Стаття ІНТЕГРОВАНІ STEM-УРОКИ ФІЗИКИ, ЯК УМОВА ТРАНСДИСЦИПЛІНАРНОСТІ НАУКОВОГО РЕСУРСУ

ІНТЕГРОВАНІ STEM-УРОКИ ФІЗИКИ, ЯК УМОВА

ТРАНСДИСЦИПЛІНАРНОСТІ НАУКОВОГО РЕСУРСУ

Постановка проблеми.   На сучасному  етапі розвитку суспільства й нової української школи, характерним є зростання обсягу інформації при зменшенні годин на її опрацювання і формування у здобувачів освіти цілісної картини навколишнього світу. Крім того, ринок праці перенасичений фахівцями гуманітарного напряму, що не сприяє розвитку технічних галузей України, які  будуть  дуже важливими після нашої Перемоги. Вирішення цієї проблеми потребує міждисциплінарних знань і  вміння проявляти  власну компетентність. Для підготовки таких спеціалістів необхідне впровадження в освітній процес трансдисциплінарного підходу з елементами STEM, який на сьогодні є необхідною умовою розвитку освіти, дає змогу активізувати пізнавальну діяльність здобувачів освіти, сформувати професійні якості, зокрема, природничо-математичну компетентність, що  полягає у всебічному

розвитку особистості у вивченні фізики та професійно орієнтованих дисциплін на основі STEM-технологій з урахуванням трансдисциплінарності. Ці завдання, які стоять зараз перед освітою, вимагають переходу з пасивного накопичення знань до творчої активності, розвитку індивідуальних здібностей, таланту, самоосвіти.

          Для впровадження інноваційних тенденцій розвитку фізичної освіти з використанням STEM-освіти в Україні склалися сприятливі умови:

– затверджено концепцію STEM-освіти [6];

– прийнято рішення Колегії Міністерства освіти і науки України «Про форсайт соціоекономічного розвитку України на середньостроковому (2020)

і довгостроковому (2030) часових горизонтах від 21.01.2016 р. (Протокол № 1/1-4);

– розроблено План заходів щодо впровадження STEM-освіти в Україні на 2016–2018, затвердженого МОН України від 05.05.2016 р.;

– створено віртуальний STEM-центр, що функціонує на базі Національного центру «Мала академія наук України» (https://stemua.science);

– створено потужний відділ STEM-освіти в ДНУ «Інститут модернізації змісту освіти»;

– організовано робочу групу науковців та педагогів-практиків для науково-методичного забезпечення STEM-освіти.

            З вище зазначеного можна сказати, що  упродовж останніх років, важливе місце в навчанні відводиться засвоєнню  основ фізичної галузі з урахуванням трансдисциплінарності з впровадженням STEM-технологій, а також опануванню наукових методів пізнання й оволодінню досвідом практичної діяльності в умовах розвитку STEM-освіти для одержання, узагальнення та використання нових знань на практиці.

Актуальність проблеми трансдисциплінарності на сьогодні  дає широкі можливості викладачам для досягнення поставлених цілей освітнього процесу. Трансдисциплінарний підхід з елементами STEM є запорукою успішного формування природничо-математичної компетентності у здобувачів освіти, яка передбачає вміння здобувача проявити набуті інтегровані знання фізики

у подальшому вирішенні технічних завдань, як на уроках, так і у майбутній  професійній діяльності.

Аналіз останніх досліджень та публікації. Проведений аналіз досліджень і публікацій показав, що інтеграція на уроках, не є новим явищем у педагогіці. Можна згадати розроблений К. Ушинським синтетичний метод навчання грамоти, уроки мислення на  природі В. Сухомлинського, уроки мистецтва Д. Ковалевського, теорію педагогічної співпраці Ш. Амонашвілі, що побудована на засадах інтеграції.

           В Україні формуванням наукових напрямків у вивченні теоретичних основ інтеграції присвячено численні праці науковців. Зокрема, напрямку методологічного обґрунтування проблем інтеграції присвячено праці С. Гончаренка, Ю. Мальованого, О. Сергєєва та інших. Визначенню структури інтегрованих знань присвячено праці Т. Усатенка; дослідженням системологічних аспектів інтеграції займалися О. Джулик, Є. Яворський. Розробкою шляхів упровадження інтеграції в навчальний процес займалися Л. Вичорова, Т. Горзій, О. Проказа, Є. Романенко та інші. У наукових працях зазначалося, що проблеми пошуку раціональних шляхів інтеграції різних дисциплін, зокрема фізики , посилюється також у зв’язку з перевантаженістю здобувачів освіти навчальними предметами, тематичною однорідністю дисциплін, необхідністю формування цілісного світогляду у взаємозв’язку його елементів.

Більшість науковців, що висвітлюють теоретичні основи  STEM-освіти ( В. Атаманчук,П. Атаманчук, С.Ганаба,О. Кушнір, О.Кузьмінська, Н. Морзе,Н. Омельченко, В. Пікалова, С. Подлєсний, Н. Поліхун, І. Сліпухіна, О. Стрижак, І. Чернецький, та інших). зазначають, що STEM-освіта передбачає інтегрований та проєктний підхід, з практичною  спрямованістю.  Проаналізував  стан STEM-освіти в закладах загальної середньої освіти України, Н. Морзе зазначає, що трансформація освітньої галузі в цьому напрямі передбачає окреслення державної політики для охоплення наступних напрямків: професійний розвиток, навчальні програми та система оцінювання, ІКТ, ресурсне забезпечення, дослідження та оцінювання. В. Андрієвська та Л. Білоусова за основну ідею STEM-освіти обирають побудову міждисциплінарної основи навчально-пізнавального процесу вивчення конкретних проблемних ситуацій реального життя [3].

. На думку науковців, педагог повинен усвідомити та пропустити через себе всю сутність STEM-освіти, опанувати методику використання STEM-технологій в освітньому процесі. О. Кузьменко складовими STEM-освіти називає робототехніку, ІТ-технології та програмування [5]. В. Пікалова пропонує реалізацію STEM-освіти під час підготовки вчителів математики через завдання проєктно-дослідного спрямування із використанням пакету GeoGebra. Науковець наводить приклад STEAM-проєкту «Українська вишивка», метою якого було дослідження та моделювання української вишивки засобами 7GeoGebra та Python [7, с. 314].

          С. Подлєсний, О. Тарасов зазначають, що одним зі шляхів ефективного розвитку національної системи вищої інженерно-технічної освіти є впровадження STEM-STEAM-STREAM-технологій [8, c. 124]. Н. По-

ліхун, І. Сліпухіна, І. Чернецький STEM визначають як педагогічну технологію, як засіб реформування освітньої системи України [9, с. 5–9].

Отже, STEM-освіта досліджується різнобічно: як педагогічна проблема; інноваційна технологія; трансформація освітньої галузі, інтегрований та

проектний підходи; інженерно-технічна освіта та як принцип навчання. Водночас потребує подальшого вивчення питання інтегрованих STEM-уроків фізики, як умову трансдисциплінарності наукового ресурсу.

Метою статті полягає в теоретичному, але на практичних прикладах, обґрунтуванні ефективності методики навчання фізики на основі технологій STEM-освіти і трансдисциплінарності,  що дає змогу забезпечити активну пізнавально-пошукову та самостійну діяльність здобувачів освіти.

Виклад основного матеріалу. STEM-освіта –послідовність курсів або програм навчання, що готують здобувачів освіти  до успішного працевлаштування, до самостійної освіти або для вдалого працевлаштування, вимагає різних і більш технічно складних навичок, із застосуванням математичних і технічних знань,  наукових понять STEM, що охоплює природничі науки (Science), технології (Technology), технічну творчість (Engineering) та математику (Mathematics).  Інноваційні технології STEM  використовують навіть у вивченні творчих, мистецьких дисциплін. Чому STEM-освіта так актуальна? Стрімка технічна  еволюція виробництва, новітні  технології, нові галузі науки змінюють пріоритети,  уже зараз найбільш популярними та перспективними на планеті фахівцями є програмісти, IT-фахівці, професіонали в галузі високих технологій, інженери. Уже зараз з'являються нові професії, пов'язані з технологією і високотехнологічним виробництвом на стику з природничими науками. Особливо будуть затребувані фахівці біофізики та нанотехнологій.  Як підготувати цих фахівців? Навчання - це не просто передача знань від учителя до учнів, це спосіб розширення свідомості і зміни реальності. На допомогу прийде STEM-освіта, як спосіб розширення свідомості і зміни реальності, у  якому   активно розвивається креативний напрямок, що включає творчі та художні дисципліни (мистецтво, музика, малювання, спів.). Людство – живий організм, а не металевий механізм, тому  майбутнє, засноване виключно на законах математики і фізики, навряд чи когось порадує. Але суспільство, у якому синтезуються науки і мистецтва, фізика і лірика хвилює нас уже зараз, тому вже сьогодні потрібно думати, як виховувати кращих представників майбутнього

З урахуванням Концепції розвитку національної інноваційної системи України [4] звернемо увагу на те, що одним із вагомих аспектів державної політики є

активізація інноваційних процесів, підвищення інноваційно-інтелектуального потенціалу країни,  її конкурентоспроможності на світовому ринку технологій, наукових знань і трудових ресурсів. Тому забезпечення інноваційної спрямованості освіти має відбуватися  шляхом утворення інноваційних освітніх структур (STEM-кабінетів, STEM-лабораторій, інноваційних центрів)

що відповідатимуть вимогам європейських стандартів та інтелектуально-національних традицій, що дає впровадження інноваційних освітніх програм при навчанні фізики .

На основі власного досвіду впровадження елементів   STEM-освіти аналізу

першоджерел [1,2] можна говорити про суперечності:

1. між новітніми здобутками науки і техніки при вивченні фізики на основі STEM-технологій та традиційними методами ;

2. між систематичним упровадженням трансдисциплінарного підходу при викладанні фізики та його фрагментарністю в процесі формування STEM-компетентності; 3. між необхідністю використання STEM-підходів при реалізації трансдисциплінарних зв’язків та застарілим обладнанням кабінетів фізики і традиційним методичним забезпеченням.

            У сучасні часи великого значення набуває проблема реалізації трансдисциплінарності фундаментальних дисциплін, зокрема фізики, та                     дисциплін професійно зорієнтованого спрямування. Трансдисциплінарність - одна з особливостей сучасної науки, що об’єднує теоретичні знання з різних предметів, галузей науки в цілісну систему і сприяє  її  єдності  розвитку. Такий інноваційний підхід осучаснює знання здобувачів освіти із фізики, завдяки трансдисциплінарному викладанню фізики проявляється інтерес

до вивчення фізики, що своєю чергою призводить до формування міждисциплінарних зв’язків.

Трансдисциплінарний STEM можна розділити на фундаментальні та нефахові сфери діяльності. Ця класифікація вказує, чи освітній рівень зосереджений на професійно зорієнтованих навичках професії чи на більш широких сферах,

таких як навички, корисні для повсякденного життя, або основні навички для різних робочих місць.

У трансдисциплінарній освіті конкретні навички мають технічний або методологічний характер, це не інтегровані навички STEM, а наукові або математичні, або фізичні,  або інженерні навички. Тобто можна сказати, що

дисциплінарні навички сприяють набору навичок STEM. Навички, що пов’язані з дисциплінами, об’єднано в таких галузях, де існує потреба в конкретному занятті, проекті. Наприклад, будівельні навички для інженерної діяльності.

Для прикладу розглянемо виконання учнівських проектів з фізики з виокремленням STEM-складників (науковості, технологій, інженерії, математики), що є невід’ємною складовою частиною освітнього процесу, тому що дає змогу формувати та розширювати фізичні поняття, розвиває критичне

фізичне мислення здобувачів освіти, навички і вміння застосування знань на практиці.

Наприклад, розглянемо два експериментальних  дослідження з фізики у 7-9 класах

. 1.«Виготовлення поліспаста з підручних засобів і визначення його ККД». Це завдання дається наприкінці вивчення курсу фізики 7 класу і дає змогу здобувачам освіти використати набуті знання з фізики і інших предметів

Розглянемо складники  STEM-освіти через трансдисциплінарність:

а) фізики – тема «Прості механізми. Коефіцієнт корисної дії механізмів»

тем». З’ясовуємо зв’язок нерухомого блока і важеля, досліджуємо рухомий блок, знайомимося з важливою характеристикою простих механізмів;

б) технології 5 клас – тема «Знаряддя праці, які використовують у побуті. Поняття про деталь». Вивчаємо види знарядь праці, пристосування для виконання робіт, історія їх виникнення і розвитку;

в)всесвітня історія 5 клас – тема  уроку  «Періодизація історії Давнього Єгипту. Боги і храми. Піраміди». Повторюємо, як відбувалось будівництво пірамід у Давньому Єгипті, за допомогою яких пристроїв.

2. «Виготовлення терезів з підручних засобів». Експериментальне завдання задається при вивченні у 7 класі теми « Взаємодія тіл. Сила», щоб здобувачі освіти власноруч зробили терези, використавши учнівську лінійку, два пластикові стаканчики, нитки.

У цьому завданні будуть наступні складники  STEM-освіти через трансдисциплінарність:

а)фізика – тема уроку «Інертність. Маса тіла» . Дізнаємось, що маса тіла – фізична величина, яка є мірою інертної та гравітаційної властивостей тіла. Одиниця маси в СІ – кілограм, вимірюється вагами або терезами. Дізнаємось, що маса тіла – фізична величина;

б)STEM -урок початкова школа 1 клас – тема «Важіль». Діти дізнаються, як підняти важкий предмет, доклавши невеликі зусилля, використовуючи важіль.

в)українська мова 6 клас– тема «Лексикологія. Пряме значення слова» Дізналися, чим відрізняються ваги від терезів. (Ваги — пристрій для вимірювання маси  тіла з використанням ефекту притягання тіла до Землі. Різновид з коромислом називають терези́ (від перс. tärāzı‎ через тюркське посередництво).

3. «Вирощування кристалів із різних видів солей». Експериментальна робота, яку виконують учні 8 класу при вивченні теми «Теплові явища», щоб з’ясувати експериментальним шляхом способи вирощування кристалів в домашніх умовах

та спостерігати за процесом їх росту.

 У цьому завданні будуть наступні складники  STEM-освіти через трансдисциплінарність:

а)фізика – тема уроку «Агрегатні стани речовини». Пригадуємо агрегатні стани та їх властивості, вивчаємо процес кристалізації (твердіння), залежність фізичних властивостей від напрямку;

б)хімія 8 клас – тема уроку «Типи хімічного зв’язку. Кристалічні решітки.» Ознайомлення учнів з типами кристалічних ґраток ; вивчення взаємозв’язків між будовою речовин та їх фізичними властивостями на підставі знань про типи хімічних зв’язків у неорганічних речовинах;

в) математика 3клас – тема уроку «Симетрія за програмою «Росток». Формуються поняття «симетрія», уміння  розпізнавати, відшуковувати, застосовувати   симетрію в навколишньому середовищі, розвивається образне мислення, творчість при створенні симетрії.

4.»Виготовлення оптичних пристроїв (перископ)». Експериментальне завдання для учнів 9 класу з теми «Світлові явища», щоб в умовах дефіциту будь-якого військового обладнання  навчиться майструвати оптичні прилади власноруч винятково з побутових матеріалів(сантехнічна труба пластикова, дзеркала, стяжки)

а) фізика – тема уроку  «Деякі оптичні пристрої». Повторюємо явища відбивання світла у дзеркалах і повного внутрішнього відбивання у призмах;

б)захист України – нагадуємо учням про російське вторгнення в Україну, пояснюємо, що перископ застосовується на підводних човнах для спостереження за поверхнею моря при зануренні човна та у піхотних підрозділах для спостереження за позиціями противника із укриття та в бронетехніці. Також використовується у техніці для вивчення недоступних спостерігачеві внутрішніх частин конструкції.

              Такі експериментальні завдання дають змогу здобувачам освіти проявити свою творчу самостійність, винахідливість  і привчають кожного з них під час виконання цих завдань не втрачати зв’язки між теорією та практикою. Ці задачі сприяють поглибленню та закріпленню знань здобувачів освіти  з фізики та інших предметів природничого циклу, стимулюють інтерес,

 розвивають самостійність та ініціативу, формують необхідні для практичної діяльності уміння та навички в процесі навчання фізики .

Висновки

І. Інтегровані STEM-уроки з фізики дають здобувачам освіти при вивченні курсу фізики формувати свої знання під  впливом трансдисциплінарності знань з інших предметів та застосовувати знання з фізики в інших галузях науки та у повсякденному житті.

2. Впровадження методики навчання фізики на основі STEM-технологій в умовах трансдисциплінарного підходу сприятиме

а)розвитку практичної діяльності з використанням наукового ресурсу здобувачів освіти ;б) розвитку особистості, що спрямований на активне та конструктивне входження в сучасні інноваційні процеси, які зараз дуже необхідні для відбудови України;

3. Необхідно також покращити партнерство з бізнесом, щоб спільно фінансувати відкриття STEM-центрів, літніх наукових STEM-шкіл, що дасть можливість здобувачам освіти ближче познайомитися з виробництвом, науковими відкриттями, узяти участь у наукових дослідженнях, визначитися із своєю майбутньою професією.

Список використаних джерел

1. Атаманчук П., Атаманчук В. STEM-інтеграція як важлива інноватика сучасної освітньої парадигми. STEM-освіта – проблеми та перспективи: збірник матер. ІІ Міжнар. наук.-пакт. Семінару, м. Кропивницький, 25-26 жовтня 2017 р. / за заг. ред.  О.С. Кузьменко та В.В. Фоменка. Кропивницький : КЛА НАУ, 2017. С. 9-10.
2. Андрієвська В.М., Білоусова Л.І. Концепція BYOD як інструмент реалізації STEAM-освіти. Фізико-математичка освіта: науковий журнал. 2017. Випуск 4(14). С. 13-17
3. Гончарова Н. Понятійно-категоріальний апарат з проблеми дослідження аспектів STEM-освіти. Наукові записки Малої академії наук України : збірник наук. праць. 2017. Вип. 10. С. 104–114.
4. Концепція розвитку національної інноваційної системи. URL:https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/680-2009-р#Text
5. Кузьменко О. Сутність та напрямки STEM-освіти. Наукові записки, вип. 9, Сер. «Проблеми методики фіз.-мат. і технол. освіти. Час. КДПУ, 2017. С. 188-190.
6. Концепція розвитку природничо-математичної освіти (STEM-освіти).                     URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/960-2020-р#Text
7. Пікалова В. Реалізація STEAM-освіти в проектній діяльності майбутнього вчителя математики. Електронне наукове фахове видання «відкрите освітнє е-середовище сучасного університету». 2020. Вип. 9, С 95-103.

URL: https://doi.org/10.28925/2414-0325.2020.9.8 (дата звернення: 01.03.2021).

8. Подлєсний С.В., Тарасов О.Ф. Актуальність використання STEM-STEAM-STREAM-технологій в сфері інженерно-технічної освіти для сталого розвитку економіки України. Вісник ВПІ, 2019. Вип. 2. С. 123-131.
9. Поліхун Н.І., Сліпухіна І.А., Чернецький І.С. Педагогічна технологія STEM як засіб реформування освітньої системи України. Освіта та розвиток обдарованої особистості. 2017. №3. С.5-9.
10. Стрижак О., Сліпухіна І., Поліхун Н., Чернецький І. Ключові поняття STEM-освіти. Наукові записки Малої академії наук України: зб.наук. праць. 2017. Вип.10. С. 89-103.

Керівник _______ Кода С.В., к.пед.наук, доцент, доцент каф. ТМЗО

                               Підпис                      ПІП науковий ступінь, вчене звання

Слухач      ________ Казбан Тетяна Леонорівна

                                 Підпис                          ПІП                   мобільний            0501557570

    Дата           28.03.2023