автор: Максимова Татьяна Яковлевна
заместитель директора Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Лицей»
Инженерное образование в образовательном пространстве лицея
Инженерное образование в лицейском образовательном пространстве.
Максимова Т.Я.
На сегодняшний день важными приоритетами государственной политики в сфере образования становится поддержка и развитие детского технического творчества, привлечение молодежи в научно-техническую сферу профессиональной деятельности и повышения престижа научно-технических профессий. Развитие инженерного образования – один из приоритетов государственной политики России.
В ближайшее время России предстоит кардинально обновить инженерное образование, и процесс уже активно идет.
Президент России Владимир Владимирович Путин неоднократно обозначал задачи в этой сфере. Так, в послании Федеральному Собранию глава государства отметил: «Нам потребуются квалифицированные кадры, инженеры, рабочие, готовые выполнять задачи нового уровня». Создан Координационный совет в области образования «Инженерное дело, технологии и технические науки», который при поддержке Минобрнауки России разработал проект Стратегии развития инженерного образования, нацеленной на кадровое обеспечение реализации задач и национальных приоритетов страны. В программе «Цифровая экономика Российской Федерации» говорится о совершенствовании системы образования, которая должна обеспечивать цифровую экономику компетентными кадрами. Все это призвано исправить ситуацию с нехваткой инженерных кадров.
В настоящее время, когда осуществляется государственный и социальный заказ на техническое творчество обучающихся, перед образовательными организациями нашего города стоит задача модернизации и расширения деятельности по развитию научно-технического творчества учащихся и их научно-технической и учебно-исследовательской деятельности. Развивая данное направление мы понимаем, что особенно важно воспитать технически грамотных, высоко организованных квалифицированных специалистов для различных производственных отраслей.
Отечественное инженерное образование имеет фактически трехуровневую структуру: инженеры по эксплуатации высокотехнологичного оборудования (около 25%), «традиционные» инженеры – конструкторы, расчетчики, технологи, программисты, экономисты (около 70%) и инженеры, обладающие компетенциями мирового уровня, инженеры нового поколения – суперинженеры, «инженерный спецназ» (около 5%).
Качественное инженерное образование предполагает получение смежных знаний и навыков, что в сегодняшних экономических условиях является одним из главных факторов увеличения производительности труда. Технологии постоянно развиваются, и это должно учитываться в программе обучения на всех его уровнях. сейчас базовые инженерные задачи фактически начинают выполнять обычные рабочие. Растет использование автоматизации, технологические процессы усложняются, а профессии становятся интегральными.
Современные требования к инженерному образованию предполагают подготовку профессионалов, способных проектировать, производить и применять комплексные инженерные объекты, готовых к творческой работе в команде. А у инженера формируются компетенции, которые позволят управлять всеми этими процессами. Школа становится первой ступенью в освоении современных инженерных специальностей.
Необходимость совершенствования развивающей образовательной среды, определена для успешной реализации: федеральных государственных образовательных стандартов в 1-11-х классах; — профильного обучения на уровне среднего общего образования по программам инженерно-технологического, естественно-научного профилей; — раннего предпрофильного обучения на уровне основного общего образования; — знаний и умений технического творчества, моделирования и конструирования на уровне начального общего, среднего общего и среднего общего образования. Важной составляющей становится использование потенциала дополнительного образования и внеурочной деятельности.
Для решения данной проблемы в Лицее создана система развития инженерного образования.
Цель: создать педагогические условия для формирования технологической культуры обучающихся, получения качественного начального инженерного образования, являющегося основой профильного и в дальнейшем профессионального образования.
Задачи:
обеспечение углубленной практико-ориентированной подготовки обучающихся лицея в информационно-технологической и естественно-математической областях;
формирование устойчивой мотивации к получению непрерывного инженерного образования и формирование инженерного мышления как результата активной профориентационной работы;
формирование положительного восприятия инженерной деятельности, промышленного развития города и региона через вовлечение социальных партнеров, общественных организаций и родителей в систему образовательных событий, обеспечение информационной открытости образовательной организации;
повышение квалификации и переподготовка педагогов в связи с потребностью создания вариативного учебного плана, соответствующего локальной потребности в формировании инженерного мышления у детей;
развитие практических инженерных и конструкторских навыков учащихся и работы с техникой через расширение социального партнерства и включение их в программу наставничества «Работодатель – Ученик».
Поставленные задачи решаются через следующие направления:
Урочная деятельность: через общеобразовательные предметы
— технология (1-8 классы)
— математика (1-11 классы)
— физика (7-11 классы)
— химия (8-11 классы)
— биология (5-11 классы)
— информатика (5-11 классы)
— астрономия (11 классы)
— индивидуальный проект (10-11 классы)
— элективный курс «Научные основы физики» (10-11 класс)
Дополнительное образование: через
— кружок «Бумажкино царство» (1-3 классы)
— Изо -студия (1-8 классы)
— Инженерный класс (1-5 классы)
— кружок «Робототехника»
— кружок «Исследователи» (2-4классы)
— кружок «Текстильное моделирование и дизайн (Шарм)» (4-9 классы)
— кружок «Измерение физических величин» (8-9 классы)
— программирование «Яндекс Лицей» (9-11 классы)
— математический класс по программе «Наука в регионы»(ФИЗТЕХ) (8-9 классы)
— научно-техническая студия «Уроки настоящего» (Сириус) (9-11 классы)
— конкурс научно-исследовательских и творческих работ «Наше будущее» (8-11 классы)
— НПК «Я исследователь» (1-4 классы)
— Облачная Школа Инженерного Образования (4-11 классы)
Инженерное образования осуществляется за счет интеграции основного и дополнительного образования по 3 возрастным ступеням:
НОО – пропедевтика (развитие у младшего школьника опыта общения с природой, умения наблюдать и исследовать явления окружающего мира с помощью простых инструментов сбора и обработки данных, формирование базовых навыков работы с материалами, знакомство с принципами проектной деятельности; дети младшего школьного возраста приобретают практические навыки конструирования и начального программирования простых моделей и первых механизмов, исследовательские навыки и навыки проектирования)
ООО – формирование первоначальных конструкторско-технологических знаний и умений (приобретение опыта применения физических, химических, биологических методов исследования объектов и явлений природы, базовые умения планировать работу, конструировать и моделировать, знакомство с основами 3D моделирования, робототехники, электротехники и электроники, программирования);
СОО – профориентация (освоение технологии решения творческих задач, моделирования, конструирования, прототипирования (создание прообраза) и программирования; овладение основными алгоритмами и опытом проектно-исследовательской инженерной деятельности; участие в инженерных конкурсах и фестивалях; дети старшего школьного совершенствуют исследовательские и изобретательские навыки, определяются с профессией).
Изменено традиционное содержание образования
В учебном плане лицея с увеличено количество часов на изучение математики, информатики, физики, биологии, химии.
Обзор инженерных задач позволяет утверждать, что основой инженерного мышления являются высокоразвитое логическое мышление, способность к творческому осмыслению знаний, владение методикой технического творчества. Инженерное мышление должно опираться на хорошо развитую творческую фантазию и включать различные виды мышления: логическое, творческое, наглядно-образное, практическое, теоретическое, техническое, пространственное и др. При решении прикладных задач научные знания внедряются в различные области практики.
Расширено практическое содержание учебных предметов естественно – научных и технических дисциплин:
Решение прикладных текстовых задач. Решение задач способствует развитию логического и образного мышления, а, следовательно, способствует развитию инженерного мышления. Большинство задач предлагаемых на занятиях имеют практическую направленность. При решении задач следует учить учащихся наблюдать, пользоваться аналогией, индукцией, сравнениями, делать соответствующие выводы. Решение задач прививает навыки логического рассуждения, эвристического мышления, вырабатывает исследовательские навыки.
Решение задач с техническим содержанием. Использование в учебном процессе задач такого вида способствует ознакомлению учащихся с принципом устройства и действия механизмов и машин, передачи и преобразования энергии, технологии промышленного производства, средств управления, умению применять предметные знания к объяснению действия технических объектов. Решая такие задачи, учащиеся глубже и прочнее усваивают изучаемые понятия, явления и их закономерности, получают сведения о новых достижениях и проблемах науки и техники, о специфике технических профессий.
Практико-ориентированные проекты. Проектная деятельность позволяет повысить продуктивность обучения, практическую направленность обучения. Получение знаний через проектную деятельность позволяет учащемуся всесторонне изучить рабочий материал и получить качественно новые знания, основанные на объединении конструкторских и инженерных решений. В результате проектной деятельности учащиеся получают первоначальные представления о работе инженера, конструктора, технолога и т.д.
Решение экспериментальных задач. К экспериментальным задачам относятся такие задачи, постановка и решение которых органически связаны с экспериментом: с различными измерениями, воспроизведением явлений, наблюдениями за процессами, сборкой установок и т.д. Разбирая экспериментальные задачи, ученики убеждаются на конкретных примерах, что их школьные знания применимы к решению практических вопросов, что с помощью этих знаний можно предвидеть явление, его закономерности. Самостоятельное решение таких задач способствует активному приобретению умений исследовательского характера. Здесь учащимся приходится не только составлять план решения задачи, но и определять способы получения некоторых данных, самостоятельно собирать установки, отбирать нужные приборы для воспроизведения того или иного явления.
Все это повышает уровень компетентности обучающихся в естественно – научных и технических дисциплинах, научит основам исследовательской и конструкторской деятельности, поможет определиться в будущей профессии.
Проектирование индивидуального образовательного маршрута обучающихся для формирования основ инженерного мышления
Для более эффективной работы по инженерному образованию можно использовать индивидуальные образовательные маршруты обучающихся, которые определяются выбором обязательных курсов внеурочной деятельности и дополнительного образования, участием в научно-исследовательской деятельности и в проектах программ воспитания и социализации.
Формирование инженерных компетенций строится на следующих принципах:
углубленного изучения предметов – этот принцип позволяет организовать углубленное изучение учебных предметов политехнической направленности (математики, информатики, физики (включая астрономию), технологии, химии и биологии) средствами профильной подготовки, в итоге обеспечивающее высокий уровень информационно-математической и технологической подготовки выпускников лицея;
метапредметности – это принцип реализации ФГОС, интеграции содержания образования, способ формирования теоретического мышления и универсальных способов деятельности, обеспечивает формирование целостной картины мира в сознании обучающихся. Реализация принципа в школьном инженерном образовании направлена на формирование базовых навыков исследовательской работы, проведение виртуальных экспериментов во взаимодействии и сотрудничестве со сверстниками и взрослыми;
формирования инженерного мышления – этот принцип позволяет сформировать мышление, направленное на обеспечение деятельности с техническими объектами, Инженерное мышление позволит обучающимся познакомиться с основами профессиональной деятельности инженера, научиться проектировать, создавать продукты и системы, применять полученные знания и управлять инженерными процессами;
построения профессиональной карьеры – данный принцип позволит обучающимся во время освоения основ инженерии сформировать предпрофессиональные умения и навыки для будущей профессии, профессиональное самоопределение и осуществить проектирование своей профессиональной карьеры.
непрерывности образования — предполагает, что при переходе обучающегося с одного уровня образования на другой его образовательный процесс не должен претерпевать скачков, т.е. должна обеспечиваться преемственность образовательного процесса.
Для качественной подготовки инженерных кадров необходимо осуществлять деятельность в данном направлении задолго до не посредственного инженерного образования в условиях вуза. Так, планирование и организация деятельности детей дошкольного и младшего школьного возраста в области технического творчества могут рассматриваться как основа подготовки детей к инженерной дея тельности.
Инженерное мышление можно представить в виде структуры:
— Техническое мышление — умение анализировать устройство и принцип работы технических объектов;
— конструктивное мышление — умение строить модели решения поставленной проблемы или задачи;
— исследовательское мышление — определение новизны в задаче, умение сопоставить с известными классами задач, умение аргументировать свои действия, полученные результаты и делать выводы; — экономическое мышление — рефлексия качества процесса и результата деятельности.
Результатом такой деятельности является изготовление силами учеников и используемое в дальнейшем на уроках физики экспериментальное оборудование. Важно отметить, что ученик должен видеть положительный результат своей работы. В этом и заключается основная сложность по сравнению с виртуальными работами, компьютерными моделями.
Как правило, это первые работы учащихся, у большинства из них навыки работы с инструментом и измерительным оборудованием невысокие, поэтому параллельно с поиском литературы, работой с книгами, школьники изучают основные приёмы работы с ручным инструментом, решают простейшие инженерные задачи, знакомятся с основными приёмами ТРИЗ (теорией решения изобретательских задач). В процессе работы учащиеся приобретают навыки кропотливой скрупулёзной работы, отладки эксперимента, доведения его до рабочего состояния, знакомство с физическими процессами, на которых основано действие изготовленных приборов и устройств.
Начинать можно с малого. Например, предложить ребёнку воспроизвести из доступных, подручных материалов готовое инженерное решение, повторить в своём исполнении, из своих материалов.
Проектные и исследовательские работы, это работы с отдельными ученикам и трудновыполнимы для большого количества детей. Для вовлечения масс в инженерное образование можно и нужно проводить мастер-классы. Такие занятия, с учётом возраста, проводит Облачная Школа Инженерного Образования.
В ходе занятий ребята самостоятельно из предложенных подручных материалов изготавливали модель инженерной игрушки. В комплекте есть инструкция, но также можно эту модель дополнить самостоятельными решениями, применив фантазию.
Основными направлениями нашей работы являются:
совершенствование материально-технического и программно-методического обеспечения развития технического творчества;
система повышения квалификации педагогов в области технического творчества (участие в семинарах, вебинарах, конференциях);
развитие рационализаторской, изобретательской и научно-исследовательской деятельности учащихся
модернизация оборудования и приобретение необходимых инструментов и приспособлений для эффективного использования имеющихся инструментов;
расширение спектра массовых мероприятий по техническому творчеству и повышения их качества;
развитие новых форм интеллектуального и практико-ориентированного обучения в рамках программно-технического направления;
создание системы выявления, поддержания и развития детской одарённости в сфере технического творчества, основанная на сетевом взаимодействии;
взаимодействие сотрудничества с другими организациями по развитию технического творчества.
В рамках сотрудничества с ВНИИЭФ (ядерный центр) г. Саров в течении нескольких лет на базе лицея работает облачная школа инженерного образования для школьников 1-7 классов. Для учащихся проводятся занятия по созданию инженерных игрушек: кораблик с винтами, электромобиль, ракеты, пневмоподъемники, усилители и т. п.
Для учащихся 8-11 классов проводились выездные конкурсы образовательных предметов ОШИО на базе технопарка Саров (где наша команда занимала первое место среди школьников региона).
ВУЗы г. Арзамаса. АПИ: инженерная олимпиада «Звезда», где учащиеся решают конструкторские задачи
ННГУ им. Н.И. Лобачевского: научно-практическая конференция им. Вернадского, в том числе секция «Физика. Техника»
Завод «Рикор Электроникс». Занятия проводят на базе лабораторий цехов, также проводят экскурсии по наукоемким производствам. У них же проходит региональный конкурс изобретательских работ «Наше будущее», организованный попечительским советом г. Арзамаса для одаренных детей и молодежи. Наши ученики являются победителями и призерами этого конкурса.
Увлеченность обучающихся техническими исследованиями и изобретательством приносят свои результаты для их дальнейшего развития. Для непрерывного образования очень перспективно обучение в каникулы.
Многие ребята ежегодно принимают участие в работе тематических и проектно-исследовательских смен в лагерях «Орленок», «Лазурный», «Сириус», «Гайдар — РФЯЦ ВНИИЭФ — Саров», ВШЭ, летняя компьютерная школа ИТМО, Летних площадках Лицея, где принимают участие в разработке новых проектов, занимаются исследованиями, реализуют собственные идеи, защищают результаты. Обучающиеся получают уникальную возможность совместного творческого развития, общения с высококвалифицированными преподавателями ВУЗов.
Все это позволяет повысить качество подготовки инженеров, расширить ряды инженерной элиты современного производства.
Представленный путь может быть внедрен в современный образовательный процесс. При этом преемственность в становлении профессиональных качеств будущего инженера всецело определяется индивиду альной образовательной траекторией личности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Грачев А.С., Чиганов А.С. Начала инженерного образования в школе, журнал Педагогические науки. Теория и практика модернизации образования
- Димитриади Н.А., Тяглов С.Г., Мелкумян А.С. Стратегические аспекты развития системы непрерывного образования // Вестник Ростовского государственного экономического университета (РИНХ). – 2020. – № 2 (70). – С. 107–116.
- Романова И.Н., Шендерей П.Э., Туркина А.Ю., Прасолов С.Г. Непрерывное образование при подготовке специалистов в современных условиях // Вестник Башкирского университета. – 2019. – № 3. – Т. 24. – С. 754–758.
- Горшкова О.О. Исследовательская деятельность как неотъемлемый компонент профессиональной подготовки будущего инженера // Известия высших учебных заведений. – 2013. – № 2 (26). – С. 170–177.
- Похолков Ю.П. Национальная доктрина опережающего инженерного образования России в условиях новой индустриализации: подходы к формированию, цель, принципы // Инженерное образование. – 2012. – № 10. – С. 50–65. URL: http://www.aeer.ru/files/io/m10/art_7.pdf (дата об ращения: 02.12.2020)
- «Об образовании в Российской Федерации». Федеральный закон от 29.12.2012 N 273-ФЗ. URL:
- Щепелина Е.В. Развитие инженерного образования в общеобразовательной школе Аспекты и тенденции педагогической науки : VII Mеждунар. науч. конф. (г. Санкт-Петер- бург, декабрь 2020 г.) / [под ред. И. Г. Ахметова и др.]. — Санкт-Петербург : Свое издатель- ство, 2020. — iv, 72 с.8
Грачев А.С., Чиганов А.С. Начала инженерного образования в школе, журнал Педагогические науки. Теория и практика модернизации образования
