CC BY
61
УДК 62(07):371.3
Лазарева С.А., Марчук Т.Л., Салахутдинова Т.А., Черепанова Л.А. Формирование навыков моделирования и конструирования у учащихся начальной и основной школы через систему образовательных практик и краткосрочных курсов
Статья посвящена рассмотрению вопроса о формировании инженерного мышления школьников на уровне общего образования через внеурочную деятельность. Основной акцент сделан на системе работы школы в области формирования навыков конструирования и моделирования в начальной и основной школе. Дано описание замысла образовательных практик «Конструкция водоподъемного механизма», ««Конструирование средства транспортировки грузов по воде», ««Конструирование машины Голдберга».
Ключевые слова: инженерное мышление, навыки и умения, проектная задача, учебная практика, метапредметные образовательные результаты.
Мы живем в эпоху наукоемких и высоких технологий, требующих более полной реализации способностей личности. Эта тенденция требует от подрастающего поколения приобретения таких навыков, которые способствовали бы эффективной и продуктивной преобразовательной деятельности.
Основные позиции новых образовательных стандартов находят отражение в задачах стратегического развития школы, где особое место отводится практическому содержанию образования, конкретным способам деятельности, применению приобретенных знаний в реальных жизненных условиях, развитию востребованных сегодня таких качеств современного человека, как гибкое мышление, творчество, открытость к переменам, коммуникабельность, умение ориентироваться в нестандартных ситуациях, ориентация на достижение результата [2]. Становление обозначенных характеристик личности современного ученика заложены в программе развития МАОУ «Полазненская СОШ № 1» как Школы инженерной культуры.
Школа инженерной культуры - это целостная система формирования компетенций обучающихся, которая обеспечивает их приобщение к ценностям, составляющим ядро инженерной культуры: владение основами технологической и проектной культуры; навыки моделирования и конструирования; компетенции в области использования информационно-коммуникационных технологий (далее -ИКТ-компетенции); умения организовывать
сотрудничество и совместную деятельность, формулировать, аргументировать и отстаивать свое мнение, осознанно использовать речевые средства в соответствии с задачей коммуникации [1].
Техническое моделирование - существенное звено в общей системе политехнического обучения школьников. Значение его состоит в том, что оно расширяет технический кругозор детей, развивает интерес к технике и техническое мышление учащихся.
Конструирование, как известно, наиболее оптимальный путь формирования творческой личности школьника. В основе его лежит задача, способствующая развитию технического мышления учащихся. В процессе конструирования политехнические знания, полученные школьниками, приобретают действенный, осмысленный характер.
Изучая и осваивая конструирование и моделирование, учащиеся знакомятся с элементами графической грамоты, учатся аккуратно и тщательно производить разметку и измерения, так как от этого зависит качество работы, пользуются технологической документацией (чертежом, эскизом, техническим рисунком, технологической картой). При работе над конструированием применяются действия с модельными и символическими средствами. Основные виды конструирования способствуют аналитико-синтетической деятельности, развивают активное пространственное мышление, активизируют умственную деятельность школьника.
Мы понимаем, что однократно организованные мероприятия не приведут к достижению планируемых результатов, поэтому должна быть создана система работы, направленная на формирование навыков моделирования и конструирования.
В качестве ориентировочной основы формирования у обучающихся навыков моделирования и конструирования нами определены следующие принципы: преемственности (это система связей, обеспечивающая взаимодействие основных задач, содержания и методов обучения и воспитания с целью достижения образовательного результата на этапах основного и общего образования); поэтапности (умения моделирования и конструирования разбиваются на микроумения и формируются поэтапно); связи педагогического процесса с жизнью и практикой: необходимость связи теоретических знаний и практического опыта; измеряемо-сти результата (создана система оценки сформированности планируемых результатов); деятельности (все образовательные практики организуются в деятельностном режиме с получением продукта деятельности обучающихся); обратной связи (по окончании образовательной практики организуется критериальное оценивание продукта деятельности и навыков сотрудничества).
Реализация обозначенных принципов осуществляется посредством системной работы по формированию навыков моделирования и конструирования и предполагает введение нового материала посредством проблемно-диалогической технологии; обучение на основе интегративной технологии деятельностного подхода, а также включение теоретического, научного материала на стыке наук (физики, математики, биологии, химии) в содержание краткосрочных курсов и образовательных практик.
Работа по формированию навыков моделирования и конструирования в начальной школе ориентирована на получение следующих образовательных результатов: выпускник начальной школы умеет работать с инструментами (ножницы, карандаш, линейка, циркуль, ластик, кисть), со всеми видами бумаги по изготовлению аппликаций, умеет конструировать изделия на плоскости, изготовлять плоские модели техниче-
ских объектов на основе геометрического конструктора из картона; владеет навыками лего-конструирования; конструирования объемных моделей на основе металлического конструктора.
С целью формирования этих умений один раз в четверть в начальной школе проходит День конструирования и моделирования. Основой конструирования и моделирования в начальной школе являются проектные задачи. Тематика для проектных задач выбирается единая для всех параллелей: «Новогодняя круговерть», «Пасхальные традиции», «Пермская земля - водный край».
Для учащихся, проявляющих интерес к конструкторской деятельности и моделированию, предлагаются краткосрочные курсы по выбору: «Оригами», «Мировые геометрические головоломки», «Лего-конструирование», «Художественное конструирование из бумаги», «Работа с информацией. Транспорт». Так, например, курс «Лего-конструирование» знакомит учащихся с названиями деталей лего-конструктора, развивает образное мышление ребенка, непроизвольную память; умение анализировать объекты; развивает мелкую моторику рук; творческие способности и логическое мышление учащихся; закладывает основы бережного отношения к оборудованию; коммуникативных отношений внутри микрогрупп и коллектива в целом.
Педагогическая целесообразность программы «В мире информации. Транспорт» объясняется тем, что в процессе ее реализации обучающиеся знакомятся с основными видами транспорта, с профессиями, связанными с обслуживанием транспортных средств; овладевают основными способами конструирования и проектной деятельности; учатся преобразовывать объект из чувственной формы в пространственно-графическую модель. Новизна программы состоит в разработке алгоритма по овладению учащимися элементами технологической культуры посредством проектной деятельности.
Оригинальность курса «Мировые геометрические головоломки» обусловлена включением задач и заданий, трудность которых определяется не столько математи-
ческим содержанием, сколько новизной и необычностью математической ситуации, что способствует появлению у учащихся желания отказаться от образца, проявить самостоятельность, а также формированию умений работать в условиях поиска, развитию сообразительности, любознательности. Целью курса является развитие логического мышления, мелкой моторики рук, интеллектуальных способностей, памяти, сообразительности, внимания, усидчивости через конструирование всевозможных фигур из элементов по принципу мозаики.
Программа кружка «Художественное конструирование из бумаги» представляет собой курс, предназначенный для детей, которые желают реализовать свои творческие способности, выполняя творческий проект в процессе конструкторской деятельности. Характерной особенностью процесса конструирования является воссоздание и преобразование пространственных представлений. Этот вид деятельности требует от детей сложной пространственной ориентировки, поскольку ребенку необходимо представлять создаваемую конструкцию в целом, учитывать ее пространственные характеристики, взаиморасположение частей и деталей. Конструирование из бумаги является эффективным средством развития творчества. Программа курса предполагает, что результаты творческой работы учащихся будут представлены не только в бумажном, но и в цифровом варианте в слайд-шоу.
В основной школе навыки моделирования и конструирования получают дальнейшее развитие. Сущность конструкторской подготовки обучающихся основной школы обусловливается структурой человеческой трудовой деятельности. Конструирование представляет сложный комплекс умственных и практических действий. Данный процесс нами условно разделен на 4 ключевых этапа:
- обоснование идеи;
- графоконструкторская подготовка задания;
- технико-конструкторская подготовка задания и практическое осуществление замысла;
- оценка результатов технико-конструкторского решения.
Каждый этап завершается достижением результата: на первом этапе это осмысленная и принятая идея, на втором - графокон-структорская разработка идеи, на третьем -технико-конструкторская обработка и доведение идеи до практического воплощения (кроме того, сама практическая реализация решения), на четвертом - анализ конструкции: ее оценка и доработка [3]. Особенность этапов формирования конструкторских знаний и умений состоит в ориентации на совместную работу педагога и учащегося.
В процессе работы с учащимися основной школы использовались следующие виды конструирования: по образцу (схема, чертеж, план, рисунок.), недостающие части изделия, по модели.
В основной школе учащиеся могут овладеть этими видами конструирования при создании объемных моделей и конструкций (как статичных, так и динамичных) на образовательных практиках, объединенных в День конструирования и моделирования, который проводится так же, как и в начальной школе, один раз в четверть. Во время этого образовательного события учащимся на выбор предлагается достаточно большой спектр практик:
- 5-й класс - «Преобразование текстовой информации на английском языке в объемную модель», «Конструирование чайного домика», «Удивительное пентами-но»;
- 6-й класс - «Архитектурное макетирование», «Конструирование движущейся модели автомобиля с использованием принципа реактивного движения», «Конструирование транспортного средства для грузоперевозок по воде», «Конструирование водоподъемного механизма»;
- 7-й класс - «Гидравлический манипулятор», «Гидравлический подъемник», «Конструирование моста» и др.
Учебная практика «Конструирование водоподъемного механизма» рассчитана на учащихся шестых классов, имеющих интерес к этой теме. Количество учеников в группе - 10-12 человек. Практика начинается с вводной беседы о том, что такое мо-
делирование и конструирование. Учащиеся просматривают презентацию об истории создания водоподъемников, о том, как и где использовали воду, о способах ее добычи и хранения, получают информацию о видах колодцев в Древнем мире на примере Египта. Рассматривая фотографии, ребята знакомятся с разновидностями ворота: с изогнутой рукояткой, с четырьмя рукоятками, подвесной блок с противовесом, журавль. Учитель демонстрирует видео о применении шадуфа, архимедова винта, водоподъемного колеса. Ознакомившись с теорией, учащиеся получают задачу - создать «водоподъемный механизм» из предложенных материалов, согласно техническому заданию:
- изготовить детали водоподъемника и скрепить их;
- запустить в действие механизм;
- зачерпнуть воду и поднять на поверхность;
- подготовить защиту конструкции.
Изготовляя модель, ребята учатся планировать и исполнять намеченный план, создавать свои, оригинальные, поделки. Занятия развивают интеллектуальные способности, воображение и мышление. Программа дает развитие не только мелкой и средней моторики рук, но и развитие технического и творческого мышления. Немаловажно и то, что, в процессе занятий в коллективе единомышленников у детей воспитывается уважение к труду и ответственность за собственные действия и поступки.
Программа учебной практики «Конструирование средства транспортировки грузов по воде» предназначена для учащихся 5-6-х классов. В ходе практики учащиеся знакомятся с идеей конструирования средства транспортировки грузов по воде, с историей судостроения, а затем создают свой вариант плавательного средства, используя только то оборудование и материалы, которые предоставляет им учитель. Перед командами учащихся ставятся следующие практические задачи: создать схему-чертеж катамарана с указанием его частей, сложить оригами модели катамарана, собрать объемную модель катамарана из подручных материалов, которая обладает способностью передвигаться по воде и транспорти-
ровать на себе адекватный ее размеру груз. Учащиеся самостоятельно конструируют элементы модели, находят способы их соединения, соотнося с видимыми пропорциями, общей конфигурацией, назначением. Продуктом деятельности каждой команды учащихся должна стать модель катамарана, способная транспортировать грузы по воде. Процедурой оценивания продукта может быть соревнование между командами (соревновательный игровой момент вполне отвечает психолого-возрастным особенностям учащихся 6-х классов).
При проведении данных мероприятий используется групповая форма работы. В группы включаются дети с различными возможностями, что создает условия для наиболее плодотворного обмена информацией и опытом. Контактируя в группе, дети начинают лучше понимать друг друга, давать объективную оценку знаниям, умениям и поступкам друг друга. Организация работы в группах помогает сильным ученикам не только в изучении нового материала, но и в самоконтроле. Деление на группы происходит по желанию учащихся.
Продолжением Дня конструирования и моделирования в основной школе являются краткосрочные курсы для обучающихся, заинтересованных в этой деятельности: «Конструирование машины Голдбер-га», «Робототехника», «3й-моделирование» и др.
Представим программу курса по выбору «Конструирование машины Голдберга», которая предназначена для учащихся 6-7-х классов. Программа рассчитана на 16 часов. Особенность программы состоит в том, что она составлена из 4 самостоятельных модулей.
Модуль 1 «Знакомство с машиной Гол-дберга»: учащиеся знакомятся с идеей машины Голдберга, с различными ее вариантами из сети Интернет, а затем создают свой вариант машины, используя только то оборудование и материалы, которые предоставляет им учитель. Перед учащимися ставится следующая практическая задача: по звонку мобильного телефона корм из некоторого сосуда должен попасть в кошачью миску. Учитель демонстрирует видеоролик с вариантом машины, где решается подоб-
ная задача, а затем учащиеся самостоятельно конструируют элементы «машины», находят способы их соединения, соотнося с видимыми пропорциями, общей конфигурацией, назначением. Продуктом деятельности должен стать видеоролик действующей машины.
Модуль 2 «Схема машины Голдберга»: учащиеся знакомятся с тем, как можно изобразить конструкцию машины в виде схемы (обозначения, последовательность составления схемы); работают над составлением схемы машины, представленной на видеоролике; сопоставляют свою схему с эталоном; производят самооценку по заданным критериям. Продуктом деятельности является схема машины.
Модуль 3 «Конструирование по схеме»: учащиеся конструируют машину по заданной учителем схеме; сопоставляют изготовленную машину со схемой; производят
самооценку по заданным критериям. Продуктом деятельности является видео действующей машины.
Модуль 4 «От идеи до продукта»: учащиеся включены в соревнование между группами по созданию собственной машины: оценивается идея конструкции (для чего она нужна), наличие схемы, сложность конструкции (количество различных элементов), работоспособность машины, соответствие конструкции составленной схеме, слаженность работы команды. Продуктом деятельности является видео действующей машины.
Работа в каждом модуле оценивается по заданным критериям, причем оценивается продукт и сотрудничество внутри группы (бригады). Оценка результативности деятельности обучающихся производится после прохождения каждого модуля. Так, например, оценивается модуль 1 (табл. 1, 2).
Таблица 1
Оценка продукта (проводят обучающиеся)
Качество работ Видиоролик снят. Машина отвечает всем техническим требованиям: - начинает работу по звонку мобильного телефона; - корм из сосуда попал в миску 3 балла
Видиоролик снят. Машина отвечает только одному требованию. Видиоролик не снят, хотя машина работает и отвечает всем требованиям 2 балла
Видиоролик снят, но машина не работает или не отвечает заданным требованиям. Видиоролик не снят, машина работает, но отвечает только одному требованию 1 балл
Таблица 2
Оценка сотрудничества (проводит учитель через наблюдение за работой бригад)
Сотрудничество Активное обсуждение, умение договориться, координация деятельности, помощь друг другу 3 балла
Координация частичная, остались спорные моменты, есть элементы сотрудничества 2 балла
Учащиеся пытаются договориться друг с другом, но не могут прийти к общему согласию, не могут работать совместно 1 балл
Преимущество модульного построения программы состоит в том, что всякий модуль может существовать независимо от остальных и может быть использован в ка-
честве учебной практики при проведении Дня конструирования и моделирования.
Немаловажную роль в развитии навыков моделирования и конструирования иг-
рают и школьные образовательные события: «Инженерный батл» (соревнование команд по моделированию и конструированию), метапредметная олимпиада (номинация «Моделирование»), «К - Марафон» (конкурс собственных конструкций) и др. Учащиеся школы ежегодно участвуют в муниципальной метапредметной олимпиаде, а с этого года - и в краевых соревнованиях по конструированию.
Учащиеся в течение года ведут зачетный лист, в котором фиксируются прохождение образовательных практик, курсов по выбору, участие в образовательных событиях по моделированию и конструированию, а также их образовательные результаты: приобретенные навыки моделирования, конструирования и коммуникативные навыки. Обобщенные результаты находятся у классного руководителя (по классу) и у заместителя директора (по школе). Мониторинг этих результатов позволяет оценить развитие навыков у каждого отдельно взятого ученика и эффективность системы формирования у обучающихся навыков моделирования и конструирования, созданной в школе.
Преследуя основную цель - формирование навыков моделирования и конструирования, мы планируем получить и другие метапредметные результаты:
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Регулятивные:
- умение определять необходимые действия в соответствии с поставленной задачей и составлять алгоритм их выполнения;
- сверять свои действия с целью и, при необходимости, исправлять ошибки самостоятельно;
- оценивать продукт своей деятельности по заданным критериям.
Коммуникативные:
- умение работать в группе (общаться, распределять роли);
- умение выражать и отстаивать свое мнение;
- умение организовывать учебное сотрудничество и совместную деятельность со сверстниками и учителем;
- находить общее решение на основе согласования позиций и общих интересов;
- формулировать, аргументировать и отстаивать свое мнение [2].
Таким образом, конструкторско-практическая деятельность в рамках образовательных практик, краткосрочных курсов и образовательных событий не только создает условия для формирования и развития элементов технического мышления и конструкторских навыков, но и способствует актуализации и углублению знаний при их использовании в новых условиях и развитию универсальных учебных действий, заложенных во ФГОС.
1. Программа развития МАОУ «Полазненская СОШ № 1» «ШКОЛА ИНЖЕНЕРНОЙ КУЛЬТУРЫ» на 2017-2022 гг. [Электронный ресурс]. - URL: http//www.polazna-school1.dob-ryanka-edu.ru
2. Федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования (утвержден Приказом МОиНРФ от 17 декабря 2010г. № 1897) [Электронный ресурс]. -URL: http://standart.edu.ru/catalog.aspx?CatalogId=2588
3. Элементы моделирования и конструирования на уроках технологии [Электронный ресурс]. - URL: http//www.poznayka.ru
