CC BY
129
^ИНН^ВАЦИ^ННЫЕИ,ИССЛ^^^^Т^^^ИЕП^^КТЫ,ПРОГРАММЫ^ПОДХОДЫ_
Чудов Владимир Львович
директор Лицея № 1502 при МЭИ д.п.н., заслуженный учитель России лауреат Премии Президента РФ E-mail: [email protected], Краснова Ирина заведующая лабораторией «Экспериментариум 1502 МЭИ» E-mail: [email protected] г. Москва
J V.
ИНТЕГРАЦИЯ ЦИФРОВОГО ПРОИЗВОДСТВА В УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС
Ц___________________________________________г
Аннотация. Авторы делятся опытом того, как в лицее № 1502 при Московском энергетическом институте успешно функционирует инновационная лаборатория, в которой может быть реализована практически любая техническая идея лицеиста.
Ключевые слова: лицей, производственная лаборатория, Грант Международной образовательной программы SEED компании «Шлюмберже», школьные лаборатории, высокотехнологичная среда, проектная деятельность, самодеятельность.
На смену станциям юных техников, кружкам радиолюбителей и моделистов, которые пользовались огромной популярностью в нашем детстве, приходят совершенно новые, снабженные современным цифровым оборудованием лаборатории полного цикла, так называемые FabLab-лаборатории (Fabrication Laboratory - производственная лаборатория).
Производственная лаборатория - это инновационная мастерская, оснащенная, как правило, специально подобранным оборудованием: лазерным гравером, фрезерно-гравировальным станком, 3D-сканером, 3D-принтером и инструментами для программирования. С помощью данного набора можно «сделать почти все, что угодно», как утверждает создатель FabLab - профессор Центра элементарных частиц и атомов Массачусетского технологического института (МТИ) Нил Гершенфельд. Именно он приблизил новый виток цифровой революции, на этот раз в персональном производстве. FabLab - продукт цифровой революции, разросшийся в глобальную сеть, насчитывающую более 150 лабораторий по всему миру!
Оказалось, что собранные в одном месте сложные, управляемые компьютерами станки исключительно востребованы. Такие лаборатории появились на промышленных предприятиях, в крупных фирмах, в ведущих университетах и даже в школах. Школьные лаборатории FabLab - совершенно новая образовательная среда для изучения естественнонаучных дисциплин,
инженерного дела и робототехники с использованием современного оборудования для производства и создания прототипов, научного инструментария и средств компьютерного моделирования.
Впервые в России в рамках Гранта Международной образовательной программы SEED компании «Шлюмберже» представилась возможность создания инновационного технологического центра - лаборатории на базе лицея, имеющего тесные связи с инженерным вузом.
Первым образовательным учреждением в мире, открывшим такую лабораторию, стал Лицей № 1502 при МЭИ. Официальная церемония открытия FABLAB@SCHoOl - «Экспериментариума 1502 МЭИ» состоялась 9 июня 2011 года.
Школьная лаборатория прототипирования - результат сотрудничества Д. И. Бейрда (экс-президент компании «Шлюмберже»), программы SEED, компании «Шлюмберже», Центра элементарных частиц и атомов Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, USA) при поддержке Стэнфордского университета (Stanford University, Stanford California, USA).
Инновационный технологический центр для молодых исследователей - это компактная цифровая мастерская, в состав которой входят аппарат для лазерной резки, фрезерно-гравировальный станок, приборы трехмерного моделирования, ЭР-сканер
Муниципальное образование: инновации и эксперимент №1, 2014
11
ИННОВАЦИОННЫЕ И ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ ПРОЕКТЫ, ПРОГРАММЫ, ПОДХОДЫ
и принтер, датчики и робототехнические средства. Лаборатория включает в себя специальное оборудование для дизайна, измерительную технику и средства управления проектами, что позволяет ученикам и преподавателям проектировать и осуществлять сложные научные эксперименты, собирать прототипы, создавать роботов и машины, заниматься различными инженерными проектами для решения насущных задач.
«Экспериментариум 1502 МЭИ» спроектирован специально для учеников старших классов общеобразовательных школ. Программа обучения в лаборатории создана таким образом, чтобы усилить интерес школьников к научным, инженерным и математическим дисциплинам. Хотя этой проблеме уделяется довольно много внимания практиками и теоретиками
[1,2,3,4,5,6,7,8,9], мы нашли свой подход к решению проблемы через создание лаборатории.
Цель лаборатории - способствовать созданию высокотехнологических проектов на базе научных и инженерных опытов с помощью современных инструментов. Проекты, предложенные школьниками и преподавателями, могут стать инновационной основой для решения задач как местного, так и мирового значения.
Лаборатория дает возможность реализовать основной принцип программы SEED «Учись, делая» в высокотехнологичной среде. Так, с помощью устройства для лазерной резки можно решить широкий круг задач по изготовлению составляющих проекта. Станок способен гравировать и изготавливать плоские детали из пластика, дерева, кожи, акрила, картона, которые потом можно объединять в трехмерные структуры.
Самая большая и мощная машина - фрезерно-гравировальный станок с программным управлением с легкостью обрабатывает пластик, дерево, цветные металлы, композитные материалы. Большая рабочая зона делает его идеальным для изготовления крупных элементов и объектов масштабом от стула до целого здания.
Настольный режущий плоттер предназначен для контурной резки различной аппликационной графики, работает с широким спектром материалов: винил, светоотражающая пленка, термотрансферные и пескоструйные материалы. Логотипы, наклейки, стикеры, ярлыки, трафареты и любая мелкая графика помогает оформить проект в индивидуальном дизайне.
Настольная фрезерная машина и 3D-сканер в одном аппарате идеально подходит для многих областей деятельности, от моделирования до изготовления литьевых форм, быстрого прототипирования и дизайна портативных изделий, для изготовления тестовых образцов и заготовок электронных плат.
Учебные микроконтроллеры, робототехнические компоненты и различные сенсоры позволяют создавать функциональные продукты.
Одном словом, «Экспериментариум 1502 МЭИ» -это то место, где учащиеся могут проектировать полезные и даже бесполезные, как кажется на первый взгляд, устройства, а затем собирать и испытывать их, приобретая неоценимый практический опыт.
Впервые ученики и преподаватели лицея № 1502 при МЭИ ощутили преимущества «Эксперимента-риума» в апреле 2011 года, когда профессор Пауло Бликштейн и выпускники Стэнфорда при содействии волонтеров программы SEED провели первый научно-практический семинар в лаборатории. Участники семинара разрабатывали, создавали и испытывали собственные устройства. Лицеисты научились пользоваться спецоборудованием, фрезерно-гравировальным станком, аппаратом для лазерной резки, плоттером, паяльными станциями, а также писать программы для микроконтроллера GoGoBoard - программируемого устройства, которое предназначено для управления проектами.
Например, учащиеся лицея Вардан Агабабян и Артем Шиков разработали турникет, с помощью которого можно накапливать энергию. Если установить такое устройство в автобусах, то энергии от проходящих через турникет пассажиров хватило бы для освещения салона. Также были представлены устройство для поиска потерянных ключей, система контроля уровня заряда батарей в пультах дистанционного управления и другие.
Несмотря на то, что эти проекты находились в стадии разработки, проявив творческий подход и применив научные знания, молодым изобретателям удалось внести свой вклад в решение интересующих их проблем.
II научно-практический семинар прошел в ноябре 2011 года. Семинар был посвящен изучению компьютерного моделирования физических явлений, обучению работе на оборудовании лаборатории, привлечению новых лицеистов к научно-техническому творчеству и умению применять полученные знания и новые технологии на практике. Целью образовательного мероприятия являлось изучение естественнонаучных явлений путем сравнения реальной и компьютерной физической модели для более детального понимания теоретического материала и явлений природы.
Начните свое увлекательное путешествие сегодня, зарегистрируйтесь на www.planetseed.com/ register. Узнайте больше о первой школьной лаборатории индивидуального прототипирования на образовательном сайте SEED www.planetseed.com и сайте Лицея № 1502 при МЭИ www.lyceum1502.ru.
Научно-практические семинары, безусловно, являются важной компонентой работы лаборатории, но будни «Экспериментариума» наполняют занятия по проектной деятельности. Получившая в последнее время широкое распространение технология проектирования (проектная деятельность) вполне уместна в решении проблем профессионального самоопределения личности. Проектно-исследовательская деятельность - одно из направлений профилизации в лицее 1502 при МЭИ.
«Экспериментариум 1502 МЭИ» - отличная образовательная среда для увлеченных, творческих ребят, мотивированных на проектную деятельность.
12
Муниципальное образование: инновации и эксперимент №1, 2014
ИННОВАЦИОННЫЕ И ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ ПРОЕКТЫ, ПРОГРАММЫ, ПОДХОДЫ
Направления проектно-исследовательской деятельности в лаборатории:
• Основы электроники и вторичное использование электронных компонентов.
• Научно-исследовательская деятельность в области физики, химии и инженерного дела.
• Основы программирования. NetLogo.
• Робототехника.
• Получение навыков изготовления предметов из полимерных материалов, 3D-дизайна, 3D-печати, лазерной резки, вакуумного формования.
Во главе проектной деятельности стоит самодеятельность, ведь большинство лицеистов, занимающихся в лаборатории, приходят с собственными идеями. Одним из первых интересных проектов стал робот-флейтист. Любознательному лицеисту Игорю Балашову, как это часто бывает, с детства прививали любовь к искусству - рекомендовали посещать музыкальную школу по классу флейты. Но, будучи человеком технического мышления и увлекаясь программированием, он настолько тяготился занятиями флейтой, что ему, находчивому ученику пришла идея автоматизировать этот процесс. За короткий промежуток времени был создан робот-флейтист: механические пальцы самостоятельно нажимали на клавиши, специально подобранный компрессор служил устройством для подачи воздуха, а запрограммированный микроконтроллер управлял мелодией. И по коридорам лицея разлетались прекрасные звуки «Шутки» И. С. Баха...
Если робот-флейтист является зрелищным проектом, то дешифратор международной азбуки жестов -полностью социальным. Автор и создатель проекта -неравнодушная к проблемам других людей юная изобретательница Дарья Якимова. Однажды во время выступления на конференции со своим очередным проектом (за три года Даша воплотила в жизнь несколько интересных идей), к ученице подошел слабослышащий человек, после разговора с которым Дарья поняла, с какими трудностями приходится сталкиваться слабослышащим людям. Проект, нацеленный помочь в социальной адаптации и свободном общении,- это перчатка, оснащенная датчиками, способными распознавать жесты международной азбуки глухонемых и выводить буквы на дисплей. Хочется отметить, что Дарья самостоятельно разработала необходимые датчики изгиба, более точные и меньшие по стоимости своих аналогов.
Такие разные по своему назначению, но такие интереснейшие идеи лицеисты воплощают в жизнь в «Экспериментариуме 1502 МЭИ».
Чем же еще можно заниматься в лаборатории, если идеи не озаряют, но так хочется приобщиться к научно-техническому творчеству? На этот случай создан банк проектов, из которых можно выбрать понравившийся и, консультируясь с преподавателями, инженерами, уверенно идти к достижению результата.
Еще одно важное направление профилизации в лицее - возможность выбора элективных курсов, способствующих удовлетворению познавательных
потребностей обучающихся. Элективные курсы существуют в лицее более 20 лет. Учащимся предлагают широкий спектр дисциплин, углубляющих учебные предметы, а появившийся недавно курс «Основы робототехники» для 10-х классов не только знакомит лицеистов с устройством роботов и их программированием, но и учит самостоятельно создавать роботизированные машины.
Зачетом по данному курсу является не монотонная «зубрежка» билетов, а лицейский турнир по робототехнике - интересное и зрелищное мероприятие, на котором роботизированные машины проходят созданный учащимися полигон «Городская среда», с такими препятствиями, как прорыв теплотрассы, туман, перекрестки, движение по криволинейной траектории типа «восьмерка», парковка, шлагбаум и другие.
Резко возрос интерес к проектно-исследовательской деятельности, робототехнике и среди учеников 7-8-х классов. Уже второй год самым популярным элективным курсом является «Введение в робототехнику», цель которого - подготовка учащихся средних классов лицея для практической работы над научно-исследовательскими проектами в лаборатории. Для создания роботизированного устройства необходимо приобрести навыки работы с измерительными и слесарными инструментами, оборудованием с компьютерным управлением, микроконтроллерами, робототехническими датчиками, программным обеспечением, и лишь потом изготовить индивидуальный проект.
В последнее время мы наблюдаем такие тенденции в развитии проектно-исследовательской деятельности: возросший интерес учащихся (особенно 7-10-х классов) и нехватка педагогов - научных руководителей. Повышение детского интереса понять легко: исследовательская работа увлекательна, лаборатория оснащена современной техникой. Ну а педагоги? Перегружены основной работой, резко увеличилось количество отчетности. Поэтому самая дефицитная позиция в лаборатории не «железо», а научные руководители проектов.
Один из путей решения проблемы нехватки кадров для ведения проектно-исследовательской деятельности - сотрудничество с Центром технологической поддержки образования, созданным Департаментом образования в 13 московских вузах, в том числе и в НИУ МЭИ. У нас появилась уникальная возможность совместного творчества старшеклассников со студентами, школьных учителей с преподавателями и научными сотрудниками. Первые шаги в этом направлении уже сделаны. Студенты МЭИ совместно с лицеистами разработали чертеж турбинной лопатки и изготовили трехмерную модель лопатки на фрезерно-гравировальном станке, тем самым выполнив магистерский дипломный проект.
Хочется отметить, что осуществляется успешное сотрудничество с методическим центром Восточного округа. В лаборатории «Экспериментариум 1502 МЭИ» не раз проводились дни открытых дверей и экскурсии для учащихся образовательных учреждений
Муниципальное образование: инновации и эксперимент №1, 2014
13
ИННОВАЦИОННЫЕ И ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ ПРОЕКТЫ, ПРОГРАММЫ, ПОДХОДЫ
ВАО. Лицей открыт для сотрудничества с другими школами, мы всегда рады видеть заинтересованные лица ребят, желающих заниматься научно-техническим творчеством, но было бы здорово, если вместе с учениками приходили их замечательные преподаватели, увлеченные своим делом. Ведь современные технологии управления самыми сложными станками позволяют работать на них людям, освоившим работу с обычным персональным компьютером и его периферийными устройствами. В большинстве случаев человеку, пришедшему в FabLab, вполне достаточно уметь сделать чертёж изделия в любом, более или менее совершенном графическом редакторе, правильно подобрать материал и инструмент. Остальное сделают машины.
И сделали. За небольшой период существования лаборатории подготовлены десятки уникальных проектов, завоевано множество призовых мест на Всероссийских конкурсах и конференциях, проекты лицеистов продемонстрированы первым лицам государства, лучшие проделали далекий путь на другие континенты.
Лицеисты результативно выступили на выставке НТТМ-2012 (ВВЦ). По итогам конкурса на получение премии «Призер» в рамках ПНПО номинированы три человека, медалью «За успехи в научно-техническом творчестве» награждены два человека, дипломы выставки получили четыре человека. В ноябре 2012 года проекты лицеистов экспонировали на Московском международном форуме инновационного развития «Открытые инновации» (Экспоцентр на Пресне), который посетили Председатель Правительства РФ Дмитрий Медведев и другие руководители России и Москвы.
Лучшие проекты продемонстрированы на международных конференциях по цифровому производству Fab7 (Перу) и Fab9 (Япония).
На международной конференции «Неделя цифрового производства», которая пройдет 13-19 октября 2013 г. в МИСИС, лицеисты проведут мастер-класс по работе на станке для лазерной резки и плоттере для винила, преподаватели лаборатории - круглый стол по вопросам образования и использованию ресурсов FabLab в школе.
Появление в лицее уникальной лаборатории привело к значительному увеличению количества проектно-исследовательских работ, вынесенных на XXII Открытую московскую естественнонаучную конференцию школьников «Потенциал». На конференции «Потенциал» (8-9 февраля 2013 г.) были представлены 12 работ учащихся лицея, подготовленных с использованием ресурсов лаборатории «Экспери-ментариум 1502 МЭИ»,- по робототехнике, энергосбережению и физике.
Наши ребята успешно выступают на Российской научной конференции школьников «Открытие» (Ярославль), Балтийском научном инженерном конкурсе (Санкт-Петербург), в Международной конференции научно-технических работ школьников «Старт
в науку», во Всероссийском конкурсе научных работ школьников «Юниор» и других конференциях.
Дальнейшее развитие лаборатории состоит в интеграции с ЦТПО МЭИ, привлечении молодых ученых и реализации дальнейших совместных проектов. В начале учебного года преподаватели МЭИ и специалисты лаборатории лицея организовали и провели онлайн-конференцию, в ходе которой обсуждали вопросы взаимодействия между студентами МЭИ и лицеистами.
Администрация и педагоги лицея считают одним из приоритетных направлений своего развития проектную деятельность лицея, вовлечение большего количества учащихся в научно-техническое творчество. Лаборатория «Экспериментариум 1502 МЭИ» -отличная база для реализации потенциала учащихся. Из-за увеличивающегося числа учащихся, желающих заниматься научно-техническим творчеством, средствами лицея и Департамента образования г. Москвы оборудовано дополнительное помещение с новым станочным парком: токарный станок с ЧПУ, фрезерно-сверлильный с ЧПУ и 3D-принтер. Приобретение современного оборудования способствует появлению новых высокотехнологичных проектов.
В настоящее время наблюдается несоответствие между возрастающей сложностью мира и способностью молодых людей, выпускников общеобразовательных школ, ориентироваться в нем. Следовательно, перед образовательными учреждениями стоит задача подготовки выпускника, способного адекватно реагировать на изменения окружающего мира, вооруженного практико-ориентированными знаниями, которые позволят ему реализовать свои потенциальные возможности, «встроиться» в реальное пространство современного бытия со всеми его противоречиями и рисками. По сути, образование должно помочь ребенку в выборе той или иной жизненной и профессиональной траектории, стратегии развития личности.
В любом случае, обучение в «Экспериментариуме 1502 МЭИ» проходит в режиме реализации проектов. Мы все учимся, когда делаем.
Образовательная программа лицея и научно-практическая деятельность в лаборатории обеспечивают условия для реализации прав личности на получение образования с учетом потребностей, интересов, перспективной ориентации и склонности учащихся; осуществляют раннюю профилизацию обучения и создают максимально благоприятные условия для развития и постоянного наращивания творческого потенциала личности учащегося; создают гибкий механизм вариативного уровневого содержания образования в соответствии с избранным профилем на основе уровня обученности учащегося, что предполагает вариативность и уровневый характер учебных программ; обеспечивает базу для получения широкого образовательного кругозора, ориентации в образовательном пространстве, профессиональной ориентации и самообразования.
14
Муниципальное образование: инновации и эксперимент №1, 2014
ИННОВАЦИОННЫЕ И ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ ПРОЕКТЫ, ПРОГРАММЫ, ПОДХОДЫ
Литература
1. Агуреева С. В., Остроумова Е. Е. Модель внутришкольной и сетевой предпрофильной подготовки как средство формирования социального опыта обучающихся // Муниципальное образование: инновации и эксперимент. 2011. № 2. С.58-63.
2. Кочнев В. П. Пропедевтика языка математических структур и схем в условиях профильного естественнонаучного обучения в школе // Инновационные проекты и программы в образовании. 2013. № 1. С.53-58.
3. Лежнина Т. В. Сетевая модель профильного обучения в условиях административного района мегаполиса // Инновационные программы и проекты в образовании. 2011. № 4. С.72-78.
4. Садырин В. В. Рационализация профильного обучения в условиях разноуровневых муниципальных образований // Инновационные проекты и программы в образовании. 2012. № 5. С.55-62.
5. Сапа А. В. Педагогическое сопровождение самоопределения школьников в условиях внутришколь-
ной модели профильного обучения // Муниципальное образование: инновации и эксперимент. 2012. № 3.С.22-26.
6. Сиденко А. С. Компоненты исследовательского проекта как средство выстраивания обоснования темы диссертационного исследования // Инновационные проекты и программы в образовании. 2012. № 2. С.68-78.
7. Сиденко Е. А. Методика «Зеркало инновационных преобразований в практике» как основа разработки педагогического проекта в условиях введения ФГОС // Эксперимент и инновации в школе. 2011. № 4. С.2-10.
8. Сиденко Е. А. О некоторых теоретических аспектах формирования у работников образования мотивации достижения // Инновационные проекты и программы в образовании. 2012. № 4. С.35-48.
9. Шихов Ю. А. Уровень подготовки обучающихся в системе «профильная школа - втуз»: Комплексный квалиметриче-ский мониторинг // Инновационные программы и проекты в образовании. 2011. № 5. С.48-52.
J
Фомина Наталья Витальевна
учитель математики Костинская ООШ г. Дмитров, Московская область
V.
ПРЕЕМСТВЕННОСТЬ ОБУЧЕНИЯ МАТЕМАТИКЕ: ИГРОВЫЕ ТЕХНИКИ И АССОЦИАЦИИ
Ц____________________________________________Г
Аннотация. В статье представлены компоненты педагогической деятельности учителя математики сельской малокомплектной школы. Раскрыты механизмы использования приемов: игровых техник, ассоциаций.
Ключевые слова: преемственность обучения, дидактические игры, ассоциация, оптимизация условий, игровые техники.
В сельской малокомплектной школе организационно-педагогические условия обучения обуславливает количество детей в классе. Представить процесс на уроке с присутствием от 2 до 5 человек учителю городского общеобразовательного учреждения сложно. Только глубокое знание индивидуально-психологических и педагогических особенностей ребёнка, его бытовых условий жизни и отношений в семье обеспечивает учителю возможность оптимальной организации познавательной деятельности, способствующей решению проблемы индивидуализации в ходе обучения на уроке [3,7,8,9]. Специфика обучения в такой школе отличается интенсивностью взаимодействия учителя
и каждого ученика. Проблемное поле в обучении математике возрастает и при выборе методов активизации деятельности детей, обусловленной их малочисленностью в классе:
• возникает затруднение в организации взаимоконтроля в ходе выполнения заданий;
• исключается работа в парах, если в классе 1 ученик на уроке;
• исчезает возможность одновременного варьирования заданий, если в классе только 2-3 человека (это всего одна малая учебная группа);
• ограничивается количество ориентиров для сравнения, обуславливающих расход времени на освоение про-
Муниципальное образование: инновации и эксперимент №1, 2014
15
