В статье автор описывает методику использования STEM-подхода в обучении вероятностно-статистической линии в старшей школе: раскрывает методические приемы конструирования наборов задач на обучение вероятностно-статистической линии с использованием STEM-подхода; описывает методические особенности использования STEM-подхода при организации опытно-экспериментальной работы; обозначает методические аспекты STEM-подхода при организации проектно-исследовательской деятельности учащихся по темам, связанным с вероятностно-статистической линией.
Ключевые слова: STEM, вероятностно-статистическая линия, старшая школа.
Данная работа посвящена методике использования STEM-подхода в обучении вероятностно-статистической линии в старшей школе. Ее актуальность связана, с одной стороны, с проблемами, которые отмечаются в современном российском математическом образовании, в котором значимая стохастическая линия классически вызывает затруднение у обучающихся. С другой стороны, актуальность обуславливается наличием опыта интенсификации на основе STEM-подхода инженерно-математического образования в зарубежных странах, применение которого для преподавания вероятностно-статистического раздела курса математики в старшей школе требует специального изучения.
Вероятностно-статистический раздел был введен в отечественную школьную программу относительно недавно. Окончательное решение о его закреплении в курсе математики было принято в 2003 г., хотя первые попытки введение вероятностно-статистической линии в школьный курс математики были предприняты в России в середине XIX в. и в начале XX в., а вся советская история методики преподавания математики отмечена неоднократными и безуспешными попытками внедрить элементы теории вероятностей и математической статистики в обучение школьников. Однако только в 2000-е гг. было подготовлено большое число учебников и учебных пособий для реализации стохастической линии в старшей школе, а в 2010–2012 гг. новый образовательный стандарт (ФГОС) второго поколения через примерные программы включил рассматриваемую линию в число элементов, контролируемых при реализации основных общеобразовательных программ основного и среднего общего образования [4], [5]. Иными словами, задания на вероятностно-статистическую линию становятся неотъемлемой частью Основного государственного экзамена (ОГЭ) и Единого государственного экзамена (ЕГЭ). Стандарт третьего поколения, реализация которого начнется в старшей школе с 1 сентября 2023 г., через новые примерные программы закрепил указанные элементы содержания обучения как обязательные для обучающихся. При этом изучение вероятностно-статистической компоненты не дает сегодня того результата, на который рассчитывают институты, вводящие ее в содержание школьных программ. Поиск новых подходов для интенсификации изучения стохастической линии обращает внимание исследователей на опыт зарубежных стран, осознавших данную проблему несколько ранее, и, в частности, на STEM-подход. При этом в отечественной науке дискуссия об использовании STEM-подхода в образовании ведется преимущественно применительно к профессиональному образованию [1], [6]. Однако в научном дискурсе уже есть работы посвященные STEM-подходу в школьном образовании [3] и дополнительном образовании детей [2]. В последних случаях речь идет скорее о развивающем эффекте STEM-подхода, чем о его учебной ценности, в том числе при изучении стохастической линии. Понимание обозначенной ценности невозможно без анализа методической составляющей STEM, которому и посвящена данная работа.
STEM расшифровывается как «наука, технологии, инженерия и математика». Аббревиатура STEM, использовавшаяся изначально в США, получила широкое распространение не только в англоязычных странах, используется она в том числе и в России. STEM-подход ставит своей целью как поднять преподавание математики, так и интенсифицировать более широкое инженерно-техническое образование, и тем самым стимулировать научно-техническое развитие. В США STEM охватывает образование от детского сада до магистратуры. STEM-подход неверно понимать как реализацию межпредметных связей, включенных в STEM дисциплин: обычно он предполагает изучение инженерного дела в рамках каждого из других предметов, входящих в аббревиатуру, а также начало изучения инженерного дела в младших классах, иногда — в дошкольном образовании. Иными словами, инженерия является ядерным компонентом STEM и должна проникать во все остальные дисциплины. В основе инженерии в образовательных целях, как и в собственно целях индустриальных, лежит инженерное проектирование, поэтому ключевым методом при STEM-подходе является метод проектов. Можно понимать STEM-подход как использование в обучении естествознанию, технологии и математике проектного метода, требующего от учащихся при создании проекта инженерных решений.
Проанализировав на основе требований стандарта вероятностно-статистическую линию в курсе математики старшей школы, мы можем говорить о том, что комбинаторика, статистика и теория вероятностей — важные элементы повседневной жизни выпускника, основа для принятия бытовых и профессиональных решений в различных отраслях, поэтому то большое внимание, которое оказывает современная методика преподавания математики вероятностно-статистической линии в старшей школе, закономерно. Учитывая тот факт, что содержание линии стабильно вызывает затруднения у обучающихся, именно данная линия требует специальных подходов, технологий и методов, которые способны повысить качество обучения. И таким подходом может быть STEM.
При использовании STEM-подхода в обучении математике, а именно при включении инженерных проектов в преподавание данной дисциплины, могут быть задействованы все элементы вероятностно-статистической (стохастической) линии, предполагаемые стандартом и, соответственно, программой. При этом под техническим обеспечением школьной инженерии сегодня стоит понимать в первую очередь средства 3D-печати. 3D-печать во многом затрагивает все области STEM, поскольку требуются математические, IT, научные и технические навыки.
Знакомство учащихся со STEM имеет смысл начинать с небольших задач на вероятностно-статистическую линию. Одна задача необязательно должна охватывать все области STEM, однако большинство заданий должны интегрировать две и более области. STEM-задачи требуют специального подхода при их формировании и особого дидактического оформления. STEM-задачи должны быть формирующими в том числе читательскую компетенцию, относительно сложными, ориентированными на практическую деятельность, апеллировать не только к тексту, но и к другим источникам информации (например, к графике), а также обязательно содержать инженерную компоненту.
STEM-задача может быть превращена по сути в набор взаимосвязанных задач, которые в сумме представляют материал для урока — лабораторной работы. Подобные наборы задач открывают возможность использования STEM-подхода при организации опытно-экспериментальной работы. При этом результаты лабораторной работы могут быть оформлены двумя способами: в виде отчета в тетради либо в виде доклада и презентации. Отдельную категорию лабораторных работ по STEM на стохастическую линию представляют работы на статистику, выполнение которых возможно с использованием средств MS Excel или LibreOffice Calc. Еще одним типом практической работы выступает работа по видео-фиксации собственных опытов и решений. В ходе подобной работы ученик не только получит возможность оценить свой опыт, но и проходит проверку на умение представлять и презентовать собственные знания, формируя из последних «банк знаний STEM». Указанный банк может быть размещен на видео-хостинге и с помощью кьюар-кода включен в тексты STEM-задач.
По нашему мнению, часть лабораторных работ на стохастическую линию выступает первым этапом проектов обучающихся на 3D-печать. В результате реализации подобных проектов у учащихся формируется умение выбирать тему проекта (следующую тему они могут предложить уже сами), планировать его выполнение, вести поиск необходимой информации, работать в команде, доводить начатое дело до конца, презентовать результат своей работы. В дидактическом плане в ходе проекта на 3D-печать задействуются все элементы стохастической линии, которые отрабатываются с помощью прикладных (программных) инструментов. Такие проектные работы наглядно иллюстрируют учащимся значение изучаемой линии, показывают ее взаимосвязь с практикой инженерных работ.
Таким образом, мы можем констатировать, что цель данного исследования достигнута. В качестве педагогического продукта работы при этом выступает авторская рабочая программа курса внеурочной деятельности для старшей школы на основе STEM-подхода, внедренная в практику работы МБОУ СОШ № 19.
Литература:
- Анисимова Т. И. STEAM-образование как инновационная технология для Индустрии 4.0 [Текст] / Анисимова Т. И. и др. // Научный диалог, № 11, 2018, c. 322–332.
- Морозова О. В. STEАM-технологии в дополнительном образовании детей [Текст] / Морозова О. В. и др. // Баландинские чтения, Т. 14, № 1, 2019, c. 553–556.
- Ощепков А. А. STEM-технология как средство развития творческой деятельности обучающихся [Текст] / Ощепков А. А. и др. // Проблемы современного педагогического образования, № 65–4, 2019, c. 246–249.
- Федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования (утв. приказом Министерства образования и науки РФ от 17 декабря 2010 г. № 1897) (в последней редакции).
- Федеральный государственный образовательный стандарт среднего общего образования (утв. приказом Министерства образования и науки РФ от 17 мая 2012 г. № 413) (в последней редакции).
- Чемеков В. Н. STEM — новый подход к инженерному образованию [Текст] / Чемеков В. Н. и др. // Вестник Марийского государственного университета, № 5 (20), 2015, c. 59–64.
