Что такое сквозные технологии в образовании
Развитие цифровых сквозных технологий
Понятие сквозные применено в связи с тем, что эти технологии не связаны с каким-то отдельным продуктом или сферой деятельности, а могут применяться во многих индустриях, отраслях и секторах экономики, например, в образовании, медицине, энергетике, строительстве, сельском хозяйстве, машиностроении и т.д.
Государство в отношении сквозных цифровых технологий выступает в двух ролях:
Сквозные технологии универсальны, используются не только в частном (коммерческом), но и в государственном секторе экономики. Поэтому применение сквозных технологий является одной из профессиональных компетенций участника команды цифровой трансформации в государственном управлении. Государственная поддержка по стимулированию развития сквозных технологий осуществляется в рамках федерального проекта «Цифровые технологии» национальной программы «Цифровая экономика РФ».
Цель проекта «Цифровые технологии» – обеспечение технологической независимости России, возможности коммерциализации отечественных разработок, ускорение технологического развития российских компаний, обеспечение конкурентоспособности разрабатываемых ими продуктов и решений на глобальном рынке.
В программе «Цифровая экономика Российской Федерации», утвержденной премьер-министром России Дмитрием Медведевым в 2017 году и ныне уже не действующей, был приведен перечень основных сквозных цифровых технологий: большие данные, нейротехнологии и искусственный интеллект, системы распределенного реестра, квантовые технологии, новые производственные технологии, промышленный интернет, компоненты робототехники и сенсорика, технологии беспроводной связи, технологии виртуальной и дополненной реальностей.
В новой национальной программе «Цифровая экономика Российской Федерации», утвержденной в конце 2018 года, перечень сквозных технологий не приводится, но в рамках федерального проекта «Цифровые технологии» были разработаны дорожные карты по развитию сквозных цифровых технологий. Правительственная комиссия по цифровому развитию под председательством вице-премьера Максима Акимова одобрила семь дорожных карт по развитию сквозных технологий цифровой экономики. Ниже представлены семь технологий и входящие в них субтехнологии, описанные в дорожных картах.
Программа «Сквозные технологии в образовательной среде. Школьная ЦОС-сфера»
Основная идея Программы – раскрытие интеллектуально-творческого и инженерно-технического потенциала учащихся посредством внедрения в школе программы «Школьная ЦОС-сфера», формирование креативного мышления и нестандартного подхода к поиску путей решения поставленных целей и задач.
Просмотр содержимого документа
«Программа «Сквозные технологии в образовательной среде. Школьная ЦОС-сфера»»
Хоменко Ольга Владимировна, МБОУ «Масловопристанская СОШ Шебекмнского района Белгородской области»
Программа «Сквозные технологии в образовательной среде.
Согласно Концепции развития цифрового образования в системе общего образования Российской Федерации эффективное использование новых цифровых технологий будет определять международную конкурентоспособность не только отдельных компаний, но и целых стран, формирующих цифровую инфраструктуру и цифровое право.
Современной школьной среде необходимо быть динамично преобразующейся, современно трансформирующейся, отвечающей на запросы общества, так и участников образовательного процесса.
Необходима модернизация структуры образовательного процесса с учетом требований цифровой экономики: изменение модели компетенций, пересмотр программ обучения с учетом возрастающих требований к наличию и получению цифровых навыков.
Основная идея Программы – раскрытие интеллектуально-творческого и инженерно-технического потенциала учащихся посредством внедрения в школе программы «Школьная ЦОС-сфера», формирование креативного мышления и нестандартного подхода к поиску путей решения поставленных целей и задач.
В условиях развития цифровой экономики, на первое место вышли «сквозные» технологии, включающие в себя развитие искусственного интеллекта, AR и VR, промышленное и спортивное программирование, робототехнику, аддитивные технологии (3D-моделирование, проектирование и конструирование).
В связи с появлением новых профессий, новых ресурсов и новых технологий уходить только в одно направление «сквозных технологий считаем нецелесообразным. Поэтому было принято решение о создании в рамках программы 4 кластеров: «VR/AR», «ИТ-индустрия», «Аддитивные технологии», «Робототехника».
«VR/AR» ― Технологии виртуальной реальности ― технологии компьютерного моделирования трехмерного изображения или пространства, посредством которых человек взаимодействует с синтетической («виртуальной») средой с последующей сенсорной обратной связью. Технологии дополненной реальности ― технологии визуализации, основанные на добавлении информации или визуальных эффектов в физический мир посредством наложения графического и/или звукового контента для улучшения пользовательского опыта и интерактивных возможностей.
ИТ-индустрия – основы программирования, в том числе создание нейросетей.
Аддитивные технологии – технологии послойного создания трехмерных объектов на основе их цифровых моделей («двойников»), позволяющие изготавливать изделия сложных геометрических форм и профилей.
Робототехника – создание и программирование роботов, построенных на основе сенсоров и искусственного интеллекта, способных воспринимать окружающую среду, контролировать действия и адаптироваться к ее изменениям.
Все кластеры так или иначе перекликаются между собой. Все они позволяют сформировать представление школьников о мире инженерных профессий, научить не только практическим навыкам, но и презентации своей работы в рамках стартапа (занятия по ТРИЗ, представлению данных, изучение прикладных программ).
Цель Программы: создание условий для внедрения современной и безопасной цифровой образовательной среды «Школьная ЦОС-сфера», обеспечивающей формирование навыков работы, с использованием «сквозных» технологий.
Основные задачи Программы:
— раскрыть интеллектуально-творческий и инженерно-технический потенциал учащихся посредством внедрения в школе программы «Школьная ЦОС-сфера»;
— формировать 4K-компетенции, необходимые для инженерно-технического и творческого потенциала (критическое мышление, креативное мышление, коммуникация, кооперация);
— способствовать развитию памяти, внимания, технического и алгоритмического мышления, изобретательности, практического применения полученных знаний и их публичного представления;
— воспитывать чувство патриотизма, гражданственности, гордости за достижения отечественной ИТ-отрасли;
— развить и усовершенствовать методику обучения детей в области «сквозных» технологий, в том числе и с использованием облачных технологий;
— повысить квалификацию учителей общеобразовательных школ и педагогов дополнительного образования в области «сквозных» технологий, с применением онлайн-интенсивов;
— обеспечить функционирование и развитие аппаратно-программной и телекоммуникационной инфраструктуры, использование автоматизированных информационных систем;
— организовать методическое, научно-методическое сопровождение профессионального развития педагогических кадров в реализации потенциала цифровой образовательной среды в образовательном процессе;
— разработать концепцию взаимодействия с родителями (законными представителями) в условиях цифровой образовательной среды.
Требования к результатам
— креативное мышление в достижении поставленной цели;
-развитие любознательности, сообразительности при выполнении разнообразных заданий проблемного и эвристического характера;
-развитие самостоятельности суждений, независимости и нестандартности мышления;
-формирование коммуникативной компетентности в сотрудничестве.
-умение ставить цель (создание творческой работы), планировать достижение этой цели посредством алгоритмической последовательности шагов;
-умение вносить коррективы и исправления в последовательность действий, в случае расхождения результата решения задачи на основе её оценки и учёта характера сделанных ошибок;
-умение осуществлять поиск информации и умение использовать средства ИКТ для решения творческих и инженерных задач;
-умение ориентироваться в разнообразии способов решения задач;
-умение устанавливать аналогии, причинно-следственные связи;
-умение моделировать, преобразовывать объект из чувственной формы в модель, где выделены существенные характеристики объекта (пространственно-графическая или знаково-символическая);
-иметь представление о ключевых особенностях технологий и принципов работы виртуальной и дополненной реальности;
-владеть перечнем современных устройств, используемых для работы с технологиями, и их предназначением;
-овладеть основным функционалом программ для трёхмерного моделирования и программных сред для разработки приложений с виртуальной и дополненной реальностью;
-уметь настраивать и запускать шлем виртуальной реальности, устанавливать и тестировать приложения виртуальной реальности, выполнять примитивные операции в программах для трёхмерного моделирования и в программных средах для разработки приложений с виртуальной и дополненной реальностью;
-уметь разрабатывать все необходимые графические и видеоматериалы для презентации проекта, представлять свой проект;
-владеть основной терминологией в области технологий виртуальной и дополненной реальности и базовыми знаниями и навыками разработки приложений с виртуальной и дополненной реальностью.
Основные понятия компьютерной графики. Двухмерное и трёхмерное пространство проекта-сцены, ортогональные проекции (виды). Типы трёхмерных моделей. Составные модели. Плоские и криволинейные поверхности. Сплайны и полигоны. Изучение интерфейса программы и ее возможностей. Фигуры стереометрии. Объёмное моделирование.
Основные понятия робототехники. Основы алгоритмизации и программирования, применяемые в робототехнике. Сборные детали и механизмы. Программируемые датчики. Схемы для сборки и программирования роботов. Основные принципы работы нейронных сетей. Принципы обучения нейронов и нейронных сетей. Широко используемые языки программирования. Основные стратегии, применяемые при создании интеллектуальных информационных систем.
Двухмерное рабочее поле. Цветовое кодирование осей. Камеры, навигация в сцене, ортогональные проекции (виды). Три типа трёхмерных моделей. Составные модели. Плоские и криволинейные поверхности. Сплайны и полигоны. Изучение интерфейса программы и ее возможностей. Построение плоских фигур в координатных плоскостях их стандартные виды и проекции. Фигуры стереометрии. Объёмное моделирование.
-настраивать и запускать 3D принтер;
-выполнять примитивные действия в программах для трёхмерного моделирования и в программных средах для разработки приложений с виртуальной и дополненной реальностью;
-разрабатывать все необходимые графические и видеоматериалы для презентации проекта, представлять свой проект;
-владеть основной терминологией в области аддитивных технологий, базовыми знаниями и навыками разработки и печати 3 d моделей;
-работать со схемами и чертежами;
— применять принципы автономного программирования;
— подключать и задействовать датчики и двигатели;
-разбираться в схемах, чертежах и электронной начинке роботов;
-пользоваться нейросетевыми технологиями;
-применять нейросетевые технологии для решения практических проблем;
-креативно и творчески мыслить.
Покластеровая разбивка программы
Освоение VR и AR технологий – это новый мощный образовательный инструмент, который может помочь школьнику в генерировании с помощью компьютера трехмерной среды, с, которой пользователь может взаимодействовать, полностью или частично в неё погружаясь. Эти технологии позволяют развивать креативное мышление, показывать интеграцию различных дисциплин, что открывает широкие возможности для проектного обучения и самостоятельной творческой работы.
Цель кластера: формирование уникальных H/S-компетенций по работе с VR/AR технологиями.
-разобрать базовые понятия сферы разработки приложений виртуальной и дополненной реальности: ключевые особенности технологий и их различия;
-сформировать навыки выполнения технологической цепочки разработки приложений для мобильных устройств и/или персональных компьютеров с использованием специальных программных сред;
-сформировать необходимые навыки работы в программах для разработки приложений с виртуальной и дополненной реальностью.
Вводное занятие. Техника безопасности при работе в компьютерном
классе. Общий обзор курса. Правила работы с оборудованием.
Работа с АРМ учащегося. Начало и завершение работы, интерфейс,
запуск программ, установка программ на смартфон.
Приложение Google Expeditions.
Приложение MEL Chemistry VR.
Приложение Tilt Brush.
Узнать о строении организма в InMind
Узнать о строении организма в InCell
ПриложениеTitans of Space VR
Основы программирования. Среда программирования Unity
Второй кластер Аддитивные технологии
В рамках данного курса обучающиеся исследуют существующие модели устройств виртуальной реальности, выявляют их ключевые параметры и характеристики, знакомятся с моделированием и визуализацией и выполняют проектную задачу — конструируют собственное VR-устройство.
Цель кластера: формирование инженерно-технических и творческих компетенций в направлении 3 D моделирование и прототипирование.
-сформировать компетенции учащихся в работе с аддитивными технологиями, интеллектуальные и практические компетенций в области создания пространственных моделей;
-сформировать навыки выполнения алгоритма трёхмерного моделирования, ориентации в трёхмерной сцене.
Знакомство. Техника безопасности. Вводное занятие («Создавай миры»)
Введение в технологии виртуальной и дополненной реальности.
Знакомство с AR/VR-технологиями.
Тестирование устройств, обзор и установка приложений, системный анализ принципов работы шлема виртуальной реальности.
Выбор материала и конструкции для собственной гарнитуры, подготовка к сборке устройства. Дизайн и сборка собственной гарнитуры.
Освоение навыков работы в ПО 3D-моделирование и визуализация разрабатываемого устройства. Представление своей работы.
Учащиеся выполняют задания по освоению технологий визуализации и для проекта распечатывают 3D-модели на 3D-принтере. Параллельно учениками выполняется проектная работа, связанная с тем или иным методом визуализации.
Третий кластер Робототехника
Цель кластера: формирование интереса к техническим видам творчества, развитие конструктивного и инженерно-проектного мышления средствами робототехники.
-развивать навыки конструирования и программирования робототехнических комплексов;
-формировать умение работать не только по предложенным инструкциям, но и творчески подходить к решению задач;
-обогащать информационный запас обучающихся научными понятиями и законами.
Введение в робототехнику. Знакомимся с набором конструирования роботов.
Разбор понятий процессор, сервопривод, экранный интерфейс и другие.
Определение различных видов датчиков: освещённости, движения и т.д.
Знакомство с программным обеспечением, для программирования робота на выполнение команд. Основы программирования роботов.
Сбор и конструирование усложнённых моделей роботов, программирование их на движение по разным траекториям.
Удаленное управление роботом (вариант без доступа человека).
Разработка и программирование собственной модели робота. Защита проекта.
Четвертый кластер ИТ-индустрия
Цель кластера: знакомство с историей искусственного интеллекта, с основными стратегиями, применяемыми при создании интеллектуальных информационных систем.
-научить пользоваться нейросетевыми технологиями и применять их для решения практических проблем;
-развивать навыки программирования, используя наиболее популярные языки программирования;
-формировать умение творчески подходить к решению задач, связанных с созданием ИИ;
-обогащать информационный запас обучающихся научными понятиями и законами.
Определения искусственного интеллекта, машинного обучения, истории разработок, отличающие современный искусственный интеллект от предыдущих версий.
Изучение математической модели нейрона.
Исследование модели нейронной сети.
Обучение нейронных сетей
Основы управляемого обучения и обзор концепций углубленного изучения
Использование аппаратного и программного обеспечения Intel® для решения проблем искусственного интеллекта
Самостоятельная разработка собственного проекта по созданию и обучению нейронных сетей.
Цифровое поколение: какие технологии внедряются в школах
По оценке объединения компаний-разработчиков программного обеспечения «Руссофт», дефицит специалистов в сфере цифровых технологий составляет порядка 1 млн человек в год. Задачу программы «Цифровая экономика РФ» по переходу к новому технологическому укладу позволит решить подготовка кадров для высокотехнологичных производств.
К 2021 году доля населения, обладающего цифровыми навыками, должна составить не менее 40%, говорится в плане направления «Кадры и образование» программы «Цифровая экономика РФ». К 2024 году для увеличения доли цифровой экономики в ВВП с 2 до 6% потребуется 6,5 млн человек, отмечают в АНО «Цифровая экономика». Подготовкой кадров предстоит заниматься всей системе образования, начиная буквально с начальной и средней школы.
Потенциал страны оценивается как достаточно высокий: по данным доклада Global Human Capital — 2017 Всемирного экономического форума (ВЭФ), Россия входит в первую двадцатку стран по уровню развития человеческого капитала и занимает четвертое место по потенциалу этого ресурса благодаря высокому уровню начального, среднего и высшего образования.
«Однако действующая система образования и подготовки кадров в подындексе «Ноу-хау» таких результатов не показывает. Это указывает на необходимость дополнительных усилий в будущем для развития рабочей силы и подготовки населения страны к четвертой промышленной революции», — говорится в докладе ВЭФ.
Новая школьная среда
Цифровизация школы — одно из ключевых направлений нацпроекта «Образование», принятого правительством РФ в начале сентября. К 2025 году все школы страны должны быть подключены к высокоскоростному интернету со скоростью передачи данных не менее 100 Мбит/с. Нацпроект в целом предусматривает выравнивание образовательных возможностей для детей, создание условий для непрерывного образования взрослых и обеспечение равного доступа к качественному образованию.
Цифровая среда уже начала формироваться в российских школах. С сентября прошлого года в столице работает облачная платформа МЭШ («Московская электронная школа»). Столичные школы используют электронные доски, ноутбуки и скоростной интернет. Образовательная модернизация привнесла мультимедийные сценарии уроков, обучающие видео— и аудиоматериалы, 3D-программы, виртуальные музеи, библиотеки и лаборатории. К 2020 году планируется полностью отказаться от бумажных учебников по 11 школьным предметам, заменив их мобильными устройствами — индивидуальными планшетами. На них можно просматривать учебные материалы, видеоуроки, а также посещать видеоэкскурсии, пользоваться электронными библиотеками и вести электронные дневники. Со временем этот опыт планируется транслировать на другие регионы и внедрить Российскую электронную школы (РЭШ). Об этом ранее заявляла министр просвещения РФ Ольга Васильева.
Цифровая школа подразумевает свободный доступ к электронному образовательному контенту и широкие возможности индивидуализации учебного процесса с учетом способностей каждого ученика. Объемы электронного контента увеличиваются — оцифровываются учебники, разрабатываются онлайн-курсы. Требования использовать электронные ресурсы при обучении были прописаны в федеральных государственных образовательных стандартах с сентября 2015 года — все школьные учебники сегодня должны иметь электронные версии.
Электронный образовательный контент дает больше возможностей получать знания самостоятельно, ориентироваться в больших объемах информации — это то качество, которое необходимо для работодателей в цифровой экономике.
Роль учителя трансформируется из транслятора знаний в функцию наставника, направляющего ученика по максимально индивидуализированной траектории обучения.
Вместо прежнего принципа учителя «Я все знаю — делай как я» предлагается новая парадигма: «Я помогу тебе сделать самому», — говорит основатель международной школы «One!» Максим Натапов: «Компьютеризация нивелирует ценность доступа к знаниям, которую ранее, будучи основной точкой доступа к ним, обеспечивала система образования».
По словам директора Центра изучения школьных практик
и образовательных программ 21 века Института образования НИУ ВШЭ Елены Чернобай, учитель становится организатором совместного обучения и эффективного использования технологий в обучении.
Готовность к будущему
При этом электронные образовательные ресурсы должны быть не просто копией офлайн-учебников. Принципиально новым элементом становится интерактивная составляющая — так, чтобы можно было делать примечания и закладки.
«Умные» мультимедийные гаджеты призваны дать современным школьникам новое качество образования. Цифровой класс будущего поколения оснащается смартфонами, виртуальными очками, специальным ПО и образовательным VR-контентом. Это позволяет ученикам выполнять виртуальные лабораторные работы, проводить опыты в безопасной среде, в том числе те, которые не осуществимы в обычном классе, — например, замеры радиоактивного излучения, изучение изменений электрического тока в разных условиях или принципов работы двигателя «изнутри» и пр.
Интерактивные классные доски позволяют по-новому выстраивать уроки. Например, материал можно подавать в виде схем, графиков, трехмерных моделей и разнообразно организованных текстов. А учитель и ученики с помощью подключенных к сети сенсорных экранов могут постоянно взаимодействовать друг с другом. Это повышает в том числе и креативность учебного процесса. А цифровая копия урока будет доступна тем, кто его пропустил или хочет повторить дома. Сенсорная поверхность подключенных парт позволяет использовать их и как экран, и как клавиатуру. Формируется индивидуальное рабочее пространство ученика как площадка для совместной работы, решения коллективных задач.
На начало 2018 года, по оценке компании «ЯКласс», только 12% учителей страны пользовались электронными учебниками и другими цифровыми инструментами в учебном процессе.
По данным последнего опроса компании «Дневник.ру», в котором участвовали 16 тыс. учителей, учеников и родителей из 74 российских регионов, 36% школ страны полностью перешли на безбумажный формат ведения журналов и дневников. Миграцию в онлайн сдерживает недостаточное материально-техническое оснащение, об этом заявило 44% респондентов. Сохраняется проблема слабых ИТ-компетенций довольно большого числа педагогов, отмечает руководитель методического сопровождения инвестиционных проектов «Дневник.ру» Ксения Колесова.
Сетевой диплом
По оценке Российской ассоциации электронных коммуникаций (РАЭК), уровень проникновения онлайн-технологий в российском образовании в целом составляет лишь 1,1%. Глобально на долю е-learning приходится около 3% всего объема рынка образовательных услуг, по оценкам образовательного ресурса EduMarket. В российских вузах e-learning сегодня охватывает около 4% учащихся. По оценкам Tadviser, к 2021 году эта доля вырастет до 9%.
В новой парадигме обучения на протяжении всей жизни (lifelong learning) роль дистанционного направления усиливается. В России развивается и совершенствуется нормативно-правовая база, регулирующая электронное образование, онлайн-обучение получает дополнительное финансирование — в частности, в рамках приоритетного проекта «Современная цифровая образовательная среда». В его рамках до 2020 года планируется выделить российским вузам на онлайн-обучение и связанные с ним нужды гранты в размере 1 млрд руб. Деньги можно получить на создание ПО, технологической инфраструктуры, сервисов и интеграционных решений для развития онлайн-обучения. К 2025 году в России должно быть создано 3500 онлайн-курсов, 10 тыс. преподавателей должны научиться передавать свои знания онлайн.