CC BY
70
УДК 159.922.74
Лазарева С.А., Марчук Т.Л.
$1еш-технология как средство формирования инженерного мышления школьников
Статья посвящена рассмотрению вопроса о формировании инженерного мышления школьников на уровне общего образования через использование БТБМ-технологии, раскрывается ее сущность и преимущества. Основной акцент сделан на использовании БТБМ-технологии во внеурочной деятельности, а именно при проведении учебных практик по конструированию. Даются рекомендации к составлению программы учебной практики, направленной на формирование у обучающихся инженерных навыков. Рассмотрено использование БТБМ-технологии на примере учебной практики «Конструирование транспортного средства для грузоперевозок по воде». Ключевые слова: инженерное мышление, БТБМ-технология, навыки и умения, учебная практика, метапредметные образовательные результаты.
В XXI веке лидерами мирового развития выступают те страны, которые способны создавать инновационные технологии и на их основе формировать собственную мощную научную, промышленную и экономическую базу. Качество инженерной подготовки становится одним из главных условий конкурентоспособности государства и, что принципиально важно, фундаментом для его экономической и технологической независимости.
В 2014 году в послании к Федеральному собранию Президент РФ В.В. Путин указал на то, что инженерное образование в РФ нужно вывести на мировой уровень [3]. В связи с этим важным направлением развития образования становится формирование инженерного мышления и инженерной культуры на всех уровнях общего образования.
В связи с требованиями времени в МАОУ «Полазненская СОШ № 1» была разработана программа развития образовательной организации на 2017-2022 годы «Школа инженерной культуры» (даее - ШИК). Коллектив работает над развитием компетенций, которые заложены в образ выпускника ШИК. В число этих компетенций входят навыки проектной и исследовательской деятельности, моделирования различных объектов и процессов, владение основными способами конструирования, компетенции в области использования информационно-коммуникационных технологий (далее - ИКТ-компетенции), коммуникативные навыки.
Одной из педагогических технологий, способной решить данную задачу, но нашему мнению, является STEM-технология.
Термин STEM впервые появился в школьной программе американского образования [1]. Он был введен для того, чтобы усиленно развивать и усиливать компетенции обучающихся в научно-техническом направлении.
Расшифровывая каждую букву аббревиатуры STEM, получаем:
- Science (наука),
- Technology (технологии),
- Engineering (инженерия),
- Math (математика).
При использовании STEM-технологии мы имеем возможность осуществлять комплексный междисциплинарный подход с проектным обучением, сочетающим в себе естественные науки с технологиями, инженерией и математикой. Как и в жизни, все предметы интегрированы и взаимосвязаны в единое целое, что позволяет сформировать у учащихся целостное мировосприятие.
Согласно положениям STEM-технологии, ребенку должно быть интересно учиться, знание должно быть применимо на практике и непосредственно связано с практикой, само обучение должно быть занимательным по форме, увлекающим ребенка, и приносить реальные плоды в будущем, прежде всего в профессии [4]. Именно практика соединяет разрозненные естественнонаучные знания в единое целое.
Для приобретения учащимися научных и инженерных навыков у них следует формировать следующие умения:
1) задавать вопросы (наука);
2) ставить практические задач (инжиниринг);
3) создавать и/или использовать модели;
4) планировать и проводить исследования;
5)анализировать и интерпретировать данные;
6)использовать математический аппарат и производить вычисления;
7) строить объяснения (науки) и проектировать решения (инжиниринг);
8) строить аргументы на основе имеющихся фактов;
9) получать, оценивать и правильно передавать информацию.
STEM-технология в образовательном процессе используется и на уроках, и во внеурочной деятельности. В нашей школе использование этой технологии пока практикуется лишь во внеурочной деятельности, а именно при проведении образовательных практик по конструированию. Цель включения инженерных навыков и основных инженерных идей в образовательные практики состоит в том, чтобы научить учеников думать как инженеры, применять свои знания для решения практических задач.
Программа образовательной практики составляется таким образом, чтобы деятельность учащихся включала:
- элементы инжиниринга (например: конструирование модели какого-либо технического сооружения или механизма: моста, гидравлического подъемника, гидравлического манипулятора, водоподъемного механизма и т.п.). При этом ученики должны уметь задать вопросы, необходимые для постановки задач, требующих решения, и выявлять идеи, которые приводят к нахождению условий и особенностей для их решения;
- решение практической задачи с использованием конструкции (например: конструкция моста должна выдержать как можно больший груз; модель водоподъемного механизма должна зачерпнуть воду и поднять ее на определенную высоту; модель катамарана должна быть устойчива на воде и т.д.);
- проведение исследования по решению практической задачи (например: как расположить груз, чтобы мост выдержал наибольший вес; определить зависимость скорости движения модели машинки на реактивном двигателе от объема выпускаемого воздуха и т.д.);
- оперирование физическими и математическими формулами и терминами, связанными с данной конструкцией (например: формула средней скорости движения; формула объема шара; формула силы и др.);
- математические расчеты, позволяющие подтвердить или опровергнуть результаты исследования.
Рассмотрим использование STEM-технологии при проведении практики по конструированию транспортного средства для грузоперевозок по воде [2; 5].
Учебная практика «Конструирование средства транспортировки грузов по воде» является составной частью учебных практик Школы инженерной культуры, объединенных в метапредметный день «Моделирование и конструирование».
Цель практики: развитие у обучающихся навыков конструирования с применением STEM-технологии.
Задачи:
- познакомить обучающихся с идеей моделирования плавательных средств и с историей судостроения;
- организовать конструирование собственной модели катамарана по заданным условиям;
- формировать мотивацию развития навыков вычислений в сложившейся жизненной ситуации;
- способствовать развитию способностей обучающихся мыслить критически, работать как в команде, так и самостоятельно;
- содействовать продуктивному и результативному общению.
Организационные условия:
• Возрастная группа: учащиеся 6-7-х классов.
• Сроки проведения: в конце четверти.
• Форма проведения: интенсив.
• Форма организации: внеурочная деятельность.
• Продолжительность: 4 часа.
Данная практика была предложена обучающимся 6-7-х классов и проводилась в конце четверти в рамках внеурочной деятельности. На занятии обучающиеся в группах по 4-5 человек создавали продукт ме-тапредметной деятельности - модель катамарана.
Всю практику можно поделить на несколько этапов. Во вводной части в течение 30 минут учащиеся знакомятся с историей судостроения, конструирования, в том числе технического, знакомятся с понятием модели судна, ее назначением, элементами модели. На этом этапе занятия очень важно уйти от монолога, так как в диалоге обучающиеся находят ответы на многие вопросы, а учитель может определить объем знаний детей по данной теме.
На втором этапе, длительность которого составляет 2 часа 30 минут, учитель ставит перед учащимися практическую задачу: создать модель плавательного средства, рассчитать площадь паруса, определить возможности грузоподъемности модели. Учащиеся просматривают схемы сборки моделей катамаранов, знакомятся с предложенным дидактическим материалом. Именно на этом этапе происходит применение БТБМ-технологии. Исходя из предложенных материалов, обучающиеся рассчитывают длину и ширину своей модели катамарана и вы-
числяют площадь паруса по формуле Э паруса = 1*С, где I = 2,8 С - коэффициент, принятый Русской парусной школой.
Порядок вычислений возможной грузоподъемности судна:
1. Плотность воды - 1 (в СИ).
2. Объм гондол катамарана - 2*0,5 (1 л).
3. 1 л может вытеснить 1 кг воды.
4. Полезная нагрузка: Рарх = 3м.
5. Вычисление допустимой массы груза:
М =
т
У
где т - масса вытесненной воды.
Далее в своих группах учащиеся создают схему-чертеж данной модели, затем - готовую модель.
На последнем этапе, который длится 30 минут, проводятся испытания моделей. Проверяется остойчивость судна (остойчивость — это способность судна, выведенного внешним воздействием из положения равновесия, возвращаться в него после прекращения этого воздействия), экспериментальным путем проверяется правильность вычислений возможной грузоподъемности модели катамарана.
Проявление элементов БТБМ-технологии в содержании образовательной практики «Конструирование транспортного средства для грузоперевозок по воде» можно проследить на схеме.
Сила
выталкивания Масса Грузоподъемность
I 1
•Ножницы -инструмент •Соединения •Крепеж •Производств •Транспортное средство
Инженерия >
J
•Конструкция •Прототип •Проектирование •Дизайн
•Критерии условия ограничения
•Вычисления
•Длина, ширина
•Площадь
•Объем
•Измерения
•Моделирование
•Число
Проявление элементов БТБМ-технологии в содержании образовательной практики «Конструирование транспортного средства для грузоперевозок по воде»
На примере этой практики видно, что STEM-технология удачно дополняет школьное образование по предметам естественнонаучного цикла, погружает учеников в понимание самой сути предмета и его применения в практической сфере.
Использование STEM позволяет решать задачу выполнения ФГОС ООО в плане достижения планируемых метапредметных результатов. Так, посредством данной практики, формируются следующие метапред-метные образовательные результаты, заложенные в основной образовательной программе нашей школы:
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.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
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.
Таким образом, благодаря STEM-технологии обучающиеся могут глубже вникать в логику происходящих явлений, понимать их взаимосвязь, изучать мир системно, а тем самым вырабатывать в себе любознательность, инженерный стиль мышления, умение выходить из критических ситуаций, вырабатывать навык командной работы и осваивать основы менеджмента и самопрезентации, что обеспечивает кардинально новый уровень развития ребенка.
1. Люблинская И.Е. STEM и новые стандарты естественнонаучного образования в США [Электронный ресурс]. - URL: http://schoolnano.ru
2. Понятия об остойчивости судна [Электронный ресурс]. - URL: https://sea-man.org/ poperechnaya-ostojchivost-sudna.html
3. Послание президента Федеральному собранию [Электронный ресурс]. 2014. - URL: http://kremlin.ru/events/president/news/47173 (дата обращения: 03.09.2015).
4. Теплова А.Б. Психолого-педагогические условия реализации программы «STEM-образования для дошкольников и младших школьников» [Электронный ресурс]. - URL: http://new.groteck.ru
5. Юные корабелы, создание моделей [Электронный ресурс]. - URL: http://modelik.ru
