Инженерное образование

Современные требования к инженерному образованию предполагают подготовку профессионалов, способных к комплексной исследовательской, проектной и предпринимательской деятельности, которая направлена на разработку и производство конкурентоспособной научно-технической продукции и быстрые позитивные изменения в экономике страны.
Работу по подготовке таких профессионалов надо начинать с раннего возраста, создавая предпосылки для развития определенных умений, навыков, развития интереса к конструкторской, созидательной деятельности.
Учитывая современные тенденции образования, с 1 сентября 2017 года в лицее началась реализация проекта «Проектирование интегративно-развивающей образовательной среды по формированию инженерного мышления у лицеистов в условиях социального партнерства» в рамках деятельности региональной инновационной площадки по теме «Технологии медиаобразования как средство развития универсальных учебных действий в условиях реализации ФГОС» (научный руководитель Г.Ф. Полушкина, старший преподаватель кафедры предметных областей ИРО Кировской области).
Частично работа по инженерному образованию ведется в лицее с 1995 года, когда были созданы первые лицейские классы физико-математического профиля с ориентацией на дальнейшее обучение по инженерно-техническим специальностям. Для реализации данного направления в лицее есть определенные условия:
— ведется углубленное изучение предметов физико-математического цикла (физика, математика, информатика и ИКТ), профильное обучение биологии, химии;
— имеется достаточно хорошая материально-техническая база;
— заинтересованность учащихся и их родителей (законных представителей) в получении углубленной подготовки по отдельным предметам;
— достаточно высокий уровень профессионализма педагогов: 70% имеют высшую и первую квалификационные категории, 90% учителей прошли курсовую подготовку за последние три года. В рамках инновационной площадки 55% педагогов освоили современные ИКТ и медиатехнологии.
Но, проанализировав работу, мы поняли, что необходимо разработать систему инженерного образования как уровневую, т. е. организовать работу на всех уровнях образования с учетом возрастной специфики и принципа преемственности в решении задач формирования инженерного мышления.
Первым этапом выстраивания модели инженерного образования в лицее стало определение его задач на каждом уровне, вторым этапом была разработка учебного плана и плана внеурочной деятельности.
Третий этап – это реализация задуманного, которая началась с 1 сентября 2017 года.
Модель «Школы формирования инженерного мышления» выглядит следующим образом:
Начальная школа (1-4 классы)
В 1–4 классах инженерное образование имеет пропедевтический характер и выстраивается в основном через систему внеурочной деятельности.
Первоочередная задача инженерного образования для 1 — 4 классов — познакомить с основными направлениями науки и техники, заинтересовать детей, дать возможность попробовать себя и в том, и в другом, чтобы впоследствии они могли сделать для себя правильный выбор и потом уже углубленно изучать то, что им самим интересно.
С этой целью в учебный план с 1 класса включены предметы: «РТС на уроках математики» (с включением модуля «конструирование») и «Информатика».
Значительно расширены курсы технической направленности, реализуемые в рамках внеурочной деятельности: «Основы робототехники» (2 – 4 классы), «Шахматы» (3 – 4 классы), «Первые шаги в электронике» (1 – 2 классы), «Творческое проектирование в мультимедийной среде ПервоЛого» (2 – 4 классы), «Юные исследователи» (2 – 4 классы).
С 1 класса ведется работа по вовлечению учащихся в проектную и исследовательскую деятельность.
Основная школа (5 — 9 классы)
При переходе на уровень основной школы соблюдается преемственность в организации инженерного образования. В 5–9 классах инженерно-техническое образование выстраивается через преподавание блоками (модулями), сквозными курсами и через систему внеурочной деятельности.
Основная цель данного этапа — это формирование первоначальных конструкторско-технологических знаний и умений.
Инженерное образование в основной школе направлено на развитие и поддержку технической любознательности, технического творчества; знакомство с различными областями инженерной мысли (механика, ядерная инженерия, биоинженерия, робототехника и др.) и их практическим применением; формирование представлений об инженерных профессиях.
Особенности учебного плана на уровне основного общего образования:
— изучение на углубленном уровне математики (с 5 класса), физики (с 7 класса);
— включение модуля «технология обработки материалов» в предмет «Технология» в 8 классе.
В учебный план также включены предметы: «Наглядная геометрия» (6 класс), «Введение в физику и химию» (5 – 6 класс), «Информатика (5 – 7 классы), «Черчение» (9 класс).
В 5 — 7 классах тоже значительно расширили курсы технической направленности, реализуемые в рамках внеурочной деятельности. Ведется «Робототехника» (работа с конструкторами повышенного уровня), «Шахматы», «Мультстудия», «Решение экспериментальных задач по физике» (7 класс).
Учащиеся вовлекаются в проектную и исследовательскую деятельность, в рамках которой выполняют интегрированные проекты (физика и химия, 5 – 6 класс), экспериментальные проекты при помощи комплекса изучения альтернативной энергетики и теплотехники (7 классы), по технологии (8 классы).
Старшая школа (10-11 классы)
Основной целью инженерного образования в старшей школе является подготовка лицеистов к выбору будущей профессии, в частности, ориентированной на получение инженерно-технической специальности.
Задачами инженерного образования в старшей школе (10-11 классы) являются:
• осуществление профильного обучения и создание условий для творческой самореализации учащихся в рамках выбранного профиля;
• развитие исследовательского и проектно-конструкторского мышления;
• создание условий для формирования у учащихся заинтересованности в получении инженерно-технического образования.
Основные направления «инженерной школы» на уровне среднего общего образования:
— естественно-научное;
— инженерно-конструкторское;
— физико-техническое;
— робототехника
Особенностями учебного плана старшей школы является:
— углубленное изучение математики, профильное изучение физики, химии, биологии, информатики и ИКТ.
Для поддержки инженерно-технического профиля в учебный план включены следующие элективные курсы: «Черчение», «Компьютерная графика», «Графика и 3D-моделирование», «Электротехника», «Практика технического перевода».
Для поддержки химико-биологического профиля включены элективные курсы: «Биологические основы систематики живых организмов», «Экология», «Введение в биологическую химию».
Исходя из интересов и потребностей учащихся, планируются курсы, реализуемые в рамках внеурочной деятельности: «Робототехника», модуль «Прототипирование».
С целью формирования у учащихся заинтересованности в получении инженерных специальностей организуются различные мероприятия: экскурсии в лаборатории ВятГУ, на предприятия, практикумы, мастерские, мастер-классы. Ведется работа по организации проектной и исследовательской деятельности с ориентацией на выполнение интегрированных проектов (физика-химия, физика-биология, физика-химия-информатика, биология-химия-информатика и т.д.).
Но реализовать это в полной мере без привлечения дополнительных ресурсов: кадровых – специалистов данного профиля, материально-технических – современное оборудование – мы не можем.
Поэтому концептуальная идея развития инженерного образования в лицее состоит в организации совместной деятельности лицея с учреждениями дополнительного образования, профессионального образования, предприятиями города по данному направлению.
С 2016 года по направлению «инженер-эколог», «инженер-химик» началась работа в сотрудничестве с Институтом химии и экологии ВятГУ и компанией «УРАЛХИМ». Результаты совместной деятельности мы представляли на городском и окружном семинарах «Экологическое воспитание в условиях социального партнерства», на окружных экологических чтениях, на 45-ой областной научно-практической конференции работников естественнонаучного цикла образовательных учреждений г. Кирова и Кировской области.
В ноябре 2017 года по инженерно-техническому направлению заключили соглашения о трехстороннем сотрудничестве с электромашиностроительным заводом «ВЭЛКОНТ» и Политехническим институтом ВятГУ.
Партнерская деятельность предполагает организацию теоретического аспекта – проведение лекционных занятий; практического аспекта – организация практикумов, проектной деятельности по конструированию и моделированию.
Сотрудничество с электромашиностроительным заводом «ВЭЛКОНТ» позволило реализовать в 2017-2018 учебном году следующее:
1. Для учащихся 10 класса инженерно-технического профиля были организованы экскурсии с углубленным изучением некоторых участков работы завода:
— изучение принципа действия барокамеры, вибростенда на примере работы испытательного оборудования (где проходят испытания все изделия завода под воздействием давления, высоких и низких температур, вибрации, соляного тумана и т.д);
— знакомство с работой участка термообработки и гальванических покрытий;
— познакомились с инструментальным производством (путь металла на заводе от листа железа до изделия);
— узнали о работе технолога-программиста, инженера-наладчика.
2. Проведен мастер-класс «Сборка изделия «выключатель фонарей заднего хода».
3. Сотрудники завода консультировали учащихся при выполнении исследовательских работ.
Социальное партнерство с ВятГУ и заводом «ВЭЛКОНТ» дает возможность реализовать элективный курс «3D-моделирование». В рамках договора предусмотрено обучение основам трёхмерной графики в программе КОМПАС-3D. Для работы со старшеклассниками предприятие предоставило высококвалифицированных специалистов, а Вятский государственный университет — компьютерный класс. Занятия в 10-х классах инженерно-технического профиля ведут сотрудники завода. Обучение проходит 2 раза в неделю. В рамках сотрудничества запланировано изучение принципа работы 3D-принтера.
Этот год был экспериментальным, поэтому программа взаимодействия с заводом и ВятГУ будет корректироваться с целью удовлетворения запросов учащихся.
Для реализации инженерного образования началась работа по созданию лабораторий. Создана экологическая лаборатория, которую презентовали в 2017 году. Сейчас благодаря финансовой поддержке компании «УРАЛХИМ» ведется работа по созданию еще двух лабораторий:
— лаборатория естественно-научных исследований (цифровые датчики для уроков физики; наборы «Альтернативная энергетика» — энергия солнца, ветра, воды; наборы «Электротехника»);
— лаборатория автоматизированных технических систем (приобретение оборудования для радиоэлектроники, 3D-прототипирования, робототехники).
Оснастив эти лаборатории современными компьютерами, учебным оборудованием мы научим детей на практике видеть сложные инженерные решения и самим приобрести опыт конструирования с помощью наборов по электронике Arduino, Матрешка, Йод. 3d-моделирование и создание модели с помощью 3d-ручек и принтера позволят применить знания на практике – увидеть результаты своего творчества.
Еще один путь реализации инженерного образования в лицее мы видим в организации летних профильных смен. В прошлом учебном году организовали работу летнего экологического отряда «Роза ветров», в рамках работы которого началась работа по созданию экологического паспорта микрорайона. В этом году эта деятельность продолжена.
В июне 2018 года в летнем пришкольном лагере был создан профильный отряд инженерно-технической направленности.
Первые результаты реализации проекта «Проектирование интегративно-развивающей образовательной среды по формированию инженерного мышления у лицеистов в условиях социального партнерства» представили в апреле 2018 года на областном семинаре-практикуме «Инженерное образование в лицее: опыт, проблемы, перспективы».
Таким образом, уровневый подход к реализации инженерного образования в лицее позволит учащимся приобрести опыт применения физических, химических, биологических методов исследования объектов и явлений природы, опыт решений творческих задач, моделирования, конструирования, прототипирования и программирования.
А в целом все это будет способствовать повышению престижа профессий данного направления и мотивации учащихся в выборе инженерных специальностей.