Обучение в области естественных, технических, инженерных и математических наук в США: программа STEM (Перевод доклада)^*

1.   Необходимость реформы образования в области STEM и ее цели

Научные и технические инновации играют важную роль в стимулировании и создании новых отраслей промышленности, роста числа рабочих мест, а также улучшения качества жизни. Инновации создаются творческими людьми, обладающими глубокими знаниями и навыками.

В последнее время политики и ученые США работают над трансформированием системы образования по предметам STEM (Science, Technology, Engineering and Math) - математика, биология, химия, физика, а также компьютерные технологии, инженерные науки, экология и геология.

Несмотря на хорошие результаты многих учащихся по предметам STEM, американские школьники в целом выглядят слабо в сравнении с учащимися других стран. Налицо явные различия в успеваемости между различными группами учащихся, многие воспринимают эти предметы как слишком сложные и непривлекательные. Что касается новых технологий, то в их создании участвует большой процент иностранных инженеров и ученых. Коренные же американцы предпочитают заниматься другими видами деятельности.

В докладе президенту описывается также текущее состояние системы образования STEM в американских учебных заведениях и излагается проект ее реформы. Цель предполагаемых изменений - создать систему образования, способную подготовить учащихся, чтобы они приобрели серьезные фундаментальные знания предметов STEM и способность применять эти знания в своей личной и профессиональной жизни. Отмечается, что необходимо повысить престиж работы в области STEM.

2.   Образовательные стандарты и система оценки

Необходимым условием развития системы образования K-12² является наличие четких и разумных целей и средств измерения прогресса в их достижении. Следовательно, необходима система стандартов и оценок. Первые определяют уровень образования, вторые - достижения.

Из-за особенностей государственного устройства и построения системы образования в США существует 50 различных систем стандартов преподавания математики и других наук. Это уменьшает стройность и эффективность системы в целом. Сложившуюся ситуацию следует исправить по ряду причин:

•   улучшение подготовки учащихся к дальнейшему обучению или работе в мире единых стандартов;

•   необходимость учета семей учащихся, переезжающих из штата в штат, в связи с чем различия в стандартах вызывают трудности как у учащихся, так и учителей;

•   облегчение сравнения результатов в разных штатах при единых стандартах и оценках;

•   необходимость создания обширного и однородного рынка образовательных программ и услуг.

В последнее десятилетие в рамках Государственного исследовательского совета ведется работа по выработке основ системы стандартов обучения математике и другим наукам. В своих публикациях Совет изложил следующие принципы.

•   Концептуальное понимание - понимание концепций, операций и отношений;

•   операционная свобода - навыки гибкого и аккуратного выполнения операций;

•   стратегическая компетенция - способность формулировать, представлять и решать проблемы;

•   адаптивное осмысление - логическое мышление, рефлексия, объяснение и аргументация;

•   продуктивное сознание - склонность рассматривать предмет как разумный, полезный и ценный наряду с верой в свою эффективность.

В настоящее время ведется работа по созданию конкретной единой системы стандартов, опирающейся на данные принципы. Свой вклад вносят не только государственные органы, но и ряд независимых организаций. В частности, в 2009 году было создано Движение за единые стандарты. К сегодняшнему дню им уже опубликованы стандарты обучения математике и английскому языку, принятые на дату публикации отчета в 36 штатах и округе Колумбия.

В американских школах существуют тесты:

•   формирующие, используемые в процессе обучения;

•   обобщающие, направленные на оценку знаний ранее пройденных предметов и концепций;

•   ежегодные обобщающие, проводимые в конце года;

•   исследовательские, позволяющие собрать материал об эффективности учебных планов, пособий и материалов, а также методик обучения.

В 2010 финансовом году на разработку новых методов оценки в математике и английском языке выделено 360 миллионов долларов. Эти методики должны быть разработаны двумя группами штатов.

На проведение тестов по математике, чтению и письму тратится около 20 долларов в год на одного учащегося. Инновационные методики обходятся дороже - до 56 долларов на человека в год. Тем не менее, их использование оправдано, поскольку дешевые и малоэффективные методики тестирования могут снизить эффективность дорогостоящих образовательных проектов.

3.   Учебные заведения, реализующие программу STEM

Около 100 муниципальных школ в США предпринимают значительные усилия для проведения специализированного обучения по предметам STEM. В них учатся около 47 000 школьников, большая часть из которых - старшеклассники. Несмотря на то что число таких школ постоянно растет, их посещает всего один учащийся из тысячи. Программы поддержки и развития предметов STEM приняты всего в 30 штатах. В некоторых штатах их концентрация больше, чем в других.

Для создания школ, специализирующихся на предметах STEM, могут быть использованы самые разные концепции. У таких школ может быть разная тематика, педагогические подходы, системы связей и сотрудничества. Их создание должно быть обязанностью штатов и местных властей, но федеральное правительство должно стимулировать и поддерживать такие инициативы путем оказания финансовой и технической помощи. Это особенно важно в свете того, что подобные школы требуют больших затрат, чем обычные, из-за программных и инфраструктурных особенностей. Тем не менее, это прекрасные инвестиции в будущее государства.

Далее авторы доклада оценивают необходимый для таких изменений объем финансирования - 10 миллионов долларов для каждой старшей школы и 2 миллиона долларов для средних и начальных школ. Отмечается, что финансирование должно быть направлено на учебное планирование, профессиональный рост, учебные материалы, лаборатории, технологии и оборудование. Штаты также должны участвовать в финансировании. Кроме того, рекомендуется привлекать частные и благотворительные организации.

Подчеркивается, что важную роль играет укрепление связей между школами и профессионалами в области STEM. Существует ряд потенциально успешных программ. В ходе их реализации школьные районы становятся партнерами университетов, университетские преподаватели помогают школьным учителям.

4.   Подготовка учителей для работы по предметам STEM

К учителю по предметам STEM должны предъявляться особые требования, включая:

•   глубокое знание материала. Чтобы объяснять учащимся содержание предмета с разных точек зрения, мотивируя учащихся узнавать больше самостоятельно. Он должен следить за последними изменениями в соответствующей науке, чтобы использовать эти знания, делая материал более живым;

•   педагогическое мастерство. Помимо знания предмета, учителя должны обладать способностью заинтересовать этим предметом учащихся, донести до них необходимое содержание и закрепить его с помощью определенных средств.

Существуют два основных способа подготовки учителей по предметам STEM: традиционные программы в колледжах / университетах и разнообразные альтернативные программы.

К сожалению, очень редко учитель обладает как глубоким знанием своего предмета, так и высокими педагогическими способностями. Поэтому подчеркивается необходимость уделять особое внимание профессиональной подготовке и развитию педагогов.

В докладе «Обучение в области естественных, технических, инженерных и математических наук в США (программа STEM)» рекомендуется создать условия для поиска, подготовки и поддержки не менее 100 000 новых учителей по предметам этой программы в течение ближайших десяти лет. Подчеркивается необходимость разработки образовательных программ, посредством которых можно было бы осуществлять подготовку педагогов и оценивать как результаты учащихся, так и кадровую стабильность педагогов. По мнению экспертов, департамент образования должен систематически выбирать программы, отвечающие вышеуказанным требованиям и обеспечивать им финансовую поддержку. Выбранные программы должны регулярно предоставлять отчетность о достигнутых результатах. По оценкам авторов доклада, всего потребуется около 100-150 миллионов долларов в год, исходя из затрат в 8000 долларов на подготовку одного учителя. Финансирование может осуществляться за счет уже существующих программ, которые могут быть реструктурированы и расширены в соответствии с новыми требованиями.

В докладе обращается внимание, что важно дать возможность учителям STEM улучшить свои знания и навыки. Поэтому федеральное правительство должно поддержать исследования в области эффективного профессионального развития и разработки новых типов программ. Необходимо выделить наиболее эффективные из существующих программ, чтобы использовать опыт их проведения. Педагоги STEM должны получать вознаграждение, соответствующее их достижениям, и пользоваться общественным уважением.

5 . Развитие потенциала учащихся

Авторы доклада считают неправильным предположение, что учащиеся сумеют самостоятельно полноценно реализовать свой потенциал. По их мнению, необходимо разработать систему скоординированных формальных и неформальных программ, направленных на развитие способностей учащихся. Одним из методов развития способностей и повышения мотивации в изучении предметов STEM могут стать внешкольные занятия и мероприятия. Это могут быть олимпиады, конкурсы, научные выставки, соревнования роботов и т. д. Учащиеся могут посещать дополнительные занятия, в которых математика будет соединяться с повседневными делами. Детям должна быть предоставлена возможность проходить стажировки в научных центрах и государственных парках, участвовать в программах выходного дня или летних лагерях, работать в компаниях, связанных с предметами STEM, посещать лекции профессионалов и общаться с ними.

Школы должны также давать возможность способным ученикам проходить ускоренный или углубленный курс обучения. Обычно это принимает форму класса ускоренного обучения или дополнительных занятий. В частности, отмечается, что программа Advanced placement направлена на выявление учащихся с высокими способностями и обеспечение для них ускоренного и углубленного обучения. В 2008 году в тестировании по математике в рамках этой программы приняли участие более 250 000 учащихся старших классов. Школьники, получившие лучшие результаты, получают возможность заниматься по особой программе с учителями, знающими, как развивать их способности. В настоящее время в рамках той же программы проводится подготовка таких преподавателей, финансовая поддержка учителей и учеников, регулярная оценка их результатов, формируются обширные базы данных. В программе участвуют 227 старших школ шести штатов. В 65 школах, участвовавших в программе в течение двух последних лет, наблюдается прирост 98 % в результатах экзаменов по математике, другим наукам и английскому языку. В 2011 году департамент образования запросил финансирование в размере 100 миллионов долларов для программ ускоренного и углубленного обучения.

По мнению авторов доклада, одаренным учащимся должна быть доступна также возможность участия в программах международного бакалавриата, посещения курсов соседних колледжей, а также онлайн- обучение.

6. Образовательные технологии

Авторы доклада считают, что развитие культуры инноваций в системе образования - потенциально один из самых успешных путей улучшения системы K-12. Отмечается, что администрация Б. Обамы продемонстрировала свою приверженность к инновациям, сосредоточив внимание на сборе и использовании информации для расширения и совершенствования лучших государственных программ.

Среди используемых в настоящее время успешных подходов можно выделить:

•   Wikipedia и схожие проекты, которые дают возможность группам людей по всему миру создавать и редактировать огромные объемы информации и делать их общедоступными;

•   открытые учебные материалы. Такие высшие учебные заведения как Массачусетский технологический институт и университет Калифорнии предоставили свободный бесплатный онлайн-доступ к курсам лекций по ряду предметов;

•   электронные учебные пособия. Даже простые электронные копии бумажных пособий имеют ряд преимуществ: их производство и покупка дешевы, их проще носить с собой и обновлять, они более доступны для учащихся с особыми потребностями. Но электронные пособия могут стать и гораздо более полными источниками материала, чем бумажные, сочетая разные способы подачи информации;

•   компьютерные обучающие системы. Новые типы обучающих компьютерных систем предназначены для непрерывного сопровождения и оценки учащихся. В случае возникших у ученика трудностей система способна предложить ему ряд деятельностей, направленных на их преодоление;

•   онлайн-обучение. В настоящее время функционирует ряд виртуальных школ, предоставляющих доступ как к отдельным курсам, так и полной школьной программе. Их услугами пользуются более миллиона учащихся;

•   онлайн-программы повышения квалификации. Они помогают учителям повысить профессиональную квалификацию без отрыва от преподавательской деятельности. В качестве примеров таких программ можно привести TeacherLine (http://www.pbs.org/teacherline/) и Teachscape (http://teachscape.com);

•   системы оценки. Современные информационные технологии (ИТ) являются мощным средством для выявления особенностей мышления учащихся, которые необходимо знать преподавателю для более эффективной организации учебного курса. С помощью ИТ можно также собрать и проанализировать большой объем информации о знаниях и навыках, полученных учащимися, и распространить эту информацию в школах, расположенных в других районах или даже штатах;

•   удаленные базы данных. Wolfram Alpha (http://www.wolframalpha.com) - это открытый источник, позволяющий найти ответы на вопросы, входящие в курс STEM, в режиме реального времени. Он отличается от других поисковых систем тем, что, в отличие от них, позволяет найти точный ответ на вопрос, а не список подходящих ссылок. Описанная база данных содержит также онлайн-уроки по многим предметам;

•   игры и симуляторы. В настоящее время видеоигры и симуляторы стали средством обучения, которое можно применять как на занятиях, так и вне школы.

По мнению авторов доклада, новые технологии позволяют визуализировать сведения из курса математики, дают учащимся возможность участвовать в лабораторных экспериментах, открывают новые пути для совместной деятельности, обмена опытом и взаимного обучения.

7. Государственная поддержка и финансирование STEM

Авторы проекта считают, что для воплощения в жизнь всех их рекомендаций требуется финансирование в 1 миллиард долларов в год. Это около 20 долларов на учащегося системы K-12. При этом делается расчет не только на федеральный бюджет, но и на помощь частных фондов и предприятий, а также на финансовые системы штатов и отдельных районов.

Отмечается, что начальное и среднее образование в США является, по большей части, сферой ответственности штатов и местных властей. Федеральное правительство осуществляет около 8 % финансирования. Тем не менее, по мнению авторов доклада, федеральное финансирование может сыграть важную роль в улучшении системы образования, если будет направлено на развитие государственных приоритетов.

Федеральная поддержка STEM в K-12 осуществляется через ряд государственных органов. Департамент образования финансирует проекты и программы, имеющие значительное влияние на школы и учащихся. Финансирование также осуществляется через научные организации, в частности, Национальный научный фонд, который поддерживает деятельность по разработке учебных материалов и образовательных технологий.

В США около 50 миллионов учащихся государственных школ, 3,2 миллиона учителей, 98 000 школ и 14 000 школьных районов. Расходы на начальное и среднее образование составляют около 593 миллиардов долларов в год.

8 % финансирования - федеральное, 47 - штатов, 44 - местное.

8. Основные выводы и ключевые рекомендации

Авторы проекта приходят к следующим выводам.

•   Чтобы улучшить систему образования STEM, необходимо сфокусироваться на подготовке школьников и их мотивации. Все учащиеся должны иметь глубокие знания по предметам STEM, мотивированно изучать эти предметы и строить свою карьеру в соответствующих областях,

•   Федеральному правительству не хватает внятной стратегии и управления в области обучения STEM в школах стандарта K-12 (система бесплатного обучения от детского сада - детей 4-6 лет - до 12-го класса - школьники 16-19 лет). На протяжении последних нескольких десятилетий появилось множество проектов и инициатив в сфере обучения STEM, но всем им не хватало четкого видения и ясного представления целей и результатов. Кроме того, исторически весьма малая часть федерального финансирования была направлена на преобразование в сфере обучения STEM, мало внимания уделялось поддержке и распространению успешных программ.

Ключевые рекомендации

1)   Стандарты. Необходимо ввести единые стандарты в области преподавания математики и других наук. Федеральное правительство должно предоставить штатам техническую и финансовую помощь: а) для высококачественного профессионального развития программ обучения в соответствии с едиными стандартами; б) развития, оценки, администрирования и постоянного улучшения систем оценки и диагностики.

2)   Учителя. В течение ближайших 10 лет необходимо найти и подготовить около 100 000 лучших учителей STEM, способных обучать и вдохновлять учащихся. Самый важный фактор - поиск преподавателей, обладающих как глубокими знаниями предметов STEM, так и выраженными педагогическими способностями;

необходимо каждый год выявлять и награждать лучших государственных учителей (около 5 % всего числа педагогов). Федеральное правительство должно поддержать создание органа, ответственного за поиск, награждение и стимулирование лучших учителей STEM и поднятие престижа профессии. Такие учителя должны иметь существенные прибавки к заработной плате, а их школы и районы должны получать дополнительное финансирование.

3)   Образовательные технологии. Необходимо создать агентство на базе Департамента образования или Государственного научного фонда, занимающееся передовыми исследовательскими проектами в сфере образования. Агентство должно поддерживать: а) развитие инновационных технологий и технологических платформ для обучения, преподавания и оценки по всем предметам и б) подготовку эффективных, интегрированных и целостных материалов для обучения предметам STEM.

4)   Учащиеся. Необходимо создать условия для повышения мотивации изучения предметов STEM у учащихся посредством индивидуальных и групповых внеклассных мероприятий. Обучение STEM становится наиболее успешным, когда у учащихся развивается интерес к содержанию предметов. Это может произойти не только в классе, но и через индивидуализированные и групповые внеклассные мероприятия, а также через дополнительное обучение. Федеральное правительство должно обеспечить поддержку скоординированных инициатив по введению широкого спектра высококачественных внеклассных и внешкольных мероприятий (например, конкурсов, лабораторий, летних программ и т. д.).

5)   Школы. В течение ближайших 10 лет необходимо создать тысячу новых учебных заведений, сфокусированных на обучении STEM. Такие заведения являются уникальным государственным ресурсом, поскольку они оказывают прямое воздействие на учащихся и являются площадками для экспериментов с инновационными подходами. На данный момент существует всего около 100 таких школ, большая часть которых является высшими. Федеральное правительство должно обеспечить создание как минимум 200 высших и 800 начальных и средних учебных заведений в течение ближайших десяти лет, включая школы, которые будут обслуживать национальные меньшинства и малообеспеченные слои населения. Кроме того федеральное правительство должно предпринять шаги к обеспечению доступа всех школ и учебных заведений к системам экспертизы и оценки STEM.

6)   Обеспечение сильного и стратегического государственного управления. Сильное лидерство, внятная стратегия и координация в области обучения и развития STEM необходимы. Федеральное правительство должно: а) создавать новые механизмы управления соответствующими программами в Департаменте образования и Национальном научном фонде, б) установить высокоуров­невое партнерство между этими органами, в) организовать комитет по обучению STEM в структуре Государственного совета по науке и технологии, ответственный за создание федеральной стратегии обучения STEM, г) организовать независимую Президентскую комиссию по обучению STEM вместе с государственной ассоциацией губернаторов для развития STEM и контроля результатов по этой программе.