Информационная система сопровождения деятельности федеральных инновационных площадок

Система педагогической работы по развитию инженерного мышления обучающихся

2011

Почему сегодня на повестку дня выдвигается проблема формирования инженерного мышления? Ответ на этот вопрос можно найти, обратившись к анализу процессов, происходящих в обществе.

Академик РАО А. М. Новиков [1] пишет: «Человечество резко перешло в совершенно новую эпоху своего существования – постиндустриальную эпоху. Что вызвало и вызывает коренные преобразования в политике, экономике, культуре, в труде, в личной жизни каждого человека». Главным признаком перехода общества от индустриального типа развития к постиндустриальному является замена профессионального типа организационной культуры на проектно-технологический тип. Эти изменения происходят на фоне и благодаря широкому распространению быстро развивающихся технологий. По мере разработки технических средств и способов их применения возникает потребность в специалистах особой, специфической инженерно-технической субкультуры [2], формирование представлений о которой рождается у нас на глазах. Новую инженерную идеологию характеризует гуманитаризация, социальное мировоззрение, нацеленность на интересы, потребности и образ жизни человека.

Главной целью инженера как носителя этой идеологии становится, с одной стороны, стремление к усовершенствованию технических средств и технологий в направлении увеличения их надежности, быстродействия, экологичности, с другой, – системность мышления, способность учитывать многие факторы и организовывать взаимодействие многих объектов между собой и человеком.

Организация «слаженной» деятельности сложных человеко-машинных систем потребовала разработки нового подхода к решению этой проблемы и формирования проектно-технологической культуры. В проектную культуру включаются практически все аспекты творческой деятельности. Проект в его широком значении организует деятельность по различным направлениям, в достижении не только технических, но и социальных, психологических и эстетических целей.

Для деятельности реального сектора экономики актуальны крупные социально-инженерные проекты, в которых востребованы личностные и профессиональные компетенции, способность инновационно мыслить и относиться творчески к продукту деятельности. Здесь на первый план выступают такие личностные качества, как способность к самовыражению, саморазвитию, самоорганизации, взаимопониманию и сотрудничеству. Таким образом, «гуманистически ориентированное проектно-технологическое творчество самоорганизующихся коллективов ярких индивидуальностей стало главной составляющей экономического успеха любого предприятия» [2]. Очевидно, что образование должно реагировать на этот социальный запрос, а формирование инженерного мышления у выпускника может стать гарантом успешного развития общества в будущем.

Обращаясь к словам академика Новикова А. М., процитируем [1]: «…в связи с этим перед системой образования во всем мире, в том числе в Российском образовании, остро стоит проблема радикальной перестройки его целей, содержания, форм, методов, средств и всей его организации в соответствии с требованиями Нового Времени».

Тема, поднятая в статье, отражает одно из стратегических направлений развития системы образования сегодня – деятельности по формированию инженерного мышления обучающихся (далее ДеФИМО). Так, на сессии Петербургского международного экономического форума 2016 года, были зафиксированы основные, ключевые для образования положения. Было констатировано возрождение тяги молодежи к инженерным специальностям, естественно-научным дисциплинам; привлечено внимание к повышению качества подготовки инженерных кадров, укреплению связей школ, колледжей и университетов с реальной экономикой, с государственным и частным сектором; и, наконец, главным приоритетом России названо образование. «Мы прекрасно понимаем, что технологии создает и использует человек. Именно талант исследователя, квалификация инженеров и рабочих являются важнейшим условием конкурентоспособности экономики и страны в целом, поэтому считаю образование тем самым, на что мы должны обратить внимание в ближайшие годы» (Путин В.В, [3]).

Революция в сфере технологий изменила требования к инженерному труду. Сегодня объективно обусловлена интеграция различных областей человеческой деятельности, растет ценность деятельности специалистов на стыках различных направлений, меняется понимание процесса проектирования, изменяется его содержание, за счет новых технологий повышается эффективность инженерного труда, и... растет цена ошибки. Возросшая мощь инструментов, которые оказываются в руках инженера, требует осознания социальной ответственности за возможные последствия ошибок и просчетов в использовании современных технических средств с их потенциальными разрушительными возможностями. Таким образом, «…сегодня проектирование понимается как деятельность, направленная на создание новых объектов с заранее заданными характеристиками при выполнении необходимых ограничений – моральных, экологических, технологических, экономических и многих других» [1].

Обобщая концептуальные идеи стратегии развития образования [4], в части  обеспечения инновационного характера базового образования, можно выделить следующие важные моменты:

• создание условий в рамках школьного и дополнительного образования, способствующих реализации технических и научных проектов, организации командной и творческой работы;
• обновление структуры сети образовательных учреждений в соответствии с задачами инновационного развития;
• обеспечение компетентностного подхода, взаимосвязи академических знаний и практических умений; развитие метапредметных навыков, и закрепление их в проектно-исследовательской деятельности;
• развитие вариативности образовательных программ;
• активное использование опыта, полученного совместно с международным движением World Skills и активизация участия школьников в движении JuniorSkills Russia.

Указанные опорные моменты определяют наши ориентиры и являются тем базисом, на котором строится система работы Адмиралтейского района. Охарактеризуем кратко их отражение в системе работы.

Создание условий в рамках школьного и дополнительного образования, способствующих реализации технических и научных проектов, организации командной и творческой работы затрагивает кадровые, финансовые, материально-технические, методические, психолого-педагогические вопросы. Все эти вопросы в каждом учреждении решаются в комплексе мер поддержки научно-технического творчества детей. Три года назад мы начинали с трех учреждений, в которых в той или иной мере были созданы условия для технического творчества. Сегодня число учреждений, использующих самое разное робототехническое и другое инновационное оборудование, значительно возросло. К лидерам направления (Дворцу детского (юношеского) творчества «У Вознесенского моста», Дому детского творчества «Измайловский», школе 255) прибавились: гимназия 278, школы 238, 259, 281, 306, 564, 615, 624 и др.

В систему работы методической службы района входят: информационно-методическая поддержка, организация мероприятий технической направленности для учащихся, мероприятия по повышению квалификации педагогов, сопровождение и консультирование. Систематическая работа по развитию научно-технического направления дает свои результаты.

С 2016 года регулярно стали проводиться районные мероприятия, нацеленные на поднятие престижности и популяризации научно-технического направления: ежемесячные методические совещания ответственных за развитие научно-технического творчества обучающихся, осенние и весенние районные соревнования по спортивной робототехнике, робототехнические соревнования «Юный конструктор», «Гонки неуправляемых машинок», «Веселые старты роботов». Интересными событиями района стали Спортивно-интеллектуальный марафон «СИМ», Районная выставка научно-технического творчества детей «Робби», конференции «Калейдоскоп открытий», «Юные исследователи», секции «Техника и информатика» в рамках Межшкольной научно-практической конференции «Лабиринты науки».

Второй год школьники района принимают участие в технических сменах лагеря «Зеркальный». По отзывам самих ребят, это даёт большой толчок в развитии их навыков и мотивирует к дальнейшим занятиям.

Команды из учреждений Адмиралтейского района являются постоянными участниками региональных и всероссийских турниров, фестивалей, конференций по робототехнике. Особенно активны и результативны коллективы ГБОУ СОШ №255, ДДТ «Измайловский», ДДюТ «У Вознесенского моста», на счету которых неоднократно одержанные победы и завоеванные призовые места как на турнирах города, так и во Всероссийских соревнованиях.

С 2015 года в образовательных учреждениях района начало развиваться новое, важное и современное направление научно-технического развития. Это –3D-моделирование и прототипирование с использованием лазерных и аддитивных технологий. Район стал активным участником проекта «Инженеры будущего», в рамках которого команды района успешно участвуют в проводимых соревнованиях в формате Scalextric for School, соревнованиях по инженерному 3D, выполняют творческие проекты. Первый опыт, первые успехи и первые эмоции были связаны в 2015 году с интересным видом состязаний по трассовому автомоделизму (Scalextric), где по условиям соревнований нужно было самостоятельно сконструировать и изготовить на 3D-принтере гоночную машинку, а затем совершить на ней несколько кругов соревновательных заездов. В апреле 2017 года на Международном Московском салоне образования представители нашего района презентовали «Мастер-класс по 3D- моделированию и автомоделизму».

В 2017 году в Санкт-Петербурге впервые была проведена Первая распределенная олимпиада по инженерному 3D-моделированию с международным участием. Из 15 площадок проведения олимпиады две были организованы в Адмиралтейском районе в лицее 281 и школе 255. Трое учащихся района были награждены за высокий результат, в том числе за победу в компетенции «Профи».

Для успешной реализации планов в любом направлении недостаточно действий одного педагога, одного учреждения, одной организации. Особое внимание сегодня уделяется вопросам обновления структуры сети образовательных учреждений в соответствии с задачами инновационного развития, отработке новых форм сетевого взаимодействия.

Объединение усилий специалистов, умелое распределение материальных ресурсов и времени – это основной резерв развития школ района. Самая распространенная и привычная схема взаимодействия при проведении мероприятий на базе одной организации уже никого не удивляет. Задача сегодняшнего дня – расширение партнерских отношений, подключение организаций, не связанных напрямую со школой. Это, в первую очередь, вузы. Активная позиция и желание сотрудничать характерны сегодня для многих из них (БГТУ «Военмех» им. Д. Ф. Устинова, РГПУ им. А. И. Герцена, СПбГТИ (ТУ) Технологический институт, СПбПУ Политехнический университет Петра Великого, СПбГУ Аэрокосмического приборостроения и другие). Так, районные соревнования по спортивной робототехнике второй год проводятся на базе БГТУ «Военмех» им. Д. Ф. Устинова при активной поддержке преподавателей и студентов; подготовку к соревнованиям Scalextriс проекта «Инженеры будущего» курируют педагоги из Политеха; а при проведении других мероприятий технической направленности задействованы выпускники учреждений и отделений дополнительного образования, ныне студенты.

Проектно-исследовательская деятельность учащихся – это отдельная тема. Активизация проектно-исследовательской деятельности учащихся приобретает все более массовые формы и опирается на накопленный опыт проектно-исследовательской деятельности по различным направлениям и по смежным областям. Развитие проектно-исследовательской деятельности является наиважнейшей задачей, регламентируемой ФГОС, так как обеспечивает компетентностный подход, а также взаимосвязь академических знаний и практических умений, развитие и закрепление метапредметных навыков. Основная проблема – руководство проектной деятельностью на должном научно-техническом уровне. Редкий учитель в школе обладает достаточной компетентностью в направлении инновационных технологий и самостоятельно выбирает темы проектно-исследовательских работ школьников. Тем не менее рост проектно-исследовательской активности школьников, включая инновационные направления, налицо. Анализ работы секции «Техника и информатика» в рамках ежегодной Межшкольной научно-практической конференции «Лабиринты науки» позволяет с уверенностью утверждать, что год от года мы наблюдаем положительную динамику. Это выражается как в количественном росте участников (докладчиков, педагогов, образовательных организаций), так и в качестве представляемых исследований. Например, в 2017 году на секции прозвучали выступления по инновационным направлениям: «Интернет-вещей…», «Экстремальная робототехника на платформе Arduino», «Моделирование чудесных механизмов…», «Автомоделизм и проект «Инженеры будущего», «Собственный ЧАТ на С++», «Яndex-метрика – инструмент анализа и статистики сайтов» и другие. Любая из этих тем выходит за рамки школьной программы и лежит вне формальной компетенции школьного учителя.

Неоценимую помощь в поддержке проектного движения оказывают внешние социальные партнеры школ. С одной стороны, это – образовательные программы и проекты, организуемые реальным сектором экономики, такие как образовательная программа «Школьная лига РОСНАНО», проект "Школа РОСАТОМа", Образовательная программа «РусГидро», уже упоминавшийся проект «Инженеры будущего» компании Ирисофт и другие. С другой стороны, это проекты и студенческие практики вузов, например, научно-образовательный проект «Современные достижения науки и техники» и проекты студентов РГПУ им. А.И. Герцена.

Много сейчас говорят о сближении школы с реальным производством и привлечении в школу сил специалистов. Практикующие инженеры, обладающие большим практическим опытом и знаниями – это люди, которые могли бы дать дополнительному образованию необходимый уровень знаний и опыта. Но привлечь к преподаванию в школу специалистов достаточно сложно. А вот разовые контакты, связанные с конкретной темой исследования возможны всегда. В качестве примера приведем работу команды 255 школы над творческим проектом по теме: «Роботизированный комплекс подсчета и идентификации багажа при погрузке на  борт воздушного судна», выполненную при поддержке Института Гражданской авиации. Защита «Инженерной книги», отразившая ход работы над проектом, была удостоена высшей награды на Всероссийском фестивале по робототехнике «Робофест-2017» в номинации «Инженерный проект», а команда награждена в рамках конкурса Аэробот трехдневной бесплатной экскурсией в Международный аэропорт Сочи и бесплатной экскурсией по техническим сооружениям аэропорта Пулково.

Развивать учащихся в направлении исследований инновационного характера непросто, учитывая ограниченность времени и ресурсов. Это возможно при построении индивидуального образовательного маршрута обучающихся в области развития технических компетенций. В соответствии с Государственной программой Российской Федерации «Развитие образования» на 2013-2020 годы в старших классах для всех учащихся должна быть обеспечена возможность выбора профиля обучения и индивидуальной траектории освоения образовательной программы…». Это в полной мере относится к дополнительным образовательным программам и может реализовываться через конструирование индивидуального образовательного маршрута учащихся. В районе отрабатывается на практике идея вариативности дополнительных образовательных программ в области научно-технического творчества детей.

Раннее выявление склонностей подростков и формирование их компетенций в самых разнообразных видах деятельности организуется в рамках Программы ранней профориентации и основ профессиональной подготовки школьников JuniorSkills. Реализация этой программы была инициирована в 2014 году Фондом Олега Дерипаска «Вольное Дело» в партнерстве с WorldSkills Россия и при поддержке Агентства стратегических инициатив, Министерства промышленности и торговли РФ, Министерства образования и науки РФ. Перечень взрослых профессий (компетенций) WorldSkills Russia (“Молодые профессионалы”) охватывает около сотни наименований. В юношеских состязаниях их меньше, но число растет на глазах. За два года движение JuniorSkills расширилось с 3-х компетенций осенью 2015 года до 32 – в 2017 году! Конкурсный отбор участников на Региональный чемпионат проходит в течение первого полугодия в рамках фестиваля «Технокактус», итоговые региональные соревнования – осенью.

Приятно отметить, что ежегодно учащиеся Адмиралтейского района являются не только участниками соревнований, но и входят в число призеров в таких компетенциях, как Прототипирование, Электроника, Фрезерные работы на станках с ЧПУ. Активное использование опыта, полученного совместно с международным движением World Skills и активизиация участия школьников в движении JuniorSkills Russia – важная профориентационная работа.

Отследить результативность формирования инженерного мышления сложно, но оценить его динамику за длительный интервал времени возможно. При построении инструмента диагностики развития и формирования у учащихся инженерного мышления мы опирались на материалы Зуева П. В. и Кощеевой Е. С. [7]. Авторы определяют инженерное мышление, как комплекс интеллектуальных процессов и их результатов, которые обеспечивают решение задач в инженерно-технической деятельности и предлагают, в соответствии с таксономией Блума шесть категорий, которые расположены по степени усложнения характера познавательной деятельности: знание, понимание, применение, анализ, синтез и оценка. Интерпретация данных показателей в нужном ключе создаёт целостную картину степени приближения мышления учащихся к мышлению будущих инженеров и позволяют более полно представить основные элементы деятельности обучающихся в процессе формирования инженерного мышления с учетов возрастных особенностей, уровня обученности и специфики психических процессов. Для анализа успешности ДеФИМО разработана система оценки по 10 компонентам: техническое мышление, конструктивное мышление, исследовательское мышление, экономическое мышление, самостоятельность, нацеленность на успех и достижения, ответственность, творческий потенциал, инженерная рефлексия, правовая компетенция. Каждый из компонентов может быть сопоставлен с одним из трех уровней (высоким, средним, низким). Оценка уровня сформированности каждого компонента может проводится экспертами с помощью карт наблюдения, опросов, электронных форм.

В соответствии с разработанным критериальным аппаратом фиксируется динамика формирования таких метапредметных умений, как проявление образовательной самостоятельности, образовательной инициативы – умение выстраивать свою образовательную траекторию, создавать необходимые для собственного развития ситуации и адекватно их реализовать; образовательной ответственности – умение принимать для себя решение о готовности действовать в нестандартных ситуациях и другие. Данный критериальный аппарат позволяет оценить прогресс обучающихся по показателям, описанным выше. Качественный анализ методом экспертной оценки уровня сформированности того или иного показателя позволяет достаточно наглядно проследить прогресс обучающихся в направлении формирования инженерного мышления. Ниже приведены лепестковые диаграммы, построенные для четырех обучающихся 4, 7, 9 и 11 классов соответственно, по уровням показателей за 4 года (2014, 2015, 2016, 2017).

 

 

Проведенные исследования дают вполне логичную и наглядную картину поэтапного и постепенного формирования инженерного мышления в условиях описанной системы работы по организации ДеФИМО.

ДеФИМО происходит в условиях и опирается на возможности техносферы. П. Д. Рабинович [8], разрабатывая понятие техносферы, выделяет и подчеркивает значимость информационно-образовательной среды (далее ИОС), которая в последние десятилетия сильно преобразилась под влиянием развивающихся информационно-коммуникационных технологий (далее ИКТ). Поскольку задача развития ДеФИМО решается нами в условиях развития высоких технологий, широкого распространения и использования информационно-коммуникационных сетей и сервисов доступа к ресурсам, то разумно опереться на эти современные возможности в полной мере. Именно с этой целью нами начата разработка и постоянное сопровождение специального интернет-ресурса технической направленности http://proiskra.ru .

Целью создания ресурса является создание условий для формирования инженерного мышления обучающихся и повышение эффективности этого процесса за счет сетевого взаимодействия и сотрудничества школ Адмиралтейского района Санкт-Петербурга.

При этом планируется решение следующих задач:

• создать педагогическое пространство в глобальной сети, как площадку обмена опытом образовательных учреждений Адмиралтейского района;
• разработать и начать реализовать образовательные программы учебных модулей и вариативных курсов естественнонаучной и технической направленности;
• апробировать и внедрить новые практико-ориентированные технологии, формы и инструменты обучения, которые станут эффективными инструментами повышения качества общего образования и пропедевтики формирования инженерной культуры обучающихся;
• создать условия, повышающие мотивацию осознанного выбора инженерно-технических профессий в соответствии индивидуальными возможностями;
• разработать механизмы сетевого взаимодействия, обеспечивающие интеграцию ресурсов образовательных учреждений;
• повысить квалификацию педагогов и привлечь научно-педагогические кадры для поддержки проектно-исследовательской деятельности обучающихся;
• расширить спектр образовательных услуг и обеспечить их качество в соответствии с образовательными потребностями педагогов.

Ресурс состоит из разделов:

новости https://proiskra.ru/news,

планирование https://proiskra.ru/plan/,

условия https://proiskra.ru/condition/,

методика https://proiskra.ru/metodika/: (педагогические технологии https://proiskra.ru/metodika/technology/, интернет-копилка https://proiskra.ru/metodika/box/, профориентация https://proiskra.ru/metodika/profession/, опыт https://proiskra.ru/metodika/experience/),

диагностика https://proiskra.ru/diagnostik/,

результаты https://proiskra.ru/results/,

взаимодействие https://proiskra.ru/team/.

Ресурс задуман как открытое саморазвивающееся пространство, где представлены материалы эффективные с точки зрения развития инженерного мышления: педагогические технологии, систематизированные в интернет-копилке учебные материалы технической направленности, интересные практикоориентированные ресурсы по профориентации, бесценный опыт образовательных организаций, примеры творческих проектно-исследовательских работ. Ресурс может быть полезен педагогам и представителям администрации, которые заинтересованы в организации работы по развитию научно-технического творчества детей и формированию у них инженерного мышления, но испытывают потребность в организационной, нормативной, методической поддержке.

Подведем итог. Три года работы Адмиралтейского района в направлении развития инженерного мышления позволили повысить ценностное отношение педагогов, администрации образовательных организаций к данному направлению деятельности. Наверно, с нами согласится компетентный читатель, что развить с нуля техническое творчество в школе – задача очень сложная, многоплановая (оборудование, квалифицированные кадры, мотивированные учащиеся). Именно поэтому нас радует, что в районе появляются новые точки роста в плане ДеФИМО, активизируются педагоги, не имевшие ранее отношение к техническому творчеству. И подобно тому, как сложно сдвинуть локомотив, стоящий неподвижно, так же нелегко было добиться этих изменений в школах. Инерция покоя преодолена. Теперь вперед!

 

Список библиографических источников

1. Новиков А.М. Постиндустриальное образование. М.:Эгвес, 2008.- 136с.
2. Чащин Е. В. Техническое и технологическое мышление в современном обществе // Вестн. Челяб. гос. ун-та. – 2012. – № 35 (289): Философия. Социология. Культурология. – С. 51-55.
3. Новостной обзор РИА. Россия сегодня. [Электронный ресурс]. URL:  https://ria.ru/economy/20160617/1448964965.html
4. Концепция долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2020 года. [Электронный ресурс]. URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_82134/28c7f9e359e8af09d7244d8033c66928fa27e527/
5. Государственная программа Российской Федерации «Развитие образования» на 2013 — 2020 годы. [Электронный ресурс]. URL:  http://base.garant.ru/70643472/
6. Сазонова З. С., Чечеткина Н. В. Развитие инженерного мышления – основа повышения качества образования: Учебное пособие / МАДИ (ГТУ). –М.: 2007. –195 с.
7. Зуев В. П., Кощеева Е. С. // Педагогическое образование в России, 2016, №6, [Электронный ресурс]. URL: http://cyberleninka.ru/article/n/razvitie-inzhenernogo-myshleniya-uchaschihsya-v-protsesse-obucheniya
8. Рабинович П. Д. Разработка и обмен контентом при интеллектуальном взаимодействии в распределенных средах / Образовательная политика, №1 (57) 2012, стр. 18-42 [Электронный ресурс]. URL: http://www.firo.ru/wp-content/uploads/2016/06/145.pdf

Назад