STEM-технологии в развитии дошкольников

Вопросы для обсуждения:

1. История появления и развития STEM-образования.

2. Принципы и технологии STEM-образования.

3. Формирование базовых компетенций у детей дошкольного возраста через STEM-образование.

История появления и развития STEM-образования.

В настоящее время в системе образования происходит активное внедрение педагогических инноваций и компьютерных методологий с целью улучшения качества обучения, так как оно является определяющим критерием эффективности образовательного процесса. Педагоги дошкольного образования активно внедряют в свою работу данные технологии, поэтому их главной задачей является определение методов и форм организации работы с детьми.

Дошкольные образовательные учреждения – это настоящий полигон для испытания различных инноваций, начиная от методики ТРИЗ и заканчивая развитием STEM-образования, в основе которого лежит коллективная работа над проектом. Кроме того, STEAM позволяет задействовать правое полушарие мозга, отвечающее за творчество, эмоции, чувства.

Современный мир ставит перед образованием непростые задачи: учиться должно быть интересно, обучение должно проходить в занимательной форме, знание должно быть применимо на практике. Высокотехнологичные продукты и инновационные технологии становятся неотъемлемыми составляющими современного общества. Возрастающая роль интеграционной тенденции в образовании привела к тому, что современное общество существует на новом этапе развития – информационном. Информационные технологии широко используются в производстве, повседневной жизни, в образовательной системе и способны ускорить развитие общества. Высокотехнологичные инновации, стремительные потоки информации и разработки преобразовывают все сферы нашей жизни, меняются и интересы личности, запросы общества.

Моделирование, робототехника, программирование, конструирование, 3D-проектирование и многое другое – вот что интересует современных дошкольников и школьников всего мира. И для реализации этих интересов необходимы более сложные компетенции и навыки. Важно не только знать и уметь, но также изобретать и исследовать. Необходимо одновременно развиваться в таких ключевых академических областях, как математика и наука, инженерия и технология, которые можно объединить одним словом – STEM (science, technology, engineering and mathematics).Эта аббревиатура используется как для объединения этих дисциплин, так и для обозначения особого подхода к образовательному процессу.

Суть STEM-подхода в том, что в основе приобретения знаний лежит визуализация научных явлений, позволяющая наглядно увидеть все теоретические закономерности, практическое применение, и таким образом понять то или иное явление, процесс, закон природы и т.д. В основе STEM-образования предметы изучаются не по отдельности, а все вместе и в применении к прикладным задачам. Именно такой интегративный подход и позволяет видеть ситуацию в целом, а не просто заучивать сумму знаний.

Появление STEM-образования принадлежит американскому учёному Р. Колвэллу, который в 1990-х годах предложил аббревиатуру «STEM», а активно её начал использовать «Национальный научный фонд США» как термин, объединяющий естественные науки, технику, инженерию и математику. Идея была поддержана общественными организациями, правительством и многими корпорациями США. В результате принципы STEM стали активно применять для формирования образовательных программ во многих американских университетах.

Сегодня в системе высшего образования США насчитываются сотни научных и инженерных специальностей, программы подготовки по которым построены в соответствии с концепцией STEM. При этом дипломная работа студента объединяется со стажировкой в технологической компании и участием в сложных технологических проектах бок о бок с профессионалами. За счёт этого технологические компании получают квалифицированных специалистов сразу после выпуска из университета. Впоследствии этот подход был подхвачен многими странами мира. В настоящее время подготовка STEM-специалистов ведётся в ВУЗах Франции, Великобритании, Австралии, Израиля, Китая, Канады, Турции и ряда других стран. Одновременно с расширением географии происходило распространение элементов STEM-подхода вниз по образовательной пирамиде, как на школьное, так и на дошкольное образование.

В России активное развитие STEM-образования началось с 2010 года. Многие вузы вступили в престижную международную сеть лидеров образования в области науки, технологии и математики (STEM). В 2014 г. в своём послании Федеральному Собранию Президент Российской Федерации В.В. Путин поручил вывести на мировой уровень инженерное образование, что было отражено в Указе Президента РФ от 01.12.2016 № 642 «О стратегии научно-технологического развития Российской Федерации». Это позволило подготовить высококвалифицированных специалистов, которые вносят большой вклад в развитие нашего общества и государства. А в детских образовательных учреждениях, школах и институтах ведущее место начинает занимать проектирование, робототехника, моделирование и конструирование.

STEM-образование — это прежде всего полноценное планомерное обучение, включающее в себя изучение естественных наук совокупно с инженерией, технологией и математикой. Также это учебный план, который спроектирован на основе идеи обучения учащихся с применением прикладного и междисциплинарного подхода. Современная прогрессивная система, в отличие от традиционного обучения, представляет собой смешанную среду, которая позволяет на практике продемонстрировать как данный изучаемый научный метод может быть применён в повседневной жизни. Дошкольники и учащиеся помимо математики и физики исследуют программирование и робототехнику. Дети воочию видят применение знаний точных дисциплин.

Можно выделить следующие преимущества внедрения STEM- технологий в образование:

- активация коммуникативных навыков - внедрение данной системы в основном включает в себя командную работу, ведь большую часть времени дети совместно исследуют и развивают свои модели, они учатся строить диалог с инструкторами и своими друзьями;

- совершенствование навыков критического мышления - дошкольники, учащиеся и студенты учатся преодолевать нестандартные задачи путём тестирования и проведения различных опытов, что позволяет им подготовиться ко взрослой жизни, где они могут столкнуться с необычными, нестандартными проблемами;

- развитие интереса к техническим дисциплинам - утверждение прогрессивной системы в ДОУ, школах, институтах и других специализированных учреждениях позволит вовлечь учащихся в учебный процесс.

STEM-образование является своеобразным мостом, соединяющий учебный процесс, карьеру и дальнейший профессиональный рост. Инновационная образовательная концепция позволит на профессиональном уровне подготовить детей к технически развитому миру.

Принципы и технологии STEM-образования.

Главная цельSTEM-подхода — преодолеть свойственную традиционному образованию оторванность от решения практических задач и выстроить понятные ученикам связи между учебными дисциплинами.

В основе STEM – образования лежат следующие принципы:

1. Проектная форма организации обучения и практическая направленность STEM создают более благоприятные (по сравнению с классно-урочным обучением) мотивационные и предметные предпосылки для реализации следующих требований ФГОС:

— организация активной учебно-познавательной деятельности;

— участие в социально значимом труде и приобретение практического опыта;

— формирование способности применять полученные знания на практике, в том числе в социально-проектных ситуациях;

— формирование коммуникативной компетентности в общении и сотрудничестве со сверстниками;

— ориентировка в мире профессий и формирование устойчивых познавательных интересов как основы выбора будущей профессии.

2. Ориентация на межпредметность и накопленный в рамках STEM опыт комплексного освоения математики и естественных наук создают более благоприятные условия для:

— применения математических и естественнонаучных знаний при решении образовательных задач;

— развития навыков формулирования гипотез, планирования и проведения экспериментов, оценки полученных результатов;

— осознания значения математики и информатики в повседневной жизни человека;

— формирования умения моделировать реальные ситуации на языках алгебры и геометрии, а также исследовать построенные модели математическими методами;

— развития навыков работы со статистическими данными;

— понимания физических основ и принципов работы машин и механизмов, средств передвижения и связи, бытовых приборов, промышленных технологических процессов и т. д.

На методическом уровне STEM-подход предполагает, что, кроме решения технологических вопросов, в проектной деятельности дети:

— приобретают навыки работы в команде;

— учатся конструктивно критиковать и отстаивать свое мнение;

— осваивают презентационные компетенции;

— учатся генерировать идеи в условиях неопределенности;

— применяют принципы дизайна и маркетинга для создания и продвижения продукта;

— осознают творческий потенциал применения технологий в разнообразных сферах деятельности.

Таким образом, в учебно-воспитательном процессе достаточно внимания уделяется и формированию жёстких навыков (hard skills), и развитию гибких навыков (soft skills).

STEM-технология подразумевает смешанную среду, в которой обучающиеся начинают понимать, как можно применить научные методы на практике. Его преимуществами являются тесная связь с реальным окружающим миром, наличие вызова для детей, высокая доля мотивации и поощрение к сотрудничеству детей.

С помощью STEM-технологии дошкольники могут вникать в логику происходящих явлений, понимать их взаимосвязь, изучать мир системно и тем самым вырабатывать в себе любознательность, инженерный стиль мышления, умение выходить из критических ситуаций, инициативность.

Отметим следующиепреимущества STEM-образования:

1. Интегрированное обучение по темам, а не по предметам. STEM-обучение соединяет в себе междисциплинарный и проектный подходы, в основе которых лежит интеграция естественных наук и технологии, математики и инженерного творчества и т. д.

2. Применение научно-технических знаний в реальной жизни. В ходе практических занятий детям наглядно демонстрируют возможности применения научно-технических знаний в реальной жизни. На каждом занятии в рамках конкретного проекта дети разрабатывают, строят и развивают продукты, «созвучные» выпускаемым современной индустрией, создавая, таким образом, прототипы реального продукта.

3. Развитие навыков критического мышления и разрешения проблем. Программы обучения через STEM развивают навыки критического мышления и разрешения проблем, необходимые для преодоления трудностей, с которыми дети могут столкнуться в повседневной жизни.

 4. Формирование уверенности в своих силах. Дети, создавая разные продукты - строя мосты и дороги, запуская аэропланы и машины, тестируя роботов и электронные игры, разрабатывая свои подводные и воздушные конструкции - делают и пробуют, дорабатывают и снова тестируют, таким образом, совершенствуют свой продукт. Так, решая все проблемы своими силами, доходят до цели. Каждая победа укрепляет уверенность в своих силах.

 5. Активная коммуникация и командная работа. На стадии обсуждения создается свободная атмосфера для дискуссий и высказывания мнений, при этом дети не боятся высказать любое мнение, учатся рассуждать и презентовать собственную точку зрения. Большую часть времени на занятии дети проводят за разработкой и апробацией созданных продуктов, находясь в постоянном общении и взаимодействии как с педагогами, так и членами своей команды, внутри которой предполагается сотрудничество, связанное с распределением ролей, функций, отдельных действий и материала.

 6. Развитие интереса к техническим дисциплинам. Задача STEM-образования в дошкольном возрасте – создание условий для развития у детей интереса к естественнонаучным и техническим дисциплинам. Познавательный интерес связан с положительным эмоциональным отношением к изучаемому предмету, с созданием ситуации успеха, с самовыражением и утверждением личности ребенка. Занятия с использованием STEM-технологии увлекательны и динамичны, эмоционально позитивно окрашены. Строя ракеты, машины, мосты, небоскребы, создавая свои электронные игры, фабрики, логистические сети и подводные лодки, дети проявляют все больший интерес к науке и технике.

7. Развитие мотивации к техническому творчеству через детские виды деятельности с учётом возрастных и индивидуальных особенностей каждого ребёнка. Несмотря на бурный рост числа детских робототехнических центров и внедрения ИКТ-технологий в образование на всех его уровнях, практически нет методик, которые, опираясь на игровую и другие виды детской деятельности, обеспечивали бы развитие у детей инженерных и естественно-научных компетенций, начиная с младшего дошкольного возраста. Основной недостаток: у детей, которые начинают заниматься  робототехникой, не сформированы в достаточной степени представления о базовых математических понятиях, о мире; познавательная деятельность в дошкольном возрасте не опиралась на системно организованный опыт экспериментирования в исследовательской деятельности. Робототехника даётся как продолжение и развитие только конструирования и экспериментирования с электронными устройствами.

Картина мира формируется без опоры на опыт ребёнка в естественной природной среде и не получается целостной. В программе «STEM-образование детей дошкольного и младшего школьного возраста» окружающий мир изучается ребёнком через игру и экспериментирование с объектами живой и неживой природы. Методические материалы дают связь между живыми существами и роботами, мотивируя ребёнка двигаться от игры и детского эксперимента через конструирование и увлекательное техническое и художественное творчество к проектированию и созданию роботов – моделей, напоминающих объекты живого мира. Основы программирования и использования датчиков подводят ребёнка к желанию наделить эти создания зрением, слухом и логикой. Это очень увлекательный процесс, который может стать мотивационным стержнем до окончания образования и получения любимой специальности: инженера, программиста, конструктора, учёного.

8. Ознакомление с миром профессий и трудовое воспитание. По разным статистическим данным в ближайшем будущем  ведущих технических специальностей - инженеры-химики, software-разработчики, инженеры нефтяной и газодобывающей промышленности, аналитики компьютерных систем, инженеры-механики, инженеры-строители, робототехники, инженеры ядерной медицины, архитекторы подводных сооружений и аэрокосмические инженеры, специалисты по генной инженерии, большим данным, искусственному интеллекту, сити-фермерству, нейротехнологиям - будут преимущественно ориентированы на STEM-знания.

 9. Подготовка детей к технологическим инновациям. Обучение по STEM-программам готовит детей к технологически развитому миру. За последние 60 лет технологии совершили значительный прыжок в развитии: с момента открытия интернета (1960 г.) и появления GPS технологий (1978 г.) до ДНК-сканирования и повсеместного использования планшетов и смартфонов. Без технологий представить наш мир на сегодняшний день невозможно. Это также говорит о том, что технологическое развитие будет продолжаться, и STEM-навыки являются основой этого развития.

10. Возможность включения STEM-технологий в вариативную часть основной образовательной программы для дошкольников, особенно в части, разрабатываемой участниками образовательных отношений.

Формирование базовых компетенций у детей дошкольного возраста через STEM-образование.

Образование является открытой социальной системой, представляющей собой совокупность образовательных программ и государственных образовательных стандартов различного уровня и направления. В современной концепции образования наибольший акцент уделяется активным формам учебно-педагогического процесса – это взаимодействие, сотрудничество педагога с обучающимися, а также самих обучающихся друг с другом.

Современные дидактические концепции:

1) личностный подход – предполагает в качестве ведущего ориентира основного содержания и главного критерия успешности обучения не только знания, умения и навыки, функциональную подготовленность к выполнению определенных видов деятельности, но и формирование личностных качеств: направленности, общественной активности, творческих способностей и умений, воли, эмоциональной сферы, черт характера;

2) деятельностный подход – предусматривает направленность всех педагогических мер на организацию интенсивной, постоянно усложняющейся деятельности;

3) социальная направленность и коллективистский подход – означают нацеленность педагогического процесса на формирование общественно ценных отношений;

4) целостный подход к организации учебно-воспитательного процесса;

5) оптимизационный подход – предполагает достижение максимально возможных для конкретных условий результатов на базе экономных затрат времени и сил воспитанников и педагогов;

6) технологический подход – позволяет отрабатывать схемы и алгоритмы образовательной  деятельности, гарантирующие получение планируемых результатов;

7) творческий, инновационный подход – проявляется в необходимости постоянном поиске наиболее эффективных методов и форм деятельности.

В качестве основного результата дошкольного образования особую ценность приобретают показатели личностного развития, важнейшими из которых являются самостоятельность, любознательность, произвольность, креативность, степень нравственного развития. Одной из основных задач современного педагога становится личностное развитие ребёнка и позитивная социализация дошкольника в окружающем мире.

В настоящее время идёт интенсивное развитие дошкольного образования в разных направлениях: повышение интереса к личности ребёнка дошкольного возраста, его уникальности, развитию у него потенциальных возможностей и способностей.  Определена значимость социальных ценностей в контексте воспитания и образования дошкольников.  Процесс воспитания на дошкольном уровне образования современными педагогами рассматривается как процесс прежде всего содействия духовному и ценностному развитию личности ребёнка.

Основным механизмом деятельности развивающегося дошкольного учреждения является поиск и освоение инноваций, способствующих качественным изменениям в работе дошкольного учреждения. Развитие умений получать, перерабатывать, практически использовать полученную информацию и лежит в основе программы STEM-образования.

Формирование у детей современных компетенций – одно из наиболее важных направлений образования как в России, так и в целом во всем мире. По прогнозам учёных, порядка 65% современных детей вырастут, овладев профессиями, которых в настоящее время не существует. И будущим специалистам потребуются знания, интегрированные из самых различных областей науки, технического творчества и инженерии.

Дошкольный период, как указывают известные психологи и педагоги (М.Б. Калашникова, А.Н. Леонтьев, М.В. Крулехт, И.А. Рыбалова и др.), является наиболее благодатным для формирования у детей начал ключевых компетентностей.

Таким образом, поиск эффективных средств формирования современных компетенций у детей дошкольного возраста представляет актуальную проблему, требующую теоретического и практического решения.

Отметим, что под термином «компетенция» понимают:

– совокупность определённых знаний, умений и навыков, в которых человек должен быть осведомлён и имеет практический опыт работы;

– владение, обладание обучающимся соответствующей компетенцией, уже состоявшееся качество личности (совокупность качеств) человека и минимальный опыт деятельности в заданной сфере.

Для методики дошкольного образования значимым является понятие «ключевые компетенции» – необходимость их формирования определена ФГОС дошкольного образования, а уровень их сформированности определяет уровень подготовленности ребёнка к обучению в школе. Отличительной особенностью формирования и реализации этих компетенций в дошкольном возрасте является целостность процесса теоретического освоения знаний и их применения. Ключевые компетенции формируются в ходе всего воспитательно-образовательного процесса, в разных видах активной детской деятельности: игровой, исследовательской, коммуникативной, учебно-познавательной, трудовой и другие.

Современные компетенции — это компетенции, связанные с цифровой грамотностью и развитием технического мышления, технического творчества, например такие как:

- работа со знаниями и информацией;

- системное мышление (умение определять сложные системы и работать с ними);

- работа в режиме высокой неопределенности и многозадачности (умение быстро принимать решения, реагировать на изменение условий работы, умение распределять ресурсы и управлять своим временем);

- программирование / робототехника / искусственный интеллект;

- бережливое производство;

- экологическое мышление;

- работа с людьми;

- управление проектами.

На дошкольном уровне выделяют следующие ключевые компетенции: информационная, технологическая, социально-коммуникативная.

1. Информационная компетентность представляет собой готовность ребёнка принимать окружающую действительность как источник информации, способность распознавать, обрабатывать и использовать критически осмысленную информацию для планирования и осуществления своей деятельности. Она включает в себя:

1) Умение ориентироваться в некоторых источниках информации (книги, предметы искусства, игрушки, рассказ сверстника, рассказ взрослого, телевидение, видеофильмы и т.д.).

2) Умение делать выводы из полученной информации.

3) Умение понимать необходимость той или иной информации для своей деятельности.

4) Умение задавать вопросы на интересующую тему.

5) Умение получать информацию, используя некоторые источник

6) Умение оценивать социальные привычки, связанные со здоровьем, потреблением и окружающей средой.

2. Технологическая компетентность определяется как готовность ребёнка к пониманию инструкции, алгоритма деятельности, к чёткому соблюдению технологии деятельности. Она включает в себя:

1) Умение ориентироваться в новой, нестандартной для ребёнка ситуации.

2) Умение планировать этапы своей деятельности.

3) Умение понимать и выполнять алгоритм действий.

4) Умение устанавливать причинно-следственные связи.

5) Умение выбирать способы действий из усвоенных ранее способов.

6) Умение использовать способы преобразования (изменение формы, величины, функции по воссозданию, аналогии и т.д.).

7) Умение понимать и принимать задание и предложение взрослого.

8) Умение принимать решение и применять знания в тех или иных жизненных ситуациях.

9) Умение организовать рабочее место.

10) Умение доводить начатое дело до конца и добиваться результатов.

3. Социально-коммуникативная компетентность – это определенный уровень его адаптации к социальным предписаниям, которые предъявляет ему общество. Ребёнок должен научиться общаться: представляться, знакомиться, договариваться вместе играть. Если нужно, просить о помощи взрослых или сверстников, предлагать оказать её самому. Объяснять, что именно ему нужно и зачем. Развивая коммуникативные навыки, ребёнок учится принимать разные точки зрения и аргументировать свою.

4. Системное мышление – в дошкольном возрасте это умение соотносить часть и целое, искать сходства и отличия, уметь обобщать и понимать простые причинно-следственные связи.

5. Работа в режиме высокой неопределенности и многозадачности - ребёнок, делая «сто дел» одновременно, не концентрирует как следует внимание, необходимое для плодотворной деятельности. Поэтому вряд ли он сможет тщательно и верно выполнить необходимое задание. Вот здесь задача педагога научить концентрировать внимание, отделять более важное, но при этом не забывать об остальных делах и деталях.

6. Экологическое мышление. Одна из важнейших задач современного дошкольного образовательного учреждения - повышение экологической грамотности дошкольников, вооружение их навыками экономного, бережного использования природных ресурсов, формирование активной гуманной позиции по отношению к природе, т.е. воспитание экологической культуры у детей старшего дошкольного возраста. Дошкольный возраст является начальным  периодом для начала формирования и развития экологической компетентности. В настоящий момент отсутствует единое мнение относительно цели и результата экологического образования детей, адекватного возрасту и соотносимого с экологической компетентностью как личностной характеристикой и показателем качества образования.

Для решения задач по формированию у детей современных компетенций, педагоги всё чаще прибегают к идеям и технологиям STEМ-образования, в основу которого положены междисциплинарный подход, инженерно-научное творчество и геймифицированные технологии.

Таким образом, STEM-образование – это актуальное и одно из наиболее перспективных, востребованных направлений образования. Через практические занятия оно показывает детям применение научно-технических знаний в реальной жизни и подготавливает детей к технически развитому современному миру, учит быстро ориентироваться в огромном потоке информации, эффективно реализовывать полученные знания в жизни, успешно начать строить диалог о цифровом мире с «цифровым поколением».