У низці шкіл Новосибірської області вже два роки працюють інженерні класи. Дізнатися про те, як відбувається впровадження проекту та чим відрізняється інженерна освітавід звичайного, ми вирішили у «Центрі розвитку творчості дітей та юнацтва» Новосибірської області.
Чи потрібні нам інженери?
Такі класи сьогодні потрібні, - каже методист центру, викладач робототехніки Сергій ЯКУШКІН. - Усі ми спостерігаємо не кращу ситуаціюна виробництві, настав час її переламати. І зробити це мають нові інженери. Зараз необхідні люди з новим баченням проблеми, знайомі із сучасним обладнанням, передовими технологіями, і наше завдання – підготувати їх.
У нашій області нема нафти, газу. Основний наш потенціал - інтелектуальний, - доповнює колегу Катерина ДЬОМІНА, керівник відділу психолого-педагогічного супроводу розвитку інтелектуальної обдарованості «Центру розвитку творчості дітей та юнацтва». - Зараз фахівцям, які володіють хорошими інженерними навичками, та можуть якісно виконувати високотехнологічну роботу у цьому напрямі, по 50-60 років. Це передпенсійний та пенсійний вік. Молоді з-поміж них немає. А запит у промисловості, інноваційного, наукомісткого бізнесу на таких фахівців існує.
” Підготовку нових інженерів, на думку педагогів, треба розпочинати не у вузі, а у школі. Однак випускники шкіл сьогодні не готові ефективно навчатись технічним спеціальностям.
Якщо подивитися сьогоднішню статистику з ЄДІ, то рівень двійки з математики – 20 балів. А мінімальний прохідний бал з математики до технічних ВНЗ - 36. Різниця всього в 16 балів, і абітурієнт вступає до ВНЗ! – пояснює ситуацію Сергій Якушкін. - Підготовка тих, хто йде до технічних вишів, вкрай низька. Які інженери будуть випущені за такого рівня підготовки школярів?
” – Наша мета – виростити інженерну еліту, відродити той сильний інженерний корпус, який ми розгубили у пострадянський час, але вже на сучасному рівні.
Для вирішення цього завдання застосовуються як нові програми, а й нові методи навчання.
Сьогодні ми співпрацюємо з Новосибірським державним архітектурно-будівельним університетом (НДАСУ), Новосибірським держуніверситетом (НГУ) та технічним університетом (НДТУ). Основний принцип нашої роботи – спільне навчання школярів та студентів, коли студенти стають наставниками школярів під наглядом куратора із вишу. Це дуже ефективно, коли наставник не сильно відрізняється за віком від того, хто навчається.
” Слід сказати, що у Новосибірську і раніше працювали такі заклади освіти, як Інженерно-технічний ліцей при НДТУ, Аерокосмічний ліцей та інші. Але проект створення інженерних класів став ноу-хау Новосибірська, а при його розробці використали також досвід навчання дітей у фізико-математичній школі при НГУ. Самі освітні установи виявились дуже зацікавленими в нововведенні.
Коли відкривався проект, було вирішено набрати 10 спецкласів, але у відбірному конкурсі побажало брати участь 26 загальноосвітніх установ, і тому класів набрали 15, – згадує завідувач відділу супроводу спецкласів «Центру розвитку творчості дітей та юнацтва» Новосибірської області Юлія КЛЯЙН. - Крім Новосибірська інженерні класи були створені у Бердську та Карасуку. У 2014 році вони відкрилися ще у двох районах області – Купинському та Маслянинському. На сьогоднішній день таких класів 35, оскільки наше завдання - зробити доступною інженерну освіту для всіх обдарованих дітей, цей проект пішов в область.
Як виховати інженера
Як пояснила Катерина Дьоміна, принципово важливий момент навчання у нових класах – це прищеплення практичних навичок роботи з обладнанням. В інженерні класи набираються технічно обдаровані діти, які вивчають не лише теорію – математику, фізику, а й інженерну графіку, 3D-конструювання, моделювання, робототехніку.
Але сьогодні досі доводиться стикатися з нестачею сучасного обладнання, воно у більшості шкіл, особливо сільських, перебуває на рівні 50-60 років, - визнає Катерина. - Це верстати, якими користувалися наші батьки, якщо не дідусі та бабусі. Тому необхідно уникати старого обладнання, і впроваджувати нове - з ЧПУ (числовим програмним управлінням).
” Однак технічне забезпеченняосвітнього процесу – не єдина проблема, що стоїть перед організаторами інженерних класів. Концепція навчання також перебуває у стадії формування.
На думку Катерини Деміної, однаково добре володіння теорією, і практикою - принципово важливий момент:
В інженерних класах є ризик заміни розвитку інженерного мислення простим рішенням олімпіадних завдань. А перед нами стоїть завдання підготовки спеціалістів нового покоління.
З іншого боку, якщо ми витіснятимемо інтелектуальну підготовку технологічної, - розмірковує Сергій Якушкін, - то ми зведемо це до рівня ПТУ. І тоді на виході ми отримаємо, можливо, хорошого робітника, але не інженера. Тому, звичайно ж, інженерний клас складніший, ніж просто математичний чи фізичний: у ньому високим має бути рівень підготовки з фундаментальних предметів, на додаток до технологічної підготовки.
Робототехніка – перший крок в інжиніринг
Поки як предмет, що поєднує в собі і теоретичну, і практичну складову, інженерні класи використовують робототехніку. Щоб розпочати навчання за цим напрямком, школі достатньо придбати невеликі та недорогі настільні верстати.
” Для масштабніших завдань створюються центри колективного користування з більш дорогим обладнанням, наприклад, Дитячий технопарк та ЦМІТ (Центр молодіжної інноваційної творчості), розташований в Академпарку.
Ці центри оснащені абсолютно новими верстатами та приладами, такими як 3D принтери, що дозволяють зробити будь-яку деталь, – пояснює Сергій Якушкін. - Одній школі закупити їх не під силу, тож організуються загальні заняття. До нас приїжджають діти з Кольцово, новосибірського ліцею №22 «Надія Сибіру».
Якщо говорити про методику викладання робототехніки, – продовжує Сергій, – то ми, звичайно, використовуємо світовий досвід. Але ми дуже сильно змінили західні методики, тому можна вважати, що зараз у Росії існує власна школа робототехніки, і це одна із складових інтелектуального потенціалу Академмістечка. Науковці з інститутів СО РАН, можливо, і не інженери за великим рахунком, але набувають дуже серйозних інженерних навичок. І це використовується в інженерних класах нової загальноосвітньої школи.
Стати інженером. Коли?
В інженерних класах діти навчаються з 12 років, хоча, на думку Сергія Якушкіна, оптимально було б починати навчання підлітків років з 14, тобто з 7 класу, коли у хлопців вже існує усвідомлена мотивація своєї майбутньої професії. А ось до робототехніки діти тягнуться, як тільки починають грати в Лего, тож вивчають її у вигляді гри з першого класу.
Після 5 класу, – каже Сергій Якушкін, – ми даємо усвідомлені завдання. Дитина має зробити саме робота. Гра є, але вона відступає на задній план. Для старших завдання ще більше ускладнюється. А найстарші займаються вже дуже складним програмуванням андроїдів, людиноподібних роботів. Вони вчать бачити, розпізнавати об'єкти, читати тексти, спілкуватися.
” - У літній природничо школі «Лабораторія Z», яка збирає обдарованих дітей з усієї області, цього року шістьма школярами 6-8 класів було розроблено екзоскелет «роборука». Перед ними було поставлено технічне завдання, і діти самі вигадали, як здійснити розробку такого робота. Протягом сезону вони під керівництвом завідувача лабораторії та його асистентів створювали модель, яка змогла повністю повторити рухи руки людини.
За словами Юлії Кляйн, майже 86% випускників спецкласів планують продовжити навчання за обраним профілем, а отже - йдуть за своєю мрією. Перший випуск двох інженерних класів, набір у які проходив у 2013-му та нинішньому році, відбудеться навесні 2015-го.
Фото надане «Центром розвитку творчості дітей та юнацтва» НСО
Копосов Денис Геннадійович,МБОУ ОГ №24 міста Архангельська, вчитель інформатики,
[email protected], www.koposov.info
ПОЧАТКУ ІНЖЕНЕРНОЇ ОСВІТИ У ШКОЛІ
BEGINNING OF ENGINEERING EDUCATION IN SCHOOLS
Анотація.
У статті наведено досвід організації та проведення у школі інженерно-орієнтованих елективних та факультативних курсів з інформатики. Обговорюються питання підвищення навчальної мотивації, професійної орієнтації учнів.
Ключові слова:
Навчання інформатики, елективні курси, робототехніка у школі, мікроелектроніка у школі, навчальні лабораторії, інформатизація.
Abstract.
Ця стаття описує практику організації та ведення персоналу-орієнтованого енергетичного та опційного курсів на Informatics in school. Відповіді, що спричиняють освіту, мотиваційний розвиток і vocational orientation of pupils.
Key words:
Education, K-12, STEM, robotics, microelectronics, school laboratories, informatization.
На сьогоднішній день у Російської Федераціїспостерігається інженерна криза - брак інженерних кадрів та відсутність молодого покоління інженерів, що може стати фактором, який загальмує економічне зростання країни. Це відзначають ректори найбільших технічних університетів, це питання регулярно порушується на урядовому рівні. «Сьогодні в країні існує явна нестача інженерно-технічних працівників, робочих кадрів та насамперед робочих кадрів, які відповідають сьогоднішньому рівню розвитку нашого суспільства. Якщо нещодавно ми ще говорили про те, що перебуваємо в період виживання Росії, то зараз ми виходимо на міжнародну арену і маємо надавати конкурентну продукцію, впроваджувати передові інноваційні технології, нанотехнології, а для цього потрібні відповідні кадри. А їх на сьогодні у нас, на жаль, немає» (Путін В.В.).
Що зазвичай пропонується для зміни ситуації? Окрім підвищення статусу професії та підвищення заробітної плати інженерам, вся «різноманітність» пропозицій зводиться до двох напрямків: посилити відбір абітурієнтів та організувати або в школі, або при вузі передуніверситетську додаткову підготовку випускників:
«Потрібні інші, конструктивні підходи щодо забезпечення припливу добре підготовлених абітурієнтів, орієнтованих на вступ до технічних вишів. Одним із таких підходів є широкий розвиток олімпіад школярів… Інший шлях формування контингенту вступників - цільовий прийом… Треба звернути найсерйознішу увагу на політехнічну освіту школярів, відновити необхідні обсяги технологічної підготовки учнів у середній загальноосвітній школі, що було порівняно недавно, розвивати гуртки та будинки дитячої технічної творчості» (Федоров І.Б.);
«Частину 10-х, 11-х класів зробити «передуніверсарієм». Там, окрім шкільних вчителів, мають працювати викладачі вишів. Якщо ми, таким чином, частину фундаментальних дисциплін перенесемо до школи, чотирьох років програми в університеті буде достатньо, щоб підготувати не «недоробленого» інженера, а бакалавра, здатного обійняти інженерну посаду» (Похолков Ю.П.).
Другий підхід передбачає перенести частину навчального матеріалу до середньої школи – на перший погляд чудову пропозицію «згори», проте викликає обурення вчителів. Наразі спостерігається розрив між середньою та вищою освітою, і ні той, ні інший бік назустріч один одному не поспішають: курси підвищення кваліфікації вчителі можуть проходити лише в інститутах підвищення кваліфікації (інші схеми просто не працюють). Необхідно чітко усвідомлювати, який відсоток учнів у звичайній школі готові слухати лекції викладачів університетів, і розуміти, як і натомість університетських професорів і доцентів виглядатимуть шкільні вчителі (і навпаки). Схема ця більш-менш реалізована лише у міських ліцеях, можливостей яких знову ж таки не вистачить на задоволення потреб і вузів, і країни у підготовлених абітурієнтах. Замкнене коло, яке формує і панічні настрої, і небажання щось змінювати, або просто «призначити» винного («у школі погано вчать» - найпопулярніше переконання працівників вищої школи). «Сама система освіти повсюдно почала деградувати. У цьому плані найстаріший і найпотужніший освітній інститут- сім'я - з її здатністю до цілісної освіти та передачі «неформального знання» набуває виняткового значення. Відповідно, і інженерний тренінг у вузі, у малій фірмі, у формах додаткової освітинабуває цілісного особистісного характеру» (Саприкін Д.Л.) . «На мою думку, виявляти здібності до точних наук спеціально не треба. Треба розвивати гуртки, факультативи, курси на вибір, предметні олімпіади - цього буде достатньо. Можна додати профорієнтацію. Для розвитку здібностей як до точних, так і гуманітарних наук необхідно працювати за принципом: вивчати в міру психологічної готовності до сприйняття» (Крилов Є.В.).
Саме в такій соціальній обстановці у 2010 році ми почали реалізовувати проект зі створення доступного освітнього середовища, що дозволяє вивести вивчення інформатики на якісно інший рівень, у рамках якого ми створили у нашій школі з 2012 року – гімназії) лабораторії інженерної спрямованості (робототехніка та мікроелектроніка) та використовуємо їх у рамках моделі безперервного інформаційної освіти.
Коли ми розпочинали розвиток цього напряму, то з'ясувалося, що в РФ немає можливості спертися на чийсь досвід, який зазвичай представлений заняттями з невеликою групою захоплених учнів (3-5 осіб), тобто. немає роботи та досліджень у рамках безпосередньо навчального процесу, немає якоїсь інтеграції та спадкоємності інженерних курсів і, звичайно, практично немає навчальних матеріалів для звичайних загальноосвітніх шкіл. Тому, вибираючи основний вектор розвитку лабораторій, ми звернулися до міжнародної аналітики та прогнозів.
У 2009 році New Media Consortium - Міжнародний консорціум, що об'єднує понад 250 коледжів, університетів, музеїв, корпорацій та інших, орієнтованих на навчання організацій, з дослідження та використання нових засобів масової інформації та нових технологій спрогнозував до 2013–2014 років широке використання для навчання смарт-об'єктів, у тому числі мікроконтролерів Arduino - платформи з відкритим вихідним кодом для проектування електронних пристроїв, що дозволяють учням керувати взаємодією цих пристроїв із навколишнім фізичним середовищем.
Варто особливо звернути увагу на повну назву нашої школи: муніципальний бюджетний навчальний заклад муніципальної освіти «Місто Архангельськ» «Середня загальноосвітня школа №24 з поглибленим вивченням предметів художньо-естетичного спрямування» (з червня 2012 року – «Загальноосвітня гімназія №24»); shkola24.su), це важливо, тому що в непрофільній школі на перше місце виходять ефективність освітніх технологій та мотивація учнів.
У 2010 році Національний науковий фонд США (спільно з The Computing Research Association та The Computing Community Consortium) опублікував аналітичний звіт, в якому детально описано, які освітні технології будуть максимально ефективні та затребувані до 2030 року:
User Modeling- моніторинг та моделювання професійних якостей та навчальних досягнень учнів;
Mobile Tool s - перетворення мобільних пристроїв на освітній інструмент;
Networking Tools- Використання мережевих освітніх технологій;
Serious Games- Ігри, що розвивають концептуальні компетенції;
Intelligent Environments- Створення інтелектуальних освітніх середовищ;
Educational Data Mining- освітні середовища інтелектуального аналізу даних;
Rich Interfaces- багаті інтерфейси взаємодії із фізичним світом.
Першим завданням, яке нам потрібно було вирішити - це створення освітнього середовища, що відображатиме всі тенденції та напрямки розвитку зазначених освітніх технологій - лабораторій інженерної спрямованості.
За 2010–2012 роки без державного фінансування нами створено та використовуються в навчальному процесі інженерні лабораторії за такими напрямками:
робототехніка LEGO (15 навчальних місць на базі освітнього конструктора LEGO MINDSTORMS NXT);
програмування мікроконтролерів (15 навчальних місць на базі мікроконтролерів ChipKIT UNO32 Prototyping Platform, ChipKIT Basic I/O Shield);
проектування цифрових пристроїв (15 навчальних місць на базі платформи Arduino та різноманітних електронних компонентів);
збір даних та вимірювальні системи (15 навчальних місць на базі студентського мобільного лабораторного комплексу National Instruments myDAQ та програмного забезпечення NI LabVIEW);
датчики та обробка сигналів (15 навчальних місць на основі комплектів із 30 різних сенсорів, сумісних з Arduino, ChipKIT та NI myDAQ);
мобільна робототехніка (15 навчальних DIY 2WD роботів на платформі Arduino).
Друге завдання - використання можливостей лабораторій у навчальному процесі, зокрема під час навчання інформатики та ІКТ. В даний час це обладнання використовується на уроках, елективних та факультативних курсах, елективних навчальних предметах з інформатики та ІКТ.
У зазначених вище лабораторіях, практично кожному занятті учні зіштовхуються з ситуацією, коли подальша технічна діяльність, винахідництво стають неможливими без наукової основи. На заняттях учні вперше у житті отримують реальні навички організації роботи; приймають рішення; здійснюють простий технічний контроль, будують математичний опис; проводять комп'ютерне моделювання та розробку методів управління, здійснюють розробку підсистем та пристроїв; елементи конструкцій; аналізують інформацію із датчиків; намагаються побудувати багатокомпонентні системи, здійснюють налагодження, проводять випробування, модернізацію та перепрограмування пристроїв та систем; підтримують їх у працездатному стані - все це найважливіший фундамент для майбутньої науково-дослідної, проектно-конструкторської, організаційно-управлінської та експлуатаційної професійної діяльності. Це вже не просто профорієнтація, це пропаганда науки найсучаснішими освітніми технологіями.
Вчителі інформатики при цьому є основними рушійною силою, тому в системі підготовки (і підвищення кваліфікації) вчителів інформатики необхідно враховувати освітні можливості лабораторій з робототехніки та мікроелектроніки та включати відповідні дисципліни до програм підготовки. На базі школи проходять навчання майбутні вчителі – студенти Інституту математики та комп'ютерних наук САФУ імені М.В. Ломоносова (напрямок «Фізико-математичне освіту»), проводяться заняття й у педагогів.
Після кількох занять із вчителями інформатики Архангельської області було відзначено досить важливий факт - неготовність вчителів застосовувати побачений досвід. Проведене анкетування виявило причини цього-багато вчителів або не зацікавлені в розвитку інженерної складової, або вважають, що ця область не є їх сильною стороною.З цієї причини ми стали регулярно проводити експансивні консультації, семінари-практикуми, майстер-класи для вчителів, метою представлення нашого досвіду всій педагогічній спільноті, проведені вебінари на Освітній галактиці Intel (записи доступні для перегляду).
Яких результатів ми досягли за 2 роки, крім безпосередньо створення самого освітнього середовища? По-перше, варто зазначити, що серед випускників школи у 2011 році 60% обрали подальше навчання у вищих. навчальних закладахсаме з інженерних спеціальностей (тобто після закінчення навчання отримають диплом інженера).
По-друге, ми розпочали підготовку до видання навчальних посібників. У травні 2012 року видавництво «БІНОМ Лабораторія знань» випустило навчально-методичний комплект з інформатики та ІКТ «Перший крок у робототехніку»: практикум та робочий зошитз робототехніки для учнів 5-6 класів (автор: Копосов Д.Г.). Мета практикуму – дати школярам сучасне уявленняпро прикладну науку, що займається розробкою автоматизованих технічних систем - робототехніку. Практикум містить опис актуальних соціальних, наукових та технічних завданьі проблем, вирішення яких ще належить знайти майбутнім поколінням. Це дозволяє учням відчути себе дослідниками, конструкторами та винахідниками технічних пристроїв. Посібник можна використовувати як занять у класі, так самостійної підготовки. Навчальні заняттяз використанням даного практикуму сприяють розвитку конструкторських, інженерних та загальнонаукових навичок, допомагають по-іншому подивитися на питання, пов'язані з вивченням природничих наук, інформаційних технологій та математики, забезпечують залучення учнів до науково-технічної творчості. Робочий зошит є невід'ємною складовою практикуму. Навчальні заняття з робототехніки сприяють розвитку конструкторських, інженерних та загальнонаукових навичок, допомагають по-іншому подивитися на питання, пов'язані з вивченням природничих наук, інформаційних технологій та математики, забезпечують залучення учнів до науково-технічної творчості. Робота з зошитом дозволяє більш продуктивно використовувати відведений на інформатику та ІКТ час, а також дає дитині можливість для контролю та осмислення своєї діяльності та її результатів. Робочий зошит допомагає у виконанні практичних, творчих та дослідницьких робіт.
По-третє, створено та апробовано навчальну програму додаткової освіти учнів 9–11 класів «Основи мікропроцесорних систем управлінь», ядро якої – моделювання автоматичних систем управління на основі мікропроцесорів, як сучасний, наочний та передовий напрямок у науці та техніці, з одночасним розглядом базових , теоретичні положення. Такий підхід передбачає свідоме та творче засвоєння матеріалу, а також його продуктивне використання у дослідно-конструкторській діяльності.
У процесі теоретичного навчання школярі знайомляться з фізичними основами електроніки та мікроелектроніки, історією та перспективами розвитку цих напрямів. Програма передбачає проведення практикуму, що складається з лабораторно-практичних, дослідницьких робіт та прикладного програмування. У ході спеціальних завдань школярі набувають загальнотрудових, спеціальних та професійних компетенцій щодо використання електронних компонентів у мікропроцесорних автоматизованих системах управління, що закріплюються в процесі розробки проектів. Зміст програми реалізується у взаємозв'язку з фізикою, математикою, інформатикою та технологією, що відповідає сучасним тенденціям STEM-освіти (Science, Technology, Engineering, Math). Програма розрахована на 68 навчальних годин та може бути адаптована для проведення 17 годинних або 34 годинних курсів. Ця програма другий рік реалізується в МБОУ ОГ №24 міста Архангельська на факультативних заняттях для учнів 9-х та 10-х класів.
Повинне виникати питання: чим зумовлено таку кількість навчальних лабораторій? Створивши першу лабораторію, ми, разом із педагогом-психологом, досліджували динаміку навчальної мотивації школярів. Використовувані методи: спостереження, розмови з батьками та педагогами, шкалювання, використовувалася також методика Т.Д. Дубовицькій. Мета методики – виявити спрямованість та визначити рівень розвитку внутрішньої навчальної мотивації учнів при вивченні ними конкретних предметів (у нашому випадку – інформатика та робототехніка). В основі методики - тест-опитувальник з 20 суджень та запропонованих варіантів відповіді. Обробка здійснюється відповідно до ключа. Методика може використовуватися в роботі з усіма категоріями учнів, здатними до самоаналізу та самозвіту, починаючи приблизно з 12-річного віку. Отримані результати, з одного боку, дозволяють впевнено говорити про підвищення рівня навчальної мотивації практично у кожного школяра, з іншого - через рік рівень мотивації став знижуватися та прагнути того рівня, який був до занять у лабораторії робототехніки (на базі LEGO MINDSTORMS NXT). Саме цим фактом зумовлений подальший кількісний розвиток навчальних лабораторій. Навчальна мотивація - це основний чинник у непрофільній школі, що впливає успішність учня. Дослідження змін навчальної мотивації ми продовжимо і надалі.
Друге питання, яке часто ставлять педагоги: як можуть бути пов'язані мікроелектроніка, робототехніка та інженерна освіта загалом із специфікою нашої школи – поглибленим вивченням предметів художньо-естетичного спрямування? По-перше, справа в тому, що платформа Arduino, на якій базується більшість лабораторій, спочатку розроблялася для навчання дизайнерів і художників (людей з невеликим технічним досвідом). Навіть без досвіду програмування учні через 10 хвилин ознайомлення вже починають розбиратися в коді, змінювати його, проводити спостереження, невеликі дослідження. При цьому на кожному уроці може бути створений прототип будь-якого пристрою, що реально працює (маяк, світлофор, нічник, гірлянда, прототип системи вуличного освітлення, електричний дзвінок, доводчик дверей, термометр, побутовий вимірювач шуму і т.д.), а учні підвищують рівень своєї технологічної самоефективності. По-друге, що означає бути інженером, чудово сформулював Петро Леонідович Капіца: «На мою думку, добрих інженерів мало. Хороший інженер має складатися із чотирьох частин: на 25% - бути теоретиком; на 25% - художником (машину не можна проектувати, її треба малювати - мене так вчили, і я теж так вважаю); на 25% – експериментатором, тобто. дослідити свою машину; і на 25% він має бути винахідником. Ось так має бути складений інженер. Це дуже брутально, можуть бути варіації. Але всі ці елементи мають бути» .
Окремо хочеться наголосити, що існуючі освітні програми з інформатики дозволяють використовувати робототехніку, мікроелектроніку (та інженерні складові) як методичний інструмент вчителя, без необхідності зміни робочої програмипедагога. Це дуже важливо, особливо при старті таких проектів у школах, коли страх неминучості оформлення величезної кількості паперів може зупинити будь-якого педагога.
Останнім часом надзвичайною популярністю користуються цифрові освітні ресурси. Статистика завантажень з сайтів fcior. edu. ru і school-collection. edu. ru це підтверджує. Регіональні та муніципальні департаменти освіти проводять величезну кількість конкурсів та семінарів з використання ЦОР у школі. Протягом останніх 5–6 років багато університетів ефективно використовують програмне середовище LabVIEW компанії National Instruments у науково-дослідній та навчальної роботи. Розробляються та вводяться у навчальний процес віртуальні лабораторні та практикуми з природничо-наукових дисциплін. Аналізуючи автореферати кандидатських та докторських дисертацій у 2009–2011 роках, варто відзначити велика кількістьробіт, у яких використовується програмне забезпечення NI LabVIEW , включаючи спеціальність 13.00.02 (теорія та методика навчання та виховання). Дане програмне забезпечення встановлено у нашій школі. Таким чином, учні в рамках навчання інформатики матимуть змогу познайомитися з тим, як проектуються та розробляються такі лабораторні комплекси.
Хочеться відзначити і функцію, що розвиває вивчення робототехніки і мікроелектроніки в школі. Систематична робота з дрібними деталями у дітей та підлітків надає позитивний впливна розвиток моторики дрібних м'язів кистей рук, що у свою чергу стимулює розвиток основних функцій головного мозку, що позитивно впливає на увагу, спостережливість, пам'ять, уяву, мовлення та, звичайно, розвиває творче мислення.
Вузьким місцем багатьох досліджень та проектів часто стає неможливість швидкого масштабування. Накопичений нами досвід дозволив у найкоротший термін (30 днів) масштабувати проект у загальноосвітньому ліцеї №17 міста Сєвєродвінська, що наголошує на практичній значущості нашої роботи.
Дослідження технологічних компаній показують, що якщо ми не матимемо дітей, зацікавлених та захоплених інженерними напрямками вже у 7–9 класах, ймовірність того, що вони успішно підуть інженерною кар'єрою дуже низька. Вчителі інформатики, пропагуючи природничі науки, математику, інженерне мистецтво та технології за допомогою міждисциплінарних елективних та факультативних курсів, системи додаткової освіти, можуть ефективніше впливати на вибір учнями майбутньої професії. Використання в школах лабораторій інженерної спрямованості в моделі безперервної інформаційної освіти дозволить здійснювати ефективне наскрізне навчання (школа-додаткова освіта- ВНЗ ) за сучасними інформаційними та комунікаційними технологіями, забезпечуючи безперервність освітньої програми на різних ступенях освіти.
Література
Все просте - правда... Афоризми та роздуми П.Л. Капиці ... / Упоряд. П. Є. Рубінін. - М: Вид-во Моск. фіз.-тих. ін-та, 1994. – 152 с.
Дубовицька Т.Д. Методика діагностики спрямованості навчальної мотивації // Психологічна науката освіта. – 2002. №2. - C.42-45.
Кольцова М.М., Рузіна М.С. Дитина вчиться говорити. Пальчиковий ігротренінг - Єкатеринбург: У-Факторія, - 2006. - 224 с.
Копосов Д.Г. Основи мікропроцесорних систем управління – програма для учнів 9–11-х класів // Інформаційні технологіїв освіті: ресурси, досвід, тенденції розвитку: зб. мат. Міжнародної наук.-практ. конф. (30 листопада – 3 грудня 2011 р.). О 2 год. Ч. 2. / Редкол. Федосєєва І.В. та ін. - Архангельськ: Вид-во АТ ІППК РВ, 2011. - С.174-181.
Копосов Д.Г. Перший крок у робототехніку: практикум для 5-6 класів. М: БІНОМ. Лабораторія знань. – 2012. – 286 с.
Копосов Д.Г. Перший крок у робототехніку: робочий зошит для 5-6 класів. М: БІНОМ. Лабораторія знань. – 2012. – 60 с.
Копосова О.Ю. Моніторинг рівня навчальної мотивації учнів 5–7 класів щодо робототехніки // Інформаційні технології освіти: ресурси, досвід, тенденції розвитку: зб. матеріалів Всеросійської науково-практичної конференції (7–10 грудня 2010 р.). Частина I. / Редкол. Артюгіна Т.Ю. та ін. - Архангельськ: Вид-во АТ ІППК РВ, 2010. - С.230-233.
Крилов Є.В. Передчасний розвиток – шкода інтелекту?: [інтерв'ю] / Крилов Є.В., Крилов О.М. // Акредитація освіти. – 2010. – N 6 (41). Вересень. - С. 90-92
Похолков Ю.П. Без п'яти хвилин інженер. Політичний журнал. 17. 07.2006. С.8
Саприкін Д.Л. Інженерна освіта в Росії: історія, концепція та перспективи // Вища освітав Росії. – 2012. №1. - С. 125-137.
Федоров І.Б. Питання розвитку інженерної освіти // Альма матер (Вісник Вищої школи). – 2011. – № 5. – С. 6–11.
Хромов В.І., Капустін Ю.І., Кузнєцов В.М. Досвід застосування програмного середовища Labview в навчальних курсахз наукомістких технологій // Зб. праць Міжнародної науково-практичної конференції «Освітні, наукові та інженерні програми у середовищі LabVIEW та технології National Instruments». 17-18 листопада 2006 р., Москва, Росія: Вид-во Російського університетудружби народів, - 2006. - С. 36-38.
Johnson L., Levine A., Smith R., Smythe T. "2009 Horizon Report: K-12 Edition". Austin, Texas: The New Media Consortium. - 34 p.
Lovell E.M. A Soft Circuit Curriculum до Спосіб технологічної сфери захисту, Massachusetts Institute of Technology. - June 2011. - 70 p.
Woolf B.P. A roadmap для освіти технології. Amherst, MA: Global Resources for Online Education. 2010. – 80 p.
Копосов Д.Г. Освітні проектиу МБОУ ЗОШ №24. Авторський сайт вчителя інформатики МБОУ ОГ №24. [Електронний ресурс]. http://www.koposov.info.
Копосов Д.Г. Авторська програма "Основи мікропроцесорних систем управління" додаткової освіти учнів 9-11 класів. [Електронний ресурс]. http://shkola24.su/?page_id=1534.
Офіційний сайт "Освітньої галактики Intel", розділ "Вебінари". [Електронний ресурс]. http://edugalaxy.intel.ru/?act=webinars&CODE= recwebinars.
Путін В.В. Думки російських політиків щодо нестачі інженерних кадрів. 11.04.2011. // Державні вісті (GOSNEWS.ru). Інтернет-видання. [Електронний ресурс]. http://www.gosnews.ru/ business_and_authority/news/643.
ПОЧАТКУ ІНЖЕНЕРНОЇ ОСВІТИ У ШКОЛІ
THE BEGINNING OF ENGINEERING EDUCATION IN SCHOOLS
A.C. Читане, A.C. Грачов
A.S. Чиганов, A.S. Grachev
Технічне мислення, інженерія, фізика, математика, інформатика, технологія, освіта, дослідження, робототехніка, проект, модель, принцип мережі.
У статті обговорюється актуальність початкової підготовки інженерних кадрів на ранній стадії - в основній і старшій школі. Описано підходи до розвитку технічного мислення школярів, що дозволяють створити стійкий інтерес до інженерії у майбутніх студентів та випускників технічних вузів країни. Звертається увага на необхідність створення педагогічних умов розвитку інженерних здібностей у середній школі. Розглядається роль педагогічного вузу у підготовці вчительських кадрів на вирішення завдань інженерної підготовки школярів, спеціальної підготовки вчителя, здатного активно розвивати технічне мислення учнів.
Technical thinking, engineering, Physics, Mathematics, Computer Science, технології, освіта, дослідження, robotics, проект, model, network principle. Цей матеріал розписує, що йде про важливість основного тренування дослідників на earliest stage - в середньому і високому освіті. Праці пишуть те, що розвиваються для школярів" technical thinking allowing to motivate future students and graduates of technology universities of the country. role of colleges of education in teachers" вивчають питання проблем школярів" Engineering education and in a special teachers" вивчають, щоб вони могли розробити школярів" технічного мислення.
В даний час Росія відчуває гострий дефіцит інженерних кадрів високого рівня підготовки, які мають розвинене технічне мислення, здатні забезпечити підйом інноваційних високотехнологічних виробництв.
Актуальність у підготовці інженерних кадрів обговорюється як у рівні регіонів, і на федеральному рівні. На підтвердження цього наведемо цитату із виступу президента Росії В.В. Путіна «...Сьогодні в країні існує явна нестача інженерно-технічних працівників, і насамперед робочих кадрів, які відповідають сьогоднішньому рівню розвитку нашого суспільства. Якщо нещодавно ми говорили про те, що знаходимося в періоді виживання Росії, то зараз м! виходимо на міжнародну арену і маємо надавати конкурентну продукцію, впроваджувати передові інноваційні технології, нанотехнології, а для цього потрібні відповідні кадри. А їх на сьогоднішній день у нас, на жаль, немає...» [Путін, 2011].
У роботі будуть описані підходи до розвитку технічного мислення школярів, які дозволять створити стійкий інтерес до інженерії в сьогоднішніх школярів - завтрашніх студентів та випускників технічних вузів країни.
Ми плануємо визначити педагогічні умови розвитку технічного мислення школярів.
Бажаємо висловити щиру подяку ОК «РУСА/1» за фінансову та практичну підтримку проекту «Освітній Центр природничих наук ім. М.В. Ломоносова».
На наш погляд, пізно пробуджувати інтерес до техніки та винахідництва у молодої людини, яка закінчує старшу школу і готується до вступу до вузу. Необхідно створити педагогічні умови розвитку технічного мислення в середній школі, а за умови виконання певних дій, що розвивають, ще в більш ранньому віці. На нашу глибоке переконання, якщо підліток о 11-13
років не любить самостійно займатися з конструктором, не захоплений красивими та ефективними технічними конструкціями, для майбутньої інженерної підготовки його, швидше за все, вже втрачено.
Для розвитку технічного мислення школяра в 8-11 класах необхідна активна позиція вчителя фізики, математики, інформатики чи технології, і це можна назвати першою педагогічною умовою, тому що від цього безпосередньо залежатиме розвиток інженерних здібностей і зрештою усвідомлений вибір напряму професійної діяльності юнака чи дівчини. У той самий час активна позиція вчителя неспроможна виникнути як така, необхідно планомірний і усвідомлений розвиток та навчання майбутнього чи вже працюючого педагога, спрямоване освоєння педагогічних технологій, що дозволяє підготувати інженера. Загалом, як театр починається з вішалки, так і інженерна освіта має починатися з підготовки шкільного вчителядо діяльності у цьому напрямі. Саме тому педагогічний вуз є першим ступенем у підготовці вчителя, який вміє розвивати та підтримувати мотивацію до технічної творчості школярів.
Вважаємо за необхідне відзначити, що ця проблема з'явилася не вчора. Починаючи з XVIII століття Російській державі існувала особлива турбота про виховання інженерної еліти, так звана «Російська система інженерної освіти».
Як слушно зазначає В.А. Рубанов, «до революції США якось пронісся неймовірно сильний ураган. Знесло всі мости у штаті, окрім одного. Того, що був спроектований російським інженером. Щоправда, інженера на той час звільнили – за... невиправдано високу надійність споруди – економічно фірмі це було невигідно» [Рубанов, 2012, с. 1].
Є суттєві відмінності інженерної підготовки до революції від сучасного стану, пише у своїй роботі дослідник: «Російська система базувалася на кількох про-
стих, але надзвичайно важливих принципах. Перший – фундаментальна освіта як основа інженерних знань. Другий – поєднання освіти з навчанням інженерної справи. Третій - практичне застосуваннязнань та інженерних навичок у вирішенні актуальних завдань суспільства. Це показує різницю між освітою та навчанням, між знаннями та навичками. Так ось сьогодні ми повсюдно і натхненно намагаємося навчати навичок без належної базової освіти» [Там само].
І ще: «...Без фундаментальних знань у людини буде набір компетенцій, а не комплекс розуміння, способів мислення та навичок того, що називається високою інженерною культурою. Технічними новинками потрібно опановувати "тут і зараз". А освіта – щось інше. Здається, Данило Гранін має точну формулу: "Освіта - це те, що залишається, коли все вивчене забуто"» [Там же, с. 3].
На підставі вищевикладеного резюмуємо, що характерна особливість підготовки інженера полягає в міцному природничо, математичному та світоглядному фундаменті знань, широті міждисциплінарних системно-інтегративних знань про природу, суспільство, мислення, а також високому рівнізагальнопрофесійних та спеціально-професійних знань. Ці знання забезпечують діяльність у проблемних ситуаціях та дозволяють вирішити завдання підготовки фахівців підвищеного творчого потенціалу. Крім цього, дуже важливим є оволодіння майбутнім інженером прийомами проектно-дослідницької діяльності.
Проектно-дослідницька діяльність характеризується тим, що з розробки проекту діяльність групи обов'язково вводяться елементи дослідження. Це означає, що за «слідами», непрямими ознаками, зібраними фактами необхідно відновити закон, порядок речей, встановлений природою чи суспільством [Леонтович, 2003]. Така діяльність розвиває спостережливість, уважність, аналітичні навички, що є складовою інженерного мислення.
Ефективність застосування проектної діяльності у розвиток технічного мислення підтверджується формуванням особливих особистісних якостейшколярів, що беруть участь у проекті. Ці якості неможливо знайти освоєні вербально, вони розвиваються лише у процесі цілеспрямованої діяльності які у процесі виконання проекта. За виконання невеликих локальних проектів основним завданням чинної групи є отримання закінченого продукту їх спільної діяльності. При цьому відбувається розвиток таких важливих для майбутнього інженера якостей, як уміння працювати в колективі, розділяти відповідальність за прийняте рішення, аналізувати отриманий результат та оцінювати рівень досягнення поставленої мети. У процесі цієї командної діяльності кожен учасник проекту має навчитися підкоряти свій темперамент та характер інтересам спільної справи.
Спираючись на аналіз наукових джерел та все вищесказане, визначимо основні умови розвитку технічного мислення школярів, необхідні для подальшої інженерної підготовки:
Фундаментальна підготовка з фізики, математики та інформатики за спеціально розробленими програмами, що логічно пов'язані між собою та враховують технологічний ухил навчання цих дисциплін;
Системоутворюючим та інтегруючим усі основні дисципліни є предмет «Робототехніка»;
Активне використання у навчальному процесі другої половини дня для проектно-дослідницької та практичної діяльності учнів;
Наголос у навчанні робиться не так на обдарованих школярів, але в школярів, зацікавлених у розвитку технічного мислення (навчання залежить від ступеня мотивації, а чи не від попередніх навчальних успіхів);
Учні збираються в «інженерну групу» тільки на обов'язкових заняттях з фізики, математики та інформатики, перебуваючи решту часу у своїх постійних класах (група навчальна-
школярів не виділяється структурно в окремий клас зі своєї паралелі);
Навчання «інженерної групи» будується за мережевим принципом.
Зупинимося докладніше цих умовах.
Першою умовою ми виділяємо фундаментальну підготовку з основних базових дисциплін - фізики, математики, інформатики. Без ключових, фундаментальних знань з фізики та математики важко очікувати на подальший успішний рух у оволодінні школярами основ технічного мислення. Водночас фундаментальна підготовка для майбутніх фізиків та інженерів – дві великі різниці. У розвитку технічного мислення головна вимога від предмета фізика - це реальне уявлення про явища, що відбуваються під час технічної реалізації конкретного проекту. Достатня математична підготовка дозволяє зробити спочатку попередню оцінку необхідних умов, а надалі точний розрахунок умов реалізації майбутнього пристрою. Суворий доказ, властивий математичним дисциплінам, та глибинне теоретичне проникнення в суть фізичного явищане є життєвою необхідністю інженерної практики (найчастіше це може навіть шкодити прийняттю виваженого технічного рішення).
За словами В.Г. Горохова, «інженер повинен уміти щось таке, що не можна висловити одним словом "знає", він повинен мати ще й особливий тип мислення, що відрізняється і від буденного і від наукового» [Горохов, 1987].
Фундаментальна підготовка майбутніх інженерів досягається за рахунок розробки спеціальних програм з фізики, математики та інформатики, значною мірою інтегрованих між собою. Кількість навчальних годин збільшена порівняно із звичайною шкільною програмою (фізика – 5 годин замість 2, математика – 7 годин замість 5, інформатика – 3 години замість 1). Розширення програм відбувається значною мірою за рахунок застосування в навчанні практикумів, орієнтованих на вирішення прикладних та технічних завдань, а так-
ж виконання дослідних проектівв другій половині дня.
Предмет робототехніка є системотворчим та інтегруючим для всіх основних предметів навчання. Створення робота дозволяє злити в єдине ціле фізичні принципи конструкції, оцінити її реалізацію, провести розрахунок її дій, запрограмувати отримання певного закінченого результату.
На відміну від інших подібних шкіл, у яких основна та додаткова освіта не пов'язані у єдиний освітній процес, наші програми для своєї реалізації використовують можливості додаткової освіти у другій половині дня. У них винесено практикуми та проектно-дослідницьку діяльність школярів. У процесі цієї роботи учні виконують невеликі закінчені інженерні проекти, що дозволяють застосувати знання з усіх основних дисциплін. Ці проекти включають всі основні етапи реальної інженерної діяльності: винахідництво, конструювання, проектування та виготовлення реально працюючої моделі.
Ще однією умовою побудови інженерного навчання є орієнтація не на обдарованих, які мають високі результатишколярів, але в учнів, які цікавляться інженерією, можливо мають не дуже високі досягнення в базових предметах. У своїй освіті ми прагнемо розвинути навчальні здібності та технічне мислення школярів, які до цього моменту не проявили себе, за рахунок експлуатації їх високого інтересу до цієї галузі знань. На це спрямовані спеціальні освітні процедури, такі як: екскурсії до музеїв та підприємств, індивідуальні та групові турніри, відвідування університетських лабораторій та організація занять у них. З цією метою в Інституті математики, фізики, інформатики КДПУ ім. В.П. Астаф'єва створено спеціальну лабораторію робототехніки, розраховану на проведення занять зі школярами та студентами.
На даний момент у значній кількості шкіл існують профільні фізико-математичні класи, і можна було б припустити, що такі класи успішно справляються з підготовкою учнів, схильних до інженерної діяльності, але це не так. У фізико-математичних класах докладніше вивчаються профільні предмети, але й тільки, а це ніяк не дозволяє учням докладніше дізнатися про професію інженера, а тим більше «відчути», що означає бути інженером.
У профільних класах вивчається все та ж шкільна програма, нехай і більш поглиблено, яка, можливо, і дозволить дітям краще дізнатися про той чи інший предмет, але ніяк не допомагає їм набути навичок інженера.
Інженерна освіта, окрім вивчення шкільної програми, має дозволяти учням комбінувати отримані ними знання на всіх основних предметах у єдине ціле. Цього можна досягти, вносячи до програм основних предметів (у їх практичну і тренувальну частину) єдину технічну складову.
Крім цього, процес переформування сформованих навчальних структур з метою виділення профільного класу є болючим та неоднозначним. Найчастіше небажання переходити в інший клас, обривати соціальні та дружні зв'язки, що склалися вище, ніж інтерес до нової пізнавальної галузі. Ще одним доказом проти створення в школі виділених профільних класів служить початкова елітність їх освіти.
Про випускників фізико-математичних шкіл цікаво, з погляду, висловився Є.В. Крилов: «...Я працював у Новосибірському університеті з курсу математичного аналізу та спостерігав подальшу долю випускників профільних шкіл. Переконані, що їм все відомо, вони нерідко розслаблялися на першому курсі вишу і вже через рік програвали студентам, які прийшли зі звичайних шкіл» [Крилов, Крилова, 2010, с. 4].
У проекті «Освітній Центр природничих наук ім. М.В. Ломоносова (ЦЛ)» для занять з математики, фізики та інформатики школярі збираються у спеціально
виділених лабораторіях зі своїх постійних класів. Після закінчення занять інші предмети учні повертаються у свої звичні сформовані класи і є провідниками і агітаторами переваг розвитку інженерного освіти у шкільному середовищі.
У разі створення виділеного класу ми вирішуємо одразу безліч організаційних проблем, але при цьому позбавляємо школярів можливості розвинути самостійність та відповідальність, оскільки ці компетенції можуть бути розвинені лише в певних умовах і ці умови відсутні під час навчання у виділеному класі.
Даний проект нами розроблено та реалізується з 2013 року. До складу проектної групи належать співробітники інституту математики, фізики, інформатики КДПУ ім. В.П. Астаф'єва, представники адміністрації та вчителя гімназії1. З досвіду роботи у 2013-1014 роках наша проектна групаприйшла до усвідомленого рішення про необхідність улаштування інженерної школи за мережевим принципом. Необхідність мережевого пристрою продиктована неможливістю забезпечити повноцінний розвиток технічного мислення та інженерної освіти, використовуючи ресурси якоїсь однієї освітньої структури. Інженерна освіта, по суті, поліваріантна та потребує участі в навчальному процесі різних представників різних рівнів освіти (шкільної та вузівської), представників виробничого сектору економіки, батьків.
Мережевий взаємодія дозволяє вести спільну розробку оригінальних освітніх програм. На основі колективів усіх учасників проекту формується об'єднана команда педагогів та представників професії. Обладнання та приміщення кожної організації спільно використовуються учасниками мережі, здійснюється спільне фінансування проекту.
Усередині школи існують структури додаткової освіти, які готові бути
партнерами у цій освіті. Одна з таких структур безпосередньо призначена для становлення та розвитку технічного мислення школярів – це «Центр молодіжної інноваційної творчості (ЦМІТ)», де встановлено унікальне цифрове обладнання для 30-типування, інша – «Молодіжний дослідний інститут гімназії (МІІГ)», що займається проектно- дослідницькою діяльністю зі школярами у другій половині дня.
Позначимо всіх рівноправних суб'єктів мережі, що склалася на даний момент, і розкриємо їх функції.
Красноярська університетська гімназія № 1 «Універс» - забезпечує та контролює навчальне навантаження учнів за основною освітою у першій половині дня та частково у другій.
Установи додаткової освіти (ЦМІТ, МІІГ) – реалізують проектне навчальне навантаження учнів у другій половині дня.
Педагогічний університет (КДПУ) – здійснює розробку та контроль освітніх програм центру в частині розвитку технічного мислення.
Підприємства (РУСАЛ, Красноярський радіозавод, Російська філія компанії National Instruments) - забезпечують технологічні аспекти та професійно-технічну підготовку на базі своїх навчальних центрівта обладнання.
Батьки - фінансують послуги додаткової освіти, беруть участь у організації виїзних заходів, впливають на школярів через окремих представників, які мають інженерними професіями.
Такий мережевий пристрій можливий під час роботи об'єднаної, відкритої команди педагогів, представників професій та зацікавлених батьків.
У той самий час кожен суб'єкт цієї мережі може виконувати свої специфічні функції у спільному навчальному процесі. Щодо Центру природничих наук ім. М.В. Ломоносова існуюча на сьогоднішній день мережева структура, показана на рис.
Мал. Схема мережевого пристрою Центру
Повернемося тепер до питання ролі педагогічного вузу у підготовці кадрів на вирішення завдань інженерної підготовки школярів. Для підготовки вчителя, готового активно розвивати технічне мислення учня, потрібна його спеціальна та цілеспрямована підготовка. Так склалося, що в рамках інституту математики, фізики, інформатики є всі необхідні професійні можливостідля підготовки такого вчителя. В рамках інституту існують кафедри математики, фізики, інформатики та технології. В даний час в інституті розроблено та прийнято програму двопрофільного бакалаврату, що пов'язує фізику та технологію. Програма підготовки майбутнього вчителя технології зараз переглядається із опорою на завдання інженерної школи. Змінено програму математичної підготовки студентів, додано курси накреслювальної геометрії, графіки та креслення. Значно змінено навчальні матеріали у частині тригонометрії, елементарних функційта векторної алгебри. У студентів-технологів викладається дисципліна «Робототехніка». В даний час де-
няться спроби змінити підготовку з фізики, пов'язуючи фізичні практикуми з технологічним додатком.
бібліографічний список
1. Горохів В.Г. Знати, щоб робити. М., 1987.
2. Крилов Є.В., Крилов О.М. Передчасний розвиток – шкода інтелекту? // Акредитація освіти. 2010. N 6 (41). Вересень.
3. Леонтович А.В. Обосновних понятіях концепції розвитку дослідницької та проектної діяльності учнів // Дослідницька роботашколярів. 2003. № 4. С. 18-24.
4. Путін В.В. Думки російських політиків щодо нестачі інженерних кадрів. 11.04.2011 // Державні вісті (GOSNEWS.ru). Інтернет-видання [Електронний ресурс]. URL: http://www.gosnews.ru/ business_and_ authority/news/643
5. Рубанов В.А. Проекти уві сні та наяву, або Про Російську систему підготовки інженерів // Незалежна газета. 2012. 12. № 25.
В Архангельську про один з перших досвідів впровадження робототехніки шкільну програму, розвитку мислення та натхненні.
— Денисе Геннадійовичу, розкажіть, як розпочався ваш шлях в освітній робототехніці. Коли ви почали нею цікавитись? З чого все почалося?
— Чи є такий день, який круто змінив мій світогляд? У принципі, таких дні два. 1 вересня 2006 року я нарешті почав працювати вчителем у школі. У той момент у нашій школі ще не було другого кабінету інформатики і доводилося бігати кабінетами та з крейдою в руках вивчати інформатику школярів. Коли до цього 10 років працюєш інженером в IT-компанії, то контраст дивовижний. Тому на першому етапі необхідно створити нормальний кабінет. В принципі, свої відомі контури кабінет інформатики набув влітку 2008 року. Постало друге питання: у тому вигляді, в якому інформатика була у підручниках, мене ця навчальна дисципліна не дуже радувала. Крім того, у 2008 році до 5 класів приходили надзвичайно талановиті діти. «Давати підручник» таким дітям – це не поважати себе.
Так вийшло, що на той момент я отримав премію мера міста і опинився в магазині «Дитячий світ», в якому зі знижкою продавався набір Lego MINDSTROMS NXT. Суми збіглися. А наступного дня 10-класники із задоволенням самостійно вивчали конструктор із робототехніки, причому затрималися в кабінеті на 6 годин. А далі вже почалося розвиватися дуже активно. Зараз у нас в гімназії найкраща в Архангельській області база для технічної творчості в галузі робототехніки і є все: Lego WeDo, MINDSTORMS, VEX, ARDUINO, myDAQ, myRIO, TRIK і т.п.
Ось ці діти з 2008 по 2015 рік (5-11 клас) своїм талантом, просто невгамовним бажанням вчитися практично змушували працювати, працювати, працювати. Досі всі робототехніки згадують їх: як можна було 30 грудня займатися технічним зором на платформі ТРІК до 22.30, навчаючись при цьому в 11 класі? І не тому, що якісь змагання чи конференції (не було їх). А тому, що цікаво й виходить.
— Розкажіть про себе, де ви вчилися, який ваш професійний шлях?
— За освітою — учитель математики, інформатики та обчислювальної техніки. Закінчив з відзнакою Поморський державний педагогічний університетімені М.В. Ломоносова, це у Архангельську. Надалі освітній заклад увійшов до складу Північного (Арктичного) федерального університету імені М.В.Ломоносова. Проте працювати до школи пішов не одразу. Пройшов службу в Прикордонних військах, займався науковою діяльністю в аспірантурі (теорія напівгруп; але не захищався), попрацював інженером, паралельно захопився фізикою конденсованого стану речовини, навчався писати наукові статті.
І тільки після цього, маючи знання, методику, досвід і розуміння, що я робитиму і як, — пішов працювати «за професією».
— Чому заняття технічною творчістю важливі? На уроках робототехніки "відкриваються" майбутні інженери?
— Інженерів мають готувати та готують у виші. А виходять інженери, коли самі, здобувши освіту, реалізують інженерні проекти та виконують інженерні завдання.
Все, що може школа: профорієнтація, мотивація, виховання та розвиток. Я навіть слово «навчання» не вжив. Бо навчити нікого нічого не можна, а можна тільки навчитися. Тому ми в гімназії намагаємося створювати умови, в яких дитина матиме можливість знайти свій шлях, буде вибір освітньої траєкторії, що забезпечує її розвиток і буде мотивація. Цього року у нас 67% випускників 9-х класів обрали інформатику як екзамен – це до питання про технічну творчість, як ефективну профорієнтацію.
З іншого боку, важливо хто слухає відповідь. Займаючись технічною творчістю, вчителю легше працювати з дітьми, оскільки питання навчальної мотивації його не турбують. Коли ми тільки розпочинали шлях в освітній робототехніці, то проводили дослідження навчальної мотивації школярів. Заради цього я навіть пройшов навчання у «Школі педагога-дослідника», в якій кандидати педагогічних наук пояснювали, як усе зробити правильно і «наукою», щоб результат був реальний, а не той, якого дуже хочеться. Мотивація школярів однозначно зростає.
Для батьків інформація: ви віддали свою дитину у спортивну секцію (або близьку за напрямком), ви віддали у художню, а про розвиток інтелекту ви не забули? Репетитори не розвивають.
Школяреві: займаючись технічною творчістю, покращуються оцінки з математики, фізики, інформатики, англійської та російської мов. Здивовані? Кожен робототехнік розкаже свою історію успіху. Хочеш зрозуміти, що твої знання насправді розрізнені. Так, оцінки є, а що зі знаннями? Приходь та перевір. Чи ти навчаєшся лише заради оцінок? Коли ти вирішуєш завдання, то вчитель завжди знає відповідь. Але у робототехніці все по-іншому. Ми шукатимемо разом. Ця реальна творчість, це твоє самостійне мислення!
— У Гімназії №24 робототехніка включена до загальноосвітню програму, це так? Коли це сталося? Адже в Росії це поки що — рідкість.
— Я знову почну здалеку. Освітня організація, в яку у 2006 році прийшов працювати, носила таку назву: «Середня загальноосвітня школа № 24 з поглибленим вивченням предметів художньо-естетичного спрямування». Музика, театр, хореографія, Образотворче мистецтво- Ось профільні предмети. У такому середовищі дуже яскраво впадало у вічі, що дітям реально не вистачає технічної складової в освітній траєкторії. Брати її де? Тому все обладнання стали використовувати як методичний інструмент вчителя інформатики. Навчальні програми це дозволяли. Тобто програмували і роботів, і мікроконтролери діти на уроках інформатики (2009 року це сталося з платформою Lego MINDSTORMS, 2011 року – з платформою Arduino).
Далі ми розпочали проект «Початки інженерної освіти у школі», в рамках якого у спеціально створеному навчальному середовищі, заснованому на лабораторіях інженерної спрямованості, учні з 5 по 11 клас вивчають інформатику у нерозривному зв'язку з питаннями фізики, інженерної справи, математики. Так ми реалізовуємо STEM-навчання (STEM – це абревіатура від science, technology, engineering, math, тобто наука, технологія, інженерна справа та математика). Надалі у навчальному плані гімназії у п'ятикласників з'явилася робототехніка, а у старших – елективні. навчальні предметиз технічних напрямів. Так, наприклад, 10-класники профільного фізико-математичного класу мають обов'язковий електив «Введення в цифрову електроніку», даний курс вже використовує освітні можливості платформи myDAQ відомої компанії National Instruments.
Так уже склалося, що у 2012 році ми перестали бути «з поглибленим вивченням предметів художньо-естетичного спрямування» та стали гімназією.
2015 року я зачитував випускникам фрагменти затвердженої прикладної програмиосновного загальної освіти, В якій робототехніка, мікроконтролери, 3D-принтери стали невід'ємною частиною інформатики в 5-9 класах. І все, що ще кілька років тому було якимось нововведенням, ставало повсякденною справою.
— Розкажіть про ваші підручники з робототехніки, адже це теж поки що рідкісні навчальні посібники в російській освіті, не рахуючи перекладних.
— Якщо чесно, то, як то кажуть, «не від хорошого життя» матеріалізувалися підручники. Просто на той момент (2010 рік, саме тоді я передав перший рукопис у видавництво «БІНОМ. Лабораторія знань») нічого не було, окрім однієї книжки Сергія Олександровича Філіппова. У 2012 році видавництво випустило практикум та робочий зошит «Перший крок у робототехніку» (далі вдвічі перевидавало). Особливість посібника була у тому, що робота Lego MINDSTORMS можна було ефективно використовувати щодо різних тем, наприклад, вивчаючи метод координат (який, до речі, є у програмі з інформатики) і створити прототипи різних пристроїв.
У 2013 році представники компанії National Instruments запропонували написати посібник з платформи NI myDAQ, не обмежуючи у творчості та ідеях. Через рік з'явився практикум «Вступ до цифрової електроніки», а чудова платформа myDAQ виступила ефективним засобом для цього. Посібник був опублікований на сайті Освітньої галактики Intel (у вигляді постів), але на жаль, сайт цього літа припинить своє існування.
У 2015 році пощастило брати участь у підготовці навчального посібника «Мікроконтролери – основа цифрових пристроїв» для освітнього комплекту компанії TETRA Амперка. Це програмування платформи Arduino у 5-7 класі.
2016 року підготувати навчальний посібник «Технологія. Робототехніка», розділене на 4 частини (5, 6, 7 та 8 класи). Воно може бути використане як практикум до нових підручників за технологією (автори: Бешенков С.А., Лабутін В.Б., Міндзаєва Е.В., Рягін С.М., Шутікова М.І.).
Ось зараз пишу книжку з моделювання в OpenSCAD. Не знаю, як у неї доля складеться далі, але у моїй роботі вона мені просто життєво потрібна. В інформатиці є така тема, як "Виконавці алгоритмів", і серед цих виконавців є Кресляр. У моєму уявленні він нічим не відрізняється від 3D-принтера, а в OpenSCAD якраз модель не малюється, а описується скриптом Сі-подібною мовою. Тобто знову ж таки програмування.
— Як відбуваються заняття у 211 кабінеті? А поза уроком? Чому ви відмовилися від гурткової моделі?
Перший раз із технічними (інженерними) напрямками діти стикаються у 5 класі, знову ж таки на уроках інформатики або на факультативі. А далі включається принцип «Хочеш жити у кабінеті – живи!». Школярі самі обирають, коли їм зручно приходити. В результаті виходить освітнє середовище, коли учні 5-11 класів одночасно займаються тим, що їм подобається у технічній творчості. Старші допомагають молодшим, молодші копіюють старших. Це як школа, не в сенсі «установа», а як напрямок у науці та культурі.
Гурткова модель… я не критикуватиму гурткову модель. Гурткова модель – це про фінанси та оплату праці педагога. Жоден методист, і жоден перевіряючий не дасть проводити заняття з учнями 5-11 класів одночасно, т.к. ніхто не зможе написати програму (яка, звичайно, повинна враховувати вікові особливості). А на добровільній основі все можна. Так що гуртків у мене немає.
У 2015 році у нас у гімназії був чудовий випуск школярів, які сформували наш тренд «Живи в кабінеті!». У мене стався емоційний «вибух» – в результаті з'явилася книжка «Початки інженерної освіти в школі» з логотипом Intel на обкладинці. Якщо хтось із педагогів стоїть на роздоріжжі чи починати йому шлях до освітньої робототехніки – погортайте, і вибір ви зробите однозначний.
— Ви використовуєте різне обладнання, маєте цілих 15 напрямків. Навіщо потрібна така різноманітність? Діти взаємодіють із усім?
— По-перше, різноманітність обладнання дуже зручна для вчителя, оскільки дозволяє враховувати індивідуальні особливостіучнів та особливості класу загалом. Крім того, ми намагалися збудувати всю вікову лінійку 5-11 клас, а це вже одразу 7 напрямків.
По-друге, у профільних фізико-математичних класах намагаємось забезпечувати такі напрямки, як дослідницька та проектна діяльність. У профільних класах приблизно 60 людей. Усі помруть від нудьги, якщо напрямок буде один, причому я буду першим.
Слід зазначити, що напрями виникають не від обладнання. Наприклад, напрями, пов'язані з технологіями National Instruments, ми в гімназії почали з тієї причини, що у нашому Північному (Арктичному) федеральному університеті 8 дослідницьких та навчальних лабораторій на базі їхнього обладнання. Тобто, по кожному з напрямків можна продовжити працювати після закінчення нашої гімназії.
Насправді, швидше за все, такої кількості напрямків та обладнання ми не мали б без випускників 2015 року. Я просто не встигав їм, як то кажуть, «снаряди підносити». Той випуск знав і працював з усім обладнанням: воно розпаковувалося просто при них, причому дуже часто доставка була на уроках. Ще один приклад наведу. У тому класі був хлопець, який любив англійська мова(Зараз він на лінгвіста вчиться), природно, для нього у мене з'явилася товстеня книга в 700 сторінок Arduino Cookbook. Ви не уявляєте з якою жагою він її з'їв (слово прочитав тут не звучить), виконуючи при цьому експерименти з Arduino. Перший 3D-принтер у кабінеті три хлопці прийшли в неділю збирати, потім швидше за мене вивчили програмне забезпечення (моделювати ж треба) і мені допомогли. Те, що я на уроках готував на тиждень – вони поглинали за 2 дні. Ну доводилося готувати нове, нове, нове.
- Ви проводите власний фестиваль - RoboSTEM. У січні цього року був перший фестиваль?
— Так, разом із Архангельським центром молодіжної інноваційної творчості. Цього року пройшов перший. Ми вирішили, що важливо проводити саме свій (регіональний) фестиваль. Чому зараз? Наші робототехніки-випускники вже досить подорослішали: суддівська колегія складалася з випускників, які займалися робототехнікою у нашій гімназії та у 17 ліцеї міста Сєвєродвінська (це ще один потужний центр розвитку освітньої робототехніки нашого регіону).
- Як це було? Скільки дітей брало участь у ньому?
— 15 січня у нашій архангельській гімназії № 24 відбувся відкритий фестиваль з технічної творчості в галузі робототехніки «RoboSTEM», який зібрав 132 учні з 23 шкіл Архангельської області. Велика програма форуму зробила його цікавим для учасників різного віку. Були організовані ігрові майданчики для учнів, на яких можна було з обладнання попрацювати/пограти, виставки для гостей фестивалю. І, звичайно, кожен міг відчути себе чи вболівальником, чи учасником на змаганнях з робототехніки.
На відкритті фестивалю із напутливими словами до учасників виступили: Віталій Сергійович Фортигін, заступник голови Архангельських обласних зборів депутатів; Семен Олексійович Вуйменков, міністр економічного розвиткуАрхангельської області; Сергій Миколайович Дерябін – голова регіональної Асоціації ініціатив розвитку малого та середнього підприємництва, генеральний директор ТОВ «ІнтерБуд» та інші високі гості фестивалю.
Школярі – учасники фестивалю підготували понад 100 моделей роботів, зібраних на базі різних платформ: Lego EducationWeDo, Lego MINDSTORMS, Arduino, VEX EDR, TRIK, NI myRIO та інші.
Наймолодші учасники – 9-річні школярі. Серед переможців та призерів фестивалю представники 12 шкіл, а 42% серед них дівчата. Це важливо дотримуватися гендерного балансу.
З одного боку, фестиваль дозволяє підтримати школярів у їхньому захопленні робототехнікою, з іншого – залучити нових учасників, популяризувати цей напрямок інноваційної творчості, дати юним жителям півночі відчути себе справжніми інженерами та винахідниками, виховуючи конструкторів майбутнього.
Хочу окремо подякувати компанії Lego Education, яка підтримала наш фестиваль та заснувала призи 5 освітнім установамза підготовку найкращих команд, та підтримку найкращих тренерів.
— Як зміниться фестиваль у 2018 році? Чи плануєте ви зміни у програмі чи номінаціях?
— Еволюційні зміни, звісно, плануємо. Номінацій побільшає. Буде більше конкурсів. Наприклад, з'явиться конкурс із роботи з 3D-ручками. Закупили вже потрібну кількість. Олімпіада з Lego WeDo та WeDo 2.0 буде, в її організації нам допомагають педагоги Центру технічної творчості, спорту та розвитку дітей «Архангел». Конкурс із 3D-моделювання буде вже суворо на основі T-FLEXCAD.
— Якими ще освітніми та змагальними проектами ви займаєтесь? Які плануєте?
— Найбільш, звичайно, несподіваним та приголомшливим результатом фестивалю стало проведення у квітні олімпіади «Майбутній інженер». Представники виробничих компаній малого бізнесу, відвідавши фестиваль, поставили завдання зробити прототип шліфувального верстата на базі Lego MINDSTORMS, забезпечити хорошу повторюваність дій та чітко описати математичну модель. Так з'явилася олімпіада «Майбутній інженер», яка відбулася 26 квітня. Переможці олімпіади 4 години «здавали роботу», як то кажуть «під запис» (диктофон, камера). Рішення школярів знайдуть втілення у реальному устаткуванні, у діючих верстатах.
Зараз на території нашої гімназії триває реконструкція старої будівлі теплиці, де після закінчення робіт розміститься центр технічної творчості. Цей проект, який називається «Промшкола», і займається його некомерційним партнерством «Об'єднання в галузі суднобудування, судноремонту, машинобудування та металообробки «Червона Кузня», яке об'єднує 16 малих підприємств.
Цього року Міністерство економічного розвитку Архангельської області планує створити регіональну програму розвитку робототехніки, педагоги також включені до робочої групи.
Є і проект, який треба зробити, але він ніяк мені не піддається: навчальний посібник з робототехніки на базі платформи National Instruments myRIO. Крайній термін - 1.09.2018 так як школярі, під яких все це починаються будуть якраз в 11 класі.
— Розкажіть про ваші успіхи, успіхи школярів, що особливо запам'яталося останнім часом?
— Найважливіше, що систему вибудували. Надійну, гнучку, поновлювану.
Цього року у нас сталася подія, результатами якої ми плануємо дуже дбайливо і неквапливо розпорядиться (і вперше нікуди поспішати не будемо). Цього року на 5 регіональний турнір з робототехніки Робонорд, який проходить у Сєвєродвінську (цього року 23 квітня), у нас більшість команд готували школярі, тобто не я тренером був, а наші досвідчені робототехніки. А 26 квітня у нас олімпіада «Майбутній інженер», природно, я був весь у підготовці до важливої олімпіади. Так, супергерої наші (тренери) підготували команди краще, ніж я коли-небудь готував школярів до змагань (24 призових місця із 33 можливих).
При цьому 5 команд п'ятикласників готувала шестикласниця Поліна: організувала все і всіх через соціальну мережу, пояснювала їм регулятори, причому жодного разу не вживши цього слова (всю теорію переробила та адаптувала), виробляла стратегію, все контролювала, на змаганнях «билася» із суддями, цитуючи положення. І була дуже щаслива, коли у її п'ятиклашок все виходило. Усі п'ятиклашки знають, навіщо займатися робототехнікою. Щоб стати такими, як Поліна.
