Устинов В.Ю. | Пропедевтика инженерного образования: в каком возрасте начинать

аспирант, Московский городской педагогический университет (ГАОУ ВО МГПУ), г. Москва, Российская Федерация

ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3995-9767, e-mail: add-tech@yandex.ru

Научный руководитель Машарова Т.В., доктор педагогических наук, профессор

Вопрос подготовки высококвалифицированных инженеров в соответствии с современными требованиями становится всё более сложным. Поэтому внедрение в практику раннего начала инженерного образования видится целесообразным, вырастает значимость пропедевтики инженерного образования. При этом важно разграничить понятия раннее инженерное образование и ранняя профориентация. Первое рассматривается автором как универсальное средство когнитивного развития ребёнка, а второе как инструмент формирования узкой специализации, задействование которого на раннем этапе обучения вредно. В качестве обоснования универсального характера инженерного образования, позволяющего достичь более высоких результатов по базовым (общим, а не чисто инженерным) критериям когнитивной деятельности, автор приводит результаты тестирования по методике Равена. Способность к инженерному мышлению в разных возрастных группах оценивается по тесту Беннетта. В тестированиях приняло участие более 280 обучающихся общеобразовательной школы 5-х, 6-х, 7-х и 10-х классов. Результаты тестирований подтверждают гипотезы автора о высокой значимости инженерного образования для формирования мыслительной деятельности и целесообразности его внедрения в практику общеобразовательных учреждений в виде пропедевтики начиная с 5-х классов.

Собственно, зачем нам раннее инженерное образование? Ещё Ф. Энгельс и В. И. Вернадский писали обо всё ускоряющемся темпе научного развития. Многие учёные признают экспоненциальный характер движения научно-технического прогресса, а развитие и смену технологических парадигм как его сущность [1]. При этом инженерная сфера всё более усложняется и требует специалистов с глубокими теоретическими знаниями, с одной стороны, и с хорошим практическим опытом, с другой. Стоимость подготовки такого специалиста велика, и его отдача (т.е. возможная продолжительность работы) тоже должна быть высокой. Соответственно, все базовые инженерные знания и навыки должны быть усвоены в возможно более раннем возрасте, специалистов нужно готовить быстрее. Эта задача особенно актуальна сейчас, когда по словам В.В. Путина в стране имеется существенная нехватка инженерных кадров. «В среднем на одну открытую вакансию инженера в 2019–2020 годах приходилось менее двух соискателей, что свидетельствует об остром дефиците в данной профессиональной области», — говорится в совместном исследовании Российского технологического университета МИРЭА и компании HeadHunter.

В этом же ключе проводятся чемпионаты профессионального мастерства WorldSkills и их аналог для младшей школы KidSkills [5]. Для примера приведём компетенции инженерной направленности и возраста участников чемпионатов WorldSkills: «Изготовление прототипов», «Инженерный дизайн CAD», «Мобильная робототехника», «Электроника» — с 12 лет, «Инженерия космических систем» — с 10 лет. Почти все остальные компетенции начинаются с 14 лет. Стоит отметить, что за последние пару лет возрастная граница участников заметно снизилась. При этом конкурсные задания у юниоров и взрослых участников (считается с 16 лет) отличаются по сложности не очень сильно.

По практике автора, дети 9-10 лет уже вполне успешно осваивают профессиональные программы 3D-моделирования и работу на лазерных станках. Подчеркнём, что дети работают именно в профессиональных пакетах конструкторских программ и на промышленном оборудовании, а не на их урезанных «детских» версиях.

Инженерное образование имеет более широкое значение в развитии универсальных (гибких) навыков у детей различных возрастов, чем это обычно считается. Дети даже дошкольного и младшего школьного возраста не только способны решать инженерные задачи, но делают это ежедневно и являются «инженерами от природы». Инженерное образование в этом возрасте является связующим звеном («клеем») для развития навыков в различных областях, включая литературу и искусство. Занятия инженерией формирует такие основополагающие привычки ума, как мышление и проектное мышление, которые положительно сказываются на результатах обучения даже по дисциплинам, не входящим в STEM (наука, технология, инженерия, математика). Детям свойственна любознательность, пытливость и желание познавать мир, они исследуют, экспериментируют, творят ежедневно, и всё это является ключевыми компонентами понятия «думать как инженер». И несмотря на отсутствие в настоящее время хорошо разработанного учебного материала и достаточного количества соответствующих учителей, необходимо уделять гораздо большее внимание раннему инженерному образованию [4].

Система инженерного образования может рассматриваться как инструмент универсального когнитивного развития ребёнка вне зависимости от его предпочтений в будущем. Очень однобоко, по мнению автора, выглядит практика преподавания инженерных дисциплин только как уроков по освоению соответствующих компьютерных программ и даже вредно, если она применяется в раннем возрасте как метод профориентации.

Основываясь на понимании двойной функции инженерного образования, как универсального и как специального средства развития, автором проведено исследование с задачами: оценить в сравнении общий когнитивный уровень (первая) и уровень собственно инженерного мышления (вторая) обучающихся разных возрастов.

Критериями отбора инструментов для проведения исследования, кроме полного соответствия задачам, были: возможность их использования в детской разновозрастной аудитории, хорошая апробированность и наличие описания результатов проведённых тестов. Исходя из этого, были применены «Прогрессивные матрицы Равена» (для первой задачи) и «Тест механической понятливости Беннетта» в модификации Г.В. Резапкиной (с корректировкой автора).

В качестве референтных групп были использованы результаты тестов 10-х классов: 10 И – класс с инженерным уклоном и 10 СЭ – класс социально-экономической направленности обучения. В тестировании по методике Равена приняло участие: 10 И – 23 обучающихся, 10 СЭ – 29, 7-е классы – 58, 6-е классы – 86, 5-е классы – 90. Итого 286 человек (все обучающиеся корпуса школы данных возрастных групп на момент проведения тестов). В тестировании по методике Беннетта приняло участие: 10 И – 24 обучающихся, 10 СЭ – 27, 7-е классы – 57, 6-е классы – 85, 5-е классы – 90. Итого 283 человека.

Тестировании по методике Равена содержит пять серий по 12 вопросов, которые позволяют провести качественный анализ процесса мышления в группе испытуемых [2], а именно:

1. Серия А. «Принцип взаимосвязи в структуре матриц». Проверка уровня внимания, воображения и уровня визуального различия.
2. Серия В. «Принцип аналогии между парами фигур». Проверка способности линейной дифференциации и суждение на основе линейных взаимосвязей.
3. Серия С. «Принцип прогрессивных изменений в фигурах матриц». Проверка динамической наблюдательности и внимательности.
4. Серия D. «Принцип перегруппировки фигур». Проверка способности выявления закономерностей.
5. Серия Е. «Принцип разложения фигур на элементы». Проверка способности определять сложное количественное и качественное различие динамических рядов, высшая форма абстракции и динамического синтеза.

Результаты тестирования приведены на рис. 1. В целях нормализации данных, исключения выбросов и упрощения восприятия на графике даны медианы результатов каждой группы классов по каждой серии вопросов.

Рис. 1. Тестирование по методике Равена

Выводы по данному тестированию:

1. Класс с инженерным уклоном (10 И) показал наилучшие результаты по всем проверяемым аспектам мышления. Это подтверждает тезис об универсальности инженерного образования и его базовой значимости для освоения специальных (в том числе и гуманитарных) учебных дисциплин.
2. 7-е, 6-е и 5-е классы показывают одинаковые результаты (за исключением двух последних наиболее сложных серий вопросов, где 5-е классы отстают на один балл). Это может служить аргументом в пользу отказа от бытующего до сих пор мнения о когнитивной неготовности обучающихся младших классов к восприятию инженерных знаний.
3. Сугубо гуманитарное образование проигрывает инженерному на поле универсальных когнитивных навыков по мере усложнения требований к умственным операциям.

Тестировании по методике Беннетта в модификации Г.В. Резапкиной содержит 30 вопросов инженерной направленности [3]. Автором было внесено изменение в формулировку ответов на вопрос №27, которые стали звучать более корректно с точки зрения физических терминов.

Результаты тестирования приведены на рис. 2. В целях нормализации данных, исключения выбросов и упрощения восприятия на графике даны квартили результатов каждой группы классов.

Рис. 2. Тестирование по методике Беннетта

Выводы по данному тестированию:

1. Инженерный класс (10 И) ожидаемо показал лучшие результаты.
2. 6-е классы показали результат практически идентичный 10-му гуманитарному классу, хотя это были обычные классы без инженерной направленности.
3. 7-е классы «провалились» почти до уровня 5-х классов, что может говорить о прохождении пика интереса к инженерной сфере в 6-м классе и потере мотивации без целенаправленного развития инженерного мышления.
4. ¾ обучающихся 5-х классов и все остальные целиком находятся на среднем уровне (13 баллов) или выше. С учётом того, что этот стандартный средний уровень даётся Г.В. Резапкиной для старшеклассников, можно говорить о вполне достаточной механической понятливости у обучающихся для пропедевтики инженерного образования уже в 5-м классе.

Общие выводы по исследованию можно заключить в следующих тезисах: пропедевтику инженерного образования целесообразно начинать в 5-м классе; инженерное образование является базовым для развития универсальных когнитивных способностей ребёнка, нельзя сводить его задачи только к профориентированию; необходимо изменение содержания уроков технологии в сторону изучения современных промышленных технологий, к примеру 3D-моделирования и лазерного оборудования.

Конечно, данные выводы требуют подтверждения дальнейшими исследованиями, но их направление, определённое этой работой, представляется правильным.

 

Список литературы

1. Дзюбенко И.Б. Экспоненциальная скорость развития технологий [Электронный ресурс] // Научные междисциплинарные исследования. 2020. №6. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/eksponentsialnaya-skorost-razvitiya-tehnologiy (дата обращения: 19.03.2022).
2. Прогрессивные матрицы Равена: методические рекомендации /сост. и общая редакция О.Е.Мухордовой, Т.В.Шрейбер. – Ижевск: Изд-во «Удмуртский университет», 2011. – 70с.
3. Резапкина Г.В. Экспресс-диагностика профессиональных интересов и склонностей учащихся 8-9 классов [Электронный ресурс] : учебно-методическое пособие / Информ.-аналитический центр (ИНЦ) Департамента образования г. Москвы, Б-ка Гор. центра профориентации. — Москва : Гос. образовательное учреждение «Информ.-аналитический центр», 2010. URL: https://docplayer.com/27618855-Ekspress-diagnostika-professionalnyh-interesov-i-sklonnostey-uchashchihsya-8-9-h-klassov-metodicheskie-rekomendacii.html (дата обращения: 19.03.2022).
4. English L., Moore T. Early Engineering Learning. Singapore : Springer Nature Singapore Pte Ltd., 2018. – 1-9. – P. 1-201. – ISSN 2213-9281. – DOI : 10.1007/978-981-10-8621-2
5. WorldSkills Russia / Региональный координационный центр, Москва [Cайт] URL: https://worldskills.moscow/ (дата обращения: 03.2022).