«Развитие естественнонаучной грамотности обучающихся средствами STEAM-подхода
учебно-методический материал
Методический материал «Развитие естественнонаучной грамотности обучающихся средствами STEAM-подхода» представляет собой описание целостной системы работы учителя химии по формированию у учащихся 5–11 классов функциональной грамотности в области естественных наук. Материал включает теоретическое обоснование, практические разработки (уроки, внеурочные занятия, проекты), диагностический инструментарий и примеры междисциплинарных заданий, объединяющих естественные науки, технологии, инженерию, искусство и математику.
STEAM-подход (Science, Technology, Engineering, Arts, Mathematics) рассматривается в материале не как модный термин, а как рабочий инструмент, позволяющий превратить абстрактные школьные знания в прикладные умения, востребованные в реальной жизни. Каждое задание, урок или проект встроены в логику развития трёх компонентов естественнонаучной грамотности (по модели PISA): научное объяснение явлений, интерпретация данных и использование научных доказательств, научное обоснование действий.
Скачать:
| Вложение | Размер |
|---|---|
 programma_sistemy_raboty.docx | 42.77 КБ |
Предварительный просмотр:
ПРОГРАММА СИСТЕМЫ РАБОТЫ ПЕДАГОГА
«Развитие естественнонаучной грамотности обучающихся средствами STEAM-подхода»
Автор Евгения Викторовна, учитель химии
Срок реализации: 2024–2027учебный год
Возраст обучающихся: 5–9 классы (базовый уровень), 10–11 классы (углубленный уровень)
**Срок действия программы:** 3 года (с возможностью пролонгации)
---
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Современное образование находится в ситуации перехода от «знаниевой» парадигмы к «компетентностной». Международные исследования PISA показывают, что российские школьники демонстрируют хорошие предметные результаты, но испытывают трудности при применении знаний в нестандартных, жизненных ситуациях. Это напрямую касается естественнонаучной грамотности – способности использовать естественнонаучные знания для объяснения явлений, интерпретации данных и принятия обоснованных решений.
STEAM-подход (Science, Technology, Engineering, Arts, Mathematics) является эффективным инструментом формирования естественнонаучной грамотности, поскольку:
- устраняет искусственные границы между учебными предметами;
- ставит в центр обучения реальную проблему, требующую интеграции знаний;
- развивает критическое, инженерное и системное мышление;
- повышает мотивацию через практическую значимость и творчество;
- соответствует требованиям обновлённого ФГОС и концепции функциональной грамотности.
Проблема, на решение которой направлена программа
Противоречие: между необходимостью формирования естественнонаучной грамотности и недостаточной разработанностью системы работы, интегрирующей STEAM-подход в преподавание естественнонаучных дисциплин.
Проблема: отсутствие целостной, проверенной на практике методической системы, позволяющей планомерно развивать все компоненты естественнонаучной грамотности через междисциплинарные STEAM-задания и проекты.
Программа предлагает:
- системное включение STEAM-заданий в каждый урок (не эпизодическое использование);
- диагностический инструментарий, специально разработанный для оценки естественнонаучной грамотности в STEAM-контексте;
- трехуровневую модель заданий (базовый, повышенный, высокий) с учётом возрастных особенностей;
- интеграцию всех пяти компонентов STEAM в рамках одного урока или проектного дня.
КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ
Определения
Понятие | Содержание |
Естественнонаучная грамотность | Способность человека занимать активную гражданскую позицию по вопросам, связанным с естественными науками, и готовность использовать естественнонаучные знания для объяснения явлений, оценки и планирования исследований, интерпретации данных и научного обоснования действий (по PISA) |
STEAM-подход | Образовательная стратегия, объединяющая естественные науки (Science), технологии (Technology), инженерию (Engineering), искусство (Arts) и математику (Mathematics) для решения практических задач |
Междисциплинарность | Способ организации содержания образования, при котором одна тема или проблема изучается средствами разных учебных дисциплин |
Компоненты естественнонаучной грамотности
Компонент | Что оценивается | Пример вопроса |
1. Научное объяснение явлений | Умение вспомнить и применить соответствующие научные знания для описания или объяснения явления | «Почему вода замерзает быстрее, если в ней есть примеси?» |
2. Интерпретация данных и использование научных доказательств | Умение анализировать данные, делать выводы, выявлять закономерности | «Проанализируйте график изменения pH в течение суток. Что происходит?» |
3. Научное обоснование действий | Умение оценивать и предлагать решения проблем на основе научных знаний | «Какой способ очистки воды вы предложите для деревни с загрязнённым колодцем? Обоснуйте» |
Принципы реализации программы
1. Принцип междисциплинарности – каждое задание/урок затрагивает минимум 3 компонента STEAM.
2. Принцип практико-ориентированности – в центре – реальная жизненная или локальная экологическая/технологическая проблема.
3. Принцип системности – задания встроены в тематическое планирование, а не носят эпизодический характер.
4. Принцип возрастной дифференциации – для 5–6, 7–9 и 10–11 классов предлагаются разные уровни сложности.
5. Принцип рефлексивности – после каждого STEAM-задания учащиеся фиксируют, какие компоненты естественнонаучной грамотности они развивали.
Место программы в образовательном процессе
Программа реализуется на:
- уроках химии (обязательная часть, 2–3 часа в неделю);
- внеурочных занятиях («Лаборатория STEAM», 1 час в неделю);
- проектной деятельности (индивидуальные и групповые проекты, 2–3 проекта в год);
- классных часах и школьных событиях (Неделя науки, STEAM-фестиваль).
Цель программы
Создание и апробация целостной системы урочной и внеурочной деятельности, обеспечивающей планомерное развитие всех компонентов естественнонаучной грамотности учащихся 5–11 классов средствами STEAM-подхода.
Задачи
Образовательные:
1. Адаптировать содержание рабочих программ по химии (и смежным предметам) под решение междисциплинарных STEAM-задач.
2. Разработать и систематизировать банк STEAM-заданий (не менее 50) для каждого класса с выделением развиваемого компонента естественнонаучной грамотности.
3. Внедрить в практику 4 формата занятий: STEAM-урок, STEAM-лаборатория, STEAM-проект, STEAM-кейс-чемпионат.
Развивающие:
4. Сформировать у учащихся умение самостоятельно выделять естественнонаучную составляющую в междисциплинарной проблеме.
5. Развить навыки работы с данными (таблицы, графики, статистика), критической оценки информации.
6. Обеспечить опыт публичной защиты решений с естественнонаучным обоснованием.
Воспитательные:
7. Сформировать ответственное отношение к применению естественнонаучных знаний в быту, экологии, здоровьесбережении.
8. Повысить учебную мотивацию через практическую значимость и творческую составляющую.
СОДЕРЖАТЕЛЬНЫЙ МОДУЛЬ (ПО КЛАССАМ)
Распределение STEAM-компонентов по классам
Класс | Акцент | Примеры тем |
5–6 | Science + Arts (наблюдение, визуализация, простые опыты) | «Рисунок клетки», «Цветы-индикаторы», «Модель вулкана» |
7–8 | Science + Technology + Math (измерения, расчёты, простые приборы) | «Теплица своими руками», «Кислотность почвы на участке» |
9 | Science + Engineering (конструирование, технологические решения) | «Фильтр для воды из подручных средств», «Биоразлагаемая упаковка» |
10–11 | Все 5 компонентов (полноценные инженерные и исследовательские проекты) | «Разработка датчика качества воздуха», «Мониторинг воды в местном водоёме» |
Модули программы (сквозные темы на все классы)
Модуль | Содержание | Количество занятий/уроков |
Модуль 1. «Вода – источник жизни» | Кислотность, жёсткость, очистка, экономия воды | 8 уроков + 4 внеурочных |
Модуль 2. «Воздух, которым мы дышим» | Состав воздуха, загрязнение, парниковые газы | 6 уроков + 3 внеурочных |
Модуль 3. «Почва и растения» | pH почвы, удобрения, рост растений | 6 уроков + 4 внеурочных |
Модуль 4. «Химия в быту» | Моющие средства, пищевые добавки, безопасность | 5 уроков + 2 внеурочных |
Модуль 5. «Энергия и ресурсы» | Топливо, альтернативная энергия, утилизация отходов | 7 уроков + 4 внеурочных |
Формат | Длительность | Описание | Частота |
STEAM-урок | 40–45 мин | Урок с обязательным включением STEAM-задания (10–15 мин) или полностью построенный как решение кейса | Каждый урок химии |
STEAM-лаборатория | 60 мин | Внеурочное занятие: практикум, эксперимент, работа с датчиками | 1 раз в неделю |
STEAM-проект | 2–4 недели | Индивидуальный или групповой проект с обязательным продуктом (модель, прибор, макет, видео) | 2–3 проекта в год |
STEAM-кейс-чемпионат | 90 мин | Соревнование команд по решению одной комплексной проблемы | 1 раз в четверть |
КАЛЕНДАРНО-ТЕМАТИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ
I четверть (сентябрь–октябрь) – Модуль «Вода»
№ | Тема урока (химия, 8 класс) | STEAM-задание | Компоненты STEAM | Развиваемый компонент ЕНГ |
1 | Вода как растворитель | «Что быстрее растворит соль: горячая или холодная вода?» (эксперимент + график) | S, M | Интерпретация данных |
2 | Кислотность и pH | Измерение pH разных жидкостей (вода, сок, молоко), построение шкалы | S, T, M, Arts | Научное объяснение |
3 | Жёсткость воды | «Как удалить накипь?» (опыт с уксусной кислотой, расчёт количества) | S, Eng, M | Научное обоснование |
4 | Очистка воды | Конструирование фильтра из пластиковой бутылки, песка, угля | S, T, Eng | Все три компонента |
5 | Проектный день | Кейс «Очистка воды для похода» (защита конструкции) | Все 5 | Оценка ЕНГ в комплексе |
Внеурочная деятельность (1 час в неделю):
- Занятие 1. Знакомство с датчиками (температура, pH, мутность)
- Занятие 2. Экскурсия к местному водоёму (отбор проб)
- Занятие 3. Анализ проб воды в школьной лаборатории
- Занятие 4. Оформление постера «Состояние воды в нашем районе»
Проекты для I четверти:
«Биоиндикация воды с помощью ряски» (5–7 кл), «Разработка доступного фильтра для дачи» (8–9 кл), «Мониторинг качества водопроводной воды в течение месяца» (10–11 кл)
II четверть (ноябрь–декабрь) – Модуль «Воздух»
№ | Тема урока (химия, 8 класс) | STEAM-задание | Компоненты STEAM | Компонент ЕНГ |
1 | Состав воздуха | «Сколько кислорода в воздухе?» (опыт с горящей свечой и мензуркой) | S, M | Научное объяснение |
2 | Горение и топливо | «Почему одни вещества горят, а другие нет?» (классификация + индикаторы) | S, T | Интерпретация данных |
3 | Загрязнение воздуха | Анализ графика загрязнения в городе за 10 лет (математика + экология) | S, M, Arts | Научное обоснование |
4 | Парниковый эффект | Модель теплицы (эксперимент: две банки, одна накрытая) | S, Eng, M | Научное объяснение |
5 | Кейс-чемпионат | «Как снизить выбросы CO₂ в нашей школе?» (расчёты + предложения) | Все 5 | Оценка ЕНГ |
6 | Лаборатория (внеур) | Изготовление простого датчика задымления | S, T, Eng | Научное обоснование |
Проекты для II четверти:
«Определение запылённости воздуха с помощью липких ловушек» (5–7), «Расчёт углеродного следа семьи» (8–9), «Проект школьной системы вентиляции с рекуперацией» (10–11)
III четверть (январь–март) – Модуль «Почва и растения»
№ | Тема урока (химия, 9 класс) | STEAM-задание | Компоненты STEAM | Компонент ЕНГ |
1 | Состав почвы | Определение pH почвы на пришкольном участке (коллективный эксперимент) | S, T, M | Интерпретация данных |
2 | Удобрения | «Как рассчитать дозу удобрения для цветка в горшке?» (пропорции + биология) | S, M, Eng | Научное обоснование |
3 | Рост растений | Эксперимент «Влияние кислотности на прорастание семян» (ведение дневника, график) | S, Arts (фотофиксация), M | Все три компонента |
4 | Пестициды и экология | «Можно ли мыть овощи содой?» (лабораторная работа + бытовая химия) | S, T, Eng | Научное обоснование |
5 | Проектный день | Кейс «Огород на подоконнике: подберите почву и удобрения» | Все 5 | Оценка ЕНГ |
6 | Лаборатория (внеур) | Создание гидропонной установки из пластиковых бутылок | S, T, Eng, Arts | Научное объяснение |
Проекты для III четверти:
«Влияние солёной воды на рост растений» (5–7), «Сравнение органических и минеральных удобрений» (8–9), «Проект вертикальной фермы для школы» (10–11)
IV четверть (апрель–май) – Модуль «Химия в быту + Энергия»
№ | Тема урока | STEAM-задание | Компоненты STEAM | Компонент ЕНГ |
1 | Моющие средства | «Почему мыло не мылит в жёсткой воде?» (опыт + расчёт) | S, M, Eng | Научное объяснение |
2 | Пищевые добавки | Анализ этикеток продуктов (поиск E-добавок, чтение таблиц) | S, Arts (дизайн этикетки) | Интерпретация данных |
3 | Утилизация отходов | «Какой пластик перерабатывается?» (эксперимент с плотностью) | S, Eng, M | Научное обоснование |
4 | Альтернативная энергия | Модель солнечной батареи из диодов | S, T, Eng | Научное обоснование |
5 | Итоговый STEAM-фестиваль | Защита лучших проектов за год | Все 5 | Итоговая оценка ЕНГ |
6 | Лаборатория (внеур) | Изготовление биоразлагаемого пластика из кукурузного крахмала | S, T, Eng, Arts | Все три компонента |
Проекты для IV четверти:
«Маркировка пластика в нашей школе» (5–7), «Разработка экологичного моющего средства» (8–9), «Бизнес-план по сбору вторсырья в школе» (10–11)
ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ
Уровни естественнонаучной грамотности
Уровень | Балл | Характеристика |
Высокий (4–5) | 80–100% | Самостоятельно выявляет проблему, выдвигает гипотезу, интерпретирует сложные данные, даёт обоснованное решение с учётом ограничений |
Повышенный (3) | 60–79% | Решает стандартные междисциплинарные задачи, интерпретирует простые графики, даёт верное, но неполное обоснование |
Базовый (2) | 40–59% | Может применить известные факты в типичной ситуации, требуется направляющая помощь |
Низкий (1 и ниже) | 0–39% | Затрудняется в применении знаний, даже в знакомом контексте |
Диагностические процедуры
Вид диагностики | Срок | Инструмент | Форма фиксации |
Входная | Сентябрь | Адаптированные задания PISA (естественнонаучная грамотность), 6 заданий | Протокол, рейтинговая таблица |
Текущая | На каждом STEAM-уроке | Рубрика оценки (3 критерия × 4 уровня) | Лист самооценки ученика, журнал учителя |
Промежуточная | Конец каждой четверти | STEAM-кейс (командное решение) | Балльная оценка по рубрике |
Итоговая | Май | Комплексная диагностика (10 заданий + мини-проект) | Индивидуальный профиль ЕН |
Рубрика оценки STEAM-задания (для текущего контроля)
Критерий | 1 балл (низкий) | 2 балла (базовый) | 3 балла (повышенный) | 4 балла (высокий) |
Научное объяснение | Не может объяснить или объяснение содержит ошибки | Объясняет с помощью наводящих вопросов | Даёт верное объяснение, но неполное | Самостоятельно даёт полное, точное объяснение с терминами |
Работа с данными | Не извлекает данные из таблицы/графика | Извлекает, но не интерпретирует | Интерпретирует простые зависимости | Анализирует сложные данные, делает прогноз |
Обоснование решения | Предлагает нереалистичное решение или не обосновывает | Обоснование есть, но неполное / бытовое | Обоснование с опорой на науку, но без учёта ограничений | Учитывает науку, ресурсы, этику, возможные риски |
Максимум за задание: 12 баллов.
Перевод в уровень ЕНГ:
10–12 баллов – высокий уровень
7–9 баллов – повышенный
4–6 баллов – базовый
0–3 балла – низкий
Пример диагностического задания (входная/итоговая)
Задание «Вода из-под крана» (для 8 класса)
Жители дома жалуются на белый налёт на чайнике после кипячения воды. Вы – школьный экологический волонтёр.
1. Что это за налёт? Дайте научное объяснение. (проверка компонента 1 – научное объяснение)
2. На диаграмме показана жёсткость воды в разных районах города. В каком районе самая жёсткая вода? На сколько она выше, чем в вашем районе? (компонент 2 – интерпретация данных)
3. Предложите два способа смягчения воды в домашних условиях. Обоснуйте, какой из них лучше для здоровья и экономии. (компонент 3 – научное обоснование)
---
Материально-техническое
Тип оборудования | Наименование | Кол-во (на класс) |
Цифровые лаборатории | «Releon», «Точка роста» или аналоги (датчики pH, температуры, мутности, CO₂) | 3–5 комплектов |
Химическое оборудование | Пробирки, штативы, колбы, мерные цилиндры, фильтровальная бумага | 15 комплектов |
Реактивы | Кислоты и щёлочи (разбавленные), индикаторы, соли, удобрения (безопасные) | По потребности |
Конструкторы | LEGO Education SPIKE, Fischertechnik или доступные аналоговые материалы (бутылки, трубочки, пробки) | 5 наборов |
Расходные материалы | Семена растений, грунт, пластиковые бутылки, уголь, песок, марля, крахмал | В течение года |
Цифровые ресурсы | Компьютеры/ноутбуки, проектор, доступ в интернет, программы для построения графиков (Excel, Google Таблицы) | 1 компьютер на 2 учеников |
Методическое обеспечение
- Банк STEAM-заданий (разрабатывается в течение года) – **не менее 50 карточек** с указанием класса, темы, компонента ЕНГ.
- Технологические карты STEAM-уроков (шаблон + заполненные примеры).
- Сборник STEAM-кейсов для внеурочной деятельности и чемпионатов (10 кейсов).
- Презентации, видеоинструкции, инфографика для учащихся.
Кадровое обеспечение
- Учитель химии разработчик и ведущий.
- Учителя-партнёры: биологии, физики, математики, информатики, технологии, ИЗО (консультации по отдельным занятиям).
- Администратор «Точки роста»– помощь с цифровым оборудованием.
Информационное обеспечение
- Электронный журнал с отдельной графой «Естественнонаучная грамотность (балл по рубрике)».
- Сайт/страница школы или группа в соцсетях для публикации лучших проектов.
- Папка в облачном хранилище с диагностическими материалами и результатами.
---
ПЛАН РЕАЛИЗАЦИИ ПО ЭТАПАМ
Этап 1. Организационно-проектировочный
Мероприятие | Срок | Результат |
Анализ рабочей программы по химии, выделение тем для STEAM-интеграции | Апрель–май | Карта тем с отметкой STEAM-заданий |
Входная диагностика (пилотный класс) | Май (за год до старта) | Базовые данные для сравнения |
Разработка первой очереди STEAM-заданий (15 шт.) | Июнь–июль | Банк заданий |
Подготовка материально-технической базы (закупка расходных материалов) | Август | Готовность к урокам |
Проведение установочного семинара для коллег (педагогический совет) | Август | Согласование межпредметных связей |
Этап 2. Внедренческий
Мероприятие | Срок | Результат |
Проведение уроков по КТП с включением STEAM-заданий | Еженедельно | Накопление практического опыта |
Проведение внеурочных занятий «Лаборатория STEAM» (1 ч/нед) | Еженедельно | Дополнительное развитие ЕНГ |
Реализация проектов (2–3 за год) | По четвертям | Портфолио проектов |
Промежуточные диагностики | Конец каждой четверти | Данные для коррекции |
Участие в школьной научно-практической конференции | Февраль–март | Презентация проектов |
Мастер-класс для учителей школы | Март | Трансляция опыта |
Этап 3. Рефлексивно-оценочный
Мероприятие | Срок | Результат |
Итоговая диагностика ЕНГ | Май | Динамика по классам |
Анализ результатов, сравнение с входной диагностикой | Май | Отчёт о реализации |
Корректировка банка заданий, КТП на следующий год | Май–июнь | Обновлённая программа |
Публикация лучших материалов (сборник статей, выступление на педсовете) | Июнь | Диссеминация опыта |
Критерии эффективности системы работы
Критерий | Базовый уровень (к концу года) | Целевой показатель |
Доля учащихся с высоким и повышенным уровнем ЕНГ | Не менее 60% | Входная диагностика – 30–40% |
Доля учащихся с низким уровнем ЕНГ | Не более 15% | Снижение на 10% от исходного |
Умение решить простой STEAM-кейс (из 3 шагов) | 80% учащихся справляются самостоятельно | На старте – 50% |
Участие в проектной деятельности | 100% учащихся выполняют минимум 1 проект | – |
Положительная динамика мотивации к естественным наукам (анкетирование) | Рост на 20% |
Образец карточки STEAM-задания
Название: «Спасите солёный огурец!»
Класс:8
Тема урока:«Растворы, растворимость»
Время выполнения: 12 минут
**STEAM-состав:**
- S (Science): осмос, концентрация растворов
- T (Technology): работа с мерным цилиндром, весами
- Eng (Engineering): расчёт количества соли для засолки
- Arts (Arts): оформление рецепта
- M (Math): проценты, пропорции
**Задание:**
*«Вы засолили огурцы, но они получились слишком солёными. Как можно исправить ситуацию, не выбрасывая огурцы? Предложите научно обоснованный способ и рассчитайте, сколько воды нужно добавить в рассол, чтобы снизить концентрацию соли с 8% до 4% (объём рассола – 1 литр)».*
**Ответ/решение (для учителя):**
Научное обоснование: осмос – вода будет выходить из огурцов, если снаружи раствор менее концентрированный, но если огурцы уже пересолены, их можно вымочить в пресной воде. Расчёт: для 1 л 8% рассола нужно добавить 1 л воды, чтобы получить 4%.
По теме: методические разработки, презентации и конспекты
Научно - методическая статья "Метод проекта в обучении иностранному языку как средство развития коммуникативной компетенции обучающихся"
Целью данной статьи является определить роль проектной методики на занятиях по иностранному языку в формировании коммуникативной компетенции учащихся. Автором проводится анализ научной литературы по п...
Развитие личности обучающего средствами проектной технологии
С этой статьей выступала на собрании школьного методического объединения. В статье представлен опыт применения проектной технологии на уроках АЯ...
Доклад на тему «Деловая игра как средство развития профессиональных компетенций обучающихся»
Деловая игра - один из видов педагогических игр по игровой методике, которая используется для решения комплексных задач усвоения нового, закрепления материала, развития творческих способностей, формир...
КОНТРОЛЬНО-ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА (экзаменационное задание) для проведения квалификационного экзамена ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПРОГРАММА ПЕРЕПОДГОТОВКИ ПО ПРОФЕССИИ Младший консультант в области развития цифровой грамотности
Спецификацией устанавливаются требования к содержанию и оформлению вариантов оценочного средства.Задание квалификационного экзамена входит в состав комплекса оценочных средств и предназначено для итог...
Рабочая программа по теме:" РАЗВИТИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ГРАМОТНОСТИ ОБУЧАЮЩИХСЯ 5-7 КЛАССОВ"
Функциональная грамотность выступает как способ социальной ориентации личности, интегрирующей связь образования (в первую очередь общего) с многоплановой человеческой деятельностью, то есть это знания...
Видеоролик по развитию функциональной грамотности педагогического состава и обучающихся.
В апреле, 2024 года мы приняли участие в региональном онлайн - фестивале лучших практик формирования функциональной грамотности обучающихся. Наименование заявленной практики: развитие креативног...
Приёмы работы с текстом на уроках в начальной школе как средство развития читательской грамотности у учащихся 2 класса
Дипломный проект по развитию читательской грамотности младших школьников...