Stem образование что это
STEАM-образование — новая методика обучения школьников
В модернизации системы образования Казахстана главным звеном можно считать систему среднего образования. Именно в этой сфере в данный момент проходит обновление содержания, требующее разработку и реализацию новых программ, которые помогут обеспечить постепенный, плавный переход на обучение, ориентированное на развитие личности, культуры мышления, самостоятельности и ответственности за принятие решений. Сегодня в школе требуются такие программы, которые нацелены на формирование высокого уровня технологического развития, что весьма актуально, учитывая требования современного рынка труда.
Проблемы с ухудшением качества образования в области точных наук, мотивацией студентов, количеством и качеством педагогов, являются глобальными. Это проблема рынка, потому что работодатели готовы хорошо платить специалистам. Однако школьники и студенты не хотят такие предметы выбирать в качестве основных[1].
STEАM-образование является мостом, соединяющим учебу и карьеру. Его концепция готовит детей к технологически развитому миру. Специалистам будущего требуются всесторонняя подготовка и знания из самых разных образовательных областей естественных наук, инженерии, технологии и математики.
Именно поэтому STEAM-образование или НТТМ (научно-техническое творчество молодежи) становится приоритетным в странах, где развивают высокотехнологичное производство [1].
STEАM представляет собой интегрированный подход обучения, в рамках которого академические научно-технические концепции изучаются в контексте реальной жизни. Цель такого подхода – создание устойчивых связей между школой, обществом, работой и целым миром, способствующих развитию STEM-грамотности и конкурентоспособности в мировой экономике (Tsupros, 2009).
Аббревиатура STEAM означает: S – science, T – technology, E – engineering, A – art, M – mathematics, или: естественные науки, технология, инженерное искусство, творчество, математика. Одним словом, дисциплины, которые становятся самыми востребованными в современном мире. STEAM интегрирует все эти дисциплины в единую схему обучения, а английский язык является связующим звеном всех этих дисциплин. Поэтому ведущее положение в интегрированном обучении занимают уроки именно иностранного (в нашем случае – английского) языка.
«Знать иностранные языки в условиях глобализации стало жизненно необходимым, а не роскошью. Владение языками открывает доступ к пониманию менталитета, культуры других людей, позволяет расширить возможности выбора при получении высшего образования, трудоустройства» [2].
В случае интегрированного обучения языку и предмету следует помнить, что знание языка становится инструментом изучения содержания предмета. При этом внимание акцентируется как на содержании специальных текстов, так и на необходимой предметной терминологии. При этом язык интегрирован в программу обучения, а необходимость погружения в языковую среду для возможности обсуждения тематического материала значительно повышает мотивацию использования языка в контексте изучаемой темы [3].
Существует ряд принципов интегрированного обучения английскому языку и предметам естественно-математического цикла, среди которых основными являются:
1) принцип использования богатого, с познавательной точки зрения,
аутентичного учебного материала;
2) принцип активной поддержки и помощи учителя в процессе обучения;
3) принцип интенсивного и продуктивного владения вторым или
4) принцип поликультурности;
5) принцип развития мыслительных навыков высшего порядка;
6) принцип устойчивого обучения [4].
Соблюдение вышеуказанных принципов делают процесс изучения предметов ЕМЦ цикла на английском языке более целенаправленным, так как язык используется для решения конкретных коммуникативных задач, т. е. пополнение словарного запаса обучающегося предметной терминологией естественно-математического цикла и подготавливает его к дальнейшему изучению и применению полученных знаний и умений.
Таким образом, изучение иностранного языка и неязыкового предмета одновременно является дополнительным средством для достижения образовательных целей и имеет положительные стороны как для изучения иностранного языка, так и неязыкового предмета [5].
C целью углубления и расширения теоретических знаний учащихся через изучение терминологий, основных понятий естественно-математического цикла и закрепление этих знаний на английском языке в школе-интернат для одаренных детей им. Ы. Алтынсарина г. Костанай, разработаны различные курсы и факультативные занятия по предметам естественно-математического цикла. Такие курсы и занятия как «Английский язык и современные науки», «Робототехника», «Научная терминология современного английского языка», «Special biology», «Physical problems and ways to solve them» и другие представляют собой совокупность фрагментов из различных областей знаний. Объединяющим моментом является наличие в них терминов, относящихся к соответствующим областям наук.
Данные курсы и факультативные занятия позволяют оценивать свой потенциал с точки зрения образовательной перспективы, а также помогают выбрать профиль обучения.
Реализация основ STEAM-образования в нашей школе позволит интегрировать естественные науки и технологии, инженерное творчество и математику. С помощью практических занятий учащиеся смогут продемонстрировать применение научно-технических знаний в реальной жизни, разовьют навыки критического мышления и разрешения проблем, необходимых для преодоления трудностей, с которыми учащиеся могут столкнуться в жизни.
STEAM-образование в приоритете по следующим причинам:
— В ближайшем будущем в мире и, естественно, в Казахстане будет резко не хватать: IT-специалистов, программистов, инженеров, специалистов высокотехнологичных производств и др.
— В отдаленном будущем появятся профессии, которые сейчас даже представить трудно, все они будут связаны с технологией и высоко технологичным производством на стыке с естественными науками. Особенно будут востребованы специалисты био- и нанотехнологий.
— Специалистам будущего требуется всестороння подготовка и знания из самых разных образовательных областей естественных наук, инженерии и технологии.
Изучение научных терминов на английском языке поможет учащимся выстроить свою образовательную траекторию и будет способствовать мотивации учащихся к выбору инженерных профессий 3-го тысячелетия [1].
В качестве основного образовательного результата выступает сформированная система базовых ценностей, умение правильно применять термины естественных наук на английском языке, оперировать знаниями; развитие критического, творческого и комбинированного мышления; профориентация в области естественных наук.
Предлагаемые курсы и занятия поддерживают базовые знания по предметам естественно-математического цикла и углубляют познания детей в научных терминах на английском языке.
Ожидаемым результатом данных занятий по новой методике обучения- STEAM-образование, учащиеся смогут выражать свое мнение, применяя научную терминологию на современном английском языке; понимая содержание сообщений технологического характера, представлять основную идею задания, проекта на английском. У учащихся сформируются ключевые компетенции по предметам естественно-математического цикла на английском языке, они смогут прогнозировать, доказывать и подтверждать опытом свои предположения. Регулярные занятия разовьют новые идеи, творчество учащихся. Данные курсы и занятия помогут учащимся в определении будущей професс
Поскольку STEAM образование активно развивается в Казахстане, растет спрос на профессии технического характера, а тот факт, что многие источники информации предоставляются на английском языке, подтверждают актуальность и практическую ценность данных курсов и факультативных занятий.
Внедрение STEAM-образования поможет изменить экономику нашей страны, сделает ее более инновационной и конкурентоспособной. А сегодняшним ученикам – помочь стать успешными профессионалами в будущем.
1. Тамара Стрельникова, «Unique Kazakhstan», «Что такое- STEAM-образование?» http://www.unikaz.asia
2. Назарбаев: В Казахстане необходимо активно внедрять STEAM- образование, BNEWS > Новости, https://bnews.kz
3. Учебно-методическое пособие Integrated learning to English language http://emirb.org
4. Учебно-методическое пособие, Интегрированное обучение английскому языку и учебным предметам ЕМЦ (информатика, физика, химия, биология, естествознание) Астана, 2016
5. Б. А. Жетписбаева, А. Е. Кубеева, «К вопросу о методическом обеспечении трёхъязычного образования» Журнал: Вестник КарГУ, 2017 https://articlekz.com
7. Дорожная карта развития трехъязычного образования на 2015-2020 годы. Утвержден совместным приказом и. о. Министра образования и науки Республики Казахстан от 5 ноября 2015 года № 622, Министра культуры и спорта Республики Казахстан от 9 ноября 2015 года № 344 и Министра по инвестициям и развитию Республики Казахстан от 13 ноября 2015 года № 1066.
STEM- и STEAM-образование: от дошкольника до выпускника ВУЗа
Юрий Пахомов
STEM-подход — один из прорывных инструментов трансформации образования. Множество государственных и частных учебных учреждений берут эту концепцию на вооружение, а сама она соответствует образовательным стандартам, принятым в России в 2012 году. STEAM — естественное развитие STEM-подхода, сочетающее технологии и гуманитарные дисциплины. На этих идеях основывается и педагогическая философия LEGO Education, и, чтобы эти аббревиатуры, которые можно часто встретить в наших материалах, были понятны каждому читателю, подробно рассказываем об истории, принципах и решениях STEM- и STEAM-образования в России и зарубежом.
1. Что такое STEM-образование
Аббревиатура STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics) — расшифровывается как Наука, Технологии, Инженерия, Математика и обозначает практико-ориентированный подход к построению содержания образования и организации учебного процесса.
В основе STEM-подхода лежат четыре принципа:
1. Проектная форма организации образовательного процесса, в ходе которого дети объединяются в группы для совместного решения учебных задач;
2. Практический характер учебных задач, результат решения которых может быть использован для нужд семьи, класса, школы, ВУЗа, предприятия, города и т. п.;
3. Межпредметный характер обучения: учебные задачи конструируются таким образом, что для их решения необходимо использование знаний сразу нескольких учебных дисциплин;
4. Охват дисциплин, которые являются ключевыми для подготовки инженера или специалиста по прикладным научным исследованиям: предметы естественнонаучного цикла (физика, химия, биология), современные технологии и инженерные дисциплины.
Главная цель STEM-подхода — преодолеть свойственную традиционному образованию оторванность от решения практических задач и выстроить понятные ученикам связи между учебными дисциплинами.
2. Историческая справка
Впервые идея и аббревиатура STEM были предложены в 2001 году учеными Национального научного фонда США как ориентир для обновления системы подготовки современных инженеров и исследователей в ВУЗах. Идея была поддержана правительством, общественными организациями и многими корпорациями США, в том числе такими технологическими лидерами как Intel и Xerox. В результате принципы STEM стали активно применять для формирования образовательных программ многих американских университетов.
Сегодня в системе высшего образования США насчитываются сотни инженерных и научных специальностей, программы подготовки по которым построены в соответствии с концепцией STEM. При этом дипломная работа студента объединяется со стажировкой в технологической компании и участием в сложных технологических проектах бок о бок с профессионалами. За счет этого технологические компании получают квалифицированных специалистов сразу после выпуска из университета.
Впоследствии STEM-подход был подхвачен многими странами мира. В настоящее время подготовка STEM-специалистов ведется в ВУЗах Франции, Великобритании, Австралии, Израиля, Китая, Канады, Турции и ряда других стран.
Одновременно с расширением географии STEM происходило распространение элементов STEM-подхода вниз по образовательной пирамиде, как на школьное, так и на дошкольное образование. Во многих странах начали активно создаваться учебные курсы и пособия для межпредметных исследований и конструирования в детских группах. Ощутив реальные результаты STEM-подхода в высшем образовании, правительство США через образовательные стандарты утвердило STEM-обучение как базовый метод преподавания в школах. Австралия, Канада и Сингапур сделали это еще раньше.
В рамках детского STEM-образования робототехника оказалась той областью, где наиболее удачно пересеклись запросы экономики на развитие высокотехнологичных отраслей и естественный интерес детей к конструированию. Как следствие, сегодня воспитатели и учителя по всему миру активно используют в своей работе наборы для конструирования и программирования роботов.
3. STEM в России
В России активное привлечение учеников к инженерному делу и роботостроению происходит на протяжении последних 5 лет.
В 2014 году в послании Федеральному собранию Президент РФ впервые указал на необходимость вывести инженерное образование в стране на мировой уровень. Робототехнические комплексы были внесены в число приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в России, и вскоре начала складываться сеть инженерно-технических центров: кванториумы, фаблабы при ВУЗах, ЦМИТы и центр «Сириус». В школах стали появляться спецклассы, оборудованные всем необходимым для создания программируемых роботов.
Сегодня в технопарках, при ВУЗах или в рамках Центров технической поддержки образования открывается все больше STEM-центров, которые помогают старшеклассникам осваивать новые технологии и мотивируют на продолжение образования в научно-технической сфере. Магистерские программы STEM-подготовки учителей появляются в российских университетах, быстро расширяется практика использования STEM-подхода в дополнительном образовании и в сегменте платных образовательных услуг. Дети с интересом работают в командах, экспериментируют, проводят исследования, придумывают и собирают роботов, создают сайты и мультфильмы.
4. STEM и ФГОС
Стремительно растущий интерес учителей к STEM-методикам объясняется тем, что значительная часть задач, которые установлены образовательными стандартами РФ, может быть реализована с учетом идей, инструментов и методик, накопленных в рамках STEM-подхода. Концепция STEM соответствуют основным требованиям ФГОС, и в этом можно убедиться, приложив принципы STEM к образовательному стандарту основного общего образования.
1. Проектная форма организации обучения и практическая направленность STEM создают более благоприятные по сравнению с классно-урочным обучением мотивационные и предметные предпосылки для реализации следующих требований ФГОС:
— Организация активной учебно-познавательной деятельности;
— Участие в социально значимом труде и приобретение практического опыта;
— Формирование способности применять полученные знания на практике, в том числе в социально-проектных ситуациях;
— Формирование коммуникативной компетентности в общении и сотрудничестве со сверстниками;
— Ориентировка в мире профессий и формирование устойчивых познавательных интересов как основы выбора будущей профессии.
2. Ориентация на межпредметность и накопленный в рамках STEM опыт комплексного освоения математики и естественных наук создают более благоприятные условия для:
— применения математических и естественнонаучных знаний при решении образовательных задач;
— развития навыков формулирования гипотез, планирования и проведения экспериментов, оценки полученных результатов;
— осознания значения математики и информатики в повседневной жизни человека;
— формирования умения моделировать реальные ситуации на языках алгебры и геометрии, а также исследовать построенные модели математическими методами;
— развития навыков работы со статистическими данными;
— понимания физических основ и принципов работы машин и механизмов, средств передвижения и связи, бытовых приборов, промышленных технологических процессов и т. д.
Не менее значительный объем соответствий STEM-принципов во ФГОС можно установить и при анализе стандартов начального общего и среднего общего образования.
5. От STEM к STEAM
В последние несколько лет в сфере инновационной экономики все больший вес приобретают креативные индустрии, связанные с интеллектуальной и творческой деятельностью: компьютерные технологии, виртуальная реальность, дизайн, мода, реклама, анимация и т. д. Креативные отрасли во всем мире становятся движущей силой экономического роста, а занятость молодежи в креативной индустрии уже превышает занятость в реальном секторе. Эти перемены ставят новые задачи перед системой образования, а именно — необходимость большего включения в программу обучения творческих и художественных дисциплин.
В США, где в рамках креативных индустрий создано свыше 30 млн рабочих мест, эта необходимость привела к трансформации STEM-концепции: к синтезу науки, технологии, инженерии и математики добавился пятый компонент — Arts, искусство. Получилась новая аббревиатура и концепция — STEAM.
STEAM-подход сохраняет ориентир на проектную деятельность, практическую направленность и межпредметность, но меняет расстановку ключевых дисциплин. На уровне формирования учебной программы, например, в ВУЗе, STEAM предполагает включение в нее не только инженерных и естественно-научных STEM-предметов, но и гуманитарных и творческих дисциплин: литература, дизайн, архитектура, музыка, изобразительное искусство. STEM-предметы и технологии дают ясные решения для прикладных задач, а гуманитарные Arts-дисциплины развивают умение находить выход в состоянии неопределенности, неоднозначности и двусмысленности. Так учащиеся учатся гармонично сочетать в работе научную строгость и творческую свободу.
Идеологи STEAM-подхода вдохновляются примерами великих ученых, которые сочетали научные занятия с творчеством, и благодаря развитому нелинейному мышлению и воображению смогли дать миру революционные открытия: литератор Галилей, художник Леонардо Да Винчи, музыкант Эйнштейн, философ Гейзенберг.
На методическом уровне STEAM-подход предполагает, что, кроме решения технологических вопросов, в проектной деятельности ученики:
— приобретают навыки работы в команде;
— учатся конструктивно критиковать и отстаивать свое мнение;
— осваивают презентационные компетенции;
— учатся генерировать идеи в условиях неопределенности;
— применяют принципы дизайна и маркетинга для создания и продвижения продукта;
— осознают творческий потенциал применения технологий в разнообразных сферах деятельности.
В школе STEAM-подход реализуется в рамках занятий по робототехнике, особенно в соревновательной деятельности. Так для участия в международных соревнованиях FIRST® LEGO League требуется не только умение хорошо собирать и программировать, но и способность эффективно работать в команде, быстро генерировать идеи и грамотно презентовать результаты.
6. STEM и STEAM-решения LEGO Education
Одним из наиболее известных и признанных инструментов для реализации обоих подходов в школе являются решения LEGO® Education. Наборы LEGO Education разной сложности рассчитаны на работу с детьми в возрастном диапазоне от 4 до 16 лет.
Эти решения отличает привлекательность и узнаваемость (практически все знакомы с LEGO с раннего детства), яркость, простота и интуитивно-понятные способы сборки, а главное — широкие возможности для постановки комплексных учебных задач с использованием знаний всех предметов естественнонаучного цикла.
Для каждой возрастной группы в линейке LEGO Education предусмотрены свои наборы. Вот лишь некоторые из них:
Для дошкольников — это Экспресс «Юный программист» в виде поезда и железной дороги. Элементы алгоритмики, программирования изучаются с его помощью без компьютера.
Для младших школьников подходит LEGO Education WeDo 2.0. и BricQ Motion Prime. Последнее решение помогает изучать окружающий мир и физику, выполняя проекты, связанные со спортом и здоровым образом жизни. BricQ — STEAM-решение, которое вообще не предполагает программирования. В наборе также нет моторов и других, содержащих электронику деталей, что облегчает работу преподавателей-предметников (например, учителей физики).
Для средней и старшей школы — LEGO Education SPIKE Prime. Он рассчитан на применение в экспериментальной деятельности на уроках всего естественнонаучного цикла. Например, практически любой проект из курса «Фитнес датчики» позволяет не только закрепить на практике материал курса физики 7 класса, но и проработать математические закономерности, по которым строятся графики, иллюстрирующие опыты. SPIKE Prime стал самым красочным и гендерно-нейтральным из последних наборов. А разнообразие моделей и легкость программирования на языке Scratch позволяет использовать конструктор для изучения различных дисциплин.
Для каждого из наборов есть методические материалы, адаптированные под образовательные стандарты РФ. Их можно найти на официальных ресурсах LEGO Education, как и материалы для подготовки самих педагогов. Образовательную поддержку преподавателей в России осуществляет Академия LEGO Education.
STEM как «серебряная пуля» для образования
Как известно, выражение «серебряная пуля» символизирует универсальный способ, с помощью которого можно решить любую проблему. И в современном мире со стремительно развивающимися технологиями, «серебряная пуля» нужна как никогда, особенно в сфере подготовки профессионалов для высокотехнологичных отраслей. Общепризнанный факт — школьное образование сегодня направлено, как правило, на успешное выполнение тестов, проверку знаний по предметам.
Да, внутри курсов есть логика, они нашпигованы фактами и данными, а вот между собой теоретические предметы почти не пересекаются. И совсем немногие дети умеют применять теоретические знания на практике, потому что не понимают — как естественные науки и математика могут пригодиться в жизни. При этом, уже сегодня от выпускников требуются не просто хорошие знания школьных предметов, но и знания междисциплинарные, формирование которых — процесс длительный. Он должен начинаться еще в школе и только традиционными методиками здесь не обойтись. Тут на помощь приходит STEM-подход.
Что же такое STEM?
Впервые вопросом междисциплинарного и прикладного подхода в образовании озаботились в США, когда американцы столкнулись с серьезной проблемой — при наличии предложений в высокотехнологичных компаниях потенциальные кадры в большинстве своем не обладали достаточной квалификацией. Так, в конце 90-х и зародился STEM-подход к обучению, который сегодня внедряется на государственном уровне в странах, ориентированных на выращивание собственной научно-технической элиты. Главное место в STEM (аббревиатура от Science — естественные науки, Technology — технологии, Engineering — инжиниринг, проектирование, дизайн, Mathematics — математика) отводится практике, соединяющей разрозненные естественно-научные знания в единое целое.
В чем суть технологии STEM?
Если кратко, то в ее основе- инженерный подход к изобретению, скажем, прототипа. Чтобы получить прототип, его необходимо спроектировать. А любое проектирование — это, по сути, описание еще несуществующего объекта, который нужно увидеть, придумать, изобрести.
Первый шаг в проектировании — это постановка задачи. Чтобы конечный результат удовлетворял поставленной цели, необходимо провести тщательное исследование, задействовать все имеющиеся знания, скомбинировать их и получить эффективные решения.
Таким образом, в процессе инженерного исследования, создания или улучшения прототипа, ребенку приходится использовать свои знания по нескольким дисциплинам, что способствует формированию у него естественно-научной картины мира.
Важно, что в данном случае технология STEM удачно дополняет школьное образование по техническим предметам, погружает учеников в понимание самой сути предмета и его применения в практической сфере.
Как обстоят дела со STEM в России?
Сегодня в России перспективными форматами обучения становятся STEM-центры или образовательные программы, которые используют технологию STEM.
Российские STEM-центры работают при поддержке технологичных компаний на базе вузов, технопарков и других образовательных учреждений. В них ребята получают новые знания и умения, вовлекаются в проведение исследований, что позволяет им овладеть на практике навыками научной работы, которые пригодятся при дальнейшем обучении в вузах.
Развить практические навыки можно, также, участвуя в робофестах, турнирах, олимпиадах…
Среди подобных начинаний — турнир по нефтегазовой тематике «Умножая таланты», который проходит в нескольких регионах России. Все конкурсные задания специально разрабатываются действующими инженерами Научно-технического центра «Газпром нефти».
Механика турнира такова: после объявления конкурса школьники регистрируются командами из 3-5 человек. Далее команда получает нестандартное задание: она должна решить реальный кейс из нефтянки. Прежде чем, представить свой проект членам жюри, участникам приходится изучить множество специальных материалов, провести наблюдения или даже поставить опыты. И только лучшие решения на финальном этапе проходят защиту у профессионалов отрасли.
Вот, например, задание для младшей секции: «Бурение солевых интервалов». Для решения задачи восьмиклассникам (!) предлагается оценить потенциальные риски при строительстве нефтяной скважины. Кроме того, они должны описать, как разрушаются горные породы в процессе бурения, определить насколько возможно на этапе строительства скважины повлиять на ее продуктивность, а также выбрать наиболее оптимальную траекторию при бурении. В итоге, обычные школьники погружаются в тонкости нефтяного дела и решают реальные рабочие задачи на достойном уровне.
В итоге у участников турнира формируются навыки проектной работы в команде, умение создать практическое решение на основе академических знаний, оформить и презентовать свой результат.
Получается, что STEM не просто естественнонаучный и инженерно-технический подход к образованию, как иногда считают, а коренная перестройка всей системы. Предметы STEM учат детей навыкам критического мышления, необходимым для преодоления трудностей, с которыми они могут столкнуться в жизни и в работе. Таким образом STEM и в самом деле может стать той самой «серебряной пулей» для современного образования, по крайней мере, в области естественных наук.