Використання елементів STEM-освіти у підготовці майбутніх учителів математики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Використання елементів stem-освіти у підготовці майбутніх учителів математики

Махомета Тетяна Миколаївна кандидат педагогічних наук, доцент

Тягай Ірина Михайлівна кандидат педагогічних наук

м. Умань

Анотація

Стрімкий розвиток IT-галузі, робототехніки, нанотехнологій виявляє потребу у досвідчених фахівцях, спеціалісти майбутнього повинні мати відповідний багаж знань з природничих наук, математики, технологій, інженерії. Отже, виникає гостра освітня потреба у якісному навчанні учнів природничим та технічним дисциплінам, а відповідно постає необхідність і у підготовці відповідних фахівців у ЗВО. У статті окреслено проблему методичної підготовки майбутнього вчителя математики. Однією з інноваційних навчальних технологій, яка сприяють покращення якості природничо-математичної освіти є STEM-освіта. Проаналізовано особливості технологій «мейкерство» та «оригаметрії», що допомагає розвивати у студентів критичне та творче мислення. Зазначено, що головна мета STEM-освіти полягає у формуванні і розвитку розумово-пізнавальних і творчих якостей молоді, рівень яких визначає конкурентну спроможність на ринку праці; удосконаленні науково-дослідної та інженерної освіти в навчальних закладах. Головним суб'єктом реалізації STEM-навчання є педагог, тобто впровадження інновації можливе через організацію діяльності насамперед викладачів закладу вищої освіти, а пізніше - вчителів закладів загальної середньої освіти. Сучасний вчитель математики має бути носієм конкретних нововведень, їх творцем. Саме тому, використання елементів мейкерства у методичній підготовці майбутнього вчителя математики сприяє формуванню вчителя-новатора, вчителя-практика, готового в подальшому впроваджувати елементи STEM-освіти в освітній процес з математики.

Зокрема, впровадження інноваційних навчальних технологи, зокрема технологій «Мейкерство» та «Оригаметрії», в освітній процес закладів освіти сприяє підвищенню уваги здобувачів освіти, їх мотивації до навчання. Для цього студентів педагогічних спеціальностей з предметів, дотичних до STEM, необхідно готувати до використання сучасних технологій та засобів їх підтримки. Окреслені підходи до STEM-підготовки майбутніх педагогів в умовах сучасної університетської освіти посилює дослідний і науково- технологічний потенціал студентів, розвиває навички критичного, інноваційного та творчого мислення тощо.

Ключові слова: STEM-освіта, інноваційні технології, мейкерство, оригаметрія, майбутній учитель математики, здобувачі вищої освіти.

Abstract

Makhometa Tetiana Mykolayivna Candidate of Pedagogical Sciences, Associate Professor, Dean of the Faculty of Physics, Mathematics and Computer Science, Associate Professor of the Department of Higher Mathematics and Methods of Mathematics, Pavlo Tychyna Uman State Pedagogical University, Uman

Tiahai Iryna Mykhaylivna Candidate of Pedagogical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Department of Higher Mathematics and Methods of Mathematics, Pavlo Tychyna Uman State Pedagogical University, Uman,

USE OF ELEMENTS OF STEM EDUCATION IN THE TRAINING OF FUTURE TEACHERS OF MATHEMATICS

The rapid development of the IT industry, robotics, and nanotechnologies reveals the need for experienced specialists, the specialists of the future must have the appropriate baggage of knowledge in natural sciences, mathematics, technologies, and engineering. Therefore, there is an acute educational need for high-quality training of students in natural and technical disciplines, and, accordingly, there is a need for the training of relevant specialists in higher education. The article outlines the problem of methodical training of the future teacher of mathematics. One of the innovative educational technologies that contribute to improving the quality of science and mathematics education is STEM education. The peculiarities of "making" and "origometry" technologies, which help to develop students' critical and creative thinking, are analyzed. It is noted that the main goal of STEM education is the formation and development of mental, cognitive and creative qualities of young people, the level of which determines competitiveness in the labor market; improvement of scientific research and engineering education in educational institutions. The main subject of the implementation of STEM education is the teacher, that is, the introduction of innovation is possible through the organization of activities, first of all, of teachers of higher education institutions, and later - teachers of general secondary education institutions. A modern teacher of mathematics must be the bearer of specific innovations, their creator. That is why, the use of elements of making in the methodical training of a future teacher of mathematics contributes to the formation of an innovative teacher, a practical teacher, ready to further introduce elements of STEM education into the educational process in mathematics. In particular, the introduction of innovative educational technologies, in particular the technologies of "Makerstvo" and "Origametry", into the educational process of educational institutions contributes to increasing the attention of students, their motivation to study. For this, students of pedagogical specialties in subjects related to STEM must be trained to use modern technologies and means of their support. Outlined approaches to the STEM training of future teachers in the conditions of modern university education strengthen the research and scientific and technological potential of students, develop the skills of critical, innovative and creative thinking, etc.

Keywords: STEM education, innovative technologies, making, origami, future teacher of mathematics, students of higher education.

Постановка проблеми. Цифрова трансформація суспільства, яка відбувається в умовах сьогодення вимагає радикальних змін не тільки в економічній, але и у соціальній сфері, включаючи и освіту. Стрімкий розвиток IT-галузі, робототехніки, нанотехнологій виявляє потребу у досвідчених фахівцях, спеціалісти майбутнього повинні мати відповідний багаж знань з природничих наук, математики, технологій, інженерії. Отже, виникає гостра освітня потреба у якісному навчанні учнів природничим та технічним дисциплінам, а відповідно постає необхідність і у підготовці відповідних фахівців у ЗВО. математичний освіта мейкерство оригаметрія

Одним із напрямів інноваційного розвитку природничо-математичної освіти є система навчання STEM, завдяки якій у здобувачів освіти розвивають логічне мислення, наукову та технічну грамотність, вміння розв'язувати поставлені задачі, новаторські та винахідницькі здібності. STEM навчання дозволить зміцнити та вирішити найбільш актуальні проблеми майбутнього завдяки інноваціям, сформує навички у здобувачів освіти жити в реальному швидкозмінному світі, вчасно реагувати на зміни, критично мислити та стати розвиненою творчою особистістю.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Проблеми інноваційного, науково-дослідного мислення педагога та здобувача освіти як бази

STEM-освіти висвітлено у працях науковців (С. Бревус, С. Гальченко, Л. Глоба, К. Гуляєв, В. Камишин, Н. Морзе, Л. Ніколенко, Р. Норчевський, В. Осадчий, М. Попова, В. Приходнюк, М. Рибалко, О. Спірін, Л. Шеченко, M. Harrison, D. Langdon, B. Means, A. House та інших). Питанням підготовки майбутніх учителів математики присвячено роботи широкого кола дослідників І. Акуленка, А. Алексюка, В. Бевза, Г. Бевза, Н. Бібик, О. Бігич, С. Гончаренка, О. Дубинчука, В. Клочка, Н. Морзе, О. Матяш, В. Монахова, В. Моторіної, Н. Тарасенкової, О. Чашечнікової та інших науковців. Сьогодні для реалізації концепції STEM-освіти перед системою педагогічної освіти, в першу чергу, ставиться питання підготовки вчителів, зокрема, вчителів математики, здатних поетапно готувати учнів до розв'язання як творчих завдань, так і задач життєвого характеру, навчити школярів ефективно працювати над дослідженнями STEM.

Мета статті - розглянути інноваційні технології навчання як технології формування готовності майбутніх учителів математики до впровадження STEM-освіти. Висвітлити сутність технологій «мейкерство» й «оригаметрії» та особливості їх впровадження у процес методичної підготовки студентів.

Виклад основного матеріалу. Головна мета STEM-освіти полягає у формуванні і розвитку розумово-пізнавальних і творчих якостей молоді, рівень яких визначає конкурентну спроможність на ринку праці; удосконаленні науково-дослідної та інженерної освіти в навчальних закладах.

Основним завданням STEM-освіти є формування найбільш затребуваних на ринку праці ХХІ ст. компетентностей і навичок [1]:

-готовність до розв'язання складних (комплексних) практичних проблем, які виступають у вигляді суперечливої ситуації («знаю що, не знаю як»), тобто відомо, що потрібно отримати, але невідомо, як це зробити; проблема відрізняється від задачі тим, що не вона має однозначного розв'язання (має степінь невизначеності), успішне розв'язання проблеми починається з правильної її постановки, продовжується аналізом, оцінкою, формування концепції для пошуку відповіді з перевіркою і експериментальним підтвердженням;

-критичне мислення - уміння розуміти логічні зв'язки між ідеями, визначати, будувати й оцінювати аргументи, виявляти невідповідності і помилки в міркуванні (в тому числі й особистому), аргументувати власні судження і цінності, долучати необхідні джерела даних, робити висновки та ін.;

- креативність - готовність і здатність до творчості, яка виявляється як і в діяльності, так і у мисленні, спілкуванні, почуттях: цікавість до складних завдань, які можуть бути джерелом нового досвіду, самостійність поглядів та оцінок, непідлеглість стереотипам, відкритість до сприйняття нових ідей, дивергентність, рухливість, пластичність, оригінальність мислення;

-організаційні здібності - складна і важлива здатність, уміння організовувати взаємодію і керувати людьми, створювати позитивну мотивацію у колективі для досягнення максимальної продуктивності, що детермінує успіх у вирішенні поставлених задач;

-уміння працювати в команді - здатність до синхронізації й інтеграції діяльності членів групи для забезпечення найбільш ефективного використання наявних інтелектуальних і матеріальних ресурсів для досягнення поставлених цілей;

емоційний інтелект - здатність ідентифікувати та управляти своїми власними емоціями та емоціями інших людей; в його основу покладено навички усвідомлення емоцій, готовність до їх використання у процесі розв'язання проблем і уміння керувати емоціями, що включає в себе регулювання своїх власних емоцій і підбадьорення або заспокоєння інших людей;

оцінювання проблеми і прийняття рішення - здатність до визначення проблеми, множини можливих шляхів її вирішення, оцінювання витрат, «плюсів» і «мінусів», пов'язаних з кожним варіантом, добір, реалізація обраного варіанту, оцінка впливу вирішення і зміни за необхідності дій;

здатність до ефективної взаємодії, яка виявляється у емпатії до споживача продукту діяльності команди, уміння спілкуватися з різними людьми, створювати позитивний настрій, виявляти терпіння;

уміння домовлятися - здатність до урегулювання існуючих розбіжностей, тобто досягнення компромісу або угоди без суперечок і конфліктів, на підставі принципів справедливості, взаємної вигоди і досягнення якнайкращого результату;

когнітивна гнучкість - розумова здатність до швидкого переходу від однієї думки до іншої, одночасне розглядання конкретного об'єкта або складної проблеми в декількох аспектах, адаптація мислення, уваги у відповідь на зміну цілей діяльності чи завдань або появу нових зовнішніх чинників і ситуацій, розуміння й усвідомлення всіх можливих варіантів і альтернатив одночасно в тій чи іншій ситуації;

різнобічний розвиток індивідуальності дитини на основі виявлення її задатків і здібностей у природничо-математичній сфері, формування ціннісних орієнтацій, задоволення інтересів і потреб;

становлення у підростаючого покоління цілісного наукового світогляду, загальнонаукової, загальнокультурної, технологічної, комунікативної і соціальної компетентностей на основі засвоєння системи знань про природу, людину, суспільство, виробництво, оволодіння засобами пізнавальної і практичної діяльності;

формування соціально-компетентної особистості, здатної здійснювати самостійний вибір і приймати відповідальні рішення у різноманітних життєвих ситуаціях; виховання потреби і здатності до навчання упродовж усього життя, вироблення умінь практичного і творчого застосування здобутих знань;

-виховання в особистості любові до праці, забезпечення умов для її життєвого і професійного самовизначення, формування готовності до свідомого вибору і оволодіння майбутньою професією.

Сьогодні важливим аспектом підготовки майбутніх учителів, зокрема, математики, є застосування в освітньому процесі закладу вищої освіти інноваційних педагогічних технологій та підходів. Проблема підготовки майбутнього вчителя за допомогою інноваційних педагогічних технологій на сьогоднішній день є відкритою та актуальною.

Однією з інноваційних технологій навчання майбутніх вчителів математики, яка спрямована на розвиток у студентів навичок критичного та творчого мислення, самостійності та формування професійних навичок є технологія «мейкерство».

Мейкерство - явище доволі не нове, його приклади можна знайти і в далекому, і в недавньому минулому. Мейкер - це людина, яка щось створює, є творцем інтелектуального чи рукотворного продукту, виготовленого за власної ініціативи.

Сучасний вчитель математики має бути носієм конкретних нововведень, їх творцем. Саме тому, використання елементів мейкерства у методичній підготовці майбутнього вчителя математики сприяє формуванню вчителя- новатора, вчителя-практика, готового в подальшому впроваджувати елементи STEM-освіти в освітній процес з математики [2].

Завдання 1. 1) Побудуйте динамічну модель «Властивість дотичної до кола». 2) Доберіть самостійно кілька завдань, які можна запропонувати учням для розв'язування із використанням даного підручного засобу (моделі).

Матеріали: білий та кольоровий картон, звичайний білий папір А4, папки для файлів, з яких можна вирізати прозорі та пластикові деталі, канцелярський ніж, ножиці, клей ПВА, пензель, рибальська жилка для шарнірного закріплення рухомих деталей, маленькі ґудзички для шарнірного закріплення рухомих деталей, що відіграють роль точок, фломастер, маркер.

Завдання 2. До однієї з тем шкільного курсу математики побудувати дизайнерський математичний годинник, з «перекладом» циферблату на математичну мову.

Матеріали: вінілова пластинка, картон, супер клей, фарби, пензлики, аркуші білого та кольорового паперу.

Також, ефективною інноваційною технологією навчання математики є оригаметрія. Оригаметрія - це сучасний, оригінальний підхід до розв язування задач, де за допомогою лише одного аркуша паперу, вчитель може показати, а здобувачі побачити, й зрозуміти основні елементи геометрії. Це поєднання методів в геометрії, які гармонічно поєднують прикладне та просторове уявлення про математику. Для того, щоб у майбутній професійній діяльності вчитель міг ефективно використовувати дану технологію у своїй професійній діяльності, у ЗВО потрібно навчити студентів даній технології.

Орігамі має потужний потенціал для розв'язування планіметричних задач на побудову. Процес розв'язування таких задач за допомогою циркуля й лінійки включає 4 етапи: аналіз; побудова; доведення; дослідження. Будь-яка орігамічна задача складається з таких етапів: постановки задачі; орігамічного розв'язання, перевірки або способу побудови; математичного обґрунтування, тобто доведення того, що в результаті дій отримується фігура з необхідними властивостями [3, 8, 10].

Наведемо приклади практичного застосування оригамі при навчанні геометрії:

- Доведення теорем. Теорема: Сума кутів трикутника дорівнює 180°.

Для доведення даної теореми потрібно взяти довільний трикутник з паперу, перегнути одну сторону трикутника через довільну вершину цього трикутника. При цьому утвориться точка перегину на стороні трикутника, протилежній вершині перегину. До точки перегину на стороні трикутника сумістити всі вершини трикутника. При цьому легко помітити, що всі кути трикутника утворюють розгорнутий кут, рівний 180°.

- Формули площі. Площа квадрата через діагоналі.

Робимо згини по діагоналях квадрата. Отримуємо точку перетину діагоналей. Суміщаємо вершини квадрата до центру фігури. Отримуємо два

рівних квадрати зі стороною 1 d. Використавши формулу для знаходження площі квадрата за стороною, маємо

Навчання студентів оригаметрії сприятиме використанню ними даної технології у майбутній професійній діяльності. Студенти мають зрозуміти, що під час навчання геометрії процес складання фігур оригамі дає змогу продемонструвати учням геометричні фігури: трикутник, квадрат,

прямокутник тощо, пояснити теореми, властивості та ознаки, які розглядаються в курсі планіметрії, швидко і яскраво продемонструвати розв'язування задач. За допомогою оригамі можливо ефективно формувати в учнів уміння орієнтуватися в просторі, ділити ціле на частини, знаходити вертикаль, горизонталь, діагональ. Створюючи з паперу та трансформуючи об'ємні тіла, можна обґрунтувати низку їхніх властивостей та довести формули, що розглядаються в курсі стереометрії.

Впровадження інноваційних навчальних технології, зокрема технологій «Мейкерство» та «Оригаметрії», в освітній процес закладів освіти сприяє підвищенню уваги здобувачів освіти, їх мотивації до навчання. Для цього студентів педагогічних спеціальностей з предметів, дотичних до STEM, необхідно готувати до використання сучасних технологій та засобів їх підтримки.

Висновки. Окреслені підходи до STEM-підготовки майбутніх педагогів в умовах сучасної університетської освіти посилює дослідний і науково- технологічний потенціал студентів, розвиває навички критичного, інноваційного та творчого мислення тощо. Перспективи подальших досліджень спрямовані на з'ясування потенціалу технологій візуалізації для реалізації концепції STEM-освіти в підготовці майбутніх учителів математики.

Література

1. Використання елементів STEM-освіти на уроках математики: зб. матеріалів роботи творчої групи викладачів математики. Рівне: НМЦ ПТО, 2019. 95 с.

2. Годованюк Т.Л., Махомета Т.М., Тягай І.М. Інноваційні навчальні технології - основа модернізації методичної підготовки майбутнього вчителя математики. B~idKp^~me освітнє е-середовище сучасного університету : електронне наук. фахове вид. 2019. Спецвипуск «Нові педагогічні підходи в STEAM освіті».

References

1. Vykorystannia elementiv STEM-osvity na urokakh matematyky. (2019). [Use of elements of STEM education in mathematics lessons]. Coll. materials of the creati^ve group of mathematics teachers. Rivne: NMC VET. 95 p.

2. Hodovanyuk T.L., Makhometa T.M. & Tiahai I.M. (2019). Innovatsiyni navchal'ni tekhnolohiyi - osnova modernizatsiyi metodychnoyi pidhotovky maybutn'oho vchytelya matematyky [Innovative educational technologies are the basis for the modernization of the methodical training of future mathematics teachers]. Fidkryte osvit^ye e-seredovyshche suchasnoho universytetu - Open educational e-environment of a modern university.

Размещено на Allbest.ru