Стаття "Проектна діяльність та її реалізація як елемента STEM-освіти на уроках математики та фізики".

Ночевчук  Марія Володимирівна, вчитель математики та фізики Червоногранітнянської ЗОШ І-ІІ ступенів Хорошівського району

Проектна діяльність та її реалізація як елемента STEM-освіти на уроках математики та фізики                                                                                                  Вступ

 Стрімкий розвиток  ІТ-галузі, нанотехнологій виявляє потребу у досвідчених фахівцях, а значить, виникає гостра освітня потреба у якісному навчанні сьогоднішніх учнів технічним дисциплінам – математиці, фізиці, інженерії, програмуванню. Освіта повинна бути випереджальною.

 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». Нині зростають вимоги до фахівців різних галузей.  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.

Теоретичні  та методичні аспекти реалізації  проектного навчання

STEM-освіта – це низка чи послідовність курсів або програм навчання, яка готує учнів до успішного працевлаштування, до освіти після школи або для того й іншого, вимагає різних і більш технічно складних навичок, зокрема із застосуванням математичних знань і наукових понять.  Хоча єдиного розуміння цього поняття немає навіть там, де зародилася STEM-освіта - у США. Кожна країна визначає його самостійно. Загальним розумінням у світі є те, що така система освіти навчає дитину жити у реальному швидкоплинному світі, який постійно змінюється, вміти реагувати на ці зміни, критично мислити, бути загально розвиненою творчою особистістю.                                                                                                                 Акронім STEM вживається для позначення популярного напряму в освіті, що охоплює природничі науки (Science),технології (Technology), технічну творчість (Engineering) та математику (Mathematics). Це напрям в освіті, при якому в навчальних програмах посилюється природничо-науковий компонент у поєднанні з інноваційними технологіями.

На сучасному етапі навчання метод «запам’ятай і повтори» з готовою відповіддю треба замінити на метод «пошуку і проектування», розв’язання               різних життєвих ситуацій. Ще Конфуцій говорив: «Навчити можна тільки через діяльність», а Георг Зіммель стверджував: «Людина досвідчена та, яка  знає, де знайде, чого не знає». Звідси слідує, що найефективніші методи ті, які спонукають до самостійної діяльності. Найкраще цим вимогам відповідає проектна діяльність.                

 У «Методичних рекомендаціях щодо розвитку STEM-освіти в закладах загальної та позашкільної  освіти України у  2018-2019 навчальному році» також наголошується, що « ефективним   засобом  формування компетентностей є проектна діяльність, яка змінює акценти освітньої діяльності: засвоєння знань, вмінь і навичок, що в умовах глобальної інформатизації надзвичайно швидко втрачають актуальність, в той час як дослідницькі навички та практичний досвід, набуті у процесі проектної діяльності. Сприятимуть прискоренню адаптації молоді до мінливого соціально-економічного життя».[11]                                                                                    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.[6, 9, 2, с.6,13, с.16 ]                                         

Проект  - спеціально організований учителем і самостійно виконаний учнем комплекс дій, що завершується створенням продукту, який складається з об’єкта праці, виготовленого в процесі проектування, і його представлення. Самостійний пошук знань, їх систематизація, можливість орієнтуватися в інформаційному просторі, бачити проблему і приймати рішення відбувається саме через метод проектів (ефективну технологію навчання).                                                                                     В основі методу проектів лежать розвиток пізнавальних навичок учнів, умінь самостійно конструювати свої знання й орієнтуватися в інформаційному просторі, удосконалення критичного мислення, а також спрямованість на результат діяльності школяра.   [2, с.5].                                                                                                 

             Зовнішній результат можна  буде побачити і застосувати на практиці. Внутрішній результат – досвід діяльності – стане особистим досягненням учня, який поєднує знання і вміння, компетенції та цінності.[11 с.5]

Метод проектів дозволяє школярам перейти від засвоєння готових знань до їх усвідомленого здобування та  його результати можна було використовувати у житті. Метод проектів дає можливість розвивати компетентності НУШ :                                          ● ставити цілі та досягати їх;                                                                                                                              ● працювати в команді;                                                                                                                              ● критично мислити;                                                                                                                                            ● вміння навчатись впродовж життя;                                                                                                  ● толерантно спілкуватись в багатокультурному середовищі.                                           Реалізація проектного методу в освітньому процесі є одним з ефективних шляхів підвищення якості підготовки учнів.

        Найскладніший момент при запровадженні в навчальний процес проектів – організація діяльності, особливо підготовчий етап.                                                                                                   Алгоритм підготовки проекту можна зобразити у вигляді таблиці:

             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. Змінюється й психологічний клімат у колективі, оскільки учителю потрібно переорієнтовувати свою роботу на уроці та роботу учнів на різноманітні види самостійної діяльності, на пріоритет дослідницького, пошукового, творчого характеру, знайти розумний баланс між теоретичними знаннями школярів та його  практичними   навиками.

 Продуктом проектної діяльності STEM-проекту можна користуватися, він полегшить життя учням, вчителям та іншим особам. STEM-проекти завжди передбачають вирішення цікавих та актуальних проблем з реального життя учнів (школи, громади) шляхом застосування нових для них знань (передбачених навчальною програмою та державним освітнім стандартом). Наприклад, спроектувати  «розумну» міні-теплицю для вирощування зелені для шкільної їдальні. Учні, які працюють  у STEM-проектах, можуть самостійно обирати теми досліджень, шляхи їх виконання та спосіб представлення отриманих знань та вмінь.                                                                                                                                                                                      При плануванні STEM-проекту спочатку визначаються з цікавими для учнів темами досліджень, а потім виконують аналіз того,яким саме вимогам державних  освітніх стандартів та навчальних програм мають відповідати знання та вміння учнів після виконання ними завдань проекту (наприклад, при плануванні «розумної» міні-теплиці для вирощування зелені необхідні датчики , принцип дії яких ґрунтується на конкретних знаннях учнів з фізики, хімії, біології, а також інформатики). А потім, виходячи з цих вимог, формулюються  навчальні цілі проекту – опис конкретних знань, умінь, навичок або компетентностей учнів по завершенню проекту.                                                                                                                                              Вимоги до навчальних цілей:                                                                                                                              ● мають визначати конкретні знання та вміння учнів і їх спосіб подання та представлення;                                                                                                                                                                        ● повинні наголошувати на формування та розвиток ключових компетентностей та навичок мислення вищого рівня;                                                                       ● мають бути конкретними для того, щоб їх можна було оцінити впродовж виконання учнями проектів.                                                                                                                                            При виконанні STEM-проекту важливим є дослідницьке завдання для учнів, особливістю якого те, що воно  є навчальним. Це означає,що його головною метою є розвиток особистості, а не одержання об’єктивно нового результату, як у «великій» науці. Коротко процес формулювання дослідницьких завдань для учнів можна подати у вигляді схеми:

             Проте,  при формулюванні дослідницьких цілей STEM- проекту можливим є рух від теми, яка цікава та актуальна для учнів (наприклад,виростити зелень взимку, сконструювавши для цього міні-теплицю ), до конкретних тем окремих предметів (наприклад, вивчити принцип роботи датчиків освітленості та складання електричної схеми). Зв'язок між дослідницькими завданнями та темами навчальних предметів STEM-проекту наведемо на прикладі проекту на тему:  «Калейдоскоп – оптичний прилад та дитяча іграшка».             

Практична значимість проекту полягає у використанні калейдоскопа                ● для демонстрації оптичних явищ на уроках фізики;                                                                      ● як генератора емоцій;                                                                                                                              ● принципів приладу в різних комп’ютерних прийомах для створення різних візерунків;                                                                                                                                                          ● можна подарувати як іграшку чи сувенір.                                                   Новою програмою з фізики, яка почала діяти в 2015-2016 навчальному році, визначено виконання навчальних проектів та дано їх орієнтовні теми відповідно до класів. З урахуванням того, що навчальними програмами з фізики не було раніше передбачено виконання подібних навчальних проектів, а форми й методи роботи сучасний вчитель має право обирати самостійно залежно від свого рівня кваліфікації та досвіду роботи.                                          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.[50, 66, 58, с.16]                                                                                                  Розглянемо  реалізацію методу проектів на уроці фізики на прикладі               проекту  «Дифузія в побуті та природі». Навчальна мета проекту – з’ясувати суть явища дифузії та пояснити його з точки зору молекулярної будови речовини, дослідити залежність швидкості процесу дифузії у різних речовинах та від температури; розглянути внесок українських науковців, зокрема І. Пулюя, у вивчення явища дифузії;  показати роль дифузії у повсякденному житті людини, а також у різних сферах людської діяльності. Працюючи над проектом, семикласники провели різні досліди на прояв явища дифузії, працювали самостійно та у групах; робили припущення, спостереження та висновки; визначили корисні та шкідливі якості дифузії; сформулювали правила безпечної життєдіяльності пов’язані з дифузією; підготували презентацію «Дифузія в побуті», навели приклади українських прислів’їв пов’язаних з дифузією, прослухали повідомлення про наукові відкриття українського фізика Івана Яковича Пулюя. 

Прикладами STEM-проектів можуть бути: ● міні-проект «Парниковий ефект у банці», «Батарейка живлення з овочів або фруктів», «Електроскоп своїми руками» (8 клас, ); ● міні-проект «Місячні й сонячні затемнення» із створенням моделі, «Сегнерове  колесо та його застосування» (із демонстрацією дії на створеній моделі), «Електромагніт своїми руками», «Перископ» для збільшення освітленості кімнати природним світлом (9 клас).  Можна ці міні-проекти об’єднати в один під назвою «Виготовлення реально працюючих фізичних приладів».                                                                                                                              

Виготовлення електромагніта своїми руками

Захист проектів варто проводити у кабінеті фізики як відкритий захід для учнів 5-9 класів з метою до профільної підготовки.                                                                      Школярі із задоволенням працюють над проектами на уроках математики. Але               навички проектної діяльності у дитини потрібно поступово формувати та розвивати. Підготовчу роботу потрібно починати з елементів методу проектів або міні-проектів. У 5 класі це може бути авторський кросворд по певній темі, що вивчається, або коротке повідомлення. Прикладом міні-проекту в курсі математики 6 класу є «Масштаб та його застосування». Завданнями  якого є:                            ● практичне: ознайомитися з наявними географічними атласами, планами місцевості, на яких є слово «масштаб» або «мірило» та знайти відстані між вибраними об’єктами на карті і місцевості;                                                                                                  ● експериментальне: зробити потрібні вимірювання та накреслити план класу на окремому аркуші у вибраному масштабі; виміряти відстані від одного реального об’єкта до іншого на території школи та накреслити план розміщення цих об’єктів у робочому зошиті.                                                                                                   Прикладами виконаних проектів є інформаційні проекти у 5-му класі «Загадковий світ натуральних чисел», в 6-му класі «Пропорція навколо нас», в 7-му класі «Лінійні рівняння і ми» (алгебра), «У світі трикутників» (геометрія), у 8-му класі «Різні способи доведення теореми Піфагора» (геометрія), у 9-му «Квадратична функція» (алгебра), «Математичні закономірності живої природи» (матеріал  підбирають учні 5-9 класів). Під час захисту проектів діти вчаться слухати своїх товаришів, аналізувати їхню думку, зіставляти зі своєю. Оцінюючи інших, учні вчаться оцінювати себе, у них формується вміння жити серед людей. Проект повинен супроводжуватися теоретичним матеріалом, схемами, кресленнями, малюнками, зразками, оригінальною відповіддю, власними задачами…                                                                                                                                                                                      У шкільному курсі математики вивчається не так багато тем, при вивченні яких учні можуть виконати STEM-проект самостійно та ефективно.               Але цю роботу можна почати із 5 класу при вивченні теми про геометричні фігури на прикладі міні-проекту  «Геометрія кімнати». Завданнями якого є:                                                        ● теоретичне: навчитися розбивати об’єкт на прості геометричні фігури і форми; аналізувати картини знаменитих художників із зображенням інтер’єру;                            ● практичне: навчитися зображати просторові фігури на площині; створити ескізи стін та підлоги; оформити кімнату в коробці з під взуття; сфотографувати готовий продукт.                                                                                                                                Прикладами  STEM-проектів з математики можуть бути «Трикутник у спорудах нашого селища» (7 клас),  «Симетрія  - краса та гармонія» (9 клас), «Чотирикутники – зліва, чотирикутники - справа» (8 клас), «Пропорція і людина» (6 клас), «Прямокутний паралелепіпед та його зв'язок з іншими науками» (5 клас), «Геометрія у будівництві» (9 клас).                                                                                                    Метод проектів – це шлях пізнання, спосіб організації процесу пізнання. Таким чином, суть методу проектів – стимулювання інтересу учнів до певних проблем, які передбачають володіння визначеною сумою знань, та до  діяльності, яка передбачає розв’язання однієї або цілої низки проблем, показ практичного застосування здобутих знань.                                                                                    

Висновок.            Отже, STEM-освіта це: інноваційний напрям освіти з метою розвитку науково-технічних компетенцій учнів ; 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.                                                                                                                STEM об’єднує всі технології в єдине ціле, тобто будь-яка тема розглядається в комплексі із точки зору різних дисциплін та підготовка учнів до того, що наше майбутнє залежить від нашого внеску до інновацій.                                          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.                                                                                                                                             Проект – це особлива форма освіти (філософія мети та діяльності, результатів і досягнень учнів) та навчання через дію.  Проектна робота  мотивує, особистісно зорієнтована та має загальноосвітню цінність.                                                        STEM-проекти дають можливість сучасним школярам бачити результат своєї роботи, відчуття чогось досягнутого, а також  можливість виготовляти якийсь продукт існує  рівно стільки часу, скільки потрібно для одержання кінцевого результату.                                                                                                                                                          Досвід впровадження методу проектів до навчання математики та фізики засвідчив, що він не тільки не виключає використання інших методів та форм навчання,а й сприяє їх вмілому поєднанню.                                                                                                                                                          Використана література.                                                                                                   1.Антикуз О.В. Вивчаємо фізику разом. Навчальний проект./ О. В. Антикуз//Фізика в школах  України.-2013-№15-16(235-236)-вкладка.                                          2. Антикуз  О. В. Навчальні проекти  з фізики.7-9 класи./О. В. Антикуз.- Х: Вид. група «Основа», 2018-128 с.                                                                                                                                               3.Бохан М. Міні проекти в процесі викладання математики./М. Бохан //Математика. -2005-№29-39(329-330)-с.1-3.                                                                                     4.Вольянська С.Є. STEM-освіта/С.Є.Вольянська//Довідник сучасного педагога.-Х.: Вид.група «Основа», 2016-с.124-125.                                                        5.Державний стандарт базової і повної загальної середньої освіти.//Математика в школах України.-2012-№6(342)-с.2-9,Фізична газета.-2012- №2-с.3, Інформаційний збірник та коментарі Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України-2012-№4-5, лютий-с.3-56              .                                                                                                   6.Журавльова Р.В. Метод проектів./Р.В.Журавльова//Фізика в школах України.-2014-№13-14(257-258)-с.,№15-16(259-260)-с.2-9.                                                                                    7. Закон України «Про освіту»./ Вісник.-2017-№2(81)-с.7-103.                                          8. Лазоренко Т.І. На гостині у казковій задачі. Міні-проект для учнів 5 класу.//Математика в школах України.-2014-№27(435)-с.19-24.                                                        9.Максимович З.Ю. Проектна технологія (теорія, досвід). /З.Ю.Максимович, Л.В. Варениця, М. М. Білик//Фізика в школах України.-2013 №20(240),№22(242),№23-24(243-244),вкладка «Школа для вчителя».                            10.Математика. Навчальна програма для 5-9 класів загальноосвітніх навчальних закладів.//Математика.-2017-№14(818)-с.4-22.                                                                      11. Математика. Проекти. 8-11 класи. / С. Палієва, Н. Крикун та ін…; упор. І. Кирдей. – К. : «Вид.дім «Перше вересня», 2018.                                                                      12.Методичні рекомендації щодо розвитку STEM-освіти в закладах загальної та позашкільної освіти  України у 2018-2019 навчальному році.(Лист ІЗМО № 22. 1/10-2573 від 19.07.18 року).                                                                                    13.Пелагейченко Л.М. Метод проектів. Історія розвитку./Л.М. Пелагейченко//Педагогічна майстерня.-2012-№6(18)-с.9-14,№7(19)-с.16-22, №8(20)- с.26-32.                                                                                                                                            13.Применко Л.Л. Використання технології проектів./Л.Л. Применко//Педагогічна Житомирщина.-2009-№1(49)-с.68-70.                                                        14. Рафальська О.Д. Метод проектів./О.Д. Рафальська//Математика в школах України. Позакласна робота.-2012-№9(210)-с.5-11.                                                                      15.Урок математики в сучасних технологіях: теорія і практика. Метод проектів. Компютерні технології. Розвивальне навчання./Уклад. І.С. Маркова.-Х.: «Основа»: «Тріада+», 2007-114с.                                                                                                                              16. Чуйко О.В. Використання методу проектів на уроках та в позаурочний час.//Фізика в школах України.-2008-№11-12(111-112)-с.2-5.                                                        17. Шоман Н.Ф. Психолого-педагогічна суть поняття «навчальний проект».//Педагогічна майстерня.-2012-№7(19)-с.23-26.                                                                      18. Шубіна Т. Проектна діяльність як важливий аспект компетентнісної освіти учнів./Т.Шубіна//Педагогічна Житомирщина.-2013-№4(72)-с.45-48.                            19. STEM-освіта-шлях до майбутнього.//Математика в школах України.-2017-№27 (543)-с.32-35.