STEM — це не лише про роботів: як “оживити” уроки біології та екології

Ви напевно бачили ці відео в TikTok чи Instagram: за лічені секунди картонна “рука” впевнено хапає яблуко, мандаринка дивним чином виринає на поверхню, а звичайна сода й оцет створюють ефектне виверження вулкана. Ми захоплено ставимо вподобайки, а в коментарях дедалі частіше з’являється слово STEM.

Але чи є кожен такий дослід справжнім STEM-ом? Чи достатньо просто зробити “лавову лампу”, щоб назвати урок інноваційним?

Магія чи наука?

Сьогодні ми спробуємо розібратися:

• Де межа між звичайним фокусом та інженерним рішенням?
• Звідки до нас прийшов STEM і чому за кордоном він виглядає інакше?
• Чи існує “біологічний STEM” і що таке загадкова біоніка?
• Як трансформувати стандартну практичну роботу з програми так, щоб діти перетворилися з виконавців на розробників?
• Де шукати онлайн симулятори, які дозволять “стиснути” час і побачити те, що не покаже звичайний мікроскоп?

Щоб не блукати в термінах, ми запросили до розмови людину, яка знає про STEM все — від першої літери до останньої крапки в методичних посібниках. Наша гостя — Ірина Потапенко, експертка, авторка підручників зі STEM, розробниця програм за якими навчаються вчителі та учні по всій Україні, співавторка програми “STEM-Старт” для 1–4 класів, співзасновниця ГО “STEM ОСВІТА УКРАЇНА” та сертифікована тренерка міжнародних STEM програм

Інтерв’ю з експерткою: шукаємо сенси з Іриною Потапенко

— Пані Ірино, сьогодні абревіатура STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) лунає звідусіль. Маленький екскурс: звідки він взявся і чому саме зараз став таким критично важливим для України?

– STEM як системний підхід народився у США ще в 1990-х — як відповідь на дефіцит інженерів і науковців. Але Україні сьогодні він потрібен з іншої, глибшої причини. Ми відбудовуємо країну — і нам потрібні люди, які вміють не просто виконувати завдання, а вирішувати проблеми. Мислити системно. Бачити зв’язки між природою, технологією і людиною.

І тут особливо важлива наша співпраця з британським проєктом “Гармонія” (The Harmony Project) — освітньою ініціативою, натхненною книгою короля Чарльза III. Їхню ідею — ставити Природу в серце навчання — ми разом із видавництвом “Ранок” перетворили на конкретні посібники для українських шкіл. Бо справжня наука починається саме з уважного погляду на живий світ навколо нас.

— Часто кажуть, що наш STEM і закордонний (наприклад, у США чи Фінляндії) — це різні речі. У чому головна відмінність?

– Я б виділила три принципові відмінності.

Від “шоу” до “системи”. За кордоном STEM — це не подія, а спосіб мислення. У Фінляндії, США чи Британії вчителю не потрібно вигадувати “день STEMу”, бо будь-яка тема — від вивчення клітини до міграції птахів — розглядається як науково-інженерний виклик. В Україні ми поки що часто сприймаємо STEM як “науковий атракціон”: яскраво, ефектно, але без відповіді на запитання “навіщо?”. За кордоном дослід — це лише збір даних і пошук закономірностей, а у нас він часто є фіналом уроку.

Екоцентричність проти техноцентричності. Закордонний STEM — особливо в Скандинавії та Британії — дуже “зелений”. Там дитина не просто будує робота: вона шукає, як цей робот допоможе лісу або як він може споживати менше енергії, копіюючи метаболізм тварин. В Україні довгий час STEM асоціювався виключно з пластиковим конструктором та кодуванням. Ми намагаємося “олюднити” цей процес — повернути дитину до природи як до головного центру досліджень та розробок.

Право на помилку як освітній ресурс. У західних методиках, зокрема в моделі 5E, яку використовує і Gizmos, і наша програма “STEM-Старт”, етап невдачі — найцікавіша частина. Якщо саморобний фільтр для води з піску і вугілля не очистив воду до потрібного рівня — учень не отримує погану оцінку, він отримує час на перепроектування: змінити шари, додати матеріал, перевірити гіпотезу знову. В Україні ще живе пострадянський страх зробити “неправильно”. Головна відмінність закордонного підходу — у фокусі на процесі, а не на ідеально зробленій моделі, яка просто стоїть на полиці.

— Вчителі часто плутають STEM зі звичайним дослідженням чи просто уроком дизайну та технологій. Як вчителю біології зрозуміти: він зараз робить “STEM” чи просто “цікавий дослід”? Де цей водорозділ?

– Є просте запитання-маркер: “Чи вирішує учень реальну проблему?”

Якщо діти спостерігають, як корінь рослини вбирає воду — це гарна лабораторна робота. Якщо вони після цього проєктують систему крапельного зрошення для шкільного городу чи моделюють, як рослини можуть очищувати забруднений ґрунт — це вже STEM.

Водорозділ — не в складності обладнання, а в наявності реального виклику. Біологія для цього ідеально підходить: живий світ навколо нас — це нескінченне джерело справжніх проблем і несподіваних рішень.

Я часто кажу вчителям: STEM починається там, де закінчується інструкція.

На фото: В Томаківському ліцеї №2 учні 2 класу провели дослідження “Мій таємний об’єкт” за допомогою терезів.

Якщо учень діє за алгоритмом “візьми пробірку А, змішай з речовиною Б і подивись, що буде” — це кулінарія від науки. Корисна, але ще не STEM. Водорозділ проходить за трьома ознаками.
Якщо учень діє виключно за алгоритмом “візьми пробірку А, змішай з речовиною Б і подивись, що буде” — це дії за рецептом. Це важливий етап опанування навичок (як і в кулінарії, де ми вчимося базовим технікам), але це ще не STEM. Водорозділ проходить за трьома ознаками.

• Перша — інженерний цикл. У звичайному досліді ми фіксуємо результат: “Так, корінь вбирає воду”. У STEM ми йдемо далі: “У нас є посуха. Як змусити рослину вижити, використовуючи мінімум води?” Учень створює прототип, тестує його, бачить, що він не працює — і вдосконалює. Саме цей момент виправлення помилки і є серцем інженерії.
• Друга — трансдисциплінарність. У STEM-проєкті біологія не існує у вакуумі. Щоб зробити крапельний полив, дитині раптом стає потрібна математика, фізика і матеріалознавство. Знання перестають бути “параграфами” — вони стають інструментами.
• Третя — етичний контекст. Справжній біо-STEM завжди ставить запитання: “А чи не зашкодить моє рішення екосистемі?” Ми не “підкорюємо” природу технологіями — ми вчимося у неї.

Мій маркер простий: якщо після уроку дитина каже: “Я побачив, як це працює” — це біологія. Якщо вона каже: “Я знаю, як зробити, щоб це працювало краще”, — це STEM.

Природа — це безкоштовна лабораторія з відкритим кодом

На фото:  STEM-урок “Із чого зроблені наші іграшки” – досліджували матеріали, з яких виготовлені іграшки, їх властивості та міркували, чи впливає матеріал на  масу, вчилися робити припущення щодо вдосконалення, із задоволенням створювали паспорт своєї іграшки.

— Побутує міф, що STEM — це фізика, робототехніка та дорогі лабораторії. Чи є місце STEMу на уроках біології та екології? Це взагалі доречно?

– Це не просто доречно — це найприродніше поєднання з усіх можливих. Якщо фізика — це фундамент світу, то біологія — його найвищий рівень “софту”. Саме тут народилася біоніка — наука, де людина офіційно визнає природу своїм головним партнером в дослідженні і розвитку.

Ми в проєктах розглядаємо природу не як об’єкт для вивчення, а як ідеально налаштовану систему, де немає поняття “сміття” чи “помилка”. І це змінює все.

Біо-STEM — це три рівні глибини. Перший — природа як інженерний зразок. Листок лотоса не просто чистий — він має наноструктуру, яка відштовхує воду. Коли учні досліджують це і намагаються створити модель такого покриття, вони перетворюються з біологів на нанотехнологів. Другий — екологія як система управління. У наших модулях “STEM-Старт” діти не просто фіксують проблеми на екокарті свого району — вони розробляють стратегію: де висадити дерева, щоб знизити рівень шуму та пилу, як змінити мікроклімат шкільного подвір’я. Це справжнє інженерне мислення.

Ми вчимо дітей, що біо-STEM — це не про те, як “витиснути” з природи більше, а про те, як жити з нею в резонансі. Моделюючи харчові ланцюги, учні бачать: випадання однієї ланки руйнує всю систему. Це вчить їх передбачати довгострокові наслідки своїх рішень.

І знаєте, який момент на уроці я люблю найбільше? Коли діти дізнаються, що застібка-липучка на їхньому рюкзаку була натхненна колючками реп’яха, а шестикутні стільники бджіл стали основою для конструкцій в авіації та будівництві — бо природа давно вирахувала ідеальну форму для міцності при мінімумі матеріалу. У класі завжди настає секунда тиші — а потім хтось обов’язково каже: “Зачекайте… то природа вже все придумала до нас?”. Саме в цей момент народжується біонічне мислення.

Мій меседж простий: природа — це безкоштовна лабораторія з відкритим кодом. Якщо ми хочемо виховати покоління, яке відновить Україну, ми маємо навчити їх не просто користуватися ресурсами, а створювати технології, які будуть такими ж розумними й чистими, як сама природа. Біо-STEM — це шлях від “виживання” до “співіснування”.

Найкраще STEM-обладнання — це допитливість вчителя і звичайний скотч

— Які ваші ТОП-3 поради вчителю природничих наук, який хоче зробити свій перший справжній STEM-проєкт, не маючи при цьому 3D-принтера чи набору Arduino?

– Перша порада — змініть “тему” на “виклик”. Справжній STEM починається не з параграфа, а з дискомфорту або цікавості. Забудьте на хвилину про термін “фотосинтез”. Сформулюйте проблему: “Класний куточок природи гине від нестачі світла. Як доставити сонце до рослин у глибині кімнати, використовуючи лише дзеркала та фольгу?” Шукаючи рішення, учень вивчає кути падіння світла, потреби рослини і конструює систему рефлекторів — навіть не помічаючи, що це фізика, біологія та інженерія одночасно. Запитання — це двигун, який запускає мозок дитини.

Друга порада — вийдіть на вулицю. У наших проєктах ми сповідуємо принцип: природа — це найдосконаліший конструктор, і для STEM-проєкту не потрібен 3D-принтер, якщо є шкільне подвір’я. Побудуйте верміферму з черв’яками у звичайному пластиковому контейнері — і ви отримаєте живу інженерну модель кругообігу речовин. Запропонуйте учням створити “готель для комах” із природних матеріалів — і вони самі дослідять архітектурні вподобання різних видів. Жодного бюджету. Максимум залученості.

Третя порада — відходьте від “готових рецептів”. Традиційна лабораторна робота схожа на випікання пирога: візьми 10 мл цього, змішай із 5 г того. У STEM ми даємо критерії успіху, а не шлях до нього. Замість “зліпи модель клітини” — поставте задачу: “Після дощу на шкільному подвір’ї стоять калюжі. Спроєктуйте дощовий сад — інженерну споруду з рослин і каміння, яка вбиратиме воду”. У цей момент учень перестає бути виконавцем і стає творцем. Він помилятиметься, перероблятиме, сперечатиметься з командою — і саме в ці моменти народжується інноватор.

І ще один секрет. У посібниках “STEM-Старт” ми прописали саме такі сценарії: “обладнанням” є підручні матеріали, а “результатом” — не модель на полиці, а зміна у мисленні дитини. Бо найкраще STEM-обладнання — це допитливість вчителя і звичайний скотч. Все інше — лише додатки.

Слова пані Ірини про те, що природа — це “лабораторія з відкритим кодом”, ідеально пояснюють, чому біологія сьогодні є чи не найперспективнішим майданчиком для STEM-проєктів. Коли дитина усвідомлює, що звичайна колючка реп’яха — це не просто бур’ян, а геніальна інженерна розробка, яка подарувала нам застібку-липучку, її погляд на світ змінюється назавжди. Саме на цьому перетині захоплення живим світом та прагнення створювати нові технології народжується біоніка. Це не просто розділ науки, це філософія “підгледжених рішень”, де ми перестаємо винаходити велосипед і починаємо вивчати, як цей “велосипед” уже мільйони років успішно функціонує в дикій природі.

Давайте поглянемо, як цей підхід реалізують у світі та як звична тема з підручника може перетворитися на справжній інженерний виклик.

Біоніка: коли природа — головний інженер

Якщо фізики будують мости, то біологи вивчають, як ці мости вже збудовані в природі. Біоніка — це і є той самий ідеальний місток для STEM-уроку. Це наука про те, як людина копіює природу для створення технологій.

Світовий освітній досвід показує, що біоніка — це “вхідний квиток” у STEM для вчителів природничих наук:

• Закордонний кейс (Німеччина): учні досліджують “Ефект лотоса” (самоочищення листків). Вони не просто дивляться на краплі води, а проєктують модель водовідштовхувального покриття для фасадів будинків чи одягу, тестуючи різні матеріали на гідрофобність.
• Японський досвід: вивчення форми дзьоба рибалочки допомогло інженерам змінити дизайн швидкісного потяга “Сінкансен”. Раніше він створював гучний звуковий удар при виході з тунелю, але “запозичений” у птаха дзьоб зробив його безшумним та на 15% економнішим.
• Архітектурна біоніка (Зімбабве): будівля Eastgate Centre в Хараре не має кондиціонерів, але там завжди прохолодно. Архітектори скопіювали систему вентиляції термітників. Учням на уроці можна запропонувати спроєктувати модель будинку, який “дихає” за таким самим принципом.
• Морські технології (США): вивчення горбиків на плавцях горбатих китів призвело до створення ефективніших лопатей для вітряків та гвинтів літаків. Це чудовий кейс для поєднання біології ссавців та альтернативної енергетики.

Трансформація: від лабораторки до STEM-виклику

Як бачимо, світові тренди ведуть нас від простого розглядання картинок до створення прототипів. Але як це реалізувати в межах звичайної української програми з біології, де є чіткий перелік практичних робіт?

Секрет простий: ми не змінюємо тему уроку, ми змінюємо роль учня. З пасивного спостерігача (“я побачив, що сода шипить”) він стає активним розробником (“я створив модель, яка працює”).

Проаналізуємо нашу програму: що ми маємо зазвичай і як це “прокачати”, перетворивши звичну лабораторну роботу на інженерний виклик із реальним результатом.

Як виглядає реальна трансформація уроку біології — від звичної практичної роботи до справжнього STEM-виклику з реальним результатом, можна переглянути в презентації

Цифровий біо-STEM: симулятори та лабораторії

Проте виникає логічне запитання: як бути з процесами, які неможливо побачити тут і зараз? Біологія часто вимагає часу: рослини ростуть тижнями, а еволюція триває мільйони років. Саме тут на допомогу приходять віртуальні помічники. Вони дозволяють стиснути час, провести небезпечні експерименти безпечно або “зазирнути” всередину клітини там, де звичайного мікроскопа замало.

Пропонуємо “цифровий довідничок” надійних платформ, які допоможуть зробити STEM-урок інтерактивним навіть без дорогого обладнання:

ТОП-4 цифрові ресурси для біо-STEM

Бонус для читачів: STEM-скарбничка від експертки

Ми розуміємо, що пошук якісних ідей забирає багато часу, якого у вчителя завжди обмаль. Тому пані Ірина Потапенко підготувала для читачів “Нової української школи” особливий подарунок — добірку перевірених міжнародних ресурсів, які вона сама використовує у своїй методичній роботі. Це готові ідеї, сценарії та натхнення, які допоможуть вам зробити перший крок у біо-STEM уже сьогодні.

Додаткові корисні джерела:

• Science Buddies (STEM-ідеї): — тут зібрана величезна база ідей саме для біологічних та екологічних проєктів з інструкціями.
• Biomimicry Institute: — неймовірний ресурс для вивчення біоніки. Можна ввести назву природного явища і побачити, які технології на його основі створили люди.
• Project Learning Tree (PLT) — ресурс, що фокусується на екологічній освіті через практичну діяльність. Тут є безліч завдань для вивчення екосистем лісу, якості води та зміни клімату, які легко адаптувати до української програми.
• TeachEngineering — колекція навчальних планів, де біологічні знання застосовуються для вирішення інженерних завдань. Шукайте розділи “Life Science” для створення міжпредметних зв’язків.

Порада від редакції: більшість цих ресурсів англомовні, проте вони легко адаптуються за допомогою вбудованого перекладача у вашому браузері. Це також чудовий шанс для впровадження елементів CLIL (предметно-мовного інтегрованого навчання) на ваших уроках.

STEM у біології — це не про те, щоб “розважити” дітей. Це про те, щоб показати: біологія — це не параграфи про тичинки та маточки. Це наука про виживання, інженерію майбутнього та екологічну відповідальність. І почати можна з тієї самої “картонної руки”, якщо поставити правильне запитання: “А як зробити її ще сильнішою, підгледівши відповідь у анатомії людини?”

Нагадаємо, раніше медіа НУШ розповідало “Чому STEM-освіта має бути інклюзивною: поради для залучення дітей з ООП”.

Фото Ірини Потапенко, презентація медіа НУШ