STEM-технология как инновация в развитии исследовательских компетенций через задачи прикладного характера.

STEM-технология как инновация в развитии исследовательских компетенций

через задачи прикладного характера.

Назарова Маргарита Алексеевна,

учитель математики высшей квалификационной категории /

заместитель директора по учебной работе

Муниципального бюджетного общеобразовательного учреждения

«Гимназия № 3» Чистопольского муниципального района

Республики Татарстан

Введение. Сегодня изменились как подход к обучению, так и требования к знаниям

учащихся. В процесс обучения все чаще стали включать практико–ориентированные

задачи и их решение, которые пробуждают у ученика естественное желание к исследованиям и открытиям. Интерес к решаемой задаче вызывается выполнением демонстрационного материала, который указывает на развитие инженерно–технических навыков и, что очень важно, это применение своих знаний на практике, умение выполнять исследования и делать выводы на собственном опыте.

Поэтому педагогам современной школы необходимо обращаться к практике STEМ–образования, в основе которого лежат содержательно–методические принципы инженерно–технологического образования, интеграция предметов естественно-математических наук в единую систему обучения для решения конкретных задач, взятых из реальной жизни.

STEM (Science-наука, Technic-технология, Engineering-инженерное дело, Mathematics-математика) – новая технология в образовании, объединяющая в своих началах науку, технику, конструирование (проектирование) и математику. Хорошее преподавание математики является важным компонентом комплексной программы STEM. Однако математика — это нечто большее, чем участие в STEM. Математика, которую учащиеся изучают в школе, включает в себя содержание и мышление, которые можно использовать в качестве инструментов для решения интегративных задач STEM. На уроках математикичем выше умственная нагрузка, тем слабее интерес учеников к предмету. Задачи, которые имеют связь с реальными жизненными ситуациями, вызывают у детей интерес и желание решить проблему, потому что такое умение может в дальнейшем пригодиться в реальной жизни. 

Интерес к математике помогут поддержать STEM-технологии. На уроках необходимо решать задачи, наглядно показывающие связь математики и истории, биологии, физики, литературы, информатики. Важно сформулировать на уроках математики целостное восприятие решаемой задачи, умение проводить выбор методов решения, перенос и использование знаний, умений, навыков с одной учебной дисциплины на другую, узнавание и применение фактов из различных дисциплин (физика, химия, информатика и т.д.). Выполнение творческих проектов повышает уровень мотивации к изучению математики, помогает учащимся в формировании основных общематематических понятий, позволяет учащимся реализовать творческие способности, развивать математические умения и навыки.

В основе STEM-подхода лежат четыре принципа:
1. Проектная форма организации образовательного процесса, в ходе которого учащиеся объединяются в  группы для совместного решения учебных задач;
2. Практический характер учебных задач, результат решения которых может быть использован для нужд семьи, класса, школы, 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 естественно-научного 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.

Процесс обучения трактуется как практико–ориентированный подход, основанный на исследовании как ведущем типе учебной деятельности, в основе которого проблема, вопрос, процесс решения, вывод, а не тема урока. Данная инновация и научная подготовленность педагога полагаются на хорошую базу познаний в технологии функциональной грамотности и областях STEМ технологии.

Исследовательское обучение способствует развитию у обучающихся исследовательского потенциала. Для того чтобы данная деятельность была эффективна, необходимо обеспечить условия, которые будут способствовать возникновению у обучающихся познавательной потребности в получении знаний. Поэтому важно учитывать исходный исследовательский потенциал обучающихся, стимулировать положительную мотивацию обучающихся.

Главная роль педагога в организации исследовательского обучения заключается в том, чтобы правильно организовать исследовательскую деятельность и владеть всеми методами научного исследования.

Перед проведением учебного исследования необходимо определить содержание исследования, выбрать место проведения, продолжительность и состав участников.

Исследовательское обучение должно:

1) развивать исследовательские умения и навыки, воспитывать осознанное отношение к своему эксперименту, формировать черты творческой деятельности и познавательного интереса к различным аспектам математики;

2) формировать широту кругозора и являться стимулом познавательного интереса, способствовать воспитанию научного мировоззрения, т.е. помогать достижению познавательного отношения к действительности, выполняя;

3) осуществлять контроль знаний основных разделов школьной математики и способствовать овладению определенными методами решений, формировать уровень логического мышления. Педагог, организующий исследовательскую деятельность, должен следовать вышеизложенным особенностям проведения учебных исследований.

Развитие таких качеств, как способность увлекаться процессом познания, испытывать исследовательский интерес к предмету обучения, мечтать, воображать, критически анализировать информацию и иметь собственное мнение, воспитание воли и умение распределять ее усилия в течение продолжительного времени, также является актуальным вызовом современности образованию. Желание учиться, экспериментировать, эмпатия,

способность спокойно переживать ошибки и пробовать еще раз, не теряя устойчивость, умение донести до окружающих свои мысли и идеи (презентовать себя или содержание) необходимо считать такими же важными результатами обучения, как и академические результаты.

Формировать у обучающихся умение подмечать закономерность можно на основе наблюдений, вычислений, преобразований и сопоставлений. В свое время Д.Пойа, обращаясь к учителям математики, призывал: «Результат творческой работы математика – доказательное рассуждение, доказательство, но доказательство открывают с помощью правдоподобных рассуждений, с помощью догадки…. Учитель должен показать, что догадки в области математики могут быть разумными, серьезными, ответственными. Давайте учить догадываться! Узнавать и удивляться». Это обращение и сегодня должно быть девизом учителя математики, работающего над внедрением в практику STEМ –технологии, которая поможет поддержать интерес к математике.

Важность STEM-образования

Проблемы с ухудшением качества образования в области точных наук, мотивацией учащихся, количеством и качеством педагогов, являются глобальными. Это проблема рынка, потому что работодатели готовы хорошо платить специалистам.

Именно поэтому STEM-образование становится приоритетным в странах, где развивают высокотехнологичное производство. Острую необходимость в научно-инженерных кадрах осознают, как государство, ориентированное на технологический прогресс и рост инновационной экономики, так и IT-компании, испытывающие «кадровый голод».

Во многих странах STEM-образование в приоритете по следующим причинам:

- в ближайшем будущем в мире будет резко не хватать: IT-специалистов, программистов, инженеров, специалистов высокотехнологичных производств и др.

- в отдаленном будущем появятся профессии, которые сейчас даже представить трудно, все они будут связаны с технологией и высоко технологичным производством на стыке с естественными науками.

- специалистам будущего требуется всестороння подготовка и знания из самых разных образовательных областей естественных наук, инженерии и технологии.

STEМ – это современная образовательная технология, которая на данный момент пока еще не полностью изучена, поэтому вызывает немало вопросов у педагогов. Выявляется ряд противоречий. На протяжении всего периода обучения учитель предметник делится своими знаниями и организовывает поисковую деятельность в рамках урока. А урок – это управляемый процесс, поэтому определилась система управленческих действий учителя. Самым трудоемким является содержание урока, его дидактическое наполнение, подбор практико – ориетированных задач, задач с практическим содержанием, способствующих раскрытию и изучению темы, показывающих на приложение математики в окружающей нас действительности, в смежных дисциплинах, знакомит с ее использованием в выполнении трудовых операций, что обеспечивает достижение прикладной и практической направленности обучения математике, применению в ней межпрежметных связей.

В настоящее время пока нет единых требований к реализации STEМ – подхода в обучении. Практика только нарабатывается, несмотря на то, что в различных станах мира имеется 15–летний опыт развития образования в этом направлении. Каждый учитель решает проблему по–своему, выстраивая собственную педагогическую стратегию. При конструировании STEМ – урока сначала необходимо решить, какая цель преследуется при его проведении. Какого результата должны достичь обучающиеся в конце урока, какие практические навыки они приобретут? Что будут знать и уметь все ученики класса, что смогут показать некоторые ученики в продолжении изучения темы.

Поэтому при подготовке и реализации плана урока необходимо ответить на вопросы:

–какие задачи научатся решать обучающиеся при выполнении заданий?

–с каким познавательным материалом они столкнутся?

–какие инструменты, какие знания необходимо использовать в процессе урока?

Такой урок должен быть эмоционально окрашен. Его можно представить как трехфазный процесс: вызов→ осмысление содержания→ рефлексия (размышление).

Некоторые примеры из практики проведения уроков математики с применением STEМ – технологии.

Поддержать интерес учащихся к математике можно, используя STEM – технологии. Ярче всего выглядят уроки геометрии в среднем звене обучения. Геометрия – это занимательный и интересный мир головоломок, фокусов, парадоксов. Геометрия наших дней в значительной мере зависит от умения перекраивать и условия задач, сами геометрические конструкции. В период обучения главное направить мыслительные действия на развитие геометрической интуиции, пространственного воображения, глазомера и изобретательных навыков. Основные приемы решения геометрических задач: наблюдение, конструирование, эксперимент. В современной школе эти приемы напрямую связаны со STEM обучением. Поэтому рассмотренный материал представляет особый интерес.

ПРИМЕР 1. «Сумма углов треугольника». Учитель предлагает практическое

задание, которое выводит на новый материал.

ПРИМЕР 2. «Неравенство треугольника».

Основу также составляют задачи, устанавливающие непосредственную связь математики с физикой, историей, литературой, биологией, информатикой и т.д.

Важно сформулировать на уроках математики целостное восприятие решаемой задачи, умение проводить выбор методов решения, перенос и использование знаний, умений, навыков с одной учебной дисциплины на другую, узнавание и применение фактов из различных дисциплин (физика, химия, информатика и т.д.).

Выполнение творческих проектов повышает уровень мотивации к изучению математики, помогает учащимся в формировании основных общематематических понятий, позволяет учащимся реализовать творческие способности, развивать математические умения и навыки.

ПРИМЕР 3. «Цилиндр».

1. Вступительное слово преподавателя:

На протяжении многих веков человечество не переставало пополнять свои научные знания в той или иной области науки.

Стереометрия, как наука о фигурах в пространстве, неотъемлемо связана со многими дисциплинами. К таким дисциплинам относятся: история, биология, информатика и др. В архитектуре постоянно используются теоремы и следствия из стереометрии.

Тема “Цилиндр” в стереометрии одновременно и интересная, и не простая. Множество ученых геометров, да и простых людей, интересовались этой фигурой. Вот об этом и, еще о многом другом, будет наш рассказ.

Итак, наш взгляд на данную тему: ЦИЛИНДР НАШИМИ ГЛАЗАМИ!

2.ЦИЛИНДР ГЛАЗАМИ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ ИСТОРИИ.

Выступления преподавателя истории.

Первый цилиндр был изготовлен торговцем шляпами Джоном Гетерингтоном в 1797 году, однако популярность цилиндры обрели только в 1820. Мужчины надевали цилиндры на торжества и на деловые встречи, даже были некоторые войска, носившие их; вскоре они стали повседневным атрибутом костюма средних классов в Европе и Америке. В те годы цилиндры изготовлялись разных фасонов с вариациями цвета, материала, формы. Например, высокий цилиндр, который всегда носил президент США Авраам Линкольн, позволял ему также помещать внутрь письма, финансовые бумаги, законопроекты и заметки. В 1823 году во Франции был изобретён шапокляк — складной цилиндр.

Первоначально цилиндры делались из бобрового фетра, дорогого и редкого материала, что приводило к их высокой цене и доступности только высшим слоям населения. Отсюда и возникла ассоциация цилиндров с богатством. При изготовлении фетра применялись препараты ртути, вызывавшие хроническое отравление шляпных мастеров, сопровождавшееся характерным слабоумием, откуда и пошло понятие «безумный шляпник». В середине XIX века, в связи с практически полным истреблением бобров, шляпники перешли на другие методы производства.

Цилиндры теперь делались из очень мягкого шёлкового плюша, наклеивавшегося на жёсткую основу из нескольких слоёв марли, проклеенной шеллаком. Швы,прикреплявшие верх и поля к тулье, скрывались под начёсом плюша. Характерный блеск цилиндр приобрёл именно в шёлковом варианте, шляпы из фетра не блестели. Более дешёвые версии цилиндра, которые часто носились почтальонами, трубочистами и полицейскими, обычно делались из войлока или клеёнки. Каркас шляп, носившихся для охоты и верховой езды, делался уже не из марли, а из прочного холста, и давал неплохую защиту голове.

В конце XIX века цилиндры стали выходить из моды, постепенно сменяясь на котелки, более удобные для городской жизни и массового производства (в отличие от них, цилиндры были ручной работой опытных шляпных мастеров). Из повседневного употребления цилиндры совершенно вышли после Первой мировой войны. В 1920—30-е гг. цилиндр надевали исключительно в торжественных случаях (званые вечера, общественные церемонии, похороны, свадьбы). Стоит отметить, что среди части крупной буржуазии и политиков Западной Европы цилиндры продолжали оставаться элементом туалета до конца 1930-х гг. Дипломатический этикет регламентировал ношение цилиндра вплоть до 1970-х гг.

В настоящее время цилиндр используется лишь как дань традициям на различных мероприятиях (например, он обязателен при посещении скачек в королевские дни в английском Аскоте, а также является частью формы спортсмена в одном из конных видов спорта — выездке). Кроме того, он является частью костюма иллюзионистов (благодаря бесчисленному множеству вариантов фокуса с вытаскиванием чего-либо из шляпы).

3.ЦИЛИНДР ГЛАЗАМИ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ БИОЛОГИИ.

Выступления преподавателя биологии по теме «Растения».

Центральный осевой цилиндр корня.

Различные типы первичного строения центрального осевого цилиндра корня.

А - диархный, Б - триархный, В - тетрархный, характерные для двудольных; Г - полиархный, чаще встречается у однодольных растений.

1 - первичная кора, 2 - первичная флоэма, 3 - первичная ксилема.

4. Домашний проект.

К этому уроку учащиеся готовили макеты и слайды. Учащиеся представляют макеты цилиндра, сделанные своими руками.

1 учащийся готовил слайды по определению и свойствам цилиндра.

2 учащийся готовил слайды по видам цилиндров и видам сечений.

3 учащийся показывает слайды и рассказывает о фигурах, вписанных в цилиндр и описанных вокруг цилиндра.

4 учащийся – слайды и рассказ “где используется цилиндр”.

5. Решение задач с использованием программы Microsoft Excel.

Вычислить c помощью программы V, S бок. пов., S пол. пов. Цилиндра.

Выводы:

Урок с использованием STEM –технологий затронул темы, связанные с другими учебными предметами (информатикой, историей, биологией).

Рассмотрение стандартного материала нестандартными методами дало интересные результаты. Коллективный творческий процесс вызвал положительный интерес к изучению темы “Цилиндр”. Применение новых технологий ведения урока позволило доступно, наглядно и компактно подать изучаемый материал.

ПРИМЕР 4. Какова дальность до линии горизонта для наблюдателя, стоящего на земле?

Данная задача охватывает две предметные области - геометрию и географию. Задача ученикам представлена в текстовом виде без рисунков и чертежей. Учащимся необходимо, используя представления о земном шаре, построить чертеж. Представив правильно расположение человека на Земле, учащиеся должны понять, что линия взгляда, направленного на горизонт — это касательная к сфере (поверхности Земли). После необходимо уже решить готовую задачу по геометрии через теорему Пифагора.

Заключение. Анализ педагогической и методической литературы, посвященной STEM- подходу, исследовательскому обучению позволил понять, что современное постиндустриальное общество, характерной чертой которого является стремительное развитие информационных систем, значительно повышает спрос на творческую всесторонне развитую личность. Развитие творческих способностей обучающихся предполагает наличие поисковой деятельности и реализации исследовательского подхода в образовательном процессе. Анализ современных тенденций и подходов к организации образовательного процесса показывает, что STEM - подход способствует реализации научного метода познания окружающего мира, техники и технологий; эффективному использованию современных средств информационной образовательной среды. Исследовательский подход в образовательном процессе – это активизация учебной деятельности обучающихся путем вовлечения их в поисковый, творческий процесс, то есть обучение, в котором учащийся ставится в ситуацию, когда он сам овладевает понятиями и подходом к решению проблем в процессе познания, организованного учителем. Именно STEM - задачи являются хорошим способом развить критическое мышление и исследовательские компетенции, а также позволяют интегрировать предметы и изучать их в комплексе.