Stem-освіта як засіб реалізації проектно-інтегрованого навчання математики в 5-6 класах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Stem-освіта як засіб реалізації проектно-інтегрованого навчання математики в 5-6 класах

Тетяна Насадюк

Розвідки вітчизняних і зарубіжних вчених в галузі нових інформаційних та освітній технологій спрямовані на модернізацію практичної підготовки учнів до сучасних умов розвитку та потреб суспільства. Реалії ХХІ століття все більше потребують не ерудита-інтелектуала, а людини, яка здатна зорієнтуватися в загальному потоці інформації, виявляє уміння вчитися та перевчатися, уникаючи усталених шаблонів та стереотипів. На зміну людині-інтелектуалу приходить людина-винахідник. Мінлива сучасність потребує гнучкості та винахідливості у критичному осмисленні існуючих проблем (Ганаба, 2013).

Ще у 70-х роках ХХ століття в США під керівництвом дослідника Метью Ліпмана була розроблена програма викладання філософії у школі під лозунгом «Міркуванню необхідно навчати», яка згодом набула популярності у багатьох країнах світу. В основі курсу «Філософія для дітей» було покладено проблемно-діяльнісні методи отримання знань, що спрямовані на розвиток самостійного критичного осмислення проблем і пробудження творчого потенціалу учасників навчальної взаємодії. Увага фокусувалася не на запам'ятовуванні інформації, а на її «творенні філософією», яка передбачає використання зусиль з боку інтелекту під час розв'язування проблем, що пов'язані з повсякденним життям учасників освітньої взаємодії. Проведені дослідження показали, що діти виявляють інтерес не лише до того, що є для них зрозумілим та доступним, але й до того, що лежить за межами їх можливостей та пізнання (Ганаба, 2013).

Саме вміння застосовувати в подальшій повсякденній практиці та професійній діяльності шкільних знань визначають тенденції сучасного розвитку шкільної освіти. Серед цікавих розвідок науковців, методистів і вчителів- практиків останніх років варто відмітити STEM-орієнтований підхід до навчання, який особливу увагу спрямовує на природничо-науковий компонент навчання та інноваційні технології, чим стимулює розвиток критичного мислення, організацію навчання через дію, здобуття знань в умовах занурення в різні сфери людської діяльності (медицина, енергетика, економіка, робототехніка, ІТ, транспорт, будівництво тощо).

Аналіз публікацій. У наукових працях, що присвячені цілям та проблемам практичного впровадження STEM- освіти в навчальний процес загальноосвітніх закладів та закладів вищої педагогічної освіти (Н.Р.Балик, Н.О.Гончарова, О.І.Костельова, Т.М.Литвиненко, Н.В.Морзе, В.Д.Шарко, Г.П.Шмигер та інші), підкреслюється значення компетентнісного підходу, міждисциплінарної інтеграції та принципу прикладної і практичної спрямованості, залучення учнів до науково-технічної творчості, формування в школярів бажання і готовності до дослідницької діяльності (Лернер, 2004).

Засобами STEM-навчання Інститут модернізації змісту освіти визначає сукупність обладнання, ідей, явищ і способів дій, які забезпечують реалізацію дослідно-експериментальної, конструкторської, винахідницької діяльності у навчально-виховному процесі та виконують інформаційну, практичну, креативну, контрольну функції .

Перехід до компетентнісної моделі STEM-навчання під час навчання математики в 5-6 класах, перш за все, передбачає корегування змісту окремих тем з акцентом на особистісно-розвивальні завдання; запровадження інноваційних, ігрових технологій навчання, інтерактивних методів групового навчання; створення сприятливих умов для організації успішної проектної діяльності. Завдяки проектному навчанню учні здатні отримувати цілісну картину наукових знань з різних навчальних дисциплін, формувати культуру проектування власної навчальної діяльності задля вирішення реальної проблеми, аналізувати, прогнозувати та контролювати всі процеси пізнання та розвивати підприємницькі навички ще з підліткового віку.

Зарубіжний досвід застосування проектних технологій часто пов'язують з ознайомленням учнів із основами підприємницької діяльності. Наприклад, в школах Англії культура підприємництва прищеплюється ще з дитинства. Учні пізнають ази підприємницької діяльності, працюючи на міні-підприємствах, шкільних фірмах. 80% шкіл Англії мають свої міні-підприємства, в Польщі діє близько 11 тисяч учнівських кооперативів, в Угорщині функціонують 170 шкільних ощадних кас. Учні розробляють і виконують проекти на уроках, відповідно до людських потреб, організовують міні-підприємства з виробництва та продажу товарів і послуг, отримують безпосередній досвід на підприємствах. Таким чином, здійснюється соціально-економічна освіта учнів, до якої сучасність висуває достатньо високі вимоги (Шишов, Калней, 2004, с. 18-19).

У педагогічних дослідженнях щодо теоретичного обґрунтування застосування методу проектів в сучасному освітньому процесі (С.Е.Генкал, С.І.Гончаренко, І.Г.Єрмаков, П.Лернер, С.М.Лук'янова, Н.В.Матяш, С.М.Мовчан, О.М. Пєхота, Є.С. Полат, Н.І.Поліхун, Г.К.Селевко, І.Д.Чечель та ін.) акцентується увага на тому, що метод проектів як педагогічна технологія передбачає інтегровану дослідницьку, творчу діяльність учнів, спрямовану на отримання самостійних результатів шляхом поєднання дослідницьких, пошукових, проблемних методів.

Нагадаємо, що предмети STEM визначають так: «Science - наука» - вивчення навколишнього світу - законів природи, що пов'язані з фізикою, біологією, хімією тощо; «Technology - технологія» - включає систему організацій, людей, знань, процесів і пристроїв, котрі входять до технологічної діяльності; «Engineering - інженерія» - сукупність знань про особливості та способи створення продуктів і вирішення проблем; «Math - математика» - вивчає взаємозв'язки і закономірності величин, цифр та форм (Балик, 2017).

Беручи до уваги теоретичні надбання науковців, вчителі-практики і методисти проводять пошуки цікавих форм практичного STEM-навчання взагалі та під час проведення уроків з конкретного шкільного предмету зокрема відповідно до вікових можливостей учнів та з урахуванням їх уподобань. При цьому особливу увагу звертають на інтегроване поєднання інформації з різних навчальних дисциплін у єдине ціле навколо певного поняття чи теми. Це дає змогу не тільки оптимізувати навчально-виховний процес, а й дозволяє учням цілісно сприймати навколишній світ (Мовчан, 2016).

Як свідчить практика, дієве втілення компонентів STEM-освіти в процес навчання математики учнів 5-6-х класів можливе за допомогою використання практико-орієнтованих навчальних проектів, які можна поєднати в системі кейс-уроків. Кейс-урок - це освітня технологія, заснована на інтегральному підході, яка передбачає вивчення одного певного об'єкту чи явища з позиції різних навчальних дисциплін в ході організованої самостійної науково-дослідної проектної діяльності.

Наприклад, годинник можна досліджувати з точки зору фізики (принцип роботи, види механізмів), математики (вимірювання часу), історії (способи вимірювання часу від давнини до сьогодення), літератури (літературні твори про час), мистецтва (годинник в архітектурі, живопису, пісенній творчості).

Під час кожного етапу дослідження в учнів поглиблюються наявні та формуються нові знання, збільшується коло інтересів, проявляються певні вподобання та здібності, формується критичне мислення та цілісне уявлення про досліджуване явище.

Кейс-урок - це групова проектна діяльність учнів побудована за чітким алгоритмом, кожний етап якого розкриває певний аспект досліджуваної проблеми, в ході якої має розкриватися хоча б один із STEM-предметів. Така форма навчальної діяльності дозволяє поєднати найважливіші аспекти розвивального навчання, серед яких: діяльнісний підхід, безпосередній зв'язок змісту навчання з реальним життям, забезпечення розкриття основних наскрізних ліній навчання математики, забезпечення особистісно-орієнтованого підходу, застосування новітніх освітніх технологій, формування цілісного багатовимірного сприйняття світу.

Для того, щоб зацікавити учнів проектуванням потрібно пояснити їм саму суть методу проектів на реальних прикладах; окреслити чітко мету майбутнього проекту, його значимість та очікувані результати; роз'яснити завдання кожного етапу роботи; продемонструвати варіанти раніше виконаних учнівських проектів, звернувши увагу на їх сильні та слабкі сторони; ознайомити з процедурою та видами презентації результатів (фоторепортаж, плакат, театралізована постановка, плакат, наукова доповідь, реклама тощо).

Працюючи із учнями 5-6-х класів слід враховувати, що для них характерними є малий обсяг знань; невміння оцінювати свої можливості; мала вольова підготовленість; мала здатність до доопрацювання, готовність прийняти допомогу; надання переваги ручній роботі; прийняття роботи в групі; слабка залежність від консолідації групи (Лук'янова, 2013).

Враховуючі ці особливості учням 5-6 класів можна запропонувати такий кейс-урок, як «Математика для птахів», який передбачає виготовлення годівничок в формі куба, прямокутного паралелепіпеда, циліндра, конуса, кулі або піраміди. Робота над проектом дозволяєзалучити учнів до вирішення певних екологічних проблем та розкрити роль математики в повсякденному житті; популяризувати дії, спрямовані на збереження природи; навчити учнів вмінню працювати в команді, аналізувати інформацію, робити висновки, планувати дії, представляти результати власної роботи; виховувати в учнів чуйність, дбайливе ставлення до оточуючих, небайдужість та активність.

Мета проекту, що ставиться перед учнями: дізнатись про потреби птахів взимку та реально допомогти птахам, що мешкають в мікрорайоні школи, у пошуках корму в зимовий сезон.

Робота над проектом передбачає виконання учнями завдань в 5 етапів:

І етап: математичний аналіз стану проблеми. На цьому етапі учням, яких заздалегідь поділено на групи, пропонується дослідити приблизну чисельність птахів, що зимують в мікрорайоні школи, відсоток смертності цих видів пташок в зимовий період і, як результат, обґрунтована необхідність виготовлення годівничок для їх порятунку. Необхідні матеріали можна або надати учням для ознайомлення і аналізу, або запропонувати їм кілька джерел для самостійного пошуку. Даний етап передбачає залучення знань з математики, природознавства, орнітології, екології, статистики.

Табл.1 Чисельність птахів в залежності від оточуючого середовища Доминанты сообществ гнездящихся ПТИЦ

II етап роботи: вибір геометричної форми майбутньої годівнички та розробка її моделі засобами програмного забезпечення «Tinkercad».

Групам необхідно запропонувати обрати форму (паралелепіпед, куб, циліндр, конус, куля, піраміда), яку матиме їх майбутня годівничка та на уроках інформатики розробити її модель із зазначенням основних розмірів. На цьому етапі залучені знання з інформатики, дизайну, математики.

3 етап: «Виготовлення годівнички» - вибір матеріалів та безпосереднє виготовлення і декорування годівнички. Даний етап передбачає залучення основ трудового навчання, технологій, конструювання, образотворчого мистецтва.

Рис. 1 .Зразки моделей годівниць

IV етап: «Презентація» - передбачає презентацію учнями всіх етапів своєї роботи з висновками у вигляді фоторепортажу, відеофільму, плакату тощо.

V етап роботи: учні мають втілили своє бажання допомогти птахам та розвісили власноруч виготовлені годівнички в мікрорайоні школи, насипати в них корму і надалі регулярно доглядати за ними.

Прикладом цікавого проекту для учнів 6-х класів може стати «День довкілля», який передбачає дослідження проблем екології з точки зору різних навчальних предметів, а саме: на уроці математики - Рис.3 Приклади готових робіт розв'язування задач на екологічну тематику, на уроці літератури - написання есе про необхідність збереження природи, географії - аналіз стану забрудненості різних регіонів України, біології - зникнення певних видів рослин/тварин в результаті людської діяльності, образотворчому мистецтві - конкурс-виставка малюнків «Ніхто за нас планету не врятує», трудовому навчанні - висадка дерев, кущів, фізичній культурі - флешмоб «Зелена карта України» тощо.

Доповнити цей проект можна цікавою ярмаркою проектів-ідей винаходів учнів для очищення повітря чи водойм, зменшення території забруднення поліетиленом тощо. Захист таких проектів можна провести використавши ще одну цікаву сучасну форму організації STEM-навчання - хакатони. Хакатон (від слів Hack (зламувати) та Marathon (марафон)) - це форма спільної роботи за обмежений проміжок часу над вирішенням певної проблеми та презентація результату її вирішення. Група, що розробила конкретний винахід, повинна довести важливість свого винаходу, відповідаючи на запитання інших груп.

Наведені вище ідеї STEM-проектів успішно пройшли апробацію в різних школах України. Їх особливістю (іноді це можна назвати перевагою) є те, що подібні проекти можна організовувати в окремо взятому класі чи паралелі класів. Але, якщо в школі працює багато вчителів-однодумців, то можна одночасно провести в різних класах STEM- проекти із загальношкільним обговоренням їх результатів та підведенням підсумків.

Прикладом такого проекту для учнів початкової, середньої та старшої школи є «Інженерний тиждень». Цей проект організований Громадською організацією «ПРО.ПРО.ЛАБ» за підтримки: Noosphere, GlobalLogic Україна, EdPro, KyivMiniMakerFaire, Перемога Space, Bosch. У січні 2020 року був проведений перший «Інженерний тиждень» в Україні (приурочений до дня народження Сергія Корольова (12 січня) та Всесвітнього дня дітей- винахідників (17 січня)), в якому прийняла участь 751 школа (136 329 учнів і 4774 вчителів). Зауважимо, що подібні тижні проходять в школах США, Великої Британії та інших країнах.

Головна мета цього тижня - через візуалізацію наукових явищ, практичне вирішення проблем та виконання завдань, побудованих на перетині науки, техніки, інженерії, математики та мистецтва продемонструвати учням значення інтеграції наукових знань та дати учням поштовх до розвитку власного інженерного потенціалу. У програмі «Інженерного тижня» учням початкової школи були запропоновані завдання з виготовлення моделі: перископа, спектроскопа, калейдоскопа, ракети, ловця вітру, маракасів, флейти, штучного снігу, термометра, анемометра, лабіринту, башти з зубочисток. Для 5-8 класів були завдання з виготовлення Pop-up фігур (тетраедру, гексаедру (куба), октаедру, додекаедру і ікосаедру методом підтягування, який є більш цікавим для учнів за звичайне склеювання); моделей механізму підйому підземних вод, руки-маніпулятора, легень, серця, ракети, марсоходу, термосу, реактивного автомобілю, гідравлічного ліфту. Всі завдання учні повинні були виконати з таких легкодоступних засобів, як: спагеті, паперові горнятка, соломинки для напоїв, зубочистки, канцелярські гумки, навчального процесу.

палички для морозива тощо.

Зауважимо, що, на нашу думку, виконання запропонованих оргкомітетом проектів можна розширювати за рахунок додаткової інформації та прикладних задач. Наприклад, проект «Модель легень» учні 6-го класу виконали на уроці біології. А на уроці математики їм запропонували цікаві задачі на тему «Дихання»:

1. Частота дихання людини в середньому становить 9-16 подихів на хвилину.

Обчисліть кількість подихів за 1 хвилину; за 1 годину; за 1 добуробить пересічна людина.

2. Експериментально знайди скільки подихів робиш ти за 5 хвилин. Обчисли кількість своїх подихів за 1 хвилину. Чи співпадає твій результат із заданою частотою дихання?»

Рис.2. Робота над проектом

Об'єднання в межах одного життєвого завдання елементів розумової і фізичної праці неодмінно сприятиме підвищенню ефективності та результативності навчання математики сучасних підлітків, а включення в начальний процес завдань, що передбачають виконання суспільно-корисних дій (саджання дерев, збір макулатури, виготовлення годівничок для звірів, оптимізація витрат, організація заходів тощо) - їх самоствердженню, та усвідомленню важливості всього

Одже, впровадження елементів STEM-освіти в процес навчання математики учнів 5-6 класів значною мірою сприятиме формуванню в учнів культури проектування власної навчальної діяльності задля вирішення життєвих завдань й, тим самим, озброєнню учнів одним з найважливіших умінь для майбутньої успішної самореалізації в життєвому просторі.

Список використаних джерел

stem проект навчання математика учень

1Балик, Н. Р. (2017). Використання кейс-уроків у процесі впровадження STEM-освіти в середніх загальноосвітніх школах України. Сучасні інформаційні технології та інноваційні методики навчання: досвід, тенденції, перспективи: матеріали ІІІ міжнар. наук.-практ. конф. «STEM-освіта: шляхи впровадження, актуальні питання та перспективи» (№ 1, С. 19-23). Київ; Вінниця.

2Ганаба, С. (2013). "Навчати мисленню": епістемологічний проект Метью Ліпмана. Вісник Інституту розвитку дитини. Серія: Філософія, педагогіка, психологія, 29, 5-11.

3Лернер, П. (2004). Проектування як основний вид пізнавальної діяльності школярів. В кн. І. Рожнятовська, В. Зоц (Упоряд.), Сучасні шкільні технології (Ч. 2, С. 39-60). Київ: Ред. загальнопед. газ.

4Лук'янова, С. М. (2013). Проектно-дослідницька робота учнів - друге народження. Математика в сучасній школі, 1, 10-17.

5Мовчан, С. М. (2016). Інтегрований підхід у проектному навчанні алгебри учнів основної школи. Фізико-математична освіта, 1, 97-104.

6Шарко, В. Д. (2016). Модернізація системи навчання учнів STEM-дисциплін як методична проблема. Наукові записки. Серія: Проблеми методики фізико-математичної і технологічної освіти, 10 (ІІІ), 160-165.

7Шишов, С. Э., Калней, В. А. и др. (2004). Метод проектов в подготовке к предпринимательскойдеятельности. Мониторингобразовательногопроцесса, 6, 16-21.

Stem-освіта. Взято з https://imzo.gov.ua/stem-osvita/.

References

1Balyk, N. R. (2017). Vykorystannia keis-urokiv u protsesivprovadzhennia STEM-osvity v serednikhzahalnoosvitnikhshkolakhUkrainy [Theuseofcasestudiesintheprocessofimplementing STEM educationinsecondaryschoolsofUkraine]. InSuchasniinformatsiinitekhnolohiitainnovatsiinimetodykynavchannia: dosvid, tendentsii, perspektyvy [Moderninformationtechnologiesandinnovativeteachingmethods: experience, trends, prospects]:materialy III mizhnar. nauk.- prakt. konf. «STEM-osvita: shliakhyvprovadzhennia, aktualnipytanniataperspektyvy» (No 1, pp. 19-23). Kyiv; Vinnytsia [inUkrainian].

2Hanaba, S. (2013). "Navchatymyslenniu": epistemolohichnyiproektMetiuLipmana [TeachingThinking: MatthewLipman'sEpistemological Project]. VisnykInstytuturozvytkudytyny. Seriia: Filosofiia, pedahohika, psykholohiia [BulletinoftheInstituteofChildDevelopment. Series: Philosophy, pedagogy, psychology], 29, 5-11 [inUkrainian].

3Lerner, P. (2004). Proektuvanniayakosnovnyivydpiznavalnoidiialnostishkoliariv [Designasthemaintypeofcognitiveactivityofschoolchildren]. In I. Rozhniatovska, V. Zots (Comps.), Suchasnishkilnitekhnolohii [Modernschooltechnologies] (Ch. 2, pp. 39-60). Kyiv: Red. zahalnoped. Haz. [inUkrainian].

4Lukianova, S. M. (2013). Proektno-doslidnytska robotauchniv - druhenarodzhennia [Students'designandresearchworkisthesecondbirth]. Matematyka v suchasniishkoli [Mathematicsinthemodernschool], 1, 10-17 [inUkrainian].

5Movchan, S. M. (2016). Intehrovanyipidkhid u proektnomunavchannialhebryuchnivosnovnoishkoly [Anintegratedapproachintheprojectteachingofalgebraofprimaryschoolstudents]. Fizyko-matematychna osvita [Physicalandmathematicaleducation], 1, 97-104 [inUkrainian].

6Sharko, V. D. (2016). Modernizatsiiasystemynavchanniauchniv STEM-dystsyplinyakmetodychnaproblema [Modernizationofthesystemofteachingstudents STEM-disciplinesas a methodologicalproblem]. Naukovizapysky. Seriia: Problemymetodyky fizyko-matematychnoi i tekhnolohichnoiosvity [Proceedings. Series: Problemsofmethodsof physical- mathematicalandtechnologicaleducation], 10 (III), 160-165 [inUkrainian].

7Shishov, S. E., &Kalnei, V. A. etal. (2004). Metodproektov v podgotovke k predprinimatelskoideiatelnosti [Themethodofprojectsinpreparationforentrepreneurship]. Monitoringobrazovatelnogoprotcessa [Monitoringtheeducationalprocess], 6, 16-21 [inRussian].

Размещено на Allbest.ru