Всичко за STEM лабораториите

С нарастването на популярността на STEM обучението и повишеният интерес на учениците, учителите и общността към провеждането на такъв тип проекти се поява и необходимостта от обособяване на добре оборудвани пространства за учене, които да предоставят всички необходими условия за осъществяването и подобряването на STEM обучението в училище.

Искате ли да научите какво е STEM лаборатория или как да създадете такава? Ако е така, сте попаднали на правилното място.

STEM образованието като нов подход на преподаване

Моделът на STEM образованието е основан на интегриран подход, който комбинира изучаването на научни дисциплини (наука, технологии, инженерство, математика) с прилагане на научни и инженерни практики в реални ситуации. Този модел се фокусира върху три основни компонента:

1. Научни и инженерни практики: тук се включват построяването на хипотези за природния свят и дейностите, които учените извършват по време на научни изследвания, както и ключовите инженерни практики, използвани при проектирането и изграждането на модели и системи.
2. Големи обединяващи/пресечни концепции: това са концепции с приложение във всички области на науката, които свързват различните научни дисциплини. Включват модели и системи, шаблони (patterns), причинно-следствени връзки, мащаб, пропорция и количество, енергия и материя, структура и функция, стабилност и промяна.
3. Дисциплинарни основни идеи: за да бъдат считани за основни, идеите трябва да отговарят на поне два от следните критерии:
   – имат широко значение в множество научни или инженерни дисциплини или са ключова организираща концепция на една дисциплина;
   – подпомагат разбирането или изследването на по-сложни идеи и решаване на проблеми;
   – свързват се с интересите и опита на учениците или са свързани с обществени или лични въпроси, които изискват научни или технологични знания;
   – могат да бъдат преподавани и усвоени през различни класове с увеличаваща се дълбочина и сложност.

Спецификата на STEM дейностите изисква наличието на определена апаратура, материали, софтуер и пространство за учене, адаптирано към нуждите на екипната работа, креативността и градивната комуникация. Всичко това би трябвало да открием в STEM лабораторията. 

Какво е STEM лаборатория?

STEM лабораторията е напълно интегрирана учебна среда за обучение, където всичко – от технологията и мебелите до учебната програма и оценяването – е наосчено към практическо обучение. Това е пространство, в което ученето може да бъде персонализирано и ангажиращо всички ученици. STEM лабораторията позволява на децата да учат, изследват, да създават и да си сътрудничат, както и да решават проблеми. Участвайки в проекти, които култивират критично мислене, решаване на проблеми, сътрудничество, комуникация, интелектуално любопитство и гъвкавост, те придобиват уменията за учене на 21-ви век. Освен това наличието на съвременна апаратура, инструменти, средства за визуализация и софтуер помага на учениците да се потопят в реална работна среда и да изследват реални проблеми. Влизайки в ролята на инженери, химици, експериментални физици и анализатори, те придобиват по-ясна представа за различните професии и получават базови знания и умения за тяхното практикуване.

Ползи от STEM лабораториите

STEM лабораториите предлагат множество предимства, сред които прилагане на теорията в практиката, развиване на критично мислене и умения за решаване на проблеми, създаване на интерес към STEM дисциплините, подготовка за бъдещата кариера, подобряване на сътрудничеството и комуникацията и предлагане на иновативно обучение.

• STEM лабораториите предлагат креативна среда на учене

STEM лабораториите играят важна роля в съвременното образование, като помагат на учениците да приложат теоретични научни принципи към практически ситуации, да развиват проблемно-ориентирано мислене и да се подготвят за кариери в бързо развиващите се технологични области. Те предлагат безкрайни възможности за изследване, изобретателство и откривателство, които могат да бъдат от ключово значение за успеха на учениците в XXI век.

• STEM лабораториите създават условия за съвместна работа

Сътрудничеството е жизненоважна STEM концепция, която помага на учениците да се научат как да ръководят или да бъдат по-ефективни в групи. Работата в различни групи също упражнява умението за гъвкавост чрез адаптиране към различни идеи, за да се постигне оптимален резултат. Създаването на учебна среда, ориентирана към ученика, е неразделна част от STEM лабораторията.

• STEM лабораториите предоставят практически опит

STEM проектите целят да събудят интереса на децата към научната и инженерната област, но уменията, които развиват, могат да бъдат приложени към всичко, което учениците правят. STEM е автентичен начин за учене, защото по същество става въпрос за критично мислене и справяне с проблеми от различно естество. Концепцията за инженерно мислене включва разбиране на проблема, създаване на решение и тестването му, докато се постигне максимално добър резултат.

• STEM лабораториите помагат за привличането на слабо представени групи

Всеки е добре дошъл в STEM лабораторията, независимо от неговата възраст, пол, етническа или религиозна принадлежност. Училищните научни програми са приветливи към всеки, който има интерес, а не само за учениците с най-високи учебни резултати.

• STEM лабораториите използват гъвкава учебна среда

Пространство за сътрудничество в STEM лабораторията се състои от обособени пространства за генериране и дискутиране на идеи, създаване и тестване на прототипи. Пространството за планиране на дейностите обикновено включва меки фотьойли, маси, интерактивни дисплеи и бели дъски, така че учениците да могат да работят по проекти заедно.

Много училища са проектирали своите STEM лаборатории с мисъл за гъвкавост и по отношение на използваната апаратура, за да разширят потенциала им. Така например някои работят в тясно сътрудничество с местни производства или позволяват на учениците си да изпитат практическо обучение като им предоставят възможността да проектират и създават свои собствени продукти с помощта на микроконтролери и платки, 3D принтери и лазерни ножове.

• STEM лабораториите предоставят оборудване за всички нива на обучение

STEM лабораториите не са само за напреднали ученици от гимназиалните класове. Някои училища използват технологията още в начален етап, вплитайки я във всеки предмет до 8. клас. Учебните програми по компютърни науки започват в предучилищна възраст с дървени роботи, които позволяват на учениците да научат основите на кодирането и да придобият увереност в технологиите в ранна възраст. Когато напреднат, децата могат да работят върху по-сложни роботи, които се програмират чрез компютри, с блоково програмиране или по-прости текстови програмни езици като Python.

Проучванията показват, че учениците започват да се интересуват повече от STEM образованието, когато се запознаят с него по-рано. Лабораториите естествено привличат интереса на много по-млади ученици поради тяхната любопитна природа и желание да създават и изграждат. Започването на STEM в ранна възраст може да разчупи стереотипите, че момчетата са естествено по-добри в инженерството и да позволи на момичетата също да се отличат.

• STEM лабораториите използват иновативна технология за преподаване

Много STEM лаборатории са включили оборудване за виртуална реалност, за да позволят на учениците да възприемат учебния материал по по-различен и привлекателен за тях начин. Учениците носят слушалки и използват контролери, за да изследват човешката анатомия или да правят виртуални екскурзии до музеи. Те могат също да проектират обекти, които да бъдат отпечатани на 3D принтери.

Направления на STEM лабораторията

Има няколко популярни направления на STEM лабораториите. За всяко от тях трябва да бъде определено подходящо пространство, оборудване и учебни материали, като се вземат предвид специфичните цели и изследваната проблематика.

• Лаборатория за „Природни науки“;
• Лаборатория “Зелени технологии и устойчиво развитие”;
• Лаборатория за “Дизайн и 3D прототипиране”;
• Лаборатория за “Роботика и кибер-физични системи”;
• Лаборатория за “Математика и информатика”.

Етапи на създаване на STEM лаборатория

Планиране на STEM лаборатория

При планирането на STEM лаборатория трябва да се определи видът на дейностите, които ще се провеждат в нея. Това включва идентифициране на подходящите дисциплини, избиране на нужното оборудване и създаване на план за управление и поддръжка на лабораторията.

• Ревизирайте уроците и планираните научни дейности

Технологията не трябва да се включва в STEM лабораториите заради самата технология. Приоритет е педагогиката, а технологията е просто средството за нейната поддръжка. Може да изглежда очевидно, но основна стъпка от създаването на STEM лаборатория трябва да бъде да се проучи какво е необходимо, за да се преподават уроците по STEM или да се подобрят. Например, много STEM дейности изискват вода, така че осигуряването на течаща вода би било добра идея. Други дейности изискват слънчева светлина, следователно изграждането на STEM лаборатория би следвало да се реализира в стая с подходящо изложение.

• Помислете за необходимите мебели

Често не мислим за мебелите, когато мислим за лаборатория, но това е изключително подценено. Правилно конфигурираните работни повърхности са изключително важни за постигането на успешно взаимодействие между учениците и постигането на заложените цели. Лаборатория се нуждае от модулни, здрави мебели, които са лесни за преместване и почистване.  Ако лабораторията е предназначена за използване от различни класове, добър вариант е използването на маси и столове с регулируема височина.

• Направете списък на необходимото лабораторно оборудване

В зависимост от вида на лабораторията, тя трябва да бъде оборудвана със специфични пособия, апарати и инструменти, за да може да изпълнява функциите си. Някои материали, които са лесно достъпни, като ластици, кламери, балони, тиксо и др., могат да бъдат закупени и след изграждането на лабораторията. Други обаче изискват предварително планиране и дори обучение на учителите за работа с тях (например в много STEM лаборатории се използват 3D принтери). 

• Предвидете допълнителни материали

Основната идея зад обучението в STEM лаборатория е да създаваш, разглобяваш и сглобяваш нещата отново. Децата обичат да правят и чупят неща – уверете се, че вашата училищна STEM лаборатория е добре снабдена с достатъчни количества лепило, ножици, хартия, тиксо, картон и т.н.

• Планирайте необходимите хардуер и софтуер

Важно е да обмислите как приложенията и технологиите могат да подпомогнат работата по проектите. Компютрите с достъп до интернет са неизменна част от всяка STEM лаборатория. Учениците ще имат нужда от тях, за да генерират идеи, да правят проучвания, да откриват онлайн видео уроци и наръчници, за достъп до онлайн софтуер като TinkerCAD и други, за да създават дизайн на изделия, да програмират, да записват и анализират данните от експериментите, както и да ги представят след това в табличен или графичен вид. Обикновено STEM лабораториите разполагат с устройства като интерактивни дъски, компютри, лаптопи или таблети.

Изграждане на STEM лаборатория

Важно е да вземете предвид следните елементи: пространство, оборудване и ресурси. Пространството трябва да е подходящо за провеждане на различни видове дейности, а оборудването трябва да отговаря на нуждите на учениците и да подкрепя обучението по STEM дисциплините.

• Раздвижете пространството

STEM дейностите обикновено включват няколко различни етапа – проучване, изследване, сътрудничество, експеримент, дискусия, популяризиране на идеите сред общността или съвместна дейност с местни предприемачи или управници. Предвидете обособени пространства, подходящи за провеждане на отделните етапи. Може също да използвате мебели на колела. Така, ако е необходимо, мебелите ще могат да бъдат преместени, за да се направи повече място за демонстрации или тестове на прототипи.

• Създайте атмосфера

Истинската STEM лаборатория е нещо повече от стая с оборудване и учебни материали – тя е по-скоро пример за прилагане на холистичен образователен подход, за здравословна, подкрепяща и вдъхновяваща атмосфера. Как да създадем такава среда?

Първото нещо, което грабва учениците, е начинът, по който изглежда лабораторията. Не пестете усилия и създайте възможно най-добрите декорации, които да поддържат работата в областта на STEM –  цветни диаграми, инфографики, инструкции, снимки, дори вдъхновяващи цитати и научни символи.

Второ, не бива да забравяте, че работата в STEM лабораторията се осъществява във формат, различен от стандартния учебен час. Тук няма правилни и грешни отговори, няма статичност и страх от провал. Вместо това учениците имат свободата да изследват и проучват, да пробват различни решения, да се провалят и да успяват заедно. В тази връзка е необходимо да излезете от стандартната си роля на учители, за да се превъплатите по-скоро в асистенти и фасилитатори и да отстъпите водещата роля на учениците. Освен това е добре да изберете теми, които ви вълнуват и за които самите вие бихте искали да научите повече. Вашата енергия и ентусиазъм  несъмнено ще се отразят мотивиращо на учениците и ще превърнат работата по проекта от учебна дейност в нещо лично и значимо, което ще очакват с нетърпение.

• Поканете учениците да се включат в процеса

Нека всяко прекрачване на прага на STEM лаборатируията да напомня на учениците, че са част от нещо ново. Лесен начин да направите това е да поставите табела, която не само ще уведоми всички какво е пространството, но и ще ги накара да се почувстват като част от екипа по създаването му. Възложете задачата на вашите ученици. Помогнете им да създадете ефектен знак за STEM лаборатория с помощта на Arduino и LED светлини или превърнете създаването на табелата в нискотехнологичен занаятчийски проект, като използвате леснодостъпни материали и предмети.

Управление на STEM лаборатория

Управлението на STEM лаборатория включва поддръжка на оборудването, осигуряване на сигурността на учениците, обезпечаване на подходящи ресурси и подкрепа на преподавателите в прилагането на STEM подход в преподаването. Осигурете кратки и ясни инструкции за работа с различните инструменти и апарати в лабораторията. Редовно проверявайте изправността на всички уреди и следете за спазване на мерките за безопасност.

В заключение

STEM лабораторията е място, в което учениците се забавляват, докато учат. Място, което ги вдъхновява и мотивира. Пространство за мултисензорно преподаване, което подобрява ученето чрез изследване на реални проблеми, генериране на идеи за разрешаването им, конструиране и тестване на решенията в реална учебна среда, в условията на сътрудничество и конструктивна комуникация между учениците. Ако осигурим това на учениците, ще им помогнем да развият всички умения, от които се нуждаят, за да се развиват професионално в 21 век – работа в екип, критичен анализ, логически разсъждения, творчески подход и умения за решаване на проблеми.

Изисква се много ентусиазъм, за да се създаде това, което не е създадено, да се направи това, което не съществува, да се изследват необятните пътища на науката и технологиите. Но в крайна сметка най-пълноценни и дълготрайни познания и умения се формират тогава, когато правим неща, в които намираме смисъл. 

 

За статията са използвани следните ресурси, които са допълнени с личния опит на автора:

Laboratory-Green Tech – Национален STEM център (mon.bg)

Green STEM Guidebook (nwf.org)

STEM Labs – the What, the Why, and the How | STEMcadia

What is a STEM Lab? A Complete Teacher’s Guide – ClassVR