Ключевые положения
Наряду с универсальными компетенциями, на современном этапе развития образования стоит задача формирования новой грамотности школьников. Много лет, реализуя программы углубленного изучения физики и математики, мы видим, что при изучении отдельно физики, математики, биологии, химии, информатики, технологии у ребенка не формируется целостная картина мира, так как одно и то же явление, изучаемое на разных предметах, ребенок изучает как разные. Международные исследования качества образования (PISA, TIMSS и др.) выявляют проблемы с естественнонаучной грамотностью, под которой понимают способность применять полученные знания в реальных жизненных ситуациях.
Это явилось ключевым моментом появления в лицее инновационной образовательной программы «Инвестиции в будущее», реализованной в 2018-2021 гг. Программа предполагает модернизацию естественнонаучного образования в лицее на основе STEM-технологии обучения, осуществляет связь естественнонаучных предметов с математикой, технологией и инженерией. Суть подхода заключается в том, что практика так же важна, как и теория. От изучения отдельных предметов переходим к комплексному изучению явлений, от получения абстрактных знаний к решению реальных жизненных проблем. STEM-подход позволяет создавать условия для воспитания инженерных кадров будущего.
Анализ зарубежного и отечественного опыта использования STEM-технологий для интеграции различных научных областей и учебных предметов показал достаточную распространённость и востребованность этого метода обучения. Однако в настоящее время не существует общепринятых методик реализации такого похода на уровне школы. Поэтому актуальным становится обновление содержания общего образования и принципов его организации в направлении внедрения STEM-подхода.
В ходе реализации инновационной образовательной программы был создан и апробирован учебно-методический комплекс «STEM-школа».
Основная идея УМК «STEM-школа»
заключалась в объединении естественнонаучных и инженерно-математических предметов с целью обеспечения непрерывности и нового качества школьного естественнонаучного и математического образования.
Стратегическая цель:
повышение естественнонаучной грамотности школьников.
Структура УМК «STEM-школа»
Методические рекомендации
по внедрению STEM-подхода в учебный процесс знакомят с основами технологии, освещают вопросы интеграции STEM в школьный образовательный процесс. Предлагаются виртуальные решения для STEM-обучения. Описан конструктор виртуального STEM-урока.
Сборник рабочих программ
включает в себя 3 программы внеурочной деятельности «STEM-школа» на 3 уровня обучения, модернизированные программы образовательной области «Технология» и вновь открытые программы отделения дополнительного образования, поддерживающие STEM-направление: «Основы программирования», «Умные цифровые лаборатории», «Робототехника и конструирование», «Основы инженерного 3D-моделирования и прототипирования», «Основы конструирования и программирования цифровой электроники на базе Arduino».
Циклограмма «STEM-школы»
Таким образом, компоненты STEM интегрируются в образовательное пространство лицея в урочную и внеурочную деятельность, дополнительное образование. И служат не только целям естественнонаучного образования, но и вносят свой вклад в развитие проектно-исследовательской деятельности школьников, кружкового движения НТИ, Worldskills, проектов образовательного центра «Сириус» («Уроки настоящего», «Билет в будущее», «Большие вызовы» и др.), взаимодействие с Университетом НТИ 2035, направленные на подготовку кадров будущего.
Матрица STEM в образовательном пространстве лицея
Конструктор виртуального STEM-урока «От теории к практике»
реализует авторский подход к STEM-проектированию урока. Это безопасная он-лайн среда, позволяющая:
— моделировать очные или дистанционные STEM-уроки с использованием виртуальных инструментов и мультимедийного учебного контента;
— организовывать совместную сетевую учебную среду как для педагогов, так и для учеников и родителей;
— реализовывать авторские виртуальные сценарии обучения (так называемые пространства обучения по запросу).
Конструктор создан в сервисе «Google Sites» и доступен по ссылке https://sites.google.com/site/stemskola/ . Ресурс предназначен для работы на компьютере. Полный функционал доступен при входе в google-аккаунт.
Комплект конспектов STEM-уроков включает в себя 36 занятий, по шести разделам программы: «Человек», «Земля», «Вода», «Воздух», «Энергия», «Космос».
Разработки интересны тем, что основаны на авторском подходе к построению STEM-урока. В основе лежит проблемный метод обучения, направленный на формирование проектно-исследовательских компетенций и инженерных знаний.
Сначала перед учащимися ставится реальная жизненная проблема, которую предлагается решить. Цель – это мотивация потребности к интегрированному поиску информации. Затем изучение поставленной проблемы сразу с нескольких ракурсов, с позиций разных наук, технологий, а иногда и искусства. Обязательным является освоение школьниками практики и методов исследования. И как итог – освоение инженерного дела. В ходе проектно-технологической деятельности школьник учится находить решение конкретных проблем, создавать прототипы технических устройств. В результате у учащихся формируются прикладные умения, необходимые для жизни в высокотехнологичном мире.
Перечень уроков представлен в таблице 1.
Табл. 1. Перечень занятий УМК «STEM-школа»
| Название занятия |
Краткое описание |
| 3-4 класс
Ссылка на размещение уроков https://licey344spb.ru/innovacionno-obrazovatelnaya-programma_stem/uchebno-metodicheskij-kompleks/stem-uroki-3-4-klass/ |
| Почему рыбы плавают? |
На занятии ученики узнают, как плавают рыбы. Познакомятся с секретом быстрой езды и простейшими механическими передачами. Сконструируют плавающую рыбку. |
| В описках утраченных сокровищ |
На занятии ученики узнают о значимости кислорода для живых организмов на Земле. Ребята проведут опыты с воздухом, познакомятся с подводными аппаратами. Изготовят простейший акваланг |
| Внимание, электричество! |
На занятии ученики узнают, что такое электричество, откуда оно берется. Познакомятся с его значением. Изучат правила техники безопасности. Создадут свою электрическую цепь. |
| Покорители космоса |
На занятии ученики узнают, как человек осваивает космос. Познакомятся с космическими устройствами. Применят свои знания в конструировании летательного аппарата из пробирки и воздушного шарика. |
| Как летают птицы? |
На занятии ученики узнают об особенностях строения птиц. Познакомятся с секретами полёта. Применят свои знания в конструировании планера. |
| Огород на подоконнике |
На занятии ученики узнают, как вырастить из семян растение. Зачем для этого нужны свет и вода? Познакомятся со свойствами плодородия и видами почв. Вырастят свой огород на подоконнике. |
| Ветер, ветер, ты могуч! |
На занятии ученики узнают, какие виды ветра бывают. Каково значение ветра? Применят свои знания в создании вертушки из картона. |
| Где живет энергия? |
Что такое энергия? Почему энергия – это жизнь? Ребята познакомятся с различными видами энергии. Узнают где прячется энергия. Сделают необычный моторчик из батарейки с танцующими фигурками. |
| Смена дня и ночи |
На занятии дети разберутся, почему происходит смена дня и ночи. Изучат модель Солнечной системы и сделают макет часов. |
| Кругом вода |
На занятии ученики узнают о значении воды и ее свойствах. Рассчитают объем капли воды. Создадут макет круговорота воды в природе. |
| Автополив |
На занятии ученики узнают о значении воды для растений. Создадут свою систему автополива. Применят свои знания в сити-фермерстве. |
| Земля-кормилица |
На занятии ученики узнают, из чего состоит почва. Что такое плодородие? Применят свои знания в создании макета «Состав почвы». |
| 5-6 класс
Ссылка на размещение уроков https://licey344spb.ru/innovacionno-obrazovatelnaya-programma_stem/uchebno-metodicheskij-kompleks/stem-uroki-5-6-klass/ |
| Это совсем не про это |
На занятии ученики узнают, чем отличаются биологические и небиологические отходы. Зачем нужно сортировать мусор? Познакомятся с секретом экосистемы и создадут свою разработку. |
| Велосипедная наука |
На занятии ученики узнают, как взаимодействуют человек и велосипед. Зачем нужны педали? Познакомятся с секретом быстрой езды и простейшими механическими передачами. Соберут устройства, в составе которых есть цепная передача. |
| Не пей, козленочком станешь! |
На занятии ученики узнают, чем отличается минеральная, сладкая газированная, соленая и пресная вода. Какая вода полезная и может утолить жажду? Соберут установку для опреснения воды из подручных средств. |
| Живое электричество |
На занятии ученики узнают, что такое электризация, какие бывают электрические явления, кто из животных вырабатывает электричество. Соберут источник тока из лимона и других овощей и фруктов. |
| Не верь глазам своим… |
На занятии ученики узнают, что такое оптические иллюзии — оптический обман мозга. Почему так происходит? Создадут оптическую иллюзию. |
| Тайный агент |
На занятии ученики узнают, что такое вода, как вещество, понятие симметрии загадочной снежинки. Познакомятся с секретом строения молекулы воды и изготовят макеты разных молекул. |
| Планеты Солнечной системы |
На занятие ученики узнают и сравнят основные данные о планетах Солнечной системы, создадут её макет, совершат виртуальный полет к планетам солнечной системы и сделают ее модель. |
| Есть ли жизнь на Марсе? |
На занятии ученики узнают об атмосфере, о составе атмосфер Марса, Венеры, Земли. Выяснят, как связан состав атмосферы с возможностью существования жизни на планете. |
| Выше радуги |
На занятии ученики узнают, что такое цвет и свет, как образуется радуга. Узнают секрет огненной радуги. Выяснят физико–химические свойства красителей и их применение. Изготовят вертушки Ньютона |
| Тик-так |
На занятии ученики узнают о существовании различных видов часов. Создадут цветочные часы, солнечные часы, а применяя знания по физике – макет механических часов. |
| Энергия воды |
На занятии ученики узнают, как человек научился использовать энергию воды, познакомятся с устройством паровой машины. Применят свои знания в конструировании домашнего фонтана. |
| Сила магнетизма |
На занятии ученики узнают, сильно ли изменится жизнь человека без магнитов. Зачем нужны магниты? Познакомятся с различными сферами применения магнитов и магнетизма. Создадут компас из подручных материалов |
| 7-8 класс
Ссылка на размещение уроков https://licey344spb.ru/innovacionno-obrazovatelnaya-programma_stem/uchebno-metodicheskij-kompleks/stem-uroki-7-8-klass/ |
| Невидимые миры |
На занятии учащиеся узнают о многообразии микроорганизмов, населяющих нашу планету и их роли для человека и природы. Попробуют себя в роли биолога-лаборанта. Соберут микроскоп своими руками. |
| Углекислый газ и мы |
На занятии учащиеся узнают, как можно получить углекислый газ в лабораторных и домашних условиях. Познакомятся с его физическими свойствами. Изготовят простейший огнетушитель. |
| Эта удивительная вода |
На занятии учащиеся узнают о важности для человека самого распространенного вещества на нашей планете. Познакомятся с некоторыми физическими свойствами воды. Изготовят макет водяной мельницы. |
| Терра инкогнита |
На занятии учащиеся узнают, что такое почва. Попробуют себя в роли лаборанта, исследующего состав почвы и ее обитателей, а также возможности использования почвы в качества фильтра для воды. |
| Покорители воздуха |
На занятии учащиеся узнают, как покорял человек воздушное пространство. Попробуют себя в роли создателя небольшого летающего устройства, исследуют его летные качества. |
| Самое большое богатство |
На занятии учащиеся узнают, как можно получить чистую воду в природных условиях из подручных средств. Познакомятся с методами изготовления фильтров для очистки воды и определят их эффективность. |
| Я вижу! |
На занятии ученики узнают, что такое свет, строение глаза, заболевания связанные с глазами. Применят свои знания в LEGO-конструировании различных машин и устройств. |
| Я – робот! |
На занятии ученики узнают, можно ли представить строение человека как механизм. Какие механизмы похожи на внутренние органы. Применят свои знания в LEGO-конструировании. |
| Я слышу! |
На занятии ученики узнают, что такое звуковая волна и неньютоновская жидкость. Применят свои знания в LEGO-конструировании различных машин и устройств. |
| Разная или одинаковая? |
На занятии ученики узнают о законе сохранения энергии, какие виды энергии бывают, и как один вид энергии переходит в другой; сконструируют электродвигатель. |
| Есть, чтобы жить |
На занятии учащиеся узнают, как связаны между собой солнечная энергия, пища и жизнедеятельность человека. Попробуют себя в роли врача и лаборанта. |
| Вперед, на орбиту! |
На занятии ученики поучаствую в игре по проектированию искусственного спутника Земли, смогут почувствовать себя инженерами, презентуют свой спутник. |
Метапредметная STEM-олимпиада
представляет собой итоговое занятие в конце учебного года по каждой программе. Она состоит из теоретических и практических заданий на естественнонаучную грамотность.
Инновационный продукт опубликован на сайте
лицея по адресу: https://licey344spb.ru/innovacionno-obrazovatelnaya-programma_stem/uchebno-metodicheskij-kompleks/
Глоссарий
STEM-технология обучения — образовательная технология, сочетающая в себе несколько предметных областей (Science, Technology, Engineering and Mathematics) — науку, технологии, инженерию и математику, как инструмент развития критического мышления, исследовательских компетенций и навыков работы в группе.
Учебно-методический комплекс (УМК) — стандартное название для совокупности учебно-методической документации, средств обучения и контроля, разрабатываемых для учебного предмета, курса, объединения.
Разработки интересны тем, что основаны на авторском подходе к построению STEM-урока. В основе лежит проблемный метод обучения, направленный на формирование проектно-исследовательских компетенций и инженерных знаний.