"Проектне навчання за системою STEM- освіти"

Проектне навчання за системою STEM- освіти.

Суспільство зацікавлене в тому, щоб громадяни були здатні самостійно, активно діяти, приймати рішення, гнучко адаптуватися до умов життя, що стрімко змінюються.

В цих умовах перед шкільною освітою ставляться такі завдання:

1. Формування готовності учнів до розв’язання різних проблем. Очевидно, що залежно від ситуацій, рішення конкретної проблеми буде спиратися на цілий спектр знань, навичок, умінь у різних предметних галузях. Для сформування такої якості необхідно: зробити викладання більш проблемно – орієнтованим; ширше використовувати рефлексивний підхід у навчанні; стимулювати в них, кого навчають, не тільки уміння відповідати на поставлені питання, але й формулювати свої власні питання; підсилити ступінь автономії учнів; переглянути традиційну роль вчителя і учнів на уроці.

2. Розвиток прагнення учитися все життя, обновлюючи отримані знання, уміння і навички стосовно умов, що змінюються.

Все більше педагогів спираються при цьому на підхід STEM-освіти, особливості якої дійсно допомагають розв’язати багато задач. В Україні за останні роки STEM набув  популярності.

Перед фізичним навчанням ставиться завдання сприяти формування в учнів компетентності, а саме: технічного і технологічного кругозору; самостійного та критичного мислення; розвиток особистісних якостей, потрібних для людини як суб’єкту сучасного виробництва і культурного розвитку суспільства; виховання відповідальності за результати власної діяльності.

Акцент у роботі учнів переноситься на розвиток творчого і критичного мислення, уміння працювати з інформаційними джерелами, різними видами проектно-технологічної документації; формування в учнів навичок проектної діяльності,уміння здійснювати аналіз та оцінку технологічних об’єктів, свідомо обирати ті чи інші технологічні процеси, трудові прийоми і технічні засоби; вміння проводити аналіз і оцінку процесу і результату; проводити нескладні маркетингові дослідження.

Серед різноманіття нових педагогічних, придатних для реалізації особистісно – орієнтованого підходу, найбільш характерна для STEM-освіти проектна методика навчання, що є сучасною педагогічною технологією навчання.

Проектна діяльність як засіб реалізації творчого потенціалу учня

Необхідність застосування проектної методики в сучасній шкільній освіті зумовлена очевидними тенденціями в освітній системі до повноцінного розвитку особистості учня, його підготовки до реальної діяльності. Вона забезпечує не тільки міцне засвоєння,навчального матеріалу але й актуальний, моральний розвиток учнів, їхню самостійність, доброзичливість у ставленні до вчителя; у стосунках між собою, комунікабельність, бажання допомогти іншим.

У проектній методиці широко використовується принцип „его-фактора”, що припускає спрямованість всього навчання на особистість учня, на його потреби і інтереси.

Проектна методика групується на особистісно – діяльнісному підході, що означає переорієнтацією всього навчального процесу на установку і вирішеннями самими школярами пізнавально – комунікативних і дослідницьких задач.

Суть поняття „проектно – технологічна діяльність пов’язана з такими науковими поняттями як „діяльність” „технологія”, „проект”,  що мають різноплановий характер.

Діяльність як загальне поняття є рушійною силою і умовою суспільного прогресу.

Психологи вказують на три основні види діяльності людини: гру, навчання, працю.

Школяри беруть участь у різних видах діяльності: ігровій, навчально – пізнавальній, ціннісно – орієнтаційній, предметно – перетворювальній, професійно трудовій, соціально комунікативній. Новим видом діяльності учнів  стала проектно – технологічна діяльність, що містить у собі елементи інших видів діяльності.

Технологія – це наука про способи взаємодії людини, знарядь і предметів праці.

„Технологія” – це ідеологія змін і творчості. Зараз технології стають найважливішими факторами пізнавального, соціально – екологічного і культурного розвитку суспільства і поліпшення на цій основі якості життя людей. Техніка і спосіб виробництва за своїм походженням є народженням культури, тому „технологія” – культурологічне поняття, пов’язане творчим мисленням і творчого предметно перетворювального діяльністю людини.

Технологічна культура – рівень розвитку перетворювальної діяльності людини, що виражається у сукупності дослідницьких технологічних процесах на основі гармонійної взаємодії з природою, суспільством, і технологічним середовищем.

Термін „проект” у перекладі з латинського означає „кинутий  вперед задум”. Термін „проект” часто пов’язують з поняттям „проблема”. Проект як проблема може означати справжню ситуацію творчості, де людина перестаю бути просто власником ідеї, відмовляється від свого приватного, щоб отримати шанс натрапити на щось інше, виявити його в своїй творчості. Роз’язання проблеми передбачає, з одного боку, використання сукупності різноманітних методів, засобів навчання, а з іншого, - необхідність інтегрування знань, умінь застосувати знання з різних галузей науки, техніки технологій.

Проект – це спеціально організований вчителем і самостійно виконувати учнями комплекс дій, що завершується результатом, створенням творчого продукту.

Вивчення тем «Тиск повітря», «Конвекція», «Вимірювання» можливо виконання інженерного проекту «Вимірювання швидкості вітру».

Заняття «Вимірювання швидкості вітру» направлено на вивчення принципів роботи анемометрів і ознайомлення зі змінами, яких зазнала їх конструкція з плином часу. Учні працюють в командах, проектують і створюють анемометри з предметів побуту. Команди випробовують свої датчики, оцінюють результати і представляють отримані дані класу.

Мета заняття

• Познайомитися з анемометрами.
• Познайомитися з технічним проектом.
• Дізнатися, як інженерні технології допомагають вирішити суспільні проблеми.
• Познайомитися з роботою в команді, а також навчитися використовувати  прийоми вирішення поставлених завдань.

Матеріали

Перелік ресурсів для учнів.

Листи для роботи учнів.

Фен або вентилятор з регулятором швидкості (у вітряну погоду це заняття можна проводити на відкритому просторі)

Комплект матеріалів для кожної групи учнів:

- фольга, пластикові пакети, паперові стаканчики, шнур, клейка стрічка, дріт, соломинки, дерев'яні палички, маленькі дерев'яні ложки, маленькі шматочки дерева (пробки), гнучка дріт (типу дроту для флористики або рукоділля), скріпки, гумові кільця, зубочистки, алюмінієва фольга, клей, папір, картон, пакувальний пластик і інші доступні матеріали;

- міліметровий папір для документування результатів

Огляд заняття

Учні дізнаються, як анемометри записують дані про силу вітру і як ця

інформація використовується для передбачення погоди і оцінки перспектив потенційних будівельних майданчиків для вітросилових установок.

Вони працюють в командах інженерів і розробляють анемометри з предметів побуту

Учні випробують датчики, оцінюють свої і чужі проекти і представляють результати класу.

Робота

1. Надати учням допоміжну літературу. Її можна прочитати в класі або

дати заздалегідь в якості домашнього завдання.

2. Розділяємо учнів на групи із 2-4 учня; видаємо кожній з них комплект матеріалів.

3. Пояснюємо учням, що вони повинні створити робочі анемометри з предметів щоденного користування, а також сконструювати систему вимірювання і запису швидкості вітру, що реєструється анемометром.

4. Учні в групі розробляють проект анемометра. Вони вирішують, які матеріали їм необхідні, готують креслення і представляють його класу.

5. Обмінюючись матеріалами з іншими групами, учні складають список необхідних деталей.

6. Після цього групи створюють анемометр. Їм може знадобитися переробити схему, запросити інші матеріали, обмінятися ними з групами або почати роботу заново. Учні повинні розробити систему підрахунку числа обертів і відображення результатів з урахуванням зміни швидкості вітру.

7. Далі групи будуть випробовувати свої анемометри на «вітрі» (природному або створеному вентилятором або феном). За бажанням можна створити вітер на стадії конструювання, щоб перевірити анемометри в класній кімнаті до випробувань.

8. Потім групи заповнюють оцінний листок і представляють свої досягнення класу.

В результаті такої роботи учні повинні отримати базові знання:

• про метеорологічному обладнанні;
• взаємозв'язкок технічних і громадських проблем;
• інженерному проектуванні;
• роботі в команді.

Проект розраховано на 3 академічних години.

Щоб домогтися  результату, необхідно навчити дітей самостійно мислити, знаходити і вирішувати проблеми, залучати з цією метою знання різних галузей, уміння прогнозувати результати і можливі наслідки різних варіантів рішення, встановлювати причинно – послідовні зв’язки.

Основні етапи проектно – технологічної діяльності учнів

STEM / STEАM-освіта - це сучасний освітній феномен. Його мета - розвинути в учнів високоорганізоване мислення і навчити ефективному застосуванню отриманих знань в таких дисциплінах, як природні науки, технологія, інженерія, математика і мистецтво, за допомогою проектного навчання.

Зміст виконання проектно – технологічної діяльності має складатися з таких етапів (стадій), які взаємозв’язані між собою і найефективніше розкривають послідовність розроблення і виконання проекту: організаційно – підготовчий, конструкторський, технологічний, заключний.

На кожному етапі учнями і учителями здійснюється відповідна система послідовних дій у виконанні проекту. Проект «Екологічний дозор» присвячено вивченню пристроїв, контролюючих ступінь забрудненості повітря. Групи учнів збирають зовнішні датчики забруднення повітря з предметів побуту. Потім вони випробують свої пристрої і перевіряють, забруднення повітря твердими частинками, які вони змогли виявити.

Перший етап проектно – технологічної діяльності організаційно – підготовчий. Він складається з наступних стадій: пошук проблеми, усвідомлення проблемної сфери, вироблення ідеї і варіантів формування основних параметрів, вибір оптимального варіанту та обгрунтування проекту, аналізу майбутньої діяльності, прогнозування майбутніх результатів. Засобами діяльності виступають особистий досвід учнів, досвід вчителів, батьків, а також засоби масової інформації – журнали, книги, Інтернет та ін. Результатами діяльності учнів на даному етапі є набуття нових знань учнів, а також визначений оптимальний варіант конструкції.

Отже,  на першому етапі перед учнями постає важливі питання –  обговорити проблему забруднення повітря, її вплив на суспільство,  про те, які інструменти створюють інженери, щоб виявляти присутність в повітрі різних забруднюючих агентів. правильно обрати об’єкт проектування, адже від цього залежить найбільшою мірою успіх подальшої роботи.

Другим етапом проектно – технічної діяльності є конструкторський етап, на якому учні здійснюють підбір матеріалів та інструментів, визначають найбільш доцільну технологію; виконують економічні, екологічні та міні маркетенгові дослідження. До проекту вчитель пропонує учням матеріали: щільний кольоровий папір, щільний картон, поліетиленова плівка, восковий папір, тканину, фетр, фільтри для кави, облікові картки, паперові тарілки і стаканчики, ножиці, двосторонній скотч, вазелін, патока, гачки, гумка, лінійка, лупи, міліметровий папір. Мікроскопи або цифровий фотоапарат (по можливості). Результатами діяльності учнів на цьому етапі є набуття нових знань.

На третьому – технологічному етапі, учні виконують заплановані операції, здійснюють самоконтроль і оцінку якості виробу. Мета – якісне і правильне виконання трудової операції. Кожна група розробляє пристрій, який буде виявляти в повітрі тверді забруднюючі речовини. Він повинен мати
кріплення, область забору повітря розміром не менш 5 × 5 см, а також систему
захисту від впливу шкідливих речовин.

Цей етап проектно – технологічної діяльності передбачає такі стадії, як виконання технологічних операцій, передбачених технологічним процесом, дотримання технологічної, трудової дисципліни, культури праці, оцінка якості варіантів конструкцій.

На заключному етапі здійснюється кінцевий контроль, порівняння і випробовування проекту, порівнюють виготовлену конструкцію з запланованою, якщо знайдені недоліки і неполадки, які виникли під час експерименту, намагаються їх осунути, аналізують проведену роботу, встановлюють, чи досягли учні своєї мети, який результат їхньої праці, здійснюють самооцінку спроектованого виробу.

На заключному етапі учні

• за допомогою луп (мікроскопів або цифрових камер, якщо є така можливість) можуть перевірити, скільки твердих частинок зібрали датчики.
• повинні записати, які частки вони виявили (пилок, бруд, пил і т. д.), і вказати їх розмір, колір, форму і структуру.
• підраховують число часток в п'яти випадкових ячейках і обчислюють їх середню кількість. Потім порівнюють показники в місцях, де були встановлені сконструйовані в класі датчики, і представляють дані у вигляді діаграми.

На закінчення всього учні захищають свій проект перед однокласниками шляхом оформлення звіту, демонстрацією та відповідають на запитання. Тут учні встановлюють чи досягли вони своєї мети, який результат їхньої праці.

Метод проектів дозволяє вирішувати завдання по формуванню і розвитку інтелектуальних умінь. Спільна або індивідуальна робота над проблемою має за мету не лише постаратися вирішити цю проблему, а й довести правильність її вирішення, представити результат своєї діяльності в певних обґрунтуваннях. Робота над проектом також передбачає необхідність в різні моменти пізнавальної, експериментальної, творчої діяльності використати сукупність інтелектуальних умінь. Тому не безпідставно вищезазначений метод широко використовується в національній педагогіці для створення умов для творчого самовдосконалення, духовного розвитку учнівської молоді, розвитку науково-дослідницької, експериментальної діяльності у різних галузях науки і техніки.

Слід відмітити, що головна мета учнівського дослідження відрізняється від такого в науці. Якщо у сфері науки метою є створення об'єктивно нових знань, то в навчанні мета дослідницької діяльності – розвиток особистості учня в процесі виконання ним дослідження, отримання учнем суб'єктивно нових знань, виявлених самостійно або за допомогою учителя.

Використання проекту як елемента уроку

Завдання розвитку інтересу учнів до фізики і астрономії, розширення і поглиблення їх знань і уявлень про зв'язок фізики і астрономії з життям, в проектно-дослідницькій діяльності можуть вирішуватися по-різному. Діяльність учнів найчастіше базується або на теоретичній основі - підготовці доповідей, складанні рефератів, розв’язанні завдань, або практичному виготовленні моделей, приладів, наочних посібників в процесі науково-дослідницької роботи. Досвід показує, що застосування проектно-дослідницької діяльність в навчальному процесі сприяє:

- розвитку інтересу і актуалізації знань з фізики і астрономії;

- розвитку інтелектуальної ініціативи учнів;

- створенню передумов для розвитку наукового типу мислення;

- освоєнню творчого підходу до будь-якого виду діяльності;

- навчанню і застосуванню інформаційно-комунікативних технологій;

- формуванню розвиваючого середовища;

- професійному самовизначенню учнівської молоді.

Важливо, щоб кожен пошук містив елемент новизни. Тільки тоді проявиться самостійність в пошуковій діяльності, що значною мірою розвиває творчу активність кожного учня. Умовно проектно-дослідницьку діяльність можна розділити на два види, які відмінні один від одного. До першого відносяться дослідження, що виконуються учнями 7-9 класів: «Дослідження умов плавання тіла», «Визначення щільності картоплі», «Залежність опору провідника від його розмірів», «Залежність швидкості випаровування рідини від температури оточуючого середовища»,завданням яких є:

• 
  навчити учнів ставити мету;
• 
  складати план досліджень;
• 
  підбирати необхідні прилади і матеріали;
• 
  збирати необхідні установки;
• 
  проводити дослідження і формулювати висновки;

Другий – це складніші дослідження, що виконуються учнями 10-11 класів, які враховують застосування набутих знань в практичній діяльності із використанням інформаційно-комунікативних технологій: «Дослідження процесу затухання коливань», «Коливання різної амплітуди», «Коливання в складних системах», «Під крилом дельтаплану», «Проблема впливу кислотних дощів на довкілля», «Вплив шуму на живі організми», «Різка зміна атмосферного тиску і вплив його на самопочуття людей»,  «вплив магнітного поля на рослини» завдання яких є навчити учнів:

• 
  самостійно застосовувати знання з різних предметів;
• 
  самостійно знайти інформацію в інформаційному полі;
• 
  знаходити декілька варіантів вирішення проблеми;
• 
  висувати та науково обгрунтувати гіпотези;
• 
  встановлювати причинно-наслідкові зв'язки.

У сучасній школі зміст проектно-дослідницького навчання пов'язаний з вирішенням і дослідженням певних проблем. Особливості цього методу знаходяться в активній ролі самого учня, самостійності виконання ним роботи і безпосередньої значущості вирішуваної проблеми для учня. Хоча не кожен учень освоює цей вид діяльності, але практика показала, що ця технологія дозволяє активізувати пізнавальний інтерес учнів і підготувати учня до участі в науково-дослідницькій діяльності в системі «Школа-МАН».

Метод проектів дозволяє учнів опрацьовувати інформацію, яку вони отримали з різних джерел. Особливу роль в цьому процесі грає  Інтернет. Учні навчаються не тільки отримувати інформацію, а також проводити аналіз та оформлювати отримані результати. Найбільш поширеним при підготовці до уроку – є створення презентацій на основі отриманої інформації. Деякі роботи учнів представлені в додатку. 

Література

1. Бех І.Д. Особистісно зорієнтоване виховання : науково-методичний пособник / І.Д. Бех. – К. : ІЗИН, 1998. – 204 с.
2. Галицький О. Навчаємо і виховуємо / Проектна діяльність у школі / О. Галицький. – К. : Шк. світ, 2007. – С. 79- 86.
3. Кручинина Т.Г. Проектная деятельность // Вестник НМЛ Международного детского центра “Артек” / Т.Г. Кручинина. – 1988. – №1. – С. 4-7.
4. Нікітіна Ю., Онопрієнко О. Працюємо за проектом “Екологія” // Екологічне виховання в школі / упор І. Васильченко, О. Кондратюк. – К. : Ред. загальнопед. газ., 2005. – С. 31-34.
5. Освітні технології : навчально-методичний посібник / за ред. О.М. Пєхоти. – К. : АСК, 2002. – 255 с.
6. Проектна діяльність у школі / упорядник М. Голубенко. – К. : Шкільний світ, 2007. – 128 с.
7. Тарасенко Г.С. Дивосвіт : технологія естетико-екологічного виховання. – К., 2000. – 208 с.

     www.tryengineering.org