Jornal Mundo STEAM – Os oito elementos essenciais em STEM

 

 

Os oito elementos essenciais das escolas secundárias inclusivas em STEM

Traduzido do International Journal of STEM Education, 

As escolas secundárias inclusivas de STEM (tradicionalmente conhecidas por “Ciência, Tecnologia, Engenharia e Matemática”) estão surgindo em todo o país como um mecanismo para melhorar a educação em STEM e levar mais e diversos alunos para cursos e carreiras em STEM. No entanto, não há consenso sobre o que essas escolas são ou deveriam ser, dificultando a avaliação de sua eficácia e a escalabilidade de modelos de sucesso. Abordamos esse problema trabalhando com líderes e participantes do ensino médio de STEM inclusivos para articular e entender seus modelos de escola pretendidos. Essa abordagem “de baixo para cima” contrasta com outros estudos que adotaram uma abordagem “de cima para baixo”, baseada na literatura, para definir escolas STEM.

Resultados

Por meio desse processo, identificamos 76 componentes críticos das escolas de STEM e derivamos uma estrutura teórica de oito elementos que representam os objetivos e estratégias comuns empregados pelas escolas de ensino médio inclusivas de todo o país: Personalização da aprendizagem; Aprendizagem Baseada em Problemas; Aprendizado Rigoroso; Carreira, Tecnologia e Habilidades para a Vida; Comunidade escolar e pertencimento; Comunidade externa; Fundações de Pessoal; e fatores externos. Essa estrutura oferece uma imagem clara do que são exatamente as escolas STEM inclusivas e uma linguagem comum para pesquisadores e profissionais. Curiosamente, o conteúdo disciplinar de STEM não emergiu como um componente definidor nos modelos escolares.

Conclusões

As conclusões sugerem que os líderes e partes interessadas das escolas de STEM veem sua identidade escolar como enraizada na pedagogia, habilidades transferíveis, cultura escolar e instruções rigorosas em todas as disciplinas, incluindo, mas não restritas a elas. Isso levanta questões sobre os objetivos das escolas secundárias de STEM inclusivas e os resultados da disciplina de STEM que devemos razoavelmente esperar ver das escolas de STEM.

fundo

O movimento educacional STEM ganhou um impulso dramático na última década. Isso se reflete não apenas na proliferação de programas STEM locais e estaduais que agora existem em todo o país, tanto nas escolas como fora dela, mas também nos inúmeros relatórios e políticas federais, no orçamento federal e em iniciativas como o Educate to Innovate da Casa Branca (Conselho Nacional de Pesquisa (NRC) 2011 , 2013 ; Academias Nacionais 2005 ; Conselho de Assessores do Presidente em Ciência e Tecnologia (PCAST) 2010) Durante seu governo, o presidente Obama fez da melhoria da educação STEM uma prioridade, apoiada por um plano estratégico de cinco anos para apoiar a educação STEM, lançado em 2013. Essa atenção à educação STEM se deve em grande parte à necessidade de reforçar a força de trabalho STEM nos EUA competir em uma economia global (Departamento do Trabalho dos Estados Unidos, 2007 ). De acordo com as previsões, o número de empregos no setor STEM aumentará mais rapidamente na próxima década do que em qualquer outro setor (Comitê Nacional de Ciência e Tecnologia STEM Education 2013 ; Klobuchar, 2014 ): os analistas estimam que até 2018, não Os empregos no ramo STEM aumentarão 9,8%, enquanto os empregos no ramo STEM aumentarão 17% (Langdon et al. 2011) Por cima de uma escassez já existente de trabalhadores qualificados em STEM, essas projeções parecem causar sérias preocupações.

Alguns caracterizaram essa escassez como resultado de um “vazamento de oleoduto” (Alper 1993 ; Leboy 2008 ; Valla & Ceci 2014 ) através do qual os estudantes, especialmente mulheres e outros grupos sub-representados, deixam os campos STEM. A metáfora sugere que, em algum momento do ensino pré-escolar, os grupos perdem o interesse pelo aprendizado relacionado à STEM, perdem a confiança em suas habilidades para atuar nesses campos (Wells, Sanchez e Attridge 2007 ; Unfried, Faber e Wiebe 2014 ), ou sentir que a “cultura STEM” não é acolhedor para eles (bom, Rattan, & Dweck 2012 ; Smith, Lewis, Hawthorne, & Hodges 2013), resultando em um grande número de estudantes optando por (ou não participar) de cursos e carreiras STEM (por exemplo, Blickenstaff 2006 ; Wickware 1997 ). Assim, muitos esforços para melhorar a educação STEM buscam aumentar o interesse e o desempenho dos alunos através do aumento do tempo e da ênfase nos assuntos STEM, abordagens diferentes para o conteúdo e o uso de várias estratégias instrucionais. Uma dessas estratégias é a criação de escolas secundárias inclusivas em STEM, que visam fornecer um rigoroso aprendizado em STEM (Riley et al. 2013 ) a estudantes de todas as origens socioeconômicas, demográficas e de desempenho (Peters-Burton et al. 2014 ).

Apesar da atenção e recursos prestados às escolas STEM e STEM, ainda há pouco consenso sobre como as escolas STEM devem ser na prática e até sobre o que “STEM” realmente é no contexto operacional da educação K12. Algumas definições de STEM se concentram na integração disciplinar. Por exemplo, Merrill ( 2009 ) define STEM como

uma meta-disciplina baseada em padrões que reside no nível da escola, onde todos os professores, especialmente professores de ciências, tecnologia, engenharia e matemática (STEM), ensinam uma abordagem integrada ao ensino e à aprendizagem, onde o conteúdo específico da disciplina não é dividido, mas abordados e tratados como um estudo dinâmico e fluido (pág. 1).

Outros levam a natureza interdisciplinar um passo adiante, propondo que os esforços para integrar os assuntos STEM sejam expandidos para abranger as artes, mudando assim a iniciativa “STEM” para a iniciativa “STEAM” (Ciência, Tecnologia, Engenharia, Artes e Matemática; Platz 2007 )

Por outro lado, outros ainda veem o movimento STEM como uma oportunidade de destacar conteúdo específico de assunto que havia sido negligenciado anteriormente. Mais especificamente, eles destacam o “T” ou o “E” no STEM (por exemplo, “Ponderando a reivindicação do ‘T’ no STEM” [Kelley, 2010 ], “Apoiando o T e o E no STEM” [Harrison, 2011 ], “Advancing the“ E ”in K-12 STEM Education” (Rockland et al. 2010 )).

Apesar dessa falta de definição compartilhada, existem inúmeras escolas em todo o país que se identificam – em nome, missão ou não – como escolas STEM. As escolas de ensino médio com foco seletivo em matemática e ciências, que admitem com base no desempenho, existem há várias décadas (por exemplo, Subotnik, Tai e Almarode 2011 ). No entanto, essas escolas geralmente altamente competitivas atendem apenas uma pequena parcela da população estudantil, e a matrícula de estudantes minoritários geralmente é baixa (Means, Confrey, House & Bhanot 2008 ). As escolas secundárias STEM inclusivas, que são o foco do presente estudo, não têm critérios de admissão para estudantes e, como tal, atendem a uma população mais ampla e muitas vezes mais diversificada de estudantes (Means et al. 2008 ; NRC2011 ). Essas escolas surgiram mais recentemente como uma tendência e agora são encontradas em todo o país. Além da característica de nível de superfície de sua estrutura de matrículas, no entanto, as maneiras e até que ponto as escolas secundárias inclusivas em STEM são semelhantes ou diferentes em seus modelos e práticas pretendidas tem sido amplamente desconhecidas – o que representa um problema para a pesquisa em escolas STEM como inovação singular.

Os pesquisadores já estão começando a se envolver em estudos comparativos de escolas STEM inclusivas e seus colegas não-STEM vizinhos (por exemplo, Young et al. 2011 ); no entanto, o que falta no corpo atual de literatura sobre escolas STEM é um exame do que as escolas STEM são atualmente – o que fazem, como interpretam o termo “STEM”, quais são seus objetivos – e, portanto, quais resultados podemos e deve esperar deles. Sem uma linguagem compartilhada para descrever as escolas STEM, as descobertas sobre o impacto não contribuirão para o desenvolvimento de uma base de conhecimento que possa informar o crescimento e a melhoria contínua.

Neste estudo, abordamos as perguntas: O que é uma escola STEM inclusiva? Quais componentes específicos estão presentes nessas escolas? Por que os componentes estão presentes, ou seja, quais resultados específicos se destinam aos estudantes, funcionários e à comunidade em geral? Examinamos como as próprias escolas secundárias STEMarticular o que são; como isso pode (ou não) se alinhar com o impulso nacional por melhorar o ensino de ciências, tecnologia, engenharia e matemática; e os resultados que eles pretendem para seus alunos. A compreensão dos modelos pretendidos e dos componentes específicos do modelo de escolas STEM inclusivas em funcionamento nos permite examinar a implementação de estratégias e como essa implementação se relaciona com os resultados, bem como desenvolver um quadro teórico abrangente de práticas escolares STEM comuns, que apresentamos aqui. Essa estrutura pode informar pesquisas futuras e sugerir um modelo amplamente aplicável que forneça aos formuladores de políticas e profissionais um terreno comum para discussão e colaboração. Também pode ajudar os profissionais interessados ​​a entender, implementar e melhorar as práticas que essas escolas STEM usam.

Métodos

Abordagem teórica

Este artigo descreve as conclusões do “Estudo Escolar STEM” (S3; NSF # 1238552), que examinou 20 escolas secundárias STEM inclusivas nos EUA. Buscamos derivar um modelo teórico para escolas secundárias inclusivas em STEM, empregando uma “abordagem de componentes” (Century et al. 2010 ; Hall & Hord 1987 ) trabalhando para identificar e descrever claramente os componentes críticos de cada uma das 20 escolas inclusivas em STEM. modelos, identifique pontos comuns e sintetize-os em elementos conceituais-chave. A abordagem componente tem raízes na literatura sobre mudança educacional, onde Hall e Hord ( 1987) sugeriram que, para analisar diferentes instanciações de uma inovação (neste caso, a escola secundária STEM inclusiva), “os componentes ou elementos básicos da inovação devem ser definidos” (p. 117). Essa abordagem se tornou cada vez mais visível nos estudos de implementação educacional como um passo essencial para a compreensão das partes das intervenções educacionais que estão mais intimamente associadas aos resultados desejados dos alunos (Damschroder et al. 2009 ). Alguns se referem a esses componentes críticos como “dimensões críticas do programa”, “dimensões do modelo”, “critérios de fidelidade”, “características essenciais” e “partes críticas” (Bond et al. 2000 ; Huntley: operacionalizando o conceito de “fidelidade da implementação” ”Para currículos de matemática financiados pela NSF, não publicado em 2005; Mowbray et al. 2003 ; Sabelli e Dede 2001 ; Wang et al. 1984 ). No S3, identificamos o que chamamos de “componentes críticos” que, por sua vez, compreendem “elementos” conceituais maiores.

Nossa estrutura específica de componentes baseia-se em nosso trabalho anterior sobre a medição da fidelidade das implementações (Century & Cassata 2014 ), que foi adaptada para estudos específicos das escolas STEM em um estudo precursor do S3 (Estudo de Rede de Aprendizagem de Ohio STEM (OSLN; NSF) # 1008569), que examinou cinco escolas STEM inclusivas em Ohio). A estrutura organiza componentes de inovação em duas grandes categorias: componentes estruturais e componentes interacionais. Componentes estruturais “incluem os elementos organizacionais, de design e de suporte que são os alicerces da inovação” (Century & Cassata 2014 , p. 88); componentes interacionais são os comportamentos esperados ou pretendidos dos usuários da inovação – nesse caso, os participantes da comunidade escolar.

É importante ressaltar que a estratégia empregada neste estudo (S3), bem como no estudo anterior do OSLN, utilizou uma abordagem qualitativa e fundamentada, na medida em que contou com os criadores, líderes e professores-chave das escolas para articular seus modelos escolares STEM. O modelo de oito elementos que foi finalmente derivado está enraizado nas próprias descrições dos líderes das escolas . Essa abordagem contrasta com Peters-Burton et al. ( 2014 ), por exemplo, que utilizaram uma abordagem orientada pela literatura em que identificaram 10 “componentes críticos” das escolas STEM na literatura existente e, em seguida,conduziu estudos de caso aprofundados de escolas STEM inclusivas para examinar até que ponto esses componentes estavam presentes. Nossa abordagem foi impulsionada pelo compromisso de determinar o que as escolas STEM realmente são, no terreno, conforme definidas por seus criadores e líderes. Em seguida, procuramos sintetizar suas descrições em um modelo geral de escolas secundárias STEM inclusivas que beneficiariam o campo como um todo.

Amostra

As escolas de amostra residem em sete estados. Isso inclui quatro escolas, cada uma no estado de Ohio, Texas e Washington; três na Califórnia; dois cada um na Carolina do Norte e Tennessee; e uma em Nova York, com um total de 20. A equipe de pesquisa trabalhou em estreita colaboração com os líderes políticos de STEM do estado para selecionar e recrutar escolas participantes que (1) eram inclusivas, na medida em que não tinham critérios de admissão baseados em resultados; (2) eram representativos da variedade de escolas STEM inclusivas em cada estado; e (3) tinha capacidade (equipe, tempo e apoio do administrador) para participar de uma grande pesquisa. O critério final foi necessário para (a) concluir o estudo da pesquisa e (b) não sobrecarregar o pessoal da escola ou prejudicar suas funções em suas respectivas escolas. Procuramos escolas que estavam pelo menos no segundo ano de implementação, com duas exceções (novas escolas STEM em Ohio e Tennessee foram incluídas, pois os líderes da rede se sentiam confiantes em sua capacidade de participar). Também exigimos que as escolas se identificassem (de acordo com a administração) como escolas “STEM” (com “STEM” aberto à sua interpretação). Todas as escolas eram afiliadas às redes STEM estaduais centralizadas, embora seu nível de envolvimento variasse. Das 20 escolas, sete eram suburbanas, nove eram urbanas e quatro eram rurais. O tamanho da amostra escolar variou de 44 a 619 alunos. A distribuição étnica dos alunos variou: uma escola era majoritariamente afro-americana / negra, sete eram majoritariamente hispânicos / latinos e 12 eram majoritariamente brancos. A amostra total de alunos (conforme relatado em questionários durante o segundo ano do estudo) foi 11. 6% afro-americanos / negros; 0,6% de índio americano ou nativo do Alasca; 9,0% asiáticos; 28,6% hispânicos / latinos; 1,3% das ilhas do Havaí ou do Pacífico; 1,5% do Oriente Médio; 33,7% brancos / caucasianos; 7,2% de raça mista; 1,9% outros; e 4,6% preferiram não responder. Como a amostra final incluiu uma variedade de escolas com demografia variável e uma grande diversidade de contextos (por exemplo, geográfica, socioeconômica, política), estamos confiantes de que as conclusões deste estudo são generalizáveis ​​para uma ampla variedade de escolas STEM em todo o mundo. nação.

Estratégia e fontes de coleta de dados

A Figura  1 demonstra o processo de coleta e análise de dados para o estudo. Nossa estratégia de coleta de dados foi informada por Leithwood e Montgomery ( 1980 ), que sugerem que os pesquisadores derivem informações sobre os componentes essenciais de um programa de (a) os desenvolvedores do programa, (b) materiais escritos produzidos por esses desenvolvedores e (c) indivíduos envolvidos na implementação do programa. Assim, começamos o processo de articular os componentes críticos de cada escola, revisando os materiais escritos das escolas e realizando entrevistas de “articulação do modelo” com as partes interessadas da escola que tinham mais conhecimento sobre cada modelo de escola STEM (por exemplo, fundadores, diretores e professores líderes) )

figura 1
Figura 1

Obtivemos materiais escritos sobre cada escola a partir de líderes e sites da escola, incluindo declarações de missão, manuais de alunos e pais, documentos normativos, materiais de apresentação, links para notícias, vídeos da escola e outros documentos descritivos. Revisamos esses documentos antes das entrevistas de articulação do modelo, a fim de obter um entendimento básico de cada uma das escolas e fornecer contexto para as próprias entrevistas.

Realizamos uma entrevista de articulação do modelo com cada escola ( N  = 20); as entrevistas incluíram um a seis líderes em cada escola (a maioria das entrevistas foi conduzida com dois a três líderes). Os participantes incluíram os fundadores da escola, os líderes da escola, os principais parceiros externos (por exemplo, conselheiros da comunidade) e os principais professores. Dezoito ocorreram durante a primavera de 2013, enquanto os dois restantes foram realizados no ano letivo seguinte devido a complicações na programação. As entrevistas de articulação do modelo utilizaram um processo de entrevista semiestruturada, com um protocolo de entrevista adaptado de Gugiu e Rodriguez-Campos ( 2007), focado em delinear e identificar com precisão os componentes críticos de cada modelo de escola. Cada entrevista começou com a pergunta: “Quais são os elementos ou componentes mais importantes da sua escola?” O protocolo então instruiu os entrevistadores a procurarem mais detalhes sobre os componentes, para que cada um pudesse ser completamente descrito e forneceu uma série de perguntas e sugestões de amostra. para uso conforme apropriado. Além de pedir às partes interessadas que identifiquem e descrevam os componentes críticos do modelo de sua escola, essas instruções também foram usadas para elucidar por queos componentes eram críticos (isto é, os resultados que pretendiam produzir), como descreveriam o componente para um novo aluno ou professor, como eles são na prática e quais estruturas ou suportes podem estar presentes para garantir que o componente seja promulgada como pretendido. Por exemplo, se o comunicado foi mencionado como um componente central de uma escola, os entrevistadores fizeram perguntas como: “Você pode definir o que quer dizer com aviso? O que você está tentando realizar para os alunos ou para a escola tendo uma aula de consultoria? Se eu fosse um novo aluno, como você me descreveria? O que você deseja que os professores saibam sobre orientação e por que ela é uma parte importante da escola? ”Essas perguntas foram feitas para cada componente mencionado pelos participantes.modelo intencional ou o que a escola estava tentando fazer ou realizar, em vez do que poderia estar acontecendo lá. Cada entrevista durou até duas horas.

Entrevistas de acompanhamento foram realizadas com 16 das 20 escolas durante o ano letivo de 2013-2014. (Duas escolas não participavam mais do estudo naquele momento. Nas outras duas escolas, não conseguimos marcar um horário para essas entrevistas com os líderes da escola devido a restrições de tempo e problemas de programação, apesar de várias tentativas; no entanto, essas escolas continuaram participando em todos os outros aspectos do estudo, incluindo questionários de professor, aluno e líder da escola e, em um caso, uma visita no local para coleta qualitativa de dados). Em cada entrevista de acompanhamento, o líder da escola estava presente; em alguns casos, outras partes interessadas presentes durante as entrevistas iniciais de articulação do modelo também estavam presentes. Essas entrevistas duraram aproximadamente 1 hora cada; a primeira metade da entrevista centrou-se no modelo de escola individual elaborado,

Fase 1 de análise de dados – identificando os componentes críticos de escolas secundárias STEM inclusivas

Um segundo pesquisador (que não fala) fez anotações detalhadas durante cada entrevista de articulação do modelo, e cada entrevista foi posteriormente transcrita literalmente usando o software HyperTranscribe. Os pesquisadores revisaram os componentes críticos identificados nas cinco escolas secundárias STEM, inclusive em Ohio, no estudo OSLN mencionado anteriormente. Em seguida, um pesquisador conduziu uma codificação abrangente de cada entrevista com foco na identificação de componentes críticos. Os pesquisadores conduziram a codificação anotando as transcrições das entrevistas no Microsoft Word usando a função de comentário e depois organizaram os componentes críticos codificados usando planilhas do Excel. Depois que o primeiro pesquisador concluiu a codificação, um segundo pesquisador, tipicamente alguém que estava presente durante a entrevista de articulação, revisou os códigos. Ambos os pesquisadores se reuniram para reconciliar quaisquer diferenças.

Verificando os componentes em cada modelo de escola STEM

Na próxima etapa do processo de articulação do modelo, os pesquisadores organizaram os componentes em um modelo de resumo gráfico para cada escola (ver Fig.  2Por exemplo). Compartilhamos o modelo de cada escola STEM com as partes interessadas da escola para avaliar a validade do questionário, perguntando aos funcionários da escola a precisão e a importância dos componentes identificados no modelo e se eles sentiam que alguma parte importante da escola não estava representada. Em geral, as partes interessadas da escola achavam que os modelos eram representações precisas da escola. Apenas algumas sugeriram pequenas alterações de idioma ou inclusão de outro componente crítico. Os pesquisadores discutiram quaisquer questões ou preocupações levantadas pelos líderes das escolas ou outros participantes e fizeram mudanças acordadas nos modelos de rascunho. O modelo final de cada escola incluía 11-31 componentes críticos acordados por dois pesquisadores e entrevistados. No total, identificamos 76 componentes críticos distintos em todas as escolas (consulte a Tabela  1 para obter uma lista dos componentes e o número de escolas que consideram cada núcleo como seu modelo).

Figura 2
Figura 2

Tabela 1 Os 8 elementos e componentesMesa de tamanho completo

Fase 2 da análise de dados – derivando os elementos essenciais dos componentes críticos identificados

Após identificar os 76 componentes críticos presentes em todas as escolas S3, usamos uma abordagem da teoria fundamentada (Strauss & Corbin 1994 ) para explorar se poderíamos derivar uma estrutura teórica abrangente para escolas STEM inclusivas em geral, pois reconhecemos que uma ampla A lista de 76 componentes críticos diferentes foi detalhada demais para fornecer uma compreensão clara do que são as escolas de ensino médio inclusivas. Para derivar essa estrutura, usamos um processo de três etapas de (a) revisão da transcrição da entrevista de articulação do modelo; (b) codificação temática dos componentes críticos; e (c) discussão. Pesquisadores analisaram descrições das partes interessadas da escola sobre por quecomponentes são críticos, bem como suas descrições de como os componentes devem se parecer na prática. Por exemplo, quando as partes interessadas da escola indicaram que a autonomia do aluno era um componente crítico, estudamos a transcrição e o contexto da entrevista para entender como isso é na sala de aula. Um líder da escola descreveu como os alunos tomam decisões em suas aulas sobre qual conteúdo pesquisar e como compartilharão as informações com outros alunos. Essa estratégia de autonomia satisfaz uma meta da escola de personalizar a instrução – uma estratégia que permitiu aos alunos trabalhar com seus próprios interesses e estilos de apresentação favoritos. Ao sintetizar as descrições dos líderes das escolas dos objetivos educacionais subjacentes para todos os componentes durante as entrevistas, derivamos oito temas que abrangem todos os 76 componentes, 1 para obter uma lista completa dos elementos e componentes). Nomeamos os elementos de maneiras que julgávamos claras, amplamente compreensíveis e, quando possível, já definidas na literatura; isto é, enquanto os componentes e elementos foram derivados do que as próprias escolas disseram, os nomes dos elementos foram atribuídos pela equipe de pesquisa.

Resultados

Os oito elementos incluem seis elementos principais (quatro instrucionais e dois não instrucionais), bem como dois elementos de suporte. Os elementos instrucionais concentram-se nas estratégias pedagógicas e no alcance de metas acadêmicas para os alunos. Os elementos não instrucionais são compostos de estratégias que não se concentram diretamente no avanço acadêmico dos alunos. Esses elementos não instrucionais representam as intenções das escolas de facilitar os resultados sociais e emocionais dos alunos, bem como de melhorar o sistema educacional STEM (além da própria escola). Os elementos de suporte incluem estratégias e fatores externos que suportam os elementos instrucionais e não instrucionais. Cada um dos oito elementos é descrito em mais detalhes abaixo.

Vale ressaltar que alguns componentes aparecem em mais de um elemento. Por exemplo, o componente “Facilitação de professores para alunos envolvidos em conteúdo do mundo real” faz parte do elemento “Aprendizagem rigorosa”, bem como o elemento “Aprendizagem baseada em problemas”. Isso ocorre porque o uso de conteúdo do mundo real é uma estratégia de pensamento de ordem superior (e, portanto, faz parte de um aprendizado mais rigoroso (Brundiers et al. 2010)), bem como uma parte essencial da pedagogia subjacente à aprendizagem baseada em problemas. Os componentes podem estar presentes em mais de um elemento porque os objetivos e estratégias de ensino e aprendizagem são complexos, e decidimos não isolá-los artificialmente sob um elemento. Essa flexibilidade na estrutura permite uma compreensão mais abrangente do objetivo e da função de cada componente individual. Nem todas as escolas incluíram cada elemento em seu modelo (consulte a Tabela  1 ) e, mesmo quando os elementos estavam presentes, cada escola enfatizou diferentes componentes em diferentes graus, definindo seus modelos escolares exclusivos.

Os oito elementos essenciais

Elementos instrutivos

Personalização da Aprendizagem

O elemento Personalização do aprendizado representa a ideia de que o aprendizado deve ser personalizado para as habilidades e interesses exclusivos de cada aluno. A Fundação Bill e Melinda Gates ( 2014 ) define o aprendizado personalizado como “[sistemas] e abordagens que aprofundam o aprendizado do aluno, adaptando as instruções às necessidades, habilidades e interesses de cada aluno” (p. 2). A personalização do aprendizado afasta a sala de aula de uma estratégia de “tamanho único” para permitir uma instrução verdadeiramente individualizada. Exemplos de componentes que compõem o Elemento Personalização do aprendizado incluem “diferenciação de instruções do professor com base nas necessidades de aprendizado”, “horário flexível” e “autonomia do aluno”.

Aprendizagem Baseada em Problemas (PBL)

De um modo geral, o PBL é uma abordagem instrucional que exige que os alunos resolvam um problema para atingir uma meta de aprendizado (Savery 2015 ). No entanto, os líderes das escolas definiram a ABP de várias maneiras. Por exemplo, o PBL pode envolver um projeto de longo prazo que ocorre ao longo de várias semanas ou dentro de um período de aula. Algumas tarefas ou projetos de PBL envolvem problemas fabricados, enquanto outros se concentram em um problema que existe no mundo real. No entanto, os componentes no elemento PBL abrangem estratégias que as definições de PBL compartilham. Os componentes que compõem o elemento PBL incluem “os alunos fazem conexões interdisciplinares”, “parceiros externos apóiam a instrução” e “facilitação de professores para alunos envolvidos em conteúdo do mundo real”.

Aprendizado Rigoroso

O aprendizado rigoroso refere-se a instruções que se concentram em conteúdos e processos desafiadores para os alunos e que exigem alta demanda cognitiva. Blackburn ( 2008 ) define rigor na sala de aula como “criar um ambiente no qual se espera que o aluno aprenda em altos níveis, e cada aluno é apoiado para que ele possa aprender em altos níveis, e cada aluno demonstra aprendizado em altos níveis” (p. 2) Exemplos de componentes que compõem o Rigorous Learning Element incluem “facilitação de professores para alunos envolvidos em conteúdo do mundo real”, “estudantes envolvidos em trabalhos cognitivamente exigentes” e “sequência do curso principal”.

Carreira, tecnologia e habilidades para a vida

Esse elemento envolve instruções e experiências de aprendizado que se concentram nas proficiências que os alunos usarão na faculdade, nas futuras carreiras e na vida em geral. Os componentes podem se concentrar especificamente no desenvolvimento de conhecimentos e habilidades necessárias para ingressar na força de trabalho STEM e / ou incluir habilidades que serão úteis em qualquer futuro local de trabalho, como comunicação e gerenciamento de tempo. Exemplos de componentes incluídos neste elemento incluem “os alunos usam a tecnologia”, “os alunos participam de atividades de preparação para a carreira” (por exemplo, estágios) e “demonstrações de aprendizado conduzidas pelos alunos”.

Elementos não instrucionais

Comunidade escolar e pertença

Este elemento se concentra em aspectos não instrucionais do desenvolvimento do aluno. Isso inclui incutir uma forte cultura escolar e fornecer aos alunos suporte para necessidades emocionais. Muitas escolas secundárias inclusivas em STEM descrevem sua cultura como uma peça crucial para o sucesso dos alunos. Algumas escolas descreveram uma cultura “familiar”, enquanto outras se concentraram em uma cultura de profissionalismo em toda a escola, por exemplo. Outros exemplos de componentes que compõem esse elemento incluem “a equipe apóia as necessidades de todo o aluno”, “os alunos se tratam com confiança e respeito”, “os alunos contribuem para a tomada de decisões na escola” e “a equipe enfatiza o código da escola. comportamento e valores “.

Comunidade Externa

Comunidade externa representa os esforços e o compromisso das escolas em estabelecer e manter relacionamentos com membros e instituições da comunidade. Em alguns casos, as escolas podem ter um forte compromisso em retribuir à comunidade local ou estadual. Em outros, as escolas podem se concentrar em sua presença na comunidade educacional de STEM e sentir que uma parte crítica de seu sucesso inclui o compartilhamento de boas práticas e estratégias com outras escolas. Exemplos de componentes que compõem esse elemento incluem “a escola estabelece e mantém uma presença na comunidade”, “práticas de disseminação de pessoal” e “os alunos participam do aprendizado de serviço”.

Elementos de suporte

Fundações do pessoal

Esse elemento centra-se em atividades intencionais no modelo de uma escola que permitem comportamentos de professores instrucionais e não instrucionais. As fundações da equipe são componentes que “preparam o palco” para que os componentes direcionados aos alunos ocorram. Para implementar componentes instrucionais e não instrucionais, como os descritos acima, as escolas de nossa amostra relatam que certas fundações devem estar em vigor. Por exemplo, “colaboração da equipe” e “líder da escola apóiam o crescimento e o desenvolvimento da equipe” podem estabelecer as bases para a ocorrência de componentes como “facilitação de conexões interdisciplinares pelo professor” (encontrada nos Elementos de Aprendizagem Baseada em Problemas e Elementos de Aprendizado Rigorosos). Outros exemplos de componentes incluídos neste elemento incluem “a equipe participa da tomada de decisões” e “tempo de planejamento comum”.

Fatores Essenciais

O processo de articulação do modelo também gerou um grupo de fatores (contextos e condições) que as partes interessadas da escola identificaram como chave para a implementação bem-sucedida de suas escolas. Definimos fatores como componentes externos ao modelo da escola (ou seja, não fazem parte da própria escola) que podem contribuir ou inibir a implementação (Century et al. 2012) Fatores podem incluir características da organização em que reside a inovação, o clima externo (político, comunitário) ao redor da inovação e as características do usuário. Por exemplo, algumas escolas descreveram o “envolvimento da família” como um importante apoio para cumprir a missão da escola. Outras escolas descreveram as principais atitudes dos funcionários (como uma “crença de que todos os alunos podem aprender”) como um apoio necessário para alcançar as metas da escola. O envolvimento da família e as atitudes dos funcionários, embora não sejam tecnicamente parte doas próprias escolas secundárias STEM inclusivas podem afetar a implementação do modelo de escola. Vários desses fatores foram tão importantes para as escolas que achamos que eles mereciam inclusão como um dos oito elementos da estrutura. Outros componentes de fatores essenciais incluem “a equipe é flexível e aberta à mudança” e a designação como “escola regional”.

Discussão

Os oito elementos mostram que práticas construtivistas de alta qualidade são fundamentais para os modelos de nossas escolas STEM. Os componentes descritos pelos líderes da escola como críticos para o seu modelo representam uma variedade de abordagens pedagógicas, habilidades que os alunos podem usar em futuros empreendimentos acadêmicos e de carreira e estratégias para envolver funcionários, alunos e comunidades.

É importante anotar o consenso desses componentes e elementos em nossa amostra escolar. O objetivo de determinar os componentes das escolas STEM não era identificar “O que todas as escolas STEM fazem?” Nem ditar o que as escolas STEM devem fazer. Antes, era para perguntar: “Quais são todas as coisasque as escolas STEM fazem? ”e criar linguagem compartilhada dentro da qual as escolas STEM (e pesquisadores) possam falar sobre o que fazem de maneira consistente. Portanto, embora um número de componentes seja encontrado em apenas alguns modelos de escolas, eles garantem a inclusão na estrutura, pois nessas escolas são consideradas essenciais para os modelos das escolas e sua identidade como escolas STEM. Por exemplo, a Facilitação de Professores do Processo de Projeto de Engenharia (EDP) foi identificada como essencial em apenas 4 escolas de amostra. No entanto, nestas quatro escolas, este componente é extremamente importante – o conteúdo e os projetos dos cursos são fortemente influenciados pela incorporação da EDP. A construção de consenso foio foco principal na síntese dos oito elementos abrangentes, pois buscamos criar uma estrutura que representasse os principais aspectos das escolas inclusivas de ensino médio em geral. Um dos pontos fortes dessa estrutura é que, mesmo criando uma linguagem comum em torno do que as escolas STEM têm em comum, também nos permite ver a variação existente entre os modelos de escolas STEM. Como tal, nem todas as escolas têm componentes essenciais em todos os oito elementos. Por exemplo, construir e retribuir à Comunidade Externa não era um foco importante para várias escolas e elas não têm componentes críticos nesse elemento. No entanto, esse elemento foi identificado como crítico em muitas outras escolas, que consideram que uma parte essencial de sua missão é melhorar a educação STEM fora de sua escola ou ser um ativo,

Nosso desejo de incluir todos os componentes críticos identificados pelas escolas decorre de nossa filosofia de que não existe um modelo correto para uma escola STEM inclusiva. Esta não é uma estrutura prescritiva; o objetivo é facilitar a pesquisa de resultados que possa explicar efetivamente esses contextos variados e complexos. Essa estrutura também serve como uma ferramenta para os profissionais criarem modelos baseados em metas para os alunos.

Ao examinar esses componentes críticos, no entanto, encontramos um tema particularmente digno de nota: uma surpreendente falta de componentes relacionados especificamente às disciplinas de ciência, tecnologia, engenharia e matemática. Isso não quer dizer que as escolas STEM envolvidas no estudo não valorizem as disciplinas STEM – as disciplinas STEM certamente estão presentes nessas escolas. Algumas escolas secundárias de STEM concentram-se fortemente nas matérias de STEM, exigindo uma sequência de cursos mais rigorosa em ciências e matemática do que o exigido no nível estadual. Outros incorporam um escopo mais amplo de cursos disciplinares em STEM, como exigir que todos os alunos façam um curso introdutório de engenharia. Ainda, outros se concentram nas disciplinas STEM integrando o conteúdo disciplinar STEM em todos os cursos, incluindo Artes e História da Língua Inglesa. A importância do conteúdo rigoroso do curso (STEM e não STEM) é refletida no Elemento Rigoroso de Aprendizagem, e trabalhos futuros neste estudo examinarão mais atentamente até que ponto o conteúdo específico da disciplina STEM é entregue nessas escolas. Ainda assim, ficou claro durante o processo de articulação do modelo que, quando os líderes das escolas se referiam a “STEM”, eles eram frequentementenão se referindo a disciplinas. Essa conclusão sugere que os líderes e as partes interessadas das escolas de STEM veem a identidade da escola de STEM, e o STEM em geral, como enraizado nas práticas instrucionais (como PBL e aprendizagem centrada no aluno) empregadas em habilidades transferíveis focadas em e cultura positiva e inclusiva criada nessas escolas.

As escolas participantes deste estudo buscam transformar o aprendizado em todas as disciplinas que ensinam; como tal, o foco disciplinar em STEM pode ser mais implícito do que outros objetivos. Quando perguntamos aos líderes sobre as missões e os objetivos de suas escolas, eles frequentemente descreviam a importância de envolver os alunos com problemas do mundo real e desenvolvê-los como pensadores críticos e cidadãos ativos. Esses ideais, bem como muitas das abordagens instrucionais destacadas pelas escolas, são anteriores ao movimento STEM. Filósofos educacionais como Dewey ( 1998 ), Piaget (Henson, 2003 ), Vygotsky (Moll, 1992 ) e Bruner ( 1960) defendem tais abordagens há mais de um século. Esses filósofos incentivaram os educadores a ver os alunos como participantes ativos de seu próprio aprendizado e consideraram cidadania e pensamento criativo e inventivo como resultados importantes para os alunos. Embora suas estratégias tenham sido operacionalizadas nas décadas desde que em uma variedade de contextos, o movimento escolar STEM parece ter fornecido a eles um novo lar em escala nacional. Por exemplo, a “autonomia do aluno” é o foco principal da maioria das escolas e reside em três elementos: carreira, tecnologia e habilidades para a vida; Aprendizagem Baseada em Problemas; e personalização da aprendizagem. Da mesma forma, “os alunos que fazem conexões com o mundo real” foi identificado como um componente na Aprendizagem Baseada em Problemas e na Aprendizagem Rigorosa. “Colaboração”, outro princípio central, é um componente em Carreira, Tecnologia, e habilidades para a vida e aprendizagem baseada em problemas. Dessa maneira, parece que uma definição moderna de STEM empregada por escolas de ensino médio inclusivas pode ser mais ampla que as próprias disciplinas, assim como seus objetivos para os alunos.

Embora seja difícil argumentar contra a importância das estratégias e objetivos que compõem os oito elementos, é notável que os participantes do estudo geralmente não se concentraram nas disciplinas STEM ao descrever seus modelos, principalmente quando consideramos o forte impulso nacional por melhor educação disciplinar STEM. Esse contexto é crucial ao examinar os resultados dos alunos: se as escolas secundárias inclusivas em STEM não forem modeladas para se concentrar nas disciplinas STEM, devemos esperar resultados diferentes para os alunos da disciplina STEM dessas escolas em comparação com outras escolas não-STEM com estratégias instrucionais e culturais semelhantes? A pesquisa atual nas escolas STEM geralmente se concentra no desempenho em matemática e ciências ou na busca dos alunos por cursos e carreiras em STEM (até agora com resultados mistos, por exemplo, Gnagey & Lavertu, 2015), mas dadas as conclusões apresentadas aqui, que resultados da disciplina STEM podemos razoavelmente esperar das escolas STEM? Definir e examinar a qualidade dessas escolas e seus componentes críticos está além do escopo deste artigo, no entanto, as descobertas aqui sugerem que escolas secundárias STEM inclusivas podem ter mais em comum com modelos escolares baseados em construtivistas (não STEM) do que talvez muito escolas STEM seletivas focadas na disciplina. Pesquisas adicionais devem examinar todos os resultados das escolas STEM no contexto desses modelos variados.

Conclusões

Dada a crescente ênfase e interesse nas escolas STEM, há um desejo urgente de entender seus impactos nos resultados dos alunos. No entanto, os estudos de impacto só podem ocorrer após o campo ter uma maneira bem estabelecida de responder à pergunta: impacto de quê ? Este estudo dá um primeiro passo necessário. Identificamos um modelo de escola STEM empiricamente baseado em oito elementos conceitualmente sólidos, cada um dos quais é, por sua vez, composto por componentes empiricamente derivados.

Os resultados apresentados fornecem um retrato de escolas secundárias inclusivas em STEM nos EUA. Os oito elementos e componentes críticos correspondentes descrevem as estratégias educacionais compartilhadas por 20 escolas STEM inclusivas e fornecem uma base teórica para medir a implementação desses elementos em escolas STEM inclusivas e considerar o contexto para a pesquisa de resultados dos alunos. Ao estudar a implementação dos elementos e de seus componentes, podemos começar a entender como e por que eles podem ou não se relacionar com os resultados críticos dos alunos, como autoeficácia positiva para as disciplinas STEM, interesse em carreiras STEM, decisões de ingresso na faculdade, e nota média de graduação.

Os profissionais podem usar essa estrutura para considerar como elementos e componentes individuais podem se encaixar em seus próprios objetivos para os alunos na escola ou na sala de aula. Essa estrutura também ajudará os formuladores de políticas a considerar esse mesmo problema em nível de distrito ou estado. Finalmente, essa estrutura destaca os variados modelos e estratégias usados ​​em escolas STEM inclusivas, fornecendo um contexto importante para os pesquisadores, considerando o exame da implementação e os resultados dos alunos.

A força dessa estrutura está em sua origem – ou seja, representa o que as escolas STEM inclusivas nos EUA estão realmente se preparando para fazer. Isso é de importância crítica, pois parece que até mesmo pessoas do mesmo campo podem estar trabalhando com idéias variadas sobre o que “STEM” significa no contexto educacional de hoje. A estrutura dos oito elementos une as planícies, muitas vezes isoladas, de pesquisa e prática, fornecendo linguagem comum e uma plataforma para comunicação e trabalho coordenado em direção ao objetivo mútuo de melhorar a educação.

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Financiamento

Este estudo foi financiado pela National Science Foundation.

Contribuição dos autores

ML forneceu liderança conceitual, supervisionou a coleta e as análises de dados e liderou a redação deste manuscrito. EN contribuiu substancialmente para o desenvolvimento conceitual, análises e redação deste manuscrito. HK e SH são desenvolvedores principais adicionais da estrutura. JC, CB e AI forneceram feedback e revisão editorial. O SL criou tabelas, figuras e forneceu feedback editorial. Todos os autores leram e aprovaram o manuscrito final.

Interesses competitivos

Os autores declaram que não têm interesses concorrentes.

Informação sobre o autor

Afiliações

  1. Pesquisa e Avaliação Outlier, UChicago STEM Education, Universidade de Chicago, 1427 E. 60th Street, Chicago, IL, 60637, EUA
    • Melanie LaForce
    • Elizabeth Noble
    • Heather King
    • Jeanne Century
    • Courtney Blackwell
    • Ahmed Ibrahim
    •  & Stephanie Loo
  2. Endereço atual: Youth Guidance, 1N. LaSalle Suite 925, Chicago, IL, 60602, EUA
    • Sandra Holt

autor correspondente

Correspondência para Melanie LaForce .

Acesso aberto Este artigo é distribuído sob os termos da Licença Internacional Creative Commons Attribution 4.0 ( http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ ), que permite uso, distribuição e reprodução irrestritos em qualquer meio, desde que você crédito apropriado ao (s) autor (es) original (is) e à fonte, forneça um link para a licença Creative Commons e indique se foram feitas alterações.

Reimpressões e permissões

Sobre este artigo

Citar este artigo

LaForce, M., Noble, E., King, H. et al. Os oito elementos essenciais de escolas secundárias inclusivas em STEM. IJ STEM Ed 3, 21 (2016) doi: 10.1186 / s40594-016-0054-z

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Palavras-chave

  • Educação STEM
  • Escolas STEM
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