Стрімкий розвиток ІТ-галузі, робототехніки, нанотехнологій виявляє потребу в досвідчених фахівцях-інженерах, програмістах, ІТ-спеціалістах, працівниках високотехнологічних виробництв, фахівців біо- та нанотехнологій тощо.

Виникла гостра потреба в якісному навчанні сьогоднішніх учнів природничо-математичним та інженерним дисциплінам: математиці, фізиці, хімії, програмуванню, інженерії; формуванню в учнів компетентностей дослідно-експериментальної, конструкторської, винахідницької діяльності.

Одним з напрямків інноваційного розвитку природничо-математичної освіти є система навчання STEM, завдяки якій діти розвивають логічне мислення, наукову та технічну грамотність, вчаться вирішувати поставлені задачі, стають дослідниками, винахідниками. 

Проблема STEM-освіти активно досліджується в науково-педагогічному просторі України. Науковці дають загальну теоретичну характеристику, акцентують увагу на окремих аспектах впровадження, розкривають суть  окремих  аспектів STEM-освіти, її проблеми та перспективи. В той же час засади розвитку STEM- компетентностей вчителів природничо-математичних дисциплін детально  ще не розроблені і потребують стати предметом спеціальних досліджень та наукового усвідомлення.

Метою даної статті є висвітлення наших поглядів на розвиток STEM- компетентностей вчителів природничо-математичних дисциплін та бажання поділитися певним досвідом практичного впровадження STEM- освіти в практику роботи. Впровадження STEM-освіти в освітній процес змінює усталену форму навчання.  За STEM-методикою, в центрі навчання знаходиться  практичне завдання, проблема, мета  створення моделі чи механізму тощо; вчитель є організуюче начало діяльності учнів щодо вирішення зазначених завдань. Тобто, в діяльності учнів початком діяльності є мрія (придумування) та конструювання реальної ситуації, механізмів, пристроїв, а вже потім, у процесі своєї практичної діяльності – опанування теоретичних знань, вміння їх практичного застосування.

Безумовно,  STEM- навчання передбачає  зміну функцій і ролей вчителя. Функції вчителя: навчити учнів комплексному дослідженню завдання, проблеми; вміти використати трансдисциплінарні та міжпредметні  підходи; вміти робити системний аналіз. Вчитель виступає менеджером освітнього та виховного процесів.

Іншими словами, STEM-компетентність вчителя – результат нового стилю мислення, конструювання та впровадження зразків, еталонів нової освітньої практики в діяльність  вчителя.     

Особливою формою наскрізного STEM-навчання є інтегровані, бінарні уроки, які спрямовані на використання міжпредметних зв’язків. Цілеспрямовані змістовні інтегровані, бінарні уроки встановлюють міцні зв’язки між навчальними дисциплінами, вносять новизну в традиційну систему навчання, допомагають учням зрозуміти важливість вивчення основ наук як єдиної системи знань. Нами  накопичено певний досвід щодо їх проведення;  маємо друковані роботи  з розробками таких уроків в науково-методичному  журналі  «Фізика  в  школах  України» (видавництво «Основа»,  м.Харків).

Авторами даної статті в співпраці з вчителями школи тільки у 2019-2020 н.р. проведені бінарні уроки «Передача і використання електроенергії»(фізика,інформатика), «Енергія Сонця та коливання клімату Землі»(фізика,астрономія,географія), «Сонячна активність та біологічні ритми в природі»(фізика,астрономія,біологія), «Використання показникової та лагарифмічної функції у фізиці»(фізика,математика). На зазначених уроках випускники школи показали вміння узагальнювати та систематизувати навчальний матеріал з різних навчальних дисциплін, розвивали культуру дослідницької діяльності, уміння працювати в групах, удосконалювали вміння працювати з комп’ютером, будуючи діаграми, графіки, користуючись таблицями Excel, показали вміння застосовувати набуті знання для розв’язання прикладних задач.

Враховуючи  проблемно-орієнтований підхід  STEM- освіти,   вчитель фізики повинен вміти якісно представити основний теоретичний матеріал, так щоб учні запам’ятали ключові фізичні факти, закономірності, формули, алгоритми розв’язування задач хоча і  без розуміння цілісної картини фізичних процесів та їхніх причин. Тому одна з компонент інформаційно-комунікативної компетентності вчителя фізики є сформовані вміння використовувати засоби для створення презентацій, використовувати   відео контент, який є у вільному доступі в мережі Інтернет, спеціалізовані віртуальні курси з фізики, тощо.

Формування предметних компетенцій учнів з фізики передбачає діагностику їхньої сформованості, тобто вчитель повинен вміти проводити моніторинг, тестування, прогнозування тощо, щоб швидко оцінити наявні «пробіли» у розумінні учнями представленого теоретичного матеріалу. Вчитель фізики повинен вміти використовувати для цього наявні засоби Goggle Forms, MasterTest, які дозволяють створити  швидко короткі тести для оцінювання засвоєння учнями навчального матеріалу.

Одна з найважливіших ділянок в системі навчання фізики в школі є розв’язування задач. Виходячи з вимог компетентнісного підходу,  намагаємося підібрати розрахункові та якісні задачі, які наближені до реальних умов життя людини, потребують від учня аналізу сутності фізичного явища. Для формування експериментальних навичок задаємо учням домашні експерименти та спостереження.

Один з ефективних способів формування і розвитку розумово-пізнавальних, творчих якостей учнівської молоді, прищеплення навичок самостійної роботи є науково-дослідна діяльність учнів-членів МАН. За  останні  два роки  учні-старшокласники   школи виконали та успішно захистили науково-дослідні роботи: «Дослідження термоелектричних явищ та їх практичне використання», «Модель іонного двигуна», «Поверхнево-активні  речовини  та  їх  використання», «Особливості  магнітної  левітації  та  її  застосування».

До фахових STEM-компетентностей вчителя слід  віднести: оволодіння засобами ІКТ та вміннями проводити комп’ютерні експерименти; здатність організовувати та проектувати сучасне освітнє середовище для навчання, виховання і розвитку учнів на уроках та в позаурочний час.

До основних складових STEM-освіти (навчання природничо-математичних дисциплінам, технологій, інформатики) важливо залучати також і сучасні галузі, що нині швидко розвиваються. Одним з таких напрямків є робототехніка. Створення кабінету робототехніки в нашій школі зумовило нас вирішувати низку завдань:

-оволодіти теоретичним та практичним засадам робототехніки;
-розробити схему та напрямки впровадження робототехніки в навчальні предмети та позаурочну діяльність учнів;
-визначитись з методикою проведення занять з робототехніки та навчитись ефективно використовувати наявні засоби та обладнання кабінету робототехніки;
-організувати підготовку та участь учнів, що займаються робототехнікою, в різноманітних конкурсах, змаганнях, фестивалях, турнірах.

Заняття з робототехніки організовані на основі методики «4С», яка будується на чотирьох освітніх складових: установлення взаємозв’язків (connect);конструювання(construct);розвиток(continue);дослідження (contemplate).

Навчання в  школі  робототехніки  NikoBots організоване  за  програмами відповідно  до  вікових  груп  дітей:

-молодша група (7-10 років) – робототехнічна платформа WeDo 2.0 та Stratch програмування;
-середня група (11-12 років) – LEGO Mindstorms EV3 Education; пограмування Python;
-старша група (13-17 років) – робототехніка на платформі Arduino; створення ігор на Python, Web-дизайн.

Робототехнічна платформа WeDo 2.0 містить матеріали для реалізації 17 проектів з фізики, біології, географії, дослідження космосу та інженерного проектування. Заняття  проводяться в ігровій формі.

LEGO Mindstorms вважається рівнем наступної складності, такий собі баланс конструювання – програмування. Даний курс сприяє більш поглибленому вивченню математики та включає в себе знайомство із фізикою, відкриває світ 3D моделювання, формує просторове мислення , сприяє розвитку гнучкості розуму.

Робота з платформою Arduino дозволяє дітям реалізувати інженерні, конструкторські, творчі ідеї та розкрити свій потенціал. Програмування на Arduino – класичне програмування у середовищі Arduino IDE на мові C++. Базовий апаратний модуль, програми для написання коду для контролера, з’єднання з різноманітними сенсорами, світлодіодами, приводами й іншими пристроями дозволяють створювати і роботів, і пристрої автоматики, і різні прилади. Вихованці старшої групи створили такі творчі проекти: «Сучасна метеостанція як елемент «розумної оселі»», «Робомашина  LineTracker», «Маніпулятор механічна рука», «Машина-робот з керуванням зі смартфону». Все це сприяє поглибленому вивченню фізики, схемотехніки, мов програмування, розвиває логічне мислення та навички технологічних процесів моделювання, зборки та паяння.

Гурткова робота школи робототехніки NikoBots - це чудова можливість для учнівської молоді поринути у світ сучасних інформаційних технологій, просто і доступно вивчати складні речі; учителям створювати нестандартні та захопливі заняття, формувати командну взаємодію, творче і креативне мислення лідерів технологій майбутнього.

Значні потенційні можливості в розвитку STEM-компетентностей вчителів природничо-математичних дисциплін можна представити у вигляді вектора, за яким рухається учитель: знаннєва компонента - особистісно орієнтоване навчання – діяльнісна компонента – синергетична компонента. На нашу думку основними шляхами підвищення професійної майстерності вчителя в контексті STEM- освіти є оволодіння:1)інтегративним підходом, який спрямований на встановлення міжпредметних зв’язків; 2)оволодіння вміннями , навичками змінити функції своєї діяльності від інформаційної (вчитель «ретранслятор  знань») до організаційної площини (вчитель – організатор освітньої діяльності учнів); 3)оволодіння навичками організації проектної, науково-дослідницької роботи, творчої роботи учнів, яка спрямована на отримання самостійних результатів під керівництвом  вчителя; 4)інформаційно-цифровою грамотністю.

Література

1. Лист ДНУ «Інститут модернізації змісту освіти» №22. 1/10-2876 від 22.08.2019р. «Методичні рекомендації щодо розвитку STEM- освіти у закладах загальної та позашкільної освіти у 2019-2020 навчальному році».
2. Мартинюк О.О. STEM- технології як засіб формування інформаційно-цифрової компетентності вчителів та учнів./О.О.Мартинюк (УДК:373_.016-53, с.18-22).
3. Морзе Н.В. Освітня робототехніка як перспективний напрямок розвитку STEM- освіти./ Н.В.Морзе, О.В.Стружинська, М.А.Умрик (ISSN:2414-0325) Open educational enviroment of modern University-№5(2018), с. 178-184.
4. Скрипник В.І. Освітня робототехніка як напрям сучасної STEM- освіти/ В.І.Скрипник, О.О.Скрипник/ Управління школою – 2019 – №13-15(601-603); С.2-10.
5. Шевченко І.А. Методологічні засади розвитку STEM- компетентності вчителів природничих наук: Наукові записки. - Випуск 177,частина II: Педагогічні науки (І.А.Шевченко – 2019. – С.153-156).