Презентация_Жучков

Технологическое образование в школе:
традиции и инновации
Жучков Владимир Михайлович, профессор
кафедры производственных и дизайнерских
технологий Российского государственного
педагогического университета им.
А.И.Герцена, доктор педагогических наук,
профессор
ИНДУСТРИАЛЬНЫЕ РЕВОЛЮЦИИ.СМЕНА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УКЛАДОВ
ИНДУСТРИАЛЬНЫЕ РЕВОЛЮЦИИ
Текстильная фабрика, энергия воды – XYII - XIX в.
Сталь, автомобили, электричество – XIX - XX в.
Автоматизация, электроника
– XX в.
Распределенное производство,
умные сети и т.д.
– XXI в.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ УКЛАДЫ (развитие ключевых факторов)
1. Текстильные машины (1770-1830) – фабрики
2. Паровой двигатель, станки (1830-1880) – концентрация производства
3. Электродвигатель (1880-1930) – стандартизация, повышение
гибкости
4. ДВС, нефтехимия (1930-1970) – массовое, серийное производство
5. Компьютеры, микроэлектроника (1910-2010) – телеком,
индивидуализация потребностей
6. NBIC: нано, био, инфо, когни (2010-…) – энергоемкость, инжиниринг
материи
7. …….
СПОСОБЫ ПРОИЗВОДСТВА
Субтрактивный
Аддитивный
Формирующий
 Субтрактивный — постепенное удаление материала
(фрезерование, точение, электроэрозионная обработка)
 Аддитивный — постепенное добавление материала и
наращивание до придания необходимой формы
 Формирующий — изменение формы механическим
воздействие (гибка, ковка, штамповка)
ЦИФРОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО 1-ГО ПОКОЛЕНИЯ
 интеграция цифровых систем
управления и традиционного
оборудования, основанного на
удалении лишнего материала
(субстрактивное производство)
 числовое управление (ЧПУ)
движением режущего и абразивного
инструмента, лазерного луча,
плазменной струи, эрозионного
Субстрактивное производство:
 убираем лишнее
электрода
 компьютер соединяем со
станком (1952, MIT)
Невозможность получения детали с замкнутой (или хотя бы
значительно перекрытой) внутренней полостью – компоненты
нужно изготавливать отдельно, а потом объединять их тем или
иным методом.
АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Принцип: послойное воспроизводство
трехмерной геометрии в виде
последовательности плоских слоев
одинаковой толщины
Преимущество: не бесконечная
сложность воспроизводимой геометрии,
а бесконечная простота, с которой эта
сложность преодолевается
Аддитивное производство:
Основа: цифровое описание
добавляем нужное. Чак Халлом,
воспроизводимого объекта в виде
лазерная стереолитография,
трехмерной компьютерной модели
1986
При работе с установкой аддитивного производства отпадают
следующие этапы разработки технологии:
 не надо проектировать и изготавливать оснастку
 не надо выбирать инструмент, назначать стратегии обработки и
оптимизировать её режимы
РОБОТОТЕХНИКА
Цифровое производство
Изменение окружающего
мира
ЦИФРОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО
Пересечение сходящихся тенденций
 Увеличение значения инноваций и успешного быстрого
запуска новых продуктов
 Уменьшение времени жизненного цикла продукта
 Изготовление продукции на заказ, в соответствии с
запросами клиентов
 Необходимость увеличения эффективности переключения
производственных линий при уменьшении стоимости
ИНТЕРЕС К ЦИФРОВОМУ ПРОИЗВОДСТВУ
ЦИФРОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО
Охватывает все области разработки и производства
 от проектирования до получения функционально
завершенного изделия
Ключевые направления
 новые (включая аддитивные) технологии производства
 информационно-коммуникационное обеспечение
 цифровые материалы
Ожидаемые результаты
 компактные технологические линии быстрого мелкосерийного
производства электронной компонентой базы с
топологическими нормами до 8 нм
 технологии объемного синтеза полиматериальных изделий
сложной геометрии
 многофункциональные инструменты виртуального цифрового
производства
 новые «самособирающиеся», структурные и композиционные
материалы
ОСНОВНЫЕ ДВИЖУЩИЕ ФАКТОРЫ
Информационные технологии: вычисления,
виртуализация…
Материаловедение: нанотехнологии,
инжиниринг материалов…
«Умные сети»: сенсоры и сенсорные сети,
Интернет вещей, большие данные…
Новая энергетика: эффективность,
накопление, генерация…
Биотехнологии: клеточные, персонализация
медицины, 3 D принтинг
НЕВЕРОЯТНОЕ: РАСПЕЧАТАНО НА 3D-ПРИНТЕРЕ
Точная копия малыша,
который скоро родится
Человеческие маски
на основе ДНК
Дома на Луне
Скелеты динозавров
Протезы для людей и
животных
Применение биологической
массы в качестве расходного
материала (печать ткани
человеческой печени, компания
Organovo, Сан-Диего, США)
ПОТРЕБНОСТИ РЫНКА ТРУДА
Источник: Минтруд
КРИТЕРИИ ОТБОРА ВОСТРЕБОВАННЫХ НА РЫНКЕ ТРУДА, НОВЫХ И
ПЕРСПЕКТИВНЫХ ПРОФЕССИЙ, СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ
(http://www.vesti14.ru/ru/14/society/330/ )
Востребованные
Массовый характер
профессии (специальности)
Прогнозируемый рост
занятости по профессии
(специальности) в
долгосрочной перспективе (в
течение шести лет на 20%
и более)
Ключевые профессии
(специальности) для
сектора экономики
Перспективные, новые
Связь профессии (специальности) с
появлением принципиально новых
технологий, производственных (бизнес)
процессов (новые профессии и
специальности)
Планируемые изменения трудовых
функций работника в среднесрочной
перспективе (не менее трех лет) в связи с
обновлением техники, технологий и
организации труда (эволюционирующие
профессии и специальности)
Принадлежность профессии
(специальности) к сектору экономики,
активно развивающемуся в мире
ОБЛАСТИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ: ПРОЕКТ СПИСКА 50 НАИБОЛЕЕ ВОСТРЕБОВАННЫХ И
ПЕРСПЕКТИВНЫХ ПРОФЕССИЙ И СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ СПО
(http://www.vesti14.ru/ru/14/society/330/ )
Производство электрооборудования, электронного и оптического
оборудования
Автоматизация технологических процессов (робототехника,
мехатроника, прототипирование, аддитивные технологии)
Сквозные виды профессиональной деятельности в промышленности
Био- и медицинские технологии
Связь, ИКТ
Авиастроение
Транспорт
Машиностроение
Электроэнергетика
Строительство и ЖКХ
Сельское хозяйство
Высокотехнолог
ичная отрасль
промышленност
и
Робототехника
Примеры профессий
Специалист по управлению
мобильной робототехникой
Профессия (компетенция) в
соответствии с WorldSkills
Mobile Robototics
Сквозные виды Специалист по прототипированию.
ПД
Специалист/технолог по аддитивным
технологиям. Мехатроник. Оператор
сложных станков/производственных
линий
Сварщик. 10 Welding
Prototype Modelling. Электрик
(электромонтер). 18 Electrical
Installations
Электроника
Специалист по электронике бортовых
комплексов управления. Монтажник
РЭАиП. Настройщик приборов
электронной техники. Наладчик
оборудования оптического
производства
Специалист по электронике.
16 Electronics
Программное
обеспечение
Специалист по информационным
системам/по информационным
ресурсам/по веб-дизайну.
Программист. Технический писатель.
Системный аналитик. Администратор
БД. Менеджер продуктов ИТ
Системный администратор 39
IT Network Systems. WEB
Desing. Administration.
Специалист по программному
обеспечению. 9 IT Software
Solutions for Business.
АТЛАС НОВЫХ ПРОФЕССИЙ
http://atlas100.ru/
АТЛАС НОВЫХ ПРОФЕССИЙ
http://atlas100.ru/
АРХИТЕКТОР ЖИВЫХ СИСТЕМ
ТРЕНЕР ПО МАЙНД-ФИТНЕСУ
БИОЭТИК
ПРОГРАММИСТ ЭЛЕКТРОННЫХ «РЕЦЕПТОВ»
АРХИТЕКТОР ТЕРРИТОРИЙ
ОДЕЖДЫ
КОНСЬЕРЖ РОБОТОТЕХНИКИ
ПРОЕКТИРОВЩИК ДОМАШНИХ РОБОТОВ
ДИЗАЙНЕР ВИРТУАЛЬНЫХ МИРОВ
ПРОЕКТИРОВЩИК «УМНЫХ МАТЕРИАЛОВ»
АРХИТЕКТОР ВИРТУАЛЬНОСТИ
ИНЖЕНЕР- КОСМОДОРОЖНИК
ДИЗАЙНЕР ЭМОЦИЙ
ПРОЕКТИРОВЩИК ИНТЕРФЕЙСОВ
ПРОДЮСЕР СМЫСЛОВОГО ПОЛЯ
БЕСПИЛОТНОЙ АВИАЦИИ
КООРДИНАТОР ПРОГРАММ РАЗВИТИЯ
СТРОИТЕЛЬ «УМНЫХ» ДОРОГ
СООБЩЕСТВ
ДИЗАЙНЕР НОСИМЫХ ЭНЕРГОУСТРОЙСТВ
ПРОЕКТИРОВЩИК НЕЙРОИНТЕРФЕЙСОВ
АРХИТЕКТОР «ЭНЕРГОНУЛЕВЫХ» ДОМОВ
КИБЕРТЕХНИК УМНЫХ СРЕД
ГМО-АГРОНОМ
РАЗРАБОТЧИК ИНСТРУМЕНТОВ
ТКАНЕВЫЙ ИНЖЕНЕР
ОБУЧЕНИЯ СОСТОЯНИЯМ СОЗНАНИЯ
ИГРОПЕДАГОГ
РАЗРАБОТЧИК ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ
ТРАЕКТОРИЙ
РАЗРАБОТЧИК КИБЕРПРОТЕЗОВ И ИМПЛАНТАТОВ
ПРОЕКТИРОВЩИК 3D-ПЕЧАТИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
ПРОЕКТИРОВЩИК ИНФРАСТРУКТУРЫ «УМНОГО ДОМА»
ОПЕРАТОР МЕДИЦИНСКИХ РОБОТОВ
ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ
СТАНДАРТ ОСНОВНОГО ОБЩЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
Изучение предметной области "Технология" должно обеспечить:
 развитие инновационной творческой деятельности
обучающихся в процессе решения прикладных учебных задач
 активное использование знаний, полученных при изучении
других учебных предметов, и сформированных универсальных
учебных действий
 совершенствование умений выполнения учебноисследовательской и проектной деятельности
 формирование представлений о социальных и этических
аспектах научно-технического прогресса
 формирование способности придавать экологическую
направленность любой деятельности, проекту;
демонстрировать экологическое мышление в разных формах
деятельности
ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ
СТАНДАРТ ОСНОВНОГО ОБЩЕГО ОБРАЗОВАНИЯ: ПРЕДМЕТНЫЕ
РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗУЧЕНИЯ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ «ТЕХНОЛОГИЯ»
 осознание роли техники и технологий для прогрессивного развития
общества; формирование целостного представления о техносфере,
сущности технологической культуры и культуры труда; уяснение
социальных и экологических последствий развития технологий
промышленного и сельскохозяйственного производства, энергетики и
транспорта
 овладение методами учебно-исследовательской и проектной
деятельности, решения творческих задач, моделирования,
конструирования и эстетического оформления изделий, обеспечения
сохранности продуктов труда
 овладение средствами и формами графического отображения объектов
или процессов, правилами выполнения графической документации
ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ
СТАНДАРТ ОСНОВНОГО ОБЩЕГО ОБРАЗОВАНИЯ: ПРЕДМЕТНЫЕ
РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗУЧЕНИЯ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ «ТЕХНОЛОГИЯ»
 умения устанавливать взаимосвязь знаний по разным учебным
предметам для решения прикладных учебных задач
 умения применять технологии представления, преобразования и
использования информации, оценивать возможности и области
применения средств и инструментов ИКТ в современном производстве
или сфере обслуживания
 представления о мире профессий, связанных с изучаемыми
технологиями, их востребованности на рынке труда
ВЕЛИКОБРИТАНИЯ: ОБУЧЕНИЕ 3D ПЕЧАТИ И РОБОТОТЕХНИКЕ
С 5-ТИ ЛЕТ
Новая учебная программа:
 изучение основ инженерии с
использованием новейшего
оборудования (3D принтеры, лазерные
резаки) и робототехники
 программирование микро-процессорных
чипов
«Учащиеся получат все необходимые знания и навыки
проектирования. Использование трехмерных
принтеров станет стандартным в наших школах.
Новые технологии открывают новые возможности
для производства и экономики. Включение
программирования в учебный процесс это большой
шаг вперед, от упрощенной программы к более
углубленному изучению передовых технологий в
рамках школьной программы»
Сэр Джеймс Дайсон, выдающийся
английский изобретатель и дизайнер
ФИНЛЯНДИЯ: РАДИКАЛЬНЫЕ ПЕРЕМЕНЫ В СИСТЕМЕ
ОБРАЗОВАНИЯ
Старшая школа
 Отказ от обучения по учебным предметам
 Переход к обучению по комплексным темам
 Ориентация на подготовку к реальной жизни – введение
профессиональных курсов
Пример: в курс «Работа в кафетерии» (cafeteria services)
включены элементы математики для расчётов, способы
общения, иностранный язык и прочие навыки,
предусмотренные программой
 Приоритет совместной работе в малых группах
 Групповое и коллективное обсуждение проблем
США: НОВЫЕ СТАНДАРТЫ ШКОЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ. STEM
S – Science (естественные науки)
T – Technology (технологии)
E – Engineering (инжиниринг, проектирование, дизайн)
M – Mathematics (математика)
STEM – реформа в области естественных наук, математики,
инжиниринга и технологий для формирования STEM
компетентного и образованного человека будущего
STEM – интеграционный подход к обучению
STEM – более глубокое понимание естественных наук и
математики
STEM – обучение через установление взаимосвязей между
естественными науками, математикой, технологией и
инжинирингом
http://www.slideshare.net/schoolnano/ss-36674019
США: НОВЫЕ СТАНДАРТЫ ШКОЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ. STEM
Основные проблемы STEM образования
Нет взаимосвязи между обучением в школе и
потребностями общества
Низкий уровень преподавания STEM дисциплин:
 16% выпускников школ компетентны в математике и
выбирают STEM профессии в вузах
 50% выпускников вузов, получивших образование по STEM
профессиям, продолжают STEM карьеру
Недостаточная подготовка по математике для продолжения
обучения STEM профессиям не в вузах
http://www.slideshare.net/schoolnano/ss-36674019
http://www.slideshare.net/schoolnano/ss-36674019
США: НОВЫЕ СТАНДАРТЫ ШКОЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ. STEM
Цель формирования инженерных компетенций
 научить думать как инженеры
 научить применять знания для решения конкретных задач
Особенности
Инжиниринг
 не является самостоятельным обязательным учебным предметом
 выбор факультатива по инжинирингу – решение школы
От подготовительного до выпускного класса
 освоение инженерных и естественно-научных знаний + обобщающих идей,
понятия - сквозные в рамках всей программы обучения
 формирование инженерных компетенций - в рамках всех учебных предметов
естественно-научного цикла
ВАЖНО!
 изменение статуса основ инженерного и технологического образования - важно и
значимо, как и обучение математике и учебным предметам естественно-научного
цикла
 формирование инженерных компетенций - важно и значимо, как и освоение
методов научного познания
ПРИМЕРНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА ПРЕДМЕТНОЙ
ОБЛАСТИ «ТЕХНОЛОГИЯ» ДЛЯ ОСНОВНОЙ ШКОЛЫ. ПРОЕКТ
Функция предметной области «Технология»: введение обучающегося
в специфический способ осмысления реальности – в технологическое
мышление
Общая схема технологического мышления: потребность – цель –
способ – результат
Позволяет:
 наиболее органично решать задачи установления связей между
образовательным и жизненным пространством
 создавать учебные ситуации, в которых обучающийся получает
опыт самостоятельного построения связей между
образовательными результатами, полученными при изучении
различных предметных областей, а также собственными
образовательными результатами (знаниями, умениями,
универсальными учебными действиями и т.д.) и жизненными
задачами
http://www.pffiro.ru/services/3/40/
ЦЕЛИ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ «ТЕХНОЛОГИЯ». ПРОЕКТ
 Обеспечение понимания обучающимися сущности
современных материальных, информационных и
гуманитарных технологий и перспектив их развития.
 Формирование технологической культуры и проектнотехнологического мышления обучающихся.
 Формирование информационной основы и персонального
опыта, необходимых для определения обучающимся
направлений своего дальнейшего образования в контексте
построения жизненных планов, в первую очередь,
касающиеся сферы и содержания будущей профессиональной
деятельности.
ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ
ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ «ТЕХНОЛОГИЯ»
 построена как образовательная технология достижения
заявленных целей
 каждая целевая установка задает блок содержания обучения
ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ
ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ «ТЕХНОЛОГИЯ»: ПЕРВЫЙ БЛОК
включает содержание
 позволяющее ввести обучающихся в контекст современных материальных и
информационных технологий,
 показывающее технологическую эволюцию человечества, ее
закономерности, технологические тренды ближайших десятилетий
образовательные результаты (обобщенные)
 знает сущность современных материальных и информационных технологий
 понимает принципиальное отличие современных производственных
технологий от традиционных технологий обработки материалов (технологий
индустриального общества),
 видит перспективы развития современных производственных технологий
 осознает сущность технологии как присвоение знания и получения
определенного опыта деятельности в рамках доступных технологических
решений
ОСНОВА ФОРМИРОВАНИЯ СОДЕРЖАНИЯ
постулат о развитии технологий как способов удовлетворения человеческих
потребностей
ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ
ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ «ТЕХНОЛОГИЯ»:
ПЕРВЫЙ БЛОК. ЛИНИИ СОДЕРЖАНИЯ
 Потребности и технологии - 5 класс
 Технологические системы - 6 класс
 Управление (в том числе автоматизированное) технологическими
системами - 7 класс
 Закономерности технологического развития - 9 класс









ГРУППЫ ТЕХНОЛОГИЙ ПО КЛАССАМ
строительные технологии - 6 класс
технологии производства, преобразования, распределения,
накопления и передачи энергии - 7 класс
технологии получения материалов - 8 класс
социальные технологии - 8 класс
технологии обработки продуктов питания - 8 класс
транспортные технологии - 8 класс
нанотехнологии - 9 класс
электроника - 9 класс
медицинские технологии - 9- класс
ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ
ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ «ТЕХНОЛОГИЯ»: ВТОРОЙ БЛОК
Направлен на получение обучаемым опыта
персонифицированного действия в процессе:
 применения и разработки технологических решений
 изучения и мониторинга трансформации потребностей
индивидов и сообществ
Содержание - способы деятельности, осваиваемые
обучающимся
Приоритетный вид деятельности – проектный
Объекты и контекст деятельности – все, что находится в зоне
непосредственного восприятия и интересов обучающегося
(домашняя экономика, школьный уклад и обустройство,
населенный пункт/микро-район – место проживания и т.д.)
ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ
ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ«ТЕХНОЛОГИЯ»: ТРЕТИЙ БЛОК
Содержание
включает сведения о профессиональной деятельности в
контексте:
 современных производственных технологий
 производящих отраслях конкретного региона,
 региональных рынках труда;
 законах, которым подчиняется развитие трудовых ресурсов
современного общества
позволяет сформировать ситуации
 для анализа обучаемым информации
 для получения обучаемым социально-профессиональных
проб
 для приобретения обучаемым опыта принятия и обоснования
собственных решений
ПРОФОРИЕНТАЦИЯ УЧАЩИХСЯ: СОЗДАНИЕ СЕТИ
ШКОЛЬНЫХ ТЕХНОПАРКОВ
ШКОЛЬНЫХ ТЕХНОПАРКИ – аналоги
советских Дворцов пионеров
Fab Lab - fabrication laboratory
сеть лабораторий для предоставления креативной части
населения доступа к цифровому производственному
оборудованию и поддержки технического творчество и
развития инноваций
Проблематика
утрачена культура технического творчества в школах и в
дополнительном образовании
Школьники
 не понимают принципы работы окружающих устройств, как
устроен мир вокруг нас
 рассматривают технологии как пользователи/потребители
 не рассматривают технологии как инструмент для созидания
и создания инноваций
ОСНОВНОЕ УВЛЕЧЕНИЕ – КОМПЬЮТЕРНЫЕ ИГРЫ И ИНТЕРНЕТ
Fab Lab - fabrication laboratory
Решение
 лаборатория Fab Lab в каждой школе , в центрах
детского творчества
 организация сетевых конкурсов и мероприятий по
научно-техническому творчеству
 разработка программ и учебно-методическое
обеспечение обучения современному научнотехническому творчеству
 Повышение квалификации работающих педагогов
 Обновление подготовки будущих учителей подготовка учителей
-
Fab Lab - fabrication laboratory
 Сообщество людей всему миру, увлеченных
техническим творчеством
 Набор цифрового производственного
оборудования и инструмента
 База знаний по технологиям цифрового
производства и проектам в сети Fab Lab
Оборудование
Лазерный гравер
Фрезер ЧПУ
3D принтер
Плоттер
Оборудование для работы с электроникой
Оргтехника
Fab Lab сегодня
 сеть из более 200 лабораторий по всему миру (Бостон, Барселона,
Манчестер, Хельсинки) - реализация сетевых обучающих программ и работа
над совместными проектами
 инкубатор инновационного бизнеса