Методические рекомендации по теме «Формирование инженерного мышления на уроках физики и во внеурочное время»

Автор: Новикова Виктория Геннадьевна

Организация: МБОУ «Средняя общеобразовательная школа №7 г. Медногорска»

Населенный пункт: Оренбургская область, г. Медногорск

Введение

В условиях современного общества, характеризующегося стремительным развитием науки и технологий, формирование инженерного мышления у школьников становится одной из ключевых задач образовательного процесса. Инженерное мышление включает в себя способности к анализу, проектированию и реализации решений для практических задач, что является необходимым для успешной профессиональной деятельности в будущем. В соответствии с Федеральными государственными образовательными стандартами (ФГОС) для среднего и общего образования, образовательные учреждения обязаны обеспечивать не только глубокие знания в области науки, но и формирование у учащихся универсальных учебных действий, включая критическое мышление, креативность и способность к самостоятельному решению проблем.

Современное российское образование требует от учащихся умения применять полученные знания на практике. В этом контексте особое внимание следует уделить формированию инженерного мышления на уроках физики, где учащиеся могут непосредственно взаимодействовать с физическими законами и принципами. Уроки физики предоставляют уникальную возможность для развития навыков критического мышления, креативности и способности к командной работе, что является основой для подготовки будущих инженеров и специалистов в различных областях. ФГОС подчеркивает важность интеграции теоретических знаний и практических умений, что позволяет учащимся не только усваивать материал, но и применять его в реальных ситуациях.

Актуальность темы заключается в необходимости подготовки учащихся к вызовам современного мира, где инженерные и технические навыки становятся все более востребованными. Формирование инженерного мышления в школьном возрасте способствует развитию умений, необходимых для успешной адаптации в быстро меняющемся технологическом окружении. В условиях глобализации и цифровизации экономики, умение работать с новыми технологиями и находить инновационные решения становится критически важным.

Цели и задачи методической разработки заключаются в создании системы мероприятий, направленных на развитие инженерного мышления у школьников через интеграцию теоретических знаний и практических навыков в процессе обучения физике. Основные задачи включают:

-разработку методических рекомендаций для учителей физики;

-создание программ внеурочной деятельности, направленных на развитие инженерного мышления;

-внедрение проектной деятельности и практических заданий в учебный процесс.

Ожидаемые результаты включают:

-повышение уровня интереса учащихся к физике и инженерным дисциплинам;

-развитие навыков критического мышления, креативности и командной работы;

-формирование у школьников способности к решению практических задач и проектированию, что будет способствовать их успешной профессиональной деятельности в будущем.

Таким образом, данная методическая разработка направлена на создание условий для эффективного формирования инженерного мышления у школьников через интеграцию теоретических знаний и практических навыков в процессе обучения физике и во внеурочной деятельности. Это позволит не только повысить качество образования, но и подготовить учащихся к успешной карьере в условиях современного технологического прогресса.

Глава 1. Теоретические основы формирования инженерного мышления у школьников

1.1. Понятие «инженерное мышление» и необходимость формирования инженерного мышления у школьников на современном этапе развития российского образования

Инженерное мышление — это комплекс навыков и умений, позволяющих эффективно решать практические задачи, используя научные знания и технологии. Оно включает в себя критическое мышление, креативность, умение работать в команде и применять теоретические знания на практике. Возможные виды инженерного мышления: конвергентное мышление-продуцирование и дивергентное мышление-продуцирование [6].

Формирование инженерного мышления у школьников на современном этапе является необходимым, поскольку:

-Востребованность профессий. В условиях стремительного развития технологий и науки инженерные профессии становятся все более актуальными. Умение мыслить, как инженер открывает перед учащимися широкие возможности для карьерного роста.

-Комплексный подход к обучению. Современное образование требует от учащихся не только теоретических знаний, но и практических навыков, что делает инженерное мышление важным элементом образовательного процесса.

-Развитие личностных качеств. Инженерное мышление способствует развитию таких качеств, как настойчивость, ответственность и умение работать в команде.

Формирование инженерного мышления на уроках физики и во внеурочное время, включая кружки технической направленности, такие как «3D моделирование», «Робототехника», «Креативное программирование» и «Школа будущих инженеров», играет ключевую роль в подготовке учащихся к будущей профессиональной деятельности. Эти занятия позволяют школьникам не только углубить свои знания в области физики, но и развить практические навыки, необходимые для решения реальных задач.

1.2. Исторические этапы решения проблемы формирования инженерного мышления

Инженерному мышлению стали уделять особое внимание лишь относительно недавно, когда только стали появляться люди инженерных профессий, и стала возникать необходимость в таких специалистах.

Этапы решения проблемы развития инженерного мышления подробно описала у себя в работе А.Ю. Рожик [11].

Этап 1- начало XX века. В это время акцент делался на теоретическом обучении, и инженерное мышление не рассматривалось как отдельная категория. Образование было ориентировано на запоминание фактов и теорий, что ограничивало развитие практических навыков.

Этап 2- 1960-1980-е годы. Появление первых программ по техническому образованию, которые начали включать элементы практической деятельности. В это время начали осознавать важность практического опыта для формирования инженерного мышления. Внедрение лабораторных работ и технических кружков стало основой для развития интереса к инженерии.

Этап 3- конец XX века — начало XXI века. Введение в образовательные программы проектной деятельности и STEM-образования (наука, технологии, инженерия и математика). Появление новых технологий и методов обучения, таких как использование цифровых лабораторий и 3D-моделирования, способствовало более глубокому пониманию инженерных процессов.

Этап 4- современность. Акцент на интеграцию инженерного мышления в общую образовательную программу, развитие междисциплинарных связей и практической направленности обучения. Внедрение новых образовательных стандартов, направленных на развитие критического мышления и креативности, стало важным шагом в подготовке будущих инженеров.

 

1.3. Организация проектной деятельности как средство развития инженерного мышления обучающихся

Проектная деятельность представляет собой один из самых эффективных способов формирования инженерного мышления у школьников. Она включает в себя несколько ключевых моментов [5].

Первый момент — выявление проблемы. Учащиеся учатся находить реальные задачи и формулировать вопросы, которые требуют решения. Это может касаться как улучшения существующих технологий, так и разработки новых решений для актуальных вызовов. На уроках физики и в кружках технической направленности ребята могут работать над проектами, связанными с физическими явлениями и инженерными задачами.

Следующий шаг — исследование и анализ. На этом этапе обучающиеся занимаются сбором информации и ее анализом, включающий изучение литературы, проведение опросов и анализ существующих решений и технологий. Школьники учатся работать с различными источниками, что развивает их аналитические способности и умение делать обоснованные выводы.

Далее идет разработка решений. Обучающиеся создают проекты, разрабатывают прототипы и модели, что способствует развитию креативности и практических навыков. В технических кружках, таких как «3D моделирование» и «Школа будущих инженеров», ребята могут использовать современные технологии для реализации своих идей, включая 3D-печать, программирование и различные инженерные инструменты. Указанные ресурсы позволяют им не только генерировать идеи, но и воплощать их в жизнь.

Завершающий этап — представление результатов. Ученики учатся демонстрировать свои проекты. Презентация может включать создание визуальных материалов, таких как слайды, постеры или видеоролики, а также устное выступление перед аудиторией. Участие в этом этапе помогает обучающимся научиться аргументировать свои идеи и получать обратную связь, являющуюся важным аспектом их личностного и профессионального роста.

Проектная деятельность помогает не только применять теоретические знания на практике, но и развивает способность работать в команде, являясь важным аспектом инженерного мышления. Успешное завершение проектов способствует повышению мотивации и интереса к учебе, поскольку это особенно значимо в контексте уроков физики и внеурочной деятельности.

 

1.4. Физический эксперимент и экспериментальные задачи как средство развития инженерного мышления школьников

Физический эксперимент и решение экспериментальных задач играют основных ролей в формировании инженерного мышления. Эти практические занятия предоставляют обучающимся уникальную возможность [2].

Первое — проверка теоретических знаний. Практическое применение законов физики и инженерных принципов позволяет увидеть, как теория реализуется в реальной жизни, что способствует более глубокому пониманию материала. На уроках физики эксперименты охватывают различные области, такие как механика, термодинамика, электричество, оптика и т.д., делая обучение более интерактивным и увлекательным.

Следующий аспект - развитие навыков наблюдения и анализа. Учащиеся учатся внимательно следить за явлениями, делать выводы и формулировать гипотезы. Этот процесс включает умение задавать правильные вопросы и искать на них ответы, являющиеся основой научного подхода.

Третий момент связан с работой с оборудованием. Использование лабораторного оборудования и цифровых технологий помогает развивать практические навыки и уверенность в обращении с техническими средствами.

Четвертое направление касается решения реальных задач. Экспериментальные задачи часто связаны с актуальными проблемами, что делает обучение более значимым. Данные задачи могут включать вопросы, связанные с экологией, энергосбережением и строительством, где физика и инженерия играют важную роль. Работая над такими задачами, учащиеся развивают технические навыки и социальную ответственность.

Таким образом, физический эксперимент и экспериментальные задачи способствуют углублению знаний по физике и развитию инженерного мышления, являясь важными для будущей профессиональной деятельности учеников. Ребята, активно участвующие в экспериментальной деятельности, становятся более уверенными в своих способностях и готовыми к решению сложных задач в будущем.

1.3. Инженерные классы

Главное отличие инженерных классов от обычных заключается в технологии и содержании образовательного процесса. Он реализуется через сетевое взаимодействие, направленное на сотрудничество с вузами и предприятиями, в основе которого лежат такие формы работы, как исследования и проектная деятельность. Система специализированных классов не только способствует решению проблемы недостатка специалистов технического направления, но и усиливает общее образование за счет применения новых методик и современного оборудования.

Современные требования к инженерному образованию предполагают подготовку профессионалов, способных проектировать, производить и применять комплексные инженерные объекты, готовых к творческой работе в команде. Более того, у инженера должны быть компетенции, позволяющие управлять всеми этими процессами. Школа может и должна подготовить обучающихся к этому, став первой ступенью в освоении современных инженерных специальностей.

Основная цель образовательной деятельности инженерного класса заключается в создании условий для мотивации детей к получению инженерного образования в будущем. Реализация данной цели достигается через решение следующих задач:

- создание условий для развития физически здоровой, духовно, нравственно и интеллектуально развитой творческой личности с высоким гражданским самосознанием и созидательным потенциалом, готовностью к обучению на протяжении всей жизни;

- достижение высокого уровня учебной мотивации в изучении предметов физико-математического цикла, информационных технологий, конструирования и проектирования с выходом на научно-исследовательскую и научно-практическую составляющую;

- формирование устойчивого интереса к практико-ориентированным курсам, прикладным, изобретательским и творческим работам;

- развитие у школьников навыков практического решения актуальных инженерно-технических задач и работы с техникой в условиях высокотехнологичного мегаполиса;

- формирование ключевых компетенций, необходимых для дальнейшего образования;

- обеспечение высокого качества образовательной подготовки учащихся для продолжения обучения в профессиональных высших учебных заведениях, осуществляющих подготовку специалистов инженерных профессий;

- создание условий для развития через взаимодействие школа-ВУЗ-предприятие;

- расширение материально-технической базы;

- внедрение в воспитательную внеурочную работу мероприятий инженерно-технологической направленности;

- в рамках дополнительного образования создание групп обучающихся по интересам в контексте инженерно-технологического профиля.

Формирование инженерного класса или группы целесообразно начинать уже с 6-7 классов. Это связано с необходимостью высокого уровня подготовки к инженерным конкурсам и олимпиадам, а также конкурсному поступлению в специализированный инженерный 10 класс. Учащиеся смогут реально оценить свои силы и разумно подойти к выбору будущей профессии. 10-11 классы представляют собой профильный уровень школьного инженерного образования, где обязательным элементом учебных планов является выполнение индивидуальных инженерных учебных проектов.

Учебный план для специализированного инженерного класса обеспечивает реализацию Федерального компонента государственного образовательного стандарта (ФГОС), а также включает часы внеурочной деятельности, позволяющие углубить знания по предметам профильного направления и сформировать базовые компетенции, необходимые для успешной профессиональной деятельности в будущем.

Полный текст статьи см. в приложении.

1. file0.docx (1,8 МБ)

Опубликовано: 23.06.2025