НОВЫЕ СТАНДАРТЫ ШКОЛЬНОГО МАТЕМАТИЧЕСКОГО И ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНОГО ОБРАЗОВАНИЯ США

Irina Lyublinskaya, Ph.D., Professor of Mathematics and Science Education, College of Staten Island, City University of New York, USA

Что значит слово STEM?

S – Science (естественные науки)

T – Technology (технологии в общем смысле, не только компьютерные)

E – Engineering (инжиниринг, проектирование, дизайн)

M – Mathematics (математика)

STEM Реформа

STEM – реформа в области естественных наук, математики, инжиниринга и технологий для создания STEM компетентной рабочей силы и STEM образованной публики.

STEM - интеграционный подход к обучению, нацеленный на более глубокое понимание естественных наук и математики на основе идей о взаимосвязи между естественными науками, математикой, инжинирингом и технологиями.

Слабая подготовка

STEM учителей в

ВУЗах

Отсутствие систематичных

программ усовершенствования

учителей

Низкая квалификаци

я STEM учителей

Неадекватная школьная

STEM программа

Слабая подготовка

выпускников школ в области

STEM

Недобор в ВУЗы по STEM

профессиямНехватка

компетентной рабочей силы в

STEM профессиях

Новые школьные стандарты

Изменения в

программах педвузов

Новые программы усовершенствования учителей

Причины и следствия реформы

Проблема подготовки учителей В США более 1200 вузовских программ по

подготовке учителей и 130 дополнительных возможностей стать учителем – нет единых требований

10-20% учителей математики и естественных наук в 6 – 12 классах не имеют учительской лицензии и специального образования по предмету, которому обучают

Будущие учителя начальных школ при обучении в вузах в среднем проходят только 2 курса математики (2 семестра)

Основные проблемы STEM образования в школах США

Низкий уровень преподавания STEM дисциплин Отсутствие связей между школьной программой и

потребностями общества Только 16% американских выпускников школ

компетентны в математике и заинтересованы в STEM профессиях

Из тех, кто поступает на эти профессии, только половина решает продолжать STEM карьеру после окончания ВУЗа

Школьная подготовка по математике также недостаточна для продолжения обучения STEM профессиям, не требующим высшего образования.

Почему сейчас понадобились единые стандарты?

Разные образовательные стандарты в разных штатах; огромная разница в уровне подготовки школьников – выпускников государственных школ.

Миграция населения с детьми школьного возраста (до 18% в год, до 30% за 2-3 года)

Для современных работ необходимы другие умения и навыки

Обзор единых стандартов школьного образования по математике в США

Процесс создания новых единых образовательных стандартов

Стандарты готовности к продолжению обучения в вузе или к профессиональной карьере - 2009

Учебные последовательности тем для каждого класса (К – 12) по математике, английскому языку и литературе

Разработчики - профессиональные организации совместно с представителями штатов и педагогической общественности

Открытый онлайн форум для черновиков стандартов для всех желающих

Официальная публикация 2 июня 2010 года. Впервые в истории США появились

общенациональные стандарты

Финансирование

Федеральное правительство США предложило стимулирующие программы под общим названием «Путь к вершине» (Race to the Top), в рамках которой каждый штат смог получить финансирование от $20 млн - $700 млн, в общей сумме $35.1 млрд. Условием финансирования для штатов являлось принятие новых единых стандартов образования.

44 штата и 3 территории приняли единые общеобразовательные стандарты. Каждый штат обязался принять новые

стандарты (100%) Каждому штату было дано максимум 3 года до

полного внедрения новых стандартов Стандарты вступили в действие в 2013 – 2014

учебном году

Штаты и территории, принявшие новые стандарты среднего математического образования

Особенности новых стандартов Меньше по количеству, глубже по

содержанию. Фокус на строгие знания и высоко развитые

навыки мышления Определяют математические компетенции Соответствуют требованиям вузов и

профессиональных карьер Соответствуют международным стандартам Основаны на результатах научно-

исследовательского опыта Уровень амбициозный, но достижимый.

Организация документа

Стандарты математических компетенций, пронизывающие всю школьную программу

Введение для каждого класса включает Краткий обзор основных знаний и умений 2–4 центральные (критические) идеи

Стандарты математических знаний и умений разбиты по классам для начальной и младшей

средней школы (К – 8 классы) разбиты по темам: Числа и величины, Алгебра,

Функции, Моделирование, Геометрия, Статистика и вероятность - для старшей средней школы (9 – 12 классы)

Математические компетенции1. Уметь осмысливать задачи и быть настойчивым в их

решении.2. Использовать абстрактное и количественное

логическое мышление.3. Создавать собственные аргументы и критиковать

рассуждения других.4. Создавать математические модели.5. Стратегически использовать подходящие

инструменты.6. Быть точным и аккуратным.7. Искать и использовать структуры.8. Искать закономерности и использовать их в

логических рассуждениях.

Формат стандартов

Класс

Раздел

Кластер

Стандарт

Тема

Раздел

Кластер

Стандарт

K – 8 9 - 12

Структура стандартов математических знаний и умений

Standards (стандарты) - определяют, что ученики должны знать и уметь делать

Clusters (кластеры) - группы, объединяющие связанные по теме стандарты

Domains (разделы) – более крупные группы, объединяющие связанные кластеры и основанные на главных сквозных понятиях

Распределение разделов по классам

Счет и числа (К) Операции и алгебраическое мышление (К – 5) Десятичная система чисел (К – 5) Дроби (3 – 5) Измерения и данные (К – 5, 9 – 12 в разделе статистика) Геометрия (К – 12) Отношения и пропорции (6 – 7) Числовая система (6 – 12) Алгебраические выражения и уравнения (6 – 12) Статистика и вероятность (6 – 12) Функции (8 - 12) Математическое моделирование (9 – 12)

Ключевые преимущества новых единых стандартов

Фокус и согласованность. Фокус на ключевых идеях в каждом

классе. Согласованная последовательность тем

внутри каждого класса и от класса к классу.

Глубина знаний Баланс между понятиями и навыками. Стандарты требуют понимание понятий

и беглость в процедурах.

Фокус – отличие новых стандартов от предыдущих

Отказ от программы, описанной в TIMSS* как «в милю шириной и в дюйм глубиной».

Существенное сокращение количества тем в программе и увеличение времени на каждую тему.

* TIMSS – Trends in International Mathematics and Science Study (международное исследование тенденций качества математического и естественнонаучного образования)

КлассКлючевые темы и требования к беглости в процедурах и пониманию понятий

K–2Сложение и вычитание - понятия, умения и навыки, решение задач, числовой разряд

3–5Умножение и деление целых чисел и дробей - понятия, умения и навыки, решение задач

6Отношения и пропорции; алгебраические выражения и уравнения

7Отношения и пропорции; арифметика с действительными числами

8 Алгебра линейных функций и уравнений

Пример фокуса в начальной и младшей средней школе

Пример согласованности между классами – «лестница» к алгебре

Применить

свойства операци

й для создания равносил

ьных выражен

ий

6.EE.3

Записать численное выражени

е для вычислени

й. Объяснить численное выражени

е не производя вычислени

й. 

5.OA.2

Применить

свойства операци

й для умножен

ия и деления.

3.OA.5Примени

ть свойства операци

й для сложени

я и вычитан

ия. 

1.OA.3

Коммутативное и

ассоциативное свойства сложения

Коммутативное и ассоциативное

свойства умножения.

Дистрибутивное свойство.

Например, записать фразу

«сложить 8 и 7 и затем умножить на 2» как 2 × (8

+ 7).

Например, применить

дистрибутивное свойство к

выражению 3 (2 + x) и получить

6+3x

Глубина знаний отсутствует в типичных заданиях для школьников в рамках старой традиционной программы

Пример задания по теме разряд чисел

Пример задания по теме разряд чисел в рамках новых стандартов

Экзамены

Два консорциума — Smarter Balanced Assessment Consortium (SBAC) и Partnership for Assessment of Readiness for College and Careers (PARCC) — выиграли федеральные субсидии для разработки экзаменов для единых стандартов, которые должны быть внедрены в 2014-15.

Обзор типа заданий экзаменаТип I: оценка знаний, умений и процедур

Тип II: оценка математического мышления

Тип III: оценка прикладных знаний и моделирования 

Пример задания типа I

3й классПеренесите каждую дробь на соответствующее положение на числовой оси

Пример задания типа II

Grade 6 Proportions of Instruments (пропорции)

Пример задания типа III

Algebra I/Math I Brett’s Race (задача на движение)

Противоречия и сложности процесса внедрения

Имплементация началась сразу с подготовительного по 8й класс – пробелы в знаниях учащихся

Слабые предметные знания учителей начальной и младшей средней школ – непонимание языка стандартов и соответствующего предметного содержания

Недостаточное время было выделено на проверку надежности, валидности и объективности экзаменов и не отлажены компьютерные процедуры тестирования.

Результаты экзаменов имеют сильное влияние на образовательную политику - отрицательная реакция от родителей до школ до штатов

Обзор стандартов нового поколения среднего естественно-научного образования в США

Прошлое и настоящее

1993 - Американское Сообщество по Развитию Естественных Наук (American Association for the Advancement of Science) опубликовало документ, определивший базовый уровень естественнонаучных знаний, умений и навыков, которые должны иметь выпускники средних школ (Benchmarks for Science Literacy).

1996 - Национальный Научный Фонд (National Science Foundation) опубликовал стандарты среднего естественно-научного образования (National Science Education Standards), принятые многими штатами за основу школьной программы.

Июль 2011 – Национальный Исследовательский Совет (National Research Council) предложил новую структуру для среднего естественнонаучного образования.

Март 2013 – на основе предложенной структуры созданы новые стандарты среднего естественнонаучного образования.

Создание стандартов естественнонаучного образования

Основаны на результатах исследований в области преподавания и обучения естественным наукам.

Определили необходимые предметные знания школьников в каждом классе (К – 12 в США – возраст от 5 до 18 лет).

Национальный Исследовательский Совет (NRC) организовал комиссию из 18 человек в которую вошли учёные-естественники, включая двух Нобелевских лауреатов, когнитивные психологи, учёные-педагоги и эксперты в области естественнонаучного образования и политики.

Дополнительно Национальный Исследовательский Совет (NRC) создал группы для разработки структуры стандартов в каждой области школьной программы – физические науки, биологические науки, геологические и астрономические науки и инжиниринг.

Компоненты новых стандартов

Practices – научные и инженерные компетенции

Content – основные предметные знания и умения

Crosscutting concepts – обобщающие (сквозные) понятия

Научные и инженерные компетенции

1. Задание вопросов (науки) и постановка задач (инжиниринг)

2. Создание и использование моделей

3. Планирование и проведение исследований

4. Анализ и интерпретация данных

5. Использование математического и вычислительного мышления

6. Построение объяснений (науки) и проектирование решений (инжиниринг)

7. Построение аргумента на основе имеющихся фактов

8. Получение, оценка и правильная передача информации

Обобщающие (сквозные) понятия

1. Закономерности

2. Причинно-следственная связь.

3. Масштаб, пропорциональность и порядок величин

4. Системы и модели систем

5. Энергия и материя: потоки, циклы и законы сохранения

6. Структура и функция

7. Стабильность и изменение

Причинно- следственная связь

Все явления имеют причины, которые приводят к наблюдаемым закономерностям.

Идеи учеников о причинах того или иного явления можно подтвердить или отвергнуть при помощи простой экспериментальной проверки.

Причинно-следственные связи определяются, проверяются эмпирически и используются для объяснений наблюдаемых изменений на регулярной основе.

События, которые происходят одновременно на регулярной основе могут не иметь причинно-следственной связи.

К – 2 классы 3 – 5 классы

Причинно- следственная связь

Взаимоотношения могут быть классифицированы как причинно-следственные или корреляционные. Корреляция не обязательно означает причинно-следственную связь.

Причинно-следственные связи могут использоваться для прогнозирования явлений в естественных или созданных системах.

Явления могут иметь более чем одну причину и некоторые причинно-следственные связи в системах могут быть охарактеризована только на вероятностном уровне.

Эмпирические данные требуется для определения различия между причинно-следственными отношениями и корреляциями и для определения конкретных причин и следствий.

Причинно-следственные связи можно прогнозировать для сложных природных и антропогенных систем путем изучения отдельных механизмов внутри системы.

Системы могут быть созданы для того, чтобы произвести желаемый эффект.

Изменения в системах могут иметь различные причины, не равные по своему эффекту.

6 – 8 классы 9 – 12 классы

Основные предметные знания

Точные науки (физика и химия) PS 1: Материя и её взаимодействия PS 2: Движение и статика: силы и взаимодействия. PS 3: Энергия PS 4: Волны и их применение в технологиях для

передачи информации Биологические науки

LS 1: От молекул до организмов: структура и процессы LS 2: Экосистемы: взаимодействия, энергия и динамика LS 3: Наследственность: наследование и изменчивость

признаков LS 4: Биологическая эволюция: единство и разнообразие

Основные предметные знания Геологические и астрономические науки

ESS 1: Роль Земли во вселенной ESS 2: Системы Земли ESS 3: Земля и человеческая деятельность

Инжиниринг, технологии и прикладные науки ETS 1: Инженерное проектирование (дизайн) ETS 2: Связи между инженерией,

технологиями, естественными науками и обществом

PS1 Материя и ВзаимодействияОсновные предметные идеи в основе стандарта Структура и свойства материи (2 – 12

классы) Химические реакции (2 – 12 классы) Определение энергии (6 – 12 классы) Ядерные процессы (9 – 12 классы)

Структура и свойства материи

2-PS1-1. Планировать и проводить исследование для описания и классификации различных материалов на основе их наблюдаемых свойств.

5-PS1-1. Провести наблюдение и прийти к заключению, что материя состоит из невидимых микрочастиц

MS-PS1-1. Разработать модели для описания атомной структуры простых молекул и более сложных структур.

HS-PS1-1. Использовать периодическую таблицу для предсказания свойств химических элементов, на основе свойств электронов во внешнем энергетическом уровне атома.

Структура каждого стандарта

Стандарт

• Требования к демонстрации знаний учеником Пояснения Условия оценки уровня подготовки учеников

Научные и инженерные

компетенции

Основные предметные

знания и умения

Обобщающие (сквозные)

понятия

Связь между основными идеями в пределах данного предмета для данного уровня учеников

Объяснение где и как данная предметная идея развивается от начальных до старших классов

Связь со стандартами школьного образования по математике и по английскому языку и литературе

Отличие новых стандартов от старых

Новые стандарты нацелены на требования к демонстрации знаний, а не на перечень тем программы обучения.

Основные предметные идеи развиваются с подготовительного до выпускного класса.

Основной фокус стандартов на понимание и применение знаний, а не на запоминание фактов.

Естественнонаучные стандарты скоординированы со стандартами по математике и английскому языку и литературе.

Роль инженерных и научных компетенций

Инженерные и научные компетенции и обобщающие идеи пронизывают всю программу с подготовительного до выпускного класса.

Инженерные компетенции включены в преподавание всех естественных наук.

Инженерным компетенциям придаётся такое же значение как научному методу познания.

Основным идеям инженерного и технологического образования придаётся тот же статус, что и основным идеям естественнонаучных предметов.

Цель инженерных компетенций Цель включения инженерных

компетенций и основных инженерных идей в том, чтобы научить учеников думать как инженеры – применять свои знания для решения задач.

Новые стандарты не определяют инжиниринг как отдельный предмет школьного курса. Создание таких факультативных курсов является решением школ.

Ведущие штаты США (25 и DC)

На сегодня стандарты приняты в 8 штатах

Калифорния – начало внедрения в 2014-2015 году Канзас – в процессе разработки 4х-летнего плана

внедрения Кентуки - начало внедрения в 2014-2015 году Марилэнд - начало внедрения в 2017-2018 году Роуд Айланд - в процессе разработки 4х-летнего

плана внедрения Вермонт – подготовка учителей начнётся в 2014

году Делавэр – решение принято 19.9.2013 Невада – решение принято в марте 2014

Экзамены

В данный момент Национальный Исследовательский Совет (National Research Council) разрабатывает структуру экзаменационных заданий, необходимую для внедрения новых стандартов.

Вопросы и Комментарии