Развитие инженерного образования в общеобразовательной школе



В статье представлен опыт работы педагогического коллектива общеобразовательной школы по выполнению запроса общества и государства на формирование у школьников инженерного мышления, развития интереса к профессиям инженерно-технического профиля.

Ключевые слова: инженерное образование, дополнительное образование, школа, концепция, инженерное мышление, обучающийся.

Свердловская область относится к числу десяти основных регионов с высокой концентрацией производства, на долю которых приходится 45 процентов производимой в Российской Федерации промышленной продукции. Подготовка инженерных кадров, квалификация которых отвечает сегодняшним и перспективным потребностям промышленных предприятий области является задачей государственной важности.

Проблемы развития инженерного образования в целом обозначены в «Стратегии социального и экономического развития Свердловской области на 2016–2030 годы» [1]. Основными из них являются: отсутствие комплексной системы, направленной на подготовку инженерных кадров; низкий уровень престижа инженерной профессии; старение педагогических кадров и недостаточный приток молодых специалистов; несоответствие темпов обновления учебно-материальной базы и номенклатуры услуг учреждений дополнительного образования детей и изменяющихся потребностей населения; отсутствие специальной курсовой переподготовки кадров, работающих с одарёнными детьми; недостаточная обеспеченность современным IT и высокотехнологичным оборудованием образовательного процесса.

Следовательно, проблема организации эффективного научного, информационного, ресурсного и методического сопровождения для ориентации школьников на дальнейший выбор специальности инженерно-технического профиля сегодня выходит на первый план.

Новоуральск — закрытое территориальное образование, градообразующим предприятием является АО «Уральский электрохимический комбинат», входящий в структуру Госкорпорации Росатом. В «Стратегии долгосрочного социально-экономического развития Новоуральского городского округа на период до 2030 года» выделено направление «Новоуральский городской округ — развивающийся центр производства и бизнеса» 3. В контексте данного направления развитие предприятий атомного кластера, фармацевтической промышленности, других предприятий машиностроения и приборостроения может быть реализовано при выполнении ряда условий, в том числе — при условии развития кадровых ресурсов.

В этой связи создание необходимых условий для подготовки будущих востребованных и высококвалифицированных кадров, в первую очередь инженерных, — важная задача для общеобразовательных организаций города. Сегодня в Новоуральске школьное инженерное образование развивается в условиях двух лицеев и Станции юных техников. В общеобразовательных школах города данное направление представлено отдельными дополнительными образовательными программами.

Поставив в рамках Программы развития образовательной организации на 2019–2023 годы цель — развитие инженерно-технической компетентности обучающихся, педагогический коллектив МАОУ «СОШ № 54» (далее Школа) взял курс на создание социальной среды, формирующей инженерное мышление школьников.

Нами было проведено исследование интереса обучающихся и их родителей к изучению предметных областей естественнонаучного и технического профиля.

Мониторинг проводился на протяжении двух лет по специально разработанной программе, в которую вошли: анкетный опрос родителей обучающихся 4х классов «Чему учить в школе?» для выявления образовательных запросов родителей; диагностическая методика изучения интересов обучающихся 4х классов Т. Е. Макаровой «Я предпочту»; модифицированная методика Е. А. Климова «Карта интересов» для обучающихся 5–7х классов, которая позволяет сравнить интенсивность интересов к разным областям знаний и деятельности и тем самым уточнить основную направленность интересов.

В результате мониторинга нами выявлен запрос значительной части родителей (60 % опрошенных в 2018 году, 65 % — в 2019 году) на формирование у детей умения нестандартно мыслить, решать сложные задачи, что свидетельствует об актуальности развития проектной деятельности, компонентов инженерного мышления.

В результате определения интересов обучающихся 4 классов профессиональных областях, выявлены группы профессий, к которым более 60 % опрошенных обучающихся проявляет интерес — «Человек-природа», «Человек-техника», «Человек-знаковая система», именно для многих профессий этих групп актуальным является формирование инженерного мышления еще в школьном возрасте.

Яркая выраженность интересов у обучающихся 5–7 классов выявлена в области изучения биологии и экологии (12,8 % обучающихся), технологии (17,2 % школьников), математического направления (16,4 %). В области техники проявляют интерес у 12,4 % опрошенных обучающихся.

МАОУ «СОШ № 54» является общеобразовательным учреждением, где сформированы предпосылки для создания школы инженерной подготовки обучающихся, а самое главное, результаты мониторинга показали — есть запрос участников образовательных отношений на развитие инженерно-технической направленности.

В 2019 году автором данной статьи была разработана Концепция инженерного образования и Дорожная карта, которые в дальнейшем стали основой для разработки форсайт-проектов по направлениям развития инженерного мышления школьников.

Концепция устанавливает цели развития инженерного образования в школе — формирование технологической культуры обучающихся, получение качественного образования, соответствующего практическим задачам инновационного развития современных естественно-математических и информационно-технологических наук, промышленного производства, являющихся основой профильного и далее профессионального образования.

Нами поставлены задачи:

– создание в школе образовательной среды, обеспечивающей сетевое взаимодействие образовательных организаций (в том числе профессионального образования) для последовательной, непрерывной и целенаправленной предпрофильной подготовки инженерных кадров;

– повышение уровня вовлеченности и осведомленности детей в сфере точных наук, моделирования и конструирования посредством профориентационных мероприятий;

– формирование положительного восприятия инженерной деятельности, промышленного развития города и региона через вовлечение общественных организаций и родителей в систему образовательных событий, обеспечение информационной открытости образовательной организации;

– формирование устойчивой мотивации к получению инженерного образования посредством проведения различных мероприятий (конкурсов, экскурсий на предприятия и т. д.), направленных на популяризацию профессии инженера;

– обеспечение углубленной практико-ориентированной подготовки обучающихся школы в естественно-математической, естественнонаучной и информационно-технологической областях;

– формирование инженерного мышления как результата активной профориентационной работы;

– актуализация вариативной части учебного плана школы путем интеграции основного и дополнительного образования — разработка и внедрение «сквозных» основных образовательных программ общего и дополнительного образования;

– поддержка и развитие олимпиадного движения по предметам физико-математического, естественнонаучного циклов, увеличение количества его участников;

– повышение квалификации и переподготовка педагогов в связи с потребностью создания вариативного учебного плана, соответствующего локальной потребности в формировании инженерного мышления у детей;

– увеличение количества детей, привлекаемых к обучению по программам дополнительного образования инженерно-технической направленности (Cuboro-конструирование, робототехника, 3D-моделирование, техническое моделирование и др.), в т. ч. в рамках сетевого взаимодействия школы с образовательными организациями и предприятиями;

– повышение уровня участия промышленных предприятий в подготовке инженерных кадров путем взаимодействия с образовательной организацией.

Мероприятия и проекты, направленные на развитие инженерного образования в МАОУ «СОШ № 54», систематизированы по следующим направлениям:

1. Модернизация социокультурной образовательной среды школы.
2. Модернизация содержания и технологий образования.
3. Ресурсное оснащение образовательной организации.
4. Изменения в подготовке кадров для инженерного образования.
5. Популяризация профессии инженера и инженерного образования.
6. Участие в движении WorldSkills, AtomSkills, кружковом движении НТИ и др.

Школа является участником комплексной программы Свердловской области «Уральская инженерная школа» на 2016–2030 годы, утвержденной постановлением Правительства Свердловской области от 02.03.2016 № 127-ПП.

В целях создания соответствующей требованиям времени образовательной среды и ресурсного обеспечения, школа активно участвует в грантовой деятельности (за период с 2015 по сентябрь 2020 гг. коллектив школы выиграл более 10 грантов на сумму более четырех миллионов рублей, в том числе по проекту «Уральская инженерная школа»: переоборудованы в современные лаборатории кабинеты физики, химии, биологии, приобретены 3Д принтеры, фрезерный и токарный станок с ЧПУ), на полую мощность работаю два современных кабинета информатики.

У школы более 50 социальных партнеров: это образовательные организации общего, среднего, профессионального и высшего образования; учреждения системы профилактики; учреждения социокультурной сферы и учреждения дополнительного образования; общественные организации; производственные предприятия; СМИ и т. д. Школа имеет договоры о сетевом взаимодействии, сотрудничестве и программы совместных действий с большинством этих организаций.

С целью планирования открытия профильного 10 класса в 2021–2022 учебном году изучаются образовательные запросы обучающихся 8–9 классов, ведется системная работа по профильной ориентации будущих 10-классников.

В учебный план основного общего образования в 2020–2021 учебном году внесены изменения в части увеличения часов на изучение математики, физики, информатики, введен курс черчения в 9 классе. Внедряется новая образовательная программа предметной области «Технология», разработанная в соответствии с Концепцией преподавания предметной области «Технология», утвержденной Министерством просвещения России в 2019 году.

На базе школы при поддержке ГК «Росатом», АО «ТВЭЛ», АО «УЭХК», Администрации Новоуральского городского округа созданы и действуют лаборатории дополнительного образования инженерного и естетственнонаучного профиля: лабораторный химический анализ, физическое моделирование, куборо-конструирование, лего- и леко-конструирование, робототехника, программирование и прототипирование, инженерное творчество, экологический и фитодизайн.

Школьники работают над конкретным реальным продуктом, проводят исследования с использованием современного оборудования, приобретают новые знания, развивают практические инженерные и конструкторские навыки. Это позволяет осуществлять подготовку обучающихся по дополнительным общеобразовательным программам естественнонаучной и технической направленности, организовывать проведение муниципальных, региональных и федеральных тематических проектных и инженерных смен технической направленности, проводить ежегодные конкурсные мероприятия регионального и российского уровней для юниоров по методике WorldSkills по компетенции «Лабораторный химический анализ» и техническим компетенциям (в том числе «Молодые профессионалы АО «ТВЭЛ», «Юниоры Атомскиллс»).

Школа обеспечивает условия для проведения мероприятий по профессиональной ориентации, включая профессиональные пробы, например, в рамках реализации идей федеральных проектов «Билет в будущее» (6–9 кл.), «Проектория» (9–11 кл.), «Zасобой» (9–11 кл.), позволяющих выявить технически одарённых детей, способных и мотивированных к изучению математики и информатики на углублённом уровне, планирующих продолжить свой образовательный маршрут в технических вузах и прийти на высокотехнологичные предприятия, в том числе, и в ГК «Росатом».

Химия, физика, биология и экология, технология занимают особое место в Школе. Начиная с начальной школы, через урочную и внеурочную деятельность в рамках реализации федеральных государственных образовательных стандартов начального общего, основного общего и среднего общего образования обеспечивается развитие естественнонаучного мышления и инженерно-технической подготовки обучающихся.

В созданных в Школе лабораториях осуществляется обучение по дополнительным программам технической направленности, соответствующим приоритетным направлениям технологического развития Российской Федерации, с целью формирования у детей естественнонаучного, изобретательского, креативного, критического, продуктового мышления и подготовки будущих кадров для высокотехнологичных отраслей.

Лаборатории располагаются на базе учебных кабинетов. Занятия по дополнительным программам проходят во второй половине дня.

Дополнительная образовательная программа «Лабораторный химический анализ» направлена на создание условий для осуществления профориентационной деятельности с обучающимися 7–11 классов, направленной на повышение престижа профессии специалистов химического анализа и развитие профессионального самоопределения школьников.

Работа на площадке химического анализа построена на использовании метапредметных технологий, сочетании теоретических и практических занятий, выполнении самостоятельных заданий (кейсов), направленных на формирование hard skills (технических навыков), применение новых знаний, поиск нестандартных решений, а также ориентировано на развитие soft skills (личных качеств), навыков эффективных межличностных коммуникаций, формирование умений работать в команде.

Площадка является базой для проведения как муниципальных, так и всероссийских инженерных смен и Чемпионатов среди юниоров по компетенции «Лабораторный химический анализ», в 2020 году наша площадка стала рабочим местом победителя VI Чемпионата WorldSkills High-Tech 2020 (компетенция «Лабораторный химический анализ») для работников Госкорпораций.

В основе курса «Физическое моделирование» — процесс формирования навыков физического моделирования на доступном учащимся 6–11 классов уровне. В рамках модельного подхода обучающиеся учатся решать нестандартные физические задачи на экспериментальном уровне.

Программа курса «Экологический и фитодизайн» знакомит учащихся 5–9 классов с экологическими основами использования фитодизайна как средства оптимизации среды обитания современного человека.

Через знакомство с основными направлениями деятельности по фитодизайну, у обучающихся формируется комплекс практических навыков и умений по уходу за декоративными растениями, планированию и созданию экологически и эстетически обоснованных элементов фитодизайна своей жилой среды. Данный курс позволяет расширить базовый курс по предметам «биология», «экология», «технология».

Правильно организованное взаимодействие с живыми растениями и живой почвой непосредственно оказывает влияние на формирование современной экологической культуры учащихся.

Лаборатория Cuborо-конструирования — это первая ступень инженерного образования в начальной школе. Программа «3D-лабиринты» с конструкторами Cuborо позволяет развивать пространственные, логические и математические способности детей, развивает компетенции 21 века у обучающихся разного возраста (7–10 лет).

Сuboro является хорошей платформой для многих учебных наук в среднем звене: информатика, физика, геометрия, черчение, то есть система Сuboro является пропедевтикой инженерного образования.

Лаборатория лего-конструирования и робототехники — это ещё одно направление инженерного образования. Дополнительная общеразвивающая программа технической направленности «Робототехника и конструирование» предназначена для обучающихся 9–13 лет, желающих расширить свои теоретические и практические навыки в области моделирования, конструирования, программирования.

Актуальность данной программы обосновывается широким распространением робототехники в окружающем нас мире: от лифта в доме до производства автомобилей. Конструктор LEGO Mind storms приглашает ребят войти в увлекательный мир роботов, погрузиться в сложную среду информационных технологий.

Лаборатория инженерного творчества для обучающихся 5–11 классов — это серия учебных модулей. Модуль «Инженерная графика» позволяет формировать у учащихся умения и навыки работы с современными программами инженерной графики.

Чтобы школьнику было легче адаптироваться в современном компьютеризированном производстве, была разработана программа учебного модуля по технической графике (черчению) с использованием компьютера. Программа предполагает знакомство с основами работы в системе КОМПАС, применяемой при проектировании изделий и выполнении чертежей.

Основная цель учебного модуля «Техническая графика: основы 3d-моделирования в программе КОМПАС 3D-V17»: профориентация учащихся через освоение базовых понятий и основ работы в системе автоматизированного проектирования.

Модуль «Программирование и прототипирование» — это понимание принципов инженерного 3D-моделирования и конструирования, умение использовать современные системы автоматизированного проектирования (САПР) и оборудование для быстрого прототипирования. Возможность перевести техническую идею в компьютерную модель, а затем в готовое изделие почти «заводского» качества является для современного ребенка, очень мощным стимулом к преодолению инстинкта потребителя и формированию стремления к самостоятельному созиданию.

Курс «Фрезерное дело» позволяет обучающимся изучать на практике основы конструирования и технических дисциплин, развивать инженерное мышление и преобразовывать виртуальные идеи в материальные, знакомит с современным производством посредством моделирования производственной деятельности с использованием станков с ЧПУ. Данный курс расширяет базовый курс по предметам «информатика» и «технология», носит интегрированный и междисциплинарный характер, материал курса раскрывает взаимосвязь между предметами: математика, физика, черчение, информатика, технология.

Сегодня для Школы лучшими совместными проектами с предприятиями и организациями высшего образования являются:

1. Площадка «Лабораторный химический анализ». В тесном сотрудничестве с наставниками с предприятия — специалистами химического анализа АО «УЭХК» на базе площадки реализуется одноименная программа дополнительного образования, проводятся краткосрочные программы подготовки юниоров в данной компетенции, ведется масштабная пропедевтическая работа в рамках сетевого взаимодействия по ознакомлению обучающихся 2–7 классов нашей школы и школ города Новоуральска с наукой химией и профессией «Лаборант химического анализа». Обучающиеся школ города выполняют в лаборатории под руководством учителя химии исследовательские проекты.
2. Занятия обучающихся в «Лаборатории инженерного творчества» осуществляются, в том числе и на территории НТИ НИЯУ МИФИ, где в рамках одной из специальностей идет подготовка студентов по направлению, в котором заинтересовано НПО «Центротех»: «Инженерная графика CAD». Данное направление преподаватели кафедры «Управление качеством» помогают осваивать и обучающимся Школы.

Благодаря развитию сетевых форм организации взаимодействия и поддержке социальных партнёров, обучающиеся Школы являются с 2019 года победителями, призёрами и участниками чемпионатов, проводимых по методике WorldSkills в компетенциях «Лабораторный химический анализ», «Инженерная графика CAD», «Промышленный дизайн», «Электроника»: Национального чемпионата сквозных профессий высокотехнологичных отраслей промышленности по методике WorldSkills «Hi-Tech (юниоры)» (г. Екатеринбург), Открытого регионального Чемпионата «Молодые профессионалы» (г. Екатеринбург), Чемпионата «Юные Профессионалы Топливной компании Росатом» (г. Глазов, г. Новоуральск), проектно-инженерных смен «Юниоры AtomSkills» (г. Новоуральск, г. Лесной, г. Снежинск), регионального чемпионата по Куборо-конструированию для младших школьников.

Развитие инженерного мышления у обучающихся начальной и средней школы осуществляется и через систему внеурочных мероприятий, инженерных конкурсов (метапредметная олимпиада, семейный фестиваль «Куборим вместе», конкурс «Конструируем будущее», проект «Хранители земли Новоуральской», фестиваль «Бои роботов», интеллектуальный отряд «Пятый элемент» и т. п.).

Обучающиеся Школы вовлекаются во Всероссийское олимпиадное и конкурсное движение, участвуют в тематических инженерных сменах Уральского образовательного центра «Золотое сечение», конкурсных мероприятиях проекта «Школа Росатома», однако эта работа носит пока точечный характер.

Несомненно, эффективная реализация Концепции инженерного образования, решение всех поставленных задач требует от педагогического коллектива Школы системной, планомерной работы. Необходимо дальнейшее расширение и совершенствование ресурсной базы, ресурса педагогических кадров; разработка и внедрение «сквозных» основных образовательных программ общего и дополнительного образования; привлечение наставников с производства в рамках договоров о сотрудничестве и сетевом взаимодействии; требуется разработка и внедрение программ ранней профориентации и т. п.

Для достижения цели Концепции сегодня важно расширить для школьника возможности его интеллектуального общения и социализации через систему разнообразных мероприятий и привлечение для работы разветвленной системы наставников — представителей фундаментальной науки, инновационной промышленности, образования.

Педагогическому коллективу Школы еще предстоит оценить первые результаты реализации Концепции, но уже сегодня ясно — данный вектор развития Школа выбрала не случайно, развитие инженерного образования является преимуществом для повышения как внешнего имиджа ОО, так и качества образования и предпрофессиональной подготовки обучающихся.

За последние пять — семь лет в России вопросам инженерного образования школьников уделяется большое внимание, разрабатываются программы и концепции, открываются инженерные классы при лицеях и колледжах, Государственные корпорации проявляют интерес к подготовке будущих специалистов для своих производств, при образовательных организациях открываются технопарки, развивается система Кванториумов. На данном этапе в России только начинает складываться единая, научно обоснованная система работы в данном направлении.

Руководство нашей страны говорит: «Стране нужны новые инженерные кадры, нужна новая техническая элита». Концепция развития инженерного образования в МАОУ «СОШ № 54» и реализующая ее система мероприятий, по нашему мнению, призвана решать эту задачу, потому что готовить эту элиту нужно уже со школьной скамьи.

Литература:

1. Закон Свердловской области от 21 декабря 2015 года № 151-оз «О стратегии социально-экономического развития Свердловской области на 2016–2030 годы (с изменениями на 22 марта 2018 года)». Электронный ресурс. Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/429024960 (дата обращения 12.11.2020 г.).
2. Карлова О. А., Пак Н. И. Модель непрерывного образования школы будущего (на примере инженерной школы) Электронный ресурс. // Открытое образование. 2013. № 4. С. 98–104. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_20166888_53052346.pdf
3. Стратегия долгосрочного социально-экономического развития Новоуральского городского округа на период до 2030 года (одобрена решением Думы Новоуральского городского округа от 27.01.2016 № 2). Электронный ресурс. Режим доступа: http://duma-ngo.ru/node/1137 (дата обращения 07.04.2020 г.).
4. Указ Губернатора Свердловской области от 06 октября 2014 года N 453-УГ «О проекте «Уральская инженерная школа» (с изменениями на 31 мая 2016 года)» Электронный ресурс. Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/422448790 (дата обращения 04.04.2020 г.)
5. Фаритов А. Т. Анализ инженерного образования учащихся основного общего образования в разных странах // Научное обозрение. Педагогические науки. 2020. № 1. С. 43–48 Электронный ресурс. Режим доступа: https://science-pedagogy.ru/ru/article/view?id=2272 (дата обращения: 10.11.2020).
6. Чиганов А. С., Грачев А. С. Начала инженерного образования в школе // Вестник Красноярского государственного педагогического университета им. В. П. Астафьева. 2015. № 2 (32). С. 30–35. Электронный ресурс. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/nachala-inzhenernogo-obrazovaniya-v-shkole (дата обращения 08.09.2020 г.)