Актуальність досвіду:

Стрімкий розвиток галузі інформаційних технологій, робототехніки, нанотехнологій виявляє потребу в досвідчених фахівцях, тому виникає гостра освітня потреба в якісному навчанні теперішніх учнів технічним дисциплінам – математиці, фізиці, інженерії, програмуванню тощо. Освіта повинна бути випереджувальною, відповідати принципам розвитку суспільства в майбутньому. Сьогодення вимагає переведення освітнього процесу на технологічний рівень, активізації пошуку перспективних інноваційних педагогічних технологій спрямованих на розвиток і саморозвиток особистості. Одним із актуальних напрямків інноваційного розвитку природничо - математичної освіти є система навчання STEM (Science - наука, Technology - технологія, Engineering - інженерія, Mathematics - математика) спрямована на розвиток нових технологій, інноваційного мислення, та забезпечення потреби в добре підготовлених інженерних кадрах, що сприяє популяризації інженерно - технологічних професій серед молоді.

Мета досвіду:

 Формування успішної особистості в умовах упровадження Нової української школи шляхом впровадження STEM - освіти. Формувати в учнів ключову та інформаційну компетентності, уміння вчитися, знаходити інформацію, критично мислити та використовувати її, що у майбутньому забезпечить можливість успішно навчатися впродовж усього життя, жити і працювати в інформаційному суспільстві, в сучасних економічних  умовах.

Завдання досвіду:

•    досягти якісного рівня унаочнення, здійснювати демонстрацію фізичних процесів і явищ;

•    познайомити учнів з мікроелектронікою та робототехнікою;

•    стимулювати пошукову, дослідницьку діяльність та пізнавальний інтерес до вивчення фізики та програмування.

На даний час суспільство вимагає творчих, ініціативних, відповідальних громадян які здатні ефективно взаємодіяти при виконанні соціальних, виробничих та економічних завдань. Таким чином актуальним завданням школи є компетентнісний підхід у навчанні.

Важливим напрямком у реалізації компетентнісного підходу є STEM освіта.

STEM  визначає характерні риси відповідної дидактики, сутність якої виявляється у поєднанні міжпредметних практично - зорієнтованих підходів до вивчення природничо-математичних дисциплін.

Високі вимоги до якості навчально-виховного процесу зумовили виникнення та впровадження такого феномену як «дослідницька компетентність» присвячені роботи В. Болотова, І. Зимньої, С. Осипової, О. Ушакова, М. Голованя та  інших науковців. 

Також однією з форм активної роботи,  яка дозволить розкрити індивідуальні можливості учнів та надасть можливість навчитися використовувати здобуті знання у житті є проектна діяльність. Вона широко використовується у школах різного типу, коледжах, технікумах та вищих навчальних закладах та має великий прикладний характер: дозволяє учням та студентам проявляти уміння самостійно працювати з інформацією, аналізувати її, систематизувати, формує відповідальність, навички співробітництва (у рамках проектної групи), дослідницькі, презентаційні, оціночні знання та навички.

У своїй педагогічній діяльності впровадження STEM  освіти  реалізую шляхом інтеграції дослідницьких методик навчання у метод проектів з використанням апаратно-обчислювальної платформи ARDUINO. Під час яких учні вчаться самостійно здобувати знання, розвивають навички самоорганізації, формують адекватну самооцінку, розвивають навички мовленнєвої культури: написання текстів, ведення бесіди, інтерв’ювання та інші форми комунікативного впливу, потребу у самоосвіті: цікавість до пізнання розвивається за власною ініціативою, без зовнішніх стимулів, вчаться подавати власні результати роботи, зокрема презентації.

Проаналізувавши діяльність учнів при розв’язуванні дослідницьких задач з фізики розділяю їх на два типи – аналітичні та конструкторські. Розв’язання   задач першого типу передбачає побудову учнями абстрактних моделей з теорії фізики для пояснення спостережуючого  факту  або  явища. Для реалізації цієї ідеї  розробив систему завдань, які спрямовані на:

1)                 активізацію  самостійного опрацювання нової інформації;

2)                 відтворення наочних та чуттєвих образів, предметів через експеримент;

3)                 розвиток в учнів інтуїтивного, логічного, образного, абстрактного видів мислення. Розглянемо, як приклад, задачі такого типу для учнів 9 класу з розділу «Магнітні явища» (Додаток 1). Також слід відмітити, що розв’язання таких задач передбачає безпосередню взаємодію вчителя та учня для більш ґрунтовного розвитку пізнавальних інтересів.

Розв’язання конструкторських задач передбачає перехід від абстрактних  моделей  до  нових фактів  дійсності  за  рахунок застосування набутих знань при побудові приладів та пристроїв. Цей напрям реалізую за допомогою апаратно - обчислювальної платформи ARDUINO, елементів радіоелектронного конструювання та заводських конструкторів різних пристроїв, що дає змогу сформувати та розвинути в учнів конструкторський тип мислення, уміння та навички роботи з даними пристроями. Розглянемо, як приклад, задачі конструкторського типу для учнів 9 класу. (Додаток 2).

Не менш важливим напрямком STEM - освіти для формування успішної

особистості та розвитку пізнавальних інтересів, вбачаю в реалізації навчальних проектів з та в яких виділяю наступні етапи:

1.   Організаційно-підготовчий етап (Додаток 3 Мал. 1)

На даному етапі учні описують мету, завдання та обґрунтування проекту. Тобто учень чи учні, якщо проект колективний, формулюють мету проекту, ставлять перед собою завдання які прагнуть реалізувати в процесі роботи над проектом. Також теоретично обґрунтовують призначення цього пристрою як кінцевого продукту.

2.   Конструкторський етап (Додаток 3 Мал. 2)

Учасники проекту збирають систематизують та відображають матеріали про необхідні компоненти пристрою. Здійснюють побудову принципової схеми підключення даного модуля до плати ARDUINO, та розробляють загальну принципову схему підключення всіх модулів до плати мікроконтролера. Також у середовищі програмування розробляють програмне забезпечення для роботи пристрою, що передбачає тісну співпрацю з вчителем інформатики.

3.   Технологічний етап (Додаток 3 Мал. 3)

На цьому етапі учасники проекту здійснюють підключення всіх необхідних компонентів пристрою, виготовляють корпус за необхідності, ознайомлюються з фізичними властивостями матеріалів та технологією їх обробки, здійснюють програмування мікроконтролера плати ARDUINO. Перевіряють дієздатність пристрою, аналізують та виправляють помилки допущені при складанні чи програмуванні пристрою

4.   Заключний етап (Додаток 3 Мал. 4)

На даному етапі учасники узагальнюють роботу над проектом роблять висновки про даний проект та можливі шляхи модернізації та вдосконалення пристрою.

Для підготовки презентації проекту використовую сервіс google-презентації. Його використання дозволяє застосовувати різноманітні теми, шрифти, додавати відео, анімаційні ефекти і т. д. Можливий колективний доступ до файлів, а також одночасна робота з файлами декількох користувачів з коментуванням документів для подальших обговорень. Доступне перетворення файлів з PowerPoint і назад. Можна працювати з файлами без використання Інтернету, просто зберігши файли на комп’ютері.

Створюючи власну систему роботи,  також працюю над удосконаленням форм і методів навчання, практикую проведення уроків - практикумів, уроків - конференцій, уроків розв’язування дослідницьких задач, на яких використовую інтерактивні, інформаційно - комунікаційні, проектні технології навчання. На уроках  застосовую інноваційні методи навчання: мозковий штурм, роботу в групах,  

проблемно-пошукові, асоціативні. Ці методи навчання  розвивають алгоритмічне  мислення, пізнавальні інтереси  та творчість учнів і дають  добрі результати навчання. Такий напрям роботи дає змогу активізувати навчально - пізнавальну діяльність учнів під час навчання фізики, наблизити її до реального життя. 

Також зазначу, що ефективність STEM-навчання, запровадження інноваційних методик Нової української школи, залежить від оновлення матеріально-технічної бази як предметів природничо-

математичного циклу, так і навчального закладу в цілому. Тому, для здійснення

STEM-навчання                  використовую

конструктори,      моделі,        вимірювальні комплекси        та      датчики, лабораторні прилади, електронні пристрої (принтери, комп'ютери, цифрові проектори, тощо). Їх використання дає     змогу          учням здійснювати проектну та дослідницьку діяльність,        реалізувати          моделювання різноманітних процесів     і         явищ та усвідомлено     формувати якісно         нові міжпредметні знання.

Отже, результатом впровадження STEM - освіти є ефективне формування раннього професійного самовизначення і усвідомленого професійного вибору, популяризація інженерних професій.  На мою думку особливу увагу слід приділяти використанню методу проектів (перш за все дослідницьких), інтерактивних форм роботи, ТРВЗ-технології. Невід’ємною частиною уроків та позакласних заходів є комп’ютерна підтримка, а саме створення презентацій, електронних тестових завдань, інтерактивних вправ, використання науково-популярних каналів на YouTube, уроки за методикою web-квесту тощо.

Додаток 1

Задача 1. За допомогою котушки, постійного магніту, гальванометра складіть електричне коло за схемою (Мал.1) та дослідіть явище електромагнітної індукції. Дайте відповіді на запитання:

1.     Що таке індукційний струм?

2.     Як змінюється напрям індукційного струму при опусканні та вийманні магніту з котушки?

3.     Від чого залежить величина індукційного струму?

                                                                                                             Мал.1

Задача 2. Складіть електричне коло за схемою (Мал.1).

З’ясуйте:

1.     У якому напрямку відхилиться алюмінієва дротина АВ після замикання ключа?

2.     Яким буде результат експерименту, якщо змінити напрям струму в колі?

3.     Як змінюватиметься напрям руху дротини при зміні положення магніту?

4.     Як змінюється величина сили Ампера при зміні

                сили струму в колі?                                                             ^Мал.1

Задача 3. Складіть електричне коло за схемою (Мал.1).

З’ясуйте:

1.     Чому при    замиканні ключа магнітна стрілка змінює положення?

2.     Яким           буде результат експерименту,        якщо змінити напрям струму в

                колі?                                                                    Мал.1

3.     Як змінюватиметься інтенсивність руху стрілки при зміні сили струму в колі?

Додаток 2

Задача        1.       Змонтуйте електричне коло з електромагнітним реле яке вмикає і вимикає лампочку кишенькового ліхтарика. Дайте відповіді на запитання:

1.     З        яких основних    частин        складається електромагнітне реле?

2.     Опишіть принцип роботи даного пристрою та намалюйте електричну схему.

3.     Вкажіть напрямки використання електромагнітних реле у техніці.

Задача 2. Скласти електродвигун з наявних компонентів та дослідити його роботу. Дайте відповіді на запитання:

1.     З яких основних частин складається електродвигун?

2.     Опишіть     принцип     його роботи.

3.     Назвіть переваги електродвигунів над тепловими двигунами такої самої потужності.

Додаток 3

Мал. 1. Організаційно - підготовчий етап

Мал. 2. Конструкторський етап

Додаток 3

Мал. 3. Технологічний етап

Мал. 4. Заключний етап