Стратегія і методика опанування технології дослідницько-орієнтованого навчання майбутніми вчителями (викладачами) фізики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Стратегія і методика опанування технології дослідницько-орієнтованого навчання майбутніми вчителями (викладачами) фізики

Ордановська Олександра Ігорівна доктор педагогічних наук, доцент, доцент кафедри інноваційних технологій та методики навчання природничих дисциплін, Навчально-науковий інститут природничо-математичних наук, інформатики та менеджменту, Ромащенко Катерина Володимирівна аспірантка кафедри педагогіки, Державний заклад «Південноукраїнський національний педагогічний університет імені К.Д. Ушинського»

Анотація

Прийняття концепції Нової української школи, схвалення Концепції розвитку природничо-математичної освіти (STEM-освіти) зробило актуальним питання підготовки вчителів до впровадження технологій STEM-освіти, зокрема технології дослідницько-орієнтованого навчання. Передовий світовий досвід залучення здобувачів освіти до навчання STEM-дисциплін через дослідницьку діяльність доводить успішність і ефективність такого підходу, оскільки через експериментування розвивається аналітичне, логічне, критичне, креативне мислення тощо.

Використання в освітньому процесі будь-яких новітніх технологій вимагає відповідної підготовки вчителів, тому в процес підготовки майбутніх учителів (викладачів) фізики мають увійти освітні компоненти, що пов'язані з опануванням інноваційних технологій, зокрема й технології дослідницько-орієнтованого навчання. Для застосування технології дослідницько-орієнтованого навчання в освітньому процесі з фізики вчителю (викладачу) потрібно мати не лише ґрунтовні предметні знання і методичну підготовку, але й сформовані професійно-значущі якості, такі як ерудованість, креативність, гнучкість мислення для розробки завдань дослідницького характеру і підбору відповідного контенту.

Якщо реалізація технології дослідницько-орієнтованого навчання поєднується із використанням цифрових технологій, це приводить до додаткового напряму підготовки майбутніх учителів (викладачів) фізики, пов'язаного з опануванням цифрових платформ, додатків, інструментів тощо. Отже, результат опанування технології дослідницько-орієнтованого навчання залежить не лише від підготовленості в предметній області та методичної підготовленості, сформованості низки професійно-значущих якостей, але й від рівня інформаційно-цифрової компетентності майбутніх учителів (викладачів) фізики.

На основі розробленої стратегії опанування майбутніми вчителями (викладачами) фізики технології дослідницько-орієнтованого навчання було створено відповідну методику, яку було впроваджено в освітній процес з дисципліни «Інноваційні технології у навчанні фізики», розробленої в рамках участі Університету Ушинського в міжнародному проєкті Програми ЄС ERASMUS+ К2 «Модернізація вищої педагогічної освіти з використанням інноваційних інструментів викладання - MoPED» (№ 586098-EPP-1-2017-1- UA-EPPKA2-CBHE-JP). Успішність та ефективність методики опанування майбутніми вчителями (викладачами) фізики технології дослідницько-орієнтованого навчання перевірялась протягом більш ніж трьох років і була доведена. Завдяки її використанню вдалося підготувати студентів за предметно-науковим, методичним і технологічним напрямами, підвищити рівень їхньої підготовленості до використання інформаційно-цифрових ресурсів, а також умотивувати до подальшого втілення технології дослідницько-орієнтованого навчання в освітній процес з фізики.

Ключові слова: технологія дослідницько-орієнтованого навчання, підготовка майбутніх учителів (викладачів) фізики, дослідницькі простори ILS, STEM-освіта.

цифровий урок дослідницько-орієнтований

Abstract

Strategy and methodology of mastering the inquiry-based learning by future teachers (lecturers) of physics

Ordanovska Oleksandra Ihorivna Doctor of Pedagogical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Department of Innovative Technologies and Methods of Teaching Natural Disciplines, Educational and Scientific Institute of Natural and Mathematical Sciences, Informatics and Management, Romashchenko Kateryna Volodymyrivna Postgraduate student at the Department of Pedagogy, State Institution «South Ukrainian National Pedagogical University named after K. D. Ushynsky»

The adoption of the Concept of the New Ukrainian School, the approval of the Concept of the Development of Science and Mathematics Education (STEM-education) made the issue of teacher training for the implementation of STEM-education technologies, in particular the inquiry-based learning. The leading global experience of involving students in STEM studies through research proves the success and effectiveness of such an approach, as analytical, logical, critical, creative thinking, etc., develops through experimentation.

The use of any new technologies in the educational process requires appropriate training of teachers (lecturers), therefore, the training process of future physics teachers should include educational components related to the mastery of innovative technologies, including the inquiry-based learning. To apply the inquiry- based learning in the educational process in physics, a teacher (lecturer) needs to have not only thorough subject knowledge and methodological training, but also developed professionally significant qualities, such as erudition, creativity, flexibility of thinking for the development of tasks of a research nature and selection relevant content.

If the implementation of the inquiry-based learning is combined with the use of digital technologies, this leads to an additional direction of training future teachers (lecturers) of physics related to mastering digital platforms, applications, tools, etc. Therefore, the result of mastering of the inquiry-based learning depends not only on preparation in the subject area and methodical preparation, the formation of a number of professionally significant qualities, but also on the level of information and digital competence of future teachers (lecturers) of physics.

On the basis of the developed strategy for mastering the inquiry-based learning by future physics teachers (lecturers), an appropriate methodology was created, which was implemented in the educational process of the discipline "Innovative technologies in teaching physics", developed as part of the participation of Ushynsky University in the international project of the EU ERASMUS+ K2 Program "MoPED: Modernization of Pedagogical Higher Education by Innovative Teaching Instruments" (No. 586098-EPP-1-2017-1-UA-EPPKA2-CBHE-JP). The success and effectiveness of the technique of mastering the inquiry-based learning by future physics teachers (lecturers) has been tested for more than three years and has been proven. Thanks to its use, it was possible to prepare students in subject- scientific, methodical and technological areas, to increase their level of readiness for using information and digital resources, and also to motivate them to further implement the inquiry-based learning in the educational process on physics.

Keywords: inquiry-based learning, training of future physics teachers (lecturers), inquiry learning spaces ILS, STEM education.

Постановка проблеми

Впровадження STEM-освіти як поєднання природничо-математичних компонентів освітніх програм з інформаційними технологіями стало однією з пріоритетних цілей шкільної освіти, що визначені в Концепції Нової української школи. Цей інноваційний підхід реалізується через проектування і моделювання освітнього процесу з адекватним використанням засобів і технологій, і має за мету зробити процес навчання природничо-математичних дисциплін успішним, ефективним, передбачуваним, максимально наближеним до запланованих результатів.

У світовій практиці навчання STEM дисциплін суттєве місце посідає технологія дослідницько-орієнтованого навчання, за допомогою якої учні засвоюють нові знання у формі відкриття або наукового процесу, дотримуючись методів і видів наукового дослідження. Ця освітня технологія спрямована на розвиток у здобувачів здатності до аналітичної та дослідницької діяльності, експериментування та винахідництва, дозволяє активізувати пізнавальну діяльність учнів, розвивати логічне мислення та креативність, формувати уміння аналізувати ситуацію і застосовувати критичне мислення для розв'язання реальних проблем, формувати навички взаємодії, самостійності в прийнятті рішень, розкривати творчий потенціал, зробити навчання більш захоплюючим та зрозумілим.

Водночас залучення учнів до дослідницької діяльності вимагає освітнього середовища з відповідним матеріально-технічним забезпеченням, наявністю дидактичних розробок, відповідної підготовленості і обізнаності вчителів природничо-математичних дисциплін. Отже, у підготовці майбутніх учителів STEM дисциплін до успішного опанування та подальшого впровадження в освітній процес технології дослідницько-орієнтованого навчання потрібно передбачити наступні напрями:

- предметно-науковий, пов'язаний з пошуком ідей і підбором освітнього контенту;

- методичний, що пов'язаний з реалізацією технології в освітньому процесі і підготовки учнів до засвоєння знань за технологією дослідницького навчання;

- технологічний, пов'язаний з обізнаністю в користуванні сервісами, створеними для реалізації технології дослідницько-орієнтованого навчання у поєднанні із інформаційно-цифровими ресурсами.

Аналіз останніх досліджень і публікацій

Відмітимо, що ідея дослідницько-орієнтованого навчання не є новою і йде від проблемного навчання та діяльнісного підходу. Як зазначають Е.М. Фуртак, Т. Зайдель, Х. Айверсон, Д.К. Бріггс, у США навчання на основі запитів (інша назва дослідницько-орієнтованого навчання - Прим. авт.) було популярною реформою у навчанні природничих дисциплін ще у 60-ті роки минулого сторіччя, а повернення до цього підходу відбулося в 90-х роках з появою Національних стандартів природничого навчання [1].

У 1998 році Б.Ю. Уайт і Дж.Р. Фредеріксен розробили модель дослідницько-орієнтованого навчання за етапами: питання, прогнозування, експеримент, модель та застосування [2]. У 2006 році Р.В. Байбі запропонував модель «5E» за етапами: залучення (Engagement), дослідження (Exploration), пояснення (Explanation), розробка (Elaboration), оцінка (Evaluation) [3].

У 2015 році M. Педасте, M. Мяеотс, Л.А. Сійман, Т. де Йонг та ін. розробили модель дослідницько-орієнтованого навчання, яка включає фази і підфази: орієнтація; концептуалізація (запитання + гіпотеза); дослідження (дослідження + експеримент + інтерпретація даних); висновок; обговорення (комунікація + рефлексія / огляд / аналіз) [4].

Чисельні дослідження навчання через дослідницьку діяльність підтвердили його ефективність (Р. Спронкен-Сміт та ін., 2009 [5], Л. Альфієрі та ін., 2011 [6], Т. де Йонг [7]), хоча й окремими дослідниками висловлювались сумніви щодо ролі вчителя при такому форматі навчання та якості знань, що одержують учні, займаючись самостійними практичними діями (П. А. Кіршнер та ін., 2006) [8].

Слід визнати, що дослідницько-орієнтоване навчання набуває нової якості завдяки поєднанню з цифровими інструментами, переведенню його в інформаційно-цифровий простір. Так, Б. Ю. Уайт і Дж. Р. Фредеріксен за розробленою моделлю дослідницького циклу разом з вчителями середньої школи розробили комп'ютеризовану навчальну програму Thinker Tools Inquiry Curriculum і довели успішність її використання [2].

За моделлю дослідницького циклу M. Педасте було розроблено екосистему Go-Lab, яка включає портал з вмістом онлайн-лабораторій (Labs) та дослідницьких просторів (Spaces, або Inquiry Learning Spaces - далі ILS), а також середовище Graasp, яке є універсальною онлайн-платформою для створення останніх.

Знайомство з технологією дослідницько-орієнтованого навчання, екосистемою Go-Lab і впровадження їх в українську освітню практику відбулось завдяки участі українських закладів вищої освіти, в тому числі й Університету Ушинського, в міжнародному проєкті Програми ЄС ERASMUS+ К2 «Модернізація вищої педагогічної освіти з використанням інноваційних інструментів викладання - MoPED» (No 586098-EPP-1-2017-1-UA-EPPKA2- CBHE-JP). У працях А. Буднік, В. Вембер, Л. Мельніченко, Н. Морзе та ін. представлені результати досліджень та успішний практичний досвід використання в освітньому процесі технології дослідницько-орієнтованого навчання, ресурсів екосистеми Go-Lab та відповідної підготовки майбутніх учителів [9, 10].

Мета статті - висвітлення стратегії і методики опанування технології дослідницько-орієнтованого навчання майбутніми вчителями (викладачами) фізики.

Виклад основного матеріалу

Вагомим результатом співпраці університетів-партнерів в рамках проєкту MoPED стало оновлення освітніх програм за першим (бакалаврським) та другим (магістерським) рівнем освіти і розробка нових навчальних дисциплін з підготовки майбутніх учителів до використання сучасних освітніх технологій, зокрема й технології дослідницько-орієнтованого навчання. В Університеті Ушинського було розроблено і впроваджено дисципліну «Інноваційні технології у навчанні фізики» для здобувачів освіти за другим (магістерським) рівнем освіти спеціальності 014 Середня освіта (Фізика).

Досвід викладання дисципліни і навчання майбутніх учителів фізики опанування технології дослідницько-орієнтованого навчання із використанням ресурсів Go-Lab і середовища Graasp виявив, що на успішність впливали різний рівень інформаційно-цифрової компетентності здобувачів освіти, їхні особистісні професійно-значущі якості, різний професійний досвід тощо. Це привело нас до висновку про необхідність розробки стратегії і методики опанування технології дослідницько-орієнтованого навчання майбутніми вчителями (викладачами), дорожню карту реалізації якої наочно представлено нарис. 1.

Як видно з дорожньої карти, локальними завданнями, що ставляться і вирішуються на етапі Планування, є постановка освітньої мети і виявлення особливостей учнівського контингенту (цільова аудиторія), для якого й буде розробляться проєкт дослідницького простору. Маркерами проходження цього етапу є визначення:

1) формату навчання за технологією дослідницько-орієнтованого навчання відповідно до поставленої мети (очне / дистанційне; синхронне / асинхронне; індивідуальне / групове; під час уроку / позаурочне тощо),

2) середнього часу виконання завдання і границі наповненості контентом і завданнями згідно з нормативними вимогами;

Рис. 1 Дорожня карта реалізації стратеги опанування технологи дослідницько-орієнтованого навчання

3) засобів комунікації з учнями для здійснення зворотного зв'язку (миттєва взаємодія / відтермінована взаємодія).

Наприклад, якщо за освітню мету поставлено формування в учнів 7 класу первісних уявлень про явище, процес, об'єкт тощо, і передбачено, що дослідницьку технологію поєднано з технологією перевернутого навчання, тоді з урахуванням віку, наявних знань, психолого-педагогічних особливостей учнівського контингенту, визначаються з дистанційним, асинхронним, індивідуальним, позаурочним проходженням учнями через дослідницький простір - ILS - з таким його наповненням, що час на опрацювання не може перевищувати 20 хвилин - тривалості, визначеної Санітарним регламентом для закладів загальної середньої освіти. Отже, результатом проходження етапу Планування стає визначення вихідних умов, на яких ґрунтуватиметься створення проєкту ILS.

На етапі Проектування здобувачі освіти утворюють сценарій і визначаються з дизайном ILS. Запорукою успішності проходження цього етапу є обізнаність у користуванні Graasp, освіченість щодо функціоналу цієї платформи та наявних цифрових інструментів. Для полегшення проходження цього етапу попервах можна запропонувати певні шаблони дизайну ILS з наповненням вкладинок окремими інструментами Graasp: в цьому разі основне завдання полягатиме в пошуку і заповненню простору адекватним освітнім контентом.

Наступним етапом стає Реалізація навчання за технологією дослідницько-орієнтованого навчання із застосуванням Graasp, тобто організація проходження учнями ILS, що передбачає з боку вчителя адміністрування діяльності учнів і відповідну комунікацію. Під час апробації розробленого ILS перевіряється дотримання вихідних умов і нормативних вимог, зокрема, контролюється час, який учні витрачають на проходження кожної фази ILS (наприклад, за допомогою інструменту Time Spent); з'ясовується, чи зрозумілим буде для учнів користування цифровими інструментами під час виконання завдань; аналізується успішність цієї форми навчання за одержаними результатами, залученістю учнів, досягненням мети тощо.

За необхідності проєкт ILS коректується (наступний етап - Корекція) з метою адаптації до інших вихідних умов (інший формат навчання, інша цільова аудиторія) або для виправлення похибок в педагогічному чи користувальницькому дизайні. Маркерами проходження цього етапу стають тюнінг ILS, який ми, за етимологією цього терміну, вбачаємо в досягненні гармонізації дослідницького навчання з використанням цифрових інструментів, та ефективність, що визначається за одержаними результатами і витраченому на розробку проєкту часу.

На основі створеної стратегії опанування технології ILS було сформовано методику відповідної підготовки майбутніх учителів фізики в двох різновидах: для здобувачів денної форми навчання і для здобувачів заочної форми навчання, що пов'язано з різною кількістю аудиторних годин на навчання дисципліни «Інноваційні технології у навчанні фізики».

Сутність методики для здобувачів денної форми полягає у виконанні студентами-майбутніми вчителями серії тренінгових вправ інтерактивного характеру, зокрема: «Я - експерт», «Я - учень», «Я - дизайнер», «Ми - експертна група» тощо, кожна з яких спрямована на проходження певного етапу дорожньої карти.

Після ознайомлення на лекційних заняттях з технологією дослідницького навчання, технологією дослідницько-орієнтованого навчання, екосистемою Go-Lab і платформою Graasp відповідно до першого етапу Планування студентам пропонувалося виконання вправи «Я - експерт», а саме: потрібно було проаналізувати та опрацювати ILS, що представлені в Go-Lab, з таких позицій:

- відповідність українським програмам навчання дисципліни за змістом, рівнем складності;

- дидактична доцільність, як-то, змістовність, достовірність, переконливість і окремого освітнього контенту, і всього ILS в цілому;

- дотримання нормативних вимог щодо використання цифрових ресурсів учнями певного віку, зокрема, короткочасності, естетичності, адекватної емоційності тощо.

Разом із цим пропонувалося виконання вправи «Я - учень»: студенти із застосуванням особистісної аналогії (емпатії) оцінювали ILS з позиції учнів на зрозумілість, складність, цікавість тощо.

Метою цих вправ було не тільки формування конструктивно-критичного сприйняття цифрових продуктів, напрацювання умінь визначення вихідних умов для створення ILS, але й розвиток у майбутніх учителів емпатії зменшення інерції їх мислення під час уявлення себе учнем певного віку. У результаті виконання вправ студентами робилися висновки щодо можливості використання ILS в різних форматах організації навчання, необхідності корекції ILS для різних вихідних умов, прогнозувалися успішність та ефективність використання в освітньому процесі, зацікавленість учнів в такій діяльності тощо.

Згідно з завданнями етапу Проєктування для формування знань щодо функціоналу Graasp і вмінь використовувати цифрові інструменти студентам пропонувалось виконати вправу «Ми - експертна група». Результатом цієї інтерактивної вправи ставало спільно заповнена хмарна таблиця з переліком інструментів Graasp, описом їх призначення, зазначенням фази / фаз ILS, в яких є доцільним його використання, а також оцінка складності користування інструментом від 1 (мінімальне значення, найнижча складність) до 5 (максимальне значення, найвища складність). Під час виконання цієї вправи виявилось ефективним застосування прийому «коментоване управління», за яким студенти з невисоким рівнем сформованості інформаційно-цифрової компетентності «тягнуться» за тими, що виявляють вищий рівень.

Наступна вправа «Я - дизайнер» (або «Ми - дизайнерське бюро») мала за мету формувати у студентів-майбутніх учителів (викладачів) уміння розробляти шаблони ILS різної архітектури (за базовим сценарієм, за форматом укрупнення або ускладнення тощо) з вмістом інструментів, різноформатних файлів, посилань. Приклад шаблону ILS з базовим сценарієм представлено в таблиці 1.

Треба зазначити, що окремі студенти визнавали, що вагаються з використанням цифрових інструментів через недостатню, на їхню особисту думку, обізнаність в користуванні подібними засобами, тому в таких випадках студентам пропонувалося об'єднатися в групи і виконати спільно цю вправу («Ми - дизайнерське бюро»).

Всі запропоновані студентам вправи носили пропедевтичний характер для виконання основного завдання - розроблення власних проектів ILS за визначеними вихідними умовами і розробленими власноруч шаблонами.

Для здобувачів заочної форми навчання методика опанування технології дослідницько-орієнтованого навчання реалізовувалася в інший спосіб, враховуючи те, що більшість часу на навчання дисципліни «Інноваційні технології у навчанні фізики» передбачає самостійну роботу, отже кількість пропедевтичних інтерактивних вправ було скорочено, а створення проектів ILS відбувалося в позааудиторні години.

Для створення власних проектів ILS здобувачам заочної форми навчання було запропоновано різні навчальні траєкторії з опорними точками:

- аналіз готових розробок ILS (репродуктивний метод учіння);

- творча переробка і корекція ILS (репродуктивно-дослідницький метод учіння);

- створення власних проектів ILS (дослідницький метод учіння).

Оцінюючи власні знання і обізнаність в інформаційних технологіях, кожен студент обирав для себе, за якою навчальною траєкторією він буде виконувати завдання зі створення проєкту ILS: або поступово проходячи або через усі опорні точки, або тільки через першу і другу, тобто студент зміг лише переробити готову розробку, або через першу і третю опорні точки, тобто після аналізу готових розробок одразу переходив до створення власного проєкту.

Оцінювання створених студентами-майбутніми вчителями проектів ILS було формувальним, для чого разом з ними було складено оцінювальну рубрику з критеріями «Науковість», «Технологічність», «Візуальність та естетичність» (табл. 2).

Таблиця 1 Приклад шаблону ILS за базовим сценарієм