõ ràng về mối quan hệ giữa toán học và khoa học, nhiều học sinh không thấy cần phải học chúng.
Lí do chính mà nhiều học sinh không chọn các lĩnh vực STEM vì họ sợ toán và khoa học là vì họ không có nền tảng căn bản ở trường tiểu học và trung học. Trong chương trình của tôi ở Carnegie Mellon, tôi đã phát triển môn học “Nền tảng toán học” và yêu cầu mọi sinh viên phải học nó trong năm thứ nhất, thậm chí trước khi họ học môn “Nhập môn Khoa học máy tính 101”. Trong môn học này, tôi dành thời gian để kiểm lại các khái niệm cơ bản và làm cho sinh viên ôn lại một số bài tập toán học để chắc rằng họ có đủ nền tảng để tiếp tục. Cách tiếp cận không phải là về ghi nhớ mà là hiểu cách toán học có thể được áp dụng cho mọi môn mà họ phải học trong chương trình của tôi. Lúc ban đầu, nhiều sinh viên phàn nàn: “Chúng em đã qua các kì thi quốc gia, chúng em đã học chúng ở trung học nên tại sao thầy lại bắt chúng em học lại?” Tôi giải thích: “Thầy biết các em đã học chúng nhưng đây là cách tiếp cận khác. Nếu các em biết rõ toán học, các em sẽ không gặp khó khăn trong môn của thầy; dễ được điểm cao.” Trong vài tuần, nhiều sinh viên thừa nhận: “Điều này rất khác với điều chúng em đã học trong quá khứ, nó không khó mà thích thú. Giờ chúng em biết sự khác biệt giữa toán học ứng dụng với toán học lí thuyết như đã được dạy trước đây.” Tôi nói với cả lớp: “Cho dù các em đã không học tốt trong các lớp toán ở trường trung học, các em vẫn có thể xây dựng được nền tảng của mình ở đây cho nên các em sẽ không gặp khó khăn trong bốn năm tới. Vì các em cần nền tảng mạnh về toán học để học khoa học, bất kì khoa học nào, kể cả khoa học máy tính.”
Tôi thường bảo sinh viên của tôi: “Khi thầy còn trẻ, thầy sợ toán hơn sợ ma. Thầy đã học rất kém trong mọi lớp toán từ tiểu học tới trung học. Mọi lần thầy thấy con số thầy đều bị đau đầu. Khi thầy lên lớp 9, một cô giáo đã hiểu nỗi sợ của thầy và sẵn lòng giúp đỡ thầy. Cô bảo với thầy: “Lí do em không thích toán là vì em không có đủ tự tin. Vấn đề có lẽ là do em đã né tránh toán ở các lớp dưới hay em đã học không đủ tốt về các vấn đề căn bản, cho nên em mất khả năng xây dựng kĩ năng toán học của em. Điều em cần là xây dựng lại căn bản của em thì em sẽ học tốt.” Mỗi ngày, cô cho thầy mười bài tập ngắn mà thầy phải hoàn thành trước khi rời trường về nhà. Phần lớn đều là toán học căn bản mà thầy đã không học trước đây. Trong vòng vài tháng, thầy đã cải thiện tình hình và đã có khả năng bắt kịp với các học sinh khác trong trường.” Mãi năm mươi năm sau, tôi vẫn nhó tới lời khuyên có giá trị của cô giáo. Tôi chia sẻ quan điểm của tôi với sinh viên: “Một giáo viên toàn tâm có thể tạo khác khác biệt trong việc học của học sinh. Thầy mang nợ nhiều thế với nhiều thầy cô giáo đã dạy thầy và đó là lí do tại sao ngay cả ngày nay, thầy đã về hưu không làm việc trong công nghiệp nhưng vẫn trở lại trường để dạy để thầy có thể giúp phát triển thế hệ học sinh tiếp trong toán học và khoa học. Kĩ nghệ phần mềm và toán học là không khó; nó đòi hỏi cam kết và thực hành. Chừng nào mà các em còn sẵn lòng dành thời gian để học, dành thời gian để làm bài tập, dành thời gian để thực hành, các em sẽ học tốt.”
Tôi tin Khoa học, Công nghệ, Kĩ nghệ và Toán học (STEM) không phải là tri thức đặc biệt dành cho vài sinh viên thông minh để có việc làm ở các công ti hàng đầu trong các nước đã phát triển. Nó là về đào tạo lực lượng lao động có khả năng cạnh tranh điều được cần để giữ cho việc làm phát đạt nền kinh tế đất nước. Ngày nay với sự bùng nổ của tri thức và công nghệ, mọi nước đều bị tác động bởi chúng. Không may là nhiều người lãnh đạo chưa hiểu tác động của công nghệ. Họ vẫn nghĩ có máy tính laptop trong mọi văn phòng hay để công nhân dùng điện thoại di động có nghĩa là họ đã sẵn sàng cho thế kỉ 21. Có máy tính và điện thoại di động không phải là một với có đào tạo người trẻ về công nghệ. Có nhu cầu khẩn thiết để giáo dục mọi người về điều họ có thể làm với công nghệ và cho phép họ phát kiến, sáng tạo và cải tiến nền kinh tế. Bạn không học khoa học chỉ bằng việc có các thiết bị công nghệ. Bạn cần khuyến khích học sinh trẻ đọc nhiều hơn, học nhiều hơn, và xây dựng nền tảng sớm nhất có thể được để cho họ có thể thích ứng với bất kì thay đổi nào trong thị trường việc làm.
Nếu bạn nhìn vào dân số trẻ ngày nay, bạn có thể dự đoán tương lai của đất nước. Người có thể thành công nhất chính là vài người có truy nhập vào hệ thống giáo dục tốt và có gia đìng có thể đảm đương được điều đó. Nhưng có nhiều người không có điều kiện truy nhập vào sách vở, trường học, và giáo dục đúng. Chúng ta cần nhìn vào các sự kiện và con số đó và tự hỏi mình: “Những người này làm gì trong hai mươi năm tới, khi họ lớn lên mà không có việc làm, và không có hi vọng? Nền kinh tế của chúng ta sẽ là gì với thế hệ tiếp?” Nếu chúng ta không hành động từ bây giờ bằng việc cung cấp nhiều giáo dục STEM hơn cho mọi người, tương lai sẽ rất ảm đạm.
—English version—
Teaching STEM part 3
According to several studies, in the next decade, there will be about 1.5 million more jobs in science and technology than college graduates to fill them. The shortage will be more severe in developing countries and may have a devastating consequence to their economy. Even countries with a large population such as India and China will not have enough people to improve their growing economy as most of their best-skilled workers will probably leave for better jobs elsewhere. To encourage more college students to study Science, Technology, Engineering and Math (STEM), we need to build a strong foundation in science and math in both elementary and high school. But we need to use different teaching methods because traditional method of memorization is not suitable for these subjects, and make students fear math and science.
When teaching science to young students, traditional education is focusing mostly on formulas and textbooks, rather than allowing them to discover how science works. Children in elementary school are curious; they want to know about things that they are interested in. They learn by observing things around them, asking questions, discuss with friends then formulate their ideas, and that is how they learn. At this age, most children like to ask questions, and we need to encourage them by giving the answer and challenging them to learn more instead of giving them books and tell them to memorize facts. That will discourage them to learn about science. Science and math are closely related. Children learn science by observation, asking questions, analyze the facts, experiment with data and developing the concept. Just like math, they count, compare, measure, record and draw a conclusion and eventually understand the formulas.
Mathematics is important in helping children to think logically so they can solve problems. Children need to know some mathematics to study science. Math is needed in engineering, technology, chemistry, physics and much more. In my opinion, mathematics is the foundation of almost everything to help the student think logically and developing a deeper knowledge. Unfortunately, without proper teaching method, without encouragement and correlate mathematics with other fields, we make students afraid of math. In high school, students must learn Arithmetic, Algebra, Linear Algebra, and Calculus but how many know what they are for? How many appreciate math? How many know how to apply them to other fields? Students take them because they are taught in high school, and they must memorize formulas to pass exams. How many of them understand that the basics of Differential Equations, Probability, Statistics, Numerical Analysis, and Discrete Mathematics are the core foundation of software engineering, big data analysis, deep learning s and machine learning? But without a clear explanation of the relationship between math and science, many students do not see the need to learn them.
The main reason, many students, do not select STEM fields because they fear math and science because they do not have basic foundations in elementary and high school. In my program at Carnegie Mellon, I developed a “Foundation of Mathematics” course and required all students to take it in their first year, before they even take the “Introduction to Computer Science 101”. In this course, I spend the time to review some basic concepts and make students go over some math exercises to make sure that they have enough foundation to continue. The approach is not about memorization but to understand how math can be applied to all the courses that they must take in my program. In the beginning, many students complained: “We have passed national exams, we already learn them in high school then why to make us take them again?” I explained: “I know you have taken them but this is a different approach. If you know math well, you will not have difficult in my course; it is easy to get a high grade.” Within a few weeks, many students admitted: “This is very different from what we learned in the past, it is not difficult but enjoyable. Now we know the difference between Applied math from Theoretical math as taught previously.” I told the class: “Even you did not do well in math classes in high school, you can build your foundation here so you will not have difficulty in the next four years. Because you need a strong foundation in math to study science, any science, including computer science.”
I often tell my students: “When I was young, I was afraid of math more than afraid of ghost. I did very poorly in all of my math classes from elementary to high school. Every time I saw numbers then I had a headache. When I was in 9th grade, a teacher understood my fear and willing to help me. She told me: “The reason you do not like math because you do not have enough confidence. The problem is probably you avoid math in lower grades or did not learn enough basics well, so you lost the ability to build up your math skills. What you need is to rebuild your basics then you will do well.” Each day, she gave me ten short exercises that I must finish before leaving school. Most are the basics math that I did not learn previously. Within few months, I improved and was able to catch up with other students in school. Even fifty years later, I still remember her valuable advice. I share my view with students: “A dedicated teacher can make a difference in students’ learning. I owned so much for many teachers who taught me and that is why even today, I retired from working in the industry but returning to school to teach so I can help develop another generation of students in math and science. Software engineering and mathematics are not difficult; it requires commitment and practices. As long as you are willing to spend the time to study, spend the time to do exercises, spend the time to practice, you will do well.”
I believe Science, Technology, Engineering and Math (STEM) is not about special knowledge for a few smart students to get jobs at top companies in developed countries. It is about training a competitive workforce that is needed to keep a country’s economy thriving. Today with the explosion of knowledge and technology, every country gets impacted by them. Unfortunately, many leaders do not understand the impact of technology yet. They still think having computer laptop in every office or let workers use mobile phones means they are readied for the 21st century. Having computers and mobile phone are not the same as training young people on technology. There is an urgent need to educate people on what they can do with technology and allow them to innovate, to create, and to improve the economy. You do not learn science just by having technology devices. You need to encourage young students to read more, learn more, and build a foundation as early as possible so they can adapt to whatever change in the job market.
If you look into the young population today, you can predict the future of the country. The people that are most likely to succeed are just a few who have access to a good education system and whose family can afford it. But there are many who do not have access to books, schools, and proper education. We need to look at those facts and numbers and ask ourselves: “What are these people do in the next twenty years, when they grow up without jobs, and without hope? What will our economy be with the next generation? If we do not act now by providing more STEM education to all, the future is very bleak.