Формування ключових компетентностей завдяки впровадженню STEM-орієнтованого підходу в освітньому процесі у позашкільний час за темою «Поверхневий натяг».

Формування ключових компетентностей завдяки впровадженню STEM-орієнтованого підходу в освітньому процесі у позашкільний час за темою «Поверхневий натяг».

Сучасність вимагає висококваліфікованих працівників, які володіють ключовими компетентностями [3]. Успішна реалізація компетентнісного підходу в галузі освіти можлива завдяки впровадженню STEM-освіти у шкільний та позашкільний час навчання (STEM з англійської перекладається: Science – наука, Technology – технології, Engendering – інженерія та Mathematics - математика.) [1]. Сучасні технології не стоять на місці, тому модернізація освіти це лише питання часу. На даному етапі розвитку новітньої школи важливим є не тільки те, що ми знаємо, але те, як користуватися цими знаннями на практиці, як впровадити комп’ютерні технології (КТ) у освітній процес на усіх рівнях освіти та не потрапити у заручники КТ, тобто залишити спілкування в аудиторіях з учнями (студентами). Грамотне органічне поєднання цих складових сучасної та традиційної освіти в процесі навчання створює нову концепцію української освіти [2]. Для впровадження STEM орієнтованого підходу потрібно створити фундамент, який надає послуги із оволодіння новими методиками, технологіями, формами роботи тощо. Як одну з важливих цеглин у формуванні нової сучасної ефективної освіти на базі кафедри фізики кристалів Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна було створено STEM - майданчик.

Метою створення STEM – майданчика було знайти, реалізувати та проаналізувати шляхи впровадження STEM-освіти в навчанні фізики, дослідитии ефективність застосування елементів STEM-освіти на заняттях фізики у позашкільний час.

Що змінюється у процесі навчання при STEM- орієнтованому підході? По-перше, головним стає не вчитель і навіть не учні, головне – це проблема, яку потрібно сформулювати та дослідити усім учасникам освітнього процесу, враховуючи усі можливі шляхи розв’язання цієї проблеми (експеримент, моделювання тощо). Поставлена проблема розглядається інтегровано, тобто з точки зору міждисциплінарних зв’язків. Методика занять зосереджена на проведенні самостійного експерименту та його аналізі. Основні складові STEM орієнтовано підходу в освіті надані на рис 1.

Сьогодні STEM-підходи реалізовуються у формі різноманітних олімпіад, турнірів (Всеукраїнський турнір юних фізиків та Всеукраїнський турніру юних винахідників та раціоналізаторів) у діяльності Малої академії наук, конкурсах і заходах: Intel Techno Ukraine, Intel Eco Ukraine, Фестиваль науки Sikorsky Challenge, STEM Festival, наукові пікніки тощо. Проте безпосередньо на уроках впровадження STEM-освіти є недостатнім.

Основна мета проекту – створити науково-дослідницький простір для учнів 10-15 років при вивченні фізичних явищ за допомогою STEM-технологій у позаурочний час англійською мовою. Стимулювати учнів до креативності й бажання спостерігати та вивчати навколишній світ, заглиблюватись у кожне звичайне повсякденне явище з точки зору науки, її законів та закономірностей, надати учням стійку мотивацію для саморозвитку та самовдосконалення, надати можливість впроваджувати набуті знання у повсякденному житті. Створити базовий словничок фізичних явищ англійською мовою. Навчити слухати та розуміти науково-популярні відео-ролики англійською мовою. Позбавити учнів боязні спілкуватися англійською мовою.

Рис.1 Основні складові STEM-освіти.

На нашу думку, STEM орієнтовний підхід може ефективно застосовуватись на лабораторних роботах, фізичному практикумі, інтегрованих уроках (міждисциплінарні зв’язки), уроках-виставках (наприклад, організувати виставку створених самостійно простих механізмів, та дослідити перетворення енергії при їх роботі), уроках-конференціях (наприклад, за темою «Енергозберігаючі технології» власноруч створити сонячну піч та перевірити її потужність на дії: розплавити сирний бутерброд, нагріти склянку води тощо), шкільних проектах (створити із білого паперу формату А-4 вертушку, яка б знаходилась у вільному падінні найбільший час), при розв’язанні практичних задач тощо. Такі задачі вирішуються в нашій STEM-лабораторії.

Етапи реалізації STEM орієнтованого підходу:

1. Отримання знань, умінь та навичок про методику викладання [4]. Однією зі складних сучасних педагогічних, психологічних проблем є підготовка вчителя до роботи за STEM-програмами. Потрібно грати у команді: наприклад вчителі фізики, хімії і англійської мови мають співпрацювати над розробкою заняття, щоб реалізувати інтегроване дослідження, досягти розвивальної, дослідницької, проективної, комунікативної мети проекту. Оскільки, основним джерелом інформації для сучасних учителів та учнів є Інтернет, багато цікавих ресурсів, присвячених STEM орієнтовному підходу в освіті, можна знайти в мережі. Колекція простих відео експериментів: HooplaKidzLab [5], Peekaboo Kidz [6], The Science Kid [7], WhizKidScience [8]. Плани-конспекти окремих занять, розроблених за STEM-методикою [9].
2. Планування окремих занять за STE-методикою (самостійно або колективно).
3. Розробка плану-заняття (або елементів уроку) за STEM-методикою.
4. Проведення заняття.
5. Аналіз заняття.
6. Оприлюднення власного досвіду впровадження STEM-методики.

Власний досвід створення та роботи STEM-лабораторії складає 6 місяців. В одній групі навчаються діти 5-9 класів. Оптимальна кількість учасників 10-12 учнів у групі. Тривалість одного заняття 2 години. Кожне заняття присвячене окремому фізичному явищу. Заняття мають дистанційну підтримку у соціальній мережі facebook [10]. Група у facebook створена для учасників процесу: учнів та їх батьків, які мають змогу побачити фотоархів занять та завантажити необхідні файли для заняття. Для кожного заняття розробляється дидактичний матеріал. Мова спілкування англійська і українська; мова додаткового матеріалу: картки, слова, завдання, хід виконання досліду, тощо – англійська. Відео та аудіо матеріали, які використовуються на заняттях – англійською мовою.

Із власного досвіду можна зазначити, що учні мають різний рівень підготовки володіння англійською мовою, тому кожне заняття ретельно готується, та створюється «Словничок» із новими словами та фразами, який розсилається заздалегідь в facebook-групу. Учні роздруковують «словничок» та перекладають невідомі слова. Потім кожен учень заносить свої нові слова у програму Lingualeo [11], та має змогу проходити тренувальні вправи протягом тижня. Lingualeo має опцію завантаження власних текстів, аудіо та відео документів, які вчитель планує використовувати на занятті. Ця опція робить процес навчання мобільним і зручним. Це дає змогу вивчати необхідну порцію запропонованого матеріалу англійською мовою без ускладнень. Використання on-line програм формує та вдосконалює інформаційну та комунікаційну компетентності учнів.

Вважаємо доцільним привести приклад заняття, побудованого за STEM орієнтовним підходом за темою, «Поверхневий натяг».

Перший етап: створення плану заняття та дидактичного матеріалу за темою «Поверхневий натяг», публікація основних термінів та слів англійською мовою, список переліку матеріалів та речей, які будуть використані при проведенні експерименту в аудиторії (необхідні матеріали учень приносить із собою на заняття). Для заняття нам знадобиться одноразова тарілка, кориця або мелений перець, будь-який миючий засіб, ватні палички, монетка, піпетка.

Другий етап. Привітання учнів. Кожен учасник розповідає про свій тиждень і наприкінці говорить комплімент будь-кому, хто присутній на занятті. Мова спілкування – англійська. Привітання та декілька позитивних слів надихають учнів та піднімають настрій. Можна заздалегідь роздрукувати картки із компліментами та розіграти ці картки випадково. Така методика доцільна на перших заняттях, коли учасники групи ще малознайомі між собою.

Третій етап. Робота зі «Словничком». Читаємо нові слова та перекладаємо. Кожен учасник може допомагати, якщо виникають складнощі перекладу. Учень, у якого володіння англійською мовою краще, за бажанням говорить речення із новим словом зі списку. Закріпляємо вивчені слова різноманітними іграми: «Корова», «Склади слово із літер» та ін. Працюємо у командах при закріпленні вивчених нових слів. Сучасне суспільство вимагає володіння навичками роботи в команді та вмінням брати на себе відповідальність.

Четвертий етап. Формулюємо проблему у вигляді практичної задачі. Скільки крапель води ми можемо розмістити на монеті вартістю 5 копійок? Усі гіпотези записуються на дошці у таблицю (таблиця 1).

Таблиця 1.

Проводимо власні експерименти. Записуємо експериментальні дані. З’ясовуємо, у якій бік є відхилення експериментальних даних від передбачуваних даних. Чому? Яка максимальна кількість крапель на монеті? Яку форму набуває вода, яка розташована на поверхні монети? Чому? Що таке поверхневий натяг? Чи є можливість зменшити поверхневий натяг води? Як? Додаємо декілька крапель миючого засобу у воду, записуємо на дошці припущення щодо кількості крапель води із миючим засобом, та проводимо такий самий експеримент, заносимо дані у таблицю 1. Аналізуємо отримані результати. Що ми спостерігаємо? Чому?

П’ятий етап. З’ясування фізичної суті поверхневого натягу рідин. Перегляд відео-роликів, що пояснюють фізичний зміст явища. [12-13]. Дискусія.

Шостий етап. Як, маючи тарілку із водою, корицю та миючий засіб провести демонстрацію зменшення поверхневого натягу рідини. Усі учасники проводять власний експеримент та роблять висновки. Тобто кожен учень планує хід експерименту самостійно та проводить його (рис. 2), робить висновки на базі отриманих знань. Який експеримент дає можливість спостерігати дію поверхневого натягу рідини? Кожен учень має можливість запропонувати свій приклад експерименту.

Сьомий етап. Надати питання, відповіді на які показують взаємозв’язок набутих знань на занятті та життєвим досвідом. Наприклад:

Рис. 2. Демонстрація зменшення поверхневого натягу рідини.

• Де у повсякденному житті використовується явище зменшення поверхневого натягу рідин? (У процесі прання білизни значення поверхневого натягу зменшується як через нагрівання рідини, так і внаслідок введення миючих засобів.)
• Чому деякі комахи мають можливість рухатися по поверхні води? [14]
• Чому мильні бульбашки утворюють сфери, а не кубики? (Якщо дротяний каркас помістити в мильний розчин, то утвориться поверхня мильної плівки. Потім на поверхню покласти замкнений контур із нитки, нитка набуває випадкову форму. Якщо обережно зруйнувати мильну плівку всередині замкненого кола нитки, то мильна плівка негайно зменшить свою поверхню і натягне нитку. Саме прагненням плівки скоротитися до найменших можливих розмірів пояснюється сферична форма мильних бульбашок. [15])

Восьмий етап. Надзвичайне у звичайному. Що станеться, коли налити воду на лист лотоса? [16]. Вода утворює бусинки і котиться на поверхні. Пояснення створення супергідрофобних поверхонь (рис.3), та шляхи застосування таких поверхонь [17]. Знайомство із одежею майбутнього. Тестування супергідрофобних поверхонь [18]. Закінчується заняття формулюванням нової проблеми у вигляді практичної задачі: придумати шляхи створення власноруч супергідрофобних поверхонь вдома.

Рис 3. Супергідрофобні поверхні [18].

Планування заняття, яке базується на STEM-освіті вимагає у викладача багато часу для розробки плану, розробки дидактичного матеріалу заняття, володіння науковими знаннями сучасності, успішним володінням ІКТ. Саме завдяки STEM-освіті можна досягти формування та розвитку креативного, аналітичного, творчого, інноваційного мислення; вміння працювати над проектами в команді та розв’язувати конкретні задачі, поєднуючи теоретичні знання із практичними навичками; інформаційної грамотності і ефективного використання ІКТ та КТ; інтеграції та систематизації знань із різних дисциплін по одній темі, тому вкладені сили та час мають дати успішні результати при підготовки майбутніх фахівців. STEM-підхід при розробці позашкільних занять на базі ХНУ імені В.Н. Каразіна сприяє формуванню вмінь та ключових компетентностей учнів таких як, уміння вчитися, спілкування державною та іноземною мовою. математична і базові компетентності в галузі природознавства і техніки, інформаційно-комунікаційна компетентність та інші.

1. Science, Technology, Engineering and Math: Education for Global Leadership [Електронний ресурс] Режим доступу: https://www.ed.gov/stem , вільний. – Назва з екрана.

2. Методичні рекомендації щодо впровадження SТЕМ-освіти у загальноосвітніх та позашкільних навчальних закладах України на 2017/2018 навчальний рік Лист ІМЗО № 21.1/10-1470 від 13.07.17 року [Електронний ресурс] Режим доступу: https://osvita.ua/legislation/Ser_osv/56880/, вільний. – Назва з екрана.

3. Хуторськой А. Ключові освітні компетентності [Электронный ресурс] / А. Хуторськой // Відкритий урок – Режим доступа: http://osvita.ua/school/method/2340, вільний. – Назва з екрана.

4. Відділ STEM-освіти [Електронний ресурс] // Інститут модернізації змісту освіти. –Режим доступу до ресурсу: https://imzo.gov.ua/pro-imzo/struktura/viddil-stem-osviti/, вільний. – Назва з екрана.

5 HooplaKidzLab [Електронний ресурс] // YouTube. – Режим доступу: https://www.youtube.com/channel/UCZYqWTQJzJaMW7jFG16p8ug. – Назва з екрана.

6. Peekaboo Kidz [Електронний ресурс] https://www.youtube.com/channel/UCxlJ45KjG4XVcQ_hd8j227A. – Назва з екрана.

7. The Science Kid [Електронний ресурс] // YouTube. – Режим доступу:

https://www.youtube.com/channel/UC99BnMUvlR-2bN5YMTAW6xQ. – Назва з екрана.

8. WhizKidScience [Електронний ресурс] // YouTube. – Режим доступу:

https://www.youtube.com/user/WhizKid8881. – Назва з екрана.

9. ABC Science [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://www.abc.net.au/science/surfingscientist/lessonplans/default.htm. – Назва з екрана.

10. Ірина Пахомова. PenguIN English Speaking Club [Електронний ресурс]. – Режим доступу: https://www.facebook.com/groups/148818052379354. – Назва з екрана.

11. Lingualeo [Електронний ресурс] . – Режим доступу: https://lingualeo.com. – Назва з екрана.

12. The Meaning of Surface Tension and its Practical Applications / Get Science & Technology [Електронний ресурс] // YouTube. – Режим доступу: https://www.youtube.com/watch?v=zZeAdPKd6XY. – Назва з екрана.

13. Surface Tension - Why are drops spherical? [Електронний ресурс] // YouTube. – Режим доступу: https://www.youtube.com/watch?v=4WZTzKu3CsY. – Назва з екрана.

14. 5 Animals That Can Walk On Water [Електронний ресурс] // YouTube. – Режим доступу: https://www.youtube.com/watch?v=wJ__rbsytjI. – Назва з екрана.

15. Harvard Natural Sciences Lecture Demonstrations Soap Film Loops [Електронний ресурс] // YouTube. – Режим доступу: https://www.youtube.com/watch?v=e0fhh1830Kc. – Назва з екрана.

16. Lotus effect [Електронний ресурс] // YouTube. – Режим доступу: https://www.youtube.com/watch?v=MFHcSrNRU5E. – Назва з екрана.

17. Ultrahydrophobicity. From Wikipedia, the free encyclopedia [Електронний ресурс] // YouTube. – Режим доступу: https://en.wikipedia.org/wiki/Ultrahydrophobicity. – Назва з екрана.

18. The SECOND Official Ultra-Ever Dry Video - Superhydrophobic coating - Repels almost any liquid! [Електронний ресурс] // YouTube. – Режим доступу: https://www.youtube.com/watch?v=BvTkefJHfC0. – Назва з екрана.