يعد اتجاه تعليم العلوم والتقنية والهندسة والرياضيات أو ما يعرف بستم STEM ، أو ستيم STEAM ؛ حيث يُشير حرف A إلى العلوم الإنسانية Arts and Humanities. نهجا تكامليا متعدد التخصصات يعتقد المهتمون به أنه سيساعد على تحسين نتائج مخرجات التخصصات الأربعة: العلوم والتقنية والهندسة والرياضيات. ويحظى STEAM/STEM باهتمام المنظمات الدولية التي تسعى إلى تطوير مواردها البشرية في المجالات التخصصية التي تدعم الابتكار والتنافسية؛ ولذلك تنادي رابطة الحكام الأمريكية National Governors Association NGA بضرورة زيادة كفاءة المعلمين في مجال STEM، وزيادة أعداد الطلبة الذين يتابعون الدراسات المتقدمة ذات الصلة بهذا الاتجاه.

الحركات الإصلاحية قبل ظهور مفهوم STEM

هدفت العديد من الحركات الإصلاحية إلى تحقيق وحدة وتكامل المعرفة، وذلك بإدماج التخصصات بشكل بيني تكاملي يساعد المتعلم على فهم الموضوعات فهما شاملا ومتعمقا، ويمكّنه من فهم العالم الحقيقي المحيط به. وقُدمت العديد من المشروعات العالمية مثل مشروع (2061) نفذته الجمعية العلمية لتقدم العلوم (AAAS)، ومشروع إصلاح مناهج العلوم في ضوء التفاعل بين العلم والتقنية والمجتمع (STS)، ومدخل العلم والتقنية والمجتمع والبيئة (ٍSTSE)، ومشروع المجال والتتابع والتناسق (SSC)، ومشروع المعايير القومية للتربية العلمية (NSES)، إضافة إلى عدد من القوانين التي فرضتها الحكومة الفيدرالية من أجل تحسين جودة التربية والتعليم مثل قانون لا طفل يتخلف (No Child Left Behind)،  وقانون نجاح كل طالب (Every Student Succeeds Act -ESSA).

إن التكامل بين العلم والتقنية والمجتمع (STS)، هو نتاج علاقة طبيعة متبادلة بينهم، فالعلم يجسد المعرفة العلمية التي يتوصل لها الإنسان، والتقنية هي التطبيق العملي للمعرفة، أما المجتمع فهو الكيان الذي يحدث فيه هذا التغير، لذا فإن الصلة بينهم وثيقة ومتبادلة، فلا يمكن إغفال دور العلم في التأثير على البشرية وتقدم المجتمعات، كما لا يمكن إغفال دور التقنية و المجتمع في دفع حركة العلم وتنشيط وتكامل المعرفة. ونشأ هذا المدخل كرد فعل للممارسات التقليدية في تدريس العلوم حيث يشير التربويون (سرور،2004) أنه رغم الجهود التي بذلت في إعداد مناهج العلوم في الستينات إلا أن غرف الدراسة ظلت تمارس الأسلوب التقليدي الذي يعتمد على الحفظ والاستظهار وإجراء التجارب التقليدية لإثبات حقائق سبق لهم تعلمها. وأن المناهج أهملت الجانب الاجتماعي للعلم والجوانب الشخصية للمتعلم. ومن هنا ظهرت فكرة بين المتخصصين وهي ربط العلم بالمجتمع والتقنية أو ما يعرف بمدخل STS. كما يعد التكامل بين العلم والتقنية والمجتمع والبيئة STSE تطورا لمدخل STS؛ حيث يركز على  تعليم وتعلم العلوم في سياق القضايا التقنية ذات الصبغة الاجتماعية والبيئية، وتم توظيف هذا المدخل لإبراز الدور الوظيفي للتطبيقات التقنية في ﺍﻟﻤﺠﺘﻤﻊ والبيئة.  وقد وضح بينزا (Bencza,2013) أن مدخل STSE يوجه انتباه الطلاب إلى القضايا الاجتماعية والمشاكل البيئية المرتبطة بمجالات العلوم والتقنية، كتلك المتعلقة بتغير المناخ نتيجة استخدام  الهاتف الخلوي، ومسائل علم الوراثة، كما أنه يركز على توعية الطلاب وتشجيعهم على تطوير حجج منطقية للدفاع عن مواقفهم الشخصية تجاه هذه القضايا.

وقد تعرض النظام التعليمي في الولايات المتحدة الأمريكية لحملة من الانتقادات الواسعة وذلك عندما تفوقت روسيا على الولايات المتحدة الأمريكية بإطلاق أول قمر صناعي عام 1957 ، وعلى إثر ذلك ظهرت العديد من التقارير عن التعليم ومن أشهرها تقرير “أمة في خطر”، حيث ظهرت حركة المشروع الأمريكي 2061 (2061Project) عام 1983 تحت شعارات “العلم لجميع الأمريكيين” (Science for all Americans SFAA) و”العلم للجميع” و “الثقافة العلمية للجميع”، وقد أعد المشروع الجمعية الأمريكية لتقدم العلوم (AAAS). ويهدف مشروع 2061 إلى تطوير إدراك المعلمين للترابط المعرفي من خلال تقديم الدعم الذي يبني “معرفتهم بطبيعة وتاريخ العلوم والرياضيات والتقنية، وفهم المواضيع المشتركة التي تتقاطع مع هذه التخصصات، وتطوير عادات علمية كجوانب أساسية في معرفة العلوم” (Kesidou & Koppal,2004,p5). وصيغ المشروع على شكل مجموعة من التوصيات تصف (ماذا يجب أن يعرف الطلاب، وماذا يجب أن يكونوا قادرين عليه) في العلوم والرياضيات والتقنية من مرحلة رياض الأطفال وحتى نهاية المرحلة الثانوية. كما ظهر مشروع المعايير القومية للتربية العلمية National Science Education Standards NSES عام 1992 والذي أسهم بشكل ملحوظ في تطور التربية العلمية وفقاً لما أشار إليه المتخصصون، وقد حددت الأكاديمية القومية للعلوم (National Academy of Science,1996) ثلاثة عشر هدفا لتدريس العلوم شكلت الأساس للمعايير القومية للتربية العلمية NSES وأكدت على إعداد الطلاب القادرين على إثراء الخبرة وإثارة المعرفة والفهم للعالم الطبيعي، وتطبيق عمليات العلم المناسبة، والقدرة على اتخاذ القرار، وتكوين الشخص المثقف علمياً.

وجاء قانون لا طفل يتخلف (NCLB) (Behind No Child Left)  الذي فرضته الولايات المتحدة الأمريكية في عهد الرئيس الأمريكي جورج بوش عام 2002، وأجيز بموافقة أغلبية النواب الجمهوريين والديمقراطيين في الكونجرس، ويعد هذا القانون من أهم القوانين الاتحادية (الفيدرالية) المتعلقة بالتعليم (كما يراه المؤيدون). و يهدف إلى إصلاح التعليم من المرحلة الابتدائية إلى الثانوية من أجل تحسين جودة التربية والتعليم، كما يهدف بشكل أساسي إلى الوصول بكل طلاب المدارس الحكومية للكفاءة (Proficient) في القراءة والرياضيات بحلول عام 2014.  و يعتبر القانون أن التعليم حق لكل طفل، فلا طفل يتخلف ولا طفل ينحى جانباً مهما كان مستوى ذكائه أو مستواه العقلي أو حالته الاجتماعية أو الاقتصادية أو الصحية.  (سليمان، 2014) .  ويشمل الإصلاح وفقا لقانون (NCLB) جميع المدارس والمعلمين للوصول بهم إلى المستوى المقبول لمعايير الكفاءة الاتحادية (Adequate Yearly Progress AYP)  والتأكد من أن جميع المعلمين في المدارس الحكومية على درجة عالية من الكفاءة والتأهيل.

وفي سياق التحسين، حل قانون “نجاح كل طالب” (Every Student Succeeds Act -ESSA)، محل قانون “لا طفل يتخلف” NCLB والذي يهدف إلى تعزيز دعم الحكومة الفيدرالية للعلوم والتقنية، والهندسة، والرياضيات (STEM)، وإضافة مصادر تمويل فيدرالية جديدة للتعليم في مجال العلوم والتقنية والهندسة والرياضيات، وإنشاء برنامج STEM Master Teacher، وهو برنامج جديد للقيادة والتطوير المهني لمعلمي العلوم والتقنية والهندسة والرياضيات. وقد حظي هذا التحول بتأييد كبير من الحزبين الجمهوري والديمقراطي. ففي حين يركز “قانون نجاح كل طالب” ( ESSA ) على سياسة التعليم العريضة K-12 بما في ذلك متطلبات الاختبار، وخطط التعليم في الولاية، وتحويل المنح الفيدرالية إلى الولايات – إلا أن القانون يعطي أولوية كبرى لتعليم STEM. حيث يحتوي القانون على ما يقرب من 100 إشارة إلى STEM، وسعى مؤلفو مشروع القانون إلى دمج STEM كأولوية تعليمية وطنية.

ويشير كيم (Kim,2011) أن STEM هو الاختصار الذي اعتمدته المؤسسة الوطنية للعلوم بالولايات المتحدة الأمريكية عام 1990. وتطور المفهوم لاحقاً من قبل خبراء بأمريكا الشمالية لوصف مشكلات تدني ترتيب الولايات المتحدة في مؤشر البرنامج الدولي لتقييم الطلبة (PISA Programme for International Student) المهتم بالعلوم والرياضيات، وضعف الاهتمام تجاه STEM. ووفقاً (STEMTEC ,2000) كان أول ظهور للمفهوم عندما نفذت المؤسسة الوطنية الأمريكية للعلوم عام 1998 مشروعا تعاونيا لمعلمي العلوم والتقنية والهندسة والرياضيات (STEMTEC (The Science, Technology, Engineering and Math Teacher Education Collaborative (، والذي بلغت تكلفته خمسة ملايين دولار، واستمر لمدة خمس سنوات، وأداره معهد تعليم STEM بجامعة ماساتشوستس (UMass) بالتعاون مع خمس كليات ضمن عدة مناطق إقليمية.

وتزايد الاهتمام ب STEM مع الوقت، خاصة عقب ظهور نتائج الاختبارات الدولية الموحدة للطلبة TIMSS حيث تخلفت الولايات عن منافسيها الدوليين، وأظهر تقرير رابطة الحكام الوطنية National Governors Association NGA أن من أهم أسباب الإخفاق هو عدم صرامة تطبيق معايير العلوم والرياضيات في مراحل التعليم العام، وعدم التحضير للاعتقاد والاهتمام بنهج STEM، والقصور في تحفيز دوافع واهتمام الطلبة نحو الرياضيات والعلوم، وعدم التكامل بين الموضوعات التي يتعلمها الطلبة والعالم الحقيقي، كما وضّح أن الطلبة غالباً ما يخفقون في رؤية الاتصالات بين ما يدرسونه والخيارات المهنية لتعليم العلوم والهندسة والرياضيات (Thomasian, 2011).

تعليم STEM  و/أو STEAM قراءة في المفهوم

عرفت وزارة التعليم في الولايات المتحدة الأمريكية (Ministry of Education, 2010, p.7) تعليم STEM  بأنه ” البرامج التي يتم من خلالها توفير الدعم لـلعلوم، أو تعزيز العلوم، والتقنية، والهندسة، والرياضيات STEM في المرحلة الابتدائية وحتى الثانوية ومن خلال المستويات العليا بما في ذلك تعليم الكبار”. وعرفته ساندرز (Sanders, 2009, p.21)، بأنه ” نهج تعليمي يسعى إلى استكشاف التدريس والتعلم فيما بين أي اثنين أو أكثر من مجالات موضوع STEM، و/أو بين موضوع STEM وواحد أو أكثر من المواد الدراسية الأخرى”. ويعّرفه لينتس وجي آر (Lantz & Jr, 2009, p.1) بأنه “التعليم المستند إلى المعايير بما يحقق انضباط المعلمين على مستوى المدرسة وبخاصة في تدريس العلوم والتقنية والهندسة والرياضيات STEM، واتباع منهج متكامل للتعليم والتعلم، حيث يتم تدريس محتوى معين كوحدة دراسية ديناميكية متكاملة”. وتعرفه خجا(2016،ص 58) بأنه اختصار لنهج تعليم وتعلم يستند إلى تكامل حقول العلوم والتقنية والهندسة والرياضيات (Science Technology, Engineering, Mathematics) بحيث تُدرّس هذه الحقول في صورة وحدة متماسكة، ويتطلب تمكين المعلمين والمتعلمين من فهم الممارسات الهندسية والعلمية، والمفاهيم المتداخلة والأفكار الأساسية لحقول STEM، كما يتطلب تجهيز بيئات التعلم في سياق العالم الحقيقي، بحيث يستمتع المشاركون في ورش العمل والمشاريع التعليمية، ويتمكنون من الوصول إلى المعرفة الشاملة والمتعمقة للموضوعات والقضايا العلمية المستهدفة والتي تعكس طبيعة العلم، بعيداً عن المفاهيم النظرية المنعزلة. وحدث تطور لاحق في مفهوم STEM بإضافة مجال العلوم الإنسانية إلى المجالات المتعارف عليها سابقا STEM لتصبحSTEAM  حيث أن دمج العلوم الإنسانية مع مجالات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات يستكمل الإطار التعليمي ويجعله إطارا متكاملا ومترابطا لتنمية مهارات الابتكار والقيادة والاتصال في جميع هذه المجالات.

متطلبات تعليم STEM

يتطلب تعليم STEM توفير وتهيئة بيئة التعلم بطريقة تساعد المتعلمين على الاستمتاع والانخراط في ورش عمل تكامل بين مجالات STEM، وتمكنهم من تنمية معارفهم ومهاراتهم بطريقة تتيح لهم فهم وإدراك العلوم بطريقة ميسرة وسهلة وبأسلوب تعلم ممتع، ومن خلال فصول التعلم الصفية واللاصفية.

نظرياً يستند تعليم STEM  إلى النظرية البنائية والنتائج التي توصلت إليها منذ ثلاثة عقود من العلم المعرفي، فوفقاً لبرونينغ وزملائه (2004,Bruning, Schraw, Norby, and Ronning) فإن الركائز البنائية التي يتردد صداها مع تعليم STEM هي:

1. أن التعلم عملية بناءة ومنفتحة.
2. أن الدوافع والمعتقدات جزء لا يتجزأ من الإدراك.
3. أن التفاعل الاجتماعي أمر أساسي للتنمية المعرفية.
4. أن التعلم ينطلق من المعارف والاستراتيجيات والخبرات السياقية.

فالمناهج والنشاطات والاستراتيجيات التدريسية المبنية على تعليم STEM، ينبغي أن تصمم بطريقة علمية مبتكرة تساعد الطالب على فهم وإدراك مفاتيح العلوم المختلفة بطريقة ميسرة وسهلة وبأسلوب تفاعلي مندمج ومنفتح على البيئة، وفي سياق معارف ومهارات المتعلم الحالية بحيث تتشكل لدى المتعلم مهارات نوعية يمتد أثرها في حياته اليومية.  ويعتقد المهتمون باتجاه تعليم STEM أنه سيساعد على تحسين نتائج مخرجات التخصصات الأربع: العلوم والتقنية والهندسة والرياضيات باستخدام نهج متعدد التخصصات (2013,William & Dugger). ولأن الابتكارات والمخترعات الحديثة تتداخل فيها هذه التخصصات، فإن تعليم STEM يحظى باهتمام المنظمات الدولية التي تسعى إلى تطوير مواردها البشرية في المجالات التخصصية التي تدعم الابتكار والتنافسية، ومنها رابطة الحكام الأمريكية National Governors Association NGA والتي تنادي بضرورة زيادة كفاءة المعلمين في مجال STEM، وزيادة أعداد الطلبة الذين يتابعون الدراسات المتقدمة ذات الصلة بهذا الاتجاه (2011,Thomasian).

ويوضح براون (Brown, 2011) أن منهج STEM  يتمحور حول المحتوى الرئيسي التالي:

• العلوم Science: وتشمل المعارف، والمهارات، وطرق التفكير العلمي والإبداعي، واتخاذ القرار.
• التقنية Technology: تتضمن التطبيقات العلمية والهندسية وعلوم الحاسب.
• الهندسة Engineering: وتتضمن التصميم الهندسي ويشمل عنصرين هما: تقديم قاعدة أساسية من الثقافة التقنية في المرحلة الثانوية، وإعداد الطالب لدراسة التصميم الهندسي في مرحلة ما بعد الثانوية.
• الرياضياتMathematics : وتتضمن قاعدة أساسية عريضة من أسس الرياضيات وحل المشكلات الرياضية.

ويناقش ستيفاني ومارشل (Stephanie, 2008) متطلبات تطبيق تعليم STEM، ويشيران إلى ثلاثة محاور رئيسة للتغيير من المنهج التقليدي إلى المنهج المتكامل الخبرات كما يلي:

     أولاً: تغيير رؤية تدريس العلوم، والرياضيات ليوائم ما يتم تدريسه داخل الفصول مع ما يحدث في الواقع.

إن التربية العلمية تواجه خطرا من التعليم المدرسي الذي لا يقدم العلوم في صورة خبرات، ولا يعزز التساؤل والاكتشاف، ولا يمكن الطلاب من فهم المواد العلمية، ولا يعزز الفهم المتعمق للخبرة الإنسانية. وأنه لا يزال يتسم بالجمود، والملل، والصعوبة، وينفر من دراسته معظم الطلاب خاصة في المرحلة الثانوية، وذلك للأسباب التالية:

• الكم الهائل من المعلومات والوضعية التعليمية التي يقوم فيها المعلم بدور الناقل للمعلومات بدون توفير فرص الأسئلة، والحوار، والاكتشاف للطالب.
• التركيز على الحفظ، والاستظهار لمعلومات مجاب عنها مسبقاً.
• فقدان المتعة والتشويق والرغبة في البحث، والإقدام على المغامرة في التجريب والتحقق العلمي.
• انعزال العلوم عن باقي فروع العلم، وقلة تقديم المفاهيم المتكاملة والبينية.
• البعد عن ربط تدريس العلوم بالمحتوى الاجتماعي للطلاب، وحياتهم اليومية.

وتسعى مناهج الخبرات المتكاملة إلى تحقيق احتياجات تدريس العلوم، والرياضيات وهي كما يلي:

• التركيز على مهارات التقصي، والاكتشاف.
• الاعتماد على التحليل والانعكاس.
• تكوين الفروض والتجريب العلمي.
• إصدار الحكم المعتمد على الدليل.
• الانغماس في التعجب والتساؤل.
• الانغماس في المعنى وليس المعرفة.
• الانغماس في البحث والاكتشاف، وليس التحصيل.
• الانغماس في التعاون، وليس التنافس.
• تحقيق الاعتماد على بعضنا البعض، وليس الاستقلالية.
• تحقيق الثقة، وليس الخوف.

ثانياً: تغيير طريقة تدريس العلوم والرياضيات في المدرسة بحيث يتحول الطلاب إلى الانغماس في المعرفة العلمية، والمهارات، والعادات العقلية، ليقوموا بممارسة العلوم والبحث، والتحري، وحل المشكلات الإبداعية، والتفكير العلمي.

ويتطلب تصميم مناهج STEM تضمين ما يلي من خبرات:

• منهج خبرات متكامل يتمركز حول المفاهيم
• الاستقصاء المتمركز على حل المشكلات، وتوظيف التقنية.
• التطبيق العملي والاستكشاف والتقصي العلمي الموجه ذاتيا وممارسة النشاطات البحثية.
• التقويم المستند على الأداء، والواقعي، والمستمر، والمتعدد الأبعاد.

ثالثاً:  تغيير الرؤية، وأهداف التعليم بحيث تسعى إلى تحقيق فهم العلوم، والرياضيات وتطبيقاتهما التكنولوجية من قبل جميع أفراد الشعب، وليس لفئة من الصفوة العلمية فقط.

إن تعليم STEM لا ينطوي فقط على تدريس هذه التخصصات والموضوعات في عزلة، بل ينطوي أيضا على اتباع نهج متعدد التخصصات. كما أنه أيضا يعترف بالصلة القوية بين  تعليم STEM والفنون التي تعزز التصميم والإبداع والابتكار. وهذا يتطلب توفير وتهيئة بيئة التعلم بطريقة تساعد المتعلمين على الاستمتاع والانخراط في ورش عمل تكامل بين تلك العلوم، وتمكنهم من تنمية معارفهم ومهاراتهم بما يتيح لهم فهم وإدراك العلوم بطريقة ميسرة وسهلة وبأسلوب تعلم ممتع، بحيث يمتد أثر تلك المهارات ليشمل كل نشاطات المتعلم التعليمية في الحياة وعبر جميع مراحله التعليمية، ومن خلال فصول التعلم الصفية واللاصفية.