مبارك محمد الفرحان يكتب: برنامج STEAM لإثراء الموهوبين

الواحة نيوز

عندما كنت أشاهد الأفلام العلمية التي تهتم بمجال الابتكار و الإبداع في المعرفة يراودني تساؤل كيف استطاع العلماء و المبتكرين على مر التاريخ من صنع ابتكاراتهم خاصة و أن هذه الابتكارات في تصنيعها تجمع بين الرياضيات و الهندسة و العلوم و التقنية.

كيف استطاع مخترع السيارة أن يجمع بين التصميم الهندسي لشكل السيارة ، و بين الفيزياء الميكانيكية لتصميم لمحركات السيارة، و بين كيمياء الطاقة لوقود و زيوت محركات السيارة ، و بين تقنية التكنولوجيا لتصميم شاشة العدادات التي يقرأ من خلالها السائق مستوى السرعة في السيارة ، أو تلك المفاتيح الكهربائية التي تفتح و تغلق نوافذ السيارة ، و كيف استطاع الدمج بين بطارية الكهرباء و بين محرك البنزين أن يتحدون في فريق واحد من أجل تشغيل السيارة .

و من هنا يأتي السؤال الأهم كيف كان تعليم هؤلاء المبتكرين و هم صغارا ، كيف تم تأسيسهم في مراحل تعليمهم المبكرة على حب الابتكار و على مهارة تطوير الابتكار من خلال تخصصات متعددة مثل العلوم و الرياضيات و الهندسة و التكنولوجيا ؟ .

و لقد وجدت الإجابة على هذا التساؤل في كتاب ( تعليم STEAM القائم على الابتكار و ريادة الأعمال ) للمؤلفين مريم القشطة و رائف بودريس ، حيث تؤكد النظريات المذكورة في هذا الكتاب بأن المنهج القائم على تعليم STEAM هو عبارة عن منهج يقوم على تعليم الطلبة على مهارة حل المشكلات الحقيقة من واقع الحياة ، حيث يقوم الطلبة في مجموعة التعلم التعاوني باختيار أحد المشكلات من واقع حياتهم و تكون مرتبطة في بيئتهم ، و باستخدام مهاراتهم في البحث العلمي يقومون الطلبة في إيجاد حلول لهذه المشكلة من خلال البحث في تخصصات الرياضيات و العلوم و التكنولوجيا ، و بعد اتفاقهم للحل المناسب يقومون بتحويل هذا الحل إلى تصميم ابتكاري باستخدام الهندسة و الفنون ، ثم تطبيق هذا الابتكار في واقع الحياة الذي يساهم في حل و علاج هذه المشكلة .

و في أدبيات برنامج STEAM تنوعت نماذج التطبيق رغم اختلافها في طريقة التنفيذ ، و دعونا نلخصها في ثلاثة محاور رئيسية ، المحور الأول تطبيق برنامج STEAM في المناهج الدراسية ، و هذا يحتاج إلى جهد من المعلم في إعداد الدرس بالإضافة إلى أهمية تكوين فريق من المعلمين من مختلف التخصصات لإعداد الدروس بشكل صحيح ، بالإضافة إلى أنها تقيد نشاط الطالب و تحصره في داخل الحصة الدراسية ، كما أن وقت البرنامج مرهون بزمن الحصة الدراسية و مرهون بخطة المنهج .

أما المحور الثاني و هو برنامج STEAM الذي تم تصميمه في حقائب تدريبية يتم تقديمها للطلبة خارج المنهج الدراسي و يكون خارج الحصة الدراسية ضمن أنشطة المدرسة أو يكون في أحد البرامج المسائية ، غير ان هذه الحقائب تحتاج إلى إعداد من المدرب بالإضافة إلى تشكيل فريق من المدربين من مختلف التخصصات ، بالإضافة إلى التزام المدرب و الطالب بمنهجية حقيبة التدريب و بالتالي فإن إبداع الطالب مرهون بحدود هذه الحقيبة التدريبية .

إن خلاصة المحور الأول و المحور الثاني تتمركز في أن العملية الإبداعية لدى الطالب تكون محدودة بالزمن و محدودة بالمحتوى العلمي ، بالإضافة إلى تذبذب اهتمام و حماس و دافعية الطالب نحو التعلم في برنامج STEAM .

أما المحور الثالث فسوف أوضحه من خلال القصة التالية ، فلقد حضرت في ورشة تدريبية لتطبيقات STEAM للمدربة الأستاذة منيرة الدرويش بقسم الموهوبين بتعليم الأحساء ، حيث قامت المدربة بطرح تمرين تطبيقي للمتدربين يتضمن السؤال الآتي : أمامكم حوض ماء صغير فيه نوع من أنواع سمكة الزينة ، و حوض زراعي صغير فيه زهرة مغروسة في تربة ، و علبة بلاستيكية شفافة كبيرة الحجم مستطيلة الشكل فوقها غطاء بلاستيكي فيه فتحات للتهوية ، و كيس من حصوات الزينة البيضاء ، فمن خلال المواد التي أمامك ، قم أنت و زملائك في المجموعة بعمل تصميم هندسي باستخدام منهجية STEAM ، بحيث يقوم هذا التصميم على تكوين بيئة مناسبة تدمج بين البيئة المناسبة لحياة السمكة و بين البيئة المناسبة لحياة الزهرة ؟ .

فقام أحد المتدربين و هو الأستاذ عبدالله المبرزي مع مجموعته بتنظيم التصميم الهندسي الذي يناسب دمج البيئة لحياة السمكة مع البيئة لحياة الزهرة ، حيث قام بترتيب الحصوات البيضاء في قاع العلبة البلاستيكية ، ثم قام بسكب الماء إلى منتصف العلبة ليعطي مجالا للسمكة للسباحة في العلبة ، و بعدها قام بنقل السمكة من الحوض الصغير إلى العلبة البلاستيكية ذات الحجم الكبير ، ثم قام بتفريغ حوض الزهرة ، بعدها وضع في أسفل حوض الزهرة بعض الحصوات البيضاء ، ثم قام بإعادة الزهرة مع التربة إلى الحوض و قد تأكد أن حوض الزهرة محكم لا يوجد فيه فتحات بحيث لا يتسرب إليه الماء من أسفل الحوض ، بعد ذلك قام بوضع حوض الزهرة في العلبة البلاستيكية على قاعدة مرتفعة من الحصوات بحيث لا يصل مستوى الماء إلى حوض الزهرة ، ثم قام بإغلاق العلبة البلاستيكية بالغطاء الذي يحتوي على فتحات لدخول الهواء إلى داخل هذه العلبة ، و بذلك انتهى عمل المجموعة من التصميم الهندسي على حسب متطلبات التمرين .

و لقد قام الأستاذ عبدالله بشرح تفاصيل التصميم الهندسي الذي يدمج بين البيئة المناسبة لحياة السمكة و البيئة المناسبة لحياة الزهرة ، حيث ذكر أن هذا النوع من أنواع سمك الزينة يتنفس من الهواء الخارجي الذائب في الماء و بالتالي فإنه لا يحتاج إلى جهاز مضخة أكسجين في العلبة ، بالإضافة إلى وضع الحصوات البيضاء في قاع العلبة بهدف أن يتسرب أكل السمكة الذي يفيض إلى أسفل هذه الحصوات لكي يتحلل و يتعفن و هو في أسفل هذه الحصوات.

و الهدف من ذلك هو الحفاظ على حياة السمكة لكي لا تتغذى على الأكل القديم المتحلل المتعفن إلى أن يحين موعد تنظيف هذه الحصوات ، أما بالنسبة لحوض الزهرة فلقد ذكر الأستاذ عبدالله أن هذا النوع من أنواع الزهور لا يعيش إلا على رطوبة الماء الموجودة في التربة و في حال زيادة مستوى الماء في التربة المخصصة لهذه الزهرة ، فإن حياة هذه الزهرة ستنتهي مما يؤدي إلى ذبولها.

و من هذه المعلومة قام الأستاذ عبدالله بالتأكد من أن حوض الزهرة مغلق بإحكام لا يتسرب إليه الماء ، بالإضافة إلى أنه قام بوضع حصوات في أسفل التربة لكي يتسرب الماء الزائد إلى أسفل الحصوات و بالتالي فإن هذه الحصوات تحافظ على حياة الزهرة من زيادة الماء في التربة فوق حاجتها ، و سبب وضع حوض الزهرة فوق قاعدة مرتفعة من الحصوات في داخل العلبة البلاستيكية بحيث لا يصل مستوى الماء إلى حوض الزهرة ، و يجيب الأستاذ عبدالله على كيفية الدمج بين البيئة التي تحافظ على حياة السمكة و البيئة التي تحافظ على حياة الزهرة هو أنه بعد إغلاق العلبة البلاستيكية بالغطاء بحيث يدخل الهواء إلى داخل العلبة البلاستيكية من خلال فتحات الهواء الموجودة في غطاء العلبة.

و بالتالي فإن الزهرة تتنفس الأكسجين من هذا الهواء كما أن السمكة تتنفس من الأكسجين الذائب في الماء من هذا الهواء ، كما أن غطاء العلبة البلاستيكية يضمن احتباس الرطوبة الصادر من بخار الماء الموجود في العلبة البلاستيكية و بالتالي فإن تربة الزهرة تتشبع بهذه الرطوبة و هكذا فإن الزهرة تشرب الماء من الرطوبة الموجودة في التربة بما يتناسب مع احتياجها ، كما أن الزهرة و السمكة ليسوا بحاجة إلى أشعة الشمس لذلك فإن غطاء البلاستيك و ما يحتويه من فتحات تهوية هو أحد عوامل التصميم المناسب ليحافظ على حياة الزهرة و السمكة .

و لتحليل السلوك الإبداعي الذي مارسه الأستاذ عبدالله من أجل تطبيق التمرين ، فلقد انطلقت الدافعية لديه من نقطة محددة و هي المشكلة المذكورة في التمرين ( تطوير تصميم هندسي يحافظ على حياة الزهرة و على حياة السمكة من خلال الدمج بين بيئة الزهرة و بيئة السمكة )، و قد قامت هذه الدافعية برفع مستوى الطاقة الذهنية لديه نحو البحث في خبراته المعرفية و معلوماته السابقة في مختلف العلوم و الهندسة من أجل أن يطور التصميم الهندسي يدمج بين بيئة الزهرة و بيئة السمكة و يحافظ على حياتهما.

و كانت نتيجة البحث هي تلك المعلومات التي ذكرها سابقا عن الخصائص و الأساليب التي تحافظ على حياة الزهرة و حياة السمكة في وقت واحد ، و بتحليل التصميم الهندسي الذي قام بتطويره نجد تخصص الأحياء الذي حدد أساليب التنفس لدى الزهرة و السمكة بناء على نوعهما ، كما حدد أن الزهرة لا تحتاج إلا لقطرات بسيطة من الماء.

كما نجد تخصص الفيزياء قام بتحديد عملية تسرب الماء الفائض من التربة إلى مسام الحصوات في الأسفل ، و تسرب أكل السمكة الفائض إلى مسام الحصوات في الأسفل لكي لا يتعفن الأكل العالق في الماء ، و حدد الفيزياء عملية امتصاص الماء في جذور الزهرة من خلال الرطوبة المتوفرة في التربة بالخاصية الأسموزية ، كما حدد الفيزياء إمكانية توفر الرطوبة في التربة من خلال تجميع بخار الماء الموجود في العلبة بعد وضع الغطاء فوقها ، و ساهمت الهندسة في تنظيم الحصوات في أسفل حوض الزهرة و في أسفل العلبة البلاستيكية ، كما ساهمت الفنون في ترتيب مكان حوض الزهرة و ترتيب شكل الحصوات في العلبة بشكل جمالي .

و نستخلص من تجربة التمرين أن المدربة منيرة الدرويش لقد أجادت في اختيار نوع التمرين الذي يساهم في تعميق مفهوم تطبيق برنامج STEAM بشكل مبسط جدا ، و كانت النتيجة إثارة الدافعية لدى المتدرب الأستاذ عبدالله نحو البحث عن معلومات تساهم في تنفيذ التصميم الهندسي .

و عند الربط و المقارنة بين المحور الأول و المحور الثاني لنماذج منهج STEAM و بين تجربة تمرين المدربة منيرة نجد أن المحور الثالث بأنه نشاط ( إثرائي ) يكون خارج المنهج الدراسي و يقوم على أساس طرح مشكلة من واقع حياة الطالب مع توفير الأدوات اللازمة له من بيئته.

و بالعمل الجماعي تنطلق دافعية الطلبة نحو سبر أغوار العلوم و الرياضيات و الهندسة و التقنية بالبحث عن معلومات تساعدهم على تطوير تصميم هندسي لعلاج هذه المشكلة ، وقد يستغرق ذلك فترة من الزمن تصل إلى أيام أو أسابيع ، ولكن النتيجة تكون أن دافعية التعلم لدى هؤلاء الطلبة قد ارتفعت بصورة أفضل بكثير من تطبيق منهج STEAM داخل المنهج الدراسي ، بالإضافة إلى ارتفاع مستوى الفهم و اكتساب المعرفة في هذه التخصصات و ارتفاع مستوى الإبداع و الابتكار لديهم ، و يمكن أن نطلق على المحور الثالث مسمى ” المنهج الحر لبرنامج STEAM ” حيث يترك الحرية للطلاب في البحث و التقصي و يرفع دافعيتهم نحو التعلم ، و من خلال تمرين المدربة منيرة نجد أن المتدرب عبدالله لم يستخدم تخصص الكيمياء و تخصص الرياضيات و اكتفى بتخصص الأحياء و الفيزياء و الهندسة وتخصص التكنولوجيا.

وهذا يعطي دلالة واضحة انه ليس لزاما على الطلاب في منهج STEAM أن يستخدمون كل التخصصات العلمية ، و إنما يستخدمون التخصصات حسب الحاجة التي تساعدهم في حل المشكلة ، و للتأكيد أن الأساس في منهج STEAM هو أن نبدأ بالتصميم الهندسي أولا ، بعد ذلك نربطه بالتخصصات العلمية ثانيا .

و الخلاصة أن المحور الثالث لمنهج STEAM ” المنهج الحر ” يمكن صياغة اتجاهه في مسار واحد محدد ، و هو ” أن تنطلق دافعية الطالب من المشكلة إلى البحث في مختلف التخصصات العلمية من أجل تطوير تصميم هندسي يساهم في علاج المشكلة ” .

و هذا ما أكدته مريم القشطة و رائف بودريس في كتابهما أن تعليم STEAM يقوم على أساس أن الطالب يتعلم العلوم و الرياضيات و الهندسة و التكنولوجيا من خلال استراتيجية حل مشكلة من واقع الحياة ، ثم يقوم بتحويل حل المشكلة إلى تصميم هندسي أو منتج ابتكاري قائم على الهندسة و الفنون ، و في حال تم تطبيق تعليم STEAM من دون تصميم هندسي يساهم في علاج مشكلة ، فإنه لا يعتبر تعليم قائم على منهج STEAM ، بل يعد تعليما تقليديا و بالتالي تقل دافعية الطالب نحو حب التعلم في هذه التخصصات ، و لا يعد قادرا على اكتساب مهارة الابتكار من خلال دمج هذه التخصصات .

و يذكر أن مريم القشطة و رائف بودريس في كتابهما أهم الفوائد من نواتج تدريب الطلاب على منهجية STEAM بأنهم يكتسبون مهارات الاستكشاف و التجريب التي تساعدهم على فهم العلوم المختلفة بطريقة سهلة و بأسلوب تفاعلي مندمج مع البيئة ينتقل أثرها إلى البيئة ، و من خلال البرنامج يمارسون الابتكار من أجل إيجاد الحلول للمشاكل مثل العلماء المتخصصين ، فمن خلال تصميم المشاريع العلمية يستطيعون بناء المعرفة و اكتساب خبرات جديدة ، كما يساهم البرنامج في ربط الطلبة مع شركاء الصناعة و الممارسين في الصناعات الابتكارية ، و بالتالي يصبحون قادرين على التميز في سوق العمل من أجل التنافس في الأسواق العالمية و تلبية احتياجات اقتصاد القرن الواحد و العشرين .