Töömaailm vajab integreeritud STEM-haridusega spetsialiste

Teadus, tehnoloogia, inseneeria ja matemaatika, mida kokkuvõtvalt tähistatakse inglise keelest tuletatud tähtlühendiga STEM, on ettevõtjate silmis nüüdisajal koolihariduses hädavajalik põimitud õpe. Neid nelja valdkonda tundma õppimata on raske, kui mitte võimatu arendada majandust ja koolitada nii kutse- kui kõrgkoolides selleks arenguks vajalikke inimesi. Hannes Villo pakub ideid. Kaspar Kütt tutvustab Baltimaade ühisprojekti.

STEM-õppe tähtsus ja parimad praktikad maailmast

Hannes Villo, Festo Didaktika Baltikumi müügijuht:

Teadus, tehnoloogia, inseneeria ja matemaatika (Science, Technology, Engineering, Math – STEM) – need neli valdkonda on väga tugevalt seotud. Tänapäeva koolis õpitakse matemaatikat ja füüsikat ning võimalik et isegi mitmesuguseid tehnoloogiaid, kuid eraldiseisvate ainetena. Täielikult on tavaliselt puudu inseneeriaõpe. Need neli teemat on aga omavahel seotud ja mõjutavad üksteist lähedalt. Ilma üheta peatub paratamatult teiste areng. Veelgi olulisem on, et õpilased mõistaksid nende nelja valdkonna vastastikust seotust. Selle mõistmine motiveeriks neid hiljem individuaalseid valdkondi veel sügavamalt uurima.

STEM-haridus peab olema kõikehaarav ja kompleksne, keskenduma tegeliku elu probleemidele ja võimaldama õpilastel ise mõelda neile lahendused. Õpilased õpivad kõige paremini siis, kui julgustada neid oma teadmisi ümbritsevast maailmast ise otsima. Tänapäevane STEM-haridus peaks koosnema asjakohasest õppesisust, mis keskendub tehnoloogial ja insener-tehnikal põhineval õppimisel ning millesse on lisatud teaduse ja matemaatika osad. Projektipõhise lähenemisega peaksid õpilased lahendama või optimeerima tegeliku elu probleeme.

STEM-kriis

Kui jõuan töölt koju, ootab mind kaks uudishimulikku kolmeaastast silmapaari, kes kordamööda pärivad kõige kohta: „Issi, miks aknad on härmas, miks õues on pime?“ Kui teen kodus mingit tööd, siis: „Issi, miks puur pöörleb, miks …?“ Just uudishimu selle vastu, kuidas maailmas midagi töötab, peaksime suutma lastes säilitada. Kui soovime, et meil oleks ka tulevikus keerukate inseneriprobleemide lahendajaid, vajame just seda uudishimu. Tihtipeale see kahjuks kaob. Arvan, et üks lahendustest seda uudishimu säilitada oleks integreeriv STEM-haridus.

Tänapäeval võib tunduda, et paljud ettevõtted, valitsus- ja haridusasutused tähtsustavad STEM-haridust. Rakendatakse programme, et julgustada ja valmistada õpilasi ette loodus- ja täppisteaduste karjääriks. Kuid endiselt lõpetavad paljud õpilased keskkooli reaalainete ebapiisava ettevalmistusega. Teadus- ja matemaatikaharidus ei suuda õpilastes huvi tekitada ega ole seotud nende igapäevaste kogemustega.

Õpilastel on vaja kõikehõlmavat STEM-õppeprogrammi, mis võimaldab neil rakendada matemaatika ja teaduse alustõdesid, teostada projekte insenertehnilist protsessi rakendades. Õpilased peavad õppima STEM-teadusharudega seotud sisu tegevuse kaudu. Kui nad õpivad tegutsedes, siis omandavad nad teadmisi ja oskusi, mida on võimalik kasutada probleemide lahendamiseks. See aitab neil valmistuda tulevaseks haridusteeks ja karjääriks.

Üks kriitiline küsimus asjakohase STEM-õppeprogrammi rakendamisel on leida õpetajaid, kes oleksid ettevalmistatud STEM-sisu, -kontseptsioonide ja -oskuste õpetamiseks integreeritud meetodiga. Ennekõike käib see inseneeria ja tehnoloogiaga seotud sisu kohta, mis ei ole tavaliselt õpetajate ettevalmistuse osa. Et tehnikateadused edukalt õppeprogrammiga ühendada, tuleb õpetajaid sobivalt koolitada. Et rakendada loodusteadust, matemaatikat ja tehnoloogiat insenertehnilistes küsimustes, tuleb traditsioonilised meetodid, õpikeskkond ja õppekava ümber hinnata. Kättesaadavaks tuleb teha uudne õppesisu ja selles kasutatavad seadmed. Uudne õppesisu peab hõlmama tänapäevast eluliste probleemide lahendamisele keskenduvat integreerivat STEM-õppemetoodikat.

Integreeriv STEM-haridus ja selle kasutuselevõtmine

Mis täpselt on integreeriv haridus? Lihtsaima kontseptsiooni kohaselt on see seotud seoste loomisega teadusharude vahel. Nii, et õpilastele avaneb võimalus õppida matemaatikat ja füüsikat interaktiivses keskkonnas, kasutades päris tehnoloogiat ja insenertehnilisi lahendusi. Õpilased lahendavad elulisi probleeme ja õpivad lisaks suhtlus-, koostöö- ja aineoskustele ka seoseid nägema.

Sellise õppimisega tekitatakse neis huvi loodus- ja täppisteaduste vastu. Huvi korral on nende ainete edukas õppimine ja läbimine tõenäolisem. See võib muuta tehnikaerialade õppimise kutsekoolis ja kõrgkoolis kättesaadavamaks. Just seda meil vaja on!

Kasutusele tuleks võtta integreeriva STEM-hariduse õppesisu, mis annab õpilastele võimaluse uurida mitmesuguseid tehnoloogiaid, samal ajal rakendades matemaatika ja füüsika teooriat ja alustõdesid.

Kindlasti ei ole kõik õpetajad tuttavad insenertehnilise protsessi või tehnoloogiate alustõdedega, mida õpilased peavad tegeliku elu probleemide lahendamiseks rakendama. Siin tuleb kaaluda õpetajatele mõeldud koolitusi. Need peaksid olema suunatud eriti inseneeria ja tehnoloogiaga seotud sisu ja pedagoogikateadmiste suurendamiseks, et tagada edukas seostatud õppimiskogemus nii õpetaja kui õpilase jaoks.

Integreeriva STEM-hariduse rakendamisel ei pea leiutama jalgratast. Maailmas leidub küll STEM-õppe lahendusi, mille puhul tähtsustatakse uuenduslikkust, probleemide lahendamist, kriitilist mõtlemist ja loomingulisust praktiliste koolitussüsteemide kasutamise teel. Hea integreeriva STEM-hariduse lahendus annab õpilastele võimaluse õppida tundma STEM-teadusharudega seotud sisu tegevuse kaudu. Kaaluda tuleks lahendusi, mis koosnevad praktilistest harjutustest, on kombineeritud projektipõhise õppekavaga, mis tutvustab ajakohaseid ja arenevaid tehnoloogiaid, et pakkuda avastuslikku STEM-kogemust.

Parimad kogemused maailmast

Toon siia ühe võimaliku integreeritud STEM-hariduse näite. Õppe selline ülesehitus on kasutusel Ameerika Ühendriikides ja mitmes Euroopa riigis, sealhulgas Saksamaal ja Hollandis. Õppe sihtrühm on 13–16-aastased õpilased.

STEM-õppimine on jagatud n-ö õpperühmadeks: õpilased läbivad teemad ehk kursused eri aastatel eri vanuses. Nad võivad valida ainult ühe õpperühma ja läbida selle kursusi kogu STEM-õppe jooksul või sidudaeri õpperühmade kursusi. Oluline on, et igas õpperühmas olevad kursused annavad õpilastele võimaluse uurida tegeliku elu probleeme, mõelda probleemi lahendamisele ning lahendada probleeme teaduse, tehnoloogia, inseneeria ja matemaatika vallas. STEM-õpperühmad on jaotatud teemade järgi kaheks järgmiseks õpperühmaks.

• Mehhatroonika ja tootmise õpperühm

Mehhatroonika ja tootmise rühm õpib tootmise aluseid praktiliste harjutuste kaudu. Harjutused rõhutavad uuenduslikkust, probleemide lahendamist ja kriitilist mõtlemist. Samuti õpitakse, kuidas mehhatroonikas ühendatakse mehaanika, elektroonika ja informaatika.

Selle rühma kursused hõlmavad elektrit, automatiseerimist ja robootikat, pneumaatikat, mehhanisme, elektroonikat, CNC-trei- ja -freespingi juhtimist ja mehhatroonikat.

Mehhatroonikakursusel uurivad õpilased mehaanika, elektrotehnika, elektroonika ja arvutitehnika seoseid. Uurivad, kuidas need neli teadusharu omavahel seotud on. Neil on võimalus luua uus automaatseid tellimusi täitev mehhatroonika süsteem.

• Keskkonna avastamise õpperühm

Keskkonna avastamise rühmas tutvuvad õpilased nii neid ümbritseva looduse kui tehismaailmaga. Õpilased uurivad keskkonnaprobleemide põhjuseid, et mõista, kuidas ja miks on probleemid tekkinud ja mil moel olemasolevaid lahendusi täiustada.

Selle rühma kursused hõlmavad keskkonnatehnoloogiat ja vett, alternatiivseid energiaid, loodusest inspireeritud tehnoloogiaid, nagu bioonika, protsessitehnoloogia ja vedelike liikumine.

Bioonikakursusel uuritakse, milliseid lahendusi on loodus elusorganismide jaoks arendanud ning mil moel võiksid need tänapäeva tehnikaprobleemide lahendamisel abiks olla. Õpilased saavad ise kokku panna bioonilisi süsteeme ja neid efektiivsemaks muuta.

Järeldus

STEM-õpe peaks olema läbi mitme õppeaasta kestev kõikehaarav õppeprogramm, mis koosneb eri raskusastmega teemadest. Andes õpilastele võimaluse saada vastuseid oma miks-küsimustele eri vanuses, säilitame neis huvi selle vastu, kuidas maailm töötab. Õige integreeriva STEM-hariduse rakendamine, mis annab informatsiooni ja oskusi eluliste probleemide lahendamiseks ja parendamiseks, vajab õppemetoodikat ja seadmeid. Selline STEM-õppemetoodika peaks koosnema praktilisest tegevusest abivahenditega, mis võimaldavad uurida mitmesugust tehnoloogiat ja annavad õpetajatele lõpuni valmis lahenduse. See võimaldab õpetajal pühendada rohkem aega klassiga suhtlemisele ja kulutada vähem aega uue sisu mõtlemisele. See kõik on hädavajalik, et lahendada praegust STEM-kriisi ja haarata õppijaid kaasa nii, et lisaks teadmiste omandamisele tekiks neil ka huvi teaduse, tehnoloogia, inseneeria ja matemaatika vastu.

Baltimaade ühisprojekt uurib STEM-õpet Eestis

Kaspar Kütt:

Rahvusvahelise projekti Lab4STEM eesmärk on populariseerida STEM-aineid – need on teadus, tehnoloogia, inseneeria ja matemaatika – ning toota nüüdisaegseid õppematerjale nii õpilastele kui ka õpetajatele. Samuti on eesmärk arendada mobiilsete töökodade toimimist.

Projekti esimeses etapis viidi läbi uuring valitud Eesti koolide 7.–9. klassi õpilaste ning õpetajate seas. Eesmärk oli teada saada, milline on STEM-ainete õppimise hetkeseis koolides ning milliseid õppematerjale õpetajad ja õpilased vajavad.

„STEM-ainete uurimine on tänapäeva mõistes väga oluline, sest aina rohkem süvenevas nutimaailmas on vaja osata teadmisi omavahel siduda ja rakendada,“ sõnas Eesti masinatööstuse liidu tegevjuht Triin Ploompuu. Ta lisas, et Lab4STEM-i projekt aitab kasvatada noori, kes on teadlikud koolis õpitavate ainete seostest.

Uuringust selgus, et valdav osa koolidest tunneb puudust tänapäevastest ja huvitavatest STEM-ainete õppevahenditest. Palju koole kasutab veel traditsioonilisi õpikuid ja töövihikuid, mis ei paku õpilastele huvi. Üle poole õpilastest leidis, et praktilist õppimist STEM-ainete raames tuleb suurendada.

Lausa 81,7% Eestis vastanud õpilastest leidis, et nad oleksid huvitatud STEM-ainetes mobiilse töökoja külastamisest. Leedus oli jaatavalt vastanute protsent 66 ning Lätis 57,1. Õpetajate seas leidus sarnast üksmeelt: Eesti õpetajatest oli 87,1% huvitatud mobiilse töökoja külastamisest, Lätis 78,6% ning Leedus 96%.

93,5% Eesti õpetajatest oli ühel meelel, et STEM-aineid oleks parem õpetada, kui neil oleks võimalik kasutada tundides tänapäevast tehnoloogiat. Samamoodi arvasid õpetajad, et õppimisele aitaks kaasa, kui ettevõtete esindajad ja töötajad käiksid rohkem koolides õpilastele oma ametist rääkimas.

„Loodetavasti areneb tänu sellele projektile STEM-ainete õpetamise kvaliteet kõikides Balti riikides,“ ütlesid Merkuur OÜ asutajad Liis Proos ja Lauri Soosaar. „Uued ja interaktiivsed õppematerjalid on kõigile pikemas perspektiivis suureks kasuks.“

Rahvusvahelist Lab4STEM-i projekti rahastab Euroopa Liidu programm ERASMUS+. Projekt kestab 2020. aasta oktoobrist 2022. aasta novembrini. Selles osalevad lisaks Eesti masinatööstuse liidule ja Merkuur OÜ-le partnerid Lätist ja Leedust. Projekti lõpptulemusena valmivad kõigile kättesaadavad koolitusmaterjalid STEM-ainete kohta ning kvaliteetsed käsiraamatud õpetajatele.

Science, Technology, Engineering, Math – STEM.