Упровадження STEM-освіти як міждисциплінарного підходу засобами науково-дослідницької діяльності здобувачів у підготовку майбутніх вчителів біології

INTRODUCTION OF STEM EDUCATION AS AN INTERDISCIPLINARY APPROACH BY MEANS OF RESEARCH ACTIVITIES OF APPLICANTS IN THE TRAINING OF FUTURE BIOLOGY TEACHERS

STEM education provides innovative achievements in economics and other social spheres. Teacher training is no exception. Analysis of the content of modern works of domestic and English-speaking scientists showed that they do not have a clear understanding of the essence of the concept of STEM education. In most studies, only the abbreviation is deciphered or a vague and expanded interpretation of this concept is given. At the same time, most English-speaking scientists name two common features of STEM education. These include interdisciplinarity and the development of creative abilities of applicants, which ensures the creation of "objectively new" (knowledge and "products" of activities, namely methods, techniques, devices, techniques, etc.). Similar views are shared by their colleagues, who conducted analytical research on the implementation of STEM education to train professionals in general and teachers in particular. Solving the problem of introducing two leading features of STEM education in the training of biology teachers in theory and practice remains an unresolved issue in the English and Ukrainian methodological literature. The study proposes one of the ways to solve this aspect by means of organizing extracurricular long-term research activities in the field of environmental (biotesting) of future biology teachers. Interdisciplinarity is realized in it during the scientific research through the integration of biology, ecology, chemistry, mathematics (statistics) and methods ofteaching biology. Immersion of the future teacher in the research search is another proof of his training within STEM by means of interdisciplinarity. Its implementation provides the process of creating by the applicant "objectively new" (new methods of biotesting and original methodological achievements based on their own results of scientific research). Thus, it contributes to the realization of another leading feature of STEM education.

Key words: STEM-education, interdisciplinarity, training of future biology teachers, research outside the classroom activities of applicants.

Актуальність проблеми

На сучасному етапі розвитку людства STEM-освіта широко впроваджується у багатьох країнами і стає однією з основних тенденцій у світовому просторі. Тому провідною її характеристикою у глобальній освітянській політиці є просування STEM-освіта у всіх ланках навчання для забезпечення інноваційних досягнень у економіці та інших суспільних сферах. Вона стала майданчиком для широких дискусій, що визначають у світі напрямки формування освітянської політики та практики (Ellison, Scott, and Ben Allen, 2018), зокрема, підготовки вчителів (Patrick M. Jenlink and Karen Embry Jenlink, 2019).

Аналіз останніх досліджень

Український освітянський простір також залучений до таких дискусій. Доказ тому, наприклад, збірники конференцій минулого року, які презентують досягнення STEM- освіти у нашій державі (Збірник.. за ред. Вербицький,2021; STEM- освіта... за ред.. Кузьменко, 2021). Аналіз їх змісту засвідчив, що єдиного і чіткого розуміння сутності поняття STEM-освіта його автори не мають. У зв'язку з тим, що вказане поняття іншомовного походження, здійснено аналіз англомовної науково- методичної літератури з різноманітних проблем STEM- освіти. Він довів, що і у вказаних працях відсутнє таке визначення поняття «STEM-освіта» (Defining STEM, 2017), хоча фахівці наголошують на необхідності проведення його методологічно- структурованого аналізу (Liudmila V. Shukshina et al., 2021). Проте у більшості досліджень або розшифровується абревіатура, або дається розмите і розширене трактування цього поняття (Nancy Tsupros at al., 2008; David W. White, 2014; Gitta Siekmann, 2016; Gitta Siekmann, 2016; Nugroho et al., 2019; Kelly C. Margot and Todd Kettler, 2019; Fuchang Liu, 2020; Kseniia Nepeina at al.,2020; Shu Han at al., 2020). Не зважаючи на відсутність єдиного визначення STEM- освіти, у його тлумаченні більшість науковців називають дві загальні риси: міждисциплінарність і розвиток творчих здібностей здобувачів, що забезпечує створення «об'єктивно нового» (знань і «продуктів» діяльності, а саме методів, способів, приладів, методик тощо). Отже, такий розвиток орієнтований на розв'язання реальних проблем, яке має безпосереднє практичне застосування у різних областях життя людини. Саме ці особливості і відрізняють STEM- освіту від «навчання крізь дослідження». Продемонструємо вказане. Так, у Паризькому комюніке 2018 року останнє поняття визначено як дослідницьку діяльність студентів, що пов'язана з дослідженнями й інноваціями на всіх рівнях вищої освіти. Вона сприяє розвитку критичного і творчого мислення, яке дозволить їм віднаходити інноваційні рішення щодо викликів, котрі виникають (Паризьке комюніке. 2018). Стосовно учнів М. Фіцула сутність «навчання крізь дослідження» бачить у забезпеченні освітньої підготовки учнів у процесі систематичних навчальних досліджень. На думку авторки «метою застосування дослідницьких технологій в навчанні є набуття учнями досвіду дослідницької роботи в пізнавальній діяльності.і формування на цій основі. творчої особистості» (Фіцула, 2017). Отже, вказане поняття не охоплює виокремлені вище дві провідні риси STEM.

В аналітичних англомовних оглядах стосовно розв'язання в теорії проблеми впровадження STEM- освіти у вищу школу також розглядають у складі провідних умов ефективності здійснення такого процесу міждисциплінарність і практичну складову навчання, що орієнтована на реальні проблеми. Так, Fuchang Liu (Fuchang Liu, 2020) називаючи шість аспектів, що забезпечують його успішність, вважає, що принцип міждисциплінарності є провідною особливістю впровадження STEM- освіти у підготовку майбутніх фахівців (інженерів). Група авторів наголошують на змішаному навчанні і домінуванні в ньому практичної складової (польових практик) як ефективних засобів впровадження STEM- освіти у процес формування геофізичних і геонавіга- ційних компетентностей (Kseniia Nepeina at al., 2020). У аналітичному дослідженні стосовно підготовки вчителя Kelly C. Margot and Todd Kettler (Kelly C. Margot and Todd Kettler, 2019) серед умов успішного впровадження STEM- освіти вказують саме на міжпредметну інтеграцію навчання і організацію прикладної (практичної) діяльності здобувача, результати якої можна використати з різною метою у житті. Автори роблять загальний висновок дослідження: найефективніший засіб впровадження STEM- освіти у підготовку вчителя є дуальна освіта. На провідній ролі міждисциплінарної інтеграції стосовно педагогічного освітянського простору наголошує і David W. White (David W. White, 2014). Науковець, зокрема, зазначає, якщо вчитель (викладач) працює у межах STEM, але не інтегрує у навчання своєї дисципліни інші дисципліни, або щільно не співпрацює з іншими викладачами STEM, він залишається тільки вчителем окремої природничої дисципліни. Аналіз англомовних праць з розв'язання проблеми впровадження STEM- освіти у підготовку вчителів біології на практиці довів певну його неопрацьованість. Водночас щодо загальної підготовки вчителя як фахівця автори наводять різні засоби її реалізації. Так китайські науковці розглядають цю проблему у контексті перепідготовки вчителів: проведення спеціальних семінарів з проблем STEM- освіти для ознайомлення фахівців з вказаною проблемою загалом і засобами її реалізації на практиці (Shu Han еt al., 2020). Їх підтримує інший колектив науковців (Nancy Tsupros еt al.,2008), який вважає поінформованість вчителів щодо проблем STEM- освіти - провідним напрямом її успішного впровадження. Одним із засобів впровадження STEM- освіти Kimberly Elliott (Kimberly Elliott, 2015) бачить у складанні відповідних програм для підготовки фахівців, експертами яких є здобувачі. Той самий науковець вважає, що перебування студентів у двохтижневих «інтенсивних» літніх таборах впродовж трьох років, де вони залучаються до занять з інформатики у ігровій формі, їх участь у національних конкурсах ігрового дизайну і знайомство з роботою фахівців з інформатики також дієвий спосіб впровадження STEM- освіти. Група фахівців бачить практичне впровадження STEM- освіти у підготовку вчителів у цілеспрямованому розвитку їх критичного мислення низкою засобів. До їх складу входять спеціальні лекції для популяризації STEM- освіти, спецкурси або фрагменти навчальних курсів для практичного її розвитку (Rogovaya et al., 2019). Отже, англомовна методична література, розглядаючи засоби впровадження STEM- освіти у підготовку вчителів на практиці, не акцентує особливу увагу на міждис- циплінарності і прикладному аспекті здобутків учіння студентів як провідних її рисах. Винятком є праця M. Sencer Corlu et al. (M. Sencer Corlu et al., 2014). У ній турецькі фахівці пропонують розроблення спеціальних STEM- програм для підготовки майбутніх вчителів, фокусом яких є взаємодія математики, науки і педагогічних знань (міждисциплінарність). Отже, практична підготовка майбутнього вчителя біології у контексті вище вказаного залишається поза увагою англомовних науковців. Тому метою дослідження став аналіз стану розроблення проблеми впровадження STEM-освіти засобами реалізації провідних її рис у підготовку вчителя біології в Україні і презентація одного з аспектів такого впровадження у Херсонському державному університеті.

освіта вчитель біологія університет

Виклад основного матеріалу дослідження

Впровадження провідних рис STEM- освіти у нашій державі здійснюється на основі положень, що містить українська концепція STEM- освіти (Концепції....,2020). Як і англомовні праці, чіткого і однозначного визначення провідного поняття вона не має. Вказаній проблемі присвячені численні публікації українських учених, які стосуються найчастіше навчання у ЗЗСО (Збірник.. за ред. Вербицький,2021; STEM- освіта. за ред.. Кузьменко, 2021). Водночас у науково-методичній літературі стосовно підготовки саме вчителя біології до впровадження STEM- освіти існують тільки поодинокі праці. Українські фахівці розглядають цю проблему тільки в контексті методичної підготовки здобувачів. Так, С. Білявський і Н. Постер- нак (Білявський, Постернак, 2019), впроваджуючи техніки та окремі інтерактивні елементи STEM («Читання вголос в групах», «Вчимося разом», «Галерея» тощо) на лабораторних заняттях курсу «Методики навчання біології», спрямовують їх на розвиток критичного мислення майбутніх вчителів. Реалізувати елементи STEM, на думку цих фахівців, вдається під час навчального заняття у квест-форматі. У його межах здійснено ознайомлення здобувачів з теоретичними засадами STEM і виконання творчих завдань для досягнення вище вказаної мети. Автори вважають, що організація та проведення освітніх занять з використанням елементів STEM дозволяють безпосередньо ознайомити майбутніх вчителів біології з особливостями впровадження STEM-елементів у педагогічну діяльність. О. Цуруль, також вважає, що «одним із шляхів формування базового бачення, розуміння сутності та підходів до організації STEM-освіти, а також розвиток інтересу до її упровадження є включення у зміст методичної підготовки майбутніх учителів біології елементів STEM-освіти» (Цуруль, 2021:288). Науковець пропонує здійснювати вказане низкою засобів. Зокрема, крізь змістові елементи «STEM-освіта» і «Методика організації STEM-освіти» в освітніх компонентах методичної спрямованості, що орієнтовані на формування готовності вчителя біології до впровадження такої технології. Вказаний напрям освіти може мати відображення у курсовому проєктуванні та виконанні кваліфікаційних робіт, бути предметом пошукової діяльності студентської наукової проблемної групи або елементом практичних завдань майбутніх учителів біології у межах виробничої педагогічної практики на базі ЗЗСО. Два інші вітчизняні науковця, які широко висвітлюють впровадження STEM - освіти у навчання біології і природознавству в ЗЗСО, демонструють впровадження цього процесу стосовно підготовки вчителів крізь проведення ними уроків дослідницької спрямованості під час педагогічної практики у таких закладах (Пилипенко, Рудишин, 2021). Отже, навіть ті праці, що розглядають STEM - освіту як напрямок підготовки майбутніх вчителів біології обходять увагою впровадження у навчальний процес двох провідних її рис: міждисциплінарності і «одержання об'єктивно нового» у процесі навчання, що має безпосередню практичну значущість для життя. Певно тому абсолютна кількість публікацій, що присвячені розв'язанню цієї проблемі в теорії і на практиці навчання біології в вітчизняних ЗЗСО, презентують скоріше впровадження дослідницького методу («навчання крізь дослідження»), ніж STEM - освіти в шкільну практику. Вище згадані збірки конференцій містять саме такий дидактичний доробок. У контексті вказаного певний інтерес має праця групи вітчизняних науковців, що розглядають умови підготовки майбутніх вчителів біології засобами Smart- технології (Stepanyuk еї al., 2022). Скоріше за все саме елементами такої технології в Україні реформується сучасний навчальний процес з біології, в тому числі і в ЗЗСО. Але ця проблема потребує окремого дослідження, предметом якого не є дана праця.

Рис. 1 Напрямки наукового пошуку студентської групи STEM-освіти «Цитоеколог» у Херсонському державному університеті

Висновки і перспективи подальших досліджень

Аналіз стану розроблення проблеми впровадження STEM у підготовку вчителя біології в Україні довів суттєву неопрацьованість питання стосовно реалізації в теорії і на практиці двох його провідних рис: міждисциплінарної інтеграції і «одержання об'єктивно нового», що має безпосередню практичну значущість для життя. Одним із шляхів розв'язання вказаного може стати організація позааудиторної довготривалої дослідницької діяльності екологічної спрямованості (зокрема, з біотестування). Вона дозволяє одночасно впровадити у підготовку вчителя біології і міждисциплінарність, і на її основі забезпечити процес створення здобувачем вказаного вище «об'єктивно нового» (нових методик біотестування і оригінального методичного доробку на основі власних результатів наукового пошуку). Перспективами подальших досліджень є конструювання змісту обов'язкових і вибіркових компонентів освітньої програми підготовки майбутніх вчителів біології, яке дозволить впроваджувати дві провідні риси STEM - освіти на аудиторних заняттях.

Список використаних джерел

1. Білявський С. М., Постернак Н. О. STEM у підготовці студентів природничих дисциплін. Сучасні інформаційні технології та інноваційні методики навчання: досвід, тенденції, перспективи: матеріали TV Меж. наук.-практ. Інтер- нет-конференції. Тернопіль. 2019. С. 27-29.

2. Збірник методологічних та дидактичних авторських розробок учасників Всеук. семінару-практикуму з теми «Сучасні методи навчання у процесі викладання біології». Серія: Біологічні науки. 2021. /За ред. В.В. Вербицького. К.: “НЕНЦ”, ч. 2. 496 с.

3. Концепції STEM- освіти в Україні. розпорядження кабінету міністрів України від 5 серпня 2020 р. № 960-р Київ. 2020. URL: https://mon.gov.ua/ua/news/uryad-uhvaliv-koncepciyu-rozvitku-stem-osviti-do-2027-roku

4. Паризьке комюніке (2018). https://naps.gov.ua/ua/press/about_us/1492/

5. Пилипенко Н., Рудишин С. Застосування елементів STEM - освіти на уроках біології та природознавства як засіб формування критичного мислення. Біологія і хімія в рідній школі. 2021. № 2. С. 15-22.

6. Сидорович М. STEM - освіта в підготовці майбутніх біологів і екологів. Актуальні питання гуманітарних наук. 2018. Вип 21. том 2. С 162-166.

7. Сидорович М., Солоная Ю. STEM - образование будущих биологов: подготовка учителя исследователя: монография. Lambert Academic Publishing. 2020.104 с.

8. Сидорович М.М. Експериментальні засади розроблення дидактичного забезпечення для проведення занять науково-дослідницької спрямованості з біології у закладах позашкільної освіти. Педагогічний альманах. 2021. Випуск. 50. С.33-38.

9. STEM- освіта: науково-практичні аспекти та перспективи розвитку сучасної системи освіти: матеріали Все- укр. наук.-пед. підвищення кваліфікації. /За ред. Кузьменко О.С. Видавничий дім «Гельветика», 2021. 316 с.

10. Фіцула М.М. Педагогіка. Технологія навчання як дослідження. 2017. URL:https://westudents.com.ua/ glavy/50066-tehnologya-navchannya-yak-dosldjennya-.html

11. Цуруль О.А. Шляхи включення елементів stem-освіти у зміст методичної підготовки майбутніх учителів біології. STEM-освіта: науково-практичні аспекти та перспективи розвитку сучасної системи освіти: матеріали Всеукр. наук.-пед. підвищення кваліфікації, Одеса: Видавничий дім «Гельветика», 2021. С.288-290.

12. Alla V. Stepanyuk, et al. Methods of Future Science Teachers Training to Use Smart-Technologies in the Professional Activity. South Florida Journal of Development, Miami. Vol. 3 No. 1 (2022). Р.Р. 510-527.

13. David W. White. What Is STEM Education and Why Is It Important? Florida Association of Teacher Educators Journal. Volume 1 Number 14. 2014. Р.Р. 1-9. URL: http://www.fate1.org/journals/2014/white.pdf

14. Defining STEM. 2017. URL: https://education.gov.scot/improvement/Documents/sci43-DefiningSTEM.pdf

15. Ellison, Scott, and Ben Allen. Disruptive innovation, labor markets, and Big Valley STEM School: network analysis in STEM education. Cultural Studies of Science Education 13.1.2018. 267-298.

16. Fuchang Liu, Addressing STEM in the context of teacher education. Journal of Research in Innovative Teaching & Learning Vol. 13 No. 1, 2020. pp. 129-134.

17. Gitta Siekmann What is STEM? The need for unpacking its definitions and applications. Commonwealth of Australia. Published by NCVER. 2016. URL: https://files.eric.ed.gov/fulltext/ED570651.pdf

18. Hala Abdel Raheem al Basha. Investigating Teachers' perceptions and implementation of STEM Education in The United Arab Emirates. 2018. 106 р.

19. Kelly C. Margot and Todd Kettler. Teachers' perception of STEM integration and education: a systematic literature review. International Journal of STEM Education.2019. 6:2. URL: https://stemeducationjournal.springeropen.com/track/ pdf/10.1186/s40594-018-0151-2.pdf

20. Kimberly Elliott. Broadening Participation-Making STEM Learning Relevant and Rigorous for All Students. CADRE Brief, 2015. 9 p. URL: https://eric.ed.gov/?q=source%3A%22community+for+advancing+discovery+research+in +education%22&id=ED590453

21. Kseniia Nepeina, et al. The Role of Field Training in STEM Education: Theoretical and Practical Limitations of Scalability Investig. Health Psychol. Educ. 2020, 10, 511-529.

22. Liudmila V. Shukshina et al. STEM and STEAM Education in Russian Education: Conceptual Framework. EURASIA Journal of Mathematics, Science and Technology Education, 2021, 17(10), (online) URL: https://doi.org/10.29333/ ejmste/11184

23. Nancy Tsupros et al. STEM Education in Southwestern Pennsylvania. Report of a project to identify the missing components. 2008. URL: https://www.cmu.edu/gelfand/documents/stem-survey-report-cmu-iu1.

24. Nugroho, O. F. et al. The movement of stem education in Indonesia: Science teachers' perspectives. Jurnal Pendidikan IPA Indonesia 8.3 (2019): 417-425.

25. Patrick M. Jenlink and Karen Embry Jenlink. The Next Generation of STEM Teachers. An Interdisciplinary Approach to Meet the Needs of the Future. Rowman & Littlefield, 2019. URL: https://rowman.com/ISBN/9781475822748/The-Next- Generation-of-STEM-Teachers-An-Interdisciplinary-Approach-to-Meet-the-Needs-of-the-Future

26. Rogovaya О. et al., Critical thinking in STEM (science, technology, engineering, and mathematics). Utopia y Praxis Latinoamericana, vol. 24, num. Esp.6, 2019. Universidad del Zulia, Venezuela URL: https://www.redalyc.org/jour nal/279/27962177005/27962177005.pdf

27. M. Sencer Corlu et al. Introducing STEM Education: Implications for Educating Our Teachers For the Age of Innovation. Education and Science 2014, Vol. 39, No 171.РР.74-85.

28. Shu Han, et al. Case Study of Teacher Training for Project STEM Course. Journal of Education and Training Studies, 2020, 8(10):10.

29. Sydorovych M.M, et al. «Project methods» in preparation of future biology teachers: a requirement of today. Modern engineering and innovative technologies: International periodic scientific journal. Issue № 11. March 2020. Part 2. Germany. Р 69-77.

Размещено на Allbest.ru