Ключевые слова: инженерное образование, робототехника, программирование, 3D-моделирование, радиоэлектроника, инженерная культура, школьное образование, инновационные технологии.

 

В условиях стремительного технологического развития и цифровой трансформации инженерно-технические навыки становятся неотъемлемой частью базового образования, обеспечивая подготовку учеников к востребованным профессиям будущего. Современные школы сталкиваются с вызовом адаптации образовательных программ к новым требованиям, внедряя инновационные методики и цифровые технологии для развития инженерного мышления у школьников. Ключевую роль здесь играют такие инструменты, как виртуальная реальность (VR), 3D-моделирование, беспилотные летательные аппараты и робототехника, которые позволяют учащимся активно вовлекаться в учебный процесс и изучать реальные инженерные задачи в игровой и практической формах [1–5].

Однако внедрение инженерно-технического образования в школьные программы сопряжено с рядом проблем, среди которых можно выделить нехватку квалифицированных кадров, ограниченные ресурсы на обновление технического оснащения и отсутствие унифицированных методик для педагогов. Эти вызовы особенно актуальны для российских школ, которые зачастую испытывают дефицит финансирования и не всегда имеют доступ к передовым образовательным технологиям.

МБОУ «Каргасокская СОШ № 2» представляет собой один из успешных примеров школы, активно внедряющей инженерно-технические дисциплины в учебный процесс, несмотря на перечисленные трудности. В образовательной программе данной школы предусмотрено использование VR-технологий и 3D-моделирования, курсы по управлению беспилотными летательными аппаратами и занятия по робототехнике, которые начинаются уже с младших классов. Более того, благодаря сотрудничеству школы с детскими садами, дети знакомятся с основами программирования на языке Scratch, что позволяет им развивать логическое мышление и готовиться к более сложным задачам.

Цель работы – проанализировать опыт внедрения инженерно-технического образования в МБОУ «Каргасокская СОШ № 2», описать основные достижения и проблемы, с которыми сталкивается школа, а также предложить рекомендации по улучшению условий для дальнейшего развития инженерного образования в общеобразовательных учреждениях.

Для проведения исследования, посвященного анализу инженерно-технического образования на примере МБОУ «Каргасокская СОШ № 2», была выбрана многокомпонентная методология, включающая качественные и количественные методы. Исследование сосредоточено на оценке эффективности образовательных программ, выявлении проблем и анализе перспектив дальнейшего развития инженерного образования в школах. Рассмотрим основные этапы и методы, использованные для достижения цели исследования.

1. Описательный анализ образовательных программ

Были изучены программы по следующим направлениям:

– VR и 3D-моделирование: программа, позволяющая учащимся старших классов создавать виртуальные модели объектов, в том числе модели самой школы, с целью изучения принципов проектирования и работы с трехмерным пространством.

– Беспилотные летательные аппараты (дроны): образовательный курс, ориентированный на изучение принципов работы этих аппаратов и навыков управления ими через компьютерные симуляторы.

– Робототехника: программа, которая реализуется с 3-го класса и включает изучение основ программирования, сборки и управления роботами.

– Основы программирования для дошкольников на языке Scratch: специальный курс, позволяющий детям развивать навыки алгоритмизации и основ программирования еще до поступления в начальную школу.

Для сбора данных о содержании и структуре указанных программ был проведен анализ учебных планов, методических материалов и учебных пособий, используемых педагогами. Это позволило получить полное представление о задачах и целях каждой образовательной программы, а также об их ориентации на развитие инженерных навыков у учащихся.

2. Анкетирование учащихся для оценки уровня интереса и мотивации

Одной из ключевых задач исследования стала оценка уровня интереса учащихся к инженерно-техническим дисциплинам и влияние учебных программ на их мотивацию. С этой целью было проведено анкетирование учащихся 5–11-х классов. Оно включало следующие разделы:

– интерес к изучению технических и инженерных дисциплин до и после участия в программах;

– оценка уровня мотивации к дальнейшему обучению и углублению знаний в инженерно-технических областях;

– личный опыт взаимодействия с VR-технологиями, 3D-моделированием, дронами и робототехникой;

– перспективы выбора инженерных и технических специальностей для поступления в высшие учебные заведения.

Для анализа данных был использован метод статистического обобщения, что позволило получить средние значения по ключевым показателям и выявить общие тенденции интереса и мотивации среди учащихся.

3. Интервью с преподавателями и администрацией школы

Для углубленного понимания методологии преподавания инженерных дисциплин и существующих проблем были проведены полуструктурированные интервью с преподавателями, работающими в МБОУ «Каргасокская СОШ № 2». В рамках интервью обсуждались:

– методические подходы и используемые технологии для преподавания инженерных дисциплин;

– основные трудности, с которыми сталкиваются педагоги, включая нехватку ресурсов, необходимость обновления оборудования и отсутствие стандартизированных методик преподавания;

– перспективы и потенциальные возможности для улучшения программ, в том числе посредством повышения квалификации педагогов и привлечения внешних партнёров.

Интервью с администрацией школы помогли выяснить общую стратегию развития инженерного образования в школе, а также оценить поддерживающие меры со стороны администрации и планы по расширению учебной базы.

4. Статистический анализ достижений учащихся в инженерно-технических конкурсах

Для оценки результатов работы школьных программ в инженерно-технической сфере были проанализированы достижения учеников МБОУ «Каргасокская СОШ № 2» на всероссийских конкурсах и олимпиадах, собраны данные о количестве побед и призовых мест по направлениям робототехники, 3D-моделирования и программирования за последние три года. Данный анализ включал:

– определение зависимости между участием в школьных программах и результатами на конкурсах;

– оценку подготовки учащихся к соревнованиям и выявление факторов, способствующих высоким результатам.

Собранные данные позволили провести корреляционный анализ, связав успехи на конкурсах с участием в инженерных программах школы, что подтвердило эффективность и практическую ценность образовательных инициатив.

5. Анализ ресурсов и материально-технической базы школы

Для выявления материальных ограничений, с которыми сталкивается школа, выполнено обследование ее материально-технической базы, включая доступное оборудование, программное обеспечение и ресурсы, необходимые для поддержки инженерных программ. Была проведена оценка текущего состояния VR-оборудования, дронов, робототехнических комплектов и компьютеров, используемых в учебном процессе. Опрос администрации и педагогов о потребностях в обновлении оборудования также помог выявить направления для улучшений.

Применение комплексного подхода позволило получить всестороннюю картину состояния инженерно-технического образования в МБОУ «Каргасокская СОШ № 2». Описательный анализ программ, анкетирование учащихся, интервью с преподавателями и сравнительный анализ с другими школами выявили как положительные стороны, так и ключевые проблемы в обучении.

Развитие инженерной культуры через программы робототехники и программирования

В МБОУ «Каргасокская СОШ № 2» инженерная культура развивается с раннего возраста благодаря системному подходу к обучению. Уже с начальной школы учащиеся включены в образовательные программы технического профиля, такие как робототехника и программирование. Школьный Центр «Точка Роста» стал ядром для организации этих программ, предоставляя современные образовательные ресурсы и пространство для проектной деятельности.

В рамках курса робототехники, начатого в 2020 году, школьники изучают работу с конструкторами, основы электроники и программирования с помощью LEGO Mindstorms и Arduino. Участие в курсах робототехники помогает учащимся не только изучить технические основы, но и формировать такие навыки, как командная работа, решение проблем, а также логическое и критическое мышление. Например, с использованием Arduino старшеклассники разработали модель автономного робота, способного преодолевать препятствия, что позволило им глубже изучить принципы датчиков, алгоритмов и программирования.

Сетевое взаимодействие для расширения образовательных возможностей

Инженерная культура в МБОУ «Каргасокская СОШ № 2» поддерживается также через сетевое взаимодействие с другими образовательными учреждениями. Это взаимодействие включает:

– программу Scratch для дошкольников. В рамках сетевого взаимодействия с детскими садами дети изучают основы алгоритмизации и программирования на визуальном языке Scratch. Этот курс проводится по программе «Территория успеха» и является первым этапом подготовки к более глубокому изучению инженерных дисциплин. Программа привлекает 42 дошкольника, которые в течение года посещают еженедельные занятия по программированию, получая базовые навыки, такие как составление алгоритмов и логика последовательных действий;

– программу инженерных классов с ТУСУРом. В 2024 году в рамках сотрудничества с ТУСУРом были созданы инженерные классы для учеников 9–10-х классов. На занятиях учащиеся изучают основы радиоэлектроники, работают с виртуальными моделями электронных схем и проводят лабораторные эксперименты, что расширяет их представление о принципах работы электронных устройств. Такое сетевое взаимодействие даёт возможность старшеклассникам применить теоретические знания в условиях практических занятий и лабораторных исследований на базе университета.

Сетевое взаимодействие значительно повышает доступность технического образования и расширяет кругозор учащихся. Эти образовательные партнёрства помогают развивать профессиональные компетенции, необходимые для дальнейшего обучения в технических вузах.

Программы по робототехнике и их результаты

В рамках программы робототехники Каргасокской СОШ № 2 дети не только изучают теорию, но и принимают активное участие в конкурсах и олимпиадах, что мотивирует их совершенствовать свои навыки. Центр «Точка Роста» обеспечивает все необходимые ресурсы для занятий – от простейших конструкторов для начальной школы до сложных робототехнических комплектов для старших классов. Достижения учащихся:

– в 2021 году ученики 9-го класса, такие как Власенко Матвей и Полушвайко Костя, заняли 1-е место в номинации «Лучшее техническое интервью» на российском этапе международных соревнований RoboCup-2021. Этот результат свидетельствует о высоком уровне подготовки и уверенном владении техникой и методами программирования;

– в 2022 году команда из учеников 8-х и 9-х классов заняла 2-е место в рамках проекта «Умный город» на областном уровне. Их проект включал разработку модели энергосберегающего района с использованием датчиков для мониторинга уровня освещённости и температурного режима. Благодаря этому проекту учащиеся получили представление о современных технологиях энергосбережения и научились интегрировать сенсорные устройства в макетные модели;

– в 2023 году ученик Иван Обухов представил проект виртуальной школы на региональном этапе Всероссийского конкурса «Юные техники и изобретатели», где занял 1-е место. Иван использовал технологии 3D-моделирования и интерактивных элементов для создания обучающей модели, в которой школьники могут ориентироваться и взаимодействовать в виртуальной среде;

– в 2024 году школьная команда добилась одного из самых значимых результатов, заняв 2-е место на всероссийском этапе RoboCup в номинации «Робот-спасатель». На соревнованиях команда представила робота, запрограммированного для выполнения спасательных операций. Робот успешно проходил лабиринт, оснащённый датчиками, с помощью алгоритмов, которые позволяли ему обнаруживать цветовые маркеры и распознавать буквы. На основании анализа окружающей среды робот принимал решения о необходимости выдачи аптечек для условных пострадавших. Его программное обеспечение позволяло определять нужный маршрут, избегать препятствий и вовремя подносить аптечки к определённым точкам. Этот проект продемонстрировал высокий уровень технических и программных навыков учащихся и стал символом их стремления к совершенству в инженерном творчестве.

Победы в таких соревнованиях повышают престиж школы и служат источником мотивации для учащихся младших классов, которые стремятся стать частью команды и получить навыки, востребованные на региональных и всероссийских конкурсах. Выдающиеся достижения команды также являются результатом системной работы преподавателей и хорошо организованного процесса обучения.

Все проекты способствуют формированию инженерной культуры, где ценятся такие качества, как аналитическое мышление, командная работа и устойчивый интерес к решению реальных задач. Участвуя в конкурсах различного уровня, ученики не только демонстрируют полученные навыки, но и получают дополнительные баллы для поступления в технические вузы, что мотивирует их к достижению высоких результатов и укрепляет связь между школьным обучением и профессиональной сферой.

Таким образом, через участие в программе робототехники МБОУ «Каргасокская СОШ № 2» формирует у учащихся фундаментальные инженерные навыки и прививает интерес к техническим специальностям, способствуя их дальнейшему успеху в обучении и карьере.

Программа Scratch и её значимость для инженерного образования

В МБОУ «Каргасокская СОШ № 2» программа Scratch для дошкольников стала неотъемлемой частью образовательного процесса. Её значимость трудно переоценить, так как именно в этом возрасте закладываются основы логического мышления и понимания алгоритмов. С 2021 года в программе приняли участие более 120 детей, которые в игровой форме изучают основы программирования. Такое сотрудничество с детскими садами позволяет подготовить дошкольников к последующему обучению в техническом профиле. Данные наблюдений показывают, что дети демонстрируют лучшую успеваемость в начальной школе на уроках математики и информатики.

Программа Scratch позволяет увидеть результат действий обучающихся мгновенно, что повышает их интерес к техническим наукам. Такие задания, как создание игр или анимаций, помогают развивать у детей последовательное мышление и способность решать задачи шаг за шагом. По отзывам педагогов, дети, прошедшие курс Scratch, легче переходят к изучению более сложных дисциплин, таких как робототехника и программирование на языке Python.

Инженерные классы и радиоэлектроника в сотрудничестве с ТУСУРом

Сотрудничество с ТУСУРом дало школе возможность организовать инженерные классы для учеников 9–10-х классов, где с 2024 года изучается радиоэлектроника. Учащиеся работают с виртуальными моделями электронных схем, изучают принципы работы резисторов, конденсаторов и микроконтроллеров на компьютерах. В первой половине 2024 года занятия посещали 17 старшеклассников, которые получили навыки сборки и тестирования простейших схем. Эти занятия позволяют школьникам освоить базовые принципы радиоэлектроники и получить представление о современных технологиях в сфере электроники и автоматизации. По данным анкетирования, 85% участников курса выразили заинтересованность в дальнейшем изучении электроники и планируют поступление в технические вузы, такие как ТУСУР, что подтверждает важность программы для формирования инженерного мышления и профессиональных интересов школьников.

Влияние программ на формирование инженерной культуры

Формирование инженерной культуры в МБОУ «Каргасокская СОШ № 2» – это результат целенаправленного и системного подхода к обучению, включающего сетевое взаимодействие, участие в конкурсах и постоянное развитие технического профиля. Инженерная культура проявляется в интересе школьников к точным наукам, их стремлении к решению практических задач и навыках командной работы. По данным школы, 67,4% всех обучающихся вовлечены в программы центра «Точка Роста», что свидетельствует о высоком уровне мотивации и устойчивом интересе к инженерным дисциплинам.

Учащиеся школы не только изучают робототехнику и электронику, но и принимают участие в конкурсах и проектах, которые помогают им проявлять свои навыки. Например, победы на конкурсах дают учащимся дополнительные бонусы для поступления в вузы, что мотивирует их к достижению лучших результатов. В 2023 году на базе школы было проведено 71 мероприятие, посвященное техническому творчеству, что показывает высокую активность и интерес школьников к предложенным направлениям.

Анкетирование и интервью: оценка восприятия инженерных программ

Для анализа восприятия инженерных программ в Каргасокской СОШ № 2 было проведено анкетирование среди учащихся и интервью с педагогами, курирующими технические дисциплины. Эти методы позволили глубже понять, как образовательные программы влияют на формирование инженерной культуры, мотивацию и интерес к техническим наукам.

Анкетирование проводилось среди учащихся 5–11-х классов, участвующих в технических программах центра «Точка Роста». Опрос охватил 85 человек и включал вопросы, касающиеся их интереса к инженерным дисциплинам, уровня вовлеченности и мотивации к участию в конкурсах. Приведем ключевые результаты анкетирования:

– 85% опрошенных выразили заинтересованность в дальнейшем углублении знаний в сфере инженерии и технических наук, что свидетельствует о положительном влиянии программ робототехники и радиоэлектроники;

– 68% учащихся отметили, что занятия в центре «Точка Роста» повлияли на их выбор будущей профессии. Многие рассматривают поступление в технические вузы, такие как ТУСУР и Томский политехнический университет;

– 92% участников сообщили, что занятия по робототехнике и программированию способствуют развитию у них критического мышления и логического подхода к решению задач. Эти навыки отмечаются как полезные не только для будущей профессиональной деятельности, но и для учебы в целом;

– 76% опрошенных заявили, что участие в конкурсах, таких как RoboCup и региональные олимпиады по робототехнике, повышает их уверенность в собственных силах и даёт мотивацию для улучшения своих навыков.

В ходе интервью с педагогами, ответственными за реализацию программ инженерного профиля, были получены данные, отражающие их взгляды на успехи и сложности в преподавании технических дисциплин. Среди опрошенных педагогов были Д.С. Матвеев – преподаватель технологии, курирующий занятия по робототехнике; В.В. Мусатов – педагог центра «Точка Роста», ведущий занятия по программированию и электронике; кураторы программы Scratch для дошкольников.

Основные результаты интервью:

– педагоги отметили, что программы инженерного профиля способствуют формированию у школьников критического и логического мышления. По словам Д.С. Матвеева, учащиеся, которые начинают заниматься робототехникой с младших классов, демонстрируют более высокий уровень аналитических способностей и уверенность в решении технических задач к старшим классам;

– Мусатов В.В. подчеркнул, что участие в конкурсах положительно влияет на самооценку учащихся и помогает им развивать навыки презентации и защиты своих проектов. По его мнению, это укрепляет инженерную культуру и даёт школьникам ценное понимание практического применения их знаний;

– курирующие преподаватели указали на необходимость постоянного обновления учебного оборудования и повышения квалификации педагогов. Так, для успешного преподавания радиоэлектроники с 2024 года были организованы курсы для педагогов, которые помогли им освоить новые технологии и улучшить методику преподавания.

По итогам анкетирования и интервью можно сделать вывод, что программы технического профиля в МБОУ «Каргасокская СОШ № 2» играют ключевую роль в формировании инженерной культуры среди школьников. Учебные и конкурсные программы способствуют развитию у учащихся навыков, необходимых для профессиональной сферы, и усиливают их интерес к инженерным наукам.

Возможности для улучшения и перспективы развития

Несмотря на высокий уровень организации, в дальнейшем развитии инженерного образования школа может воспользоваться некоторыми рекомендациями и идеями для усиления образовательного процесса.

1. Расширение партнёрства с вузами и предприятиями. Углубление сотрудничества с университетами и техническими колледжами, такими как ТУСУР и Томский политехнический университет, поможет учащимся получить доступ к более специализированным ресурсам. Организация регулярных совместных мероприятий, мастер-классов и экскурсий может укрепить связь между школьным и вузовским образованием, помогая ученикам плавно переходить на следующий уровень технического обучения.

2. Обновление и расширение перечня учебного оборудования. Хотя школа имеет все необходимое для преподавания инженерных дисциплин, регулярное обновление оборудования позволит поддерживать качество обучения на высоком уровне. В частности, обновление комплектов для робототехники и приобретение более продвинутых моделей дронов и 3D-принтеров расширит возможности для реализации более сложных проектов. Также обновление и поддержка программного обеспечения, используемого для моделирования и программирования, помогут учащимся оставаться в курсе современных технологий.

3. Дополнительные курсы и повышение квалификации педагогов. С учётом быстрого развития технологий регулярное повышение квалификации педагогов, особенно в области программирования и радиоэлектроники, способно помочь в освоении новых методик и технологий. Развитие дополнительных курсов для педагогов, которые будут преподавать узкоспециализированные предметы, может усилить их компетенции и, соответственно, качество обучения.

4. Внедрение программы наставничества среди старшеклассников и младших классов. Внедрение таких программ будет способствовать развитию командного духа и укреплению инженерной культуры в школе, закреплять знания старшеклассников, которые станут делиться опытом и развивать лидерские качества.

5. Организация специализированных лабораторий. Создание отдельных лабораторий для таких направлений, как электроника, робототехника и 3D-моделирование, даст ученикам возможность работать в условиях, максимально приближенных к реальной профессиональной среде. Эти лаборатории могут использоваться не только в учебное время, но и в рамках выполнения проектных работ, участия в конкурсах и подготовки к олимпиадам.

Таким образом, опыт МБОУ «Каргасокская СОШ № 2» представляет собой успешную модель инженерно-технического образования на уровне школы и может служить примером для других образовательных учреждений, стремящихся повысить качество технической подготовки учащихся и способствовать их всестороннему развитию в инженерной сфере.

 

Литература

1. Ананьев Б.Г. Техническое образование в школе: вызовы и перспективы. М.: Изд-во педагогической литературы, 2018.

2. Иванов Д.С., Кузнецов А.А. Методика преподавания инженерных дисциплин в школе. СПб.: Наука, 2021.

3. Калашников И.Н. Внедрение программ робототехники и 3D-моделирования в школьное образование // Вестн. инновационного образования. 2019. № 4. С. 72–80.

4. Шевченко О.И. Использование VR и 3D-технологий в образовательных программах // Техническое образование сегодня. 2022. Т. 18, № 2. С. 21–29.

5. Юрьев М.К. Робототехника в школьном образовании: анализ эффективности программ. Новосибирск: Изд-во СГУ, 2019.