5E Instructional Model (+ приклад STEM-заняття)

У рамках навчальної концепції 5E учні активно будують свої знання та розуміння, спираючись на власний досвід. Ця педагогічна модель створена як частина BSCS (Biological Sciences Curriculum Study) з метою поліпшення навчальної програми з біологічних наук та здоров'я в початкових школах. Метод 5E є приміром навчання на основі запитів, де учні ставлять запитання, вирішують, яка інформація допомагає їм зрозуміти, а потім самостійно оцінюють свій прогрес.

Основні характеристики моделі 5E:

Конструктивізм

Метод 5E ґрунтується на конструктивістському підході до навчання. Він сприяє активному будівництву знань та взаємодії учнів (студентів) з інформацією.

П'ять етапів

Метод включає п'ять етапів: залучення (Engage), дослідження (Explore), пояснення (Explain), розробка (Elaborate) та оцінка (Evaluate).

Глибоке занурення

Кожен етап навчання розкриває ідеї, концепції та навички, необхідні для розгляду певних питань або тем.

Диференціація

Метод 5E надає можливості для індивідуалізованого навчання та оцінювання.

Практичне застосування

Сильною стороною цієї моделі є можливість студентів застосовувати отримані знання у практичних завданнях та дослідженнях.

Дослідження показують, що при впровадженні моделі 5E в школи досягаються позитивні результати. Наприклад, студенти, які протягом двох років навчалися за науковою програмою BSCS, випереджали студентів інших класів на чотири місяці в стандартизованих тестах. Використання ефективної навчальної моделі, базованої на дослідженнях, сприяє засвоєнню фундаментальних понять у науці та інших галузях.

Загалом, модель 5E надає підґрунтя для активного навчання, де студенти стають учасниками свого власного навчального процесу, розвиваючи навички критичного мислення, роботи з інформацією та розв'язання завдань.

Зважаючи на широкий спектр дисциплін, які можуть бути включені в навчальну концепцію 5E, ось конкретні завдання для різних предметів, що вкладаються в її рамки:

Математика (початкова школа):

Залучення: Показати учням картину із зображенням вулиці та будинків з номерами. Запитати: "Яким чином ви можете впорядкувати номери будинків, щоб вони були від найменшого до найбільшого?"

Дослідження: Роздати учням картки з числами та пропонувати їм знаходити різні способи впорядкування чисел. Порівняти результати та обговорити, як можна класифікувати числа.

Пояснення: Вчити учнів використовувати математичні символи для порівняння чисел. Пояснити, як використовувати знаки "<", ">", "=" для порівняння чисел.

Розробити: Запропонувати задачі, де учні повинні використовувати порівняння чисел для розв'язання практичних завдань, наприклад, обрання найкращого плану покупок залежно від цін.

Оцінка: Попросити учнів відповісти на питання типу: "Які числа менші за 20, але більші за 10?" або "Порівняйте числа 45 і 59 за допомогою математичних знаків."

Науки про природу (середня школа):

Залучення: Показати зображення рослин та тварин і запитати: "Як ви думаєте, які з цих організмів є родичами?"

Дослідження: Надати учням можливість дослідити схожість структури організмів (наприклад, спільні ознаки між рибами і дельфінами) та визначити спільні риси.

Пояснення: Розповісти про поняття класифікації та родинних зв'язків в біології. Вказати на те, як знаходження спільних рис може вказувати на еволюційні зв'язки.

Розробити: Провести проект, де учні вибирають два різних організми та аналізують їхні генетичні та структурні схожості, щоб визначити ступінь родинства.

Оцінка: Попросити учнів скласти дерево родинних зв'язків між різними організмами та пояснити свій вибір на основі спільних ознак.

Мистецтво (середня школа):

Залучення: Представити учням різні стилі мистецтва та запитати: "Які спільні елементи можна помітити в цих роботах?"

Дослідження: Попросити учнів вивчити біографії різних художників та їхні впливи на стилі мистецтва. Зробити аналіз того, які елементи були спільними для певного періоду.

Пояснення: Розповісти про важливість вивчення історії мистецтва та того, як художники вплинули на інші галузі культури.

Розробити: Запропонувати завдання, де учні створюють власні твори мистецтва, використовуючи елементи різних стилів.

Оцінка: Попросити учнів порівняти свої роботи з творами відомих художників та визначити, які впливи були відображені в їхніх творах.

Приклад розробки STEM-уроку за технологією 5Е

ТЕМА УРОКУ: Тема 4. Енергія вітру

Дослідницькі / проблемні запитання:

• Що таке вітер?

• Як вітер може рухати предмети?

• Як людина використовує енергію вітру?

Завдання:

• Дізнатися, що таке енергія та як людина використовує енергію вітру.

• Дослідити переваги і недоліки різних типів вітряків.

МЕТА: Ознайомити учнів із поняттям енергії, вивчити джерела енергії вітру їх переваги та недоліки.

Етап План дій:

1. Залучити:

Провести коротку бесіду про енергію. Запитання для обговорення: "Чи знаєте ви, що таке вітер? Що таке енергія? Що таке вітрова енергія? Які джерела енергії вітру ви знаєте?"

Можна запропонувати скласти перший абзац історії із окремих речень:

У селі Веснянкове жила дівчинка на ім'я Ліля. Ліля завжди була цікавою та винахідливою. Вона любила проводити час на свіжому повітрі та спостерігати за тим, як змінюється природа навколо неї. Одного разу, під час прогулянки до річки, вона побачила величезний млин, який обертається від вітру та виробляє електроенергію для села.

Ліля була дуже зацікавлена тим, як саме вітер може змусити млин працювати та створювати енергію.

Питання:

• Як це працює?

• Як саме вітер може змусити млин працювати та створювати енергію?

• Чому млин зазвичай встановлюють на відкритих місцях, де багато вітру?

Гіпотези:

Можливо, млин працює на тому самому принципі, як і вітрильний човен: вітер створює тиск на поверхню лопатей, що змушує їх рухатися.

Можливо, лопаті млина спеціально зроблені так, щоб вітер міг легко впливати на них і створювати рух.

Продовження роботи з текстом:

Вона попросила діда розповісти їй про це. Дід посміхнувся та сказав: "Лілю, це дуже цікава історія про енергію. Знаєш, енергія - це сила, яка дозволяє нам робити різні речі. Вітер, Сонце та вода - це три джерела енергії, які ми можемо використовувати".

Ліля пильно слухала та запитала: "А як саме вітер створює енергію?" Дід розповів їй про вітряні турбіни, які обертаються від вітру і приводять в рух генератори, що створюють електроенергію. "А як наші дідусі та бабусі використовували енергію води?" - запитала Ліля. Дід розповів, що колись млини використовували рух води для того, щоб перемелювати зерно та виробляти енергію для млинів.

Але найцікавіше було розповідати про сонячну енергію. Дід відвів Лілю до саду, де стояли сонячні панелі на даху будинку. Він пояснив, що сонячні панелі збирають енергію від Сонця та перетворюють її на електроенергію, яка може використовуватися для підсвічування будинку або навіть заряджання гаджетів.

Після цієї цікавої розповіді Ліля була надзвичайно захоплена. Вона вирішила провести свій власний експеримент і спробувати створити маленький млин на вітерці, використовуючи матеріали зі свого дому. Її батьки підтримали її ідею і разом вони виготовили млинця з пластику та дерева.

Ліля встановила свій млинця на подвір'ї і чекала на вітер. Коли був сильний вітер, млинець почав обертатися, і Ліля була в захваті. Вона побачила, як простий млинець може перетворити силу вітру на рух та енергію. Вона зрозуміла, що енергія оточує нас усюди, і що ми можемо використовувати її для вирішення різних завдань.

З того дня Ліля стала ще більше цікавитися енергією та її джерелами.

2. Дослідити:

Розділити учнів на групи та дати кожній групі картки із зображеннями вітряків.

Роздруковані картки різних видів вітряків, які існують реально у різних країнах із підписом країни на картці.

Що кожна група учнів може дослідити:

1. Різноманітність вітряків: Учні можуть розглядати різні типи та дизайни вітряків, які використовуються у різних країнах. Вони можуть порівнювати їх форму, розмір, кількість лопатей та способи, якими вони розміщені.

2. Механізми руху: Учні можуть вивчити, як саме вітер впливає на роботу кожного типу вітряка. Вони можуть дослідити, як лопаті рухаються під впливом вітру.

3. Використання вітроенергії: Учні можуть вивчити, як вітроенергія використовується для виробництва електроенергії в різних країнах. Вони можуть дослідити, які господарські та екологічні переваги має використання цього джерела енергії. (додаткові джерела інформації)

4. Місцезнаходження: Учні можуть вивчити, чому вітряки зазвичай встановлюють на відкритих місцях, де багато вітру. Вони можуть дослідити, як вітряк може бути спеціально розташованим, щоб максимально ефективно “зловити” енергію.

5. Історія та культура: Учні можуть дослідити історію та культурне значення вітряків у різних країнах. Вони можуть вивчити, чому вітряки були важливими для розвитку сільського господарства та економіки, а також як вони відображають місцеві традиції. (додаткові джерела інформації)

Інновації: Учні можуть обговорити можливі способи вдосконалення дизайну вітряків або розробки нових технологій для збільшення ефективності використання вітроенергії.

3. Пояснити:

Пояснити учням, як людина використовує енергію Сонця, вітру та води для виробництва електроенергії. Обговорити переваги та недоліки кожного джерела.

4. Розробити:

Доповіді учнів після етапу дослідження:

1. Принцип роботи вітряка:

Учні можуть розповісти, як вітер змушує лопаті вітряка рухатися, а це, в свою чергу, спричиняє обертання механізму виробництва енергії. Вони можуть пояснити, що цей процес перетворює кінетичну енергію вітру на електроенергію.

2. Використання вітроенергії:

Учні можуть розповісти про те, як саме вітроенергія використовується для виробництва електроенергії. Вони можуть пояснити, що отримана електроенергія може бути використана для житлових будинків, підприємств, освітніх закладів тощо.

3. Переваги та недоліки:

Учні можуть порівняти переваги та недоліки використання вітроенергії. Вони можуть висвітлити, що використання вітроенергії допомагає зменшити викиди вуглецю, є відновлюваним джерелом енергії, але може залежати від погодних умов.

4. Роль вітряків у сільському господарстві:

Учні можуть розповісти, як вітряки були важливими для сільського господарства у минулому, коли вони використовувались для подачі води на поля або обробки зерна.

5. Інновації та майбутнє:

Учні можуть обговорити можливість вдосконалення дизайну вітряків та розробки нових технологій, які дозволять ефективніше використовувати вітроенергію в майбутньому.

6. Сприяння екології:

Учні можуть пояснити, як використання вітроенергії сприяє збереженню природних ресурсів та зменшенню впливу на довкілля у порівнянні з традиційними джерелами енергії.

7. Залежність від погодних умов:

Вони можуть відзначити, що ефективність вітроенергетичних систем залежить від наявності вітру, тому їх розташовують на відкритих місцях з високою вітровою активністю.

Різні типи вітряків:

8. Учні можуть пояснити, що існують різні типи вітряків, які можуть використовуватися у різних умовах та для різних цілей.

Наукова лексика:

Вітер, вітряк, енергія, джерела енергії, альтернативні джерела енергії, електроенергія, заощадження енергії, генератор, енергія вітру, вітроенергетика

Грамота та арт:

Учні можуть створити малюнки, що ілюструють використання енергії вітру (звернути увагу на дизайн вітряків, що учні запропонують), а також плакати, які рекомендують заощаджувати енергію вдома. Можна запропонувати написати власну історію “Про що я дізнався на уроці”

STEM:

Завдання створити власну модель альтернативного джерела енергії вітру, пояснити принцип дії (робота у команді). Для натхнення запропонувати учням звернутися до Інтернет-ресурсів.

Можливі варіанти STEM-активностей

Вітрова турбіна з пластикових пляшок:

Розробіть дизайн лопастей турбіни з пластикових пляшок та спиць велосипедних коліс. Підключіть вітрову турбіну до маленького електрогенератора (або динамо) для створення енергії.

Складна вітрова турбіна з паперу:

Зберіть велику вітрову турбіну з паперу. Підключіть до маленького електрогенератора.