Криволапова Д. И. Развитие инженерного мышления школьников на уроках физики

Оригинал материала размещен в выпуске № 11 (37) https://f.almanah.su/37.pdf

Зарождение и становление промышленности в Якутии неразрывно связано с инженерными кадрами. В настоящее время возрастает сложность технического производства, поэтому требуется усилить внимание на творческие и профессиональные интеллектуальные способности инженера.
Нынешнее поколение не очень заинтересовано в инженерии. Большинство юношей и девушек выбирают социально-экономическое направление в образовании. Многие ученые обеспокоены снижением престижа инженерного труда.
Деятельность инженера в современном производстве требует междисциплинарных знаний и имеет широкопрофильный творческий характер. Именно поэтому мышление инженера – это системное мышление, позволяющее ему видеть проблему с разных сторон, «в целом», с учетом многообразных связей между всеми ее составляющими.
Формирование и успешное развитие такого комплексного понятия возможно на основе физико-математической подготовки в объеме полного школьного курса и на качественной технической базе образовательного процесса.
Идеи интеграции предметов естественнонаучного цикла и информационных технологий для формирования элементов инженерного мышления реализуются в профильных классах старшей школы МАОУ СОШ №19 им. Л.А. Попугаевой Мирнинского района Республики Саха (Якутия).
Конечно, в процессе обучения математике, физике, технологии, информатике существуют важные цели, такие как, например, формирование научного мировоззрения, универсальных учебных действий, необходимых не только инженеру, и т.п. Но задача формирования инженерного мышления является перспективным средством объединения и интеграции усилий всех педагогов естественнонаучных и математических дисциплин.
Ведущая роль в этом принадлежит физике. На занятиях физики и внеурочной деятельности формируются несколько инженерных способностей:
·          способность «увидеть» структуру там, где её нет;
·          способность эффективно проектировать в условиях ограничений;
·          умение давать продуманные оценки решениям и альтернативам.
Основные технологии, которые используются при обучении физике:
·          игровые;
·          технологии развития критического мышления;
·          информационные;
·          проектные;
·          исследовательские
Главное в результате развития инженерного мышления – научить учащихся решать конкретные задачи наиболее эффективным способом в данной ситуации, отличаться оригинальностью и уникальностью.
Проектная деятельность способствует развитию умений рассматривать явления с точки зрения физики - определять природу явления и его закономерности. В ходе реализации проектной деятельности акцент обучения делается не на содержании учения как самоцель («что нужно делать?»), а на процессе применения имеющихся знаний («знать, как»). Вместе с ребятами проделаны десятки простых экспериментов, которые можно выполнить не только в лабораторных условиях, но и дома. Обращается особое внимание на технику безопасности, эстетическую сторону и аккуратность исполнения. В ходе работы выполняются исследования, проводится их анализ, строятся графики и диаграммы.
Задания экспериментально-исследовательского типа выбирают учащиеся с хорошей математической подготовкой и аналитическим складом ума. Как правило, в исследовании участвуют несколько человек. В группе также могут работать учащиеся с разными способностями. Например, один ученик может хорошо проводить измерения, другой – производить необходимые расчеты, третий – планировать ход эксперимента. Работа учащихся в исследовательской группе строится по следующему плану: - изучение литературы, знакомство с физическим явлением; - формулировка исследовательской задачи; - планирование эксперимента по решению исследовательской задачи; - постановка физического эксперимента; - аналитическое решение экспериментальной задачи; -сравнение результатов эксперимента с теоретическим расчетом.
Пример задания для группы, изучающей кальмаров и реактивное движение.
Оборудование: воздушный шарик, пустой стержень от шариковой ручки, скотч, нитка толстая длиной 3-4 м.
Опыт 1. Изучение реактивного движения шарика. Надуйте воздушный шарик, сделайте фотографию. Отпустите его в свободный полет. Снимайте на видео так, чтобы весь полет был виден.
Опыт 2. Надуйте шарик и завяжите его ниткой (бантиком), чтобы можно было его быстро развязать. Прикрепите к шарику с помощью скотча пустой стержень от шариковой ручки. Пропустите в отверстие нитку. Натяните нить и держите её крепко. Развяжите бантик. Снимите на видео все движение шарика вдоль нити.
Такие виды деятельности раскрывают внутренние ресурсы личности ученика, выявляют уже заложенный в него потенциал, раскрывают творческое взаимодействие учителя и ученика по всем каналам восприятия окружающего мира, а также формируют инженерное мышление учащихся.
Окружающая нас действительность меняется, а с ней — и характер инженерии.
Для формирования технической картины мира используются цифровые технологии. Преимущества цифровизации заключаются в широком выборе возможностей профессионального развития, школьникам предоставляется доступ к новым технологиям, создается такая среда обучения, которая позволяет им быть более активными. Ученики вовлечены в свое собственное обучение, учатся работать как в команде, так и самостоятельно.
Значительную роль в развитии у школьников деятельностно-творческой компетенции играет также организация их внеурочной деятельности:
1.       Экскурсии - такая форма организации деятельности школьников объединяет учебный процесс в школе с реальной жизнью и обеспечивает учащимся в процессе непосредственного наблюдения знакомство с промышленностью региона, историческими изобретениями, современными техническими достижениями.
2.       Домашние эксперименты и исследования Экспериментируя с простым оборудованием, с домашними бытовыми приборами, школьники получают увлекательный опыт творческой, изобретательской деятельности. Систематическое выполнение домашних экспериментов побуждает школьников к дальнейшим исследованиям, открытию или изобретению чего-то нового. Примеры заданий: определить высоту своего дома, с помощью барометра, и оценить его высоту над уровнем моря; самостоятельно изготовить модель воздушного шара и рассчитать его подъемную силу; создать модель передачи информации на расстояние с помощью лазерной указки; описать модель автомобиля будущего.
3.       Научно-практические мероприятия (конференции, олимпиады, конкурсы и т.п.) Участвуя в различных научно-практических конференциях, конкурсах, учащиеся расширяют свои представления о существующих проблемах, потребностях общества, их возможных решениях. При этом у школьников возникают собственные идеи.
Творческая составляющая также является важнейшей для инновационного мышления. Для его формирования можно использовать не только предметные олимпиады и проектную деятельность, но и другие формы работы, направленные не столько на усвоение содержания, сколько на проявление творчества. К таким формам можно отнести КВН, театрализованные представления, задания художественной направленности (написать стихи, рисунки и пр.), которые, несомненно, будут полезны в развитии и будущего инженера.
Инженерное мышление характеризуется тем, что оно всегда направлено на созидание, а решаемые проблемы имеют социальное значение (повысить производительность, обезопасить и облегчить условия работы). Для формирования этого качества необходимо использовать в учебном процессе материал из истории физики, истории технических изобретений.
Учащимся можно предложить большой спектр сообщений, рефератов, исследований, связанных с изучением и освещением влияния изобретений на жизнь человека, встреч с людьми, профессионально работающими в области технических инноваций, экскурсий на инновационные предприятия. Важным моментом является дополнение учебного материала по физике сведениями об инновациях в нашей стране и регионе (в частности, в Республике Саха), об известных изобретателях в своей области и их вкладе в развитие державы и человечества в целом. Такие сведения вызывают у школьников чувство гордости за своих земляков, уважения к своему Отечеству, позволяют осознать то, что творчество, изобретательство являются необходимым условием успешного развития страны, значимым и востребованным для региона, и повышают мотивацию к подобного рода деятельности
Помимо этого, важнейшую роль в формировании этой характеристики мышления, переходящей в категории нравственного воспитания, играют дисциплины гуманитарной направленности: литература, история, русский и иностранные языки.
Именно поэтому можно утверждать, что задача формирования инженерного мышления не решается только в рамках естественнонаучных и математических дисциплин, для этого необходима консолидация всех учителей и преподавателей.

Библиографический список

1.       Зиновкина М.М., Гареев Р.Т., Горев П.М., Утёмов В.В. Научное творчество: инновационные методы в системе непрерывного креативного образования НФТМ-ТРИЗ. Издательство: ВятГГУ, 2013.
2.       Михайлов В.А., Горев П.М., Утёмов В.В. Научное творчество: методы конструирования новых идей: Учебное пособие. – Киров: ЦИТО, 2014.