Методична розробка «STEM-освіта: проблеми та напрямки впровадження»

Методична розробка на тему:

«STEM-освіта: проблеми та напрямки впровадження»

Зміст

Вступ…………………………………………………………………..…3

1. Проблеми та напрямки впровадження………………………………..6
2. Методичні аспекти реалізації STEM-освіти в освітній процес

 навчання математики та фізики ……………………………………..…8

Висновок………………………………………………………………..15

Список використаних джерел…………………………………………17

Вступ

Не навчайте дітей так,

                                          як навчали вас, - вони народились

 в інші часи...

Кожен із нас замислюється про те, яким буде світ через якихось десять років? Дивлячись як стрімко розвивається людство, важко передбачити, чи не так? Та саме в цьому світі наші діти житимуть та будуватимуть кар’єру. Чи здатна сучасна освіта підготувати їх до цього? Відповіддю може стати STEM- освіта. Що з себе представляє STEM – освіта, якими принципами керується дана методика і які несе переваги. У цій роботі описано, що таке STEM-освіта, реалії впровадження даного напрямку в сучасній освіті, його перспективи та проблеми.

   Стратегія сталого розвитку України в умовах глобалізації ґрунтується на амбітній меті досягнення європейських стандартів життя та гідного місця нашої держави у світі. На новому етапі розвитку цивілізації досягти поставлених цілей можливо тільки на основі ефективної взаємодії економіки, науки, освіти, залучення інноваційних технологій до всіх сфер діяльності суспільства та інших прогресивних державних і соціальних процесів.

Прискорення процесів глобалізації в економіці та політиці висувають нові вимоги до структури та якості освіти.

    Спостережувані нині економічні процеси у всьому світі охоплюють різноманітні сфери життя, визначальними серед яких є, насамперед, ринок праці і технологічний уклад.

Критичним фактором інноваційного виробництва розвинутої країни є, з одного боку, постійно зростаючий дефіцит фахівців високотехнологічних галузей, здатних до комплексної науково-інженерної діяльності, а з іншого – падіння цікавості учнів до дисциплін природничо-математичного циклу, знання яких покладено в основу створення і розвитку сучасних технологій різного рівня та спрямування: від техніки до соціально-економічних процесів.

  Зазначене протиріччя має глобальний характер і потребує докорінного перегляду існуючих нині моделей освіти, освітніх програм, методів організації навчання, відставання якого від вимог світового ринку у сфері економіки та технологій складає десятиріччя.

    Сьогодення об’єктивно стикається з дефіцитом спеціалістів, обізнаних у науковій сфері, здатних брати участь у інноваційних процесах і забезпечити стабільний розвиток суспільства у майбутньому.

    Одним із актуальних напрямів інноваційного розвитку природничо-математичної освіти є STEM – орієнтований підхід до навчання.

Акронім STEM (від англ. Science – природничі науки, Technology – технології, Engineering – інженерія, проектування, дизайн, Mathematics – математика) визначає характерні риси відповідної дидактики, сутність якої виявляється у поєднанні міждисциплінарних практико орієнтованих підходів до вивчення природничо-математичних дисциплін.

     Сьогодні в багатьох країнах створюються осередки STEM–освіти: STEM-центри, STEM-лабораторії тощо.

 STEM–освіта – категорія, яка визначає відповідний педагогічний процес (технологію) формування і розвитку розумово-пізнавальних і творчих якостей молоді, рівень яких визначає конкурентну спроможність на сучасному ринку праці. STEM–освіта здійснюється через міждисциплінарний підхід у побудові навчальних програм закладів освіти різного рівня.

    STEM-підхід в освіті ґрунтується на міждисциплінарних засадах у побудові навчальних дисциплін і окремих дидактичних елементів (інтегроване навчання відповідно до певних тем або реально існуючих проблем). Така освітня технологія має на меті комплексно формувати ключові фахові, соціальні й особистісні компетенції молоді, які визначають конкурентну спроможність на ринку праці: здатність і готовність до розв’язання комплексних задач (проблем), критичного мислення, творчості, когнітивної гнучкості, співпраці, управління, здійснення інноваційної діяльності та ін.

   Одним із напрямків інноваційного розвитку природничо-математичної освіти   є система навчання STEM, завдяки якій діти розвивають логічне мислення та технічну грамотність, вчаться вирішувати поставлені задачі, стають новаторами, винахідниками. STEМ-освіта дозволить зміцнити та

вирішити найбільш актуальні проблеми майбутнього. Головна мета впровадження STEM-освіти полягає у реалізації державної політики з урахуванням нових вимог Закону України «Про освіту» щодо посилення розвитку науково-технічного напряму в навчально-методичній діяльності на всіх рівнях.

   Основні ключові компетентності концепції «Нової української школи» гармонійно входять у систему STEM-освіти, створюючи основу для успішної самореалізації особистості і як фахівця, і як громадянина. Впровадження системи STEM-освіти продиктовано вимогою «нової економіки».  У віддаленому майбутньому з’являться професії, які будуть пов’язані з технологією і високотехнологічним виробництвом на стику з природничими науками. Здобуття сучасних професій потребує всебічної підготовки та отримання знань із різних освітніх областей природничих наук, інженерії, технологій та програмування, напрямів які охоплює STEM-освіта.       

1. Проблеми та напрямки впровадження         

   Які навички отримує дитина в процесі навчання? На відміну від класичної, в нашому розумінні, освіти, за STEM дитина отримує набагато більше автономності. На процес навчання набагато менше впливають стосунки, що склалися між учнем та вчителем, що дає можливість більш об’єктивно оцінювати прогрес. За рахунок такої автономності, дитина вчиться бути самостійною, приймати власні рішення та брати за них відповідальність. Зі слів Елада Інбара, засновника компанії, що займається інтеграцією роботів у навчальний процес шкіл Сполучених Штатів, коли діти взаємодіють роботами, вони легше сприймають власні помилки. Навички критичного мислення та глибокі наукові знання отримані в результаті навчання за STEM, дозволяють дитині вирости новатором – двигуном розвитку людства. Тому необхідно передбачити в кожній школі хоча б гурток з роботехніки. І ось тут починаються проблеми…

     ІТ – інтеграція – шлях до STEM-освіти. На даному етапі її впровадження перед сучасними навчальними закладами виникає ряд проблем, які вимагають негайного вирішення:

• відсутність якісних навчених спеціалістів;
• нове обладнання, так як використання застарілого не має актуальності, новизни та практичної цінності;
• низькоякісний Інтернет;
• недостатній рівень інформаційної безпеки.
• великі затрати часу на підготовку уроку.
• довготривалість проекту.
• недостатня матеріальна-технічна  база

     Але, переваг використання STEАM-освіти  значно більше, ніж недоліків. Успіх впровадження педагогічних інновацій залежить від багатьох чинників, і в першу чергу від рівня обізнаності та готовності вчителів до їх використання. Ми провели експертизу рівня готовності вчителів школи до інноваційної діяльності за методикою, яка пропонується в методичній літературі ).

   Результати анкетування  показали, що  склад педагогічного колективу за рівнями готовності до інноваційної діяльності розподілився таким чином:                        Відсутній високий та достатній  показник   готовності     учителя до інноваційної діяльності.       

• 75 % - інновації використовують епізодично, відсутня система  інноваційної діяльності на уроках (49 – 25 %)
• 25 % - інноваційна діяльність  фрагментарна, наявна лише  інколи. ( менше 25 %)  

    Отже, анкетування  показало, що готовності педагогів до впровадження інновацій на середньому рівні

    Вагомим аргументом на захист впровадження  інновацій є  і зацікавленість   учнів  у проектній діяльності.                                         

                 Так,  вивчивши думку учнів  7-11 класів, можна зробити висновок, що більше подобаються  уроки  інноваційні (81%)   ніж традиційні ( 19%).  На думку дітей такі уроки  сприяють кращому  запам’ятовуванню    інформації  (42%), кращому усвідомленню матеріалу (62%), підвищують інтерес до навчання (75%). Учні вважають, що вони  отримують  кращі знання на уроках з використанням інноваційних технологій - 74%.

    Турбує, що відповідаючи на питання анкети, учні 7-11 класів зазначають, що не бажають навчатися  -92%,  87% - не цікаво навчатися ,  69% учнів задоволені  знаннями, які отримують,   тільки з окремих предметів.

    Це говорить про те, що більшість учителів викладають  навчальний предмет традиційно та формально, не використовуючи новітні технології навчання    не зацікавлюючи учнів  сучасними методами навчання, не розвиваючи в них уміння побачити проблему,  та знайди шляхи  вирішиння.             

    Отже, одне з основних завдань нової української  школи – створити умови для різнобічного розвитку підростаючого покоління, забезпечити активізацію і розвиток інтелекту, інтуїції, легкої продуктивності, творчого мислення, рефлексії, аналітико-синтетичних умінь та навичок з урахуванням можливостей кожної дитини.

2. Методичні аспекти реалізації STEM-освіти в освітній процес навчання математики та фізики

«Інноваційне виробництво та високотехнологічний бізнес, які є головними двигунами сучасної економіки, не будуть розвиватися в Україні без належного рівня математичної та природничої освіти… Тому, якщо ми не виведемо на новий рівень інженерно-технічну та природничу освіту, ми не зможемо рухатися далі»,- зазначила міністр освіти і науки України Лілія Гриневич під час презентації концепції «Нова українська школа».

Виникає гостра освітня потреба у якісному навчанні сьогоднішніх учнів технічним дисциплінам – математиці, фізиці, інженерії… Але інтерес до вивчення математичних та природничих дисциплін у середній школі знижується. Тому навчання математики та фізики має зробити певний внесок у формування ключових компетентностей. Методичні інструменти, які забезпечують формування для учнів навчально-пізнавального середовища, надає вчителю саме STEM-освіта.

Ми не можемо дати дитині абсолютно всі знання за час перебування в навчальному закладі. Сьогодні потрібно дітей навчити, як шукати додаткові знання і як їх використовувати для вирішення власних чи професійних завдань. Уроки математики та фізики з використанням елементів STEM-освіти дають можливість не тільки розвивати і підтримувати інтерес до предмета, але й бажання займатися ними і набувати нові знання, сприяти розвитку особистості, умінню виділяти головне в проблемі, формуванню високого рівня елементарних операцій (аналіз, порівняння, аналогія, класифікація).

  Ми, викладачі, повинні прищепити учням бажання до дослідження та озброїти їх методами науково-дослідної роботи. Завдання дослідницького характеру суттєво відрізняються від традиційних. У формулюваннях дослідницьких завдань немає очевидної відповіді, її учням необхідно самостійно знайти і обґрунтувати. Формулювання завдань можуть бути такими: «дослідити», «вірно, що якщо…, то»,  «проаналізуй»…

Складання математичної моделі задачі – це переклад завдання мовою математики. Розв’язуючи на уроках математики задачі прикладного характеру

 (економічні, екологічні, фізичні) шляхом моделювання, учень отримує факти важливості математики для науки і повсякденного життя. Однією із STEM-технологій навчання математики є використання прикладних задач. Це можуть бути задачі про архітектурні споруди рідного міста або про відомі на весь світ пам’ятки архітектури; це задачі біологічного змісту про розмноження бактерій, ріст популяцій комах; хімічного змісту про утворення розчинів, швидкість ходу хімічної реакції; фізичного змісту про швидкість руху тіла, виконану роботу, силу струму тощо.                                                                                                                 Одним із дієвих засобів є практико-орієнтовані завдання. Під практико-орієнтованими завданнями розуміють завдання, умови яких є описом ситуацій із повсякденного життя учнів. Прикладом таких завдань можуть бути завдання на складання текстових задач після проведення виробничих екскурсій; практичні роботи, пов’язані з безпосереднім вимірюванням, спостереженням, збором необхідної інформації; задачі на купівлю товарів, оптимізацію витрат тощо. Можна запропонувати учням такі завдання: «Обчисліть площу класної кімнати, виконавши необхідні вимірювання», «Обчисліть довжину плінтуса, необхідного для оздоблення класної кімнати. Скільки вимірів необхідно зробити, враховуючи, що кімната має форму прямокутника?», «Визначте довжину власного кроку та виміряйте кроками довжину і ширину спортивного майданчика біля навчального закладу. Якою буде його площа в кроках? В сантиметрах?».

Однією з  форм роботи на уроках математики, яка сприяє розвитку графічних навичок та обчислювальних умінь, є лабораторно-графічні роботи. Вони дають можливість повніше й більш свідомо засвоїти математичні залежності між величинами, ознайомитись із вимірювальними й обчислювальними приладами та їх застосуванням на практиці, навчитися проводити вимірювання та обчислення з певною точністю тощо.

Із задоволенням учні «відкривають» для себе геометрію, якщо застосувати на уроках орігамі. Орігамі - мистецтво складання паперу без використання клею та ножиць. Згинання аркуша паперу – найпростіша операція, яка не потребує жодних особливих навичок, крім уяви. Орігамі дає

 можливість застосовувати графічні вміння та навички учнів у побудові схем, рисунків геометричного характеру на площині та в просторі, причому не користуючись при цьому креслярськими інструментами. Учні працюють з фігурами, перетворюючи їх на інші. Учням можна запропонувати завдання «Побудувати пряму, маючи аркуш паперу». Спочатку завдання дивує учнів, але згодом дехто пропонує провести пряму по одній із сторін прямокутного аркуша паперу. А якщо аркуш має довільну форму? Тоді учні методом спроб і помилок приходять до висновку, що достатньо просто перегнути аркуш – і лінія перегину буде тією самою шуканою прямою.

Можна практикувати проведення пленерних уроків – це урок, проведення якого передбачається не в класі, а просто неба або у  довкіллі, щоб вчитися бачити, слухати і розуміти навколишній світ. На таких уроках можна вдало пов’язати теорію з практикою та реальним життям. Прикладом може бути урок-екскурсія на тему «Математика навколо нас», яку можна провести  на території навчального закладу. Головна мета уроку - спостереження за предметами, явищами, процесами, що вивчаються, та використання теоретичних математичних знань на практиці.                                                                                                  Процес навчання фізики спрямовується на розвиток особистості учня, становлення його наукового світогляду й відповідного стилю мислення, формування предметної, науково-природничої (як галузевої) та ключових компетентностей. Навчальний фізичний експеримент забезпечує формування в учнів необхідних практичних умінь, дослідницьких навичок та особистісного досвіду експериментальної діяльності (демонстраційний і фронтальний експерименти, лабораторні роботи, короткотривалі досліди, навчальні проекти, спостереження). Можна пропонувати учням домашні практичні роботи з фізики.

Наведемо декілька прикладів впровадження елементів STEM-освіти на уроках фізики. Зокрема, метод «критичного читання тексту», для порівняння величин або понять, метод «Діаграма Ейлера-Вена» та «Асоціативний кущ», «Парад розумних думок», створення граф-схем з теми, цікаві запитання з рубрики «Фізика навколо нас», короткі повідомлення або презентації з даної

теми тощо.

Однією з найважливіших ділянок роботи в системі навчання фізики є розв’язування задач. За вимогами компетентнісного підходу задачі мають бути наближені до реальних умов життєдіяльності людини, спонукати до використання фізичних знань у життєвих ситуаціях. Пропонувати учням можна компетентнісні задачі, у яких чітко прослідковуються міжпредметні зв’язки та прикладна спрямованість навчання фізики: задачі із життєвих ситуацій, задачі виробничого характеру. Під час розв’язування задач завжди потрібно заохочувати учнів знаходити інший спосіб, ніж той, що показано на дошці. Потрібно також робити з учнями аналіз, у чому полягають сильні та слабкі сторони кожного із запропонованих розв’язків.

Поряд із розрахунковими задачами велике значення мають якісні задачі, які сприяють поглибленню та закріпленню теоретичних знань учнів. Розв’язування якісних задач потребує від дітей аналізу фізичної сутності явища, тому правильний їх розв’язок свідчить про розуміння вивченого матеріалу. В контексті компетентнісно - орієнтованого навчання з фізики особливого значення набувають фото-задачі, задачі-оцінки, творчі-задачі.                             Самостійне експериментування учнів потрібно розширити домашніми експериментами та спостереженнями, використовуючи саморобні або побутові прилади, дотримуючись при цьому правил безпеки життєдіяльності. Спостерігаючи за об’єктом або явищем, учень отримує якісні їх характеристики, а у ході вимірювання-ще й кількісні.

На уроках фізики потрібно акцентувати увагу учнів на тому, що світ навколо нас є складною системою зв’язків і взаємовпливів. Щоб зрозуміти принцип STEM, необхідно бачити не просто явище, а розуміти, які математично обумовлені фізичні, хімічні, географічні закономірності призвели до його виникнення. Способом формування ціннісного ставлення учнів до фізичного знання є розкриття здобутків вітчизняної науки та висвітлення внеску українських учених у розвиток природничих наук.

 Особливою формою наскрізного STEM-навчання є інтегровані уроки, які спрямовані на встановлення міжпредметних зв’язків. Цілеспрямовані змістовні інтегровані уроки встановлюють міцні зв’язки між навчальними

дисциплінами, вносять новизну в традиційну систему навчання, допомагають учням зрозуміти важливість вивчення основ наук як єдиної системи знань. Інтегровані уроки роблять навчальний процес цікавим, а їх проведення є необхідним для цілісного сприйняття світу та осмислення явищ навколишньої дійсності учнями. Звичайно, таких уроків проводиться небагато, так як складно скоординувати діяльність педагогів, які викладають різні предмети.

Цікавими інтегрованими є уроки фізики, інтегровані з біологією. Наприклад, багато рослин і тварин мають дивну властивість-прогнозувати зміни погоди, віщувати різні природні явища: землетруси, грози, виверження вулканів. Отже, живі барометри, компаси, сейсмографи-це цікавий матеріал для інтеграції фізики з біологією.

Одним із ефективних засобів формування компетентностей є дослідно-проектна діяльність. Проектна діяльність – одна з найперспективніших складових освітнього процесу, яка створює умови творчого саморозвитку та самореалізації учнів, формує всі необхідні життєві компетенції: мовленнєві, інформаційні, політичні та соціальні.

Самостійний пошук знань, їх систематизація, можливість орієнтуватися в інформаційному просторі, бачити проблему і приймати рішення відбувається саме через метод проектів. В основі методу проектів лежать розвиток пізнавальних навичок учнів, умінь самостійно конструювати свої знання й орієнтуватися в інформаційному просторі, удосконалення критичного мислення (схема 1 ) .

Проект як засіб реалізації STEM-освіти у школі дозволяє органічно інтегрувати знання учнів з різних дисциплін під час розв’язання реальних проблем, обумовлює їх практичне використання, генерує при цьому нові ідеї, формує всі необхідні життєві компетенції. Реалізація методу проектів на практиці змінює роль вчителя під час навчального процесу. Із носія готових знань він перетворюється на організатора пізнавальної діяльності учнів.

Схема 1

Новою програмою з фізики, яка почала діяти в 2015-2016 навчальному році, визначено виконання навчальних проектів. Під час виконання навчальних проектів вирішується ціла низка різнорівневих дидактичних, виховних і розвивальних завдань: набуваються нові знання, уміння і навички, які знадобляться в житті; розвиваються мотивація, пізнавальні навички; формується вміння самостійно орієнтуватися в інформаційному просторі, висловлювати власні судження, виявляти компетентність.             

   Соціальний заказ суспільства диктує, що сучасний учень повинен знайомитись з оточуючим світом не тільки на теоретичному рівні, а й на практиці. Об’єднати теорію та практику можливо, якщо використовувати освітню робототехніку на уроках. Вона дозволяє відтворювати на уроках динамічні схеми, зробити демонстрацію дослідів яскравою, кольоровою та більш наочною, а у школярів формуються навички проектування, конструювання та програмування. Використання робототехніки дозволяє суттєво покращати навички учнів в таких дисциплінах як математика, фізика, інформатика, технологія. Зі слів Елада Інбара, засновника компанії, що займається інтеграцією роботів у навчальний процес шкіл США, коли діти взаємодіють з роботами, вони легше сприймають власні помилки.

   Позакласна робота з математики або фізики є складовою всього навчального процесу, природним продовженням роботи на уроці. Відомості, здобуті під час цих занять, дають учневі змогу доповнювати в класі відповіді товаришів, наводити цікаві приклади чи виконувати складні досліди. Екскурсії є чудовим варіантом змістовного дозвілля, який дозволяє наочно показати учням переваги технологічних досягнень; узагальнити вивчений теоретичний матеріал та показати можливості його застосування не на уроці. Екскурсії розглядаються як потужний засіб реалізації завдань STEM - освіти: популяризації інженерно-технологічних професій, формування наукового світогляду, інтеграції матеріалу різних навчальних предметів в межах одного навчального дня, здійснення керованої дослідно-проектної діяльності тощо.

Висновок

       Отже,  STEM-освіта-це: напрям освіти, започаткований у США у 1990-х р. з метою розвитку науково-технічних компетенцій учнів і розв’язання проблеми браку інженерних кадрів; один із головних трендів у світовій освіті; інтеграція чотирьох дисциплін (природничі науки, технологія, інжиніринг, математика) в єдину схему навчання, проектне та інтегроване навчання; освіта, яка закладає інтерес до дослідницької діяльності та готує дітей до життя у технологічно розвиненому житті;  урок, побудований на реалізації конкретного проекту, застосуванні науково-технічних знань у реальному житті; набуття знань через гру та конструювання пристроїв і механізмів; не запам’ятовування фактів, а розуміння і формування практичних навичок і умінь; підготовка майбутніх фахівців у галузі високих технологій і комунікацій; основа економічного та інноваційного розвитку країни.

    За STEM-навчання в центрі уваги знаходиться практичне завдання чи проблема. Учні вчаться знаходити шляхи вирішення не в теорії, а прямо зараз шляхом спроб та помилок. Структура уроку повинна включати основні предметні знання, узагальнені (наскрізні) поняття, наукові та інженерні навики.

    Використання STEM-освіти на практиці це прекрасна можливість навчити учнів мислити та знаходити необхідну інформацію, вирішувати складні завдання, приймати рішення, організовувати співпрацю з іншими учнями та вчителем. Учень вчиться створювати ідеї та втілювати їх в життя, презентувати результати власних досліджень.

    Запровадження STEM- навчання має відбуватися поступово.

  З метою залучення учнів до практичної діяльності бажано розширити діапазон форм і методів навчання, способів навчальної взаємодії. Практика роботи показала плідність інтеграції, виявила перспективи подальшого розвитку та удосконалення такого підходу до навчання. Для формування предметних компетентностей учнів учитель має спиратися на систему інтегрованих завдань, спрямованих на застосування знань для розв’язування задач у змодельованих життєвих ситуаціях.

    Впровадження в освітній процес STEM дозволить сформувати в учнів найважливіші характеристики, які визначають компетентного фахівця та дає принципово нову модель природничо-математичної освіти з новими можливостями і результатами, як для вчителів, так і для учнів.

    На сьогоднішній день існує нагальна потреба в підготовці та перепідготовці вчителів, які б могли працювати в даному напрямі і перевести процес впровадження STEM-освіти з поодинокого на масовий рівень. Потрібно забезпечити навчальні заклади необхідними матеріальними ресурсами (конструкторами, комп’ютерами тощо). Переглянути підходи до оцінювання і стимулювання всіх учасників STEM-навчання.

Список використаних джерел

1. 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).
2. Головань О.В., Шаповалов Є.Б. Посібник з хімії з використанням цифрових лабораторій «EINSTEIN». Частина 1. Навчальний посібник/ відп. за оформлення Розкладай А.В./ К.: 2016.-138 с.
3. Чернецький І.С. Методика проведення демонстраційних експериментів та лабораторних робіт з фізики із застосуванням цифрового вимірювального комплексу (частина 1). Навчальнометодичний пос./ Чернецький І.С.- К.: 2015 – 77 с.
4. Шаповалов Є.Б. Посібник з використання цифрових лабораторій «EINSTEIN» під час уроків та позакласних занять з біології. Частина 1. Навчальний посібник/ відп. за оформлення Розкладай А.В./ К.: 2016.-143с.

Електронні ресурси:
1. http://btdc.org.ua/stem-osvita/
2. STEM-освіта: http://iteach.com.ua/news/mass-media/?pid=2621