Жылқыбай Айдана Сағадиқызы
Ж. Тәшенов атындағы ЖББМ КММ
Биология мұғалімі
Аннотация
Бұл мақалада биология пәні бойынша жобалық жұмысты STEAM (Science, Technology, Engineering, Arts, Mathematics) тұғырында ұйымдастырудың теориялық-әдістемелік негіздері, оқу процесін жобалау логикасы және бағалау тетіктері қарастырылады. Автор сабақ құрылымын «мәселе – зерттеу – инженерлік шешім – цифрлық прототип – ғылыми-коммуникациялық өнім» тізбегімен құрауды ұсынады; сонымен бірге оқушылардың ғылыми сауаттылығы, сыни және жүйелік ойлауы, топтық өзара әрекет дағдылары мен шығармашылығын кешенді дамыту тетіктері сипатталады. Қазақстандық және халықаралық зерттеулерге сүйене отырып, STEAM-PBL (Project-Based Learning) тәсілінің тиімділігі, пәнаралық интеграцияның мәні, бағалау критерийлері мен құралдары, қауіпсіздік және деректермен жұмыс мәдениеті нақтыланады [1–8]. Мақала соңында биология сабағына арналған үлгі сценарий мен практикалық ұсыныстар беріледі.
Кілт сөздер
STEAM, жобалық жұмыс, биологияны оқыту, пәнаралық интеграция, ғылыми сауаттылық, құзыреттілік, бағалау, цифрлық прототип.
Кіріспе
Жаһандық білім кеңістігінде ғылым мен технологияның жылдам дамуы мектеп пәндерінің оқшаулануын еңсеруді және оқу мазмұнын шынайы өмір контекстімен байланыстыруды талап етеді. Мұндай талапқа жауап беретін тәсілдердің бірі – STEAM-білім беру, ол ғылым (S), технология (T), инженерия (E), өнер/дизайн (A) және математиканы (M) кіріктіреді. Қазақстанда STE(A)M бойынша әдістемелік ұсынымдар мен дидактикалық негіздер әзірленіп, мұғалімдердің практикасында жобалық, зерттеу-тәжірибелік форматтар кеңейіп келеді [1], [2]. Халықаралық деңгейде де STEAM-PBL моделінің оқушылардың академиялық нәтижелеріне және қызығушылығына оң ықпалы көрсетілген [3], [7], [8]. Осы мақалада биология сабағында жобалық жұмысты STEAM логикасымен ұйымдастырудың тұтас моделі ұсынылады.
STEAM-парадигма және биологиядағы пәнаралық интеграцияның теориялық негіздері
STEAM-парадигмада оқу міндеттері бір пәннің шеңберінен шығып, құбылысты көпаспектілі талдауды көздейді: биологиялық үдерістерді түсіндіруде физика-химиялық заңдылықтарды, математикалық модельдеуді, инженерлік жобалауды және эстетикалық/коммуникациялық шешімдерді үйлестіру талап етіледі. Зерттеулер STEAM жобаларының табысты болуын үш шартпен байланыстырады: мәселенің шынайылығы, пәнаралық мақсаттардың айқын сәйкестендірілуі және нәтижені көпформатты ұсыну (прототип, визуализация, баяндама, дерекжинағы) [7]. Қазақстандық контексте STEM/STEAM-ді енгізу бойынша жүргізілген шолулар ұлттық білім беру жүйесінде интеграциялық тапсырмалардың үлесін арттыру, оқушы-зерттеуші рөлін күшейту қажеттігін көрсетеді [1], [4]. Биологияда бұл – экожүйе қызметін модельдеу, биоматериалдарды талдау, биосенсорларды прототиптеу, деректерді сандық өңдеу сияқты әрекеттерге мүмкіндік береді [2], [6].
Биология сабағындағы жобалық жұмыстың STEAM-моделі: «мәселеден прототипке дейін»
Жобалық жұмыс оқу мақсаттары мен құзыреттерге сәйкестендірілген кезеңдермен жүзеге асады: 1) проблема қою және зерттеу сұрағын нақтылау; 2) әдеби шолу, гипотеза және зерттеу дизайны; 3) тәжірибелік деректер жинау (өлшеу, бақылау, талдау); 4) инженерлік шешім және прототип (мысалы, су сапасын мониторингтейтін қарапайым датчик, компостердің микроклиматы үшін Arduino-негізді басқару); 5) нәтижені визуалдау және ғылыми-коммуникациялық өнім дайындау (постер, инфографика, қысқа бейне); 6) рефлексия және жетілдіру циклі. Пәнаралық байланыстар алдын ала оқу мақсаттарымен карталанып, әр пән құзыретіне сәйкес жауапкершілік аймақтары белгіленеді: биология – жүйелік түсіндіру және деректер интерпретациясы; математика – үлгілеу мен қателік талдауы; информатика/технология – дербес деректержинақ пен код; өнер/дизайн – пайдаланушыға бағытталған визуал-коммуникация. Мұндай құрылым PBL-дің оқушы дербестігін арттырып, иеленушілік сезімін күшейтетіні туралы деректермен сәйкес келеді [3], [8].
Үлгі сабақ-сценарийі: «Мектеп аумағындағы биоалуантүрлілікті сақтау үшін тозаңдандырғыштарға қолайлы микрожай жасау»
Мақсат – жергілікті тозаңдандырғыш жәндіктердің (ара, көбелек) тартымды микрожайын жобалау; оқу нәтижелері – экожүйелік өзара әрекеттерді түсіндіру, дерек жинау әдістерін қолдану, инженерлік шешімді негіздеу, цифрлық ұсыну. Сабақ тізбегі: кіріс стимулы ретінде мектеп аумағындағы өсімдік жамылғысы картасы ұсынылады; топтар биоиндикаторлар мен далалық журнал әдісін қолдана отырып, 7–10 күн ішінде бақылау жүргізеді; деректер электрондық кестеге енгізіліп, корреляция мен қарапайым регрессиялық талдау жасалады; инженерлік кезеңде оқушылар нектаралды өсімдіктер тізімін, гүлдеу фенологиясын, жасанды ұя/паналау элементтерін ескеріп, модульдік «қалта-бақша» макетін әзірлейді; Arduino-ға негізделген қарапайым температура-ылғалдылық датчигі орнатылып, деректер CSV форматында экспортталады; қорытындыда топтар ғылыми постер мен 2–3 минуттық бейнепитч арқылы шешімін қорғайды. Бұл сценарий STEAM-PBL-дің «реал-дүние проблемасы – дерек – инженерлік прототип – ғылыми коммуникация» цикліне сай келеді және халықаралық зерттеулерде сипатталған тиімділік факторларымен үйлеседі [7], [8].
Бағалау экожүйесі: критерийлер, дәлелдер және сенімділік
STEAM жобаларын бағалау тек өнімге емес, үдеріс дәлелдеріне де сүйенуі тиіс: зерттеу сұрағының сапасы, деректердің жарамдылығы, инженерлік дизайн-циклдерінің логикасы, математикалық негіздеме, коммуникация мен командаішілік үлес. Зерттеулер көптеген «STEAM жобалары» мақсат-қызмет сәйкестігін толық орындамайтынын, сондықтан айқын рубрикалар қажет екенін көрсетеді [7]. Ұсынылатын рубрика домендерге бөлінеді: (A) Ғылыми-биологиялық мазмұн (дәлел-келтіру, биопроцестерді түсіндіру), (B) Деректер және модельдеу (өлшем, талдау, қателік), (C) Инженерлік ойлау (проблеманы формализациялау, прототипті қайталап жетілдіру), (D) Цифрлық шешім және сапа (код/жинақ құрылымы, деректер тұтастығы), (E) Коммуникация және дизайн (аудиторияға бағытталу, визуалды дәлдік), (F) Ынтымақтастық және рөлдер (міндеттерді бөлу, рефлексия). Мұндай көпөлшемді бағалау шынайы STEAM құзыреттерімен үйлеседі және PBL-дің уәжге әсерін арттырады [3], [7], [8].
Цифрлық құралдар, деректермен жұмыс мәдениеті және қауіпсіздік
Биологиядағы жобаларда деректерді жинау мен өңдеу үшін қолжетімді құралдар қолданылады: смартфон датчиктері, Arduino/ESP32 негізіндегі өлшеу модульдері, ашық деректер кестелері және графиктік кітапханалар. Деректер сапасы үшін калибрлеу, қайталау өлшемдері, аномалияларды белгілеу, метадерек (орын, уақыт, құрал) тіркеу процедуралары енгізіледі. Қауіпсіздік мәдениеті – тірі объектілермен жұмыс ережелері, биоэтика, қалдықтарды утилизациялау, құрал-жабдық қауіпсіздігі – міндетті түрде құжатталады және оқушы нұсқаулығында бекітіледі. Қазақстандық әдістемелік құжаттарда STEM/STEAM-ді іске асыру барысында оқу-тәжірибе алаңын кезең-кезеңмен жабдықтау және мұғалімнің нұсқаулық-қамтамасыз ету рөлі ерекше аталады [2]. Оқыту материалының шынайы өмірмен байланысын күшейту үшін жергілікті экожүйелер, урбан флора-фаунасы, тұрмыстық қалдықтар айналымы сияқты контекстілер ұсынылады; бұл тәсіл үйренушінің қатысуын, зерттеушілік және инженерлік дағдыларын арттыратыны дәлелденген [5], [7].
Ұйымдастыру-менеджмент: уақыт, ресурстар және инклюзия
Жобаны басқару үшін «спринттік» жоспарлау (апталық мақсаттар), қысқа стендап-жиналыстар және канбан-тораптар (зерттеу, құрастыру, тексеру, коммуникация) қолданылады. Рөлдер теңгерімі – ғылыми жетекші, деректер талдаушы, прототип инженері, коммуникация дизайнері – инклюзивті қатысуды қамтамасыз етеді; дифференциация үшін тапсырмалар күрделілігі мен қолдау көлемі әр топ мүшесіне бейімделеді. Ресурстар шектеулі жағдайда «төмен табалдырықты» шешімдер (қайта пайдаланылатын материалдар, ашық кодты платформалар) ұсынылады. Ұлттық деңгейде жүргізілген шолулар мен жол карталары STE(A)M бағыттарын еңбек нарығымен ұштастыру, мектеп-кәсіпорын серіктестігін дамыту қажеттігін айқындайды, бұл мектеп жобаларының мағыналы болуына жағдай жасайды [1], [4]. Халықаралық зерттеулер PBL-дің иеленушілік сезімін арттыру арқылы уәжді күшейтетінін және оқу нәтижелеріне орташа-биік әсер беретінін көрсетеді, алайда жобалық дизайнның сапасы мен бағалау айқындығы шешуші фактор екенін ескертеді [3], [7], [8].
Қорытынды
STEAM әдістемесі биология сабағында жобалық жұмысты құзыреттілікке бағытталған, дерек-негізді және инженерлік тұрғыдан дәлелді үдеріске айналдырады. Ұсынылған «мәселеден прототипке» дейінгі модель зерттеу мәдениетін, пәнаралық ойлауды, ғылыми коммуникацияны және азаматтық жауапкершілікті дамытады. Тиімді жүзеге асыру үшін мұғалім оқу мақсаттарын пәнаралық картада айқындап, процесті дәлелдермен сүйемелдеп, қауіпсіздік пен инклюзияны қамтамасыз етуі, ал бағалауды көпөлшемді рубрикамен жүргізуі қажет. Қазақстандық әдістемелік база мен халықаралық эмпирикалық зерттеулер бұл бағыттың өміршеңдігін көрсетеді; келесі қадам ретінде мектептер деңгейінде тұрақты қоғамдастықтар құрып, жергілікті экожүйелерге бағытталған ұзақмерзімді жобалар пулын қалыптастыру ұсынылады [1], [2], [4], [7].
Пайдаланылған әдебиеттер
- Ы. Алтынсарин атындағы Ұлттық білім академиясы. «STEM (STEAM) білім беру: әдістемелік ұсынымдар». Нұр-Сұлтан, 2022. Қолжетімді: https://uba.edu.kz/storage/app/media/%D0%9E%D2%9B%D1%83%20%D3%99%D0%B4%D1%96%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BB%D1%96%D0%BA%20%D2%B1%D1%81%D1%8B%D0%BD%D1%8B%D0%BC%D0%B4%D0%B0%D1%80/3%20%D0%9C%D0%A0%20STEM%202022%20%D2%9B%D0%B0%D0%B7.pdf. Университет Білім Академиясы
- Ы. Алтынсарин атындағы Ұлттық білім академиясы. Білім берудегі STEM-тәсілін іске асырудың дидактикалық негіздері: Әдістемелік құрал. Астана, 2023. Қолжетімді: https://uba.edu.kz/storage/app/media/2012-2022%20%D2%AE%D0%B7%D0%B4%D1%96%D0%BA%20%D0%BF%D0%B5%D0%B4%D0%B0%D0%B3%D0%BE%D0%B3/STEM%20_%D0%BA%D0%B0%D0%B7%2026.05.2023.pdf. Университет Білім Академиясы
- Chistyakov, A. A., et al. “Exploring the Characteristics and Effectiveness of Project-Based Learning for Science and STEAM.” Eurasia Journal of Mathematics, Science and Technology Education, 2023. Қолжетімді: https://www.ejmste.com/download/exploring-the-characteristics-and-effectiveness-of-project-based-learning-for-science-and-steam-13128.pdf. ejmste.com
- Zhumabay, N., et al. “Mapping the Kazakhstani STEM Education Landscape: A Review of National Research.” European Journal of STEM Education, 9(1), 2024. Қолжетімді: https://files.eric.ed.gov/fulltext/EJ1454742.pdf. ERIC
- Съедина, Е. А. «Использование STEM-технологий при подготовке биологических проектов». КиберЛенинка, 2025. Қолжетімді: https://cyberleninka.ru/article/n/ispolzovanie-stem-tehnologiy-pri-podgotovke-biologicheskih-proektov. КиберЛенинка
- Рашидова, З. А. «STEAM-технология в современном образовательном пространстве». КиберЛенинка, 2024. Қолжетімді: https://cyberleninka.ru/article/n/steamtehnologiya-v-sovremennom-obrazovatelnom-prostranstve. КиберЛенинка
- Pérez-Torres, M., et al. “Evaluation of STEAM Project-Based Learning (STEAM-PBL) experiences in secondary schools.” Education Sciences, 14(1), 2023. Қолжетімді: https://www.mdpi.com/2227-7102/14/1/53. MDPI
- Diego-Mantecon, J. M., et al. “An attempt to evaluate STEAM project-based instruction from a school mathematics standpoint.” International Journal of STEM Education, 8, 2021. Қолжетімді: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8413685/. PMC
*Ескерту: Мақала мәтінінде барлық сілтемелер квадрат жақша ішіндегі сандармен белгіленді.