Инженерное образование в школе статьи. Проблема инженерного образования – в школе
Основные проблемы: - Низкий уровень интереса учащихся к освоению точных и естественных наук, боязнь этих областей знания, на этапе получения общего образования; - Отсутствие четкого понимания перспектив работы в данных областях. Цели: 1. Дать возможность развития заинтересованным детям. 2. Повысить интерес к освоению точных и естественных наук.
Развитие: исследовательских навыков, конструкторских способностей, абстрактного и логического мышления. Нацеленность на результат (получение продукта). Может ли получиться инженер при обучении согласно ФГОС? Уроки технологии… Что должна делать школа для инженерного образования? Только за счет изменения форм занятий. Другие уроки, метапредметный подход, практические занятия, проектная работа, малые группы. Кто такой инженер?
Сетевое взаимодействие Партнеры проекта Гимназия 1 «Универс» и школы района; Красноярский государственный педагогический университет; Красноярский институт Железнодорожного транспорта; Сибирский Федеральный Университет; Сибирский Государственный Аэрокосмический Университет; Институт физики, вычислительного моделирования СО РАН; Министерство образования и науки красноярского края; Компания РУСАЛ; Компания АстроСофт; Российский филиал компании National Instruments; Красноярский радиозавод; Ассоциация ЦМИТ. Совместная разработка оригинальных программ; Совместное использование оборудования; Совместное финансирование; Объединеная команда педагогов и представителей профессии; Школа Университет Предприятия Родители
Вопросы - Кто такой инженер и что должна делать школа для инженерного образования? - Достаточно ли внеурочной деятельности или необходимо менять уроки? - В чем особенность инженерного образования? (Чем оно отличается от физ.-мат. класса?) - Как должно быть устроено сетевое взаимодействие? -Что необходимо сделать, чтобы у школ появилось желание взаимодействовать? - С какого возраста начинается инженерная подготовка?
Немного о предыстории вопроса
Почему наши соотечественники предпочитают ездить на иномарках? Почему в своем окружении вы не найдете пользователей отечественных смартфонов? Почему российские наручные часы, еще лет 40 назад успешно экспортировавшиеся за границу, сегодня далеко отстали от продукции швейцарского часпрома?...
Ответ на все подобные “почему” прост: за последние десятилетия страна существенно подрастеряла свои инженерно-конструкторские кадры, не создав принципиальных условий для их восполнения. Результат – отставание от стран-конкурентов по множеству отраслей, где требуются высокопрофессиональные конструкторы и инженеры. А требуются они во всех сферах, где речь идет о разработке и промышленном изготовлении чего бы то ни было – от предметов мебели до военной и космической техники.
В наши дни осознание ситуации пришло, и стали приниматься системные меры по ее исправлению. Понятно, что в данном случае все должно начинаться с образования, ибо нельзя получить первоклассного инженера “из воздуха”. Цепочку воспитания соответствующих кадров нужно протянуть от школы через инженерные вузы к высокотехнологичным инновационным предприятиям .
Так в сентябре 2015 г. под эгидой Департамента образования г. Москвы стартовал проект “Инженерный класс в московской школе”, имеющий главной целью подготовку компетентных специалистов, необходимых экономике города и востребованных на современном рынке труда (аналогичным проектам был дан ход и в регионах). Одним из участников проекта стала Гимназия №1519.
Спустя год после старта
2015/2016 учебный год стал весьма динамичным в части продвижения проекта “Инженерный класс в московской школе”. Около ста школ столицы влились в проект, открыли в общей сложности более двухсот инженерных классов, охвативших около 4.5 тысяч учащихся. К концу года более 130 новых школ заявили о своем желании участвовать в проекте. В реализации проекта участвуют 16 федеральных технических вузов, являющихся опорными площадками для профориентационной работы с учащимися инженерных классов. Формируется пул предприятий-партнеров проекта из различных отраслей промышленности. Знакомство с работой реальных высокотехнологичных предприятий должно послужить эффективному “погружению” учащихся в инженерную сферу.
В июне 2016 года в Москве на площадке МГТУ им. Н.Э. Баумана состоялся Международный конгресс “SEE-2016. Наука и инженерное образование”. В работе Конгресса приняли участие представители российских и зарубежных университетов и научно-промышленных предприятий, потенциальных работодателей, отечественных школ. Конгресс был сконцентрирован на повышении эффективности инженерного образования в современных условиях, а обмен опытом с зарубежными коллегами позволил выявить пока еще не реализованные возможности и слабые места в деле возрождения отечественного инженерного потенциала.
“Хотим готовенького”
Как показало общение на Конгрессе, часть российских предприятий и вузов все еще исходят из представления, что для воспитания профессионального инженера достаточно адаптации вузовских программ под потребности предприятий, нуждающихся в инженерных кадрах. Результатом такого подхода является “недоученность” выпускников вузов до требуемого уровня. Отечественные эксперты считают, что горизонт воспитания инженера составляет примерно семь лет, из чего следует, что начало этому воспитанию должно быть положено уже в школе . Открытие инженерных классов и активная позиция вузов – участников проекта в построении эффективного взаимодействия с профильными школами и внедрении отдельных форм инженерной подготовки уже начиная со старших классов, отвечают этой потребности.
В Гимназии № 1519 открыто два инженерных класса (10-й и 11-й) и так называемый “предынженерный” 9-й, учащиеся которого также вовлекаются в соответствующие профориентационные мероприятия и получают расширенную подготовку по профильным предметам (физика, математика, информатика). К моменту окончания учащиеся этого класса в подавляющем своем большинстве выбирают профильное техническое направление в старшей школе. Зачисление в 10-й и 11-й инженерные классы происходит на основе анализа интегрированных образовательных результатов учащихся по профильным предметам, результатов проектно-исследовательской работы и научно-технического творчества.
Гимназия №1519 заключила договоры о сотрудничестве с МИЭМ НИУ ВШЭ и МГТУ им. Н. Э. Баумана. Партнерство с данными вузами обеспечивает учащимся широкий круг разнообразных инженерно-образовательных возможностей, включая профориентационные лекции, спецкурсы, лабораторные работы, мастер-классы, летнюю инженерную практику на базе университетских кафедр, научно-образовательных центров и лабораторий.
А надо бы еще раньше
Можно констатировать, что понимание необходимости начала воспитания будущих инженеров уже со школы охватывает все больше сторонников и становится практически необратимым. При этом сравнение с зарубежным опытом показывает, что за границей вовлечение школьников в инженерную деятельность происходит гораздо раньше, чем у нас – уже с младших классов .
Российские школы уже начали перенимать этот опыт. Таким образом, мы становимся свидетелями тренда на понижение возрастного барьера вхождения в область инженерии . И для этого в настоящий момент складываются хорошие предпосылки: учащиеся и их родители, видя высокую и неформальную активность по возрождению престижности инженерной профессии, становятся сильно мотивированными и демонстрируют отчетливый отклик на этот сигнал. Вероятно, через год охват учащихся профильными инженерными классами кратно увеличится, а начало предпрофильной подготовки сместится в сторону 5 – 8-х классов.
Осознавая указанный тренд, Гимназия №1519 тоже планирует в 2016/17 учебном году ввести элементы предпрофильной инженерной подготовки в 5 – 8-х классах. Одним из таких элементов станет курс трёхмерной компьютерной графики, нацеленный на формирование пространственного мышления школьников. Другой элемент – кружок интеллектуальной робототехники, способствующий развитию базовых навыков использования компьютеров и управляемых роботизированных устройств, навыков программирования и решения алгоритмических задач.
Что ты умеешь на самом деле?
Важный тезис, разделяемый инженерным и образовательным сообществом: пока человек не начнет делать что-либо своими руками, его инженерные познания иллюзорны . Вот почему практически все участники движения по возрождению инженерного потенциала страны подчеркивают исключительное значение проектно-исследовательской деятельности школьников и студентов. Понимая важность данного фактора и опираясь на положения ФГОС второго поколения, необходимо придать проектно-исследовательской деятельности статус обязательного компонента подготовки школьников . Вероятно, такой подход также превратится в тренд в ближайшие годы.
Представляется, однако, что не все способы организации проектно-исследовательской деятельности учащихся равноценны и эффективны. На мой взгляд, можно выделить три уровня организации такой деятельности:
“Начальный”
Речь идет о проектах, придуманных в домашних или школьных условиях . Руководителями таких проектов являются родители ребенка или учитель. С одной стороны, это позволяет выделить активных детей, повысить их мотивацию, набраться минимального исследовательского опыта. С другой стороны, недостатки этого способа весьма существенны: за такими работами, как правило, не стоит столь важных организационных ресурсов, как производственная база и научный потенциал руководителя. Соответственно, подобные проекты, в большинстве своем, почти не имеют прикладного значения и перспектив серьезной дальнейшей разработки.
“Базовый” (на текущий момент)
Этот уровень предполагает выполнение проектов на вузовских площадках под руководством вузовских специалистов и научных работников . В этих условиях к услугам школьника, выполняющего проект – и разнообразное оборудование, и научный опыт руководителя, позволяющий поставить действительно актуальную и перспективную задачу, и возможность дальнейшего продвижения выполненной разработки, если она этого заслуживает. Данный уровень отвечает современным представлениям о проектно-исследовательской деятельности учащихся инженерных классов и предусматривается большинством договоров о сотрудничестве между вузами, участвующими в проекте, и профильными школами. В основном, именно на такую форму проектно-исследовательской деятельности в настоящее время существует запрос со стороны участников (школ, вузов, предприятий), занятых в деле возрождения инженерной профессии.
“Высший” (предположение)
Прорывным шагом вперед в развитии проектно-исследовательской деятельности стало бы формирование групп, состоящих из студентов и школьников, участвующих в выполнении конкретных проектов на конкретных предприятиях , представляющих наукоемкие и инновационные отрасли. Такой подход дал бы максимальную степень погружения будущих инженеров в профессию, обеспечил бы несомненное прикладное значение их работе, а также перспективу внедрения выполненных разработок в практику. Мотивация учащихся в такой модели достигала бы наивысшего уровня.
В разрезе проектно-исследовательской деятельности задачей №1 нашей гимназии является максимальный охват учащихся этой деятельностью на уровне не ниже “базового” и придание ей статуса обязательного компонента подготовки школьников. Помимо этого, мы намерены предпринять усилия, чтобы внедрить в гимназии модель “высшего” уровня.
Можешь ли ты “продавать”?
На Конгрессе SEE-2016 интересная дискуссия развернулась на тему: должен ли инженер одновременно быть предпринимателем , чтобы уметь коммерциализировать свои идеи и разработки, находить для них инвесторов, “пробивать” им дорогу в жизнь? Участники сошлись во мнении, что такая двойная роль – “инженер-предприниматель” – это, скорее, идеальная модель, и ее нельзя возводить в ранг стандарта . Хотя, если инженер, не в ущерб своему профессионализму, тем или иным способом овладеет навыками предпринимателя, то это можно только приветствовать.
Разумным решением являются созданные в различных вузах факультеты и кафедры, готовящие специалистов по продвижению инженерных разработок. И хотя акцент в проекте “Инженерные классы” делается не на комерциализации инженерных разработок, а на овладении собственно инженерной профессией, определенная профориентационная работа, связанная с инженерным бизнесом, не была бы лишней. Во всяком случае, школьнику, нацеленному на профессию инженера, полезно заранее представлять себе, что созданный инженером прототип чего-либо, пусть даже очень перспективного и востребованного, – это не финал процесса, а лишь старт целого комплекса специальных бизнес-мероприятий, выводящих разработку в жизнь.
В этой связи, возникает следующая идея: занимаясь продвижением инженерных классов в широком смысле, можно найти полезное место в этом процессе и для части учащихся классов социально-экономического профиля. Во всяком случае, опыт нашей гимназии показывает, что учащиеся этих классов проявляют интерес к направлению “Инженерный бизнес и менеджмент”. Представляется, что вовлечение классов социально-экономического профиля во взаимодействие с соответствующими факультетами и кафедрами вузов не только не “нагружает” избыточно проект “Инженерные классы”, но и разумно дополняет его в силу сказанного выше о разделении ролей собственно инженера и предпринимателя, продвигающего инженерные разработки в жизнь.
IT – без них никуда!
По меткому замечанию одного из докладчиков SEE-2016, современные самолет, ракета и многие другие образцы техники – это, во многом, IT-изделия . В том смысле, что существенной их частью являются управляющие ими программно-аппаратные комплексы. Что уж говорить о “чистых” IT-сервисах, полностью состоящих из собственно программ и представляющих собой огромное поле деятельности. И тут всплывает еще одна проблема – нехватка не только инженеров в классическом понимании этого слова, но и острая нехватка высококлассных программистов . Очередное подтверждение этому было дано на проходящем в июне – августе Всероссийском молодежном образовательном форуме “Территория смыслов”, а именно – на открывшейся 13 июля 2016 г. третьей смене “Молодые ученые и преподаватели в области IT”.
Таким образом, данная проблема также заслуживает того, чтобы заниматься ею уже начиная со школы. Обращаясь вновь к теме проектно-исследовательской деятельности, уместно “обогатить” ее содержание IT-проектами и создавать условия для получения школьниками практики программирования, участия в реальных проектах автоматизации процессов на предприятиях в составе проектных групп.
На совещании 30 июня 2016 г. о планах развития проекта “Инженерный класс в московской школе” на 2016/17 год Департамент образования г. Москвы проинформировал о том, что уже формируется пул предприятий-партнеров из IT-отрасли, которые включатся в профориентационную работу со школьниками. Вероятно, мы увидим еще один тренд – увеличение доли учащихся инженерных классов, сориентированных на работу в IT-сфере и выбирающих для поступления соответствующие вузы и кафедры.
Заключение
Понимание, учет и реагирование на имеющиеся и возникающие тренды в любом сегменте образования, в частности, в рамках реализации проекта “Инженерный класс в Московской школе”, есть необходимое условие эффективной подготовки учащихся .
Проект “Инженерный класс в московской школе” создаёт условия для расширения сетевого взаимодействия между общеобразовательными организациями, организациями высшего профессионального образования и научно-производственными предприятиями. Объединение ресурсов участников проекта открывает перед школьниками новые реальные пути в профессию инженера.
Копосов Денис Геннадьевич,МБОУ ОГ №24 города Архангельска, учитель информатики,
[email protected], www.koposov.info
НАЧАЛА ИНЖЕНЕРНОГО ОБРАЗОВАНИЯ В ШКОЛЕ
BEGINNING OF ENGINEERING EDUCATION IN SCHOOLS
Аннотация.
В статье представлен опыт организации и проведения в школе инженерно-ориентированных элективных и факультативных курсов по информатике. Обсуждаются вопросы повышения учебной мотивации, профессиональной ориентации учащихся.
Обучение информатике, элективные курсы, робототехника в школе, микроэлектроника в школе, учебные лаборатории, информатизация.
Abstract.
This article describes the experience of organizing and conducting an engineering-oriented elective and optional courses on Informatics in school. Discusses improving learning motivation, mental development and vocational orientation of pupils.
Key words:
Еducation, K-12, STEM, robotics, microelectronics, school laboratories, informatization.
На сегодняшний день в Российской Федерации наблюдается инженерный кризис - нехватка инженерных кадров и отсутствие молодого поколения инженеров, что может стать фактором, который затормозит экономический рост страны. Это отмечают ректора крупнейших технических университетов, этот вопрос регулярно поднимается на правительственном уровне. «Сегодня в стране существует явная нехватка инженерно-технических работников, рабочих кадров и в первую очередь рабочих кадров, соответствующих сегодняшнему уровню развития нашего общества. Если недавно мы еще говорили о том, что находимся в периоде выживания России, то сейчас мы выходим на международную арену и должны предоставлять конкурентную продукцию, внедрять передовые инновационные технологии, нанотехнологии, а для этого нужны соответствующие кадры. А их на сегодня у нас, к сожалению, нет» (Путин В.В.) .
Что обычно предлагается для изменения сложившейся ситуации? Кроме повышения статуса профессии и повышения заработной платы инженерам, все «разнообразие» предложений сводится к двум направлениям: усилить отбор абитуриентов и организовать либо в школе, либо при вузе предуниверситетскую дополнительную подготовку выпускников:
«Нужны другие, конструктивные подходы по обеспечению притока хорошо подготовленных абитуриентов, ориентированных на поступление в технические вузы. Одним их таких подходов является широкое развитие олимпиад школьников… Другой путь формирования контингента поступающих - целевой прием… Надо обратить самое серьезное внимание на политехническое образование школьников, восстановить необходимые объемы технологической подготовки учащихся в средней общеобразовательной школе, что было еще сравнительно недавно, развивать кружки и дома детского технического творчества» (Федоров И.Б.) ;
«Часть 10-х, 11-х классов сделать «предуниверсарием». Там, кроме школьных учителей, должны работать преподаватели вузов. Если мы, таким образом, часть фундаментальных дисциплин перенесем в школу, четырех лет программы в университете будет достаточно, чтобы подготовить не «недоделанного» инженера, а бакалавра, способного занять инженерную должность» (Похолков Ю.П.) .
Второй подход предполагает перенести часть учебного материала в среднюю школу - на первый взгляд замечательное предложение «сверху», однако вызывает негодование учителей. Сейчас наблюдается разрыв между средним и высшим образованием, и ни та, ни другая сторона навстречу друг другу не спешат: курсы повышения квалификации учителя могут проходить только в институтах повышения квалификации (другие схемы просто не работают). Необходимо четко осознавать, какой процент учащихся в обычной школе готовы слушать лекции преподавателей университетов, и понимать, как на фоне университетских профессоров и доцентов будут выглядеть школьные учителя (и наоборот). Схема эта более-менее реализуема только в городских лицеях, возможностей которых опять же не хватит на удовлетворение потребности и вузов, и страны в подготовленных абитуриентах. Замкнутый круг, формирующий и панические настроения, и нежелание что-либо изменять, или просто «назначить» виноватого («в школе плохо учат» - самое популярное убеждение работников высшей школы). «Сама система образования повсеместно начала деградировать. В этом плане самый старый и мощный образовательный институт - семья - с ее способностью к целостному образованию и передаче «неформального знания» приобретает исключительное значение. Соответственно, и инженерный тренинг в вузе, в малой фирме, в формах дополнительного образования обретает целостный личностный характер» (Сапрыкин Д.Л.) . «По моему мнению, выявлять способности к точным наукам специально не надо. Надо развивать кружки, факультативы, курсы по выбору, предметные олимпиады - этого будет достаточно. Можно добавить профориентацию. Для развития способностей как к точным, так и гуманитарным наукам необходимо работать по принципу: учить по мере психологической готовности к восприятию» (Крылов Е.В.) .
Именно в такой социальной обстановке в 2010 году мы начали реализовывать проект по созданию доступной образовательной среды, позволяющей вывести изучение информатики на качественно иной уровень, в рамках которого мы создали в нашей школе с 2012 года - гимназии) лаборатории инженерной направленности (робототехника и микроэлектроника) и используем их в рамках модели непрерывного информационного образования.
Когда мы начинали развитие этого направления, то выяснилось, что в РФ нет возможности опереться на чей-то опыт, который обычно представлен занятиями с маленькой группой увлеченных учащихся (3–5 человек), т.е. нет работы и исследований в рамках непосредственно учебного процесса, нет какой-либо интеграции и преемственности инженерных курсов и, конечно, практически нет учебных материалов для обычных общеобразовательных школ. Поэтому, при выборе основного вектора развития лабораторий мы обратились к международной аналитике и прогнозам.
В 2009 году New Media Consortium - Международный консорциум, объединяющий более чем 250 колледжей, университетов, музеев, корпораций и других, ориентированных на обучение организаций, по исследованию и использованию новых средств массовой информации и новых технологий спрогнозировал к 2013–2014 годам широкое использование для обучения смарт-объектов, в том числе микроконтроллеров Arduino - платформы с открытым исходным кодом для проектирования электронных устройств, позволяющих учащимся управлять взаимодействием этих устройств с окружающей физической средой .
Стоит особо обратить внимание на полное название нашей школы: муниципальное бюджетное образовательное учреждение муниципального образования «Город Архангельск» «Средняя общеобразовательная школа №24 с углубленным изучением предметов художественно-эстетического направления» (с июня 2012 года - «Общеобразовательная гимназия №24»; www.shkola24.su), это важно, так как в непрофильной школе на первое место выходят эффективность образовательных технологий и мотивация учащихся.
В 2010 году Национальный научный фонд США (совместно с The Computing Research Association и The Computing Community Consortium) опубликовал аналитический отчет , в котором подробно описаны, какие образовательные технологии будут максимально эффективны и востребованы до 2030 года:
User Modeling - мониторинг и моделирование профессиональных качеств и учебных достижений учащихся;
Mobile Tool s - превращение мобильных устройств в образовательный инструмент;
Networking Tools - использование сетевых образовательных технологий;
Serious Games - игры, развивающие концептуальные компетенции;
Intelligent Environments - создание интеллектуальных образовательных сред;
Educational Data Mining - образовательные среды интеллектуального анализа данных;
Rich Interfaces - богатые интерфейсы взаимодействия с физическим миром.
Первой задачей, которую нам предстояло решить - это создание образовательной среды, отражающей все тенденции и направления развития указанных образовательных технологий - лабораторий инженерной направленности.
За 2010–2012 года без государственного финансирования нами созданы и используются в учебном процессе инженерные лаборатории по следующим направлениям :
робототехника LEGO (15 учебных мест на базе образовательного конструктора LEGO MINDSTORMS NXT);
программирование микроконтроллеров (15 учебных мест на базе микроконтроллеров ChipKIT UNO32 Prototyping Platform, ChipKIT Basic I/O Shield);
проектирование цифровых устройств (15 учебных мест на базе платформы Arduino и различных электронных компонентов);
сбор данных и измерительные системы (15 учебных мест на базе студенческого мобильного лабораторного комплекса National Instruments myDAQ и программного обеспечения NI LabVIEW);
датчики и обработка сигналов (15 учебных мест на основе комплектов из 30 различных сенсоров, совместимых с Arduino, ChipKIT и NI myDAQ);
мобильная робототехника (15 учебных DIY 2WD роботов на платформе Arduino).
Вторая задача - использование возможностей лабораторий в учебном процессе, в частности при обучении информатике и ИКТ. В настоящее время это оборудование используется на уроках, элективных и факультативных курсах, элективных учебных предметах по информатике и ИКТ.
В указанных выше лабораториях, практически на каждом занятии учащиеся сталкиваются с ситуацией, когда дальнейшая техническая деятельность, изобретательство становятся невозможными без научной основы. На занятиях учащиеся впервые в своей жизни получают реальные навыки организации работы; принимают решения; осуществляют простой технический контроль, строят математическое описание; проводят компьютерное моделирование и разработку методов управления, осуществляют разработку подсистем и устройств; элементы конструкций; анализируют информацию с датчиков; пытаются построить многокомпонентные системы, осуществляют отладку, проводят испытания, модернизацию и перепрограммирование устройств и систем; поддерживают их в работоспособном состоянии - все это важнейший фундамент для будущей научно-исследовательской, проектно-конструкторской, организационно-управленческой и эксплуатационной профессиональной деятельности. Это уже не просто профориентация, это пропаганда науки самыми современными образовательными технологиями.
Учителя информатики при этом являются основной движущей силой, поэтому в системе подготовки (и повышения квалификации) учителей информатики необходимо учитывать образовательные возможности лабораторий по робототехнике и микроэлектронике и включать соответствующие дисциплины в программы подготовки. На базе школы проходят обучение будущие учителя - студенты Института математики и компьютерных наук САФУ имени М.В. Ломоносова (направление «Физико-математическое образование»), проводятся занятия и для педагогов.
После нескольких занятий с учителями информатики Архангельской области был отмечен достаточно важный факт - неготовность учителей применять увиденный опыт. Проведенное анкетирование выявило причины этого - многие учителя либо не заинтересованы в развитии инженерной составляющей, либо считают, что эта область не является их сильной стороной. По этой причине мы стали регулярно проводить экспансивные консультации, семинары-практикумы, мастер-классы для учителей, целью представления нашего опыта всему педагогическому сообществу, проведены вебинары на Образовательной галактике Intel (записи доступны для просмотра) .
Каких результатов мы достигли за 2 года, кроме, непосредственно создания самой образовательной среды? Во-первых, стоит отметить, что среди выпускников школы в 2011 году 60% выбрали дальнейшее обучение в высших учебных заведениях именно по инженерным специальностям (т.е. после окончания обучения получат диплом инженера).
Во-вторых, мы начали подготовку к изданию учебных пособий. В мае 2012 года издательство «БИНОМ Лаборатория знаний» выпустило учебно-методический комплект по информатике и ИКТ «Первый шаг в робототехнику» : практикум и рабочую тетрадь по робототехнике для учащихся 5–6 классов (автор: Копосов Д.Г.). Цель практикума - дать школьникам современное представление о прикладной науке, занимающейся разработкой автоматизированных технических систем, - робототехнике. Практикум содержит описание актуальных социальных, научных и технических задач и проблем, решение, которых еще предстоит найти будущим поколениям. Это позволяет учащимся почувствовать себя исследователями, конструкторами и изобретателями технических устройств. Пособие можно использовать как для занятий в классе, так и для самостоятельной подготовки. Учебные занятия с использованием данного практикума способствуют развитию конструкторских, инженерных и общенаучных навыков, помогают по-другому посмотреть на вопросы, связанные с изучением естественных наук, информационных технологий и математики, обеспечивают вовлечение учащихся в научно-техническое творчество. Рабочая тетрадь является неотъемлемой составляющей практикума. Учебные занятия по робототехнике способствуют развитию конструкторских, инженерных и общенаучных навыков, помогают по-другому посмотреть на вопросы, связанные с изучением естественных наук, информационных технологий и математики, обеспечивают вовлечение учащихся в научно-техническое творчество. Работа с тетрадью позволяет более продуктивно использовать отведенное на информатику и ИКТ время, а также дает ребенку возможность для контроля и осмысления своей деятельности и ее результатов. Рабочая тетрадь помогает в выполнении практических, творческих и исследовательских работ.
В-третьих, создана и апробирована учебная программа дополнительного образования учащихся 9–11 классов «Основы микропроцессорных систем управлений» , ядро которой - моделирование автоматических систем управления на основе микропроцессоров, как современное, наглядное и передовое направление в науке и технике, с одновременным рассмотрением базовых, теоретических положений. Такой подход предполагает сознательное и творческое усвоение материала, а также его продуктивное использование в опытно-конструкторской деятельности.
В процессе теоретического обучения школьники знакомятся с физическими основами электроники и микроэлектроники, историей и перспективами развития этих направлений. Программа предусматривает проведение практикума, состоящего из лабораторно-практических, исследовательских работ и прикладного программирования. В ходе специальных заданий школьники приобретают общетрудовые, специальные и профессиональные компетенции по использованию электронных компонентов в микропроцессорных автоматизированных системах управления, закрепляемые в процессе разработки проектов. Содержание программы реализуется во взаимосвязи с физикой, математикой, информатикой и технологией, что соответствует современным тенденциям STEM-образования (Science, Technology, Engineering, Math). Программа рассчитана на 68 учебных часов и может быть адаптирована для проведения 17 часовых или 34 часовых элективных курсов. Данная программа второй год реализуется в МБОУ ОГ №24 города Архангельска на факультативных занятиях для учащихся 9-х и 10-х классов.
Должен возникать вопрос: чем обусловлено такое количество учебных лабораторий? Создав первую лабораторию, мы, совместно с педагогом-психологом, исследовали динамику учебной мотивации школьников. Используемые методы: наблюдение, беседы с родителями и педагогами, шкалирование, использовалась также и методика Т.Д. Дубовицкой. Цель методики - выявить направленность и определить уровень развития внутренней учебной мотивации учащихся при изучении ими конкретных предметов (в нашем случае - информатика и робототехника). В основе методики - тест-опросник из 20 суждений и предложенных вариантов ответа. Обработка производится в соответствии с ключом. Методика может использоваться в работе со всеми категориями обучающихся, способными к самоанализу и самоотчету, начиная примерно с 12-летнего возраста . Полученные результаты , с одной стороны, позволяют уверенно говорить о повышении уровня учебной мотивации практически у каждого школьника, с другой - через год уровень мотивации стал снижаться и стремиться к тому уровню, который был до занятий в лаборатории робототехники (на базе LEGO MINDSTORMS NXT). Именно этим фактом обусловлено дальнейшее количественное развитие учебных лабораторий. Учебная мотивация - это основной фактор в непрофильной школе, влияющий на успешность учащегося. Исследования изменений учебной мотивации мы продолжим и в дальнейшем.
Второй вопрос, который часто задают педагоги: как могут быть связаны микроэлектроника, робототехника и инженерное образование в целом со спецификой нашей школы - углублённым изучением предметов художественно-эстетического направления? Во-первых, дело в том, что платформа Arduino, на которой базируется большая часть лабораторий, первоначально разрабатывалась для обучения дизайнеров и художников (людей с небольшим техническим опытом). Даже без опыта программирования учащиеся всего через 10 минут ознакомления уже начинают разбираться в коде, изменять его, проводить наблюдения, небольшие исследования. При этом на каждом уроке может быть создан реально работающий прототип какого-либо устройства (маяк, светофор, ночник, гирлянда, прототип системы уличного освещения, электрический звонок, доводчик двери, термометр, бытовой измеритель шума и т.д.), а учащиеся повышают уровень своей технологической самоэффективности . Во-вторых, что значит быть инженером, замечательно сформулировал Петр Леонидович Капица: «По моему мнению, хороших инженеров мало. Хороший инженер должен состоять из четырёх частей: на 25% - быть теоретиком; на 25% - художником (машину нельзя проектировать, её нужно рисовать - меня так учили, и я тоже так считаю); на 25% - экспериментатором, т.е. исследовать свою машину; и на 25% он должен быть изобретателем. Вот так должен быть составлен инженер. Это очень грубо, могут быть вариации. Но все эти элементы должны быть» .
Отдельно хочется подчеркнуть, что существующие образовательные программы по информатике позволяют использовать робототехнику, микроэлектронику (и инженерные составляющие) как методический инструмент учителя, без необходимости изменения рабочей программы педагога. Это очень важно, особенно, при старте таких проектов в школах, когда страх неизбежности оформления огромного числа бумаг, может остановить любого педагога.
В последнее время необычайной популярностью пользуются цифровые образовательные ресурсы. Статистика скачиваний с сайтов fcior . edu . ru и school - collection . edu . ru это подтверждает. Региональные и муниципальные департаменты образования проводят огромное число конкурсов и семинаров по использованию ЦОР в школе. В течение последних 5 –6 лет многие университеты эффективно используют программную среду LabVIEW компании National Instruments в научно-исследовательской и учебной работе. Разрабатываются и вводятся в учебный процесс виртуальные лабораторные и практикумы по естественно-научным дисциплинам . Анализируя авторефераты кандидатских и докторских диссертаций в 2009 –2011 годах, стоит отметить большое количество работ, в которых используется программное обеспечение NI LabVIEW , включая специальность 13.00.02 (теория и методика обучения и воспитания). Данное программное обеспечение установлено в нашей школе. Таким образом, учащиеся в рамках обучения информатике смогут познакомиться с тем, как проектируются и разрабатываются такие лабораторные комплексы.
Хочется отметить и развивающую функцию изучения робототехники и микроэлектроники в школе. Систематическая работа с мелкими деталями у детей и подростков оказывает положительное влияние на развитие моторики мелких мышц кистей рук, что в свою очередь стимулирует развитие основных функций головного мозга, что положительно влияет на внимание, наблюдательность, память, воображение, речь и, конечно, развивает творческое мышление .
Узким местом многих исследований и проектов часто становится невозможность быстрого масштабирования. Накопленный нами опыт позволил в кратчайшие сроки (30 дней) масштабировать проект в общеобразовательном лицее №17 города Северодвинска, что подчеркивает практическую значимость нашей работы.
Исследования технологических компаний показывают, что если мы не будем иметь детей, заинтересованных и увлеченных инженерными направлениями уже в 7
–9 классах, вероятность того, что они успешно пойдут по инженерной карьере очень низка. Учителя информатики, пропагандируя естественные науки, математику, инженерное искусство и технологии с помощью междисциплинарных элективных и факультативных курсов, системы дополнительного образования, могут более эффективно влиять на выбор учащимися будущей профессии. Использование в школах лабораторий инженерной направленности в модели непрерывного информационного образования, позволит осуществлять эффективное сквозное обучение (школа
- дополнительное образование
- вуз) по современным информационным и коммуникационным технологиям, обеспечивая непрерывность образовательной программы на разных ступенях образования.
Литература
Всё простое - правда... Афоризмы и размышления П.Л. Капицы.../Сост. П. Е. Рубинин. - М.: Изд-во Моск. физ.-тех. ин-та, 1994. - 152 с.
Дубовицкая Т.Д. Методика диагностики направленности учебной мотивации // Психологическая наука и образование. - 2002. №2. - C.42–45.
Кольцова М.М., Рузина М.С. Ребенок учится говорить. Пальчиковый игротренинг - Екатеринбург: У-Фактория, - 2006. - 224 с.
Копосов Д.Г. Основы микропроцессорных систем управления - программа для учащихся 9–11-х классов // Информационные технологии в образовании: ресурсы, опыт, тенденции развития: сб. мат. Международной науч.-практ. конф. (30 ноября - 3 декабря 2011 г.). В 2 ч. Ч. 2./ Редкол. Федосеева И.В. и др. - Архангельск: Изд-во АО ИППК РО, 2011. - С.174–181.
Копосов Д.Г. Первый шаг в робототехнику: практикум для 5–6 классов. М: БИНОМ. Лаборатория знаний. - 2012. - 286 с.
Копосов Д.Г. Первый шаг в робототехнику: рабочая тетрадь для 5–6 классов. М: БИНОМ. Лаборатория знаний. - 2012. - 60 с.
Копосова О.Ю. Мониторинг уровня учебной мотивации учащихся 5–7 классов при изучении робототехники // Информационные технологии в образовании: ресурсы, опыт, тенденции развития: сб. материалов Всероссийской научно-практической конференции (7–10 декабря 2010 г.). Часть I. / Редкол. Артюгина Т.Ю. и др. - Архангельск: Изд-во АО ИППК РО, 2010. - С.230–233.
Крылов Е.В. Преждевременное развитие - вред интеллекту?: [интервью] / Крылов Е.В., Крылов О.Н. // Аккредитация в образовании. - 2010. - N 6 (41). Сентябрь. - С. 90–92
Похолков Ю.П. Без пяти минут инженер. Политический журнал. 17. 07.2006. С.8
Сапрыкин Д.Л. Инженерное образование в России: история, концепция и перспективы // Высшее образование в России. - 2012. №1. - С. 125–137.
Федоров И.Б. Вопросы развития инженерного образования // Альма матер (Вестник Высшей школы). - 2011. - № 5. - С. 6–11.
Хромов В.И., Капустин Ю.И., Кузнецов В.М. Опыт применения программной среды Labview в учебных курсах по наукоёмким технологиям // сб. трудов Международной научно-практической конференции «Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments». 17–18 ноября 2006 г., Москва, Россия: Изд-во Российского университета дружбы народов, - 2006. - С. 36–38.
Johnson L., Levine A., Smith R., Smythe T. «The 2009 Horizon Report: K-12 Edition». Austin, Texas: The New Media Consortium. - 34 p.
Lovell E.M. A Soft Circuit Curriculum to Support Technological Self-Efficacy, Massachusetts Institute of Technology. - June 2011. - 70 p.
Woolf B.P. A roadmap for education technology. Amherst, MA: Global Resources for Online Education. 2010. - 80 p.
Копосов Д.Г. Образовательные проекты в МБОУ СОШ №24. Авторский сайт учителя информатики МБОУ ОГ №24. [Электронный ресурс]. http://www.koposov.info.
Копосов Д.Г. Авторская программа «Основы микропроцессорных систем управления» дополнительного образования учащихся 9–11 классов. [Электронный ресурс]. http://shkola24.su/?page_id=1534.
Официальный сайт «Образовательной галактики Intel», раздел «Вебинары». [Электронный ресурс]. http://edugalaxy.intel.ru/?act=webinars&CODE= recwebinars.
Путин В.В. Мнения российских политиков о нехватке инженерных кадров. 11.04.2011. // Государственные вести (GOSNEWS.ru). Интернет-издание. [Электронный ресурс]. http://www.gosnews.ru/ business_and_authority/news/643.
В ряде школ Новосибирской области уже два года работают инженерные классы. Узнать о том, как происходит внедрение проекта и чем отличается инженерное образование от обычного, мы решили в «Центре развития творчества детей и юношества» Новосибирской области.
Нужны ли нам инженеры?
Такие классы сегодня востребованы, - говорит методист центра, преподаватель робототехники Сергей ЯКУШКИН. - Все мы наблюдаем не лучшую ситуацию на производстве, пришла пора ее переломить. И сделать это должны новые инженеры. Сейчас необходимы люди с новым видением проблемы, знакомые с современным оборудованием, передовыми технологиями, и наша задача - подготовить их.
В нашей области нет нефти, газа. Основной наш потенциал — интеллектуальный, - дополняет коллегу Екатерина ДЁМИНА, руководитель отдела психолого-педагогического сопровождения развития интеллектуальной одаренности «Центра развития творчества детей и юношества». - Сейчас специалистам, которые владеют хорошими инженерными навыками, и могут качественно выполнять высокотехнологическую работу в этом направлении, по 50-60 лет. Это предпенсионный и пенсионный возраст. Молодежи среди них нет. А запрос у промышленности, инновационного, наукоемкого бизнеса на подобных специалистов существует.
” Подготовку новых инженеров, по мнению педагогов, нужно начинать не в вузе, а в школе. Однако выпускники школ сегодня не готовы эффективно обучаться техническим специальностям.
Если посмотреть сегодняшнюю статистику по ЕГЭ, то уровень двойки по математике - 20 баллов. А минимальный проходной балл по математике в технические вузы - 36. Разница всего в 16 баллов, и абитуриент поступает в вуз! - поясняет ситуацию Сергей Якушкин. - Подготовка тех, кто идет в технические вузы, крайне низка. Какие инженеры будут выпущены при таком уровне подготовки школьников?
” - Наша цель - взрастить инженерную элиту, возродить тот сильный инженерный корпус, который мы растеряли в постсоветское время, но уже на современном уровне.
Для решения этой задачи применяются не только новые программы, но и новые методы обучения.
Сегодня мы сотрудничаем с Новосибирским государственным архитектурно-строительным университетом (НГАСУ), Новосибирским госуниверситетом (НГУ) и техническим университетом (НГТУ). Основной принцип нашей работы - совместное обучение школьников и студентов, когда студенты становятся наставниками школьников под присмотром куратора из вуза. Это очень эффективно, когда наставник не сильно отличается по возрасту от обучаемого.
” Надо сказать, что в Новосибирске и раньше работали такие учреждения образования, как Инженерно-технический лицей при НГТУ, Аэрокосмический лицей и другие. Но проект создания инженерных классов стал ноу-хау Новосибирска, а при его разработке был использован также опыт обучения детей в физико-математической школе при НГУ. Сами образовательные учреждения оказались очень заинтересованы в новшестве.
Когда открывался проект, было решено набрать 10 спецклассов, но в отборочном конкурсе пожелало участвовать 26 общеобразовательных учреждений, и поэтому классов набрали 15, - вспоминает заведующая отделом сопровождения спецклассов «Центра развития творчества детей и юношества» Новосибирской области Юлия КЛЯЙН. - Помимо Новосибирска инженерные классы были созданы в Бердске и Карасуке. В 2014 году они открылись еще в двух районах области - Купинском и Маслянинском. На сегодняшний день таких классов 35, поскольку наша задача - - сделать доступным инженерное образование для всех одаренных детей, то этот проект пошел в область.
Как воспитать инженера
Как объяснила Екатерина Дёмина, принципиально важный момент обучения в новых классах - это привитие практических навыков работы с оборудованием. В инженерные классы набираются технически одаренные дети, которые изучают не только теорию - математику, физику, но и инженерную графику, 3D- конструирование, моделирование, робототехнику.
Но сегодня все еще приходится сталкиваться с недостатком современного оборудования, оно в большинстве школ, особенно сельских, находится на уровне 50-60 годов, - признает Екатерина. - Это станки, которыми пользовались наши родители, если не дедушки и бабушки. Поэтому необходимо уходить от старого оборудования, и внедрять новое - с ЧПУ (числовым программным управлением).
” Однако техническое обеспечение образовательного процесса - не единственная проблема, стоящая перед организаторами инженерных классов. Концепция обучения также еще находится в стадии формирования.
По мнению Екатерины Деминой, одинаково хорошее владение теорией, и практикой - принципиально важный момент:
В инженерных классах есть риск подмены развития инженерного мышления простым решением олимпиадных задач. А перед нами стоит задача подготовки специалистов нового поколения.
С другой стороны, если мы будем вытеснять интеллектуальную подготовку технологической, - размышляет Сергей Якушкин, - то мы сведем это к уровню ПТУ. И тогда на выходе мы получим, может быть, хорошего рабочего, но не инженера. Поэтому, конечно же, инженерный класс сложнее, чем просто математический или физический: в нем высоким должен быть и уровень подготовки по фундаментальным предметам, в дополнение к технологической подготовке.
Робототехника - первый шаг в инжиниринг
Пока в качестве предмета, сочетающего в себе и теоретическую, и практическую составляющую, инженерные классы используют робототехнику. Чтобы начать обучение по этому направлению, школе достаточно приобрести небольшие и недорогие настольные станки.
” Для более масштабных задач создаются центры коллективного пользования с более дорогим оборудованием, например, Детский технопарк и ЦМИТ (Центр молодежного инновационного творчества), расположенный в Академпарке.
Эти центры оснащены совершенно новыми станками и приборами, такими как 3D принтеры, позволяющими сделать любую деталь, - поясняет Сергей Якушкин. - Одной школе закупить их не под силу, поэтому организуются общие занятия. К нам приезжают дети из Кольцово, новосибирского лицея № 22 «Надежда Сибири».
Если говорить о методике преподавания робототехники, - продолжает Сергей, - то мы, конечно, используем мировой опыт. Но мы очень сильно изменили западные методики, поэтому можно считать, что сейчас в России существует собственная школа робототехники, и это одна из составляющих интеллектуального потенциала Академгородка. Научные сотрудники из институтов СО РАН, может быть, и не инженеры по большому счету, но получают очень серьезные инженерные навыки. И это используется в инженерных классах новой общеобразовательной школы.
Стать инженером. Когда?
В инженерных классах дети обучаются с 12 лет, хотя, по мнению Сергея Якушкина, оптимально было бы начинать обучение подростков лет с 14, то есть с 7 класса, когда у ребят уже существует осознанная мотивация своей будущей профессии. А вот к робототехнике дети тянутся, как только начинают играть в Лего, так что изучают ее в виде игры с первого класса.
После 5 класса, - говорит Сергей Якушкин, - мы даем осознанные задания. Ребенок должен сделать именно робота. Игра присутствует, но она отступает на задний план. Для старших задание еще более усложняется. А самые старшие занимаются уже очень сложным программированием андроидов, человекоподобных роботов. Они учат их видеть, распознавать объекты, читать тексты, общаться.
” - В летней естественнонаучной школе «Лаборатория Z», которая собирает одаренных детей со всей области, в этом году шестью школьниками 6-8 классов был разработан экзоскелет «роборука». Перед ними была поставлена техническая задача, и дети сами придумали, как осуществить разработку такого робота. В течение сезона они под руководством заведующего лабораторией и его ассистентов создавали модель, которая смогла полностью повторить движения руки человека.
По словам Юлии Кляйн, почти 86% выпускников спецклассов планируют продолжить обучение по выбранному профилю, а значит - следуют за своей мечтой. Первый выпуск двух инженерных классов, набор в которые проходил в 2013-м и нынешнем году, состоится весной 2015-го.
Фото предоставлено «Центром развития творчества детей и юношества» НСО
В Архангельске об одно из первых опытов внедрения робототехники в школьную программу, развитии мышления и вдохновении.
— Денис Геннадьевич, расскажите, как начался ваш путь в образовательной робототехнике. Когда вы начали ею интересоваться? С чего все началось?
— Есть ли такой день, который круто поменял мое мировоззрение? В принципе таких дня два. 1 сентября 2006 года я, наконец-то, стал работать учителем в школе. В тот момент в нашей школе еще не было второго кабинета информатики и приходилось бегать по кабинетам и с мелом в руках учить информатике школьников. Когда до этого 10 лет работаешь инженером в IT-компании, то контраст умопомрачительный. Поэтому на первом этапе необходимо было создать нормальный кабинет. В принципе, свои узнаваемые очертания кабинет информатики обрел летом 2008 года. Встал второй вопрос: в том виде, в котором информатика присутствовала в учебниках, меня эта учебная дисциплина несильно радовала. Кроме того, в 2008 году в 5 классы приходили баснословно талантливые дети. «Давать учебник» таким детям – это себя не уважать.
Так получилось, что я на тот момент получил премию мэра города и оказался в магазине «Детский мир», в котором со скидкой продавался набор Lego MINDSTROMS NXT. Суммы совпали. А на следующий день 10-классники с удовольствием самостоятельно изучали конструктор по робототехнике, причем задержались в кабинете на 6 часов. А дальше уже всё началось развиваться очень активно. Сейчас у нас в гимназии лучшая в Архангельской области база для технического творчества в области робототехники и есть всё: Lego WeDo, MINDSTORMS, VEX, ARDUINO, myDAQ, myRIO, TRIKи т.д., и т.п.
Вот эти дети с 2008 по 2015 год (5-11 класс) своим талантом, просто неуемным желанием учиться практически заставляли работать, работать, работать. До сих пор все робототехники вспоминают их: как можно было 30 декабря заниматься техническим зрением на платформе ТРИК до 22:30, учась при этом в 11 классе? И не потому, что какие-то соревнования или конференции (не было их). А потому, что интересно и получается.
— Расскажите о себе, где вы учились, каков ваш профессиональный путь?
— По образованию — учитель математики, информатики и вычислительной техники. Закончил с отличием Поморский государственный педагогический университет имени М.В. Ломоносова, это в Архангельске. В дальнейшем образовательное учреждение вошло в состав Северного (Арктического) федерального университете имени М.В.Ломоносова. Однако работать в школу пошел не сразу. Прошел службу в Пограничных войсках, занимался научной деятельностью в аспирантуре (теория полугрупп; но не защищался), поработал инженером, параллельно увлекся физикой конденсированного состояния вещества, учился писать научные статьи…
И только после этого, обладая знаниями, методикой, опытом и пониманием, что я буду делать и как, — пошел работать «по профессии».
— Почему занятия техническим творчеством важны? На уроках робототехники “открываются” будущие инженеры?
— Инженеров должны готовить и готовят в вузе. А получаются инженеры, когда сами, получив образование, реализуют инженерные проекты и выполняют инженерные задачи.
Всё, что может школа: профориентация, мотивация, воспитание и развитие. Я даже слово «обучение» не употребил. Так как обучить никого ничему нельзя, а можно только научиться. Поэтому мы в гимназии стараемся создавать условия, в которых у ребенка будет возможность найти свой путь, будет выбор образовательной траектории, обеспечивающей его развитие и будет мотивация. В этом году у нас 67% выпускников 9-х классов выбрали информатику в качестве экзамена – это к вопросу о техническом творчестве, как эффективной профориентации.
С другой стороны, важно же кто слушает ответ. Занимаясь техническим творчеством, учителю легче работать с детьми, так как вопросы учебной мотивации его уже не беспокоят. Когда мы только начинали путь в образовательной робототехнике, то проводили исследования учебной мотивации школьников. Ради этого я даже прошел обучение в «Школе педагога-исследователя», в которой кандидаты педагогических наук объясняли, как все сделать правильно и «по науке», чтобы результат был реальный, а не тот, которого очень хочется. Мотивация школьников однозначно растет.
Для родителей информация: вы отдали своего ребенка в спортивную секцию (или близкую по направлению), вы отдали в художественную, а про развитие интеллекта вы не забыли? Репетиторы его не развивают.
Школьнику: занимаясь техническим творчеством, улучшаются оценки по математике, физике, информатике, английскому и русскому языкам. Удивлены? Каждый робототехник расскажет свою историю успеха. Хочешь понять, что твои знания в действительности разрозненны. Да, оценки есть, а что со знаниями? Приходи и проверь. Или ты учишься только ради оценок? Когда ты решаешь задачу, то учитель всегда знает ответ. Но в робототехнике всё по-другому. Мы будем искать вместе. Это реальное творчество, это твоё самостоятельное мышление!
— В Гимназии №24 робототехника включена в общеобразовательную программу, это так? Когда это случилось? В России это ведь пока — редкость.
— Я снова начну издалека. Образовательная организация, в которую в 2006 году пришел работать, носила вот такое название: «Средняя общеобразовательная школа № 24 с углубленным изучением предметов художественно-эстетического направления». Музыка, театр, хореография, изобразительное искусство – вот профильные предметы. В такой среде очень ярко бросалось в глаза, что детям реально не хватает технической составляющей в образовательной траектории. Брать ее где? По этой причине всё оборудование стали использовать как методический инструмент учителя информатики. Учебные программы это позволяли. То есть программировали и роботов, и микроконтроллеры дети на уроках информатики (в 2009 году это произошло с платформой Lego MINDSTORMS, в 2011 году – с платформой Arduino).
Далее мы начали проект «Начала инженерного образования в школе», в рамках которого в специально созданной учебной среде, основанной на лабораториях инженерной направленности, учащиеся с 5 по 11 класс изучают информатику в неразрывной связи с вопросами физики, инженерного дела, математики. Так мы реализовываем STEM-обучение (STEM – это аббревиатура от science, technology, engineering, math, т.е. наука, технология, инженерное дело и математика). В дальнейшем в учебном плане гимназии у пятиклассников появилась робототехника, а у более старших элективные учебные предметы по техническим направлениям. Так, например, у 10-классников профильного физико-математического класса есть обязательный электив «Введение в цифровую электронику», данный курс уже использует образовательные возможности платформы myDAQ известной компании National Instruments.
Так уж сложилось, что в 2012 году мы перестали быть «с углубленным изучением предметов художественно-эстетического направления» и стали гимназией.
В 2015 году я зачитывал выпускникам фрагменты утвержденной Примерной программы основного общего образования, в которой робототехника, микроконтроллеры, 3D-принтеры стали неотъемлемой частью информатики в 5-9 классах. И всё, что еще несколько лет назад было каким-то новшеством становилось обыденным делом.
— Расскажите о ваших учебниках по робототехнике, ведь это тоже пока редкие учебные пособия в российском образовании, не считая переводных.
— Если честно, то, как говорят, «не от хорошей жизни» материализовались учебники. Просто на тот момент (2010 год, именно тогда я передал первую рукопись в издательство «БИНОМ. Лаборатория знаний») ничего не было, кроме одной книжки Сергея Александровича Филиппова. В 2012 году издательство выпустило практикум и рабочую тетрадь «Первый шаг в робототехнику» (далее 2 раза переиздавало). Особенность пособия была в том, что робота Lego MINDSTORMS можно было эффективно использовать при изучении разных тем, например, изучая метод координат (который, кстати, есть в программе по информатике) и создать прототипы различных устройств.
В 2013 году представители компании National Instruments предложили написать пособие по платформе NI myDAQ, не ограничивая в творчестве и идеях. Через год появился практикум «Введение в цифровую электронику», а замечательная платформа myDAQ выступила эффективным средством для этого. Пособие было опубликовано на сайте Образовательной галактики Intel (в виде постов), но к сожалению, сайт этим летом прекратит свое существование.
В 2015 году посчастливилось участвовать в подготовке учебного пособия «Микроконтроллеры – основа цифровых устройств» для образовательного комплекта TETRA компании Амперка. Это программирование платформы Arduino в 5-7 классе.
В 2016 году подготовить учебное пособие «Технология. Робототехника» , разделенное на 4 части (5, 6, 7 и 8 классы). Оно может быть использовано, как практикум к новым учебникам по технологии (авторы: Бешенков С.А., Лабутин В.Б., Миндзаева Э.В., Рягин С.Н., Шутикова М.И.).
Вот прямо сейчас пишу книжку по моделированию в OpenSCAD. Не знаю, как у неё судьба сложится далее, но в моей работе она мне просто жизненно необходима. В информатике есть такая тема, как «Исполнители алгоритмов», и среди этих исполнителей есть Чертежник. В моем представлении он ничем не отличается от 3D-принтера, а в OpenSCAD как раз модель не рисуется, а описывается скриптом на Си-подобном языке. То есть опять же программирование.
— Как проходят занятия в 211 кабинете? А вне урока? Почему вы отказались от кружковой модели?
Первый раз с техническими (инженерными) направлениями дети сталкиваются в 5 классе, опять же на уроках информатики или на факультативе. А далее включается принцип «Хочешь жить в кабинете – живи!». Школьники сами выбирают, когда им удобно приходить. В результате получается образовательная среда, когда учащиеся 5-11 классов одновременно занимаются тем, что им нравится в техническом творчестве. Старшие помогают младшим, младшие «копируют» старших. Это как школа, не в смысле «учреждение», а как направление в науке и культуре.
Кружковая модель… я не буду критиковать кружковую модель. Кружковая модель – это про финансы и оплату труда педагога. Ни один методист, и ни один проверяющий не даст проводить занятия с учащимися 5-11 классов одновременно, т.к. никто не сможет написать программу (которая конечно, должна учитывать возрастные особенности). А на добровольной основе всё можно. Так, что кружков у меня нет.
В 2015 году у нас в гимназии был потрясающий выпуск школьников, которые сформировали наш тренд «Живи в кабинете!». У меня случился эмоциональный «взрыв» -в результате появилась книжка «Начала инженерного образования в школе» с логотипом Intel на обложке. Если кто-нибудь из педагогов стоит на распутье начинать ли ему путь в образовательную робототехнику – полистайте, и выбор вы сделаете однозначный.
— Вы используете разное оборудование, у вас целых 15 направлений. Зачем нужно такое разнообразие? Дети взаимодействуют со всем?
— Во-первых, разнообразие оборудования очень удобно для учителя, так как позволяет учитывать индивидуальные особенности учащихся и особенности класса в целом. Кроме того, мы старались выстроить всю возрастную линейку 5-11 класс, а это уже сразу 7 направлений.
Во-вторых, в профильных физико-математических классах стараемся обеспечивать такие направления, как исследовательская и проектная деятельность. В профильных классах примерно 60 человек. Все умрут от скуки, если направление будет одно, причем я буду первым.
Стоит заметить, что направления возникают не от оборудования. Например, направления, связанные с технологиями National Instruments, мы в гимназии начали по той причине, что в нашем Северном (Арктическом) федеральном университете 8 исследовательских и учебных лабораторий на базе их оборудования. То есть по каждому из направлений можно продолжить работать после окончания нашей гимназии.
На самом деле, скорее всего, такого количества направлений и оборудования у нас бы не было без выпускников 2015 года. Я просто не успевал им, как говорят, «снаряды подносить». Тот выпуск знал и работал со всем оборудованием: оно распаковывалось прямо при них, причем очень часто доставка была прямо на уроках. Еще один пример приведу. В том классе был парень, который обожал английский язык (сейчас он на лингвиста учится), естественно, для него у меня появилась толстенная книжка в 700 страниц Arduino Cookbook. Вы не представляете с какой жаждой он ее «съел» (слово прочитал тут не звучит), выполняя при этом эксперименты с Arduino. Первый 3D-принтер в кабинете три парня пришли в воскресенье собирать, потом быстрее меня изучили программное обеспечение (моделировать же надо) и мне помогли. То, что я по урокам готовил на неделю – они поглощали за 2 дня. Ну, приходилось готовить новое, новое, новое.
— Вы проводите собственный фестиваль — RoboSTEM. В январе этого года был первый фестиваль?
— Да, совместно с Архангельским центром молодежного инновационного творчества. В этом году прошел первый. Мы решили, что важно проводить именно свой (региональный) фестиваль. Почему сейчас? Наши робототехники-выпускники уже достаточно повзрослели: судейская коллегия состояла из выпускников, которые занимались робототехникой в нашей гимназии и в 17 лицее города Северодвинска (это еще один мощный центр развития образовательной робототехники нашего региона).
— Как это было? Сколько детей участвовало в нем?
— 15 января в нашей архангельской гимназии № 24 состоялся открытый фестиваль по техническому творчеству в области робототехники «RoboSTEM», собравший 132 учащихся из 23 школ Архангельской области. Обширная программа форума сделала его интересным для участников всех возрастов. Были организованы игровые площадки для учащихся на которых можно было с оборудование поработать/поиграть, выставки для гостей фестиваля. И, конечно, каждый мог почувствовать себя или болельщиком, или участником на состязаниях по робототехнике.
На открытии фестиваля с напутственными словами к участникам выступили: Виталий Сергеевич Фортыгин, заместитель председателя Архангельского областного собрания депутатов; Семён Алексеевич Вуйменков, министр экономического развития Архангельской области; Сергей Николаевич Дерябин – председатель региональной Ассоциации инициатив развития малого и среднего предпринимательства, генеральный директор ООО «ИнтерСтрой» и другие высокие гости фестиваля.
Школьники – участники фестиваля подготовили более 100 моделей роботов, собранных на базе различных платформ: Lego EducationWeDo, Lego MINDSTORMS, Arduino, VEX EDR, TRIK, NI myRIO и других.
Самые юные участники – 9 летние школьники. Среди победителей и призеров фестиваля представители 12 школ, а 42% среди них девушки. Это важно соблюдать гендерный баланс.
С одной стороны, фестиваль позволяет поддержать школьников в их увлечении робототехникой, с другой – привлечь новых участников, популяризовать это направление инновационного творчества, дать юным северянам почувствовать себя настоящими инженерами и изобретателями, воспитывая конструкторов будущего.
Хочу отдельно поблагодарить компанию Lego Education, которая поддержала наш фестиваль и учредила призы 5 образовательным учреждениям за подготовку самых лучших команд, и поддержку лучших тренеров.
— Как изменится фестиваль в 2018 году? Планируете ли вы изменения в программе или номинациях?
— Эволюционные изменения, конечно, планируем. Номинаций станет больше. Будет больше конкурсов. Например, появится конкурс по работе с 3D-ручками. Закупили уже необходимое количество. Олимпиада по Lego WeDo и WeDo 2.0 будет, в ее организации нам помогают педагоги Центра технического творчества, спорта и развития детей «Архангел». Конкурс по 3D-моделированию будет уже строго на основе T-FLEXCAD.
— Какими еще образовательными и соревновательными проектами вы занимаетесь? Какие планируете?
— Самым, конечно, неожиданным и потрясающим результатом фестиваля стало проведение в апреле олимпиады «Будущий инженер». Представители производственных компаний малого бизнеса, побывав на фестивале, поставили задачу сделать прототип шлифовального станка на базе Lego MINDSTORMS, обеспечить хорошую повторяемость действий и четко описать математическую модель. Так появилась олимпиада «Будущий инженер», которая прошла 26 апреля. Победители олимпиады 4 часа «сдавали работу», как говорят «под запись» (диктофон, камера). Решения школьников найдут воплощение в реальном оборудовании, в действующих станках.
Сейчас на территории нашей гимназии идет реконструкция старого здания теплицы, в котором после окончания работ разместиться центр технического творчества. Этот проект, который называется «Промшкола»,и курирует его некоммерческое партнёрство «Объединение в области судостроения, судоремонта, машиностроения и металлообработки «Красная Кузница», которое объединяет 16 малых предприятий.
В этом году Министерство экономического развития Архангельской области планирует создать региональную программу развития робототехники, педагоги также включены в рабочую группу.
Есть и «проект», который надо сделать, но он никак мне не поддается: учебное пособие по робототехнике на базе платформы National Instruments myRIO. Крайний срок – 1.09.2018 так как школьники, под которых всё это затевается будут как раз в 11 классе.
— Расскажите о ваших успехах, успехах школьников, что особенно запомнилось в последнее время?
— Самое важное, что мы систему выстроили. Надежную, гибкую, возобновляемую.
В этом году у нас произошло событие, результатами которого мы планируем очень бережно и неспешно распорядится (и первый раз никуда спешить не будем). В этом году на 5 региональный турнир по робототехнике Робонорд , который проходит в Северодвинске (в этом году 23 апреля), у нас большинство команд готовили школьники, то есть не я тренером был, а наши опытные робототехники. А 26 апреля у нас олимпиада «Будущий инженер», естественно, я был весь в подготовке к важной олимпиаде. Так, супергерои наши (тренеры) подготовили команды лучше, чем я когда-либо готовил школьников к соревнованиям (24 призовых места из 33 возможных).
При этом 5 команд пятиклассников готовила шестиклассница Полина: организовала всё и всех через социальную сеть, объясняла им регуляторы, причем ни разу не употребив это слово (всю теорию переработала и адаптировала), вырабатывала стратегию, все контролировала, на соревнованиях «билась» с судьями, цитируя положения. И была очень счастлива, когда у её пятиклашек всё получалось. Все пятиклашки знают, зачем заниматься робототехникой. Чтобы становиться такими, как Полина.
Загрузка...