Что такое STEM-образование
STEM – образовательная модель, адаптированная к реалиям современного рынка труда. По ней учащиеся получают комплексные знания по дисциплинам естественно-научного, инженерно-технического направления и математике. STEM-подход помогает освоить современные технологии и сформировать гибкие навыки. Подобные компетенции открывают множество карьерных возможностей, так как спрос на разносторонне развитых технарей растет во всем мире. Кстати, недавно центр профориентации ПрофГид разработал точный тест на профориентацию, который сам расскажет, какие профессии вам подходят, даст заключение о вашем типе личности и интеллекте.
Что входит в STEM-образование
Аббревиатура STEM расшифровывается Science, Technology, Engineering and Mathematics. STEM-образование направлено на подготовку специалистов с глубокими межпредметными знаниями и навыками в области:
- естественных наук;
- технологий;
- инженерного творчества;
- математики.
В основе методики – комплексный подход к изучению явлений и проблем.
В рамках учебных программ предметы STEM преподаются с точки зрения связей друг с другом. Знания по отдельным дисциплинам переплетаются между собой в единое целое, образуя понятные связи между предметами. Это помогает сформировать более целостные и разносторонние представления о мире и умение использовать знания для решения реальных задач.
В образовательном процессе каждая область STEM вносит свой вклад в целостность преподавания:
- Science (наука) направлена на понимание природных явлений через изучение физики, биологии химии, а также развитие любознательности и продвижение научного метода;
- Technology (технология) подразумевает использование современного оборудования и ПО для решения задач;
- Engineering (инженерия) означает фокус на проектировании и оптимизации процессов, решении технических проблем;
- Mathematics (математика) предоставляет инструменты для точных вычислений и количественного анализа в различных областях, также направлена на развитие аналитического мышления, логики.
STEAM-образование
К четырехкомпонентному содержанию STEM нередко добавляется Art – искусство. Такой подход называется STEAM. Современные технологии используют даже в творческих, художественных профессиях. Музыканты используют компьютерные программы для создания своих произведений. Лингвисты исследуют язык с помощью искусственного интеллекта и больших данных.
Сегодня появилась новая группа профессий – цифровые гуманитарии. Их принимают на работу технологические компании. Они учат машины понимать человека, правильно отвечать, не нарушая этические законы. Это специалисты, которые учат ИИ, как общаться с людьми: AI-тренеры – следят, чтобы нейросеть отвечала на запросы пользователей понятно, точно и по делу; культурологи – вкладывают в ИИ традиции общества.
Новая образовательная модель подходит не только для «технарей». На стыке многих научных областей и знаний появляется множество новых, уникальных профессий.
STEM-навыки: понимание природы и технологий с позиций точных наук; цифровая грамотность; логическое и математическое мышление; креативность; способность к изобретательности – нужны независимо от сферы деятельности и профессии.
Как работает STEM-подход в обучении
Ключевой принцип STEM-модели обучения – интеграция нескольких предметов и практическое применение. Привычная форма преподавания меняется. Формируется смешанная обучающая среда. Фокус смещается на практическое и проблемно-ориентированное обучение. Образовательные приемы создают благоприятные условия для всестороннего развития:
- Вместо заучивания используется решение задач, проектирование, создание моделей, исследование, проведение опытов, экспериментов.
- В центре внимания находится практическое задание или проблема. Учащиеся учатся находить пути решения не в теории, а на практике, методом проб и ошибок.
- Ключевая роль отводится проектной работе в командах. Большая часть занятий происходит в группах. Учащиеся объединяются для решения учебных задач, участвуют в тематических дискуссиях, активно общаются, что способствует развитию навыков коммуникации и сотрудничества.
- Преподавателю, учителю отводится роль наставника, помогающего найти решение.
- Используются технологии для повышения вовлеченности: конструкторы, робототехника, системы визуализации AR/VR (с ними сложные научные концепции превращаются в увлекательное путешествие в мир визуальных исследований, например, электромагнитного поля в физике).
Вместо того чтобы просто запоминать теорию, учащиеся применяют ее на практике – создают, экспериментируют, решают реальные задачи (в классическом обучении сначала усваиваются теоретические знания, а затем они закрепляются через практику).
Задания строятся так, чтобы все 4 дисциплины в них присутствовали и дополняли друг друга. Например, при создании модели моста изучается физика (действие сил и прочность), инженерные принципы (конструкция), технологии (выбор материалов) и математика (расчет пропорций). Это способствует лучшему пониманию материала и осмыслению, как разные дисциплины работают вместе для решения практических задач.
В результате использования STEM-методик:
- знания закрепляются через практику и легче усваиваются;
- повышается интерес к изучаемому материалу – проводя опыты, эксперименты, учащиеся начинают задавать вопросы, вдохновляются к исследованию новых явлений, вещей;
- ученики рассматривают пути решения проблемы с точки зрения разных наук, формируют теорию, выдвигают и реализуют идеи, а также оценивают, достаточно найденного решения или стоит применить другой подход – так совершенствуются креативность, навыки критического мышления и преодоления проблем;
- использование реальных устройств, приложений приучает работать с техникой и повышает цифровую грамотность;
- развитие навыков происходит коллективно.
Чем вызван интерес к STEM-образованию
Появление STEM-подхода в образовательном направлении связано с быстрыми технологическими изменениями и нехваткой специалистов в области науки, технологий и промышленности, способных реагировать на изменения, которые несет с собой прогресс.
Многие компании сегодня стремятся нанимать сотрудников, способных решать проблемы комплексно, подходить к разработке стратегий с точки зрения разных областей знаний. В первую очередь это специалисты технического, научного и инженерного профиля. Потребность в них растет быстрыми темпами. Это связано с развитием возобновляемой энергетики, внедрением ИИ и цифровизацией экономики. Во всем мире эти области становятся драйверами занятости, привлекая миллионы сотрудников [1] [2].
Технические знания и навыки нужны не только инженерам и разработчикам. По данным исследований ВЭФ, технологическая грамотность – базовые навыки программирования, понимание принципов работы компьютера и ИИ – обязательны не зависимо от отрасли трудоустройства.
Так, внедрение технологий искусственного интеллекта, больших данных – путь к лучшим результатам в здравоохранении, сельском хозяйстве и многих других традиционных областях. Важны и мягкие навыки – адаптивность, аналитическое мышление, командная работа. Пробелы в навыках становятся преградой для трансформации бизнеса.
Состояние в мире и России
Стремительное развитие STEM-образования наблюдается по всему миру. Соединенные Штаты, Великобритания, Китай, Сингапур и многие другие страны внедряют STEM-методы обучения на государственном уровне.
Наиболее преуспели в реализации программ практического обучения США. STEM – приоритетная часть американской образовательной системы. Правительство инвестирует сотни миллионов долларов в современное оборудование для научно-учебных лабораторий и переподготовку преподавателей STEM.
Необходимость перестройки системы подготовки специалистов в сфере науки, технологий и промышленности осознают и в России. Наблюдается планомерное внедрение образовательных STEM-технологий:
- во многих регионах РФ оборудуют школьные STEM-лаборатории со средствами визуализации, учебными роботами, 3D-технологиями и площадками для программирования;
- работают школы технического и цифрового творчества – в них знакомят с основами программирования и проводят курсы инжиниринга, робототехники;
- учащихся стимулируют к изучению естественно-научных и инженерных дисциплин через участие в научных и технических олимпиадах, конкурсы по программированию, 3D-моделированию;
- для преподавателей, учителей проводятся бесплатные курсы и тренинги по организации познавательной деятельности по естественно-научным дисциплинам, учат разрабатывать актуальные учебные программы, сценарии уроков на основе STEM-подхода.
Программы STEM-обучения в России охватывают все ступени образования, от дошкольного до высшего:
- STEM для дошкольников – это игры с конструкторами LEGO и занятия по робототехнике, а также создание моделей из пластилина, бумаги, экскурсии по изучению окружающей среды, командные игры. Простые и веселые активности в детском саду развивают любознательность, инженерное мышление и воображение, навыки общения.
- STEM-подход в школьной практике призван помочь учащимся понять связь изучаемых абстрактных понятий с реальностью (например, моделирование моста позволяет понять значение геометрии), а также развить системное мышление у школьников, и кроме того, определить интересы и будущую профессию. Обычно в структуру урока вовлекается лабораторное, роботизированное оборудование. Практические / лабораторные работы превращаются в экспериментальные, поисковые, исследовательские. Школьники выполняют интегрированные проекты, как настоящие инженеры решают реальные проблемы.
- Технические университеты – ключевой центр подготовки специалистов в сфере науки, технологий, инженерии и математики – адаптируют обучение к новым реалиям рынка труда через совместные программы с ведущими технологическими корпорациями. Так, МФТИ в сотрудничестве с компаниями Яндекс, Сбербанк, ABBYY и др., реализует магистерские программы по направлениям искусственный интеллект и машинное обучение, анализ данных, мобильная и веб-разработка и пр. Представители технологической индустрии участвуют в составлении учебной программы. Работая над дипломом, студенты проходят практику в компании, решают реальные технологические задачи. Такое взаимодействие выгодно всем участникам. Студенты повышают шансы найти работу сразу после выпуска, компании решают кадровый вопрос, вузы актуализируют образовательную программу, привлекают дополнительное финансирование.
Преемственность всех уровней STEM-образования обеспечивает наилучший результат.
