Система освіти STEM як один із напрямків іноваційного розвитку природничо-математичної освіти

STEM-освіта — це категорія, що визначає педагогічний процес як технологію формування та розвитку розумово-пізнавальних і творчих якостей учнів.
Рівень таких якостей визначає: конкурентоспроможність на сучасному ринку праці здатність і готовність до:

 – розв’язання комплексних задач (проблем);

– критичного мислення;

– творчості.

Одним із напрямів інноваційного розвитку всіх країн світу визнано науково-технічну систему навчання природничо-математичних та технологічних дисциплін, яка увійшла в освітній простір під назвою

«STEM-навчання», що охоплює

·         природничі науки (Science),

·         технології (Technology),

·         технічну творчість (Engineering);

·         математику (Mathematics).

Завдяки цій системі діти розвивають логічне мислення та технічну грамотність, вчаться вирішувати поставлені задачі, стають новаторами, винахідниками.

Головна мета освітнього процесу – є всебічний розвиток, виховання і соціалізація особистості, яка здатна до життя в суспільстві та цивілізованої взаємодії з природою, має прагнення до самовдосконалення і навчання впродовж життя, готова до свідомого життєвого вибору та самореалізації, відповідальності, трудової діяльності та громадської активності .

Освіта в галузі STEM є основою підготовки співробітників в області високих технологій. Тому багато країн, такі як Австралія, Китай, Великобританія, Ізраїль, Корея, Сінгапур, США проводять державні програми в галузі STEM-освіти.

STEM-спеціальності – сучасні спеціальності, до яких можна віднести такі: IT-спеціалісти, програмісти, інженери, спеціалісти високотехнологічних виробництв, спеціалісти біо- і нанотехнологій.

Серед методів навчання в STEM -освіті особливе місце займають методи проектно-орієнтованого навчання, які залучають учнів до процесу набуття знань, умінь і навичок за допомогою дослідницької діяльності

Згідно концепції STEM-освіта має поєднувати в собі міждисциплінарний і проектний підходи, основою для чого виступає інтеграція природничих наук і технологій, інженерна творчість і математика. Навчання учнів STEM – дисциплінам має передбачати застосування методик їх викладання не як самостійних, відокремлених одна від одної, а на засадах міждисциплінарної інтеграції.

  Переваги  STEM – освіти над традиційною:

1.     Інтегроване навчання по «темах», а не по предметах.

2.     Застосування науково-технічних знань в реальному житті.

3.     Розвиток навичок критичного мислення і розв’язання проблем.

4.     Підсилення впевненості у своїх силах.

5.     Активна комунікація і командна робота.

6.     Розвиток інтересу до технічних дисциплін.

7.     Креативні й інноваційні підходи до проектування (STEM – навчання включає шість етапів: проблема (питання, задача), обговорення, конструювання, дизайн, тестування і розвиток).

8.     Місток між навчанням і кар’єрою.

9.     Підготовка дітей до технологічних інновацій життя.

10. STEM як доповнення до шкільної програми

Впровадження STEM-освіти сприятиме:

·         переходу до освітнього процесу, який передбачає розвиток особистості, підготовки майбутніх учителів природничо-математичних дисциплін та підвищення кваліфікації педагогічних кадрів.

·         підготовці вчителів природничо-математичних дисциплін до впровадження нових підходів до навчання та сучасних ІКТ;

·         налагодженню видавництва методичної, науково-популярної, довідкової літератури та створенню інформаційно-методичних комплексів з природничо-математичних предметів (електронні посібники, віртуальні лабораторії)

·         налагодженню виробництва вітчизняного навчального обладнання і дидактичних засобів навчання.

Впровадження STEM-освіти дозволить сформувати в учнів найважливіші характеристики:

•   уміння побачити проблему й визначити в ній якомога більше можливих сторін і зв’язків;

·         уміння формулювати дослідницьке завдання й визначати шляхи його вирішення;

·         гнучкість як уміння застосовувати знання в різних ситуаціях, розуміти можливість інших точок зору щодо розв’язання проблем і стійкість у відстоюванні своєї позиції;

·         оригінальність у розв’язанні проблем, відхід від шаблону;

·         здатність до перегруповування ідей та зв’язків;

·         здатність до абстрагування і до конкретизації, до аналізу і синтезу;

·         відчуття гармонії в організації ідеї.

В Україні сформувалася власна система роботи з інтелектуально обдарованими дітьми, у тому числі й з природничо-математичних та технологічних дисциплін: інтелектуальні конкурси, турніри, олімпіади, квести тощо.

Які б інноваційні підходи не були запроваджені, освітній план STEM-освіти першочергово потребує: інтеграції технологій у повсякденний освітній процес, вчителів, які найкращим чином володіють методикою викладання цих предметів, інформаційно-комунікаційними технологіями, технологіями інтерактивного навчання, і, звичайно ж, розробки механізму практичної реалізації

Залучення в STEM може підтримати не лише розвиток креативного мислення та формування компетентності дослідника, а й сприяти кращій соціалізації особистості, тому

Залучення до STEM розвиває такі навички, як:

– Співробітництво. Іноді плідна співпраця з товаришами по команді може бути складнішим завданням, ніж фактичне завдання, що стоїть перед командою. Для досягнення інноваційних результатів і вирішення складних завдань, в команді мають працювати особистості з різним науковим і технічним бекграундом. Маленькі, міждисциплінарні команди вимагають співробітництва, взаємодопомоги і швидкого мислення, щоб досягти прогресу в кінці проекту.

– Комунікативність. Незалежно від посадового положення, саме тактовне спілкування, а не тиранія в команді, може сприяти продуктивній спільній роботі і зміцненню авторитету керівництва. Навчання в області STEM надає широкі можливості для спілкування “один на один” і “один-до-багатьох”.

– Творчість. Творчість та інновації йдуть пліч-о-пліч. “Креатив” може вдихнути нове життя у будь-який науковий і технологічний проект, показати його ще не розкриті можливості. Більш того, ті, хто здатний вийти за межі технічних навичок і мислити нестандартно, можуть винаходити щось абсолютно нове в багатьох інших областях життєдіяльності людини.

Сьогодні в Україні вже робляться перші кроки впровадження системи навчання STEM. У середній школі вводяться міждисциплінарні програми навчання, збільшується поінформованість учнів зі STEM-предметів і професій, а також академічних вимог у STEM-областях і професіях. У старшій школі забезпечується складна програма навчання з акцентом на застосуванні STEM-предметів.

В Україні сьогодні сформувалася досить цікава система роботи з інтелектуально обдарованими дітьми:

- конкурси, олімпіади – й державні, й недержавні;

- мережа спеціалізованих ліцеїв і гімназій, випускники яких демонструють хороші результати;

- система позашкільної освіти.

Це той трикутник, на базі якого потрібно вибудовувати підходи до впровадження принципів наукового й інженерного методів, усіх інших практик в освіту дитини.

STEM – нова методика навчання учнів, яка має таку основу:

1. Інтегроване навчання математики, природничих предметів, технології, інженерії. Ці сфери навчання тісно пов’язані між собою на практиці.

2.Використання науково-технічних знань у реальному житті.

Звичайно майбутнє – за міжпредметною інтеграцією, нажаль сьогодні діти отримують фрагментарні знання, які можна порівняти з пазлами. І лише у небагатьох учнів ці «пазли» складаються в єдину «картину» світу. STEM-навчальний план заснований на ідеї навчання учнів із застосуванням міждисциплінарного і прикладного підходу. Замість того щоб вивчати окремо кожну з дисциплін, STEM інтегрує їх в єдину схему навчання.

Поєднувати математику з мистецтвом, а біологію з робототехнікою – саме це є реформою  середної освіти. Справа не лише в інтеграції предметів: у школах буде більше групової проектної роботи, а завдання на уроках стануть більш прикладними. Дітям це допоможе виходити зі школи підготовленими до реального життя, а країні – отримати більше фахівців у сферах інженерії, ІТ чи нанобіології. Власне, потребою у фахівцях із гнучкими, комплексними знаннями та вмінням вирішувати еколого-технологічні проблеми і аргументують в Інституті модернізації змісту освіти впровадження STEM-у.

Ні для кого не секрет, що дуже часто учень, виходячи з уроку, забуває всі знання, що він отримав до наступного уроку. І для них стає шоком, що раптом потрібно застосувати ці знання на якомусь іншому уроці. Вони кажуть: «Боже мій, ну яка математика може бути на біології? Чому я повинен щось рахувати?» Тобто дитина навіть вміючи це робити морально не готова до того, щоб здійснити це в новій ситуації.

            В результаті цього виникають проблеми і на ЗНО в тому числі. Наша система освіти побудована на вивченні окремих предметів, але в реальному житті ми не стикаємося з біологією, хімією, математикою в чистому вигляді. І в вивченні дисциплін в комплексі якраз і допоможе впровадження елементів STEM- освіти в процес навчання. Коли ми говоримо про біологію, то явно є зв'язок з хімією і географією, а ось з математикою зв'язок досить проблематичний. В першу чергу потрібно визначити, які ідеї можна реалізувати через зв'язок біології та фізики. Багато вчителів стикалися з такою проблемою, коли учні старших класів, приходячи на урок говорили, що їм не потрібна фізика, вони не будуть лікарями. І їм не цікаво. Часто змінити його точку зору досить проблематично. І якщо ми грамотно узгодимо зміст і форми навчання з інтересами школярів, то вони самі будуть прагнути дізнатися: а що далі? І ефективність освітнього процесу стане вище

Інтеграція тем.

•      зв'язати зміст двох предметів;

•      знайти спільні засоби діяльності в обох предметах, пояснити їх учню, показати та навчити переносити знання з одного предмета на інший;

•      знати індивідуальні потреби учнів та враховувати їх у реалізації навчальної діяльності;

•      єдність термінології.

            І тут виникає питання, як раптом на уроці фізики застосувати знання з біології? Спочатку це окремі завдання або елементи уроку.

Однією із задач освіти є формування екологічної свідомості. Це не тільки любов і дбайливе ставлення до живої природи, але почуття особистої відповідальності за те, що відбувається навкруги, потреба діяти.

До кінця XX століття забруднення навколишнього середовища відходами, викидами, стічними водами всіх видів промислового виробництва, сільського господарства, комунального господарства міст набуло глобального характеру і поставило людство на грань екологічної катастрофи. Не обійшли ці проблеми стороною і Україну, а в деяких моментах, наприклад, радіоактивне забруднення, Україна стала “лідером”. Екологічні проблеми виникли не сьогодні. Тому звертаючи увагу на екологію, людина намагається зберегти саму себе. Але без зміни свідомості всі грандіозні плани збереження природного середовища будуть марними.

Учитель математики:

Роль математики в екологічному вихованні полягає в тому, що методом доцільно дібраних задач, функціональних залежностей можна навчитися розуміти окремі екологічні поняття, прищепити навички раціонального використання природних ресурсів, розкрити роль математики у пізнанні найбільш загальних і фундаментальних законів природи, створити базу для формування наукового світогляду.

Учитель фізики:

Охорона навколишнього середовища - найактуальніша проблема сьогодення. Молода українська держава успадкувала тугий вузол еколо­гічних проблем:

·        забруднені промисловими відходами, пестицидами й радіонуклідами повітря, ґрунти, водойми;

·        еродовані землі;

·        значною мірою вичерпані природні ресурси;

·        змінені внаслідок антропогенного втручання ландшафти.

Екологічна криза значно поглибилась у зв'язку з аварією на Чорнобильській АЕС. І тому сьогодні у нас незвичайний урок.

Один  учень з команди біологів  приготував цікаві факти.

Цікаві факти   біолог

·                        Середня ефективність використання сонячної енергії у рослин – 1%, максимальна продуктивність фотосинтезу у зернових культур за сприятливих умов – 3-10%.

·           Кожної хвилини на нашій планеті:

-       знищується понад 20га тропічних лісів;

-       використовується близько 159л нафти;

-       знищується 50т родючого ґрунту через неправильне використання;

-       виділяється більше ніж 12000т вуглекислого газу в атмосферу.

·           Людина:

-                        використовує 13% річкових вод, повертаючи їх у довкілля у вигляді стічних вод;

-                        видобуває з надр і піднімає на поверхню близько 100млрд.т. мінеральних руд;

-                        виплавляє понад 800млн.т різних металів;

вносить на поля понад 500млн.т добрив і 4млн.т пестицидів.

Команда біологів:

Під забрудненням навколишнього середовища розуміють надходження в біосферу будь-яких твердих, рідких і газоподібних речовин або видів енергії (теплоти, звуку, радіоактивності і т.п.) у кількостях, що шкідливо впливають на людину, тварин і рослини як безпосередньо, так і непрямим шляхом.

Команда математиків:

Пропонуємо розв’язати таку задачу:

Встановлено,що одна тонна нафти утворює на поверхні води пляму площею близько 6 км² . Яку площу акваторії вкриє нафтова пляма у випадку аварії танкера водотоннажністю 5 тис. тонн?

Команда біологів:

Відгадайте про що будемо говорити:

·        Текло,текло й лягло під скло(вода,лід).

·        Біжить,біжить,не вибіжить,

Тече,тече – не витече.

Зимою спить,а в літку шумить(річка).

·        Довго нема мене – все в’яне,а як прийду – все оживає(дощ).

Команда математиків

Задача:

 В середньому кожна людина споживає 1.70 літрів води за добу, при фізіологічній потребі 2 літри. Підрахуйте скільки води споживають всі учні класу,.

Відповідь:

Команда біологів:

Цікаві факти про воду

·                   Ми ніколи не будемо мати більше води, ніж маємо зараз;

·                   щодня з поверхні землі випаровується 1 000000000000 (трильйон) тонн води;

·                   вода - єдина субстанція, яка зустрічається в природі в трьох формах: твердій (лід), рідкої і у вигляді газу;

·                   80% земної поверхні вкриті водою;

·                   3% води на землі прісні; більша частина прісної води зберігається у замерзлому стані в льодовиках;

·                   середньостатистична людина складається з води на 50-80%. Ембріон людини складається з води на 95%, дитина на 70-80%, а доросла людина на 50-70%, тобто з віком людина всихає, організм людини зашлаковується і разом зі зменшенням частки води в організмі приходять хвороби і старість;

·                   кров людини на 83% складається з води;

·                   кавун на 93% складається з води;

·                   забруднені підземні води очищаються протягом декількох тисячоліть;

·                   людина може обходитися 30 діб без їжі і менше тижня без води;

·                   вода - це основний розчинник в людському організмі. З її допомогою переносяться всі корисні речовини, вона ж виводить з організму шлаки та шкідливі речовини. У водних розчинах відбуваються всі хімічні реакції в нашому організмі;

·                   давно відзначений взаємозв'язок якості води, її хімічного та бактеріологічного складу, стану здоров'я та рівня захворюваності населення;

·                   середньостатистична людина, користуючись водопровідною водою, за своє життя пропускає через організм від 80кг до 100кг хімічної бруду. І саме тому так важливо бути впевненим в якості води, яку ви вживаєте;

Учитель фізики

Пружність Здоровий організм людини – пружні і еластичні судини і органи. Сила пружності – це сила. Яка виникає під час деформації тіла і напрямлена в сторону протилежно на напряму зміщення частинок тіла при деформації. Тільки при пружних деформаціях сила пружності пропорційна величині деформації.

Пружність судин серця дозволяє правильно пульсувати крові

Учитель биологии.

Пульс – це періодичні, пов’язані із скороченням серця коливання. У середньостатистичної здорової людини нормальний пульс становить 60-80 ударів за хвилину

Учитель фізики. Коливання

Коливання – це періодичне повторення положення тіла.

При роботі серце дотримується строгий циклу при якому збегігаєтьі по черговість скорочення мязів серця і визначений час

Учитель фізики. Теплопередача.

Теплопередача – це процес зміни внутрішньої енергії тіла при якому над тілом не виконується робота, а енергія перелається від одної частинки до другої. Теплопередача завжди відбувається в одному напрямі: від нагрітого тіла до жолодного, від нагрітих частин тіла людинпи до менш нагрітих.

Учитель біології.

 Кровоносні судини пронизують все наше тіло, проникаючи у мязи, печінку і другі органи всього тіла. Кров у цих органах нагрівається, перетікаючи по судинах в інші частини тіла, віддає частину свого тепла. Так кров розносить тепло по всьому тілу. Особливу роль для організму людини мають судини кожі. Коли температура оточуючого середовища стає високою, кровоносні судини кожі розширюються, через них протікає більше крові, кожа нагрівається.віддача теплоти у навколишнє середовище збільшується. Якщо температура знижується – організм прагне зберегти тепло. Кровоносні судини звужуються, віддача тепла зменшується.

STEM – це не відразу і не просто, це довгий шлях вдосконалення як навчального процесу так і самого вчителя, який дасть можливість:

-         вдосконалювати міжпредметну діяльність;

-         використовувати практичні ситуації;

-         більш глибше розуміти процеси і закономірності.