Проект инженерно технологичное образование в школах. «Живи в кабинете»
Немного о предыстории вопроса
Почему наши соотечественники предпочитают ездить на иномарках? Почему в своем окружении вы не найдете пользователей отечественных смартфонов? Почему российские наручные часы, еще лет 40 назад успешно экспортировавшиеся за границу, сегодня далеко отстали от продукции швейцарского часпрома?...
Ответ на все подобные “почему” прост: за последние десятилетия страна существенно подрастеряла свои инженерно-конструкторские кадры, не создав принципиальных условий для их восполнения. Результат – отставание от стран-конкурентов по множеству отраслей, где требуются высокопрофессиональные конструкторы и инженеры. А требуются они во всех сферах, где речь идет о разработке и промышленном изготовлении чего бы то ни было – от предметов мебели до военной и космической техники.
В наши дни осознание ситуации пришло, и стали приниматься системные меры по ее исправлению. Понятно, что в данном случае все должно начинаться с образования, ибо нельзя получить первоклассного инженера “из воздуха”. Цепочку воспитания соответствующих кадров нужно протянуть от школы через инженерные вузы к высокотехнологичным инновационным предприятиям .
Так в сентябре 2015 г. под эгидой Департамента образования г. Москвы стартовал проект “Инженерный класс в московской школе”, имеющий главной целью подготовку компетентных специалистов, необходимых экономике города и востребованных на современном рынке труда (аналогичным проектам был дан ход и в регионах). Одним из участников проекта стала Гимназия №1519.
Спустя год после старта
2015/2016 учебный год стал весьма динамичным в части продвижения проекта “Инженерный класс в московской школе”. Около ста школ столицы влились в проект, открыли в общей сложности более двухсот инженерных классов, охвативших около 4.5 тысяч учащихся. К концу года более 130 новых школ заявили о своем желании участвовать в проекте. В реализации проекта участвуют 16 федеральных технических вузов, являющихся опорными площадками для профориентационной работы с учащимися инженерных классов. Формируется пул предприятий-партнеров проекта из различных отраслей промышленности. Знакомство с работой реальных высокотехнологичных предприятий должно послужить эффективному “погружению” учащихся в инженерную сферу.
В июне 2016 года в Москве на площадке МГТУ им. Н.Э. Баумана состоялся Международный конгресс “SEE-2016. Наука и инженерное образование”. В работе Конгресса приняли участие представители российских и зарубежных университетов и научно-промышленных предприятий, потенциальных работодателей, отечественных школ. Конгресс был сконцентрирован на повышении эффективности инженерного образования в современных условиях, а обмен опытом с зарубежными коллегами позволил выявить пока еще не реализованные возможности и слабые места в деле возрождения отечественного инженерного потенциала.
“Хотим готовенького”
Как показало общение на Конгрессе, часть российских предприятий и вузов все еще исходят из представления, что для воспитания профессионального инженера достаточно адаптации вузовских программ под потребности предприятий, нуждающихся в инженерных кадрах. Результатом такого подхода является “недоученность” выпускников вузов до требуемого уровня. Отечественные эксперты считают, что горизонт воспитания инженера составляет примерно семь лет, из чего следует, что начало этому воспитанию должно быть положено уже в школе . Открытие инженерных классов и активная позиция вузов – участников проекта в построении эффективного взаимодействия с профильными школами и внедрении отдельных форм инженерной подготовки уже начиная со старших классов, отвечают этой потребности.
В Гимназии № 1519 открыто два инженерных класса (10-й и 11-й) и так называемый “предынженерный” 9-й, учащиеся которого также вовлекаются в соответствующие профориентационные мероприятия и получают расширенную подготовку по профильным предметам (физика, математика, информатика). К моменту окончания учащиеся этого класса в подавляющем своем большинстве выбирают профильное техническое направление в старшей школе. Зачисление в 10-й и 11-й инженерные классы происходит на основе анализа интегрированных образовательных результатов учащихся по профильным предметам, результатов проектно-исследовательской работы и научно-технического творчества.
Гимназия №1519 заключила договоры о сотрудничестве с МИЭМ НИУ ВШЭ и МГТУ им. Н. Э. Баумана. Партнерство с данными вузами обеспечивает учащимся широкий круг разнообразных инженерно-образовательных возможностей, включая профориентационные лекции, спецкурсы, лабораторные работы, мастер-классы, летнюю инженерную практику на базе университетских кафедр, научно-образовательных центров и лабораторий.
А надо бы еще раньше
Можно констатировать, что понимание необходимости начала воспитания будущих инженеров уже со школы охватывает все больше сторонников и становится практически необратимым. При этом сравнение с зарубежным опытом показывает, что за границей вовлечение школьников в инженерную деятельность происходит гораздо раньше, чем у нас – уже с младших классов .
Российские школы уже начали перенимать этот опыт. Таким образом, мы становимся свидетелями тренда на понижение возрастного барьера вхождения в область инженерии . И для этого в настоящий момент складываются хорошие предпосылки: учащиеся и их родители, видя высокую и неформальную активность по возрождению престижности инженерной профессии, становятся сильно мотивированными и демонстрируют отчетливый отклик на этот сигнал. Вероятно, через год охват учащихся профильными инженерными классами кратно увеличится, а начало предпрофильной подготовки сместится в сторону 5 – 8-х классов.
Осознавая указанный тренд, Гимназия №1519 тоже планирует в 2016/17 учебном году ввести элементы предпрофильной инженерной подготовки в 5 – 8-х классах. Одним из таких элементов станет курс трёхмерной компьютерной графики, нацеленный на формирование пространственного мышления школьников. Другой элемент – кружок интеллектуальной робототехники, способствующий развитию базовых навыков использования компьютеров и управляемых роботизированных устройств, навыков программирования и решения алгоритмических задач.
Что ты умеешь на самом деле?
Важный тезис, разделяемый инженерным и образовательным сообществом: пока человек не начнет делать что-либо своими руками, его инженерные познания иллюзорны . Вот почему практически все участники движения по возрождению инженерного потенциала страны подчеркивают исключительное значение проектно-исследовательской деятельности школьников и студентов. Понимая важность данного фактора и опираясь на положения ФГОС второго поколения, необходимо придать проектно-исследовательской деятельности статус обязательного компонента подготовки школьников . Вероятно, такой подход также превратится в тренд в ближайшие годы.
Представляется, однако, что не все способы организации проектно-исследовательской деятельности учащихся равноценны и эффективны. На мой взгляд, можно выделить три уровня организации такой деятельности:
“Начальный”
Речь идет о проектах, придуманных в домашних или школьных условиях . Руководителями таких проектов являются родители ребенка или учитель. С одной стороны, это позволяет выделить активных детей, повысить их мотивацию, набраться минимального исследовательского опыта. С другой стороны, недостатки этого способа весьма существенны: за такими работами, как правило, не стоит столь важных организационных ресурсов, как производственная база и научный потенциал руководителя. Соответственно, подобные проекты, в большинстве своем, почти не имеют прикладного значения и перспектив серьезной дальнейшей разработки.
“Базовый” (на текущий момент)
Этот уровень предполагает выполнение проектов на вузовских площадках под руководством вузовских специалистов и научных работников . В этих условиях к услугам школьника, выполняющего проект – и разнообразное оборудование, и научный опыт руководителя, позволяющий поставить действительно актуальную и перспективную задачу, и возможность дальнейшего продвижения выполненной разработки, если она этого заслуживает. Данный уровень отвечает современным представлениям о проектно-исследовательской деятельности учащихся инженерных классов и предусматривается большинством договоров о сотрудничестве между вузами, участвующими в проекте, и профильными школами. В основном, именно на такую форму проектно-исследовательской деятельности в настоящее время существует запрос со стороны участников (школ, вузов, предприятий), занятых в деле возрождения инженерной профессии.
“Высший” (предположение)
Прорывным шагом вперед в развитии проектно-исследовательской деятельности стало бы формирование групп, состоящих из студентов и школьников, участвующих в выполнении конкретных проектов на конкретных предприятиях , представляющих наукоемкие и инновационные отрасли. Такой подход дал бы максимальную степень погружения будущих инженеров в профессию, обеспечил бы несомненное прикладное значение их работе, а также перспективу внедрения выполненных разработок в практику. Мотивация учащихся в такой модели достигала бы наивысшего уровня.
В разрезе проектно-исследовательской деятельности задачей №1 нашей гимназии является максимальный охват учащихся этой деятельностью на уровне не ниже “базового” и придание ей статуса обязательного компонента подготовки школьников. Помимо этого, мы намерены предпринять усилия, чтобы внедрить в гимназии модель “высшего” уровня.
Можешь ли ты “продавать”?
На Конгрессе SEE-2016 интересная дискуссия развернулась на тему: должен ли инженер одновременно быть предпринимателем , чтобы уметь коммерциализировать свои идеи и разработки, находить для них инвесторов, “пробивать” им дорогу в жизнь? Участники сошлись во мнении, что такая двойная роль – “инженер-предприниматель” – это, скорее, идеальная модель, и ее нельзя возводить в ранг стандарта . Хотя, если инженер, не в ущерб своему профессионализму, тем или иным способом овладеет навыками предпринимателя, то это можно только приветствовать.
Разумным решением являются созданные в различных вузах факультеты и кафедры, готовящие специалистов по продвижению инженерных разработок. И хотя акцент в проекте “Инженерные классы” делается не на комерциализации инженерных разработок, а на овладении собственно инженерной профессией, определенная профориентационная работа, связанная с инженерным бизнесом, не была бы лишней. Во всяком случае, школьнику, нацеленному на профессию инженера, полезно заранее представлять себе, что созданный инженером прототип чего-либо, пусть даже очень перспективного и востребованного, – это не финал процесса, а лишь старт целого комплекса специальных бизнес-мероприятий, выводящих разработку в жизнь.
В этой связи, возникает следующая идея: занимаясь продвижением инженерных классов в широком смысле, можно найти полезное место в этом процессе и для части учащихся классов социально-экономического профиля. Во всяком случае, опыт нашей гимназии показывает, что учащиеся этих классов проявляют интерес к направлению “Инженерный бизнес и менеджмент”. Представляется, что вовлечение классов социально-экономического профиля во взаимодействие с соответствующими факультетами и кафедрами вузов не только не “нагружает” избыточно проект “Инженерные классы”, но и разумно дополняет его в силу сказанного выше о разделении ролей собственно инженера и предпринимателя, продвигающего инженерные разработки в жизнь.
IT – без них никуда!
По меткому замечанию одного из докладчиков SEE-2016, современные самолет, ракета и многие другие образцы техники – это, во многом, IT-изделия . В том смысле, что существенной их частью являются управляющие ими программно-аппаратные комплексы. Что уж говорить о “чистых” IT-сервисах, полностью состоящих из собственно программ и представляющих собой огромное поле деятельности. И тут всплывает еще одна проблема – нехватка не только инженеров в классическом понимании этого слова, но и острая нехватка высококлассных программистов . Очередное подтверждение этому было дано на проходящем в июне – августе Всероссийском молодежном образовательном форуме “Территория смыслов”, а именно – на открывшейся 13 июля 2016 г. третьей смене “Молодые ученые и преподаватели в области IT”.
Таким образом, данная проблема также заслуживает того, чтобы заниматься ею уже начиная со школы. Обращаясь вновь к теме проектно-исследовательской деятельности, уместно “обогатить” ее содержание IT-проектами и создавать условия для получения школьниками практики программирования, участия в реальных проектах автоматизации процессов на предприятиях в составе проектных групп.
На совещании 30 июня 2016 г. о планах развития проекта “Инженерный класс в московской школе” на 2016/17 год Департамент образования г. Москвы проинформировал о том, что уже формируется пул предприятий-партнеров из IT-отрасли, которые включатся в профориентационную работу со школьниками. Вероятно, мы увидим еще один тренд – увеличение доли учащихся инженерных классов, сориентированных на работу в IT-сфере и выбирающих для поступления соответствующие вузы и кафедры.
Заключение
Понимание, учет и реагирование на имеющиеся и возникающие тренды в любом сегменте образования, в частности, в рамках реализации проекта “Инженерный класс в Московской школе”, есть необходимое условие эффективной подготовки учащихся .
Проект “Инженерный класс в московской школе” создаёт условия для расширения сетевого взаимодействия между общеобразовательными организациями, организациями высшего профессионального образования и научно-производственными предприятиями. Объединение ресурсов участников проекта открывает перед школьниками новые реальные пути в профессию инженера.
Копосов Денис Геннадьевич,МБОУ ОГ №24 города Архангельска, учитель информатики,
[email protected], www.koposov.info
НАЧАЛА ИНЖЕНЕРНОГО ОБРАЗОВАНИЯ В ШКОЛЕ
BEGINNING OF ENGINEERING EDUCATION IN SCHOOLS
Аннотация.
В статье представлен опыт организации и проведения в школе инженерно-ориентированных элективных и факультативных курсов по информатике. Обсуждаются вопросы повышения учебной мотивации, профессиональной ориентации учащихся.
Обучение информатике, элективные курсы, робототехника в школе, микроэлектроника в школе, учебные лаборатории, информатизация.
Abstract.
This article describes the experience of organizing and conducting an engineering-oriented elective and optional courses on Informatics in school. Discusses improving learning motivation, mental development and vocational orientation of pupils.
Key words:
Еducation, K-12, STEM, robotics, microelectronics, school laboratories, informatization.
На сегодняшний день в Российской Федерации наблюдается инженерный кризис - нехватка инженерных кадров и отсутствие молодого поколения инженеров, что может стать фактором, который затормозит экономический рост страны. Это отмечают ректора крупнейших технических университетов, этот вопрос регулярно поднимается на правительственном уровне. «Сегодня в стране существует явная нехватка инженерно-технических работников, рабочих кадров и в первую очередь рабочих кадров, соответствующих сегодняшнему уровню развития нашего общества. Если недавно мы еще говорили о том, что находимся в периоде выживания России, то сейчас мы выходим на международную арену и должны предоставлять конкурентную продукцию, внедрять передовые инновационные технологии, нанотехнологии, а для этого нужны соответствующие кадры. А их на сегодня у нас, к сожалению, нет» (Путин В.В.) .
Что обычно предлагается для изменения сложившейся ситуации? Кроме повышения статуса профессии и повышения заработной платы инженерам, все «разнообразие» предложений сводится к двум направлениям: усилить отбор абитуриентов и организовать либо в школе, либо при вузе предуниверситетскую дополнительную подготовку выпускников:
«Нужны другие, конструктивные подходы по обеспечению притока хорошо подготовленных абитуриентов, ориентированных на поступление в технические вузы. Одним их таких подходов является широкое развитие олимпиад школьников… Другой путь формирования контингента поступающих - целевой прием… Надо обратить самое серьезное внимание на политехническое образование школьников, восстановить необходимые объемы технологической подготовки учащихся в средней общеобразовательной школе, что было еще сравнительно недавно, развивать кружки и дома детского технического творчества» (Федоров И.Б.) ;
«Часть 10-х, 11-х классов сделать «предуниверсарием». Там, кроме школьных учителей, должны работать преподаватели вузов. Если мы, таким образом, часть фундаментальных дисциплин перенесем в школу, четырех лет программы в университете будет достаточно, чтобы подготовить не «недоделанного» инженера, а бакалавра, способного занять инженерную должность» (Похолков Ю.П.) .
Второй подход предполагает перенести часть учебного материала в среднюю школу - на первый взгляд замечательное предложение «сверху», однако вызывает негодование учителей. Сейчас наблюдается разрыв между средним и высшим образованием, и ни та, ни другая сторона навстречу друг другу не спешат: курсы повышения квалификации учителя могут проходить только в институтах повышения квалификации (другие схемы просто не работают). Необходимо четко осознавать, какой процент учащихся в обычной школе готовы слушать лекции преподавателей университетов, и понимать, как на фоне университетских профессоров и доцентов будут выглядеть школьные учителя (и наоборот). Схема эта более-менее реализуема только в городских лицеях, возможностей которых опять же не хватит на удовлетворение потребности и вузов, и страны в подготовленных абитуриентах. Замкнутый круг, формирующий и панические настроения, и нежелание что-либо изменять, или просто «назначить» виноватого («в школе плохо учат» - самое популярное убеждение работников высшей школы). «Сама система образования повсеместно начала деградировать. В этом плане самый старый и мощный образовательный институт - семья - с ее способностью к целостному образованию и передаче «неформального знания» приобретает исключительное значение. Соответственно, и инженерный тренинг в вузе, в малой фирме, в формах дополнительного образования обретает целостный личностный характер» (Сапрыкин Д.Л.) . «По моему мнению, выявлять способности к точным наукам специально не надо. Надо развивать кружки, факультативы, курсы по выбору, предметные олимпиады - этого будет достаточно. Можно добавить профориентацию. Для развития способностей как к точным, так и гуманитарным наукам необходимо работать по принципу: учить по мере психологической готовности к восприятию» (Крылов Е.В.) .
Именно в такой социальной обстановке в 2010 году мы начали реализовывать проект по созданию доступной образовательной среды, позволяющей вывести изучение информатики на качественно иной уровень, в рамках которого мы создали в нашей школе с 2012 года - гимназии) лаборатории инженерной направленности (робототехника и микроэлектроника) и используем их в рамках модели непрерывного информационного образования.
Когда мы начинали развитие этого направления, то выяснилось, что в РФ нет возможности опереться на чей-то опыт, который обычно представлен занятиями с маленькой группой увлеченных учащихся (3–5 человек), т.е. нет работы и исследований в рамках непосредственно учебного процесса, нет какой-либо интеграции и преемственности инженерных курсов и, конечно, практически нет учебных материалов для обычных общеобразовательных школ. Поэтому, при выборе основного вектора развития лабораторий мы обратились к международной аналитике и прогнозам.
В 2009 году New Media Consortium - Международный консорциум, объединяющий более чем 250 колледжей, университетов, музеев, корпораций и других, ориентированных на обучение организаций, по исследованию и использованию новых средств массовой информации и новых технологий спрогнозировал к 2013–2014 годам широкое использование для обучения смарт-объектов, в том числе микроконтроллеров Arduino - платформы с открытым исходным кодом для проектирования электронных устройств, позволяющих учащимся управлять взаимодействием этих устройств с окружающей физической средой .
Стоит особо обратить внимание на полное название нашей школы: муниципальное бюджетное образовательное учреждение муниципального образования «Город Архангельск» «Средняя общеобразовательная школа №24 с углубленным изучением предметов художественно-эстетического направления» (с июня 2012 года - «Общеобразовательная гимназия №24»; www.shkola24.su), это важно, так как в непрофильной школе на первое место выходят эффективность образовательных технологий и мотивация учащихся.
В 2010 году Национальный научный фонд США (совместно с The Computing Research Association и The Computing Community Consortium) опубликовал аналитический отчет , в котором подробно описаны, какие образовательные технологии будут максимально эффективны и востребованы до 2030 года:
User Modeling - мониторинг и моделирование профессиональных качеств и учебных достижений учащихся;
Mobile Tool s - превращение мобильных устройств в образовательный инструмент;
Networking Tools - использование сетевых образовательных технологий;
Serious Games - игры, развивающие концептуальные компетенции;
Intelligent Environments - создание интеллектуальных образовательных сред;
Educational Data Mining - образовательные среды интеллектуального анализа данных;
Rich Interfaces - богатые интерфейсы взаимодействия с физическим миром.
Первой задачей, которую нам предстояло решить - это создание образовательной среды, отражающей все тенденции и направления развития указанных образовательных технологий - лабораторий инженерной направленности.
За 2010–2012 года без государственного финансирования нами созданы и используются в учебном процессе инженерные лаборатории по следующим направлениям :
робототехника LEGO (15 учебных мест на базе образовательного конструктора LEGO MINDSTORMS NXT);
программирование микроконтроллеров (15 учебных мест на базе микроконтроллеров ChipKIT UNO32 Prototyping Platform, ChipKIT Basic I/O Shield);
проектирование цифровых устройств (15 учебных мест на базе платформы Arduino и различных электронных компонентов);
сбор данных и измерительные системы (15 учебных мест на базе студенческого мобильного лабораторного комплекса National Instruments myDAQ и программного обеспечения NI LabVIEW);
датчики и обработка сигналов (15 учебных мест на основе комплектов из 30 различных сенсоров, совместимых с Arduino, ChipKIT и NI myDAQ);
мобильная робототехника (15 учебных DIY 2WD роботов на платформе Arduino).
Вторая задача - использование возможностей лабораторий в учебном процессе, в частности при обучении информатике и ИКТ. В настоящее время это оборудование используется на уроках, элективных и факультативных курсах, элективных учебных предметах по информатике и ИКТ.
В указанных выше лабораториях, практически на каждом занятии учащиеся сталкиваются с ситуацией, когда дальнейшая техническая деятельность, изобретательство становятся невозможными без научной основы. На занятиях учащиеся впервые в своей жизни получают реальные навыки организации работы; принимают решения; осуществляют простой технический контроль, строят математическое описание; проводят компьютерное моделирование и разработку методов управления, осуществляют разработку подсистем и устройств; элементы конструкций; анализируют информацию с датчиков; пытаются построить многокомпонентные системы, осуществляют отладку, проводят испытания, модернизацию и перепрограммирование устройств и систем; поддерживают их в работоспособном состоянии - все это важнейший фундамент для будущей научно-исследовательской, проектно-конструкторской, организационно-управленческой и эксплуатационной профессиональной деятельности. Это уже не просто профориентация, это пропаганда науки самыми современными образовательными технологиями.
Учителя информатики при этом являются основной движущей силой, поэтому в системе подготовки (и повышения квалификации) учителей информатики необходимо учитывать образовательные возможности лабораторий по робототехнике и микроэлектронике и включать соответствующие дисциплины в программы подготовки. На базе школы проходят обучение будущие учителя - студенты Института математики и компьютерных наук САФУ имени М.В. Ломоносова (направление «Физико-математическое образование»), проводятся занятия и для педагогов.
После нескольких занятий с учителями информатики Архангельской области был отмечен достаточно важный факт - неготовность учителей применять увиденный опыт. Проведенное анкетирование выявило причины этого - многие учителя либо не заинтересованы в развитии инженерной составляющей, либо считают, что эта область не является их сильной стороной. По этой причине мы стали регулярно проводить экспансивные консультации, семинары-практикумы, мастер-классы для учителей, целью представления нашего опыта всему педагогическому сообществу, проведены вебинары на Образовательной галактике Intel (записи доступны для просмотра) .
Каких результатов мы достигли за 2 года, кроме, непосредственно создания самой образовательной среды? Во-первых, стоит отметить, что среди выпускников школы в 2011 году 60% выбрали дальнейшее обучение в высших учебных заведениях именно по инженерным специальностям (т.е. после окончания обучения получат диплом инженера).
Во-вторых, мы начали подготовку к изданию учебных пособий. В мае 2012 года издательство «БИНОМ Лаборатория знаний» выпустило учебно-методический комплект по информатике и ИКТ «Первый шаг в робототехнику» : практикум и рабочую тетрадь по робототехнике для учащихся 5–6 классов (автор: Копосов Д.Г.). Цель практикума - дать школьникам современное представление о прикладной науке, занимающейся разработкой автоматизированных технических систем, - робототехнике. Практикум содержит описание актуальных социальных, научных и технических задач и проблем, решение, которых еще предстоит найти будущим поколениям. Это позволяет учащимся почувствовать себя исследователями, конструкторами и изобретателями технических устройств. Пособие можно использовать как для занятий в классе, так и для самостоятельной подготовки. Учебные занятия с использованием данного практикума способствуют развитию конструкторских, инженерных и общенаучных навыков, помогают по-другому посмотреть на вопросы, связанные с изучением естественных наук, информационных технологий и математики, обеспечивают вовлечение учащихся в научно-техническое творчество. Рабочая тетрадь является неотъемлемой составляющей практикума. Учебные занятия по робототехнике способствуют развитию конструкторских, инженерных и общенаучных навыков, помогают по-другому посмотреть на вопросы, связанные с изучением естественных наук, информационных технологий и математики, обеспечивают вовлечение учащихся в научно-техническое творчество. Работа с тетрадью позволяет более продуктивно использовать отведенное на информатику и ИКТ время, а также дает ребенку возможность для контроля и осмысления своей деятельности и ее результатов. Рабочая тетрадь помогает в выполнении практических, творческих и исследовательских работ.
В-третьих, создана и апробирована учебная программа дополнительного образования учащихся 9–11 классов «Основы микропроцессорных систем управлений» , ядро которой - моделирование автоматических систем управления на основе микропроцессоров, как современное, наглядное и передовое направление в науке и технике, с одновременным рассмотрением базовых, теоретических положений. Такой подход предполагает сознательное и творческое усвоение материала, а также его продуктивное использование в опытно-конструкторской деятельности.
В процессе теоретического обучения школьники знакомятся с физическими основами электроники и микроэлектроники, историей и перспективами развития этих направлений. Программа предусматривает проведение практикума, состоящего из лабораторно-практических, исследовательских работ и прикладного программирования. В ходе специальных заданий школьники приобретают общетрудовые, специальные и профессиональные компетенции по использованию электронных компонентов в микропроцессорных автоматизированных системах управления, закрепляемые в процессе разработки проектов. Содержание программы реализуется во взаимосвязи с физикой, математикой, информатикой и технологией, что соответствует современным тенденциям STEM-образования (Science, Technology, Engineering, Math). Программа рассчитана на 68 учебных часов и может быть адаптирована для проведения 17 часовых или 34 часовых элективных курсов. Данная программа второй год реализуется в МБОУ ОГ №24 города Архангельска на факультативных занятиях для учащихся 9-х и 10-х классов.
Должен возникать вопрос: чем обусловлено такое количество учебных лабораторий? Создав первую лабораторию, мы, совместно с педагогом-психологом, исследовали динамику учебной мотивации школьников. Используемые методы: наблюдение, беседы с родителями и педагогами, шкалирование, использовалась также и методика Т.Д. Дубовицкой. Цель методики - выявить направленность и определить уровень развития внутренней учебной мотивации учащихся при изучении ими конкретных предметов (в нашем случае - информатика и робототехника). В основе методики - тест-опросник из 20 суждений и предложенных вариантов ответа. Обработка производится в соответствии с ключом. Методика может использоваться в работе со всеми категориями обучающихся, способными к самоанализу и самоотчету, начиная примерно с 12-летнего возраста . Полученные результаты , с одной стороны, позволяют уверенно говорить о повышении уровня учебной мотивации практически у каждого школьника, с другой - через год уровень мотивации стал снижаться и стремиться к тому уровню, который был до занятий в лаборатории робототехники (на базе LEGO MINDSTORMS NXT). Именно этим фактом обусловлено дальнейшее количественное развитие учебных лабораторий. Учебная мотивация - это основной фактор в непрофильной школе, влияющий на успешность учащегося. Исследования изменений учебной мотивации мы продолжим и в дальнейшем.
Второй вопрос, который часто задают педагоги: как могут быть связаны микроэлектроника, робототехника и инженерное образование в целом со спецификой нашей школы - углублённым изучением предметов художественно-эстетического направления? Во-первых, дело в том, что платформа Arduino, на которой базируется большая часть лабораторий, первоначально разрабатывалась для обучения дизайнеров и художников (людей с небольшим техническим опытом). Даже без опыта программирования учащиеся всего через 10 минут ознакомления уже начинают разбираться в коде, изменять его, проводить наблюдения, небольшие исследования. При этом на каждом уроке может быть создан реально работающий прототип какого-либо устройства (маяк, светофор, ночник, гирлянда, прототип системы уличного освещения, электрический звонок, доводчик двери, термометр, бытовой измеритель шума и т.д.), а учащиеся повышают уровень своей технологической самоэффективности . Во-вторых, что значит быть инженером, замечательно сформулировал Петр Леонидович Капица: «По моему мнению, хороших инженеров мало. Хороший инженер должен состоять из четырёх частей: на 25% - быть теоретиком; на 25% - художником (машину нельзя проектировать, её нужно рисовать - меня так учили, и я тоже так считаю); на 25% - экспериментатором, т.е. исследовать свою машину; и на 25% он должен быть изобретателем. Вот так должен быть составлен инженер. Это очень грубо, могут быть вариации. Но все эти элементы должны быть» .
Отдельно хочется подчеркнуть, что существующие образовательные программы по информатике позволяют использовать робототехнику, микроэлектронику (и инженерные составляющие) как методический инструмент учителя, без необходимости изменения рабочей программы педагога. Это очень важно, особенно, при старте таких проектов в школах, когда страх неизбежности оформления огромного числа бумаг, может остановить любого педагога.
В последнее время необычайной популярностью пользуются цифровые образовательные ресурсы. Статистика скачиваний с сайтов fcior . edu . ru и school - collection . edu . ru это подтверждает. Региональные и муниципальные департаменты образования проводят огромное число конкурсов и семинаров по использованию ЦОР в школе. В течение последних 5 –6 лет многие университеты эффективно используют программную среду LabVIEW компании National Instruments в научно-исследовательской и учебной работе. Разрабатываются и вводятся в учебный процесс виртуальные лабораторные и практикумы по естественно-научным дисциплинам . Анализируя авторефераты кандидатских и докторских диссертаций в 2009 –2011 годах, стоит отметить большое количество работ, в которых используется программное обеспечение NI LabVIEW , включая специальность 13.00.02 (теория и методика обучения и воспитания). Данное программное обеспечение установлено в нашей школе. Таким образом, учащиеся в рамках обучения информатике смогут познакомиться с тем, как проектируются и разрабатываются такие лабораторные комплексы.
Хочется отметить и развивающую функцию изучения робототехники и микроэлектроники в школе. Систематическая работа с мелкими деталями у детей и подростков оказывает положительное влияние на развитие моторики мелких мышц кистей рук, что в свою очередь стимулирует развитие основных функций головного мозга, что положительно влияет на внимание, наблюдательность, память, воображение, речь и, конечно, развивает творческое мышление .
Узким местом многих исследований и проектов часто становится невозможность быстрого масштабирования. Накопленный нами опыт позволил в кратчайшие сроки (30 дней) масштабировать проект в общеобразовательном лицее №17 города Северодвинска, что подчеркивает практическую значимость нашей работы.
Исследования технологических компаний показывают, что если мы не будем иметь детей, заинтересованных и увлеченных инженерными направлениями уже в 7
–9 классах, вероятность того, что они успешно пойдут по инженерной карьере очень низка. Учителя информатики, пропагандируя естественные науки, математику, инженерное искусство и технологии с помощью междисциплинарных элективных и факультативных курсов, системы дополнительного образования, могут более эффективно влиять на выбор учащимися будущей профессии. Использование в школах лабораторий инженерной направленности в модели непрерывного информационного образования, позволит осуществлять эффективное сквозное обучение (школа
- дополнительное образование
- вуз) по современным информационным и коммуникационным технологиям, обеспечивая непрерывность образовательной программы на разных ступенях образования.
Литература
Всё простое - правда... Афоризмы и размышления П.Л. Капицы.../Сост. П. Е. Рубинин. - М.: Изд-во Моск. физ.-тех. ин-та, 1994. - 152 с.
Дубовицкая Т.Д. Методика диагностики направленности учебной мотивации // Психологическая наука и образование. - 2002. №2. - C.42–45.
Кольцова М.М., Рузина М.С. Ребенок учится говорить. Пальчиковый игротренинг - Екатеринбург: У-Фактория, - 2006. - 224 с.
Копосов Д.Г. Основы микропроцессорных систем управления - программа для учащихся 9–11-х классов // Информационные технологии в образовании: ресурсы, опыт, тенденции развития: сб. мат. Международной науч.-практ. конф. (30 ноября - 3 декабря 2011 г.). В 2 ч. Ч. 2./ Редкол. Федосеева И.В. и др. - Архангельск: Изд-во АО ИППК РО, 2011. - С.174–181.
Копосов Д.Г. Первый шаг в робототехнику: практикум для 5–6 классов. М: БИНОМ. Лаборатория знаний. - 2012. - 286 с.
Копосов Д.Г. Первый шаг в робототехнику: рабочая тетрадь для 5–6 классов. М: БИНОМ. Лаборатория знаний. - 2012. - 60 с.
Копосова О.Ю. Мониторинг уровня учебной мотивации учащихся 5–7 классов при изучении робототехники // Информационные технологии в образовании: ресурсы, опыт, тенденции развития: сб. материалов Всероссийской научно-практической конференции (7–10 декабря 2010 г.). Часть I. / Редкол. Артюгина Т.Ю. и др. - Архангельск: Изд-во АО ИППК РО, 2010. - С.230–233.
Крылов Е.В. Преждевременное развитие - вред интеллекту?: [интервью] / Крылов Е.В., Крылов О.Н. // Аккредитация в образовании. - 2010. - N 6 (41). Сентябрь. - С. 90–92
Похолков Ю.П. Без пяти минут инженер. Политический журнал. 17. 07.2006. С.8
Сапрыкин Д.Л. Инженерное образование в России: история, концепция и перспективы // Высшее образование в России. - 2012. №1. - С. 125–137.
Федоров И.Б. Вопросы развития инженерного образования // Альма матер (Вестник Высшей школы). - 2011. - № 5. - С. 6–11.
Хромов В.И., Капустин Ю.И., Кузнецов В.М. Опыт применения программной среды Labview в учебных курсах по наукоёмким технологиям // сб. трудов Международной научно-практической конференции «Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments». 17–18 ноября 2006 г., Москва, Россия: Изд-во Российского университета дружбы народов, - 2006. - С. 36–38.
Johnson L., Levine A., Smith R., Smythe T. «The 2009 Horizon Report: K-12 Edition». Austin, Texas: The New Media Consortium. - 34 p.
Lovell E.M. A Soft Circuit Curriculum to Support Technological Self-Efficacy, Massachusetts Institute of Technology. - June 2011. - 70 p.
Woolf B.P. A roadmap for education technology. Amherst, MA: Global Resources for Online Education. 2010. - 80 p.
Копосов Д.Г. Образовательные проекты в МБОУ СОШ №24. Авторский сайт учителя информатики МБОУ ОГ №24. [Электронный ресурс]. http://www.koposov.info.
Копосов Д.Г. Авторская программа «Основы микропроцессорных систем управления» дополнительного образования учащихся 9–11 классов. [Электронный ресурс]. http://shkola24.su/?page_id=1534.
Официальный сайт «Образовательной галактики Intel», раздел «Вебинары». [Электронный ресурс]. http://edugalaxy.intel.ru/?act=webinars&CODE= recwebinars.
Путин В.В. Мнения российских политиков о нехватке инженерных кадров. 11.04.2011. // Государственные вести (GOSNEWS.ru). Интернет-издание. [Электронный ресурс]. http://www.gosnews.ru/ business_and_authority/news/643.
Почему у российских школьников снижается способность к обучению
«Общий уровень геометрической, и особенно стереометрической подготовки выпускников по-прежнему остается низким. В частности, имеются проблемы не только вычислительного характера, но и связанные с недостатками в развитии пространственных представлений выпускников, а также с недостаточно сформированными умениями правильно изображать геометрические фигуры, проводить дополнительные построения, применять полученные знания для решения практических задач… Это связано с традиционно невысоким уровнем подготовки по этому разделу и формализмом в преподавании начал анализа…»
Из отчета ФИПИ о результатах ЕГЭ по математике, 2010.
Какие выводы напрашиваются из приведенной цитаты? Оказывается, оканчивая школу, дети мало что усваивают из основных математических навыков и умений? Очевидно, что инженерного специалиста с таким базовым уровнем знаний не подготовить. Причину пробелов в знании точных наук специалисты видят и в плохом качестве учебников, и в формализме преподавания, и в неразвитом логическом, аналитическом мышлении современного поколения школьников.
Надеемся, что беседа с Евгением КРЫЛОВЫМ , доцентом Института атомной энергетики (г. Обнинск), автором учебников по математике, программированию, уникальных «компьютерных сказок» для детей, и Олегом КРЫЛОВЫМ - доцентом Ижевской государственной сельскохозяйственной академии, поможет яснее понять суть этой проблемы.
Евгений Васильевич, вы работали над учебником по программированию для вузов, сегодня трудитесь над учебником по математике для ссузов. Расскажите, какими критериями вы руководствуетесь при их создании? Что можете в целом сказать о методическом обеспечении школьного и вузовского образования?
Е.К.: Методическое обеспечение школы и вуза строится по-разному. Вузовская методика опирается на высокий профессионализм преподавателя, строгая регламентация ей противопоказана. Считаю, именно с учетом этой позиции должна проводиться разработка ФГОС, и они должны иметь рекомендательный статус.
Как правило, новые образовательные стандарты, поступив в вуз, тщательно обсуждаются на выпускающих и общих кафедрах, затем каждый лектор разрабатывает свою программу - и это главный момент. В дальнейшем программа снова проходит обсуждение на кафедрах и методических советах факультетов. И только после такой многолетней обкатки продукт готов. Крайне важно участие людей, которые видят, как он встраивается в общую канву учебного плана: обязательно - заведующий кафедрой, желательно - рецензент и, конечно, преподаватель, причем высокой квалификации.
В школе сложнее. При подготовке методического обеспечения нужно рассчитывать на «среднего» учителя, и для него надо сделать шаблоны и заготовки. Однако необходимо наладить обратную связь для сбора мнений педагогов. Методические службы этого не делают, поскольку они во многом оказались беспомощными. Они должны выражать мнение профессионального сообщества, то есть играть роль «отрицательной» обратной связи, а не поддерживать и оправдывать министерскую стратегию.
Очень важный вопрос - наполнение учебного плана, которое сейчас ниже всякой критики. При написании учебника по программированию, при опоре на многолетний опыт предыдущих поколений авторов, главным критерием для меня было развитие нужного специалиста. Но пришлось учесть сложившийся учебный план, существующие реалии производства программных продуктов и т.п.
О.К.: Позвольте и мне высказать свое мнение. То, что сегодня творится со школьными учебниками - катастрофа. Например, учебники одного автора, одного издательства двух последовательных лет издания невозможно использовать в учебном процессе только из-за расхождения нумерации задач, параграфов, разделов и тем.
Хороший школьный учебник формируется не один год. Причем под конкретную программу и в контексте с содержанием тех дисциплин, которые придется изучать будущему студенту в вузе. Пример: вся начертательная геометрия в вузе построена на теоремах, доказанных в школьной стереометрии как постулаты. Ясно, что качество школьного учебника и, соответственно, качество преподавания геометрии в школе напрямую влияют на понимание студентом лекций по начертательной геометрии в вузе. В реальности большинство студентов первого курса о теоремах стереометрии либо не слышали, либо их не поняли. Как результат - задачи по начертательной геометрии решаются лишь по образцу из методического пособия, без их теоретического осмысления. А откуда этому осмыслению взяться, если необходимая база на уроках математики в школе не была заложена?
- Что вы можете сказать о процедуре экспертизы учебников?
Е.К.: Экспертиза учебника для вуза организована грамотно. Менять ее, на мой взгляд, не нужно, а вот усовершенствовать - можно. По моему опыту, каждый этап, особенно работа с рецензентами, приводил к улучшению.
В целом, наблюдаю, что учебник становится хорошим после второго или третьего переиздания. Лучший по геометрии - А.П. Киселёва работал сто лет, но сейчас, к сожалению, заменён значительно уступающими по качеству. Почему? Да потому, что профильным министерством рекомендовано менять их каждые пять лет.
Очень важно при подготовке учебника соблюсти предметную строгость и обеспечить усвоение материала на данном возрастном уровне. Поэтому, кроме знания предмета, автору необходимы рекомендации учителей, работающих с определенным возрастом, или личный опыт.
Удивило, откровенно говоря, что из издательства был спущен жёсткий план учебника. Получается, от автора уже совершенно ничего не зависит? Считаю, такое положение вещей неразумным - это сказывается на качестве резко отрицательно.
Также неразумно, на мой взгляд, и навязывание состава учебника. Считаю, что хорошо изложить в одной книге элементарную математику и элементы математического анализа не сможет ни один гений. Тем не менее, мне предложили в одну книгу втиснуть ещё и геометрию, и задачники.
С экспертизой школьного учебника пока не сталкивался, но, по отзывам коллег, она организована плохо. Рецензенты чаще заняты защитой собственных издательских фирм, и ждать от них объективности не приходится.
По исследованию аналитиков ГУВШЭ В. Гимпельсона и Р. Капелюшникова, две трети студентов российских технических вузов инженерами стать просто не смогут - в силу якобы «полученных знаний». Проблему исследователи видят, главным образом, в низком качестве базового - школьного образования, с которым абитуриенты приходят в технические вузы…
Е.К.: По моим субъективным оценкам, в прошлом году половина студентов факультета кибернетики не была способна учиться вообще, не говоря уже о готовности стать инженером. Можно, пожалуй, назвать необходимые критерии способностей к обучению, но сложно назвать достаточные…
Низкое качество школьного образования - одна из причин низкой способности к обучению в вузе, но далеко не единственная. Развал образования начинается в детском саду или даже ранее - в семье. Что я имею в виду? Образование для общества - средство защиты от угроз, а для личности - от жесткой конкуренции. Но современным обществом владеет ложное чувство безопасности. А родители все чаще желают своим чадам комфорта, не понимая, что образование требует серьезного труда. Таким образом, качественное, серьезное образование не востребовано ни на уровне общества, ни на уровне личности.
- Что, повашему, необходимо школе, чтобы выявлять, развивать у учащихся способности к точным наукам?
Е.К.: По моему мнению, выявлять способности к точным наукам специально не надо. Надо развивать кружки, факультативы, курсы по выбору, предметные олимпиады - этого будет достаточно. Можно добавить профориентацию. Для развития способностей как к точным, так и гуманитарным наукам необходимо работать по принципу: учить по мере психологической готовности к восприятию.
- Логическое, познавательное мышление молодого поколения все ухудшается. С чем это связано, на ваш взгляд?
Е.К.: Ухудшение логического мышления существует и обусловлено рядом объективных и субъективных причин. Читая много лет лекции по программированию, я вижу снижение способности к алгоритмическому мышлению. Особенно это стало заметно в последние годы. Сегодня наше общество не чувствует потребности в интеллекте, хотя вот, например, в Японии, Финляндии такая потребность существует.
Первая причина - уровень развития технических средств: телевизор, компьютерные технологии. Скажем, компьютер «отключает» мелкую моторику ребенка, являющуюся мощным средством развития, особенно в раннем детстве.
Еще одна причина - провал школьного образования и, в первую очередь, идеи раннего развития логических способностей. Всё надо делать вовремя: преждевременное развитие наносит непоправимый вред интеллекту! В детском саду надо заботиться о развитии моторики и воображения. Далее, в начальной школе, наступает время развития образного мышления. Логическое мышление - более позднее качество, и его надо тщательно готовить, развивая, прежде всего, воображение, а также дисциплину мышления. Это должно происходить, приблизительно, в восьмом классе. Именно тогда наступает время математики, физики, информатики.
Кроме того, отрицательное влияние на развитие мышления оказывает и методически неверное обучение классическим предметам.
Возьмём математику. Один из сложнейших для школьника вопросов: что такое длина карандаша? Еще пример: на вопрос о том, чему равен синус шестидесяти градусов, ответит половина хороших учеников. А почему - объяснят уже не более трёх. Все дело в том, что концептуальное объяснение, дискуссии, выводы выброшены из школьного курса. Школьная математика переполнена лишним, и на развитие нужных навыков времени нет. Аналогичные примеры могу привести и из школьного курса физики. Русский язык - это также необходимое средство развития. В школе надо научить детей говорить и писать, но не тратить время на лексический анализ.
О.К.: Снижение стимула к познанию, к сожалению, результат идеологии «общества потребления». Существенно снизилась двигательная активность детей. Компьютер заменяет общение с ровесниками.
Как вы относитесь к идее председателя наблюдательного совета Российской шахматной федерации Аркадия Дворковича о привитии минимальных шахматных знаний всем детям? Насколько уроки шахмат в школе способны помочь в развитии способностей учащихся?
Е.К.: Шахматы интересны и полезны для тех, кому они интересны. Развивают они специфические способности, так же, кстати, как и компьютер. Шахматы подойдут на начальном этапе развития мышления. Но если мы говорим уже о профессиональном уровне образования, то приходится выбирать между шахматами и математикой.
Несомненно, в школе нужны шахматные кружки и турниры, но, превращая уроки шахмат в обязательный курс, мы поведём очередную кампанию, а получим эффект отторжения.
О.К.: Занятия шахматами, даже на любительском уровне, развивают логику и логическую память. Освоение шахмат, вообще-то, начинается с того самого образного мышления, о недостатке которого в образовании очень много говорится. И только существенно позже, по мере накопления игрового и турнирного опыта, включается собственно само логическое шахматное мышление.
Как правило, школьники, занимающиеся шахматами систематически хотя бы два-три года, лучше успевают в школе и имеют более высокие оценки - прежде всего, по математике.
Кроме того, проигранная или выигранная в турнире партия - результат личных усилий и прямое воспитание ответственности ребенка за свои действия. Причем не только во время игры, но и в ходе подготовки к ней. О воспитании психологической устойчивости в стрессовой (турнирной) ситуации и говорить не приходится.
В некоторых школах информатику как способ развития логики вводят с первого класса, в других - начинают заниматься информатикой гораздо позже, часто на факультативной основе. Как вы считаете, в каком возрасте такие занятия оправданы, необходимы? Нужны ли они явным «гуманитариям» и в каком объеме?
Е.К.: Ранняя информатика вредна, так как логического развития все равно не происходит. Появляется лишь привычка к словоблудию и отторжение «ненужных» знаний. Результат - кардинальное изменение восприятия информации.
Повторюсь, серьезные занятия должны быть не раньше восьмого класса. Состав курса должен зависеть от его целей. Кому-то из учащихся будет достаточно программы Office (например, гуманитариям), кому-то нужен сложный графический редактор (будущему дизайнеру), будущему «технарю» - курс алгоритмики и элементы программирования на языке Паскаль (не на Бейсике). Курс надо строить по модульному принципу - с возможностью выбора и, в основном, на факультативной основе. В младших классах допустимы простые графические средства и простейшие языки, типа ЛОГО с «черепашкой».
- Какие основные принципы должны быть положены в основу организации физикоматематических школ при вузах?
Е.К.: Я работал в Новосибирском университете по курсу математического анализа и наблюдал дальнейшую судьбу выпускников профильных школ. Убеждённые, что им всё известно, они нередко расслаблялись на первом курсе вуза и уже через год проигрывали студентам, пришедшим из обычных школ.
В «вузовских» школах должны работать высококвалифицированные преподаватели и им нужно предоставить свободу выбора - чему и как учить. Обязательно соблюдать принцип: не стремиться к преждевременному развитию, а заниматься углублением знаний, развитием способностей. Скажем, глубокое изучение матанализа не нужно, а теория сравнений, комбинаторика - будут очень полезны.
- Что можете сказать о двухуровневом образовании для инженеров?
Е.К.: Ничего страшного в двухуровневой подготовке нет, но она не годится для подготовки по аварийно опасным и технически сложным производствам. Инженера-информатика можно готовить любым способом, поскольку такой инженер в житейском понимании эксплуатирует готовые системы. А вот оператора ядерного реактора, инженераавиационщика и других подобных специалистов. надо готовить традиционно.
О.К.: Что касается бакалавров и магистров - «недоучки» опасны везде. Как может работать с несколькими десятками механизаторов недоученный инженер? Притом, что современный зерноуборочный комбайн больше похож по уровню своего оснащения даже не на компьютер, а на космический корабль.
Увы, знакомство с новыми образовательными стандартами и планами подготовки приводит только к одной мысли: поначалу исчезнут преподаватели по специальным дисциплинам, поскольку сокращены (а в ряде случаев и исключены) из программ подготовки будущих инженеров именно специальные дисциплины. Советский техник-механик, выпускник техникума, был гораздо более подготовлен - прежде всего, в практическом смысле. Бакалавр же не будет иметь ни достаточной теоретической подготовки, ни минимально необходимой практической.
НАЧАЛА ИНЖЕНЕРНОГО ОБРАЗОВАНИЯ В ШКОЛЕ
THE BEGINNING OF ENGINEERING EDUCATION IN SCHOOLS
A.C. Читаное, A.C. Грачев
A.S. Chiganov, A.S. Grachev
Техническое мышление, инженерия, физика, математика, информатика, технология, образование, исследование, робототехника, проект, модель, сетевой принцип.
В статье обсуждается актуальность начальной подготовки инженерных кадров на самой ранней стадии - в основной и старшей школе. Описаны подходы к развитию технического мышления школьников, позволяющие создать устойчивый интерес к инженерии у завтрашних студентов и выпускников технических вузов страны. Обращается внимание на необходимость создания педагогических условий развития инженерных способностей в средней школе. Рассматривается роль педагогического вуза в подготовке учительских кадров для решения задач инженерной подготовки школьников, специальной подготовки учителя, способного активно развивать техническое мышление учащихся.
Technical thinking, engineering, Physics, Mathematics, Computer Science, technology, education, research, robotics, project, model, network principle. This article raises the issue about the importance of the basic training of engineers at the earliest stage - in middle and high schools. The work describes the approaches to the development of students" technical thinking allowing to motivate future students and graduates of technology universities of the country. The authors point to the urgency of creating pedagogical conditions for the development of engineering skills in middle school. They also consider the role of colleges of education in teachers" training to solve the problems of students" engineering education and in a special teachers" training to make them able to develop students" technical thinking.
В настоящее время Россия испытывает острый дефицит инженерных кадров высокого уровня подготовки, обладающих развитым техническим мышлением, способных обеспечить подъем инновационных высокотехнологичных производств.
Актуальность в подготовке инженерных кадров обсуждается как на уровне регионов, так и на федеральном уровне. В подтверждение этого приведем цитату из выступления президента России В.В. Путина «...Сегодня в стране существует явная нехватка инженерно-технических работников, и в первую очередь рабочих кадров, соответствующих сегодняшнему уровню развития нашего общества. Если недавно мы говорили о том, что находимся в периоде выживания России, то сейчас мь! выходим на международную арену и должны предоставлять конкурентную продукцию, внедрять передовые инновационные технологии, нанотехнологии, а для этого нужны соответствующие кадры. А их на сегодняшний день у нас, к сожалению, нет...» [Путин, 2011].
В данной работе будут описаны подходы к развитию технического мышления школьников, которые позволят создать устойчивый интерес к инженерии у сегодняшних школьников - завтрашних студентов и выпускников технических вузов страны.
Мы планируем определить педагогические условия развития технического мышления школьников.
Хотим выразить искреннюю благодарность ОК «РУСА/1» за финансовую и практическую поддержку проекта «Образовательный Центр естественных наук им. М.В. Ломоносова».
На наш взгляд, поздно пробуждать интерес к технике и изобретательству у молодого человека, заканчивающего старшую школу и готовящегося к поступлению в вуз. Необходимо создать педагогические условия развития технического мышления в средней школе, а при условии выполнения определенных развивающих действий еще в более раннем возрасте. По нашему глубокому убеждению, если подросток в 11-13
лет не любит самостоятельно заниматься с конструктором, не увлечен красивыми и эффективными техническими конструкциями, для будущей инженерной подготовки он, скорее всего, уже потерян.
Для развития технического мышления школьника в 8-11 классах необходима активная позиция учителя физики, математики, информатики или технологии, и это можно назвать первым педагогическим условием, т. к. от этого будет напрямую зависеть развитие инженерных способностей и в конечном итоге осознанный выбор направления профессиональной деятельности юноши или девушки. В то же время активная позиция учителя не может возникнуть сама по себе, необходимо планомерное и осознанное развитие и обучение будущего или уже работающего педагога, направленное на освоение педагогических технологий, позволяющих подготовить инженера. В общем, как театр начинается с вешалки, так и инженерное образование должно начинаться с подготовки школьного учителя к деятельности в этом направлении. Именно поэтому педагогический вуз является первой ступенью в подготовке учителя, умеющего развивать и поддерживать мотивацию к техническому творчеству школьников.
Считаем необходимым отметить, что эта проблема появилась не вчера. Начиная с XVIII века в Российском государстве существовала особая забота о воспитании инженерной элиты, так называемая «Русская система инженерного образования».
Как справедливо отмечает В.А. Рубанов, «до революции в США как-то пронёсся невероятно сильный ураган. Снесло все мосты в штате, кроме одного. Того, который был спроектирован русским инженером. Правда, инженера к этому времени уволили - за... неоправданно высокую надёжность сооружения - экономически фирме это было невыгодно» [Рубанов, 2012, с. 1].
Есть существенные отличия инженерной подготовки до революции от современного состояния, пишет в своей работе исследователь: «Русская система базировалась на нескольких про-
стых, но чрезвычайно важных принципах. Первый - фундаментальное образование как основа инженерных знаний. Второй - соединение образования с обучением инженерному делу. Третий - практическое применение знаний и инженерных навыков в решении актуальных задач общества. Это показывает разницу между образованием и обучением, между знаниями и навыками. Так вот сегодня мы повсеместно и вдохновенно пытаемся обучать навыкам без должного базового образования» [Там же].
И еще: «...Без фундаментальных знаний у человека будет набор компетенций, а не комплекс пониманий, способов мышления и навыков -того, что называется высокой инженерной культурой. Техническими новинками нужно овладевать "здесь и сейчас". А образование - нечто другое. Кажется, у Даниила Гранина есть точная формула: "Образование - это то, что остается, когда все выученное забыто"» [Там же, с. 3].
На основании вышеизложенного резюмируем, что характерная особенность подготовки инженера заключается в прочном естественнонаучном, математическом и мировоззренческом фундаменте знаний, широте междисциплинарных системно-интегративных знаний о природе, обществе, мышлении, а также высоком уровне общепрофессиональных и специально-профессиональных знаний. Эти знания обеспечивают деятельность в проблемных ситуациях и позволяют решить задачу подготовки специалистов повышенного творческого потенциала. Кроме этого, очень важно овладение будущим инженером приемами проектно-исследовательской деятельности.
Проектно-исследовательская деятельность характеризуется тем, что при разработке проекта в деятельность группы обязательно вводятся элементы исследования. Это означает, что по «следам», косвенным признакам, собранным фактам необходимо восстановить некий закон, порядок вещей, установленный природой или обществом [Леонтович, 2003]. Такая деятельность развивает наблюдательность, внимательность, аналитические навыки, которые являются составляющей инженерного мышления.
Эффективность применения проектной деятельности для развития технического мышления подтверждается формированием особых личностных качеств школьников, участвующих в проекте. Эти качества не могут быть освоены вербально, они развиваются только в процессе целенаправленной деятельности обучающихся в ходе выполнения проекта. При выполнении небольших локальных проектов основной задачей работающей группы является получение законченного продукта их совместной деятельности. При этом происходит развитие таких важных для будущего инженера качеств, как умение работать в коллективе, разделять ответственность за принятое решение, анализировать полученный результат и оценивать степень достижения поставленной цели. В процессе этой командной деятельности каждый участник проекта должен научиться подчинять свой темперамент и характер интересам общего дела.
Опираясь на анализ научных источников и все вышесказанное, определим основные условия развития технического мышления школьников, необходимые для реализации дальнейшей инженерной подготовки:
Фундаментальная подготовка по физике, математике и информатике по специально разработанным программам, логически связанным между собой и учитывающим технологический уклон обучения этим дисциплинам;
Системообразующим и интегрирующим все основные дисциплины является предмет « Робототехн и ка »;
Активное использование в учебном процессе второй половины дня для проектно-исследовательской и практической деятельности учащихся;
Упор в обучении делается не на одаренных школьников, а на школьников, заинтересованных в развитии технического мышления (обучение зависит от степени мотивации, а не от предыдущих учебных успехов);
Учащиеся собираются в «инженерную группу» только на обязательных занятиях по физике, математике и информатике, находясь остальное время в своих постоянных классах (группа обуча-
ющихся школьников не выделяется структурно в отдельный класс из своей параллели);
Обучение «инженерной группы» строится по сетевому принципу.
Остановимся более подробно на этих условиях.
Первым условием мы выделяем фундаментальную подготовку по основным базовым дисциплинам - физике, математике, информатике. Без ключевых, фундаментальных знаний по физике и математике трудно ожидать дальнейшего успешного движения в овладении школьниками основами технического мышления. В то же время фундаментальная подготовка для будущих физиков и инженеров - две большие разницы. В развитии технического мышления главное требование от предмета физика - это реальное представление о явлениях, происходящих при технической реализации конкретного проекта. Достаточная математическая подготовка позволяет сделать сначала предварительную оценку необходимых условий, а в дальнейшем точный расчет условий реализации будущего устройства. Строгое доказательство, присущее математическим дисциплинам, и глубинное теоретическое проникновение в суть физического явления не являются жизненной необходимостью инженерной практики (зачастую это может даже вредить принятию взвешенного технического решения).
По выражению В.Г. Горохова, «инженер должен уметь нечто такое, что нельзя выразить одним словом "знает", он должен обладать еще и особым типом мышления, отличающимся и от обыденного и от научного» [Горохов, 1987].
Фундаментальная подготовка будущих инженеров достигается за счет разработки специальных программ по физике, математике и информатике, в значительной степени интегрированных между собой. Количество учебных часов увеличено по сравнению с обычной школьной программой (физика - 5 часов вместо 2, математика - 7 часов вместо 5, информатика - 3 часа вместо 1). Расширение программ происходит в значительной мере за счет применения в обучении практикумов, ориентированных на решение прикладных и технических задач, а так-
же выполнение исследовательских проектов во второй половине дня.
Предмет робототехника является системообразующим и интегрирующим для всех основных предметов обучения. Создание робота позволяет слить в единое целое физические принципы конструкции, оценить ее реализацию, провести расчет ее действий, запрограммировать на получение определенного законченного результата.
В отличие от других подобных школ, в которых основное и дополнительное образование не связаны в единый образовательный процесс, наши программы для своей реализации используют возможности дополнительного образования во второй половине дня. В них вынесены практикумы и проектно-исследовательская деятельность школьников. В процессе этой работы ученики выполняют небольшие законченные инженерные проекты, позволяющие применить знания, полученные по всем основным дисциплинам. Эти проекты включают в себя все основные этапы реальной инженерной деятельности: изобретательство, конструирование, проектирование и изготовление реально работающей модели.
Еще одним условием построения инженерного обучения является ориентация не на одаренных, имеющих высокие результаты школьников, а на интересующихся инженерией учащихся, возможно имеющих не очень высокие достижения в базовых предметах. В своем образовании мы стремится развить учебные способности и техническое мышление школьников, до этого момента не проявивших себя, за счет эксплуатации их высокого интереса к этой области знаний. На это направлены специальные образовательные процедуры, такие как: экскурсии в музеи и на предприятия, индивидуальные и групповые турниры, посещение университетских лабораторий и организация занятий в них. С этой целью в институте математики, физики, информатики КГПУ им. В.П. Астафьева создана специальная лаборатория робототехники, рассчитанная на проведение занятий со школьниками и студентами.
На данный момент в значительном количестве школ существуют профильные физико-математические классы, и можно было бы предположить, что такие классы успешно справляются с подготовкой учащихся, склонных к инженерной деятельности, но на деле это не так. В физико-математических классах более подробно изучаются профильные предметы, но и только, а это никак не позволяет учащимся более подробно узнать о профессии инженера, а тем более «прочувствовать», что значит быть инженером.
В профильных классах изучается всё та же школьная программа, пусть и более углубленно, которая, возможно, и позволит детям лучше узнать тот или иной предмет, но никак не помогает им приобрести навыки инженера.
Инженерное образование, кроме изучения школьной программы, должно позволять учащимся комбинировать полученные ими знания на всех основных предметах в единое целое. Этого можно достичь, внося в программы основных предметов (в их практическую и тренировочную часть) единую техническую составляющую.
Кроме этого, процесс переформирования сложившихся учебных структур с целью выделения профильного класса является болезненным и неоднозначным. Зачастую нежелание переходить в другой класс, обрывать сложившиеся социальные и дружеские связи выше, чем интерес к новой познавательной области. Еще одним доводом против создания в школе выделенных профильных классов служит изначальная элит-ность их образования.
О выпускниках физико-математических школ интересно, на наш взгляд, высказался Е.В. Крылов: «...Я работал в Новосибирском университете по курсу математического анализа и наблюдал дальнейшую судьбу выпускников профильных школ. Убеждённые, что им всё известно, они нередко расслаблялись на первом курсе вуза и уже через год проигрывали студентам, пришедшим из обычных школ» [Крылов, Крылова, 2010, с. 4].
В реализуемом нами проекте «Образовательный Центр естественных наук им. М.В. Ломоносова (ЦЛ)» для занятий по математике, физике и информатике школьники собираются в специально
выделенных лабораториях из своих постоянных классов. После окончания занятий на остальные предметы учащиеся возвращаются в свои привычные сложившиеся классы и служат проводниками и агитаторами преимуществ развития инженерного образования в школьной среде.
В случае создания выделенного класса мы решаем сразу множество организационных проблем, но при этом лишаем школьников возможности развить самостоятельность и ответственность, так как эти компетенции могут быть развиты только в определенных условиях и эти условия отсутствуют при обучении в выделенном классе.
Данный проект нами разработан и реализуется с 2013 года. В состав проектной группы входят сотрудники института математики, физики, информатики КГПУ им. В.П. Астафьева, представители администрации и учителя гимназии1. По опыту работы в 2013-1014 годах наша проектная группа пришла к осознанному решению о необходимости устройства инженерной школы по сетевому принципу. Необходимость сетевого устройства продиктована невозможностью обеспечить полноценное развитие технического мышления и инженерного образования используя ресурсы какой-то одной образовательной структуры. Инженерное образование, по сути, поливариантное и требует участия в учебном процессе различных представителей разных уровней образования (школьного и вузовского), представителей производственного сектора экономики, родителей.
Сетевое взаимодействие позволяет вести совместную разработку оригинальных образовательных программ. На основе коллективов всех участников проекта формируется объединенная команда педагогов и представителей профессии. Оборудование и помещения каждой организации совместно используются участниками сети, осуществляется совместное финансирование проекта.
Внутри школы существуют структуры дополнительного образования, которые готовы быть
партнерами в этом образовании. Одна из таких структур напрямую предназначена для становления и развития технического мышления школьников - это «Центр молодежного инновационного творчества (ЦМИТ)», где установлено уникальное цифровое оборудование для 30-типирования, другая - «Молодежный исследовательский институт гимназии (МИИГ)», занимающийся проектно-исследовательской деятельностью со школьниками во вторую половину дня.
Обозначим всех равноправных субъектов сложившейся на настоящий момент сети и раскроем их функции.
Красноярская университетская гимназия № 1 «Универс» - обеспечивает и контролирует учебную нагрузку учащихся по основному образованию в первой половине дня и частично во второй.
Учреждения дополнительного образования (ЦМИТ, МИИГ) - реализуют проектную учебную нагрузку учащихся во второй половине дня.
Педагогический университет (КГПУ) - осуществляет разработку и контроль образовательных программ центра в части развития технического мышления.
Предприятия (РУСАЛ, Красноярский радиозавод, Российский филиал компании National Instruments) - обеспечивают технологические аспекты и профессионально-техническую подготовку на базе своих учебных центров и оборудования.
Родители - финансируют услуги дополнительного образования, участвуют в организации выездных мероприятий, оказывают влияние на школьников через отдельных представителей, владеющих инженерными профессиями.
Такое сетевое устройство возможно при работе объединенной, открытой команды педагогов, представителей профессий и заинтересованных родителей.
В то же время каждый субъект этой сети может выполнять и свои специфические функции в совместном учебном процессе. Применительно к Центру естественных наук им. М.В. Ломоносова имеющаяся на сегодняшний день сетевая структура, показана на рис.
Рис. Схема сетевого устройства Центра
Вернемся теперь к вопросу о роли педагогического вуза в подготовке кадров для решения задач инженерной подготовки школьников. Для подготовки учителя, готового активно развивать техническое мышление учащегося, необходима его специальная и целенаправленная подготовка. Так сложилось, что в рамках института математики, физики, информатики существуют все необходимые профессиональные возможности для подготовки такого учителя. В рамках института существуют кафедры математики, физики, информатики и технологии. В настоящее время в институте разработана и принята программа двухпрофильного бакалавриата, связывающая физику и технологию. Программа подготовки будущего учителя технологии сейчас пересматривается с опорой на задачи инженерной школы. Изменена программа математической подготовки студентов, добавлены курсы начертательной геометрии, графики и черчения. Значительно изменены учебные материалы в части тригонометрии, элементарных функций и векторной алгебры. У студентов-технологов преподается дисциплина «Робототехника». В настоящее время де-
лаются попытки изменить подготовку по физике, связывая физические практикумы с технологическим приложением.
Библиографический список
1. Горохов В.Г. Знать, чтобы делать. М., 1987.
2. Крылов Е.В., Крылов О.Н. Преждевременное развитие - вред интеллекту? // Аккредитация в образовании. 2010. N 6 (41). Сентябрь.
3. ЛеонтовичА.В.Обосновныхпонятияхконцеп-ции развития исследовательской и проектной деятельности учащихся // Исследовательская работа школьников. 2003. № 4. С. 18-24.
4. Путин В.В. Мнения российских политиков о нехватке инженерных кадров. 11.04.2011 // Государственные вести (GOSNEWS.ru). Интернет-издание [Электронный ресурс]. URL: http://www.gosnews.ru/ business_and_ authority/news/643
5. Рубанов В.А. Проекты во сне и наяву, или О Русской системе подготовки инженеров // Независимая газета. 2012. 12. № 25.
