Проектная деятельность как средство формирования инженерного мышления школьников

Проектная деятельность для формирования инженерного мышления школьников является неотъемлемой частью современного образования. Эта форма обучения активно развивает креативные и аналитические способности учащихся, позволяя им не только усваивать теоретические знания, но и применять их на практике.

В рамках проектной деятельности школьники сталкиваются с реальными задачами, которые требуют комплексного подхода и нахождения оптимальных решений.

В своей работе я использую различные типы проектов, которые помогают развивать навыки обучения и сотрудничества у учащихся и это в основном:

Мини-проекты, которые занимают одно занятие или даже меньше, служат отличным способом для быстрой проверки знаний и вовлечения учащихся в учебный процесс. Они позволяют создавать атмосферу творчества и эксперимента, где каждый может выразить свои идеи.

Среднесрочные проекты, выполняемые в группах на протяжении недели, предоставляют возможность погружения в тему и совместного творчества. Такие проекты требуют активного участия руководителя, который направляет и поддерживает группу, обеспечивая гармоничное взаимодействие между участниками.

Долгосрочные проекты, протяженностью от месяца до нескольких месяцев, предполагают более глубокую проработку темы и могут быть организованы как индивидуально, так и в группах. Эти проекты требуют серьезной ответственности и самоорганизации со стороны учащихся, поскольку они могут включать исследования, эксперименты и итоговые презентации.

Остановлюсь более подробно, где и как я использую различные типы проектов.

Мини проекты в основном использую во время урочной деятельности. Такие проекты помогают лучше понять новый материал. Ведь физика — это наука о природе. А как ее можно понять, если не проанализировать явление самостоятельно?

Выполняя проект, ученики погружаются в суть проблемы, изучают теоретические аспекты и практические применения физических принципов. Ведь при проведении эксперимента по изучению законов, учащиеся не просто читают о них в учебниках, но и видят на практике, как и почему они работают. Это позволяет им не только осваивать материал, но и развивать интерес к предмету.

Например, на уроке физики в 7 классе, когда мы обсуждаем тему «Давление в жидкости и газе», важно не просто объяснить, что такое давление, но и вовлечь учеников в процесс исследования. Наблюдая за экспериментами, ребята становятся активными участниками учебного процесса. Мы начинаем с непосредственного опыта: каждая группа из четырех человек получает набор инструментов — пластиковую бутылку, шарик, канцелярскую резиночку и сосуд с жидкостью.

С помощью этих простых приборов ученики начинают выявлять закономерности. На один конец бутылки одевают шарик, фиксируют его и наполняют бутылку жидкостью, наблюдают, как изменяется форма шарика при помещении его под воду, экспериментируют и наблюдают, как изменения давления. После исследований делают вывод.

Таким образом, они учатся самостоятельно формулировать выводы, устанавливая связь между экспериментальными данными и теоретическими концепциями.

В более старших классах учащиеся сталкиваются с более сложными проектами, требующими углубленного анализа и творческого подхода. Например, одним из таких проектов является изучение математического маятника. Научившись закономерностям его движения, ученики получают возможность разработать аттракцион, основанный на принципах работы маятника или комбинации нескольких маятников.

Для начала работы над проектом им необходимо определить основные параметры аттракциона: длину подвеса, угол отклонения и массой элементов конструкции. Всесторонний анализ динамики движущихся тел поможет предотвратить возможные опасности и обеспечить безопасность во время эксплуатации, чтоб аттракцион не только подарил массу положительных эмоций, но и был надежным.

Формировать инженерное мышление надо с раннего возраста. Уже второй год я веду робототехнику для учеников начальной школы. Наши занятия построены, так что сначала мы с учениками изучаем работу различных механизмов, учимся собирать модели по схемам. А затем переходим к среднесрочным проектам. На такие проекты требуется два и более занятия. Ученикам нужно сначала придумать модель, которую они будут проецировать, затем её собрать и защитить. Важно объяснить, что это за модель, как она работает и где её можно использовать. Когда дети работают в команде, они учатся слушать друг друга, обсуждать идеи, принимать решения и делиться ответственностью. Каждая завершённая модель становится не только объектом, но и примером упорства и творческого подхода. Они начинают осознавать, что ошибки — это часть процесса, и что каждая неудача приводит к новым знаниям и улучшениям.

Таким образом, мы не просто создаём механизмы, но формируем будущих инженеров, обладающих необходимыми навыками для решения сложных задач. Каждый проект становится вкладом в их образование и в их уверенность в своих силах.

Для выполнения некоторых проектов очень часто требуется знания математики и черчения. Чтобы развивать эти навыки, я со своими учениками и преподавателями IT-куба делаем проекты 3D моделирования. Наша работа погружает нас в мир трехмерной графики, где точность чертежей и математические расчеты становятся основой успешного дизайна.

Это дает возможность каждому из нас окунуться в удивительный мир технологий, приблизившись к престижной профессии инженера или дизайнера.

И долгосрочные проекты — это индивидуальные проекты, которые пишут наши старшеклассники. Когда в начале года мы с учениками начинаем обсуждать темы будущих проектов, то главной целью любого проекта по физике должен получиться продукт, который мы можем посмотреть, пощупать, поизучать. И мои ученики стараются делать такие проекты.

Например, один из учеников на своем фотоаппарате менял объектив, добавляя линзы, так чтобы из его расчетов получился снимок, на котором был сфокусирован только один объект. Этот процесс стал для него не просто экспериментом, но и настоящим исследованием. Он не только изучил законы оптики, но и научился применять их на практике, осознав, как теоретические знания способны влиять на результаты.

Так же для создания проектов мы сотрудничаем с преподавателями ВУЗов. Одна из учащихся проходя профильную смену Инженерной школы при Томском политехническом университете взялась за исследование, посвященное синтезу ультратугоплавкого карбида гафния. Этот проект, получивший название «Синтез ультратугоплавкого карбида гафния электродуговым методом», стал значимым этапом в научной практике молодой исследовательницы.

Все эксперименты были проведены в оснащенной лаборатории института, где ученица под руководством опытного преподавателя изучала различные методы синтеза и оптимизации процессов. В процессе работы было выявлено множество нюансов, касающихся термических и химических свойств получаемого материала.

В практике много проектов, которые выполнили ученики, и некоторые из них с успехом выступали на научно-практических конференциях, завоевав призовые места. Научные работы охватывают широкий спектр тем ученики демонстрируют креативный подход, исследуя актуальные проблемы и предлагая эффективные решения.

Проектная деятельность формирует у школьников уверенность в своих силах и желание экспериментировать. Такой опыт будет полезен им в будущем, когда они столкнутся с вызовами быстроменяющегося мира технологий. Таким образом, проектная деятельность не только развивает инженерное мышление, но и закладывает основы для грамотных и ответственных граждан, способных вносить вклад в инновационное развитие общества.