Введение (Introduction). Российское государство в качестве перспективных целей развития экономики страны выделяет устойчивое развитие населения, делая при этом акцент на обеспечение всестороннего и качественного образования. Для этого предлагается в традиционную форму обучения добавить современные методики, при этом преподавателя представлять не только в роли руководителя, но и тьютора.

Такой подход к системе образования успешно закрепился в зарубежных странах, таких как США (Park, 2020), Великобритания (Smith, 2019), Германия, Канада (DeCoito, 2016), Австралия (Morris J., 2021), Швейцария, Нидерланды, Франция, страны Азии (Wahono, 2020), где активно используется технология STEM-образования. Данная технология делает упор на практические занятия, в ходе которых обучаемые приобретают знания, умения и навыки, выполняя практикумы и проектные работы. В основе STEM-образования заложены процессы, основанные на интеграции областей знания в сфере науки, технологии, инженерии и математики (Ибраева, 2023).

Эффективность STEM-образования подтверждается не только на уровне системы образования зарубежных стран, но и такими крупными компаниями как Google, Intel, Microsoft, General Motors и т.д.

Несмотря на значительную популярность STEM-образования в зарубежных странах, в России данная технология не в значительной степени используется образовательными учреждениями, в том числе и ведомственными, осуществляющими подготовку специалистов пенитенциарного ведомства.

На сегодняшний день образовательному процессу ведомственных вузов ФСИН России присуща традиционная форма обучения, которая основывается на классно-урочном принципе. За многие годы такой принцип обучения сформировал устоявшуюся форму организации образовательного процесса, при этом, не претерпев существенных изменений.

Популярность традиционной формы обучения заключается в том, основной упор делается на приобретение курсантами большого количества знаний, что в значительной степени важно для профессиональной деятельности сотрудников УИС. Однако, учитывая специфику служебной деятельности пенитенциарного ведомства, основными источниками знаний выступают нормативно-правовые акты, содержание которых характеризует деятельность УИС. Таким образом, процесс приобретения курсантами знаний сводится к строгому заучиванию положений, вышеуказанных актов. Такой подход в обучении не дает курсантам развития мыслительных способностей, необходимых для принятий решений при возникновении нестандартных ситуаций.

Соглашаясь с мнением А.А. Исаева, мы считаем, что получаемые курсантами знания, должны быть привязаны к профессиональной деятельности, т.е. курсанты должны уметь пользоваться ими в ходе выполнения практических действий (Исаев, 2021). Таким образом, уходя от традиционной формы обучения, необходимо осуществить поиск инновационных подходов обучения, использование которых позволит курсантам одновременно приобретать знания и развивать профессионально важные навыки (Никитина, 2019).

По мнению Т.И. Анисимовой, теоретические знания могут быть не просто приобретены, а найти свое практическое применение при выполнении различных проектов, если в образовательном процессе использовать технологию STEM-обучения (Anisimova, 2020). Т.В. Алексеева считает, что основной целью STEM-обучения является развитие у обучаемых критического мышления и способности эффективно применять полученные знания посредствам проектного обучения (Алексеева, 2022). E. Syaodih, A. Suhandi, B. Maftuh, N. Hermita, N.J. Fratiwi и другие авторы поясняют, что использование STEM подхода позволяет подготовить специалистов, востребованных на рынке труда, обладающих навыками 21 века (Syaodih, 2019). При этом каждый элемент STEM (наука, технология, инженерия и математика) несет свой вклад в формировании данных навыков, а также находится в тесной взаимосвязи друг с другом. Благодаря научным познаниям обучаемые способны наиболее четко осознать структуру окружающего мира, тем самым развить свои исследовательские способности. Технология дает возможность использования высокотехнологичного оборудования, позволяющего вывести научные познания на более высокий уровень. Область инженерного мышления учит обучаемых применять знания для решения практических задач, возникающих в нестандартных ситуациях, тем самым развивает навыки критического мышления. Математика учит анализировать полученные знания, выявлять ошибки и вырабатывать решения, необходимые для проектов.

Учитывая вышесказанное, подчеркнем, что STEM-обучение основывается на следующих принципах:

интегрированность – переплетение знаний различных дисциплин, образующее единую систему;

дивергентное мышление – способность обучаемых искать неординарные идеи для решения возникающих задач;

достоверность – возможность применения и проверки полученных знаний в ходе практической деятельности;

проектная деятельность – формирование новых знаний, реализуя разнообразные проекты.

Таким образом, мы полагаем, что использование технологии STEM-обучения в ведомственных вузах ФСИН России позволит осуществлять подготовку будущих специалистов, способных выполнять профессиональные задачи на более качественном уровне.

Цель исследования – разработка модели реализации технологии STEM-обучения в ведомственных вузах ФСИН России.

Материалы и методы (Methodology and methods). В рамках исследования использовались теоретические и эмпирические методы: изучение научно-методической литературы, педагогический эксперимент (констатирующий, формирующий и контрольный этапы экспериментального исследования), анкетирование, опрос, метод математической обработки результатов (критерий Пирсона – χ2), моделирование педагогического процесса.

В исследовании принимали участие курсанты 3-го курса Пермского института ФСИН России, в количестве 96 человек (юноши и девушки, 20-23 летнего возраста), и профессорско-преподавательский состав в количестве 8 человек (преподаватели профильных дисциплин (мужчины 27-63 летнего возраста; с выслугой от 5 до15 лет)). Для проведения исследования нами были сформированы контрольные группы в количестве 49 курсантов и экспериментальные группы в количестве 48 курсантов.

На констатирующем этапе эксперимента был проведен анализ действующего законодательства в сфере образования РФ, ведомственных нормативных правовых актов, регламентирующих профессиональную подготовку в ФСИН России, а также положения локальных нормативных правовых актов Пермского института ФСИН России. Произведен опрос преподавателей института по вопросам использования приемов STEM-образования, анкетирование курсантов для определения степени удовлетворенности и доступности получения знаний при организации образовательного процесса в институте, а также тестирование курсантов с выполнением практических заданий в целях определения уровня сформированности определенных компетенций. Дан количественный и качественный анализ полученных результатов.

На формирующем этапе нами разработана и апробирована модель реализации технологии STEM-образования в Пермском институте ФСИН России.

На контрольном этапе по истечении срока реализации формирующего этапа экспериментального исследования было проведено обследование курсантов экспериментальных и контрольных групп путем оценивания уровня сформированности компетенций, дан анализ полученных результатов на основе методики расчета критерия χ2 Пирсона; оценена эффективность взаимодействия участников образовательного процесса по разработанным нами критериям на основе анкетирования.

Для проведения эксперимента были созданы учебные задания, основанные на возможности использования технологии STEM-обучения, оценочные материалы и определены педагогические условия, необходимые для реализации STEM-обучения.

Описание модели реализации технологии STEM-обучения. При разработке модели реализации технологии STEM-обучения нами были определены теоретико-методологические основания, которые в последующем определили наименование и содержание блоков модели, составляющих ее основу. В качестве теоретико-методологических оснований мы выделили подходы, принципы и условия, необходимые для реализации технологии STEM-обучения в ведомственных вузах ФСИН России. Модель реализации технологии STEM-обучения строилась на основе компетентностного, транспрофессионального и синергетического подходов.

В качестве основы разрабатываемой нами модели был выбран компетентностный подход, так как образовательные программы ведомственных вузов ФСИН России разрабатываются на основе действующего закона об образовании в РФ, предусматривающего формирование у будущих специалистов определенного набора компетенций, необходимого для выполнения задач профессиональной деятельности[1]. Приобретаемые курсантами компетенции определяет цели профессионального образования. Кроме того, процесс формирования компетенций основывается на последовательности их формирования, а значит, определяет содержание и методы обучения.

Выбор транспрофессионального подхода обосновывается тем, что будущие специалисты УИС должны знать и соблюдать нормативно-правовую базу не только по профилю и направлению подготовки, а в целом регламентирующую деятельность УИС[2]. Следовательно, они должны обладать набором компетенций, предусмотренных разными направлениями подготовки. Как отмечает коллектив авторов (А.И. Фиалко, С.В. Тиунов, А.М. Сенан), наличие у будущих специалистов компетенций, свойственных разным профессиям, дает будущим возможность быстрого адаптирования к изменяющимся условий трудовой деятельности (Фиалко, 2023). Таким образом, транспрофессиональный подход обуславливает отбор содержания обучения.

Адаптируясь к изменяющимся условиям профессиональной деятельности, обучаемые приобретают способности к решению нестандартных задач разнообразными и альтернативными способами. Умение решать нестандартные задачи способствует саморазвитию и самоорганизации обучаемых. Способности к саморазвитию и самоорганизации могут быть обеспечены при использовании синергетического подхода, который в свою очередь будет влиять на определение форм и методов обучения, направленных на достижение желаемого результата.

Выбранные педагогические подходы позволяют определить принципы, на которых будет основываться реализация модели технологии STEM-обучения.

Принцип последовательности. Данный принцип говорит о том, что каждая последующая компетенция будет формироваться на основе ранее полученных компетенций;

Принцип проектной формы обучения. Суть этого принципа заключается в том, что формирование у курсантов компетенций будет достигаться путем реализации различных проектов, имеющих прямую связь с деятельностью уголовно-исполнительной системой.

Принцип самостоятельности. Курсантам предоставляется возможность самостоятельного выбора методов и форм реализации заданных проектов;

Принцип междисциплинарности. Возможность реализации более сложных проектов, требующих знаний и умения дисциплин, преподаваемых по другим профилям подготовки. (Клещева, 2019).

Необходимо отметить, что успешной реализации технологии STEM-обучения в ведомственных вузах будут способствовать соответствующие педагогические условия.

Кадровый состав. Наличие в ведомственном вузе профессорско-преподавательского состава, имеющего большой практический опыт в сфере исполнения уголовных наказаний, хорошо понимающих междисциплинарное связи.

Учебно-материальные условия. Условия, предполагающие наличие в ведомственном вузе соответствующей учебно-материальной базы, необходимой для реализации проектной деятельности курсантов.

Мотивационные условия. Условия, заинтересовывающие курсантов в изучении преподаваемых дисциплин, формирующих профессиональные компетенции, необходимые для успешного выполнения задач, стоящих перед УИС.

Оценочные условия. Условия, включающие комплекс оценочных форм, дающих развернутое представление о сформированности у курсантов компетенций, а также позволяющих определить результативность выбранных методов обучения (Иванова, 2022).

Определив теоретико-методологические основания и педагогические условия, мы построили модель, состоящую из целевого, содержательно-технологического и оценочного блоков (рис. 1).

Целевой блок определил цели и задачи, направленные на реализацию технологии STEM-обучения в ведомственных вузах ФСИН России.

Цель – возможность формирования у курсантов всех видов компетенций на основе технологии STEM-обучения.

Задачи:

1. Развитие у курсантов самостоятельности;
2. Всестороннее развитие курсантов, дающее более четкое представление о деятельности уголовно-исполнительной системы.
3. Развитие у курсантов навыков критического мышления и абстракции;
4. Стимулирование научной и творческой деятельности курсантов.

Содержательный блок модели состоит из мотивационного, знаниевого и деятельностного компонентов. Мотивационный компонент побуждает курсантов к обучению. Знаниевый – определяет уровень приобретаемых курсантами знаний. Деятельностный – обеспечивает возможность формирования умений и навыков на основе полученных знаний.

Формирование каждого из компонентов обеспечивается при помощи STEM-элементов, содержание которых представлено нами в табл. 1.

Процессуально-технологический блок модели содержит этапы реализации технологии STEM-обучения, а также необходимые для этого формы и методы.

Процесс реализации технологии STEM-обучения в вузе осуществлялся поэтапно. Первый этап был направлен на формирование мотивационного компонента, в ходе которого курсанты знакомились с особенностями организации учебного процесса с использованием технологии STEM-обучения, а также приобретение поло­жительной мотивации к изучаемой дисциплине. В качестве методов использовались целеполагание и рефлексия.

Второй этап был направлен на установление внутридисциплинарных, междисциплинарных и метадисциплинарных связей и практическое применение в профессиональной деятельности. Кроме того, данный этап способствовал приобретению курсантами знаний и формированию на их основе умений и навыков, при помощи методов (проектирования, анализ производственных ситуаций, деловая игра) и элементов (наука, технология, инженерия, математика), лежащих в основе технологии STEM-обучения.

Третий этап позволил оценить уровень сформированности компетенций у курсантов, а также их способности осуществлять самооценку и стремление к самосовершенствованию. В качестве методов использовались авторский компетентностно-ориентированный тест и комплексная экзаменационная проверка.

Оценочный блок модели отвечает за определение уровней и показателей сформированности компетенций (табл. 2), а также оценку эффективности использования методов и форм обучения курсантов (Никитина Т.В., 2019), предусмотренных технологией STEM-обучения.

Предложенная нами модель предполагает создание в ведомственных вузах ФСИН России определенных условий, способствующих повышению уровня профессиональной подготовки, позволяющего готовить специалистов, удовлетворяющих требования заказчика образовательных услуг, т.е. ФСИН России.

Научные результаты и дискуссия (Research Results and Discussion). Констатирующий этап. Реализация технологии STEM-обучения осуществлялась на специальных дисциплинах, формирующих профессиональные навыки. Перед началом изучения данных дисциплин курсанты прошли тестирование, отвечая на вопросы, характеризующие основные виды деятельности по профилю подготовки, а также прошли анкетирование, цель которого заключалась в выявлении проблемных вопросов по организации образовательного процесса в вузе.

Оценивание курсантов по результатам тестирования осуществлялось по трем уровням: базовый, достаточный и продуктивный.

В результате оценивания мы установили, что в контрольной группе 42 курсанта (85,7%) имеют низкий уровень сформированности компетенций и 7 курсантов (14,3%) со средним уровнем. Курсантов с высоким уровнем сформированности компетенций не установлено. В экспериментальной группе выявлены следующие показатели: 43 курсанта (89,6%) имеют низкий уровень сформированности компетенций и 6 курсантов (10,4%) со средним уровнем. Как и в контрольной группе курсантов с высоким уровнем сформированности компетенций не установлено (табл. 3).

Статистическая обработка полученных данных показала, что χ²_эмпир равен  0,29 при уровне значимости 0,05 табличный показатель χ²_крит составляет 6,0. Таким образом, при условии χ²_эмпир< χ²_крит, статистических различий в выборках не выявлено.

Анализ анкетирования курсантов показал, что они не имеют представления о STEM-обучении. Получив ответы курсантов о качестве образовательного процесса, нами было установлено, что 12 курсантов (12,5%) удовлетворены организацией проведения занятий, 17 курсантов (17,7%) не удовлетворены организацией самостоятельных работ во внеурочной время, 33 курсантам (34,4%) недостаточно количество практических занятий и 34 курсанта (35,4%) не удовлетворены тем, что проведение практических занятий организовано под строгим контролем преподавателей, при этом выполнение заданий осуществляется по установленным алгоритмам.

При опросе преподавателей, ознакомив их с технологией STEM-обучения (Kim, 2019), мы выявили, что 1 преподаватель (12,5%) считает, что данная технология может быть использована в образовательном процессе ведомственных вузов ФСИН России, 3 преподавателя (37,5%) указали, что технологию STEM можно использовать только при изучение общеобразовательных дисциплин (Ryu, 2019) и 4 преподавателя (50%) сказали, что данная технология возможна для использования только в школьном и дошкольном образовании (Нгуен, 2020).

Формирующий этап. Для реализации разработанной нами технологии мы создали практические задания для курсантов, в содержании которых отражены принципы STEM-обучения, определенные нами ранее. Также следует отметить, что разработанные нами практические задания имеют структуру STEM-обучения, т.е. содержат все его элементы (наука, технология, инженерия, математика). Для успешного выполнения данных заданий курсантам необходимо ответить на вопросы, отражающие специфику каждого элемента.

Например, с научной точки зрения: Что это? Для чего это? Где это? Какая взаимосвязь прослеживается с другими областями/дисциплинами?  С точки зрения инженерии: Из чего состоит? Какие элементы входят? Какие элементы необходимы? С технологической точки зрения: Каким образом организованы процессы? Какая последовательность выполнения процессов? С точки зрения математики: Что изменится и что необходимо сделать, если..?

Отвечая на вышеуказанные вопросы, курсанты выстраивали своего рода алгоритм, при соблюдении которого было возможно более просто и понятно выполнить задания, даваемые преподавателем, вне зависимости от используемого им метода обучения.

Например, используя метод деловая игра, курсантам предстояло в роли сотрудников правоохранительных органов произвести осмотр места преступления, которое было сымитировано на учебно-рабочем месте «Криминалистическая лаборатория». Перед началом игры курсанты составляют план. Содержание плана отражает соотношение STEM-элементов с исходными данными практической задачи. С научной точки зрения – проводится анализ имеющихся обстоятельств, при этом преподаватель обращает внимание на междисциплинарные связи. С инженерной точки зрения – курсанты моделируют предполагаемый ход событий, повлекший совершение преступления и выбирают набор инструментов и материалов, необходимых для обследования места происшествия. С точки зрения технологии – распределяют роли и функциональные обязанности каждого участника игры и определяют последовательность действий каждого. С точки зрения математики – курсанты выявляют возможные риски и порядок действий в сложившейся обстановке, ищут пути решения возникающих проблем.

В качестве еще одного примера рассмотрим метод проектирования. Курсантам требовалось выполнить проект «Хронология». На учебном полигоне был смоделирован факт совершенного преступления. Курсантам было необходимо воссоздать картину преступления и составить экспертное заключение. Выполняя проект, курсанты действовали по алгоритму, отвечая на вопросы: 1. Что мы видим? Что мы знаем? (с научной точки зрения) 2. Какие предметы вокруг имеются? Как они расположены? Их количество? и т.д. (с инженерной точки зрения) 3. Как изменилось положение предметов? Что повлияло на видимые изменения? (с точки зрения технологии) 4. А что, если нас пытаются запутать? (с точки зрения математики). Ответив на поставленные вопросы, курсанты готовили экспертное заключение и защищали перед аудиторией.

Аналогичным образом осуществлялось выполнение заданий при использовании иных методов обучения.

Контрольный этап. По окончанию изучения курса специальных дисциплин, курсанты экспериментальных и контрольных групп вновь прошли тестирование, отвечая на те же вопросы, которые были на констатирующем этапе, а также прошли комплексную экзаменационную проверку, выполняя задания знаниевого и деятельностного компонентов. Кроме того, курсанты экспериментальной группы прошли анкетирование, отвечая на вопросы, связанные с технологией STEM-обучения.

Анализ анкетирования курсантов показал, что в целом результат применения STEM-обучении дает положительные эффекты. Так 40 курсантам (85,1,6%) технология STEM-обучения показалась простой и доступной, 31 курсант (65,9%) хотят продолжить обучение по другим дисциплинам, используя STEM-обучение, 12 курсантов (25,5%) нуждаются в помощи преподавателя при выполнении STEM-проектов, 7 курсантам (14,9%) технология STEM-обучения показалась сложной.

На контрольном этапе оценивание курсантов показало следующие результаты: в контрольной группе 11 курсантов (22,4%) имеют низкий уровень сформированности компетенций, 27 курсантов (55,2%) со средним уровнем и 11 курсантов (22,4%) имеют высокий уровень. В экспериментальной группе 5 курсантов (10,4%) имеют низкий уровень сформированности компетенций, 19 курсантов (39,6%) со средним уровнем и 24 курсанта (50%) с высоким уровнем сформированности компетенций (табл. 4).

Графически представим динамику сформированности компетенций у курсантов на констатирующем и контрольном этапах эксперимента на рис. 2.

Из выявленных показателей мы установили значительные отличия между контрольной и экспериментальной группами. Для подтверждения полученных результатов мы провели статистическую обработку полученных данных.  Математический анализ показала, что χ²_эмпир равен 8,46 при уровне значимости 0,05 табличный показатель χ²_крит составляет 6,0. Таким образом, при условии χ²_эмпир> χ²_крит, статистическиt различия в выборках существенно значимы.

Таким образом, мы подтвердили установленную гипотезу о том, что внедрение технологии STEM-обучения в образовательный процесс курсантов экспериментальной группы существенно влияет на уровень сформированности компетенций.

Экзаменационная проверка показала, что уровень знаниевого компонента курсантов экспериментальной группы отличается от курсантов контрольной группы. Так курсанты экспериментальной группы могут сопоставить знания изучаемой дисциплины с другими дисциплинами, характеризующими специфику профессиональной деятельности. Кроме того, курсанты экспериментальной группы предлагали несколько вариантов решения задач при отклонении установленных стандартов. Ответы курсантов контрольной группы имели ярко выраженный характер, который заключался в четкой трансляции полученной информации из соответствующий источников.

Проверка деятельностного компонента показала, что курсанты контрольной группы при выполнении практических заданий, как и при даче теоретических ответов, действовали согласно установленным правилам, определенным руководящими документами. Также при внесении изменений в условия задач, курсанты контрольной группы затруднялись с ответами, допуская существенные ошибки. Курсанты экспериментальной группы при выполнении практических заданий применяли творческий подход. В их ответах прослеживалась определенная структура STEM-элементов, что в свою очередь, было выражено в полноте раскрытия самого вопроса. Решая практические задачи, курсанты экспериментальной группы были способны к поиску соответствующих решений при возникновении нестандартных ситуации. Кроме того, при выполнении практических заданий курсанты экспериментальной группы могли установить взаимосвязь решаемого вопроса с деятельности сотрудников УИС, подготовка которых осуществляется по иному профилю подготовки.

Таким образом, анализ количественных и качественных показателей у курсантов экспериментальных и контрольных групп свидетельствует о том, что реализация технологии STEM-обучения в деятельность Пермского института ФСИН России способствует качественному формированию профессиональных компетенций.

В своем исследовании мы осуществляли внедрение технология STEM-обучения на специальных дисциплинах, характеризующих деятельность уголовно-исполнительной системы. В ходе реализации модели STEM-обучения, мы выработали определенную структуру практических заданий, при решении которых курсанты получают ответы на определенные вопросы, характеризующие элементы STEM-обучения.

Мы полагаем, что если использовать такую структуру практических заданий, то технологию STEM-обучения возможно использовать не только на специальных дисциплинах, но и на иных дисциплинах, изучаемых в ведомственных вузах ФСИН России.

Заключение (Conclusions). Проведенное нами исследование показало, что технология STEM-обучения в значительной степени отличается от традиционной формы обучения. В ходе изучения особенностей STEM-обучения мы установили, что основным отличительным признаком от традиционной формы обучения является то, что данная технология дает возможность обучаемым, решая практические задачи, построить понятные связи между изучаемыми дисциплинами. В ходе наблюдения за работой курсантов экспериментальных групп было установлено, что курсанты увлечены процессом обучения, так как в их ведении имеется больший круг инструментов, позволяющих осуществлять поиск необходимых решений практических упражнений. Обучаемые, выполняя определенные проекты, реализуют их не только при помощи полученных знаний, но и получают новые знания, при поиске возможных путей решения практических задач. Такой подход к обучению позволил развивать мотивацию курсантов не только к процессу обучения, но и к дальнейшей профессиональной деятельности.

Курсанты, обучаемые по технологии STEM-обучения, имеют более широкий кругозор в профессиональной деятельности за счет междисциплинарного взаимодействия. Также следует отметить, что внедрение STEM в образовательную деятельность любого уровня подготовки возможно, если образовательный процесс строить не на знаниях, содержащихся в элементах STEM, а таким образом, чтобы каждый элемент мог отразить свою специфику.

[1] Федеральный Закон от 29.12.2012 № 273-ФЗ «Об образовании в РФ». URL: https://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_140174/ (дата обращения: 10.11.2024).

[2] Федеральный закон от 19.07.2018 № 197-ФЗ «О службе в уголовно-исполнительной системе Российской Федерации и о внесении изменений в Закон Российской Федерации «Об учреждениях и органах, исполняющих уголовные наказания в виде лишения свободы»». URL: https://base.garant.ru/71992738/ (дата обращения: 10.11.2024).