Инженерные каникулы как ресурс профильного обучения

Автор: Фирюлина Надежда Витальевна

Организация: МБОУ «Лицей»

Населенный пункт: Кировская область, г. Кирово-Чепецк

Инженерные каникулы как ресурс профильного обучения

Подготовка инженерных кадров обозначена как приоритетная задача в рамках Десятилетия науки и технологий, объявленного Указом Президента РФ от 25.04.2022 № 231 [1]. Одной из ключевых задач Десятилетия названо привлечение талантливой молодёжи в сферу исследований и разработок. Между тем, как показывают опросы, около 60 % выпускников хотели бы глубже узнать об инженерных специальностях, однако лишь примерно четверть учащихся чётко представляют содержание профессии инженера и перспективы карьерного развития в этой сфере [2]. Стандартный учебный план почти не предусматривает времени для систематического знакомства с инженерной деятельностью, и разрыв между растущим спросом на технических специалистов и уровнем осведомлённости школьников остаётся устойчивым [3].

По данным ВЦИОМ, 64 % опрошенных в возрасте 18–55 лет считают профессию инженера престижной, однако лишь 47 % россиян хотели бы получить инженерную специальность при гипотетическом выборе профессии [4]. При этом 62 % отмечают, что инженеры сейчас востребованы и учиться на инженера — перспективно. Разрыв между престижем и реальным выбором связан, среди прочего, с недостаточной информированностью школьников о содержании инженерного труда и с нехваткой практического опыта, который позволил бы «примерить» профессию на себя [5].

Для Кирово-Чепецка — города с моноотраслевой экономикой — проблема подготовки инженерных кадров носит системный характер: местные предприятия испытывают постоянную потребность в инженерах разных направлений. МБОУ «Лицей», где углублённо изучаются математика, физика, информатика, химия и биология, располагает ресурсами для частичного решения этой задачи. 

В рамках внеурочной деятельности уже реализуются курсы «Основы робототехники и электроники», «3D-моделирование», «Прототипирование», «IT-технологии». Однако внеурочная деятельность в учебном году не позволяет создать концентрированную среду, в которой подросток проходит полный цикл проектной работы — от замысла до испытания прототипа.

Идея «Инженерных каникул» возникла как попытка использовать каникулярный период для такой концентрированной проектно-исследовательской практики. Законодательная основа для объединения ресурсов разных организаций при реализации образовательных программ заложена в ст. 15 Федерального закона «Об образовании в Российской Федерации» [6], которая предусматривает сетевую форму реализации образовательных программ с использованием ресурсов нескольких организаций, включая научные и иные организации.

 

Цель и задачи разработки

Цель методической разработки — создать и апробировать практико-ориентированную модель краткосрочной образовательной программы (5 дней), которая формирует у школьников 13–17 лет устойчивые представления о современных инженерных профессиях и развивает базовые проектные и технические компетенции через систему взаимосвязанных мероприятий (входная и итоговая диагностика, мастер-классы, инженерные соревнования, кейсы, игры на командообразование), содействуя осознанному выбору профильного направления и будущей технической профессии.

Задачи разработки:

1. Преодолеть информационный разрыв между спросом на инженерные кадры и осведомлённостью школьников: дать подросткам системное, а не поверхностное представление о спектре современных инженерных профессий, их задачах, условиях труда и перспективах в регионе — с учётом потребностей предприятий Кирово-Чепецка и Кирова.
2. Сформировать базовые проектные и технические компетенции, востребованные в инженерной деятельности: навыки анализа проблемы, целеполагания, планирования, моделирования, прототипирования, тестирования и доработки решения; умение работать с современным оборудованием (3D-принтеры, робототехнические наборы, элементы электроники).
3. Создать практико-ориентированную среду, в которой школьники «примеряют» роль инженера через профессиональные пробы, соревнования и решение реальных кейсов, чтобы на опыте увидеть связь между школьными предметами (математика, физика, информатика, химия, биология) и инженерными задачами.
4. Обеспечить условия для осознанного профильного самоопределения: через рефлексию, обратную связь от экспертов и сопоставление своих интересов и способностей с требованиями профессий помочь учащимся сделать обоснованный выбор направления дальнейшего обучения.
5. Реализовать потенциал сетевого взаимодействия школы с организациями дополнительного образования, вузами и предприятиями: задействовать их ресурсы (оборудование, эксперты, актуальные кейсы) для повышения качества и реалистичности профориентационных практик.

 

Структура и содержание программы

Смена длится 5 дней. Каждый день посвящён отдельной тематической линии, последовательно раскрывающей специфику инженерных профессий и формирующей проектные компетенции. В последний день подводятся итоги: организуется выставка работ, защита инженерных кейсов и итоговое тестирование. Ниже описаны шесть типов мероприятий, из которых строится программа.

 

Входное тестирование (первый день)

Назначение — зафиксировать исходный уровень знаний о инженерных профессиях и стартовые проектные и технические компетенции для последующей оценки динамики. 

Формат комбинированный: письменный мини-опрос и практическая мини-задача. 

Содержание охватывает три блока: узнавание профессий по описанию задач и соотнесение технологий с областями применения; чтение простых схем, определение назначения инструментов и оборудования по фото; ситуационные мини-задачи на логику (например, предложить способ решения бытовой инженерной проблемы).

Результаты тестирования позволяют дифференцировать участников по уровню подготовки, скорректировать сложность кейсов и мастер-классов, а также сформировать сбалансированные команды.

 

Игры на командообразование (ежедневно)

Короткие (15–20 минут) активные игры и тренинги, встроенные в начало или середину дня. Их цель — распределить роли в проектной группе, отработать коммуникацию и правила безопасной совместной работы с техническим оборудованием.

Содержание меняется по дням: в первый день — знакомство и первичное распределение ролей (лидер, генератор идей, критик, исполнитель, координатор); во второй — упражнения на невербальную коммуникацию и синхронность действий (постройка конструкций без слов, передача инструкций жестами); в третий — ситуации с ограничениями по времени и ресурсам; в четвёртый — ролевые мини-сценарии, имитирующие производственные совещания; в пятый — рефлексия командной работы, оценка вклада каждого участника.

 В результате участники осваивают нормы проектной этики: учатся договариваться, распределять ответственность, конструктивно разрешать конфликты.

Игры на командообразование разрабатываются и проводятся психологами лицея — это позволяет выстраивать их не как «просто развлечение», а как целенаправленную работу с групповой динамикой: распределением ролей, управлением конфликтами, формированием доверия.

Приведу пример игр, которые люблю использовать я как педагог-наставник: они хорошо ложатся на инженерный контекст и помогают быстро «собрать» команду перед проектной работой.

• «Слепой конструктор». Один участник видит схему сборки (например, простой узел из конструктора), второй — имеет детали, но не видит схему. Третий — может видеть и детали, и схему, но не имеет права прикасаться к деталям. Задача — собрать узел за ограниченное время, общаясь только голосом. Игра тренирует точность формулировок и умение давать инструкции без жестов — навык, критически важный при удалённой работе над проектом или при взаимодействии с оператором станка. 
• «Цепочка ограничений». Команды получают одну и ту же задачу (например, «переместить груз на 2 м»), но каждой команде выдают разный набор ограничений: одной нельзя использовать колёса, другой — клей и скотч, третьей — металл. Это учит искать решения в условиях жёстких технических рамок — как в реальных инженерных ТЗ. 
• «Технический крокодил». Для быстрого формирования «технического языка» и снятия коммуникационных барьеров в разнородных командах можно использовать короткое упражнение «технический крокодил». Его суть — без слов показать объект или понятие: например, шестерёнку, комбайн, сервопривод. Важно заранее договориться, что нельзя рисовать в воздухе и произносить звуки. Эффект от упражнения двойной. С одной стороны, оно снижает тревожность и помогает участникам быстрее «притереться» друг к другу. С другой — выявляет пробелы в понимании базовых терминов: если ребята показывают только форму, а не функцию, это сигнал, что перед практической работой нужно сделать короткий вводный разбор. Например, показ шестерёнки может стать поводом поговорить о передаче вращения и передаточном отношении, а показ сервопривода — о точности позиционирования и обратной связи. Оптимальная длительность — 10–15 минут. Лучше проводить в середине дня как «переключение» между теоретическим и практическим блоками.
• Одним из эффективных инструментов тренировки инженерного мышления выступает игра «Данетки». Она развивает логику, навык формулирования точных вопросов и умение работать в команде — качества, критически важные для инженера. Классическая механика игры предполагает, что ведущий описывает часть ситуации, а участники восстанавливают полную картину, задавая вопросы с ответами «да/нет». В рамках проектной смены мы адаптировали формат под техническую и инженерную специфику: вместо вымышленных сюжетов используем реальные инженерные и технологические ситуации. Например, участникам предлагают разгадать назначение необычного технического решения: «В Америке создали пушку, которая стреляла курицами. Зачем?» Ответ раскрывает логику испытаний: из неё стреляли тушкой курицы в лобовое стекло самолёта, чтобы проверить прочность стекла при столкновении с птицей.

Такая подача помогает ребятам прочувствовать принцип: «Хочешь получить правильный ответ — задай правильный вопрос». В инженерной практике это означает умение выделять ключевые параметры задачи, отсекать второстепенные детали и строить гипотезы на основе проверяемых признаков.

Игру традиционно проводим во время чаепития в середине дня — это позволяет сменить вид деятельности, снизить утомление и при этом сохранить когнитивную вовлечённость. Высокая востребованность формата подтверждается обратной связью участников: придя на следующую смену, они первым делом спрашивают: «Данетки будут?» Это свидетельствует о том, что практика воспринимается как значимая и ожидаемая часть программы.

• Игра «Химическая формула» эффективно работает как инструмент командообразования: она требует от участников не просто индивидуальных знаний, а слаженного взаимодействия, где ошибка одного меняет результат всей команды.

Механика строится на двух уровнях. На первом — бумажном — участники в мини‑группах собирают структурные формулы: атомы — символы элементов, связи — чёрточки. Задача — составить корректную формулу, строго учитывая валентность и типы связей.

На втором — телесном («живая молекула») — в роли элементов выступают сами игроки: каждому выдаётся лист с названием элемента и его валентностью, а связями служат их руки. Например, для метана CH₄ один участник («углерод», валентность 4) должен одновременно соединиться с четырьмя «атомами водорода» (валентность 1). Для этилена C₂H₄ два «углерода» соединяются двумя руками (двойная связь) и остальными руками держат «водороды».

С точки зрения командообразования ценность игры — в необходимости договариваться о позициях, распределять роли («кто будет центральным атомом», «кто периферией») и синхронизировать действия. В телесном формате сразу видно, кто тянет на себя, кто теряется, а кто помогает другим занять правильное место. При этом ответственность общая: если хотя бы одна «связь» не установлена или валентность нарушена, «молекула» считается некорректной.

Для инженерного профиля полезно добавлять компоновочные ограничения: молекула должна уместиться в заданной зоне, «связи» (руки) не должны пересекаться, а все позиции должны быть согласованы за фиксированное время. Это напрямую тренирует навыки, нужные при решении технических задач. 

 

Мастер-классы (ежедневно)

Практико-ориентированные занятия с демонстрацией, пошаговым инструктажем и самостоятельной работой. Тематика одной из смен может быть распределена следующим образом:

• Основы робототехники: сборка базовой модели, программирование простых движений.
• 3D-моделирование: создание цифровой модели детали в доступной CAD-среде.
• Прототипирование: работа с 3D-принтером, подготовка модели к печати, анализ типичных ошибок.
• Электроника и схемотехника: сборка простых цепей, знакомство с датчиками и микроконтроллерами.
• Интеграция навыков: сборка и настройка комплексного устройства (например, роботизированной платформы с датчиками).

У школьников формируется то, что можно назвать «технической уверенностью» — способность обращаться с оборудованием, читать схемы, пользоваться цифровыми инструментами проектирования [9]. Это снижает тревожность при решении нестандартных задач.

 

Инженерные соревнования (ежедневно)

Командные состязания с чёткими критериями оценки: функциональность, надёжность, оригинальность, соблюдение техники безопасности. Соревнования стимулируют применение полученных навыков в условиях дефицита времени и неопределённости.

Примеры заданий: 

• «Траектория» (робот должен проехать по заданной линии за минимальное время); 
• «Мост» (построить максимально прочную конструкцию из ограниченного набора материалов); 
• «Сортировка» (создать механизм для сортировки объектов по заданным признакам); 
• «Спасатель» (разработать устройство для имитации спасательной операции); 
• финальное комплексное задание, объединяющее навыки всех предыдущих дней.

Соревновательный формат моделирует реальные инженерные вызовы, где важны не только знания, но и способность быстро адаптироваться и корректировать проект на ходу.

 

Инженерные кейсы (последний день)

Ключевой элемент программы. Представители предприятий-партнёров — например, ОАО «Электромашиностроительный завод „ВЭЛКОНТ“» — предлагают командам актуальные инженерные задачи, посильные для школьников. Кейсы формулируются на основе реальных производственных ситуаций региона.

Команды проходят полный цикл: анализ проблемы и постановка задачи, генерация идей и выбор решения, проектирование и моделирование, подготовка презентации и публичная защита перед экспертной комиссией.

Пример кейса «Органайзер». На сборочном участке монтажники работают с разными типами крепежа — винты М3 и М5, гайки М3 и М5, шайбы, заклёпки. Крепёж хранится в общих коробках, перемешивается, теряется время на поиск нужного. Команде предлагается спроектировать органайзер, который разделяет крепёж по типам, крепится к рабочему столу или стене, собирается из доступных материалов и может быть изготовлен силами школьной мастерской. Габариты — не более 200×150×100 мм. Доступные материалы: картон, фанера, PLA для 3D-печати, клеевой пистолет, изолента, пластиковые крышки. Ограничение: ячейки не должны перемешивать крепёж при тряске стола.

Пример кейса «Индикатор работы станка». На участке цеха работают 3–4 универсальных станка. Операторы заняты, а мастеру нужно быстро понимать состояние каждого станка: свободен, работает или неисправность. Задача — спроектировать прототип модуля индикации и продемонстрировать его работу.

Опыт решения прикладных задач с производства принципиально отличается от учебных упражнений: школьники задают уточняющие вопросы, спорят, предлагают альтернативы, учатся аргументировать технические решения, соотносить возможности с реальными потребностями производства. [10]. Это, по нашему опыту, — ключевой шаг к осознанному выбору профильного направления. 

 

Итоговое тестирование (последний день)

По структуре сопоставимо с входным, но включает обновлённые задания с учётом пройденных тем и задачу повышенной сложности, требующую интеграции навыков (прочитать схему, объяснить назначение узлов, предложить решение нестандартной ситуации). Рефлексивный блок содержит вопросы о самооценке компетенций, интересе к инженерным направлениям, планах на дальнейшее обучение.

Сравнительный анализ результатов входного и итогового тестирования позволяет оценить эффективность программы и скорректировать содержание будущих смен.

 

Результаты апробации

В 2024 году в лицее был открыт Школьный Кванториум. В рамках его работы проведены три тематические смены, по каждой из которых собраны данные входного и итогового тестирования и рефлексии участников. Ниже приведены результаты двух реализованных смен и описание планируемой третьей.

Смена «Инженеры будущего»

Фокус — механическое и конструкторское проектирование, прочность и устойчивость конструкций.

По итогам итогового тестирования зафиксирован рост технической грамотности в среднем на 25–30 %. Рефлексивный блок показал, что 82 % участников смогли назвать ключевые задачи инженера-механика и инженера-конструктора. Участники отработали полный инженерный цикл «замысел — прототип — испытание» в составе команд.

Ключевые проектные продукты: рабочие прототипы машин Голдберга, катапульты с замерами дальности и точности, макеты мостов с расчётом нагрузок, башни с оценкой устойчивости.

Партнёрство с ОАО «Электромашиностроительный завод „ВЭЛКОНТ“» позволило провести хакатон, в рамках которого школьники получили опыт решения прикладной задачи на реальном производственном материале.

 

Смена «Химия, биология и дизайн в строительстве и промышленности»

Инженерные задачи редко укладываются в рамки одной дисциплины. Эта смена построена на стыке химии, биологии и дизайна — чтобы показать, что инженерная работа требует понимания не только физико-математических, но и химических и биологических процессов, а также принципов эргономики и эстетики.

Тематическое распределение по дням:

• «Картонный инжиниринг». Приёмы бумагопластики, формирование представлений о несущих конструкциях. Профессии: дизайнер, архитектор, инженер-макетчик.
• «Инженерный дизайн». Оптимизация технических решений с учётом эргономики и эстетики. Профессии: инженер-макетчик, дизайнер упаковки, конструктор малых форм, специалист по параметрическому дизайну. 
• «Химическая лаборатория». Безопасные мини-эксперименты: свойства строительных растворов, кислотостойкость, пластичность. Профессии: химик-технолог строительной отрасли, инженер-материаловед, лаборант строительной лаборатории, химик-эколог.
•   «Аграрный цех». Современные агротехнологии: теплицы, гидропоника, питательные растворы. Профессии: агрохимик, инженер теплично-парникового хозяйства.
• Хакатон с участием представителей АО «ОХК „Уралхим"». Интеграция компетенций и защита комплексных решений.

Ключевой итог: участники увидели, что инженерная профессия — это не только чертёж, но и понимание химии веществ, биологических процессов, умение работать с цифровыми инструментами и создавать работающие модели.

 

Планируемая смена «Киберканикулы» (2026–2027 гг.)

Направление спроектировано с учётом запросов предприятий-партнёров, приоритетов научно-технологического развития РФ и преемственности с курсами внеурочной деятельности лицея. Фокус — цифровая инженерия, робототехника, программирование, интеграция аппаратной и программной частей.

Ожидаемые результаты: освоение базовых навыков схемотехники и алгоритмизации, понимание междисциплинарности IT-инжиниринга (связь физики, математики и программирования), рост мотивации к изучению информатики и электроники.

Ключевые проектные продукты: мобильные роботы с датчиками, прототипы элементов «умного дома» с управлением через Bluetooth и интернет, дизайн-проекты инженерных установок.

Профориентационный эффект: знакомство с профессиями робототехника, электронщика, программиста, инженера умных домов и кибербезопасности. Партнёр — ФГБОУ ВО «Вятский государственный университет».

 

Обсуждение результатов

Опыт трёх смен позволяет выделить несколько наблюдений, которые, на наш взгляд, важны для понимания того, как работает модель.

Во-первых, формат 5-дневной концентрированной смены даёт эффект, которого трудно достичь в режиме внеурочной деятельности, растянутой на четверть. Подросток погружается в инженерную задачу целиком — без переключения на другие предметы — и успевает пройти полный цикл от замысла до защиты. Именно это «непрерывное погружение» участники чаще всего отмечают в рефлексии как фактор, помогающий почувствовать себя инженерами. 

Данный результат согласуется с положениями И.Я. Лернера о том, что проблемное обучение обеспечивает усвоение опыта творческой деятельности, а не просто знаний и умений [7].

Во-вторых, командная работа в условиях соревнования оказалась сильным мотиватором. Когда задача ограничена по времени и ресурсам, а результат можно сравнить с другими командами, вовлечённость заметно выше, чем на обычном практическом занятии. Это подтверждается исследованиями проектной деятельности подростков [8; 11].

В-третьих, присутствие экспертов с предприятий — не декоративный элемент. Школьники быстро различают, когда задача придумана педагогом «для упражнения» и когда она пришла с реального производства. Ко второму типу отношение принципиально иное: участники задают уточняющие вопросы, спорят, предлагают альтернативы. Это, в свою очередь, влияет на качество защиты и аргументации. Значимость прямого контакта с работодателями и представителями индустрий отмечается и в исследованиях ВЦИОМ [4; 5].

В-четвёртых, данные входного и итогового тестирования подтверждают, что рост технической грамотности (25–30 %) — это не случайная флуктуация, а воспроизводимый результат: он зафиксирован в разных сменах с разным составом участников. Однако мы пока не можем утверждать, что этот рост стабильно сохраняется в долгосрочной перспективе — для этого требуется лонгитюдное наблюдение, которое мы планируем провести.

Модель «Инженерных каникул» реализует потенциал сетевого взаимодействия школы с организациями дополнительного образования, вузами и предприятиями, что соответствует ст. 15 Федерального закона «Об образовании в Российской Федерации» [6] и методическим рекомендациям Минпросвещения РФ [10]. Объединение ресурсов открывает доступ к специализированному оборудованию и экспертному сопровождению, что невозможно реализовать исключительно в рамках урочной деятельности.

Для Кирово-Чепецка как моногорода востребованность инженерных специальностей носит системный характер. Региональный контекст усиливает актуальность разработки: губернатор Кировской области А. В. Соколов подчёркивал, что «изобретательство — это высшая лига инженерной работы» [12]. Модель «Инженерных каникул» создаёт прочную основу для выстраивания непрерывной траектории профильного обучения, обеспечивая преемственность между общим и профильным образованием.

Возможности использования и перспективы

Методическая разработка включает методические рекомендации и дидактические материалы, которые могут быть использованы педагогами других образовательных организаций — как целиком, так и отдельными элементами, адаптированными под потребности коллектива и учеников. Материалы применимы для летних профильных смен в рамках каникулярных программ.

В дальнейшем модель может быть расширена за счёт тематических смен, углубляющих отдельные направления инженерной деятельности и отвечающих запросам регионального рынка труда. Среди возможных направлений: «Инженерная забота о планете», «Транспорт и логистика — динамика развития.», «Инженерия живого» — а также иные темы по запросу партнёров.

Обозначенные тематические смены не просто расширяют линейку «Инженерных каникул», а формируют развивающуюся экосистему предпрофильной подготовки, в которой школьники последовательно проходят разные типы инженерной деятельности, а образовательная модель остаётся управляемой, измеримой и воспроизводимой.

Полный текст статьи см. в приложении.