CC BY
15
РЕАЛИЗАЦИЯ НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ НАЧАЛЬНОГО ИНЖЕНЕРНОГО ОБРАЗОВАНИЯ НА БАЗЕ _МДЦ «АРТЕК»_
Буркова Елена Геннадьевна
Старший преподаватель Специализированного учебно-научного центра
МГТУ им. Н. Э. Баумана, г. Москва Леонов Виктор Витальевич Канд. тех. наук, доцент кафедры "Космические аппараты и ракеты-носители "
МГТУ им. Н. Э. Баумана, г. Москва
В работе приведено описание научно-образовательной программы довузовского инженерного образования, ориентированной на школьников средней и старшей школы и реализованной сотрудниками МГТУ им. Н.Э. Баумана летом 2016 года на базе Международного детского центра «Артек». Программа реализовывалась в виде лагеря-семинара, который представлял собой четыре учебных модуля: «Клуб юных радиолюбителей», «Компьютерное моделирование», «Измерения в природе и технике», «Arduino для начинающих на примере разработки модели робота-планетохода». Модули реализовывались параллельно в течение одной тематической смены.
This paper describes a scientific and educational university preparation programme in the field of basic engineering. The programme was addressed to intermediate and high school students and was implemented by BMSTU employees at the International children's centre "Artek" in summer 2016. The activity was carried out in the form of a seminar camp represented by four educational modules: «Young radio amateur club», «Computer simulation», «Measurements in nature and technology» and «Arduino for beginners by the example of planetary rover-model development». The modules were conducted simultaneously during the one thematic session.
Ключевые слова: начальное инженерное образование, довузовская подготовка, профориентационная работа среди школьников
Key words: primary engineering education, university preparation programmes, career-guidance for school students.
Введение
Одним из основных направлений стратегии инновационного развития России до 2020 года является повышение престижа научной и инженерной деятельности, а также формирование инженерных компетенций в системе дополнительного образования [7]. Важным направлением реализации программы довузовского инженерного образования является профориентационная работа специалистов инженерных вузов среди школьников.
В целях повышения качества высшего технического образования МГТУ им. Н.Э. Баумана традиционно уделяет большое внимание довузовской подготовке и профориентационной работе. Обычно эта деятельность осуществляется по следующим направлениям: работа в профильных школах и на подготовительных курсах с будущими абитуриентами, олимпиада школьников «Шаг в будущее», об-щеразвивающие и профориентационные занятия (экскурсии, лекции, лабораторные работы) и проектная деятельность школьников [1]. Все перечисленные формы работы исследовались учеными и педагогами, были выработаны эффективные методики, методы и приемы, позволяющие заинтересовать школьников и сформировать положительную мотивацию к инженерной деятельности [5]. Так, еще в СССР детско-юношеское техническое творчество было одним из важнейших средств политехнического образования и профессиональной ориентации школьников и способствовало формированию у них устойчивого интереса к технике, развитию рационализаторских и изобретательских склонностей, технического мышления, содействовало повышению научного уровня образования [6].
В основном оно реализовывалось в процессе внеклассных занятий в школе или во внешкольных учреждениях: станциях и клубах юных техников, дворцах и домах пионеров и т.д. Также это направление активно поддерживалось целой индустрией научно-популярной литературы и фильмов. Данный образовательный потенциал в настоящее время в значительной степени утерян, хотя и поддерживался отчасти в последнее десятилетие. Учитывая новые реалии, а также стратегию инновационного развития России, следует активно возрождать и наращивать этот потенциал, но не копируя механически, а используя возможности современных информационных технологий и учитывая актуальные задачи инженерного образования. И работы в этом направлении в последение годы ведутся всё активней: создаются инженерные классы в школах [2], организуются технопарки и кванториумы [3].
В контексте такого подхода, в июле 2016 году на базе Международного детского центра (МДЦ) «Артек» при поддержке МГТУ им. Н.Э. Баумана был дан старт новой научно-образовательной программе, получившей название лагерь-семинар «Шаг в будущее». Его можно отнести к новой форме работы со школьниками в рамках начального инженерного образования, которая является актуальной в современных условиях.
1. Лагерь-семинар «Шаг в будущее»
Участниками пилотной программы в 2016 году стали 50 школьников 7-10 классов, получивших путёвки в Артек за победу в олимпиаде школьников «Шаг в будущее», а также несколько групп учащихся, увлекающихся техникой и отдыхающих в
МДЦ в рамках оздоровительных программ. Всего в программе приняло участие 124 школьника.
Программа реализовывалась в рамках 8 тематической смены «Артек-Р1ау» в период с 14 июля по 3 августа. Работа со школьниками велась параллельно по четырем модулям разной направленности:
1. «Компьютерное моделирование»;
2. «Клуб юных радиолюбителей»;
3. «АМшпо для начинающих на примере разработки модели робота-планетохода»;
4. «Измерения в природе и технике».
При разработке и реализации как программы в целом, так и программ отдельных модулей ставилось две основных цели:
1. Приобретение школьниками начальных теоретических знаний и практических навыков в соответствующей модулю области;
2. Мотивация школьников к более глубокому изучению математики, физики и информатики и, как следствие, к последующему выбору инженерного образования.
Для достижения этих целей в рамках программы решались следующие задачи:
- популяризация инженерных дисциплин с целью повышения мотивации школьников к дальнейшему выбору инженерного образования
- формирование у школьников осознанного стремления к получению образования по инженерным специальностям;
- формирование доступной среды, позволяющей вывести изучение науки (прежде всего математики и физики), а также инженерных и информационных технологий на качественно новый уровень;
- использование современных информационных и робототехнических решений;
- формирование инженерного мышления с помощью постановки и решения инженерных задач.
Дополнительная специфика лагеря-семинара обусловлена тем, что программы подобного уровня и направленности реализовывались на базе МДЦ «Артек», по сути, впервые. В связи с этим модули, реализованные в рамках программы, значительно отличались по своему формату, хотя и преследовали одни и те же цели и были направлены на решение общих задач.
На занятиях по Компьютерному моделированию школьники овладевали навыками написания программ, моделирующих физические, биологические, экологические и социальные процессы.
Основной задачей Клуба юных радиолюбителей было овладение практическими навыками сборки и пайки радиоэлектронных устройств на печатных платах.
В рамках модуля «АМшпо для начинающих на примере разработки модели робота-планетохода» школьники учились работать с микроконтролерами и собирать различные электрические устройства, состоящие как из простых элементов (резисторов,
41
транзисторов, и т.п.), так и более сложных компонентов (датчиков и приводов); конечная цель состояла в создании дистанционно-управляемой модели робота-планетохода.
В основе модуля «Измерения в природе и технике» лежала работа с автоматизированным лабораторным измерительным комплексом «Верньер». Посредством соответствующих датчиков он позволяет измерять широкий круг физических величин (электрический ток, напряжение, магнитное поле, освещенность, температуру, влажность, расстояние), а также зависимость между ними.
Остановимся более подробно на двух модулях: «АМшпо для начинающих на примере разработки модели робота-планетохода» и «Измерения в природе и технике».
1.1. А^шпо для начинающих на примере разработки модели робота-планетохода
В отличие от классических аналогов, направленных на изучение электронной платформы АМшпо, представленная программа позволила объединить в едином сбалансированном комплексе изучение истории космонавтики, теоретических основ робототехники, микроэлектроники, механики, электротехники, математического моделирования и программирования с реализацией различных прикладных задач, что способствует становлению и развитию инженерного мышления обучающихся. Разработанные модели роботов-планетоходов позволили изучить и отработать большое количество алгоритмов взаимодействия с различными электромеханическими устройствами, законов движения и принципов управления подобными системами. На заключительном этапе школьники были разбиты на две команды, каждая из которых делала свою модель. Таким образом, в модуль была введена соревновательная составляющая, которая способствовала интенсивному усвоению обучающимися полученных знаний, а также развитию навыков командной работы.
Программа модуля была рассчитана на 24 академических часа (4 - лекции, 20 - практическая работа). По своей структуре модуль состоял из трёх последовательных частей и заканчивался соревнованиями:
1. Теоретическая подготовка, направленная на изучение истории и основ космической робототехники, на повторение разделов школьного курса физики, связанных с электричеством.
2. Выполнение серии постепенно усложняющихся учебных заданий, направленных на изучение электронной платформы АМшпо, различных электронных компонентов и устройств, получение навыков программирования микроконтроллеров, чтения и составления электрических схем и их сборки по беспаечным технологиям (Рис.1 а).
3. Разработка модели робота-планетохода. В рамках этой части школьники самостоятельно (в командах) спроектировали, создали и запрограммировали свои модели роботов-планетоходов (Рис.1б).
Рисунок 1. Сборка учебной электронной схемы (а) и программирование модели робота- планетохода (б)
Итоговое соревнования предполагало прохождение следующих этапов:
1. Пройти первую часть полосы препятствий (полигон) в режиме прямого телеуправления;
2. Пройти вторую часть полосы препятствий (лабиринт) в автоматическом режиме;
3. Провести измерения с помощью установленных на борту датчиков в заданных районах полосы препятствий и передать информацию на базовую станцию (компьютер).
Успешная реализация учебных примеров и итоговой модели, вызывала у участников живой интерес и эмоциональный отклик от того, что в их разработках начинали мигать светодиоды, модели реагировали на их команды, ездили и проходили препятствия. Всё это способствовало более глубокой заинтересованности в соответствующих разделах науки и техники, а часть ребят высказали желание в будущем работать в области космонавтики и робототехники.
1.2. Измерения в природе и технике
Программа модуля рассчитана на 24 академических часа (8 - лекции, 16 - практическая работа). По своей структуре модуль состоял из трёх последовательных частей и заканчивался соревнованиями.
1. Первая часть посвящена актуальным вопросам разработки автоматизированных информационно-измерительных систем для электрорадио-измерений. Здесь шла речь о видах физико-техни-
измерительной техники, разработке измерительных приборов со встроенным интеллектом. Одним из примеров таких приборов может служить автоматизированный лабораторный измерительный комплекс «Верньер» [10], с которым ребятам предстояло работать в рамках данного модуля.
2. Вторая часть касалась математических основ теории погрешностей, моделирования процессов физического измерения, обработки результатов модели физического измерения. На примере доступной для восприятия школьниками схемы испытаний - подбрасывания кубика, были проиллюстрированы основные понятия теории статистических погрешностей [4, 9]. Данный раздел математики, как правило, не освещается в школах достаточно подробно, ввиду его сложности. В то же время знание основных статистических закономерностей измерительных процедур и понимание их сути, совершенно необходимо будущему инженеру, для осознанного расчета создаваемых им конструкций.
Основная суть работы с кубиком состояла в следующем. Если сделать несколько серий подбрасываний кубика, то суммы выпавших в них значений не будут распределены равномерно. Функция плотности распределения суммы может быть получена из комбинаторных соображений путем определения количества способов получения того или иного её значения. График соответствующего распределения представлен на рис.2.
ческих измерении.
тенденциях развития
Выпавшая сумма, N Рисунок 2. Плотность распределения суммы при троекратном подбрасывании кубика
Как видим, даже при таком относительно небольшом числе подбрасываний зависимость /(М) уже напоминает колокол нормального распределе-
ния. Далее была построена сама функция распределения ,Р(М) (рис. 3), и уже на ее основе функция вероятности попадания суммы в заданный интервал РИ(Ю (рис. 4).
8 9 10 11 12 13
Выпавшая сумма, N
Рисунок 3. Функция распределения суммы при троекратном подбрасывании кубика
Рисунок 4. Функция вероятности попадания суммы в заданный интервал (симметричный относительно
ее среднего значения) и пример её применения
Интервальная функция распределения РИ(И) позволяет определить вероятность попадания суммы в интервал заданной величины, симметричный относительно ее среднего значения. Ордината точки графика дает искомую вероятность. Выводы теории были успешно проверены на практике. В рамках блока изучения теории погрешностей школьники также овладели навыками вычисления погрешностей косвенных измерений.
3. Третья часть модуля была целиком посвящена практической работе. Участники программы разделились на три команды, каждая из которых
должна была поставить перед собой исследовательскую инженерную задачу, для решения которой можно использовать лабораторный измерительный комплекс «Верньер», а также четырехзондовый метод Ван дер Пау [8] определения удельной электрической проводимости плоских образцов произвольной формы. Школьники смогли определить удельную проводимость местной почвы, а также морской и пресной воды. На основе приобретенного опыта учащимися была предложена конструкция четы-рехзондового нитратомера, использующего зависимость удельной электрической проводимости воды от концентрации растворенных в ней солей. Также
44
ребята высказали идею рационального ведения сельского хозяйства с использованием взаимосвязи электропроводности почвы и урожайности отдельных культур.
В качестве итога учебного модуля были проведены соревнования в форме научного турнира, представляющего собой модель защиты научной диссертации. Команды-участники соревнования поочередно выступали в роли докладчика, оппонента и рецензента. В процессе подготовки и проведения турнира участники приобрели важные для будущего профессионала навыки: умение работать в команде, способность доступным и вместе с тем научно-строгим языком излагать результаты исследований, умение объективно оценивать и конструктивно критиковать позицию собеседника. Увлекательность игрового аспекта соревнования создала у детей мощный заряд позитивных эмоций, что является дополнительным мотивационным стимулом для будущего выбора инженерно-научной профессии.
Подводя итог исследовательской работе в модуле, можно отметить следующее:
- работая в группах, школьники продемонстрировали способность к самостоятельной постановке исследовательской задачи, в пределах обозначенной руководителем области;
- школьники научились определять влияние условий эксперимента на его результаты, вычислять погрешности;
- учащиеся проявили заинтересованность в полученных результатах и возможности их использования для решения прикладных технических задач.
2. Профориентационные мастер-классы
Одним из важнейших направлений реализации программ довузовского инженерного образования является профориентационная работа специалистов инженерных вузов среди школьников. Поэтому параллельно с реализацией образовательных модулей, были организованы профориентационные мастер-классы для всех лагерей МДЦ «Артек», в рамках которых школьников познакомили с деятельностью ведущих предприятий космической отрасли и оборонно-промышленного комплекса.
Каждый мастер-класс был рассчитан на два академических часа и представлял собой лекци-онно-лабораторное занятие, в рамках которого преподаватель кратко знакомил слушателей с направлением читаемого им модуля, и совместно с ними выполнял несколько простейших практических примеров. На основе изложенного материала школьники получили представление о том, в каких областях инженерной деятельности могут быть использованы знания школьной программы и данного мастер-класса. Также ребята познакомились с деятельностью ведущих предприятий космической отрасли и оборонно-промышленного комплекса.
Заключение
Реализацию научно-образовательной программы лагеря-семинара «Шаг в будущее», в целом можно считать успешной. Каждый участник смог
получить новый ценный познавательный, исследовательский и профориентационный опыт. Заметим, что всех участников программы можно разделить принципиально на две группы. Во-первых, целевая аудитория - победители и призёры олимпиады школьников «Шаг в будущее», во-вторых, школьники, отдыхающие в лагере в рамках оздоровительных программ, менее мотивированные, заранее не знавшие о занятиях. В связи с этим работа с группами была построена по-разному. Если первая группа была больше ориентирована на получение представления об элементах творческой инженерной деятельности и реализацию конкретных технических идей на практике, то ребятам из второй группы была предоставлена возможность расширить кругозор в данной области, в результате чего многие из них заинтересовались современными тенденциями развития технического образования, деятельностью ведущих промышленных предприятий.
Также школьники получили возможность непосредственного общения с преподавателями аэрокосмической образовательной области, приобретения знаний и навыков под их руководством. Космонавтика, а следовательно, аэрокосмическое образование всегда будут привлекательны для молодёжи. Данное направление находится на острие развития науки и техники, аккумулируя в себе передовые достижения в области материаловедения, автоматики и ИКТ, физики и географии, биологии и медицины, философии и психологии.
Включение таких программ в летний отдых школьников может стать перспективной организационной формой партнерства преподавателей ведущих технических вузов и образовательных организаций. Это позволит школьникам выявить склонности к тому или иному виду деятельности, еще глубже прочувствовать специфику инженерной специальности, на собственном опыте увидеть, какие задачи решают инженеры, испытав свои силы в создании небольшого законченного проекта.
Научно-образовательная программа продолжает развиваться. Были учтены многочисленные особенности проведения занятий в условиях, отличных от традиционных для школьного или университетского образования. Были разработаны дополнительные подходы и методические решения для успешной реализации программ. Всё это дало возможность расширить тематику образовательных программ и увеличить их количество. Следующим шагом является интегрирование инженерных образовательных программ в основное школьное образование. Это направление развития является перспективным в условиях круглогодичного функционирования детского оздоровительного центра при существующей необходимости получения отдыхающими школьниками обязательного среднего образования в течение учебного года.
Список литературы
[1] Александров А.А., Федоров И.Б., Медведев В.Е. Инженерное образование сегодня: проблемы и решения. Высшее образование в России, 2013, № 12, с. 3-8.
[2] Инженерный класс в московской школе. URL: http://profil.mos.ru/inj/o-proekte.html (Дата обращения 10.12.2016)
[3] Новая модель системы дополнительного образования детей. URL: https://asi.ru/social/educa-tion/ (Дата обращения 10.12.2016)
[4] Светозаров В.В. Основы статистической обработки результатов измерений: учебное пособие. Москва, Изд. МИФИ, 2005, 40 с.
[5] Соловьёв А.Н. Моделирование процесса подготовки абитуриентов в условиях модернизации инженерного образования. Дис. д-ра пед. наук. Калининград, 2012, 265 с.
[6] Столяров Ю.С., Юсов Б.П., Лейбсон В.И. Детское творчество Большая советская энциклопедия. Т.8. 3-е изд. Москва, Советская энциклопедия, 1978, с. 165-167.
[7] Стратегия инновационного развития Российской Федерации на период до 2020 года. URL: http://government.ru/docs/9282/ (Дата обращения 15.12.2016)
[8] Четырехзондовый метод измерения электрического сопротивления полупроводниковых материалов: Учебно-методическое пособие для студентов физического факультета / Под ред. Н. А. По-клонского. Минск: Белгосуниверситет, 1998. 46 с.
[9] Burkova E., Kravtsov A., Pogodin G. Supplementary education program for school students "The measurements in nature and technology" // Journal of Physics: Conf. Series, V. 918, 2017
[10] Vernier LabQuest Hardware and Specifications. URL: https://www.vernier.com/products/inter-faces/labq/hardware/ (Дата обращения 20.12.2016)
ОНЛАЙН КУРСЫ КАК ЧАСТЬ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ:
_ВОЗМОЖНОСТИ, СИЛЬНЫЕ И СЛАБЫЕ СТОРОНЫ_
Груздева Ольга Александровна,
к.э.н., проф.,
Национальный исследовательский технологический
университет «МИСиС», г. Москва, Россия
Gruzdeva Olga A.,
Ph.D., Professor, National University of Science and Technology "MISiS", Moscow, Russia
АННОТАЦИЯ:
В статье рассмотрены причины, необходимость и особенности внедрения онлайн технологий в образовательную среду российских вузов. Дана оценка возможностей использования онлайн курсов с позиций студента и преподавателя. Предложены некоторые направления совершенствования применения массовых онлайн курсов при реализации образовательных программ.
ABSTRACT:
The article considers the reasons, necessity and peculiarities of introducing online technologies in the educational environment of Russian universities. The estimation of the possibilities of using online courses from the positions of the student and the teacher is given. Some directions for improving the use of mass online courses in the implementation of educational programs are proposed.
Ключевые слова: онлайн курс, онлайн технологии, высшее образование, онлайн обучение, система управления обучением (LMS), массовые открытые онлайн курсы (MOOC), занятость и угроза увольнения преподавателей
Key words: online course, online technology, higher education, online learning, learning management system (LMS), mass open online courses (MOOC), employment and threat of the dismissal of teachers
Уже несколько лет главным образовательным трендом во всем мире стало внедрение в образовательный процесс самых разнообразных онлайн курсов, в том числе открытых и массовых (МООС). Благодаря бурному развитию интернета и появлению на его основе глобальных образовательных платформ, таких, как, например, Coursera, сегодня практически у любого желающего существует доступ к онлайн курсам любых, даже самых престижных, университетов мира по самым разным учебным дисциплинам.
Отрадно, что Россия в этом направлении движется вместе со всем миром. Еще 2015 году заработала Национальная платформа онлайн-образования (НПОО), в создании которой участвовали восемь ведущих вузов страны - МГУ, СПбГУ, СПбПУ, НИУ ВШЭ, НИТУ «МИСиС», МФТИ, УрФУ и ИТМО. Эти восемь ведущих университетов страны трудятся в рамках созданного под эгидой Министерства образования и науки РФ Национального совета открытого образования над созданием широкого круга онлайн курсов. Цель Национального совета открытого образования - сделать из онлайн
