Теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования) | Мир педагогики и психологии №12 (113) Декабрь 2025

Разработка применения технологии STEAM на уроке биологии для обучающихся 9-х классов

Федорова Алёна Андреевна
студент кафедры математики, информатики, физики и методики обучения, ЕГУ им. И.А. Бунина, РФ, г. Елец, fyodorova.alyona.04@mail.ru
Научный руководитель Сотникова Елена Борисовна
к.п.н., доцент кафедры химико-биологических дисциплин и фармакологии, ЕГУ им. И.А. Бунина, РФ, г. Елец, sotnikovaeb@yandex.ru

Аннотация: Статья посвящена разработке применения технологии STEAM на уроке биологии в 9 классе, как интегрированный подход для развития творческих и познавательных способностей обучающихся, на примере темы «Сердце как инженерный механизм». Особое внимание уделяется кратким практическим заданиям, направленным на создание и защиту проекта, по конкретной теме, в которые включены знания из физики, математики, искусства и инженерии. Представлен вариант применения внедрения STEAM-технологии в учебный процесс на уроке биологии для 9-х классов, в области естественных наук, в целях повышения уровня нестандартного мышления и креативности.
Ключевые слова: STEAM-технология, интеграция предметов, сердечно-сосудистая система, обучающиеся, проектная деятельность.

Fedorova Alyona Andreevna
Student, Bunin Yelets State University, Yelets
Scientific supervisor Sotnikova Elena Borisovna
Ph.D. of Pedagogical Sciences, Bunin Yelets State University, Yelets

Abstract: The article is devoted to the development of the application of STEAM technology in a biology lesson in the 9th grade, as an integrated approach for developing students' creative and cognitive abilities, using the topic "The Heart as an Engineering Mechanism" as an example. Special attention is paid to practical tasks aimed at creating and defending a project that includes knowledge from physics, mathematics, art, and engineering. The article concludes that the implementation of STEAM technology is effective in enhancing the knowledge of 9th grade students in the field of natural sciences, as well as increasing their level of non-standard thinking and creativity.
Keywords: STEAM technology, subject integration, cardiovascular system, students, and project activities.

На сегодняшний день основной целью современного общества – является воспитание высококвалифицированных специалистов, способных креативно мыслить и решать нестандартные задачи. Традиционное образование постепенно теряет свою актуальность, а на его место приходят новые открытия, которые отвечают новым запросам общества и готовы двигать науку вперед.

Самыми востребованными профессиями настоящего времени являются программисты, IT-специалисты и инженеры в области технологии. Как было сказано ранее – традиционное обучение в данном случае уже не подходит, ведь развитие навыков для данных специальностей требует комплексный, междисциплинарный подход.

Таким образом, перед общеобразовательными учреждениями естественнонаучного образования, ставится вопрос о широком межпредметном интегрировании содержания учебных предметов по биологии, физике и химии.

Термин «универсальные учебные действия» в широком смысле трактуется как способность обучающегося перенимать уже готовые знания по конкретному предмету, самосовершенствоваться. В узком кругу этот термин означает способность учащегося самостоятельно получать новые знания и главным словом здесь является именно «метапредметность», то есть возможность включать в учебный процесс знания всей образовательной программы в целом.

Учитель, в свою очередь, должен создать условия для всестороннего развития ученика, уметь конструировать новые педагогические ситуации и разрабатывать нестандартные задания. Такой тип обучения несомненно повысит уровень вовлеченности в учебный процесс и принесет обучающимся удовлетворение от собственных результатов.

Технология STEAM представляет собой мощный инструмент для обучения. Она включает в себя интеграцию естественных наук (S), технологий (T), инженерии (E), искусства (A) и математики (M) в единую образовательную среду [5, c. 69].

Данная аббревиатура впервые была предложена американским бактериологом Р. Колвэллом в 1990 г., но активно начала использоваться только после упоминания Джудит А. Рамали – биологом и руководителем Института естественных наук США [1, c. 114].

Методология STEAM осуществляется на принципе сближения различных областей знаний. В биологической концепции это обозначает изучение предмета не изолированно, а напротив, совместно с другими дисциплинами.

Основным элементом технологии является создание собственного проекта (модели, чертежа), предварительно ознакомившись с теоретической информацией. В такой работе ученикам не обойтись без базы знаний других предметов: математики, инженерии, искусства и технологий, для доработки создаваемого продукта, в соответствии с его требованиями.

Разработанный ниже вариант проектной деятельности направлен на повышение мотивации к изучению биологии для обучающихся 9-х классов. В проекте могут принимать участие ученики в количестве 60 и более человек (2 учебных класса), для более комфортного разделения на группы.

Приведем конкретные примеры взаимосвязи: «Естественные науки», непосредственно, являются ядром проекта. «Технологии» подразумевают собой использование цифровых инструментов (3D – моделирование). «Инженерия» необходима в качестве создания различных моделей, проектирования и конструирования. «Искусство» дает возможность визуализации, развивает эстетическое восприятие. «Математика» – это незаменимый инструмент, который позволяет проводить всевозможные расчеты и помогает в построении графиков [4, c. 291].

В качестве практического применения технологии STEAM можно предложить обучающимся 9-х классов разработать проект на тему «Сердце как инженерный механизм».

Ключевой целью проекта будет являться изучение учебной программы по биологии, раздел «анатомия» в нестандартном формате. Ученики не просто изучат строение и функции сердца, но и создадут конкретную физическую модель по принципу гидравлического насоса. На данной модели можно также изучить факторы риска, влияющие на угнетение работы сердечно-сосудистой системы.

Проект несет в себе следующие задачи:

1. Естествознание (science) – повторить тему «Сердце», закрепить ключевые знания о функциях и строении сердечно-сосудистой системы, фазах сердечного цикла и работе клапанного аппарата.

2. Технология (technology) – включить в учебный процесс информационно-цифровые технологии для наилучшей визуализации сложной темы.

3. Инженерия (engineering) – изучить строение сердца на примере созданной физической модели по принципу гидравлического насоса, а также создать функциональную модель клапанного механизма.

4. Искусство (art) – повысить уровень критического мышления школьников и уровень визуализации, путем внедрения схематических рисунков, отображающих принцип работы сердца.

5. Математика (mathematics) – усилить математические знания обучающихся на примере элементарных расчетов сердечного выброса, оценить коэффициент полезных действий сердца как насоса.

Разработка универсальных учебных действий (УУД) [6, c. 79]:

1. Регулятивные УУД:

а) Ставить учебно-исследовательскую задачу в рамках проекта STEAM и определять критерии его успешности;

б) Сравнивать планируемые результаты проекта с полученными и вносить коррективы в него;

в) Оценивать созданный продукт своей деятельности.

2. Познавательные УУД:

а) Находить и анализировать информацию из источников, строить модели и визуализации данных с помощью цифровых инструментов;

б) Устанавливать связи между биологическими концепциями работы сердечно-сосудистой системы;

в) Выдвигать гипотезы для решения биологической проблемы и проверять их в ходе проекта через эксперимент.

3. Коммуникативные УУД:

а) Распределять роли в проектной деятельности;

б) Научиться работать в команде по созданию проекта;

в) Уметь аргументировать свою точку зрения, используя доказательство по каждому критерию STEAM-технологии и грамотно презентовать готовый проект.

Из оборудования обучающимся понадобятся: пластиковая бутылка, сосуд с водой, швейные нитки, резиновые перчатки и шарик.

Оборудование для преподавателя: мультимедийный проектор, видеоролики, включающие материал с принципами работы сердца и сердечных клапанов, презентация.

Для наиболее эффективного результата проектной деятельности с обучающимися 9-х классов следует обсудить: Что общего между мощным насосом и работой человеческого сердца? Ответ: оба механизма перекачивают жидкость, имеют клапаны и требуют затрат энергии [2, c. 25]. Не менее важными этапами для обсуждения являются: функции сердца, с помощью чего регулируется его работа и что является «топливом» сердца.

Затем, необходимо обсудить с учениками план работы и предложить им рассмотреть принцип работы сердца, правый и левый отделы, на примере гидравлического насоса, при помощи видеоролика. Следующим этапом идет проектирование рабочей модели, характеризующей принцип работы одного желудочка с клапаном, блокирующим отток жидкости.

Девятиклассников необходимо разделить на группы по 10-12 человек, выдать раздаточный материал и проинструктировать их.

Проектирование: бутылка будет заменять работу желудочка, шарик – сердечный клапан, сжатие бутылки повторяет работу систолы. Тест собранных моделей должен проводиться с водой для наилучшей наглядности принципа работы сердца [3, c. 64].

На заключительном этапе изучения нового материала каждой группе предлагается схематично изобразить пути крови, указать названия камер и клапанов, используя схемы потоков и обозначения стрелками. Для схематичного изображения артериальной и венозной крови следует использовать разные цвета карандашей.

Ученики защищают проекты и делают вывод о том, что сердце и его строение – это совершенный и надежный биологический механизм с четким ритмом работы. Это самый энергоемкий орган, который работает днем и ночью, перекачивая 7500 литров крови за одни сутки.

Таким образом, внедрение технологии STEAM в учебный процесс на уроках биологии – это возможность организовать изучение биологических концепций на интегрированной основе, выдвигая гипотезы и проводя опыты с моделями и конструкциями, отражающими работу реального органа или целой системы органов [7, c. 246].

В основу будущего у современных школьников, выбирающих естественнонаучное образование, входит умение пользоваться информационно-коммуникативными технологиями, владеть физическими, математическими, инженерными знаниями, а также знаниями в области искусства и естествознания в целом. Все это демонстрирует технология STEAM. Образовательный процесс с ее включением становится наиболее динамичным и эффективным. Высокая эффективность применения данной технологии заключается в развитии нестандартного мышления, креативности и усиления знаний девятиклассников в области естественнонаучных дисциплин.

1. Успаева, М. Г. STEM-образование: научный дискурс и образовательные практики / М. Г. Успаева, А. М. Гачаев // Управление образованием: теория и практика. – 2022. – № 9(55). – С. 110-117.
2. Кошкодан, Д. П. Образовательная методика STEM в исследовательской работе на уроках биологии / Д. П. Кошкодан, Л. В. Мошану-Шупак // Информационно-коммуникационные технологии в педагогическом образовании. – 2021. – № 4(73). – С. 23-26.
3. Смаилова, С. Ж. Использование STEM-образования на уроках биологии / С. Ж. Смаилова // Студенческий вестник. – 2024. – № 15-1(301). – С. 63-65.
4. Чередников, К. Д. Использование технологии Steam в образовательном процессе / К. Д. Чередников // Транспорт. Экономика. Социальная сфера (Актуальные проблемы и их решения): Cборник статей X Международной научно-практической конференции, Пенза, 14–15 апреля 2023 года / Под редакцией В.В. Салмина. – Пенза: Пензенский государственный аграрный университет, 2023. – С. 288-291.
5. Грязнов, С. А. STEAM-образование: подход к обучению в 21 веке / С. А. Грязнов // Экономика образования. – 2020. – № 6(121). – С. 57-65.
6. Недюрмагомедов, Г. Г. Формирование универсальных учебных действий школьников в процессе учебной деятельности / Г. Г. Недюрмагомедов, Н. М. Абдулаева // XXI Царскосельские чтения : материалы международной научной конференции, Санкт-Петербург, 25–26 апреля 2017 года. Том II. – Санкт-Петербург: Ленинградский государственный университет им. А.С. Пушкина, 2017. – С. 77-80.
7. Ощепков, А. А. STEM-технология как средство развития творческой деятельности обучающихся / А. А. Ощепков, А. О. Репин // Проблемы современного педагогического образования. – 2019. – № 65-4. – С. 246-249.