Стаття Паки В. А., «Впровадження елементів STEM-освіти на уроках природничо-астрономічного модуля»

Викладач природничих наук ДНЗ “Лісоповодський ПАЛ”

«Впровадження елементів STEM-освіти на уроках природничо-астрономічного модуля»

Сучасна система підготовки робітничих кадрів в Україні вимагає від майбутніх фахівців не лише досконалого володіння професійними якостями, а й вміння презентувати, рекламувати,  представляти результати своєї роботи чи роботи фірми, вміння проводити необхідну PR-компанію, що може бути вирішальним та важливим аспектом у просуванні суспільного продукту, вміння бачити головне, вміння вдало показати  в потрібному ракурсі  аспекти  своєї діяльності,  вміння  креативно мислити і швидко реагувати на зміни. 

У невіддаленому майбутньому з’являться професії, які зараз ще не існують, всі вони будуть пов’язані з інноваційними  технологіями і високотехнологічним виробництвом на стику з природничими науками.  І навіть ті професії, які існують сьогодні, вимагатимуть від фахівців всебічної підготовки і знань із найрізноманітніших освітніх областей природничих наук.

В умовах реформування освіти та її переорієнтації на формування компетентностей  здобувача освіти, які забезпечать йому життя, навчання та розвиток у змінному високотехнологічному, мультикультурному середовищі, особливого значення набуває проблема якісної підготовки випускників  професійної освіти у зв’язку з їхньою майбутньою багатофункціональною діяльністю, участю у розвитку економіки, виробництва та життя суспільства. Однією із тенденцій сучасного світу є інтеграція знань, сфер діяльності та  виробництво, яке базується на множинних зв’язках математики, технології, інженерії та природничих наук. Це, в свою чергу, відбивається на освітніх системах ряду країн, в тому числі й України, які впроваджують елементи STEM-освіти: навчання інтегрованими курсами, розробка міждисциплінарних проєктів, навчання не через предмети, а через вирішення проблем.  Особливої уваги набуває зараз проблема формування самостійності учнів, спроможності отримувати, аналізувати інформацію та приймати оптимальні рішення, використовувати в практичній діяльності нові інформаційні технології.

Одним із напрямків інноваційного розвитку природничо-математичної освіти є система навчання STEM.

Впровадження STEM-освіти сьогодні дуже актуальне на уроках природничих наук. Розглянемо  елементи STEM-освіти та фізико-астрономічний модуль. На уроках фізики потрібно акцентувати увагу здобувачів освіти на тому, що світ навколо нас є складною системою зв’язків і взаємовпливів. Щоб зрозуміти принцип STEMу, необхідно бачити не просто явище, а розуміти, які математично обумовлені фізичні, хімічні, географічні закономірності призвели до його виникнення.

Елементи STEMу на уроках фізико-астрономічного модуля можна впроваджувати за допомогою: 

проєктів:

– методу  «критичного читання тексту» для порівняння величин або понять;

– методу  «Діаграма Ейлера-Вена»;

– методу «Асоціативний  кущ»;

– створення граф-схем з теми;

– цікавих запитань з рубрики «Фізика навколо нас»;

– «Параду розумних думок»;

– коротких  повідомлень або презентацій з даної теми;

– інтегрованих уроків;

– ігрових STEM-технологій;

– кейс-методів;

– STEM-квестів і т.д.

STEM на уроках фізико-астрономічного модуля — це вирішення практичних завдань шляхом спроб і помилок. Фізика – це не тільки теорія, задачі і лабораторні роботи —  це роботи над проєктами, а презентувати кінцевий продукт своєї дослідницької діяльності можна за допомогою:
– LED BOOKів;

– кластерів;
– ментальних карт;
– інфографіки;
– паперових моделей;
– LEGO конструкторів;
– відеоекспериментів;
– мультимедійних презентацій;
– анімацій;
– скрайбінгів та інші.

Проєкт як засіб реалізації STEM-освіти  дозволяє органічно інтегрувати знання здобувачів освіти 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 проєктів на практиці змінює роль  викладача під час навчального процесу. Із носія готових знань він перетворюється на організатора пізнавальної діяльностіздобувачів освіти. Змінюється й психологічний клімат у колективі, оскільки викладачеві потрібно переорієнтовувати свою роботу на уроці та роботу здобувачів освіти на різноманітні види самостійної діяльності, на пріоритет дослідницького, пошукового, творчого характеру.  

Розглянемо проєкт «Дифузія в побуті та природі». Навчальна мета проєкту – 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 проєктом,  здобувачі освіти 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.   

Інфографіки, анімації, мультимедійні презентації,  скрайбінги, як елементи  STEMу  значною мірою впливають на ефективність та якість уроків фізико-астрономічного модуля, зокрема у реалізації та демонструванні проєктів. 

Елементи STEMу на уроках фізико-астрономічного модуля можна впроваджувати  не тільки у вигляді проєктів, але й у вигляді  «Діаграми  Ейлера-Вена» – прийому для співставлення, порівняння, знаходження спільних рис, явищ, ознак, у поняттях, явищах природи, властивостях геометричних фігур. Представляє собою кола, що перетинаються (двох або декількох). Середина заповнюється спільними ознаками, а бічні частини – відмінними. 

Підсумковий урок з вивчення розділу «Динаміка» можна доцільно провести з використанням STEM технології методом  «Діаграми Ейлера-Вена».

        Стратегія «Асоціативний кущ» допомагає здобувачам освіти відтворювати у пам’яті асоціації, що виникають у них від поняття, яке пропонує викладач, спонукає розмірковувати вільно та відкрито про певний предмет, образ, тему, висловлюючи також свої почуття, емоції, ставлення, здійснювати зв’язок між окремими поняттями. Цю стратегію можна використовувати на будь-якому уроці.А також доречно її застосовувати під час повторення чи вивчення нового поняття. Цю  роботу можна використовувати у групах, парах, колективно чи індивідуально. Викладач  самостійно обирає форму організації, яку він використає на уроці. Доречним може бути проведення теми уроку «Електрика». Асоціації можна ще продовжити.

Прикладом  «Параду розумних думок» може бути  розминки перед початком уроку – «закінчи речення». Здобувачам освіти пропонується  незакінчене речення, яке необхідно закінчити. Речення може бути сформульовано так, щоб здобувачі освіти могли висловити свою думку щодо певної проблеми. Наприклад, «Світлові явища необхідно вивчати для того, щоб…», «Фізика потрібна для того, щоб…», «Досліди Галілея підтверджують, що…» У якості незакінченого речення можна використовувати також  і вислів видатної людини: «Якщо я бачив далі інших, то тому, що …» (І.Ньютон). Здобувачі освіти продовжують його на свій розсуд, а потім порівнюють свою думку з думкою автора вислову.

Створення на уроці структурно-логічних схем дає  здобувачам освіти можливість бачити теоретичний матеріал і більш наочно показує його зміст.

Структурно-логічні  схеми діляться на логічні ланцюжки, циклічні схеми, радіальні схеми, кластери, класифікаційні, схеми-піраміди, ієрархічні структури та інші.

Тема «Види теплових машин».  Розглянути  класифікацію понять та їх аналізу допоможе радіальна схема. Циклічна схема – схема, що представляє алгоритм, у якому виявлено смислові аналогії, що повторюються за певним логічним ланцюжком у причинно-наслідковому зв’язку. Ця схема відображена у темі «Властивості газів, рідин та твердих тіл». Під час вивчення теми «Способи зміни внутрішньої енергії тіла» за допомогою створення кластеру як результату отримується структура, яка графічно відображає міркування, визначає інформаційне поле досліджуваної теми. 

Класифікація-схема, в якій особливу роль надається основному поняттю, що об’єднує всі інші за певним предметом можна побачити при вивченні розділів фізики «Кінематика» та Динаміка».

Отже, використання когнітивних методів навчання, а саме методу конструювання понять, правил і теорій дає можливість навчити здобувачів освіти мислити та знаходити необхідну інформацію, вирішувати складні завдання, приймати рішення, створювати ідеї та втілювати їх в життя, презентувати результати власних досліджень.

          Прикладом впровадження елементів STEM-освіти на уроках природничих наук (фізико-астрономічний модуль) є інтегровані уроки. 

У «Методичних рекомендаціях щодо впровадження STEM-освіти» наголошується, що «особливою формою наскрізного STEM-навчання є інтегровані уроки, які спрямовані на встановлення міжпредметних зв’язків, що сприяють формуванню у здобувачів освіти цілісного, системного світогляду, актуалізації особистісного ставлення до питань, що розглядаються на уроці». Інтегрувати можна  фізику і математику, фізику і хімію, фізику і біологію, і як не дивно, навіть фізику та українську мову.

 Для прикладу урок  фізики з біологією на тему: «Сила пружності».  

Ця тема яскраво демонструє  як можна поєднати два різних абсолютно предмети, і як цікаво можна подати навчальний матеріал.  У природі одні тіла постійно діють на інші. Так Земля притягує всі тіла, розташовані на її поверхні та поблизу неї, вода, падаючи з висот, обертає лопаті турбіни, вітер змушує рухатися вітрильники. Завдяки  силі м’язів людина піднімає тіла, кінь перевозить вантажі.

         Ця тема яскраво демонструє  як можна поєднати два різних абсолютно предмети, і як цікаво можна подати навчальний матеріал. Детально пояснивши тему  «Сила пружності» з точки зору фізики,  використовуючи інформацію з біології можна урізноманітнити урок цікавими  фактами про організм живих істот, зробити його живішим, спонукати здобувачів освіти бути активнішими,  включати логічне мислення. Використавши презентацію, поєднавши два предмети можна значно глибше, цікавіше, повноцінніше подати навчальний матеріал. 

STEМ–освіта – це також  розвиваючі ігри, які додатково розвивають креативність та творчість. Тому ігрові технології на уроках фізико-астрономічного модуля є незамінимими.      

  Ігрові технології сприяють розвитку  нестандартного  мислення, допомагають аналізувати інформацію та слідкувати за причинно-наслідковими зв’язками, а ще пояснюють наукові поняття мовою, зрозумілою здобувачеві освіти.

   STEM-ігри розширюють кругозір, вчать складати логічні послідовності, експериментувати з деталями і складовими елементами гри, проводити наукові досліди та програмувати. 

Активний розвиток сучасних технологій, в тому числі інформаційних, дозволяє використовувати в навчанні STEM-іграшки, STEM-ігри, гейміфіковані платформи з метою розвитку STEM-компетентностей. 

Використання STEM-ігор покращує проведення практичних занять з природничо-наукових і технічній дисциплін. Ігрові технології дають можливість використовувати новітні технології; експериментувати та вирішувати проблеми; занурювати учасника в умови, наближені до реальних; знайомлять з процесами виробництва та особливостями проєктної діяльності; дозволяють поєднувати уяву з інноваціями; сприяють формуванню зацікавленості у навчальному предметі та у подальшому вивчені STEM-дисциплін. Використання STEM-ігор сприяє розширенню можливостей та ресурсів для здобувачів освіти та викладачів; готує їх до адекватного сприйняття інновацій, прискорює адаптацію до швидкоплинності світу. 

Ігри діляться на такі  види:

  • онлайн-ігри;
  • комп’ютерні ігри;
  • інтерактивні вправи; 
  • робототехніка;
  • набори для творчості;
  • 3D-пазли;
  • радіоелектронні конструктори;
  • ігри, які знайомлять з програмуванням та інші.

Онлайн-гра «Розумний будинок».

  На час гри здобувачі освіти  стають співвласниками багатоквартирного будинку.  Вони об’єднуються у групи, кожна з яких обмірковує своє бачення можливостей «Розумного будинку»: забезпечення живлення моделі будинку за допомогою сонячних батарей, налаштування датчиків руху, датчиків СО2, вологості і температури повітря, автоматичного закриття та відкриття дверей і вікон, автоматичного освітлення та сигналізації.  Засвоюючи курс «Абетка з основ житлово-комунального управління» та беручи участь у виконанні практичних завдань за допомогою програми онлайн- навчання, учні заробляють ігрові гроші, які можуть накопичувати й витрачати на оплату всіх виконаних робіт, а потім –  комунальних послуг у своїх віртуальних квартирах і будинках та на реалізацію енергоефективних заходів.

У процесі гри учасники можуть реалізувати низку енергоефективних заходів у своїй квартирі й будинку. Для підвищення енергоефективності всього будинку їм треба створити ОСББ і приймати рішення спільно.  Здобувачі освіти побачать взаємозв’язок між підвищенням енергоефективності та економією платежів за енергоресурси, що при обов’язковому залученні батьків матиме стимулюючий ефект щодо енергозбереження в секторі житлових будинків.

 У чому цінність цієї гри для здобувачів освіти на уроках фізико-астрономічного модуля?  Насамперед, здобувачам освіти цікаво, у гру залучена вся навчальна група,  гра формує  економне відношення до  електроенергії, дбайливе ставлення до природи, а також спонукає згадати, повторити багато тем з фізико-астрономічного модуля; формує  ключові компетентності, а саме: математичну грамотність,  компетентності в природничих науках і технологіях, підприємливість, екологічну грамотність і здорове життя;  навчає самостійно приймати рішення, розставляти пріоритети, складати бюджети й фінансові плани;  об’єднувати ресурси, працювати в команді для досягнення кращого результату.

Гра Minecraft не ставить перед гравцем якихось однозначних цілей, але пропонує йому безліч можливостей і занять. Наприклад, дослідження світу, створення різноманітних конструкцій і предметів.  Ця гра передусім дає змогу виразити свою креативність.

Здобувачі освіти працюють у групах. Так вони вчаться співпрацювати в команді: виникають суперечки, дискусії.  Вони обирають керівника команди, який бачить роботу всіх її членів і може проєктувати.

На початку уроку здобувачі освіти закріплюють вивчений матеріал, а потім виконують завдання в Minecraft. Наприклад, шукають скриню, а щоб її відкрити, розв’язують приклади і задачі. Якщо рішення правильне, скриня відкривається, а в ній — сувій з новим завданням. Цю гру можна використовувати також під час вивчення багатьох тем. 

Інтерактивні форми навчання розвивають комунікативні вміння та навички, допомагають встановленню емоційних контактів між здобувачами освіти, забезпечують виховне завдання, оскільки привчають працювати в команді, прислухатися до думки своїх товаришів. Використання інтерактиву в процесі уроку знімає нервове навантаження, дозволяє змінювати форми діяльності, переключати увагу на ключові питання теми уроку. 

Інтерактивна вправа «Акваріум». (Ефективний метод розвитку вміння вести дискусію). Прикладом використання  її є теми «Теплові явища»,  «Імпульс тіла» та на інших.

Інтерактивна вправа «Карусель». (Ефективна для одночасного включення всіх учасників в активну роботу з різними партнерами зі спілкування для обговорення дискусійних питань). Дуже доречно використовувати цю вправу під час вивчення будь-якої теми. 

Інтерактивна вправа «Синтез думок». Дана вправа передбачає виконання групами поетапно всіх завдань уроку при вивченні нового матеріалу будь-якої теми.

Електронні конструктори, в яких елементи (підсилювачі, вентилятори, лампочки, перемикачі, генератори звуків та ін.) кріпляться на магнітах. З їх допомогою ь здобувач освіти  створить як прості, так і більш складні електричні схеми, при цьому не потрібен паяльник. Електронні конструктори можна використати при вивченні тем з розділів «Електродинаміка», «Електромагнітні коливання і хвилі».

Багато конструкторів наочно показують, як працюють закони фізики. Гідравлічні маніпулятори, транспорт на сонячних і сольових батареях, конструктори, які демонструють закони збереження, переходу одного виду енергії в інший, і т.д. стануть у нагоді, коли розглядається  розділ «Термодинаміка».

Отже, використання ігор, ігрових технологій, імітаційних «активних» технологій, ігрових практик, проведення науково-пізнавальних дослідів в контексті впровадження STEM-освіти позитивно впливає на навчальний процес, сприяє формуванню основних навичок людини  ХХІ століття. У здобувачів освіти розвиваються ініціативність, упевненість у собі, прагнення до перемоги, командний дух, креативність, кмітливість, винахідливість, прагнення експериментувати і досліджувати, здатність вирішувати складні проблеми, розв’язувати конфліктні ситуації, критично взаємодіяти через мову та медіа, робити висновки тощо.

Кейс-уроки – це інноваційний підхід у навчанні, тому що саме таким чином вирішується головна проблема навчального закладу: як поєднати теорію з практикою і знання з компетенціями. Їх   призначення – розвивати здатність опрацьовувати різні проблеми і знаходити їх рішення, іншими словами, навчитися працювати з інформацією.

Види кейсів, які можна використати на уроках фізико-астрономічного модуля:

  • практичний;
  • навчальний; 
  • освітньо-дослідницький. 

Приклад практичного кейсу: 

Батьки дев’ятикласників близнюків Миколи і Дениса дискутували про те, чим вигідніше опалювати будинок взимку: газовим котлом чи дров’яним. Мама переконувала, що топити дровами дешевше, а тато мав протилежну думку.  Тоді в суперечку втрутилися хлопці, які зауважили, що вони добре знають фізику і можуть зробити розрахунки, чим і вичерпають конфлікт між батьками. Батьки дуже зраділи ініціативі хлопців та уточнили, що в минулому році для нормальної температури в будинку вони використовували в середньому 300 кубометрів газу в місяць.

Питання до кейса:

Виконайте розрахунки, які робили Микола та Денис.

(Дані про ціну на газ та дрова знайдіть в інтернеті, табличні дані візьміть з підручника).

Думка кого з батьків була більш слушною?

Як би ви вирішили проблему опалювання будинку? 

          Одним із способів реалізації продуктивної самостійної роботи учнів шляхом використання інформаційно-комунікативних технологій можуть стати освітні web-квести, які забезпечують творчий рівень засвоєння навчального матеріалу завдяки реалізації проблемно-розвивального навчання та проведення занять-подорожей, занять-пригод. Web-квести стимулюють  розвиток загально-навчальних і професійних умінь та навичок здобувачів освіти; поглиблюють знання з профільних предметів; готують  до зовнішнього незалежного оцінювання, підсумкової атестації. 

Веб-квест «Ключі від форту Буаяр».

Це справжній онлайн-квест, що доступний за певним посиланням.  Здобувачі освіти  потрапляють у віртуальний середньовічний форт, а щоб відчинити браму з його скарбом, треба зібрати 7 ключів.

Для того, щоб отримати кожен ключ, необхідно завітати до віртуальних кімнат у кожній з яких треба вирішити всі запропоновані фізичні завдання. (За допомогою (пошук певної інформації) можна звертатись  до інформаційно-комунікаційних носіїв). Наприклад,  розв’язати задачу: поїзд рухається  із швидкістю 42 км/год., після включення гальмівного пристрою  поїзд зупиняється через 29 хв. Визначити прискорення поїзда і шлях, пройдений ним за час гальмування,  або розгадати кросворд із запитаннями на кшталт: «Записати формулу для визначення потенціальної енергії. Правильні відповіді є кодом для відкриття скриньки з ключами. Кожен учасник квесту повинен зібрати 7 ключів, які відкривають браму скарбниці.Лише після отримання всіх 7 ключів здобувачі освіти  можуть увійти до скарбниці та отримати головний приз – високий бал.

Ми не можемо дати здобувачам освіти абсолютно всі знання за час перебування в навчальному закладі. Сьогодні їх потрібно  навчити як шукати додаткові знання і як їх використовувати для вирішення власних чи професійних завдань. Уроки фізико-астрономічного модуля з використанням елементів STEM- освіти дають можливість не тільки розвивати і підтримувати інтерес до предмета, але й бажання займатися ними і набувати нові знання, сприяти розвитку особистості, умінню виділяти головне в проблемі, формуванню високого рівня елементарних операцій. 

Впровадження STEM-освіти в навчальних закладах дає принципово нову модель природничо-математичної освіти з новими можливостями і результатами, як для  викладачів, так і для здобувачів освіти.

Related Post

Стаття Повх Л. М.,«Перевернуте навчання на уроках математики як одна з ключових освітніх технологій сучасності»Стаття Повх Л. М.,«Перевернуте навчання на уроках математики як одна з ключових освітніх технологій сучасності»

 Викладачка математики ДНЗ «Лісоводський ПАЛ» «Перевернуте навчання на уроках математики як одна з ключових освітніх технологій сучасності»        Проблеми сучасної освіти В Україні полягають у тому, що знання,

 Стаття Дзери Н.А.,  «Розвиток творчих здібностей учнів під час вивчення хімічного та біолого-екологічного модулів» Стаття Дзери Н.А.,  «Розвиток творчих здібностей учнів під час вивчення хімічного та біолого-екологічного модулів»

«Розвиток творчих здібностей учнів під час вивчення хімічного та біолого-екологічного модулів» Сучасне оновлення системи освіти передбачає формування креативної, здатної до самореалізації, відповідальної за свій розвиток та за суспільство особистості, що