Исследование методов развития инженерных способностей школьников

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование методов развития инженерных способностей школьников

И.В. Ребро,

Д.А. Мустафина,

Г.А. Рахманкулова,

О.Ф. Абрамова,

Е.А. Перевалова,

Т.А. Матвеева,

Н.А. Соколова

Волжский политехнический институт (филиал) Волгоградского государственного технического университета, г. Волжский, Россия

Анализируется актуальность формирования инженерного мышления на этапе подготовки к обучению в вузе, представлен обзор мероприятий, содержащих компоненты инженерного становления личности, проводимые высшим учебным заведением для учащихся средних и профессиональных образовательных учреждений. Основной целью организации представленных мероприятий является развитие инженерных способностей и поисково-исследовательских навыков как основы инженерного образования, а также решение задач, лежащих в основе формирования компетентного специалиста: воспитание интереса к инженерному делу, улучшение качества школьного и среднего профессионального образования, мотивирование на более глубокое изучение отдельных предметов.

Ключевые слова: инженерное мышление, школьное образование, техническое образование, профессионально ориентированные мероприятия.

Rebro I.V., Mustafinа D.A.,

Rakhmankulova G.A., Abramova O.F., Perevalova Е.А., Matveeva T.A., Sokolova N.A. Volzhsky Polytechnical Institute (branch) Volgograd state technical University (Volzhskiy, Russian Federation)

RESEARCH OF METHODS OF DEVELOPMENT OF ENGINEERING ABILITIES OF SCHOOLCHILDREN

Keywords: engineering thinking, school education, technical education, professionally oriented events.

The unfavorable demographic situation in most Russian regions and the budget places growth for engineering specialties lead to the fact that applicants with poorly formed technical and research skills, as well as an insufficient level of schooling in fundamental disciplines, come to technical universities. However, production requires engineers who can work in the modern design paradigm and create competitive and hightech products that have no foreign analogues. Therefore, it is necessary for university professors to form engineering thinking in a student, develop technical and research thinking, which is impossible without high-quality school preparation, in the conditions of time limitation and shortage of classroom hours for basic disciplines.

Analyzing the level of awareness in judgments, the choice of activities and in solving the task at schoolchildren from 12 to 18 years old, it can be concluded that at this age the need for selfdetermination and self-affirmation begins to actively manifest itself. On the other hand, contemporary teenagers are practically not limited in access to any information; they have an opportunity to choose the ways of its presentation without getting up from their own sofa. For the development of the student's positive personality traits, an organization needs a new approach to shaping the thinking of the modern generation, which contains a range of different activities that take into account both the capabilities, abilities and characteristics of each learner, and features of the social environment, the needs of society now and in the future. According to the authors, such components of engineering thinking as research thinking and creative potential, should be formed as part of school education. Therefore, a problem arises in the organization of a specific directed learning trajectory even before the choice of professional activity.

In order to develop engineering skills and research skills as the basis of engineering education, a number of events were organized and carried out at the Volzhsky Polytechnic Institute:

conference of research works of students of educational institutions of the Volgograd region "Chemistry and life";

distance Olympiad of creative thinking "Robbotland" among schoolchildren of 7-11 classes in subjects: mathematics, physics, computer science, chemistry and biology;

Regional scientific all-around creative projects "Future Engineer" for grades 7-11 in the following areas: mathematics, physics, computer science, chemistry and biology; обучение инженерный мышление

interregional competition 3D - technologies "3D LIFE".

This article is devoted to the description and analysis of the activities carried out.

Вопрос о качестве подготовки инженеров поднимается на каждой конференции и почти в каждой статье, посвященной техническому развитию современного общества. Производству необходимы инженеры, умеющие работать в современной парадигме проектирования и создавать конкурентоспособную и высокотехнологичную продукцию, не имеющую зарубежных аналогов. Все это связано со стремительным техническим прогрессом, что невозможно без формирования у подрастающего поколения инженерного мышления и как следствие нового необычного суждения и умения анализировать различные ситуации, что говорит о необходимости построения новой концепции формирования инженерных кадров, которые достойны конкурировать с инженерами мировых широкоизвестных компаний.

Министр образования О.В. Васильева отметила, что в течение последних трех лет выросла потребность в выпускниках инженерно-технических специальностей. В 2016 г. на инженерное направление было дано 46,7 % бюджетных мест, что обусловлено потребностью технического развития страны.

Неблагоприятная демографическая ситуация в большинстве регионов России и рост бюджетных мест на инженерные специальности приводят к тому, что в технические вузы приходят абитуриенты со слабо сформированными техническими и исследовательскими способностями, а также с недостаточным уровнем школьной подготовки по фундаментальным дисциплинам. Вузовским преподавателям в условиях дефицита аудиторных часов по базовым дисциплинам необходимо в короткий срок сформировать инженерное мышление у студента, развить техническое и исследовательское мышление, что невозможно без качественной школьной подготовки.

Совсем недавно молодежь и подростки мечтали о компьютерных технологиях, а сегодня результатами технического прогресса не удивишь даже ребенка ясельного возраста, они являются необходимым средством почти в каждой деятельности. Автоматические устройства, управление которых может происходить на расстоянии посредством различных интернет- и мобильных приложений, присутствуют почти в каждом доме. Поэтому можно с уверенностью сказать, что технический прогресс глобально изменил приоритеты, мышление и саму жизнь подрастающего поколения. Однако процесс совершенствования человека как личности продолжается, как и непрерывное развитие и внедрение инноваций в области технических средств. И оба эти процесса в настоящее время тесно связаны между собой.

Личностное пространство современного ученика представляет собой многомерное пространство потребностей и интересов, которые совместно формируют индивидуальность и "позицию Я". Мышление современного молодого человека, воспитанного на фильмах и виртуальных играх с реалистичной трехмерной графикой, на различного рода мобильных, программных и интернет-приложениях с предельно упрощенным и визуализированным интерфейсом, на в конце концов учебном процессе, максимально использующем мультимедийные технологии, требует реализации своего нестандартного креативного видения окружающего мира. Современные подростки практически не ограничены в доступе к любой информации, у них есть возможность выбирать способы ее подачи, не вставая при этом с собственного дивана. И, конечно, наибольший интерес у них вызывает развлекательная, легкая и предельно упрощенная по подаче информация.

Однако говорить о воспитании поколения потребителей рано. Опросы по поводу осуществляемой деятельности учащихся 7-11 -х классов, вызывающей их личностную заинтересованность, позволяют сделать однозначный вывод: современному поколению недостаточно видеть что-то (программный продукт, продукцию, рекламу), разработанное и придуманное кем-то. Современное поколение хочет участвовать в разработках, творить, конструировать и, самое важное, видеть и оценивать результаты своих стараний. При этом выявление интересов и склонностей учащихся, а также их профессиональное самоопределение, наиболее продуктивно и целесообразно при участии учащихся в различных интеллектуально творческих конкурсах, олимпиадах и конференциях на различных уровнях.

Анализируя уровень осознанности в суждениях, выборе деятельности и в решении поставленной задачи у школьников с 12 до 18 лет, можно заключить, что в этом возрасте начинает активно проявлять себя потребность в самоопределении и самоутверждении. Подросток "пробует себя" в различных видах деятельности, пытаясь повторить увиденное, не отдавая отчета о последствиях как для окружающих, так и для себя. Для развития положительных качеств личности обучающегося требуется организация нового подхода к формированию мышления современного поколения, который содержит в себе комплекс различных видов деятельности, учитывающих как возможности, способности и особенности каждого обучаемого, так и особенности социального окружения, потребности общества в настоящее время и в будущем.

Для успешной подготовки квалифицированных и конкурентоспособных инженеров необходимо создавать условия для развития и поддержки технических, а также исследовательских способностей, своевременно выявлять и способствовать их развитию и, что очень важно, постоянно поддерживать интерес к будущей профессии инженера.

Педагоги и психологи С.М. Василейский, Н.П. Линькова, В.А. Моляко, Н.М. Пейсахов, К.К. Платонов, Я.А. Пономарев, А.Ф. Эсаулов, Г.С. Альтшулер, М.М. Зиновкина в своих работах показали, что важнейшим условием формирования, развития и становления инженерного мышления является его системность.

Инженерное мышление - это особый вид профессионального мышления, формирующийся и проявляющийся в способности самостоятельно ориентироваться в новых технологиях и их внедрении в производство.

В основу формирования данного вида мышления легла модель, предложенная в работе [1], согласно которой инженерное мышление включает следующие компоненты: техническое, конструктивное, исследовательское и экономическое. Формирование инженерного мышления у подростка непосредственно связано с умением ставить и решать практические технические, конструкторские задачи. При поступлении в среднепрофессиональное или высшее учреждение на инженерную специальность у абитуриента уже должны быть сформированы элементы инженерного мышления. Проведя анализ результатов различных исследований [2, 3], авторам удалось выделить основные компоненты инженерного мышления, необходимые для становления компетентного специалиста в области инженерной деятельности, такие как:

- конструктивное мышление - умение построить модель решения поставленной проблемы или задачи, под которой мы понимаем умение сочетать теорию с практикой;

- техническое мышление - умение анализировать состав, структуру, устройство и принцип работы технических объектов в измененных условиях;

- исследовательское мышление - умение определить новизну и актуальность в поставленной задаче, умение сопоставить решаемую задачу с известными классами задач, умение доказательно аргументировать свои действия, полученные результаты и делать выводы;

- экономическое мышление - рефлексия качества процесса и результата деятельности с позиций требований рынка;

- самостоятельность и оперативность в выборе стратегий деятельности;

- ответственность за конечный продукт своей деятельности;

- потребность в успешной деятельности и в признании достижений со стороны специалиста;

- творческий потенциал, способствующий выполнению комплекса исследовательских действий в проблемной ситуации.

И такие компоненты инженерного мышления, как исследовательское мышление и творческий потенциал, по мнению авторов, необходимо формировать еще в рамках школьного обучения. Поэтому возникает проблема в организации такой специально направленной траектории обучения еще до выбора профессиональной деятельности. Такой подход должен отвечать современным требованиям к организации дополнительного образовательного пространства. Он должен позволять выявить и развить у будущих студентов творческие способности, интерес к научно-исследовательской деятельности, создать необходимые условия для поддержки одаренных детей, пропаганды научных знаний и самореализации обучающихся через различные виды деятельности.

По мнению Т.А. Белоконь [4], участие абитуриентов в предметной олимпиаде напрямую связано с профессиональным осознанием необходимости изучения фундаментальных дисциплин, а это приводит, в свою очередь, к становлению их как инженеров. Перед вузами стоит задача по-новому выстраивать модель взаимодействия "школа - технический вуз" путем организации профориентационных мероприятий, усиления базовой подготовки абитуриентов и участия их в студенческой жизни, посещения лабораторий вуза и возможности разрабатывать проекты [5].

С целью развития инженерных способностей и поисково-исследовательских навыков как основы инженерного образования в Волжском политехническом институте были организованы и проведены мероприятия:

- конференция исследовательских работ учащихся общеобразовательных учреждений Волгоградской области "Химия и жизнь";

- дистанционная олимпиада творческого мышления "Роботландия" среди школьников 7-11-х классов по предметам: математика, физика, информатика, химия и биология;

- областное научное многоборье творческих проектов "Будущий инженер" для 7-11-х классов проводится в виде интеллектуального соревнования творческих проектов по следующим направлениям: математика, физика, информатика, химия и биология;

- межрегиональный конкурс 3D-технологий "3D LIFE" проводится для школьников и студентов, в основе лежат следующие дисциплины: информатика, начертательная геометрия, инженерная графика, дизайн. Проводится в заочной форме (участники направляют в Оргкомитет конкурсные работы, созданные в программах 3D- моделирования (Компас-3D, 3D Max, Blender и их редакции)) и в очной форме (участники в течение 2 часов создают 3D-модели, предложенные экспертной комиссией), также проводится конкурс- выставка авторских 3D-моделей;

- интеллектуальная олимпиада по истории развития инженерного дела "ЛогоТехно" для школьников и студентов. Первый этап проводится дистанционно. Участникам предлагается бланк с заданиями на 5 дней, в котором содержатся 10 вопросов по истории, 10 вопросов по обществознанию, 5 вопросов по истории развития физической культуры и спорта, 5 вопросов по мировой культуре на иностранном языке. Второй этап проводится очно в виде интеллектуального соревнования творческих проектов по следующим направлениям: история развития техники родного края, влияние географических особенностей края на создание заводов, фабрик и т.д.

Целью организации и проведения описанных выше мероприятий является формирование понимания сущности природных явлений и мира техники и умения самостоятельно проходить все этапы реализации проекта (от планирования до реального продукта). Помимо этого, ставится задача формирования умений и навыков:

- использовать математический аппарат для проведения исследований,

- выходить за рамки школьной программы,

- работать к команде,

- принимать решения и нести за них ответственность.

Если обратить внимание на такой немаловажный момент для успешной реализации конкурсного мероприятия, как доступ к конкурсным материалам и просмотр конкурсных работ участниками, очное участие не всегда удобно. Даже при условии проведения мероприятия в месте проживания потенциального участника могут возникнуть различные трудности с посещением, что уж говорить в том случае, когда олимпиада или конкурс проводится в другом городе. Для повышения вовлеченности и увеличения охвата потенциальных участников для некоторых из указанных выше мероприятий использовалась специализированная интернет-площадка. Основываясь на результатах проведенных исследований и всестороннего анализа веб-систем для конкурсных мероприятий в дистанционном формате [6], была разработана программно-информационная система "Дистанционные олимпиады по информационным технологиям" (ДОИТ) (http://k91772q9.beget.tech). Данная система предназначена для комплексного информационно-аналитического обеспечения процессов проведения дистанционных конкурсных мероприятий с использованием мультимедийного конкурсного контента, таких как:

- хранение информации об организации, участниках, проводимых мероприятиях, акциях;

- информирование посетителей сайта о предстоящих мероприятиях посредством новостной ленты или личного оповещения зарегистрированных пользователей;

- регистрация на олимпиадах;

- организация выставки работ участников;

- проведение голосования по представленным работам среди зарегистрированных участников либо членами жюри.

Основными целями создания ИС "Дистанционные олимпиады по информационным технологиям" были:

- увеличение охвата потенциальных участников мероприятий;

- снижение трудозатрат по проведению олимпиад и конкурсов с использованием мультимедийного контента в дистанционном формате;

- повышение качества предоставляемых услуг зарегистрированным пользователям;

- снижение трудозатрат при просмотре и оценке конкурсных работ как участниками, так и членами жюри за счет автоматизации процессов конкурсного мероприятия.

При подборе заданий для комплексной олимпиады "Роботландия" и олимпиады по истории развития инженерного дела "ЛогоТехно" перед составителями ставились следующие задачи: сформировать инженерное мышление посредством решения задач; сформировать понимание необходимости изучения фундаментальных дисциплин для развития инженерного мышления; сформировать видение взаимосвязей фундаментальных дисциплин; развить исследовательские качества с интегрированием знаний из разных дисциплин.

Задания для олимпиад отбирались по следующим критериям: по уровню сложности; по тематике, по соответствию школьным программам; по структуре заданий (близкие к ЕГЭ); по учету времени школьника.

При составлении заданий для комплексной олимпиады "Роботландия" разрабатывались задачи, направленные на формирование основных компонентов инженерного мышления [7].

Структура заданий по комплексной олимпиаде "Роботландия":

1. Исследовательская задача. Цель - формирование навыков теоретического исследования. За основу берется стандартная по решению задача и формулируется в новой ситуации. Предлагается провести анализ на предельные или частные случаи.

2. Задача с техническим содержанием знакомит учащихся с законами и явлениями, лежащими в основе развития современной техники, со свойствами материалов, применяемых в производстве.

3. Конструктивная (экспериментальная) задача. Обязательным условием решения такого вида задач является возможность самостоятельно в домашних условиях провести эксперимент, описать этапы проведения эксперимента, перечислить используемые приборы, сделать вывод, сфотографировать этапы работы. На основе типовых школьных задач проверяется возможность проверки теоретических расчетов на практике.

4. Задача с экономическим содержанием. Цель - ознакомить с некоторыми важнейшими технико-экономическими задачами, решаемыми в настоящее время. Привести сравнительный анализ старого и нового оборудования, используя таблицы, диаграммы.

Проведённые мероприятия направлены решать следующие задачи: воспитание интереса к инженерному делу; улучшение качества школьного и среднего профессионального образования; мотивирование на более глубокое изучение отдельных предметов.

Таблица участников мероприятий ВПИ (филиал) ВолгГТУ со школьниками

Литература

1. Рахманкулова Г.А. Формирование инженерного мышления студентов через исследовательскую деятельность / Г.А. Рахманкулова, С.Ю. Кузьмин, Д.А. Мустафина, И.В. Ребро. - [Б. м.] : Издательские решения [по лицензии Ridero], 2015. -113 с.

2. Ребро И.В. Влияние организации учебной деятельности на формирование конкурентоспособности специалиста / И.В. Ребро, Д.А. Мустафина // Качество. Инновации. Образование. - 2010. - № 8. - С. 13-18.

3. Мустафина ДА Формирование конкурентоспособности будущих инженеров-программистов / Д.А. Мустафина. - Saarbrьcken (Germany) : LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, 2011. - 147 с.

4. Белоконь ТА. Олимпиадное движение - путь к становлению инженера // Инновационные технологии в технике и образовании: VII Междунар. науч.-практ. конф. / отв. ред. М.И. Мелихова. - 2015. - С. 22-27.

5. Акишин БА, Черкесова Л.В., Коленникова Н.В., Никишина Т.Г. Профессионально-ориентационное тестирование абитуриентов и студентов инженерных специальностей // Инновационные технологии в науке и образовании. - 2016. - № 1-1 (5). - С. 93-98.

6. Абрамова О.Ф. Анализ методов организации и проведения внеучебных конкурсных мероприятий в дистанционном формате / О.Ф. Абрамова, А.Ю. Александрина // Открытое и дистанционное образование. - 2017. - № 2 (66). - C. 14-25.

7. Александрина А.Ю. Разработка специализированных программных продуктов как форма научно-исследовательской работы студентов направления "Химическая технология" / А.Ю. Александрина, В.Ф. Каблов, О.Ф. Абрамова // Вестник Российского ун-та дружбы народов. Сер.: Информатизация образования. - 2015. - № 4. - C. 59-66.

REFERENCES

1. Rahmankulova G.A. Formirovanie inzhenernogo myshleniya studentov cherez issledovatel'skuyu deyatel'nost' /

G.A. Rahmankulova, S.YU. Kuz'min, D.A. Mustafina, I.V. Rebro. - [B. m.] : Izdatel'skie resheniya [po licenzii Ridero], 2015. -113 s.

2. Rebro I.V. Vliyanie organizacii uchebnoj deyatel'nosti na formirovanie konkurentosposobnosti specialista / I.V. Rebro, D.A. Mustafina // Kachestvo. Innovacii. Obrazovanie. - 2010. - № 8. - S. 13-18.

3. Mustafina DA. Formirovanie konkurentosposobnosti budushchih inzhenerov-programmistov / D.A. Mustafina. - Saarbrucken (Germany) : LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, 2011. - 147 s.

4. Belokon' TA. Olimpiadnoe dvizhenie - put' k stanovleniyu inzhenera // Innovacionnye tekhnologii v tekhnike i obrazovanii: VII Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. / otv. red. M.I. Melihova. - 2015. - S. 22-27.

5. Akishin BA, CHerkesova L.V., Kolennikova N.V., Nikishina T.G. Professional'no-orientacionnoe testirovanie abiturientov i studentov inzhenernyh special'nostej // Innovacionnye tekhnologii v nauke i obrazovanii. - 2016. - № 1-1 (5). - S. 93-98.

6. Abramova O.F. Analiz metodov organizacii i provedeniya vneuchebnyh konkursnyh meropriyatij v distancionnom formate / O.F. Abramova, A.YU. Aleksandrina // Otkrytoe i distancionnoe obrazovanie. - 2017. - № 2 (66). - S. 14-25.

7. Aleksandrina A. Yu. Razrabotka specializirovannyh programmnyh produktov kak forma nauchno-issledovatel'skoj raboty studentov napravleniya "Himicheskaya tekhnologiya" / A. Yu. Aleksandrina, V.F. Kablov, O.F. Abramova // Vestnik Rossijskogo un-ta druzhby narodov. Ser.: Informatizaciya obrazovaniya. - 2015. - № 4. - S. 59-66.

Размещено на Allbest.ru