Межпредметная интеграция и STEM, как способ формирования инженерного мышления у детей и подростков на уроках технологии

Автор: Тилюк Виктория Игоревна

Организация: МАОУ СШ №156 им. Г.П. Ерофеева

Населенный пункт: г. Красноярск

Аннотация: в данной статье рассматривается учебная дисциплина «Технология», которая наряду с другими дисциплинами, обладает значительным потенциалом в формировании личности обучающихся, в частности их технологической и трудовой культуры, выраженной в применении приобретенных навыков в повседневной жизни, с учётом устоявшихся норм и ценностей нашего общества.
Технология, при интеграции дополнительных учебных дисциплин, выступает фундаментом для развития у детей и подростков инженерного мышления.

Ключевые слова: межпредметная интеграция, stem-игры, инженерное мышление.

Одной из важнейших задач российского образования сегодня является популяризация инженерно-технологических знаний среди школьников, профессиональная ориентация молодёжи на получение инженерных специальностей. Смена ориентиров на инженерную подготовку школьников становится всё более востребованной во многом благодаря смене приоритетов в инженерной подготовке кадров, вниманию к научно-технологической грамотности и компетентности, стремлению к конвергентности в инженерной подготовке. В связи с этим предъявляются новые требования к проектированию образовательного пространства школы как к пространству, в котором создаются условия для развития способностей и проявления качеств будущего инженера.
Именно школьное образование должно обеспечить каждому выпускнику владение допрофессиональными компетенциями в инженерно-технологической сфере, которые необходимы для жизни в современном российском обществе, экономика которого ориентирована на инновационное развитие.
Современный этап развития отечественного и зарубежного образования характеризуется влиянием сложных социальных преобразований, происходящих в обществе, интеграционными процессами в политической, экономической и научно-технической областях. Заложенные приоритеты в образовании определяют, в конечном итоге, экономическое развитие страны. Стремление к наибольшей эффективности образовательного процесса проявляется, прежде всего, в многообразной инновационной деятельности учебных учреждений разных стран.

Распространение опыта функционирования системы формирования основ инженерного мышления у школьников будет эффективным, если механизмы и инструментарий будут:
- Опираться на научные основы формирования основ инженерного мышления у школьников;
- Охватывать все возможные направления работы образовательной организации: основные и дополнительные образовательные программы;
- Ориентированы на учителей, способных освоить механизмы и инструментарий формирования основ инженерного мышления у школьников и адаптировать их к условиям своей образовательной организации;
- Опираться на исходный уровень подготовки педагогов;
- Подавать и закреплять материал в форме ролевой игры, с четко отведенными и проработанными ролями, для большего привлечения заинтересованности обучающихся.

Формирование инженерного мышления у обучающихся разделяется на несколько практик (подходов). Данная система позволяет более адаптивно подойти к обучению детей и подростков, затрагивая заинтересованности разных возрастных групп.

Формирование основ инженерного мышления обучающихся лицея с позиции деятельностного подхода

Методологическую основу процесса формирования основ инженерного мышления школьников составляет деятельностный подход, нацеленный на развитие личности.
По словам А.Г. Асмолова, с психологической точки зрения, понятие «деятельностный подход» чаще употребляется в двух значениях. В более широком смысле под деятельностным подходом понимается методологическое направление исследований, в основу которого положена категория предметной деятельности.
В более узком смысле «деятельностный подход» есть теория, рассматривающая психологию как науку о порождении, функционировании и структуре психического отражения в процессах деятельности индивидов.
А.Г. Асмолов подчёркивает, что в деятельностном подходе получают свое конкретное выражение исходные положения философской и общенаучной системной методологии изучения человека: для того чтобы изучить личность как активный «элемент» развивающейся системы, нужно выделить такое основание этой системы, которое определяет развитие и функционирование личности.

Таким основанием является предметная деятельность. Именно деятельность, реализующая объективные общественные отношения человека в мире, представляет собой субстанцию личности.

Согласно теории планомерного, поэтапного формирования умственных действий и понятий личности П.Я. Гальперина, предметом формирования должны стать действия, понимаемые как способы решения определенного класса задач. Для этого необходимо выделить и построить такую систему условий, учет которых не только обеспечивает, но даже и «вынуждает» ученика действовать правильно и только правильно, в требуемой форме и с заданными показателями.
Эта система включает три подсистемы:

1) Условия, обеспечивающие построение и правильное выполнение учеником нового способа действия;

2) Условия, обеспечивающие «отработку», т. е. воспитание желаемых свойств способа действия;

3) Условия, позволяющие уверенно и полноценно переносить выполнение действий из внешней предметной формы в умственный план.
Следует уточнить, что в реальной образовательной практике преобладает стихийный путь формирования приемов мышления, в результате которого логические действия функционируют с очень серьезными дефектами. Так, по данным проведенных психологических исследований приемов сравнения, классификации, подведения под понятие у детей и подростков, выявлены следующие грубые ошибки:
- Неумение выделять существенные признаки;
- Выбирать основание для сравнения и классификации;
- Трудности в выделении родового и видового признаков;
- Изменение объема понятий;
- Ориентировка только на достаточные или необходимые признаки, нарушение логических правил при классификации и подведении под понятие и т.д.

Содержание процесса формирования основ инженерного мышления школьников, с позиции деятельностного подхода, строится на основе многофакторной интеграции основного и дополнительного образования. Содержание рассматриваемого процесса выражается в разработке и реализации комплекса образовательных программ, а также программ внеурочной деятельности и дополнительного образования, направленных на формирование основ инженерного мышления обучающихся.
Кроме того, привлекаются социально-экономические ресурсы социума, которые обеспечивают погружение в среду научно-технического творчества. При этом важно обращать внимание на придание процессу обучения проблемного характера, учить школьников самим находить и формулировать проблемы, вырабатывать у них способность к теоретическим обобщениям, формировать умение к проявлению самостоятельности и креативности.

Возможности урочной деятельности для формирования у школьников основ инженерного мышления

Принято считать, что основная роль при реализации данной программы должна быть отведена учителям технической направленности: математики, физики, информатики. Однако есть убеждение, что необходимо вести планомерную деятельность по формированию инженерного мышления путем интеграции данных предметов в предмет технологии- где дети и подростки смогут закрепить приобретенные теоретические знания на практике.

Основными задачами интеграции являются:

- Пробуждение в ребенке интереса к техническому образованию, инженерным дисциплинам, математике и предметам естественнонаучного цикла;
- Выявление склонности и способности учащихся к изучению математики и предметов естественнонаучного цикла;
- Способствовать формированию логического мышления, научить формулировать проблему и определять способы ее решения; выбирать наиболее рациональную последовательность действий по выполнению учебной задачи и сравнивать полученные результаты с учебной задачей;
- Сформировать у обучающихся навыки практической деятельности, необходимой для ведения исследовательских, лабораторных работ, необходимых для дальнейшего овладения рабочими и инженерными специальностями по выбранному профилю деятельности;
- Создать систему стимулов и поощрений для активного изучения предметов естественнонаучного цикла, занятий исследовательской деятельностью и техническим творчеством;

- Обеспечить формирование мотивации к самопознанию, к самостоятельному выбору направления инженерной деятельности, возможность осознанного выбора обучающимися будущей профессии.

 

 

Внеурочная деятельность как ресурс формирования основ инженерного мышления обучающихся

 

Внеурочная деятельность является мощным ресурсом для наращивания мотивационного потенциала школьников в рамках процесса формирования основ инженерного мышления. Присущие ей характеристики открытости, мобильности, гибкости открывают возможности для её быстрого и точного реагирования на образовательные запросы личности в интеллектуальном развитии в научно-технической сфере.
В целях формирования основ инженерного мышления школьников ресурсами внеурочной деятельности, необходимы эффективные организационные и методические решения:

- формирование основ инженерного мышления без увеличения количества часов на профилизацию за счет внеурочной деятельности;

- реализация интегрированных и метапредметных программ обучения во внеурочной деятельности;
- привлечение ресурсов среднего профессионального образования и высшего образования для реализации внеурочной деятельности по инженерному направлению в рамках сетевого взаимодействия;

- привлечение действующих инженерных кадров, для проведения открытых мастер-классов технологии, с практическим применением навыков проектирования, разработки, сборки моделей и деталей;

- формирование положительного восприятия инженерной деятельности через вовлечение общественных организаций, родителей в систему образовательных событий, через совершенствование принципов информационной открытости образовательной организации;
- осуществление проектно-исследовательской деятельности – образовательная технология, предполагающая решение учащимися исследовательской, творческой задачи под руководством специалиста, в ходе которого реализуются единые этапы (вне зависимости от области исследования): изучение теоретического материала, выделение проблемы, постановка целей и задач исследования, формулировка рабочей гипотезы, освоение методики исследования, сбор собственного экспериментального материала, обработка собранного материала, обобщение, анализ, выводы, непосредственное представление работы.
Работа над проектами дает возможность ребенку почувствовать себя успешным в деятельности, развить и проявить свою креативность, научиться оформлять и представлять работу и как следствие, почувствовать свою личную состоятельность. Это способствует овладению обучающимися ключевыми компетенциями, составляющими основу дальнейшего успешного образования и ориентации в области инженерно-технологического образования.

 

 

STEM - новый подход к инженерному мышлению

Чтобы подготовить инженеров, способных успешно выполнять профессиональные задачи в быстро меняющемся мире, само образование должно развиваться в контексте инженерных проблем и вызовов, с которыми сейчас сталкиваются общество и технологии.
Как говорилось ранее, подготовка инженеров должна начинаться со школьной парты. Но очень часто детям неинтересен традиционный подход к обучению, что сказывается на их вовлеченности, внимании, результате.

Образовательные STEM-игры - это инновационный способ познакомить учащихся с основами инженерного мышления.
STEM — одна из самых модных аббревиатур в мире современного образования. Расшифровывается на русский так: естественные науки, технологии, инженерия и математика.
Впервые идея и аббревиатура STEM были предложены в 2001 году учеными Национального научного фонда США как ориентир для обновления системы подготовки современных инженеров и исследователей в ВУЗах. Идея была поддержана правительством, общественными организациями и многими корпорациями США, в том числе такими технологическими лидерами как Intel и Xerox. В результате принципы STEM стали активно применять для формирования образовательных программ многих американских университетов.
Сегодня в системе высшего образования США насчитываются сотни инженерных и научных специальностей, программы подготовки по которым построены в соответствии с концепцией STEM. При этом дипломная работа студента объединяется со стажировкой в технологической компании и участием в сложных технологических проектах бок о бок с профессионалами. За счет этого технологические компании получают квалифицированных специалистов сразу после выпуска из университета.
Впоследствии STEM-подход был подхвачен многими странами мира. В настоящее время подготовка STEM-специалистов ведется в ВУЗах Франции, Великобритании, Австралии, Израиля, Китая, Канады, Турции и ряда других стран.
Одновременно с расширением географии STEM происходило распространение элементов STEM-подхода вниз по образовательной пирамиде, как на школьное, так и на дошкольное образование. Во многих странах начали активно создаваться учебные курсы и пособия для межпредметных исследований и конструирования в детских группах. Ощутив реальные результаты STEM-подхода в высшем образовании, правительство США через образовательные стандарты утвердило STEM-обучение как базовый метод преподавания в школах. Австралия, Канада и Сингапур сделали это еще раньше.

В рамках детского STEM-образования робототехника оказалась той областью, где наиболее удачно пересеклись запросы экономики на развитие высокотехнологичных отраслей и естественный интерес детей к конструированию. Как следствие, сегодня воспитатели и учителя по всему миру активно используют в своей работе наборы для конструирования и программирования роботов.

STEM — это новый подход в образовании, когда все отрасли естественно-научного и технического знания объединены, и ребёнок получает эти знания не из учебника, а через решение творческих задач. Многие уверены, что именно такой подход поможет детям лучше приспособиться к миру будущего.
STEM обладают рядом отличительных особенностей и преимуществ:
- Развитие критического мышления: игры поощряют детей критически мыслить, оценивать ситуации и разрабатывать стратегии для преодоления трудностей. Решая головоломки и выполняя задания, дети оттачивают свои аналитические способности и становятся искусными в выявлении закономерностей и связей;
- Стимулирование творчества: STEM-игры предоставляют детям творческий выход для проектирования и конструирования собственных виртуальных структур, машин и изобретений. Эта свобода исследовать и экспериментировать развивает их творческие способности и помогает им раскрыть свой творческий потенциал;
- Стимулирование сотрудничества: Многие STEM-игры включают многопользовательские функции, позволяя детям сотрудничать со своими сверстниками. Совместная работа над достижением общей цели развивает навыки командной работы, общения и кооперации – все это бесценно в реальных инженерных сценариях;
-Повышение устойчивости: инженерное дело часто сопряжено с неудачами на этом пути. С помощью этих игр дети учатся принимать вызовы, упорствовать перед лицом препятствий и вырабатывают стойкое мышление. Они понимают концепцию, согласно которой неудача дает шанс на личное развитие и прогресс.

Стремительно растущий интерес учителей к STEM-методикам объясняется тем, что значительная часть задач, которые установлены образовательными стандартами РФ, может быть реализована с учетом идей, инструментов и методик, накопленных в рамках STEM-подхода. Концепция STEM соответствуют основным требованиям ФГОС, и в этом можно убедиться, приложив принципы STEM к образовательному стандарту основного общего образования:

1. Проектная форма организации обучения и практическая направленность STEM создают более благоприятные по сравнению с классно-урочным обучением мотивационные и предметные предпосылки для реализации следующих требований ФГОС:
— Организация активной учебно-познавательной деятельности;
— Участие в социально значимом труде и приобретение практического опыта;
— Формирование способности применять полученные знания на практике, в том числе в социально-проектных ситуациях;
— Формирование коммуникативной компетентности в общении и сотрудничестве со сверстниками;
— Ориентировка в мире профессий и формирование устойчивых познавательных интересов как основы выбора будущей профессии.
2. Ориентация на межпредметность и накопленный в рамках STEM опыт комплексного освоения математики, технологии и естественных наук создают более благоприятные условия для:
— Применения математических и естественнонаучных знаний при решении образовательных задач;
— Развития навыков формулирования гипотез, планирования и проведения экспериментов, оценки полученных результатов;
— Осознания значения математики, технологии и информатики в повседневной жизни человека;
— Формирования умения моделировать реальные ситуации на языках алгебры и геометрии, а также исследовать построенные модели математическими методами;
— Развития навыков работы со статистическими данными;
— Понимания физических основ и принципов работы машин и механизмов, средств передвижения и связи, бытовых приборов, промышленных технологических процессов и т. д.

Наука, техника и технологии являются доминирующими движущими силами будущей экономики. Именно поэтому важно развивать в детях, со школьной скамьи, инженерное мышление, благодаря которому будут разрабатываться и создаваться всё новые и новые проекты, строиться новые объекты архитектурного и промышленного назначения. Будет расти и развиваться производство, инфраструктура и социальное благополучие страны.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Инженерное мышление школьников: технологии, методы и средства формирования: сборник конспектов уроков и занятий внеурочной деятельности / Под общ.ред. Г.М. Шигабетдиновой, Т.В. Финюковой,Л.Х. Давлетшиной. –Ульяновск, 2021г.
2. Дума Е. А. и др. Уровни сформированности инженерного мышления // Успехи современного естествознания. 2013г.
3. Сазонова З. С., Чечеткина Н. В. Развитие инженерного мышления — основа повышения качества образования: учебное пособие / МАДИ (ГТУ). М., 2007г.
4. Синицын Е. С. Формирование инженерного мышления в школе. Новосибирск: НГХА, 2011г.
5. Интернет-ресурс https://heritageschool.ru/blog/chto-takoe-stem-obrazovanie/
6. Интернет-ресурс https://ahaslides.com/ru/blog/stem-schools/
   
    

Опубликовано: 18.10.2023