Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

Введение

В Государственной программе РФ «Развитие образования» до 2030 г. описаны приоритеты и цели государственной политики. Одна из национальных целей, «цифровая трансформация», направлена на обеспечение реализации цифровой трансформации системы образования, обеспечение онлайн-сервисами образовательных организаций, реализующих программы дошкольного, начального общего, основного общего, среднего общего и профессионального образования [1].

Проблемы, вызванные ускорением социокультурных процессов, изменениями в искусственном мире человека, развитием коммуникаций, требуют новых подходов в области технологий и инженерном деле. Возросший спрос на инженерно-технические кадры ставит новые задачи перед образовательными учреждениями всех уровней. Для повышения общей культуры производства, создания условий для развития высокоточного и наукоемкого производства, а также для развития цифровой экономики требуются специалисты, обладающие соответствующими компетенциями. Особое внимание необходимо уделить подготовке учителей информатики и ИТ-специалистов в области образования.

В августе 2023 г. была принята Концепция формирования и развития инженерной культуры обучающихся Челябинской области [2].

В 2023–2024 учебном году дополнительные общеобразовательные программы реализовывались в 464 детских технопарках «Кванториум», в 36 ключевых центрах дополнительного образования детей на базе образовательных организаций высшего образования, в 61 региональном центре выявления, поддержки и развития способностей и талантов у детей и молодежи, в 198 центрах цифрового образования детей «IT-куб» [3]. Для подготовки специалистов в педагогических вузах открыты технопарки, оснащенные самым современным оборудованием. В технопарке универсальных педагогических компетенций Южно-Уральского государственного гуманитарно-педагогического университета 6 лабораторий: фундаментальная физика; рентгенография; аналитическая химия; робототехнические системы и виртуальная реальность; генетика, оптика, физиология; альтернативная энергетика.

Цель исследования – выявление и экспериментальная проверка условий эффективного формирования инженерной культуры будущих учителей информатики, обучающихся по направлению «Педагогическое образование», магистерская программа «Информатика и робототехника в образовании».

Материалы и методы исследования

Под инженерной культурой понимается профессиональная культура инженерно-технического работника, совмещающего высокий уровень профессиональных компетенций с широким политехническим кругозором, включающим научно-технические знания и производственно-технологические навыки и умения [4]. В научной литературе и исследованиях инженерную культуру соотносят именно с профессиональными качествами инженера, однако развитие технологий требует соответствующих качеств от представителей и других профессий.

В современных условиях инженерная культура будущих учителей информатики становится одной из важнейших профессиональных компетенций. В средних общеобразовательных учреждениях увеличивается количество профилей, связанных с инженерией. Потребность в педагогах, владеющих не только знаниями в области ИТ-технологий, но и обладающих компетенциями, необходимыми для работы в таких классах, растет с каждым годом [5].

Вопросы формирования инженерной культуры всегда находились в поле зрения ученых. Изучались философские, социальные, педагогические и психологические аспекты ее формирования. Среди подходов к формированию инженерной культуры преобладает структурный подход (выделяют основные компоненты инженерной культуры – информационно-коммуникационный, когнитивный, графический, проектно-конструкторский) и блочный подход (когнитивно-технологический, проектно-исследовательский и социально-гуманитарный блоки) [6, 7].

Под инженерной культурой будем понимать набор навыков, необходимых для успешной профессиональной деятельности в области технологий (исследование, проектирование, управление и др.).

Навыки, которые есть у человека, можно разделить на две категории: профессиональные умения (hard skills) и личностные качества (soft skills). Хард скиллс, или жесткие навыки, – это профессиональные знания, компетенции, инструменты и технологии, которыми обладает человек и которые необходимы в конкретной профессии [8].

Hard skills являются основой успешной профессиональной деятельности. Именно профессиональные знания, умения и навыки оказывают существенное влияние на востребованность специалиста. Жесткие навыки для каждой сферы свои. Однако личностные качества, такие как умение работать в группе, осуществлять коммуникацию и др., также необходимы. Таким образом, инженерная культура специалиста подразумевает симбиоз профессиональных умений и личностных качеств.

Таким образом, будущий учитель информатики, владеющий инженерной культурой:

‒ знает теоретические основы предметной области;

‒ умеет применять теоретические знания на практике; выбирать стратегию действий для решения проблемы, работать в команде;

‒ владеет методами и приемами организации деятельности в коллективе.

Для формирования знаний, умений и владений в программу подготовки магистров по направлению «Педагогическое образование» профиль «Информатика и робототехника в образовании» были включены такие дисциплины, как «Основы теории автоматического управления», «Теория игр», «Детали модулей роботов и их конструирование».

Процесс формирования инженерной культуры будет более эффективным с использованием следующих педагогических условий: использование концептуального подхода и практико-ориентированность обучения в подготовке магистров.

Одной из особенностей обучения в магистратуре является концептуальное обучение – изложение основополагающих идей и концепций преподаваемых дисциплин в сжатом виде с дальнейшим закреплением на практике. Ниже приведены цели изучения дисциплин с учетом выделенных выше условий.

Основы теории автоматического управления

Основные цели курса:

- познакомить студентов с основными понятиями теории автоматического управления;

- сообщить студентам необходимые конкретные сведения в области теории автоматического управления;

- научить использовать визуальную среду VisSim для построения и исследования систем управления [9];

Реализация этих целей позволит будущему учителю информатики понять суть процесса управления, необходимого для организации совместной работы учащихся над проектами.

Теория игр

Основные цели курса:

- познакомить студентов с максимально широким кругом понятий теории игр;

- научить выбирать оптимальную стратегию поведения.

Теоретические сведения закрепляются большим количеством примеров игр [10, с. 77–81]. Для решения игр используется MS Excel. В качестве итогового задания магистранты разрабатывали и проводили собственную игру.

Эти знания будут полезны будущим учителям, так как, например, в качестве практической работы в 11 классе (предлагаемой в Федеральной образовательной программе среднего общего образования) есть задание на поиск выигрышной стратегии в игре с полной информацией [11].

Детали модулей роботов и их конструирование

Основные цели курса:

‒ познакомить студентов с общими проблемами и задачами в области робототехники;

‒ дать представление об основных принципах функционирования роботов;

‒ научить конструировать роботов.

Основной акцент в курсе делается на вопросы конструирования и программирования роботов. Рассматриваются основные компоненты роботов. Уделяется внимание работе с различными датчиками. Занятия проводятся в технопарке университета. В лаборатории робототехнических систем студенты учатся проектировать и программировать мобильных роботов, готовить проектную документацию, обучать и настраивать нейронные сети для распознавания маркеров и объектов. Полученные знания будущие учителя смогут применять как в учебной деятельности, так и в системе дополнительного образования.

Для оценки уровня сформированности инженерной культуры будущего учителя информатики использовался уровневый подход к развитию совместной деятельности от информационно-знакового до отражательно-преобразующего и духовно-практического [12, с. 58–61].

Пример оценки уровня сформированности инженерной культуры в курсе «Теория игр» представлен ниже. Выделено три уровня. Студент:

1. Имеет представление о теории игр; демонстрирует понимание стратегии. Находит решение игры с подсказкой.

2. Формулирует цель и задачи; планирует реализацию решения; оценивает результаты. Находит решение игры самостоятельно.

3. Анализирует игру и предлагает стратегию поведения; анализирует возможные исходы; анализирует ход работы и корректирует выбранные пути поведения. Проводит игру.

Для каждого уровня сформулируем по два критерия, если студент справляется с заданием на 1 уровне, он получает 3 балла. Остальные, соответственно, добавляют один балл:

- студент дает определения основным понятиям, перечисляет основные виды классификации игр, выбирает стратегию с подсказкой (3 балла);

- студент называет отличительные особенности каждой классификации, умеет отнести предложенную игру к конкретному виду (4 балла);

- студент работает с игрой и находит простейший вариант решения (5 баллов);

- студент анализирует полученные результаты и вырабатывает более успешную стратегию (6 баллов);

- студент умеет самостоятельно реализовать несколько стратегий в предложенной игре (7 баллов);

- студент самостоятельно просчитывает все варианты достижения цели (8 баллов).

Для проверки теоретических знаний дополнительно проводилось тестирование. Тест состоял из 20 вопросов. Пороговым значением считаем 50 % верных ответов. Следовательно, низкий уровень – 10–13 верных ответов, средний уровень – 14–16 верных ответов, высокий уровень – 17–20 верных ответов.

Минимальное количество баллов – 13, максимальное – 28. Соответственно, с учетом выполнения практического задания, 13–17 баллов – низкий уровень, 18–22 баллов – средний уровень, 23–28 баллов – высокий уровень.

Результаты исследования и их обсуждение

Экспериментальная работа проводилась в 2023–2024 учебном году. В качестве первого вида контроля оценивалась работа магистрантов на практических занятиях и результаты теста по критериям, описанным выше.

В качестве итогового задания (2 вид контроля) магистранты разрабатывали учебный кейс. Кейс должен описывать игру, разработанную самостоятельно, и ее решение. Структура кейса включает аннотацию, описание игры, решение игры, вопросы (задания), полезные ресурсы и список используемых источников. В аннотации указываются тип игры, согласно классификации игр, и другие сведения теоретического характера. Кейс оценивался по 4 критериям: уровень сложности игры, решение игры, организация игры, защита кейса. Каждый критерий оценивался от 3 до 7 баллов. Критерии представлены в таблице.

Критерии оценки кейса

Для доказательства эффективности применения выделенных условий для формирования инженерной культуры был выбран Т-критерий Вилкоксона. Он позволяет сопоставить показатели, измеренные в двух разных условиях на одной и той же выборке испытуемых.

Сравниваем результаты оценки сформированности инженерной культуры по итогам практической работы и итогового задания.

Принимаем гипотезы H0 – уровень инженерной культуры не повысится после проведения занятий и H1 – уровень инженерной культуры повысится после проведения занятий. Экспериментальные данные представлены на рисунке.

Находим Т эмпирическое (Tэмп). Для этого вычисляем сумму рангов в нетипичном направлении – Т+ =6.5. Соответственно, в типичном направлении Т– = 41.5. Следовательно,

Т критическое (Ткр) определяем по таблице критических значений Т-критерия Вилкоксона. Количество студентов, участвующих в эксперименте, 11. Для p < 0.05 T = 13.

Расчет Т-критерия Вилкоксона

То есть гипотеза H0 отвергается, и принимается гипотеза H1. В целом студенты показали лучшие результаты после обучения по предложенной методике.

Для оценки уровня сформированности инженерной культуры выделены критерии, которые позволяют дать более точную оценку. Можно сделать вывод, что выделенные педагогические условия позволили сформировать инженерную культуру будущих учителей информатики в процессе обучения в магистратуре более эффективно.

Заключение

В процессе экспериментальной работы подтверждено предположение о том, что выделенные педагогические условия способствуют более эффективному формированию инженерной культуры. Это, в свою очередь, оказывает влияние на развитие профессиональных компетенций в целом. В будущей профессиональной деятельности приобретенные компетенции будут необходимы для формирования инженерной культуры обучающихся.