Аннотация. В статье дано определение понятия «инженерное образование», рассмотрены вопросы возможности преподавания начальных инженерных знаний в начальной школе в курсах предметов математика и технология, метапредметности инженерного образования и его гуманитаризации, показана связь инженерного аспекта с заданиями тестирующих инструментов оценки качества образования TIMSS и PISA, подчёркнута важнейшая роль воспитания в подготовке инженера.
Ключевые слова: инженерное образование, гуманитаризация инженерного образования, метапредметность инженерного образования.
Мы родились в материальном мире и практически с момента рождения пытаемся его изменить под себя. Мы настолько привыкли к этому, что простые, каждодневные задачи по преобразованию окружающего пространства решаются нами на бытовом уровне. Мы называем их техническими или даже инженерными.
Однако, давайте определимся с терминами. «Слово «инженер», введенное в русский язык Феофаном Прокоповичем при Петре Великом, восходит к латинскому «ingenium» – «остроумное изобретение» – и по своей исходной сути означает творца новых жизненных благ и умений» [4, с. 579].
Другим аспектом грамотных инженерных решений является учёт накопленного человечеством опыта и на этой основе определение точных целей и планирование действий для достижения результата. Творчество без обозначенных заранее целей и случайные пути движения к результату не относятся к понятию инженерные.
Таким образом, под термином «инженерный» мы будем подразумевать творческий подход к преобразованию материального мира в соответствии с потребностями общества, основанный на предварительных умозаключениях о наиболее рациональных способах осуществления этого.
Из всего многообразия определений термина «образование» мы возьмём за основу это: «образование можно определить как регулярный способ передачи людям, в первую очередь входящим в жизнь молодым, набора стандартных навыков, знаний и умений, необходимых человеческому сообществу и востребуемых им» [11].
Требования к содержанию инженерного образования неразрывно связаны с уровнем развития общества. Сейчас, в эпоху четвёртой промышленной революции, инженеру недостаточно иметь только сугубо техническую подготовку. «В постиндустриальном переходе происходит смещение инженерной деятельности и инженерного мышления (с их базовыми элементами – изобретательством, конструированием и проектированием) из области технической инженерии (создание и эксплуатация машин, механизмов, зданий и сооружений и т.д.) в область экономического, финансового, социального, культурного, антропологического конструирования, работы с информацией и знаниями» [11].
Актуальность этого вопроса берёт своё начало в 20-30 годах ХХ века. Ректор Московской горной академии академик И.М. Губкин писал тогда: «Инженер должен иметь определённый комплекс специальных знаний и навыков на широкой научно-теоретической основе. Учебный план школы должен быть построен так, чтобы эти два момента ему были обеспечены в необходимой наиболее благоприятной пропорции» [1, с. 6]. С тех пор значимость сочетания как специальных (узких), так и общекультурных и научных знаний для современного инженера только возрастает. В настоящем очевидно, что реализовать подготовку специалиста с учётом этих требований возможно только если стартовать в начальной школе.
Насколько же ситуация в нашей школе соответствует вызовам времени в рассматриваемом контексте? Рассмотрим подробно положения ФГОС НОО как одного из основных документов, регламентирующих образовательную деятельность. Это позволит нам определить ключевые задачи пропедевтической подготовки школьников начальных классов к инженерному образованию. Как следует из нижеприведённого анализа, в личностных и метапредметных требованиях к результатам содержатся вполне конкретные пересечения с инженерной направленностью:
«7. В основе Стандарта лежит системно-деятельностный подход, который предполагает:
воспитание и развитие качеств личности, отвечающих требованиям информационного общества, инновационной экономики» [10, с.3].
Сами термины «информационное общество» и «инновационная экономика» подразумевают стремительное инженерно-техническое развитие, неосуществимое без соответствующих знаний и системы инженерного образования.
«10. Личностные результаты освоения основной образовательной программы начального общего образования должны отражать:
...
4) овладение начальными навыками адаптации в динамично изменяющемся и развивающемся мире» [10, с.5].
Адаптация в современном мире неразрывно связана с личностным и профессиональным самоопределением. ФГОС НОО в этом положении даёт вполне чёткие указания к началу инженерного образования в понимании его как одного из основных направлений в формировании компетенций будущего, поскольку современный мир слишком динамичен для делегирования этого в среднюю и, тем более, старшую школу.
«9) развитие навыков сотрудничества со взрослыми и сверстниками в разных социальных ситуациях, умения не создавать конфликтов и находить выходы из спорных ситуаций» [10, с.6].
В данном положении идёт речь о формировании навыков командной работы – вида совместной деятельности группы людей, направленной на скорейшее достижение поставленной задачи. Значение командной работы в современном мире трудно переоценить – сейчас перед нами стоят настолько сложные вопросы, что их решение возможно только в коллективном творчестве. Это в полной мере относится и к инженерной сфере.
«11. Метапредметные результаты освоения основной образовательной программы начального общего образования должны отражать:
…
2) освоение способов решения проблем творческого и поискового характера;
3) формирование умения планировать, контролировать и оценивать учебные действия в соответствии с поставленной задачей и условиями ее реализации; определять наиболее эффективные способы достижения результата;
4) формирование умения понимать причины успеха/неуспеха учебной деятельности и способности конструктивно действовать даже в ситуациях неуспеха;
5) освоение начальных форм познавательной и личностной рефлексии;
…
8) использование различных способов поиска (в справочных источниках и открытом учебном информационном пространстве сети Интернет), сбора, обработки, анализа, организации, передачи и интерпретации информации в соответствии с коммуникативными и познавательными задачами и технологиями учебного предмета; в том числе умение вводить текст с помощью клавиатуры, фиксировать (записывать) в цифровой форме измеряемые величины и анализировать изображения…
…
10) овладение логическими действиями сравнения, анализа, синтеза, обобщения, классификации по родовидовым признакам, установления аналогий и причинно-следственных связей, построения рассуждений, отнесения к известным понятиям;
11) готовность слушать собеседника и вести диалог; готовность признавать возможность существования различных точек зрения и права каждого иметь свою; излагать свое мнение и аргументировать свою точку зрения и оценку событий;
12) определение общей цели и путей ее достижения; умение договариваться о распределении функций и ролей в совместной деятельности; осуществлять взаимный контроль в совместной деятельности, адекватно оценивать собственное поведение и поведение окружающих;
…
14) овладение начальными сведениями о сущности и особенностях объектов…
…
16) умение работать в материальной и информационной среде начального общего образования (в том числе с учебными моделями)» [10, с.6, 7].
Думается, нет необходимости разбирать подробно приведённые выше положения – их все можно рассматривать как характеристику требований к формированию инженерных навыков. Остановимся лишь на определяющих моментах: п.2 и п.8 – творчество и поиск – это прямые задачи области инженерного проектирования и конструирования; п.3 – изначальная постановка задачи и самые эффективные способы её реализации – это свойство инженерного подхода; п.4 и п.5 – анализ и систематизация проделанной работы, выводы на будущее из успешных или не очень результатов, наработка опыта и не повторение ошибок – это стандартные этапы инженерной деятельности; п.10 – инженерия основана на логических выводах и причинно-следственной связи явлений; п.11 и п.12 – компетенции командной работы, без которой сегодня немыслим ни один технический проект; п.14 – поскольку инженер взаимодействует с объектами материального мира, создавая или модифицируя их, он должен чётко понимать их суть и особенности; п.16 – сегодня, как никогда ранее проявляется теснейшая связь между материальным и информационным: владеть программными инструментами (информационная составляющая) для создания материальных объектов современный инженер обязан в совершенстве.
Примечательно, что почти полный набор заложенных в документе метапредметных результатов, что показывает приведённая выше цитата, можно отнести к инженерному образованию, это позволяет рассматривать его как универсальное и общекультурное образование, во всяком случае, в начальной школе.
В предметных требованиях ФГОС НОО по таким традиционно техническим предметам, как математика и технология, мы видим следующую картину: все пункты по математике [10, с.8] и половину по технологии (с 4-го по 6-ой) [10, с.10] можно с полным правом отнести к инженерным.
Следующий вопрос, возникающий в связи с затронутой темой – с какого же возраста возможно начинать преподавание инженерных знаний? Пока не имеется достаточных данных исследований для достоверного ответа, но как ориентир автор предлагает использовать анализ учебной школьной программы по предметам «Математика» и «Технология», который показал, что учебники для второго класса по математике содержат сведения об основных геометрических понятиях, о плоских и объёмных фигурах [3, с.46], а по технологии – определение чертежа [5, с.50], что можно бесспорно отнести к базовым инженерным знаниям. В третьем классе продолжается закрепление и углубление полученных ранее знаний: единицы длины и их преобразование, понятие уравнений и формул, многозначные числа и т.д. [8] (математика); основы работы за компьютером, понятие творчества, типы передач (ремённая, зубчатая, цепная), объём и объёмные формы, понятие и чертёж развёртки, крепёжные детали, модели и конструкции и т.д. [6] (технология). По опыту автора, обучающиеся третьего класса уже успешно справляются с построением фигур, созданием простых объектов и усвоением базовых навыков работы даже в профессиональной программе инженерного 3D моделирования такой как Autodesk Inventor. Занятия проводились в формате кружка 3D моделирования. Как мы видим, в учебном плане начальной школы уже присутствуют необходимые начальные инженерные дефиниции, а уровень интеллектуального и общекультурного развития детей 9-10 – летнего возраста позволяет включать в обучающий процесс специальные инженерно-технические практики.
Кроме того, в последнее время образовательные организации всё большее внимание уделяют техническому творчеству детей. Это могут быть как внеклассные занятия, так и кружковая деятельность. Родители школьников так же поддерживают такие шаги. Преподавание 3D моделирования, работа на 3D принтерах и на лазерном оборудовании в начальной школе в этой связи может как нельзя лучше сказаться на актуализации полученных на уроках математики и технологии знаний, перевод их в умения и навыки как технического профиля, так и универсальные.
Указом от 7 мая 2018 года президент России В.В. Путин одним из приоритетов развития образования до 2024 года определил «обеспечение глобальной конкурентоспособности российского образования, вхождение Российской Федерации в число 10 ведущих стран мира по качеству общего образования» [9]. Такие всемирные инструменты оценки качества образования, как TIMSS и PISA существенную роль отводят математической грамотности и креативному мышлению школьников. При этом многие задания из этих областей сформулированы как инженерные или требующие навыков конструирования и пространственного мышления. Вот примеры:
Рис. 1. Задание TIMSS 2015 для 4-х классов по математике.
Здесь перед нами задача деления окружности, которая очень часто встречается при 3D моделировании объёмных фигур и построении чертежей.
Рис. 2. Задание TIMSS для 4-х классов по математике (демонстрационный вариант тетради Д2 по материалам исследования TIMSS 2011 года, 2015 г.).
Данное задание представляет собой типичный тест на пространственное мышление для определения инженерных способностей ребёнка.
Рис. 3. Пример задания PISA на математическую грамотность (по материалам международного исследования образовательных достижений учащихся PISA 2003 года, 2012 г.).
Мы видим пример абсолютно инженерной задачи как теста навыков практического применения математических знаний.
Хотя исследование TIMSS предполагает участие школьников 4-х и 8-х классов, а PISA – пятнадцатилетних подростков, мы понимаем, что для демонстрации хороших результатов в этих тестированиях необходимо формировать устойчивые навыки творческой инженерной деятельности уже с начальной школы. Инженерные по сути, подобные задания всё больше становятся критериями успешности обучения школьников в общекультурном плане, поскольку уже невозможно себе представить высокообразованного человека без понимания механики нашего материального мира.
С другой стороны, в последние несколько лет начался процесс переосмысления инженерного образования как образования, основанного только на математических, естественных и технических науках. Пришло понимание, что только всесторонне развитая личность способна решать комплексные задачи, которыми сейчас являются инженерные проблемы, «что подтверждает складывающуюся тенденцию гуманитаризации инженерного образования. Главная цель этого процесса – формирование культурного человека, развитого интеллектуально, духовно, нравственно, эстетически и физически, обладающего диалоговым и творческим мышлением, умеющего совершенствовать себя, строить гармонические отношения с природой, обществом и другими людьми, толерантно относиться к различным культурам, способного участвовать в гуманизации социальной действительности своими действиями и поступками» [2, с. 17].
Текущая действительность всё более и более чётко определяет роль инженера в развитии общества как одну из ведущих. Но инженер ближайшего будущего это не только конструктор объектов материального мира без обязательных требований к пониманию влияния этих новшеств на сам мир вокруг, без необходимости гармонично встраивать свои творения в существующую реальность, как это было в ХХ веке и ранее. Инженер должен будет обладать значительно более широким знаниями, нежели только технические. И не только знаниями, но и моральными убеждениями и нравственными принципами, поскольку уровень развития технической мысли приближается к тому рубежу, когда инженер будет создавать не просто предметы потребления или отдельные технологии, а преобразовывать целые сектора экономики и связанные с этим условия и образ жизни общества.
Поэтому в современных условиях подготовку такого специалиста необходимо рассматривать взаимосвязанно с позиции воспитания духовно-нравственной, профессионально-трудовой и гражданской культуры человека [7], а это прямая задача общеобразовательной школы в целом и начальной её ступени в первую очередь, как определяющей направления дальнейшего учебного процесса.
Ustinov V. Yu.
graduate student of 1 course of the Moscow City University, Moscow
Annotation. The article defines the concept of «engineering education”, discusses the possibility of teaching basic engineering knowledge in primary school in the courses of subjects mathematics and technology, metasubject engineering education and its humanitarization, shows the connection of the engineering aspect with the tasks of testing tools for assessing the quality of education TIMSS and PISA, emphasizes the most important role of upbringing in the training of an engineer.
Keywords: engineering education, humanitarization of engineering education, metasubject of engineering education.
- Владимиров А.И. Об инженерно-техническом образовании. М.: ООО «Издательский дом Недра». 2011. 84 с.
- Габышева Л.К. Трансформация модели образования в контексте гуманитаризации инженерной подготовки. // Гуманитаризация инженерного образования: методологические основы и практика: материалы международной научно-методической конференции / отв. ред. Л.Л. Мехришвили. Тюмень: ТИУ. 2018. С. 864.
- Демидова Т.Е., Козлова С.А., Тонких А.П. Математика. 2 кл.: учеб. для организаций, осуществляющих образовательную деятельность. В 3 ч. Ч. 1. 3-е изд. М.: Баласс, 2016. 82 с..
- Карлов Н.В., Кудрявцев Н.Н. К истории элитного инженерного образования // Вестник РАН. 2000. т. 70, № 7. С. 579-588.
- Лутцева Е.А., Зуева Т.П. Технология. 2 класс: учеб. для образоват. организаций. 2-е изд. М.: Просвещение, 2014. 144 с.
- Лутцева Е.А., Зуева Т.П. Технология. 3 класс: учеб. для образоват. организаций. М.: Просвещение, 2014. 128 с..
- Машарова Т.В., Сырцова Е.Л. Интеллигентность как интегративное качество будущего специалиста // Вестник Учебно-методического объединения по профессионально-педагогическому образованию / Рос. гос. проф.-пед. ун-т. Екатеринбург, 2008. Вып. 1 (42). С. 78-90.
- Петерсон Л.Г. Математика: 3 класс: в 3 ч. 2-е изд. М.: Бином, 2018. 48 с.
- Президент подписал Указ «О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации на период до 2024 года» // Президент России. (дата обращения: 25.10.2020).
- ФГОС начального общего образования (1-4 кл.). // ФГОС. (дата обращения: 25.10.2020).
- Ястреб Н.А. Факторы развития образования в контексте четвертой промышленной революции // Психология, социология и педагогика. 2014. № 11 (дата обращения 25.10.2020).
- Vladimirov A.I. About engineering and technical education, Moscow: Nedra Publishing house. 2011. 84 pages.
- Gabysheva L.K. Transformation of the education model in the context of humanitarization of engineering training. // Humanitarization of engineering education: methodological foundations and practice: materials of the international scientific and methodological conference / ed. by L.L. Mehrishvili. Tyumen: TIU. 2018. Page: 864.
- Demidova T.E., Kozlova S.A., Tonkikh A.P. Mathematics. 2nd class: schoolbook for organizations engaged in educational activities. In 3 parts. Part 1. 3rd ed. M.: Balass, 2016. 82 pages.
- Karlov N.V., Kudryavtsev N.N. On the history of elite engineering education // Bulletin of the Russian Academy of Sciences, 2000, vol. 70, no. 7. Page: 579-588.
- Luttseva E.A., Zueva T.P. Technology. 2nd class: schoolbook for education organizations. 2nd ed. M.: Prosveshchenie, 2014. 144 pages.
- Luttseva E.A., Zueva T.P. Technology. 3rd class: schoolbook for education organizations. M.: Prosveshchenie, 2014. 128 pages.
- Masharova T.V., Syrtsova E.L. Intelligence as an integrative quality of the future specialist // Bulletin of the Educational and methodical Association for professional and pedagogical education / Russian state prof. - PED. UN-t. Yekaterinburg, 2008. Issue 1 (42). Page: 78-90.
- Peterson L.G. Mathematics: 3rd grade: in 3 parts. 2-or ed. M.: Binom, 2018. 48 pages.
- The President signed a Decree «On national goals and strategic objectives of the development of the Russian Federation for the period up to 2024» // President of Russia. (date of the address: 25.11.2020).
- FSES of primary General education (1st-4th grades). // FSES. (date of the address: 25.11.2020).
- Yastreb N.A. Factors of education development in the context of the fourth industrial revolution // Psychology, sociology and pedagogy. 2014. # 11 (date of the address: 25.11.2020).