Стаття "STEAM-освіта під час викладання природничих дисциплін"

Ревнюк С. М.

Учитель-методист,

заступник директора з навчально-виховної роботи,

учитель хімії

Великоолександрівської загальноосвітньої школи

І – ІІІ ступенів

Пристоличної сільської ради

Бориспільського району Київської області

r.sergij@i.ua

STEAM-ОСВІТА ПІД ЧАС ВИКЛАДАННЯ ПРИРОДНИЧИХ

ДИСЦИПЛІН

Анотація: У статті представлено матеріали щодо запровадження STEAM-освіти під час викладання природничих дисциплін. Зокрема розкривається суть поняття STEAM-освіти та як вона може впроваджуватися під час викладання біології та хімії.

Також стаття містить відомості про впровадження STEAM-освіти в позакласній роботі.

Ключові слова: STEAM-освіта, квест, інтегровані уроки, біомоделювання, STEAM-тиждень, цифрові технології, “навчання навпаки”, “перевернута освіта”, STEAM-методи навчання.

Annotation: The article presents materials on the introduction of STEAM education during the teaching of natural sciences. In particular, the essence of the concept of STEAM education and how it can be implemented during the teaching of biology and chemistry is revealed.

The article also contains information about the implementation of STEAM education in extracurricular work.

Keywords: STEAM education, quest, integrated lessons, biomodelling, STEAM week, digital technologies, “learning the opposite”, “upside down education”, STEAM learning methods.

Особливої уваги набуває зараз проблема формування самостійності учнів, спроможності отримувати, аналізувати інформацію та приймати оптимальні рішення, використовувати в практичній діяльності нові інформаційні технології. Адже з кожним роком об’єм інформації майже в кожній галузі науки подвоюється, а то й потроюється, і зростання за передбаченнями вчених відбуватиметься в геометричній прогресії. Тобто людина не в змозі мати повний об’єм знань з того чи іншого предмета. На перше місце виступає не здобуття суми знань, а вміння знайти потрібну інформацію та практично її використовувати.

Тому останнім часом у освітньому просторі України набирає обертів система STEAM-освіти, завдяки якій здобувачі освіти розвивають логічне мислення та технічну грамотність, вчаться вирішувати поставлені задачі, стають новаторами, винахідниками. STEМ-освіта дозволить зміцнити та вирішити найбільш актуальні проблеми майбутнього.

Що ж це таке?

Вона охоплює природничі науки (Science), технології (Technology), технічну творчість (Engineering), мистецтво (Art) та математику (Mathematics).

Сьогодні STEАM є одним з головних трендів інноваційної освіти. Зокрема, в США у рамках Стратегічного плану з розвитку STEАM-освіти до 2020 року планується збільшити до 50% частку учнів залучених до STEАM; підготувати 100 000 нових ефективних STEAM-вчителів. У більш ніж 10 країнах Європи розроблені національні стратегії та ініціативи у сфері розвитку і поширення STEАM-освіти. В Україні Міністерство освіти і науки у рамках реформування системи шкільної освіти розвиває напрямок співпраці з LEGO для використання новітніх методик навчання природничих дисциплін через робототехніку.

STEАM-освіта – це комплексний міждисциплінарний підхід, який поєднує в собі природничі науки з технологіями, інженерією і математикою із проекцією на життя, де всі предмети взаємопов’язані й інтегровані в єдине ціле.

Залучення в STEАM може підтримати не лише розвиток креативного мислення та формування компетентності дослідника, а й сприяти кращій соціалізації особистості, тому що розвиває такі навички, як: співробітництво, комунікативність, творчість.

Мета STEАM-освіти полягає у цілеспрямованому створенні зв’язків між школою і соціальними практиками, між навчальним процесом і цілим світом в аспекті розвитку природних здібностей дитини, рівень яких визначатиме її успішну самореалізацію як під час навчання, так і поза школою. Учень не просто вчиться генерувати цікаві ідеї, але й відразу втілює їх у життя, навчається планувати свою діяльність, виходячи з поставленого завдання і наявних ресурсів, що обов’язково стане йому в нагоді у реальному житті.

STEАM-освіта передбачає формування критичного мислення та навичок дослідницької діяльності. Це створення умов щодо збалансованого гармонійного формування науково-орієнтованої освіти на основі модернізації математично-природничого та гуманітарного циклів освіти. Це великий вибір можливостей професійного розвитку, надання учням доступу до технологій. STEAM вимагає від учнів вміння працювати як у команді, так і самостійно. Учні не є пасивними спостерігачами на уроці, а шукачами-дослідниками, творцями нового, тому вони краще запам’ятовують новий матеріал. STEAM-освіта за допомогою практичних занять демонструє дітям можливість застосування науково-технічних знань в реальному житті. Основними підходами до викладання курсу шкільних дисциплін є проектно-орієнтований, проблемно-орієнтований та практико-орієнтований. Всі вони передбачають участь у проектній діяльності як основу для набуття практичних навичок і формування професійних компетенцій шляхом застосування методик навчання, що базуються на досвіді інших навчальних предметів.

STEАM-освіта є одним з ефективних інструментів, який дозволяє задовольнити запит суспільства у досвідчених фахівцях технічних та природничо математичних дисциплін в умовах розвитку інформаційних технологій, робототехніки, нанотехнологій. Навчання в контексті STEАM-освіти потребує різних технічно складних навичок із застосуванням математичних знань і наукових понять. Учні навчаються вирішувати проблеми, стають новаторами, винахідниками, розвивають логічне мислення та технічну грамотність. Все це можливо реалізувати в позакласній роботі.

STЕАМ-освіта надає можливість учням бути більш упевненими у власних силах, йти до поставленої мети, долати поразки, не зупинятися перед перешкодами, вірити у свої сили, ухвалювати рішення, жити й працювати в колективі й зосереджувати свої зусилля на конкретних завданнях, виявляти проблему, вести самостійний чи спільний пошук способів її розв’язання, брати на себе відповідальність  за результати дій і вчинків.

Отже STEАM – нова, цікава тема, де відбуваються зміни в діяльності та мисленні учасників освітнього процесу з позитивним результатом. Крім того, стало зрозуміло, що не можна дати знання якоїсь окремої науки незалежно від інших наук. Тобто органічне поєднання відомостей інших навчальних предметів навколо однієї теми, є однією з найперспективніших інновацій, яка закладає нові умови діяльності вчителів та учнів, що має великий вплив на ефективність сприйняття учнями навчального матеріалу.

STEАM – це не одразу і не просто, це довгий шлях вдосконалення як навчального процесу так і самого вчителя, який дасть можливість: використовувати математичні методи в практичних ситуаціях; вдосконалювати міжпредметну навчальну діяльність; більш глибоко розуміти  біологічні процеси та закономірності.

STEАM-освіту часто називають “навчанням навпаки”, “перевернутою освітою”. І все тому, що шлях “від теорії до практики” у STEАM зазвичай зворотний: спочатку практика (придумування та конструювання пристроїв і механізмів), а вже потім, у процесі цієї діяльності, – опанування теорії і нових знань. Цей метод “навчання навпаки” досить часто у своїй роботі використовують викладачі математики та природничих дисциплін.

Але STEАM-освіта – це не тільки “навчання навпаки”. Найбільша цінність STEАM-освіти у тому, що вона допомагає опанувати їх не відокремлено, а за допомогою інтеграції всіх чотирьох дисциплін у єдину систему навчання. Задля залучення учнів до практичної діяльності доцільно: розширити діапазон організаційних форм та методів навчання, способів навчальної взаємодії, надати пріоритет засвоєнню навчального матеріалу в процесі екскурсій, квестів, конкурсів, фестивалів, практикумів тощо.

Впровадження STEАM-освіти на уроках біології та хімії має глибинний характер і включає розв’язання проблем підготовки вчителя, який усвідомлює свою соціальну відповідальність, постійно дбає про особистісне і професійне зростання, вміє досягти нових педагогічних цілей.

Домінантною повинна стати підготовка вчителя, діяльність якого не обмежується викладанням власного предмета; фахівця, здатного до здійснення міждисциплінарних зв’язків, який усвідомлює значущість професійних знань в контексті соціокультурного простору. Важливим є його вміння організувати навчальний процес як педагогічну взаємодію, спрямовану на розвиток особистості дитини, її підготовку до розв’язання завдань життєтворчості.

Для успішного освоєння знань природничих наук на сьогоднішній день мало просто описувати явища і процеси, потрібно вміти оперувати великою кількістю різноманітних даних, володіти сучасними технологіями і знати, як застосувати свої здібності в умовах реального життя. Біологічний і хімічний компоненти в рамках STЕАM-підходу до викладання забезпечує засвоєння учнями знань про закономірності функціонування живих систем, їх розвиток і взаємодію, оволодіння основними методами пізнання живої природи, розуміння природничої картини світу, усвідомлення біосферної етики, застосування знань з біології у повсякденному житті та майбутній професійній діяльності, оцінювання їх ролі для суспільного розвитку, перспектив розвитку біології як науки та її значення у забезпеченні існування біосфери й людства.

В методичних рекомендаціях щодо розвитку STЕАM-освіти наголошується про посилення її ролі з метою підвищення мотивації учнівської молоді до вивчення предметів природничо-математичного циклу й, водночас, високим запитом виробничої сфери на працівників, що володіють компетентностями для постановки і виконання завдань у сферах: інженерії, медицини, екології, IT, фармацевтики, нанотехнологіях, авіабудуванні та інших. Отже, організація освітніх заходів повинна бути спрямована на популяризацію STEАM-навчання та профорієнтаційну роботу серед молоді.

Інтегровані уроки. Інтегровані уроки спрямовані на встановлення міжпредметних зв’язків і сприяють формуванню в учнів цілісного, системного світогляду, актуалізації особистісного ставлення до питань, що розглядаються на уроці.

Застосування дослідницького методу навчання дозволяє більш ефективно формувати в учнів не тільки предметні, а й ключові компетентності, надавати міжпредметні знання, сприяти розвитку навичок ХХІ століття.

В ході пошукової, творчої діяльності учні досліджують різні об'єкти з дотриманням процедур і етапів, близьких до наукового дослідження, але адаптованих до рівня пізнавальних можливостей учнів.

Біомоделювання. Формування інженерного мислення та творчої ініціативи сприяє такий метод як моделювання біологічних явищ та об’єктів. Моделювання – це наочно-практичний метод навчання. Наочність є необхідним і закономірним засобом освітнього процесу на всіх етапах вивчення біології так само як і практичний метод. Реальні об'єкти і процеси бувають настільки багатогранні й складні, що кращим способом їх вивчення часто є побудова моделі, що відображає якусь межу реальності.

STEАM-тижні. Організація та проведення STEАM-тижня має на меті посилити інтерес учнів до природничо-математичних наук, поглибити прагнення до пізнання, саморозвитку. Заходи, що проводяться в рамках таких тижнів спрямовані на популяризацію STEАM-навчання та профорієнтаційну роботу серед учнів:

•                   екскурсія на виробництво;
•                   виховні години “Професії майбутнього”;
•                   Дні науки;
•                   олімпіади, конкурси;
•                   майстри-класи з мейкерства;
•                   фестиваль інженерних винаходів;
•                   день соціальних активностей тощо.

Під час “Днів науки” проводиться наукова конференція де учні захищають STEАM-проекти.

Проектний метод припускає принципово інший підхід: “Подумай, уяви, поміркуй над тим, яким шляхом і завдяки використанню яких засобів це можна виконати”. Необхідні знання, відповіді на запитання, що виникають, учень здобуває власними силами – саме цьому я і навчаю насамперед. Цей метод допомагає школярам набути навичок і вмінь, без яких не обійтися в реальному житті, незалежно від обраної у майбутньому професії. Діти перетворюються на самостійних дослідників. Проект – це реалістичний задум про бажане майбутнє. Він зазвичай охоплює виконання чогось такого, що ніколи раніше не виконувалось. З його допомогою розвивається логічне мислення учнів, їх творчі здібності, навички стилістичного оформлення своєї думки тощо.

Цей метод орієнтований на самостійну роботу учнів – індивідуальну, групову, парну, яку учні виконують протягом певного часу. Він включає в себе сукупність дослідницьких, пошукових, проблемних методів, творчих за своєю суттю. Він сприяє встановленню зв'язку між здобутими учнями знаннями та набутими уміннями і застосуванню їх на практиці. Виконання проекту вимагає від учня діяльності від щирого серця та постійної активної роботи.

Працюючи над проектами учні розвивають творчу активність, логічне мислення, технічну грамотність, вчаться вирішувати конкретні проблеми, самостійно шукати нестандартні рішення, стають новаторами і винахідниками. Застосування дослідницького підходу в освітньому процесі формує відповідну компетентність, прищеплює інтерес дітей до розв’язання конкретних проблем; мотивує їх до самостійного пошуку і здобуття нових, поглиблених знань з різних дисциплін; орієнтує на подальше професійне самовизначення учнівської молоді.

У навчально-виховному процесі використовую метод проекту тому, що він створює умови, за яких учень може самостійно здобувати знання чи застосовувати набуті, причому замість дій за шаблоном виступають пошукові і дослідницькі дії, робиться акцент на розвиток компетентності продуктивної творчої діяльності. До 175-річниці від дня народження Дмитра Івановича Менделєєва учнями 8-х класів був створений проект „Життя і діяльність Д. І. Менделєєва”. Клас поділився на чотири творчі групи, три з яких отримали завдання – зібрати і систематизувати відомості про різні етапи з життєдіяльності вченого: дитинства і студентських років, педагогічної і наукової діяльності, особистого життя. Четверта група шукала інформацію про вшанування пам'яті видатного хіміка нащадками (міста, вулиці, заводи, кораблі, навчальні заклади, мінерал, кратер на Місяці, вулкан і т.д.). Результатом виконаної роботи стала яскрава мультимедійна презентація, яка всебічно висвітлила увесь життєвий шлях генія.

Також прикладом такого методу може бути урок на тему "Логічне пояснення структури періодичної системи".

Ідея проекту ‒ довести логічність структури періодичної системи.

Мета проекту – розширити уявлення про періодичну систему та її структуру.

Завдання ‒ пояснити необхідність створення системи та логічність існування такої структури.

Виконання цього проекту розраховано на дві академічні години. Під час першого уроку учні отримують завдання, обговорюють його, підшукують необхідні матеріали та створюють проект.

На другому уроці йде захист проектів, робляться висновки, виставляються оцінки.

Цифрові технології. Із впровадженням комп’ютерних технологій у освітній процес відкриваються широкі можливості, що дозволяють створити умови для розвитку пізнавального інтересу до предмету, формувати інформаційно-комунікаційну компетентність учнів через інтеграцію цифрових технології в освітній процес. А саме, створення презентацій, карт-розуму, використання Google-карт, он-лайн вікторин (LearningApps), складання он-лайн тестів (Online Test Pad). Використання науково-популярного каналу на Youtube «Цікава наука» дають можливість глибше вивчати предмет, урізноманітнюють навчальну діяльність та створюють позитивну мотивацію до навчання, сприяють спілкуванню та співпраці, підвищують рівень обізнаності в інформаційно-комунікаційних технологіях, стимулюють розвиток критичного мислення.

Отже, сьогодні систематичне та різнобічне впровадження STEM, STEAM, STREAM забезпечує інноваційний поступ природничо-математичної освіти, зокрема біології. STEM-підходи сприяють більш якісній підготовці молоді до подальшої освіти та успішного працевлаштування.

Впровадження елементів STEAM-освіти в школі поступово реалізується у навчальній та позакласній роботі. Однією із сучасних форм проведення позакласного заходу є квест. Це – цікавий і, водночас, ефективний спосіб засвоєння школярами необхідних знань, умінь та навичок. Інтерактивні вправи, виконання яких передбачає участь у квесті, стимулюють інтерес учнів, забезпечують активне долучення всіх учасників, згуртовують колектив учнів. Учням дуже подобається в такий спосіб отримувати інформацію.

Квест – це аматорське спортивно-інтелектуальне змагання, основою якого є послідовне виконання заздалегідь підготовлених завдань командами або окремими гравцями.

Сьогодні в умовах величезних змін у соціальному, економічному та політичному житті України постала проблема радикальної перебудови у сфері виховання, мета якої формувати всебічно й гармонійно розвинену, творчу та активну людину. Завдання школи сьогодні – забезпечити всебічний розвиток особистості кожного учня, створивши необхідні для цього умови.

Квест дозволяє розвивати активне пізнання на уроках та позаурочній діяльності, сприяє розвитку мислення, допомагає долати проблеми та труднощі, а саме: вирішити, розплутати, придумати, уміти застосовувати свої знання на практиці у нестандартних ситуаціях, тобто актуалізувати знання, вчить мислити логічно, розвиває інтерактивні здібності, стимулює інтерес учнів, забезпечує активне долучення всіх учасників, згуртовує колектив учнів.

Ще однією формою запровадження STEAM-освіти є STEAM-екскурсії. Зокрема, прикладом такої екскурсії може служити екскурсія до лабораторії “ЕХ-lab” Малої академії наук.

Вона була проведена мною разом із одинадцятикласниками 29 жовтня 2019 року.

В лабораторії перед учасниками семінару виступила заступник директора з навчально-виховної роботи Пещеріна Тетяна Вікторівна, яка ознайомила присутніх із завданнями які виконує лабораторія, технічними можливостями, експериментально-дослідницькими курсами з хімії, біології, математики, ІТ-технологій, які впроваджені в освітньому процесі “ЕХ-lab”. Учасники екскурсії відвідали новітню хімлабораторію створену на базі “МАНлаб”.

Другою частиною семінару була участь учнів у навчальному тренінгу. У ході тренінгу наукові співробітники відділу творення технічних систем знань МАН кандидат біологічних наук Білик Жанна Іванівна та наук, співробітник Шаповалов Євген Борисович ознайомили школярів із сучасними аспектами STEAM-освіти хімічного спрямування. У ході роботи діти на власному досвіді випробували STEAM-методи навчання, одночасно відчули себе і мікробіологами і хіміками, інженерами-технологами і проектантами, а загалом учнями. Після закінчення тренінгу всі учасники отримали сертифікати, а саме головне нові знання з організації навчання учнів, створення атмосфери зацікавленості у вивченні хімії, підвищення пізнавальної активності учнів і масу позитивних емоцій від побаченого і почутого.

Третьою формою впровадження STEAM-освіти як позакласного заходу – є написання МАНівських робіт.

Вивчення хімії взагалі неможливе без експерименту, тому така дослідницька робота стимулює інтерес до вивчення хімії, допомагає доторкнутися до світу, хоч і маленьких, а все-таки відкриттів.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЖЕРЕЛ

1. Бондаренко А. Ю. Розвиток творчого потенціалу школярів через науково-дослідну роботу. /А. Ю. Бондаренко//Педагогічна майстерня. – 2015 - №1 – с. 4 – 11, №2 – с. 7 – 15.

2. Бондаренко С. Ю. Формування в учнів ключових компетенцій у процесі науково-дослідної та проектної діяльності. /С. Ю. Бондаренко//Педагогічна майстерня. – 2012 - №9(21) – с. 2 – 7.

3. Вольянська С. Є. STEM-освіта/С. Є. Вольянська//Довідник сучасного педагога.-Х.: Вид. група «Основа», 2016-с.124-125.                           

4. Карпова Л.Б. Домашні міні-проекти з природознавства. Розділ «Всесвіт». 5 клас./Л.Б. Карпова//-2014-№13-14(257-258)-с.9-12.

5. Карпова Л.Б. Навчальні та інноваційні навички ХХІ століття. /Л. Б. Карпова//.-2013-№7-с.22-24.

6. Кириленко С. Поліфункціональний урок у системі STEM-освіти: теоретико-методологічні та методичні сегменти./С. Кириленко, О. Кіян // Рідна школа. – 2016 - №4 – с. 50 – 54.

7. Коваленко О. STEM- освіта: досвід упровадження в країнах ЄС та США. /О. Коваленко, О. Сапрунова. // Рідна школа.-2016-№4-с.46-49.

8. Корнієнко О.Р. Про актуальність запровадження STEM-навчання в Україні. [Електронний ресурс]. /О. Р. Корнієнко – Режим доступу: //http: elenakornienko.blogspot.com/2016/02/stem.html.-Назва з екрана.

9. Методичні рекомендації щодо впровадження STEM-освіти у загальноосвітніх та позашкільних навчальних закладах України на 2020-2021 навчальний рік. (Лист ІЗМО № 22. 1/10-1646 від 19,08. 2020 року).

10. Наказ МОН України №188 від 29.02.2016 р. «Про створення робочої групи з питань впровадження STEM- освіти в Україні». [Електронний ресурс]. – Режим доступу: mon.gov.ua.

11. Пелагейченко М.Л. Метод проектів. Структура та типологія шкільних проектів. /М. Л. Пелагейченко//Педагогічна майстерня.-2012-№7(19) – с. 16 – 22.

12. Пелагейченко Л.М. Метод проектів. Історія розвитку. /Л. М. Пелагейченко //Педагогічна майстерня.-2012-№6(18)-с.9-14, №8(20)- с.26-32.

13. Применко Л.Л. Використання технології проектів./Л.Л. Применко//Педагогічна Житомирщина.-2009-№1(49)-с.68-70.

14. Проект Концепції STEM – освіти в Україні [Електронний ресурс]. mk-kor.at.ua/STEM/STEM_2017.pdf