STEAM-образование как инновационная технология для Индустрии 4.0

Размещено на http://www.allbest.ru/

STEAM-образование как инновационная технология для Индустрии 4.0

Статья посвящена разработке модели конструирования STEAM-образования, в основу которой положено проектное обучение на так называемых «творческих пространствах». «Творческие пространства» представляют собой интеграционные площадки школьников, студентов и аспирантов, работающих в формате совместной работы над проектами, инициированными различными структурами общества и бизнеса. Актуальность исследования обусловлена тем, что среди навыков, необходимых для успешной профессиональной деятельности в эпоху цифровой индустрии, по мнению специалистов и экспертов, особое место занимает способность к художественному творчеству. Выполнен анализ опыта различных стран по реализации STEM и STEAM-образования и выявлены эффективные пути структурирования технических дисциплин, искусства и творческой деятельности в единую интеграционную программу.

Представлены результаты экспериментальной работы по определению уровня сформированности таких компетенций, как умение управлять проектами и процессами, системное мышление, способность к художественному творчеству, умение работать с коллективами, группами и отдельными людьми, способность работать в режиме высокой неопределенности и быстрой смены условий задач. Показано, что использование «творческих пространств» для реализации проектной деятельности школьников и студентов, включение категории «искусство» в ее содержание позволяет сформировать у обучающихся необходимые для Индустрии 4.0 навыки и компетенции, то есть предложенная модель может рассматриваться как универсальное средство для качественной подготовки школьников и студентов к профессиональной деятельности в современных условиях.

Последняя технологическая революция, получившая название Индустрии 4.0 (см.: [Квачев и др., 2017 и др.]), меняет приоритеты образования и рождает новые его модели. Базисом построения этих моделей, по мнению А. М. Алексанкова, становятся следующие инновационные процессы: цифровизация образования, персонализация обучения, проектное обучение, интеграция формального и неформального видов образования, создание творческих пространств для совместной работы обучающихся с представителями реального сектора экономики и промышленности, создание межуниверситетских площадок (university hubs) в форме научно-образовательных центров [Алексанков, 2017].

Перечисленные процессы невозможны без кардинального изменения самого содержания образования. Сегодня в ряде стран (Австралия, Великобритания, Израиль, Канада, Китай, Сингапур, США и др.) стало популярным так называемое STEAM-образование. Его концепция основана на идее STEM-образования (science - наука, technology - технология, engineering - инжиниринг, mathematics - математика) [Фролов, 2010], но предполагает включение в свою структуру творческих дисциплин (arts - искусства), которые не только обогащают содержание образования, но и значительно повышают качество подготовки обучающихся.

Объединение научно-технической и творческой (гуманитарной) областей делает процесс образования более результативным и полезным для обучающихся. Одновременная активная работа обоих полушарий мозга обеспечивает развитие как логического («левое» полушарие), так и интуитивного, креативного («правое» полушарие) мышления [Нечитайло и др., 2018]. По этой причине делить людей на «технарей» и «гуманитариев» неверно, в содержании образования по любым направлениям должны гармонично сочетаться технические и гуманитарные дисциплины, развивающие оба полушария мозга, что является необходимым условием подготовки специалистов для экономики Индустрии 4.0.

Идея использования методов разностороннего развития в сфере образования не есть ноу-хау. Например, существует концепция SEL, предполагающая развитие у детей социальных и эмоциональных навыков, на которую делают большую ставку в воспитании «людей будущего». Или же метод феномено-ориентированного обучения и преподавания PBL, схожий со STEM в том смысле, что и тут, и там предпринимаются попытки объединить разные дисциплины при изучении или проработке какой-то темы. Упомянутая методика PBL и концепция STEM во многом предусматривают подкрепление технических дисциплин гуманитарными. Поэтому логичным шагом стала попытка «узаконить» такое объединение, подключить к сугубо технической концепции STEM творческий аспект развития личности. Так появились системы, где наряду с наукой, технологией, инженерией и математикой присутствуют компоненты «art» (от англ. «искусство») - это концепция STEAM, «music» (от англ. «музыка») - STEMM, «reading» (от англ. «чтение»; наряду с art «искусство») - STREAM. Наибольшее распространение получила именно методика STEAM как полноценное, состоявшееся и самодостаточное явление.

В целом, если оценивать перспективность двух этих концепций - «чистого» STEM и STEM с творческой составляющей, то первая из них больше была востребована в конце прошлого века. В то же время STEAM может адекватно и эффективно ответить на вызовы не только сегодняшнего дня, но и будущего. Здесь речь идет о том, что значительная часть рабочих процессов уже сейчас поддается автоматизации, а в будущем, как предрекают аналитики, все больше профессий станет попадать в зону риска, исчезая одна за другой, - их будет заменять искусственный интеллект. И пока что среди немногих навыков, которые в обозримом будущем не поддадутся напору искусственного интеллекта, остаются эмпатия и эмоциональный интеллект.

Исследования по реализации элементов STEAM-образования

Исследования по реализации элементов STEAM-образования ведутся во многих странах: США, Австралии, Южной Корее, Канаде, Таиланде и др. Возможности включения элемента «art», указание на который включено в аббревиатуру STEAM, как показало изучение опыта реализации STEAM-образования, достаточно разнообразны, и они расширяются по мере продвижения учащихся по основным уровням обучения.

Например, в детских садах и младших классах в качестве элемента, связующего STEM и STEAM, может служить такая область физического знания, как акустика. По мнению исследователей, акустика идеально подходит для STEAM, поскольку тесно связана с одной из областей искусства - музыкой. Понятно, что для этого необходима подготовка педагогических кадров, и есть такой опыт сотрудничества (обучения) Acoustics Research Group at Brigham Young University (BYU) с учителями начальных школ, которые впоследствии успешно интегрировали искусство в преподавательскую деятельность [The sound …, 2017]. Работа по повышению интереса к физическим явлениям у младших школьников может быть интегрирована в систему STEAM-образования [Sabirova et al., 2018].

С 2011 года в Чикаго поддержана инициатива «Ученый для будущего» (Scientists for tomorrow - SfT) Инициатива SfT призвана использовать учебную программу, основанную на STEAM, и представляет собой партнерство между учреждениями высшего образования, внешкольными организациями и провайдерами неформального образования. Инициатива реализуется во всех сообществах в течение учебного года. В ее рамках молодежь в свободное от основной учебы или работы время осваивает различные учебные модули, такие как «Альтернативные энергии», «Физика звука и математика музыки», «Люди и растения», «Робототехника» и «Астрономия» [Caplan, 2017].

В России эта проблема тоже осознается как значимая и требующая принятия мер. Открываются Центры технической поддержки образования (ЦТПО), в которых частично решаются задачи привлечения учащихся к инженерному делу и роботостроению. Активно вовлекаются бизнес-компании, что целесообразно для реализации проектов предметно-ориентированного обучения детей и молодежи. Это подтверждает правильность актуализации данной стратегии в образовании [Конюшенко и др., 2018].

За рубежом проводится обучение преподавателей высших учебных заведений и средней школы по вопросам использования в их деятельности междисциплинарных стратегий. Результаты показывают, что при использовании STEAM-технологий в изучении физико-математических дисциплин старшеклассниками колледжей и студентами университетов у учащихся повышается успеваемость и самооценка, а также развиваются творческие способности [Segura, 2017; Chanthala et al., 2018].

Таким образом, реализация STEAM-образования осуществима на всех уровнях образования, начиная от дошкольного и заканчивая профессиональным, часто в тесном взаимодействии и сотрудничестве учебных и внеучебных организаций.

Метод проектов как основа STEAM-образования

Нам представляется, что преподаватели STEAM могут реализовывать программы обучения на основе проектов. В российской педагогической практике прекрасным примером STEAM-образования может служить технологическое образование школьников в рамках предмета «Технология».

Целью изучения данного предмета является формирование представлений о составляющих техносферы, современном производстве и распространенных в нем технологиях. Технология как учебный предмет сегодня способствует профессиональному самоопределению школьников в условиях рынка труда, ориентирует их на использование проектно-исследовательской, дизайнерской и научно-технической деятельности. Учебно-познавательная деятельность обучающихся в предметной области «Технология» базируется на естественно-научных, научно-технических, технологических, предпринимательских и гуманитарных знаниях. Нет ни одной другой дисциплины в школе, которая бы использовала в своих целях материал такого широкого диапазона фундаментальных и прикладных наук. Однако предмет «Технология» не преподается в российских школах у старшеклассников, и поэтому выполнение проектов осуществляется в рамках неформального и информального образования, что составляет определенную трудность для учителей технологии.

Выходом из сложившейся ситуации может быть создание и развитие междисциплинарных научно-образовательных «творческих пространств» в формате научно-образовательных центров, приоритетно ориентированных на создание среды для эффективной междисциплинарной проектной работы школьников, студентов и аспирантов над заказами, инициированными реальным промышленным сектором. Одной из основных ролей таких площадок должна быть роль интеграторов научной, образовательной, бизнес- и промышленной среды, обеспечивающих на своей территории соединение знаний и опыта из различных сфер. Опыт создания таких «творческих пространств» имеется в зарубежных университетах (например, Design Factory в Aalto University, Finland, сеть FabLab и другие). Этот опыт требует отдельного рассмотрения, но одним из важных вопросов является степень интегрированности таких центров в стандартизированный учебный процесс.

Иными словами, важно, рассматривается ли «творческое пространство» как неотъемлемая и основная структура, обеспечивающая весь учебный процесс, или оно занимает нишу «свободного практикума», который только помогает в освоении учебного плана и не является обязательным. Этот вопрос является дискуссионным и имеет множество решений, хотя именно для вузов России с относительно низкой самостоятельностью студентов представляется целесообразным создание таких центров как структур не дополнительного, а обязательного обучения.

Отличительной особенностью «творческих пространств» должно быть свободное построение учебного процесса на основе проектного метода обучения с обеспечением доступа обучающихся к максимально возможному массиву учебных материалов с обязательной экспертизой преподавателями достоверности и релевантности используемых учебных материалов. Самостоятельность обучения должна быть обязательным условием обучения в таких научно-образовательных центрах. Очевидно, что наиболее эффективно эти центры могли бы работать по программам подготовки магистров, когда основная образовательная база уже освоена на уровне бакалавриата. Создание таких научно-образовательных центров на основании опыта зарубежных университетов позволило бы реализовать постепенное реформирование высшей школы и сделать этот процесс относительно безболезненным для его участников.

Методы

В течение 2017-2018 годов в рамках неформального и информального образования была проведена экспериментальная работа с 32 школьниками и 34 студентами Казанского федерального университета, направленная на определение уровня сформированности таких компетенций, как умение управлять проектами и процессами, системное мышление, способность к художественному творчеству, умение работать с коллективами, группами и отдельными людьми, способность работать в режиме высокой неопределенности и быстрой смены условий задач. Проектная деятельность для проведения экспериментальной работы была выбрана неслучайно. Для современного мира труда смешение личной и профессиональной идентификации и компетенций становится нормой, постепенно стандартное рабочее место заменяется проектной работой со множеством задач и направлений деятельности.

Экспериментальная работа предполагала организацию «творческих пространств» для проведения проектной работы школьников и студентов в составе рабочих групп, которые формировались из числа школьников и студентов. Рабочие группы формировались по принципу свободного выбора школьниками и студентами тем проектов и их заинтересованности выполнять проектную деятельность. На организационном тренинге приглашенные школьники и студенты Елабужского института Казанского федерального университета обсудили темы проектов и разбились на рабочие группы по 5-6 человек. В качестве объектов проектирования были выбраны социально значимые темы, актуальные как для уровня школы и университета, так и для уровня города и региона. К каждой группе был прикреплен наставник из числа преподавателей университета, а также научный консультант - специалист в определенной области (музейный работник, дизайнер, эколог, бизнесмен и т. п.).

Работа над проектами длилась 3 месяца, школьники и студенты собирались раз в неделю для обсуждения актуальных вопросов и выполнения проекта. Затем была проведена защита проектных работ перед конкурсной комиссией. В состав комиссии были приглашены представители бизнеса и культуры, мэрии города, преподаватели университета и учителя школ. Научные консультанты и наставники, работавшие с группами, предварительно оценивали работу каждого участника по следующим критериям [Савинова и др., 2015]:

(1) осознанность достижения результата проектной деятельности;

(2) инициативная самостоятельность;

(3) самоменеджмент;

(4) коммуникация и кооперация;

(5) интеграция и системный подход к решению проблемы;(6) творческий подход к решению проблемы.

Каждый критерий оценивался по 5-балльной системе. На основании выделенных критериев были определены пять уровней сформированности навыков и компетенций для экономики Индустрии 4.0: низкий (0-2,9 балла), ниже среднего (3-3,4 балла), средний (3,5-3,9 балла), выше среднего (4-4,5 балла), высокий (4,6-5 баллов).

Выступление команд конкурсной комиссией оценивалось по следующим критериям: логичность и аргументированность изложения результатов проекта, ораторские способности выступающих, умение вести дискуссию с экспертами, готовность и способность отвечать на поставленные вопросы, готовность взаимодействовать с аудиторией, творческий подход к выбору формы представления результатов проектной работы, качество оформления пояснительной записки.

Результаты

Анализ результатов экспериментальной работы показал, что использование «творческих пространств» для реализации проектной деятельности школьников и студентов, включение категории «искусство» в ее содержание позволяет сформировать у обучающихся необходимые для Индустрии 4.0 навыки и компетенции.

На организационном тренинге, перед началом выполнения проектов научные руководители групп выставили школьникам и студентам баллы по каждому критерию и определили уровни сформированности оцениваемых навыков и компетенций. Средние баллы указаны в таблице 1.

88 % школьников и 91 % студентов показали сформированность указанных компетенций на уровне выше среднего. Итоговые результаты представлены на рисунке 1.

Таблица 1. Первоначальные уровни сформированности навыков и компетенций участников эксперимента

На последнем этапе выполнения проектов руководителями групп было проведено экспертное оценивание уровней сформированности навыков и компетенций каждого участника эксперимента (табл. 2).

Таблица 2. Окончательные уровни сформированности навыков и компетенций участников эксперимента

Рис. 1. Уровни сформированности навыков и компетенций школьников и студентов до и после эксперимента

Таким образом, предложенная модель может рассматриваться как универсальное средство для качественной подготовки школьников и студентов к профессиональной деятельности в условиях экономики Индустрии 4.0.

Заключение

Будущее экономического роста во многом зависит от наличия квалифицированных инженерных кадров, начало формирования которых должно быть положено на уровне средней школы, а затем работа должна продолжаться в колледжах и университетах через поддержку и активное внедрение STEAM-образования.

Поддержку следует осуществлять посредством целевых программ развития, основывающихся на активном вовлечении учащихся и их наставников в проектную деятельность. В условиях «творческих пространств» в рамках неформального и информального образования проектная деятельность дает возможность сформировать и развить в каждом ее участнике те навыки и компетенции, которые необходимы человеку цифровой эпохи.

творческий образование технологический индустрия

Литература

творческий образование технологический индустрия

1.Алексанков А. М. Четвертая промышленная революция и модернизация образования: международный опыт / А. М. Алексанков // Стратегические приоритеты. - 2017. - № 1 (13). - С. 53-69.

2.Квачев В. Г. Индустрия 4.0 : поражение работы или победа творческого труда? / В. Г. Квачев, М. А. Юдина // Государственное управление. Электронный вестник. - 2017. - № 64. - С. 140-158.

3.Конюшенко С. М. STEM vs STEAM - образование : изменение понимания того, как учить / С. М. Конюшенко, М. С. Жукова, Е. А. Мошева // Известия Балтийской государственной академии рыбопромыслового флота: психолого-педагогические науки. - 2018. - № 2 (44). - С. 99-103.

4.Нечитайло А. Н. Принцип двойственности сознания и его учёт в современных технологиях преподавания курса общей физики / А. Н. Нечитайло, А. А. Макеев // Мир науки, культуры, образования. - 2018. - № 1 (68). - С. 79-80.

5.Савинова С. Ю. Проектная деятельность в профессиональной подготовке бакалавров-менеджеров / С. Ю. Савинова, Н. Г. Шубнякова // Инновационные проекты и программы в образовании. - 2015. - № 5. - С. 46-52.

6.Фролов А. В. Роль STEM-образования в «новой экономике» США / А. В. Фролов // Вопросы новой экономики. - 2010. - № 4 (16). - С. 80-90.

7.Caplan M. Scientists for tomorrow - A self-sustained initiative to promote STEM in out-of-school time frameworks in under-served community-based organizations: Evaluation and lessons learned / M. Caplan // ASEE Annual Conference and Exposition (24-28 June 2017). - Columbus, Ohio, 2017.

8.Chanthala Ch. Instructional designing the STEM education model for fostering creative thinking abilities in physics laboratory environment classes / Ch. Chanthala,

Размещено на Allbest.ru