Эффективные практики организации исследовательской и проектной деятельности обучающихся

ЭФФЕКТИВНЫЕ ПРАКТИКИ ОРГАНИЗАЦИИ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ И ПРЕКТНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОБУЧАЮЩИХСЯ           По мнению В. В. Путина,  лидерами глобального развития сегодня становятся те страны, которые способны создавать прорывные технологии и на их основе формировать собственную мощную производственную базу. Качество инженерных кадров становится одним из ключевых факторов   конкурентоспособности   государства.     Система   образования   в   целом   и технического  в частности должна быть нацелена на подготовку инженеров, чья квалификация отвечает потребностям предприятий.   В этой связи УКАЗом   от 6 октября 2014 года N 453­УГ – в Свердловской области стартовала комплексная программа "Уральская инженерная школа". Проект   «Екатеринбургская   инженерная   школа»   является   преемственным   с   комплексной программой   «Уральская   инженерная   школа».  Идея   городского   проекта   заключается   в построении   системы   непрерывного   технического   образования,   включающей   уровни дошкольного   и   общего   образования,   среднего   и   высшего   профессионального   образования, дополнительного   образования,   и   реализующейся   в   условиях   сетевого   взаимодействия   с организациями бизнеса и промышленности, органами исполнительной власти города.  Инженер –   это   профессионал   высокого   уровня,   который   не только   обеспечивает работу сложнейшего оборудования, но, по сути, и формирует окружающую действительность.   организации образовательного   процесса   эффективными   практиками   исследовательской   и   проектной деятельности обучающихся.  Формирование   инженерных   компетенций   невозможно   без       Авторский     опыт   организации   исследовательской   и   проектной   деятельности обучающихся по формированию инженерных компетенций на этапе реализации «пилотного» этапа   проекта   «Уральская   инженерная     школа»  возможностями   предметов естественнонаучного цикла может быть представлен  в нескольких направлениях.             Организация участия обучающихся в соревнованиях и конкурсах технического творчества: 1.    «Инженер леса XXI века», УГЛТУ «Горнопромышленная декада», УГГУ  УрФУ  Драйв»,    «Тест –       .      С декабря 2015 года по март 2016 года УрФУ  впервые  проводит  акцию «Интернет­ Тест­драйв в Уральском федеральном»!  Во время этой уникальной  акции у  учащихся 10­ 11­х классов, выпускников техникумов и колледжей, студентов первых курсов  университетов, участников отборочного этапа очного «Тест­драйва» будет возможность  не только «попробовать на вкус» современные образовательные технологии, но и узнать,  чему учат в реальном университете, почувствовать себя специалистом и окончательно  определиться с выбором профессии.                «Интернет­Тест­драйв» ­ это, прежде всего, командное проектное обучение, в  процессе которого  участники  смогут  раскрыть свои способности, выполняя  коллективный проект под руководством ведущих преподавателей УрФУ по  одному  из  направлений: ­гуманитарное –  проект «Cult–драйв»: создание  печатного продукта, который сделает  ваш  родной край более известным. ­инженерно­техническое – проект «Технодрайв»: подготовка  к производству нового   продукта и продвижение  его на рынке. ­робототехника – проект «Нi­tech­драйв»:  создание  программы автономного  управления беспилотным коптером. ­строительство и инвестирование – проект «Стройинвест­драйв»: создание  модели   социально значимого объекта для родного региона, анализ рынка недвижимости и расчет   эффективности  инвестиций. ­математико­информационное – проект «Mobile­драйв»: разработка действующего  мобильного приложения. ­естественнонаучное – проект «Nature­драйв»:  погружение  в увлекательный квест,  умение  применять законы природы в жизни, что приведет к победе.   ­технико­информационное – проект «WEB­драйв»: создание  своего сайта и  размещение  его в Интернете.  ­управленческое – проект «HR­драйв»:  работа   команды  единомышленников  по     разработке   прибыльного  бизнес­проекта.         Условия всех проектов максимально приближены к реальной профессиональной  деятельности в каждой сфере. Три лучшие команды по каждому направлению стали   победителями и призерами.  Команда МАОУ СОШ 200 стала призером (2 место)  по  направлению  «Стройинвест­драйв», получила приглашение и участвовала вместе с  другими командами призерами и победителями  в «Дне знакомства с Уральским  Федеральным Университетом».     Городской турнир школьников по химии,     УрФУ.    Городской   химический   турнир   школьников   (ГХТШ)  — это   командно­личное   соревнование среди учеников старших классов (с 8 по 11) по решению химических кейсов —   задач   из   области   химической   науки   и   технологии,   заведомо   не   имеющих   точного решения.  Организатором Турнира является физико – технологический институт  УрФУ. Решения химических задач, полученных в ходе заочного турнира (который состоялся в октябре 2015 года), участники   представили   в виде презентаций и обсудили   друг с другом   в   ходе   научной   полемики.   За   игрой     наблюдало       компетентное   жюри   из   24 экспертов,   в   числе   которых   преподаватели   высшей   школы,   молодые   ученые   и приглашенные   представители   химических   и   инновационных   предприятий.   По   итогам Турнира   (по   сумме   набранных   за   два   этапа   баллов)     определены   3   команды­ победительницы. Участник турнира или команда  приглашаются  к участию в очном туре Всероссийского   химического   турнира   школьников   (ВХТШ).   Команда,   занявшая   в Городском   химическом   турнире   школьников   первое   место,   приглашается   к  участию   в очном туре Всероссийского химического турнира школьников вне конкурса.   Впервые в 2015­2016 учебном году две команды из числа учащихся 10­х классов МАОУ СОШ 200 принимали участие в химическом турнире, одна из команд вышла в очный тур, заняла пятое место из 31 участвующих в Турнире команд. Участники получили опыт решения задач, требующих исследовательских и проектных навыков, работы в команде, публичного выступления.     «Я   изобретатель»,     УрГУПС   (Уральский   государственный   университет   путей сообщения) «Изобретатель XXI века» (городской, областной туры). «Лабдиск»  «L – micro» 2. Создание условий для   формирования и развития навыков исследовательской и проектной   деятельности   по   предметам   естественнонаучного   цикла   обеспечено материально – технической базой:    Цифровые лаборатории «Архимед»     Автоматизированный класс междисциплинарного обучения «NanoEducator»      Уникальным в своем сегменте  оборудованием является автоматизированный класс междисциплинарного   обучения  NanoEducator,     эксплуатация   которого     позволяет обеспечить    подготовку обучающихся 8­11 классов по основным разделам школьной программы     естественнонаучного цикла   (физика, химия и биология),   а так же по основам нанотехнологий.     Отличительные     особенности     сканирующего зондового микроскопа  NanoEducator:   простота   в   обращении;   отсутствие   сложных   настроек   и юстировок; использование видеокамеры для визуального контроля состояния зонда; недорогой   и   многократно   восстанавливаемый   зонд;   дружественный     программный интерфейс   в  Apple  Mac  OS  X  10.5  Leopard;   подключение   электронного   блока   к компьютеру   через  USB  порт;   многозадачность,   обеспечивающая   возможность пользования компьютером одновременно с работой прибора; комплектация прибора необходимыми   для   учебного   процесса   тест­объектами.       Сканирующий     зондовый микроскоп  NanoEducator  позволяет   реализовать   различные   методы   измерений туннельной и «полуконтактной» атомно­силовой микроскопии и может использоваться не только в учебных, но и в научных целях при исследованиях в области физики и технологии   микро­   и   наноструктур,   материаловедения,   катализа,   физики   и   химии полимеров, трибологии, цитологии и т.п.           Учащиеся, прошедшие курс обучения работе   на   современных   нанотехнологических   комплексах,   получают   навыки экспериментальной   исследовательской   деятельности   в   области   нанотехнологий   для успешного   продолжения   обучения   в   ВУЗах,   в   учебных   планах   которых   уже   есть спецкурсы по нанотехнологиям и наноматериалам. 3. Создание   условий   для   качественного   овладения   обучающимися   знаниями   по предметам  естественнонаучного   цикла  обеспеченно  программами  элективных  курсов  (наш опыт ведения таких курсов):  «Введение в нанотехнологии»    с   основными   понятиями,     Мы используем  в образовательном процессе авторскую  программу  элективного курса для   обучающихся   8­10   классов   «Введение   в   нанотехнологии»,       задачами   которого являются:  показать междисциплинарный характер   нанотехнологии ­ нового направления науки,   его   возможности   и   перспективы   для   реализации   потребностей   человека; познакомить   направлениями   нанотехнологий, наноинструментами,  достижениями отечественных  и зарубежных ученых; способствовать развитию   творческих   способностей,   интеллектуальной   компетенции,   формированию познавательного интереса к естественнонаучным дисциплинам (химия, физика, биология), и,   как  следствие,   профессиональному  самоопределению  в  первую   очередь  инженерной направленности;   совершенствовать   навыки   работы     с   различными   источниками информации, в том числе в сети Интернет, умения представлять результат.   Программа была представлена на Всероссийском конкурсе педагогов «Образовательный потенциал России»   в   2012   году;   автор   признан   абсолютным   победителем   конкурса   и   награжден Грамотой Президента Российской академии образования.  В настоящее время программа элективного   курса   «Введение   в   нанотехнологии»   автором   корректируется   в   части наполнения практическими работами из серии «Простые эксперименты», что позволит при помощи объектов макромира подтвердить    определенные закономерности наномира. В таблице 1 представлено учебно­тематическое планирование   модуля «Наноазбука» для учащихся 8 класса. Таблица 1. Учебно ­ тематическое планирование модуля  «Наноазбука»  (8 класс) № п/п Наименование раздела, темы урока Общее количество часов В том числе Теоретич. занятия Практич. занятия 1 1 2 2 2 2 2 1 2 1 1 17 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 6 «Сверху вниз» и «снизу вверх» 1. Наномасштаб 2. Таинственные частицы 3­4. Чудеса нанотехнологий 5­6. Открытие фуллерена 7­8. 9­10. Умные материалы 11­ «Папа всех бомб» 12. 13. 14­ 15. 16. 17. В космос на лифте Стражи здоровья Взгляд за горизонт Защита проектов Итого по курсу     «Материалы и их свойства» «Методы химических исследований» «Аналитическая биохимия» «Решение расчетных задач повышенного уровня сложности в курсе химии средней школы». 4. Профессиональная   ориентация   школьников, направленная на привлечение к обучению инженерным специальностям.  Проект «Единая промышленная карта»     Образовательная  программа для школьников «Единая промышленная карта» направлена  на раннюю профессиональную ориентацию школьников в рамках программы «Уральская  Инженерная Школа». Задачей  проекта  является организация  цикла  образовательных  экскурсий на различные промышленные предприятия Свердловской области для детей с 1 по  11 класс, что позволит  сформировать  у школьников целостное представление о географии,  возможностях и ресурсах региона, а также сформировать интерес к работе на производстве и  в реальном секторе экономики. Проект «Единая промышленная карта региона» проходит при  поддержке Администрации Губернатора Свердловской области, Всероссийского  педагогического собрания, Министерства промышленности и науки Свердловской области. В  рамках проекта «Единая промышленная карта региона» детям предложена экскурсионная  программа, рассчитанная на 3­4 посещения в год различных промышленных предприятий  Свердловской области с 1 по 11 класс и ведение единой рабочей тетради в бумажном и  электронном виде.       Сопоставление требований к уровню подготовки выпускников полной средней школы при изучении химии и предложенных экскурсий на промышленные предприятия   Свердловской области   в   рамках   проекта   «Единая   промышленная   карта   »   позволили   автору     составить «Карту   экскурсий»   для   учащихся   7­11­х   классов   при   изучении   химии   в   средней   школе. Результатом  экскурсии является ведение «Карты посещения предприятия», написание эссе, проект (предложено на выбор учащимся).   «Карта экскурсий  для учащихся 10 класса» Таблица 2. Тема курса химии Углеводы  Наименование предприятия  ООО Кондитерская  фабрика «Конфи» Жиры  Спирты  ООО «Десерт» ОАО «Жировой  комбинат» ОАО «Свердловский завод безалкогольных напитков  «Тонус» Филиал ООО «ПепсиКо  Холдингс» Биологически   активные соединения ЗАО «Березовский фармацевтический завод»   ОАО   «Екатеринбургская фармацевтическая фабрика» ОАО «Уралбиофарм» Адрес  Телефон  620100, г.  Екатеринбург, Сибирский  тракт, 19 620137 г.  Екатеринбург,  ул. Космонавтов, 18, корп. 53 620085,  г. Екатеринбург,  ул. Титова, 27 620026,  г.   Екатеринбург, ул. Розы Люксембург, 62   620017,  г. Екатеринбург, пр. Космонавтов, д.13 (343) 311­24­ 51 (343) 311­20­ 00 (343)  210­66­ 03 (343) 251­62­ 12 (343) 365­90­ 63   Кольцевая, 623704   г.Берёзовский, ул. 13 620100 г.   Екатеринбург, Сибирский тракт, 49 620026,  г.   Екатеринбург ул. Куйбышева,60 (343)   378­97­ 01 (343)   254­65­ 18 (343)   254­01­ 93 Углеводороды.  ОАО «Линде Уралтехгаз»   Высокомолекулярные соединения. Каучуки. ОАО «Стройпластполимер» ЗАО «Уралэластотехника» ЗАО   «Уральский   завод эластомерных уплотнений» ЗАО «Уралпластик­Н» (343)   235­50­ 50 (343)   256­94­ 61 (343)   256­29­ 29 (343)   228­00­ 27 (343)   311­95­ 95 620134  г.   Екатеринбург, ул. Монтажников, 3 620024,  г.   Екатеринбург, ул.   Бисертская, 1 620085  г.   Екатеринбург, ул.   Монтерская, 7 620087, г.Екатеринбург, ул.Благодатская, д.76. 624000, Арамиль, Клубная, 25   г.   ул.  Проект   «Парки   науки».   Два   уникальных   интерактивных   музея   науки   – NEWTON  PARK,  NEWTON  BIO­   открывают   тайны   мироздания,   научные законы   и   принципы   в   форме   непосредственного   «общения»   с   необычными приборами,   устройствами   и   механизмами.   При   этом   ученики   не   просто получают яркие эмоциональные переживания от внешнего шоу – эффекта,  но разбираются в причинах явления, его научной основе. Программа посещения может быть разнообразной: экскурсия, лаборатория, открытый урок, квест. По итогам посещения обучающимся предлагается написать эссе на тему «Что я открыл для себя нового в парке науки».  Профориентационный научно – познавательный марафон ««Инженер леса XXI века», УГЛТУ (Уральский государственный лесотехнический университет)  Научный   лекторий   ИЕН   УрФУ   (Институт   естественных   наук   Уральского федерального университета)  Дни открытых дверей ВУЗов города  Лабораторный практикум по химии в ИЕН УрФУ  Практикум   по   сканирующей   зондовой   микроскопии   на   базе   Центра коллективного пользования УрФУ        В рамках Соглашения о совместном сотрудничестве с Институтом Естественных Наук УрФУ     с 2012 года на   базе Центра коллективного пользования       обучающиеся класса с углубленным изучением химии  МАОУ СОШ №200 проходят   практикум по сканирующей зондовой   микроскопии.     Погружение   в   атмосферу   студенческой   жизни,   возможность проводить   исследования   на   уникальном   оборудовании   под   руководством   студентов, аспирантов,   профессорско­преподавательского     состава   УрФУ     способствуют   не   только развитию   исследовательской   компетентности   обучающихся,   но   и   выстраиванию   их индивидуальной   образовательной  траектории  в  контексте  дальнейшего   профессионального самоопределения.   О практической  направленности  практикума  свидетельствует   тематика занятий: 1. Получение первого СЗМ   изображения. Обработка и представление результатов эксперимента. 2.Сканирующая зондовая литография.  3. Артефакты в сканирующей зондовой микроскопии. Изготовление зондов для СЗМ «Наноэдюкатор». 4. Исследование поверхностей твердых тел методом атомно силовой микроскопии: фазовый контраст, силовая микроскопия, спектроскопия. 5. Исследование поверхности твердых тел методом сканирующей туннельной микроскопии.   6.   Применение   сканирующего   зондового   микроскопа   для   исследования биологических объектов.   Проект «Зелёная химия», ИЕН УрФУ 5. Опыт   презентации   проектных   и   исследовательских   работ   на   уроках   и интеллектуальных Форумах различных уровней.  Автором   реализуется   «Система   проектной   деятельности   при   изучении   химии   в средней школе».  Таблица 3. Тематика учебно­творческих проектов по курсу общей  и неорганической химии для учащихся Тема проекта Основополагающий  вопрос Предмет химии Что изучает химия? Темы исследований для учащихся 1. Живем в окружении химических  веществ. 2. События в мире веществ – химические  реакции. 3. Малютки – молекулы и неделимые  атомы. Периодичность в  основе всего? 1. Три на «­он»: электрон, протон,  нейтрон. Строение атома.  Периодический закон  и периодическая  система химических  элементов Д. И.  Менделеева. Химическая связь.  Строение вещества. Есть ли габариты у  мадам молекулы? Кислород. Водород.  ОВР. Есть – ли самые  главные вещества? Классы  неорганических  веществ Есть – ли в классе  вещества? 2. Изотопы – «­изо»­продукция природы. 3. Как вас теперь называть господа  изотопы? 4. Какие модели атома в моде? 5. Электроны летали внутри орбитали. 6. Энергетические этажи и электронные  квартиры – где это? 1. Как электроны «ковали» ковалентную  связь. 2. «Полярники» в мире молекул. 3. Ионная связь для кого традиционна? 4. Могут ли вещества быть за решеткой? 1. Папа водород и дочка вода. 2. Кто они – охотники за электронами? 3. Без какого газа невозможно дыхание и  горение? 1. Оксиды – дети «оксигена». 2. Почему кислоты кислы? 3. Зачем нужны индикаторы? 4. Соли – соленые, горькие, сладкие,  прочие. 5. Как ионы водят хоровод? Типы химических  реакций Вместе или порознь? Закономерности  протекания  химических реакций Писаны – ли законы  для химических  реакций? 6. У кого два лица? 1. Битва металла с неметаллом. 2. В воде или в кислоте? 3. Металлы – соперники. Кто – кого? 4. Кто симпатичен основаниям? 5. Кому опасны кислоты? 6. Соль плюс соль равняется – чему? 7. Что такое гидролиз? 1. Куда же все они идут? 2. Химические альпинисты – кто они? 3. Что за механизм у реакции внутри? 4. Что определяют молекулярные гонки? 5. Если химия на лыжах, то, как удержать равновесие? 6. Можно ­ ли запланировать сдвиг  реакции в прямом или обратном  направлении? Элементы VII­А  группы и их  соединения Элементы VI­А  группы и их  соединения Галогены – кто они  такие? 1. Большая – ли семья у зеленого хлора? 2. «Солянка», но не суп, или  «Здравствуйте, Водород Хлоридович!» 3. Так ­ ли уж проста обыкновенная  поваренная соль? Что такое халькогены? 1. Сера вредна или полезна? Элементы V­А группы и их соединения Почему их называют  «Безжизненными»? Элементы IV­А  группы и их  соединения Кто прячется под  знаком углерода? 2. Какая кислота является главной в  промышленной химии? 3. Почему ароматы бывают  убийственными? 1. Как трижды открывали азот. 2. Аммиак – богач или бедняк? 3. Нитраты – «селитры», их «дух»­ кислота. 4. Есть – ли потомки у светоносного  элемента. 5. Зачем нужны удобрения? 1. Почему углекислый и «угарный» газы  портят воздух? 2. Чему равняется углерод плюс  водород? 3. Когда углерод бывает живой и  неживой? 4. От чего сладкий сахар стал несладкий? 5. Что такое жизнь? 6. Какой элемент главный на стройке? Металлы Какие мастера есть в  работящей  металлической  команде? 1. Что значит металлургическая  цивилизация? 2. Всегда – ли прав сплав? 3. Когда вода становится жесткой? 4. какой век называют железным? 5. Как из глины получают «серебро»? Химия вокруг нас Безопасна – ли химия? 1. Самые простые из лекарств или какой  минимум должен быть в домашней  аптечке? 2. Быт или не быт? 3. Что такое химическое чародейство?        Вместе с обучающимися  автор имеет опыт представления исследовательских работ и проектов на интеллектуальных Форумах:  «Хочу стать академиком» «Открой себя миру» «Зажги свою звезду»       Региональная НПК им.   НПК   для   школьников,   проводимых     ВУЗами:   УрФУ,   УрГУПС,   УГГУ,   УГЛТУ,  С.С.Шварца  УрГПУ, МАИ  Всероссийские конкурсы НС "Интеграция"  Программы МАН «Интеллект будущего»       Так, например, конкурс  TERRA  EXPERIMENTUM   предполагает выполнение не только теоретической   части   (ответы   на   вопросы),   но   и     проведение   экспериментов,   которые подобраны таким образом, что их можно проводить не только в школе, но и дома. Задания составлены в соответствии с требованиями ФГОС.   Они развивают УУД,   учат работать не только   с   текстовой,   но   и   графической   информацией,   дают   возможность   посмотреть   на явления и процессы с различных точек зрения – от физики, химии и биологии до литературы и искусства.     Работа   с   такими   заданиями   дает   обучающимся   возможность   сформировать целостную   картину   мира   и   показывает,   что   научные   знания   необходимы   для   жизни,   а   не только   для   пятерки     в   дневнике.     Исследовательская   часть   конкурса   формирует   умение проводить   эксперименты,   оформлять   и   представлять   результаты исследования.     Участие в конкурсе  TERRA  EXPERIMENTUM   позволяет при дополнении превратить любое конкурсное задание в проектную или учебно­исследовательскую работу. Наиболее «яркие» работы представлены в таблице 4.   анализировать, Г 2 2 год 2013 2014 Таблица 4. Участие обучающихся в интеллектуальных конкурсах Название   конкурса, уровень Всероссийский конкурс   исследовательских работ   учащихся   и   студентов «Юность.  Наука.  Культура» Тема проекта, класс Результат «Исследование поверхности   твердых   тел методом сканирующей зондовой   микроскопии»,   10 класс.   Диплом   лауреата  I степени Российский   конкурс   – «Обычная   стирка   – Диплом   лауреата  I олимпиада «Эврикум»,  Проект «Экспериментальные олимпиады» история и химия», 6 класс «Мыло   и   мыльные пузыри», 6 класс «Какие науки спрятались   в   борще»,   10 класс   степени Диплом   лауреата IIстепени Диплом   лауреата  II степени 2 2 2015 2015   Золотой фонд Российского   образования. Всероссийский конкурс «Планета творчества»   Городской   школьников по химии. турнир Диплом   победителя I степени Диплом   победителя I степени Дипломы участников очного этапа  (рейтинг 5 из 31) «Лаборатория   кухне.  Молоко», 6 класс. на «Удивительные свойства   снега   и   льда»,   6 класс. «Хурма», 10 класс «Перстень императора», 10 класс «Вторая попытка», 10 класс класс «Антидуриан»,   10 «Cappuccino  Coast», 10 класс Таким   образом,   из   выше   изложенного   можно   сделать   вывод:   обучение   в   режиме исследовательской и проектной деятельности позволяет развивать у учащихся  способность  к инновационной творческой деятельности, формировать   компетенции,     характерные   для инженерии будущего:  Опора на новейшие достижения в различных областях науки;  Практическое использование новых знаний и навыков в процессе модульного конструирования и проектирования;  Умение   работать   во   временных   разновозрастных   творческих   коллективах совместно со специалистами различных направлений;  Самостоятельный   информационный   поиск   для   получения   необходимых   или недостающих сведений и знаний.