Навчально-дослідницькі завдання для учнів у фокусі STEM-освіти

Размещено на http://www.allbest.ru

Навчально-дослідницькі завдання для учнів у фокусі STEM-освіти

Яковенко Анастасія Олексіївна - аспірантка кафедри автоматизації та комп`ютерно-інтегрованих технологій Черкаського національного університету імені Богдана Хмельницького

У статті висвітлено навчально-дослідницькі завдання для учнів у фокусі STEM-освіти. Робота містить огляд та порівняльний аналіз останніх публікацій з актуальних питань запровадження STEM-освіти, її основні характеристики. Організація навчання STEM дисциплін відбувається на основі навчально-дослідницької діяльності школярів. Вона переорієнтовує учнів на опанування навчально-дослідницьких умінь, які в сприятимуть до швидшої адаптації соціально- економічного життя. Засобом формування навчально-дослідницьких умінь виступають навчально-дослідницькі завдання. Показано чинники, які посилюють ефективність навчально-дослідницьких завдань. Актуальним питанням нині є впровадження енергозберігаючої діяльності у повсякденному житті. В Україні, стан впровадження заходів з енергозбереження є недостатнім. Тому доцільно використовувати практичні завдання із проблематикою енергозбереження, починаючи зі школи. Розв'язування навчально-дослідницьких завдань, що пов'язані із основами зеленої енергетики та основами фінансових розрахунків сімейного типу, дають учням практичний результат у вигляді часткових рекомендацій щодо доцільності встановлення джерел відновлюваної енергії та її використання. дослідницький школа освіта

Ключові слова: STEM, STEM-завдання, навчально-дослідницькі уміння, навчально-дослідницькі задачі

YAKOVENKO Anastasia Oleksiivna -

graduate student of the Department of Automation and Computer-Integrated Technologies of

Bohdan Khmelnytsky Cherkasy National University

EDUCATIONAL AND RESEARCH TASKS FOR STUDENTS FOCUSING ON STEM EDUCATION

The article examines educational and research tasks for students in the focus of STEM education. The work presents an overview and comparative analysis of the latest publications on topical issues of the introduction of STEM education. It is emphasized that during a comparative analysis of scientific sources, it was found that there is no single definition for STEM education, but its characteristic features are that such an education system prepares a child for life in the real world, which is constantly changing, teaches to respond to these changes. The organization of teaching STEM disciplines takes place on the basis of educational and research activities of schoolchildren. It reorients students to mastering educational and research skills, which will contribute to faster adaptation of socio-economic life. Educational and research tasks are a means of forming educational and research skills. The article shows the factors that increase the effectiveness of educational and research tasks, such as: the child's personal interest; simplicity, practical significance; social or personal orientation; originality; time factor.

The current issue is the implementation of energy-saving activities in everyday life. In Ukraine, the state of implementation of energy saving measures is insufficient, and in the housing and communal economy - critical. Therefore, it is advisable to use practical tasks related to energy saving and energy-saving technologies and adapt them for consideration with students in the process of STEM education. The author emphasizes that tasks should be formulated in an accessible language, involve students' current scientific vocabulary. The work presents the author's problems in mathematics, containing the problem of electricity conservation, developed for students of grades 6-9.

Solving educational and research tasks related to the basics of green energy and the basics of family-type financial calculations give students a practical result in the form of partial recommendations on the feasibility of establishing sources of renewable energy and its use.

Keywords: STEM, STEM tasks, educational and research skills, educational and research tasks

Постановка та обґрунтування актуальності проблеми. Головною проблемою української системи освіти на сьогодні є зниження зацікавленості учнів у вивченні природничо- математичних дисциплін. Водночас, у всьому світі спостерігається дефіцит фахівців з технічних напрямків, попит на них росте набагато швидше, ніж на інші спеціальності. Саме тому, у відповідь на виклики часу, кабінет Міністрів України ухвалив Концепцію розвитку природничо- математичної освіти (STEM-освіти), реалізація якої передбачена до 2027 року [12]. Згідно з Концепцією [12], навчальні методики та навчальні програми STEM-дисциплін будуть спрямовані на формування компетентностей, актуальних на ринку праці: вміння навчатися впродовж життя, яке розвивається завдяки розвитку природної потреби дитини до дослідження; формування навичок спостереження, вміння визначати проблему, формулювати гіпотезу, аналізувати й робити висновки.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Проблематиці STEM-освіти присвячено наукові праці як вітчизняних, так і зарубіжних вчених і вчителів-практиків. Наприклад, І. П. Василашко, Н. І. Гущина, О. В. Коршунова, О. О. Патрикеєва

розглядають суперечності та перспективи STEАM-освіти, І. Савченко [10, с. 47-60], Л. Кузьмініч [8, с. 24-28], І. Стеценко [11, с. 31-34] висвітлюють виклики і перспективи реалізації STEM-освіти в Україні. Х. Гонсалес та Дж. Куензі [4, c. 1-38] досліджують проблеми інтеграції зміст; К. В. Кіз [5, c. 632-635] проблематику інтеграції навчальної і наукової діяльності учнів у процесі STEM-освіти, Д. Ленгдон [1, c. 245-271] досліджує гендерну та расову рівність у реалізації STEM; В. Харлен [3, c. 50-54] зосереджує увагу на створенні та оцінюванні STEM-уроку та Л.- Дж. Ілз-Рейнольдс [2, c. 15-50] вивчає процеси критичного аналізу в STEM. Усі дослідники наголошують на важливості добору сучасних, нагальних, актуальних проблем-завдань дослідницького характеру для їхнього розв'язування учнями у контексті STEM.

Метою статті є обґрунтування добору навчально-дослідницьких завдань, пов'язаних із енергозбереженням та запровадженням енергозберігаючих технологій, у контексті STEАM-освіти.

Методи дослідження. У ході дослідження було застосовано теоретичні методи, як от: огляд та порівняльний аналіз останніх публікацій з актуальних питань запровадження STEM-освіти, вивчення розробок у сфері енергозбереження та енергозберігаючих технологій та адаптація їх для розгляду з учнями у процесі STEM навчання, добір відповідних навчально-дослідницьких завдань.

Виклад основного матеріалу дослідження. Одним з інноваційних освітніх напрямів, до якого швидко зростає інтерес і збільшується з року в рік фінансування, виступає STEM-освіта. STEM-освіта

це навчальна програма, основною ідеєю якої є навчання на основі інтеграції навчального змісту різних дисциплін та практико орієнтоване навчання [6, с. 12-16]. У ході порівняльного аналізу наукових джерел виявлено, що єдиного означення для STEM-освіти немає, але її характеристичними рисами (за Х. Гонсалес та Дж. Куензі [4, c. 6], В. Харлен [3, c. 52], І. П. Василашко, Н. І. Гущина, О. В. Коршунова, О. О. Патрикеєва [6, с. 8-12]) є те, що така система освіти готує дитину до життя в реальному світі, який постійно змінюється, навчає реагувати на ці зміни, критично мислити та бути загальнорозвиненою творчою особистістю. Організація навчання STEM дисциплін відбувається на основі навчально-дослідницької діяльності школярів. Вона переорієнтує [6, с.7] учнів на опанування саме навчально- дослідницьких навичок, які в подальшому сприятимуть їхній адаптації до мінливого соціально-економічного життя.

Однією із основних характеристик STEM- освіти є розвиток навчально-дослідницьких умінь учнів. Навчально-дослідницькі уміння школярів будемо трактувати [7, с. 70-82] як сукупність інтелектуальних і практичних дій, що визначають готовність учнів виконувати розумові та практичні дії, що відповідають саме дослідницькій діяльності. Засобом формування навчально- дослідницьких умінь учнів виступають навчально- дослідницькі завдання. Як показують проведені дослідження [13, с. 93-94], є чинники, які посилюють ефективність їхнього використання. Особистий інтерес дитини. Те, що дивує, привертає, цікавить - здатне розпалити вогонь юного дослідника і активувати навчально- дослідницьку діяльність. Простота. Практична значущість. Завдання втрачає сенс, якщо не має практичного розв'язання. Соціальна або особистісна спрямованість яке принесло б реальну користь учасникам дослідження.

Оригінальність. Імпульсом до пізнання є подив, а дивується дитина тому, що не може легко пояснити. Але слід пам'ятати, що оригінальним може бути не тільки саме завдання, а й новий погляд на, здавалося б, звичні речі. Часовий чинник. Завдання повинне бути таким, щоб могло бути виконаним якісно, але відносно швидко, адже здатність довго концентрувати увагу на одному об'єкті у дитини невисока.

Актуальним питанням нині є впровадження енергозберігаючої діяльності у повсякденному житті [9]. Відтак, серед населення наразі гостро постає питання щодо енергозбереження та економії енергоресурсів, у тому числі споживання електроенергії. Адже це не лише економічна вигода для споживачів та зменшення навантаження на електричні мережі, а також збереження довкілля для наших нащадків. В Україні, стан впровадження заходів з енергозбереження є вкрай недостатнім, а в житлово-комунальному господарстві - критичним [9]. Тому доцільно використовувати практичні завдання із проблематикою енергозбереження, починаючи із школи, з позицій STEM-освіти. До розв`язування цих завдань доцільно долучати учнів, починаючи з молодшого віку. Звичайно завдання мають бути сформульовані доступною мовою, залучати актуальний науковий словник учнів.

Наприклад, таким завданням для учнів 6-9 класів може бути завдання про зелений тариф.

Преамбула до задачі. «Зелений тариф» в Україні [9] - це механізм, що стимулює використовувати поновлювані джерела енергії, зокрема енергії, що виробляється сонячними батареями. Сутність «Зеленого тарифу» полягає в тому, що, якщо встановити в приватному будинку або на інший вашій території сонячну електростанцію, то держава буде купувати у вас надлишок виробленої енергії за ціною в 4-5 разів дорожче, аніж тарифи споживання. Таким чином, за 4-7 років вартість обладнання, що виробляє енергію, повністю окупається, а далі - чистий дохід.

Завдання 1. Нехай енергоспоживання домогосподарства складає 200 кВт?год/міс., а потужність встановленої сонячної станції 30 кВт. У середньому домогосподарство отримує протягом світлового дня дохід близько 25 грн/год. Обрахуйте, який дохід отримає сім'я за рік? У таблиці 1 вказано середню тривалість світлового дня.

Таблиця 1 Середня тривалість світлового дня

Учням потрібно більше пропонувати завдань, що пов'язані із основами зеленої енергетики, основами фінансових розрахунків сімейного типу, тому що під час обрахунків школярі отримують практичний результат у вигляді часткових рекомендацій щодо доцільності встановлення джерел відновлюваної енергії та її використання. Пропонуємо одне із таких завдань на уроках математики.

Завдання 2. Розмір однієї сонячної панелі становить 1,65 м на 0,996 м, а її потужність 2,66 кВт. Заповніть таблицю та дослідіть скільки електроенергії споживає Ваша сім'я за рік. Скільки потрібно встановити цих сонячних панелей на земельній ділянці, щоб працювали всі електроприбори Вашого будинку?

Таблиця 2

Наступні задачі показують використання електроприладів в зимовий і літній період та їх порівняння. Зазвичай є хибна думка у школярів, що сонячна станція взимку не виробляє енергії, тому в даному випадку краще робити інтегровні уроки, проекти математики і фізики, щоб краще дослідити «загадкове явище» - сонячна станція.

Завдання 3. Сонячна станція із 7 сонячних панелей в зимовий період виробляє до 126 кВт*год в місяць електроенергії. Використовуючи табл.2, обрахуйте, які електоприлади можна одночасно вмикати вдень?

Завдання 4. Сонячна станція із 7 сонячних панелей в літній період виробляє до 408 кВт*год в місяць електроенергії. Використовуючи табл.2, обрахуйте, які електоприлади можна одночасно вмикати вдень? Порівняйте отримані результати із Завданням 3.

Для учнів 8-9 класів на уроках з геометрії можна запропонувати задачу, яка пов'язана із практикою установки сонячних панелей.

Завдання 5. Сонячна станція складається із 25 сонячних панелей. Відстань між панелями 4 м. Яку площу потрібно виділити на монтування сонячної станції на землі, якщо ширина однієї панелі становить 10,5 м, довжина - 15 м та кут нахилу панелей становить 350?

Висновки та перспективи подальших розвідок напряму

Нині зростання впровадження заходів з енергозбереження є вкрай недостатнім, тому доцільно використовувати навчально- дослідницькі завдання, пов'язаних із проблематикою енергозбереження та запровадженням енергозберігаючих технологій, починаючи із школи, з позицій STEM-освіти. Розв'язування відповідних навчально- дослідницьких завдань, показує школяру не тільки економічну вигоду та зменшення навантаження на електромережу, а й збереження довкілля для нащадків.

Список джерел

David N Beede, Tiffany A Julian, David Langdon, George McKittrick, Beethika Khan, and Mark E Doms. Women in STEM: A gender gap to innovation. Research in Higher Education. 2011. Vol. 55, №. 04-11. P. 245-271.

Eales-Reynolds, LJ., Judge, B., McCreery, E., Jones, P. Critical Thinking Skills for Education Students. Study Skills in Education Series. London: Learning Matters. 2013. Р. 128 URL: http://surl.li/eiqay (дата звернення 02.01.2023)

Harlen W. Udvikling og evaluering af undersшgelsesbaseret undervisning. MONA - Matematik- Og Naturfagsdidaktik. 2011. Vol. 3. P. 46-70. URL https://cutt.ly/LbDje0W (дата звернення 18.12.2022)

Heather B. Gonzalez. Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) Education: A Primer. Washington : Congressional Research Service Report, 2012. 38 p. URL: https://sgp.fas.org/crs/misc/R42642.pdf (дата звернення 21.12.2022)

Keys, C.W. & Bryan, L.A. Co-constructing Inquiry-Based Science with Teachers: Essential Research for Lasting Reform. Journal of Research in Science Teaching. 2001. Vol. 38, № 6. Р. 631-645.

Василашко І.П., Гущина Н. І., Коршунова О. В., Патрикеєва О.О. STEM - світ інноваційних можливостей. Реалізація програми інноваційного освітнього проєкту «Я - дослідник». Київ : «Освіта», 2020. 426 с.

Акуленко І.А., Яковенко А.О. Дослідження ціннісного ставлення вчителів до формування навчально-дослідницької діяльності учнів на уроках математики. Актуальні питання природничо- математичної освіти. 2020. №15-16. С. 70-82.

Кузьмініч Л.О. STEM-проєкти на уроках природничо-математичних дисциплін: від ідеї до втілення. Математика в школах України. 2020.

№34/35/36. С. 24-28.

Основні правила ощадливого використання електроенергії. Державна інспекція енергетичного нагляду України : веб-сайт. URL: http://surl.li/eipsm (дата звернення 05.01.2023)

Савченко І.М. STEM-освіта як ключовий фактор формування креативної особистості юного дослідника. Наукові записки Малої академії наук України. Сер. Педагогічні науки. 2017. Вип. 10. С. 47-60.

Стеценко І.Б. Обгрунтування необхідності переходу від STEM-освіти до STREAM-освіти в дошкільному віці. Комп'ютер у школі та сім'ї. 2016. №8. С. 31-34.

Уряд ухвалив концепцію розвитку STEM- освіти до 2027 року : за станом на 6 серпня 2020 року: проект / Міністерство освіти і науки України. URL: http://surl.li/eipyn (дата звернення: 15.11.2022)

Яковенко А.О. STEAM і навчально- дослідницькі завдання для учнів. Розвиток інтелектуальних умінь і творчих здібностей учнів та студентів у процесі навчання дисциплін природничо- математичного циклу «ІТМ*плюс-2022 Форум молодих дослідників» : зб. матеріалів доп. учасн. III всеукр. наук.- метод. інтер.-конф., 18 лист. 2022 р. Суми : СумДПУ імені А.С.Макаренка, 2022. С. 93-94

References

David N Beede, Tiffany A Julian, David Langdon, George McKittrick, Beethika Khan, and Mark E Doms. (2011) Women in STEM: A gender gap to innovation. Research in Higher Education. Vol. 55, №. 04-11. P. 245- 271.

Eales-Reynolds, LJ., Judge, B., McCreery, E., Jones, P. (2013) Critical Thinking Skills for Education Students. Study Skills in Education Series. London: Learning Matters. 2013. Р. 128

Harlen, W. (2011) Udvikling og evaluering af undersшgelsesbaseret undervisning. MONA - Matematik- Og Naturfagsdidaktik. Vol. 3. P. 46-70.

Heather, B. Gonzalez. (2012) Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) Education: A Primer. Washington : Congressional Research Service Report, 2012. 38 p.

Keys, C.W. & Bryan, L.A. (2001) Co-constructing Inquiry-Based Science with Teachers: Essential Research for Lasting Reform. Journal of Research in Science Teaching. Vol. 38, № 6. Р. 631-645.

Vasylashko, I.P., Hushchyna, N.I., Korshunova, O.V., Patrykeieva, O.O. (2020) STEM - svit innovatsiinykh mozhlyvostei. Realizatsiia prohramy innovatsiinoho osvitnoho proiektu «Ia - doslidnyk» [STEM is a world of innovative opportunities. Implementation of the program of the innovative educational project "I am a researcher"]. Kyiv: "Osvita". 426 p. [in Ukrainian].

Akulenko, I.A., Yakovenko, A.O. (2020) Doslidzhennia tsinnisnoho stavlennia vchyteliv do formuvannia navchalno-doslidnytskoi diialnosti uchniv na urokakh matematyky. [The Study of Teachers' Value Attitude to the Formation of Pupils' Educational fnd Research Activities in Mathematics Lessons. Current issues of science and mathematics education] Aktualni pytannia pryrodnycho-matematychnoi osvity. № 15-16. P. 70-82. [in Ukrainian].

Kuzminich, L.O. (2020) STEM-proiekty na urokakh pryrodnycho-matematychnykh dystsyplin: vid idei do vtilennia. [STEM projects in the lessons of natural and mathematical disciplines: from idea to implementation.] Matematyka v shkolakh Ukrainy. 2020. №34/35/36. S. 24-

[in Ukrainian].

Osnovni pravyla oshchadlyvoho vykorystannia elektroenerhii. Derzhavna inspektsiia enerhetychnoho nahliadu Ukrainy. URL: http://surl.li/eipsm (дата звернення 21.12.2022р.) [Basic rules of economical use of electricity. State Energy Supervision Inspection of Ukraine] [in Ukrainian].

Savchenko. I.M. (2017) STEM-osvita yak kliuchovyi faktor formuvannia kreatyvnoi osobystosti yunoho doslidnyka. [STEM education as a key factor in the

formation of the creative personality of a young researcher.] Naukovi zapysky Maloi akademii nauk Ukrainy. Ser. Pedahohichni nauky. Vyp. 10. S. 47-60. [in Ukrainian].

Stetsenko. I.B. (2016) Obhruntuvannia neobkhidnosti perekhodu vid STEM-osvity do STREAM- osvity v doshkilnomu vitsi. [Justification of the need to transition from STEM education to STREAM education in preschool age.] Kompiuter u shkoli ta simi. №8. p. 31-34. [in Ukrainian].

Ministerstvo osvity i nauky Ukrainy. (2020) Uriad ukhvalyv kontseptsiiu rozvytku STEM-osvity do 2027 roku : za stanom na 6 serpnia 2020 roku: proekt. URL: http://surl.li/eipyn (дата звернення 21.12.2022р.) [Ministry of Education and Science of Ukraine. The government adopted the concept of the development of STEM education until 2027: as of August 6, 2020: draft] [in Ukrainian].

Yakovenko, A.O. STEAM i navchalno- doslidnytski zavdannia dlia uchniv. Rozvytok intelektualnykh umin i tvorchykh zdibnostei uchniv ta studentiv u protsesi navchannia dystsyplin pryrodnycho- matematychnoho tsyklu [STEAM and educational and research tasks for students. Development of intellectual skills and creative abilities of pupils and students in the process of

learning the disciplines of the natural-mathematical cycle]

«ITM*plius-2022 Forum molodykh doslidnykiv». Sumy : SumDPU imeni A.S.Makarenka [in Ukrainian].

Размещено на Allbest.ru