​Детей надо учить тому, что пригодится им, когда они вырастут.
Аристипп, древнегреческий философ, ученик Сократа

Все науки настолько связаны между собою, что легче изучать их все сразу, нежели какую-либо одну из них в отдельности от всех.
Рене Декарт

И здесь на первый план выдвигается интеграция основного и дополнительного образования, интеграция традиционных уроков и дополнительных занятий по всему спектру интересов ребенка. Дополнительное образование становится аккумулятором разнообразных образовательных сред, местом, в котором ребенок может одновременно и серьезно учиться, и свободно развиваться, творчески самореализовываться, и получать первоначальные профессиональные компетенции.
Интеграция общего и дополнительного образования детей способствует практическому приложению знаний и навыков, полученных в школе, стимулирует познавательную мотивацию обучающихся, раскрывает способности ребенка, создает условия для ранней профориентации. Новая, интегративная, система образования становится платформой, где школьник сможет найти свои «точки роста», которые помогут ему совершить сложный мировоззренческий выбор - самоопределиться в культуре, социуме, профессии.
Именно специфика возможностей в создании программ дополнительного образования позволяет педагогам использовать на занятиях одновременно междисциплинарность и новейшие технологии и при этом организовать настоящую проектную деятельность. Свобода творчества и уровень профессионализма педагогов в своей сфере деятельности дают возможность синтезировать в программах конвергентные принципы работы.
Благодаря этим уникальным возможностям, использованию инновационного оборудования IT-полигона, химических, физических, биологических лабораторий на базе Дворца творчества детей и молодежи имени А.П.Гайдара реализуются городские проекты «Квантоурок», «Уроки технологии», «Медицинский класс в московской школе», «Инженерный класс в московской школе», «Курчатовский центр непрерывного конвергентного (междисциплинарного) образования», «Кадетский класс в московской школе».
Междисциплинарный подход является основой (фундаментом) для реализации конвергентных программ и - в более широком понимании - конвергентного образования в дополнительном образовании. Это создает условия для формирования у обучающихся целостной картины мира, в которой каждый из них чувствует себя органично и готов принимать деятельное участие в ее совершенствовании.
Конвергентное направление образовательных программ ставит перед дворцом следующие задачи:
1. Включение сквозных цифровых технологий (компонентов робототехники и сенсорики, технологий виртуальной и дополненной реальности, квантовых технологий) в профессиональную деятельность педагогов различных направленностей. Эта задача может решаться при наличии инициативной группы педагогов-единомышленников.
2. Переориентация образовательной деятельности от познавательной к проектно-конструктивной, проектирование компетентностно-ориентированных образовательных программ, фундаментальным ядром которых становится идея конвергенции наук.
Традиционные междисциплинарные (познавательные) программы дополнительного образования направлены на получение знаний из соседних областей предметных дисциплин для познания мира и себя, для углубления школьных знаний, для привития интереса к школьной дисциплине (предмету). Содержание метапредметных программ работает на компетентностный результат. Преобразование и видоизменение предметных областей происходит в конвергентных программах.
3. Организация проектно-исследовательской деятельности.
Инициативной группе педагогов потребуется определенный уровень научно-методической подготовки, владение технологией проектирования и исследовательским методом. Через использование различных моделей исследовательской деятельности в образовательных программах у школьника формируется и исследовательская позиция как универсальная компетентность. Организуя учебно-продуктивную деятельность, педагог знает путь поиска, предлагает ребятам пройти этот путь, чаще всего предполагая или точно зная искомый результат. В этом случае проблема проекта (или исследования) обеспечивает мотивацию включения в самостоятельную работу и предполагает небольшую продолжительность реализации проекта.
В учебно-исследовательской деятельности педагог знает путь поиска и исследования, но не знает конечный результат, предлагая школьнику самостоятельно решить одну из комплекса проблем. Здесь очень важно учитывать личностно мотивированное включение ребенка в работу.
Научно-исследовательская деятельность - это деятельность, связанная с решением творческой, исследовательской задачи с заранее неизвестным решением - ни педагог, ни школьник не знают ни пути поиска (исследования), ни конечного результата исследования. Это предполагает наличие основных этапов, характерных для исследования в научной сфере, а именно постановку проблемы, изучение теории, посвященной данной проблематике, подбор методик исследования и практическое овладение ими, сбор собственного материала, его анализ и обобщение, научный комментарий, собственные выводы.
4. Методологическая организация образовательного процесса в рамках междисциплинарного подхода.
Проектируя и реализуя конвергентно-ориентированные образовательные программы, необходимо руководствоваться единой методологией, едиными ключевыми принципами конвергентного образования и обучения. На данный момент решение задач в рамках предметного поля определенной науки достигается с помощью методологических конструкторов и методов других научных дисциплин. Методология стирания междисциплинарных границ между научным и технологическим знанием является актуальной проблемой. Преодоление этих границ открывает возможности для получения новых знаний, необходимых при создании объектов, близких к природным объектам по функциям и назначению, которые могут повлиять на все сферы человеческой деятельности.
5. Развитие сетевой коммуникации.
Выходя за пределы образовательной организации, мы создаем необходимые условия, благодаря которым обучающиеся будут в процессе собственной исследовательской работы осваивать различные сферы деятельности в структурах социума. Это предполагает включение ресурсов среднего профессионального образования, высшего образования, промышленных предприятий, здравоохранения, НИИ, музеев и др. в образовательную конвергенцию. Такая расширяющаяся конвергенция находится в тесной корреляции с мегапроектом Департамента образования и науки города Москвы «Готов к учебе, жизни и труду в современном мире», поскольку основой его является интеграция общего, дополнительного, профессионального и высшего образования в русле междисциплинарного подхода. (См. схему.)
Предлагаемая архитектура конвергентного пространства сочетает междисциплинарный и прикладной подходы, способствуя формированию и становлению личностных характеристик всех участников сетевой коммуникации, развивает креативное и критическое мышление, позволяет овладеть основами научных методов познания окружающего мира, мотивирует на творчество и инновационную деятельность, готовит школьника к осознанному выбору профессии.
Междисциплинарная конвергентная идеология создает в пространстве дополнительного образования систему непрерывного образования, формируя у школьников целостную картину мира, ориентирует на широкие направления образования, а не на определенную узкую специализацию.
Успешно применяя проектную и исследовательскую деятельность в образовательных программах дворца на высокотехнологичном оборудовании и используя ресурсы города, можно с уверенностью сказать, что такая конвергентная среда предоставляет обучающимся новые возможности как в достижении предметных результатов, так и в освоении универсальных учебных действий и формировании фундаментальных межпредметных понятий. Наши дополнительные общеобразовательные общеразвивающие программы с конвергентным подходом позволяют школьнику увидеть и понять, что математика нужна, чтобы описывать и изучать разные процессы и явления реального мира, в том числе в экономике, транспорте. Физика и химия - для того чтобы понимать их роль в решении практических задач как в быту, так и в производстве. Точные и естественные науки, изучаемые вместе, помогут ребенку научиться прогнозировать и анализировать, оценивать с позиции экологической безопасности свою деятельность и деятельность предприятий своего города.
Программа ДТДиМ имени А.П.Гайдара «Робототехника» реализуется на основе конструктора, состоящего из электронных компонентов и программируемой платы. Школьники осваивают теоретические основы физики, электротехники и электроники, информатики. Программа позволяет освоить ряд компетенций, среди которых: основы схемотехники и пайки, алгоритмизация и программирование, компьютерное моделирование.
Данная программа дала первые результаты: призовые места в конкурсе 3D-БУМ. На данном конкурсе надо было разработать робототехнический проект с обязательным использованием 3D-моделирования и печати. Ребята обсудили множество проблем, с которыми сталкиваются люди в повседневной жизни. Из них были выделены тушение пожара внутри здания и сельскохозяйственная платформа для работы на полях.
Актуальность первого направления состояла в обеспечении безопасности жизни человека ввиду участившихся пожаров в местах массового скопления людей. В ходе обсуждения было решено разработать мобильного робота-пожарного, который мог бы предотвратить возгорание на ранней стадии.
В другой команде задумались о том, как справляются со своими проблемами малые фермерства в условиях санкций и как им можно было бы помочь. Школьники поставили перед собой задачу разработать робота-фермера, способного без участия человека выполнять ряд сельскохозяйственных работ: пахота, посев, полив, удобрение.
Комплекс мероприятий по подготовке и реализации инженерного проекта включает в себя выбор габаритов, материалов, привода, комплектующих, автоматизации, способа управления, выполнения проверочных расчетов, продумывание конструкции и принципа работы, дизайна, хранения, эксплуатации, обеспечение ряда важных факторов, таких как безопасность, экологичность и экономичность. Для полной уверенности работоспособности конструкции робота школьниками были проведены прочностной и температурный расчеты созданной 3D-модели машины в программе Fusion 360. В результате дети ознакомились с такими базовыми понятиями, как напряженное состояние тела, деформации, коэффициент запаса разрушения, а также для правильной постановки задачи проработали материалы по методу конечных элементов (МКЭ). В процессе построения кинематики движения машин и расчета мощности двигателя понадобились знания физики, математики, инженерной графики. Для создания прототипа модели пригодились знания по таким дисциплинам, как технология, кибернетика, мехатроника, ИКТ и программирование. В ходе разработки проектов использовалось следующее высокотехнологичное оборудование: ПК, комплект самостоятельно разработанных деталей для робота, 3D-принтер, интерактивная доска, комплект ПО, плата Arduino Uno, плата расширения Troyka Shield, комплект электродвигателей и сервоприводов, комплект цифровых и аналоговых датчиков.
Программа «Ракетомоделирование». Школьники конструируют детали ракеты с использованием знаний из области аэродинамики, физики, математики, технологии. При разработке модели ракеты необходимо учитывать ее физические параметры - обеспечение стабильности полета, устойчивость, положение центра масс и центра давления. Для этого ребята проводят математические расчеты, определяя параметры стабилизаторов, обеспечивающих устойчивое движение ракеты, а затем проверяют их при помощи компьютерного моделирования своей модели. Проектирование системы спасения требует понимания основ аэродинамики и физики воздушной среды. Наконец, технологичность разработки и сборки ракеты зависит от умения школьника обращаться с инструментом, аккуратности и точности. Заключительным этапом проекта является запуск моделей ракет. При этом основная задача школьника - проанализировать полет ракеты и сделать выводы о причинах возможных внештатных ситуаций, возникающих при полете ракеты.
В проекте «Альтернатива антибиотикам или использование бациллярных биопрепаратов для борьбы с патогенными бактериями» ребята выбрали культуральный метод исследования, а в качестве микроорганизмов-мишеней - собственную микрофлору ротовой полости. В процессе прохождения обучающимися профессиональной стажировки (сетевая коммуникация) были выполнены контрольные исследования с музейными штаммами культур кишечной палочки и золотистого стафилококка, работа с которыми осуществлялась на кафедре микробиологии Московской государственной академии ветеринарной медицины и биотехнологии - МВА имени К.И.Скрябина. Опираясь на уже полученные теоретические знания и навыки работы, ребята подобрали оптимальные питательные среды, физические условия культивирования микроорганизмов, методы посевов и регистрации полученных результатов. В процессе проведения эксперимента также были изучены условия работы в боксе и использование различных приборов, оборудования микробиологической лаборатории, а также статистические методы обработки результата и интерпретации полученных данных. Результат проекта показал, что те бациллярные биопрепараты, которые выбрали для исследования обучающиеся, показали статистически достоверное антагонистическое действие по отношению к кишечной палочке, но были незначительны по отношению к стафилококкам и грамположительным обитателям ротовой полости.
Ребята сделали выводы, что пока невозможно полностью заменить антибиотики при лечении всех бактериальных инфекций, но можно использовать исследованные штаммы бацилл в качестве альтернативы в терапии болезней, вызываемых грамотрицательной микрофлорой. Кроме того, данное исследование наглядно продемонстрировало, какие взаимодействия бывают в микромире и как человек может использовать эти знания в жизни.
На занятиях курса «Промышленный дизайн» обучающиеся сами выбирают проблему и ищут возможные пути ее решения. В своих проектах ребята разрабатывают уличную зарядную станцию для телефонов, звукоизолированную домашнюю студию, удобные наушники, фитнес-браслет, космическую колонию на спутнике Сатурна - Титане - и многое другое. Для более полного изучения выбранной темы они погружаются в предметные области физики, химии, биологии, математики. Затем ребята предлагают свои варианты решения проблемы, делают эскизы, 3D-модели и на практике проверяют удобность и целесообразность своего проекта.
При изучении безопасности продуктов питания в рамках проведения занятий по курсу «Академия юного биотехнолога» или «Основы микробиологии» исследовательские работы требуют использования целого комплекса компетенций из различных предметных областей - биологии, химии, физики, технологии, информатики, математики. Педагог управляет процессом работы так, чтобы дети самостоятельно разрабатывали путь исследования с самого начала - от планирования эксперимента до обсуждения результатов и постановки выводов, - направляя ее лишь в ключевых моментах и являясь частью этой «научной» команды. Так, при изучении темы «Патогенные грибы» обучающиеся заинтересовались такими заболеваниями, как микотоксикозы. Это болезни, которые вызывают токсины микроскопических грибов: споротрихиеллотоксикоз, фузариограминеаротоксикоз («пьяный хлеб»), афлотоксикоз, бери-бери, эрготизм. Человек может заболеть при попадании в организм токсинов плесневых и дрожжеподобных грибов при употреблении в пищу пораженных грибами продуктов растительного происхождения (хлеб, каши из зараженного зерна, овощи, фрукты) или продуктов животного происхождения (молока, яиц, мяса) от больных микотоксикозами животных. К сожалению, часто человек не задумывается об опасности продуктов, которые в той или иной степени поражены микроскопическими грибами. Многие потребители срезают покрытые плесенью или другими видами порчи части продуктов и используют в пищу оставшиеся «чистые» участки. Обучающиеся решили проверить, так ли опасно употреблять в пищу пораженный грибами хлеб и остаются ли в нем токсины, если пораженные участки просто срезать. Ребятами была поставлена цель - изучить видовой состав и способность к токсинообразованию грибов при поражении хлебобулочных изделий с целью определения безопасности для здоровья потребителя. При этом они выявили несколько направлений работы и разделились на исследовательские группы. Одна группа изучала методы хранения хлебобулочных изделий для снижения вероятности поражения хлеба грибами, что впоследствии позволило определить безопасные сроки хранения покупного хлеба разных сортов. Другая группа провела исследование видового состава грибов, обнаруживаемых на пораженном хлебе. Эти данные позволили косвенно предположить, в каком случае хлеб может содержать токсины. Третья группа занималась индикацией токсинов в пораженных хлебобулочных изделиях биологическим методом. Здесь следует отметить, что в стандартной микробиологической практике обнаружение микотоксинов и определение степени токсичности проводят путем заражения лабораторных животных экстрактом, полученным из пораженного пищевого продукта. Однако с точки зрения гуманности мы не могли использовать для этих исследований животных. Поэтому обучающиеся предложили в качестве тест-объектов культуры инфузорий. И, надо отметить, такой метод оказался очень наглядным и точным. Поэтому данная исследовательская группа не только определила, что 90% пораженного грибами хлеба содержит токсины, но и предложила новый метод определения токсичности, который можно применять на занятиях как безопасный, наглядный и гуманный эксперимент.
Исследования, проведенные ребятами, позволили им применить комплексный подход в исследовательских работах и задействовать при этом навыки и знания из различных предметных областей.
В курсе «Геоинформатика» проблематика проекта направлена на решение навигации внутри помещений. Измеряя длины на местности, обучающиеся переносят измерения на чертеж, а впоследствии строят 3D-модель помещения по заданным размерам определенной территории, которая может использоваться в разных целях для многих целевых аудиторий. Решая вопросы геомаркетинга, выполняя пространственный анализ, ребята смогут принимать активное участие в планировании строительства важных городских объектов, понимая принципы размещения различных объектов инфраструктуры и учитывая различные взаимосвязи. Включение в курс раздела «Основы фотографии», в рамках которого рассматриваются основные параметры фотокамеры, построение фотоизображения и разнообразные сценарии съемки для последующего 3D-моделирования, позволило найти ряд решений реставрирования старых памятников или зданий.
В течение всего проекта учащиеся используют знания из области математики, физики, естествознания, компьютерного моделирования, а также на практике применяют умения, полученные на уроках технологии.
Путь создания проекта сложен и интересен. Он идет от решения простых задач, выполнения тренировочных упражнений, основной целью которых является выработка базовых навыков, таких как составление описаний последовательностей действий. Именно на таких этапах предполагается обсуждение задачи и способа ее решения.
Особенности формирования образовательной среды московского школьника связаны с проектным подходом, суть которого отражена в его девизе - «Готов к учебе, жизни и труду в современном мире!». Проекты столичного образования призваны помочь с подготовкой инженерно-технических, медицинских, военных, научных, а также рабочих кадров, необходимых для стабильного опережающего развития России в XXI веке, ее конкурентоспособности в современном мире. Конвергентная составляющая наших программ очень важна для современных школьников в части их профессионального самоопределения и построения своего будущего.
Подводя итог к вышесказанному, необходимо отметить, что переход на конвергентное образование состоит в качественном изменении образовательной среды и основан на активном включении методов исследовательского обучения в образовательный процесс. Организация научно-исследовательской деятельности обучающихся в образовательном процессе требует решения задач кадрового обеспечения, а также задач методических, дидактических и психолого-педагогических. Педагогам в свою очередь потребуется определенный уровень научно-методической подготовки, владение технологией и методологией научно-исследовательской деятельности.

Ирина БУЯНКИНА,
заместитель директора по воспитанию и социализации Дворца творчества детей и молодежи имени А.П.Гайдара;
Елена МОЛЧАНОВА,
старший методист Дворца творчества детей и молодежи имени А.П.Гайдара