Разработка междисциплинарного STEM-модуля для учителей средней школы: поисковое исследование

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка междисциплинарного STEM-модуля для учителей средней школы: поисковое исследование

Шихуань Сюй

Чиа-Чи Сунг

Аннотация

Теоретики образования полагают, что современный человек в результате получения образования должен приобрести способность самостоятельно проводить исследования и решать проблемы. Реформа, которая идет сейчас в школах Тайваня, имеет целью развитие именно таких ключевых компетенций. Один из способов решить эту задачу - STEM - образование. STEM-модули, объединяющие естественные науки, математику, технологии и инженерию, становятся главным ускорителем перехода к междисциплинарному, основанному на исследовании преподаванию и обучению. О преимуществах STEM-модулей и потребности в них написано много, а вот трудности, с которыми связаны разработка и внедрение такого междисциплинарного модуля, обсуждаются реже. В данной статье описан процесс разработки биосенсора, предназначенного для определения концентрации глюкозы в растворе. Этот междисциплинарный модуль объединяет физику, химию, биологию, математику, электронику и программирование. Цель программы в том, чтобы школьники сконструировали устройство, похожее на глюкометр, имеющийся в продаже. Для ознакомления педагогов с необходимыми для создания такого устройства теоретическими знаниями и операциями были проведены тренинги. Анализ анкет, заполненных участниками тренинга (21 педагог), показал, что учителя столкнулись с существенными трудностями: им было сложно и понять, и модифицировать STEM-модуль, и подготовить учеников к работе с модулем. В ходе группового интервью, проведенного после тренинга, выяснилось: внедрить такой модуль педагогам сложно, потому что для этого требуется и серьезная техническая подготовка, и новейшее оборудование и материалы. Возник вопрос о практической пользе модуля для школьников, а потом и новая задача, отличная от первоначальной. Помимо техникоцентрированной модели разработки STEM-материала, предложена и рассмотрена более подробно альтернативная, наукоцентрированная модель.

Ключевые слова: модели разработки STEM-материала, средняя школа, биосенсор глюкозы (STEM-модуль), преподавание естественных и технических наук.

Abstract

Educators have suggested that citizens need the ability to engage in self-directed inquiry and problem solving. In line with the trend, current reforms in Taiwanese schools advocate the development of these core competencies. One way to achieve this goal is through STEM education. STEM modules which integrate science, math, technology, and engineering have become a prime catalyst for inquiry-based multidisciplinary teaching and learning. Although the demands and the benefits of STEM modules are often highlighted, the challenges of the development and implementation of such an interdisciplinary module are less discussed. This paper describes the process of the development of a bio-sensor module that uses Arduino to analyze glucose level of concentration. This multidisciplinary module integrates physics, chemistry, biology, mathematics, electronics, and programming. The goal of the program is for students to construct a device that imitates a commercial glucose meter. Teacher workshops were conducted for educators to learn the concepts and the procedures. A set of questionnaires collected from 21 workshop participants revealed that teachers face various challenges in the process of understanding and modifying the STEM module, as well as preparing students so they are ready to learn with the module. A group interview after the workshop revealed the teachers' difficulties in implementing a module that requires advanced technical skills and materials. The potential usefulness for the students, and the emergence of a different goal than the original plan, provide challenging and enlightening lessons. Rather than an engineering-centered model, this study proposes an alternative science-centered model for STEM material development.

Keywords: models of STEM material development, secondary school, glucose bio-sensor SEM module, teaching science and engineering.

1. Миссия STEM-образования

междисциплинарный преподавание школа учитель

Прикладная деятельность признана важным инструментом освоения школьниками естественных наук [Holstermann, Grube, Bцgeholz, 2010]. Практические занятия под руководством педагога не только помогают учащимся лучше разобраться в научных концепциях, но и усиливают их интерес к изучению естественных наук. Внедрение в обучение технологического компонента, как, например, в модели STEM-образования STEM -- Science, Technology, Engineering and Mathematics., которое интегрирует естественные науки, технологии, инженерию и математику, дополняет узкодисциплинарную модель изучения прикладных наук [English, 2016]. Особенность STEM - образования - это не только междисциплинарное предметное содержание, но и исследование как метод обучения, а также проблемно ориентированный подход [Holmlund, Lesseig, Slavit, 2018]. Педагоги, привлекая школьников к решению реальных задач, создают им благоприятные условия для проявления способностей и интересов в сфере STEM-дисциплин, в том числе в инженерно-технической области [Moore, Smith, 2014].

Недавно прошедшая на Тайване реформа учебной программы предполагает внедрение в практику преподавания исследовательского подхода и прикладных моделей обучения [Ministry of Education, 2014]. Для формирования у школьников ключевых компетенций, среди которых и освоение научных дисциплин, школам рекомендуют вводить в учебные планы больше междисциплинарных курсов - как обязательных, так и факультативных. В сочетании с новыми направлениями научно-технического знания («умными» технологиями, информационной наукой) STEM-уроки являются механизмом создания междисциплинарных учебных программ. Однако с разработкой и подготовкой STEM-уроков есть проблемы. Связаны они, в частности, с источниками материала для таких уроков, со способами разработки STEM-уроков и STEM-модулей. Ниже мы опишем несколько моделей, а также представим для обсуждения вариант разработки STEM-материала.

2. Существующие модели разработки STEM-модулей

Разработка учебно-методических материалов принципиально важна для построения эффективного STEM-урока, но она же и представляет основную трудность. Поскольку такой урок чаще всего по сути своей междисциплинарен, разработка материалов для него требует кооперации нескольких специалистов, в том числе сотрудников университетов или образовательных ведомств [Pinnell et al., 2013]. В создании таких материалов могут принимать участие компании, занимающиеся научными исследованиями и разработками и выпускающие соответствую-щую продукцию [Crowley, 2017]. Здесь возможны как минимум три вида кооперации (табл. 1).

междисциплинарный преподавание школа учитель

Таблица 1. Существующие модели разработки STEM-материалов и STEM-уроков

В рамках второй модели, когда университет и учитель сотрудничают, инициатором или ведущим автором разрабатываемой совместно STEM-программы часто выступает преподаватель вуза - специалист в инженерно-технической области и в области образования, имеющий необходимые ресурсы. Помощь, которую оказывает университет на предварительном этапе разработки STEM-модуля, обычно предполагает формирование интегральной концепции, выбор педагогической направленности, а также определение процедуры проектирования и разработки учебно-методических материалов.

Что касается интегральной концепции и педагогической направленности, в большинстве своем STEM-уроки имеют целью расширить компетенции школьников, связанные с исследовательской деятельностью и решением проблем. Бельгийские исследователи на основе анализа девяти публикаций, посвященных STEM-образованию, выделили пять общих элементов STEM-урока: межпредметная (в рамках STEM) интеграция учебного содержания, проблемно центрированное обучение, исследовательское обучение, проектное обучение и совместное обучение [Thibaut et al., 2018]. Одна из распространенных интегративных стратегий - используя существующую технологию как некий ускоритель, сформулировать технические понятия и определить план действий в процессе исследовательского и проблемного обучения. Конечным результатом STEM-урока обычно бывает конструирование технологического продукта в миниатюре или его симулятора (рис. 1). Такой интегративный подход эффективен, поскольку увязывает обучение в ходе STEM-уроков с реальными практическими задачами и окружающими школьников технологиями. Объясняют ли учащимся, какие факторы необходимо учитывать при строительстве сейсмоустойчивых зданий [English, King, Smeed, 2017], предлагают ли им, работая в группах, обдумать, какие абиотические факторы важны и какие нужны материалы для создания модели теплицы [Moore, Guzey, Brown, 2014], - так или иначе в рамках подобных проектов междисциплинарные STEM-знания и педагогические стратегии объединяются в одном цельном уроке. Однако такой тип урока занимает, как правило, больше времени, чем стандартный, и требует глубоких знаний от педагогов. Недостаток таких знаний и жесткий учебный план часто ограничивают возможности воплощения подобных проектов [Moore, Smith, 2014].

Рис. 1. Разработка STEM-урока, в результате которого должен быть сконструирован технологический продукт

Один из способов преодоления проблем, связанных с внедрением STEM-уроков, - расширить участие учителей в их проектировании. Исследователи предлагают следующий вариант: профессора вузов формируют техническую концепцию, а учителя разрабатывают уроки, подбирают материал. Американские авторы [Billiar et al., 2014], взяв за основу процесс технического проектирования, предложили восьмиступенчатую методику разработки STEM-уроков: обозначить проблему, изучить и ранжировать задачи и ограничения, выработать возможные решения, выбрать лучшие решения с учетом ограничений, на их основе сконструировать прототип (модель), протестировать и оценить его, обсудить результаты и, наконец, оценить решение повторно и пересмотреть. Схема оказалась полезной, и многие учителя в ходе тренингов освоили навыки разработки STEM-уроков с использованием наличного материала. Авторы приводят в качестве примера случай, когда школьники, разбившись на группы, под руководством педагога-технолога спроектировали заменитель поврежденной передней крестообразной связки. Школьники работали вместе: сначала уточнили задачу, используя подручные средства - бумагу и тесьму, затем выбрали лучшую конструкцию, разработали физический прототип недорогого персонализированного механического устройства и оценили найденные решения. В данном случае согласно интегральной концепции урока учитель сам планирует занятие и гибко управляет им, не разрабатывая для него, однако, новый материал.

Совместная разработка интегрированных STEM-уроков, в которой принимают участие университеты и учителя, потенциально обогащает содержание таких уроков. Однако педагоги, которые внедряют в конечном итоге STEM-уроки, не всегда принимают участие в проектировании и разработке модуля и материалов. Поэтому между замыслом и воплощением могут быть расхождения. В процессе проектирования и разработки STEM-уроков часто возникают проблемы, связанные с необходимостью включить в урок содержание того или иного предмета, с недостаточной гибкостью учебного плана, несоответствием между поставленной задачей и педагогическими целями урока и трудностями в адаптации материала. Вопрос, как определить границы, в которых должен действовать университет, чтобы обеспечить учителю определенную свободу действий, остается открытым.

4. Исследовательский проект по созданию биосенсора

Недавно прошедшая на Тайване реформа учебной программы нацелена на формирование у школьников навыков исследования и решения проблем в сфере науки и технологий. Интегрированный STEM-урок - важное средство в достижении этой цели. Изучив варианты разработки STEM-модулей и материала для них, мы предпочли вторую модель. В первой модели используется уже существующее оборудование, например роботы, но здесь упор сделан в основном на технологическое содержание, в частности программирование, научный же компонент сравнительно невелик. Для разработки уроков по третьей модели требуются учителя с обширным опытом, компетентные в самых разных дисциплинах, а они до сих пор редкость.

Выбирая материал для STEM-урока, особое внимание мы обратили на учителей-естественников. Естественнонаучная подготовка в тайваньской средней и старшей школе ведется традиционными методами, а результаты тестирования по предметам этого цикла очень важны. Повышенное внимание к этой области знания и практика тестирований поставили естественнонаучную учебную программу в центр реформы. Из четырех дисциплин, входящих в STEM, STEM-проекты реализуются в основном в области математики или физики, проекты в области химии и биологии встречаются реже. Поэтому для разработки STEM - модуля и материала для него в рамках проекта, поддержанного тайваньским Министерством науки и технологий, мы выбрали биосенсорику, связанную и с биологией, и с химией.

В ходе подготовки мы выделили необходимые теоретические знания по биосенсорике, создали протокол биосенсора. По совету сотрудничавших с нами учителей-естественников мы выбрали в качестве задачи разработку биосенсора глюкозы, поскольку глюкозу можно легко найти в школьных научных лабораториях. Чтобы облегчить разработку доступных STEM-материалов и STEM-модуля для учителей, воспользовались открытым ресурсом Arduino. Наконец, провели тренинги для учителей и изучили возможность внедрения модуля в естественнонаучную учебную программу.

5. Цели исследования

Модуль биосенсора глюкозы создавался, чтобы помочь учителям в разработке материалов для STEM-уроков. В рамках модуля, объединившего естествознание, математику, биологию, физику, электронику и программирование, стояла задача сконструировать сенсор, способный зарегистрировать трудно поддающийся фиксации ток, возникающий при окислении глюкозы. Ситуационное исследование проводилось с целью проанализировать, что учителя, посетившие тренинги профессионального развития, посвященные биосенсору, сочли полезным, а что - проблематичным.

6. Дизайн исследования

Метод и данные

Метод ситуационного исследования применяется для тщательного изучения конкретной ситуации. Данные могут быть получены аналитическим или комплексным путем, а также с применением качественных и количественных методов [Stake, 2005]. Центральный вопрос исследования: что мы можем узнать о данном конкретном случае?

Конструирование биосенсора глюкозы - частный случай разработки интегрированного STEM-модуля по второй модели (см. рис. 1). На первом этапе был создан протокол биосенсора (этим занимался университет), а затем мы вместе с учителями, принявшими участие в профессиональном тренинге, оценили возможность его применения в учебных целях.

Мы использовали несколько источников данных, в том числе анкетирование на тренинге и групповые интервью, чтобы выяснить, каковы фоновые знания педагогов, насколько хорошо они изучили модуль в ходе тренинга, как оценивают возможность его применения в классе и с какими проблемами могут столкнуться, применяя его.

Материал

Модуль глюкометра Arduino, использованный в нашем исследовании, был разработан командой профессоров университета - специалистов в инженерно-технической сфере и в сфере образования. Теоретической основой для создания глюкосенсора стала биосенсорика. На биосенсорике основан принцип действия различных технических средств, например фермент - детекторов или переносных устройств для обнаружения признаков жизни. Модуль позволяет рассмотреть различные биологические, химические и физические понятия, в том числе выявление глюкозы, окислительная реакция, электрический ток и сопротивление (табл. 2). Эти понятия входят в учебную программу средней и старшей школы. Такой биосенсор глюкозы можно сконструировать самостоятельно из самых простых, доступных электронных деталей - а значит, он может стать конечным продуктом STEM-модуля.

Таблица 2. Предметные разделы, связанные с модулем глюкосенсора Arduino

Тренинг для учителей и итоговое групповое интервью

После того как университет разработал протокол сенсора и модуль, мы организовали два профессиональных тренинга для педагогов. В ходе трехчасовых занятий учителей ознакомили с основной информацией о глюкозе, глюкозе в крови, а также о существующей технологии измерения уровня глюкозы. Особое внимание уделили диапазону уровня глюкозы в крови как показателю диабета. Затем им представили электронные детали и схему электронной цепи, которую необходимо составить из компонентов, для того чтобы усилить слабый ток, производимый в процессе окисления глюкозы. Наконец, с учителями провели практические занятия, где продемонстрировали процесс самостоятельной сборки глюкосенсора Arduino. После того как глюкосенсор был сконструирован, его применили для тестирования растворов глюкозы разных концентраций. По окончании тренинга учителям предложили использовать модуль глюкосенсора на уроках.

Участники

На профессиональных тренингах учителям раздали две анкеты. Первую учителя заполнили перед тренингом: ее целью было выяснить, каков их опыт преподавания в сфере научно-технических знаний и какие они применяют приемы обучения. В анкете, которая заполнялась после тренинга, учителей просили рассказать о трудностях, с которыми они столкнулись в процессе сборки и использования модуля глюкосенсора, и оценить возможности его применения на уроке.

По прошествие семестра с момента проведения тренинга было организовано итоговое групповое интервью. Педагогов попросили поделиться опытом использования глюкометра Arduino на уроках. Во встрече приняли участие пять учителей, которые после тренинга взяли модуль, чтобы использовать на занятиях в своих школах. Перед началом обсуждения все они изложили свои соображения письменно, а затем ответили на вопросы о том, по какой причине использовали или не использовали глюкометр Arduino на занятиях.

Профессиональные тренинги посетили в общей сложности 28 учителей, но только 21 педагог заполнил анкеты. Из них 13 преподают в старшей школе, шестеро - в средней, двое - в средней специальной школе. Большинство составили учителя-естественники, в основном биологи, но были и физики, и химики, и преподаватели естествознания вообще. Два педагога средних специальных школ были представителями кафедр вычислительной техники и электротехники.

Из пяти учителей, посетивших итоговую встречу и принявших участие в групповом интервью, трое преподавали в старшей школе, один - в средней, и один был педагогом средней специальной школы, специализировавшимся на электротехнике. В числе этих пяти педагогов две женщины и трое мужчин. Опыт преподавания - от 4 до 24 лет.

7. Результаты конструирования и внедрения модуля

Освоение STEM-знаний в ходе тренинга

В основном в тренинге приняли участие преподаватели-естественники средних школ. Большинство из них имели опыт, хотя и скромный, прикладной научной деятельности и некоторые знания об электрическом токе, однако опыт работы с понятиями биосенсорики, с электронными деталями, платами Ardui - no и языками программирования у педагогов был очень небогат (табл. 3).

Таблица 3. Предшествующий педагогический опыт учителей

В центре модели 2B - научные эксперименты, и технологии разрабатываются с целью помочь учителю провести эксперимент или организовать прикладную научную деятельность.

Преподаватели естественнонаучных дисциплин могут не иметь ни времени, ни знаний и навыков, необходимых для создания STEM-модуля. Однако, используя STEM-модуль как инструмент в ходе научно-исследовательского урока, можно совершенствовать и его материал, и процесс исследования, и интерпретацию результатов, и даже стимулировать интерес школьников к естественным наукам.

Заключение

STEM-образование сейчас на подъеме, поскольку соответствует целям реформаторов образования. Разработка STEM - материалов и модулей должна помочь учителям и школьникам включиться в прикладную и исследовательскую деятельность в ходе изучения комплексных научно-технологических концепций. Обеспечить учителям поддержку и в то же время дать возможность гибко корректировать и адаптировать STEM - материалы - вот задача, которая стоит перед разработчиками таких материалов, применимых на практике.

STEM-материалы могут быть разработаны разными способами. Первая модель, как мы уже говорили, предполагает использование коммерческого оборудования и заданных модулей, т.е. обеспечивает педагогам хорошую поддержку, но дает мало пространства для маневра. Третья модель является наиболее гибкой в плане приспособления к учебным предметам, учебному плану, методам преподавания, но поддержка в проектировании и разработке STEM-материала в этом случае ограничена. Вторая модель обеспечивает поддержку за счет компетенций и ресурсов университетов, однако и у педагогов как активных участников есть возможность адаптировать материал, и в таком сложном процессе это, по-видимому, наилучшее решение.

Анализируя научную литературу и результаты этого исследования, можно заключить, что совместная деятельность по проектированию и разработке STEM-материала (согласно второй модели) может вестись в русле как минимум двух разных подходов. Модель 2A предполагает техникоцентрированный подход к разработке STEM-материала, когда концепция, проект, процесс и продукт призваны воспроизвести работу инженера. Модель 2B представляет наукоцентрированный подход к разработке STEM-материала, в котором технологии выполняют важную роль - способствуют научному исследованию. Исследователи STEM-образования попытались разработать и соответствующие модели урока [Huri, Karpudewan, 2019]. Как показало наше исследование, такая модель разработки STEM-материала, по-видимому, предпочтительна для учителей-естественников.

В статье описан проект университетских исследователей, которые разработали биосенсорный модуль для учителей старшей школы. Для создания модуля глюкосенсора потребовался комплексный, мультидисциплинарный материал, объединяющий знания из физики, химии, биологии, математики, электроники и программирования. После того как модуль был успешно разработан, для педагогов провели тренинги, чтобы проверить, насколько применим STEM-модуль на практике, для работы в классе. Результаты анкетирования и интервью в малой группе показали, что учителей вдохновила и идея, и сам модуль, но с пониманием материала возникли проблемы, что и затормозило в дальнейшем разработку видов учебной деятельности. Только один учитель, который умел обращаться с электроникой, смог модифицировать модуль и приспособить для работы в классе. Следовательно, прежде чем приступать к применению модуля в классе, необходимо, чтобы его поняли сами учителя.

Для решения проблемы можно предложить два пути. Первый - организовать для учителей продолжительное, углубленное обучение для освоения всех необходимых знаний и навыков. Второй - переработать модуль, сделать его более доступным и для педагогов, и для учащихся средних школ. Как утверждают исследователи в сфере профессиональной подготовки, у педагогов должна быть возможность адаптировать формы такой подготовки, приспособить под себя [Fishman, Krajcik, 2003]. При использовании модели 2A, скорее всего, следует пойти по первому пути, применительно к модели 2B требуются дополнительные исследования.

Литература

1. Afari E., Khine M.S. (2017) Robotics as an Educational Tool: Impact of Lego Mindstorms // International Journal of Information and Education Technology. Vol. 7. No 6. P. 437-442.

2. Bautista A., Ortega-Rufz R. (2015) Teacher Professional Development: International Perspectives and Approaches // Psychology, Society and Education. Vol. 7. No 3. P. 240-251.

3. Billiar K., Hubelbank J., Oliva T., Camesano T. (2014) Teaching STEM by Design // Advances in Engineering Education. Vol. 4. No 1. P. 1-21.

4. Crowley C.B. (2017) Professional Development as Product Implementation Training // Teaching and Teacher Education. No 67. P. 477-486.

5. English L.D. (2016) STEM Education K-12: Perspectives on Integration // International Journal of STEM Education. Vol. 3. No 1. Art. No 3.

6. English L.D., King D., Smeed J. (2017) Advancing Integrated STEM Learning through Engineering Design: Sixth-Grade Students' Design and Construction of Earthquake Resistant Buildings // The Journal of Educational Research. Vol. 110. No 3. P. 255-271.

7. Ernst J.V., Busby J.R. (2009) Hydroponics: Content and Rationale // Technology Teacher. Vol. 68. No 6. P. 20-24.

8. Fishman B., Krajcik J.S. (2003) What Does It Mean to Create Sustainable Science Curriculum Innovations? // Science Education. Vol. 87. No 4. P. 564-573.

9. Holmlund T.D., Lesseig K., Slavit D. (2018) Making Sense of «STEM Education» in K-12 Contexts // International Journal of STEM Education. Vol. 5. No 1. Art. No 32.

10. Holstermann N., Grube D., Bцgeholz S. (2010) Hands-on Activities and their Influence on Students' Interest // Research in Science Education. Vol. 40. No 5. P. 743-757.

11. Honey M., Pearson G., Schweingruber A. (2014) STEM Integration in K-12 Education: Status, Prospects, and an Agenda for Research. Washington: National Academies Press.

12. Huri N.H.D., Karpudewan M. (2019) Evaluating the Effectiveness of Integrated STEM-lab Activities in Improving Secondary School Students' Understanding of Electrolysis // Chemistry Education Research and Practice. Vol. 20. No 3. P. 495-508.

13. Karim M.E., Lemaignan S., Mondada F. (2015) A Review: Can Robots Reshape K-12 STEM Education? 2015 IEEE International Workshop on Advanced Robotics and its Social Impacts (ARSO) (July 1st - July 3rd, 2015, Lyon, France). P. 1-8.

14. Kim C., Yuan J., Kim D., Doshi P., Thai C.N., Hill R.B., Melias E. (2019) Studying the Usability of an Intervention to Promote Teachers' Use of Robotics in STEM Education // Journal of Educational Computing Research. Vol. 56. No 8. P. 1179-1212.

15. Leonard J., Buss A., Gamboa R., Mitchell M., Fashola O.S., Hubert T., Al - mughyirah S. (2016) Using Robotics and Game Design to Enhance Children's Self-Efficacy, STEM Attitudes, and Computational Thinking Skills // Journal of Science Education and Technology. Vol. 25. No 6. P. 860-876.

16. Ministry of Education (2014) The General Guideline of the 12-Year Basic Education Curricula. https://www.naer.edu.tw/ezfiles/0/1000/attach/87/ pta_18543_581357_62438.pdf

17. Moore T.J., Guzey S.S., Brown A. (2014) Greenhouse Design to Increase Habitable Land: An Engineering Unit // Science Scope. Vol. 37. No 7. P. 51-57.

18. Moore T.J., Smith K.A. (2014) Advancing the State of the Art of STEM Integration // Journal of STEM Education: Innovations and Research. Vol. 15. No 1. P. 5-10.

19. O'Neill T., Yamagata L., Yamagata J., Togioka S. (2012) Teaching STEM Means Teacher Learning // Phi Delta Kappan. Vol. 94. No 1. P. 36-40.

20. Pinnell M., Rowly J., Preiss S., Franco S., Blust R., Beach R. (2013) Bridging the Gap between Engineering Design and PK-12 Curriculum Development through the Use the STEM Education Quality Framework // Journal of STEM Education: Innovations and Research. Vol. 14. No 4. P. 28-35.

21. Stake R.E. (2005) Qualitative Case Studies // N.K. Denzin, Y.S. Lincoln (eds) The Sage Handbook of Qualitative Research. Thousand Oaks, CA: Sage. P. 443-466.

22. Stohlmann M.S., Moore T.J., Cramer K. (2013) Preservice Elementary Teachers' Mathematical Content Knowledge from an Integrated STEM Modelling Activity // Journal of Mathematical Modelling and Application. Vol. 1. No 8. P. 18-31.

23. Thibaut L., Knipprath H., Dehaene W., Depaepe F. (2018) The Influence of Teachers' Attitudes and School Context on Instructional Practices in Integrated STEM Education // Teaching and Teacher Education. Vol. 71. No 1. P. 190-205.

24. Yasar S., Baker D., Robinson-Kurpius S., Krause S., Roberts C. (2006) Development of a Survey to Assess K-12 Teachers' Perceptions of Engineers and Familiarity with Teaching Design, Engineering, and Technology // Journal of Engineering Education. Vol. 95. No 3. P. 205-216.

References

1. Afari E., Khine M.S. (2017) Robotics as an Educational Tool: Impact of Lego Mindstorms. International Journal of Information and Education Technology, vol. 7, no 6, pp. 437-442.

2. Bautista A., Ortega-Rufz R. (2015) Teacher Professional Development: International Perspectives and Approaches. Psychology, Society and Education, vol. 7, no 3, pp. 240-251.

3. Billiar K., Hubelbank J., Oliva T., Camesano T. (2014) Teaching STEM by Design. Advances in Engineering Education, vol. 4, no 1, pp. 1-21.

4. Crowley C.B. (2017) Professional Development as Product Implementation Training. Teaching and Teacher Education, no 67, pp. 477-486.

5. English L.D. (2016) STEM Education K-12: Perspectives on Integration. International Journal of STEM Education, vol. 3, no 1, art. no 3.

6. English L.D., King D., Smeed J. (2017) Advancing Integrated STEM Learning through Engineering Design: Sixth-Grade Students' Design and Construction of Earthquake Resistant Buildings. The Journal of Educational Research, vol. 110, no 3, pp. 255-271.

7. Ernst J.V., Busby J.R. (2009) Hydroponics: Content and Rationale. Technology Teacher, vol. 68, no 6, pp. 20-24.

8. Fishman B., Krajcik J.S. (2003) What Does It Mean to Create Sustainable Science Curriculum Innovations? Science Education, vol. 87, no 4, pp. 564573.

9. Holmlund T.D., Lesseig K., Slavit D. (2018) Making Sense of «STEM Education» in K-12 Contexts. International Journal of STEM Education, vol. 5, no 1, art. no 32.

10. Holstermann N., Grube D., Bцgeholz S. (2010) Hands-on Activities and their Influence on Students' Interest. Research in Science Education, vol. 40, no 5, pp. 743-757.

11. Honey M., Pearson G., Schweingruber A. (2014) STEM Integration in K-12 Education: Status, Prospects, and an Agenda for Research. Washington: National Academies Press.

12. Huri N.H.D., Karpudewan M. (2019) Evaluating the Effectiveness of Integrated STEM-lab Activities in Improving Secondary School Students' Understanding of Electrolysis. Chemistry Education Research and Practice, vol. 20, no 3, pp. 495-508.

13. Karim M.E., Lemaignan S., Mondada F. (2015) A Review: Can Robots Reshape K-12 STEM Education? Proceedings of the 2015 IEEE International Workshop on Advanced Robotics and its Social Impacts (ARSO) (July 1st - July 3rd, 2015, Lyon, France), pp. 1-8.

14. Kim C., Yuan J., Kim D., Doshi P., Thai C.N., Hill R.B., Melias E. (2019) Studying the Usability of an Intervention to Promote Teachers' Use of Robotics in STEM Education. Journal of Educational Computing Research, vol. 56, no 8, pp. 1179-1212.

15. Leonard J., Buss A., Gamboa R., Mitchell M., Fashola O.S., Hubert T., Al - mughyirah S. (2016) Using Robotics and Game Design to Enhance Children's Self-Efficacy, STEM Attitudes, and Computational Thinking Skills. Journal of Science Education and Technology, vol. 25, no 6, pp. 860-876.

16. Ministry of Education (2014) The General Guideline of the 12-Year Basic Education Curricula. Available at: https://www.naer.edu.tw/ezfiles/0/1000/at - tach/87/pta_18543_581357_62438.pdf (accessed 12 April 2020).

17. Moore T.J., Guzey S.S., Brown A. (2014) Greenhouse Design to Increase Habitable Land: An Engineering Unit. Science Scope, vol. 37, no 7, pp. 51-57.

18. Moore T.J., Smith K.A. (2014) Advancing the State of the Art of STEM Integration. Journal of STEM Education: Innovations and Research, vol. 15, no 1, pp. 5-10.