Любченко О. А., кандидат педагогических наук, ГАОУ ВО МГПУ
E-mail: LubchenkoOA@mgpu.ru
Маринюк А.А., кандидат исторических наук, доцент, ГАОУ ВО МГПУ
E-mail: MarinyukAA@mgpu.ru
Серебренникова Ю. А., кандидат педагогических наук, доцент, ГАОУ ВО МГПУ
E—mail: SerebrennikobaYUA@mgpu.ru
В статье раскрываются особенности организации практических занятий c детьми младшего школьного возраста направленных на формирование познавательного интереса в области STEM и инженерных знаний средствами приложения-песочницы с кубической графикой.
Стимулирование познавательного интереса у детей младшего школьного возраста в области STEM и инженерных знаний является важной задачей. В настоящее время в экономике страны существует существенный кадровый дефицит работников инженерных профессий, а направленность экономики на высокие технологии и инновации в производстве, свидетельствует о том, что потребность в таких специалистах с каждым годом становится все выше, что подтверждает государственная стратегия развития информационного общества до 2050 года и стратегия экономического развития до 2036 года. В связи с этим необходимо развивать познавательную активность и познавательный интерес в области STEM и инженерных знаний среди младших школьников, чтобы они гармонично развивались, и были осведомлены в основах инженерной профессии, что в свою очередь позволит им чаще выбирать инженерные направления, когда придет время выбора траектории обучения и их специализации в старшем школьном и студенческом возрасте. Одной из трудных задач популяризации инженерных и STEM знаний и технологий заключается в сложности демонстрации процессов работы инженера и технологий в действии [1]. Намного легче ознакомить с результатом труда инженеров или продуктом высоких технологий, чем с процессом развития инженерной мысли и STEM замысла наглядным способом. В связи с этим особой ценностью обладают упрощенные объекты отражающие важные особенности технологических процессов деятельности, методов и подходов достижения результата инженерной мысли. Понятное и наглядное моделирование и прототипирование, не только важных инженерных объектов, но и технологии их создания, процедур запуска в действие, а также, взаимодействие таких объектов между собой является сложной задачей при развитии познавательного интереса младших школьников в ходе трансляции им инженерных и STEM знаний [2].
Моделировать инженерные технологические элементы и устройства, а также их детали и циклы создания и, к тому же, делать это в игровой форме можно используя открытую платформу для разработки (движок) Java с элементами (Lightweight Java Game Library). Для развертывания можно взять готовую креативную песочницу с кубической графикой (далее — песочница), причем не обязательно брать самый свежий ее выпуск, для развертывания подойдет версия песочницы 1.7.10. Она была выпущена в 2014 году, в настоящее время по данной версии прекращена поддержка, а в 2017 году песочница была окончательно переведена с Java на платформу С++, в связи с чем версия 1.7.10 Java свободно распространяется и допущена к модификации. Для целей формирования познавательного интереса в области STEM и инженерных знаний предполагается работа в классе, поэтому сетевые функции песочницы не используются и не пробрасываются за файервол рабочей станции. Для запуска ядра песочницы от имени учетной записи пользователя может быть использован штатный лаунчер, если есть в наличии и приобретены ключи лицензионных учетных записей, если они отсутствуют можно использовать любой сторонний лаунчер, поскольку поддерживающих версию 1.7.10 интерфейсов выпущено большое количество. Для сторонних интерфейсов есть готовые сборки песочницы, в таком случае, используется Forge OptiFine 1.7.10 со сборкой модификаций Industrual Gitek, эти файлы свободно распространяются в Интернет и перед использованием имеет смысл проверять файлы сборки антивирусными инструментами. При чистом составлении сборки стандартом будет являтся Thermal Series (Expansion, Foundation), модификация Applied Energistics 2 или Refined Storage добавит систему цифрового хранения, а Mekanism добавит высокотехнологичные машины и многоступенчатую систему очистки руд. Модификация TooManyItems (TMI) добавляет в песочницу огромное количество деталей и предметов инженерной направленности, а также улучшает возможность переключения режимов песочницы непосредственно в меню создания предметов или на верстаке. Сердцем сборки является Industrial Foregoing или его аналоги (Industrial Craft 2 (Classic/Experimental)). Формируется уникальная экосистема [3]. В песочницу добавляются новые ресурсы, к стандартным игровым рудам, угольной, железной, медной, золотой, алмазной, изумрудной и руде кварца добавляется – оловянная, свинцовая и урановая руда, а также, сок растений необходимый в производстве резины. Энергосистему (EU) составляет энергия, вырабатываемая генераторами: солнечные панели, ветро-генераторы, реакторы, геотермальные генераторы. Энергия к инженерным элементам передается по кабелям. Инженерные элементы представляют собой механизмы, крупные индустриальные машины: дробители, электропечи, компрессоры, экстракторы, металлоформовочные машины и прессы. Ядерная энергетика входит в состав энергосистемы и представлена в сборке сложными многоблочными ядерными реакторами требующими серьезной системы охлаждения, причем с компоновкой элементов ядерного генератора есть возможность экспериментировать, создавая сложные и уникальные системы взаимодействия элементов реактора. К шанцевому инструменту, который имеется в песочнице и состоит из лопаты, топора, мотыги, кирки, модификация добавляет электропилу, различные буровые инструменты, необходимые в песочнице для шахтерского дела, добычи руд и полезных ископаемых. В сельском хозяйстве песочницы добавляется возможность скрещивания растений и получение новых видов и гибридов.
По окончании создания сборки и размещения необходимых модифицирующих файлов в соответствующей папке в корне движка песочницы – производится запуск лаунчера и старт приложения песочницы, далее необходимо произвести новую генерацию мира песочницы, поскольку, ранее имеющиеся миры и базовые карты не будут содержать новые, введенные модификациями руды. При генерации мира песочницы обычно принято выбирать режим из пяти возможных режимов для целей познавательного развития детей младшего школьного возраста режимы Hardcore и Adventure не подходят концептуально режим Spectator может иногда использоваться для записи медиа-контента и моделирования различных ситуаций два оставшихся режима песочницы Survival и Creative приходится часто чередовать при работе с песочницей, для их переключение обычно необходим полный выход из приложения в главное меню, очень часто для обучающих целей создавалось два отдельных мира песочницы один в режиме Survival, где ведется последовательное производство инженерных объектов из самостоятельно собранных и созданных элементов и деталей с учетом дефицита и труднодоступности ресурсов, другой в режиме Creative где объекты размещаются на карте непосредственно из библиотеки объектов в режиме стандартного 3D редактора[4]. В модифицированной сборке достаточно создать всего один мир песочницы в режиме Survival (peaceful), а переключения от этого режима к режиму Creative производится в меня создания предметов по рецептам или на верстаке, где модификацией TooManyItems (TMI) добавлены кнопки переключения режимов, без выхода в главное меню.
После загрузки карты мира и входа в песочницу можно пойти двумя путями, по первому пути переключиться в режим Creative осмотреть все инженерные механизмы, добавленные модификацией, разместить эти механизмы в локации песочницы создав учебные стенды технологических цепочек добычи, обработки и производства необходимых в промышленности деталей, правильно подключив и настроив все инженерные механизмы. В модифицированной песочнице в режиме Creative подсвечиваются все компоненты необходимые для создания механизма, когда он выделен в меню создания предметов. И перемещаясь от общего к частному, можно просмотреть всю цепочку используемых деталей и необходимых для создания инженерных механизмов – ресурсов. Второй путь позволяет, используя классический стиль песочницы в режиме Survival (peaceful), появиться на карте без какого-либо инвентаря и отправится на поиски простых общедоступных ресурсов, сделать из собранного на карте простой шанцевый инструмент, отправиться на заготовку древесины и камня[]. После заготовки древесины создается верстак, как первое средство производства, после создания верстака становятся доступны более сложные и технологичные рецепты. Имея достаточно камня необходимо сделать первую плавильную печь, изготовить древесный уголь, необходимый как для выплавки первого металла, так и для освещения подземной системы шахт, как естественных (сгенерированных песочницей при создании мира песочницы), так и создаваемых игровым персонажем в процессе разработки месторождений. На данном этапе средства производства находятся на уровне палеолита в связи с чем целесообразно дать историческую справку из смежных дисциплин, таких как история, антропология, искусствоведение. Имея каменные инструменты начинается разработка карьера простым открытым способом, из карьера добываются все ресурсы и складываются в заранее изготовленные из древесины сундуки. Таким способом получается добыть небольшое количество руды металла, и как правило большое количество каменного угля, что позволяет переплавить руду в простой каменной печи. На верстаке теперь возможно создать железные инструменты. В песочнице провозглашается железный век, что сопровождается справочной информацией из области истории и прочих смежных дисциплин. Заготавливается большое количество древесины, из которой изготавливается лестница для спуска в вертикальный прокол, необходимо не менее 100 элементов, изготавливается большое количество осветительных приборов и не менее 7 железных кирок, после чего пробивается вертикальный шурф на глубину более 100 блоков, пробивать его надо аккуратно закрепляясь на лестнице (Shift) и пробивая вниз на 4 блока. В случае обнаружения лавы используется гравий, добытый при разработке карьера и блоки камня для укрепления шурфа. Спустившись на высоту 100 блоков в вертикальный шурф, делается прямой горизонтальный тоннель, 2 блока высотой и 2 блока шириной. В результате разработки на этой высоте получается добыть такой элемент, как алмазы, после чего доступны для создания на верстаке инструменты с алмазным напылением. Только инструментом с алмазным напылением можно добывать все возможные в песочнице руды и материалы. После этого происходит разработка шахты на высоте от 100 до 30 блоков от уровня поверхности и удается собрать большое количество ресурсов, достаточное для перехода к индустриальному веку. Для строения станков и инженерных механизмов в первую очередь необходим металлопрокат, на первом этапе из железного слитка изготавливается молот, при помощи молота удается получить пластины металлов из их слитков. Для создания механизмов пластины могут быть разрезаны ручным инструментом для создания проволоки. На данном этапе дается справка об изготовлении проволоки путем протаскивания прутка через отверстия в твердом материале с уменьшающимся диаметром. Подсказки по рецептам создания различных механизмов так же можно просматривать в меню создания предметов песочницы. Для станкостроения понадобится еще больше ресурсов, несмотря на то, что добыча руды осуществляется все еще вручную, эта процедура облегчается тем, что на данном этапе развития можно создать мощный алмазный бур, заменяющий кирку с алмазным напылением и ускоряющий проходку в шахте. После создания элементов необходимых для станкостроения создается первый электрогенератор, работающий на угле, создается дробитель (позволяет получать больше руды при выплавке) и электропечь (позволяет получить более чистую выплавку металлов). Чтобы автоматизировать прокатный стан создается метало-формовочный механизм, который необходим для создания проводов и иного металлопроката в промышленном масштабе. Добыча руды на этом этапе уже может осуществляться автоматизированной и роботизированной шахтой, работа которой наглядна в песочнице и легко объясняется детям младшего школьного возраста. На завершающих этапах индустриализации в технологические цепочки добавляются рудопромывочные машины и термальные центрифуги для максимального выхода ресурсов. На этом этапе следует объяснить принцип инновационных методов добычи редкоземельных металлов, со специальными свойствами, которые стало возможно добывать из обычных руд только при современном развитии промышленных технологий. На завершающем этапе развития песочницы монтируется ядерный реактор, и инновационные хранилища, позволяющие сохранять запасы трансформируемой энергии.
В игровой форме используя модифицированную песочницу с кубической графикой легко и доступно можно рассказать о многих технологических процессах, а возможность развития от каменного топора до высокотехнологичной пилы, приводимой в движение ядерной энергией позволяет захватить внимание детей младшего дошкольного возраста на многие часы для трансляции им инженерных знаний, STEM, а также большого количества знаний в смежных областях.
- Королева, П. А. Формирование инженерного мышления и познавательного интереса обучающихся в условиях цифровой трансформации образования / П. А. Королева // Тульское образовательное пространство : сборник научно-методических материалов. – Тула : ИПК и ППРО ТО, 2025. – С. 42–47
- Морозова, О. В. STEАM-технологии в дополнительном образовании детей / О. В. Морозова, Е. С. Духанина // Наука и образование : научный журнал. – 2021. – № 2 – С. 12
- Рахматулина, О. Использование игр-песочниц с кубической графикой в проектной деятельности как средство развития технического творчества / О. Рахматулина // Детское техническое творчество. Новые подходы : электронный журнал. – 2024. – № 11. – С. 30–31.
- Хачатурьянц, В. Е. Эстетика визуального стиля и использование игр в образовательных целях на примере Minecraft / В. Е. Хачатурьянц, А. В. Теремов // Информатизация образования и методика электронного обучения : материалы V Международной научной конференции. – Красноярск : СФУ, 2021. – С. 115–120.
https://izvestia-ippo.mgpu.ru/lyubchenko-o-a-marinyuk-a-a-serebrenniko-5/