منحى STEM التعليمي المفهوم والنشأة

في بداية الحديث عن منحى STEM نجد أن العصر الحالي يتميز بأنه عصر العلم والتكنولوجيا وتكامل المعرفة حيث أصبحت العلوم المختلفة وتطبيقاتها من ضروريات الحياة وتداخلت في كافة ميادينها ومن المداخل الحديثة التي تؤمن بفكرة التكامل بين فروع المعرفة المختلفة مدخل سيتيم (STEAM)، والذي يهتم بالتكامل بين العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات وهو من أهم الاتجاهات العلمية المعاصرة في تصميم وبناء المناهج الحديثة. وفيما يلي يعرض الباحث لهذا المحور بالتفصيل.

أولا: نشأة منحى STEM التعليمي:

لم يكن ظهور منحى STEM التعليمي وليد الصدفة، إنما كان نتاجا لتطور العديد من الحركات الإصلاحية التي هدفت إلى تحقيق وحدة تكامل المعرفة من خلال دمج وتكامل بعض المجالات العلمية حتى يكون التعلم شامل ومرتبط بواقع الطلاب، مما يساعدهم على حل مشكلاتهم وإنتاج المشروعات لمواجهة التحديات الحياتية.

وقد قدمت العديد من المشروعات العالمية مثل مشروع التكامل بين العلم وتكنولوجيا التعليم والمجتمع (STS)، والذي نشأ كرد فعل للممارسات التقليدية في تدريس العلوم؛ حيث أن المناهج أهملت الجانب الاجتماعي للعلم والجوانب الشخصية للمتعلم، وجاء مدخل (STSE) تطورا لمدخل  (STS)؛ لإبراز الدور الوظيفي للتطبيقات التقنية في المجتمع والبيئة.

ومشروع (۲۰۱۱) والذي نفذته الجمعية العلمية لتقدم العلوم  (AAAS)  والذي هدف إلى تطوير إدراك ومعرفة المعلمين بطبيعة وتاريخ العلوم والرياضيات والتقنية وفهم المواضيع المشتركة بينهم، ومشروع المعايير الوطنية للتربية العلمية  (NSES)، والذي ظهر بشكل ملحوظ في تطور التربية العلمية.

وجاء قانون لا طفل يتخلف (NCLB) والذي يهدف إلى إصلاح التعليم من المرحلة الابتدائية إلى الثانوية من أجل تحسين جودة التربية والتعليم والوصول إلى الكفاءة في القراءة والرياضيات والتأكد من كفاءة وتأهيل المعلمين.

ثم جاء قانون نجاح لكل طالب (ESSA) والذي يهدف إلى تعزيز دعم برنامج العلوم والتقنية والهندسة والرياضيات (STEM) وهو برنامج جديد للقيادة والتطوير المهني، وكان أول ظهور للمفهوم عندما نفذت المؤسسة الوطنية الأمريكية للعلوم مشروعا تعاونيا لمعلمي العلوم والتقنية والهندسة والرياضيات.

وقد حدث تطور لاحق في مفهوم منحى STEM)بإضافة مجال العلوم الإنسانية والفنون إلى المجالات المتعارف عليها لتصبح (STEAM) ويشير إلى العلوم والتقنية والهندسة والفنون والرياضيات (بارعة خجا، ۲۰۱۸، 1)، (ريم الرويثي، 2020، 20) ^[1].

ثانيا: متطلبات منحى STEM:

يتطلب منحى STEM توفير وتهيئة بيئة التعلم بطريقة تساعد المتعلمين على الاستمتاع والانخراط في ورش عمل تكامل بين مجالات منحى STEM، وتمكنهم من تنمية معارفهم ومهاراتهم بطريقة تتيح لهم فهم وإدراك العلوم بطريقة ميسرة وسهلة وبأسلوب تعلم ممتع، ومن خلال فصول التعلم الصفية واللاصفية.

نظرياً يستند منحى STEM  إلى النظرية البنائية والنتائج التي توصلت إليها منذ ثلاثة عقود من العلم المعرفي، فوفقاً لبرونينغ وزملائه ( 2012,Bruning, Schraw, Norby, and Ronning) فإن الركائز البنائية التي يتردد صداها مع تعليم STEM هي ^[2]:

• أن التعلم عملية بناءة ومنفتحة.
• أن الدوافع والمعتقدات جزء لا يتجزأ من الإدراك.
• أن التفاعل الاجتماعي أمر أساسي للتنمية المعرفية.
• أن التعلم ينطلق من المعارف والاستراتيجيات والخبرات السياقية.

فالمناهج والنشاطات والاستراتيجيات التدريسية المبنية على منحى STEM، ينبغي أن تصمم بطريقة علمية مبتكرة تساعد الطالب على فهم وإدراك مفاتيح العلوم المختلفة بطريقة ميسرة وسهلة وبأسلوب تفاعلي مندمج ومنفتح على البيئة.

وفي سياق معارف ومهارات المتعلم الحالية بحيث تتشكل لدى المتعلم مهارات نوعية يمتد أثرها في حياته اليومية.  ويعتقد المهتمون باتجاه منحى STEM أنه سيساعد على تحسين نتائج مخرجات التخصصات الأربع: العلوم والتقنية والهندسة والرياضيات باستخدام نهج متعدد التخصصات (2013,William & Dugger) ^[3].

ولأن الابتكارات والمخترعات الحديثة تتداخل فيها هذه التخصصات، فإن تعليم STEM يحظى باهتمام المنظمات الدولية التي تسعى إلى تطوير مواردها البشرية في المجالات التخصصية التي تدعم الابتكار والتنافسية، ومنها رابطة الحكام الأمريكية National Governors Association NGA والتي تنادي بضرورة زيادة كفاءة المعلمين في مجال STEM، وزيادة أعداد الطلبة الذين يتابعون الدراسات المتقدمة ذات الصلة بهذا الاتجاه ( 2011,Thomasian) ^[4].

ويناقش ستيفاني ومارشل (Stephanie, 2008) متطلبات تطبيق منحى STEM، ويشيران إلى ثلاثة محاور رئيسة للتغيير من المنهج التقليدي إلى المنهج المتكامل الخبرات كما يلي ^[5]:

تغيير رؤية تدريس العلوم، والرياضيات ليوائم ما يتم تدريسه داخل الفصول مع ما يحدث في الواقع.

إن التربية العلمية تواجه خطرا من التعليم المدرسي الذي لا يقدم العلوم في صورة خبرات، ولا يعزز التساؤل والاكتشاف، ولا يمكن الطلاب من فهم المواد العلمية، ولا يعزز الفهم المتعمق للخبرة الإنسانية. وأنه لا يزال يتسم بالجمود، والملل، والصعوبة، وينفر من دراسته معظم الطلاب خاصة في المرحلة الثانوية، وذلك للأسباب التالية:

• الكم الهائل من المعلومات والوضعية التعليمية التي يقوم فيها المعلم بدور الناقل للمعلومات بدون توفير فرص الأسئلة، والحوار، والاكتشاف للطالب.
• التركيز على الحفظ، والاستظهار لمعلومات مجاب عنها مسبقاً.
• فقدان المتعة والتشويق والرغبة في البحث، والإقدام على المغامرة في التجريب والتحقق العلمي.
• انعزال العلوم عن باقي فروع العلم، وقلة تقديم المفاهيم المتكاملة والبينية.
• البعد عن ربط تدريس العلوم بالمحتوى الاجتماعي للطلاب، وحياتهم اليومية.

وتسعى مناهج الخبرات المتكاملة إلى تحقيق احتياجات تدريس العلوم، والرياضيات وهي كما يلي:

• التركيز على مهارات التقصي، والاكتشاف.
• الاعتماد على التحليل والانعكاس.
• تكوين الفروض والتجريب العلمي.
• إصدار الحكم المعتمد على الدليل.
• الانغماس في التعجب والتساؤل.
• الانغماس في المعنى وليس المعرفة.
• الانغماس في البحث والاكتشاف، وليس التحصيل.
• الانغماس في التعاون، وليس التنافس.
• تحقيق الاعتماد على بعضنا البعض، وليس الاستقلالية.
• تحقيق الثقة، وليس الخوف.

تغيير طريقة تدريس العلوم والرياضيات في المدرسة بحيث يتحول الطلاب إلى الانغماس في المعرفة العلمية، والمهارات، والعادات العقلية، ليقوموا بممارسة العلوم والبحث، والتحري، وحل المشكلات الإبداعية، والتفكير العلمي.

ويتطلب تصميم مناهج منحى STEM تضمين ما يلي من خبرات:

• منهج خبرات متكامل يتمركز حول المفاهيم
• الاستقصاء المتمركز على حل المشكلات، وتوظيف التقنية.
• التطبيق العملي والاستكشاف والتقصي العلمي الموجه ذاتيا وممارسة النشاطات البحثية.
• التقويم المستند على الأداء، والواقعي، والمستمر، والمتعدد الأبعاد.

تغيير الرؤية، وأهداف التعليم بحيث تسعى إلى تحقيق فهم العلوم، والرياضيات وتطبيقاتهما التكنولوجية من قبل جميع أفراد الشعب، وليس لفئة من الصفوة العلمية فقط.

إن تعليم منحى STEM لا ينطوي فقط على تدريس هذه التخصصات والموضوعات في عزلة، بل ينطوي أيضا على اتباع نهج متعدد التخصصات. كما أنه أيضا يعترف بالصلة القوية بين  تعليم STEM والفنون التي تعزز التصميم والإبداع والابتكار.

وهذا يتطلب توفير وتهيئة بيئة التعلم بطريقة تساعد المتعلمين على الاستمتاع والانخراط في ورش عمل تكامل بين تلك العلوم، وتمكنهم من تنمية معارفهم ومهاراتهم بما يتيح لهم فهم وإدراك العلوم بطريقة ميسرة وسهلة وبأسلوب تعلم ممتع، بحيث يمتد أثر تلك المهارات ليشمل كل نشاطات المتعلم التعليمية في الحياة وعبر جميع مراحله التعليمية، ومن خلال فصول التعلم الصفية واللاصفية.

ثالثا: مفهوم منحى STEAM التعليمي:

لقد تعددت التعريفات التي تناولت مفهوم منحى العلوم المتكاملة ( STEAM) نذكر منها على سبيل المثال التعريفات التالية:

يعرف منحى STEM بأنه: نهج للتعلم متعدد التخصصات تقترن فيه المفاهيم العلمية بالظواهر الطبيعية، ويتمكن الطلاب من تطبيق العلوم والتقنية والتصميم الهندسي والرياضيات في موضوعات تجعل الاتصال بين المدرسة والمجتمع وسوق العمل اتصالا فعالا؛ مما يتيح اكتساب الثقافة العلمية والقدرة على تنمية مهارات القرن الحادي والعشرين. (Gerlach, 2018, 44).

أو هو اتجاه تعليمي في تعلم وتعليم العلوم والتقنية والهندسة والرياضيات بطريقة تعمل على تنمية التفكير لدى الطلاب وتجعلهم قادرين على حل المشكلات في كافة التخصصات. (Birrney & Hill, 2013, 554) ^[6].

وهو منحی تعليمي يعمل على تكامل المواد الأربع (العلوم التقنية الهندسة، والرياضيات في وحدة واحدة، وليس كمواد منفصلة؛ بحيث يتم دمج المفاهيم الأساسية في المواد الأربع، لعلاج مشكلات حقيقية وواقعية في الحياة باستخدام المشاريع والتكنولوجيا، مما يساعد الطالب في فهم الترابطات بين المواد، ويشكل يعزز قدرته على فهم المشكلات بصورة أعمق وأقرب، مما يولد لديه القدرة على حلها والتعامل معها (Han, et al., 2015, 66; Kim et al, 2015, 26) ^[7]

كما يعرف بأنه مدخل للتعليم يساهم في تنمية مهارات القرن الحادي والعشرين والتقدم الاقتصادي في العالم (Capril& Sans & Dnte., 2015, 2) ^[8].

وهو أيضا تدريس العلوم، التقنية الهندسة، والرياضيات بشكل متكامل بدلا من تدريس هذه المقررات بشكل منفصل، كما يؤكد على تطبيق المعرفة في مواقف الحياة الحقيقية، ويعتمد بشكل أساسي على التعلم القائم على المشروع (STEM.NET, 2015) ^[9].

ويعرف منحى STEM بأنه اختصار لنهج تعليم وتعلم يستند إلى تكامل حقول العلوم والتقنية والهندسة والرياضيات؛ بحيث تدرس هذه الحقول في صورة وحدة متماسكة، ويتطلب تمكين المعلمين والمتعلمين من فهم الممارسات الهندسية والعلمية والمفاهيم المتداخلة والأفكار الأساسية لحقول STEM.

كما يتطلب تجهيز بيئات التعلم في سياق العالم الحقيقي، بحيث يستمتع المشاركون في ورش العمل والمشاريع التعليمية، ويتمكنون من الوصول إلى المعرفة الشاملة والمتعمقة للموضوعات والقضايا العلمية المستهدفة والتي تعكس طبيعة العلم بعيدا عن المفاهيم النظرية المنعزلة. (بارعة خجا، 2019، 95) ^[10].

ويعرف بأنه: تعليم متعدد التخصصات تقترن فيه المفاهيم الأكاديمية الصارمة بالتطبيقات في العالم، ويشمل الأحرف الأولى من تخصصات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات التي تدرس بشكل متكامل مرتكزة على وحدة المعرفة وتطبيقها في العالم الحقيقي، من خلال التكامل بين المناهج وطرق التدريس والتخصصات كعلم واحد، واتصالات قوية بين المدرسة، والمجتمع لمختلف مؤسساته ذات الصلة، وذلك لتحقيق القدرة التنافسية في الاقتصاد الجديد المرتكز على المعرفة (أشرف محمود، ۲۰۱۷، 201) ^[11].

وفي ظل التطورات العلمية والثقافية، فقد تطور مفهوم منحى STEM في وقت لاحق، وذلك بإضافة مجال الفنون والعلوم الإنسانية للمجالات الأربعة المتعارف عليها ليصبح STEAM حيث يعبر حرف (A) عن (Arts).

ويعد مدخل العلوم المتكاملة STEAM من المداخل العالمية في تصميم المناهج والبرامج الدراسية، والتي تقوم على التكامل بين مجالات العلوم والرياضيات والهندسة والفن والتكنولوجيا، وتسعى لإعداد جيل متنور في تلك المجالات، لديه القدرة على تخيل ما ستكون عليه الأشياء والأحداث في المستقبل وكيفية الاستعداد لمواجهتها.

وبما يسهم في تطبيق المعارف والممارسات المكتسبة لمواجهة التحديات التي تواجههم في حياتهم اليومية، وتطبيقه عمليا من خلال مشروعات يتبناها المتعلم يحاكي فيها ممارسات العلماء. (2015 ,Boy) ^[12].

وقد عرفه (2013, 136 ,Dugger) بأنه مدخل يبني التعلم، يطبق فيه المتعلم العلوم والتقنية والتصميم الهندسي والفنون والرياضيات، باستخدام مجموعة من الطرق العلمية الاستقصائية المتمركزة حول المتعلم، والمعتمدة على مدخل حل المشكلات في بنائها ^[13].

وعرف (محمد الطنطاوي، وشيماء سليم، ۲۰۱۷، 395) منحى STEM على أنه منحی متعدد التخصصات، يدمج تخصصات العلوم والتكنولوجيا والتصميم الهندسي والفنون والرياضيات معا، ويطبق فيه المتعلم مجموعة من الأنشطة العلمية التطبيقية، وأنشطة التكنولوجيا الرقمية والحاسوبية، وانشطة الفنون وأنشطة متمركزة حول الخبرة، وحل المشكلات المستقبلية، والخبرة اليدوية، وأنشطة التفكير العلمي والمنطقي، واتخاذ القرار معا ^[14].

وعرفه ( 2017, 1 ,Dito & Hilary) بأنه: مدخل تربوي يقوم على دمج كلا من العلوم والتكنولوجيا، والهندسة، والفن والرياضيات، وإشراك الطلاب في التعلم المتكامل -الاستكشاف العالم من حولهم، وإيجاد حلول مبتكرة للمشاكل التي تقابلهم، والتكامل المعتمد على المضمون الأساسي، وعلى التفكير بعمق وتطوير حلول مبتكرة تطمح إلى مستقبل أكبر ^[15].

ومن خلال التعريفات السابقة نجد إن التعلم القائم على منحى STEM يقوم على الدمج والتكامل بين المواد الدراسية المختلفة سواء داخل المدرسة أو خارجها، ويقوم على الاهتمام بالأنشطة والمشروعات وحل المشكلات ويمكن تطبيقه في جميع المراحل الدراسية، ومما سبق يتضح أن توجه STEAM التعليمي يتسم بعدة سمات، فهو نهج للتعلم:

• متعدد التخصصات بما يضمن استكمال الإطار التعليمي وجعله إطار واحد.
• يتطلب تنمية مهارات القرن الحادي والعشرين، وهي (مهارات التعلم والابتكار، مهارات المعلومات والوسائط والتكنولوجيا، مهارات الحياة والمهنة).
• يرتبط بواقع الطلاب، والتحديات الحقيقية التي تواجههم.
• يؤكد على تطبيق المعرفة الشاملة المتعمقة في مواقف الحياة الحقيقية.
• يجعل الاتصال بين المدرسة والمجتمع اتصالا فعالا.
• قائم على حل المشكلات وإنتاج المشروعات لمواجهة التحديات الاقتصادية، وسد احتياجات سوق العمل.
• قائم على الأنشطة الاستقصائية والتكاملية المتمركزة حول الطلاب.
• يتطلب العمل في إطار جماعي تعاوني في ورش عمل ومشاريع تعليمية.