يتغير العالم بسرعة، ومن المسلم به على نطاق واسع أن المواطنين والعاملين في القرن الحادي والعشرين سيحتاجون بشكل متزايد إلى مهارات لا يمتلكها العديد من خريجي المؤسسات الأكاديمية، وخاصة في الرياضيات والعلوم، وفي القدرة على تطبيق المعرفة لحلها بشكل يتناسب مع متطلبات الحياة الحديثة المتطورة باستمرار.
يتجاوز تعليم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM) المواد الدراسية، فهو يمنحنا مجموعة من الكفايات التي تحكم الطريقة التي نفكر بها ونتصرف بها. يلعب التعليم، وخاصة تعليم STEM، دورًا مهمًا في تحقيق أهداف التنمية المستدامة. يسعى تعليم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات إلى تطوير وتقديم حلول مبتكرة لحل التحديات العالمية التي يواجهها العالم اليوم، والتي بدورها ستتطلب قوة عمل علمية جديدة متعددة التخصصات ومجهزة بمجموعة من الكفايات من التكنولوجيا الجديدة والتفكير متعدد التخصصات لحلها، والذي يعنى ضرورة تدريب وإعداد قوة عاملة متنوعة متعلمة في العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات مع القدرة على فهم العالم التكنولوجي.
ما هو تعليم STEM؟
الميزة الأساسية لـ STEM هي استخدام المعرفة العلمية والرياضية والتقنية والهندسية لحل المشكلات اليومية أو المجتمعية، مما يجعل تعلم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات أكثر وضوحًا وسياقًا.
يمكننا تعريف STEM كبرنامج متخصص في دراسة العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات بجميع تخصصاتهم بطريقة أكثر تأثيراً على العقل البشري تعتمد على التحليل والفهم والتجربة والتفاعل والاستنباط والاستنتاج مما يعزز لدى الطالب إمكانية استخدام العقل بطريقة فعالة و في مواضعه الصحيحة من خلال خلق بيئة إبداعية قادرة على حل المشكلات التي قد تواجهه في العمل، متميزة بالتفكير المستقل المنفرد عن غيره و القدرة على التحليل النقدي ومواكبة للتكنولوجيا التي تغزو العالم الرقمي
لا يمكننا اعتبار STEM بالشيء الجديد تمامًا، فقد بدأ الإغريق القدماء، مثل أبقراط وأرسطو، في الخوض في دراسة الأشياء في بيئاتهم، مما أدى إلى ظهور مجال العلوم. بدأت دراسة الرياضيات كنظام توضيحي في القرن السادس قبل الميلاد مع الفيثاغوريين. أما الهندسة، التي تنطوي على تصميم وبناء وتشغيل الآلات والأنظمة والعمليات القائمة على الأساليب العلمية والرياضية، فقد كانت موجودة منذ العصور القديمة عندما ابتكر البشر اختراعات مثل الأوتاد والبكرات، كما تمثل التقنيات والأدوات الحجرية التي يبلغ عمرها ملايين السنين بداية تاريخ التكنولوجيا.
من ناحية أخرى، أدت الثورات الصناعية الأربع (IRs) إلى قفزات هائلة في التنمية الصناعية والتي بدورها كان لها تأثير هائل على الحضارة الإنسانية والطريقة التي نعيش بها حياتنا. قدمت أول IR في القرن الثامن عشر المحرك البخاري، الذي أحدث تحولًا كليًا في قطاعي النقل والتصنيع. بشرت IR الثانية في القرن التاسع عشر بإدخال الكهرباء والإنتاج الضخم، فيما جلبت IR الثالثة في القرن العشرين معه أشباه الموصلات والحوسبة واستخدام الإنترنت، مما ساعد على ربط العالم وعولمة الاتصالات والتجارة.
العصر الحالي للـ IR الرابعة هو وقت اختراع غير مسبوق واختراقات تكنولوجية ناشئة، تتطور بسرعة، مما أدى إلى تسريع الثورة الرقمية ودمج التقنيات التي تتجاوز الحدود بين المجالات المادية والرقمية والبيولوجية وطمسها. ونظرًا لأن العالم يواجه طفرة في الابتكار المرتبط بالمرحلة الرابعة من IR، حيث من المتوقع أن تهيمن العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات على التنمية والتقدم على نطاق عالمي، فمن الأهمية بمكان أن تنظر جميع الحكومات في دمج فلسفة العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات في مخططات وخطط التعليم الوطنية، وإطار مناهجهم الوطنية.
من ناحية أخرى، تعمل العديد من التقنيات الناشئة التي تبدو "غير متوقعة" بما في ذلك، الروبوتات والذكاء الاصطناعي وإنترنت الأشياء والطباعة ثلاثية الأبعاد والمركبات المستقلة والحوسبة الكمومية وتكنولوجيا النانو على تغيير حياتنا اليومية. تغير IR الرابعة بالفعل الطريقة التي نفهم بها إنتاج السلع والخدمات، فضلاً عن إدارة الأعمال. أعادت هذه الابتكارات مجتمعة تحديد أهمية العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات ودور كفايات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات في المساهمة في النمو الاقتصادي والإنتاجية وتلبية الطلب المستقبلي.
يمنح تعليم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM) الأشخاص الكفايات التي تجعلهم أكثر قابلية للتوظيف وأكثر استعدادًا لتلبية الطلب الحالي على العمالة. إنه يشمل مجموعة كاملة من الخبرات والكفايات. يقدم كل مكون من مكونات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM) مساهمة قيمة في تحقيق تعليم شامل ويساعد الطلاب على أن يصبحوا أفضل في البحث والتفكير النقدي. تعد التكنولوجيا الشباب للعمل في بيئة مليئة بالابتكارات عالية التقنية. تسمح الهندسة للطلاب بتعزيز كفايات حل المشكلات وتطبيق المعرفة في المشاريع الجديدة. تمكّن الرياضيات الناس من تحليل المعلومات والقضاء على الأخطاء واتخاذ قرارات واعية عند تصميم الحلول. يربط تعليم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات هذه التخصصات في نظام متماسك. وبالتالي، فإنه يعد المهنيين الذين يمكنهم تحويل المجتمع بالابتكار والحلول المستدامة.
يعزز الوعي بالعلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات الاهتمام بمجموعة من المهن المثيرة. في الوقت الحالي، تعاني بعض مهن العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات من نقص في الموظفين. على سبيل المثال، وفقًا للتوقعات، ستحتاج الولايات المتحدة إلى مليون خبير في العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات في المستقبل القريب. إلى جانب ذلك، فإن أحد أهداف مبادرات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات هو تشجيع مشاركة أوسع للنساء والأقليات في القوى العاملة في مجالات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات. هذا يسمح لنا بسد الفجوات العرقية والجنسانية. نحن بحاجة إلى مشاركة ومشاركة المدارس وصانعي السياسات وأولياء الأمور والطلاب والمعلمين. هذه هي الطريقة الوحيدة لمواصلة التقدم التكنولوجي والعلمي.
ما هي أهم كفايات STEM؟
تتضمن ستيم STEM العديد من الكفايات الناتجة عن التكامل بين الأربع تخصصات التي ذكرناها، وتعد هذه الكفايات هي نقطة القوة التي يتميز بها الشخص من خلال تعلم كفايات STEM، فهي تمكنه من خلق المزيد من فرص العمل، بجانب تحسين أداء الشخص لمهام عمله. فيما يلي سنعرض مجموعة من أهم كفايات STEMالتي أصبحت من أساسيات الاستعداد للعمل في بيئة الثورة الصناعية الرابعة.
- الكفايات المعرفية والإدراكية
يشير الإدراك إلى العملية الذهنية للفهم من خلال التفكير والتجارب. تشمل مجموعة الكفايات المعرفية المطلوبة: إدارة المعلومات ومعالجتها (تحديد وجمع ومعالجة واستخدام البيانات ذات الصلة لاتخاذ القرارات). السمة المميزة لـ STEM هي اعتمادها الذي لا هوادة فيه على المنهجية العلمية والأدلة لتقييم صحة أي حجة أو فكرة أو نتيجة. يجب أن يكون أي استنتاج أو قرار يتم اتخاذه في مجالات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات نتيجة للتفكير الدقيق والاستنتاج المنطقي، من خلال التفكير النقدي والتحليلي. يتكون التفكير النقدي من تقييم موضوعي وتحليل قضية ما من أجل تشكيل حكم. تُمكِّن الكفايات التحليلية المرء من تصور مشكلة وتوضيحها وتصورها بشكل منهجي بالإضافة إلى تقديم الحلول.
- معالجة المعلومات - تفسير البيانات وتحليل البيانات
مع تقدمنا في القرن الحادي والعشرين، يتم جمع كميات كبيرة بشكل متزايد من المعلومات و "البيانات الضخمة" واستخدامها في جميع مناحي الحياة. وبالتالي، فإن كفايات معالجة المعلومات مطلوبة للعثور على معلومات صحيحة وترتيبها وتنظيمها واختيارها لمهام محددة من أجل إنشاء وفهم وتفسير وتحليل واستقراء البيانات التجريبية واختبار مصداقيتها وصلاحيتها وموثوقيتها وعرض النتائج بطرق فعالة. يحتاج الطلاب إلى أن يكونوا قادرين على اتخاذ قرار ليس فقط بناءً على ما يفكرون به أو يشعرون به ، ولكن على البيانات العلمية التي تدعم الحل الأفضل. بغض النظر عما إذا كنت ستعمل في مجال العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات أم لا - فأنت بحاجة إلى معرفة كيفية استخدام البيانات لاتخاذ قرارات مستنيرة في حياتك
- حل المشكلات والتفكير الهندسي
تتكون عملية حل المشكلات من تحديد المشكلات المعقدة وتقسيمها إلى أجزاء أو مكونات، وتحليل البيانات، وتطوير الحلول، وتقييم الخيارات وتنفيذ الحلول. حل المشكلات هو سمة من سمات وظائف العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات.
يستخدم المهندسون كفايات حل المشكلات بشكل روتيني، لأن وظائفهم تستلزم ابتكار نماذج أو أنظمة لفهم المشكلات، وحلول التصميم، واختبار الحلول، وإيجاد حلول بديلة. بشكل عام، في عملية إنشاء الحلول أو المنتجات، يحتاج المهندسون إلى مراعاة عوامل السلامة والاستدامة، بالإضافة إلى احتياجات عملائهم. وبالتالي، فإن كفايات حل المشكلات هي جزء من التفكير الهندسي، والذي يصف الطرق التي يفكر ويتصرف بها المهندسون، بما في ذلك التفكير المنظومي، وإيجاد المشكلات، والتكيف، وحل المشكلات الإبداعي، والتصور والتحسين.
- كفايات البحث العلمي
البحث العلمي هو منهجية يستخدمها العلماء لاستكشاف وإيجاد إجابات للظواهر الموجودة في العالم من حولهم. هذا يتضمن إجراء تحقيق علمي، بما في ذلك الكفايات العملية العلمية لمراقبة الظواهر وصياغة الفرضيات والتحقيق في الفرضيات وتجربتها واختبارها وتحليل البيانات ووضع الاستنتاجات التي تؤكد أو ترفض أو تعدل الفرضية.
الكفايات العملية العلمية هي الكفايات المطلوبة في عملية إيجاد حلول لمشكلة ما أو اتخاذ القرارات بطريقة منهجية. إنها تنطوي على عمليات عقلية تعزز التفكير النقدي والإبداعي والتحليلي والمنهجي. تُترجم الكفايات العملية العلمية إلى المراقبة، والتصنيف، والقياس، وعمل الاستدلالات، والتنبؤ، والتواصل، واستخدام العلاقات بين المكان والزمان، وتفسير البيانات، والتعريف التشغيلي، والتحكم في المتغيرات، وصنع الفرضيات، والتجربة.
يعد إتقان كفايات العملية العلمية، جنبًا إلى جنب مع المعرفة والمواقف العلمية المناسبة، أمرًا ضروريًا في تعليم العلوم PISA وTIMSS، وهما تقييمان مدرسيان مشهود لهما دوليًا، يستخدمان البحث العلمي والكفايات التجريبية ضمن أطر التقييم الخاصة بكل منهما.
- التفكير الحسابي وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات
يعد الاستخدام الفعال لكفايات تكنولوجيا المعلومات والاتصالات (ICT) أمرًا مهمًا للنهوض بمجالات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات مع تقدم الثورة الصناعية الرابعة. تشمل كفايات تكنولوجيا المعلومات والاتصالات الأساسية القدرة التقنية على استخدام الكمبيوتر أو الجهاز اللوحي أو الهاتف المحمول وإرسال رسائل البريد الإلكتروني وتصفح الإنترنت وإجراء مكالمة فيديو واستخدام برامج الكمبيوتر، مثل Word وPowerPoint وExcel للبحث عن المعلومات وإنشاء العروض التقديمية.
ينطوي التفكير الحسابي على صياغة المشكلات وتقديم الحلول بطرق يمكن تنفيذها بفعالية بواسطة عامل معالجة المعلومات، والذي يمكن أن يكون إنسانًا أو آلة أو كليهما. تشمل الكفايات التي ينطوي عليها التفكير الحسابي، التفكير المنطقي، والتحليل، والتعرف على الأنماط، والتجريد، وتصميم الخوارزمية.
- التفكير التصميمي والإبداع والابتكار
يوفر التفكير التصميمي إطارًا منظمًا يشجع ويعزز إبداع المتعلم وابتكاره. يمكن أن يكون الإبداع بسيطًا ومعقدًا في نفس الوقت. نحن لا نعلم دائما أين يكون التفكير خارج الصندوق. عليك أن تنظر إلى المشكلة من منظور مختلف في بعض الأحيان. يمكن للمعلمين رعاية هذا من خلال طرح أسئلة مفتوحة.
في الرياضيات والعلوم، يمكنك عرض نماذج مختلفة حتى يحصل الطلاب على أفكار مختلفة حول كيفية تجميع فكرة واحدة معًا، أو قد لا تعرض نموذجًا على الإطلاق واترك الأمر مفتوحًا قليلاً حتى يتوصل إلى حل بمفرده. اسأل: "لماذا تعتقد أن هذا صحيح؟" يمكن أن يؤدي التفكير فيما فعلوه وشرحهم لحل مشكلة ما إلى تعزيز الإبداع وإرساء مفهوم التعاون في العمل.
- الكفايات الحركية والتقنية
وهنا نشير إلى الكفايات الحركية المستخدمة بشكل صحيح وآمن في استخدام ومناولة المعدات العلمية و / أو التقنية والأجهزة والعينات والمواد التي قد تكون خاصة بمهنة معينة (مثل الكهربائيين وتقنيي القلب والأوعية الدموية وميكانيكا الطائرات وفنيي السيارات ومهندسي الميكاترونيكس).
يمكن أن يكون التغيير التكنولوجي سريعًا ويمكن أن تتغير احتياجات المجتمع أو البلد في أي لحظة، لذا يجب أن يكون تدريب الكفايات المهنية والتكنولوجية متنبئًا بديناميكيات سوق العمل ويستجيب لها. يتعين على مؤسسات التعليم المهني والتقني أن تقرر أنواع الكفايات التي يجب التركيز عليها، وأنماط التدريب التي يجب توفيرها. مصدر القلق الرئيسي هو نسبة التدريب المهني الذي يمكن تقديمه بشكل فعال في أماكن التعليم النظامي. تقدم بعض البلدان تدريبًا على الكفايات المهنية / التكنولوجية في المدارس الثانوية مما يساعد الطلاب على اتخاذ قرارات مستنيرة بشأن حياتهم المهنية في المستقبل. ومع ذلك، نظرًا لأن مجموعات الكفايات المهنية تتغير باستمرار وبسرعة، غالبًا ما تجد المدارس صعوبة في مواكبة الابتكارات.
- كفايات التعاون والاتصال
في الكثير من المؤسسات، لا تحدث دائماً كفايات التعاون والاتصال الفعال بشكل طبيعي، لذا من المهم تطوير هذه الكفايات بشكل واضح، حيث أن معظم المهام معقدة ومترابطة، ولا يمكن تحقيقها بجهود شخص واحد ولكن من خلال العمل الجماعي الفعال. يمنح التعاون الفعال كل عضو في الفريق فرصة متساوية للمشاركة وتوصيل الأفكار في مساحة المسؤولية المشتركة. إن تحديد أهداف مشتركة يمنح أعضاء الفريق أسبابًا ذات مغزى للعمل معًا ومشاركة المسؤولية لتحقيق الأهداف المشتركة والتأثير. تعد القدرة على العمل بشكل مستقل وفي فرق، ونقل المعلومات إلى أعضاء الفريق أو أصحاب المصلحة الآخرين بطرق واضحة وفعالة كفايات أساسية للجميع.
في النهاية، نحن بحاجة إلى تحديد وإيضاح الكفايات التي يحتاجها جيل الشباب ليعيش حياة مستدامة وصحية في القرن الحادي والعشرين. تتطلب هذه الأجندة النظر في جميع مجالات المناهج الدراسية على نطاق واسع، بما في ذلك الفنون والعلوم الفيزيائية والاجتماعية التي تجلب أبعادًا إنسانية وجمالية مهمة لتحديات وعمليات وحلول العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات. كما يحتاج التربويون إلى العمل سويًا بحثًا عن التآزر بين وعبر مجموعات المواد التقليدية المختلفة في المناهج المدرسية. يجب تطوير قدرات المعلمين والبنية التحتية والموارد. نحن بحاجة إلى إشراك المجتمع والمهنيين في هذا المسعى. يجب أن نعترف بالاختلافات ولكن في نفس الوقت لنحتفي بالتشابه وندعمه ونحقق التوازن الصحيح من أجل الصالح العام
