Существующие социально-экономические условия современного общества требуют изменения методологических подходов к обучению в высших учебных заведениях. Особенно актуальна данная проблема для современного инженерного образования. Подготовка современных инженерных кадров требует пересмотра педагогической парадигмы и содержания профессионального образования. Этому способствуют инновационные процессы и развитие НБИК-технологий (нано-, био-, информационных, когнитивных).
Прогнозировать развитие отраслей, в которых могут работать будущие инженерные кадры в ближайшие 20 лет, призвана Национальная технологическая инициатива (НТИ). Это государственная программа мер по поддержке развития в России перспективных отраслей, которые в течение следующих 20 лет могут стать основой мировой экономики [1].
В 2007 г. Президент РФ В.В. Путин в послании Федеральному собранию объявил о том, что развитие отраслей, которые должны стать важным звеном инновационной экономики, будет осуществляться на базе государственных корпораций — Объединённой авиастроительной корпорации, Объединённой судостроительной корпорации и «Роснано». В том же году была создана и госкорпорация «Ростех», целью деятельности которой было названо содействие разработке, производству и экспорту высокотехнологичной промышленной продукции [2, 3].
Необходимость смены традиционных технологий, при которых до 90 % ресурсов идет на создание отходов и загрязнение окружающей среды, и внедрения природоподобных, аддитивных технологий рассматривается на самом высоком уровне. О необходимости внедрения технологий, оптимизирующих отношения человека и природы, на 708-й сессии Генеральной ассамблеи ООН сказал Президент России В.В. Путин: «Речь должна идти о внедрении принципиально новых природоподобных технологий, которые не наносят урон окружающему миру, а существуют с ним в полной гармонии и позволят восстановить нарушенный человеком баланс между биосферой и техносферой. И это действительно вызов планетарного масштаба». Принципиальная новизна НБИК-технологий определяется их самоорганизующейся природой, но также и возможными опасностями неконтролируемых социоантропологических изменений и рисками для человечества, что позволяет исследователям говорить о становлении качественно новой социо-, антропо-, информо-, техносреды. С переходом к производственному воспроизведению органов и систем органических форм появляются средства адресного воздействия на процесс жизнедеятельности человека, воздействия на психику и физиологию человека, в том числе и в целях управления и манипулирования людьми [4, 5].
В связи с этим возникает необходимость изменений в профессиональной подготовке инженеров, способных работать в новых рынках производства. Пересмотр развития отраслей современной экономики требует нового подхода к обучению инженеров. Требуется пересмотр образовательных программ технических вузов в соответствии с новыми требованиями современных производств. Данная подготовка инженеров «нового поколения» проводится в соответствии с Федеральным законом от 29.12.2012 г. № 273-ФЗ (ред. от 27.06.2018) «Об образовании в Российской Федерации» [6]. Профессиональный стандарт позволяет обеспечить высокий профессиональный уровень подготовки инженеров за счет создания формата образовательной среды.
Использование международного опыта также необходимо для качественной подготовки инженерных кадров и осознания стратегических линий развития экономики. Одной из задач развития инженерного образования является вхождение Ассоциации инженерного образования России (АИОР) в Washington Accord. Эта организация является самой престижной в области оценки качества инженерного образования, на основе IEA Graduate Attributes and Professional Competencies.
Следует отметить, что основная цель общего образования – это подготовка выпускников школы к осознанному выбору профессии, согласно Федеральному закону от 29.12.2012 г. № 273-ФЗ (ред. от 27.06.2018) «Об образовании в Российской Федерации» (статья 2) [6]. Соответственно, выбор цели и стратегий общего образования определяет гарантированное развитие Российской Федерации через 20–25 лет.
В связи с вышеизложенным возникает необходимость разработки методики обучения школьников, способных в дальнейшем работать и творить в новых экономических условиях. Также следует отметить что, согласно концепции НТИ, в результате научно-технического прогресса ряд профессии, существующих в настоящее время, исчезнут через 20–25 лет. А некоторые профессии будут вновь созданы. Это будет связано, в том числе и с глобальными вызовами, стоящими перед нашим обществом. Для того чтобы создать данную методику обучения, необходимо создать теоретическое обоснование данной методики.
Поэтому цель нашего исследования – провести теоретическое обоснование разработки методики обучения школьников в профильных инженерно-технологических классах в рамках НТИ. Согласно НТИ, существуют ключевые научно-технические направления развития будущих рынков производства. Поэтому, по нашему мнению, обучение будущих инженерных кадров будет более эффективным, если подготовка будет идти по направлениям НТИ, а не по специальностям. Соответственно, подготовка будущих инженерных кадров, которые будут работать на рынке труда в ближайшие 15–20 лет, должна включать обучение данным технологиям. Благодаря формированию задела по данным технологиям, возможно создать глобально высокотехнологичные конкурентоспособные сервисы и продукты. К этим технологиям относятся: системы данных; развитие искусственного интеллекта; системы распределенного реестра; квантовые технологии; энергетика; новые производственные технологии; сенсорика и компоненты робототехники; технологии беспроводной связи; технологии управления свойствами биологических объектов, нейротехнологии, технологии виртуальной и дополненной реальностей.
Вышеперечисленные технологии позволят развить следующие рынки производства:
1. EnergyNet – рынок энергетики.
2. FoodNet – рынок производства и доставки еды с учетом индивидуальных потребностей.
3. SafeNet – обеспечение персональной безопасности.
4. HealthNet – система персонального здравоохранения и медицины.
5. AeroNet – производство беспилотных летательных аппаратов.
6. MariNet – производство морского транспорта без экипажа.
7. AutoNet – производство автотранспорта без водителя.
8. FinNet – распределенные системы финансов и валюты.
9. NeuroNet – распределенные компоненты психики и сознания, созданные искусственно.
Материалы и методы исследования
В процессе написания статьи нами был использован анализ научной литературы. Были использованы теоретические методы: анализ, синтез, структурирование.
Результаты исследования и их обсуждение
Для внедрения в систему образования технологий НТИ необходимо поэтапно формировать у обучающихся инженерное мышление, в связи с тем, что наше общество нуждается в новых инженерных кадрах, способных внедрять технические инновации в современное производство. Готовить инженерные кадры необходимо со школьного возраста, так как только в процессе обучения в школе возможно сформировать физико-математическое мышление. Физико-математическое мышление является основой инженерного мышления. Сформировать физико-математическое мышление и мотивацию получения инженерного образования возможно в процессе обучения школьников в профильных инженерных классах в общеобразовательной организации. Одним из важнейших социальных требований к школе на старшей ступени высшего образования является не только обучение, но и развитие гармоничной личности. Необходимо развивать познавательные способности обучающихся, создавать условия для успешной социализации и адаптации, что обеспечивается в том числе в процессе обучения в профильном классе. При этом инженерное мышление – это более широкое понятие, чем физико-математическое мышление, так как содержание специальностей инженерного образования значительно отличается между собой [7].
Следует отметить, что существует специфика инженерного стиля мышления. Так, например, В.Г. Горохов выделил три особенности инженерного мышления:
1. Сходство технического и художественного стиля мышления (использование графических средств, изложение материала в виде схем и формул.
2. Практико-ориентированная направленность. Ориентация мыслительной деятельности на конкретные задачи, умение манипулировать объектами, конструкциями и технологиями.
3. Научность мышления. Умение использовать научные методы, знания при создании технических объектов [8].
А.П. Усольцев, Т.Н. Шамало рассматривали инженерное мышление как мышление, направленное на обеспечение деятельности с техническими объектами, осуществляемое на когнитивном и инструментальном уровнях и характеризующееся как политехничное, конструктивное, научно-теоретическое, преобразующее, творческое, социально-позитивное [9].
Согласно А.П. Усольцеву, Т.Н. Шамало, существует ряд факторов, определяющих развитие компонентов инженерного мышления (таблица) [9].
Факторы, определяющие развитие инженерного мышления
|
Компоненты инженерного мышления |
Факторы, способствующие развитию компонентов инженерного мышления |
|
Политехничность |
Комплекс общеобразовательных и политехнических знаний (когнитивный уровень) и умений (инструментальный уровень) по применению этих знаний на современном производстве в сферах проектно-конструкторской, организационно-управленческой, производственно-технологической и научно-исследовательской деятельности |
|
Конструктивность |
Способность диагностично и реалистично ставить цель с учётом технических, материальных, временных, энергетических и других ресурсов, выбирать адекватные ей технические методы и средства, планировать последовательность своих действий, определять степень достижения цели, в случае необходимости диалектично ее корректировать, своевременно вносить изменения в проект |
|
Научность |
Формирование фундаментальных знаний, базирующихся на общих, естественнонаучных основах |
|
Способность преобразования окружающего мира |
Умение интуитивно предсказывать ход реальных процессов, выявлять ошибки в логических построениях, связанных с неточностью выделения существенных характеристик в процессе проектирования |
|
Творчество |
Способность мыслить, выходя за рамки имеющихся алгоритмов, образцов, моделей |
|
Социальная позитивность |
Формирование у обучающихся идей гуманизма, связанных с изучением и освещением влияния изобретений на жизнь человека, встреч с людьми, профессионально работающих в области технических инноваций, экскурсий на инновационные предприятия |
Для развития инженерного мышления у школьников необходимо создать систему подготовки, включающую методологический, методический, технологический, психологический аспект.
Обучение в профильных инженерно-технологических классах должно включать блок начальной, средней и старшей школы. Педагоги, работающие в данных профильных классах, должны быть компетентными в вопросах культурно-просветительской, научно-исследовательской, проектной и педагогической деятельности.
Так, например, для формирования компетенций в области интеллектуальных робототехнических систем необходимо углубленное изучение школьниками математики и геометрии. Работа с робототехническими системами базируется на линейной алгебре, теории вероятности, геометрии и теории графов.
В процессе обучения школьников в области интеллектуальных робототехнических систем нами планируется использовать следующие методы обучения: метод темных пятен; тесты для повторения; метод публичного решения задач, case-study.
Для формирования компетенций в области беспилотных авиационных систем (БПЛА) необходимо углубленное изучение школьниками информатики и физики. Для овладения технологией беспилотных авиационных систем необходимо владеть основами аэродинамики, динамики самолета, систем управления, а также применением разработанных алгоритмов в реальном полете, знать цикл проектирования систем управления для БПЛА.
В процессе занятий школьников в области БПЛА нами планируется использовать следующие методы: перекрестное, проектно-организованное обучение, имитационное моделирование.
По нашему мнению, система обучения и воспитания школьников в рамках обучения технологиям НТИ должна включать в себя следующие компоненты:
1. Учёт возраста школьников, обучающихся технологиям НТИ (начальное образование, основное образование и среднее образование).
2. Постижение школьниками технологий НТИ с помощью методов обучения, воспитания и деятельности по сохранению и укреплению психологического здоровья (рисунок).
Система обучения и воспитания школьников в рамках обучения технологиям НТИ
По нашему мнению, данная система обучения и воспитания позволит развить будущего инженера как личность и подготовить его к дальнейшему саморазвитию и самообразованию, что в условиях постоянно изменяющегося рынка труда является необходимым условием успешной адаптации.
Данная система предполагает, что педагог, работающий в профильных инженерно-технологических классах (группах, кружках), должен владеть методами обучения и воспитания в рамках технологий НТИ. Безусловно, при этом нужно учитывать специфику самой технологии и возрастные особенности обучающихся. Так, например, обучение школьников методам сохранения и укрепления психологического здоровья возможно в рамках технологии SafeNet в 10–11 классах.
Таким образом, процесс обучения и воспитания школьников в профильных инженерно-технологических классах будет более продуктивным при использовании целей НТИ, чем при ориентировке на специальности и направления подготовки высшего образования. Данная система обучения и воспитания в профильных инженерно-технологических классах позволяет работать в межпредметном поле, используя различные методы: проектов, ТРИЗ [10] и т.д. Формирование компетенций технологий НТИ у школьников должно проходить в том числе и с помощью квалиметрических экспертных методов [11, 12].
Выводы
Таким образом, бурное развитие экономики и техники требует качественной подготовки инженерных кадров. Данную подготовку необходимо осуществлять со школьной скамьи, в системе профильных классов. В рамках данной статьи, в соответствии с целью, был проведен теоретический анализ разработки методики обучения школьников в профильных инженерно-технологических классах в рамках НТИ. Подготовка и апробация данной методики позволит подготовить будущие инженерные кадры, способные работать в перспективных отраслях мировой экономики. В рамках данной методики обучения необходимо знакомить и развивать навыки обучения по направлениям рынков НТИ с учетом возрастных особенностей школьников. Были рассмотрены теоретические аспекты развития инженерного мышления в рамках НТИ. Основное, что нужно сформировать у школьников в процессе обучения в профильных классах, – это инженерное мышление. Для того чтобы обучить школьников новым технологиям в рамках НТИ, необходимо выстраивать индивидуальные траектории обучения с углубленным изучением отдельных предметов (физика, математика, информатика и т.д.). Также необходимо участие школьников в кружках по данному направлению и профильных олимпиадах. Апробация данной методики с учетом теоретических аспектов, рассмотренных в данной статье, будет предметом дальнейших исследований.