Применение STEM и STEАM в методике химического образования

Введение. 

Актуальность темы нашего исследования обусловлена тем, что в современном мире за последние несколько лет стали реализовываться инновации нового характера, связанные с интеллектуальным трудом специалиста. Информационно-коммуникационные технологии и креативные индустрии претерпевают весьма заметные изменения. В январе 2025 г. был опубликован План мероприятий по повышению качества естественно-научного образования в РФ – «Комплексный план мероприятий по повышению качества математического и естественно-научного образования на период до 2030 года». Данная программа включает качественное изменение содержания и методики профессиональной подготовки будущих специалистов.

Практика показывает, что при изучении дисциплин естественно-научного цикла эффективность обучения во многом коррелирует с рациональным использованием новых педагогических технологий и инноваций [1]. Исследователи отмечают наиболее частое применением наличие двух подходов STEM и STEАM. Аббревиатура STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics) – принимается как «Наука, Технологии, Инженерия, Математика», акцентируя, тем самым, внимание на практико-ориентированный подход содержания образования и структуризацию учебного процесса [2; 3]. STEAM выступает как логическое продолжение STEM подхода, включая технологии и гуманитарные дисциплины с акцентом на проектную деятельность, практическую направленность и меж- и метапредметность, но включая предметы по формированию художественной культуры и творчества. STEAM (Science, Technology, Engineering, Arts, Mathematics) образование представляют собой комплексный подход к обучению, направленный на развитие критического мышления, творческих способностей и навыков решения проблем у обучающихся.

Таким образом, профессиональная подготовка будущего учителя химии современной школы обязательно должна включать в себя элементы управления STEM и STEAM подходов, так как они способствуют развитию наиболее конкурентоспособных навыков специалиста XXI века: критическое мышление, решение проблем, сотрудничество, коммуникативные навыки и др.

Материалы и методы исследования: теоретические (анализ, обобщение) и эмпирические (наблюдение, анкетирование, тестирование, опрос, педагогический эксперимент). Мы продолжили наше исследование в этом учебном году по адаптации будущих учителей химии к педагогической деятельности в период производственных (педагогических) практик на 3 и 4-х курсах по направлению 44.03.01 – Педагогическое образование, профиль: Химия (и профиль Химическое образование) в одном из ведущих вузов страны. Многолетний анализ мирового педагогического опыта подтверждает наше мнение, что все инновационные реализации передовых идей необходимо начинать с профессиональной подготовки молодых специалистов в рамках вузовского обучения.

Литературный обзор. 

Применение STEM и STEAM подходов в методике химического образования открывает широкие перспективы для повышения эффективности обучения и формирования у обучающихся ключевых компетенций XXI века. STEM-образование поощряет развитие креативного и инновационного мышления: обучающиеся, которые  постоянно находятся в поиске новых идей и способов решения существующих задач. Кроме того, междисциплинарный подход помогает посмотреть на проблему с разных сторон. Перспективы применения STEM:

• повышение мотивации: проектная деятельность, предполагаемая STEM подходом, значительно повышает мотивацию студентов за счёт вовлеченности в решение реальных задач, создание собственных проектов и получение ощутимых результатов. Экспериментальная работа, инженерное проектирование и математическое моделирование делают изучение химии более наглядным и интересным [4];

• развитие критического мышления: анализ данных, интерпретация результатов экспериментов, построение математических моделей – все это способствует развитию критического мышления и умению работать с информацией [5];

• формирование исследовательских навыков: STEM подход ориентирован на формирование исследовательских навыков, способности к постановке гипотез, проведению экспериментов и анализу полученных результатов;

• межпредметные связи: интеграция математики, физики и информатики в рамках STEM подхода позволяет установить прочные межпредметные связи и демонстрировать прикладной характер химических знаний;

• развитие творческого потенциала: включение искусства в образовательный процесс (STEAM) позволяет развивать творческий потенциал студентов, способность к креативному мышлению и нестандартному решению задач. Например, создание художественных инсталляций, иллюстраций, видеороликов на химическую тематику;

• повышение коммуникативных навыков: работа над проектами в группах способствует развитию коммуникативных навыков, умению работать в команде и представлять результаты своей работы;

• междисциплинарный подход: STEAM подход позволяет установить междисциплинарные связи, объединяя естественные науки и искусство для решения комплексных проблем.

Анализ передового педагогического опыта подтверждает целесообразность применения методик STEM и STEАM подходов для более оптимального и эффективного достижения педагогических цели и задач процесса обучения [6; 7].

Отмечаем, что профессиональная подготовка учителя химии (как и постдипломное совершенствование мастерства учителя химии) включает в себя основные компоненты STEM-подхода: структурированное процесса обучения, методика проведения химического эксперимента, проекты химического, химико-экологического, химико-валеологического характера, требующих точного выполнения инструкций и алгоритмов. При этом необходимо учитывать развитие и дальнейшее совершенствование аналитического мышления, критичности, умения применять научные методы в решении технических задач, как самого обучающегося, так и, непосредственно, учителя.

В тоже время нельзя не учитывать творческий характер педагогической деятельности в рамках химического образования. И здесь особый оттенок приобретает применение STEAM подхода. STEAM признает важность креативных инноваций, визуализации идей, умения выражать мысли не только аналитически, но и творчески. Данный подход сочетает научный метод с творческим мышлением, проектами, предполагающими визуализацию идей, нестандартные решения и дизайн (оформление) ответа или самого проекта. Развитие не только рациональных и практических навыков, но и творческих способностей, инновационного мышления, умения выражать идеи визуально и коммуникативно. Подготовка будущих учителей химии ориентировано на создание функциональных и эстетичных решений по своей методической теме учителя химии, которая формируется на методических занятиях по «Дидактическим играм в преподавании химии» и «Теории обучения химии» (1 курс обучения), «Методике химии» (2 курс).

Два подхода являются близкими друг к другу по определению: STEAM подчеркивает развитие креативности и инноваций, а STEM делает акцент на рациональных и практических решениях в профессиональной подготовке будущих специалистов. STEAM стимулирует визуализацию идей и коммуникацию, что важно для презентации результатов и сотрудничества. Оба подхода предлагают современные методы обучения, которые способствуют лучшему пониманию и применению знаний, как показано в таблице 1.

Результаты исследования и их обсуждение

 Как результат такой деятельности – в ходе первых двух лет обучения у студентов формируется авторская методика преподавания химии.

В условиях переориентации образования на многоуровневое обучение с адаптивными технологиями, наше исследование направлено на профессиональную подготовку современного учителя, способного к работе в нестандартных ситуациях и обладающего необходимыми профессиональными компетенциями. Социум и работодатели предъявляют новые требования к выпускникам, что диктует необходимость использования вариативных педагогических подходов, таких как STEAM. Мы исследуем возможности STEAM как инструмента формирования критического мышления и навыков командной работы. В качестве перспективной технологии мы рассматриваем STEAM подход, объединяющий науку, технологию, инженерию, математику и искусство. Особое внимание уделяется формированию компетенций будущего учителя химии не только по конкретным методикам, но и общих исследовательских навыков – анализ, проектирование и формулирование исследовательской позиции.

Мы проанализировали методику работы учителя химии в нескольких образовательных организаций. Например, в лицее № 51 города Тольятти Самарской обрасти данный подход активно используется на уроках химии. В рамках интегрированного уроках «химия-биология» в 9 классе ученики под курированием со стороны ведущих учителей изучили процесс фотосинтеза, химических реакций, происходящих в растениях. Они презентовали результаты своих исследований с применением презентаций, видеороликов и / или инфографики. При этом общее оценивание включало и художественное оформление отчетов.

В ходе данного урока использовались следующие принципы STEAM:

• Проектная работа: задания ориентированы на создание нового продукта –результат чего-то нового, решение конкретной проблемы.

• Междисциплинарность: интеграция химии с другими предметами, обеспечение связи с реальным миром.

• Исследовательский подход: ученики сами проводили химические эксперименты, анализировали результаты и делать выводы.

Данный метод применяется в ходе методических занятий и мероприятий профессиональной подготовки будущих учителей химии. Например, для студентов 1–4-х курсов по направлению 44.03.01 – Педагогическое образование, профиль: Химия (и Химическое образование). Основная ориентация данной работы – это сочетание теоретического и практического компонентов обучения, практико-ориентированная направленность обучения, систематизация и применение в нестандартных ситуациях учебного материала при выполнении творческих и реальных заданий с обязательным учетом личного опыта. Обучающиеся 1 курса применяют STEAM-технологию при проведении фрагментов уроков и внеклассных мероприятий с применением демонстрационного химического эксперимента, когда один ученик выступает в роли учителя, а остальные – в статусе учеников и учителей-коллег одновременно. По окончанию проводится самоанализ и анализ урока / мероприятия. В ходе практико-ориентированного обучения ученики активно участвуют в исследовательской деятельности. Ученики выполняют творческие задания с применением конспект-газеты в рамках STEAM-метода.

Анализируя организацию работы обучающихся 1-2-х курсов на занятиях по методическим дисциплинам мы отмечаем характерные признаки STEM / STEAM методов – это проектное обучение; использование элементов искусства и научная коммуникация.

Как результат применения STEM / STEAM методов в профессиональной подготовке будущих учителей химии мы отмечаем достаточно успешное проведение традиционного Фестиваля химии в Химическом институте им. А.М. Бутлерова (Конкурса методических разработок студентов), заседаний РосМО и РосМО+, участие в традиционном проекте PRO-наука.

Заключение.

Таким образом, мы определили основные направления применения STEM и STEAM методов в химическом образовании через профессиональную подготовку будущих учителей химии с применением адаптивных технологий. При этом необходимо помнить, что методика химии в STEM / STEAM образовании должна быть гибкой и адаптированной к конкретным потребностям и способностям обучающихся (как студентов, так и учеников). Использование вариативных методов и активного взаимодействия между соучастниками учебно-образовательного процесса являются ключевым элементом успешной реализации. Применение STEM и STEAM-подходов в методике химического образования обещает значительное улучшение качества обучения и формирование у учащихся ключевых компетенций, необходимых для успешной жизни в современном мире. Однако, для эффективной реализации этих подходов необходимо решить ряд организационных и методических задач.