Για την προβολή περισσότερων αναρτήσεων πιέστε στο τέλος κάθε σελίδας "παλαιότερες αναρτήσεις".

STEM στην Εκπαίδευση (παραδείγματα)

Η Διδακτική στις Φυσικές Επιστήμες, στην Πληροφορική και την Υπολογιστική Επιστήμη, τα Μαθηματικά και την Επιστήμη των Μηχανικών, για την οποία έχει γίνει μεγάλη συζήτηση τα τελευταία χρόνια στο πλαίσιο της εκπαιδευτικής κοινότητας, εκφράζεται με το ακρωνύμιο STEM. Αν αναζητηθεί το ακρωνύμιο αυτό στη Wikipedia θα παρατηρηθεί ότι γίνεται αναφορά για μια καινοτόμο προσέγγιση που εντάσσει στην εκπαιδευτική διαδικασία, όχι μόνο τις βασικές Επιστήμες αλλά επίσης την Τεχνολογία, τη Μηχανική-Μηχανολογία και τα Μαθηματικά. Παλιότερα γινόταν χρήση του ακρωνυμίου SMET, σήμερα υπάρχει η τάση να παρουσιάζεται το STEM σαν STEAM γιατί έχει προστεθεί η λέξη Art - Τέχνη. 

Όμως επί της πράξης τι είναι STEM; 

Καθιερώθηκε στις Ηνωμένες Πολιτείες Αμερικής από τη δεκαετία του ’90 και είναι μια ενοποιημένη διδασκαλία συμπεριλαμβάνοντας κλάδους των φυσικών επιστημών, της τεχνολογίας, της επιστήμης των μηχανικών (Μηχανολόγων κ.λπ.) καθώς επίσης των μαθηματικών. Η εκπαιδευτική αυτή προσέγγιση αναφέρεται σήμερα με το ακρωνύμιο STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics).

Στη διδασκαλία με μεθοδολογία STEM υπάρχει μετασχηματισμός της δασκαλοκεντρικής μεθόδου μάθησης σε ανακαλυπτική - διερευνητική μάθηση. Ο μαθητής εμπλέκεται δημιουργικά και συνεργατικά με τους συμμαθητές του, προκειμένου να δώσουν από κοινού λύσεις σε προβλήματα που τίθενται από τον εκπαιδευτικό. Καταργείται ο «κακός δάσκαλος» και τη θέση του καταλαμβάνει η δημιουργία, η αναζήτηση, η έμπνευση, ο αναστοχασμός. Απαραίτητη προϋπόθεση στην εφαρμογή μεθοδολογίας STEM είναι η ύπαρξη μεθόδου επίλυσης προβλήματος (problem solving).

STEM είναι η σύγχρονη και καινοτόμος διδακτική προσέγγιση που αξιοποιεί 4 κλάδους: Επιστήμη, Τεχνολογία, Μηχανική και Μαθηματικά. Στη συνέχεια θα αναφερθεί παράδειγμα και θα γίνει απολύτως κατανοητό, τι είναι διδακτική με προσέγγιση των κλάδων S.T.E.M.

Τη σημερινή εποχή στις Η.Π.Α. έχουν δημιουργηθεί κέντρα STEM σε όλα σχεδόν τα Πανεπιστήμια. Υπάρχουν STEM μαθήματα σε σχολεία της δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης και σε ειδικά σχολεία με κατεύθυνση STEM εκπαίδευση.

Δεν είναι τυχαίο στα αποτελέσματα του PISA που ανακοινώνονται από το ΙΕΠ κάθε τρία χρόνια, ότι προηγούνται οι χώρες που έχουν εντάξει προγράμματα STEM στην εκπαιδευτική πολιτική τους. Η χώρα μας είναι στην κόκκινη περιοχή, τελευταία των τελευταίων…

Οι Ηνωμένες Πολιτείες είναι πρωτοπόρες στον τομέα αυτό της εκπαιδευτικής καινοτομίας. Σε έγγραφο του ο πρώην πρόεδρος Obama (2013) αναφέρει ότι υπάρχει ανάγκη στις Ηνωμένες Πολιτείες Αμερικής για 100.000 εκπαιδευτικούς ειδικευμένους στη STEM εκπαίδευση. Σε πράξη του ΙΕΠ (2015) παρατηρούμε την προτροπή για το σχεδιασμό αναλυτικών προγραμμάτων με βάση το STEM:

«Η ένταξη (STEM) προτείνεται από όσους σχεδιάζουν αναλυτικά προγράμματα, τόσο γιατί εξυπηρετεί καλύτερα τη μάθηση μέσα από την ολιστική αντιμετώπιση προβλημάτων, όσο και γιατί γεφυρώνει το χάσμα ανάμεσα στην επιστήμη και τις εφαρμογές της. Ως εκ τούτου ένα πλαίσιο διδασκαλίας των επιστημών αυτών μέσα από ένα μοντέλο ένταξης μπορεί να θεωρηθεί αποτελεσματικότερο για την προετοιμασία των εργαζομένων στο χώρο της τεχνολογίας και της επιστήμης του 21ου αιώνα».

Ο κεντρικός στόχος του STEM είναι να ενημερώσει, όλους όσους σχετίζονται με το σχεδιασμό πολιτικών πάνω στην εκπαίδευση, για την εξαιρετικά σημαντική αξία που έχουν πλέον τα πεδία της επιστήμης, της μηχανικής και των μαθηματικών στην εκπαιδευτική διαδικασία, στην αγορά εργασίας και στις μελλοντικές οικονομικές εξελίξεις.

Θα μπορούσαμε με ένα παράδειγμα να δούμε πως μπορεί να διδαχθεί μια ενότητα με μεθοδολογία STEM;

Ας υποθέσουμε ότι θα διδάξουμε τον «καταλυτικό μετατροπέα οχημάτων». Πως όμως θα το διδάσκαμε στο εργαστήριο; Με απλή επίδειξη του αντικειμένου και αρκετή θεωρία περί της δομής και της λειτουργίας του.

Αν προσεγγίσουμε την ίδια διδασκαλία με μεθοδολογία STEM, θα πρέπει να υπάρξει διεπιστημονική προσέγγιση του θέματος με Φυσική, Χημεία, Πληροφορική, Μηχανολογία, Μαθηματικά. Όταν εξέρχεται η μία επιστήμη από το μάθημα θα πρέπει να εισέρχεται η άλλη. Αυτή η διεπιστημονικότητα σε συνεργασία με την επίλυση προβλήματος καθιστά τη μέθοδο διδασκαλίας καινοτόμο και πρωτοποριακή. Αυτή είναι η μεθοδολογία S.T.E.M. στην εκπαιδευτική διαδικασία.


Παράδειγμα:

· Αναπτύσσουμε πολύ εύκολα ένα μοντέλοπροσομοίωσης με το ελεύθερο λογισμικό Easy Java Simulation με το οποίο ο μαθητής θα υπολογίζει στον υπολογιστή τον όγκο οποιουδήποτε φορέα καταλύτη αλλά και τους αυλούς ροής των καυσαερίων, με δύο μεταβλητές, ρυθμιζόμενες από δύο sliders, τη διάμετρο και το ύψος του φορέα. Έτσι κάνουμε χρήση της Τεχνολογίας από το ακρωνύμιο S.T.E.M. ο μαθητής θα εμπεδώσει τη σημαντικότητα του μεγέθους του φορέα και των αυλών ροής στον καταλύτη. Σε φάση που κατά τη θεωρία δεν θα τα άκουγε… 
· Έχουμε προετοιμάσει πείραμα με επίλυση προβλήματος που θα το εκτελέσουν εξ ολοκλήρου από κατασκευής οι μαθητές μόνοι τους με έναν ηλεκτρικά θερμαινόμενο καταλύτη. Θα συνδέσουν τον ηλεκτρικά θερμαινόμενο καταλύτη και θα βιντεοσκοπήσουν με το κινητό τους τη θέρμανση της αντίστασης αυτού, στη συνέχεια με το ελεύθερο λογισμικόTracker Video Analysis θα υπολογίσουν από το video (μέσω του προφίλ RGB) το χρόνο πυράκτωσης αυτής. Σε αυτή τη φάση η υπολογιστική σκέψη με επίλυση προβλήματος αυξάνει την κομβική δεξιότητα του ψηφιακού γραμματισμού (ATS2020). Εδώ έχει γίνει χρήση των συνιστωσών Μηχανικής-Μηχανολογίας, Τεχνολογίας και της Φυσικής λόγω ύπαρξης της θερμότητας. Ο μαθητής θα εμπεδώσει τη σημαντικότητα του ηλεκτρικά θερμαινόμενου καταλύτη και του χρόνου προθέρμανσής του. 
· Σε φύλο εργασίας δίνουμε δεδομένη φωτογραφία σε μεγέθυνση επιφάνειας φορέα καταλύτη (1 τετραγωνικό εκατοστό) και ο μαθητής θα υπολογίσει με χαρτί και με μολύβι τον όγκο και τους αυλούς ροής σε συγκεκριμένη επί μέρους επιφάνεια. Έγινε χρήση των Μαθηματικών τύπων και υπολογισμών. 
· Όσον αφορά τις επιστήμες Χημείας και Φυσικής είναι πολύ εύκολο να εμπλέξουμε το μαθητή με μέτρηση-ανάλυση καυσαερίων στο εργαστήριο, με τις χημικές αντιδράσεις, τις θερμοκρασίες κ.ά. 

Έτσι εκτός από τη δομή που έχει διεισδύσει σε βάθος ο μαθητής έχει τη δυνατότητα να ελέγχει και τη λειτουργία του μετατροπέα.

Σίγουρα ο αναγνώστης θα αναρωτηθεί «μα τόση φασαρία για ένα μάθημα διαρκείας 3-4 ωρών;».

Η απάντηση θα ήταν η ερώτηση: πιστεύετε έχουμε κερδίσει το ενδιαφέρον του μαθητή με αυτήν την πρακτική ή είναι αδιάφορος;

Η συνεργασία στο πείραμα και στις υπόλοιπες δραστηριότητες μεταξύ των μαθητών και του εκπαιδευτικού αυξάνουν τη δεξιότητα της συνεργασίας και της επικοινωνίας.

Όπως παρατηρούμε με χρήση και των 4 γραμμάτων του ακρωνυμίου S.T.E.M. έχουμε καταφέρει να προσεγγίσουμε το συγκεκριμένο μάθημα διεπιστημονικά. Σε αντίθετη περίπτωση, όπως αναφέρθηκε, στη συνήθη δασκαλοκεντρική μέθοδο διδασκαλίας, θα αρκούμασταν σε μια επίδειξη του καταλύτη και θα παρουσιάζαμε λίγη θεωρία και ένα εποπτικό μέσο.

Μας προσκαλούν σε μια ημερίδα ή ένα σεμινάριο ρομποτικής, όπως εξ άλλου συνηθίζεται τελευταία και αναφέρεται μεγαλεπήβολα η λέξη STEM στον τίτλο της πρόσκλησης. Αν υπάρχουν τουλάχιστον οι τρεις συνιστώσες του STEM στη διαδικασία, τότε είναι STEM, αν όμως μας επιδείξουν μόνο τον προγραμματισμό είναι σίγουρο πως καμία σχέση δεν υπάρχει με το STEM. 

Αν θέλουμε να δώσουμε ακόμη ένα πολύ σύντομο παράδειγμα για την ειδικότητα των ηλεκτρονικών είναι η κατασκευή από ομάδα/ες μαθητών μοντέλου/ων με φωτεινούς σηματοδότες οδικής κυκλοφορίας της τροχαίας. Σε μεγάλο χαρτόνι επικολλάμε την χαρτογράφηση σε κάτοψη μια συνοικίας σε μεγέθυνση από το Google maps. Στην κορυφή μικρών τεμαχίων από καλαμάκια του αναψυκτικού ή ξυλάκια από σουβλάκια τοποθετούμε Led (κόκκινο, πράσινο πορτοκαλί) τα προσαρμόζουμε στις διασταυρώσεις και με arduino προγραμματίζουμε τους χρόνους που θα αναβοσβήνουν. Έτσι έχουμε πετύχει να αξιοποιήσουμε το Engineering (κατασκευή μακέτας), την Τεχνολογία (προγραμματισμό) και τα μαθηματικά για τον ακριβή υπολογισμό των χρόνων λειτουργίας των «φαναριών». Τους θέτουμε το πρόβλημα, χρονομετρούν σε κάποια διασταύρωση τους σηματοδότες και προχωρούν στην κατασκευή του μοντέλου προσομοίωσης.

Απαιτείται συνεχής προσπάθεια και αναβάθμιση των ικανοτήτων των εκπαιδευτικών για να μπορέσουν να ανταπεξέλθουν στις σύγχρονες μεθόδους διδασκαλίας, ώστε η Ελλάδα να καταστεί «πράσινη χώρα» στα αποτελέσματα του PISA. Πρέπει άμεσα να αναδειχθεί ως προτεραιότητα η αναβάθμιση των γνώσεων και των δεξιοτήτων των μαθητών μας. 

Στην έκθεση του Observatoryon Borderless Higher Education αναφέρεται ότι πρέπει να εισαχθούν στις Η.Π.Α. 20 – 30% πτυχιούχοι ή κάτοχοι μεταπτυχιακών STEM από άλλες χώρες. Προτείνεται επίσης να δοθεί VISA (H-1B) σε μετανάστες που διαθέτουν Master ή Phd στο STEM προκειμένου να εργασθούν στις Ηνωμένες Πολιτείες Αμερικής. Τα τελευταία χρόνια έχει παρατηρηθεί αύξηση της ζήτησης σε αυτού του είδους τις θέσεις εργασίας. Η προώθηση της μεθοδολογίας STEM στην εκπαιδευτική διαδικασία γίνεται από διάφορους φορείς με «ανοικτά» σχολεία και σεμινάρια, για παράδειγμα, η Ένωση Ελλήνων Φυσικών, η ΑΣΠΑΙΤΕ, το τμήμα Φυσικής του Α.Π.Θ., το κολέγιο Ανατόλια, O.D.S., κ.ά.


Σύμφωνα με την Beatty (2011) στο βιβλίο της Succesfull STEM Education A Workshop Summary, αναφέρει ότι σε πολλές περιλήψεις βιβλίων, σχετικά με την προετοιμασία των εκπαιδευτικών για να διδάξουν με μεθοδολογία STEM, υποδεικνύεται ότι πρέπει προηγουμένως να παρακολουθήσουν επιμόρφωση. Αυτό είναι απαραίτητο, ώστε να εξασφαλιστεί η αποτελεσματικότερη προετοιμασία στα μαθήματα που διδάσκουν. Για τον λόγο αυτό, θα πρέπει να αναπτύξουν ένα project (portfolio ή ερευνητική εργασία) και να γίνει πρακτική στη συγκεκριμένη εκπαιδευτική διαδικασία, προκειμένου να εκπαιδευτούν στη STEM εκπαίδευση.