Экспериментариум как перспективная форма организации прикладного математического и инженерного образования

УДК 378:51

С.М. ЛЕСИН, Л.Е. ОСИПЕНКО, Т.В. ЩЕРБАКОВА, Д.А. МАХОТИН

ЭКСПЕРИМЕНТАРИУМ КАК ПЕРСПЕКТИВНАЯ ФОРМА ОРГАНИЗАЦИИ ПРИКЛАДНОГО МАТЕМАТИЧЕСКОГО И ИНЖЕНЕРНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Анализируются подходы к проектированию экспериментариумов как перспективной формы организации прикладного математического и инженерного образования. На основе анализа формулируются определение экспериментариума как организационной формы и принципы его организации.

Ключевые слова: непрерывное образование, математическое образование, инженерное образование, инжиниринг, экспериментариум, детский технопарк, технологическая среда.

The article examines the experementarium projects - the perspective form of practical education of mathematical and engineering disciplines. Author explains the terminology of experementarium it's organization form and methodological principles.

Keywords: continuing education, mathematical education, engineering education, engineering, experementarium, child s technopark, technological environment.

Современная система российского образования предъявляет конкретные требования к прикладной направленности математического и инженерного образования детей. Они состоят в умении поставить задачу, найти или построить математическую модель, описывающую данную практическую ситуацию, предложить и выбрать средства решения задачи, экспериментально верифицировать математическую модель, принять решение об использовании на практике предложенной модели.

Сегодня существует большое количество концепций, раскрывающих основные подходы к проектированию и организации математического и инженерного образования. Это проектное и

© Лесин С.М., Осипенко Л.Е., Щербакова Т.В., Махотин Д.А., 2016

исследовательское обучение, научно-практическое обучение в школьной системе образования, концепция STEM-образования (от англ. Science, Technology, Engineering, Mathematics), концепция DASH-образования (от англ. Developmental Approaches in Science, Health and Technology) и др. Эти подходы объединяет активная познавательная позиция обучающегося (субъекта образования) и интегративная основа содержания учебного материала в процессе свободного (не ограниченного педагогом) освоения им предметно-технологической деятельности. Данные подходы требуют новых форм реализации математического и инженерного образования.

Одной из инновационных, востребованных сегодня форм организации познания является экспериментариум [1, 3, 5-10]. Основные цели, достигаемые

при реализации прикладного математического и инженерного образования посредством экспериментариумов, состоят в «сближении» обучающегося с реальной действительностью, способствование его социализации, осознанному выбору будущей профессиональной карьеры. Вводимые в прикладное содержание сложные фундаментальные понятия становятся не только доступными и интересными для обучающегося, но также служат достижению основных целей его обучения, способствуют повышению общей мотивации к исследовательскому и проектному поиску. Обучающийся «воспитывается математикой и инжинирингом», что выражается в его стремлении научиться видеть и понимать на языке математики и техники красоту окружающего мира.

Педагогическая цель эксперимен-тариумов, используемых для работы с детской аудиторией, состоит в формировании познавательного интереса к исследованию окружающего мира, в ознакомлении детей с техническим прогрессом и достижениями современных наук, в создании условий для продуктивной творческой деятельности на основе знакомства с фундаментальными науками.

Анализируя современные подходы и практику организации математического и инженерного экспериментари-умов, можно сформулировать систему задач, которые они решают. Среди наиболее значимых следует отметить: поднятие престижа науки, пропаганду научного подхода и повышение интереса общественности к научным и технологическим достижениям, популяризацию для неспециалистов естественнонаучных и технических знаний, распространение и стимулирование на-

учной культуры и научного интереса, участие в неформальном научном образовании, придание ценности исследованиям как двигателю социального прогресса, обучение работе с оборудованием цифрового проектирования и производства, реализация ребенком своих инновационных идей, решение универсальных творческих и предпринимательских задач, ранняя профи-лизация обучения, развитие научно-технологического кругозора и самообразование обучающихся.

Мировой и отечественный опыт организации экспериментариумов в музеях, интерактивных выставках, технопарках раскрывает опыт функционирования разных вариантов «умных сред» и свидетельствует о вариативности их содержания. Например, «Музей занимательных наук» (Москва, Россия) предлагает узнать, как образуются торнадо, и создать собственное облачко. В «Музее занимательных наук» можно провести эксперименты с кривыми зеркалами, побыть в роли профессиональных рок-музыкантов, почувствовать себя йогами, поднять 32-килограммовую гирю с помощью рычага.

В Музее науки (Осака, Япония) можно увидеть в действии гидроэлектрический генератор, преобразующий кинетическую энергию воды в электричество; узнать, сколько электричества необходимо, чтобы снабжать целый город. Можно потрогать метеорит, настроить телескоп и изучать звезды [8].

Посетители Музея «Эврика» (Ван-таа, Финляндия) решают всевозможные задачи и головоломки на ленте Мебиуса и бутылке Клейна. В лаборатории ставят химические опыты, меняя цвета и состояние жидкостей, а также экспериментируют с разными

способами самостоятельной добычи энергии [10].

В Лондонском музее науки (Лондон, Великобритания) в хронологическом порядке представлено развитие науки и техники: от первой промышленной революции до нанотехнологий [5].

В Москве открыта интерактивная образовательная экспозиция «Музей оптики». Выставка знакомит посетителей с миром оптики, ее историей, современностью и перспективами развития, демонстрирует широкий круг применения оптических и оптико-информационных технологий. В лаборатории размещено оптоволоконное оборудование для лазерной гравировки, стенд для быстрого голографирования и компьютеризированный комплекс для создания прозрачных 3Б-моделей в стекле, на выставке работает несколько залов: ультрафиолета, стекла, голографии, коллекции микроскопов, источников и приемников света, зал астроопти-ки оснащен мини-планетарием.

Анализ содержания и практики функционирования экспериментариу-мов позволил обозначить следующие принципы их организации.

Направленность на целостное развитие человека - интеллектуального, эмоционального, физического, социально-личностного и духовного потенциала посетителей экспериментариумов.

Авторская позиция обучающегося -возможность выбирать, экспериментировать, исследовать, при этом познание нового становится личностным достоянием посетителя экспериментари-ума, имеющим практический смысл.

Принцип доступности, который создает равные возможности для образования, независимо от уровня первоначальной подготовки. Включаясь в процесс познания и исследования, каждый

получает право ставить высокие цели, при необходимости возвращаться на предыдущий уровень и стартовать вновь, не боясь совершить ошибку.

Принцип интерактивности - экспонаты не только можно, но и нужно трогать, как синоним слогану «Руками трогать обязательно!»

Принцип научности - соответствие содержания уровню развития современной науки и техники, опыту, накопленному мировой цивилизацией. Объективные научные факты, концепции, теории, учения, законы, закономерности, новейшие открытия. Методы обучения, по характеру приближающиеся к методам изучаемой науки.

Принцип событийности как основа организации обучения в эксперимен-тариуме, последовательное проживание событий. Событие приобретает индивидуальный смысл, воспринимается как уникальное и неповторимое.

Продуктивная перенасыщенность технологической среды, ее избыточность, предоставляющая возможность осознавать и выбирать смысл, цели, содержание, формы и виды деятельности, способы работы, учебные средства.

Приоритет индивидуальных задач развития над возрастными особенностями предполагает соответствие содержания возможностям, обучающиеся с различными индивидуальными особенностями могут развиваться в индивидуальном темпе, реализовывать важные для себя задачи, преодолевать ограничения. Как следствие, уважительное отношение человека к себе и другим, принятие людей с различными индивидуальными особенностями, умение строить конструктивные взаимоотношения с разными людьми.

Баланс образовательных технологий и уникальности опыта взаимодействия

взрослого и ребенка - освоение образовательных технологий, создание собственных способов познания. Рефлексия и систематизация личного опыта, его трансляция как непременное условие роста и развития системы в целом.

Предметная направленность того или иного экспериментариума обусловливает подбор его экспонатов и соответствующего оборудования. Например, экспонаты для изучения физических явлений иллюстрируют действие отдельных областей физики с применением демонстрационных приборов (оптический волновод, гармо-нограф, лампы плазменных разрядов, модель распространения продольных и поперечных волн, системы зеркал и др.). Среди экспонатов могут быть приборы трехмерного моделирования, ЭБ-принтер и ЭБ-сканер, датчики и ро-бототехнические средства и т.д.

Образовательное пространство в экспериментариумах организуется по-разному. Это могут быть тематические залы и павильоны; пространство, отражающее достижения фундаментальных наук, а также технические достижения (корабли, самолеты, космонавтика, развитие двигателей, судоходство, воздухоплавание, конструирование автомобилей, устройства угольной шахты, паровозостроение, строительство туннелей и т.д.). Могут быть сменные композиции, построенные по типу арт-галерей, детские экспозиции, выставки для садоводов, отделения робототехники, сыроварни, мастерские алхимиков и т.д.

Организация пространства экспери-ментариумов проектируется на основе единства и взаимосвязи всех его компонентов, а также в соответствии с возрастными и познавательными особенностями посетителей различных групп.

Формы организации образовательной деятельности в эксперимента-риуме носят в основном интерактивный характер. Однако они могут также включать выставки, публичные лекции, сотрудничество с научными и учебными учреждениями и др. Основным требованием к средствам обучения экспериментариумов является их вандалоустойчивость и возможность посетителям все трогать руками. Экспонаты экспериментариумов предполагают активное использование смартфонов, ноутбуков, планшетов и других гаджетов.

Технические и методические ресурсы экспериментариума формируются с учетом их разнообразия и интерактивности, с четким предметным содержанием и ориентированы на организацию проектной и исследовательской деятельности по таким актуальным направлениям, как робототехника, меха-троника, прототипирование, моделирование.

На основании проведенного анализа можно сформулировать выводы, раскрывающие основные концептуальные подходы к проектированию экспери-ментариума как перспективной формы организации прикладного математического и инженерного образования.

Экспериментриум - одна из инновационных, востребованных форм организации прикладного математического и инженерного образования, позволяющая включить обучающегося в реальную технологическую среду для свободного конструирования собственного опыта посредством решения познавательных (исследовательских, экспериментальных, проектных) задач.

Экспериментариум как образовательный кластер, объединяющий си-

стему образования со сферой культуры, наукой и производством, может обеспечить систему непрерывного образования (от дошкольного до последипломного образования педагогов) необходимой для развития современной личности технологической средой.

Условием эффективного функционирования экспериментариумов служит совокупность принципов их орга-

низации, включающих направленность на целостное развитие человека, авторскую позицию обучающегося, принцип доступности, принцип интерактивности, принцип научности, принцип событийности, принцип перенасыщенности технологической среды, баланс образовательных технологий и уникальности опыта взаимодействия ребенка и взрослого.

ЛИТЕРАТУРА И ЭЛЕКТРОННЫЕ РЕСУРСЫ

1. Дублинская научная галерея. URL: https://dublin.sciencegallery.com/

2. Дунаевская А. 12 научных музеев, интересных и взрослым, и детям. URL: http://m. forbes.ru/article.php?id=65456

3. Ковалев А. Списки 10 высокотехнологичных музеев мира. URL: http://www.lookatme. ru/mag/live/inspiration-lists/194111-museums

4. Лобок А. Педагогический эксперимента-риум. URL: http://allobok.ru/?page_id=1920

5. Лондонский музей науки. URL: http:// www.sciencemuseum.org.uk/

6. Музей достижений естественных наук и техники (Мюнхен, Германия). URL: http:// www.deutsches-museum.de/en

7. Музей занимательных наук «Экспери-ментаниум». URL: http://www.experimentani-um.ru

8. Музей науки Осаки (Япония). URL: http://www.sci-museum.ip/

9. Парижский город науки и промышленности (Cité des Sciences et de l'Industrie). URL: http://www.cite-sciences.fr/fr/accueil/

10. Финский научно-развлекательный центр «Эврика». URL: http://www.heureka.fi/fi

11. Фонд ФабЛаб (fabfoundation). URL: http://www.fabfoundation.org/

12. Эпоха праздного любопытства закончена //Кот Шредингера. 2015. № 12.