Изучение нанотехнологий и экологии производства в рамках дополнительного технологического образования школьников

УДК 37.016:502

Т. Я. Ашихмина, 3. Л. Баскин, В. И. Жаворонков, Е. Н. Шигарева

изучение нанотехнологий и экологии производства в рамках дополнительного технологического образования школьников

В статье представлен анализ стандартов технологического образования школьников и рассмотрены возможные направления по обновлению содержания технологической подготовки учащихся в рамках изучения нанотехнологий и экологии производства в системе дополнительного образования.

The article presents analysis standards technology éducation schoolchildren and the possible directions for renovation of contents technological training pupils in the study of nanotechnology and environmental production in additional education system.

Ключевые слова: технологическое образование, экология производства, нанотехнологии.

Keywords: technology education, production ecology, nanotechnology.

На протяжении всего периода развития российского образования содержание технологической (трудовой) подготовки учащихся корректировалось с учетом изменений, связанных с жизнью общества, производством, орудиями труда, востребованностью специалистов в определенных отраслях и т. д. Если обратиться к истории становления технологической подготовки школьников, то можно отметить, что система трудового обучения XIX-XX вв. была направлена на приобретение навыков по обработке наиболее используемых материалов (древесина, бумага, металл, текстильные материалы и др.), а также на овладение учащимися одной из массовых профессий. В разные периоды направление трудовой подготовки, как и содержание обучения профессии, напрямую зависело от развития производственной сферы жизни людей. На современном этапе предпосылками к обновлению технологического образования школьников являются стремительное развитие и проникновение сфер информационных технологий в различные области деятельности человека; существенные изменения производственной сферы за счет высоких технологий; потребность в специалистах в области развития высоких технологий (high technology).

Рассмотрим на сколько сегодня содержание программы предметной области«Технология» соответствует уровню развития современной промышленности. В последние годы школы занимаются по

© Ашихмина Т. Я., Баскин 3. Л., Жаворонков В. И., Шигарева Е. Н., 2012

двум программам 00 «Технология»: программа под ред. В. Д. Симоненко (1999 г.) и программа под редакцией О. А. Кожиной, А. А. Карачева (2004 г.) для 5-9 классов. Анализ этих двух программ и опыта технологической подготовки показал, что больше всего в школе изучаются традиционные технологии обработки материалов, а изучению современного оборудования и новых технологий почти не уделяется внимания [1]. И это несмотря на то, что в стандарте 2004 г. изучение современных технологий нашло отражение в некоторых его разделах: 1) основное общее образование: раздел «Создание изделий из текстильных и поделочных материалов» предполагает ознакомление с современными материалами, текстильным и швейным оборудованием; раздел «Современное производство и профессиональное образование» предлагает изучить сферы современного производства, влияние техники и технологии на виды и содержание труда, приоритетные направление развития техники и технологий; 2) среднее (полное) общее образование: базовый уровень предусматривает изучение влияния технологий на общественное развитие, введение в производство новых продуктов, современных технологий, ознакомление с научными открытиями и новыми направлениями в технологиях созидательной деятельности; на профильном уровне предлагается ознакомиться с инновационными технологиями, а также изучить управление станками с числовым программным управлением (ЧПУ) в рамках спецподготовки в сфере промышленного производства.

В последней редакции программы предметной области «Технология», подготовленной в рамках проекта «Разработка, апробация и внедрение федеральных государственных стандартов общего образования второго поколения», мы выявили, что для уроков технологии предложен для изучения такой раздел, как «Современное производство и профессиональное образование». На изучение данного раздела отводится только 4 часа, и предложены две темы: «Сферы производства и разделение труда»; «Профессиональное образование и профессиональная карьера» [2].

К сожалению, приходится констатировать, что и в новых стандартах и программах изучение современных направлений в производственной сфере, нанотехнологий, экологии не нашло отражения. В школьных учебниках вопросы о новых промышленных технологиях и вопросы экологии производства тоже не рассматриваются. 0б этом свидетельствует экспертиза учебников, которая осуществлялась в Российской академии образования (РАО) в соответствии с утвержденным приказом Минобрнауки России от 23 апреля 2010 г., № 428. На экспертизу в РА0 были представлены учебники по курсу «Технология» для начального общего образования. В ходе проведения экспертизы было

отмечено отсутствие систематического изложения содержания учебного предмета «Технология» на основе самостоятельной предметно-образующей, технико-технологической деятельности учащихся. Также в учебниках отсутствует терминология, типичная для технологического образования [3]. В свою очередь, д-р пед. наук, профессор ИСМО РАО И. А. Сасова отмечает, что технологическое образование призвано обеспечивать формирование у подрастающего поколения умений, необходимых для успешной жизнедеятельности каждого человека и всей страны. В этот перечень входят и такие умения, как: технологические - позволяющие овладеть различными технологиями обработки материалов, конкретными процессами преобразования и использования материалов, энергии, информации, объектов природы, необходимых для создания продуктов труда, осуществление кооперации и сотрудничества во имя достижения цели; политехнические - формируемые на основе знаний основных принципов современного производства и позволяющие успешно реализовывать себя на рынке труда; экологические - обеспечивающие бережное отношение человека к окружающей среде (растительному и животному миру) и среде обитания [4]. Однако проведенный коллективом И. А. Са-совой анализ учебников и пособий свидетельствует об отсутствии такого материала.

Из анализа программ, учебников и практики технологической подготовки школьников очевидно, что задача по обновлению содержания технологического образования является актуальной. Пока программа предметной области «Технология» предполагает только изучение технологий обработки традиционных материалов (бумага, древесина, металл, ткань и др.), а такие вопросы, как основы автоматизации технологических процессов, изучение современного промышленного производства и оборудования, нанотехнологии, бережное отношение человека к окружающей среде, остаются за гранью этого школьного предмета. В свою очередь мы считаем, что в современных условиях информатизации и технологизации важно при выполнении практических работ формировать у учащихся представления о способах приобретения и использования мобильной, оперативной информации, формировать навыки обработки современной технологической информации, современных материалов с использованием компьютерной техники и перспективных технологий (нано-, лазерные технологии и т. д.). И эта педагогическая образовательная задача, а во многом и социальная, в настоящее время пока остается нерешенной.

Начинать подготовку специалистов в области современных, перспективных технологий целесообразно со школьной скамьи. Для этого предметная область «Технология» является той дисциплиной, которая включает в себя знания метапредметного

характера, позволяет решить научно-практические задачи, сформировать у школьников технологическую грамотность, компетентность, а также создать условия для профессионального самоопределения в условиях современного рынка труда. Но изучение основ нанотехнологии в школьной программе связано с рядом трудностей: 1) высокая сложность представляемой информации; 2) метапредметность нанотехнологии подразумевает наличие знаний из предметных областей физики, химии, биологии, математики, и в соответствии с этим у школьников должна быть сформирована мотивация к изучению дисциплин естественнонаучного цикла; 3) нехватка подготовленных педагогов, способных преподавать основы нанотехнологий; 4) высокая стоимость оборудования, отсутствие учебной литературы и методических разработок.

В этих ограниченных условиях школы следует обратить внимание на систему дополнительного образования. Отсутствие жестких стандартов, наличие разнообразных форм педагогического взаимодействия - все эти особенности учреждений дополнительного образования детей предоставляют большое экспериментальное поле для апробации нового содержания технологической подготовки школьников. На широкие возможности дополнительного образования указано и в новом федеральном стандарте школы. В нем, в целях обеспечения индивидуальных потребностей обучающихся, предусмотрено время на введение учебных курсов, обеспечивающих различные интересы учащихся, и на внеурочную деятельность [5]. Используя эти условия и возможности, авторы настоящей статьи ведут экспериментальную работу по новым актуальным направлениям дополнительной технологической подготовки школьников в домах и центрах детского творчества, эколого-биологических станциях в Кировской области.

Покажем, каким образом уже сегодня осуществляется образование школьников в сфере нано-технологий. Рассмотрим это на нескольких известных нам примерах. В своей статье О. А. Чикова и Е. Ю. Косов (Уральский государственный педагогический университет) предлагают внедрение нового направления технологической подготовки школьников начать с подготовки учителей. В области нано-технологических знаний могут быть использованы программы оперативной и гибкой подготовки студентов педагогических вузов. При этом в качестве критериев эффективности такой подготовки авторы выделяют следующие: востребованность педагогами новых нанотехнологических знаний, динамика роста использования полученных знаний в профильном технологическом обучении школьников, общий рост теоретической и методической компетентности учителей технологии. Большое значение авторы отводят дистанционной поддержке профильного обучения основам нанотехнологий, для организа-

ции «сетевого» обмена педагогическим опытом по проблемным вопросам между различными образовательными учреждениями [6].

В Кировской области работа в этом направлении ведется как со школьниками, так и параллельно осуществляется подготовка учителей к преподаванию новых тем. Площадкой для переподготовки учителей и организации научно-исследовательской деятельности школьников 9-11-х классов, является лицей г. Советска. В лицее имеется класс для изучения нанотехнологий, который оборудован сканирующими зондовыми микроскопами NanoEducator. Учащиеся лицея исследуют возможности биоиндикации наноразмерных сред методом сканирующей зондовой микроскопии. Кроме этого на базе образовательной площадки проводятся обучающие вебинары по теме «Образование для сферы нанотехнологий: современные вызовы междисциплинарного преподавания естественнонаучных предметов в школе». Помощь в организации экспериментальной работы осуществляют специалисты ВятГГУ. Для учителей и школьников проводятся научно-практические семинары по вопросам на-нотехнологии и обмена опытом по проведению исследований на наноуровне[7].

Более подробно в статье отразим авторский опыт реализации программы по изучению нанотехноло-гий в системе дополнительного образования. Педагогом Центра детского творчества с изучением прикладной экономики города Кирова Е. Н. Шига-ревой разработана программа дополнительного образования школьников для учащихся 3-4-х классов «Удивительный мир нано», рассчитанная на 36 часов. Занятия проводятся в Центре детского творчества с изучением прикладной экономики города Кирова в рамках инновационного научно-исследовательского проекта, разработанного педагогическим коллективом Центра детского творчества по теме «Сетевые технологии в развитии информационной образовательной среды дополнительного образования детей». Программа направлена на знакомство школьников с основами нанотехнологий, направлениями развития данной сферы деятельности людей, а также на изучение влияния развития современных технологий на экосистему. Для углубления знаний, умений и развития познавательной активности школьников разработаны задания, основанные на использовании интернет-ресурсов, поисковых систем и возможностей сетевых технологий. Также предусмотрено посещение специализированной нанолаборатории в ВятГГУ. Основной формой обучения является учебно-практическая деятельность с элементами игры. Так, например, при изучении темы «Увидеть невидимое» на основе анализа работы оптических и цифровых микроскопов учитель объясняет принцип работы сканирующего зондового микроскопа (СЗМ). Для наглядного представления работы СЗМ учитель пред-

лагает одному из воспитанников с закрытыми глазами, на ощупь, дать характеристику предмета, который ему предоставят для «исследования». В ходе выполнения задания школьник дает следующие характеристики: форма предмета, характер поверхности, материал (пластик, дерево, металл и т. д.). Учитель подводит итог, что именно на принципе «ощупывания» поверхности, а не увеличения ее (как в традиционном микроскопе) построен принцип работы СЗМ. На следующем занятии воспитанники посещают лабораторию нанохимии и на-нотехнологии (ВятГГУ), где им демонстрируют СЗМ, оборудование, необходимое для его работы, несколько готовых исследовательских проектов. С помощью студентов химического факультета воспитанники объединения выполняют практическую работу, направленную на исследование поверхности предмета из окружающего мира. В качестве объекта для исследования берут CD-диск, вырезают из него сегмент и помещают в СЗМ. Через некоторое время на экране монитора учащимся представляют скан поверхности диска в двух- и трехмерном изображениях. Таким образом, методом сравнения воспитанники анализируют принципы работы оптических, цифровых и сканирующих микроскопов, а также происходит формирование знаний и практических умений по проведению исследований на наноуровне.

Подобным образом в лаборатории нанохимии и нанотехнологии химического факультета Вятского государственного гуманитарного университета организована практическая работа по изучению технологии нанолитографии. На данную тему отводится 4 часа. На первом занятии учащиеся знакомятся с понятиями «литография» и «нанолитография», а затем предлагается выполнить небольшие рисунки (например, логотип школы, свое имя в графическом изображении и т. д.). Рисунки могут быть выполнены от руки в черно-белом изображении или с использованием графического редактора Paint. На втором занятии с помощью СЗМ рисунок переносится на подложку (это может быть кремниевая пластина). Данный рисунок школьники видят на экране монитора. Описанная работа имеет большое практическое значение для школьников, так как принцип нанолитографии используется при изготовлении интегральных электронных схем различных приборов.

Экспериментальная проверка разработанной методики осуществляется с 2010 года. В эксперименте приняло участие 50 воспитанников Центра детского творчества. Апробация отдельных элементов методики осуществляется на различных мероприятиях. Так, например: 2011 год, городской конкурс «КОМПОТ», около 60 участников в возрасте 13-14 лет; 2012 год, лагерь «Дебаты», 60 учащихся школ, колледжей и лицеев г. Кирова в возрасте от 14 до 18 лет.

Изучение вопросов нанотехнологий является новым направлением технологической подготовки школьников, и в настоящее время только появляются учебники и программы элективных курсов. Мы обратили свое внимание на следующие: К. Ю. Богданов «Что могут нанотехнологии», для старшего школьного возраста; В. В. Еремин, А. А. Дроздов «Нанохимия и нанотехнология», для учащихся 10-11-х классов; Р. А. Зиновкин «Нанотехнологии в биологии», для 10-11-х классов [8]. Кроме того, разработаны специализированные сайты для учителей и школьников, которые предоставляют оперативную информацию в сфере нанотехнологий: www. kbogdanov5. narod. ru., www. nanonewsnet. ru, www.nanometer.ru.

Наряду с изучением нанотехнологий, считаем, обновление технологического образования должно осуществляться и за счет изучения вопросов экологии современного производства. На это в своих многочисленных публикациях указывает и профессор МПГУ Ю. Л. Хотунцев. Для преподавания вопросов экологии производства им специально подготовлено учебное пособие «Человек, технологии, окружающая среда» (М., 2001). В рамках основного и дополнительного технологического образования школьников предлагается изучать следующие вопросы: биологические основы экологии; глобальные проблемы человечества; энергетика и экология; природоохранная деятельность; экологическое мышление и экологическая мораль и др. [9].

Значение экологического воспитания школьников, формирование у школьников чувства ответственности за последствия экологических катастроф во многом осознают и преподаватели химического факультета ВятГГУ. В последние годы в этом направлении ими сделано немало. В частности, в учреждениях образования Кировской области с 1996 года реализуется Целевая комплексная программа непрерывного экологического образования. Программа охватывает дошкольное звено, начальную, основную и полные (средние) школы, учреждения начальной и средней профессиональной школы, высшие учебные заведения и систему дополнительного образования. Программа непрерывного экологического образования получила поддержку при разработке и принятии в 2004 году правительством Кировской области областной целевой программы «Экология и природные ресурсы Кировской области (2004-2010)» и в рамках её подпрограммы «Экологическая культура населения». В рамках реализации данной программы в 2010 году была продолжена работа по разработке проекта закона Кировской области «Об экологической культуре населения».

В течение 15 лет в учреждениях образования Кировской области реализуется областная программа «Школьный экологический мониторинг» (ШЭМ). Школьный экологический мониторинг является со-

ставной частью системы экологического образования, предназначенной для формирования экологических знаний, умений, навыков и мировоззрения на базе практической деятельности, включающей программные наблюдения за состоянием окружающей среды своей местности. Ежегодно итоги исследовательской деятельности учащихся учреждений образования по областной программе «Школьный экологический мониторинг» подводятся на областной научно-практической конференции школьников «Человек. Природа», проводимой на базе Кировского областного эколого-биологического центра школьников. Основная практическая, научно-исследовательская работа по экологическому воспитанию школьников осуществляется на базе ГОУ ДПО «Кировский институт повышения квалификации и переподготовки работников образования», лаборатории биомониторинга ВятГГУ, МОУ «Лицей города Советска», образовательных учреждений Омут-нинского, Вятскополянского, Малмыжского, Подо-синовского районов Кировской области.

Для обеспечения учебного процесса, внеклассной работы по экологии производства и окружающей среды учёными лаборатории биомониторинга, преподавателями кафедры экологии, химии, географии ВятГГУ за период 1996-2010 годы подготовлено и издано 19 учебно-методических пособий и монографий. В 2010 году было переиздано учебное пособие «Информационные технологии в обучении» под редакцией Ю. В. Семенова, старшего преподавателя, руководителя лаборатории учителей естественнонаучного цикла КИПК и ПРО. Издано на электронных носителях учебное пособие для студентов «Региональная экология» под редакцией канд. биол. наук, доцента, зав. кафедрой экологии ВятГГУ Л. В. Кондаковой.

В 2010 году по научному направлению «Научные аспекты организации дистанционного повышения квалификации учителей экологии и естествознания» велась работа в учреждениях образования Кировской области и представляла собой единый процесс, связанный с дальнейшим научным осмыслением педагогических и андрагогичес-ких подходов к процессу использования дистанционных технологий в повышении квалификации учителей. Решение проблемы развития дистанционных форм обучения учащихся сельских школ рассматривается в регионе через призму готовности педагогов к реализации дистанционного обучения учащихся. Однако готовность педагогов во многом определяется их прохождением через систему дистанционного повышения квалификации по экологии, т. е. формированием и развитием специальных профессиональных компетентностей. В силу данного обстоятельства, в ближайшее время работа химического факультета ВятГГУ должна быть сосредоточена на разработке данного научного направления.

А. Н. Богатырев, Г. Н. Некрасова, Н. С. Александрова. Междисциплинарные задания.

Представленный в статье региональный опыт демонстрирует возможности обновления технологического образования школьников, указывает на необходимость введения новых актуальных разделов и тем в программы обучения и воспитания современной молодежи. В заключение следует отметить, что в дальнейшем предстоит реализовать следующие задачи: 1) усилить работу в методическом и методологическом направлениях в рамках принятого нового стандарта как школ, так и высших учебных заведений; 2) освоить инновационные технологии средств и методов обучения и организовать курсы повышения квалификации преподавателей по вопросам современного производства и нанотехнологий; 3) разработать учебно-методические пособия для учащихся начального образования и среднего (полного) общего образования 10-11-х классов по экологии и современному производству (нанотехнологии) для учебной и внеурочной деятельности; 4) создать единую образовательную среду взаимодействия учреждений высшего профессионального образования, средней школы, системы дополнительного образования и центров повышения квалификации и переподготовки учителей, в том числе используя возможности сетевого взаимодействия; 5) развивать межрегиональное и международное сотрудничество в области экологического и технологического образования педагогов и школьников; 6) расширять направления сотрудничества с природоохранными службами как на региональном, так и межрегиональном уровне по вопросам экологического, технологического просвещения, образования и культуры населения.

Примечания

1. Некрасова Г. Н., Янова Е. А. О необходимости включения в технологическую подготовку школьников вопросов об автоматизации технологических процессов // Совершенствование технологической подготовки и художественного образования в школе и вузе: сб. науч.-метод. тр. Киров: Изд-во ВятГГУ, 2009. С. 60-61.

2. Примерные программы по учебным предметам. Технология. 5-9 классы: проект. 2-е изд. М.: Просвещение, 2011. С. 61, 87.

3. Сасова И. А. Образовательные стандарты второго поколения и новые учебники технологии // Школа и производство. 2011. № 3. С. 3.

4. Там же. С. 7.

5. Приказ Минобрнауки России от 6 октября 2009 г., № 373 «Об утверждении и введении в действие федерального государственного образовательного стандарта начального общего образования». URL: http://www. garant. ru/products/ipo/ prime/doc/97127/

6. Чикова О. А, Косов Е. Ю. Организация подготовки учителей технологии к обучению школьников основам нанотехнологий // Технолого-эко-

номическое образование: достижения, инновации, перспективы: межвуз. сб. ст. XII междунар. науч.-практ. конф. Тула: Изд-во Тул. гос. пед. ун-та им. Л. Н. Толстого, 2011. Т. 1. С. 190-192.

7. Данилов Д. Н, Семенов В. С, Шигарева Е. Н. Образование в сфере нанотехнологий: опыт Вятского государственного гуманитарного университета // Российские нанотехнологии. 2012. № 1-2. С. 16.

8. Богданов К. Ю. Что могут нанотехнологии? М.: Просвещение, 2009. 96 с.; Еремин В. В., Дроздов А. А. Нанохимия и нанотехнологии. 10-11 классы. Профильное обучение: учеб. пособие. М.: Дрофа, 2009. (Элективные курсы); Зиновкин Р. А. Нанотехнологии в биологии. 10-11 кл.: учеб. пособие. М.: Дрофа, 2010. (Элективные курсы).

9. Хотунцев Ю. Л. Человек, технологии, окружающая среда // Библиотека журнала «Экология и жизнь». М.: Устойчивый мир, 2001.

УДК 378.147

А. Н. Богатырев, Г. Н. Некрасова, Н. С. Александрова

междисциплинарные задания

как среДство интеграции в системе подготовки учителей технологии

В статье предложена общая схема интеграции предметной и информационной подготовки будущих специалистов на примере модели простого междисциплинарного задания, основанного на сочетании двух дисциплин. Представленная модель является общей и может быть реализована в процессе подготовки студентов различных вузов и специальностей.

The paper proposes a general scheme for the integration of subject and information training future professionals on the model of a simple multi-disciplinary task, based on a combination of the two disciplines. The model presented is general and can be implemented in the preparation of students from various universities and disciplines.

Ключевые слова: междисциплинарные задания, подготовка учителей технологии, интеграция дисциплин.

Keywords: interdisciplinary assignments, teacher training technology, the integration of disciplines.

Политехнический аспект проблемы междисциплинарных связей (МДС) получил широкое развитие в современных исследованиях, особенно в области профессионально-технического образования и в процессе подготовки учителей технологии

© Богатырев А. Н., Некрасова Г. Н., Александрова Н. С., 2012