Данная статья предназначена учителям естественно-математического цикла, в частности учителям физики. В ней раскрывается содержание инновационного подхода к формированию основ инженерного мышления в результате создания образовательной среды.
Ключевые слова: инновации, образовательная среда, основы инженерного мышления, исследовательская деятельность, проект, цифровая лаборатория, цифровые образовательные ресурсы
В настоящее время одним из главных приоритетных направлений в РФ, ориентация на который позволит ей «стать конкурентным обществом в мире 21-го века, обеспечить достойную жизнь всем… гражданам» является инновационное развитие [1]. Инновации должны стать неотъемлемой частью развития любой отрасли, в том числе и системы образования. Преподаватели учебных дисциплин на всех ступенях школьного обучения занимаются внедрением и разработкой новых ресурсов и технологий, кардинально изменяя свой подход к обучению или встраивая новшества в свою устоявшуюся систему.
В 2014 году под представительством В. В. Путина в Кремле состоялось заседание Совета при Президенте по науке и образованию, где обсуждались вопросы модернизации инженерного образования и качества подготовки технических специалистов [2]. Увеличивается спектр новых инженерно-технических специальностей, требующих качественной подготовки специалистов в области естественно-математических дисциплин. Поэтому перед преподавателем в школе, в большей степени преподавателем физики, стоит главная задача — заложить основы развития инженерного мышления, воспитать конкурентно способную личность, будущего специалиста, профессионала своего дела, мотивированного к непрерывному развитию и самосовершенствованию, способного добывать в результате исследования необходимые знания и применять их для решения практических задач.
Для этого необходимо создать образовательное пространство, среду, в которой учащийся будет развиваться. В школе должны быть созданы условия для реализации потенциала учащихся, склонных к научно-техническому и инженерному творчеству, условия для формирования инженерных компетенций.
Для реализации поставленной задачи среди разнообразных инновационных методик и современных технологий учителю нужно выбрать наиболее оптимальную.
Л. Толстой говорил, что «никакая деятельность не может быть прочна, если не имеет основы в личном интересе». Ребенок, независимо от его возраста, воспринимает только те факты и процессы и охотно участвует в их изучении, если он осознает их значимость.
Слово «физика» не должно ассоциироваться только с названием школьного предмета, ученик должен ощущать себя частью мира, системы, где многие процессы подчиняются физическим законам. Ребенок должен осознавать, что физика и жизнь — это два неразрывно связанных понятия. Бессмысленно изучать физику в отрыве от окружающей действительности и повседневной жизни.
На начальном этапе изучения необходимо показать ребенку, что теоретические знания представляют собой научно обоснованный, подкрепленный математическими расчетами способ решения какой-либо проблемы, продиктованной практикой жизни. Сотрудничество с организациями и специалистами инженерных и технических направлений делает возможным реализацию данной задачи.
Такое партнерство дает возможность взглянуть на сложный учебный предмет с иного ракурса, ведь учащийся понимает практическую значимость изучаемых физических законов.
Например, освоение темы «Электричество» стало более успешным в результате совместной работы со специалистом в области электроэнергетики. Демонстрация электрических цепей и видов соединения проводников в реальной жизни вызвало познавательный интерес у учащихся, что мотивировало к осознанному изучению данной темы.
Для изучения свойств газов, а также газовых законов были привлечены инженеры газовой службы. Манометр, давление газа, диффузия и другие физические понятия и законы в результате стали прочными предметными знаниями.
Демонстрация работы двигателя внутреннего сгорания инженером-механиком позволяет расширить рамки возможностей учебного кабинета, а изучение движения тела по окружности, а также понимание таких терминов, как угловая и линейная скорость и ее направление, центростремительное ускорение, центробежная сила, становится наиболее понятным при демонстрации «в живую» в слесарной мастерской.
В результате такого инновационного подхода к обучению у ребенка не возникнет вопроса «А зачем мне это нужно, где это может пригодиться?», он осознанно подходит к необходимости более глубокого получения физических знаний.
Особое место в развитии основ инженерного мышления занимает исследовательская деятельность. Очень важно, чтобы учащийся мог выступить в роли первооткрывателя, доходя до истины самостоятельно. Именно такое знание, добытое в ходе собственного исследования, является наиболее ценным. Необходимо создавать условия для развития познавательной активности учащегося через накопление собственного опыта.
Исследовательская работа должна носить целенаправленный характер. Учителю необходимо так сформулировать задание, чтобы оно вызвало интерес у учащихся. Он достигается новизной поставленной задачи, необычностью ее содержания. Понимание задачи, цели исследования делает работу более осмысленной, а, следовательно, позволяет сформировать более прочные знания.
Исследовательская деятельность должна использоваться систематически.
На начальном этапе необходимо познакомить учащихся с основными принципами такого вида деятельности. К выбору заданий необходимо подходить дифференцированно, учитывая возможности учащегося, чтобы поддерживать ситуацию успеха.
Учитель при этом выполняет роль в большей степени наблюдателя, координирует работу, но при этом предоставляет учащимся самостоятельно выбирать пути решения задачи и способы реализации исследования.
Ребенок может стать исследователем в рамках одного урока. Например, при изучении темы «сила Архимеда» учащимся предлагается исследовать зависит ли выталкивающая сила от глубины погружения тела в жидкость, от вещества, из которого сделано тело, от плотности жидкости, от формы или объема тела. В результате такого исследования учащиеся могут самостоятельно сформулировать закон Архимеда.
Проектно-исследовательская деятельность позволяет перевоплотить ученика из пассивного потребителя знаний в их активного творца, равноправного участника процесса обучения. Проведения эксперимента в рамках исследования предполагает использование оборудования. Ведь главное в инженерном мышлении — решение конкретных, выдвигаемых производством задач и целей с помощью технических средств для достижения наиболее эффективного и качественного результата [3, с.37].
Наряду с традиционным лабораторным оборудованием в учебном кабинете используются цифровые лаборатории, например, SensorLab, которая позволяет проводить исследование, а также обладает свойствами фиксации результатов измерений в виде диаграмм и графиков, что позволяет проводить сравнительный анализ и на его основе делать выводы.
Для реализации поставленной цели разработана программа элективного курса «Я-исследователь. Познай себя», в результате освоения содержания которой ребята проводят ряд исследований, направленных на изучение потенциальных физиологических способностей организма. Каждое занятие — это исследование, результаты которого заносятся в «Физический паспорт человека».
Особое место уделяется проектно-исследовательской деятельности в области астрономии. В рамках проведения занятий внеурочной деятельности по курсу «Навстречу звездам», ребята работают с различными источниками информации, включая средства массовой информации и интернет — ресурсы. Формирование у учащихся умения самостоятельно работать с учебной и дополнительной литературой является способом развития у школьников умения самостоятельно приобретать и углублять знания.
В ходе выполнения исследовательской работы учащийся под руководством учителя воспроизводит путь познания, принятый в естественных науках, усваивает логику научного исследования. Этот путь включает осознание проблемы, формулировку гипотезы, целей и задач исследования на основе анализа теоретического материала, проверку гипотезы эмпирическими методами (измерение, наблюдение или эксперимент), анализ, систематизацию и обобщение полученных эмпирических данных и формулировку выводов в контексте их соответствия гипотезе, целям и задачам. Завершается школьное исследование оформлением исследовательской работы в соответствии с общепринятыми требованиями.
Таким образом, работа над проектами дает возможность ребенку почувствовать себя успешным в деле, развить и проявить свою креативность, научиться оформлять и представлять работу и как следствие, почувствовать свою личную состоятельность.
Проектная и исследовательская деятельность на всех ступенях образования направлена на формирование личности открытой к творческому восприятию мира, выработки исследовательских подходов в его познании, овладение учащимися ключевыми компетенциями, составляющими основу дальнейшего успешного образования и ориентации в области инженерно-технического образования.
Инженерно-техническая направленность весьма актуальна в условиях стремительного развития науки, техники и производственных технологий. Инженерное образование сегодня формирует экономический потенциал страны, поэтому очень важно заложить основы инженерного мышления в школе.
Литература:
1. Национальная образовательная инициатива «Наша новая школа» [Электронный ресурс]/ Режим доступа: http://mon.gov.ru/files/materials/5233/ 09.03.16-nns.doc.
2. [Электронный ресурс] / Режим доступа http://www.kremlin.ru/events/president/news/45962
3. Малых Г. И., Осипов В. Е. История и философия науки и техники: методические указания. — Иркутск: ИрГУПС, 2008. — 91 с.
