В данной статье рассматривается влияние на детей от 5 до 16 лет занятий по популярной среди родителей России и СНГ курсов дополнительного образования – образовательная робототехника и STEM-инженерия. Автор делает обзор международного опыта внедрения STEM-подхода, а также приводит результаты некоторых исследований, полученные автором, среди родителей детей, которые занимаются STEM-дисциплинами от 6 до 12 месяцев в России и СНГ.
Введение. Важность получения базового инженерно-технического образования в наше время обусловлено стремительным развитием технологий. 50 лет назад в течении 25 лет (средний период смены поколений, биологическое время) могла существовать лишь одна технологическая парадигма. То есть люди жили в самый активный период своей жизни от 25 до 50 лет примерно в одном и том же мире. 100 лет назад и ранее в одной технологической парадигме могли существовать многие поколения. Люди рождались и умирали в мире, в котором мало что менялось. Профессия, освоенная в молодости, сохранялась за человеком и была востребованной всю его жизнь. Сейчас на жизнь одного поколения приходится несколько технологических парадигм. Те, кто родились в 90-х годах попали на эпоху компьютера и интернета. Это поколение считалось очень продвинутым. Но уже сейчас огромное количество знаний и технологий тех лет потеряли свою актуальность. Сейчас активно внедряются такие технологии как блокчейн, искусственный интеллект, интернет-вещей, 3D печать в медицине и это уже давно не фантастика. Более того, даже данные в этой статье могут оказаться неактуальными через несколько лет после ее издания.
На 2010 год доля производительных сил пятого технологического уклада в наиболее развитых странах составила примерно 60 %, четвёртого – 20%, а шестого – около 5%. По последним расчётам учёных, шестой технологический уклад в этих странах фактически наступит в 2014 – 2018 годах [5]
В такой технологической картине мира нужна новая логика социального поведения, при который человек способен актуализировать свои знания и навыки с огромной скоростью. Это говорит не только о необходимости новых подходов в образовании, в которых много предметов будут изучаться комплексно, чем и является STEM образование. Это также говорит о том, что в постоянно меняющемся технологическом мире нужно быть готовым к освоению любых новых технологий. А для этого даже людям с гуманитарным образованием необходимо обладать базовым инженерно-техническим мышлением.
Учитывая представленные факты, целью исследований, явилось проведение теоретического анализа полученных данных в области STEM, а также оценка результатов изысканий с помощью обратной связи от родителей детей, которые занимаются STEM-дисциплинами.
Материал и методы. Предметом изучения является образовательная программа STEM. Основным инструментом обучения STEM дошкольников и школьников являются курсы по образовательной робототехнике и техническому творчеству в центрах дополнительного образования и муниципальных школах.
В качестве методов получения информации использован комплексный подход, который включает: анкетирование; интервьюирование; анализ российского и зарубежного опыта; анализ литературных и электронных источников.
Результаты исследований и их обсуждение. Прежде чем, приступить к анализу собственных исследований, необходимо представить вниманию читателей историю зарождения STEM и результаты внедрения STEM-подхода в других странах.
Аббревиатура STEM расшифровывается как «Science, Technology, Engineering and Mathematics» - наука, технология, инженерия и математика. Наука, технология, инженерия и математика изучаются на уроках STEM вместе, что позволяет детям вникнуть в логику происходящих явлений в природе, понимать их взаимосвязь и изучать мир системно [15].
Впервые вопросами связи между дисциплинами в образовании озаботились в США, когда американцы столкнулись с серьезной проблемой – при наличии предложений в высокотехнологичных компаниях потенциальные кадры не обладали достаточной квалификацией. Так, в конце 90-х г.г. на государственном уровне зародился STEM-подход к обучению, ориентированный на взращивании научно-технической элиты [13].
Сама же аббревиатура STEM была введена в 2001 году научными руководителями Национального научного фонда США (NSF). Ранее организация использовала аббревиатуру SMET при обращении к областям карьеры в этих дисциплинах или учебной программе, в которой интегрированы знания и навыки из этих областей. С тех пор учебная программа, ориентированная на STEM, была распространена на многие страны за пределами США. Авторские программы STEM разрабатывались также в Австралии, Китае, Франции, Южной Корее, Тайвани и Великобритании [15].
Инженерный колледж при Университете Колорадо (США) разработал на основе STEM проект, позволяющим детям от 6 до 12 лет изучать строение костей через протезирование, тем самым осваивать анатомию. В рамках данного проекта школьники создают протезы, анализируют силу своих устройств, обсуждают преимущества и недостатки, экспериментируют с материалами, которые биомедицинские технологи используют при разработке настоящих протезов [12].
В 2013 году в Финляндии был открыт первый LUMA-центр. Деятельность центров LUMA включает научно-технические клубы, лагеря и курсы для детей от 5 до 18 лет в области STEM. Ежегодно во всей Финляндии проводятся национальные курсы повышения квалификации для учителей, также проходят STEM-конкурсы «Tämä toimii!» среди учащихся 4-6 классов, где конкурсантам нужно создать собственный проект из подручных материалов, а также подготовить промоакцию созданного продукта [16].
Коллектив преподавателей-единомышленников из Испании разработали STEAM Makerspace, где с помощью STEM можно легче понимать необходимость школьной геометрии в реальной жизни. Для этого были использованы такие инструменты, как 3D ручки и принтеры, ЧПУ станки и т.д. [7].
Активное развитие и внедрение STEM-образования идет в Австралии. Правительство Австралии с 2015 по 2017 г.г. разработала специальные документы в области STEM, как «Национальная программа инноваций и науки» и «Национальная стратегия школьного образования STEM», в которых описаются программы и проекты по внедрению и поддержке STEM-образования в Австралии. Согласно учебному плану «Цифровые технологии» в Австралии проводятся бесплатные онлайн-занятия по повышению цифровой грамотности для учащихся 5-8 классов, а Университет Сиднея проводит курсы по повышению квалификации по STEM-образованию для учителей начальных и средних школ по всей Австралии [9,10,14].
В Германии STEM-образование известно под аббревиатурой MINT. Министерство образования Германии продвигает междисциплинарный подход основываясь на то, что многие специальности являются смежными или претерпевают интеграцию: технические инновации базируются на естественно-научных знаниях, в медицине появляются нано технологии, экономика невозможно без информатики, а в строительстве рынок захватывают 3D моделирование. Германия также отличается тем, что большое внимание уделяется привлечению девушек в STEM-профессии с помощью таких проектов, как “Go-Mint”, позволяющая девушкам в течение 6 месяцев изучить MINT-профессии и принять решение о поступление в технический университет. Интересную программу “Plus-MINT” вела частная школа-интернат Лузелунд. Согласно данной программе учащиеся 9-12 классов Германии могут пройти стажировки и семинары в научно-исследовательских институтах. Правительство Германии выделяет специальные гранты, согласно которым немецкие преподаватели могут привлекать зарубежных STEM-экспертов для обмена опытом и разработки учебных программ [11].
STEM появилась на постсоветской территории в 2005-2008 гг. и начала стремительно проникать в жизнь современных родителей, интересующихся дополнительным образованием детей. Согласно рекламным роликам образовательных центров в Российской Федерации, «STEM– это инновационная программа развития инженерных и творческих способностей детей от 5 до 18 лет с помощью технического моделирования и робототехники».
Сегодня в России занятия по STEM-дисциплинам организованы как в государственных и муниципальных общеобразовательных организациях, так и в частных центрах по работе с детьми. В некоторых школах функционируют центры STEM-образования, на базе которого учащиеся имеют возможность заниматься техническим творчеством и осваивать технологии конструирования и 3D-моделирования. Самые творческие учителя изучают русский язык через STEM-подходы и готовят к сдачам ЕГЭ по информатике [1,2,3,6].
Ежегодно в России проводятся всероссийские и международные олимпиады по робототехнике (World Robotic Olympiad), научно-технические конференции для преподавателей и конкурсы по популяризации рабочих профессии (World Skills).
В отечественной системе образования единого понятия STEM-подхода среди школьных учителей нет: кто-то связывает STEMтолько с роботами Lego, а кто-то понимает под этим понятием еще кружки техническое творчество.
Также с 2006 г., с началом появления на рынке СНГ образовательных набором Lego Mindstorms, начались споры о целесообразности заниматься сборкой готовых роботов Lego. Противники занятии Lego связывают это с тем, что конструкторы упрощают реальный мир и формируют у ребенка иллюзию простоты (готовые блоки конструктора снижают интерес к получению базовых знании физики, желанию детально разобраться и глубже понять мир) [4].
В январе 2020 г. сеть школ инжиниринга и робототехники «Robooky», который проводит занятия по методике STEM, совместно с магистрантами из НИУ ВШЭ провела опрос родителей, дети которых посещают занятия по STEM посредством сервиса google.forms. Опросник состоял из 15 вопросов, основные из которых, с полученными результатами, изображены на рисунке 1-7. Ссылка на опрос была разослана через социальные сети и популярные мессенжеры. Всего в опросе по данной схеме cпомощью google.forms приняли участие 186 родителей из Армении, Белоруссии, Киргизии, Таджикистана, Узбекистана, а также регионов Российской Федерации, таких как: Москва, Санкт-Петербург, Республики Башкортостан, Якутия, Амурская, Ленинградская, Московская области.
В таблице 1 представлена статистика возраста, продолжительности и социального статуса детей, чьи родители были опрошены.
На рисунках 1-7 представлены ответы на вопросы опросника. С помощью первого вопроса, авторы исследования узнали, есть ли у родителей понимание STEM-образования. Большинство из родителей под понятие STEM-образование связывают с «техническим творчеством», а также понимают его как «сборная солянка» научно-технических дисциплин (все варианты).
На второй вопрос, большинство родителей ответила «на перспективу» и только после «для общего развития». Данный ответ для авторов исследование не был неожиданностью, т.к. изначально курсы STEM позиционировались школой Robooky как подготовка к «профессиям будущего». Задавая более «глубокие вопросы», авторы также выяснили, что многие родители отдают детей, которые имеют по точным наукам удовлетворительные оценки (рис. 1).
На третий вопрос, большинство родителей отвечало, что STEM повлияло на успеваемость ребенка. Стоить заметить, что среди респондентов были родители, дети которых ходят в детский сад или начальную школу, где нет бальной оценочной системы.
На четвертый вопрос, большинство родителей ответило, что STEM в целом повлияю на развитие ребенка, а также улучшила математические способности ребенка. 17% родителей заметили влияние STEM на творческие качества ребенка.
В пятом вопросе мнения родителей сошлись. Большинство отметило, что «заметно улучшилось», поэтому можно сказать, что STEM влияет на творческие способности детей.
На шестой вопрос, большинство родителей ответило, что уверенность ребенка после изучения STEM повысилась. В процессе обучения ребенок каждый урок переживает ситуацию успеха (в конце урока ребенок уносит свое собственное изобретение домой), что является положительным подкреплением, своего рода биообратной связью. Эти «мини победы» и осознание того, что результат получился самостоятельно, создает у детей ощущение широких возможностей и уверенности в себе. Дошкольник становится менее зависимым от педагога, таким образом, происходит построение цикла доверия и мотивации. Этот психологический аспект обучения STEM не может быть переоценен, так как психологические особенности детей дошкольного возраста включают в себя высокую самооценку своих возможностей, что позволяет ребенку не бояться исследовать действительность, включаться в деятельность, в которой они пока не компетентны, и, таким образом, активно осваивать окружающий мир.
Последний, седьмой вопрос помог выяснить, что негативного влияния родители не чувствуют при занятии по 2 часа в неделю, хотя большинство из детей проходили в течение полугода модули с использованием роботов Lego Mindstorms.
Результаты вышеприведенных исследований показали, что STEM полезна и действенна, при условии, что на реализацию данной технологии уделяется от двух до четырех часов в неделю. Необходимо отметить, что данные изменения у детей отмечались родителями в процессе наших исследований. В тоже время, влияние использование конструкторов Lego Mindstorms на творческие способности остается открытым и требует дальнейшего изучения, хотя количество опрошенных родителей, заметивших положительное влияние занятий STEM составило около 89%. Также можно предположить, основываясь на ответы родителей по вопросу №6, что STEMразвивает эмоциональный интеллект, т.к. ребенок постоянно работает в команде и достигает успеха: ставит себе цель и добивается его, а в некоторых случаях у них возникает «спортивный» интерес. Это очень серьезный эмоциональный удар. Ребенок привыкает быть успешным и это способствует дальнейшему формированию, как его характера, так и личности, в целом.
Основываясь на полученных нами результатах исследований эффективности STEM среди родителей в России и СНГ, а также некоторых данных предыдущих исследователей, можно отметить, что изучение STEM детьми, не только способствует улучшению их интеллектуальных и творческих способности, но и, возможно, способствует повышению успеваемости по другим предметам. В этой связи, перспективы дальнейших научно-практических и теоретических исследований заключаются в проведении лонгитюдных исследований влияния STEM на результаты PISA и TIMSS, а также на дальнейший выбор профессии.
Список литературы
1. Галатонова, Т.В. Стань инженером / Т.В. Галатонова. – Москва: Изд-во ГТК Галактика, 2020. – 120 с.
2. Мошева, Е.А. STEAM-подход: обзор опыта зарубежных стран / Е.А. Мошева // Проблемы и перспективы развития индустрии гостеприимства калининградской области глазами молодых ученых: сб. статей. - Калининград, 2019. - С. 113-117.
3. Павличенко, М.А. Внедрение STEM-образования в школе, через урочную и внеурочную деятельность/ М.А. Павличенко// Информатика: проблемы, методология, технологии: сб. статей. - Воронеж, 2018. - С. 38-41.
4. Робототехника. Опасность и вред конструкторов LEGO. [Электронный ресурс] / РВС - Электрон. текстовые дан. – Москва: [б.и.], 2015. – Режим доступа: https://rvs.su/statia/robototehnika-opasnost-i-vred-konstruktorov-lego, свободный (дата обращения: 10.02.2020).
5. Шестой технологический уклад. [Электронный ресурс] / Журнал «Наука и жизнь»- Электрон. текстовые дан. – Москва: [б.и.], 2010. – Режим доступа: https://www.nkj.ru/archive/articles/17800/, свободный (дата обращения: 10.02.2020).
6.Щеголев, А.Ф. Мотивация к изучению ит и роль stemобразования в средней школе / А.Ф. Щеголев // Преподавание информационных технологий в российской федерации: сб. статей. - Москва, 2018. - С. 296-297.
7. 25 Makerspace Projects For Kids [Электронный ресурс]/ Makerspaces - Электрон. текстовые дан. – Испания: [б.и.], 2018. – Режим доступа: https://www.makerspaces.com/25-makerspace-projects-for-kids/, свободный (дата обращения: 10.02.2020).
8. 50 resources for steam [Электронный ресурс]/ Susan Reley - Электрон. текстовые дан. – Вестминстер: [б.и.], 2018. – Режим доступа: https://educationcloset.com/2014/11/04/50-resources-for-steam, свободный (дата обращения: 10.02.2020).
9. Аustralia’s STEM workforce [Электронный ресурс]/ Susan Reley - Электрон. текстовые дан. – Австралия: [б.и.], 2018. – Режим доступа: https://www.chiefscientist.gov.au/wp-content/uploads/ Australias-STEM-workforce_full-report.pdf, свободный (дата обращения: 10.02.2020).
10. Curious Minds[Электронный ресурс]/ Australian Math Trust - Электрон. текстовые дан. – Австралия: [б.и.], 2018. – Режим доступа: https://www.amt.edu.au/curious-minds/, свободный (дата обращения: 10.02.2020).
11. Go MINT-putting successful ideas into practice [Электронный ресурс]/ Chiefscientist - Электрон. текстовые дан. – Германия: [б.и.], 2018. – Режим доступа: https://www.chiefscientist.gov.au/wp-content/uploads/Australias-STEM-workforce_full-report.pdf, свободный (дата обращения: 10.02.2020).
12. Hands-on Activity: Prosthetic Party: Build and Test Replacement Legs[Электронный ресурс]/ Teach Engineering- Электрон. текстовые дан. – Колорадо: [б.и.], 2020. – Режим доступа: https:// www.teachengineering.org/activities/view/cub_biomed_lesson01_activity1, свободный (дата обращения: 10.02.2020).
13. Heather B. Gonzalez. Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) Education: A Primer / Heather B. Gonzalez, Jeffrey J. Kuenzi // Congressional Research Service Report – Washington, 2012, – pp. 1-38.
14 Mint Regionen in Deutschland [Электронный ресурс]/ Chiefscientist- Электрон. текстовые дан. – Австралия: [б.и.], 2018. – Режим доступа: https://www.mint-regionen.de/, свободный (дата обращения: 10.02.2020).
15. Science, technology, engineering, and mathematics[Электронный ресурс] / Википедия - Электрон. текстовые дан. – Москва: [б.и.], 2015. – Режим доступа: https://en.wikipedia.org/wiki/Science,_technology,_engineering,_and_mathematics#cite_note-fas.org-2, свободный (дата обращения: 10.02.2020).
16. Tämä toimii – Liikkuva lelu [Электронный ресурс]/ Start - Электрон. текстовые дан. – Финдляндия: [б.и.], 2018. – Режим доступа: https://start.luma.fi/materiaalit/materiaalipankki-2/tama-toimii-liikkuva-lelu/, свободный (дата обращения: 10.02.2020).
Ключевые слова: stem, робототехника, инженерия, инженерное мышление, междисциплинарный, техническое творчество.