STEM-освіта засобами цифрових технологій

Размещено на http://www.allbest.ru/

STEM-освіта засобами цифрових технологій

Швардак М.В.

Статтю присвячено STEM-освіті. Метою статті є з'ясування ролі цифрових технологій в реалізації STEM-освіти в умовах формальної та неформальної освіти молодших школярів. Визначено причини актуальності STEM-освіти в умовах сьогодення. Вказано на відмінність STEM-освіти від традиційної освіти, на її переваги. З'ясовано, що STEM-освіта сьогодні активно розвивається в умовах формальної та неформальної освіти. При чому, більшої популярності набуває в неформальній освіті, яка, на відміну від формальної, є більш гнучкою та динамічною, більш адаптованою до індивідуального розвитку здібностей і прояву обдарованості дітей, має більше можливостей для забезпечення їх самореалізації в самостійно обраному напрямі діяльності. З'ясовано, що важливу роль у реалізації STEM-освіти відіграють цифрові технології. Застосування цифрових інструментів допомагає покращити якість навчання і створює нові можливості для здобувачів освіти. Виокремлено спеціалізовані STEM-інструменти, які можна використовувати, вивчаючи з молодшими школярами інформатичну освітню галузь в умовах формальної та неформальної освіти (на спеціалізованих гуртках). Наведено приклади STEM-завдань із інформатичної освітньої галузі для молодших школярів із використанням цифрових технологій. З'ясовано, що цифрові технології є необхідним інструментом для реалізації STEM-освіти в умовах інтеграції формальної та неформальної освіти. Вони розширюють можливості сучасних здобувачів освіти, мотивують, розвивають навички логічного, алгоритмічного, критичного та креативного мислення; забезпечують реалізацію проблемного та діяльнісного підходів. Цифрові технології є ключовим фактором успіху у впровадженні STEM-освіти в сучасних умовах.

Ключові слова: STEM-освіта, інструменти, цифрові технології, формальна і неформальна освіта, інформатична освітня галузь, робототехніка, конструктори та електронні набори, програмування.

Shvardak M. STEM education using digital technologies

The article is devoted to STEM education. The purpose of the article is to clarify the role of digital technologies in the implementation of STEM education in the conditions offormal and informal education of junior high school students. The reasons for the relevance of STEM education in today's conditions are determined. The differences between STEM education and traditional education and its advantages are indicated. It was found that STEM education is actively developing today in the conditions of formal and informal education. Moreover, informal education is gaining more popularity, which, unlike formal education, is more flexible and dynamic, more adapted to the individual development of children's abilities and giftedness, and has more opportunities to ensure their self-realization in an independently chosen field of activity. It was found that digital technologies play an important role in the implementation of STEM education. The use of digital tools helps to improve the quality of education and creates new opportunities for students. Specialized STEM tools are singled out, which can be used when studying the informatics field of education with younger schoolchildren in the conditions offormal and informal education (in specialized circles). Examples of STEM tasks from the informatics field of education for junior high school students using digital technologies are given. It was found that digital technologies are a necessary tool for the implementation of STEM education in the context of the integration offormal and informal education. They expand the opportunities of modern education seekers, motivate, develop logical, algorithmic, critical and creative thinking skills; ensure the implementation of problem and activity approaches. Digital technologies are a key success factor in the implementation of STEM education in modern conditions.

Key words: STEM-education, tools, digital technologies, formal and informal education, informatics educational field, robotics, constructors and electronic kits, programming.

Стрімка технологічна еволюція веде до того, що найбільш популярними та перспективними фахівцями в умовах сьогодення стають IT-інженери, програмісти, професіонали в галузі високих технологій, фахівці біо- та нанотехнологій. Постає нагальне питання - як підготувати новочасних фахівців? Освіта сьогодні - це не просто передача готових знань від учителя до школярів, це ще й спосіб розширення їх свідомості і зміни реальності. У зв'язку з цим, науковці та педагоги всього світу активно шукають ефективні технології, які б сприяли формуванню у здобувачів нового покоління компетентностей для їх успішного функціонування у сучасному світі. Однією з таких технологій, що набуває значного поширення є STEM-освіта. Особливо популярною вона є в Австралії, Великобританії, Ізраїлі, Китаї, Кореї, Сінгапурі, США. Активно розвива-ється вона і в Україні в умовах формальної та неформальної освіти. При чому, більшої популярності набуває в неформальній освіті, яка, на відміну від формальної, є більш гнучкою та динамічною, більш адаптованою до індивідуального розвитку здібностей і прояву обдарованості дітей, має більше можливостей для забезпечення їх самореалізації в самостійно обраному напрямі діяльності [7, с. 21].

Теоретичні засади STEM-освіти досліджували такі науковці: В. Андрієвська, С. Бабійчук, Л. Білоусова, В. Вембер, Л. Гриневич, С. Доценко, Л. Колток, О. Кузьменко, Н. Морзе, Т. Нанаєва, Н. Омельченко, О. Пікалова, Н. Поліхун, І. Сліпухіна, О. Стрижак, О. Тарасов, І. Чернецький, M. Harrison, D. Langdon, B. Means, E. Peters, N. Morel, J. Confrey, A. House та ін.

У Концепції Нової української школи [4] визначено десять ключових компетентностей, серед яких осо-бливу увагу звертаємо на ті, що безпосередньо пов'язані із STEM-освітою: математична та інформаційно-цифрова, компетентності у природничих науках і технологіях, уміння навчатися впродовж життя. Згідно з «Концепцією розвитку природничо-математичної освіти (STEM-освіти)» [5], реалізація якої передбачена до 2027 року, навчальні методики та навчальні програми STEM-освіти будуть спрямовані на формування компетентностей, актуальних на ринку праці. Зокрема, це критичне, інженерне та алгоритмічне мислення, навички оброблення інформації й аналізу даних, цифрова грамотність, креативні якості та інноваційність, навички комунікації.

Метою статті є визначення ролі цифрових технологій в реалізації STEM-освіти в умовах формальної та неформальної освіти молодших школярів.

Що відрізняє STEM (наука, технологія, інженерія, математика) від традиційної освіти? У центрі уваги здобувача освіти знаходиться практична проблема, яка стимулює його шукати оптимальні рішення методом власних спроб і помилок [8]. На відміну від традиційної освіти, у STEM уже з ранніх етапів навчання вико-ристовуються спеціалізовані інструменти. STEM дозволяє легко освоїти знання з урахуванням практики, роботи з технологіями та глибокого розуміння природних процесів. Відповідно, базою для набуття знань є проста візуалізація наукових явищ [2].

У STEM-освіті дитина отримує значно більше автономності, а на освітній процес значно менший вплив мають взаємини між учителем та учнем, що дає можливість об'єктивніше оцінити досягнення здобувачів освіти. Завдяки цій автономності, дитина вчиться бути самостійною, проводити дослідження, приймати власні рішення та брати за них відповідальність [6]. Навички логічного, алгоритмічного, критичного, інже-нерного та системного мислення, а також глибокі наукові знання, отримані в процесі навчання STEM, доз-воляють дитині глибше розуміти сучасні процеси.

На нашу думку, STEM-освіта в умовах Нової української школи є актуальною з декількох причин.

По-перше, у сучасному світі стрімко розвивається наука й технології, що призводить до появи нових складних проблем, які вимагають актуальних знань та застосування передових технологій для їх оптималь-ного вирішення.

По-друге, професії в галузі STEM є одними з найбільш оплачуваних та затребуваних у сучасному світі. Відомо, що потреби у STEM-фахівцях зростають у рази швидше, ніж в інших професіях, позаяк STEM роз-виває здібності до аналітичної, дослідницької роботи, експериментування та критичного мислення. Нави-чки, які формуються через STEM-освіту, створюють міцну основу для подальшого розвитку в цих галузях та забезпечують перспективну кар'єру сьогоднішнім здобувачам освіти.

По-третє, STEM-освіта допомагає розвивати креативність та інноваційний потенціал здобувачів, що є необхідним для розвитку конкурентоспроможної економіки. Спонукає здобувачів до активного експери-ментування, творчого мислення та пошуку нових рішень, що сприяє їхньому інтелектуальному розвитку та готовності до інноваційного мислення у майбутньому [3].

STEM-освіта також сприяє популяризації науки серед дітей та молоді, стимулюючи їх цікавість та захо-плення цими галузями знань. Це може привести до збільшення числа молодих людей, які обирають кар'єру в STEM-професіях та в подальшому внесуть свій вклад у розвиток науки та технологій.

Важливу роль у реалізації STEM-освіти відіграють цифрові технології. Застосування цифрових інстру-ментів допомагає покращити якість навчання і створює нові можливості для здобувачів освіти.

Однією з основних переваг цифрових технологій є їх здатність зробити STEM-освіту більш доступною та цікавою для школярів. Вони можуть використовувати спеціалізовані програми, комп'ютерні симуляції та віртуальні лабораторії для вивчення складних наукових концепцій. Це дозволяє учням практично експери-ментувати та вирішувати реальні проблеми, що робить навчання більш пізнавальним і ефективним.

Крім того, цифрові технології сприяють розвитку творчого мислення та проблемного підходу до нав-чання. Учні можуть використовувати комп'ютерні програми для моделювання та проєктування, створювати власні проєкти, розв'язувати завдання та вирішувати складні практичні задачі. Це сприяє розвитку навичок критичного мислення, аналізу і творчості, які є важливими для STEM-освіти [1].

Додатково, цифрові технології забезпечують доступ до великого обсягу інформації та ресурсів. Інтернет, електронні книги, відеоуроки та онлайн-курси стають доступними учням, що допомагає їм розширити свої знання і поглибити розуміння STEM-предметів.

За новою освітньою стратегією заклад освіти має спрямовувати дітей на освоєння важкого матеріалу за допомогою гри, пошуку рішень та винахідливості. Ці завдання успішно реалізує STEM-освіта засобами цифрових технологій. stem освіта цифрові технології

Наприклад, вивчаючи з молодшими школярами інформатичну освітню галузь в умовах формальної та неформальної освіти (на спеціалізованих гуртках) можна використовувати різноманітні спеціалізовані STEM-інструменти. Серед них:

1. Робототехніка. Використання наборів для робототехніки (LEGO Mindstorms, LEGO Education, Makeblock, Bee-Bot Classroom Set або Cubetto) дозволяє здобувачам освіти створювати, програмувати та керувати роботами. Учні освоюють основи програмування, розвивають логічне мислення та вчаться працю-вати з поняттями відстані, напрямку, координат тощо.

2. Конструктори та електронні набори. Наприклад, Makey Makey або LittleBits дозволяють учням кон-струювати різноманітні електронні пристрої, підключати до комп'ютера та програмувати їх за допомогою простих блоків. Це допомагає розвивати навички проєктування, проблемного мислення та розуміння базо-вих принципів електроніки.

3. Програмування на блоках. Використання візуальних середовищ програмування (Scratch, Blockly) дає змогу здобувачам освіти створювати проєкти, перетягуючи та з'єднуючи блоки з різними командами. Вони можуть розвивати навички логічного мислення, алгоритмічного проєктування та творчості.

4. Мобільні застосунки. Використання спеціальних мобільних застосунків з інтуїтивно зрозумілим інтерфейсом дозволяє здобувачам освіти крок за кроком оволодівати основами програмування на своїх мобільних пристроях. Наприклад, з допомогою застосунку «Скажені кролики навчають програмувати» діти зможуть вивчати основи алгоритміки та програмування, проходячи відповідні квести. Мобільний застосунок ScratchJr з візуальною мовою програмування орієнтований на те, щоб навчити дітей 6-7 років основам програмування.

5. Вебсервіси та онлайн-платформи для програмування. Існують різні онлайн-платформи та вебсервіси, які спеціально розроблені для навчання програмуванню молодших школярів. Наприклад, Code.org або Tinkercad Codeblocks. Вони надають набір інструментів, завдань та посібників для поетапного вивчення програмування та розвитку цифрових навичок.

6. Платформи графічного дизайну. Використання графічних редакторів, таких як Canva (дозволяє ство-рювати графіку, презентації, афіші та інший візуальний контент) або Piktochart (дає можливість створювати власні графічні творіння, анімації та історії). Це допомагає розвивати творчість, візуальне мислення та вміння працювати з цифровими зображеннями.

Ці інструменти роблять уроки та позаурочні заняття з інформатичної освітньої галузі практичними, захоплюючими та інтерактивними; стимулюють активну участь здобувачів; забезпечують діяльнісний підхід; сприяють розвитку цифрових навичок та впливають на мотивацію здобувачів щодо вивчення інформатики.

В умовах реалізації концепції Нової української школи передбачається активне використання елементів STEM-освіти. Наведемо декілька прикладів STEM-завдань із інформатичної освітньої галузі для молодших школярів із використанням цифрових технологій:

- Створення анімації. Запропонуйте учням створити просту анімацію за допомогою онлайн-інструментів (ScratchJr або Code.org). Вони можуть створити анімовану історію, де керують рухом персонажів, додають звукові ефекти та задають їм власні дії.

- Розв'язання логічних задач. Запропонуйте учням логічні задачі, які потребують застосування цифрових технологій для їх вирішення. Наприклад, вони можуть розв'язувати головоломки, створені на платформі "Хрестики-нулики".

- Робототехніка. Використовуючи робототехнічні конструктори (LEGO Mindstorms, LEGO Education, Makeblock, Bee-Bot Classroom Set), дайте учням завдання побудувати робота та запрограмувати його. Наприклад, вони можуть створити робота, який рухається визначеним шляхом або виконує певні команди.

- Кодування. Запропонуйте учням прості завдання з кодування, використовуючи такі платформи як Scratch або Blockly. Вони можуть створити програму, яка керує рухом об'єктів на екрані, розв'язує прості математичні задачі або створює музичні композиції.

- Збір та аналіз даних. Запропонуйте учням провести експеримент і зібрати дані, а потім використати цифрові інструменти для їх аналізу. Наприклад, вони можуть виміряти температуру в різних точках школи та створити на основі отриманих даних діаграму в текстовому редакторі.

- Вивчення основ електроніки. Учні можуть створити прості електронні схеми за допомогою платформи Makey Makey, LittleBits або Arduino. Наприклад, вони можуть створити клавіатуру з фруктів або музичний інструмент на основі електронної схеми.

- Віртуальна реальність. Використовуючи прості VR-шоломи, учні можуть дослідити віртуальні сере-довища та створити власні історії або віртуальні екскурсії. Наприклад, вони можуть створити віртуальну подорож до історичних місць.

- Криптографія. Запропонуйте учням вивчення основ криптографії та створення шифрованих повідо-млень. Вони можуть використовувати прості шифри, такі як шифр Цезаря, для захисту своїх повідомлень.

- Програмування доповненої дійсності (AR). Запропонуйте учням вивчення основ AR-технологій та простих AR-додатків. Вони можуть створити AR-історії, де взаємодіють з віртуальними об'єктами у реальному світі.

- Розробка ігор. Запропонуйте учням створити власну комп'ютерну гру за допомогою спеціалізованих середовищ, наприклад, Scratch. Вони можуть використовувати готові ресурси та створювати персонажів, сценарії та правила гри.

- Дослідження даних. Запропонуйте учням зібрати дані, наприклад, про погоду або кількість дерев у шкільному дворі. Для обробки, аналізу та візуалізації даних школярі можуть використати Google Sheets або Microsoft Excel і подати їх у вигляді діаграм або графіків.

- Створення інтерактивної книги. Запропонуйте учням створити інтерактивну книгу за допомогою інструменту Book Creator. Вони можуть розповідати власні історії, додавати тексти, зображення, відео, зву-кові ефекти та анімацію до своїх творінь.

- Вирішення проблем за допомогою дизайн-мислення. Надайте учням реальну проблему та попросіть їх використати дизайн-мислення для знаходження та розробки рішення. Вони можуть провести дослідження, розробити прототип та представити своє рішення за допомогою платформи графічного дизайну (Canva або Piktochart).

- 3D-моделювання. Запропонуйте учням створити прості 3D-моделі за допомогою спеціалізованих програм (Tinkercad або SketchUp). Вони можуть створити прості об'єкти, які відображають реальні предмети або вигадані об'єкти та досліджувати їх в просторі.

- Кодування роботів за допомогою блок-схем. Запропонуйте учням створити блок-схеми для програмування роботів, використовуючи спеціалізовані середовища (RoboBlockly або Blockly). Вони можуть виконувати прості завдання, розробляючи послідовності дій для руху роботів.

- Конструювання та програмування розумних іграшок. Запросіть учнів створити та програмувати розумні іграшки, які реагують на команди або виконують певні функції. Вони можуть використовувати набори LEGO Mindstorms для конструювання та програмування своїх іграшок.

- Розробка мультимедійних презентацій. Надайте учням завдання створити мультимедійну презентацію за допомогою програм Microsoft PowerPoint або Google Slides. Вони можуть вставляти тексти, зображення, відео та звукові ефекти, розповідаючи про певну тему чи проєкт.

- Програмування розумних домашніх пристроїв. Запропонуйте учням дослідити та програмувати розумні домашні пристрої. Вони можуть використовувати платформи Arduino або Raspberry Pi для побудови прототипу та програмування функцій пристрою.

- Соціальна інженерія. Запросіть учнів розробити проєкт, спрямований на вирішення соціальних про-блем, таких як бідність, бездомність або нерівність. Вони можуть досліджувати причини і наслідки про-блеми, шляхи її розв'язання.

- Кібербезпека. Запросіть учнів дослідити та вивчити основи кібербезпеки. Вони можуть вивчати про загрози в Інтернеті, застосовувати основні методи захисту та розробляти прості проєкти, що спрямовані на захист від кібератак.

Ці завдання дають учням можливість засобами цифрових технологій реалізувати STEM-освіту, розви-вають важливі навички програмування, логічного, алгоритмічного та творчого мислення, розв'язання про-блем, співпраці та комунікації. Крім того, ці завдання сприяють інтеграції інформатики з іншими предме-тами, такими як математика, наука, мистецтво.

Загалом, цифрові технології в STEM-освіті допомагають створити стимулююче та захоплююче освітнє середовище, де учні можуть розвивати необхідні навички для успішного функціонування у сучасному світі. їх використання сприяє формуванню критичного мислення, творчого підходу до розв'язання проблем, співпраці та комунікації [1]. Це відкриває нові можливості для учнів у подальшому професійному й особистому розвитку, а також сприяє підготовці нового покоління інноваційних лідерів у науці, технології та інженерії.

Отже, цифрові технології є необхідним інструментом для реалізації STEM-освіти в умовах інтеграції формальної та неформальної освіти. Також вони є ключовим фактором успіху у впровадженні STEM-освіти в сучасних умовах.

Використана література:

1. Гриневич Л. М., Морзе Н. В., Вембер В. П., Бойко М. А. Роль цифрових технологій у розвитку екосистеми стем-освіти. Інформаційні технології та засоби навчання. 2021. № 83 (3). С. 1-25. URL : https://doi.org/10.33407/itlt.v83i3.4461

2. Доценко С. О. STEM-освіта: науковий дискурс та освітні практики. Рідна школа. 2021. № 3. С. 31-35.

3. Колток Л., Іваник Н. Упровадження STEM-освіти в освітній процес нової української школи. Науковий збірник «Актуальні питання гуманітарних наук: міжвузівський збірник наукових праць молодих вчених Дрогобицького державного педагогічного університету імені Івана Франка. 2020. Т. 3, № 27. С. 133-136.

4. Концептуальні засади реформи середньої школи: Нова українська школа. Інформаційний збірник МОН України. 2016. URL : https://mon.gov.ua/storage/app/media/zagalna%20serednya/nova-ukrainska-shkola-compressed.pdf.

5. Концепція розвитку природничо-математичної освіти (STEM-освіти). Розпорядження Кабінету міністрів України від 5 серпня 2020 р. № 9б0-р. URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/960-2020-%D1%80#Text.

6. Кузьменко О. Сутність та напрямки STEM-освіти. Наукові записки. Сер. «Проблеми методики фізико-математичної і технологічної освіти. 2017. Вип. 9(ІІІ). С. 188-190.

7. Поліхун Н. І., Постова К. Г, Сліпухіна І. А., Онопченко Г. В., Онопченко О. В. Упровадження STEM-освіти в умовах інте-грації формальної і неформальної освіти обдарованих учнів: методичні рекомендації. Киї : Інститут обдарованої дитини НАПН України, 2019. 80 с.

8. Швардак М. В. Освітні тренди в умовах Нової української школи. Науковий часопис Національного педагогічного університету імені М. П. Драгоманова. Серія 5. Педагогічні науки: реалії та перспективи. 2022. Вип. 89. С. 136-140.

References:

1. Hrynevych L. M., Morze N. V., Vember V. P., Boiko M. A. (2021). Rol tsyfrovykh tekhnolohii u rozvytku ekosystemy stem-osvity [The role of digital technologies in the development of the stem-education ecosystem]. Informatsiini tekhnolohii ta zasoby navchannia [Information technologies and teaching aids]. № 83 (3), Р 1-25. URL : https://doi.org/10.33407/itlt. v83i3.4461 [in Ukrainian]

2. Dotsenko S. O. (2021). STEM-osvita: naukovyi dyskurs ta osvitni praktyky [STEM education: scientific discourse and educational practices]. Ridna shkola [Home school]. № 3. Р. 31-35 [in Ukrainian].

3. Koltok L., Ivanyk N. (2020). Uprovadzhennia STEM-osvity v osvitnii protses novoi ukrainskoi shkoly [Implementation of STEM education in the educational process of the new Ukrainian school]. Aktualnipytannia humanitarnykh nauk [Actual issues of humanitarian sciences]. T. 3, № 27. Р. 133-136 [in Ukrainian].

4. Kontseptualni zasady reformy serednoi shkoly: Nova ukrainska shkola. Informatsiinyi zbirnyk MON Ukrainy [Conceptual principles of secondary school reform: New Ukrainian school. Information collection of the Ministry of Education and Culture

of Ukraine] (2016). URL : https://mon.gov.ua/storage/app/media/zagalna%20serednya/nova-ukrainska-shkola-compressed.pdf [in Ukrainian]

5. Kontseptsiia rozvytku pryrodnycho-matematychnoi osvity (STEM-osvity) [Concept of development of science and mathematics education (STEM education)] (2020). Rozporiadzhennia Kabinetu ministriv Ukrainy vid 5.08.2020. N° 960-r. URL: https://zakon. rada.gov.ua/laws/show/960-2020-%D1%80#Text [in Ukrainian]

6. Kuzmenko O. (2017). Sutnist ta napriamky STEM-osvity. Naukovi zapysky. Ser. «Problemy metodyky fizyko-matematychnoi i tekhnolohichnoi osvity [The essence and directions of STEM education. Proceedings]. Vyp. 9(Ш). Р 188-190 [in Ukrainian].

7. Polikhun N. I., Postova K. H., Slipukhina I. A., Onopchenko H. V., Onopchenko O. V (2019). Uprovadzhennia STEM-osvity v umovakh intehratsii formalnoi i neformalnoi osvity obdarovanykh uchniv: metodychni rekomendatsii [Implementation of STEM education in the conditions of integration of formal and informal education of gifted students: methodical recommendations]. Kyiv : Instytut obdarovanoi dytyny NAPN Ukrainy [in Ukrainian].

8. Shvardak M. V. (2022). Osvitni trendy v umovakh Novoi ukrainskoi shkoly [Educational trends in the conditions of the New Ukrainian School]. Naukovyi chasopys Natsionalnohopedahohichnoho universytetu imeni M. Drahomanova [Scientific journal of the National Pedagogical University named after M. Drahomanova]. Vyp. 89. P. 136-140 [in Ukrainian].

Размещено на Allbest.ru