Доклад на тему: «Интеграция химии и биологии в условиях STEM-образования»

(Сахова Акнур Акжоловна, учитель химии и биологии, педагог – исследователь ГКУ «Общеобразовательная школа имени М. Горького», г. Шардара, Туркестанская область)

В статье рассматриваются современные подходы к интеграции химии и биологии в условиях STEM-образования в школах Казахстана. Особое внимание уделяется проектной деятельности, модульному обучению, использованию цифровых технологий и экологическим исследованиям как инструментам формирования исследовательских навыков, критического мышления и компетенций XXI века. Приводятся примеры интегрированных лабораторных работ и проектов, демонстрирующих взаимосвязь химических и биологических процессов. Отмечается роль учителя в организации интеграционного подхода и значимость междисциплинарного обучения для формирования целостного научного мировоззрения учащихся.

Ключевые слова: STEM-образование, интеграция дисциплин, химия, биология, проектная деятельность, модульное обучение, цифровые технологии, экологические исследования, исследовательские навыки, компетенции XXI века

Современное образование в Казахстане постепенно переходит к STEM-подходу, который объединяет науку, технологии, инженерное дело и математику для формирования у учащихся компетенций XXI века. В этом контексте особое значение приобретает интеграция химии и биологии, которая позволяет не только демонстрировать междисциплинарные связи, но и формировать у школьников навыки критического мышления, исследовательской работы и применения теоретических знаний на практике. STEM-образование ориентировано на проектную и исследовательскую деятельность, активное использование технологий, моделирование и анализ данных, что делает интеграцию химии и биологии особенно актуальной.

Химия и биология тесно связаны между собой, поскольку биологические процессы невозможны без химической базы. Например, фотосинтез, дыхание, ферментативные реакции, метаболизм и синтез белков включают химические реакции, понимание которых невозможно без знаний о строении молекул, свойствах веществ и механизмах реакций. В то же время биологические примеры делают химические процессы более наглядными и понятными. В STEM-образовании акцент делается на практическое применение этих знаний: учащиеся видят, как химические явления объясняют функционирование живых систем, а биологические эксперименты демонстрируют химические закономерности.

Одним из эффективных способов интеграции является проектная деятельность, которая является центральным элементом STEM-образования. Например, исследование качества питьевой воды объединяет химический анализ воды, определение содержания солей и микроэлементов, изучение влияния воды на рост растений и жизнедеятельность микроорганизмов. Ученики планируют эксперимент, собирают данные, анализируют результаты и делают выводы, что развивает умение работать с научной информацией, ставить гипотезы и проверять их на практике. Такой подход объединяет знания по химии и биологии и формирует навыки исследовательской работы.

Модульное обучение также активно применяется в условиях STEM. Темы, объединяющие химические и биологические концепции, формируются в единый модуль, позволяя учащимся видеть причинно-следственные связи между строением молекул, химическими реакциями и жизненными процессами. Например, модуль «Клетка и её химический состав» охватывает химические компоненты мембран, белков, нуклеиновых кислот и их роль в обмене веществ и поддержании жизнедеятельности клетки. Такой подход повышает осознанность изучения материала и формирует системное мышление.

Цифровые технологии в STEM-образовании дают уникальные возможности для интеграции дисциплин. Электронные лаборатории, симуляторы химических реакций, 3D-модели клеток, интерактивные платформы для проведения экспериментов позволяют наглядно демонстрировать процессы, которые сложно воспроизвести в школьной лаборатории. Например, с помощью симуляторов фотосинтеза или ферментативных реакций учащиеся могут наблюдать динамику химических превращений, анализировать данные, делать выводы и моделировать различные условия эксперимента. Использование цифровых инструментов также способствует дистанционному обучению, обмену результатами и совместной работе учеников в виртуальных лабораториях.

Экологические и прикладные проекты являются ещё одним инструментом интеграции химии и биологии в STEM. Изучение влияния загрязнения воздуха, воды и почвы на растения и микроорганизмы позволяет учащимся применять знания из обеих дисциплин в решении актуальных задач. Например, анализ влияния кислотных осадков на рост растений объединяет химические эксперименты по измерению pH и биологические наблюдения за изменением структуры и роста растений. Такие проекты формируют экологическую грамотность, критическое мышление и социальную ответственность.

На уроках можно использовать интегрированные лабораторные работы, которые объединяют теорию и практику. Например, изучение ферментов на уроках биологии можно совместить с химическими заданиями по катализу, влиянию температуры и pH на скорость реакции. Ученики проводят эксперименты, анализируют данные и делают выводы о взаимосвязи биологических и химических процессов. Аналогично, темы кислотно-щелочного баланса, пищеварения и метаболизма позволяют связывать биологические и химические концепции, измеряя pH различных жидкостей, исследуя буферные системы и обсуждая влияние химического состава на функции организма.

Интеграция химии и биологии в условиях STEM повышает мотивацию учащихся, развивает навыки анализа и синтеза информации, критическое мышление, способность работать в команде и проводить исследования. Учащиеся учатся формулировать гипотезы, планировать эксперименты, обрабатывать данные и делать выводы, что соответствует целям современного естественно-научного образования и требованиям компетентностного подхода. В STEM-образовании важна не только теория, но и практическая деятельность, которая позволяет школьникам видеть, как научные знания применяются в реальной жизни.

Роль учителя в интеграции химии и биологии в STEM-образовании является ключевой. Педагог проектирует учебные задания с междисциплинарными связями, организует исследовательскую и проектную деятельность, применяет цифровые и лабораторные инструменты, мотивирует учащихся к самостоятельной работе и совместным исследованиям. Компетентный учитель создает условия для формирования у школьников целостного научного мировоззрения, исследовательских навыков и устойчивого интереса к науке.

Таким образом, интеграция химии и биологии в условиях STEM-образования позволяет формировать у учащихся целостное понимание науки, развивать ключевые компетенции XXI века, исследовательские навыки, критическое мышление и способность применять знания на практике. Проектная деятельность, цифровые инструменты, экологические исследования и модульное обучение создают образовательную среду, в которой обучение становится наглядным, интересным и результативным. Внедрение интегрированных подходов в STEM-образование способствует повышению качества естественно-научного образования, формированию компетенций будущего и подготовке школьников к современному обществу и цифровой экономике.

Список литературы

1. Государственный общеобязательный стандарт общего среднего образования Республики Казахстан.

2. Методические рекомендации по организации STEM-образования в школах Казахстана. - Астана, 2022.

3. Соловьёва Н.В., Иванов П.П. Интегрированное обучение химии и биологии в условиях STEM-подхода. - Москва, 2021.

4. Методические материалы по проектной и исследовательской деятельности в естественно-научных дисциплинах. - Алматы, 2021.

5. Лабораторные практикумы по биологии и химии для общеобразовательных школ. - Алматы, 2020.