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.
Что такое STEM-образование
Историческая справка
STEM в России
STEM и ФГОС
От STEM к STEAM
STEM и STEAM-решения LEGO Education
Как сделать так, чтобы дети хорошо учились и не отлынивали от занятий? Этот вопрос перманентно волнует учителей с древнейших времен. На протяжении всей истории педагогики постоянно появляются новые методы, методики, системы преподавания, должные приблизить всех к заветной цели – хорошей успеваемости и прочным знаниям.
И не то чтобы «воз и ныне там». Скажем так: до сих пор сохраняется огромный потенциал и большой резерв для свежих инноваций в системе образования, если мы все еще хотим добиться какого-то суперрезультата.
Практика показывает, что никого ничему нельзя научить, пока человек сам не захочет научиться чему-либо. Именно таких людей мы ждем на нашей программе «Лучшие техники самообразования» и готовы дать им в руки современные методы и инструменты получения знаний. А сегодня мы поговорим об одном из прогрессивных направлений в образовании. Итак, наша тема – STEM-образование.
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.
Еще больше полезных материалов — в Телеграм-канале Педсовета. Подписывайтесь, чтобы не пропускать свежие статьи и новости.
Суть STEM-подхода в том, что в основе приобретения знаний лежит визуализация научных явлений, позволяющая наглядно увидеть все теоретические закономерности, практическое применение, и таким образом понять то или иное явление, процесс, закон природы и т.д.
В основе STEM-образовании предметы изучаются не по отдельности, а все вместе и в применении к прикладным задачам. На так называемых STEM-специальностях в вузах всегда много проектной работы, лабораторных исследований, опытов и экспериментов. Именно такой интегративный подход и позволяет видеть ситуацию в целом, а не просто заучивать сумму знаний.
Аббревиатуру STEM в 2001 году предложили ученые Национального научного фонда США. Это независимое агентство при правительстве США, фундаментальные исследования и образование практически во всех сферах науки за исключением медицины.
Чуть позже аббревиатуру стали дополнять буквой А, обозначающей Art (искусство). STEAM-подход стал ответом на новые вызовы, когда эстетическая составляющая превратилась в неотъемлемую часть технического прогресса.
Вся техника от стиральных машин до крылатых ракет, все инженерные сооружения имеют свой дизайн. И производственная эстетика играет важную роль на всех этапах: от обеспечения комфортных условий работы инженерно-технического персонала на этапе создания очередного инженерного чуда до дизайна готового изделия или сооружения.
Помимо STEAM, существует масса других вариаций STEM-образования, где в приведенный выше перечень добавляются такие дисциплины, как медицина, инновации, робототехника, экология, экономика:
Однако основой научно-технического прогресса всегда были, есть и будут технические и естественные науки. И именно на них сосредоточено основное внимание в STEM-образовании.
4 принципа STEM-образования:
- Проектный формат организации учебного процесса.
- Практическая направленность, при которой результаты проекта потенциально возможно внедрить на производстве, в быту или непосредственно в учебном заведении для усовершенствования учебного процесса.
- Интегративный подход и межпредметный характер, когда предметы изучаются в тесной связке друг с другом.
- Получение практических навыков и развитие soft skills.
Сегодня существует Международный день STEM, который отмечается 8 ноября. День STEM был объявлен официальным праздником в 2015 году, а выступивший с этой инициативой генеральный директор компании MGA Entertainment Исаак Ларян отметил, как важно показать детям, что STEM – это фактически все, что нас окружает. И даже любое хобби, так или иначе, связано с наукой, инженерией, технологиями и математикой.
Чаще всего про STEM-подход вспоминают в контексте получения высшего образования. Однако будет лучше, если с основами STEM-подхода будущие новаторы познакомятся не в вузе, а задолго до похода в школу.
Дошкольный возраст и STEM-образование
Детская психика пластична и податлива, поэтому любые доступные для восприятия в этом нежном возрасте знания найдут отклик. Именно поэтому дошкольные образовательные учреждения (сокращено ДОУ) – это настоящий полигон для испытания различных инноваций, начиная от методики ТРИЗ и заканчивая развитием STEM-образования. Сегодня уже накоплен определенный опыт внедрения STEM-образования в ДОУ.
Программа STEM-образование детей дошкольного возраста – модули:
- Дидактическая система Ф. Фрёбеля.
- Эксперименты с живой и неживой природой.
- LEGO-конструирование.
- Математическое развитие.
- Робототехника.
- Мультстудия «Я творю мир».
Теперь рассмотрим подробнее, что включает в себя каждый модуль.
Дидактическая система Ф. Фрёбеля
Данный модуль состоит из двух наборов для развития пространственного представления. Один из них полностью тождественен тому варианту, который предложил немецкий педагог и теоретик дошкольного образования Фридрих Вильгельм Август Фрёбель (1782-1852). Второй представляет собой мягкие напольные модули, из которых можно сооружать различные фигуры.
Отметим, кстати, что именно Фридрих Вильгельм Август Фрёбель предложил такое понятие, как «детский сад». Это случилось в 1837 году, и вот уже почти два столетия мы пользуемся данным термином в его первоначальном значении.
6 даров Фрёбеля:
- Дар 1 – шерстяной шар-мячик.
- Дар 2 – деревянный шар, куб, цилиндр в одном комплекте.
- Дар 3 – куб, состоящий из 8 кубиков одинакового размера.
- Дар 4 – куб, состоящий из 8 прямоугольных плиток.
- Дар 5 – куб, состоящий из 27 кубиков.
- Дар 6 – куб, состоящий из 27 кубиков, большинство из которых разделены на плитки, треугольники и другие фигуры.
Как мы уже знаем, в 19 веке понятия STEM-образования не существовало, однако предложенный Фрёбелем набор как нельзя лучше соответствует задачам STEM-образования. Тут мы кратко описали, что представляют собой 6 даров Фрёбеля. Более наглядное представление можно получить, посмотрев на изображение самих даров и фигур, которые можно из них соорудить:
Посмотреть, как идет процесс работы с «дарами Фребеля», можно на видео STEM-образование (Т.В. Волосовец):
Для справки: Татьяна Владимировна Волосовец – кандидат педагогических наук, эксперт в области дошкольного образования.
Эксперименты с живой и неживой природой
В рамках данного модуля детям ненавязчиво рассказывают, кто такие ученые, что такое научная лаборатория и научный эксперимент, а также по возможности знакомят с базовыми приспособлениями для изучения природы: лупа, микроскоп и т.д.
Дети под руководством воспитателя изучают строение растений, произрастающих в том регионе, где они живут, разбираются, что такое вода, воздух, почва, и изучают их свойства, получают понятие о явлениях природы, таких как дождь, снег, ветер.
Данная программа STEM в дошкольном образовании призвана научить детей простейшим приемам классификации. Например, понять, что существуют звери, птицы и насекомые, что животные бывают дикими и домашними, а птицы – перелетными и зимующими.
LEGO-конструирование
Тут название модуля говорит само за себя. Любимый многими поколениями малышей конструктор LEGO – это не просто занимательная игрушка. Это поистине уникальная возможность для развития фантазии, сообразительности, изобретательности, мелкой моторики.
Во-первых, освоение пойдет более быстрыми темпами. Во-вторых, ребенок точно ничего не упустит и попробует большее разнообразие вариантов использования деталей конструктора.
При этом ни в коем случае нельзя подгонять ребенка. Нужно, чтобы он мог рассмотреть и изучить каждую деталь, привыкнуть к расцветке, научиться самостоятельно скреплять детали и понять, что тут возможны самые разные варианты крепления.
- Развитие математических знаний и сенсорных представлений.
- Формирование первоначальных навыков измерения различных параметров.
- Развитие памяти, внимания, основ анализа, синтеза, обобщения, сравнения.
- Развитие навыков ориентирования в двух- и трехмерном пространстве.
- Тренировка двигательной активности пальцев рук.
Если организовать групповые занятия с использованием конструктора LEGO, это будет способствовать сплочению команды юных новаторов, умению совместно решать задачи и распределять роли.
Математическое развитие
В частности, в комплект входит набор для сортировки «Радужные камешки», который состоит из 36 разноцветных камешков необычной формы и 20 карточек с заданиями. Различные цвета и разные формы позволяют познакомить детей с базовыми сенсорными признаками: цвет, форма, размер и т.д.
И, собственно, основная задача – это научить детей сложению и вычитанию, сравнению, сортировке, сериации, раскладке камешков по размеру от мелких к большим и от большего размера к меньшему размеру.
С основами знаний по геометрии дети знакомятся с помощью набора «Логические блоки», в который входят 60 элементов. Все они различаются по четырем признакам: цвет, форма, размер (большие и маленькие), ширина (узкие и широкие).
С помощью этих элементов можно сформировать задания на развитие логики в духе «найти лишний предмет». Например, квадрат в ряду треугольников, синюю фигурку среди множества красных и т.д.
Помимо этого, дети учатся оперировать математическими терминами и понятиями, такими как «больше», «меньше», «равно», а также запоминают названия геометрических фигур.
Робототехника
Занятия по робототехнике способствуют развитию мотивации к изучению технических дисциплин и техническому творчеству. И, как следствие, способствуют ранней профессиональной ориентации. Причем иногда бывает и такое, что дети осваивают роботов даже лучше, чем воспитательница.
Мультстудия «Я творю мир»
Сначала детей знакомят с историей и техниками мультипликации, функциями режиссера, сценариста, оператора, художника-мультипликатора, актера озвучивания и других специалистов, занятых в процессе создания мультфильма. Собственно работа над мультфильмом включает в себя несколько этапов:
- Разработка сюжета и персонажей мультфильма, выбор саунд-трека.
- Создание раскадровки будущего мультфильма.
- Изготовление декораций и персонажей.
- Съемка мультфильма.
- Озвучка мультфильма.
- Монтаж мультфильма.
- Коллективный просмотр готового мультфильма.
Если в детском саду несколько групп, где внедрена технология STEM-образования, можно организовать показ всех мультфильмов, сделанных во всех группах, и опрос, какой мультфильм понравился детям больше всего. Можно организовать конкурс с призами. Как вариант, применить систему голосования по образу и подобию «Евровидения», когда зрители могут в финале голосовать за выступление представителя любой страны, кроме своей.
Итак, мы рассмотрели основные составляющие STEM-подхода для дошкольников. В целом, пригодны описанные программы STEM-образования и для детей младшего школьного возраста, потому что там заложен потенциал как для совсем простых, так и для более сложных заданий.
В любом случае, STEM-образование подразумевает творчество и практическую направленность, когда дети начинают понимать, как можно применить научные знания на практике. Теперь давайте подытожим все преимущества такого формата, как STEM-образование.
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.
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.
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.
От STEM к STEAM
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.
Преимущества STEM-образования
Топ-10 несомненных плюсов STEM-обучения:
- Интегративный подход и тематическое обучение, когда предметы изучаются в тесной связке друг с другом – STEM-обучение является симбиозом междисциплинарного и проектного подхода, а интеграция науки в технологии, инженерию и математику позволяет избежать отвлеченного характера знаний, что часто встречается в традиционном образовании.
- Применение полученных знаний в реальной жизни – наглядная демонстрация и проектная составляющая также добавляют конкретики в учебный процесс, а конкретный материальный результат усилий сам по себе отвечает на вопросы «Зачем?» и «Для чего?», избавляя педагогов от необходимости заставлять кого-то что-то делать.
- Развитие навыков критического мышления и освоение алгоритма проблем – каждое занятие по технологии STEM-образования превращается в поиск решения какой-либо проблемы, в результате чего сам факт наличия проблемы перестает стрессировать и выполняет исключительно мобилизующую функцию, что всегда полезно для жизни.
- Повышение уверенности в своих силах – это прямое следствие всех предыдущих пунктов, потому что умеющий решать проблемы человек, способный предъявить результаты своей деятельности, всегда уверен в себе.
- Развитие навыков коммуникации и тимбилдинга – в STEM-образовании очень много командной работы, и при этом здесь созданы условия для дискуссий и высказывания мнений. Это все создает условия для того чтобы дети научились доносить свою точку зрения до окружающих, воспринимать альтернативные точки зрения и конструктивно взаимодействовать.
- Развитие интереса к техническому творчеству и стимулирование ранней профориентации – с учетом того, что любая специальность технического профиля требует длительной подготовки, ранняя специализация повышает шансы занять «свое место под солнцем». А таких желающих много, потому что работа в сфере робототехники и IT-технологий неплохо оплачивается.
- Развитие креативного мышления и инновационного подхода к проектам – учитывая, что с самых первых шагов STEM-образование учит мыслить системно и проходить последовательно все этапы от постановки задачи до готового продукта, это замечательный опыт, который точно пригодится во взрослой жизни и реальной работе.
- Мост между обучением и карьерой – возможно, в детском садике или начальной школе еще рано окончательно определяться с выбором профессии, однако комплекс навыков, который дает STEM-подход к обучению, однозначно приближает к цели независимо от конкретного выбора профессии в будущем. Эти навыки одинаково полезны инженерам, конструкторам, механикам, менеджерам, режиссерам, сценаристам, врачам, физикам, биологам и многим другим.
- Подготовка юного поколения к технологическим инновациям жизни – даже если ребенок в будущем выберет далекую от науки, техники и творчества профессию (что вряд ли), в его жизни все равно будет много технических инноваций, начиная от «навороченной» бытовой техники и заканчивая гаджетами. Поэтому научиться разбираться с новым и непонятным всегда полезно.
- STEM как дополнение школьной программе – ввиду своей практической направленности STEM-образование может существенно дополнить знания, получаемые в рамках традиционных школьных программ, и стимулировать интерес к учебе как таковой.
Это вкратце все, что мы хотели вам рассказать про STEM-образование. Мы желаем вам исключительно полезных инноваций и ждем на нашей программе «Лучшие техники самообразования». А еще просим ответить на один вопрос по теме сегодняшней статьи:
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.