Рознятовська Ольга Вікторівна

Вчитель математики

І кваліфікаційної категорії

Глухівської загальноосвітньої

школи І-ІІІ ступенів №2

Глухівської міської ради

Сумської області

Методична розробка STEM-уроку з математики

за темою «Дослідницький практикум. Сонячний годинник та його виготовлення» для учнів 5-их класів

Анотація. Особливою формою наскрізного STEM-навчання є інтегровані уроки, які спрямовані на встановлення міжпредметних зв’язків, що сприяють формуванню в учнів цілісного, системного світогляду, актуалізації особистісного ставлення до питань, що розглядаються на уроці. Інтегровані уроки можуть проводитись двома шляхами: об’єднання схожої тематики кількох навчальних предметів; формування інтегрованих курсів або окремих спецкурсів шляхом об’єднання навчальних програм таких предметів.

Основою ефективності таких уроків є чітке визначення мети і відповідне їх планування для забезпечення різнобічного розгляду учнями предмету дослідження.

У вітчизняній математичній освіті головну увагу традиційно приділяють формуванню в учнів фундаментальних знань, що необхідні для пояснення закономірностей оточуючого світу, для знаходження зв’язків та пояснення різних феноменів. Одним з основних завдань сучасної освіти України є надання ґрунтовних знань та вмінь з математики і цей напрямок має бути пріоритетним. Міжнародні вимоги якості освіти, зорієнтовані на застосування знань у життєвих, повсякденних ситуаціях. Цьому сприятиме посилення ролі прикладної спрямованості математики, збільшення обсягу завдань, що потребують нестандартного підходу. Тому дуже важливим в шкільному курсі математики орієнтація цілей, змісту та засобів навчання в напрямку набуття учнями в процесі математичного моделювання знань, вмінь і навичок, що використовуватимуться ними у різних сферах діяльності. На перший план виходять завдання формування інтелектуальної, дослідницької культури школярів: здатності учня самостійно мислити, самому будувати траєкторію отримання знань, пізнавати ситуацію, що вимагає застосування математики, і ефективно діяти в ній, використовуючи набуті знання в якості особистого ресурсу. Важливою метою є розвиток математичного мислення і інтуїції, творчих здібностей, необхідних для продовження освіти і для самостійної діяльності у застосуванні математики в майбутній професії.

Наведемо декілька прикладів використання STEM-технологій на уроках математики. Зокрема, на уроці геометрії можна провести невелику лабораторну роботу при вивченні теми «Медіана трикутника та її властивості». Скориставшись комп’ютерною програмою DG побудувати декілька різних трикутників, провести в них медіани. Учні мають дійти до висновку, що всі медіани трикутника перетинаються в одній точці. Потім засобами DG виміряти відрізки, на які поділились медіани точкою їх перетину або ж обчислити площу трикутників, які утворились при перетині медіан (учні зроблять висновок про співвідношення відрізків або площ) тощо. Лабораторно-дослідницькі роботи такого плану можна проводити при вивченні різних тем шкільного курсу математики, організовувати їх в комп’ютерних лабораторіях разом з вчителем інформатики, використовувати різноманітне програмне забезпечення, інтегруючи таким чином навчальні предмети.

Однією із STEM-технологій навчання математики є використання прикладних задач, які кожен вчитель в достатній кількості може підібрати в мережі Інтернет, або придумати самостійно. Це можуть бути задачі про архітектурні споруди рідного міста, або відомі на весь світ пам’ятки архітектури; це задачі біологічного змісту по розмноження бактерій, ріст популяції комах; хімічного змісту про утворення розчинів, швидкість ходу хімічної реакції; географічного змісту про площу материків, солоність води в морі, висоту гір над рівнем моря; фізичного змісту про швидкість руху тіла, виконану роботу, силу струму тощо.

Звичайно, абсолютно нічого нового або невідомого в названих STEM- технологіях немає, адже використання ІКТ на уроках математики є основою сучасних нестандартних уроків, а прикладні задачі взагалі є невід’ємною складовою програм з математики. Та погодьтесь, не кожен урок математики можна провести як нестандартний, але використовувати повсякденно окремі методи сучасних інноваційних технологій вчителі математики просто зобов’язані. Зміна традиційної структури уроку сприятиме продуктивності навчального процесу, створенню необхідних умов для успішного та якісного навчання школярів математики.

Впровадження STEM-освіти має глибинний характер і включає розв’язання проблем підготовки вчителя, який усвідомлює свою соціальну відповідальність, постійно дбає про своє особистісне і професійне зростання, вміє досягти нових педагогічних цілей. Під цим кутом зору роль вчителя полягає не лише в тому, щоб забезпечити трансляцію знань, але й бути людиною культури і вселюдських цінностей, провідником ідей державотворення і демократичних змін.

Численні дослідження показують, що впровадження STEM-освіти є перспективним напрямком і на сьогоднішній день в Україні він набирає обертів. Вивчення математики та предметів природничого циклу є основою STEM-технологій. На сьогоднішній день існує нагальна потреба в підготовці та перепідготовці вчителів, які б могли працювати в даному напрямі і перевести процес впровадження STEM-освіти з поодинокого на масовий рівень. Сподіваємось, що небайдужих, творчих та прогресивних вчителів у нашій країні достатньо, адже саме від них, в більшій мірі, залежить яким виросте майбутнє покоління.

Раннє залучення учнів в STEM може підтримати не лише розвиток креативного мислення та формування компетентності дослідника, а й сприяти кращій соціалізації особистості, тому що розвиває такі навички, як:

• Співробітництво. Іноді плідна співпраця з товаришами по команді може бути складнішим завданням, ніж фактичне завдання, що стоїть перед командою. Для досягнення інноваційних результатів і вирішення складних завдань, в команді мають працювати особистості з різним науковим і технічним бекграундом. Маленькі, міждисциплінарні команди вимагають співробітництва, взаємодопомоги і швидкого мислення, щоб досягти прогресу в кінці проекту.
•  Комунікативність. Незалежно від посадового положення, саме тактовне спілкування, а не тиранія в команді, може сприяти продуктивній спільній роботі і зміцненню авторитету керівництва. Навчання в області STEM надає широкі можливості для спілкування «один на один» і «один-до- багатьох».
•  Творчість. Творчість та інновації йдуть пліч-о-пліч. «Креатив» може вдихнути нове життя у будь-який науковий і технологічний проект, показати його ще не розкриті можливості. Більш того, ті, хто здатний вийти за межі технічних навичок і мислити нестандартно, можуть винаходити щось абсолютно нове в багатьох інших областях життєдіяльності людини.

Впровадження в навчально-виховний процес методичних рішень STEM- освіти дозволить сформувати в учнів найважливіші характеристики, які визначають компетентного фахівця:

• уміння побачити проблему;
• уміння побачити в проблемі якомога більше можливих сторін і зв’язків;
• уміння сформулювати дослідницьке запитання і шляхи його вирішення;
• гнучкість як уміння зрозуміти нову точку зору і стійкість у відстоюванні своєї позиції;
• оригінальність, відхід від шаблону;
• здатність до перегруповування ідей та зв’язків;
• здатність до абстрагування або аналізу;
• здатність до конкретизації або синтезу;
• відчуття гармонії в організації ідеї.

Предмети STEM визначають так: — наука передбачає вивчення навколишнього світу законів природи, що пов’язані з фізикою, біологією, хімією, оперуванням та застосуванням фактів, принципів, концепцій навчальних дисциплін; — технологія включає систему організацій, людей, знань, процесів і пристроїв, котрі входять до технологічної діяльності; — інжиніринг сукупність знань про особливості та способи створення продуктів і вирішення проблем; — математика вивчає взаємозв’язки і закономірності величин, цифр та форм.

Одне з основних завдань, яке повинен розв’язувати вчитель — це організація та підтримка цілеспрямованої пізнавальної діяльності учнів, формування у них умінь та навичок здійснювати наукові дослідження. Головна мета науково-орієнтовної освіти школярів — це створення системи навчання на основі компетентнісного підходу, яка орієнтована на самореалізацію особистості молодого науковця. На уроках математики учні не повинні бути пасивними спостерігачами, а бути пошуковцями, творцями нового, тому вони краще запам’ятовують те, що «відкрито» ними самими. Використовуючи елементи STEM-технології, вчитель створює для дітей такі можливості, які дозволяють їм бути більш активними, зацікавленими у власній освіті.

STEM-освіта за допомогою практичних занять демонструє дітям можливість застосування науково-технічних знань в реальному житті. На кожному уроці учні: планують і розробляють моделі сучасної індустрії; створюють проекти, намагаються запропонувати власну модель; аналізують, роблять висновки, пов’язують їх з життєвими ситуаціями, з власним досвідом. Це дає їм можливість бути більш впевненими у власних силах, навчитися йти до поставленої мети, долати поразки, перевіряти свою роботу багато разів, але не зупинятися перед перешкодами. Працюючи в групах, учні вільно висловлюють власну думку, відстоюють її, вчаться правильно формулювати та презентувати свою роботу. Чим більше вони займаються практичною роботою, тим більше розкривають власні здібності та проявляють зацікавленість до технічних дисциплін. Це дає можливість правильно вибрати майбутню професію, навчитися розуміти складну термінологію, підготуватися до сприйняття життя.

Годинники, вимірювання часу.

Дослідницький практикум. Сонячний годинник та його виготовлення

для учнів 5-их класів

загально мовленнєві вміння і навички:

• спілкується під час виконання групових і колективних навчальних завдань;

контрольно-оцінні вміння:

• висловлює оцінні судження;

інформаційно-комунікативна:

• проводить самостійні спостереження та експерименти;

загальнокультурна:

• прагне бути культурним у спілкуванні із вчителем та однокласниками;

здоров’язбережувальна:

• дотримується гігієнічних норм під час уроку;

соціальна: співпрацює в команді.

План уроку

1. Ознайомлення з видами годинників.

2.     Читання учнями з дошки вірша з метою визначення теми уроку.

Сонячний годинник…

Він не зупиняється,

його пружина ніколи не ламається, Бо її заводить сонячне проміння,

Стрілка циферблата бігає за тінню.

(О. Коваль)

3.          Пригадування учнями залежності довжини тіні гномона від пори

дня.

Продовжте речення:

• Від сходу Сонця до полудня довжина тіні гномона              .
• Від полудня до заходу Сонця довжина тіні гномона              Розповідь вчителя про призначення, складові та принцип дії сонячного годинника.

4.           Встановлення відповідності між ілюстраціями годинників та їхніми назвами

1. - пісочний годинник
2. - механічний годинник

3 – сонячний годинник

4 – водний годинник

5  – електронний годинник

5.     Називання учнями складових сонячного годинника.

6.     Пояснення учнями принципу дії сонячного годинника.
7.     Відшукування в розданих джерелах та в інтернеті інформації про сонячний годинник. Робота в групах.

Група 1: історія сонячного годинника.

Група 2: сонячні годинники в Україні. Група 3: «галерея» сонячних годинників.

Інформація для вчителя та учнів

Відомості з історії сонячного годинника

Поява  сонячного  годинника  пов'язана  з   тим   далеким   часом, коли людство зрозуміло зв'язок між довжиною й положенням сонячної тіні від тих чи інших предметів та положенням Сонця на небі.

Хоча достеменно невідомо, вважається, що сонячний годинник з'явився приблизно у 3500 р. до н. е. Механізм роботи такого годинника був дуже простим — зміна довжини тіні гномона, центральної осі або колони сонячного годинника вказувала на зміну часу доби. Вперше сонячний годинник був згаданий у Біблії, в 20-му розділі Другої Книги Царів.

В античні часи сонячний годинник був у першу чергу астрономічним інструментом, який використовували задля розрахунків географічної широти. Народом, який першим почав широко використовувати сонячні годинники, були вавилоняни. У Стародавньому Вавилоні на вершині найбільшої піраміди поставили глиняний стовп. Рівний майданчик розкреслили лініями. Коли тінь від стовпа наближалася до однієї із ліній, жрець проголошував: «Знайте, вільні і раби, все населення царства, волею бога минула ще одна година, п'ята година від сходу сонця!».

Незабаром їхній приклад наслідували давні греки, які вдосконалили принцип роботи інструменту. Всі давні народи, що використовували сонячні годинники, ділили добу на 24 години, але тривалість кожної години у них варіювала залежно від географічної широти і пори року. Виїмки в годиннику і

«годинникові» лінії підбирали так, щоб кінець тіні прута вказував годину, а кут, під яким зрізана верхня частина каменю, залежав від широти місця, для якого виготовлений годинник. Іноді гномон, який відкидає тінь, розташовувався паралельно осі землі.

У подальшому були винайдені сонячні годинники різноманітних форм, які умовно можна розділити на:

• горизонтальні і вертикальні;
• ранкові та вечірні;
• конічні, кульові й циліндричні.

Популярність сонячних годинників, як інструментів для визначення часу, істотно знизилася після запровадження стандартної години тривалістю 60 хвилин. Але і за Середньовіччя, і пізніше сонячні годинники влаштовували на площах міст, на будівлях ратуш. З часом, як нині, будівництво сонячних годинників стало організацією своєрідної місцевої декоративної пам'ятки, часто садово-паркової.

Сонячні годинники в Україні

В Україні у багатьох містах є сонячні годинники — як стародавні (зазвичай на будівлях на заході країни), так і сучасні декоративні.

У Києві розташовано відразу декілька сонячних годинників. Однак визначною пам'яткою і найстарішим сонячним годинником міста є пам'ятка науки кінця XVIII століття - сонячний годинник Києво-Могилянської академії авторства француза П'єра Брульйона. Старий сонячний годинник того ж майстра є деталлю фонтану «Самсон» на Подолі. Аналогічні сонячні годинники, створені за проектом того ж П'єра Брульйона, розміщувалися на будівлі київської міської управи, але дотепер не збереглися. Із сучасних сонячних годинників Києва, що є радше не астрономічними приладами, а садово-парковими скульптурами — невеликі годинники у парку Слави поруч з дитячим майданчиком, парку партизанської слави в Дарниці.

Стародавні сонячні годинники є на будівлях, переважно на стінах культових споруд, у цілому ряді міст і сіл Західної України — на костьолі Воздвиження  святого  хреста   у Чернівцях;  на  стіні  «Будинку  пір  року»   у Львові (вул. Вірменська, 23) сонячний годинник має вигляд півкулі (споруджений на початку XIX століття); на  стіні  Преображенської  церкви  у Збаражі (Тернопільська область). Сучасний декоративний сонячний годинник є на території санаторію «Карпати» в Трускавці.

Зведений на своєму теперішньому місці в сучасному вигляді у травні 1820 року сонячний годинник у Херсоні є одночасно  і  могилою лікаря Джона Говарда, який помер у1790 році і заповідав: «... Я не бажаю ні пам'ятників, ні надписів: але хотів би, щоб на моїй могилі було поставлено сонячний годинник...».

У 1999 році сонячний годинник був встановлений у Полтаві, уздовж вулиці 23-го вересня. Архітектор конструкції — В. Шевченко. 6-метровий гномон з нержавійки спирається на трикутний гранітний обеліск. Цей годинник цікавий тим, що містить інструкцію, як його використовувати для визначення часу.

У 2000-х роках чимало сонячних годинників було зведено у містах Східної України та Криму — у Бердянську (Запорізька область) на Приморській  площі   встановлений   горизонтальний   сонячний   годинник   з мармуровим циферблатом і стрілкою з нержавіючої сталі, що показує справжній місцевий сонячний час. Влітку 2008 року сонячний годинник з'явився у Севастополі (розташований на Приморському бульварі); горизонтальний сонячний годинник є в Ботанічному саду Таврійського національного університету в Сімферополі; вертикальний сонячний годинник встановлений у Дружківці на алеї по вулиці Космонавтів; оригінальної форми сонячний годинник встановлений у парку «Казка» в Миколаєві.

Євпаторія може похвалитися двома сонячними годинниками — крім встановлених 2010 року на набережній у дворику караїмської кенаси, в місті є невеликий сонячний годинник, встановлений ще в XIX столітті.

У 2010 році в Макіївці на Донеччині встановлено унікальний, найбільший на території України сонячний годинник — його діаметр 16 м, а вага гномона 500 кг. Скульптор хронометра-гіганта — Микола Загрібний.

8.           Обговорення в групах здобутої інформації.

«Галерея» сонячних годинників

9.        Дослідницький практикум:

а) спостереження учнями за демонстрацією вчителя принципу дії сонячного годинника ( за допомогою саморобної моделі).

Сонячний годинник своїми руками

Для виготовлення корпусу годинника підійде пінопласт, шматок фанери, щільний картон або тонка дощечка.

Гномон закріплюється перпендикулярно поверхні і на нього одягається лист із циферблатом.

Отримана конструкція повинна бути правильно зорієнтована. Щоб цього досягти, треба дотримати ряд умов:

- Строго горизонтально повинна бути розташована лінія циферблата із цифрами 6-18;

• Із знайденим напрямком північ-південь повинна збігатися лінія з цифрами 12-24;
• Необхідно нахилити площину циферблата годин на північ таким чином, щоб кут між площиною горизонту і гномоном годин склав величину, яка дорівнюватиме тій географічній широті, на якій розташована ваша місцевість.

Гномон (в цьому годиннику він виконаний у вигляді трикутної стрілки) вирізається з пластику або фанери. Один з кутів стрілки дорівнює 90

° (прямий кут), а другий - широті вашій місцевості.

б) практична робота: демонстрування учнями принципу дії сонячного годинника;

в) формулювання та запис відповідних висновків.

10. Виконання учнями тестових завдань з метою перевірки сприймання усвідомленого.

ТЗ 1. Сонячний годинник – це прилад для визначення часу за:

А напрямком тіні гномона та її рухом по циферблату

Б тривалістю дня

В сторонами горизонту

ТЗ 2. Складові сонячного годинника – це:

А  циферблат і гномон (вісь, кілочок, стрижень)

Б циферблат і стрілки

В циферблат і градусна шкала

ТЗ 3. Стрілкою в сонячному годиннику є:

А маятник

Б тінь гномона

В компас

ТЗ 4. Опівдні сонячний годинник показує:

А 14 год

Б 13 год

В 12 год

ТЗ 5. Сонячний годинник показує час:

 А в похмуру погоду

Б в сонячну погоду

В в будь – яку погоду

11.                        Підведення підсумків уроку.

Працюючи за основними напрямками STEM-освіти, вчитель формує в учнів найважливіші характеристики, які визначають компетентного фахівця: уміння побачити проблему; уміння побачити в проблемі якомога більше можливих сторін і зв’язків; уміння сформулювати дослідницьке запитання і шляхи його вирішення; уміння зрозуміти гнучкість як нову точку зору і стійкість у відстоюванні своєї позиції; уміння бути оригінальним та відійти від шаблонів; уміння до перегруповування ідей та зв’язків; уміння до абстрагування або аналізу; уміння до конкретизації або синтезу; уміння знайти гармонію в організації ідеї. Це дозволить наблизити зміст різноманітних сфер науково-технічної діяльності людського суспільства до освітнього процесу. Необхідно розвивати творче середовище для виявлення особливо обдарованих дітей, надавати їм можливість розвитку та підтримувати їх. Навчання молодої інтелектуальної еліти, здатної успішно реалізовуватися в сучасному мінливому світі, неможливе без застосування інноваційних, інформаційних та комунікаційних технологій, а отже — вільної орієнтації учнів в інформаційному просторі.