CC BY
12УДК 372.862
ФОРМИРОВАНИЕ ИНЖЕНЕРНОГО МЫШЛЕНИЯ ОБУЧАЮЩИХСЯ 9-Х КЛАССОВ НА УРОКАХ ТЕХНОЛОГИИ ПРИ ИЗУЧЕНИИ МОДУЛЯ «РОБОТОТЕХНИКА» НА БАЗЕ «КВАНТОРИУМА»
ИСМАИЛОВ ГАФУРЖАН МАМАТКУЛОВИЧ
Зав. кафедрой, доцент кафедры Профессионального обучения, технологии и дизайна, Томский государственный педагогический университет, Томск, Россия
КОРЕХОВА АННА РОМАНОВНА
Студент, Томский государственный педагогический университет, Томск, Россия
СЛОБОДЕНЮК АЛЕНА ИГОРЕВНА
Студент, Томский государственный педагогический университет, Томск, Россия
МИРОШНИЧЕНКО ЕКАТЕРИНА ЕВГЕНЬЕВНА
Студент, Томский государственный педагогический университет, Томск, Россия
СОМОВА МАРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА
Студент, Томский государственный педагогический университет, Томск, Россия
ДАВЫДОВ АНАТОЛИЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ
Студент, Томский государственный педагогический университет, Томск, Россия
Аннотация. В данной статье исследуется формирование инженерного мышления обучающихся на уроках технологии во время изучения модуля «Робототехника». Описаны основные подходы к изучению предмета: методологический и деятельностный. Рассмотрены компоненты инженерного мышления и принципы инженерного мышления. Более подробно рассказывается о роли проектной деятельности в области технического творчества. Раскрыты преимущества применения робототехники в образовательном процессе.
Ключевые слова: деятельностный подход, практические задания и проекты, техническое творчество, программирование роботов.
Сегодня в современном мире роль инженера становится все более значимой и разнообразной. Требования к специалистам растут, и важно иметь не только узкоспециализированные знания, но и умение мыслить широко и творчески. Междисциплинарный характер работы инженера подразумевает не только глубокое понимание своей области, но и способность видеть проблему в целом, с учетом всех ее аспектов и взаимосвязей.
Для формирования такого мышления у школьников важно использовать методологический подход, который будет способствовать развитию личности и умениям решать сложные задачи. Деятельностный подход играет ключевую роль в этом процессе, поскольку он позволяет учащимся не просто усваивать знания, а применять их на практике, развивая свои инженерные навыки. Именно поэтому формирование инженерного мышления у школьников должно быть целенаправленным и системным, учитывая их возможности и потенциал для развития. Необходимо создавать условия, где учащиеся смогут экспериментировать, искать нестандартные решения и работать в команде, чтобы подготовить будущее поколение инженеров, способных решать сложные задачи и внедрять инновационные технологии.
Инженерное мышление - это неотъемлемая часть профессионального роста в сфере инженерии [1, с. 231]. Рассмотрим этот аспект через призму работ Д.А. Мустафиной, Г.А.
Рахманкулова и И.В. Ребро. Они подчеркивают, что инженерное мышление - это не просто способность решать технические задачи, это особый вид мышления, который формируется и проявляется в процессе работы над сложными инженерными заданиями. Этот подход позволяет инженерам быстро, точно и оригинально решать как стандартные, так и нетипичные проблемы в своей области. Инженерное мышление сосредоточено на поиске новаторских решений и разработке технических концепций, направленных на удовлетворение потребностей в знаниях и навыках. Это способность видеть проблему с разных сторон, находить нестандартные подходы к решению задачи и применять уникальные методики при создании новых технических решений. Необходимость владения инженерным мышлением становится все более актуальной в современном мире, где требуется постоянное развитие и совершенствование технических процессов. Инженерное мышление играет ключевую роль в разработке технических средств и организации технологий. Это мышление, направленное на обеспечение эффективной деятельности с техническими объектами, проявляется на уровнях когнитивного и инструментального, объединяя в себе политехничность, конструктивность, научную теоретичность, творческий подход и социальную значимость. Инженерное мышление необходимо для решения сложных технических задач и создания инновационных продуктов. Это процесс, который требует не только технических знаний, но и способности видеть проблему в целом, анализировать ее и находить оптимальные решения. Кроме того, инженерное мышление способствует развитию общества через создание новых технологий, улучшение качества жизни людей и решение глобальных проблем. Важно понимать, что инженеры не только создают технические продукты, но и формируют будущее, ориентируясь на принципы ответственности и устойчивого развития.
Инженерное мышление - это результат комплексного обучения и практики, которые способствуют развитию аналитического мышления и умению решать сложные задачи. Важным моментом в формировании инженерного мышления является освоение технических навыков, которые позволяют применять полученные знания на практике [4, с. 22]. Изучение фундаментальных наук, математики, физики, информатики и других технических дисциплин не только расширяет кругозор, но и обогащает понимание принципов работы мира. Это помогает инженерам видеть взаимосвязи между различными явлениями и является основой для построения новых технологий.
Помимо теоретического обучения, важным компонентом формирования инженерного мышления являются практические задания и проекты. Участие в проектах позволяет применить теоретические знания на практике, развивает навыки поиска решений и способствует развитию креативного мышления. Такой опыт также помогает инженерам научиться эффективно работать в команде и достигать поставленных целей совместными усилиями. Необходимо постоянно развивать креативность и умение видеть проблемы с разных сторон. Это помогает инженерам находить инновационные подходы к сложным задачам и не ограничиваться стандартными решениями. Для формирования инженерного мышления полезны различные креативные упражнения. Методы творческого мышления, такие как мозговой штурм, прототипирование, способствуют развитию нестандартного подхода к решению проблем и способности генерировать новые идеи. Креативные упражнения играют ключевую роль в процессе формирования инженерной мысли. Они помогают инженерам расширить свой кругозор, улучшить аналитические способности и научиться видеть проблемы с разных ракурсов. В конечном итоге, это способствует развитию инновационного мышления и созданию уникальных решений.
Для успешного развития в инженерной сфере важно не только обладать техническими знаниями, но и уметь эффективно взаимодействовать с коллегами и делиться опытом [6, с. 27]. Общение с другими инженерами, учеными и специалистами из различных областей играет ключевую роль в процессе становления профессионала. Именно взаимодействие с разными экспертами помогает не только углубить свои знания, но и открывает новые перспективы для решения сложных задач. Необходимость постоянного обучения и обновления знаний в
инженерии подчеркивает важность активного участия в профессиональных мероприятиях. Чтение специализированных изданий, посещение конференций и участие в семинарах стимулируют инженеров к поиску новых подходов и технологий. Такой подход к самосовершенствованию не только расширяет горизонты профессионала, но и позволяет быть на пульсе последних тенденций в инженерной сфере.
Взаимодействие с коллегами и учеными из разных областей обогащает профессиональный опыт инженера и способствует развитию креативного мышления. Постоянное обучение и участие в профессиональных мероприятиях создают благоприятную среду для поиска инновационных решений и повышения профессионального уровня. Инженерное мышление - это результат не только профессионального обучения, но и постоянного самосовершенствования. Каждый шаг в развитии инженера неразрывно связан с его стремлением к знаниям и навыкам. Самообразование становится ключом к открытию новых горизонтов в инженерной сфере и достижению уникальных результатов. Континуальное обучение и стремление к совершенствованию способствуют укреплению инженерного мышления. Только через постоянную практику, изучение передовых технологий и желание усовершенствовать свои навыки, возможно, достичь вершин в инженерной деятельности. Развитие инженерного мышления начинается с осознания важности самосовершенствования и стремления к постоянному росту.
Формирование основ инженерного мышления у школьников - это сложный и многогранный процесс, требующий интеграции различных образовательных подходов. Однако важно понимать, что каждый уровень образования имеет свои уникальные задачи в этом процессе. Для успешной работы с учащимися всех возрастов необходимо учитывать их индивидуальные особенности и потребности. Важно также учитывать, что формирование инженерного мышления требует не только академических знаний, но и практического опыта [2, с. 72-73]. Взаимодействие основного и дополнительного образования играет ключевую роль в формировании основ инженерного мышления. Это подразумевает разработку комплексных программ, как в рамках учебного процесса, так и во внеурочной деятельности, чтобы обеспечить полноценное развитие учащихся в этой области. Для успешного вовлечения в среду научно-технического творчества необходимо активно привлекать социально-экономические ресурсы социума. Однако, кроме этого, важно сделать упор на формирование у школьников навыков решения проблем. Становится ясно, что процесс обучения должен быть нацелен на развитие способности самостоятельно выявлять и формулировать проблемы, обобщать теоретические знания и проявлять креативность. Помимо этого, ключевым аспектом обучения становится развитие у школьников умения анализировать и критически мыслить. Необходимо поддерживать интерес учащихся к активной самореализации в учебном процессе. Важно создавать условия для творческого мышления и поощрять инициативу в решении научных задач.
Итак, формирование навыков самостоятельности, креативности и критического мышления у школьников играет центральную роль в процессе обучения научно-техническому творчеству. Развитие этих компетенций позволяет не только успешно решать проблемы, но и создавать новые идеи, способствуя развитию инновационного мышления у молодого поколения. Образование старшеклассников важно не только для получения знаний, но и для развития ключевых навыков и умений. Старшеклассники должны быть мотивированы к самопознанию и осознанному выбору своего будущего пути в инженерной сфере. Это позволит им успешно развиваться и принимать осознанные решения о своей профессиональной карьере [7, с. 80].
Одной из основных задач старшей школы является формирование учащихся готовности к проектной деятельности в области технического творчества. Это поможет развить их творческий потенциал, аналитическое мышление и способность к самостоятельной работе над сложными задачами. Важным аспектом является также подготовка старшеклассников к успешной сдаче государственных экзаменов и освоению
образовательных программ в вузах. Подготовка к аттестационным испытаниям и освоению высшего образования обеспечит им стабильное будущее и возможность профессионального роста. Для успешной подготовки будущих инженеров важно развивать у них умение ориентироваться как на рынке труда, так и в системе профессионального образования, учитывая их собственные интересы и возможности. Необходимо стремиться к достижению желаемого результата при изучении различных предметов с учетом формирования надпредметности и метапредметности знаний, а также способов деятельности. Новый образовательный стандарт выдвигает требования, направленные именно на это, где реализация принципа метапредметности рассматривается как ключевое условие.
В современном мире, где технологический прогресс и цифровизация все более ускоряются, важно обеспечить подрастающему поколению не только техническую грамотность, но и развитие инженерного мышления. Именно здесь находит свое место предмет «Технология», который является одним из ключевых компонентов формирования инженерной культуры школьников. Одним из модулей учебной программы по предмету «Технология» для 9-х классов является модуль «Робототехника». Данный модуль нацелен на развитие инженерного мышления обучающихся и ознакомление с основами создания и программирования роботов. В рамках этого модуля школьники получают возможность не только расширить свои знания о мире робототехники, но и приобрести навыки работы с современными техническими устройствами [3, с. 65].
Основная цель введения модуля «Робототехника» на уроках технологии заключается в развитии инженерного мышления. Инженерное мышление представляет собой комплекс ментальных процессов, которые помогают анализировать сложные проблемы и находить оптимальные решения. Умение мыслить инженерно и полезно не только в области техники и технологий, но и во многих других сферах жизни. Изучение модуля «Робототехника» помогает развить у учащихся такие важные навыки, как креативное мышление, логическое мышление, способность к систематизации и анализу информации. Они учатся предвидеть последствия своих действий, разрабатывать планы и стратегии, осуществлять конструирование и программирование роботов. Важно отметить, что модуль «Робототехника» на уроках технологии в 9-х классах имеет прикладное значение. Учащиеся получают опыт работы с реальными объектами и оборудованием, что помогает им лучше понять принципы функционирования техники и развить свои инженерные навыки. Такой практический опыт способствует формированию у обучающихся уверенности в своих силах и мотивации к дальнейшему изучению технических дисциплин.
Основные принципы инженерного мышления играют важную роль в обучении робототехнике на уроках технологии для обучающихся 9-х классов. Первым принципом является системный подход. Системный подход предполагает рассмотрение объекта (в данном случае робота) как единого целого, состоящего из нескольких компонентов. Ученики учатся анализировать каждую деталь робота и определять их взаимосвязь и влияние на работу системы в целом. Второй принцип - итерационный подход. Интеграционный подход основан на циклическом процессе, включающем в себя испытания, анализ результатов и внесение необходимых изменений. Ученики путем проведения тестов и экспериментов с роботом развивают навыки самокоррекции и улучшения результатов. Третий принцип - эмпатия. Важным аспектом в создании и программировании роботов является понимание потребностей и ожиданий людей, которые будут использовать робота. Ученики учатся ставить себя на место пользователя и рассматривать робота с его точки зрения, что вносит элемент гуманизма в их инженерное мышление. Четвёртым принципом является проблемно-ориентированное мышление. Ученики учатся искать решения проблем, которые возникают при создании и программировании робота. Они развивают навык анализа ситуации, определения целей и стратегий, а также поиска возможных альтернативных решений. Последним, пятым принципом является командный подход [5, с. 97]. Создание и программирование роботов требует коллективной работы, где каждый участник команды отвечает за свою часть проекта.
Ученики учатся сотрудничать, делиться информацией и навыками, а также принимать компромиссы, что важно для успешной реализации проекта.
Для грамотного формирования инженерного мышления, преподавателям необходимо предложить практические задания, которые помогут развить ученикам навыки анализа, творческого мышления, а также умение применять полученные знания на практике. Во время практических заданий, учащиеся должны иметь возможность работать с реальными материалами и инструментами, чтобы на практике применять свои знания. Например, они могут собирать простые роботы из конструктора LEGO Mindstorms, программировать их движение и выполнение определенных задач. Это позволит учащимся познакомиться с основами робототехники, получить представление о том, как работают двигатели и датчики, а также научиться программированию. Практические задания на уроках технологии для развития инженерного мышления учащихся 9-х классов позволят им активно применять полученные знания на практике, развивать аналитические, проблемно-ориентированные и творческие навыки. Такой подход поможет учащимся более глубоко усвоить материал и стать более готовыми к решению сложных инженерных задач [9, с. 5].
Применение робототехники в образовательном процессе может иметь множество преимуществ. Во-первых, оно помогает учащимся лучше понять и применить теоретические знания из различных предметов, таких как физика, математика и информатика. Учащиеся могут увидеть, как эти знания применяются на практике и как они взаимодействуют друг с другом. Во-вторых, образовательная робототехника развивает у учащихся навыки программирования и работы с электронными компонентами. Учащиеся могут создавать и программировать роботов, которые выполняют различные задачи, и экспериментировать с разными алгоритмами и решениями. В- третьих, образовательная робототехника развивает навыки решения проблем и критического мышления. Учащиеся сталкиваются с реальными проблемами и должны искать эффективные решения. Они также учатся анализировать и оценивать свои результаты и вносить необходимые изменения для достижения желаемого результата. Благодаря упорному труду и стремлению к совершенству, мы можем гордиться своими достижениями и высоким результатом. Отличительной чертой успешных людей является постоянное стремление к саморазвитию и улучшению своих навыков [8, с. 67].
Необходимо постоянно выставлять перед собой новые цели и задачи, чтобы продолжать двигаться вперед и не останавливаться на достигнутом. Умение уделять внимание деталям и не останавливаться на пути к успеху - важные качества, которые помогают добиваться выдающихся результатов. Результаты нашего труда и усилий могут стать вдохновением для других и показать, что с постоянным стремлением к совершенству можно достичь любых целей. Для школы, модуль «Робототехника» на уроках технологии способствует формированию инженерного мышления у обучающихся 9-х классов. Однако для достижения максимальной эффективности необходимо учитывать особенности каждого учащегося и использовать дополнительные материалы и методики обучения. Это поможет обучающимся лучше развить инженерное мышление и готовить их к будущей профессиональной деятельности в сфере технологий. Таким образом, можно сделать несколько выводов. Курс «Робототехника» помогает развить навыки технического мышления, проблемного решения, творческого мышления и работы в команде. Кроме того, работа с роботами может помочь учащимся развить свою уверенность и самооценку. Успешное создание и управление роботом может быть очень вдохновляющим и мотивирующим для учащихся. Они могут видеть, что они способны на достижение сложных задач и могут быть успешными в области науки и технологий. Все эти преимущества делают робототехнику ценным и эффективным инструментом в образовании, который помогает подготовить учащихся к будущим вызовам в сфере технологий и инженерии.
ЛИТЕРАТУРА:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8. 9.
Бутенко, В.И. Формирование инженерного мышления-основная цель «Эстафетного образования» в вузе / В.И. Бутенко, Д.С. Дуров, Р.Г. Шаповалов // Инженерное образование. - 2014 - №15. - С. 230-232.
Донцова, Т.В. Формирование инженерного мышления в процессе проектной деятельности/ Т.В. Донцова, А.Д. Арнаутов // Инженерное образование. - 2014 - №16. - С. 70-75. Овсяницкий, Д.Н. Курс конструирования на базе платформы Lego Mindstorms EV3 / Д.Н. Овсяницкий, Л.Ю. Овсяницкая, А.Д. Овсяницкий. - Москва: «Перо», 2019 - 352 с. Юревич, Е.И. Основы робототехники. - Санкт-Петербург: «БХВПетербург», 2018 - 304 с. Корягин, А.В. Образовательная робототехника Lego WeDo. Сборник методических рекомендаций и практикумов. - Москва: «ДМК Пресс», 2016 - 254 с. Ismailov, G. M. Introduction of educational robotics and 3D modeling in secondary schools / G. M. Ismailov, T.V. Matevosyan, A.I. Slobodenyuk, V.O. Notkina, V.S. Nevinitsyna, Y. A. Osipkina, L.V. Skornyakova // Sciences of Europe. - 2021 - No 83 Vol 3 - S. 26-29. Исмаилов, Г.М. Развитие творческого потенциала личности на уроках технологии / Исмаилов Г. М., Минеев В. Е., Бодрова А. Ш., Исмаилова С. С. // Современные проблемы науки и образования. - 2018 -№2. - С. 80.
Минеев, В. Е. Особенности развития навыков научно-технического творчества у будущих педагогов по предмету «Технология» / В. Е. Минеев, Г. М. Исмаилов, С. С. Исмаилова // Профессиональное образование в России и за рубежом. - 2018 - № 4 (32). - С. 65-70. Исмаилов, Г. М. Организация проектной деятельности обучающихся 7-8 классов на уроках технологии / Г. М. Исмаилов, Е. А. Сазанова, Т. Б. Варлачева, В. О. Ноткина, А. И. Слободенюк // Мир науки. Педагогика и психология. - 2023. - Т. 11. - № 5. - URL: https://mir-nauki.com/PDF/14PDMN523.pdf
