Что такое STEM образование, и почему компании ценят таких специалистов
Что такое STEM образование
STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) образование — это модель, объединяющая естественные науки и инженерные предметы в единую систему.
В ее основе интегративный подход: биологию, физику, химию и математику преподают не по отдельности, а в связи друг с другом для решения реальных технологических задач. Такой подход учит рассматривать проблемы в целом, а не в разрезе одной области науки или технологии.
Об эксперте: Денис Кузьмин — директор Физтех-школы биологической и медицинской физики МФТИ. Партнер Мета-университета. Это университет, который создаёт совместные магистерские программы ведущих университетов России и компаний, заказывающих подготовку кадров.
Второй краеугольный камень STEM — проектная форма научной работы студентов. Такой формат объединяет дипломный проект со стажировкой в технологической компании. Студенты получают опыт, максимально приближенный к будущей профессии. При этом работают над сложным технологическим проектом в команде, развивая свои «гибкие» навыки.
STEM образование помогает готовить ценные кадры для полноценной работы в технологических компаниях сразу после выпуска из университета.
Почему сейчас растет спрос на STEM образование
Акроним STEM ввели сотрудники Национального научного фонда США, чтобы обозначить новую образовательную парадигму в 2001 году. С ее помощью планировали обеспечить Соединенные Штаты высококвалифицированными техническими специалистами для развития науки и промышленности.
Сегодня STEM специалисты — самые востребованные люди на мировом рынке труда. По прогнозам аналитиков Бюро статистики труда США, в ближайшие десять лет потребность в STEM кадрах опередит другие специальности на 76%. Только для американского рынка потребуется около 10 млн человек, при этом дефицит кадров сохраняется, несмотря на рост темпов обучения.
По мнению президента Microsoft Брэда Смита, наступил «кризис гениев» — время, когда технологическим компаниям не хватает квалифицированных STEM специалистов. Чтобы подготовить подходящих работников, Microsoft подталкивает США инвестировать в развитие STEM образования в стране.
В России потребность в STEM образовании также растет. На российском рынке труда нужны 222 тыс. работников в области цифровых технологий. К 2024 году их число вырастет до 300 тыс.
Применение цифровых технологий и анализа данных может принести пользу любому бизнесу, независимо от сферы деятельности. При этом обработка, казалось, бы сторонней информации может решить довольно сложные задачи. Отличный пример — банковская сфера. Крупные банки собирают и обрабатывают любую информацию о потенциальных клиентах: от социальных сетей до геолокации. Они активно применяют методы искусственного интеллекта и машинного обучения, чтобы прогнозировать и автоматизировать бизнес-процессы.
Преимущества и программа STEM образования
Повышение STEM грамотности поможет любому специалисту оставаться востребованным на рынке высококвалифицированного труда.
Познакомиться со STEM можно на открытых образовательных онлайн-площадках. Например, на Coursera, EdX, Udemy публикуют курсы разной длительности и сложности от ведущих мировых университетов. За дополнительную плату можно получить электронный сертификат о прохождении курса. Такой сертификат можно прикрепить к профилю LinkedIn, его котируют большинство крупных компаний.
Более серьезную STEM подготовку можно получить на корпоративных образовательных программах технических университетов. Это совместные программы университета и индустриального партнера. Партнер оплачивает обучение студентов, помогает составлять учебный план и отбирать кандидатов. При этом студенты работают над дипломным проектом у индустриального партнера, решая реальную технологическую задачу компании. Например, Гонконгский университет науки и технологии (HKUST) объединяет программу трех факультетов вуза: науки, инженерии и бизнес-менеджмент с поддержкой технологической компании.
Такой подход помогает всем участникам программы. Студенты получают актуальное образование и возможность трудоустройства сразу после выпуска. Компании решают кадровый вопрос и часть стратегических задач. Университеты получают дополнительное финансирование и индустриальную экспертизу для образовательных программ.
Корпоративные образовательные программы в России организует Московский Физико-Технический Институт. STEM подход к обучению — интегративный характер образования и тесное взаимодействие с индустрией — закладывали в МФТИ с момента его основания. Институт запустил совместную магистратуру «Сколково» и МТС «Цифровые технологии в бизнесе» и программы с российскими и международными компаниями: Яндекс, Сбербанк, ABBYY по направлениям AI & Machine Learning, Data Science, Mobile & Web Development, Bioinformatics.
Будущее STEM образования
Среди перспектив развития STEM образования — три основных направления: персонализация образования, фокус на проектном мышлении и командной работе, смешанный формат обучения.
Персонализация образования. Большинство ведущих мировых университетов персонализируют образовательные программы — студенты обязательно посещают только несколько основных предметов, а остальные выбирают сами. С одной стороны, такой подход раскрывает потенциал каждого студента, с другой — помогает подстроиться под запросы потенциальных работодателей.
Фокус образования на проектном мышлении и командной работе. Простые инженеры не интересны современному бизнесу. Ему нужны инженеры с проектным видением, которые умеют работать в команде и руководить коллективом. Развитие этих навыков остается за бизнес-образованием, но в отличие от STEM, популярность MBA в последнее время падает. Чтобы удовлетворить запрос бизнеса на современных инженерных специалистов, STEM образование неизбежно внедрит развитие «гибких» навыков в свою программу.
Переход на смешанный формат обучения. Пандемия COVID-19 наглядно показала важность и перспективы грамотной организации онлайн-образования. Используя полученные наработки, целесообразно перевести образовательные программы высшего образования в смешанный формат: офлайн плюс онлайн.
Такой подход поможет студентам свободнее планировать свой график и меньше зависеть от предоставления общежитий. Университетам — привлечь преподавателей мирового уровня, которые не могут преподавать очно. В смешанном формате университеты смогут оптимизировать на преподавателей и аудитории и повысить общую эффективность.
В долгосрочной перспективе STEM должна стать не только частью образовательных программ университетов, но и школ. Это поможет выстроить единую систему подготовки, повысить эффективность всей системы образования, конкурентоспособность отечественной науки и промышленности на мировой арене.
STEM- и STEAM-образование: от дошкольника до выпускника ВУЗа
Юрий Пахомов
STEM-подход — один из прорывных инструментов трансформации образования. Множество государственных и частных учебных учреждений берут эту концепцию на вооружение, а сама она соответствует образовательным стандартам, принятым в России в 2012 году. STEAM — естественное развитие STEM-подхода, сочетающее технологии и гуманитарные дисциплины. На этих идеях основывается и педагогическая философия LEGO Education, и, чтобы эти аббревиатуры, которые можно часто встретить в наших материалах, были понятны каждому читателю, подробно рассказываем об истории, принципах и решениях STEM- и STEAM-образования в России и зарубежом.
1. Что такое STEM-образование
Аббревиатура STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics) — расшифровывается как Наука, Технологии, Инженерия, Математика и обозначает практико-ориентированный подход к построению содержания образования и организации учебного процесса.
В основе STEM-подхода лежат четыре принципа:
1. Проектная форма организации образовательного процесса, в ходе которого дети объединяются в группы для совместного решения учебных задач;
2. Практический характер учебных задач, результат решения которых может быть использован для нужд семьи, класса, школы, ВУЗа, предприятия, города и т. п.;
3. Межпредметный характер обучения: учебные задачи конструируются таким образом, что для их решения необходимо использование знаний сразу нескольких учебных дисциплин;
4. Охват дисциплин, которые являются ключевыми для подготовки инженера или специалиста по прикладным научным исследованиям: предметы естественнонаучного цикла (физика, химия, биология), современные технологии и инженерные дисциплины.
Главная цель STEM-подхода — преодолеть свойственную традиционному образованию оторванность от решения практических задач и выстроить понятные ученикам связи между учебными дисциплинами.
2. Историческая справка
Впервые идея и аббревиатура STEM были предложены в 2001 году учеными Национального научного фонда США как ориентир для обновления системы подготовки современных инженеров и исследователей в ВУЗах. Идея была поддержана правительством, общественными организациями и многими корпорациями США, в том числе такими технологическими лидерами как Intel и Xerox. В результате принципы STEM стали активно применять для формирования образовательных программ многих американских университетов.
Сегодня в системе высшего образования США насчитываются сотни инженерных и научных специальностей, программы подготовки по которым построены в соответствии с концепцией STEM. При этом дипломная работа студента объединяется со стажировкой в технологической компании и участием в сложных технологических проектах бок о бок с профессионалами. За счет этого технологические компании получают квалифицированных специалистов сразу после выпуска из университета.
Впоследствии STEM-подход был подхвачен многими странами мира. В настоящее время подготовка STEM-специалистов ведется в ВУЗах Франции, Великобритании, Австралии, Израиля, Китая, Канады, Турции и ряда других стран.
Одновременно с расширением географии STEM происходило распространение элементов STEM-подхода вниз по образовательной пирамиде, как на школьное, так и на дошкольное образование. Во многих странах начали активно создаваться учебные курсы и пособия для межпредметных исследований и конструирования в детских группах. Ощутив реальные результаты STEM-подхода в высшем образовании, правительство США через образовательные стандарты утвердило STEM-обучение как базовый метод преподавания в школах. Австралия, Канада и Сингапур сделали это еще раньше.
В рамках детского STEM-образования робототехника оказалась той областью, где наиболее удачно пересеклись запросы экономики на развитие высокотехнологичных отраслей и естественный интерес детей к конструированию. Как следствие, сегодня воспитатели и учителя по всему миру активно используют в своей работе наборы для конструирования и программирования роботов.
3. STEM в России
В России активное привлечение учеников к инженерному делу и роботостроению происходит на протяжении последних 5 лет.
В 2014 году в послании Федеральному собранию Президент РФ впервые указал на необходимость вывести инженерное образование в стране на мировой уровень. Робототехнические комплексы были внесены в число приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в России, и вскоре начала складываться сеть инженерно-технических центров: кванториумы, фаблабы при ВУЗах, ЦМИТы и центр «Сириус». В школах стали появляться спецклассы, оборудованные всем необходимым для создания программируемых роботов.
Сегодня в технопарках, при ВУЗах или в рамках Центров технической поддержки образования открывается все больше STEM-центров, которые помогают старшеклассникам осваивать новые технологии и мотивируют на продолжение образования в научно-технической сфере. Магистерские программы STEM-подготовки учителей появляются в российских университетах, быстро расширяется практика использования STEM-подхода в дополнительном образовании и в сегменте платных образовательных услуг. Дети с интересом работают в командах, экспериментируют, проводят исследования, придумывают и собирают роботов, создают сайты и мультфильмы.
4. STEM и ФГОС
Стремительно растущий интерес учителей к STEM-методикам объясняется тем, что значительная часть задач, которые установлены образовательными стандартами РФ, может быть реализована с учетом идей, инструментов и методик, накопленных в рамках STEM-подхода. Концепция STEM соответствуют основным требованиям ФГОС, и в этом можно убедиться, приложив принципы STEM к образовательному стандарту основного общего образования.
1. Проектная форма организации обучения и практическая направленность STEM создают более благоприятные по сравнению с классно-урочным обучением мотивационные и предметные предпосылки для реализации следующих требований ФГОС:
— Организация активной учебно-познавательной деятельности;
— Участие в социально значимом труде и приобретение практического опыта;
— Формирование способности применять полученные знания на практике, в том числе в социально-проектных ситуациях;
— Формирование коммуникативной компетентности в общении и сотрудничестве со сверстниками;
— Ориентировка в мире профессий и формирование устойчивых познавательных интересов как основы выбора будущей профессии.
2. Ориентация на межпредметность и накопленный в рамках STEM опыт комплексного освоения математики и естественных наук создают более благоприятные условия для:
— применения математических и естественнонаучных знаний при решении образовательных задач;
— развития навыков формулирования гипотез, планирования и проведения экспериментов, оценки полученных результатов;
— осознания значения математики и информатики в повседневной жизни человека;
— формирования умения моделировать реальные ситуации на языках алгебры и геометрии, а также исследовать построенные модели математическими методами;
— развития навыков работы со статистическими данными;
— понимания физических основ и принципов работы машин и механизмов, средств передвижения и связи, бытовых приборов, промышленных технологических процессов и т. д.
Не менее значительный объем соответствий STEM-принципов во ФГОС можно установить и при анализе стандартов начального общего и среднего общего образования.
5. От STEM к STEAM
В последние несколько лет в сфере инновационной экономики все больший вес приобретают креативные индустрии, связанные с интеллектуальной и творческой деятельностью: компьютерные технологии, виртуальная реальность, дизайн, мода, реклама, анимация и т. д. Креативные отрасли во всем мире становятся движущей силой экономического роста, а занятость молодежи в креативной индустрии уже превышает занятость в реальном секторе. Эти перемены ставят новые задачи перед системой образования, а именно — необходимость большего включения в программу обучения творческих и художественных дисциплин.
В США, где в рамках креативных индустрий создано свыше 30 млн рабочих мест, эта необходимость привела к трансформации STEM-концепции: к синтезу науки, технологии, инженерии и математики добавился пятый компонент — Arts, искусство. Получилась новая аббревиатура и концепция — STEAM.
STEAM-подход сохраняет ориентир на проектную деятельность, практическую направленность и межпредметность, но меняет расстановку ключевых дисциплин. На уровне формирования учебной программы, например, в ВУЗе, STEAM предполагает включение в нее не только инженерных и естественно-научных STEM-предметов, но и гуманитарных и творческих дисциплин: литература, дизайн, архитектура, музыка, изобразительное искусство. STEM-предметы и технологии дают ясные решения для прикладных задач, а гуманитарные Arts-дисциплины развивают умение находить выход в состоянии неопределенности, неоднозначности и двусмысленности. Так учащиеся учатся гармонично сочетать в работе научную строгость и творческую свободу.
Идеологи STEAM-подхода вдохновляются примерами великих ученых, которые сочетали научные занятия с творчеством, и благодаря развитому нелинейному мышлению и воображению смогли дать миру революционные открытия: литератор Галилей, художник Леонардо Да Винчи, музыкант Эйнштейн, философ Гейзенберг.
На методическом уровне STEAM-подход предполагает, что, кроме решения технологических вопросов, в проектной деятельности ученики:
— приобретают навыки работы в команде;
— учатся конструктивно критиковать и отстаивать свое мнение;
— осваивают презентационные компетенции;
— учатся генерировать идеи в условиях неопределенности;
— применяют принципы дизайна и маркетинга для создания и продвижения продукта;
— осознают творческий потенциал применения технологий в разнообразных сферах деятельности.
В школе STEAM-подход реализуется в рамках занятий по робототехнике, особенно в соревновательной деятельности. Так для участия в международных соревнованиях FIRST® LEGO League требуется не только умение хорошо собирать и программировать, но и способность эффективно работать в команде, быстро генерировать идеи и грамотно презентовать результаты.
6. STEM и STEAM-решения LEGO Education
Одним из наиболее известных и признанных инструментов для реализации обоих подходов в школе являются решения LEGO® Education. Наборы LEGO Education разной сложности рассчитаны на работу с детьми в возрастном диапазоне от 4 до 16 лет.
Эти решения отличает привлекательность и узнаваемость (практически все знакомы с LEGO с раннего детства), яркость, простота и интуитивно-понятные способы сборки, а главное — широкие возможности для постановки комплексных учебных задач с использованием знаний всех предметов естественнонаучного цикла.
Для каждой возрастной группы в линейке LEGO Education предусмотрены свои наборы. Вот лишь некоторые из них:
Для дошкольников — это Экспресс «Юный программист» в виде поезда и железной дороги. Элементы алгоритмики, программирования изучаются с его помощью без компьютера.
Для младших школьников подходит LEGO Education WeDo 2.0. и BricQ Motion Prime. Последнее решение помогает изучать окружающий мир и физику, выполняя проекты, связанные со спортом и здоровым образом жизни. BricQ — STEAM-решение, которое вообще не предполагает программирования. В наборе также нет моторов и других, содержащих электронику деталей, что облегчает работу преподавателей-предметников (например, учителей физики).
Для средней и старшей школы — LEGO Education SPIKE Prime. Он рассчитан на применение в экспериментальной деятельности на уроках всего естественнонаучного цикла. Например, практически любой проект из курса «Фитнес датчики» позволяет не только закрепить на практике материал курса физики 7 класса, но и проработать математические закономерности, по которым строятся графики, иллюстрирующие опыты. SPIKE Prime стал самым красочным и гендерно-нейтральным из последних наборов. А разнообразие моделей и легкость программирования на языке Scratch позволяет использовать конструктор для изучения различных дисциплин.
Для каждого из наборов есть методические материалы, адаптированные под образовательные стандарты РФ. Их можно найти на официальных ресурсах LEGO Education, как и материалы для подготовки самих педагогов. Образовательную поддержку преподавателей в России осуществляет Академия LEGO Education.
STEM как «серебряная пуля» для образования
Как известно, выражение «серебряная пуля» символизирует универсальный способ, с помощью которого можно решить любую проблему. И в современном мире со стремительно развивающимися технологиями, «серебряная пуля» нужна как никогда, особенно в сфере подготовки профессионалов для высокотехнологичных отраслей. Общепризнанный факт — школьное образование сегодня направлено, как правило, на успешное выполнение тестов, проверку знаний по предметам.
Да, внутри курсов есть логика, они нашпигованы фактами и данными, а вот между собой теоретические предметы почти не пересекаются. И совсем немногие дети умеют применять теоретические знания на практике, потому что не понимают — как естественные науки и математика могут пригодиться в жизни. При этом, уже сегодня от выпускников требуются не просто хорошие знания школьных предметов, но и знания междисциплинарные, формирование которых — процесс длительный. Он должен начинаться еще в школе и только традиционными методиками здесь не обойтись. Тут на помощь приходит STEM-подход.
Что же такое STEM?
Впервые вопросом междисциплинарного и прикладного подхода в образовании озаботились в США, когда американцы столкнулись с серьезной проблемой — при наличии предложений в высокотехнологичных компаниях потенциальные кадры в большинстве своем не обладали достаточной квалификацией. Так, в конце 90-х и зародился STEM-подход к обучению, который сегодня внедряется на государственном уровне в странах, ориентированных на выращивание собственной научно-технической элиты. Главное место в STEM (аббревиатура от Science — естественные науки, Technology — технологии, Engineering — инжиниринг, проектирование, дизайн, Mathematics — математика) отводится практике, соединяющей разрозненные естественно-научные знания в единое целое.
В чем суть технологии STEM?
Если кратко, то в ее основе- инженерный подход к изобретению, скажем, прототипа. Чтобы получить прототип, его необходимо спроектировать. А любое проектирование — это, по сути, описание еще несуществующего объекта, который нужно увидеть, придумать, изобрести.
Первый шаг в проектировании — это постановка задачи. Чтобы конечный результат удовлетворял поставленной цели, необходимо провести тщательное исследование, задействовать все имеющиеся знания, скомбинировать их и получить эффективные решения.
Таким образом, в процессе инженерного исследования, создания или улучшения прототипа, ребенку приходится использовать свои знания по нескольким дисциплинам, что способствует формированию у него естественно-научной картины мира.
Важно, что в данном случае технология STEM удачно дополняет школьное образование по техническим предметам, погружает учеников в понимание самой сути предмета и его применения в практической сфере.
Как обстоят дела со STEM в России?
Сегодня в России перспективными форматами обучения становятся STEM-центры или образовательные программы, которые используют технологию STEM.
Российские STEM-центры работают при поддержке технологичных компаний на базе вузов, технопарков и других образовательных учреждений. В них ребята получают новые знания и умения, вовлекаются в проведение исследований, что позволяет им овладеть на практике навыками научной работы, которые пригодятся при дальнейшем обучении в вузах.
Развить практические навыки можно, также, участвуя в робофестах, турнирах, олимпиадах…
Среди подобных начинаний — турнир по нефтегазовой тематике «Умножая таланты», который проходит в нескольких регионах России. Все конкурсные задания специально разрабатываются действующими инженерами Научно-технического центра «Газпром нефти».
Механика турнира такова: после объявления конкурса школьники регистрируются командами из 3-5 человек. Далее команда получает нестандартное задание: она должна решить реальный кейс из нефтянки. Прежде чем, представить свой проект членам жюри, участникам приходится изучить множество специальных материалов, провести наблюдения или даже поставить опыты. И только лучшие решения на финальном этапе проходят защиту у профессионалов отрасли.
Вот, например, задание для младшей секции: «Бурение солевых интервалов». Для решения задачи восьмиклассникам (!) предлагается оценить потенциальные риски при строительстве нефтяной скважины. Кроме того, они должны описать, как разрушаются горные породы в процессе бурения, определить насколько возможно на этапе строительства скважины повлиять на ее продуктивность, а также выбрать наиболее оптимальную траекторию при бурении. В итоге, обычные школьники погружаются в тонкости нефтяного дела и решают реальные рабочие задачи на достойном уровне.
В итоге у участников турнира формируются навыки проектной работы в команде, умение создать практическое решение на основе академических знаний, оформить и презентовать свой результат.
Получается, что STEM не просто естественнонаучный и инженерно-технический подход к образованию, как иногда считают, а коренная перестройка всей системы. Предметы STEM учат детей навыкам критического мышления, необходимым для преодоления трудностей, с которыми они могут столкнуться в жизни и в работе. Таким образом STEM и в самом деле может стать той самой «серебряной пулей» для современного образования, по крайней мере, в области естественных наук.