Формування науково-дослідницької компетентності при навчанні фізики на засадах STEM-освіти

Размещено на http://www.allbest.ru/

Формування науково-дослідницької компетентності при навчанні фізики на засадах STEM-освіти

У статті сформульовано теоретико-методичні положення компетентнісної моделі STEM-навчання фізики. Визначено проектну діяльність як ефективний засіб формування науково-дослідницької компетентності. Сформульовано основні вимоги до організації STEM-навчання фізики, зорієнтованого на формування науково-дослідницької компетентності засобами проектної діяльності. Подано етапи формування науково-дослідницької компетентності засобами проектної діяльності.

Постановка проблеми. STEM-освіта - це категорія, яка визначає відповідний педагогічний процес (технологію) формування і розвитку науково-дослідницьких, розумово-пізнавальних і творчих якостей молоді, що забезпечує конкурентну спроможність на сучасному ринку праці: здатність і готовність до розв'язання комплексних задач (проблем), критичного мислення, творчості, когнітивної гнучкості, співпраці, управління, здійснення інноваційної діяльності [4]. Тобто, особливого значення набувають завдання формування компетентностей особистості в умовах наскрізної інтеграції в чотирьох напрямках: наука, технології, інженерія, математика та визначення умов формування науково-орієнтованої освіти на основі модернізації математично-природничих та гуманітарних профілів освіти [9]. Одним із шляхів їх розв'язання є залучення школярів у проектну та дослідницьку діяльність при навчанні математично-природничим предметам, зокрема фізики.

Фізика як навчальний предмет володіє великими можливостями для здійснення проектної діяльності, яка дозволяє учням самостійно освоювати її зміст, працюючи з різноманітними джерелами інформації, приборами, лабораторними установками тощо. Фізика включає велику кількість лабораторних та практичних робіт, екскурсій, у ході яких може бути організована дослідницька діяльність, яка допоможе знайти відповіді на питання прикладного характеру. Дослідницька та проектна діяльності розглядаються як засіб формування науково-дослідницької компетентності, а саме: оволодіння учнями складовими відповідної діяльності, включаючи вміння бачити проблему, ставити питання, висувати гіпотези, давати означення поняттям, класифікувати, спостерігати, проводити експерименти, робити висновки, структурувати матеріал, пояснювати, доводити, захищати свої ідеї тощо.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Питання, пов'язані з різними аспектами формування ключових компетентностей висвітлювалися в працях українських та зарубіжних учених, зокрема: загальні основи впровадження компетентнісного підходу в заклади загальної середньої освіти (Н. Бібік, В. Болотов, І. Єрмаков, І. Зимня, В. Краєвський, О. Локшина,

0. Овчарук, О. Пометун, О. Савченко, Г. Селевко, В. Сєріков, А. Хуторський, В. Шадріков та ін.); теоретичні та методологічні засади формування та розвитку ключових компетентностей (навчально-пізнавальної, науково-дослідницької, дослідницької тощо) (С. Воровщиков, Е. Зеєр,

1. Зимня, Т. Іванова, В. Кайдалов, М. Комісарова, О. Савченко, Г. Селевко, Л. Фрідман, А. Хуторський, Т. Шамардіна та ін.); питання реалізації STEM-освіти (І. Василашко, Н. Гончарова, Ю. Завалевський, В. Черноморець та ін.).

У методиці навчання фізики в закладах загальної середньої освіти досліджувались такі напрями проблеми формування науково-дослідницької компетентності: залучення учнів до навчально-пізнавальної діяльності, зокрема дослідницької, та керування нею (П. Атаманчук, Л. Благодаренко, І. Бургун, С. Величко, О. Іваницький, Є. Коршак, О. Сергєєв, В. Сиротюк, В. Сергіенко, В. Шарко, М. Шут та ін.); ознайомлення учнів із методами наукового пізнання (О. Бугайов, С. Гончаренко, О. Ляшенко, М. Мартинюк, М. Садовий, В. Сергієнко, Б. Сусь та ін.) тощо.

Однак, на сьогодні залишається недостатньо вивченим питання формування науково- дослідницької компетентності при навчанні фізики на засадах STEM-освіти.

Мета статті - обґрунтувати теоретико-методичні засади формування науково- дослідницької компетентності в умовах компетентнісної моделі STEM-навчання фізики.

Виклад основного матеріалу. Перехід до компетентнісної моделі STEM-навчання фізики та застосування нових методичних підходів, перш за все, передбачає [2; 4; 5; 7; 9]:

— принципово нове цілепокладання у педагогічному процесі, зміщення акцентів в освітній діяльності з вузькопредметної на загальнодидактичні;

— оновлення структури та змісту навчання фізики, елективних та спецкурсів на основі проектно-орієнтованого, проблемно-орієнтованого та практико-орієнтованого підходів;

— створення інтегративних курсів (міжпредметних, трандисциплінарних) із застосуванням математичних знань і наукових понять;

— формування компетентностей якісно нового рівня - STEM-компетентностей;

— визначення та оцінювання результатів навчання через ключові та предметну компетентності;

— запровадження наскрізного STEM-навчання, компетентнісно орієнтованих форм і методів навчання, системно-діяльнісного підходу;

— формування навчально-методичного, матеріально-технічного та технологічного забезпечення навчання фізики відповідно наскрізної інтеграції: природничі науки (Science), технології (Technology), технічна творчість (Engineering) та математика (Mathematics);

— запровадження інноваційних, ігрових технологій навчання, технологій case-study, інтерактивних методів групового навчання, проблемних методик з розвитку критичного і системного мислення тощо;

— корегування змісту окремих навчальних тем з акцентом на особистісно розвивальні, ігрові методики навчання, ціннісне ставлення до досліджуваного питання;

— створення педагогічних умов для здобуття результативного індивідуального досвіду проектної діяльності та розроблення стартапів.

Науково-дослідницьку компетентність (НДК) відносимо до STEM- компетентностей. За результатами досліджень НДК -- це:

— комбінація системних полідисциплінарних інтегрованих знань; багатофункціональних пізнавальних умінь, що постійно саморозвиваються в навчальній, науково-дослідницькій, проективній діяльності; високої мотивації та позитивних ставлень до наукового пошуку й пізнавальних цінностей (любов до істини, прагнення до творчості та вдосконалення) (І. Зимня) [3];

— інтегральна якість особистості, що виражається в готовності і здатності до самостійного пошуку вирішення нових проблем і творчого перетворення дійсності на основі сукупності особистісно-осмислених знань, умінь, навичок, способів діяльності і ціннісних установок (О. Ушаков) [6];

— знання як результат пізнавальної діяльності особистості в певній галузі науки, методи, методики дослідження, якими він повинен опанувати, щоб здійснювати дослідницьку або проектну діяльність, а також мотивацію і позицію дослідника, його ціннісні орієнтації (А. Хуторський) [8].

Таким чином, узагальнюючи результати досліджень з цього питання, ми дійшли висновку, що науково-дослідницька компетентність, сформована у процесі навчання фізиці на засадах STEM-освіти, це здатність учнів здійснювати проектну та дослідницьку діяльність, спрямовану на розв'язання конкретно-практичних та теоретичних завдань, а саме:

— методологічний компонент: володіти методологією природничо-наукового пізнання і науковим стилем мислення, усвідомлювати сутності фізичної картини світу та застосовувати їх для виявлення проблеми в структурі STEM-знань та визначенні методів їх розв'язання: оцінювати і формулювати актуальність дослідницького завдання, визначати об'єкт, предмет дослідження, виділяти мету і конкретні завдання, висувати гіпотезу і проводити уявний експеримент, використовувати теоретичні методи наукового пізнання (аналіз і синтез, класифікацію та узагальнення, абстрагування і конкретизацію, порівняння, індуктивне і дедуктивне міркування, аналогію, моделювання, екстраполяції тощо), застосовувати різні підходи до вирішення проблеми і знаходити оптимальний, прогнозувати результат;

— когнітивний компонент: володіти системою фізичного знання на основі сучасних фізичних теорій (наукових фактів, понять, теоретичних моделей, законів, принципів) та вміти застосовувати набуті знання в пізнавальній практиці: виділяти основні ознаки і структурні властивості досліджуваних об'єктів, встановлювати взаємозв'язки між методами і поняттями різних галузей знань, розподіляти завдання пошукової роботи, вибирати адекватні методики дослідження, виділяти і узагальнювати прийоми роботи з різними видами об'єктів;

— операційно-діяльнісний компонент: володіти узагальненим експериментальним вмінням вести природничо-наукові дослідження методами фізичного пізнання (планування експерименту, вибір методу дослідження, здійснювати кількісний та якісний аналіз фактичного матеріалу, обробка та інтерпретація одержаних результатів, формулювання логічно обґрунтованих висновків, висловлювати пропозиції, рекомендації щодо провадження отриманих результатів в практику);

— комунікативний компонент: вести дискусію, виступати з доповіддю, використовуючи в мові схеми логічних міркувань, вміти сприймати на слух інформацію, виділяючи її логічну структуру, вміти вибирати відповідні цілі, способи і засоби передачі та ілюстрування інформації в процесі спілкування, вміти організувати спільне в команді пізнання, обмін, зіставлення ідей, володіти правилами перетворення різного роду інформації;

— рефлексивний компонент: осмислювати цілі, завдання і результат проектної та дослідницької діяльності, вибудовувати стратегії подальших дій, проводити самоаналіз, самокорекцію, самооцінку.

«Ефективним засобом формування НДК є проектна діяльність, яка змінює акценти освітньої діяльності ... дослідницькі навички та практичний досвід, набуті у процесі проектної діяльності, сприятимуть прискоренню адаптації молоді до мінливого соціально-економічного життя» [4].

Під проектною діяльністю розуміють вид навчально-пізнавальної діяльності, що полягає у мотиваційному досягненні свідомо поставленої мети зі створення учнівських творчих проектів, має певну структуру, комплексний характер, забезпечує активний процес дії учнів з навчальним матеріалом і є засобом розвитку особистості, як суб'єкту навчання [1, 5, 7].

Відповідно до сучасних вимог організації освітнього процесу з фізики навчальний проект можна розглядати як (рис. 1) [2; 5; 7]:

— форму організації занять, що передбачає комплексний інтегрований характер діяльності всіх його учасників з отримання самостійно запланованого результату за певний проміжок часу в умовах консультативної підтримки вчителя;

— засіб формування предметної та ключових компетентностей учнів у процесі вивчення фізики;

— складову системи навчального фізичного експерименту.

Основні вимоги до організації STEM-навчання фізики, зорієнтованого на формування науково-дослідницької компетентності засобами проектної діяльності подано на рис 2.

Рис. 1 Навчальний проект у сучасному освітньому процесі з фізики

Рис. 2 Вимоги до STEM-навчання фізики, зорієнтованого на формування науково-дослідницької компетентності

Відповідно визначених вимог виділяємо шість етапів формування НДК засобами проектної діяльності (таблиця 1).

Таким чином, формування НДК засобами проектної діяльності при STEM-навчанні фізики передбачає набуття учнями функціональної навички дослідження як універсального способу освоєння дійсності, розвитку здатності до дослідницького типу мислення, активізацію особистісної позиції учня в освітньому процесі на основі придбання суб'єктивно нових знань.

Таблиця 1. Етапи формування науково-дослідницької компетентності
засобами проектної діяльності

Висновки

Створення сприятливих умов для формування науково-дослідницької компетентності при навчанні фізики пов'язуємо з впровадженням STEM-освіти. STEM-освіта має ряд переваг у порівнянні з традиційною організацією освітнього процесу: розвиває здібності до дослідницької, аналітичної роботи, експериментування та критичного мислення та готує до успішного працевлаштування. Впровадження в освітній процес з фізики методичних рішень 8ТЕМ-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.

Перспективами подальших досліджень є розробка системи формування науково-дослідницької компетентності на засадах STEM-навчання фізики.

Список використаних джерел

педагогічний пізнавальний фізика

1.Генов-Стешенко О. В., Сосницька Н. Л. Дидактичні засади застосування методу проектів для формування ключових компетентностей учнів у процесі навчання фізики. Наукові записки; серія: педагогічні науки. Кіровоград: РВВ КДПУ ім. В. Винниченка Вип. 82. Ч. 2., 2009. С. 73-78.

2.Державний стандарт базової і повної загальної середньої освіти. Фізика та астрономії в сучасній школі. №4., 2012. С. 2-8.

3.Зимняя И. А. Общая культура и социально-профессиональная компетентность человека. Высшее образование сегодня. № 11., 2005. С. 14-20.

4.Методичні рекомендації щодо розвитку STEM-освіти в закладах загальної середньої та позашкільної освіти України у 2018/2019 навчальному році.иКЬ:Ьїїр8://4гіуе.§оо§1е.сотЯЇ1е/<і/ 1jwoLpGOXiRH5v9OPS1s4ALi1_THWJ-Ts/view (дата звернення 11.03.2019)

5.Програма для загальноосвітніх навчальних закладів. Фізика 10-11 класи. Рівень стандарту (зі змінами, затвердженими наказом МОН України № 826 від 14.07.2016). URL: https://mon.gov.ua/ua/osvita/zagalna-serednya-osvita/navchalni-programi/navchalni-programi-dlya-10-11- klasiv (дата звернення 11.03.2019)

6.Ушаков А. А. Развитие исследовательской компетентности учащихся общеобразовательной школы в условиях профильного обучения: дис. ... канд. пед. наук : спец. 13.00.01. Майкоп. 2008. 190 с.

7.Фізика для 7-9 класів загальноосвітніх навчальних закладів / Навчальні програми для 5-9 класів загальноосвітніх навчальних закладів (за новим Державним стандартом базової і повної загальної середньої освіти). URL: http://www.mon.gov.ua/ images/files/doshkilna-cerednya/serednya/navch- program/2012/nac-mensh/37.doc (дата звернення 11.03.2019).

Размещено на Allbest.ru