image/svg+xmlO impacto das tecnologias de educação de tronco inovadoras na qualidade de aprendizagem do material educacional RPGE–Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 25, n. esp. 5, p. 3306-3321, dez. 2021. e-ISSN: 1519-9029 DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v25iesp.5.160183306O IMPACTO DAS TECNOLOGIAS DE EDUCAÇÃO DE TRONCO INOVADORAS NA QUALIDADE DE APRENDIZAGEM DO MATERIAL EDUCACIONAL EL IMPACTO DE LAS TECNOLOGÍAS DE EDUCACIÓN STEM INNOVADORAS EN LA CALIDAD DEL APRENDIZAJE DEL MATERIAL EDUCATIVO THE IMPACT OF INNOVATIVE STEM EDUCATION TECHNOLOGIES ON THE QUALITY OF LEARNING OF EDUCATIONAL MATERIAL Yulia Alexandrovna GRUNINA1Aksinia Avenirovna MALENKOVA2Sergey Kurbanovich GASANBEKOV3Elena Gennadievna MASLENNIKOVA4Nina Ivanovna SOLOVYANENKO5RESUMO: A peculiaridade da formação profissionalmente orientada de candidatos ao ensino superior com base em tecnologias STEM é a necessidade de levar em consideração as conexões interdisciplinares como manifestação de processos integrativos de penetração das disciplinas fundamentais (física), do conhecimento natural e matemático no ciclo das disciplinas da formação profissionalmente orientada dos alunos, proporcionada não apenas pelas competências físicas, matemáticas e técnicas básicas do século XXI, mas também por conhecimentos metodológicos fundamentais tendo em conta aspectos aplicados. Essas conexões desempenham um papel fundamental na melhoria da qualidade da formação profissionalmente orientada de futuros especialistas. O objetivo do artigo é determinar o impacto de tecnologias inovadoras de educação STEM na qualidade de aprendizagem do material educacional por meio de um experimento físico. O artigo comprova experimentalmente a eficácia do uso da abordagem STEM ao realizar o trabalho de laboratório para formar os conceitos físicos estudados em comparação com os métodos de ensino tradicionais. Foi demonstrado que o uso da abordagem STEM melhora o nível de assimilação dos conceitos em comparação com os métodos tradicionais de ensino. No caso do uso da abordagem STEM, o número de alunos com alto nível de assimilação de conceitos aumenta significativamente, enquanto o número de alunos com baixo nível diminui, o que prova a eficácia do uso da abordagem STEM para a formação de nível de conhecimento e habilidades. O artigo destaca as características da formação do componente STEM no ensino no ambiente educacional e científico inovador da universidade técnica, bem como as características da metodologia de ensino levando em consideração as tecnologias de aprendizagem STEM. 1Universidade da Amizade dos Povos da Rússia (Universidade RUDN), Moscou –Rússia. Professora Sênior. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3144-6211. E-mail: grunina-yua@rudn.ru 2Universidade da Amizade dos Povos da Rússia (Universidade RUDN), Moscou –Rússia. Professora Sênior. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7371-0404. E-mail: malenkova-aa@rudn.ru 3Universidade Politécnica de Moscou, Moscou –Rússia. Professor assistente. ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4209-2209. E-mail: gasanbekovserg@rambler.ru 4Universidade Estatal Russa de Turismo e Serviços, Cherkizovo, Região de Moscou – Rússia. Professora assistente. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3165-5574. E-mail: maslennikova.e.g@bk.ru 5Instituto de Estado e Direito da Academia Russa de Ciências, Moscou –Rússia. Pesquisadora Sênior. ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5551-3119. E-mail: nina.coshkina@yandex.ru
image/svg+xmlYulia Alexandrovna GRUNINA; Aksinia Avenirovna MALENKOVA; Sergey Kurbanovich GASANBEKOV; Elena Gennadievna MASLENNIKOVA e Nina Ivanovna SOLOVYANENKO RPGE–Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 25, n. esp. 5, p. 3306-3321, dez. 2021. e-ISSN: 1519-9029 DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v25iesp.5.160183307Concluiu-se que o uso da abordagem STEM melhora significativamente o nível de assimilação dos conceitos físicos em comparação com os métodos tradicionais de ensino. PALAVRAS-CHAVE: Aprendizagem STEM. Tecnologias STEM. Ambiente STEM. Abordagem STEM. Física. Trabalho de laboratório. Conceitos científicos. RESUMEN: La peculiaridad de la formación profesionalmente orientada de los aspirantes a la educación superior basada en tecnologías STEM es la necesidad de tener en cuenta las conexiones interdisciplinarias como manifestación de procesos integradores de penetración de disciplinas fundamentales (física), conocimientos naturales y matemáticos en el ciclo de asignaturas de la profesión. Formación orientada al alumnado, que se proporciona no solo por las competencias básicas físicas, matemáticas y técnicas del siglo XXI sino también por conocimientos metodológicos clave teniendo en cuenta aspectos aplicados. Estas conexiones desempeñan un papel fundamental en la mejora de la calidad de la formación profesional de los futuros especialistas. El propósito del artículo es determinar el impacto de las tecnologías innovadoras de la educación STEM en la calidad del aprendizaje del material educativo a través de un experimento físico. El artículo corrobora experimentalmente la efectividad de utilizar el enfoque STEM al realizar el trabajo de laboratorio para formar los conceptos físicos estudiados en comparación con los métodos de enseñanza tradicionales. Se ha demostrado que el uso del enfoque STEM mejora el nivel de asimilación de conceptos en comparación con los métodos de enseñanza tradicionales. En el caso de utilizar el enfoque STEM, el número de estudiantes con un alto nivel de asimilación de conceptos aumenta significativamente, mientras que el número de estudiantes con un nivel bajo disminuye, lo que demuestra la efectividad de usar el enfoque STEM para la formación de alto nivel. nivel de conocimientos y habilidades. El artículo destaca las características de la formación del componente STEM en la docencia en el entorno educativo y científico innovador de la universidad técnica, así como las características de la metodología de enseñanza teniendo en cuenta las tecnologías de aprendizaje STEM. Se ha concluido que el uso del enfoque STEM mejora significativamente el nivel de asimilación de conceptos físicos en comparación con los métodos de enseñanza tradicionales. PALABRAS CLAVE:Aprendizaje STEM. Tecnologías STEM. Entorno STEM. Enfoque STEM. Física. Trabajo de laboratorio. Conceptos científicos. ABSTRACT: The peculiarity of professionally oriented training of applicants for higher education based on STEM technologies is the need to take into account interdisciplinary connections as a manifestation of integrative processes of penetration of fundamental disciplines (physics), natural and mathematical knowledge into the cycle of subjects of professionally oriented training of students, which is provided not only by basic physical, mathematical and technical competencies of the 21st century but also by key methodological knowledge taking into account applied aspects. These connections play a leading role in improving the quality of professionally oriented training of future specialists. The purpose of the article is to determine the impact of innovative technologies of STEM education on the quality of learning of educational material through a physical experiment. The article experimentally substantiates the effectiveness of using the STEM approach when performing laboratory work to form the studied physical concepts in comparison with traditional teaching methods. It has been shown that the use of the STEM approach improves the level of assimilation of concepts in comparison with traditional teaching methods. In the case of using
image/svg+xmlO impacto das tecnologias de educação de tronco inovadoras na qualidade de aprendizagem do material educacional RPGE–Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 25, n. esp. 5, p. 3306-3321, dez. 2021. e-ISSN: 1519-9029 DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v25iesp.5.160183308the STEM approach, the number of students with a high level of assimilation of concepts increases significantly, while the number of students with a low level decreases, which proves the effectiveness of using the STEM approach for the formation of high-level knowledge and skills. The article highlights the features of the formation of the STEM component in teaching in the innovative educational and scientific environment of the technical university, as well as the features of the teaching methodology taking into account STEM-learning technologies. It has been concluded that the use of the STEM approach significantly improves the level of assimilation of physical concepts in comparison with traditional teaching methods. KEYWORDS:STEM-learning. STEM-technologies. STEM-environment. STEM-approach. Physics. Laboratory work. Scientific concepts. Introdução Atendendo às tendências das disciplinas de ensino nas últimas décadas (adequação do processo educativo às tendências modernas na esfera educativa, sobretudo devido às restrições associadas ao desenvolvimento da pandemia de COVID-19, introdução de tecnologias informáticas, móveis e remotas; envolvimento de novos equipamentos educacionais), a tarefa prioritária da educação não é tanto a assimilação de uma certa quantidade de conhecimentos, habilidades e aptidões, mas a formação de competências relacionadas à atividade profissional posterior. É o uso da educação STEM, de acordo com muitos estudos (por exemplo, (BLACKLEY; HOWELL, 2015; LOGACHEV et al., 2021; DALGARNO et al., 2009; VINICHENKO, et al., 2020), que expandirá as oportunidades de formação profissional eficaz e de alta qualidade de futuros especialistas, desenvolver a capacidade de pesquisa, trabalho analítico, experimentação e pensamento crítico. Uma questão urgente do desenvolvimento inovador da educação é o desenvolvimento e implementação de métodos de ensino modernos baseados nos princípios da educação STEM (HAN et al., 2015), que garantirão a formação de especialistas altamente qualificados na indústria técnica (KNEZEK; CHRISTENSEN; TYLER-WOOD, 2011). A eficácia da didática baseada em tecnologias de educação STEM prevê a adaptabilidade das formas e métodos de ensino em termos de sua estrutura, design e aplicação prática, bem como, em certa medida, a primeira etapa do design do processo educacional –a formulação de tarefas que precisam ser consideradas no processo de aprendizagem.
image/svg+xmlYulia Alexandrovna GRUNINA; Aksinia Avenirovna MALENKOVA; Sergey Kurbanovich GASANBEKOV; Elena Gennadievna MASLENNIKOVA e Nina Ivanovna SOLOVYANENKO RPGE–Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 25, n. esp. 5, p. 3306-3321, dez. 2021. e-ISSN: 1519-9029 DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v25iesp.5.160183309Revisão de literatura Segundo os pesquisadores, a educação STEM é uma série ou sequência de cursos ou programas de treinamento (BROWN et al., 2011) que preparam os candidatos para um emprego bem-sucedido, exigem habilidades diferentes e tecnicamente mais complexas (HERNANDEZ et al., 2014), em particular com o uso de conhecimentos matemáticos e conceitos científicos (BECKER; PARK, 2011). Com base na análise da literatura científica, a Tabela 1 apresenta os objetivos e métodos de educação STEM que devem ser levados em consideração no processo de preparação de candidatos ao ensino superior. Tabela 1 –Os principais objetivos e métodos de aprendizado STEM Objetivos e métodos Fonte Objetivos A alfabetização científica e técnica dos sujeitos da formação pressupõe uma compreensão científica básica dos fenômenos estudados, a sua utilização nas tecnologias quotidianas e a alfabetização digital. Esse objetivo é alcançado por meio de aprendizado integrado, conexões interdisciplinares baseadas nos princípios da educação STEM (LI, 2018; FREEMA; MARGINSON; TYTLER, 2015; MEYRICK, 2011) O potencial científico e técnico das disciplinas de formação visa melhorar as competências técnicas e prevê o domínio das competências de software e hardware informatizado nas várias formas do ambiente educacional e científico STEM (BASHAM; ISRAEL; MAYNARD, 2010; ENGLISH; KING, 2015; BREINER et al., 2012) A modelagem e o design no campo da educação STEM incluem o desenvolvimento de habilidades especiais STEM que são formadas no processo de aprendizagem (FREEMAN et al., 2014; MALTESE et al., 2015; ERDOGAN et al., 2016) Métodos Formação STEM integrada e interdisciplinar (envolvendo duas ou mais disciplinas) para fornecer uma educação holística no campo da ciência e um ambiente STEM educacional e científico focado em tecnologias STEM. Esta é uma combinação sinérgica de muitas disciplinas que representam uma nova base para ensinar e estudar disciplinas com ênfase em pesquisa científica e resolução de problemas (DECOITO, 2016; LI; SCHOENFELD, 2019; MOORE; SMITH, 2014). Identificação dos componentes da educação STEM no processo de resolução de problemas e realização de trabalhos práticos focados no aspecto aplicado da indústria (ERDURAN; OZDEM; PARK, 2015; SAMPURNO; SARI; WIJAYA, 2015; SPELT et al., 2009; TÜRK; KALAYC; YAMAK, 2018). Fonte: Elaborado pelos autores
image/svg+xmlO impacto das tecnologias de educação de tronco inovadoras na qualidade de aprendizagem do material educacional RPGE–Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 25, n. esp. 5, p. 3306-3321, dez. 2021. e-ISSN: 1519-9029 DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v25iesp.5.160183310A hipótese do estudo: o uso da abordagem STEM melhora significativamente o nível de assimilação dos conceitos estudados em comparação com os métodos tradicionais de ensino, promove o desenvolvimento da criatividade e habilidades artísticas dos alunos. Objetivos de pesquisa: - selecionar alunos dos grupos experimental e controle; - realizar formação experimental de alunos de grupos experimentais usando a abordagem STEM na realização de trabalhos laboratoriais em física; - realizar o processamento quantitativo e interpretação de dados experimentais; - formular conclusões e perspectivas para novas pesquisas. O artigo consiste em uma introdução, revisão de literatura, métodos, resultados, discussão e conclusão. Métodos Modelo de pesquisa Independentemente do método de cognição, que é a base do processo de ensino de física, um experimento físico educacional é seu elemento obrigatório e, ao mesmo tempo, um componente integrante da metodologia de ensino de física como disciplina científica que pode garantir a assimilação efetiva de conhecimento por disciplinas de formação no contexto da educação STEM. A importância dos experimentos físicos no processo educacional no contexto do desenvolvimento da educação STEM decorre do fato de que a atividade humana fundamental é prática. Especial atenção é dada ao trabalho de laboratório no sistema do experimento físico educacional, que fornece treinamento prático para os alunos no processo de estudo da física como ciência fundamental. O principal objetivo da realização de trabalhos de laboratório é familiarizar os alunos com o método experimental de estudo dos fenômenos físicos, formar uma compreensão dos princípios de medição de grandezas físicas, dominar os métodos e técnicas de medição, bem como os métodos de análise de erros. Nesse sentido, foi realizado um estudo experimental da influência do uso da abordagem STEM no ensino de alunos no processo de realização de trabalhos laboratoriais no curso de física por alunos do 1º e 2º anos. Os dispositivos dos laboratórios digitais Phywe foram usados para testar a hipótese e implementar a abordagem STEM no ensino dos alunos. Os principais módulos STEM da
image/svg+xmlYulia Alexandrovna GRUNINA; Aksinia Avenirovna MALENKOVA; Sergey Kurbanovich GASANBEKOV; Elena Gennadievna MASLENNIKOVA e Nina Ivanovna SOLOVYANENKO RPGE–Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 25, n. esp. 5, p. 3306-3321, dez. 2021. e-ISSN: 1519-9029 DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v25iesp.5.160183311empresa alemã "Phywe" incluem robótica, programação, elementos de mecânica e estática, programas matemáticos, produção. Recrutamos também quatro turmas de alunos que cursavam o primeiro e segundo anos do bacharelado, totalizando 151 pessoas. Alunos dos grupos experimentais do primeiro e segundo anos (GE1, 40 pessoas; EG2, 37 pessoas) estavam estudando conceitos físicos durante estudos laboratoriais desenvolvidos com base na abordagem STEM e tiveram a oportunidade de usar os dispositivos dos laboratórios digitais "Phywe", incluindo o conjunto de codificação Arduino Brick'R'knowledge, projetado para familiarizar os alunos com eletrônica digital e programação; um conjunto de robótica (TÜRK; KALAYC; YAMAK, 2018), com o qual é possível iniciar facilmente a programação e determinar os princípios básicos dos robôs; um conjunto de Eletrônica Básico, projetado para familiarizar os alunos com as variáveis e capacidades funcionais mais importantes dos circuitos eletrônicos. Os alunos das turmas de controle do primeiro e segundo anos (GC1, 39 pessoas; GC2, 35 pessoas) dominaram os fenômenos e conceitos estudados pelo método tradicional de ensino, baseado em conversa heurística e trabalho de laboratório frontal. Métodos empíricos Alunos dos grupos experimental e controle foram testados (experiência de verificação) para verificar o nível de assimilação dos fenômenos e conceitos estudados. O experimento formativo consistiu em verificar o nível de assimilação dos fenômenos e conceitos estudados após o trabalho de laboratório. A prova incluiu 10 questões fechadas refletindo tanto os principais fundamentos teóricos dos fenômenos e conceitos estudados como os seus aspectos práticos. Além disso, os resultados das realizações educacionais dos alunos no domínio de fenômenos e conceitos foram considerados de acordo com os critérios da formação de conceitos científicos. As características dos níveis de formação de conceitos científicos são determinadas pelos níveis correspondentes de atividades mentais e cognitivas: inicial (reprodutivo), médio (intelectual e lógico), alto (criativo). A estrutura geral de critérios para os níveis de formação de conceitos científicos entre os alunos, que se propõe a ser utilizada no curso de avaliação pedagógica, é apresentada na Tabela 2.
image/svg+xmlO impacto das tecnologias de educação de tronco inovadoras na qualidade de aprendizagem do material educacional RPGE–Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 25, n. esp. 5, p. 3306-3321, dez. 2021. e-ISSN: 1519-9029 DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v25iesp.5.160183312Tabela 2–Critérios para a formação de conceitos científicos Níveis de formação de conceitos científicos A principal característica dos critérios para os níveis de formação de conceitos científicos 1. Inicial A ideia inicial dos objetos do fenômeno, a posse de termos que denotam o conceito, a posse de signos individuais de conceitos 2. Médio Livre uso de terminologia para denotar conceitos, posse de objetos de conceitos, compreensão da essência dos fenômenos, leis, relações entre conceitos; operando com ações lógicas sequenciais para explicar a essência dos fenômenos 3. Alto A presença de pensamento criativo produtivo, a capacidade de prever eventos, fenômenos; fluência em conceitos e termos científicos básicos, a capacidade de aplicar o conhecimento para resolver problemas ideológicos, a capacidade de estabelecer independentemente relações de causa e efeito entre os principais conceitos científicos, a capacidade de fazer generalizações e conclusões ideológicas com base na posse de um sistema de conceitos científicos básicos Fonte: Elaborado pelos autores Processamento matemático dos resultados da pesquisa O coeficiente de assimilação de conhecimento k foi usado para o processamento matemático dos dados obtidos: k = (Σ I`a/ N Ia) 100% onde aé o número total de elementos de conhecimento a serem testados, Σ I 'aé a soma dos elementos de conhecimento aprendidos pelos alunos do grupo selecionado, Iaé o número de elementos do conhecimento aprendido que correspondem a um certo nível de formação e assimilação de fenômenos e conceitos científicos, N é o número total de alunos do grupo selecionado. Resultados Os resultados do nível de assimilação dos fenômenos e conceitos estudados nos grupos controle e experimental são apresentados na Fig. 1 e Tabela 3. Tabela 3 –Resultados comparativos do nível de assimilação dos fenômenos e conceitos estudados nos grupos controle e experimental Método de formação tradicional (GC1, GC2) Abordagem STEM GE1, GE2) Const. experimento Form. experimento Const. experimento Form. experimento 1º ano 35% 41% 37% 70% 2º ano 44% 51% 43% 68% Fonte: Elaborado pelos autores
image/svg+xmlYulia Alexandrovna GRUNINA; Aksinia Avenirovna MALENKOVA; Sergey Kurbanovich GASANBEKOV; Elena Gennadievna MASLENNIKOVA e Nina Ivanovna SOLOVYANENKO RPGE–Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 25, n. esp. 5, p. 3306-3321, dez. 2021. e-ISSN: 1519-9029 DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v25iesp.5.160183313Figura 1 –O nível de assimilação dos fenômenos e conceitos estudados nos grupos controle e experimental Fonte: Elaborado pelos autores De acordo com os resultados da experiência, o nível de formação dos fenômenos e conceitos estudados (experiência afirmativa) os alunos do 1º ano têm menos em comparação com os alunos do 2º ano. Os resultados do experimento formativo sugerem que o nível de assimilação dos fenômenos e conceitos estudados entre os alunos do 1º ano que tradicionalmente os dominavam aumentou em 6% e com a ajuda da abordagem STEM em 33%. Os indicadores correspondentes foram 7% (tecnologia tradicional) e 25% (abordagem STEM) entre os alunos do 2º ano. Assim, a eficiência de domínio de fenômenos e conceitos usando a abordagem STEM é maior para alunos de 1º-2º anos em comparação com a tecnologia tradicional. A avaliação da eficácia da abordagem STEM em comparação com os métodos tradicionais de ensino de acordo com os critérios de realizações educacionais é apresentada na Tabela 4. 1º ano 2º ano Método tradicional Abordagem STEM
image/svg+xmlO impacto das tecnologias de educação de tronco inovadoras na qualidade de aprendizagem do material educacional RPGE–Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 25, n. esp. 5, p. 3306-3321, dez. 2021. e-ISSN: 1519-9029 DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v25iesp.5.160183314Tabela 4–Avaliação baseada em critérios da assimilação pelos alunos dos fenômenos e conceitos estudados usando a abordagem STEM e métodos tradicionais de ensino Método de formação tradicional (GC1, GC2) Abordagem STEM (GE1, GE2) Const. experiment Form. experiment Const. experiment Form. experiment Nível quant., % Nível quant., % Nível quant., % Nível quant., % 1º ano baixo médio alto 26 70 4 baixo médio alto 16 66 18 baixo médio alto 20 71 9 baixo médio alto 10 58 32 2º ano baixo médio alto 24 68 8 baixo médio alto 12 68 20 baixo médio alto 21 69 10 baixo médio alto 9 49 42 Fonte: Elaborado pelos autores De acordo com os resultados do estudo, o uso de métodos tradicionais provoca uma diminuição do número de alunos com baixo nível de conhecimento em cerca de 10-12% em ambos os cursos, um aumento no número de alunos com alto nível de conhecimento em 12-14%, enquanto o número de alunos com um nível médio de conhecimento permanece quase inalterado. A utilização da abordagem STEM aumenta significativamente o número de alunos com alto nível de conhecimento, respectivamente, em 23% entre os alunos do 1º ano e em 32% entre os alunos do 2º ano; o número de alunos com baixo nível de conhecimento diminui, mas dentro de 10%, o que também foi registrado durante o uso de métodos tradicionais. Paralelamente, verifica-se uma diminuição do número de alunos com nível médio de conhecimento, respetivamente de 13% para os alunos do 1º ano e de 20% para os alunos do 2º ano, mas estas alterações podem ser explicadas por um aumento significativo o número de alunos com alto nível de conhecimento. Discussão Os resultados do estudo mostraram que para que os alunos assimilem os fenômenos e conceitos estudados, formem ideias convincentes em física, é necessário criar e trabalhar uma metodologia adequada para o ensino de física e disciplinas profissionalmente orientadas baseadas em tecnologias STEM, o que melhoraria o nível de conhecimento e habilidades, bem como estimularia os alunos à pesquisa cognitiva ativa e ao trabalho independente durante o estudo da física nas condições de desenvolvimento da aprendizagem STEM. A transição para o ensino STEM exige o aprimoramento dos métodos de ensino de física, que prevê o seguinte: o uso de novos métodos, técnicas, ferramentas de ensino que
image/svg+xmlYulia Alexandrovna GRUNINA; Aksinia Avenirovna MALENKOVA; Sergey Kurbanovich GASANBEKOV; Elena Gennadievna MASLENNIKOVA e Nina Ivanovna SOLOVYANENKO RPGE–Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 25, n. esp. 5, p. 3306-3321, dez. 2021. e-ISSN: 1519-9029 DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v25iesp.5.160183315ajudem a resolver diversos problemas metodológicos das seções de física; a aplicação e introdução de conquistas científicas interessantes e importantes no processo educacional em física (WILLIAMS, 2011), bem como o fortalecimento daqueles aspectos que estimulam e ativam a atividade cognitiva independente dos alunos (MARGOT; KETTLER, 2019). A análise de trabalhos científicos sobre o problema do ensino de física no contexto do desenvolvimento da educação STEM permite identificar as seguintes características da formação do componente STEM no ensino de física e no ambiente educacional e científico inovador da universidade técnica: 1) foco na educação STEM, especialmente na formação orientada para a personalidade e na introdução generalizada de disciplinas acadêmicas integradas nas universidades técnicas. Essa direção prevê o fortalecimento da atividade cognitiva e de busca independente dos alunos e a criação de condições no ambiente educacional e de aprendizagem para o autodesenvolvimento e autorrealização de cada aluno (BROWN et al., 2011; INGLÊS, 2016); 2) alcançar uma proporção e combinação adequadas dos componentes humanitário e técnico-natural da universidade na educação STEM, a combinação ideal de seus componentes teóricos e práticos, que, respectivamente, diz respeito ao ensino de física (BECKER; PARK, 2011; FREEMAN; MARGINSON; TYTLER, 2015; BRANCO, 2014); 3) o rápido desenvolvimento e a ampla introdução de tecnologias digitais de aprendizagem que levam a educação física a um novo patamar superior, pois a introdução de TIC, modelagem 3D, kits robóticos, tecnologias de jogos ajudam os alunos a assimilar melhor os conhecimentos em física com a alocação de elementos de engenharia de educação STEM (FREEMAN et al., 2014; DECOITO, 2016); 4) os diferentes conteúdos do material didático em física em termos de volume e complexidade de sua apresentação, levando em conta a abordagem integrada, devem chamar a atenção de metodólogos e especialistas da ciência pedagógica para o fato de que o conhecimento em física é necessário para todos os alunos de instituições de ensino superior, levando em consideração o conceito de desenvolver a educação STEM e popularizar o componente técnico e de engenharia, independentemente de qual perfil e programa de física foram ensinados (ERDURAN; OZDEM; PARK, 2015; STOHLMANN; MOORE; ROEHRIG, 2012) . Ao mesmo tempo, confirmando a inadmissibilidade da complicação excessiva do material didático com conteúdo teórico e cálculos matemáticos, é impossível descartar igualmente todos os exemplos possíveis de estudo experimental de tal conteúdo, pois é a atividade de pesquisa cognitiva e pesquisa independente de o aluno que fundamenta a cognição
image/svg+xmlO impacto das tecnologias de educação de tronco inovadoras na qualidade de aprendizagem do material educacional RPGE–Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 25, n. esp. 5, p. 3306-3321, dez. 2021. e-ISSN: 1519-9029 DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v25iesp.5.160183316ativa, que realiza seu desejo de conhecer o ambiente e suas capacidades no campo técnico de formação. Junto com isso, na metodologia de ensino de física, levando em consideração as tecnologias de aprendizagem STEM, é necessário o seguinte: - não excluir a possibilidade de uso daqueles meios e equipamentos educacionais em física que se justificaram e foram testados pela prática educacional (KNEZEK; CHRISTENSEN; TYLER-WOOD, 2011); novas ferramentas de ensino devem complementar as já existentes e oportunizar a ampliação de suas funções seguindo o novo paradigma da educação, em que o aluno é considerado um sujeito ativo, o resultado final do processo educacional depende em grande parte de atividade educativa consciente (PETERS-BURTON et al., 2014); - proporcionar um aumento do nível de atividade de pesquisa cognitiva independente dos alunos em diferentes estágios da formação do conhecimento físico, que pode ser fornecido pelos conjuntos de equipamentos criados, onde todos os elementos e componentes são coordenados entre si, atendem aos requisitos ergonômicos, permitem obter bons resultados e atingir um nível adequado de educação física (HERNANDEZ et al.,2014; TÜRK; KALAYC; YAMAK, 2018); - proporcionar aos alunos a oportunidade de formar a capacidade de utilização de meios modernos de equipamentos digitais, TIC e informática, orientando-os para uma maior utilização das ferramentas de informação tanto nas atividades educativas como na futura esfera profissional (LI, 2018; BASHAM; ISRAEL; MAYNARD, 2010); - centrar-se no desenvolvimento de ferramentas de ensino de física multifuncionais, que devem visar a implementação de relações intradisciplinares e interdisciplinares e a integração dos conteúdos das disciplinas do ciclo de ciências naturais no contexto do desenvolvimento da educação STEM (MALTESE et al., 2015; WANG et al., 2011); - o conjunto educacional de ferramentas de ensino criado e seu suporte metodológico devem formar um ambiente educacional STEM eficaz em que tanto a atividade do professor quanto o trabalho do aluno no processo de estudar física sejam igualmente eficazes (ERDOGAN et al., 2016; DECOITO, 2016); - levando em conta as peculiaridades da organização do trabalho independente e as especificidades da realização de pesquisas físicas, os conjuntos de equipamentos em física devem ser projetados para o trabalho independente dos alunos, formar a capacidade de ajustar os parâmetros físicos, antecipar o resultado esperado, experimentar de forma independente,
image/svg+xmlYulia Alexandrovna GRUNINA; Aksinia Avenirovna MALENKOVA; Sergey Kurbanovich GASANBEKOV; Elena Gennadievna MASLENNIKOVA e Nina Ivanovna SOLOVYANENKO RPGE–Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 25, n. esp. 5, p. 3306-3321, dez. 2021. e-ISSN: 1519-9029 DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v25iesp.5.160183317realizar várias medições e cálculos, avaliar fenômenos físicos, bem como generalizar os resultados obtidos (LI; SCHOENFELD, 2019; SHEFFIELDA et al., 2018); - o sistema de experimentos físicos educacionais em combinação com os meios de experimentação em física devem ser orientados para uma base tecnológica moderna, atender aos modernos requisitos psicológicos e pedagógicos, sanitários e ergonômicos (MOORE; SMITH, 2014). Com isso, deve-se supor que esses requisitos não são inalterados, estão sendo aprimorados e estão em constante desenvolvimento como uma indústria separada. Conclusão A introdução do sistema de formação STEM nas universidades técnicas contribuirá para a modernização do sistema de formação psicológica, pedagógica, metodológica e prática dos futuros candidatos ao ensino superior sobre os princípios da educação STEM; o estabelecimento da produção de equipamentos STEM educacionais e meios didáticos de STEM para o ensino de física; a aplicação da abordagem STEM ao processo educacional, que envolve o desenvolvimento pessoal visando a entrada ativa e construtiva em processos inovadores modernos e a obtenção de um alto nível de autorrealização no estudo das disciplinas físicas e técnicas. Está provado experimentalmente que o uso da abordagem STEM melhora significativamente o nível de assimilação de conceitos físicos em comparação com os métodos tradicionais de ensino. Maior eficiência foi demonstrada ao usar a abordagem STEM para alunos do 2º ano em comparação com os alunos do 1º ano. Ao usar a abordagem STEM, o número de alunos com alto nível de domínio de conceitos aumenta significativamente, enquanto o número de alunos com baixo nível diminui, o que comprova a eficácia do uso da abordagem STEM para a formação de conhecimentos e habilidades de alto nível. Os resultados obtidos indicam que o uso da abordagem STEM contribui para o desenvolvimento da criatividade e das habilidades criativas dos alunos. Vemos a perspectiva de mais pesquisas para estabelecer exatamente como o uso da abordagem STEM contribui para o desenvolvimento da criatividade e das habilidades criativas dos alunos. AGRADECIMENTOS: Este documento foi apoiado pelo Programa de Liderança Estratégica da Universidade RUDN.
image/svg+xmlO impacto das tecnologias de educação de tronco inovadoras na qualidade de aprendizagem do material educacional RPGE–Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 25, n. esp. 5, p. 3306-3321, dez. 2021. e-ISSN: 1519-9029 DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v25iesp.5.160183318REFERENCES BASHAM, J. D.; ISRAEL, M.; MAYNARD, K. An ecological model of STEM education: Operationalizing STEM for all. Journal of Special Education Technology, v. 25, n. 3, p. 9-19, 2010. BECKER, K.; PARK, K. Effects of integrative approaches among science, technology, engineering, and mathematics (STEM) subjects on students' learning: A preliminary meta-analysis. Journal of STEM Education: Innovations and Research, v. 12, n. 5/6, p. 23-37, 2011. BLACKLEY, S.; HOWELL, J. A STEM narrative: 15 years in the making. Australian Journal of Teacher Education, v. 40, n. 7, p. 102–112, 2015. BREINER, J. M. et al. What is STEM? A discussion about conceptions of STEM in education and partnerships. School Science and Mathematics, v. 112, n. 1, p. 3-11. 2012. BROWN, R. et al. Understanding STEM: Current perceptions. Technology and Engineering Teacher, v. 70, n. 6, p. 5-9, 2011. DALGARNO, B. et al. Effectiveness of a Virtual Laboratory as a preparatory resource for Distance Education chemistry students. Computers & Education, v. 53, p. 853-865. 2009. DOI: 10.1016/j.compedu.2009.05.005. DECOITO, I. STEM education in Canada: A knowledge synthesis. Canadian Journal of Science, Mathematics and Technology Education, v. 16, n. 2, p. 114-128, 2016. ENGLISH, L. D. STEM education K-12: Perspectives on integration. International Journal of STEM Education, v. 3, n. 3, 2016. DOI: 10.1186/s4059%204-016-0036-1 ENGLISH, L. D.; KING, D. T. STEM learning through engineering design: fourth-grade students’ investigations in aerospace. International Journal of STEM Education, v. 2, n. 14, 2015. DOI: 10.1186/s40594-015-0027-7 ERDOGAN, N. et al. Viewing how STEM projects-based learning influences students’ science achievement through the implementation lens: A latent growth modeling. Eurasia Journal of Mathematics, Science and Technology Education, v. 12, n. 8, p. 2139-2154, 2016. ERDURAN, S.; OZDEM, Y.; PARK, J.-Y. Research trends on argumentation in science education: A journal content analysis from 1998-2014. International Journal of STEM Education, v. 2, n. 5, 2015. DOI: 10.1186/s40594-015-0020-1 FREEMAN, B.; MARGINSON, S.; TYTLER, R. (Ed). Widening and deepening the STEM effect. In: The age of STEM. Oxon: Routledge, 2015. p. 23-43. FREEMAN, S. et al. Active learning increases student performance in science, engineering, and mathematics. Proceedings of the National Academy of Sciences, v. 111, n. 23, p. 8410-8415, 2015.
image/svg+xmlYulia Alexandrovna GRUNINA; Aksinia Avenirovna MALENKOVA; Sergey Kurbanovich GASANBEKOV; Elena Gennadievna MASLENNIKOVA e Nina Ivanovna SOLOVYANENKO RPGE–Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 25, n. esp. 5, p. 3306-3321, dez. 2021. e-ISSN: 1519-9029 DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v25iesp.5.160183319HAN, S. et al. In-service teachers' implementation and understanding of STEM project-based learning. Eurasia Journal of Mathematics, Science and Technology Education, v. 11, n. 1, p. 63-76, 2015. HERNANDEZ, P. R. et al. Connecting the STEM dots: Measuring the effect of an integrated engineering design intervention. International Journal of Technology and Design Education, v. 24, n. 1, p. 107-120, 2014. KNEZEK, G.; CHRISTENSEN, R.; TYLER-WOOD, T. Contrasting perceptions of STEM content and careers. Contemporary Issues in Technology and Teacher Education, v. 11, n. 1, p. 92-117, 2011. LI, Y. Journal for STEM education research - promoting the development of interdisciplinary research in STEM education. Journal for STEM Education Research, v. 1, n. 1-2, p. 1-6, 2018. LI, Y.; SCHOENFELD, A. H. Problematizing teaching and learning mathematics as 'given' in STEM education. International Journal of STEM Education, v. 6, n. 44, 2019. DOI: 10.1186/s40594-019-0197-9 LOGACHEV, M. S. et al. Information System for Monitoring and Managing the Quality of Educational Programs. Journal of Open Innovation: Technology, Market, and Complexity, v. 7, n. 1, p. 93, 2021. DOI: 10.3390/joitmc7010093 MALTESE, A. V. et al. STEM and STEM education in the United States. In: FREEMAN, B.; MARGINSON, S.; TYTLER, R. (eds.). The age of STEM. Oxon: Routledge, 2015. p. 102-133. MARGOT, K. C.; KETTLER, T. Teachers' perception of STEM integration and education: A systematic literature review. International Journal of STEM Education, v. 6, n. 2, 2019. DOI: 10.1186/s40594-018-0151-2 MEYRICK, K. M. How STEM education improves student learning. Meridian K-12. School Computer Technologies Journal, v. 14, n. 1, p. 1-6, 2011. MOORE, T. J.; SMITH, K. A. Advancing the state of the art of STEM integration. Journal of STEM Education, v. 15, n. 1, p. 5–10, 2014. PETERS-BURTON, E. et al. Inclusive STEM high school design: 10 critical components. Theory Into Practice, v. 53, n. 1, p. 67-71, 2014. SAMPURNO, P. J.; SARI, Y. A.; WIJAYA, A. D. Integrating STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) and Disaster (STEM-D) education for building students’ disaster literacy. International Journal of Learning and Teaching, v. 1, n. 1, p. 73–76, 2015. SHEFFIELDA, R. et al. Transnational Examination of STEM Education. International Journal of Innovation in Science and Mathematics Education, v. 26, n. 8, p. 67-80, 2018. SPELT, E. J. H. et al. Teaching and learning in interdisciplinary higher education: A systematic review. Educational Psychology Review, v. 21, p. 365- 378, 2009.
image/svg+xmlO impacto das tecnologias de educação de tronco inovadoras na qualidade de aprendizagem do material educacional RPGE–Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 25, n. esp. 5, p. 3306-3321, dez. 2021. e-ISSN: 1519-9029 DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v25iesp.5.160183320STOHLMANN, M.; MOORE, T.; ROEHRIG, G. Considerations for teaching integrated STEM education. Journal of Pre-College Engineering Education Research, v. 2, n. 1, p. 28-34, 2012. TÜRK, N.; KALAYC, N.; YAMAK, H. New Trends in Higher Education in the Globalizing World: STEM in Teacher Education. Universal Journal of Educational Research, v. 6, n. 6, p. 1286-1304, 2018. VINICHENKO, M. V. et al. The Effect of Digital Economy and Artificial Intelligence on The Participants of The School Educational Process. Propósitos y Representaciones, v. 8, n. SPE2, e694, 2020. DOI: 10.20511/pyr2020.v8nSPE2.694 WANG, H-H. et al. STEM integration: Teacher perceptions and practice. Journal of Pre-College Engineering Education Research, v. 1, n. 2, p. 1-13, 2011. WHITE, D. W. What is STEM education and why is it important? Florida Association of Teacher Educators Journal, v. 1, n. 14, p. 1-8, 2014. WILLIAMS, J. STEM education: Proceed with caution. Design and Technology Education, v. 16, n. 1, p. 26-35, 2011.
image/svg+xmlYulia Alexandrovna GRUNINA; Aksinia Avenirovna MALENKOVA; Sergey Kurbanovich GASANBEKOV; Elena Gennadievna MASLENNIKOVA e Nina Ivanovna SOLOVYANENKO RPGE–Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 25, n. esp. 5, p. 3306-3321, dez. 2021. e-ISSN: 1519-9029 DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v25iesp.5.160183321Como referenciar este artigoGRUNINA, Y. A.; MALENKOVA, A. A.; GASANBEKOV, S. K.; MASLENNIKOVA, E. G.; SOLOVYANENKO, N. I. O impacto das tecnologias de educação de tronco inovadoras na qualidade de aprendizagem do material educacional. Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 25, n. esp. 5, p. 3306-3321, dez. 2021. e-ISSN:1519-9029. DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v25iesp.5.16018 Submetido em: 13/03/2021 Revisões requeridas em: 23/07/2021 Aprovado em: 19/11/2021 Publicado em: 30/12/2021 Processamento e edição: Editoria Ibero-Americana de Educação. Revisão, formatação, padronização e tradução.
image/svg+xmlThe impact of innovative stem education technologies on the quality of learning of educational material RPGE–Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 25, n. esp. 5, p. 3300-3314, Dec. 2021. e-ISSN: 1519-9029 DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v25iesp.5.160183300THE IMPACT OF INNOVATIVE STEM EDUCATION TECHNOLOGIES ON THE QUALITY OF LEARNING OF EDUCATIONAL MATERIAL O IMPACTO DAS TECNOLOGIAS DE EDUCAÇÃO DE TRONCO INOVADORAS NA QUALIDADE DE APRENDIZAGEM DO MATERIAL EDUCACIONAL EL IMPACTO DE LAS TECNOLOGÍAS DE EDUCACIÓN STEM INNOVADORAS EN LA CALIDAD DEL APRENDIZAJE DEL MATERIAL EDUCATIVO Yulia Alexandrovna GRUNINA1Aksinia Avenirovna MALENKOVA2Sergey Kurbanovich GASANBEKOV3Elena Gennadievna MASLENNIKOVA4Nina Ivanovna SOLOVYANENKO5ABSTRACT: The peculiarity of professionally oriented training of applicants for higher education based on STEM technologies is the need to take into account interdisciplinary connections as a manifestation of integrative processes of penetration of fundamental disciplines (physics), natural and mathematical knowledge into the cycle of subjects of professionally oriented training of students, which is provided not only by basic physical, mathematical and technical competencies of the 21st century but also by key methodological knowledge taking into account applied aspects. These connections play a leading role in improving the quality of professionally oriented training of future specialists. The purpose of the article is to determine the impact of innovative technologies of STEM education on the quality of learning of educational material through a physical experiment. The article experimentally substantiates the effectiveness of using the STEM approach when performing laboratory work to form the studied physical concepts in comparison with traditional teaching methods. It has been shown that the use of the STEM approach improves the level of assimilation of concepts in comparison with traditional teaching methods. In the case of using the STEM approach, the number of students with a high level of assimilation of concepts increases significantly, while the number of students with a low level decreases, which proves the effectiveness of using the STEM approach for the formation of high-level knowledge and skills. The article highlights the features of the formation of the STEM component in teaching in the innovative educational and scientific environment of the technical university, as well as the features of the teaching methodology taking into account STEM-learning technologies. It has been concluded that the use of the STEM approach significantly improves the level of assimilation of physical concepts in comparison with traditional teaching methods. 1Peoples’ Frindship University of Russia (RUDN University), Moscow –Russia. Senior Lecturer. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3144-6211. E-mail: grunina-yua@rudn.ru 2Peoples’ FrindshipUniversity of Russia (RUDN University), Moscow –Russia. Senior Lecturer. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7371-0404. E-mail: malenkova-aa@rudn.ru 3Moscow Polytechnic University, Moscow –Russia. Assistant professor. ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4209-2209. E-mail: gasanbekovserg@rambler.ru 4Russian State University of Tourism and Service, Cherkizovo, Moscow region – Russia. Assistant professor. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3165-5574. E-mail: maslennikova.e.g@bk.ru 5Institute of State and Law of The Russian Academy of Sciences, Moscow –Russia. Senior Researcher. ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5551-3119. E-mail: nina.coshkina@yandex.ru
image/svg+xmlYulia Alexandrovna GRUNINA; Aksinia Avenirovna MALENKOVA; Sergey Kurbanovich GASANBEKOV; Elena Gennadievna MASLENNIKOVA and Nina Ivanovna SOLOVYANENKORPGE–Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 25, n. esp. 5, p. 3300-3314, Dec. 2021. e-ISSN: 1519-9029 DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v25iesp.5.160183301KEYWORDS: STEM-learning. STEM-technologies. STEM-environment. STEM-approach. Physics. Laboratory work. Scientific concepts. RESUMO: A peculiaridade da formação profissionalmente orientada de candidatos ao ensino superior com base em tecnologias STEM é a necessidade de levar em consideração as conexões interdisciplinares como manifestação de processos integrativos de penetração das disciplinas fundamentais (física), do conhecimento natural e matemático no ciclo das disciplinas da formação profissionalmente orientada dos alunos, proporcionada não apenas pelas competências físicas, matemáticas e técnicas básicas do século XXI, mas também por conhecimentos metodológicos fundamentais tendo em conta aspectos aplicados. Essas conexões desempenham um papel fundamental na melhoria da qualidade da formação profissionalmente orientada de futuros especialistas. O objetivo do artigo é determinar o impacto de tecnologias inovadoras de educação STEM na qualidade de aprendizagem do material educacional por meio de um experimento físico. O artigo comprova experimentalmente a eficácia do uso da abordagem STEM ao realizar o trabalho de laboratório para formar os conceitos físicos estudados em comparação com os métodos de ensino tradicionais. Foi demonstrado que o uso da abordagem STEM melhora o nível de assimilação dos conceitos em comparação com os métodos tradicionais de ensino. No caso do uso da abordagem STEM, o número de alunos com alto nível de assimilação de conceitos aumenta significativamente, enquanto o número de alunos com baixo nível diminui, o que prova a eficácia do uso da abordagem STEM para a formação de nível de conhecimento e habilidades. O artigo destaca as características da formação do componente STEM no ensino no ambiente educacional e científico inovador da universidade técnica, bem como as características da metodologia de ensino levando em consideração as tecnologias de aprendizagem STEM. Concluiu-se que o uso da abordagem STEM melhora significativamente o nível de assimilação dos conceitos físicos em comparação com os métodos tradicionais de ensino. PALAVRAS-CHAVE: Aprendizagem STEM. Tecnologias STEM. Ambiente STEM. Abordagem STEM. Física. Trabalho de laboratório. Conceitos científicos. RESUMEN: La peculiaridad de la formación profesionalmente orientada de los aspirantes a la educación superior basada en tecnologías STEM es la necesidad de tener en cuenta las conexiones interdisciplinarias como manifestación de procesos integradores de penetración de disciplinas fundamentales (física), conocimientos naturales y matemáticos en el ciclo de asignaturas de la profesión. Formación orientada al alumnado, que se proporciona no solo por las competencias básicas físicas, matemáticas y técnicas del siglo XXI sino también por conocimientos metodológicos clave teniendo en cuenta aspectos aplicados. Estas conexiones desempeñan un papel fundamental en la mejora de la calidad de la formación profesional de los futuros especialistas. El propósito del artículo es determinar el impacto de las tecnologías innovadoras de la educación STEM en la calidad del aprendizaje del material educativo a través de un experimento físico. El artículo corrobora experimentalmente la efectividad de utilizar el enfoque STEM al realizar el trabajo de laboratorio para formar los conceptos físicos estudiados en comparación con los métodos de enseñanza tradicionales. Se ha demostrado que el uso del enfoque STEM mejora el nivel de asimilación de conceptos en comparación con los métodos de enseñanza tradicionales. En el caso de utilizar el enfoque STEM, el número de estudiantes con un alto nivel de asimilación de conceptos aumenta significativamente, mientras que el número de estudiantes con un nivel bajo disminuye, lo que demuestra la efectividad de
image/svg+xmlThe impact of innovative stem education technologies on the quality of learning of educational material RPGE–Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 25, n. esp. 5, p. 3300-3314, Dec. 2021. e-ISSN: 1519-9029 DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v25iesp.5.160183302usar el enfoque STEM para la formación de alto nivel. nivel de conocimientos y habilidades. El artículo destaca las características de la formación del componente STEM en la docencia en el entorno educativo y científico innovador de la universidad técnica, así como las características de la metodología de enseñanza teniendo en cuenta las tecnologías de aprendizaje STEM. Se ha concluido que el uso del enfoque STEM mejora significativamente el nivel de asimilación de conceptos físicos en comparación con los métodos de enseñanza tradicionales. PALABRAS CLAVE:Aprendizaje STEM. Tecnologías STEM. Entorno STEM. Enfoque STEM. Física. Trabajo de laboratorio. Conceptos científicos. Introduction Given the trends of teaching disciplines in recent decades (compliance of the educational process with modern trends in the educational sphere, especially due to the restrictions associated with the development of the COVID-19 pandemic, the introduction of computer, mobile and remote technologies; active involvement of new educational equipment), the priority task of education is not so much the assimilation of a certain amount of knowledge, skills, and abilities, but the formation of competencies related to further professional activity. It is the use of STEM education, according to many studies (BLACKLEY; HOWELL, 2015; LOGACHEV et al., 2021; DALGARNO et al., 2009; VINICHENKO, et al., 2020), that will expand the opportunities for effective and high-quality professional training of future specialists, develop the ability to research, analytical work, experimentation, and critical thinking. An urgent issue of innovative development of education is the development and implementation of modern teaching methods based on the principles of STEM education (HAN et al.,2015), which will ensure the training of highly qualified specialists in the technical industry (KNEZEK; CHRISTENSEN; TYLER-WOOD, 2011). The effectiveness of didactics based on STEM education technologies provides for the adaptability of forms and methods of teaching in terms of their structure, design, and practical application, as well as to a certain extent the primary stage of designing the educational process –the formulation of tasks that need to be considered in the learning process.
image/svg+xmlYulia Alexandrovna GRUNINA; Aksinia Avenirovna MALENKOVA; Sergey Kurbanovich GASANBEKOV; Elena Gennadievna MASLENNIKOVA and Nina Ivanovna SOLOVYANENKORPGE–Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 25, n. esp. 5, p. 3300-3314, Dec. 2021. e-ISSN: 1519-9029 DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v25iesp.5.160183303Literature review According to researchers, STEM education is a series or sequence of courses or training programs (BROWN et al.,2011) that prepare applicants for successful employment, require different and more technically complex skills (HERNANDEZ et al.,2014), in particular with the use of mathematical knowledge and scientific concepts (BECKER; PARK, 2011). Based on the analysis of scientific literature, Table 1 presents the goals and methods of STEM education that should be considered in the process of preparing applicants for higher education. Table 1 –The main goals and methods of STEM learning Goals and methods Source Goals The scientific and technical literacy of the subjects of training assumes a basic scientific understanding of the studied phenomena, their use in everyday technologies, and digital literacy. This goal is achieved through integrated learning, interdisciplinary connections based on the principles of STEM education (LI, 2018; FREEMA; MARGINSON; TYTLER, 2015; MEYRICK, 2011) The scientific and technical potential of the subjects of training is aimed at improving technical competencies and provides for mastering the skills of computerized software and hardware in various forms of the educational and scientific STEM environment (BASHAM; ISRAEL; MAYNARD, 2010; ENGLISH; KING, 2015; BREINER et al., 2012) Modeling and design in the field of STEM education includes the development of special STEM skills that are formed in the learning process (FREEMAN et al., 2014; MALTESE et al., 2015; ERDOGAN et al., 2016) Methods Integrated, interdisciplinary STEM training (involving two or more disciplines) to provide a holistic education in the field of science and an educational and scientific STEM environment focused on STEM technologies. This is a synergistic combination of many disciplines that represent one new basis for teaching and studying disciplines with an emphasis on scientific research and problem solving (DECOITO, 2016; LI; SCHOENFELD, 2019; MOORE; SMITH, 2014). Identification of the components of STEM education in the process of solving problems and performing practical work focused on the applied aspect of the industry (ERDURAN; OZDEM; PARK, 2015; SAMPURNO; SARI; WIJAYA, 2015; SPELT et al., 2009; TÜRK; KALAYC; YAMAK, 2018). Source: Devised by the authors The hypothesis of the study: the use of the STEM approach significantly improves the level of assimilation of the studied concepts in comparison with traditional teaching methods, promotes the development of creativity and artistic skills of students.
image/svg+xmlThe impact of innovative stem education technologies on the quality of learning of educational material RPGE–Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 25, n. esp. 5, p. 3300-3314, Dec. 2021. e-ISSN: 1519-9029 DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v25iesp.5.160183304Research objectives: - to select students of the experimental and control groups; - to carry out experimental training of students of experimental groups using the STEM approach when conducting laboratory work in physics; - to conduct quantitative processing and interpretation of experimental data; - to formulate conclusions and prospects for further research. The article consists of an introduction, a literature review, methods, results, discussion, and conclusion. Methods Research model Regardless of the method of cognition, which is the basis of the process of teaching physics, an educational physical experiment is its mandatory element and at the same time an integral component of the methodology of teaching physics as a scientific discipline that can ensure effective assimilation of knowledge by subjects of training in the context of STEM education. The importance of physical experiments in the educational process in the context of the development of STEM education follows from the fact that fundamental human activity is practical. Special attention is paid to laboratory work in the system of the educational physical experiment, which provides practical training for students in the process of studying physics as fundamental science. The main purpose of performing laboratory work is to familiarize students with the experimental method of studying physical phenomena, to form an understanding of the principles of measuring physical quantities, to master the methods and techniques of measurement, as well as methods of error analysis. In this regard, an experimental study of the influence of the use of the STEM approach in teaching students was conducted in the process of performing laboratory work on the physics course by students of the 1st and 2nd years. The devices of the Phywe digital laboratories were used to test the hypothesis and implement the STEM approach in teaching students. The main STEM modules of the German "Phywe" company include robotics, programming, elements of mechanics and statics, mathematical programs, production. We also recruited four groups of students who studied at the first and second years of the bachelor's educational level, a total of 151 people. Students of the experimental groups of
image/svg+xmlYulia Alexandrovna GRUNINA; Aksinia Avenirovna MALENKOVA; Sergey Kurbanovich GASANBEKOV; Elena Gennadievna MASLENNIKOVA and Nina Ivanovna SOLOVYANENKORPGE–Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 25, n. esp. 5, p. 3300-3314, Dec. 2021. e-ISSN: 1519-9029 DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v25iesp.5.160183305the first and second years (EG1, 40 people; EG2, 37 people) were studying physical concepts during laboratory studies developed based on the STEM approach and had the opportunity to use the devices of the digital laboratories "Phywe", including the coding set Arduino Brick'R'knowledge, designed to familiarize students with digital electronics and programming; a set of robotics (TÜRK; KALAYC; YAMAK, 2018), with which it is possible to easily start programming and determine the basic principles of robots; a set of Electronics Basic, designed to familiarize students with the most important variables and functional capabilities of electronic circuits. Students of the control groups of the first and second years (CG1, 39 people; CG2, 35 people) mastered the studied phenomena and concepts by the traditional method of teaching, which was based on heuristic conversation and frontal laboratory work. Empirical methods Students of experimental and control groups were tested (an ascertaining experiment) to check the level of assimilation of the studied phenomena and concepts. The formative experiment consisted of checking the level of assimilation of the studied phenomena and concepts after laboratory work. The testing included 10 closed tests reflecting both the main theoretical foundations of the studied phenomena and concepts and their practical aspects. Also, the results of students' educational achievements in mastering phenomena and concepts were considered according to the criteria of the formation of scientific concepts. The characteristics of the levels of formation of scientific concepts are determined by the corresponding levels of mental and cognitive activities: initial (reproductive), medium (intellectual and logical), high (creative). The general structure of criteria for the levels of formation of scientific concepts among students, which is proposed to be used in the course of pedagogical assessment, is shown in Table 2. Table 2 –Criteria for the formation of scientific concepts Levels of formation of scientific concepts The main characteristic of the criteria for the levels of formation of scientific concepts 1. Initial The initial idea of the objects of the phenomenon, the possession of terms that denote the concept, the possession of individual signs of concepts 2. Average Free use of terminology to denote concepts, possession of objects of concepts, understanding of the essence of phenomena, laws, relationships between concepts; operating with logical sequential actions to explain the essence of phenomena
image/svg+xmlThe impact of innovative stem education technologies on the quality of learning of educational material RPGE–Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 25, n. esp. 5, p. 3300-3314, Dec. 2021. e-ISSN: 1519-9029 DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v25iesp.5.1601833063. High The presence of productive creative thinking, the ability to predict events, phenomena; fluency in basic scientific concepts and terms, the ability to apply knowledge to solve ideological problems, the ability to independently establish cause-and-effect relationships between the main scientific concepts, the ability to make generalizations and ideological conclusions based on the possession of a system of basic scientific concepts Souce: Devised by the authors Mathematical processing of research results The coefficient of knowledge assimilation k was used for mathematical processing of the obtained data: k = (Σ I`a/ N Ia) 100% where ais the total number of knowledge elements to be tested, Σ I 'ais the sum of the learned knowledge elements by students of the selected group, Iais the number of learned knowledge elements that correspond to a certain level of formation and assimilation of scientific phenomena and concepts, N is the total number of students of the selected group. Results The results of the level of assimilation of the studied phenomena and concepts in the control and experimental groups are presented in Fig. 1 and Table 3. Table 3 –Comparative results of the level of assimilation of the studied phenomena and concepts in the control and experimental groups Traditional training method (CG1, CG2) STEM approach (EG1, EG2) Const. experiment Form. experiment Const. experiment Form. experiment 1st year 35% 41% 37% 70% 2nd year 44% 51% 43% 68% Source: Devised by the authors
image/svg+xmlYulia Alexandrovna GRUNINA; Aksinia Avenirovna MALENKOVA; Sergey Kurbanovich GASANBEKOV; Elena Gennadievna MASLENNIKOVA and Nina Ivanovna SOLOVYANENKORPGE–Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 25, n. esp. 5, p. 3300-3314, Dec. 2021. e-ISSN: 1519-9029 DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v25iesp.5.160183307Figure 1 –The level of assimilation of the studied phenomena and concepts in the control and experimental groups Source: Devised by the authors Following the results of the experiment, the level of formation of the studied phenomena and concepts (stating experiment) the 1st-year students have less compared to the 2nd-year students. The results of the formative experiment suggest that the level of assimilation of the studied phenomena and concepts among 1st-year students who traditionally mastered them increased by 6% and with the help of the STEM approach by 33%. The corresponding indicators were 7% (traditional technology) and 25% (STEM approach) among the 2nd-year students. Thus, the efficiency of mastering phenomena and concepts using the STEM approach is higher for students of 1st-2ndyears compared to traditional technology. The evaluation of the effectiveness of the STEM approach in comparison with traditional teaching methods according to the criteria of educational achievements is presented in Table 4. The traditional methodThe STEM approach
image/svg+xmlThe impact of innovative stem education technologies on the quality of learning of educational material RPGE–Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 25, n. esp. 5, p. 3300-3314, Dec. 2021. e-ISSN: 1519-9029 DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v25iesp.5.160183308Table 4 –Criteria-based assessment of students' assimilation of the studied phenomena and concepts using the STEM approach and traditional teaching methods Traditional training method (CG1, CG2) STEM approach (EG1, EG2) Const. experiment Form. experiment Const. experiment Form. experiment Level qty, % Level qty, % Level qty, % Level qty, % 1st year low average high 26 70 4 low average high 16 66 18 low average high 20 71 9 low average high 10 58 32 2nd year low average high 24 68 8 low average high 12 68 20 low average high 21 69 10 low average high 9 49 42 Source: Devised by the authors According to the results of the study, the use of traditional methods causes a decrease in the number of students with a low level of knowledge by about 10-12% in both courses, an increase in the number of students with a high level of knowledge by 12-14%, while the number of students with an average level of knowledge remains almost unchanged. The use of the STEM approach significantly increases the number of students with a high level of knowledge, respectively, by 23% among 1st-year students and by 32% among 2nd-year students; the number of students with a low level of knowledge decreases, but within 10%, which was also recorded during the use of traditional methods. At the same time, there is a decrease in the number of students with an average level of knowledge, respectively by 13% for 1st-year students and 20% for 2nd-year students, but these changes can be explained by a significant increase in the number of students with a high level of knowledge. Discussion The results of the study showed that in order for students to assimilate the studied phenomena and concepts, to form convincing ideas in physics, it is necessary to create and work out an appropriate methodology for teaching physics and professionally-oriented disciplines based on STEM technologies, which would improve the level of knowledge and skills, as well as stimulate students to active cognitive-search and independent work during the study of physics in the conditions of STEM-learning development. The transition to STEM education requires improving the methods of teaching physics, which provides for the following: the use of new methods, techniques, teaching tools that would help solve several methodological problems from the sections of physics; the application and introduction of interesting and important scientific achievements in the educational process in
image/svg+xmlYulia Alexandrovna GRUNINA; Aksinia Avenirovna MALENKOVA; Sergey Kurbanovich GASANBEKOV; Elena Gennadievna MASLENNIKOVA and Nina Ivanovna SOLOVYANENKORPGE–Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 25, n. esp. 5, p. 3300-3314, Dec. 2021. e-ISSN: 1519-9029 DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v25iesp.5.160183309physics (WILLIAMS, 2011), as well as strengthening those aspects that stimulate and activate the independent cognitive activity of students (MARGOT; KETTLER, 2019). The analysis of scientific works on the problem of teaching physics in the context of the development of STEM education allows identifying the following features of the formation of the STEM component in the teaching of physics and in the innovative educational and scientific environment of the technical university: 1) focus on STEM education, especially on personality-oriented training and the widespread introduction of integrated academic disciplines in technical universities. This direction provides for strengthening the independent cognitive and search activity of students and creating conditions in the educational and learning environment for the self-development and self-realization of each student (BROWN et al.,2011; ENGLISH, 2016); 2) achieving an appropriate ratio and combination of the humanitarian and natural-technical components of the university in STEM education, the optimal combination of their theoretical and practical components, which, respectively, concerns teaching physics (BECKER; PARK, 2011; FREEMAN; MARGINSON; TYTLER, 2015; WHITE, 2014); 3) the rapid development and widespread introduction of digital learning technologies that bring physical education to a new higher level, because the introduction of ICT, 3D modeling, robotic kits, game technologies help students to better assimilate knowledge in physics with the allocation of engineering elements of STEM education (FREEMAN et al., 2014; DECOITO, 2016); 4) the different content of the educational material in physics in terms of the volume and complexity of its presentation, taking into account the integrated approach, should attract the attention of methodologists and specialists of pedagogical science to the fact that knowledge in physics is necessary for all students of higher education institutions, taking into account the concept of developing STEM education and popularizing the technical and engineering component, regardless of which profile and program physics were taught (ERDURAN; OZDEM; PARK, 2015; STOHLMANN; MOORE; ROEHRIG, 2012). At the same time, confirming the inadmissibility of excessive complication of the educational material with theoretical content and mathematical calculations, it is impossible to similarly discard all possible examples of experimental study of such content, because it is the independent cognitive-search and research activity of the student that underlies active cognition, which realizes his/her desire to know the environment and his/her capabilities in the technical field of training.
image/svg+xmlThe impact of innovative stem education technologies on the quality of learning of educational material RPGE–Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 25, n. esp. 5, p. 3300-3314, Dec. 2021. e-ISSN: 1519-9029 DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v25iesp.5.160183310Along with this, in the methodology of teaching physics, considering STEM-learning technologies, the following is necessary: - not to exclude the possibility of using those means and educational equipment in physics that have justified themselves and have been tested by educational practice (KNEZEK; CHRISTENSEN; TYLER-WOOD, 2011); new teaching tools should complement the existing ones and provide opportunities to expand their functions following the new paradigm of education, in which the student is considered as an active subject, the final result of the educational process largely depends on the conscious educational activity (PETERS-BURTON et al., 2014); - to provide for an increase in the level of independent cognitive-search activity of students at different stages of the formation of physical knowledge, which can be provided by the created sets of equipment, where all the elements and components are coordinated with each other, meet ergonomic requirements, allow getting good results and achieving an appropriate level of physical education (HERNANDEZ et al.,2014; TÜRK; KALAYC; YAMAK, 2018); - to provide an opportunity to form students' ability to use modern means of digital equipment, ICT and computer technology, orienting them to further use of information tools both in educational activities and in the future professional sphere (LI, 2018; BASHAM; ISRAEL; MAYNARD, 2010); - to focus on the development of multifunctional physics teaching tools, which should be aimed at the implementation of intrasubject and intersubject relations and the integration of the content of the disciplines of the natural science cycle in the context of the development of STEM education (MALTESE et al., 2015; WANG et al., 2011); - the created educational set of teaching tools and its methodological support should form an effective educational STEM environment in which both the teacher's activity and the student's work in the process of studying physics are equally effective (ERDOGAN et al., 2016; DECOITO, 2016); - taking into account the peculiarities of the organization of independent work and the specifics of performing physical research, sets of equipment in physics should be designed for independent work of students, form the ability to adjust physical parameters, anticipate the expected result, independently experiment, perform various measurements and calculations, evaluate physical phenomena, as well as generalize the results obtained (LI; SCHOENFELD, 2019; SHEFFIELDA et al., 2018); - the system of educational physical experiments in combination with the means of experimentation in physics should be oriented to a modern technological base, meet modern
image/svg+xmlYulia Alexandrovna GRUNINA; Aksinia Avenirovna MALENKOVA; Sergey Kurbanovich GASANBEKOV; Elena Gennadievna MASLENNIKOVA and Nina Ivanovna SOLOVYANENKORPGE–Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 25, n. esp. 5, p. 3300-3314, Dec. 2021. e-ISSN: 1519-9029 DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v25iesp.5.160183311psychological and pedagogical, sanitary, and ergonomic requirements (MOORE; SMITH, 2014). Therewith, it should be assumed that these requirements are not unchanged, they are being improved, and they are in constant development as a separate industry. Conclusion The introduction of the STEM training system in technical universities will contribute to the modernization of the system of psychological, pedagogical, methodological, practical training of future applicants for higher education on the principles of STEM education; the establishment of the production of educational STEM equipment and didactic means of STEM teaching physics; the application of the STEM approach to the educational process, which involves personal development aimed at active and constructive entry into modern innovative processes and achieving a high level of self-realization in the study of physical and technical disciplines. It is experimentally proved that the use of the STEM approach significantly improves the level of assimilation of physical concepts in comparison with traditional teaching methods. Greater efficiency was demonstrated when using the STEM approach for 2nd-year students compared to 1st-year students. When using the STEM approach, the number of students with a high level of mastering concepts increases significantly, while the number of students with a low level decreases, which proves the effectiveness of using the STEM approach for the formation of high-level knowledge and skills. The results obtained indicate that the use of the STEM approach contributes to the development of creativity and creative abilities of students. We see the prospect of further research in establishing exactly how the use of the STEM approach contributes to the development of creativity and creative abilities of students. ACKNOWLEDGEMENTS: This paper has been supported by the RUDN University Strategic Leadership Program. REFERENCES BASHAM, J. D.; ISRAEL, M.; MAYNARD, K. An ecological model of STEM education: Operationalizing STEM for all. Journal of Special Education Technology, v. 25, n. 3, p. 9-19, 2010. BECKER, K.; PARK, K. Effects of integrative approaches among science, technology, engineering, and mathematics (STEM) subjects on students' learning: A preliminary meta-
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image/svg+xmlYulia Alexandrovna GRUNINA; Aksinia Avenirovna MALENKOVA; Sergey Kurbanovich GASANBEKOV; Elena Gennadievna MASLENNIKOVA and Nina Ivanovna SOLOVYANENKORPGE–Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 25, n. esp. 5, p. 3300-3314, Dec. 2021. e-ISSN: 1519-9029 DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v25iesp.5.160183313KNEZEK, G.; CHRISTENSEN, R.; TYLER-WOOD, T. Contrasting perceptions of STEM content and careers. Contemporary Issues in Technology and Teacher Education, v. 11, n. 1, p. 92-117, 2011. LI, Y. Journal for STEM education research - promoting the development of interdisciplinary research in STEM education. Journal for STEM Education Research, v. 1, n. 1-2, p. 1-6, 2018. LI, Y.; SCHOENFELD, A. H. Problematizing teaching and learning mathematics as 'given' in STEM education. International Journal of STEM Education, v. 6, n. 44, 2019. DOI: 10.1186/s40594-019-0197-9 LOGACHEV, M. S. et al. Information System for Monitoring and Managing the Quality of Educational Programs. Journal of Open Innovation: Technology, Market, and Complexity, v. 7, n. 1, p. 93, 2021. DOI: 10.3390/joitmc7010093 MALTESE, A. V. et al. STEM and STEM education in the United States. In: FREEMAN, B.; MARGINSON, S.; TYTLER, R. (eds.). The age of STEM. Oxon: Routledge, 2015. p. 102-133. MARGOT, K. C.; KETTLER, T. Teachers' perception of STEM integration and education: A systematic literature review. International Journal of STEM Education, v. 6, n. 2, 2019. DOI: 10.1186/s40594-018-0151-2 MEYRICK, K. M. How STEM education improves student learning. Meridian K-12. School Computer Technologies Journal, v. 14, n. 1, p. 1-6, 2011. MOORE, T. J.; SMITH, K. A. Advancing the state of the art of STEM integration. Journal of STEM Education, v. 15, n. 1, p. 5–10, 2014. PETERS-BURTON, E. et al. Inclusive STEM high school design: 10 critical components. Theory Into Practice, v. 53, n. 1, p. 67-71, 2014. SAMPURNO, P. J.; SARI, Y. A.; WIJAYA, A. D. Integrating STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) and Disaster (STEM-D) education for building students’ disaster literacy. International Journal of Learning and Teaching, v. 1, n. 1, p. 73–76, 2015. SHEFFIELDA, R. et al. Transnational Examination of STEM Education. International Journal of Innovation in Science and Mathematics Education, v. 26, n. 8, p. 67-80, 2018. SPELT, E. J. H. et al. Teaching and learning in interdisciplinary higher education: A systematic review. Educational Psychology Review, v. 21, p. 365- 378, 2009. STOHLMANN, M.; MOORE, T.; ROEHRIG, G. Considerations for teaching integrated STEM education. Journal of Pre-College Engineering Education Research, v. 2, n. 1, p. 28-34, 2012. TÜRK, N.; KALAYC, N.; YAMAK, H. New Trends in Higher Education in the Globalizing World: STEM in Teacher Education. Universal Journal of Educational Research, v. 6, n. 6, p. 1286-1304, 2018.
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