Использование цифровых образовательных сред при формировании инженерной компетенции учащихся общеобразовательных учреждений

Автор: Кувина Алевтина Сергеевна

Организация: МАОУ гимназия № 5

Населенный пункт: Свердловская область, г. Екатеринбург

Аннотация. В статье рассматривается использование цифровых образовательных сред для формирования инженерной компетенции учащихся общеобразовательных учреждений. Показано, что цифровые технологии способствуют развитию инженерного мышления, практических навыков и мотивации учащихся через проектную деятельность, 3D-моделирование и исследовательскую работу. Раскрывается сущность и структура инженерной компетенции обучающихся основного общего образования.

Ключевые слова: инженерная компетенция, цифровые образовательные среды, проектная деятельность, компетентностный подход

THE USE OF DIGITAL EDUCATIONAL ENVIRONMENTS IN THE FORMATION OF ENGINEERING COMPETENCE OF STUDENTS OF EDUCATIONAL INSTITUTIONS

Kuvina Alevtina Sergeevna
Teacher, Municipal autonomous general education gymnasium № 5, Yekaterinburg, Russia, akuvina@mail.ru

Annotation. The article discusses the use of digital educational environments for the formation of engineering competence of students of educational institutions. It is shown that digital technologies contribute to the development of engineering thinking, practical skills and motivation of students through project activities, 3D modeling and research work. The essence and structure of engineering competence of students of basic general education is revealed.

Keywords: engineering competence, digital educational environments, digital transformation, project activity, competence approach

 

Современное общество характеризуется стремительной цифровой трансформацией всех сферы жизни, что накладывает особые требования на образовательные процессы. Инженерная компетенция, охватывающая комплекс знаний, умений и личностных качеств, становится важнейшим компонентом подготовки школьников к будущей профессиональной деятельности.

В условиях цифровой трансформации общества особое значение приобретает использование цифровых образовательных сред (ЦОС), которые предоставляют широкие возможности для формирования у обучающихся умений и знаний, необходимых для успешной инженерной деятельности.

В современном инженерном образовании особая роль отводится компетентностному подходу – «описанию результатов обучения на языке компетенций» будущего специалиста. Значительный вклад в анализ теоретических основ и практической реализации компетентностного подхода в российской системе образования внесла И.А. Зимняя. Под компетенцией понимается некоторые внутренние, потенциальные, сокрытые психологические новообразования (знания, представления, программы (алгоритмы) действий, системы ценностей и отношений), которые компетенция затем выявляются в компетентностях человека, как актуальных, деятельностных проявлениях [2].

Инженерная компетенция – это компетенция комплексная, компетенция в инновационном процессе, потому что инновационный процесс по своей природе является наукоемким [5].

Инженерная компетенция обучающихся основного общего образования представляет собой совокупность личностно-мотивационного, коммуникативно-деятельностного и когнитивно-рефлексивно-оценочного компонентов.

Инженерная компетенция включает в себя не только профессиональные знания и технические навыки, но и мотивы, личностные качества, а также умение применять инженерные теории в практических ситуациях. Структура компетенции охватывает: теоретические знания и практические умения; навыки проектной деятельности; критическое мышление и способность решать нестандартные задачи; навыки оформления и презентации результатов; личностные качества, необходимые для инженерной деятельности.

Эффективное формирование инженерной компетенции у школьников возможно при активном использовании ресурсов цифровой образовательной среды. К ним относятся технологии трёхмерного моделирования и прототипирования, а также организация проектной деятельности инженерной направленности. Как показывают исследования [3], такой подход не только позволяет повысить уровень инженерных умений, но и способствует росту мотивации к выбору инженерных профессий и целенаправленному развитию технического мышления.

Н.В. Быстровой под цифровой образовательной средой понимает «совокупность возможностей и условий, которая предоставляет определенный набор ресурсов и технологий, обеспечивающих технологическую организацию образовательного процесса» [1]. Авторы Природова О.Ф., Данилова А.В. и Моргун А.Н. считают, что цифровая образовательная среда должна не только обеспечивать доступ к онлайн-контенту, но и позволять формировать образовательные траектории с учетом возможностей очного обучения и самообразования, предоставляя формат удобного поиска, механизмы рейтингования и учета результатов освоения различных образовательных элементов [4].

Компонентами цифровой образовательной среды могут быть: контент в локальной сети школы, цифровые образовательные ресурсы, облачные сервисы, цифровые инструменты для организации совместной деятельности, цифровые инструменты для творческой и проектной деятельности, инструменты для организации оценивания и рефлексии.

Примерами платформ и сервисов, обладающие техническими и дидактическими возможностями для развития инженерной компетенции школьников является: Tinkercad, BlocksCAD, SketchUp Free, Яндекс.Учебник.

Для организации коммуникаций и выполнения проектных заданий возможно использование: ЯндексТелемост, ИКОП Сферум, интерактивные доски (boards.yandex.ru; VK WorkSpace; Unidraw; МТС Линк Доски).

Методы формирования инженерных компетенций через цифровые образовательные среды:

• проектная деятельность, где обучающиеся создают мини-проекты и решения реальных инженерных задач с использованием цифровых инструментов.
• использование цифровых симуляторов и моделей, позволяющих визуализировать процессы и экспериментировать без материальных затрат.
• организация исследовательской и экспериментальной работы в рамках учебной программы с применением цифровых платформ.
• командная работа с применением облачных сервисов для совместной разработки и обмена результатами.

Эти методы не только повышают познавательный интерес и мотивацию, но и обеспечивают системное развитие компетенций, необходимых для инженерной деятельности.

Эффективность формирования компетенции зависит от выбора правильного инструментария (табл.1). Ниже представлены категории ЦОС с примерами конкретных практических заданий.

Таблица 1. Примеры практических задания с использованием ЦОС

Категория ЦОС	Инструменты	Практические задания
Системы автоматизированного проектирования (САПР) и 3D-моделирование	Tinkercad, BlocksCAD, SketchUp Free, SculptGL	Виртуальный инженерный конкурс: спроектировать и смоделировать устройство для решения бытовой проблемы (например, держатель для смартфона, кормушка для птиц с заданными параметрами, модель моста). Задачи на оптимизацию: создать деталь заданного объема с минимальным расходом материала или максимальной прочностью. Провести виртуальные испытания на нагрузку. Подготовка к печати: моделирование сборной конструкции (например, головоломки или игрушки) и экспорт файлов для 3D-печати на школьном принтере.
Среды программирования	Arduino IDE, платформы на базе Scratch, симуляторы (Tinkercad Circuits, Wokwi).	«Умный дом на столе»: Собрать в симуляторе схему с датчиком освещенности и светодиодом, запрограммировать автоматическое включение света при наступлении темноты. Проект роботизированной платформы: программирование алгоритмов движения робота по линии или объезда препятствий.
Цифровые лаборатории и симуляторы физических процессов	PhET Interactive Simulations, Algodoo, Engee	Исследовательский проект: в симуляторе цепей постоянного тока собрать схему, экспериментально (виртуально) проверить законы Ома и Кирхгофа. Задача на проектирование механизма: в Algodoo создать модель катапульты, подобрать параметры (длину рычага, жесткость пружины) для достижения максимальной дальности полета снаряда. Моделирование экосистемы: Построить простую модель, демонстрирующую взаимосвязь параметров в технической или природной системе.
Платформы для проектной коллаборации	VK WorkSpace; МТС Линк Доски, Яндекс Концепт, Эсбоард, Holst, Интерактивная доска Сфеум. YouGile. Облако mail, Яндекс диск.	Организация группового проекта: распределение задач по созданию сложного устройства (например, метеостанции) с использованием канбан-доски. Совместное проектирование: мозговой штурм и создание схемы устройства на онлайн-доске. Ведение инженерной документации: совместное оформление технического задания, отчета по проекту и презентации результатов в Яндекс Документах.

 

Методические принципы построения практических занятий:

• От простого к сложному: задания должны выстраиваться в логическую цепочку, где каждый новый навык базируется на предыдущем.
• Проблемная ориентация: исходной точкой является реальная проблема («Как автоматически поливать растения?», «Как обеспечить энергией макет дома?»).
• Межпредметность: эффективные проекты лежат на стыке информатики, физики, математики и технологии.
• Акцент на процесс, а не только на результат: оценивается умение проводить анализ ошибок, вносить коррективы, работать в команде.
• Связь с реальным миром: виртуальные проекты должны завершаться созданием физического прототипа с использованием 3D-принтеров, станков ЧПУ или конструкторов.

Цифровые образовательные среды оказывают значительное влияние на формирование инженерной компетенции в общеобразовательных учреждениях, обеспечивая условия для развития у школьников необходимых профессиональных и личностных качеств с ранних этапов обучения. Современные цифровые технологии позволяют успешно интегрировать теорию и практику, активизировать учебный процесс и подготовить учащихся к вызовам цифрового общества.

Список источников

1. Быстрова Н.В., Ремизова Е.А., Ермолаева Е.Л. Реализация электронного обучения в цифровой образовательной среде // Проблемы современного педагогического образования. 2020. №69-3. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/realizatsiya-elektronnogo-obucheniya-v-tsifrovoy-obrazovatelnoy-srede-1 (дата обращения: 10.01.2026).
2. Зимняя И.А. Ключевые компетенции – новая парадигма результата образования // Высшее образование сегодня, 2003. – № 5.
3. Научное обозрение. Педагогические науки. 2021. № 1 С. 73-77 URL: https://science-pedagogy.ru/ru/article/view?id=2355 (дата обращения: 10.01.2026)
4. Природова О.Ф., Данилова А.В., Моргун А.Н. Структура цифровой образовательной среды: нормативно-правовые и методические аспекты // Педагогика и психология образования. 2020. №1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/struktura-tsifrovoy-obrazovatelnoy-sredy-normativno-pravovye-i-metodicheskie-aspekty (дата обращения: 10.01.2026).
5. Семенкова Т. А., Федосов А. Ю. Формирование инженерного мышления школьников средствами 3D-моделирования в контексте реализации технологий STEAM-образования // International Journal of Open Information Technologies. 2024. №12. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/formirovanie-inzhenernogo-myshleniya-shkolnikov-sredstvami-3d-modelirovaniya-v-kontekste-realizatsii-tehnologiy-steam-obrazovaniya (дата обращения: 10.01.2026).