Формирование в организациях общего и дополнительного образования мотивирующей интерактивной среды развития технологических компетентностей

Формирование в организациях общего и дополнительного

образования мотивирующей интерактивной среды развития

технологических компетентностей

Эффективным инструментом решения вышеуказанной проблемы представляется создание в образовательных организациях общего, дополнительного и профессионального образования Мотивирующей интерактивной среды развития технологической компетентности (далее - "Среда").

Принцип организации Среды как современного образовательно-музейного пространства "научая - развлекай, развлекая - научай" способствует вовлечению детей и подростков в мир научных открытий с его историей, проблемами и перспективами за счет активного использования образовательных информационных технологий и интерактивных инсталляций, демонстрирующих различные технические изобретения и физические законы.

Создание в образовательных организациях России Среды с качественно проработанным методическим и контентным обеспечением, продуманной эргономикой направлено на обеспечение условий для формирования мотивации подростков и молодежи к овладению различными областями фундаментальной науки и техники, создание установок инновационного поведения, снижение рисков и напряженности в подростковой и молодежной среде.

Технологическая компетентность понимается как форма интеллектуальной деятельности, направленной на поиск (конструирование) принципов построения системы действий по решению творческих технических задач. Эффективность формирования технологической компетенции обеспечивается непрерывностью данного процесса на протяжении всей жизни, чтобы будущее поколение могло успешно адаптироваться, функционировать и развиваться в постоянно меняющемся информационно-технологическом мире.

Мотивирующая интерактивная среда развития технологической компетентности представляет собой совокупность имитационных исследовательских практик ("обучение через игру", "обучение как открытие", "обучение как исследование", "вовлечение в процесс познания"), реализующих через техносферу образовательных организаций принципы вариативности и включения познания в значимые виды деятельности (игра, исследования, общение). Мотивация обучающихся к познанию и выбору инженерных профессий достигается за счет их включения в исследовательские и имитационные практики, а также в различные виды значимой деятельности. Интерактивность Среды обеспечивается использованием интерактивных экспозиций, действующего лабораторного и демонстрационного оборудования (установок), интерактивного программного обеспечения и электронного образовательного контента, активных форм организации образовательного процесса, исследовательской и проектной деятельности обучающихся.

Методологический базис Среды формируется на основе следующих научных концепций, результатах предварительных исследований авторов, передовых отечественных и международных практиках:

системно-деятельностный подход (А.Г. Асмолов, О.А. Карабанова и др.), основанный на теоретических положениях концепции Л.С. Выготского, А.Н. Леонтьева, Д.Б. Эльконина, П.Я. Гальперина, заложенный в Федеральные государственные образовательные стандарты нового поколения и ориентированный на практическую учебно-познавательную деятельность обучающихся, формирование подрастающего поколения как основы нового среднего класса с множественным интеллектом, мотивированного на приобретение и развитие компетентности к изменению компетенций, научно-техническое творчество и рукомесло;

концепция "Техносфера образовательного учреждения" (А.Г. Асмолов, И.И. Калина, П.Д. Рабинович);

принципы конвергентного естественно-научного и инженерного образования (М.В. Ковальчук);

принципы смешанного (Blended learning) и адаптивного обучения;

международные инициативы MINT (математика, информатика, естественные науки и техника), STEM (наука, технология, инженерное дело, математика), NBIC (информационно-коммуникационные, био-, нано- и когнитивные технологии), FabLab, TechShop, Museum of Science (Музей науки) и другие (European Society for Engineering Education, International Federation of Engineering Education Societies и др.);

практика подготовки специалистов в сфере высокопроизводительных и распределенных вычислений (А.П. Афанасьев и др.);

свод правил по управлению проектами (Project Management Institute).

Анализ передового отечественного ("Экспериментариум", "ИнноПарк", "Парк развития", "Марс-Тефо", ГБОУ "Центр развития творчества детей и юношества "Технорама на Юго-Востоке" и другие) и международного (более 30 стран) опыта показывает, что Среда - это:

уникальная форма развития у молодого поколения (в том числе детей с ограниченными возможностями здоровья) интереса к науке, технике, образованию и культуре, инициативности, творческого мышления, способности к нестандартным решениям;

возможность привлечения детей и подростков к занятиям научными изысканиями и творчеством, а также поддержки талантливой молодежи;

способ поддержки развития отечественной науки, кадров и производства;

возможность в интересной интерактивной форме донести знания из различных областей науки, техники, культуры и искусства;

возможность формирования нового поколения граждан страны с активной жизненной позицией ("любопытные", инициативные личности с развитым воображением, способные принимать самостоятельные решения);

создание условий для обучения, всестороннего развития и семейного досуга;

возможность эффективной реализации моделей государственно-частного партнерства.

Ценность предлагаемого подхода заключается в возможности реализации деятельностного подхода, интеграции различных видов деятельности и познавательной активности, мощными межпредметными (междисциплинарными) связями и формировании активного взаимодействия организаций социальной сферы.

Разработка и реализация Среды осуществляется с учетом следующих базовых принципов:

интерес - содержание и форма подачи материалов экспозиции, лабораторные комплексы, методики, поведение персонала и прочее должны мотивировать посетителей к исследовательской и творческой деятельности,

инновационность - сама суть Среды является инновационной, что должно поддерживаться содержанием экспозиций, сценариями работы с посетителями, наполнением и качеством предоставляемого сервиса,

доступность и демократичность - возможность нахождения в Среде, использование ее образовательной и развивающей компоненты не должны зависеть от достатка семей, а построение образовательного пространства должно обеспечивать комфортное пребывание посетителей различных возрастов, интересов и способностей (в том числе с ограниченными возможностями здоровья),

качество - все элементы Среды должны быть качественно выполнены, снабжены интуитивно понятными инструкциями и сценариями исследовательских экспериментов, обеспечены необходимыми информационными материалами и пособиями,

научность - все элементы должны быть направлены на развитие конкретных компетентностей, знаний или навыков посетителей, на получение конкретного результата исследований, иметь научно обоснованные сценарии проведения экспериментов.

Создаваемая Среда позволяет проводить комплекс непрерывных образовательных мероприятий (в детском саду, начальной, основной и средней школе), способствующих изучению обучающимися компьютерных и естественных наук, инженерного дела, математики, инженерной графики и др. Уже с дошкольного возраста дети получают возможность наглядно изучать свойства и явления природы, самостоятельно проводить экспериментальные опыты в игровой форме, развивать навык постановки цели и ее достижения.

Образовательный процесс направлен на помощь в приобретении школьниками навыков 21-го века: командной работы, коммуникации, управления проектами, генерации идей. Обеспечивается развитие интересов и способностей обучающихся на основе передачи им знаний и опыта познавательной и творческой деятельности, а также понимания ими смысла основных научных понятий и законов, взаимосвязи между ними, формирования представлений о физической картине мира. Например, ученику предоставляется возможность самостоятельно исследовать и анализировать разнообразные физические явления и свойства объектов, объяснить принципы работы и характеристики приборов и устройств.

Среда обеспечивает вариативность и непрерывность образовательных программ и содержания образования в соответствии с возрастными особенностями и персональным целеполаганием обучающихся. Образовательный процесс строится на принципах "обучение через игру" (Edutainment), "обучение как открытие", "обучение как исследование", "вовлечение в процесс познания" и "конструирование своего будущего". Активно используются сетевые формы образования и реализации распределенных проектов ("исследовательский центр", "конструкторское бюро" и др.).

Среда нацелена на формирование важных компетенций обучающихся, таких как:

понимание концепций, операций и отношений;

навыки гибкого и аккуратного выполнения операций;

способность формулировать, представлять и решать проблемы;

логическое мышление, рефлексия, объяснение и аргументация;

склонность рассматривать предмет как разумный, полезный и ценный наряду с верой в собственную эффективность.

Основными образовательными направлениями являются следующие: занимательное и/или углубленное изучение физики, математики и других дисциплин естественно-научного цикла, инженерная графика, информационные технологии, цифровое проектирование и конструирование, робототехника, 3D-визуализация и предметное погружение, прототипирование, нано-технологии, основы электротехники и мехатроники и другие (в зависимости от конкретных задач образовательной организации).

Среда (в общем виде) представляет собой площадку, на которой находятся логически и логистически связанные объекты и сервисы. Ядро Среды - интерактивный научный комплекс, экспонаты которого позволяют в игровой, увлекательной форме познать основы физики, химии, математики, электроники, географии, экологии, истории и многих других наук. Интерактивный научный комплекс состоит из "постоянных" и "переменных" блоков (экспозиций). "Постоянные" блоки предназначены для фундаментальных наук и могут не меняться в течение длительного времени, "переменные" блоки демонстрируют прикладные науки и достижения технологий, меняются периодически. В различных помещениях образовательной организации за счет использования современных презентационных и интерактивных технологий могут проходить как серьезные научные конференции, так и творческие мероприятия для дошкольников, различные семинары, конференции, лекции и другие мероприятия. Технопарк позволяет посетителям проявлять инициативу в создании и разработке научных проектов. Технопарк - это школа инновационного развития, в которой будут выявляться и поддерживаться талантливые управленческие, инженерные и другие кадры, необходимые стране для перехода к инновационной экономике. Современные системы визуализации (3D, 4D, 5D и т.д.) позволяют эффектно демонстрировать научные, учебные и развивающие программы.

Формирование Среды осуществляется по функционально-модульному принципу, обеспечивающему возможность группам обучающихся во время одного занятия заниматься различными проектами и выполнять индивидуальные задания (в соответствии с индивидуальной образовательной траекторией).

Функциональный модуль - это совокупность аппаратно-программных комплексов, образовательного контента, методического и организационного обеспечения, предназначенных для выполнения конкретных функциональных задач по направлениям деятельности Среды. Функциональный модуль может размещаться в отдельном помещении (и занимать его полностью или частично), а также совместно с другими функциональными модулями (мультифункциональные помещения). Некоторые функциональные модули могут быть в мобильном исполнении (например, передвижной планетарий, передвижная нано-лаборатория и другие).

Функциональные модули ориентированы на индивидуальную работу обучающихся или работу в группах, однако предусмотрена возможность и для фронтального представления информации, проведения демонстрационных экспериментов и контроля знаний.

Набор функциональных модулей для формирования Среды подбирается с учетом задач образовательной организации, ее специализации (профилизации), перспектив (планов) развития, необходимости интеграции с академическими и бизнес-партнерами (колледжи, высшие учебные заведения и т.д.). Примерами функциональных модулей, активно используемых для достижения основных целей Среды, являются следующие <2>:

--------------------------------

<2> Слово "лаборатория" используется в названии функционального модуля для обозначения законченного комплекса решений и не означает необходимости его размещения в отдельном помещении.

интерактивный музей науки - интерактивные экспонаты, занимательные эксперименты,

экспериментальная лаборатория дошкольника,

профильные лаборатории по физике, химии, биологии, экологии, физиологии,

лаборатория образовательной робототехники,

лаборатория основ мехатроники - автоматизации производственных процессов и производств,

лаборатория основ электротехники и электроники,

лаборатория инженерной графики,

лаборатория 3D-визуализации и предметного погружения,

лаборатория цифрового производства,

мастерская рукомесла (столярные, слесарные, швейные и другие мастерские для ручного труда),

астрономический комплекс (планетарий и обсерватория),

центр современных медиа-технологий (радио, телевидение, социальные сервисы и сети),

лаборатория высоких технологий (энергетика, нано-, био-, когнитивные и космические технологии) и др.

В частности, функциональный модуль "Интерактивный музей науки" состоит из интерактивных экспонатов, которые позволяют во внеурочное время познакомить детей с базовыми математическими и физическими законами, необычными оптическими явлениями в яркой и увлекательной форме. Модуль является образцом синтеза методов популяризации науки и современных педагогических технологий. Главная идея интерактивного музея - вовлечение посетителей во взаимодействие с экспонатами. Модуль также может иметь сенсорную зону, предназначенную для отдыха, расслабления и развития, в которой находятся различные приборы, создающие светоцветовые и звуковые эффекты.

Функциональный модуль "Экспериментальная лаборатория дошкольника" предназначен для раннего знакомства с основами математики и физики на примере простейших экспериментов с предметами, окружающими детей в обычной жизни, и способствует формированию мотивации к обучению, познанию, стимулирует интерес к исследовательской деятельности. Возможность проводить опыты самостоятельно под руководством мультипликационного героя с помощью настоящих датчиков позволит маленькому исследователю познакомиться с различными физическими явлениями в игровой увлекательной форме. Модуль предназначен для обучения проведению простейших измерений и формирования представлений о природе и смысле измеряемой величины.

Функциональный модуль "Цифровые лаборатории для школьников" представляет собой комплекс профильных лабораторий по физике, химии, математике и другим предметам естественно-научного цикла, оснащенных современным цифровым интерактивным и мультимедийным оборудованием. В состав лабораторий входят тематические комплекты по основным естественнонаучным направлениям (энергетика, экология, физиология, электроника), которые служат базой для проведения экспериментальных внеурочных занятий школьников. Модуль предназначен для проведения демонстрации, экспериментов и практикумов по изучению объектов живой и неживой природы, знакомства с альтернативными и возобновляемыми источниками энергии, а также для развития экологического мышления и экологически безопасной деятельности.

Функциональный модуль "Цифровое моделирование" способствует формированию познавательной самостоятельности учащихся профильных классов при изучении математики средствами математического моделирования различных процессов на основе проблемного и наглядно-модельного обучения. Освоение обучающимися системы математических знаний необходимо для изучения смежных школьных дисциплин и практической деятельности, формирования представлений о математике как форме описания и методе познания действительности, а не только для анализа уже готовых математических моделей (оптимальное планирование, 3D моделирование, объектное моделирование, основы системного анализа и статистики, формализация и моделирование и др.).

Функциональный модуль "Образовательная робототехника" предназначен для поэтапного создания роботов из элементов конструктора с возможностью подключения программируемого процессора и сенсорных элементов для построения автоматизированных установок и антропоморфных компонентов на основе открытого электронного стандарта на платформе Arduino. Занятия робототехникой стимулируют развитие логического и пространственного мышления, связанного с построением причинно-следственных связей в процессе программирования, и обеспечивают междисциплинарные и метапредметные связи.

Функциональный модуль "Компьютерный дизайн и 3D прототипирование" предоставляет инструментарий для создания многомерных электронных образовательных ресурсов, веб-дизайна, цифровой живописи и анимации; обеспечивает возможность создания многомерных опытных образцов моделей с помощью специализированного программного обеспечения и устройства быстрого воспроизведения прототипов. Данный модуль позволяет получить базовые практические навыки и широкое представление о таких современных и востребованных на рынке труда профессиях, как 3D-дизайнер, визуализатор, проектировщик 3D-моделей, а также разрабатывать собственные 2D и 3D модели, реализовывать виртуальные модели в виде реальных физических объектов, создавать рабочие прототипы устройств и механизмов на основе разработанных электронных моделей, создавать конструктивные элементы (для авто-, авиа- и судомоделирования, элементы для робототехнических комплексов), создавать наглядные пособия (например, модели физических и биологических объектов, примеры атомарных и молекулярных структур и пр.).

Наличие в составе Среды производственных функциональных модулей позволяет обучающимся заниматься промышленным дизайном, программированием, конструированием и прототипированием, организовать собственное мелкосерийное производство и реализовать технологические проекты, создавать "почти все" из "практически ничего". Создаются условия для привлечения в образовательную организацию представителей науки, студенчества, обучающихся других школ для совместного выполнения научно-исследовательских и практико-ориентированных проектов, быстрого перехода от идей к их практической реализации, решения технологических задач, привлечения инвестиций и внебюджетных средств.

Создание в образовательных организациях Среды обеспечивает достижение следующих основных эффектов и результатов для различных целевых аудиторий.

1. Для обучающихся и их родителей:

обеспечение мотивации к изучению предметов естественно-научного цикла и занятий научно-техническим творчеством,

получение углубленных знаний по физике, математике и другим предметам естественно-научного цикла, по основам инженерной графики и инженерным специальностям,

формирование практических навыков проектной и исследовательской деятельности, конструирования, программирования, моделирования, прототипирования,

формирование практических навыков выдвижения идей и гипотез, публичных выступлений и защиты результатов исследований,

формирование активной жизненной позиции,

возможность раннего личностного и профессионального самоопределения и целенаправленного получения средне-специального и высшего профессионального образования,

повышение самостоятельности и инициативности обучающихся в получении новых знаний и компетенций,

минимизация рисков и последствий виртуализации сознания обучающихся за счет их привлечения к развивающей профессиональной деятельности.

2. Для образовательной организации:

возможность увеличения вариативности образовательных программ (элективные курсы, профильные программы и пр.),

возможность привлечения дополнительного контингента обучающихся,

возможность привлечения высококвалифицированных специалистов для работы с обучающимися,

возможность реализации сетевых образовательных программ с организациями общего, среднего и высшего профессионального образования,

возможность сотрудничества с индустриальными партнерами по выполнению их заказов на исследования и разработки.

3. Для системы образования в целом:

появление точек роста и технологических прорывов,

накопление новых образовательных практик и возможность их экстраполяции в другие образовательные организации,

повышение эффективности бюджетных расходов на оснащение образовательных организаций ("деньги в обмен на обязательства"),

создание конкурентной образовательной среды,

заинтересованность высших учебных заведений и промышленных предприятий в сотрудничестве для подготовки высококвалифицированных кадров на системной целевой основе,

повышение качества и престижности естественно-научного и инженерного образования.