Какой школьный предмет самый главный? Нужно ли мучить математикой хронических гуманитариев или оставить их в покое сразу после того, как они освоят таблицу умножения? И правда ли, что к науке нужно иметь особые склонности, а иначе ничего не получится?
Обычно это вопросы из серии «Есть ли жизнь на Марсе?», и ответом из той же серии, что на Марсе жизни нет, как и на Земле. Более внятные ответы могут дать те, кто изучил наши программы «Лучшие техники самообразования» и «ТРИЗ на практике». И, конечно, эти ответы пытается найти педагогика с помощью всевозможных методов, методик и подходов.
STEM является одним из таких инновационных подходов, а STEM-мышление – результатом его применения, позволяющим осваивать любые науки в школе и решать любые по сложности задачи в жизни. Итак, наша сегодняшняя тема – STEM-мышление.
STEM-мышление: что это такое?
Итак, что же такое STEM-мышление простыми словами? Для начала расшифровка STEM – это аббревиатура из первых букв таких слов, как «наука», «технологии», «инженерия», «математика» на английском языке: Science, Technology, Engineering, Mathematics. Обозначение STEM используется для объединения этих дисциплин и обозначения специального подхода к образованию, основанному на симбиозе этих дисциплин [H. Gonzalez, J. Kuenzi, 2012]
Это никоим образом не значит, что в STEM-образовании нет места литературе, истории, политэкономии, философии и прочим гуманитарным предметам. Как раз наоборот, STEM-подход может добавить практической наглядности каждому школьному и вузовскому предмету как естественно-научного, так и гуманитарного цикла.
В основе STEM-подхода лежит визуализация знаний, что позволяет увидеть и «прочувствовать» все закономерности, обычно изучаемые исключительно по книжкам и иногда подкрепляемые опытами на уроках физики и химии. К слову, STEM не предполагает жесткого разделения всего накопленного человечеством массива знаний на отдельные предметы.
Как раз наоборот – здесь практикуется междисциплинарный подход применительно к решению конкретных задач. Условно говоря, создание даже самого простейшего образца робототехники – это симбиоз физики, механики, электротехники, электроники, прочих инженерных дисциплин. Для того чтобы техника в конечном итоге заработала, нужны точные математические расчеты. А для того чтобы облечь конструкцию в некую форму, нужны дизайнерские разработки на основе визуализации первоначального замысла.
Именно поэтому аббревиатуру STEM часто дополняют буквой А, что означает Art и переводится как «искусство». Дизайн любого изделия – это и техническое, и художественное творчество, и одного без другого никак не воплотить в жизнь. И вот когда человек начинает мыслить целостными категориями, понимать задачу в комплексе и комплексно подходить к ее решению с позиций науки, техники, технологий и точного математического расчета, тогда можно говорить о STEM-мышлении.
И для того, чтобы окончательно прояснить понимание, что же такое STEM-мышление, нам нужно вспомнить четыре базовых принципа STEM-образования:
- Проектный формат учебного процесса.
- Практическая направленность учебного процесса.
- Интегративный подход, когда учебные предметы изучаются на междисциплинарном уровне.
- Развитие hard skills и soft skills.
Проще говоря, STEM и STEAM-подходы базируются на решении практических задач в рамках определенных проектов. Например, в программировании, робототехнике, техническом моделировании и т.д. Проектная работа предполагает командное взаимодействие и, как следствие, развитие различных мягких навыков: коммуникативных, личностных, лидерских и прочих.
Это все формирует определенный тип мышления, нацеленный на достижение результата, когда именно задаче достижения результата подчинено использование ранее накопленных знаний, поиск недостающей информации, тестирование различных вариантов решений, взаимодействие с коллегами по проекту, в котором каждый отвечает за свой участок работы.
Если сказать простыми словами, STEM-мышление – это ориентация на достижение конкретного практического результата с четким пониманием, что и зачем делается в каждый момент времени и что нужно для того, чтобы получить результат. О пользе STEM-мышления в работе и повседневной жизни мы потом поговорим подробнее, хотя, думается, в общих чертах уже и так ясно, что нацеленность на результат полезна в любом деле. А сейчас о том, как развить STEM-мышление в условиях учебного заведения.
Как развивать STEM-мышление?
Мы изначально начали рассматривать STEM-мышление в тесной связке со STEM-образованием, направленным на развитие данного типа мышления. Организация образовательного процесса – это прерогатива учебных заведений, поэтому основные задачи по развитию STEM-мышления учащихся ложатся на плечи педагогов.
Развитие STEM-мышления у дошкольников
Начнем с самых маленьких. STEM-принципы можно реализовать на простейших проектах уже в рамках дошкольного образования. Для педагогов и воспитателей есть готовые рекомендации, как организовать учебно-воспитательный процесс так, чтобы максимально способствовать развитию STEM-мышления у детей.
Подборки конкретных заданий для детей есть в специальных книгах, которые, кстати, можно советовать и для самостоятельного чтения детям после того, как они научатся уверенно читать.
Книги для развития STEM-мышления у детей:
- «Что такое… Технологии. Интересные задания» [К. Брюзони, 2018].
- «Из чего все сделано? Атомы и материя» [С. Колин, 2018].
- «Математические головоломки» [С. Колин, 2018].
- «Как это работает? Техника и роботы» [А. Ник, 2018].
Это все «переводная» литература, т.е. книги, написанные зарубежными авторами. Скажем прямо, что на Западе накоплен гораздо больший опыт работы по STEM-методикам. Собственно, STEM-образование пришло к нам с Запада, а саму аббревиатуру «STEM» предложили сотрудники Национального научного фонда США на заре третьего тысячелетия в 2001 году.
Для справки: Национальный научный фонд США – это независимое агентство при правительстве США, курирующее фундаментальные исследования и фундаментальное образование почти во всех областях науки за исключением медицины.
Развитие STEM-мышление у школьников
Что касается развития STEM-мышления у школьников, здесь мы аналогичным образом будем ориентироваться на западные разработки. Тем более что в тех учебных заведениях России, где практикуется STEM-подход, многое заимствовано из зарубежного опыта, зарекомендовавшего себя положительным образом.
В частности, нам будут весьма полезны еженедельник Eduporium и статья Fostering a STEM Mindset in Students («Воспитание STEM-мышления у учащихся») [Eduporium, 2021]. Кстати, там сразу оговаривается, что STEM-мышление – это широкое понятие, которое может иметь самые разные нюансы в зависимости от ситуации. Посмотрим, как там пытаются разъяснить различные нюансы данной темы.
По мнению авторов, STEM-мышление в некотором смысле сходно с так называемым «мышлением роста». И там, и там нужно учиться видеть хотя бы на пару шагов вперед, моделировать разные способы получения результата, выбирая лучший из них.
Задача педагога состоит в том, чтобы помочь учащимся увидеть, как их повседневные задания и занятия в классе могут быть связаны с будущим. Хорошей отправной точкой может стать понимание того, как современные профессионалы подходят к проблемам и находят решения с помощью STEM-мышления.
Следует помнить, что STEM-мышление предполагает развитие как hard skills, так и soft skills, без которых жизненный успех в наше время невозможен. Настоящие профессионалы должны уметь быстро принимать обоснованные решения, применять доказательства для стратегий решения проблем, использовать стратегическое мышление и видеть сильные стороны предложений, выдвигаемых коллегами в рамках проектной командной работы. Все эти компетенции учащиеся могут развивать с помощью STEM-образования.
Развитие STEM-мышления предполагает развитие уверенности учащихся в собственных силах. Они смогут на практике увидеть, что они способны решать самые сложные научные, технологические, инженерные и математические задачи. Но для этого нужно научиться правильно ставить вопросы, и научить этому детей, что входит в задачи педагогов. Правильно поставленный вопрос облегчает поиск наиболее эффективных решений, основанных на фактических данных. В дальнейшем ребята могут применить этот подход к стратегическому решению собственных жизненных и профессиональных проблем в локальном или глобальном масштабе.
Так каким же образом развивать STEM-мышление у школьников? Этому поможет моделирование и наглядность. Один из самых простых способов, которыми учителя могут это сделать, – это обучение на основе запросов. Часто одним из лучших способов для учащихся делать свои собственные «открытия» является задавать вопросы и подвергать сомнению то, что они видят. Далее учителю нужно «подталкивать» учеников к тому, чтобы полностью раскрыть свой потенциал. Это, кстати, еще одно сходство STEM-мышления и мышления роста.
К слову, учителя могут использовать установку на самостоятельную работу учащихся. Для этого им нужно предложить как бы «сделать шаг назад» и вспомнить, как они обычно решают проблемы, с которыми сталкиваются. Важно научить детей правильно реагировать на негативный опыт, который, безусловно, накапливается на протяжении жизни у каждого человека. И, соответственно, делать из этого опыта правильные выводы и извлекать пользу на будущее.
Показывая учащимся, что первоначальная неудача – это просто еще одна подаренная им возможность, можно помочь им понять, как важно работать усерднее, пробовать новые и творческие подходы и стремиться к совершенствованию. Неудачи – это само собой разумеющаяся составляющая любого творческого и научного поиска, процесса генерации идей и инноваций. Поэтому STEM-мышление – это еще и правильное отношение к неудачам, что может очень пригодиться в повседневной жизни.
Еще один способ, с помощью которого учителя могут развивать STEM-мышление учащихся – это обратная связь. Предоставление обратной связи должно, в первую очередь, показать, что учителя ценят самостоятельную творческую работу учащихся, а не просто сумму усвоенных знаний. Это даст дополнительную мотивацию ученикам, что повышает шансы на успех в любом деле.
В целом, в STEM-образовании творческий процесс имеет первостепенное значение. На этапе обучения это даже важнее, чем скорость достижения результата и собственно практическая полезность результата. Важно помнить, что школьники – это, в первую очередь, дети, а первоочередная задача школы – это учить детей, и только потом требовать с них что-либо.
Понятно, что модель аэростата противовоздушной обороны по образу и подобию тех, что использовались в небе над Москвой во время войны, вряд ли сегодня имеет практическую полезность. Однако практическую полезность имеют приобретаемые в ходе реализации данного проекта навыки.
Кстати, это полностью реальный кейс, реализованный учениками одной из московских школ в далеком 1968 году под руководством учителя физики Николая Константинова [М. Чекалина, 2021]. Таким образом, в нашей стране принципы STEM-образования практиковались задолго до того, как появилось на свет название STEM.
В проектах такого плана учитель должен помогать ученикам и исключить ситуации, при которых школьники упустят из виду важную информацию. И тут важно найти баланс: с одной стороны, не «пропустить» грубых ошибок со стороны учащихся, которые могут повлиять на результат, с другой стороны, дать им возможность пробовать, ошибаться, не разочаровываться и снова пробовать, находя правильное решение.
Впрочем, именно поэтому мы и начали с того, что STEM-мышление – это широкое понятие, которое может иметь самые разные нюансы в зависимости от ситуации. Так или иначе, даже самое трудное задание не должно в итоге навести детей на мысли, что они недостаточно умны для серьезных задач, занятий наукой и техникой, дизайном и инновациями.
В этом плане в повышенном внимании нуждаются девочки, потому что у них чаще развивается представление о себе как о личности, не имеющей способностей к математике и аналитическому мышлению [J. Wieselmann, 2019]. Между тем, уже доказано, что не только слабые результаты в учебе понижают самооценку детей, но и низкая самооценка собственной компетентности предопределяет более низкие достижения в учебе.
Как это исправить? Рекомендации касаются не только девочек, но и всех учащихся, по какой-либо причине обладающих заниженной самооценкой собственных способностей. Независимо от того, насколько обоснована низкая самооценка и насколько велики пробелы в знаниях, с этим нужно работать, находить пробелы, ликвидировать их и формировать понимание, что сам по себе факт незнания чего-либо в данный момент – этот вовсе не приговор. Приговор – это лень и неуверенность в собственных силах.
Итак, что нужно делать учителю:
- Предоставить учащимся возможность решать сложные задачи, имеющие более одного варианта решения. Такие задания развивают критическое мышление, креативность и навыки решения проблем, помогая учащимся более комфортно работать с неоднозначными задачами, которые являются обычным явлением в STEM.
- Убедиться, что учащиеся имеют возможность видеть, как их усилия приводят к успеху, несмотря на первоначальные трудности и неудачи. Следует «нормировать» неудачу, вовремя подсказывать новое направление мысли и учить детей воспринимать неудачу как важный шаг в обучении и освоении чего-то нового.
- Предоставить учащимся возможность самостоятельно оценить как процесс обучения, так и конечный результат. Самооценка процесса обучения должна происходить на протяжении всего процесса обучения, а не только в конце, и может включать размышления, в том числе, о командной работе, самоуправлении, личном вкладе и способах улучшения участия.
- Познакомить учащихся с женскими «моделями выживания» в STEM-областях, традиционно считающимися «мужскими». Основная идея состоит в том, что это не всегда легко, но девочки могут добиться успеха, если приложат усилия и проявят настойчивость.
Это, напомним, западные рекомендации, поэтому кое-что, возможно, придется адаптировать под наши реалии. В частности, важно правильно подобрать практические примеры и избегать «перегруза» историями «успешных женщин», добившихся успеха за счет финансовых вливаний мужей и родителей. В нашей стране богатых и обеспеченных людей традиционно меньше, чем в странах Запада, где такие примеры воспринимаются без зависти и с пониманием роли собственного труда человека, добившегося успеха.
Так или иначе, в ходе обучения по STEM-методикам школьникам достаточно быстро станет ясно, что для достижения успеха в науках и технологиях нужно обладать высоким интеллектуальным и творческим потенциалом. Истинное STEM-мышление – это ни на минуту не усомниться в том, что они могут развить в себе этот потенциал.
Учителям нужно демонстрировать, как мыслить позитивно и учиться на любом опыте, даже на неудачах. Когда учащиеся лучше понимают, что обучение – это длительный процесс, а не просто один какой-то проект, они могут посмотреть на решение проблемы с разных точек зрения и оценить все варианты.
Еще один хороший способ развить STEM-мышление учащихся – это демонстрация того, как это все работает на практике. Такой подход даст преподавателям возможность проповедовать важность общего понимания ключевых понятий, а не просто формального выполнения заданий.
Школьников старших классах и студентов нужно по возможности привлекать к участию в реальных проектах и работе над решением реальных проблем. Это позволяет им увидеть практические результаты своих усилий. Знание того, что их работа имеет связь с реальным миром, безусловно, может вдохновить пробовать новые вещи, вести творческий поиск и использовать навыки STEM-мышления в решении самых разных задач.
В статье «Что такое STEM-мышление и чем оно поможет вашим детям» приводятся примеры, как ученица 6 класса московской школы №1517 придумала когнитивный медицинский сервис для диагностики заболеваний глаз, а ученица 9 класса разработала сервис распознавания эмоций для телемедицинских киосков [М. Чекалина, 2021]. Ученица 11 класса из той же школы запустила бот-помощник для пожилых людей с напоминаниями о приеме лекарств, учетом показаний артериального давления и быстрым поиском телефонов врачей разных специализаций.
В большинстве случаев школьные достижения получают продолжение во «взрослой жизни» учеников. В этой же статье есть пример, как девушка, в 2015 году разработавшая для своей школы мобильное приложение с расписанием, новостями и событиями, уже окончила Бостонский университет и стала магистром компьютерных наук.
И, наконец, нужно помнить, что все дети разные. Некоторым учащимся может потребоваться больше настойчивости со стороны преподавателей, когда дело доходит до того, чтобы развить STEM-мышление и чему-то научиться. Практика западных стран показывает, что молодые девушки и «цветные» студенты часто «недопредставлены» в STEM даже в детстве и подростковом возрасте, когда их ровесники в полной мере «охвачены» STEM-образованием [Eduporium, 2021].
Помощь педагогов может помочь им чувствовать себя более комфортно. Особенно, если учителя взаимодействуют с родителями и предлагают дополнительные стратегии по развитию STEM-мышления вне школы. Итак, давайте подытожим, как развивать STEM-мышление у школьников.
Основные способы развития STEM-мышления школьников:
- Моделирование и наглядность.
- Обучение на основе запросов.
- Сомнение как основа для поиска истины.
- Самоанализ собственных подходов к решению задач.
- Понимание неудачи как источника полезного опыта.
- Обратная связь от педагога.
- Баланс помощи и стимулирования самостоятельности.
- Демонстрация и связь с практикой.
Это, напомним еще раз, основные способы, как можно развить STEM-мышления школьников. Некоторые педагоги-практики, работающие по методам STEM-образования, могут сократить этот список до четырех пунктов: вопросы, поддержка, вмешательство, рефлексия [J. Maslyk, 2020]. В целом, мы уже разобрали, что все это означает, так что подробные пояснения были явно не лишними.
Так или иначе, педагоги, работающие в STEM-образовании, не устают повторять, что важна не столько сама по себе деятельность учащихся в каком-то направлении, а формирование STEM-мышления у школьников. Одному из таких наставников задали вопрос: «Если бы у вас был один совет для педагогов, желающих начать изучение STEM со своими учениками, что бы это было?» И он ответил, что посоветовал бы вместо того, чтобы сосредоточиться на какой-либо деятельности, заняться тем, чтобы помочь учащимся сформировать соответствующий образ мышления или STEM-мышление [D. Stitt, 2021].
Как это сделать на практике, он пояснил одним простым примером: вместо того чтобы сказать «Мы собираемся исследовать ветер», стоит спросить «Как мы можем определить, почему ветер делает то, что он делает?» Или еще такой вопрос: «Откуда мы знаем, что на самом деле есть ветер?» Такие вопросы начинают постепенно повышать способность учеников думать над сутью явления и искать свои ответы на всевозможные «Почему?»
Этот же педагог поделился опытом, что у него на доске есть несколько цитат, и одна из них «принадлежит университетскому профессору, который сказал, что одна из самых интересных проблем, которую он когда-либо исследовал, возникла из-за ошибки».
В итоге ученики ожидают, что не все сработает с первой попытки, а результат может вызвать недоумение. Они не ждут ответ от Google, а готовы искать его сами. И это одно из проявлений STEM-мышления. Параллельно с тем, чтобы создавать проблемы, для которых нет заранее понятного решения, педагог советует всегда быть готовым «включить юмор» и создать атмосферу творческого приключения, даже если «все идет не так».
В этом контексте напомним еще раз, как важно понимать, что STEM-образование – это длительный процесс, а не краткосрочный проект. Чем выше вовлеченность учеников в творческий процесс, тем лучше результат. Какой же результат приносит развитие STEM-мышления в отдаленной перспективе? Давайте посмотрим.
Польза STEM-мышления
Итак, давайте подытожим, каковы основные преимущества STEM-образования и сформированного с его помощью STEM-мышления. Общее впечатление о пользе данного подхода у нас уже есть, теперь можно рассмотреть все плюсы максимально конкретно [В. Любимова, 2016]. Тем более, что с учетом всех нюансов STEM-мышления можно уверенно говорить о том, что STEM-мышление – это навык будущего.
Топ-10 преимуществ STEM-образования и STEM-мышления:
- Интегративный подход и изучение учебных дисциплин в тесной связке формирует системное мышление и умение видеть ситуацию в целом.
- Получаемые знания носят предметный, а не отвлеченный характер.
- Формируется умение применять полученные знания на практике для решения конкретных проблем и задач.
- Проектная работа и необходимость усомниться в чем-либо для того чтобы найти истину, формирует критическое мышление.
- Повышение уверенности в своих силах происходит на основе реально достигнутых успехов, что способствует адекватной самооценке.
- Развитие хард скиллс в ходе выполнения практических заданий.
- Развитие софт скиллс в ходе командного и проектного взаимодействия.
- Развитие креативного мышления и инновационного подхода к решению различных задач.
- Избавление от стресса по поводу того, что какая-то проблема в принципе возникла.
- Появление интереса к техническому творчеству и получение представлений сразу о многих профессиях современного мира.
Заметим, что представление о самых разных современных профессиях на стыке IT-технологий, робототехники, фармацевтики, генной инженерии, промышленного дизайна, художественного проектирования расширяет кругозор и облегчает профориентацию школьников.
Так что STEM-образование и STEM-мышление полезно еще и тем, что минимизирует риск неправильного выбора профессии и зря потраченного времени. В большинстве случаев школьники, «охваченные» STEM-образованием, к моменту окончания школы достаточно внятно представляют себе направление, в котором они хотели бы развиваться далее.
Можно сказать даже больше. Из-за той роли, которую наука и технологии играют в нашей жизни, STEM-мышление полезно не только для тех, кто занимается карьерой, связанной с дисциплинами, составляющими основу STEM-образования. Оно полезно для всех в любом возрасте, в любой профессии и в любой точке мира [B. Murphy, 2019].
Это самое главное, что мы хотели вам рассказать о STEM-мышлении, его пользе и способах его развития. Мы желаем вам прогрессивно мыслить и в любой ситуации находить новые возможности. Мы ждем на наших программах «Лучшие техники самообразования» и «ТРИЗ на практике», и мы предлагаем ответить на один вопрос по теме сегодняшней статьи:
