Аннотация. Қазіргі білім беру жүйесінің басты міндеттерінің бірі – оқушыға дайын білімді меңгертумен шектелмей, оның өздігінен ізденуіне, зерттеу жүргізуіне, алған білімін өмірлік жағдаяттарда қолдануына және ғылыми тұрғыдан ойлауына мүмкіндік жасау. Осы тұрғыдан алғанда STEM технологиясы жаратылыстану бағытындағы пәндерді, соның ішінде биологияны оқытуда ерекше маңызға ие. STEM – ғылым, технология, инженерия және математиканы өзара кіріктіре отырып оқытуға негізделген заманауи білім беру бағыты. Мақалада биология сабағында STEM технологиясын қолдану арқылы оқушылардың танымдық белсенділігін арттырудың педагогикалық мүмкіндіктері қарастырылады. STEM тәсілдерінің оқушының зерттеушілік қабілетін, логикалық және сыни ойлауын, шығармашылығын, проблеманы шешу, тәжірибе жүргізу, ақпаратты талдау және қорытынды жасау дағдыларын қалыптастырудағы рөлі сипатталады. Сонымен қатар биология сабақтарында зертханалық тәжірибелерді, жобалық жұмыстарды, модельдеуді, цифрлық ресурстарды және инженерлік сипаттағы тапсырмаларды кіріктіріп қолданудың тиімділігі талданады. Оқушылардың сабаққа қызығушылығын арттыру үшін теориялық білімді күнделікті өмірмен байланыстыру, зерттеу сұрақтарын ұсыну, бақылау мен эксперимент ұйымдастыру және нәтижелерді математикалық тұрғыдан өңдеу қажеттілігі көрсетіледі. STEM технологиясы негізінде ұйымдастырылған оқу әрекеті оқушыны білімді қабылдаушыдан белсенді зерттеушіге айналдырып, оның биологиялық құбылыстарды ғылыми тұрғыдан түсінуіне жағдай жасайтыны негізделеді.
Кілт сөздер: биология, STEM технологиясы, танымдық белсенділік, зерттеушілік дағды, жаратылыстану сауаттылығы, тәжірибе, жобалық оқыту, цифрлық технология, модельдеу, функционалдық сауаттылық.
Қазіргі қоғамдағы ғылым мен технологияның қарқынды дамуы білім беру жүйесіне жаңа талаптар қойып отыр. Бүгінгі оқушының белгілі бір көлемдегі ақпаратты есте сақтауы жеткіліксіз. Ол ақпаратты іздей білуі, қажетті мәліметті таңдап, талдауы, салыстыруы, ғылыми дәлелдерге сүйене отырып қорытынды жасауы және алған білімін жаңа жағдайда қолдана білуі қажет. Осыған байланысты мектептегі білім беру үдерісінде оқушылардың танымдық белсенділігін қалыптастыру мен дамыту мәселесі ерекше өзектілікке ие. Танымдық белсенділік оқушының білім алуға деген қызығушылығымен ғана шектелмейді. Ол сұрақ қою, мәселені анықтау, болжам ұсыну, ақпарат іздеу, тәжірибе жасау, алынған нәтижені түсіндіру және өз пікірін дәлелдеу сияқты күрделі әрекеттердің жиынтығын қамтиды. Мұндай дағдыларды қалыптастыруда биология пәнінің мүмкіндігі өте жоғары.
Биология – тірі табиғаттың құрылымы мен қызметін, ағзалардың тіршілік әрекетін, олардың қоршаған ортамен байланысын, тұқымқуалаушылық пен өзгергіштікті, экожүйелердің тұрақтылығын және адам ағзасындағы үдерістерді зерттейтін ғылым. Сондықтан биологияны тек оқулықтағы теориялық материалды түсіндіру арқылы оқыту пәннің мазмұнын толық ашуға мүмкіндік бермейді. Оқушы биологиялық құбылыстарды бақылап, тәжірибе жасап, салыстырып, өлшеп, модельдеп және нәтижесін талдағанда ғана алған білімінің мәнін тереңірек түсінеді. Осы міндеттерді жүзеге асыруда STEM технологиясының мүмкіндіктерін тиімді пайдалануға болады.
STEM атауы Science, Technology, Engineering және Mathematics ұғымдарының алғашқы әріптерінен құралған. Оның негізгі ерекшелігі – ғылым, технология, инженерия және математиканы бір-бірінен бөлек қарастырмай, нақты проблеманы шешу барысында өзара байланысты қолдану. Дәстүрлі сабақта мұғалім белгілі бір тақырып бойынша теориялық ақпарат беріп, одан кейін оқушы сол ақпаратты бекітуге арналған тапсырмалар орындауы мүмкін. STEM тәсілінде оқу үдерісінің логикасы өзгереді. Оқушының алдына нақты мәселе немесе зерттеу сұрағы қойылады. Оны шешу үшін биологиялық біліммен қатар өлшеу, есептеу, ақпараттық технологияларды пайдалану, құрылғы немесе модель құрастыру, алынған деректерді салыстыру сияқты әрекеттер орындалады. Нәтижесінде оқушы әртүрлі пәндерден алған білімінің нақты өмірдегі бір мәселені шешуде қалай бірігетінін түсінеді.
Биология сабағында STEM технологиясын қолданудың маңызды артықшылығы – оқушының танымдық әрекетінің сипатын өзгертуі. Дайын ақпаратты қабылдау барысында оқушы көбіне тыңдаушы немесе орындаушы рөлінде болады. Ал зерттеу сипатындағы тапсырмада ол мәселені шешудің жолын өзі іздейді. Мысалы, «Өсімдіктің өсуіне жарық мөлшері қалай әсер етеді?» деген зерттеу сұрағын қарастырғанда оқушыларға бірден дайын жауап берудің орнына тәжірибе ұйымдастыру ұсынылады. Оқушылар зерттеу мақсатын анықтайды, болжам жасайды, бірдей өсімдіктерді әртүрлі жарық жағдайында орналастырады, белгілі уақыт аралығында олардың биіктігін өлшейді, нәтижелерді кестеге енгізеді және график құрады. Бұл жұмыста ғылым компоненті өсімдіктің өсуі мен фотосинтез үдерісін түсіндіру арқылы көрінсе, технология өлшеу немесе цифрлық құралдарды қолданумен, математика алынған мәліметтерді есептеу және график түрінде көрсетумен ұштасады. Қажет болған жағдайда оқушылар өсімдікке қажетті жарық мөлшерін реттейтін қарапайым құрылғының моделін жобалап, инженерлік компонентті де жүзеге асыра алады.
Осындай тапсырмалар оқушыда «Неліктен?», «Қалай?», «Егер жағдайды өзгертсек не болады?» деген сұрақтардың пайда болуына ықпал етеді. Танымдық белсенділіктің маңызды белгісі де осында. Оқушы мұғалім қойған сұраққа ғана жауап іздемей, зерттеу барысында жаңа сұрақтарды өзі қоя бастайды. Мәселен, жарықтың өсімдікке әсерін зерттеген оқушы кейін жарықтың түсі, температура, су мөлшері немесе топырақ құрамының өсімдік өсуіне әсері туралы ойлануы мүмкін. Бір тәжірибе екінші зерттеудің басталуына негіз болады. Бұл оқушының табиғи қызығушылығын ғылыми ізденіске бағыттайды.
STEM технологиясын биология пәнінде қолдануда мұғалімнің қызметі де өзгереді. Мұғалім тек білім беруші емес, оқу әрекетін ұйымдастырушы, бағыттаушы және зерттеу жүргізуге қолайлы жағдай жасаушы рөлін атқарады. Оқушының әрбір қадамын алдын ала көрсетіп беру STEM тәсілінің мәнін төмендетеді. Сондықтан мұғалім проблемалық сұрақ ұсынып, қажетті ресурстарды анықтап, қауіпсіздік ережелерін түсіндіргеннен кейін оқушыларға шешім іздеуге мүмкіндік бергені дұрыс. Бұл жерде қателесу де оқу үдерісінің маңызды бөлігі болып саналады. Егер тәжірибе күтілген нәтижені бермесе, оқушы оның себебін іздеп, әдістемені қайта қарап, жаңа болжам ұсынады. Осы арқылы ғылыми ойлау мәдениеті қалыптасады.
Оқушылардың танымдық белсенділігін арттыру үшін биология сабақтарындағы теориялық материалдың өмірмен байланысы айқын болуы қажет. Мысалы, экология тақырыптарын өткен кезде қоршаған ортаның ластануы туралы жалпы ақпарат берумен шектелмей, мектеп аумағындағы немесе белгілі бір жергілікті аумақтағы экологиялық жағдайды зерттеуге бағытталған STEM жобасын ұйымдастыруға болады. Оқушылар аумақтағы өсімдік түрлерін анықтайды, қоқыс көлемін немесе белгілі бір экологиялық көрсеткіштерді бақылайды, мәліметтер жинайды, оларды сандық тұрғыдан салыстырады және экологиялық жағдайды жақсарту бойынша ұсыныстар әзірлейді. Жоба нәтижесінде қоқысты сұрыптауға арналған контейнердің макеті, су үнемдеу жүйесінің қарапайым үлгісі, мектепті көгалдандыру жоспары немесе экологиялық ақпарат беретін цифрлық өнім жасалуы мүмкін. Мұнда оқушының биологиялық білімі нақты әлеуметтік және экологиялық мәселемен ұштасады.
Биология сабақтарында зертханалық жұмыстарды STEM қағидаттарына сәйкес ұйымдастыру да танымдық белсенділікті арттырады. Дәстүрлі зертханалық жұмыста оқушыға жұмыс барысы толық беріліп, ол нұсқаулықтағы әрекеттерді ретімен орындауы мүмкін. Мұндай жағдайда оқушы тәжірибенің орындалу техникасын меңгергенімен, зерттеуді жоспарлау қабілеті жеткілікті дәрежеде дамымауы ықтимал. STEM бағытындағы зертханалық жұмыста оқушыға мақсат пен проблема ұсынылып, тәжірибені ұйымдастырудың кейбір кезеңдерін өзіне жоспарлауға мүмкіндік беріледі. Мысалы, «Ферменттердің белсенділігіне температураның әсерін анықтау» тақырыбында оқушылар қандай температуралық көрсеткіштерді салыстыру керектігін, нәтижені қалай тіркейтінін, қандай факторларды тұрақты ұстау қажет екенін талқылай алады. Тәжірибеден кейін алынған көрсеткіштерді диаграммаға түсіріп, өзгерістердің биологиялық себебін түсіндіреді.
Бұл тәсіл оқушының тек пәндік білімін емес, зерттеу мәдениетін де қалыптастырады. Ол айнымалыларды ажыратуды, бақылау жағдайын анықтауды, өлшеудің дәлдігіне назар аударуды, нәтижелердің сенімділігін бағалауды үйренеді. Сонымен қатар оқушы болжам мен нақты нәтиженің әрдайым сәйкес келе бермейтінін түсінеді. Ғылымда алдын ала жасалған болжамның расталмауы зерттеудің сәтсіздігі емес, керісінше жаңа қорытынды жасауға мүмкіндік беретін нәтиже екенін ұғынады. Мұндай түсінік оқушының ғылыми дүниетанымын дамытуда маңызды орын алады.
STEM технологиясында топтық жұмысқа да ерекше мән беріледі. Нақты ғылыми немесе инженерлік мәселені шешу көбіне бірнеше адамның бірлескен әрекетін қажет етеді. Биология сабағында шағын топтарға берілген STEM тапсырмалары оқушылардың пікір алмасуына, міндеттерді бөлісуіне, бір-бірінің ұсынысын талдауына және ортақ шешім қабылдауына мүмкіндік береді. Мысалы, адам ағзасындағы тыныс алу жүйесін зерттеу кезінде бір топ өкпенің жұмыс істеу принципін көрсететін модель құрастыра алады. Оқушылар пластикалық ыдыс, түтік және серпімді материалдар сияқты қарапайым құралдарды пайдаланып, тыныс алу механизмінің моделін жасайды. Модельді құрастыру барысында олар диафрагманың қозғалысы, өкпе көлемінің өзгеруі және ауа қозғалысы арасындағы байланысты тәжірибе жүзінде бақылайды. Егер алғашқы модель дұрыс жұмыс істемесе, оның құрылымын өзгертіп, қайта сынайды. Осындай әрекет оқушыларды биологиялық ұғымды жай жаттаудан оның механизмін түсінуге жетелейді.
Танымдық белсенділікті арттыруда модельдеу әдісінің мүмкіндігі кең. Биологияда көзбен тікелей көру қиын немесе мүмкін емес көптеген нысандар мен үдерістер бар. Жасушаның құрылысы, ДНҚ молекуласының құрылымы, ақуыз синтезі, қан айналымы, жүйке импульсінің берілуі немесе экожүйедегі зат айналымы сияқты күрделі құбылыстарды модельдеу арқылы түсіндіру оқушының абстрактілі ақпаратты нақты қабылдауына көмектеседі. Оқушылар дайын модельді қараумен ғана шектелмей, оны өздері жасаған жағдайда оқу нәтижесі анағұрлым мазмұнды болады. Мәселен, ДНҚ молекуласының моделін құрастыру кезінде оқушылар нуклеотидтердің орналасу заңдылығын, комплементарлық принципті және молекуланың қос тізбекті құрылымын тәжірибелік әрекет арқылы меңгереді.
STEM тәсілінде цифрлық технологиялар да маңызды құрал болып табылады. Биология сабағында виртуалды зертханалар, интерактивті модельдер, сандық микроскоптар, датчиктер, мобильді қосымшалар, электрондық кестелер және ақпаратты визуализациялау құралдарын орынды пайдалану оқушылардың зерттеу мүмкіндігін кеңейтеді. Мысалы, жүрек соғу жиілігін физикалық жүктемеге дейін және одан кейін өлшеп, алынған деректерді электрондық кестеге енгізуге болады. Оқушылар әр қатысушының көрсеткіштерін салыстырып, орташа мәнді есептеп, график құрады және физикалық белсенділіктің жүрек-қантамыр жүйесіне әсері туралы қорытынды жасайды. Бұл тапсырма биология, математика және технология элементтерін табиғи түрде біріктіреді.
Цифрлық құралдарды пайдалану өздігінен STEM оқыту болып саналмайтынын ескеру қажет. Егер оқушы интерактивті тақтадан дайын бейнематериалды ғана көрсе немесе электрондық тапсырмада дайын жауаптардың бірін таңдаса, технология қолданылғанымен, STEM тәсілінің негізгі қағидалары толық жүзеге аспайды. Технология оқушыға зерттеу жүргізуге, дерек жинауға, нәтижені өңдеуге, модель құруға немесе мәселені шешуге мүмкіндік берген жағдайда ғана оның педагогикалық тиімділігі артады. Сондықтан мұғалім сабақта қандай цифрлық құрал қолданатынын емес, оның оқушының қандай танымдық әрекетін ұйымдастыратынын бірінші кезекте ойластыруы тиіс.
Биологияны STEM негізінде оқытуда проблемалық жағдаяттарды қолдану ерекше нәтижелі. Проблемалық тапсырма оқушыға жауабы бірден белгілі емес, бірнеше шешу жолы болуы мүмкін мәселені ұсынады. Мысалы, «Мектеп кабинетіндегі өсімдіктердің кейбірінің өсуі неліктен баяу?», «Шағын жылыжайда суды қалай үнемдеуге болады?», «Белгілі бір аумақта биоалуантүрлілікті арттыру үшін қандай жағдай жасау қажет?» сияқты сұрақтар оқушылардың білімді дайын күйінде қайталауына емес, оны жаңа жағдайда қолдануына бағытталады. Оқушы мәселені шешу үшін биологиялық заңдылықтарды еске түсіріп қана қоймай, қосымша ақпарат іздейді, факторларды салыстырады, бірнеше шешім нұсқасын ұсынады және олардың тиімділігін бағалайды.
Осындай оқу әрекетінде оқушының ішкі мотивациясы күшейеді. Себебі ол орындап отырған тапсырманың практикалық маңызын түсінеді және өз еңбегінің нақты нәтижесін көреді. Дайын формуланы немесе анықтаманы есте сақтаудан гөрі өзі құрастырған модельдің жұмыс істеуі, өзі өсірген өсімдіктің көрсеткіштерін бақылау немесе зерттеу нәтижесінен белгілі бір заңдылықты анықтау оқушыға эмоционалдық және интеллектуалдық қанағаттану береді. Бұл тәжірибе келесі оқу тапсырмаларына қызығушылықтың қалыптасуына ықпал етеді.
Сонымен қатар STEM технологиясы оқушылардың дербестігін дамытуға жағдай жасайды. Зерттеу немесе жобалық жұмыста барлық оқушы бірдей нәтижеге бір жолмен жетуге міндетті емес. Бір топ мәселені тәжірибе арқылы зерттесе, екінші топ цифрлық модельді, үшінші топ статистикалық мәліметтерді қолдануы мүмкін. Ең бастысы – ұсынылған шешім ғылыми негізделіп, алынған деректермен дәлелденуі. Мұндай еркіндік оқушыға өзінің қабілеті мен қызығушылығына сәйкес әрекет етуге мүмкіндік береді. Бір оқушы тәжірибе ұйымдастыруда белсенділік танытса, екіншісі мәліметтерді математикалық өңдеуге, үшіншісі модель құрастыруға немесе нәтижені таныстыруға бейім болуы мүмкін. Бірлескен жұмыс барысында олардың әрқайсысының қабілеті ортақ мақсатқа бағытталады.
Биология сабағында STEM технологиясын жүйелі пайдалану үшін тапсырмаларды оқушылардың жас ерекшелігіне және білім деңгейіне сәйкес таңдау маңызды. Төменгі сыныптарда бақылау, қарапайым өлшеу, модель жасау және табиғи нысандарды салыстыруға негізделген тапсырмалар тиімді болса, жоғары сыныптарда күрделі эксперименттерді жоспарлау, генетикалық есептердің нәтижелерін модельдеу, экологиялық деректерді статистикалық талдау, биотехнологиялық мәселелерді қарастыру сияқты жұмыстарды ұйымдастыруға болады. Тапсырманың күрделілігі біртіндеп артқан жағдайда оқушы зерттеушілік әрекеттің кезеңдерін жүйелі түрде меңгереді және жоғары сыныптарға келгенде өздігінен шағын ғылыми жоба жүргізуге дайын болады.
STEM технологиясының биология сабағындағы тиімділігі көбіне мұғалімнің оқу тапсырмаларын қаншалықты дұрыс құрастыра алуына байланысты. STEM тапсырмасы оқушыға жай ғана қосымша ақпарат іздеуді немесе дайын модельді қайталауды ұсынбауы тиіс. Оның негізінде зерттеуге болатын нақты мәселе, тәжірибе арқылы тексерілетін болжам немесе бірнеше шешім нұсқасын қарастыруға мүмкіндік беретін практикалық міндет болғаны дұрыс. Мұндай тапсырманы орындау барысында оқушы бұрын алған білімін еске түсіріп қана қоймай, оны жаңа жағдайда пайдаланады, қажетті ақпаратты анықтайды, зерттеу жоспарын құрады, нәтижелерді салыстырады және өзінің шешімін негіздейді. Осы үдерістің барлығы танымдық белсенділіктің тұрақты қалыптасуына әсер етеді.
Биология сабағында өсімдіктердің тіршілік әрекетін зерттеу STEM технологиясын жүзеге асыруға қолайлы бағыттардың бірі болып табылады. Мысалы, оқушыларға «Өсімдіктің өсуіне қолайлы жағдайды қалай анықтауға болады?» деген мәселе ұсынылады. Алдымен оқушылар өсімдіктің өсуіне әсер ететін жарық, температура, су, топырақ және минералды заттар сияқты факторларды анықтайды. Кейін олардың ішінен бір факторды таңдап, тәжірибе жоспарын жасайды. Бірдей өсімдіктерге әртүрлі жағдай жасап, бірнеше күн немесе апта бойы бақылау жүргізеді. Өсімдіктің биіктігін, жапырақ санын немесе басқа көрсеткіштерін өлшеп, нәтижелерді кестеге тіркейді. Жинақталған мәліметтер негізінде диаграмма немесе график құрып, бастапқы болжамның расталғанын немесе расталмағанын анықтайды. Осылайша қарапайым биологиялық тәжірибенің өзі бірнеше пәндік дағдыны біріктіретін кешенді зерттеуге айналады.
Оқушылардың қызығушылығын арттыру үшін тәжірибенің нәтижесін белгілі бір практикалық өніммен байланыстыруға болады. Өсімдіктің өсу жағдайларын зерттегеннен кейін оқушылар шағын жылыжайдың моделін жасап, онда өсімдіктің өсуіне қажетті жарық, су және температураны тиімді ұйымдастыру жолдарын ұсына алады. Мұнда инженерлік ойлау элементтері іске қосылады. Оқушы «Қандай материалды қолдану тиімді?», «Суды қалай үнемдеуге болады?», «Жарық өсімдікке біркелкі түсуі үшін құрылымды қалай өзгерту керек?» деген мәселелерді шешеді. Осы сұрақтарға жауап іздеу барысында биологиядан меңгерген білімінің практикалық құндылығын түсінеді.
Адам ағзасының құрылысы мен қызметін оқыту кезінде де STEM тапсырмаларын кеңінен қолдануға болады. Мысалы, тыныс алу жүйесін өткенде оқушылардың тыныс алу жиілігін тыныштық жағдайында және дене жаттығуынан кейін өлшеу арқылы шағын зерттеу ұйымдастыруға болады. Оқушылар алдымен физикалық жүктемеден кейін тыныс алу жиілігінің қалай өзгеретіні туралы болжам жасайды. Кейін өлшеу жүргізіп, нәтижелерді тіркейді. Бірнеше оқушының нәтижесін салыстырып, орташа көрсеткіштерді анықтайды және график құрады. Зерттеу соңында ағзаның оттекке қажеттілігі мен тыныс алу жиілігі арасындағы байланысты түсіндіреді. Мұндай тапсырмада теориялық білім оқушының өз ағзасында байқалатын құбылыстармен байланыстырылғандықтан, материалдың түсініктілігі мен есте сақталуы артады.
Жүрек-қантамыр жүйесін зерттеу кезінде де осындай жұмыстарды қолдануға болады. Оқушылар тамыр соғу жиілігін әртүрлі жағдайларда өлшеп, дене белсенділігі кезінде жүрек жұмысының өзгеруін зерттейді. Алынған мәліметтерді салыстыру арқылы жүректің ағза қажеттілігіне сәйкес жұмыс қарқынын өзгертетінін анықтайды. Егер сабақта цифрлық датчиктер немесе арнайы мобильді құралдар қолжетімді болса, олар өлшеу нәтижелерін автоматты түрде тіркеуге мүмкіндік береді. Алайда арнайы құралдардың болмауы STEM технологиясын қолдануға кедергі емес. Қарапайым секундомер, кесте, қағаз, сызғыш және қолжетімді материалдар арқылы да мазмұнды зерттеу жұмыстарын ұйымдастыруға болады. STEM білім берудің негізгі ерекшелігі қымбат техникалық құралда емес, оқушының зерттеу мен мәселе шешуге негізделген белсенді әрекетінде жатыр.
Микроскоппен жұмыс істеу де оқушылардың зерттеушілік қызығушылығын арттыратын маңызды бағыттардың бірі. Дәстүрлі сабақта оқушылар дайын микропрепаратты қарап, жасуша бөліктерін анықтауы мүмкін. STEM тәсілін қолданғанда бұл жұмысты зерттеу сипатында ұйымдастыруға болады. Мысалы, өсімдіктің әртүрлі мүшелерінен алынған жасушаларды салыстыру, олардың құрылысындағы айырмашылықтарды анықтау және бұл айырмашылықтардың атқаратын қызметімен байланысын түсіндіру ұсынылады. Оқушылар микроскоп арқылы бақылаған нысандарын суретке түсіріп, цифрлық ортада белгілер енгізе алады немесе жасушаның көлемін шамамен есептей алады. Бұл жағдайда биологиялық бақылау технологиялық және математикалық әрекеттермен толықтырылады.
Генетика тақырыптары да STEM технологиясын қолдануға мол мүмкіндік береді. Генетикалық есептер көбіне математикалық заңдылықтарға негізделетіндіктен, биология мен математиканың пәнаралық байланысы табиғи түрде жүзеге асады. Оқушылар тұқымқуалау заңдылықтарын зерттеген кезде ықтималдықты есептеп, алынған нәтижелерді модельдей алады. Мысалы, моногибридті будандастырудың нәтижесін тек теориялық есеп ретінде шығармай, түрлі түсті белгілер немесе цифрлық модель көмегімен бірнеше рет тәжірибелік имитация жасауға болады. Теориялық ықтималдық пен тәжірибелік нәтиженің арасындағы айырмашылықты салыстыру оқушыларға статистикалық заңдылықтардың мәнін түсінуге көмектеседі. Сонымен бірге генетикалық ақпарат, ДНҚ, ген және хромосома арасындағы байланысты модельдеу оқушылардың күрделі ұғымдарды жүйелі қабылдауына жағдай жасайды.
Экология тақырыптары STEM жобаларын ұйымдастыру үшін ерекше маңызды. Қазіргі кезде қоршаған ортаны қорғау, ресурстарды тиімді пайдалану, биоалуантүрлілікті сақтау және қалдықтарды азайту мәселелері оқушылардың күнделікті өмірімен тікелей байланысты. Сондықтан экологиялық мәселені тек теориялық тұрғыда түсіндірудің орнына, мектеп немесе жергілікті орта жағдайында зерттеу оқушының пәнге деген қызығушылығын күшейтеді. Мысалы, мектепте бір апта ішінде пайда болатын қағаз қалдықтарының мөлшерін анықтау жобасын ұйымдастыруға болады. Оқушылар қалдықтарды өлшеп, күндер бойынша мәлімет жинайды, орташа көрсеткішті есептейді және бір ай немесе оқу жылы ішінде қанша қағаз қалдығы жиналуы мүмкін екенін болжайды. Одан кейін қалдық мөлшерін азайтудың немесе қайта өңдеуге жіберудің тиімді жолдарын ұсынады. Бұл жұмыс экологиялық білімді математикалық есептеумен және нақты практикалық шешім іздеумен байланыстырады.
Су ресурстарын үнемдеу мәселесін қарастырғанда оқушылар мектепте немесе үй жағдайында судың қанша мөлшерде пайдаланылатынын зерттей алады. Белгілі бір уақыт ішінде краннан ағатын су көлемін өлшеп, күнделікті шығынды есептейді. Егер кран қажеттіліктен артық уақыт ашық қалатын болса, қанша су ысырап болатынын анықтайды. Кейін суды үнемдейтін қарапайым жүйенің жобасын немесе ақпараттық ұсыныстар әзірлейді. Осындай тапсырмалар оқушыға математикалық есептің, биологиялық-экологиялық білімнің және инженерлік шешімнің өзара байланысын көрсетеді. Ең маңыздысы – оқушы өзінің зерттеуінің күнделікті өмірге қатысы бар екенін сезінеді.
STEM жобаларын орындау барысында оқушылардың ақпаратпен жұмыс істеу дағдылары да дамиды. Қазіргі ақпараттық кеңістікте кез келген мәліметті табу оңай болғанымен, оның сенімділігін анықтау күрделі мәселе болып отыр. Биология саласында денсаулық, тамақтану, экология, генетика және биотехнология тақырыптарына қатысты ғылыми негізі жоқ ақпараттар да кездеседі. Сондықтан мұғалім оқушыларды ақпарат көздерін салыстыруға, авторын және жарияланған ортасын анықтауға, ғылыми дәлелдің бар-жоғын тексеруге үйретуі қажет. STEM жобасында ақпарат іздеу зерттеудің бір кезеңі ретінде қарастырылғанда оқушы дайын мәліметті механикалық көшірмей, оның мәселені шешуге қаншалықты қажет екенін бағалай бастайды.
Мысалы, дұрыс тамақтану тақырыбын өткен кезде оқушылар әртүрлі тағамдардың құрамындағы ақуыз, май, көмірсу және энергетикалық құндылық туралы мәліметтер жинай алады. Жиналған деректерді салыстырып, белгілі бір шарттарға сәйкес бір күндік тамақтану үлгісін құрастырады. Бұл жерде негізгі мақсат нақты бір адамға медициналық мәзір тағайындау емес, тағам құрамын ғылыми тұрғыдан талдау және энергия мен қоректік заттар арасындағы байланысты түсіну болып табылады. Оқушылар тағам өнімдерінің жапсырмасындағы ақпаратты оқуды, өлшем бірліктерін салыстыруды және сандық деректерді талдауды үйренеді. Нәтижесінде биологиядан алынған білім функционалдық сауаттылықпен ұштасады.
STEM технологиясы оқушылардың шығармашылық қабілетін дамытуға да ықпал етеді. Инженерлік сипаттағы тапсырмаларда көбіне бір ғана дұрыс шешім болмайды. Оқушылар бір мәселені шешудің бірнеше нұсқасын ұсынып, олардың артықшылықтары мен кемшіліктерін салыстырады. Мысалы, құстарға арналған қауіпсіз қоректендіргіш жасау тапсырмасында оқушылар оның көлемін, материалын, орналасу орнын, қоректі ылғалдан қорғау және құстардың еркін қону мүмкіндігін қарастырады. Дайын модель сынақтан өткізіліп, анықталған кемшіліктер негізінде жетілдіріледі. Осылайша оқушылардың биологиялық білімі жобалау және конструкциялық ойлаумен байланысады.
Инженерлік жобалаудың маңызды ерекшелігі – алғашқы шешімді соңғы нәтиже деп қабылдамау. Оқушы модельді жасайды, сынайды, кемшіліктерін анықтайды және жетілдіреді. Мұндай циклдік әрекет биология сабағында оқушының табандылығын, жауапкершілігін және қатемен жұмыс істеу мәдениетін дамытады. Дәстүрлі тапсырмада қате жауап көбіне төмен нәтиже ретінде қабылданса, STEM жобасында қате шешім жаңа нұсқаны іздеуге негіз болады. Оқушы «Неліктен жұмыс істемеді?», «Қай бөлігін өзгерту қажет?», «Қандай фактор ескерілмеді?» деген сұрақтар арқылы мәселені қайта талдайды. Бұл рефлексия танымдық белсенділіктің жоғары деңгейін көрсетеді.
Оқушылардың танымдық белсенділігін қалыптастыруда сұрақ қою мәдениетінің маңызы зор. Мұғалімнің «Бұл не?», «Қандай бөліктерден тұрады?» деген репродуктивті сұрақтарымен қатар «Неліктен?», «Қалай дәлелдеуге болады?», «Қандай фактор әсер етуі мүмкін?», «Егер осы жағдай өзгерсе, нәтиже қандай болады?», «Ұсынылған шешімдердің қайсысы тиімді және неге?» сияқты зерттеушілік сұрақтарды қолдануы оқушының ойлау әрекетін тереңдетеді. STEM сабағында сұрақтың жауабы оқулықтағы бір сөйлеммен шектелмеуі тиіс. Жауап тәжірибеден, бақылаудан, есептеуден немесе дәлелдерді салыстырудан туындаған жағдайда ғана оқушы білімді белсенді түрде құрастырады.
STEM технологиясының тағы бір маңызды бағыты – пәнаралық байланысты жүзеге асыру. Мектептегі пәндер жеке оқытылғанымен, нақты өмірдегі мәселелер бір ғана ғылымның аясымен шектелмейді. Мысалы, өсімдіктің фотосинтезін зерттеу үшін биологиялық біліммен қатар жарықтың физикалық қасиеттері, химиялық реакциялар, өлшеу және есептеу дағдылары қажет болуы мүмкін. Экологиялық зерттеуде географиялық жағдай, математикалық статистика және цифрлық карталар қолданылады. Адам қозғалысын зерттегенде биология мен физиканың байланысы байқалады. Осындай кіріктіру оқушыға пәндерден алған білімінің біртұтас ғылыми дүниетаным қалыптастыруға қызмет ететінін түсіндіреді.
STEM сабақтарын ұйымдастыру кезінде оқушылардың жас ерекшеліктерімен қатар жеке қабілеттерін де ескерген жөн. Кейбір оқушылар тәжірибелік әрекетке қызықса, басқалары есептеу, ақпарат жинау, дизайн немесе таныстырылым дайындау кезінде белсенді болуы мүмкін. Топтық жобада рөлдерді тиімді бөлу әр оқушының жұмысқа қатысуына мүмкіндік береді. Алайда бір оқушы үнемі тек бір рөлде қалмауы қажет. Уақыт өте келе рөлдерді ауыстыру арқылы тәжірибе жүргізу, мәліметтерді талдау, баяндау және модель жасау дағдыларының барлығын дамытуға жағдай жасалады. Бұл оқушының өзінің жаңа қабілеттерін анықтауына да ықпал етеді.
STEM негізіндегі сабақта бағалау тәсілі де дәстүрлі бағалаудан біршама ерекшеленеді. Тек соңғы нәтижені бағалау оқушының зерттеу барысында атқарған жұмысын толық көрсетпейді. Сондықтан мәселені түсіну, болжам ұсыну, зерттеу жоспарын жасау, топтағы ынтымақтастық, мәлімет жинау, нәтижені талдау, ғылыми түсіндіру және рефлексия сияқты кезеңдер ескерілуі тиіс. Мұғалім алдын ала анықталған бағалау критерийлерін оқушыларға таныстырса, олар өз жұмысынан не күтілетінін жақсы түсінеді. Сонымен қатар өзін-өзі және өзара бағалау тәсілдері оқушының өз әрекетіне сыни көзқараспен қарауына мүмкіндік береді.
Мысалы, биологиялық STEM жобасын бағалау кезінде «зерттеу сұрағының нақтылығы», «болжамның ғылыми негізділігі», «тәжірибе жоспарының орындылығы», «деректердің дұрыс тіркелуі», «нәтижені дәлелдер арқылы түсіндіру», «ұсынылған модельдің немесе шешімнің тиімділігі» және «жұмысты таныстыру сапасы» сияқты критерийлер қолданылуы мүмкін. Мұндай бағалау оқушыға жоғары баға алу үшін тек әдемі өнім жасаудың жеткіліксіз екенін, оның ғылыми негіздемесі мен зерттеу үдерісі де маңызды екенін көрсетеді.
Оқушылардың танымдық белсенділігін арттыруда рефлексия кезеңі ерекше орын алады. STEM тапсырмасы аяқталғаннан кейін «Біз не анықтадық?», «Қандай дәлелдерге сүйендік?», «Қай әдіс тиімді болды?», «Қандай қиындық кездесті?», «Жұмысты қайта орындасақ нені өзгертер едік?», «Бұл білімді тағы қай жағдайда қолдануға болады?» деген сұрақтарды талқылау қажет. Рефлексия арқылы оқушы тек нәтижені емес, оған жету жолын да бағалайды. Бұл метатанымдық дағдылардың дамуына әсер етіп, келесі зерттеулерді саналы түрде жоспарлауға көмектеседі.
Биология сабағында STEM технологиясын енгізу белгілі бір қиындықтармен де байланысты болуы мүмкін. Олардың қатарына сабақ уақытының шектеулілігін, материалдық құралдардың жеткіліксіздігін, оқушылардың зерттеу тәжірибесінің әртүрлі болуын және мұғалімнің бірнеше пән саласындағы білімді кіріктіру қажеттілігін жатқызуға болады. Дегенмен STEM сабағын міндетті түрде күрделі зертханалық жабдықтармен ұйымдастыру қажет деген түсінік дұрыс емес. Көптеген тиімді жобаларды күнделікті қолжетімді материалдар, қарапайым өлшеу құралдары және тегін цифрлық ресурстар арқылы жүзеге асыруға болады. Негізгі мәселе қолданылатын құралдың бағасында емес, тапсырманың мазмұны мен оқушының белсенді зерттеу әрекетінде.
Уақыт мәселесін шешу үшін STEM жобаларын әр сабақта көлемді түрде ұйымдастыру міндетті емес. Кейбір тақырыптарда 10–15 минуттық шағын зерттеу немесе проблемалық тапсырмаларды қолдануға, ал белгілі бір бөлім аяқталған кезде ұзақ мерзімді жоба ұйымдастыруға болады. Мысалы, бір сабақта оқушылар өсімдіктің жапырақ құрылымын зерттесе, келесі сабақтарда жинақталған білім негізінде өсімдіктің белгілі ортаға бейімделу моделін құрастыра алады. Осылайша STEM элементтері оқу бағдарламасының мазмұнымен үйлесімді енгізіліп, қосымша жүктеме емес, білімді меңгертудің тиімді тәсіліне айналады.
Мұғалім үшін ең маңызды міндеттердің бірі – STEM технологиясын сабақ мақсатына сәйкестендіру. Кейде сабақтың сыртқы көрінісін қызықты ету мақсатында түрлі модельдер немесе цифрлық құрылғылар қолданылғанымен, олардың оқу мақсатына қатысы әлсіз болуы мүмкін. Сондықтан әр тапсырманы жоспарлағанда «Оқушы қандай биологиялық ұғымды меңгереді?», «Қандай мәселені зерттейді?», «Қандай дерек жинайды?», «Оны қалай талдайды?», «Қандай қорытындыға келуі тиіс?» деген сұрақтарға жауап беру маңызды. Сонда ғана STEM технологиясы сабақтағы қосымша әрекет емес, білім мазмұнын терең меңгертетін педагогикалық құралға айналады.
STEM технологиясын тиімді жүзеге асыру мұғалімнің кәсіби ізденісін де талап етеді. Биология пәнінің мұғалімі заманауи цифрлық ресурстарды меңгеріп қана қоймай, зерттеу тапсырмаларын құрастыру, пәнаралық байланысты анықтау, жобалық жұмысты басқару және оқушылардың зерттеу нәтижелерін бағалау тәсілдерін жетілдіріп отыруы қажет. Мұғалім әріптестерімен тәжірибе алмасып, физика, химия, математика және информатика пәндерінің мұғалімдерімен бірлескен жобалар ұйымдастырса, STEM білім берудің мүмкіндігі кеңейе түседі. Пәнаралық ынтымақтастық мұғалімдердің де кәсіби дамуына ықпал етеді.
Осы тұрғыдан қарағанда, STEM технологиясы биология сабағының мазмұнын өзгертіп қана қоймай, мұғалім мен оқушы арасындағы педагогикалық қарым-қатынастың жаңа үлгісін қалыптастырады. Мұғалім барлық жауапты алдын ала беретін негізгі ақпарат көзі болудан гөрі оқушының зерттеуіне бағыт беретін ұйымдастырушыға айналады. Ал оқушы тапсырманы орындаушы деңгейінен мәселені анықтайтын, болжам жасайтын, тәжірибе жүргізетін, дәлелдерді салыстыратын және өз шешімін ұсынатын белсенді субъект деңгейіне көтеріледі. Осындай өзгеріс биологияны оқытудағы танымдық белсенділікті арттырудың маңызды алғышарты болып табылады.
Биология сабақтарында STEM технологиясын жүйелі қолданудың нәтижесінде оқушының танымдық белсенділігі бірнеше бағытта көрініс табады. Біріншіден, оқушының пәнге деген қызығушылығы артып, биологиялық құбылыстардың себеп-салдарлық байланыстарын анықтауға ұмтылысы қалыптасады. Екіншіден, білімді дайын күйінде қабылдаудың орнына оны тәжірибе, бақылау және зерттеу арқылы меңгеруге дағдыланады. Үшіншіден, ақпаратты талдау, салыстыру, жүйелеу және ғылыми дәлелдер негізінде қорытынды жасау қабілеті дамиды. Төртіншіден, топтық зерттеулер барысында коммуникация, ынтымақтастық және жауапкершілік дағдылары қалыптасады. Бесіншіден, оқушы өзінің теориялық білімін практикалық мәселелерді шешуге қолдану мүмкіндігін көреді. Мұның барлығы оқу әрекетінің сапасын арттырып, оқушының биология пәніне саналы қызығушылығын қалыптастырады.
Танымдық белсенділіктің маңызды көрсеткіштерінің бірі – оқушының өздігінен сұрақ қоя білуі. Егер дәстүрлі сабақ барысында сұрақтардың басым бөлігін мұғалім қойса, STEM негізінде ұйымдастырылған сабақта оқушылардың өздері зерттеу сұрақтарын қалыптастыруға қатысады. Мысалы, өсімдіктердің сыртқы орта жағдайларына бейімделуін зерттеу кезінде мұғалім дайын сұрақтар ұсынудың орнына оқушыларға бірнеше өсімдік түрін көрсетіп, олардың құрылысындағы ерекшеліктерді анықтауды тапсыра алады. Бақылау нәтижесінде оқушылар «Неліктен бір өсімдіктің жапырағы қалың, екіншісінікі жұқа?», «Судың мөлшері жапырақ құрылысына қалай әсер етеді?», «Құрғақ ортада тіршілік ететін өсімдіктер суды қалай сақтайды?» деген зерттеу сұрақтарын өздері құрастырады. Мұндай сұрақтардың пайда болуы оқушының материалға жай қызығушылық танытуынан ғылыми танымға қарай қадам жасағанын білдіреді.
STEM технологиясының нәтижелілігі оқу ортасының дұрыс ұйымдастырылуына да тәуелді. Оқушы өз ойын ашық айтып, болжам ұсынып, тәжірибе жасап және қателесу мүмкіндігі бар екенін сезінген кезде зерттеу әрекетіне белсенді қатысады. Сондықтан сабақ барысында әртүрлі пікірлерді талқылауға мүмкіндік беру маңызды. Бір мәселенің бірнеше шешімі ұсынылған жағдайда мұғалім бірден «дұрыс» немесе «дұрыс емес» деп бағалаудан бұрын әр топтан өз шешімін дәлелдеуді сұрағаны тиімді. Оқушылар дәлелдерді салыстырып, ұсынылған шешімдердің күшті және әлсіз жақтарын анықтайды. Нәтижесінде пікірталас ғылыми сипат алып, оқушылар өз көзқарасын нақты деректер арқылы негіздеуге үйренеді.
Биология сабақтарында STEM тәсілдерін қолдану оқушылардың сыни ойлау қабілетін дамытуға мүмкіндік береді. Сыни ойлау дегеніміз кез келген ақпаратты теріске шығару емес, оның негізділігін тексеру, дәлелдерін бағалау және бірнеше көзқарасты салыстыру қабілеті. Мысалы, әлеуметтік желілерде немесе интернет ресурстарында адам денсаулығы, экология, тамақтану немесе генетика туралы әртүрлі ақпарат кездеседі. Мұғалім осындай мәліметтердің ғылыми сенімділігін бағалауға арналған тапсырмалар ұйымдастыра алады. Оқушылар ақпараттың авторын, дереккөзін, келтірілген дәлелдерін, зерттеу нәтижелерінің бар-жоғын анықтап, оның қаншалықты сенімді екені туралы қорытынды жасайды. Бұл жұмыс оқушылардың медиасауаттылығы мен ғылыми сауаттылығын қатар дамытуға ықпал етеді.
STEM технологиясының биология пәніндегі тағы бір маңызды мүмкіндігі – оқушыларды нақты деректермен жұмыс істеуге үйрету. Ғылыми зерттеудің нәтижесі тек пікірге емес, өлшеу мен бақылаудан алынған деректерге сүйенеді. Сондықтан сабақ барысында оқушылардың кесте, график, диаграмма және сандық көрсеткіштерді оқуына және құрастыруына назар аудару қажет. Мысалы, белгілі бір экожүйедегі ағзалар санының бірнеше жыл ішіндегі өзгерісі туралы мәлімет ұсынылып, оның себебін анықтау тапсырылуы мүмкін. Оқушылар графиктегі өзгерістерді талдап, қоршаған орта факторларымен байланыстырады және болашақтағы өзгерістерге болжам жасайды. Бұл тапсырма математикалық сауаттылықты биологиялық біліммен кіріктіре отырып дамытуға мүмкіндік береді.
Жобалық әрекет STEM технологиясының негізгі элементтерінің бірі болғандықтан, биология сабақтарында ұзақ мерзімді шағын зерттеу жобаларын ұйымдастыру тиімді. Мысалы, «Мектеп аумағындағы өсімдіктердің биоалуантүрлілігі», «Бөлме өсімдіктерінің өсуіне әртүрлі факторлардың әсері», «Мектептегі қағаз қалдықтарын азайту жолдары», «Судың сапасын биологиялық көрсеткіштер арқылы бағалау», «Тұқымның өнуіне сыртқы орта факторларының әсері» сияқты тақырыптарды зерттеуге болады. Жобаның тақырыбы оқушыға түсінікті әрі зерттеу жүргізуге қолжетімді болғаны маңызды. Өте күрделі ғылыми мәселені таңдаудан гөрі қарапайым, бірақ нәтижесін оқушы өзі бақылап, өлшей алатын зерттеулер танымдық белсенділікті арттыруда тиімдірек болуы мүмкін.
Жобалық жұмыстың бастапқы кезеңінде оқушылар мәселені анықтап, зерттеу сұрағын қалыптастырады. Одан кейін болжам жасалып, қажетті құралдар мен зерттеу әдістері таңдалады. Зерттеу барысында бақылау немесе эксперимент жүргізіліп, нәтижелер жүйелі түрде тіркеледі. Соңында жиналған мәліметтер өңделіп, бастапқы болжаммен салыстырылады және қорытынды жасалады. Жоба нәтижесін постер, модель, бейнеролик, презентация, инфографика немесе тәжірибелік өнім түрінде ұсынуға болады. Нәтижені таныстыру кезінде оқушылар өздерінің қандай мәселені зерттегенін, қандай әдістер қолданғанын және қандай дәлелдер негізінде қорытындыға келгенін түсіндіреді. Осы кезеңде ғылыми сөйлеу, көпшілік алдында ойды жеткізу және сұрақтарға жауап беру дағдылары дамиды.
STEM жобаларын жүзеге асыру кезінде оқушылардың зерттеу күнделігін жүргізуі де пайдалы. Күнделікке зерттеу сұрағы, болжам, орындалған әрекеттер, өлшеу нәтижелері, туындаған мәселелер және оларды шешу жолдары жазылады. Мұндай жұмыс оқушыны өз әрекетін жүйелеуге және зерттеу барысын кезең-кезеңімен бағалауға үйретеді. Сонымен қатар мұғалімге оқушының тек соңғы өнімін емес, оған жету үдерісін бақылауға мүмкіндік береді. Зерттеу күнделігі арқылы оқушының бастапқы идеясының қалай өзгергенін, қандай қателіктер жібергенін және сол қателіктерден қандай қорытынды шығарғанын анықтауға болады.
STEM технологиясын қолдануда оқу тапсырмаларын саралау мүмкіндігі де жоғары. Бір сыныптағы оқушылардың білім деңгейі, қызығушылығы және жұмыс қарқыны әртүрлі болғандықтан, тапсырмаларды күрделілік деңгейіне қарай ұсыну тиімді. Мысалы, бір топ дайын мәліметтерді салыстырып қорытынды жасаса, екінші топ мәліметтерді өздігінен жинап, үшінші топ сол нәтижелер негізінде модель немесе инженерлік шешім әзірлей алады. Бұл жағдайда барлық оқушы ортақ тақырып аясында жұмыс істегенімен, олардың орындайтын әрекеттері жеке мүмкіндіктеріне сәйкес ұйымдастырылады. Саралау оқушының шамадан тыс қиындыққа тап болуына немесе керісінше, тапсырманың тым жеңіл болуына жол бермейді.
Сонымен қатар STEM технологиясы қабілетті және пәнге ерекше қызығушылық танытатын оқушылармен жұмыс жүргізуге қолайлы. Мұндай оқушыларға күрделірек зерттеу сұрақтарын, бірнеше айнымалысы бар тәжірибелерді немесе деректерді терең талдауды қажет ететін жобаларды ұсынуға болады. Мысалы, өсімдіктің өсуіне бір ғана фактордың емес, жарық пен су мөлшерінің өзара әсерін зерттеу, әртүрлі топырақ құрамының тұқым өнуіне ықпалын салыстыру немесе белгілі аумақтағы биоалуантүрлілік көрсеткіштерін есептеу тапсырмалары берілуі мүмкін. Осы арқылы оқушының пәндік қызығушылығы ғылыми-зерттеу әрекетіне бағытталады.
Биология сабағында STEM технологиясын пайдалану оқушының функционалдық сауаттылығын дамытуға да тікелей ықпал етеді. Функционалдық сауаттылық оқушының мектепте алған білімін күнделікті өмірде кездесетін мәселелерді шешуге қолдана алуымен сипатталады. Биологиядан алған білім денсаулықты сақтау, қоршаған ортаны қорғау, тағам өнімдерін таңдау, табиғи ресурстарды тиімді пайдалану сияқты көптеген өмірлік жағдайларда қажет. STEM тапсырмасы осы байланысты нақты көрсетеді. Оқушы белгілі бір биологиялық заңдылықты жаттап қана қоймай, оның практикалық маңызын түсінеді және сол білімнің көмегімен шешім қабылдауға үйренеді.
Мысалы, экологиялық із тақырыбын қарастырғанда оқушылар күнделікті тұрмыстағы әрекеттердің қоршаған ортаға ықпалын зерттей алады. Электр энергиясын, суды, қағазды және пластик өнімдерді пайдалану көлемін бақылап, оларды азайтуға арналған ұсыныстар жасайды. Ұсыныстың тиімділігін сандық көрсеткіштер арқылы есептеуге болады. Егер мектепте белгілі бір уақыт ішінде қағазды тұтыну көлемі азайтылса, қанша ресурс үнемделетінін есептеу оқушыға жеке әрекет пен қоршаған орта арасындағы байланысты түсіндіреді. Бұл жерде биологиялық және экологиялық білім нақты мінез-құлықпен байланысып, жауапкершілік сезімін қалыптастырады.
Биотехнология тақырыптарын оқыту кезінде де STEM тәсілінің мүмкіндігі жоғары. Биотехнология – биология, химия, инженерия және технологияның өзара байланысын айқын көрсететін салалардың бірі. Оқушылар микроағзалардың тағам өндірісіндегі рөлін зерттеу, ашыту үдерісіне температураның әсерін бақылау немесе биологиялық ыдырайтын материалдардың қасиеттерін салыстыру сияқты қарапайым зерттеулер орындай алады. Мұндай тапсырмалар заманауи ғылымның практикалық бағыттарын түсінуге және оқушының болашақ мамандықтар туралы көзқарасын кеңейтуге көмектеседі.
STEM технологиясы оқушыларға болашақ кәсіптік бағдар беруде де маңызды. Биологияны медицинамен ғана байланыстыру жеткіліксіз. Қазіргі уақытта биоинженерия, генетика, биоинформатика, экологиялық инженерия, агротехнология, тағам технологиясы, биотехнология және зертханалық диагностика сияқты көптеген салалар биологиялық білімді технологиялық және математикалық дағдылармен ұштастыруды талап етеді. Сабақ барысында осындай кәсіби салаларға тән қарапайым міндеттерді орындау оқушының ғылым мен технология саласындағы мамандықтарға қызығушылығын оятуы мүмкін. Бұл әсіресе жоғары сынып оқушыларының кәсіби бағытын анықтауында маңызды.
STEM технологиясын қолдану барысында қауіпсіздік мәселесі де үнемі назарда болуы тиіс. Биологиялық тәжірибелер тірі нысандармен, химиялық ерітінділермен немесе зертханалық құралдармен байланысты болуы мүмкін. Сондықтан мұғалім зерттеу басталғанға дейін қауіпсіздік ережелерін нақты түсіндіріп, тәжірибенің оқушылардың жас ерекшелігіне сай болуын қамтамасыз етуі қажет. Қауіпсіздік талаптарын сақтау зерттеу мәдениетінің бір бөлігі ретінде қарастырылуы тиіс. Оқушы тәжірибе жасаудың қызықты әрекет қана емес, жауапкершілікті талап ететін ғылыми жұмыс екенін түсінуі керек.
STEM сабақтарында ата-аналармен және мектеп қауымдастығымен байланысты да дамытуға болады. Оқушылардың экологиялық немесе әлеуметтік маңызы бар жобаларының нәтижелерін мектеп қауымдастығына таныстыру олардың жұмысына қосымша мағына береді. Мысалы, мектеп аумағын көгалдандыру жобасының нәтижелері мектеп әкімшілігіне ұсынылуы немесе қалдықтарды сұрыптау жөніндегі зерттеу негізінде мектепке арналған ұсыныстар әзірленуі мүмкін. Оқушы өзінің жұмысы тек баға алу үшін орындалмағанын, оның нақты ортаға пайдасы болуы мүмкін екенін көргенде оқу әрекетіне жауапкершілігі артады.
Мұғалім STEM технологиясын қолдану барысында оқушыларға шамадан тыс дайын нұсқаулық беруден біртіндеп бас тартуы қажет. Алғашқы кезеңде зерттеу дағдысы қалыптаспаған оқушыларға нақты алгоритм, үлгі және бағыттаушы сұрақтар қажет болуы мүмкін. Кейін олардың тәжірибесі артқан сайын мұғалім көмегін азайтып, зерттеуді жоспарлау жауапкершілігін оқушыға беру тиімді. Мысалы, бастапқыда тәжірибенің құралдары мен кезеңдері мұғалім тарапынан ұсынылса, кейін оқушылар қажетті құралдарды өздері таңдап, зерттеу ретін жоспарлай алады. Бұл тәсіл оқушының дербестігін кезең-кезеңімен қалыптастырады.
Биология пәніндегі STEM тәсілінің тұрақты нәтиже беруі үшін бір реттік ашық сабақ немесе жекелеген жоба жеткіліксіз. Зерттеу, модельдеу, есептеу, мәселе шешу және рефлексия элементтері оқу үдерісінде жүйелі қолданылған кезде ғана оқушыда тұрақты дағдылар қалыптасады. Сондықтан мұғалім оқу жылының басында бағдарламаның қай тақырыптарында STEM элементтерін қолдануға болатынын алдын ала жоспарлағаны дұрыс. Кейбір тақырыптар шағын тәжірибеге, кейбірі модельдеуге, ал енді бірі ұзақ мерзімді жобаға қолайлы болуы мүмкін. Осындай жүйелілік STEM технологиясын оқу бағдарламасынан бөлек қосымша жұмыс ретінде емес, пәнді оқытудың табиғи құрамдас бөлігі ретінде қабылдауға мүмкіндік береді.
Оқушылардың танымдық белсенділігін бағалау кезінде де тек пәндік білім нәтижесіне сүйену жеткіліксіз. Сабақ барысында оқушының қаншалықты белсенді сұрақ қойғанын, мәселені шешудің жолдарын ұсынғанын, қосымша ақпарат іздегенін, тәжірибе нәтижесін түсіндіруге тырысқанын және өз қатесін түзете алғанын бақылау маңызды. Мұғалім осы көрсеткіштерді жүйелі қадағаласа, әр оқушының танымдық даму динамикасын анықтай алады. Мысалы, бастапқы кезде тек мұғалімнің нұсқауын орындаған оқушы уақыт өте келе өздігінен болжам ұсынып, зерттеу тәсілін таңдаса, бұл оның танымдық дербестігінің артқанын көрсетеді.
STEM технологиясы негізіндегі биология сабақтары оқушылардың ғылыми тілін дамытуға да ықпал етеді. Зерттеу нәтижесін таныстыру барысында оқушы «менің ойымша» деген субъективті пікірмен шектелмей, «алынған деректер көрсеткендей», «тәжірибе нәтижесі бойынша», «бақылау барысында анықталғандай» деген дәлелді тұжырымдарды қолдануға үйренеді. Бұл ғылыми ойлау мен ғылыми коммуникация мәдениетінің қалыптасуына әсер етеді. Өз пікірін дерекпен негіздеу дағдысы тек биология сабағында емес, басқа пәндерде және күнделікті өмірде де маңызды.
Осылайша STEM технологиясын биология сабағына енгізу оқытудың мазмұны мен әдістерін өзара байланысты жаңғыртуға мүмкіндік береді. Мұнда басты назар технологиялық құралдардың көптігіне емес, оқушының белсенді танымдық әрекетіне аударылады. Тәжірибе, зерттеу, модельдеу, есептеу, жобалау және мәселені шешу әрекеттері бір мақсатқа біріктірілгенде оқушы биологиялық білімді терең әрі саналы меңгереді. Мұғалім тарапынан дұрыс ұйымдастырылған STEM ортасы әр оқушының сұрақ қоюына, идея ұсынуына, дәлел іздеуіне және өзінің оқу нәтижесіне жауапкершілікпен қарауына мүмкіндік береді.
Қорытынды. Қорыта айтқанда, биология сабағында STEM технологиясын қолдану оқушылардың танымдық белсенділігін арттырудың тиімді педагогикалық жолдарының бірі болып табылады. STEM тәсілі ғылым, технология, инженерия және математиканы кіріктіре отырып, биологиялық білімді теориялық деңгейден практикалық әрекетке көшіруге жағдай жасайды. Оқушы дайын ақпаратты қабылдаушы ретінде емес, мәселені анықтайтын, сұрақ қоятын, болжам жасайтын, тәжірибе жүргізетін, деректерді өңдейтін, модель құрастыратын және ғылыми негізделген қорытынды шығаратын белсенді зерттеуші ретінде әрекет етеді.
Биология сабақтарында зертханалық тәжірибелерді, жобалық жұмыстарды, модельдеуді, цифрлық технологияларды және инженерлік тапсырмаларды үйлесімді қолдану пәнге деген қызығушылықты күшейтіп, білімнің өмірлік маңызын түсінуге көмектеседі. Әсіресе өсімдіктер физиологиясы, адам анатомиясы мен физиологиясы, генетика, экология және биотехнология тақырыптары STEM тәсілдерін қолдануға кең мүмкіндік береді. Бұл жұмыстар арқылы оқушылардың зерттеушілік, сыни және шығармашылық ойлау, ақпаратты талдау, математикалық деректерді өңдеу, топта жұмыс істеу және өз ойын дәлелдеу дағдылары дамиды.
STEM технологиясының тиімділігі қолданылатын құралдардың күрделілігімен емес, оқу тапсырмасының мазмұны және оқушының сол тапсырманы орындаудағы белсенділігімен анықталады. Қарапайым материалдардың көмегімен ұйымдастырылған тәжірибенің өзі оқушыны мәселе шешуге, болжам жасауға және нәтижені талдауға жетелесе, оның білімдік маңызы жоғары болады. Сондықтан STEM технологиясын қолдануда мұғалім үшін ең маңызды міндет – оқу мақсатына сәйкес зерттеу мәселесін таңдау, оқушының дербес әрекетіне жағдай жасау және алынған нәтижені ғылыми тұрғыдан талқылауды ұйымдастыру.
STEM тәсілін жүйелі енгізу мұғалімнен кәсіби ізденісті, сабақтарды алдын ала жоспарлауды, пәнаралық байланысты тиімді ұйымдастыруды және бағалау әдістерін жетілдіруді талап етеді. Мұғалім оқушыға дайын жауап беретін тұлғадан зерттеуге бағыт беретін ұйымдастырушыға айналған жағдайда білім алушының дербестігі мен жауапкершілігі артады. Қателесу мүмкіндігін оқу үдерісінің табиғи бөлігі ретінде қабылдау, шешімді қайта қарастыру және жетілдіру оқушының ғылыми ойлау мәдениетін қалыптастырады.
Демек, биология пәнін STEM технологиясымен кіріктіре оқыту – оқушылардың тек пәндік білімін жетілдіретін әдіс емес, олардың заманауи қоғамда қажетті құзыреттерін қалыптастыратын кешенді білім беру тәсілі. Мұндай сабақтарда қалыптасқан зерттеушілік қызығушылық, функционалдық сауаттылық, шығармашылық ойлау және проблеманы шешу қабілеті оқушының келешектегі білім алуына және кәсіби бағдарлануына негіз болады. Биология сабағы оқушы үшін дайын ғылыми фактілер жиынтығын меңгеретін ортадан табиғатты зерттейтін, сұрақтарға жауап іздейтін, жаңалық ашуға ұмтылатын шығармашылық зертханаға айналған жағдайда оның танымдық белсенділігі де тұрақты сипат алады.
Пайдаланылған әдебиеттер
- Қазақстан Республикасы Оқу-ағарту министрлігі. Жалпы орта білім берудің мемлекеттік жалпыға міндетті стандарты. – Астана.
- Қазақстан Республикасы Оқу-ағарту министрлігі. Жалпы білім беру ұйымдарына арналған биология пәнінің үлгілік оқу бағдарламасы. – Астана.
- Bybee R. W. The Case for STEM Education: Challenges and Opportunities. – Arlington, VA: NSTA Press, 2013.
- Kelley T. R., Knowles J. G. A conceptual framework for integrated STEM education // International Journal of STEM Education. – 2016. – Vol. 3. – Article 11.
- Sanders M. STEM, STEM Education, STEMmania // The Technology Teacher. – 2009. – Vol. 68, №4. – P. 20–26.
- National Research Council. A Framework for K–12 Science Education: Practices, Crosscutting Concepts, and Core Ideas. – Washington, DC: The National Academies Press, 2012.
- PISA 2022 Assessment and Analytical Framework. – Paris: OECD Publishing, 2023.
- Education for Sustainable Development Goals: Learning Objectives. – Paris: UNESCO, 2017.
- Bell S. Project-Based Learning for the 21st Century: Skills for the Future // The Clearing House. – 2010. – Vol. 83, №2. – P. 39–43.
- Honey M., Pearson G., Schweingruber H. (eds.). STEM Integration in K–12 Education: Status, Prospects, and an Agenda for Research. – Washington, DC: The National Academies Press, 2014.