Информационная система сопровождения деятельности федеральных инновационных площадок

ИНЖЕНЕРНАЯ ПЕДАГОГИКА В ШКОЛЬНОМ МАТЕМАТИЧЕСКОМ ОБРАЗОВАНИИ ИЛИ ЗАЧЕМ ИНЖЕНЕРУ НУЖНА МАТЕМАТИКА (Из опыта работы методического объединения учителей математики ГБОУ лицея № 144 Калининского района Санкт-Петербурга)

2011

В современном мире быстро развиваются те страны, в которых расширяется и совершенствуется система инженерного образования, это дает импульс для развития общества в целом. Именно люди с инженерным мышлением проектируют сегодняшнюю повседневность. Латинский корень слова “инженер” означают “природные склонности, ум”, “изобретательность, мастерство”, таким образом, инженерные профессии, в широком смысле этого понятия, являются наиболее массовыми профессиями интеллектуального труда в современном мире.

Стремительное развитие науки и техники привело к формированию нового инженерного мышления, в основе которого лежит обновленный характер мыслительного процесса, включающий следующие критерии: оперативность, быстрота актуализации знаний для разрешения незапланированных ситуаций, вероятностный подход для решения задач, выбор оптимальных решений. Следовательно, для формирования инженерного мышления, необходимо, чтобы система не только вузовского, но и школьного образования учитывала результат научно-технического прогресса, воздействия информационного общества на личность и особенности мышления молодёжи 21-го века. Именно эти задачи стоят перед современной школой.

В настоящее время для формирования инженерного мышления школьника нужны новые образовательные технологии, основанные на принципах созидания и конструирования. Их стержень – исследовательское поведение, т.е. добывание новых знаний вне конкретной практической задачи, а также развитие “softskills” – умения работать в команде. В связи с этим в ХХI веке подготовка технических специалистов должна осуществляться уже со школьной скамьи с использованием современной методологии инженерной педагогики[1], объектом которой является педагогическая система подготовки инженерных кадров, а предметом – проектирование, реализация и обновление содержания школьного образования, форм организации, методов и средств обучения. Критерием качества образования в контексте инженерной педагогики служит не оценка, а уровень сформированности у выпускника умений применять свои знания на практике, готовность к проектно-исследовательской деятельности, моделированию ситуаций.

За последние несколько лет учителями математики лицея № 144 накоплен огромный опыт по подготовке обучающихся к проектно-исследовательской деятельности с упором на решение практико-ориентированных и экспериментальных задач, этот опыт стал особенно востребован в связи с открытием в 2019-2020 учебном году инженерного класса.

В новых образовательных условиях перед учителям математики стояли определенные проблемы: анализ учебно-методической литературы показал необходимость отбора и конструирования математических моделей задач, в процессе решения которых осуществляется формирование структурных компонентов инженерного мышления. Действительно, основным объектом, с которым обучающиеся работают на уроках математики, является задача, поэтому возникла необходимость найти различные решения задач в соответствии с дополнительными условиями (например, если от решения задачи зависит жизнь человека, если объект решения задачи будет использован в качестве игрушки, если для внедрения объекта можно не считаться с затратами и т.п); выяснить, каковы основные недостатки уже известных решений задачи и можно ли предсказать решение задачи через 10-15 лет. Другими словами, содержание математического образования в инженерных классах должна быть выстроена таким образом, чтобы не только предоставить учащимся возможность углубленного изучения предметов, но и позволить им реализовывать свои знания в форме проектно-исследовательской деятельности, технического творчества, а также иметь профориентационную направленность.

Для реализации концепции развития математического образования в лицее, а также в рамках формирования и развития инженерного мышления обучающихся учителями математики был разработан курс внеурочной деятельности для 5-9 классов «Математические задачи в работе инженера», цель которой - создание условий для реализации дополнительного углубленного образования повышенного уровня сложности, обладающего элементами допрофессиональной инженерной подготовки, направленного на развитие общеинтеллектуальных, проектно-конструкторских компетенций, информационных, коммуникативных, исследовательских УУД с широкими и гибкими возможностями построения школьниками индивидуальных образовательных программ.

Программа внеурочной деятельности «Математические задачи в работе инженера» является модульной и включает материал, создающий основу математической грамотности, необходимой в профессии инженера. Программа рассчитана на обучающихся 5-9 классов, которые хотят расширить свои знания и развить математические способности, необходимые в дальнейшем в профессии. Темы программы перекликаются с основными темами курса математики в 5-9 классах. Материал позволяет прийти к пониманию роли и значения математики в профессии инженера. В основу программы заложена идея моделирования ре­альных процессов, обуславливающих применение математических знаний на практике. Созданные модели реальных ситуаций предусматривают решение прикладных и экспериментальных задач способом индивидуальной, групповой или коллективной деятельности с привлечением информационных ресурсов, помощи родителей или иных взрослых, обладающих соответствующим опытом.

В результате прохождения модуля программы обучающиеся должны приобретать и развивать навыки и умения решать более трудные и разнообразные задачи практико – ориентированного содержания.

Опираясь на основные принципы инженерного мышления, в курсах программы используются следующие формы организации деятельности обучающихся:

• применение задач практического и прикладного характера;
• практические работы;
• творческие задания по составлению задач;
• занятий по изготовлению учебно-наглядных дидактических материалов для развития конструктивных умений и творчества, восприятия пространственных отношений

Программа включает 5 образовательных модулей, каждый из которых имеет свою цель и задачи. В каждом модуле обучающийся не только учится решать задачи определенного типа, но и знакомится с инженерными специальностями.

Модули построены с учетом возрастных особенностей обучающихся и программным материалом предметного курса.

Модуль 1 «Математические задачи в работе инженера - архитектора» (5 класс);

Целью курса является формирование творческой личности, раскрытие потенциала учащихся к прикладному техническому творчеству.

Курс состоит из трех логических частей. Первая часть нацелена на получение учащимися необходимых геометрических знаний и формирование навыков их использования. Вторая часть заключается в наблюдении за окружающей средой, она нацелена на понимание применения полученных знаний о геометрии в строительстве объектов городской инфраструктуры, которую учащиеся видят ежедневно. Третья часть заключается в групповой работе над проектом, в ходе которой учащиеся, опираясь на имеющиеся у них знания проектируют свое здание будущего или район будущего.

Курс направлен на развитие геометрического мышления и пространственного воображения у учащихся, ознакомление с прикладной инженерной специальностью на примере доступных для понимания школьника задач, в совокупности приводящих к возможности реализации технического проекта, формирование понимания возможной профессиональной траектории

Модуль 2 «Математические задачи в работе инженера - технолога» (6 класс).

Цель курса - формирование у учащихся представления о математике как о комплексе знаний и умений, необходимых человеку для применения в различных сферах жизни, развитие исследовательских умения и навыков научно-исследовательского характера у обучающихся. математических способностей и формирование математического кругозора.

В программе рассматриваются на доступном для учащихся уровне реальные задачи, которые могут быть поставлены перед инженерами-технологами деревообрабатывающей промышленности, пищевой промышленности, легкой промышленности и химической промышленности. В основном – по созданию технологических карт и работе с массивами данных. Это позволить обучающимся познакомиться с математическими понятиями, которые выходят за рамки школьной программы, а также формирует умения сочетать индивидуальную работу с коллективной.

Модуль 3 «Математические задачи в работе инженера по организации перевозок и управлению на транспорте» (7 класс).

Цель курса-расширение и углубления математического материала и решение практико- ориентированных задач, развитие внимательности, аналитического и логического мышления.

В основе курса лежит решение траспортных задач. Транспортная задача — задача о поиске оптимального распределения поставок однородного товара от поставщиков к потребителям при известных затратах на перевозку (тарифах) между пунктами отправления и назначения. Является задачей линейного программирования специального вида. Прохождение данного курса способствует формирование пространственного мышления, расширяет и углубляет знания по математике, кругозор учащихся, знакомство с различными видами деятельности в промышленном производстве.В данном курсе обучающийся не только учится решать задачи такого типа, но и знакомится с профессией «инженер по организации перевозок и управлению на транспорте»

Модуль 4 «Математические задачи в работе инженера - конструктора» (8 класс);

Цель модуля - создание системы действенной профориентации учащихся, способствующей формированию профессионального самоопределения; создание условий для развития личности, способной к техническому творчеству, и направленную на расширение и углубление знаний по математике, кругозора учащихся, знакомство с различными видами деятельности в промышленном производстве.

Программа интегрированного вида создает условия для знакомства учащихся с ролью математики в работе инженера- конструктора. В программу входят темы, связанные с подготовительной работой по построению дома, расчета установки громоотвода, триангуляция, проектирование малых мостов и развязки дороги. Решение специально подобранных систем задач и упражнений, направленных на перекодирование информации (текст задачи — рисунок — математическая модель задачи или ее графическое представление) способствует формированию потребности к логическим обоснованиям и правдоподобным рассуждениям, знакомство учащихся с использованием простейших механизмов в инженерном деле на современном этапе и в ретроспективе.

Модуль 5 «Математические задачи в работе инженера - гидротехника»(9 класс).

Цель модуля - расширение и углубления математического материала на примере практико- ориентированных задач, формирование гибкости и рациональности математического мышления, развитие способности оперировать математической символикой и математической речью, формирование пространственного мышления.

Инженер-гидротехник занимается проектированием гидротехнических сооружений. Наиболее распространённые задачи при проектировании, решаемые инженером-гидротехником, - проектирование каналов и дамб или плотин из грунтовых материалов.

С геометрической точки зрения, при проектировании канала решается задача по подбору оптимального его поперечного сечения – плоская задача. Объемной задачей является определение общей выемки при строительстве и объема засыпки, как правило, материала для облицовки откосов канала и противофильтрационного устройства, если такой требуется по условиям проектирования. Умение решать такие задачи способствуют формирование пространственного мышления, развитию способности к обобщению математического материала и формирование навыков математического рассуждения.

Модульная программа внеурочной деятельности «Математические задачи в работе инженера» направлена на развитие способности к формализованному восприятию математического материала, логического и гибкого математического мышления, расширение и углубление знаний по математике, расширение кругозора учащихся, знакомство с различными видами деятельности в промышленном производстве Это способствует формированию у обучающихся готовности к принятию осознанного решения при проектировании своего образовательно-профессионального маршрута по завершении обучения в основной школе, раскрытию творческих способностей учащихся; формирует интерес к инженерным профессиям.

Таким образом, модульная программа внеурочной деятельности «Математические задачи в работе инженера» позволяет не только создать дополнительные условия для реализации математического образования, но способствует повышению мотивации и познавательного интереса к профессии инженера, что является неотъемлемой частью формирования инженерного мышления обучающихся.

Введение в инженерно-педагогическое образование, Учебное пособие, Дирвук Е.П., 2019.