STEM العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات

بعد ظهور نظام STEM لقد تغير العالم تغيرا جذريا في السنوات الأخيرة وتبنت العديد من الدول ممارسات ابتكارية فعالة من خلال الاستثمار في التعليم لتحسين إنتاج المؤسسات التعليمية، وربط البحث والتطوير بالأهداف الصناعية والاقتصادية والعملية لتحقيق الاقتصاد القائم على الابتكار.
     وأصبح تعليم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات STEM موضوعا دوليا للمناقشة على مدى العقد الماضي، ويعود ذلك إلى تغير الاقتصاد العالمي واحتياجات القوى العاملة التي تشير إلى أن هناك نقصا في العاملين والمعلمين في مجال العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات في جميع أنحاء العالم (Kennedy, T. J., & Odell, M. R. L., 2014)
      وتعتبر هذه التخصصات الأربعة إنجازات ثقافية تعكس إنسانية البشر، وترتبط بالاقتصاد، وتشكل جانبا أساسيا من حياتنا كمواطنين وعمال ومستهلكين وأولياء أمور (Kumtepe, A. T., & Genc-Kumtepe, E, 2013)، وينظر التربويون لتعليم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM) كنهج متكامل لبناء المعرفة الحالية وتحسين جاهزية القوى العاملة الحديثة (Council, T. A., 2017) .
     وقد أصبح تطوير التعليم والتعلم في مجالات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات عاملا اقتصاديا سواء في الاقتصادات الناشئة في البلدان النامية، أو في الاقتصادات الراسخة منذ زمن طويل مثل: أوروبا والولايات المتحدة، فالاقتصادات الحديثة لديها طلب متزايد على الباحثين والفنيين المؤهلين بمهارات ووظائف STEM (Kennedy, T. J., & Odell, M. R. L., 2014).
     ومع مطلع القرن الحادي والعشرين شهد العالم ظهور نوع جديد من المدارس، يعرف بمدارس العلوم والتكنولوجيا، والهندسة، والرياضيات الشاملة المتكاملة ( STEM ) على عكس المدارس القديمة التي تركز على مجالات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات منفصلة كل مجال على حدة

وهذا النوع يستهدف الطلبة الذين تم تحديدهم على أنهم موهوبون / متفوقون، لتطوير مواهب الطلاب وتزويدهم بالوسائل اللازمة للنجاح في مجالات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات وإتاحة فرصاً مبكرة لتجارب التعليم العالي لتحقيق أهداف الفرد في الحياة (Lynch, S. J., 2013).
     ولقد ظهر أول استخدام للمختصر STEM في عام 2001م من قبل مؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية، وكان الدافع الرئيس وراء مبادرة العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات هو انخفاض أداء الرياضيات والعلوم لدى الطلبة الأمريكيين في المقارنات الدولية مثل: دراسة اتجاهات الرياضيات والعلوم الدولية (TIMSS)، وقد انتشر هذا المختصر في جميع أنحاء العالم لحاجة معظم الدول الغربية إلى العاملين المؤهلين بمهارات STEM، نظرًا للنقص الشديد في هؤلاء العمال في سوق العمل (Kumtepe, A. T., & Genc-Kumtepe, E, 2013).
      ومنذ ذلك الحين، اكتسب هذا المختصر زخما شديدا وتحول إلى كلمة شائعة ليس فقط في الولايات المتحدة ولكن أيضا في العديد من البلدان في جميع أنحاء العالم، واعتمدت STEM من قبل العديد من البرامج على المستوى العالمي والمحلي، وداخل المجتمعات التعليمية كمحور مهم لإصلاح التعليم وتجديد القدرة التنافسية العالمية للعديد من الدول (Breiner, J. M., Harkness, S. S., Johnson, C. C., & Koehler, C. M.)

يتضح مما سبق أن تطور مختصر STEM جاء لغرض تزويد جميع الطلاب بمهارات التفكير التي من شأنها أن تجعلهم قادرين على حل المشاكل بطرق إبداعية وتجعلهم مؤهلين بمهارات STEM اللازمة للقوى العاملة القادرة على المنافسة العالمية في القرن الحادي والعشرين.

مفهوم تعليم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات: STEM 

تشير اختصارات نظام تعليم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM) إلى الآتي:

     وتشمل دراسة العالم الطبيعي والسعي إلى فهمه، بما في ذلك قوانين الطبيعة المرتبطة بالفيزياء والكيمياء والبيولوجيا ومعالجة أو تطبيق الحقائق والمبادئ والمفاهيم أو الاتفاقيات المرتبطة بهذه التخصصات (Expanding underrepresented minority participation, 2011).

الحرف الثاني “T” للتكنولوجيا Technology من STEM

    تتضمن توظيف وتطبيق المعرفة التكنولوجية للمفاهيم العلمية والموارد المادية، باستخدام الأجهزة والآلات والتسهيلات المكانية، والمواد الخام التي تدخل في تصنيع المنتجات التكنولوجية، لتلبية رغبات المجتمع واحتياجاته (National Research Council, 2014)

ويشير التكامل التكنولوجي إلى استخدام الأدوات التكنولوجية في الفصول الدراسية مع فهم علاقتها بطرق التدريس، فهي أكثر من مجرد كيفية عمل البرامج والأجهزة كمكونات فرعية للتدريس بل هي جزء مهم من العملية التربوية والتوجيه التعليمي للمناهج الدراسية المحددة فالمعلم يستخدم التكنولوجيا كأداة لتعزيز وتوسيع نطاق تعلم الطلاب على (Koch, A. S.2009).

الحرف الثالث “E” للهندسة “Engineering” من STEM

    ويشير إلى التطبيق المنهجي لمبادئ العلوم والرياضيات ويتضمن هيكل المعرفة العلمية من تصميم المنتجات البشرية، والتصاميم الهندسية التي تستخدم قوانين الفيزياء والمواد والأدوات المتوفرة وبيئة العمل

من خلال توظيف المفاهيم العلمية والرياضية وأدوات التكنولوجيا وتطبيقها تطبيقا صحيحا لتطوير طرق استغلال الموارد البشرية والمادية لصالح المجتمع  (National Research Council, 2014).

الحرف الرابع “M” للرياضيات “Mathematics” من STEM

    وتتضمن العلاقات بين الكميات والأرقام والرموز والأشكال، وتوظيف الرياضيات في دراسة العلوم والتكنولوجيا والهندسة وتشمل فروع محددة من الرياضيات الحساب، والهندسة، والجبر، علم المثلثات، وحساب التفاضل والتكامل، وطريقة التفكير والاستدلالات وطريقة حل المشكلات والتواصل الرياضي، والاحصاء والاحتمالات مما يطور قدرة المتعلم على التحليل والتفسير (National Research Council, 2009).     

وهذه المكونات موجودة وتتطلب اهتماما في كل مرحلة من مراحل STEM التعليمية، فعندما يقترب الفرد من دخول سوق العمل بطريقة عملية يدرك متطلبات وفوائد المهنة التي تتناسب مع نمط الحياة التي يسعى إليها بمعنى (التوازن بين العمل والحياة) (Expanding underrepresented minority participation, 2011).
     وقد تعددت مفاهيم تعليم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضياتSTEM، لاختلاف وجهات النظر الفكرية والفلسفية، والتي تهدف مواجهة التغيرات والتحديات في المجتمع، من خلال تعزيز تعليم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM) في كافة المستويات التعليمية، عبر سياقات الواقع العملي في كل من الفصول الدراسية الرسمية وغير الرسمية، والتي تسعى لدمج بعض أو كل التخصصات الأربعة، وإزالة الحواجز التقليدية بينها، ومن تلك التعريفات نعرض ما يلي:

• بناء معرفي نتج عن تكامل فروع العلوم، والرياضيات، والتصميم الهندسي مع تطبيقاتها التكنولوجية، من خلال تطبيق الأنشطة العملية التطبيقية، وأنشطة التكنولوجيا الرقمية، والكمبيوترية، وأنشطة متمركزة حول الخبرة المحددة، والموجهة عن طريق الذات، والبحث التجريبي المعملي في ثنائيات وفرق، والتقويم الواقعي متعدد الأبعاد، والمستند على الأداء، والتركيز على قدرات التفكير العلمي، والإبداعي، والناقد (تفيدة غانم، 2012). 

• برامج تعليمية تهدف إلى تقديم الدعم أو تعزيز العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM) في المرحلة الابتدائية والثانوية من خلال مستويات الدراسات العليا، بما في ذلك تعليم الكبار (Kumtepe, A. T., & Genc-Kumtepe, E, 2013).

• تعليم تكاملي تتقابل فيه المفاهيم العلمية والنظرية مع التطبيقات العملية، وهي الحروف الأولى من (Science Technology Engineering and Mathematics) حيث يطبق الطالب العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات في إطار متكامل من العلاقات بين المدرسة ومجال الأعمال والمشروعات العالمية مما يسمح بتنمية المجتمع وزيادة قدرته على المنافسة في سوق الاقتصاد الجديد (تفيدة غانم، 2013).

• جهد متكامل يزيل الحواجز التقليدية بين مجالات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات، ويركز على الابتكار والعمليات التطبيقية لتصميم حلول للمشاكل السياقية المعقدة وتطوير مهارات التفكير النقدي التي يمكن تطبيقها على جميع جوانب عملهم والحياة الأكاديمية (Kennedy, T. J., & Odell, M. R. L, 2014).

• الأنشطة التعليمية في مجالات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات، في جميع المراحل الدراسية، من مرحلة ما قبل المدرسة وحتى مرحلة ما بعد الدكتوراه، وفي كل من الفصول الدراسية الرسمية وغير الرسمية (Kennedy, T. J., & Odell, M. R. L, 2014).

• اتجاه يشير إلى التخصصات الأكاديمية للعلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات بشكل متكامل، ويتفق مع الاتجاه التعليمي السائد في جميع دول العالم لتجهيز الطلاب لمواجهة التغيرات والتحديات في المجتمع وحول العالم نتيجة التطورات الاقتصادية والعلمية والتكنولوجية السريعة (Promotion of STEM Education, 2013).

• نهج متعمد ومتعدد التخصصات للتعليم والتعلم يكتسب فيه الطلاب مجموعة متماسكة من المفاهيم والكفاءات والتصرفات العلمية والتكنولوجية والهندسية والرياضيات التي ينقلونها ويطبقونها على المستويين الأكاديمي والحقيقي – السياقات العالمية-، من أجل أن تكون قادرة على المنافسة عالميا في القرن الحادي والعشرين.

• محاولة لدمج بعض أو كل التخصصات الأربعة للعلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات في فئة أو وحدة أو درس واحد يستند إلى الروابط بين المواضيع ومشاكل العالم الحقيقي (( )Kelley, T. R., & Knowles, J. G, 2016).

      وعلى الرغم من الخطاب المتزايد حول تعليم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات، فإن ما يعنيه هذا التعليم والتعلم من مرحلة رياض الأطفال حتى الصف الثاني عشر لا يزال غير مفهوم إلى حد كبير (Lesseig, K., Nelson, T. H., Slavit, D., & Seidel, R. A, 2016).
      مما سبق يتضح أن هذا المصطلح يستخدم عادة عند تناول سياسة التعليم وتطوير المناهج الدراسية في المدارس من خلال الدمج بين مجالات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات وإزالة الحواجز التقليدية بينها

والاهتمام بالإعداد المبكر للأفراد من مرحلة ما قبل المدرسة وحتى مرحلة ما بعد الدكتوراه من خلال الأنشطة والخبرات المباشرة سواء داخل المدرسة أو خارجها من أجل تحسين القدرة التنافسية للتعليم، واكساب الطلاب خبرات ومهارات تؤهلهم لوظائف STEM في المستقبل

للوفاء باحتياجات سوق العمل وتنمية القوى العاملة التي ترتبط إلى حد كبير بتخصصات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات STEM للمساهمة في النهوض بالمجتمع، كما تعليم (STEM) هو في الأساس تعليم متعدد التخصصات، فهو لا يتطلب من الطلاب فقط تطوير مهارات التفكير المستقلة، بل يتطلب منهم أيضًا ممارسة مهارات التفكير النقدي لديهم، ويستند التدريس الكامل في مجال العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات إلى المشاكل العملية في الحياة الحقيقية

وفي هذه العملية بأكملها يقوم المعلم بتوجيه الطلاب، فتعليم STEM فهو عبارة عن تعلم قائم على المشروع، يقوم المعلمون فيه بإحضار الطلاب لاستكشاف المشكلات الواقعية والبحث عن حلول لها، وفي هذه العملية يُسمح للطلاب ببناء معارفهم ومهاراتهم الخاصة. مما ينمي من قدراتهم الذاتية.
      ويمكن تعريف نظام تعليم STEM بأنه ذلك النظام التعليمي الذي يجمع فيه الطالب بين التفوق في العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات، ويمارس فيه التعليم بطريقة مبتكرة لحل المشكلات بطرق علمية عن طريق البحث والتجربة والعمل الجماعي والتدريب على مختلف مهارات التفكير الناقد والإبداعي، بهدف إعداد الموظفين المؤهلين في مجالات STEM وكذلك المواطنين الذين لديهم الثقافة الكافية في هذه المجالات الأربعة لرفع المستوى الاقتصادي.

المراجع:

• تفيده سيد أحمد غانم: تصميم مناهج المتفوقين في ضوء مدخل STEM (العلوم – التكنولوجيا – التصميم الهندسي – الرياضيات) في المرحلة الثانوية، المركز القومي للبحوث التربوية والتنمية، 2012، ص 13.
•  تفيدة سيد أحمد غانم: أبعاد تصميم مناهج (STEM) وأثر منهج مقترح فى ضوئها لنظام الأرض فى تنمية مهارات التفكير فى الأنظمة (Systems Thinking) لدى طلاب المرحلة الثانوية، مجلة كلية التربية، جامعة بني سويف، الجزء الأول ديسمبر 2013، ص 128.

• Breiner, J. M., Harkness, S. S., Johnson, C. C., & Koehler, C. M. (2012). What is STEM? A discussion about conceptions of STEM in education and partnerships. School Science and Mathematics, 112(1), ‏p,4.‏
• Council, T. A., & National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. (2017). Increasing the Roles and Significance of Teachers in Policymaking for K-12 Engineering Education: Proceedings of a Convocation. National Academies Press.‏), p,vii.‏
• Expanding underrepresented minority participation (2011): Op. Cit., P, 240.
• Expanding underrepresented minority participation: America’s science and technology talent at the crossroads. National Academies Press, Washington, District of Columbia, 2011‏, P, 241.‏
• Kelley, T. R., & Knowles, J. G. (2016). A conceptual framework for integrated STEM education. International Journal of STEM Education, 3(1), p,2.‏
• Kennedy, T. J., & Odell, M. R. L. (2014). Engaging students in STEM education. Science Education International, 25(3), p,247.‏
• Koch, A. S. (2009). Teacher education and technology integration: How do preservice teachers perceive their readiness to infuse technology in the learning environment? Duquesne University, p,28.‏
• Kumtepe, A. T., & Genc-Kumtepe, E.: (2013). STEM in Early Childhood Education: We Talk the Talk, But Do. Transforming K-12 Classrooms with Digital Technology,‏ ‏p,3.‏
• Lesseig, K., Nelson, T. H., Slavit, D., & Seidel, R. A. (2016). Supporting middle school teachers’ implementation of STEM design challenges. School Science and Mathematics, 116(4), ‏p,177.‏
• Lynch, S. J., Behrend, T., Burton, E. P., & Means, B. (2013, April). Inclusive STEM-focused high schools: STEM education policy and opportunity structures. In annual conference of National Association for Research in Science Teaching (NARST), Rio Grande, Puerto Rico.‏ ‏p,3.‏
• National Research Council. (2009): Engineering in K-12 education: Understanding the status and improving the prospects. National Academies Press. ‏p,77.‏
• National Research Council. (2014). STEM integration in K-12 education: Status, prospects, and an agenda for research. National Academies Press, p, 14.‏
• Promotion of STEM Education unleashing potential in innovations curriculum development council november 2015 Chief Curriculum Development Officer (Science) Education Bureau Education Bureau Kowloon Tong Education Services Centre 19 Suffolk Road Kowloon Tong, Hong Kong, p,1.