В конце первого семестра 2014 г. в Университете машиностроения прошла игра для первокурсников «Инженерный кластер», в рамках которой была создана работающая модель инженерной экосистемы. В игре участвовали команды, каждая из которых стала инженерно-производственной компанией: компании выбирали задачи, анализировали требования к их решению — и находили оптимальные решения. Смысл игры состоял в том, чтобы показать, как работает современный рынок инновационных продуктов, пройти весь проектный цикл и увидеть, как создание сложных высокотехнологичных устройств раскладывается на решение задач — таких же, как в учебнике.

На этапе конструирования студенты решали задачи по математике, физике, начертательной геометрии, химии и биологии. Решив задачу и введя данные на сайт, они получали опытный образец и оценивали, соответствует ли он требованиям. На следующем — производственном — этапе компания инвестировала средства и запускала производственную линию продукта. Для того, чтобы доказать, что продукт стоит своих денег, компания оплачивала контроль качества и получала сертификат.

Студенты получили большой простор для выбора вида деятельности: можно было вести расчеты для конкретных изделий и, если они верны, «изготовлять прототип»; можно было стать заказчиком для других инженерных команд, а потом из их комплектующих «собирать» свое устройство.

Основной игры стала отнюдь не чистая экономика «купи-продай», как часто бывает в деловых играх. Деятельность игроков заключалась в расчетах и конструировании: в игре было много физики, математики, начертательной геометрии, так что в некотором смысле она стала формой подготовки к сессии. За успехи в «Инженерном кластере» студенты получали баллы по предмету «Проектная деятельность». Баллы давались за завершенные проекты, за решение задач из области области математики, начертательной геометрии, физики, химии или биологии; за разработку сложных продуктов, за реализацию собственных разработок, за нашедшие заказчика проекты. Победителя игры определял рейтинг, который вычислялся на основе бюджета компаний: первое место заняла команда, получившая самую крупную прибыль.

Science, Technology, Engineering, Math!

Университет машиностроения (МАМИ) — один из технических вузов, где инженерное образование активно дополняется новыми форматами в рамках официального учебного процесса. В 2014 году в МАМИ сделали ставку на интеграцию современных образовательных форматов в учебный процесс, так что в Университете прошло уже несколько STEM-игр.

STEM расшифровывается как science, technology, engineering, math. Эти научные игры были созданы энтузиастами из МГУ: смысл STEM-игр, направленных изначально на старшеклассников — в формировании понимания сути профессиональной деятельности ученого и инженера, а передача им ключевых способов научной и конструкторской деятельности. Тщательный анализ работы исследователя позволяет выделить из нее отдельные единицы и разработать игры с соответствующим содержанием, так что здесь есть почти все то же, что и в настоящей научной работе: постановка гипотезы, продумывание эксперимента для проверки гипотезы, сопоставление результата эксперимента с тем, что было запланировано, выводы, изменения гипотезы под влиянием полученных данных. Для того, чтобы успешно «пройти» такую игру, важны правильные вычисления, построение верных алгоритмов в рамках модели.

Участники игры осваивают нужную терминологию и базовую философию научного познания, а также получают опыт, который многим молодым специалистам будет доступен только на первом рабочем месте.

Какими бывают STEM-игры

Science

Сюжет научной игры «Пандора -1» написан по мотивам произведениям Аркадия и Бориса Стругацких. Ее цель — воссоздать научную систему, дать ее участникам возможность на своем опыте понять, как работают разные научные методы. Участники пробуют себя в роли исследователей планеты Пандора: при помощи игротехников и разнообразных приспособлений моделируются флора и фауна планеты: растения, грибы и животные.

В задачу «ученых» входит сбор генетических образцов и построение филогенетических деревьев на основании сходства и различия цепочек ДНК. Анализ образцов проводится при помощи реальной программы, использующейся в эволюционной биологии. Ученым предстоит решить ряд сложных задач: например, выяснить, что маленькая желтая ящерица, которую почему-то не трогают остальные животные, и один из опаснейших хищников — это представители одного вида, а также разобраться, почему схожие внешне животные обладают разной ДНК. Помимо взаимодействия участников с моделями и друг другом внутри научных групп, есть и межгрупповое взаимодействие: в игре есть фаза научной конференции, во время которой дети делают доклады о результатах, которых они достигли в своих областях.

В STEM-играх нет жесткой привязки к школьным знаниям, поэтому в ней могут принимать участие дети разного возраста, с 7 по 10 класс включительно. В игру введены реальные закономерности из геологии, биологии и других естественных наук, но названия животных, растений и минералов могут быть другими: здесь важно не столько изначальное знание фактов, сколько приходящее в процессе игры понимание сути выбранного научного предмета, способов работы в нем. Более того, участники не просто на собственном опыте убеждаются в реальности изучаемых в школе закономерностей: они также видят связь получаемых во время учебы знаний и реальных задач, которые решаются с их помощью.

Technology & Engineering & Math

Если «Пандора» посвящена научной деятельности, то «Орбита» воссоздает деятельность инженерную, и в ней используются другие предметы — физика, математика и программирование. STEM-игра «Орбита» моделирует процесс запуска космического аппарата к другой планете и его посадки на ее поверхность. При этом используется последовательность планет, и каждый следующий этап сложнее предыдущего за счет разных физических условиях на планетах. Если у участника нет базового понимания, что такое сила, скорость, ускорение, падение тел, то придется тяжело. Материалы к игре содержат подробные методические пособия, однако начальный уровень знаний участников тоже важен. Например, если дети в принципе не представляют себе, что такое плотность атмосферы, то они откроют для себя это явление при первых же запусках, когда их корабль разрушится от перегрузки при входе в атмосферу на огромной скорости.

Реальная инженерная задача, которую нужно решить участникам игры «Орбита», упрощена и адаптирована для детей, но она принципиально отличается от задач, которые привычны ребенку. В школе и даже на олимпиадах детям дают четкие условия, в рамках которых нужно найти решение. В «Орбите» условие дано не в виде текста задачи, а в виде сложной ситуации. Участникам сначала необходимо разобраться, что они могут сделать, и что вообще является важной частью задачи, а что — нет. Нельзя действовать и методом перебора вариантов: чем больше запусков совершила команда, тем меньше ее шансы на победу.

Участники делают расчеты при помощи специальной программы — компьютерной модели посадки, созданной специально для игры «Орбита»; но одних правильных расчетов мало. В итоге побеждают команды, участники которых находят эффективный способ совместной работы и распределения обязанностей. Таким образом, участники игры пробуют себя в роли членов конструкторского бюро и понимают, что работа инженера — это не просто решение технических задач, но также взаимодействие с коллективом.

Университет машиностроения активно интегрирует STEM-игры в учебный процесс. В ноябре 2014 года для первокурсников была проведена «Орбита» в рамках курса высшей математики: методология «Орбиты» способствует развитию модельного мышления. Для первокурсников-биотехнологов была проведена игра «Пандора», а «Инженерный кластер» стал финальным предновогодним STEM-аккордом.

Материалы по теме:

http://engcluster.ru/

http://www.stemgames.ru/