Construindo a capacidade dos futuros professores primários em STEM: com base em uma plataforma de crenças, entendimentos e intenções.

Autores

Artigo traduzido do site ;- International Journal of STEM Education, volume 6 , Número do artigo:  10 

Abstrato

fundo

A educação STEM precisa começar nas escolas primárias e deve ter como objetivo preparar os jovens para uma participação ativa em seu futuro. Para produzir uma geração interessada e qualificada em STEM, os principais focos dentro das escolas podem ocorrer da melhor maneira possível, através de equipes de professores trabalhando juntos em uma abordagem integrada, baseada no ensino e aprendizagem transcurricular. Os professores desempenham um papel fundamental na educação STEM, e é importante atrair grandes realizadores com formação relevante para o ensino. Este estudo de pesquisa concentrou-se nas crenças, entendimentos e intenções de professores primários em serviço para ensinar STEM. Essas crenças, entendimentos e intenções formam a plataforma na qual os professores de pré-serviço desenvolvem sua capacidade de ensinar disciplinas STEM nas escolas primárias.

Resultados

Os dados ( n = 119) coletados de um questionário elaborado foram analisados ​​qualitativa e quantitativamente. Uma prática interpretativa foi usada na formulação de categorias com base em respostas sobre crenças, entendimentos, intenções e cenários ideais para práticas futuras e uma abordagem fundamentada da teoria para a formulação de cenários com base na análise de dados. Os dados qualitativos foram codificados em categorias com base nas respostas. Modelagem de equações estruturais (MEV) e regressão lógica foram realizadas para encontrar relações da plataforma do professor de pré-serviço para capacitação e conexão com o que é necessário em suas salas de aula agora e no futuro. Regressões logísticas foram usadas para explorar a associação de todos os itens do questionário e respostas abertas relacionadas à plataforma e à futura capacitação. Com base nos resultados, é evidente que a plataforma desenvolvida para o ensino de STEM com base na experiência em seu grau de ensino é limitada; no entanto, eles têm intenções positivas de adquirir STEM. Eles não estão vendo nenhuma iniciativa positiva nas escolas e têm confiança limitada para ensinar STEM. No entanto, eles estavam sugerindo que deveriam ter mais oportunidades para ensinar STEM.

Conclusões

No geral, nossas descobertas indicam que os professores de pré-serviço não têm um entendimento forte; no entanto, eles têm fortes crenças e intenções de ensinar STEM em sua futura carreira. Os resultados deste estudo indicam que a capacidade que eles construíram oferece visões explícitas sobre como ensinar STEM nas escolas primárias agora e informa o que eles precisam para o futuro ensino de STEM. É essencial formular um trabalho de curso e desenvolvimento profissional em STEM, capaz de integrar disciplinas, fornecer um entendimento das abordagens pedagógicas e conectar-se à relevância da vida real com as competências do século XXI.

Introdução

O que é ensinado nas escolas baseia-se em considerações ponderadas sobre o que os jovens precisam para crescer, desenvolver e prosperar à medida que enfrentam os desafios associados às suas vidas. Embora os jovens devam ser capazes de reagir de maneira estratégica a esses desafios, eles também precisam ser proativos e promover mudanças. Eles precisam estar equipados para projetar o futuro. Obviamente, essa é uma grande demanda pelas escolas, mas é um requisito de uma sociedade democrática que precisa ser atendida (Kalantzis e Cope 2012 ). Uma educação para o século XXI exige habilidades em ciência, tecnologia, engenharia e matemática (STEM) para lidar com situações complexas desafiadoras, e esses recursos precisam ser desenvolvidos desde a escola primária (NRC 2015) O interesse precoce e as experiências apropriadas podem influenciar e promover o interesse em STEM. Abordagens integradas ao ensino e à aprendizagem e preparação dos professores são aspectos-chave a serem focados para produzir uma geração responsável, interessada e habilitada em STEM. É importante atrair grandes realizadores e aumentar o rigor do STEM no ensino da escola primária e na preparação dos professores em pré-serviço (Prinsley e Johnston 2015 ). Os professores de pré-serviço precisam de conhecimento do assunto, conhecimento pedagógico de conteúdo (PCK) e experiência para inovar e lidar com o STEM em suas próprias salas de aula futuras (Abell 2007 , 2008) Além disso, há uma necessidade na formação inicial de professores para lidar com o desenvolvimento da PCK como uma oportunidade para práticas criativas e inovadoras nas salas de aula. A aprendizagem profissional deve ser capaz de se traduzir em uma competência de conhecimento profissional para lidar com STEM em seu futuro ensino (Berry et al. 2008 ; Lee et al. 2007 ).

As práticas atuais, as metas educacionais e as políticas de educação para STEM internacionalmente carecem de uma estrutura adequada no momento e precisam de um foco maior para a produção de cidadãos tecnologicamente competentes e informados (Zeidler 2016) Muitas das partes interessadas na sociedade estão defendendo a necessidade de desenvolver conhecimentos e capacidades STEM na escola. Os recursos STEM são definidos como os recursos derivados de uma integração e síntese de bases de conhecimento daquilo que anteriormente foram disciplinas e corpos de conhecimento especializados, isto é, ciência, tecnologia, engenharia e matemática. Organizações como a Fundação para Jovens Australianos (FYA) conduziram e disseminaram pesquisas para sugerir que uma nova ordem de serviço está surgindo e que até 75% de todos os empregos no futuro envolverão recursos de STEM (Foundation for Young Australians 2017) Consequentemente, há uma necessidade urgente de educar nossos alunos, pais e professores sobre os desafios relacionados às STEM para lidar com as mudanças no estilo de vida e no local de trabalho usando tecnologias eficientes e viáveis ​​(Tobin 2016 ). O STEM tem importância nas práticas cotidianas, na valorização do conhecimento, na escolha do idioma e nas diferentes formas de envolvimento dos indivíduos. São necessários diferentes domínios da prática STEM para a vida cotidiana, a escola e as disciplinas STEM (Civil 2016 ).

O local de trabalho do futuro está sendo descrito de várias formas como Indústria 4.0 (Alemanha e Europa), Consórcio Industrial da Internet (EUA) e Iniciativa da Cadeia de Valor Industrial (Japão e Ásia). Esses termos se referem ao desenvolvimento de abordagens para o trabalho, onde cadeias de suprimentos, trabalhos e processos de produção ampliam a eficiência e a eficácia por meio da maior digitalização. Cada vez mais, os locais de trabalho estão usando sensores e atuadores para ajustar e regularizar seu fluxo de trabalho e processos. Um fluxo interminável de dados está sendo coletado e transformado em informação digital. Esta informação está sendo comunicada através da Internet e dos sistemas de computação em nuvem. Os trabalhadores nesses locais de trabalho estão utilizando essas informações para tomar decisões e tomar as ações apropriadas. Por isso, a indústria 4. 0 é sobre gerar e coletar dados como informações digitais de uma rede de estágios e etapas na cadeia de valor que está interconectada. Inclui um uso crescente de automação, robótica, informação digital, big data, internet, computação em larga escala e sistemas ciber-sociais (Graube e Mammes2018 ). Na educação STEM, esses aspectos se relacionam com os seis princípios identificados por Falk et al. ( 2016) para melhorar a aprendizagem STEM e gerar interesse entre as crianças das escolas primárias e secundárias pelo seu desenvolvimento Os seis princípios são os seguintes: a aprendizagem deve refletir um processo ao longo da vida; O conteúdo de STEM vale a pena aprender, examine a aprendizagem como um processo cultural que envolve experiências cotidianas, envolva profissionais e aprendizes no processo de pesquisa, novas tecnologias e novas necessidades continuarão a moldar os conteúdos e práticas de STEM, e considerações devem ser feitas para políticas socioculturais e políticas mais amplas. contextos. O STEM deve fornecer habilidades e capacidade para os indivíduos lidarem com a vida moderna de maneira eficiente em termos de tecnologia, ciência e ética. Mídia e tecnologias fornecem grandes influências na compreensão do mundo, incluindo conhecimento e interesse em assuntos,2013 ; NRC 2015 ). Mais recentemente, a ideia de uma infraestrutura educacional foi reformulada pelos educadores de STEM, usando o conceito de ecossistema de redes sociais, colegas, educadores, amigos e famílias para contextos de aprendizagem na escola e fora da escola (NRC 2015 ).

Também é importante capacitar os alunos a lidar responsavelmente com questões associadas à mudança e ao uso apropriado da tecnologia, e a educação deve abordar a compreensão e as implicações sociais das decisões e ações democráticas informadas (Schreiner et al. 2005 ). Da mesma forma, Perkins ( 2014 ) usa o conceito de “aprendizado digno da vida” para discutir uma abordagem para educar os jovens para um mundo em mudança. Levinson et al. ( 2012) argumentam que, se os alunos receberem cenários autênticos nos quais a tomada de decisões envolve considerações de diferentes pontos de vista, eles serão mais responsáveis ​​e procurarão tomar decisões democráticas. Na realidade, os estudantes devem ser capazes de usar seus conhecimentos, não apenas em um contexto científico, mas também para as necessidades sociais e ambientais (Fernández-Manzanal et al. 2007 ), e Slaughter ( 1996) categorias para cenários futuros de planejamento de previsão, preferência, possível, promessa e precedente serão uma estrutura útil na tomada de decisões democráticas cívicas. É um grande pedido que nossos professores e nossas escolas preparem nossos jovens para esses locais de trabalho contemporâneos e futuros – essa é a missão deles. Estão sendo tomadas decisões curriculares sobre como será a preparação de nossos alunos para esses locais de trabalho no contexto da educação primária, secundária e pós-obrigatória. Mas, no mínimo, envolverá aspectos-chave da alfabetização digital, como escrever código e analisar e representar dados. Além disso, também envolverá raciocínio, julgamento, resolução de problemas, tomada de decisão e habilidades de comunicação (Foundations for Young Australians 2015 ; Hajkowicz et al. 2016) Com isso em mente, este estudo atual pergunta aos professores primários quão bem preparados eles se sentem para ensinar STEM. Os futuros professores primários devem ter competência e confiança para ensinar a educação STEM conectada ao cotidiano de seus alunos.

Espera-se que os futuros professores tenham clareza nos cursos, no entendimento da pedagogia e nos indicadores de desempenho. Todas as formas de experiências STEM, como atividades escolares e extra-escolares, como visitas ao local de trabalho, desempenham um papel vital em um programa educacional bem-sucedido (Shah et al. 2018 ). Além disso, uma relevância da vida real e suas conexões com os programas escolares podem, a longo prazo, ajudar a força de trabalho STEM futura com as competências do século XXI focadas em inovações (Kitchen et al. 2018 ).

Estrutura conceitual

As políticas de educação STEM devem estabelecer conceitos e conexões processuais claros com o objetivo de desenvolver material instrucional e implementar práticas de ensino. Isso deve ser configurado na estrutura quadridimensional de propósito, política, programa e práticas formuladas para Bybee ( 2013 ) para a educação em STEM . Novos paradigmas e abordagens de pesquisa devem ser criados, recuando e analisando de forma mais holística as questões sobre o que, quando, onde, por que, como e com quem é necessário o aprendizado de STEM. Esses projetos de pesquisa precisam abranger as diversas configurações e investigar vários contextos e mídias em que os alunos vivem e interagem (Dierking e Falk 2016) A educação e a pesquisa futuras em STEM precisam ser posicionadas na abordagem de toda a vida, profunda e ao longo da vida em termos de ambiente de ensino e aprendizagem (Rahm 2016 ). Uma abordagem muito prática inclui o uso de um conjunto de habilidades do século XXI para conceituar e utilizar a alfabetização da informação usando a educação STEM por meio de práticas de ciências, matemática, tecnologia e engenharia (Storksdieck 2016 ).

Crenças e entendimentos constituem clareza do discurso científico e avaliação da informação científica. Crenças sobre questões influenciam uma ampla gama de atitudes em relação à ciência e tecnologia e conseqüências dos impactos das atividades humanas. As crenças também levam ao entendimento de uma pessoa como parte do ambiente natural (Schultz 2001 ). A interpretação das questões científicas e tecnológicas associadas ao STEM não apenas requer uma plataforma de conhecimento científico, mas também crenças positivas sobre a realidade e os impactos (Thomm e Bromme 2012 ). As abordagens interdisciplinares para a tomada de decisão informada e cívica democrática (Johnson e Adams 2011 ) alinham-se com os Padrões Científicos da Próxima Geração (NGSS Lead States2013 ) e os Conselhos Nacionais de Pesquisa concentram-se na integração de pensamentos divergentes e levam a práticas cívicas democráticas para cenários informados de tomada de decisão nas salas de aula. Tais abordagens envolvem diferentes maneiras de pensar, resolver problemas e se comunicar. Os alunos aprendem a usar uma gama de tecnologias para planejar, analisar, avaliar e apresentar seu trabalho. Eles aprendem as valiosas habilidades de raciocínio e pensamento que são essenciais para o funcionamento dentro e fora do ambiente escolar e sobre criatividade, princípios de design e processos envolvidos. A natureza do aprendizado hoje é interativa, possibilitada pelo uso da Internet, onde as escolas tomam a iniciativa de projetar um aprendizado ativo que enfatiza a interação e não apenas o conteúdo (Anderson 2004 ).

Muitas questões na educação STEM são muito complexas e as soluções requerem decisões e ações políticas, econômicas, culturais, sociais e individuais. Os programas de ciências escolares devem proporcionar a participação da sociedade como um potencial para a participação ao longo da vida no aprendizado de STEM, que se relaciona com os diversos problemas sociais enfrentados por nossas sociedades atualmente. Nesse processo, professores e alunos são obrigados a ampliar seus conhecimentos sobre procedimentos científicos e conectá-los à tomada de decisões cívicas democráticas (Fensham 2015 , 2016 ). O conhecimento adquirido com situações práticas orientadas para a vida e relacionadas à vida e conectá-las à vida cotidiana proporcionaria aos alunos confiança e competência para funcionar efetivamente como cidadãos informados (Ryder 2001) Um programa de educação voltado para questões STEM deve incentivar os alunos a participar ativamente de questões sociais que investigam a tomada de decisões cívicas democráticas, selecionando contextos adequados relacionados ao dia a dia dos alunos (Liu et al. 2011 ; Dede 2009 2013 ). Isso proporcionaria uma aprendizagem ininterrupta ao longo da vida relacionada ao que é importante no dia a dia e lidar com as mudanças em suas vidas diárias (Roth e Lee 2004 ). A aplicação dos processos de Aprendizagem Baseada em Desafios começa com uma grande ideia (ou problema), seguida de uma pergunta essencial, um desafio, perguntas norteadoras, atividades e recursos, fornecendo soluções por meio de ações baseadas na reflexão e avaliação e, finalmente, publicando para um público mais amplo (Apple Inc.2010 ).

É importante que a formação de professores se concentre na produção de professores capazes de lidar com STEM em seu futuro ensino e aprendizado em sala de aula. Este estudo se concentra na identificação da base da construção de capacidade para ensinar STEM com base na experiência geral dos professores de pré-serviço em seu programa de formação de professores universitários e utiliza uma estrutura conceitual de duas camadas para gerar uma plataforma (Walker 1971 ) e identificar a capacidade de professores de pré-serviço para lidar com STEM em sua futura carreira. Nessas duas camadas, os aspectos abordados são a educação STEM quadridimensional (Bybee 2013), tomada de decisão democrática, vontade de envolver questões relacionadas com STEM com idéias de disciplinas e contextos conectados à vida cotidiana para conhecimento, investigação e design humanos. Esses aspectos criam capacidade no STEM para futuros professores no desenvolvimento de programas que se conectem a todas as disciplinas com cenários escolares e baseados na vida. Internacionalmente, há uma tendência crescente de preparar escolas com foco em STEM e professores competentes em STEM. Os futuros professores precisam entender STEM para criar confiança no ensino de STEM, que é integrado, interdisciplinar e conectado ao mundo real.

Nível 1

As crenças, a compreensão e as intenções dos professores de pré-serviço com relação ao STEM, com base em sua experiência atual em seus cursos e estágio profissional nas escolas, expandirão sua plataforma para lidar com o STEM. A base dessa plataforma é formulada usando as crenças, os entendimentos e as intenções dos professores de pré-serviço para ensinar STEM (Ajzen e Fishbein, 1980 ). Essa plataforma é considerada para permitir que os professores de pré-serviço desenvolvam uma capacidade possível para ensinar STEM com confiança e competência em suas futuras carreiras de ensino.

Nível 2

Os aspectos considerados no nível 1, que contribuirão para a capacidade, são identificados no segundo nível, onde são fornecidos aspectos específicos de como desenvolver essa capacidade. Os professores de pré-serviço forneceram detalhes do que observaram e praticaram a partir da experiência geral em seu programa de formação de professores, que consiste no ensino e aprendizagem universitários e na experiência profissional do estágio nas escolas. Eles sugeriram ainda o que desejam lidar com o STEM em sua futura experiência em sala de aula.

A Figura  1 fornece detalhes e aspectos abordados na geração de uma plataforma e na capacitação de professores de pré-serviço em relação ao STEM com base nos níveis 1 e 2

figura 1
Figura 1

Objetivo e questões de pesquisa

O objetivo desta pesquisa foi investigar as crenças e entendimentos de futuros professores do ensino fundamental sobre STEM, sua confiança em ensinar nessa área e sua capacidade de se envolver em seus futuros contextos escolares. Isso é visto da perspectiva de sua plataforma e capacidade de lidar com o STEM em sua carreira de professor. Mais especificamente, as questões de pesquisa foram as seguintes:

  1. 1Quais crenças, entendimentos e intenções os professores primários de serviço têm sobre o ensino de disciplinas STEM nas escolas primárias? (a plataforma que esses futuros professores têm para a educação STEM)
  2. 2)Até que ponto os professores primários de serviço são confiantes, competentes e preparados para ensinar disciplinas STEM nas escolas primárias e quais são seus desafios? (capacidade dos futuros professores de lidar com STEM em sua carreira)

Métodos

Instrumento

Nesta pesquisa, estudamos a resposta de professores de pré-serviço com base em um questionário usando a teoria da ação fundamentada (Ajzen e Fishbein 1980 ) e com base nos aspectos que o Escritório do Cientista Chefe da Austrália identificou para transformar o ensino de STEM nas escolas primárias australianas (Prinsley e Johnston 2015 ). O instrumento continha cinco itens cada sobre crenças, entendimentos e intenções de ensinar STEM em uma escala Likert de 5 pontos (1 discordo totalmente de 5 concordo totalmente) e também, para cada seção, havia perguntas descritivas para posicionar a capacidade de lidar com STEM e o que está acontecendo agora, bem como as necessidades futuras (Kurup et al. 2017) Esta parte gerou na camada 1 uma plataforma de crenças, entendimentos e intenções de ensinar STEM, o que levou à criação de capacidade da camada 2 para ensinar STEM. As partes descritivas das respostas estavam relacionadas ao que elas acreditam, entendem e pretendem enquanto ensinam STEM em práticas futuras reais. Essas respostas foram lidas e relidas para formar categorias diferentes e foram codificadas de acordo.

Participantes

Este estudo é conduzido entre 119 professores de pré-serviço de uma Universidade Australiana, em Melbourne, Austrália (homens 26, mulheres 83 e 10 que optaram por não divulgar seu gênero; alguns dos professores pré-serviço questionaram o uso de gênero em tais estudos). Esses professores em formação tinham métodos primários de ciências, matemática e design e tecnologia em seus programas de ensino.

Análise qualitativa e quantitativa

Análise qualitativa

Questionários impressos em papel foram entregues aos participantes e coletados para análise. Todas as partes descritivas do questionário, como crenças, entendimento, intenções e expectativas futuras dos futuros professores, foram lidas pela primeira vez por um dos pesquisadores e transformadas em categorias diferentes. As amostras foram cruzadas por outro pesquisador antes de frequências dessas categorias serem feitas pelo pesquisador com experiência em estatística. Esse processo rigoroso gerou categorias de crenças, entendimento, intenções, o que está acontecendo agora e necessidades futuras. As categorias de entendimento serão de uma dentre cinco categorias, e os detalhes dessas categorias estão descritos nas Tabelas  1 e 2. As categorias são formuladas com base em respostas escritas e são descritas em detalhes nas seguintes análises, resultados e discussões. Categorias formulados foram encontrados para ser consistente com as respostas quantitativas (Tier1) e foram temática. Uma prática interpretativa tem sido usada na formulação de categorias com base em respostas sobre crenças, entendimentos, intenções e cenários ideais para práticas futuras (Holstein e Gabrium 2005 ). Foi utilizado como uma abordagem da teoria fundamentada na formulação de cenários com base na análise de dados (Charmaz 2005 ).Tabela 1 Aspectos da capacitação em relação às STEM geradas a partir de respostas qualitativasMesa de tamanho completoTabela 2 A resposta gerada a partir dos dados qualitativos sobre o que está acontecendo agora e as necessidades futurasMesa de tamanho completo

Análise estatística

Os itens do questionário foram descritos em outros lugares (Kurup et al. 2017) Este estudo está focado em perguntas abertas categóricas e frequências e porcentagens descritas pela primeira vez. Modelos de regressão logística foram usados ​​para explorar a relação entre a resposta em relação ao que está acontecendo agora e as necessidades futuras separadamente com os itens do questionário e as respostas codificadas da pergunta aberta. Para examinar a relação mais complexa entre crença, entendimento e intenção, foi utilizado o modelo de equações estruturais (MEV) baseado em estimação de mínimos quadrados parciais (PLS). O MEV é uma técnica amplamente confirmatória, e não exploratória, para determinar se um determinado modelo é válido. O MEV não é usado apenas para avaliar o modelo estrutural (relações de caminho entre variáveis ​​latentes), mas também para avaliar o modelo de medição (cargas de itens observados em suas variáveis ​​latentes).1999 ). Por isso, é mais adequado para pesquisas com amostras pequenas e médias e distribuições não normais. O método PLS ganhou interesse e um uso crescente correspondente entre os pesquisadores (Chin 1998 ; Compeau e Higgins 1995) Existe um conjunto de índices de qualidade de ajuste padrão para o PLS-SEM para medir a confiabilidade e a validade. Para uma medição reflexiva PLS-SEM, a confiabilidade composta (CR), que mede a consistência interna, é considerada aceitável se seu valor for maior que 0,7; da mesma forma, as cargas fatoriais também são consideradas aceitáveis ​​quando são maiores que 0,7 e devem ser eliminadas quando estão abaixo de 0,4. A variância média extraída (AVE) é usada para avaliar a validade discriminante e também deve ser maior que 0,5 para todas as variáveis ​​latentes. Para um modelo estrutural, os coeficientes do caminho são avaliados primeiro em termos de sinal e significado, aplicando um teste de inicialização. O coeficiente de determinação 2é então usado para refletir o nível ou o compartilhamento da variação explicada dos compósitos para construções estabelecidas. Um procedimento de bootstrapping foi adotado para avaliar a significância estatística. Neste estudo, a estimativa interna da variável latente padronizada foi realizada através de um esquema de ponderação de caminho, e 800 reamostragens foram especificadas no procedimento de bootstrapping.

Resultados e discussões

Gerando uma plataforma de crenças, entendimentos e intenções para ensinar STEM (camada 1)

Este estudo examinou crenças, entendimentos e intenção de ensinar usando cinco perguntas cada uma na escala Likert de 5 pontos. Esses aspectos, juntos, estão identificando uma plataforma que os professores de pré-serviço possuem para o STEM. A relação de ligação entre crenças, entendimento e intenções de ensinar STEM reconhece o quadro geral de suas visões sobre STEM e contribuirá para sua capacidade de ensinar STEM em sua futura carreira. O questionário tem a premissa básica subjacente à teoria da ação racional de que os seres humanos são bastante racionais e fazem uso de todas as informações disponíveis, tanto pessoais quanto sociais, antes de agirem. O comportamento é definido como uma ação aberta sob o controle volitivo de um indivíduo e dentro da capacidade do indivíduo (Ajzen e Fishbein, 1980 ).

As perguntas foram baseadas no documento de posição que descreve a necessidade de transformar o ensino de STEM nas escolas primárias australianas pelo Escritório do Cientista Chefe da Austrália (Prinsley e Johnston 2015) Perguntas sobre crenças incluídas sobre suas crenças sobre STEM em termos de importância, inovação, habilidades no futuro e professores especializados de alta qualidade para ensinar nas escolas primárias; perguntas sobre entendimento focadas em atrair grandes realizadores para o ensino, incluindo STEM na preparação de professores, desenvolvimento profissional e liderança nas escolas primárias; e as perguntas sobre as intenções de ensinar STEM incluíam o interesse relacionado à vida cotidiana, a capacidade de aplicar matemática, a necessidade de professores primários serem apoiados por um professor especialista em STEM, as necessidades de disciplinas separadas em STEM na universidade para professores em formação programas universitários e a capacidade dos professores em STEM de transformar a criatividade e a inovação entre as crianças.

Três fatores latentes foram construídos de acordo com a teoria de crença, entendimento e intenção. Construímos um modelo SEM inicial (Fig.  2 ) com esses três fatores latentes e seus indicadores correspondentes (B1 ~ B5, U1 ~ U5, IT1 ~ IT5), como mostrado na Tabela  3 .

Figura 2
Figura 2

Tabela 3 Fatores latentes e seus indicadores de crenças, entendimentos e intençõesMesa de tamanho completo

Com base no resultado inicial da estimativa do PLS, todas as cargas fatoriais de B1 e B2 foram encontradas abaixo de 0,4 e, portanto, foram removidas do modelo modificado (Fig.  3 ).

Figura 3
Fig. 3

Este diagrama mostra que existe uma relação entre crenças, entendimento e intenções de ensinar STEM entre futuros professores de pré-serviço (Kurup et al. 2017) Isso é considerado como camada 1 a plataforma. Esta plataforma fornece uma forte crença sobre a necessidade de STEM para as mudanças nas práticas de estilo de vida. Seus conhecimentos de ciência, matemática e engenharia são mínimos e insuficientes para lidar pedagogicamente com o ensino dessas disciplinas nas salas de aula; no entanto, eles têm intenções positivas de ensinar STEM. Além disso, eles estariam comprometidos em seu futuro ensino, pois consideram importantes as questões relacionadas com STEM para a vida. Essa relação é considerada o prequel do presente estudo de identificação da capacitação para ensinar STEM. O presente estudo enfoca a plataforma de professores em fase de pré-serviço do nível 1 até a capacidade de ensinar STEM na carreira futura.

Capacitação (nível 2)

O principal objetivo deste estudo é identificar a capacitação para lidar com o ensino de STEM em sua carreira, usando suas respostas a perguntas abertas no questionário e conectando-o às respostas quantitativas (plataforma da camada 1). As respostas foram lidas e relidas para serem formuladas em categorias. Observa-se que as respostas foram fornecidas com autenticidade, pois se baseiam na experiência dos professores em estágio inicial em estágios profissionais nas escolas. A Tabela  1 descreve todas as categorias formuladas para crenças, entendimento e intenções de ensinar STEM com base em suas descrições das respostas.

As crenças geradas a partir das respostas escritas dos professores de pré-serviço estavam focadas em cinco temas; são recursos, liderança, experiência dos professores para integrar STEM, ensino centrado no aluno e ensino em equipe para o ensino futuro. Alguns professores de pré-serviço forneceram várias respostas nessa categoria e outras nenhuma. A compreensão da confiança dos professores de educação infantil tende a se refletir apenas em uma das cinco categorias. Isso varia de confiante no momento, confiante para ensinar matemática, mas não em ciência e tecnologia, despreparado, não confiante em ciência e nem um pouco confiante em ensinar STEM. As intenções são focadas em cinco categorias, como currículo; professores STEM confiantes; participação dos alunos e ensino orientado para atividades; criatividade, inovação e abordagens interdisciplinares; e STEM deve ser um assunto especializado. As intenções também são fornecidas com respostas às vezes múltiplas ou inexistentes pelos professores de pré-serviço.

Eles também forneceram respostas ao que está acontecendo agora e ao que gostariam de fazer no futuro. Essas respostas também se baseiam na experiência de colocação profissional nas escolas e no que elas observam nas escolas, junto com o que aprenderam nos cursos universitários. As descrições de seus pontos de vista na construção de sua confiança e competência para ensinar STEM no futuro são fornecidas na Tabela  2 .

Com base em sua experiência em estágios profissionais e no ensino e aprendizagem da universidade, os professores de pré-serviço perceberam que atualmente o STEM não é efetivamente ensinado ou aprendido na universidade em seu curso de ensino ou evidente em sua experiência em estágios profissionais nas escolas; no entanto, eles expressaram que, no futuro, o STEM deve se tornar um foco na preparação dos professores, aumentando a capacidade do STEM, conforme alinhado às iniciativas do governo.

A Tabela  4 e a Fig.  4 descrevem a frequência de respostas para crenças, entendimentos e intenções em termos de respostas abertas codificadas por sua capacidade de capacitação.Tabela 4 Frequência de descrição em relação a crença, entendimento e intençõesMesa de tamanho completo

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Fig. 4

A plataforma gerada com base nas respostas escritas dos professores de pré-serviço indicou que eles acreditam que os recursos, a liderança e a capacidade de integração dos professores são de alta significância acima de 60%, conforme mostrado na Tabela  4 e Fig.  4 . O entendimento geral deles é muito ruim e apenas menos de 10% possui o nível 1 de entendimento, que é o entendimento geral do STEM, cobrindo todos os aspectos do STEM. Suas intenções são encontradas em mais de 50% no IQ1 a IQ4, e apenas o IQ5, que o torna obrigatório e a experiência cotidiana, tem menos de 50% de resposta. Essas respostas estavam ligadas ao que os professores de pré-serviço responderam com relação ao que está acontecendo agora e às suas necessidades futuras.

Regressões logísticas foram usadas para explorar a associação de todos os itens do questionário e as respostas abertas relacionadas à plataforma (como na Tabela  5 ) e ao desenvolvimento de capacidade futura (como na Tabela  6 ). Na regressão logística univariada da Tabela  5 , as respostas abertas na crença e na intenção estão todas relacionadas positivamente às descrições da plataforma (o valor de p é menor que 0,05, OR> 1); o item do questionário “atraindo alunos de alto desempenho em STEM para o ensino fundamental” (U1) está negativamente relacionado à plataforma (OR <1). Regressão logística multivariada na Tabela  6mostrou apenas BQ1 (OR (IC95%) 4,171 (1,453, 11,977)), ITQ3 (OR (IC95%) 10,659 (3,801, 29,892)) e ITQ5 (OR (IC95%) 4,108 (1,410, 11,967)) que estão todos relacionados positivamente à plataforma, e o U1 ainda está relacionado negativamente à plataforma (OR (IC95%) 0,298 (0,116; 0,766)). A regressão logística univariada revelou BQ1-3, ITQ4-5 estão positivamente relacionadas a necessidades futuras (OR> 1), U1 ainda está negativamente relacionado a necessidades futuras, apenas duas variáveis ​​(BQ1, ITQ4) na regressão logística multivariada foram positivamente relacionadas .Tabela 5 Resultados da regressão logística da plataformaMesa de tamanho completoTabela 6 Resultado futuro da regressão logística de confiança e capacidadeMesa de tamanho completo

Esses resultados indicam que a atual compreensão dos professores de pré-serviço sobre STEM é limitada; no entanto, suas crenças e intenções mostram que reconhecem a necessidade de capacidade de ensinar STEM no futuro. Existe uma grande importância na necessidade de recursos em termos de crenças e com criatividade e inovações em relação às suas intenções.

Como existe um entendimento mínimo sobre STEM, as conexões foram feitas com crenças e intenções em relação ao que está acontecendo agora e às necessidades futuras, com base nas respostas dos professores de pré-serviço. Em seguida, o modelo SEM foi utilizado para identificar esse relacionamento complexo.

A Figura  5 fornece o modelo SEM final modificado por esses professores de pré-serviço. Realizamos bootstrapping para verificar a significância de cada indicador (200 amostras, 100 casos). Com base na Fig.  5 , descobrimos que todas as cargas e coeficientes do percurso interno eram significativos no nível de significância de 5%. O modelo SEM representado na Fig.  5 inclui as cargas dos coeficientes de medição e trajetória do modelo de estrutura. Quadro  7apresenta a avaliação do modelo de medida e dos coeficientes de carga, os quais mostraram que todas as cargas fatoriais foram maiores que 0,4, o CR de cada variável latente ficou acima ou próximo de 0,7 e a AVE sempre maior que 0,5. Portanto, os modelos de medida foram considerados aceitáveis ​​para a avaliação do MEV.

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Fig. 5

Tabela 7 Resumo dos resultados do modelo SEMMesa de tamanho completo

2 , que é usado para medir a potência explicativo do modelo, foi de 0,437 para “Agora”, o que indica que 43,7% da variância total na proporção foi explicado por “Crer” e “intenção”, ao passo que 26,7% da variância total em “Futuro” foi explicado por “Crença” e “Intenção”, e apenas 13,4% da variação total em “Intenção” foi explicada por “Crença”. Todos os coeficientes do caminho foram estatisticamente significantes (p < 0.05) based on bootstrapping. The total effect of “Belief” to “Now” is 0.482 (t = 6.593), “Intention” to “Now” is 0.487 (t = 5.150), “Belief” to “Future” is 0.400 (t = 5.149), “Intention” to “Future” is 0.353 (t = 3.108), and “Belief” to “Intention” is 0.367 (t = 4.205).

Com base nesses resultados, é evidente que a plataforma desenvolvida para o ensino de STEM com base na experiência em seu grau de ensino é limitada; no entanto, eles têm intenções positivas de adquirir STEM. Eles não estão vendo nenhuma iniciativa positiva nas escolas e têm confiança limitada para ensinar ciências. No entanto, eles estavam sugerindo que deveriam ter mais oportunidades para ensinar STEM.

Based on this body of evidence, the following overall model can be formulated and this model provides the connections between the platform of primary pre-service teachers towards their capacity to deal with STEM in their future career. At present, teachers are trained with limited understanding and experience of STEM in primary schools; however, they have optimism that is clearly expressed in their beliefs and intentions. Examples of aspects mentioned in terms of beliefs and intentions are resources, leadership, ability to integrate, innovations, and interdisciplinary approaches. This seems an expression of their genuine concern for STEM education and a true reflection. They were very explicit in mentioning their limited understanding. The reflections of what is happening now and what is needed in the future were based on their overall experience of their course including professional placements, and this seems realistic. Statistical significance of the responses provides authenticity to this overall model (Fig. 6 ) da plataforma para a capacidade de ensinar STEM entre os futuros professores primários.

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Fig. 6

Implicações deste estudo

Os futuros professores deste estudo revelaram algumas das lacunas existentes, com base em sua experiência na educação universitária e na prática de ensino nas escolas durante o estágio. Com base nisso, as seguintes práticas futuras podem ser consideradas na preparação dos professores para formar professores confiantes, competentes e qualificados em STEM. Isso poderia levar à produção de mão-de-obra qualificada do século XXI em áreas relacionadas à STEM.

  • There should be experiences in STEM for future teachers so that they can apply knowledge and skills in actual practices
  • Capacidade de integrar conhecimento e compreensão de disciplinas às experiências relacionadas com STEM
  • O conhecimento integrado deve ter boas práticas pedagógicas e coerência no currículo para implementar as melhores práticas relacionadas à vida cotidiana em questões relacionadas com STEM
  • Há necessidade de desenvolvimento profissional contínuo em STEM para todos os professores
  • Schools should link school and out-of-school experiences to STEM-related activities.

Essas práticas estão basicamente na base de conhecimento, políticas e práticas de STEM. Relatórios como o National Research Council (NRC 2015 ) e Next Generation Science Standards (NGSS Lead States 2013 ) destacam a importância da base de conhecimento STEM em todos os níveis. As políticas de educação em STEM apresentariam clareza com a integração do conhecimento e coerência curricular (Linn et al. 2008 ), para que os professores se sentissem à vontade para ensinar STEM com um foco integrado e interdisciplinar. Nesse contexto, seria considerado que há conexões com a indústria STEM para mostrar a prática real e o conhecimento STEM nas escolas. Isso forneceria conhecimento efetivo e integração disciplinar nas práticas da sala de aula.

Limitações deste estudo

O presente estudo utilizou crenças, entendimentos e intenções autorreferidos por professores de pré-serviço como plataforma. O entendimento das disciplinas STEM, como ciências e matemática, parece limitado e se reflete em suas respostas quantitativas. Respostas qualitativas das quais as categorias são formuladas concordam com isso. A análise dos dados revelou que existe uma relação entre crenças e intenções, em vez de crenças, entendimentos e intenções. Tomamos extremo cuidado na análise dos dados usando técnicas estatísticas apropriadas. A realidade é que essa amostra de professores de preservação preserva apenas um campus em uma cidade metropolitana da Austrália. Cuidados devem ser tomados em generalização mais ampla com base neste estudo.

Em relação ao tamanho da amostra, não há consenso na literatura sobre qual seria o tamanho adequado da amostra para o uso do MEV. Existem evidências de que modelos simples de SEM poderiam ser significativamente testados, mesmo que o tamanho da amostra seja muito pequeno (Hoyle e Kenny 1999 ; Marsh e Hau 1999 ), mas geralmente N  = 100-150 é considerado o tamanho mínimo da amostra para a realização de SEM (Tinsley e Tinsley 1987 ; Anderson e Gerbing 1988 ; Ding et al. 1995 ; Tabachnick e Fidell 2001 ), e este estudo tem uma amostra de 119 e é apropriado usar o modelo SEM.

Conclusões

A plataforma de conhecimento, confiança e eficácia dos professores para o ensino de CTEM influencia o aprendizado dos alunos e suas práticas em sala de aula (Nadelson et al. 2013 ), e a capacidade dos professores de integrar o conhecimento de base do conhecimento de conteúdo pedagógico tecnológico no currículo de STEM parece um desafio. para professores em serviço e em serviço (Hofer e Grandgenett 2012 ). As demandas de uma educação do século XXI incluem desafios às práticas existentes, e é necessário fazer mudanças gerais na educação e no nível primário (NRC 2015 ). As crenças e a visão de mundo dos professores têm uma grande influência nos métodos e estratégias de ensino utilizados (Davis 2003) Existe uma lacuna entre crenças, entendimentos e intenções de ensinar com capacidade e confiança, e para preencher essa lacuna, são necessárias práticas inovadoras na preparação e no desenvolvimento profissional dos professores (Barak2014). Though there are gender differences in STEM education (Pasha-Zaidi and Afari 2016), however, professional participation studies have shown that all perform equally well (Bergeron and Gordon 2017). In primary schools, there are more female teachers than male teachers, and in this research, there were more female pre-service teachers as participants.

Este estudo revelou que os futuros professores têm fortes convicções e intenções para ensinar STEM em suas futuras salas de aula. A realidade que eles enfrentam é a falta de entendimento das conexões para integrar ciência, matemática, engenharia e tecnologia, bem como abordagens pedagógicas para lidar com STEM com base em situações da vida real. Para a construção de uma capacidade efetiva de STEM entre os futuros professores, são necessárias políticas de STEM baseadas no quadro quadridimensional preconizado por Bybee ( 2013) Isso permitiria o desenvolvimento de recursos, liderança, integração e ensino em equipe, conforme declarado pelos futuros professores deste estudo, para se tornar realidade. As complexidades associadas ao treinamento de professores, alterando as práticas em sala de aula para alcançar um foco STEM ideal, exigem inovações e decisões de todos os níveis de indivíduos e governos (Fensham 2016 ). Deve haver colocações futuras financiadas em instituições de ensino superior para que futuros professores possam experimentar pedagogias STEM baseadas no local para desenvolver a capacidade de lidar com STEM (Adams et al. 2014) No geral, é indicado que os cursos ou estágios universitários atuais não estão preparando adequadamente os professores de pré-serviço para ensinar STEM nas escolas primárias. Os professores de pré-serviço podem ter capacidade adequada para lidar com alfabetização e numeracia; no entanto, às vezes é difícil lidar com ciências nas escolas primárias da Austrália. Os professores de pré-serviço relataram que não tiveram nenhum programa baseado em STEM durante sua experiência no estágio, indicando que apenas em poucas escolas isso está acontecendo na Austrália. Os professores de pré-serviço têm a intenção de integrar o STEM e proporcionar aos alunos experiência em STEM; no entanto, eles precisam de desenvolvimento profissional. Isso sugere que deve haver experiência focada em STEM no programa de graduação para formação de professores universitários.

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