STEM Education

STEM подход к обучению

STEM (science, technology, engineering and mathematics) – естественные науки, технология, инженерия и математика. Это широкий термин, используемый для объединения этих академических дисциплин. Также этим термином обычно обозначают подход к обучению с помощью простой и доступной визуализации научных явлений, которая позволяет легко охватить и получить знания на основе практики и глубокого понимания процессов.

Акроним STEM был предложен в 2001 году для обозначения тренда в образовательной и профессиональной сферах учеными Национального научного фонда США (независимое агентство при правительстве США, которое обеспечивает фундаментальные исследования и образование во всех областях науки, кроме медицины).

Дисциплины STEM обычно относятся к естественным наукам (биологии, физике и химии) и точным наукам (математике, логике и статистике). Гуманитарные и социальные науки классифицируются и сгруппированы вместе с искусством под аббревиатурой HASS (Humanities, arts, and social sciences). Однако психология считается входящей в STEM.

STEAM конвергенция

В последние годы широко употребляется и аббревиатура STEAM (science, technology, engineering, arts and mathematics) – наука, технологии, инженерия, искусство и математика, учитывающая творчество в широком смысле.

В России в 2018 г. на программы высшего образования по STEAM-специальностям принято около 45% студентов.

Современные экономические реалии определяют необходимость разработки и внедрения новой научно-образовательной политики на основе стимулирования STEAM-конвергенции, когда наука, технологии и искусство изучаются и практикуются совместно. [1]

STEM как «серебряная пуля» для образования. Почему эта технология решит проблему школьного обучения

Подробнее на «Мел» [ mel.fm ], 09.12.2016

В чем суть технологии STEM?

Если кратко, то в ее основе – инженерный подход к изобретению, скажем, прототипа. Чтобы получить прототип, его необходимо спроектировать. А любое проектирование – это, по сути, описание еще несуществующего объекта, который нужно увидеть, придумать, изобрести.

Первый шаг в проектировании – это постановка задачи. Чтобы конечный результат удовлетворял поставленной цели, необходимо провести тщательное исследование, задействовать все имеющиеся знания, скомбинировать их и получить эффективные решения.

Таким образом, в процессе инженерного исследования, создания или улучшения прототипа, ребенку приходится использовать свои знания по нескольким дисциплинам, что способствует формированию у него естественно-научной картины мира.

Важно, что в данном случае технология STEM удачно дополняет школьное образование по техническим предметам, погружает учеников в понимание самой сути предмета и его применения в практической сфере.

Что такое STEM образование и почему оно так популярно

Подробнее: на dzen.ru, 29 марта 2022

Ценности и принципы STEM:

Междисциплинарность — комбинация дисциплин в единую систему, поиск точек соприкосновения.

Креативность и инновационность. Для решения современных задач теоретических знаний недостаточно — нужно уметь создавать новые методы, генерировать идеи и искать пути их практического воплощения.

Критическое мышление — навыки ничего не принимать на веру, постоянно проверять и анализировать информацию.

Применение знаний на практике. Учебный материал усваивается лучше, если новые знания сразу применять для решения прикладных задач.

Проектная форма работы. На многих STEM специальностях большая часть учебной программы состоит из практики и проектов. Например, на некоторых программах работа над дипломом объединена со стажировкой, во время которой студенты решают реальные кейсы из работы компании-партнера. Студенты получают актуальные знания и опыт, компании — свежие идеи для решения своих задач и потенциальных работников.

STEM и STEAM как инновационные подходы к обучению

Подробнее: журнал lectera.com, 11 апреля 2023 [2]

Эта образовательная модель основана на принципах целостного обучения, идея которого заключается в обучении детей, прежде всего, необходимым им универсальным навыкам для реальной жизни. Ведь все пункты STEM-подхода взаимосвязаны. Например, изучение точных и естественных наук объясняет детям основные законы природы, с которыми мы сталкиваемся ежедневно. Изучение технологии позволяет применить полученные знания на практике, а инженерия и математика развивают логическое и критическое мышление, приучают к экспериментам и грамотному использованию имеющихся ресурсов. Так дети смогут быстрее осознать существующие взаимосвязи между теми или иными вещами, научиться следовать алгоритмам, рационально использовать информацию и быть готовыми к последствиям собственных действий. Поэтому STEM уделяет особое внимание именно связям между различными науками, а не только им самим.

Однако, несмотря на все свои преимущества, STEM-подход имеет один значительный недостаток, а именно отсутствие в образовательной программе творческих дисциплин. Для того чтобы это исправить, и появилась новая версия методологии — STEAM. Проще говоря, теперь аббревиатура включает еще одну букву — А, которая означает arts, то есть гуманитарные науки и искусства.

Изучение atr-дисциплин, по мнению экспертов, делает образовательный процесс более разнообразным и насыщенным. К тому же это позволяет развить коммуникативные навыки и творческие способности учеников.

Ключевые особенности подходов STEM и STEAM

Главными особенностями подходов STEM и STEAM являются следующие принципы:

1. Постоянная практика и эксперименты

В процессе обучения дети сталкиваются, прежде всего, с теоретической информацией. Однако не менее важно, чтобы они убедились в ее достоверности и подтвердили то или иное суждение на практике. Именно поэтому необходимо иметь специально оборудованные классы для экспериментов или лабораторных работ.

2. Решение конкретной прикладной задачи как цель обучения

В ходе учебного процесса перед учениками обязательно ставится определенная задача практического характера. Она может быть индивидуальной или общей. В первом случае ребенок учится рассчитывать исключительно на собственные знания и умения. А во втором случае ученики работают в командах, распределяют обязанности, ставят цели и несут общую ответственность за успех или невыполнение задачи.

3. Актуальность

Ученики должны понимать, что именно они делают и для чего. Их мотивация и результативность значительно возрастут, если дети будут осознавать, что их деятельность принесет реальную пользу. Так, задачей может стать проект по улучшению окружающей среды, которая, как известно, серьезно страдает в последние годы.

4. Соответствие современным трендам

Все пособия и исследования, которые использует педагог в своей деятельности, должны быть современными и отражать положение дел в той или иной области за последние несколько лет.

5. Равное количество информации

Все дисциплины и знания из разных областей знаний должны преподаваться в равной степени. Например, гуманитарные науки следует изучать так же тщательно и часто, как и математические. История искусства, иностранные языки, литература — не менее важные предметы, поэтому не следует пренебрегать ими в пользу технических дисциплин или наоборот.

Таким образом, STEM- и STEAM-подходы стирают границы между устаревшими понятиями в образовании, например, доказывают, что дети могут быть и «технарями», и «гуманитариями» одновременно. Необходимо только в равной степени уделять внимание разнонаправленным навыкам, как это делается в рамках программ STEM и STEAM. Эти методики позволяют приобрести набор универсальных и полезных знаний, которые пригодятся в любой сфере деятельности. Кроме того, дети с самого раннего возраста учатся быть любознательными, развивают аналитическое мышление, привыкают работать не только индивидуально, но и в команде. [2]

В чем суть STEM-образования?

Проект «Я знаю» — это онлайн-журнал об образовании и работе [ www.kp.ru ]

STEM — это аббревиатура, составленная из первых букв английских слов: science (наука), technology (технология), engineering (инжиниринг) и mathematics (математика). Термин «STEM-образование» возник в начале 2000-х годов в США. Это модель, которая объединяет инженерию и естественные науки в единую систему. Специалисты, получившие такое образование, умеют рассматривать проблему в целом, а не в контексте какой-то одной технологии или области науки.

Интегративное образование позволяет готовить ценные кадры, которые могут эффективно работать в современных технологических компаниях. В России потребность в STEM-образовании тоже растет. В 2023 году российскому рынку нужны более 200 000 специалистов в области цифровых технологий, анализа данных и инженерии. В следующем году их количество возрастет до 300 000.

Понять, в чем суть STEM-образования, поможет сводная таблица с основными фактами об этой обучающей модели.

Межпредметный характер обучения	Задача STEM — преодолеть свойственную традиционному образованию оторванность от решения практических задач и выстроить понятные ученикам связи между несколькими дисциплинами.
Креативность и инновационность	Изучения одной теории недостаточно. Важно постоянно искать новые методы, идеи и пути их практического воплощения.
Проектная форма образовательного процесса	Обучающиеся объединяются в группы для совместного решения учебных задач. Работая в команде над проектом, они получают опыт, который максимально приближен к их будущей профессии.
Практическая направленность	Обучение предусматривает стажировки в технологических компаниях. Полученные знания и навыки могут быть использованы для нужд семьи, образовательного учреждения, предприятия, города.
Возможность выбора дисциплин	Ключевые учебные дисциплины подбираются для подготовки специалиста по прикладным научным исследованиями. Это современные технологии, инженерные дисциплины и предметы естественнонаучного цикла — химия, физика и биология.
Критическое мышление	Изученное требует осмысления и подтверждения экспериментом. В этом и есть логика обучения.

Перспективы STEM-образования

Есть ли будущее у новой образовательной парадигмы? Конечно, да. Подготовка STEM-кадров развивается по трем основным направлениям.

Во-первых, это персонализация образования. Уже сейчас ведущие университеты мира активно персонализируют образовательные программы. Для обязательного посещения оставляют всего несколько дисциплин, все остальное студенты выбирают сами. Индивидуальный план обучения позволяет раскрывать потенциал каждого студента и получать подготовку, которая соответствует запросам будущих работодателей.

Во-вторых, развитие STEM-образования происходит с акцентом на проектное мышление и командную работу. Современный бизнес заинтересован в инженерах, которые имеют навыки руководства коллективом и опыт работы в команде. Чтобы соответствовать подобным ожиданиям, STEM-образование внедряет в подготовку «гибкие» навыки.

В-третьих, в последнее время (из-за сложившейся эпидемиологической обстановки) стало понятно, насколько важно развивать смешанные форматы обучения, которые предусматривает STEM-подход. Дистанционный формат позволяет учебным заведениям привлекать квалифицированных преподавателей, которые не могут вести занятия очно, а студентам — более свободно планировать свой график, не зависеть от общежитий и съемного жилья. [ www.kp.ru ]

Что такое STEM образование, и почему компании ценят таких специалистов

Подробнее на РБК [ trends.rbc.ru ], 18 июня 2021

STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) образование — это модель, объединяющая естественные науки и инженерные предметы в единую систему.

В ее основе интегративный подход: биологию, физику, химию и математику преподают не по отдельности, а в связи друг с другом для решения реальных технологических задач. Такой подход учит рассматривать проблемы в целом, а не в разрезе одной области науки или технологии.

Второй краеугольный камень STEM — проектная форма научной работы студентов. Такой формат объединяет дипломный проект со стажировкой в технологической компании. Студенты получают опыт, максимально приближенный к будущей профессии. При этом работают над сложным технологическим проектом в команде, развивая свои «гибкие» навыки.

В России потребность в STEM образовании также растет. На российском рынке труда нужны 222 тыс. работников в области цифровых технологий. К 2024 году их число вырастет до 300 тыс.

Бум на STEM-образование: 5 онлайн-форматов для подготовки востребованных специалистов

Подробнее на vc.ru, 10 февраля 2021

Рынок образовательных продуктов в рамках STEM-образования разнообразен. Одна из российских платформ, учебные материалы которой направлены на раннюю профориентацию школьников в области естественных наук и основ нанотехнологий, — это Стемфорд. На ее примере рассмотрим форматы учебных программ, которые решают задачи современного педагога, работающего в области STEM-онлайн образования, и соответствуют развитию необходимых компетенций у учащихся.

Какие онлайн-форматы эффективны в системе STEM-образования:

Индивидуальные проекты
Онлайн-хакатон
Интерактивная исследовательская лаборатория
Мультимедийные игры
Научно-практические конференции

«Стемфорд» - образовательная платформа для учеников и педагогов

Подробнее stemford.org

Онлайн-проект «Стемфорд» помогает школьникам найти себя в мире высоких технологий. Мы рассказываем, какие бывают нанотехнологии и где их применяют. «Стемфорд» помогает ученикам определиться, чем они хотят заниматься в будущем.

Мы знакомим школьников с новейшими разработками в области высоких технологий. Наше обучение актуально и интересно для подростков. Они учатся онлайн, общаются с ведущими учеными, решают реальные технологические кейсы инновационных компаний и играют в компьютерные игры.

Проект включает образовательные ресурсы разного формата. Это позволяет формировать учебный процесс с учетом школьной программы и возраста учеников.

Вебинары «Ключ в наномиры» – лекции ведущих ученых и представителей компаний наноиндустрии.
Видеоролики «Просто о нано» – короткие видео, в которых мы рассказываем о современных достижениях в сфере нанотехнологий.
Электронные образовательные модули – интерактивные мини-курсы: ученики выполняют миссии и изучают мир высоких технологий.
Сетевые дистанционные проекты, которые сочетают командную работу педагогов и учеников.
Дистанционные эксперименты – онлайн-наблюдение за научным опытом в режиме реального времени.
Образовательная компьютерная игра Allotrop – игра-квест с заданиями из школьной программы по физике, химии, биологии и основам нанотехнологий.
Открытая коллекция образовательных цифровых ресурсов о нанотехнологиях.
Методические материалы для педагогов.
Программы повышения квалификации для педагогов: проект «Стемфорд» в образовательном процессе.

Интервью с руководителем онлайн-платформы "Стемфорд", заслуженным учителем РФ, к. ист. наук Пименовым Александром Юрьевичем. [ еНАНО, 9.07.2021]

СТЕМ и ФГОС

STEM- и STEAM-образование: от дошкольника до выпускника ВУЗа, 1 марта 2021 [ pedsovet.org ]

Стремительно растущий интерес учителей к STEM-методикам объясняется тем, что значительная часть задач, которые установлены образовательными стандартами РФ, может быть реализована с учетом идей, инструментов и методик, накопленных в рамках STEM-подхода. Концепция STEM соответствуют основным требованиям ФГОС, и в этом можно убедиться, приложив принципы STEM к образовательному стандарту основного общего образования.

Фото с сайта pedsovet.org

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. [ pedsovet.org ]

Список литературы и использованных источников

STEM // Материал из Википедии – свободной энциклопедии [https://ru.wikipedia.org/wiki/STEM]
STEM и STEAM как инновационные подходы к вашему обучению, 11 апреля 2023 [Электрон. ресурс] – URL: https://lectera.com/magazine/ru/articles/stem-i-steam-kak-innovacionnye-podhody-k-vashemu-obucheniyu (Дата обращения 25.06.2023)
Специальность STEAM-образование на сайте «Пермского государственного гуманитарно-педагогического университета» [ pspu.ru ]