Информационная система сопровождения деятельности федеральных инновационных площадок

К ВОПРОСУ О МОДЕЛИРОВАНИИ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ИНЖЕНЕРНОГО МЫШЛЕНИЯ ОБУЧАЮЩИХСЯ ЛИЦЕЯ ПРИ ТЕХНИЧЕСКОМ ВУЗЕ

2018

Актуальность формирования инженерного мышления подрастающего поколения обусловлена, во-первых, необходимостью модернизации различных отраслей производства, во-вторых, потребностью увеличения специалистов инженерного профиля, задействованных в технологическом развитии страны, в-третьих, недостаточной проработанностью данной проблемы в научно-педагогической и методической литературе.

Деятельность инженера требует междисциплинарных знаний и имеет творческий характер. Мы убеждены в том, что инженер начинается в школе, другими словами, именно в школе закладываются основы получения инженерного образования в вузе. В научной литературе определено, что инженерное мышление - это особый вид мышления, формирующийся и проявляющийся при решении инженерных задач, позволяющих быстро, точно и оригинально решать как ординарные, так и неординарные задачи в определенной предметной области, направленные на удовлетворение технических потребностей в знаниях, способах, приемах, с целью создания технических средств и организации технологий [3, с. 289]. При этом важно отметить, что инженерное мышление, прежде всего, - системное мышление, позволяющее человеку видеть проблему с разных сторон с учетом многообразных связей между всеми ее составляющими. Это понятие охватывает мыслительный процесс, приводящий к получению решения инженерных задач, созданию необычных и оригинальных идей, обобщений, теорий.

Изучение любых педагогических закономерностей есть моделирование педагогических процессов, явлений или систем объектов путем построения и изучения их моделей; использование моделей для определения или уточнения характеристик и рационализации способов построения вновь конструируемых объектов [1, с. 169]. Теоретическое обоснование процесса формирования инженерного мышления школьников позволило нам разработать его модель. «Модель – система объектов или знаков, воспроизводящая некоторые существенные свойства системы – организма. Модель упрощает структуру оригинала, отвлекая от несущественного. Она служит обобщенным отражением явления, результатом абстрактного обобщения практического опыта, а не непосредственным результатом эксперимента» [4, с. 104]. Такая трактовка модели, предложенная В.М. Полонским, позволяет отказаться от более детального описания характерологических черт, способностей, определения механизмов ее функционирования, а сосредоточить свое внимание на существенных, наиболее значимых для моделируемого объекта свойствах. Использование моделирования позволяет выявить и исследовать закономерные связи, отражающие педагогические реалии, определить предмет и средства достижения цели в идеализированном объекте [5, с. 47].

Разработанная нами модель формирования инженерного мышления школьников является структурной и представляет собой иерархию компонентов рассматриваемого процесса.

Подробнее остановимся на структуре и содержании каждого из компонентов, входящих в процесс формирования инженерного мышления школьников.

При разработке цели изучались подходы к пониманию цели как идеального, сознательно планируемого результата учебно-воспитательного процесса в отношении к порождающим его действиям и условиям. В связи с этим цель в общем виде предвосхищает ожидаемый идеальный результат педагогического процесса – формирование инженерного мышления школьников.

Содержание процесса формирования основ инженерного мышления обучающихся заключается в последовательном формировании инженерного мышления школьников в процессе урочной, внеурочной и внеклассной деятельности. Содержание рассматриваемого процесса выражается в разработке и реализации комплекса образовательных программ, а также программ внеурочной деятельности и дополнительного образования, направленных на формирование основ инженерного мышления обучающихся.

Важно обращать внимание на придание процессу обучения проблемного характера, учить школьников самим находить и формулировать проблемы, вырабатывать у них способность к теоретическим обобщениям, формировать умение к проявлению самостоятельности и креативности.

Эффективной реализации процесса формирования основ инженерного мышления школьников способствуют соответствующие технологии, методы, формы и средства.

Для достижения поставленных целей исследования необходимы соответствующие образовательные технологии: проектно-исследовательские технологии, игровые технологии, case-study, технологии развития критического мышления, ТРИЗ-технологии.

Технология проектно-исследовательской деятельности обладает высоким потенциалом как средство повышения познавательной активности и творческих способностей, без которых невозможно осознанное восприятие материала. Проектно-исследовательская деятельность – это деятельность, направленная на развитие творческих и исследовательских качеств обучающихся. Она представляет собой поиск решения какой-то проблемы, где ответ заранее неизвестен. В этом и состоит главное отличие данной деятельности от простого практикума, в котором всё известно и необходимо лишь пройти по известному пути.

Технология case-study (кейс-технология) заключается в получении обучающимися от учителя пакета документов (кейса), при помощи которого либо выявляют проблему и пути её решения, либо вырабатывают варианты выхода из сложной ситуации, когда проблема обозначена. Кейс-технологию называют ещё методом анализа конкретных ситуаций, ситуационными задачами.

Технология развития критического мышления нацелена на развитие способностей школьников ставить новые вопросы, вырабатывать разнообразные аргументы, принимать независимые продуманные решения, которые используются для анализа вещей и событий с формулировкой обоснованных выводов и позволяют выносить обоснованные оценки. А это те необходимые профессионально важные качества инженера.

Среди методов формирования основ инженерного мышления обучающихся мы особо выделяем проблемное изложение материала, частично-поисковый метод, исследовательский метод, учебное моделирование, методы ТРИЗ (метод мозгового штурма, синектика, Да-нет-ка, системный оператор, метод фокальных объектов).

Метод проблемного изложения заключается в активной деятельности со стороны учителя. Учитель искусственно создает проблему и наглядно и подробно объясняет ученикам способы и пути ее решения. Решение происходит поэтапно: осознание проблемы, выдвижение гипотезы ее решения, практический эксперимент, анализ результатов. Ученикам отводится роль наблюдателей, которые должны прослеживать логичность и взаимосвязанность всех действий учителя, усваивать основные принципы и этапы решения проблем.

Один из эффективных методов – учебное проектирование. Грамотно организованная проектная деятельность в полной мере позволяет оправдать эти затраты и дать ощутимый педагогический эффект, связанный прежде всего с формированием инженерного типа мышления школьников. Сегодня такое обучение используется не вместо систематического предметного обучения, а наряду с ним, как компонент образовательных систем.

На наш взгляд, существующее современное направление развития творческого потенциала обучающихся через применение методов ТРИЗ-педагогики является одним из эффективных на всех уровнях образовательного процесса. ТРИЗ (теория решения изобретательских задач) дает учителю инструментарий для развития творческого мышления школьников на высоком уровне.

Среди методов данной технологии мы выделяем следующие.

Метод мозгового штурма - постановка изобретательской задачи и нахождение способов ее решения с помощью перебора ресурсов, выбор идеального решения.

Синектика - так называемый метод аналогий: сравнение и нахождение сходства объектов или явлений. Представление самого себя в качестве какого-нибудь предмета или явления в проблемной ситуации. Синектика всегда проводится в паре с мозговым штурмом.

Морфологический анализ - выявление всех возможных фактов решения данной проблемы, которые при простом переборе могли быть упущены. Данный метод эффективен в работе с небольшим количеством детей (от двух до пяти).

Метод фокальных объектов (МФО)- установление ассоциативных связей с различными случайными объектами (к определённому объекту "примеряются" свойства и характеристики других, ни чем с ним не связанных объектов).

Да-нет–ка - нахождение существенного признака в предмете, классификация предмета и явления по общим признакам.

Системный оператор - анализ и описание системы связей любого объекта материального мира: его назначение, динамику развития в определённый отрезок времени, признаки, строение и др.

При формировании основ инженерного мышления школьников широко используются следующие организационные формы: интегрированный урок, лабораторная работа, творческая самостоятельная работа, тренинг, групповая дискуссия, научно-практическая конференция, конкурсы и выставки технического творчества, веб-квест и другие.

Лабораторные работы занимают важное место при изучении естественнонаучных предметов. В процессе их выполнения можно эффективно формировать умения практического характера, познавательные способности, самостоятельный поиск информации, творческую активность – то есть, основные элементы инженерного мышления.

Особенностью веб-квестов является то, что часть информации или вся информация, представленная на сайте для самостоятельной или групповой работы обучающихся, находится на самом деле на различных веб-сайтах. Благодаря действующим гиперссылкам, школьники этого не ощущают, а работают в едином информационном пространстве. Веб-квесты развивают критическое мышление, а также умения сравнивать, анализировать, классифицировать, мыслить абстрактно. Веб-квест способствует поиску интернет-информации по заданию учителя, развитию компьютерных навыков обучающихся и повышению их словарного запаса, поощряет к обучению независимо от учителя.

Формированию основ инженерного мышления школьников способствуют определенные средства. Важными для нас выступают учебно-технические средства (иллюстративные, аудиовизуальные), специальное оборудование, компьютерные средства обучения (мультимедийные пакеты, интерактивные видеоматериалы).

Таким образом, систематическое и последовательное использование приведенных технологий, методов, организационных форм и средств на различных учебных предметах и в дополнительном образовании способствует развитию у школьников способности критически мыслить, анализировать и систематизировать информацию, находить решения в нестандартных ситуациях, применять полученные знания на практике, эффективно работать в группах, что, в конечном итоге, и создает условия для формирования инженерного мышления школьников.

Нами определены критерии, показатели, а также уровни сформированности инженерного мышления обучающихся лицея [2, с. 107]. Критерии и показатели сформированности основ инженерного мышления обучающихся лицея рассматриваются нами следующим образом:

• когнитивный критерий, показатели – полнота и глубина физикоматематических и естественнонаучных знаний; гибкость и оригинальность мышления;
• мотивационноценностный критерий, показатели – наличие мотивации к осуществлению проектно-исследовательской деятельности; проявление познавательного интереса к предметам физико-математического и естественнонаучного циклов; 
• поведенческий критерий, показатели – умение самостоятельно ставить познавательные цели и контролировать деятельность; умение преодолевать проблемноконфликтные ситуации; готовность к осуществлению проектно-исследовательской деятельности.

Выделенные критерии, безусловно, нельзя считать исчерпывающими, однако их обобщенный характер достаточен для выявления уровней сформированности инженерного мышления школьников.

В соответствии с выделенными критериями и показателями охарактеризованы уровни сформированности основ инженерного мышления обучающихся лицея (критический, допустимый и оптимальный).

Важно, что в ходе исследования была разработана и представлена авторская методика диагностики сформированности основ инженерного мышления. Все диагностические процедуры структурированы по критериям, выделены проверяемые показатели, определены соответствующие им диагностические методики. Подробно раскрыт алгоритм диагностики [6, с. 9].

Результатом рассматриваемого процесса является сформированность основ инженерного мышления у обучающихся лицея.

Чтобы показать характер зависимости между элементами процесса формирования инженерного мышления обучающихся лицея, синтезировать и выяснить наиболее важные стороны объекта анализа, представим соответствующую модель (рисунок 1).

Структурно-содержательная модель формирования основ инженерного мышления обучающихся лицея содержит взаимообуславливающие структурные блоки, выполняющие определенную функцию.

1) Целевой блок уточняет социальный заказ, цель и задачи данной модели.

2) Методологический блок определяет ведущие методологические подходы и принципы, лежащие в основе формирования основ инженерного мышления обучающихся лицея.

3) Содержательный блок определяет основные направления работы.

4) В технологическом блоке представлены организационные формы, методы и образовательные технологии, обеспечивающие вышеназванный процесс.

5) Критериально-диагностический блок включает критерии, показатели и уровни сформированности инженерного мышления у обучающихся лицея

6) Результативный блок показывает результат экспериментальной работы.

Таким образом, каждый блок модели решает свою задачу в процессе формирования основ инженерного мышления обучающихся в условиях лицея, но только в тесной взаимосвязи всех этих компонентов результат будет значимым и эффективным.

Список литературы:

1. Борытко, Н.М. Пространство воспитания: образ бытия: монография / Н.М. Борытко ; науч. ред. Н.К. Сергеев. – Волгоград: Перемена, 2000. – 225 с.
2. Давлетшина, Л.Х. Методика диагностики сформированности инженерного мышления обучающихся лицея / Л.Х. Давлетшина, С.В. Гапонова / сборник статей международной научно-практической конференции (23 мая 2019 г.) «Современные технологии: проблемы инновационного развития и внедрения результатов». – МЦНП «Новая наука», 2019. – С. 106-11
3. Мустафина, Д.А. Критерии и сущность инженерного мышления / Д.А. Мустафина, Г.А. Рахманкулова, И.В. Ребро.  // NovaInfo.Ru. - №43, 2016 г. - С. 288-294
4. Полонский, В.М. Словарь по образованию и педагогике / В.М. Полонский. – М.: Высшая школа, 200 – 512 с.
5. Финюкова, Т.В. Основы инженерного мышления обучающихся: теоретическое определение и моделирование / Т.В. Финюкова, Л.Х. Давлетшина, М.А. Шлютова / Инновационные процессы в науке и образовании: монография / под. общ. ред. Г. Ю. Гуляева. – Пенза: МЦНС «Наука и Просвещение». – 2019. – С. 46 – 53.
6. Шигабетдинова, Г.М. Опыт организации диагностики сформированности инженерного мышления школьников / Г.М. Шигабетдинова, Л.Х. Давлетшина, С.В. Гапонова // Вестник Ульяновского государственного технического университета. - № 3. – 2019. – С. 8-13.

Назад