STEM-образование для ребенка: что это такое, и как его развивать?

Стремительно меняющееся общество выдвигает новые требования к специалистам. Теперь нужны не столько узкопрофильные инженеры, сколько профессионалы с инженерным мышлением. Взаимная интеграция разных сфер деятельности нуждается в комплексном подходе к образованию. Именно к таким методам относится STEM.

Что такое STEM-образование?

Концепция впервые была предложена в 2001 году американскими учеными, изучающими тенденции образовательной и профессиональной сфер. Они настаивали на том, что поощрение граждан получать СТЕМ-профессии приведет к росту ВВП в государстве. Метод был внедрен в крупнейшие университеты США, а также стал использоваться топ-менеджерами таких компаний, как Xerox, Intel и т.д.

Тенденцию переняли и высшие образовательные учреждения Европы, Китая, Канады и других стран. Считается, что с ростом цифровизации и роботизации общества, появляется необходимость в творческих профессиях, людях с креативным инженерным мышлением. Россия также не осталась в стороне от модернизации образования. Так на 2018 год почти половина студентов – 45% – учатся на СТЕМ-специальностях.

STEM – это образовательная система, объединяющая несколько дисциплин:

• Science или естественные науки – включают биологию, физику, химию. Ребята изучают законы природы.
• Technology – решение технологических задач. Это практическое выполнение заданий, проектирование, применение полученных знаний.
• Engineering – инженерия.
• Mathematics – математические дисциплины.

В некоторых образовательных программах используют видоизмененную концепцию STEAM, то есть включают дополнительный комплекс дисциплин – A (arts). Это творческое и гуманитарное направления, помогающие воспринимать социально-исторические процессы, способствующие коммуникации с другими людьми. Так психология является важной частью нового метода.

Особенности STEM-обучения

Такое обучение предполагает сочетание теории и прикладных навыков. Так большую долю времени в нем занимает практика: выполнение проектов, наглядная демонстрация опытов, применение знаний из разных дисциплин. Это позволяет современным детям понимать, зачем им знать те или иные факты, как они соприкасаются с их повседневностью, реальной действительностью.

Принципы, на которых строится методика:

• Учебный процесс построен на формулировании и выполнении проектов. При этом задание выполняется группой детей. Это помогает совершенствовать коммуникативные навыки, умение распределить роли, замечать и использовать сильные стороны участников команды, планировать деятельность. Таким образом решается комплекс образовательных задач.
• Наличие в школах лабораторий и оборудования, которые позволяют подтверждать каждое научное суждение наглядной демонстрацией: опытом, экспериментом.
• Техническое и естественно-научное образование должно идти без отрыва от творчества. Основы культурологии, углубленное изучение иностранных языков, театральное мастерство, психологическое развитие – все это является важнейшей частью STEM-обучения.
• Проекты должны решать актуальные задачи – решение проблем климата, изобретение приборов, заменяющих человеческий труд, 3D-моделирование, написание программ.
• Педагог должен оперировать актуальными материалами, использовать новейшие знания, факты, методы обучения, знакомить ребенка с последними научными открытиями.
• Важно, чтобы задачу можно было решать разными способами. Приветствуется креативность, аналитичность мышления.

Таким образом, СТЕМ-образование должно быть интегрированным и практичным.

Плюсы и минусы STEM метода для ребенка

Как и любая методика, у STEM есть свои преимущества и недостатки. К «Плюсам» концепции относятся такие результаты:

• Позитивный настрой к учебе. Ребенок с удовольствием исследует окружающий мир. У младших школьников обучение ассоциируется с приключением, интересными идеями. Подростки видят, как они могут применить свои знания, для чего им изучать ту или иную информацию.
• Формирование аналитического склада ума. Дети умеют просчитывать развитие событий наперед, предполагать исход разных путей решения задач.
• Рост заинтересованности в точных науках. Традиционный способ утратил актуальность и привел к тотальному угасанию интереса в изучении математики, физики и других точных наук.
• Овладение принципами коммуникации, психологическому совершенствованию: взаимовыручке, умению находить компромиссы и договариваться, вежливости в общении и т.д. Коллективные проекты сочетаются с индивидуальной работой.
• Умение оперировать современными технологиями, использовать передовые научные разработки, факты, учиться новым навыкам, то есть шагать в ногу со временем.
• Видение результата своих действий, решений. Ребенок понимает, что от него зависит исход, обстановка, что он – активный участник процесса, член общества, влияющий на него.
• Психологически здоровая личность – понимание процессов, взаимосвязей, собственной ценности, ощущение рациональности того, что происходит вокруг, а следовательно – безопасности.

Даже если ребенок не выберет одну из STEM-профессий в будущем, такое образование станет хорошим вкладом в его личностное развитие, становление.

Однако у этой концепции есть и серьезные минусы:

• Акцент на технических дисциплинах, перекос в сторону точных наук может лишить творчески одаренных ребят возможности реализовывать свои таланты. Нивелировать этот недостаток можно с помощью внешкольной деятельности – обучение в музыкальных, художественных школах, творческих студиях и т.д.
• Недостаток педагогов, имеющих достаточную квалификацию для внедрения СТЕМ-методов преподавания. Решить проблему можно с помощью переподготовки учителей, модернизации материально-технической базы.
• ЕГЭ и другие экзамены не адаптированы под новый педагогический метод.

Большинство российских школ работают с помощью традиционных методов.

Для каких сфер развития подойдет STEM-образование?

STEM-образование соответствует ФГОС, принятому в 2012 году. Согласно государственным стандартам подготовка должна соответствовать ключевым принципам:

• Проектная форма обучения, предполагающая коллективное взаимодействие.
• Прикладной характер учебных задач, результат должен приносить реальную пользу.
• Интегрирование дисциплин – при выполнении задания потребуются знания и навыки из разных школьных предметов.
• Инженерная подготовка – акцент на естественных и точных науках.

Например, в США, где СТЕМ-подход практикуется с 2001 года, дипломная работа является результатом стажировки в компании, полноценном участии студента в решении конкретных технологических задач. Однако, чтобы получить STEM-образование, не обязательно ждать студенчества. Подготовку к нему начинают с раннего возраста.

В российских школах реализовать новый подход к обучению можно через наборы по робототехнике Lego Education. Линейка этой продукции имеет разделение на возрастные категории: от дошкольников до старшеклассников. На официальном сайте компании есть методические рекомендации для педагогов, которые адаптированы под требования российских образовательных стандартов.

Для детей дошкольного возраста

Ранее развитие – прекрасная основа для дальнейшего формирования личности. Именно в этот период важно развивать музыкальный слух, начать изучение иностранных языков, рисовать, совершенствовать свою физическую форму. Помимо творческого развития, предлагайте малышам STEM-игрушки по возрасту.

Варианты игрушек в соответствии с возрастом:

• 0-4 года – пазлы, кубики, крупный конструктор.
• 5-7 лет – наборы робототехники, интерактивные конструкторы, строительные кубики, 3D-модели солнечной системы, телескопы, микроскопы.

В конструкторах Лего для этой возрастной категории предложена серия конструкторов Экспресс «Юный программист». В этих наборах программирование происходит без использования компьютера. Для этого предназначены красочные разноцветные блоки, карточки и другие наглядные инструменты.

Для детей школьного возраста

Для школьников производители предлагают огромный выбор наборов, направленных на различные сферы деятельности:

• программирование с помощью мобильных приложений, простых программ, карточек;
• безопасные опыты с электричеством;
• физико-химические эксперименты с магнитным полем, сухим льдом, веществами, которые есть на каждой кухне;
• живая природа: археологические наборы для поиска останков динозавров, создание мини-теплиц, муравьиные фермы;
• конструкторы: блочные, с очками виртуальной реальности, из шариков и палок, гидравлические;
• интерактивные комплекты для изучения иностранных языков;
• 3D-пазлы.

Для младших школьников LEGO Education предложил две серии конструкторов:

• WeDo и WeDo 2.0 – создание простых роботов, оснащенных микропроцессорами, моторами и датчиками;
• BricQ Motion Prime – конструирование моделей без использования цифровых технологий.

Для старших школьников предназначена линейка SPIKE Prime, в которых классические детали сочетаются с электронными элементами, инструментами программирования на основе языка Scratch.

Инструменты и игры для STEM-образования

Компания «Приоритет» предлагает современные способы для внедрения СТЕМ-подхода в образовательную систему дошкольного учреждения. Наши игровые наборы можно также использовать в младших классах общеобразовательных школ, реабилитационных центрах, студиях раннего развития.

Конструктор «Stems»

Представлено два набора – на 20 и 60 деталей. Все элементы имеют одинаковую форму и размер, отличаются лишь цветом. Уникальная форма – гладкая с одной стороны и зубцы с другой стороны. С помощью зубьев детали можно соединять друг с другом, создавая различные объемные модели. Пластиковые элементы хорошо гнутся. Их можно скреплять друг с другом под разными углами, а можно соединять по всей длине.

Игрушка знакомит с 3D-моделированием, основами геометрии и способствует развитию таких навыков:

• способность выстраивать алгоритмы для решения различных задач;
• умение креативно мыслить и находить нестандартные выходы из ситуации;
• реализовывать творческие идеи;
• выполнять действия, требующие хорошей мелкой моторики, точной координации движений.

Детали удобно хранить в прозрачных баночках, приучая ребенка к порядку.

K'NEX Education «STEM Исследования: Рычаги и шкивы»

Игровой набор предназначен для учеников 2-5 классов. С помощью 139 деталей ребенок сможет собрать макет парусной лодки, тачки и весов. Одновременно они познакомятся с принципами работы механизмов, работающих на шкивах и рычагах.

Преимущества моделей, собранных с помощью конструктора:

• Наглядное знакомство с механикой, технологией.
• Собранная модель наглядно демонстрирует работу механизмов.
• С каждой игрушкой можно провести по три эксперимента.
• Ребенок запомнит сложные термины: сопротивление, классы рычагов, системы шкивов.

Сборка должна вестись в строгом соответствии с инструкциями производителя, что тренирует наблюдательность, последовательность, старательность. Материалы из набора можно использовать для создания собственных макетов. Конструктор предназначен для индивидуальных занятий или небольших групп из 2-3 человек.

K'NEX Education «STEM Исследования: Шестерни»

Конструктор предназначен для детей старше 8 лет. Его основная аудитория – ученики 2-5 классов. В комплект входят различные шестеренки, а также соединительные детали для создания объемных моделей. Производитель предлагает инструкцию, по которой можно собрать три разных устройства: миксер, автомобильное подъемное окно, вентилятор. Дети смогут собрать несколько моделей передач, изучая принцип работы этих механизмов.

Все детали сделаны из качественного пластика, который окрашен экологичными красками без вредных, токсичных компонентов. Чистые и яркие цвета, идеально гладкая поверхность, точность размеров и форм – игровые детали отличаются безупречным качеством.

Дети узнают и научатся следующему:

• освоят новые термины: трансмиссия, модель передач, скорость, вращение и т.д.;
• наглядно изучат основы механики;
• научатся собирать объемные модели по схемам и чертежам;
• совершенствуют мелкую моторику, координацию движений, усидчивость и т.д.

Этот набор гармонично вливается в концепцию STEM-образования.

Набор «Волшебные магниты. STEM версия»

Игровой набор позволит ребятам познакомиться с нанотехнологиями, а возможно определиться с будущей профессией. В комплект входит 39 магнитных деталей: инструменты, шары, кольца, фишки, а также текстильный шнур. Ребенок сможет наглядно изучить физические законы, проводить зрелищные эксперименты.

Это развивает:

• критическое мышление,
• наблюдательность,
• понимание причинно-следственных связей, физических законов.

Малыши усваивают новые термины: притяжение, магнитное поле, маятник. С помощью игровых деталей можно придумать множество игр. Благодаря красочному оформлению, насыщенным цветам, занятие будет привлекательным для маленьких детей. В инструкции есть описание экспериментов, которые можно дополнять, проявляя творчество и креатив.

Набор «Колеса» Lego System

Конструктор предназначен для детей от 4 лет и старше. Особенно понравится мальчикам, так как дает возможность самому сделать машинку, используя колеса разных размеров, оси, платы, ступицы. Содержимое совместимо с другими наборами «Лего».

Набор способствует развитию:

• творческой деятельности,
• мелкой моторики,
• осваиванию основ механики,
• аналитического и пространственного мышления,
• мелкой моторики и координации движений,
• 3D-моделирования.

В процессе игры у детей снимается психическое напряжение. Они учатся самостоятельно принимать решения, коммуницировать, если занятие проходит в группе.

K'NEX Education «STEM Исследования: Транспорт»

Конструктор подойдет ребятам от 8 и до 11-12 лет. Он предназначен для организации увлекательных, комплексных, обучающих занятий, в которые интегрирована и физика, и математика, и логика, и инженерия.

Особенности набора:

• Позволяет собрать 7 рабочих моделей, в том числе парусник, велосипед, машинка и т.д.
• С каждой моделью можно провести до 5 разных экспериментов, наглядно и в доступной форме демонстрируя сложные процессы и механизмы.
• Практическая направленность занятия, ведь дети сразу видят результат своих усилий.
• Подходит как для индивидуальных занятий, так и небольших групп по 2-7 человек.
• Включает разные источники энергии – пружины, инерция, ветер, эластичная лента.
• В комплекте есть понятные схемы сборки, следуя которым ребенок сможет самостоятельно собрать рабочую модель.

Все материалы – экологически безопасные, не содержат вредных веществ и подходят для детей младшего школьного возраста.

Набор «Креативный строитель» Lego System

Конструктор предназначен для самых маленьких. Все детали крупные, без острых углов, токсичных веществ. Некоторые детали пронумерованы крупными цифрами. Производитель использует насыщенные яркие цвета: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый, коричневый. В комплекте есть понятные схемы для сборки, с которыми малыш дошкольного возраста справится самостоятельно. Карточки с заданием можно установить на подставку, чтобы удобно было подбирать подходящую деталь. На обратной стороне каждой карточки есть описание игры и другие задания, которые можно выполнить с помощью собранных фигур и конструкций.

Игровой набор способствует развитию:

• мелкой моторики и координации движений рук;
• изучению цветов и цифр;
• осваиванию счета от одного до десяти;
• следованию инструкции;
• усидчивости и креативному мышлению;
• интересу к познанию окружающего мира.

В комплекте более 100 деталей, сделанных из качественного пластика без токсичных веществ. Их удобно хранить в специальном контейнере, который входит в комплект. Это приучает ребят к организованности и аккуратности.

Многофункциональный стол «STEM»

Стол представлен в двух модификациях: расширенной и базовой. Расширенный включает в себя не только огромный стол на поворотных колесах, с просторной столешницей и встроенной системой хранения, но и множество игровых комплектов:

• тематические покрытия для ландшафтных игр;
• фигурки машин, людей, животных, домов, растений;
• блочный конструктор типа Лего;
• мышки-роботы с программирующими блоками.

Это позволяет организовать увлекательные, полезные и зрелищные игры, в ходе которых ребенок усвоит навыки конструирования, моделирования на плоскости и в пространстве, программирования. Он сможет обыграть различные ситуации с помощью тематических наборов. При этом задания максимально доступные и понятные, детали крупные и удобные для детских ручек.

Ввиду многофункциональности, стол STEM подходит для детских садов, коррекционной и реабилитационной работы, логопедических и психологических кабинетов. На нем достаточно места, чтобы организовать групповое занятие, коллективное выполнение проекта.

Конструкция продумана таким образом, чтобы стол можно было легко перемещать с места на место, а также быстро найти необходимый набор.

Ассортимент СТЕМ-игрушек постоянно расширяется, пополняясь новыми увлекательными наборами, направленными, в первую очередь, на развитие пространственного, аналитического мышления. Красочное оформление поддерживает интерес ребенка, а также стимулирует творческие способности, креатив. Подробные инструкции понятны детям, что побуждает их к самостоятельности.