Методи інноваційних технологій розвитку компетентностей учнів при вивченні фізики

Вступ

В наш час ніщо не стоїть на місці: зв’язки у світі стають все тіснішими, ринки дедалі динамічнішими та конкурентно-спроможнішими, технології все мінливішими, а організації терміново потребують фахівців, що здатні створювати нові життєздатні концепції. Інноваційні ком петенції наразі користуються широким попитом у всіх галузях та на всіх рівнях: від приватних осіб до організацій інноваційні компетенції означають перевагу. Інновація є не лише актом впровадження чогось нового, але й надання цьому новому широкого поширення. Таке завдання є досить складним, зате має високу винагороду на ринку праці. У сьогоднішніх конкурентних економічних умовах не варто покладатися на ідею, що інноваційні концепції можуть надходити виключно від "обдарованих" людей, або що вони є випадковим результатом натхнення, а не кропіткої та цілеспрямованої роботи. Хоча ніхто не може гарантувати, що певна концепція в кінцевому підсумку матиме успіх, все ж, є певні умови, знання і положення, які можуть сприяти появі інноваційних ідей. Дисципліна інновації все ще перебуває в зародковому стані, але наразі є можливість вивчати компетенції, які підвищують шанси на розвиток інноваційних навичок.

Дисципліна, що не має меж

Незважаючи на те, що інновація стає все більш популярною темою, досі не існує конкретної галузі знань, яка включала б в себе дисципліну інновацію. Інновація вимагає міждисциплінарної перспективи. Експерти з інновації не обов'язково є експертами в будь-якій конкретній галузі, але вони є експертами в процесах проектування та створення, що в свою чергу включають в себе компетенції в знаходженні та вирішенні проблем. За словами Поппера [1], ми є студентами не дисциплін, а проблем. І це твердження є досить вірним у випадку інноваційних спроб. Проблеми інновації пов'язані з вирішенням трьох основних питання: що потрібно замовнику / ринку? що можливо здійснити з наявними технологіями? що вигідно для бізнесу? Інновації можуть приймати різні форми (це може бути новий продукт, система, процес, повідомлення, середовище, програмне забезпечення або сервіс), але всі вони зароджуються в одному місці - в нашому розумі. Інноваційні рішення є конденсованим видом інформації. Вони є результатом складних когнітивних здібностей, а, отже, залежать від знань і положень. Наприклад, інноваційні рішення вимагають стратегічного і системного мислення, а також терпіння і само мотивації.

Спеціалізація може розглядатися як смертний гріх для справжнього новатора. Новатори є спеціалістами широкого профілю, їх успіх залежить від їхньої здатності спостерігати різні зв’язки. Інновація вимагає збалансованого інтелектуального відношення, яке включає в себе: можливість уникнути занадто широких або вузьких узагальнень, плутанини зі взаємозв’язком, здатність визнавати помилки та непродуктивні шляхи, а також можливість відмовитися від непотрібної інформації. У певному сенсі, основні механізми еволюції, що виявив Дарвін (мутація, схрещення і вибір), можуть дати уявлення про дисципліну інновацій. Інноваційні ідеї є також результатом еволюційного процесу [3], який включає в себе зміни (мутації), асоціації (схрещення), та фільтрації (відбір).

Інноваційна освіта

Інновація – це нова дисципліна, яка з’явилась як наслідок розуміння та застосування методів з різних галузей, таких як, дизайн, бізнес і соціальні науки. Як дисципліна, інновація повинна допомогти учням зрозуміти контекст, оцінити існуючі потреби, представити можливості для зміни та прийняти життєздатні рішення. Існують певні умови, знання та положення, які мають безпосередній вплив на створення інноваційних компетенцій. Деякі ключові елементи ефективної інноваційної програми навчання включать в себе:

• Критичне обговорення (умова). Ймовірно, перше чому мають навчитися учні зосереджені на розвитку інноваційних компетенцій – це критичне обговорення. Мета критичного обговорення полягає в тому, щоб вчитися через критику та самокритику, вчитися на помилках, вчитися виправляти помилки, а також удосконалювати їх поняття [4]. Догматичне мислення блокує будь-який інноваційний процес. Учні, звичні до критичного обговорення, розуміють, що в їх власних чи в вустах будь-кого іншого може бути істина, і що кожен здатен досягти інноваційних ідей. Таким чином, в дисципліні інновацій немає занадто легких або надто очевидних питань. Критичне мислення є ключовим для створення інноваційних компетенцій. Учні повинні навчитися оцінювати критику, а не уникати її, а для цього їх потрібно заохочувати до спільних заходів та презентацій, де широкого розмаху набуде критичне обговорення.
• Стратегічне фокусування (знання). Стратегічне мислення є також важливою компетенцією в дисципліні інновацій. Важко пояснити, що насправді означає стратегічно або стратегія, але основна ідея полягає в тому, щоб допомогти учням рухатися в напрямку "великої картини", коли їх просять діяти інноваційно. В даному випадку мова йде про те, щоб учні могли розглядати з віддаленої перспективи те, що знаходиться близько і зблизька те, що знаходиться на віддалі. Окрім цього стратегічне фокусування включає в себе мислення в межах цілей та ресурсів, необхідних для досягнення цих цілей. Але, перш за все, інноваційна стратегія передбачає планування процесу проектування, планування заходів та дій, необхідних для розуміння і вирішення інноваційних проблем. Стратегічне мислення може бути введене у навчальний процес через певні завдання, що включають в себе гру та конкуренцію. Розвивати стратегічне мислення у навчальному процесі допоможуть дослідження, аналітична та творча діяльність, які відображають загальний процес інновацій.
• Залежність від методів (знання + положення). Для дисципліни інновації методи, процеси та інструменти є фундаментальними. Учні повинні навчитися вірити в свої методи і прийоми. Вони можуть не знати нічого про конкретну проблему, але вони знають, що після застосування їх процесу дослідження та аналізу, вони зможуть генерувати інноваційні рішення. Учні не повинні думати, що вони наділені особливою творчістю, але повинні знати, що вони мають набір інструментів (рамки, методи, прийоми), який дозволяє їм інноваційні втручання. У певному сенсі, учні інноваційної дисципліни повинні бачити себе в ролі супер-героя Бетмена, сила якого не в його неординарності, а в поясі, який він носить. Таким чином, інноваційна програма має бути спрямована на освоєння учнями методів і прийомів дослідження, аналізу та синтезу.
• Підхід орієнтований на людину (знання + положення). На сьогоднішній день досить зрозумілим є те, що до найпотужніших інновацій, тих, що набули широкого поширення, відносяться такі інновації, в яких основна увага зосереджена не на технології або на ринку, а на кінцевих користувачах. При застосуванні підходу орієнтованого на людину, питання для кого ми проектуємо? стоїть на першому місці, далі йде питання що ми проектуємо? і, нарешті, останнє питання – як ми будемо це здійснювати? Учні-новатори повинні засвоїти, що успіх їх інновацій прямо пропорційно залежить від користі, яку вони приносить для життя людей. Таким чином, успішна програма навчання повинна включати в себе технології для досягнення потреб людей. Учні-новатори повинні вірити в те, що вони можуть змінити світ і поліпшити життя людей, людство є їх основним замовником. Більше, ніж коли-небудь, нам потрібні такі інновації, які допоможуть нам виправити помилки, що ми встигли накоїти.

Навчальна програма

Мета стратегічної навчальної програми нашої освіти полягає в тому, щоб допомогти дітям побудувати інноваційні компетенції, які дозволять їм ефективно подолати прірву між потребою та пропозицією в будь-якій галузі бізнесу. Цю прірву можливо подолати змінюючи ситуацію шляхом розвитку можливостей учнів в інтеграції факторів бізнесу, технологій та споживачів в системи, які доповнюють одна одну. Більш конкретні завдання полягають у наступному:

• навчитися мислити стратегічно через теорію та методи;
• розробити план розвитку для конкретної галузі;
• дослідити і зрозуміти кількісну та якісну інформацію;
• зрозуміти потреби ринку / споживачів / користувачів;
• дослідити можливості для розвитку важливих для людства продуктів, систем і послуг;
• вчитися на успішних бізнес-проектах, що відносяться до різних галузей;
• добре працювати на початковому етапі процесу розробки будь-якого продукту.

Навчальна програма складається з теоретичної частини (лекцій, читання та обговорення) та практичної частини (рішення задач, семінари та проекти). В теоретичній частині розглядаються різноманітні теми, такі як, стратегічне планування, ігри та теорії складності, задля того, щоб осягнути логічний, етичний та риторичний аспекти інновацій. Логічний аспект полягає у використанні методів та обґрунтувань при виявленні та вирішенні проблем. Етичний аспект заохочує до дискусії щодо відповідальності новатора перед іншими людьми та навколишнім середовищем. І, нарешті, риторичний аспект розвиває комунікаційні та презентаційні навички учнів.

Щодо свого проекту, учні мають два основні напрямки роботи при виборі теми: перший напрямок – це розвиток інноваційного плану для існуючого завдання. Другий напрямок – це створення інноваційного плану для нової концепції. Результатом такого стратегічного плану має бути доповідь, яка розглядає конкретне питання; досліджує його можливості для інновацій, і представляє собою план для реалізації цілей, що поставить запропонований ідею поза конкуренцією.

Всього цього можливо досягти через більш високий рівень інноваційних структур, які включають в себе конкретні методи і прийоми. Як тільки-но учні ознайомляться з загальною структурою, яка принципово спрямована на дослідження, вони будуть здатні позиціонувати себе в цьому процесі, думати більш стратегічно і, відображати своє розуміння і творче бачення в своїй темі.

Методологічна основа

Використана схема є дуже простою і дає загальне уявлення про фази, які відбуваються в процесі розуміння та створення інновацій (рис. 1). Її метою є показати потік і обробку інформації в ході створення інновації. Зокрема, як інформація перетворюється в знання, знання – в стратегічну перевагу, а стратегія – в пропозиції.

По суті, процес розуміння включає в себе дослідження та аналіз. Метою дослідження є збір кількісної та якісної інформації щодо проекту та його користувачів.

Дослідження. Дослідження є ключовим для інновацій. Можна навіть подумати, що творчий процес неможливий без дослідження (збору інформації). Таким чином, учні-новатори повинні бути освіченими, щоб стати відмінними дослідниками. Деякі навчальні заклади включили активні науково-дослідницькі програми в свої методологічні розробки [5].

Учні повинні мати можливість досліджувати теорії та інформацію, пов'язані з їх проектом. Їх дослідження мають бути:

• спрямовані до минулого, тобто мати історичну основу в своїх проектах, а також простежувати тенденції розвитку;
• націлені на сучасність, тобто знати що ще відбувається паралельно проекту, щоб бути широко обізнаними і визначати прямі і непрямі сили, які впливають на проект;
• орієнтованими на людей, тобто знати кінцевого користувача, а також його проблеми, потреби та бажання, щоб мати чітке уявлення про те, для кого вони створюють інновації [6];
• зосереджені на майбутньому, тобто приймати до уваги можливі сценарії розвитку та вивчати наявні можливості.

У фазі дослідження учні беруть участь у первинних і вторинних дослідженнях для збору теорій та інформації, пов'язаних з їх проектами. Існує чотири основних різновиди науково-дослідницької діяльності:

• дослідження користувачів (спостереження, спрямовані на розуміння кінцевих споживачів);
• технологічні дослідження (спрямовані на розуміння засобів і технологічних ресурсів, пов'язаних з проектами);
• дослідження ринку (орієнтовані на кінцеву картину ринку, на який спрямований проект);
• соціально-культурні дослідження (спрямовані на розуміння соціальних і культурних сил, які впливають на проект з локальної та глобальної точок зору).

Для дослідження користувачів використовуються наступні етнографічні методи:

• Відео / фото етнографія - складається з відеозаписів та фотографій, які відображають специфіку життєдіяльності користувачів.
• Дослідження через одноразові камери – видаються користувачам разом з завданням сфотографувати конкретні події їх повсякденної діяльності.
• Дослідження матеріальної культури - реєстрація та каталогізація предметів і об'єктів, з якими користувачі постійно взаємодіють.
• Глибинні інтерв'ю - неофіційне інтерв'ю з користувачем у його середовищі.
• Стеження - включає в себе стеження за користувачем протягом кількох годин і запис всього, що відбувається.
• ДСВОК – легка для запам’ятовування схема, орієнтована на спостереження і збір даних, пов'язаних з: Д - діяльністю (те, що користувачі роблять?), С – середовищем (де вони роблять?), В - взаємодія (з ким вони роблять?), O - об'єкти (які об'єкти і засоби використовують?) та К-користувачі (хто вони?).

Очевидно, що вибір техніки спостереження, яку учні будуть використовувати в своїх дослідженнях, залежить в основному від їх теми. Важливим моментом для учня-новатора є визнати необхідність для дослідження користувачів рівно як і визнати те, що неможливо знати потреби та бажання користувачів без спостереження та розуміння їх життєдіяльності. Важливо уточнити, що метою дослідження користувачів є не знаходження відповідей та рішень, а розуміння їх проблем та потреб. Учні повинні проводити спостереження за користувачами, не очікуючи, що останні будуть мати можливість сказати все про їх потреби та очікування. Іноді користувачі навіть не усвідомлюють, що ведуть себе певним чином. Крім того, учні-новатори повинні знати, що самозвіти часто бувають помилковими.

Аналіз. Ефективне дослідження зазвичай породжує величезну кількість інформації, яка повинна бути ретельно проаналізована. Метою етапу аналізу є формулювання і отримання уявлення про контекст, а також поєднання, комбінування та осмислення отриманої інформації. Тому такі заходи, як каталогізація, організація, фільтрація та візуалізація інформації є суттю процесу аналізу. Саме на етапі аналізу данні перетворюються на знання, які включають в себе розгляд проблеми з іншої точки зору для виявлення закономірностей і потреб. В залежності від проекту, учням рекомендується застосувати кілька методів аналізу:

• Профілі – спроба створити профіль основних користувачів системи, яка розглядається.
• Розкладання системи – руйнування проекту на окремі частини та елементи. Концепція мап є чудовим інструментом для вирішення цього завдання.
• Соціальний аналіз - використання принципів соціальної мережі для побудови соціограми (схематичного зображення) взаємодії людей і господарської діяльності.
• Технологічне прогнозування – дослідження минулих і сучасних технологій для виявлення елементів, які могли б допомогти розвитку майбутніх технологій.
• Соціально-культурні тенденції – пошук соціально-культурних показників, які могли б дати поштовх майбутньому розвитку подій.
• Мапи позиціонування – відображення основних пропозиціях на ринку, щоб візуально порівняти і уточнити відмінності.

Стратегії. Стратегія є першою фазою інноваційного виміру. На цьому етапі учні мають зосередитися на пошуковій і творчій діяльності, а також на вирішенні проблем. На стратегічному етапі ідеї перетворюються на стратегії вирішення. Мета полягає в тому, щоб представити можливості для інновацій та розвивати необхідні стратегії для розробки і реалізації пропозиції. Можливості виявляються, ґрунтуючись на розумінні, досягнутому в аналітичній фазі. Насправді, дослідження та визначення стратегій є аналітичною діяльністю, яка відбувається після того, як інформація організована, а зразки зібрані і ідентифіковані. Загальні поняття з теорії ігор дуже корисні на даному етапі, вони допомагають учням визначити можливості диференціації своїх ідей. Основні стратегічні методи включають в себе:

• Дослідження можливостей - включає в себе припущення і відображення ймовірних можливостей, а також їх спростування.
• Планування - полягає у визначенні поведінки прямих і непрямих суперників (конкуренція) і союзників (співробітників) ідеї. Спроба припустити свій наступний можливий хід.
• ССМП – обговорення сили, слабкості, можливостей та переваг конкретної ідеї.
• Визначення стратегії - в основному включає в себе вирішення стратегії для наслідування.

Синтез. На етапі синтезу стратегії перетворюються на ідеї та концепції, що повинні бути розроблені. Суть синтезу полягає у візуалізації, перевірці та обміну ідеями. Прикладами методів синтезу є:

• Розвиток концепції - складається з переходу від стратегії до представлення концепції.
• Розробка сценарію - складається з візуалізації концепцій та досвіду користувачів сценаріїв.
• Створення прототипу – є основоположним для успішного проекту; складається з тестування запропонованої концепції, перш ніж вона повністю буде розроблена.
• Впровадження і зміна плану - складається в основному з мапи для реалізації розробленої ідеї, а також плану можливих змін.
• Зв'язок – є також надзвичайно важливим для проекту в цілому. Зв’язність проекту є не легким завданням, оскільки зміст, процес викладу і формат повинні бути послідовно організовані в презентації. Учні-новатори повинні бути в змозі ефективно реалізувати проект для різних аудиторій.

Очевидно, що процес інновації не є послідовним, як представлено тут; він включає багато ітерацій і циклів між фазами дослідження, аналізу, стратегії та синтезу, однак для учня-новатора дуже важливо мати схему, за якою потрібно рухатись і розуміти цінність різних завдань, які він повинен виконувати. Як тільки учні зрозуміють мету цих завдань, вони будуть здатні створити нові завдання, більш орієнтовані на їх проект, створюючи нові інструменти для вирішення поставлених задач.

В університетах України за останній час, акцент на наукових дослідженнях і стратегії підвищив якість роботи багатьох учнів. Оскільки цей процес структурований і має чітку стратегію, учні здатні створити менше наявних альтернатив (кількість), але більше інноваційних концепцій (якості). Основу такої спроможності дітей, здатні закласти школи та гімназії країни.

Висновок

Інноваційна дисципліна є прерогативою не вчителів, а учнів та студентів. Ті, хто відповідальні за підтримку розвитку інноваційної компетенції знаю, що все, що вони можуть зробити, це представити структуру, процес збору і використання інформації. Як зазначається у доповіді, інноваційні компетенції включають компетенції в галузі досліджень, аналізу, стратегії та синтезі.

Кожна спроба до інновацій приносить свої складності. Різниця між новачком і експертом-новатором полягає в їх здатності створювати і використовувати саме ті методи, які необхідні для вирішення їх потреб. Впевненість новатора бере свій початок від його віри в процес. Він може не знати про конкретну проблему на початку своєї справи, але, застосовуючи деякі методи дослідження, він буде в змозі не лише зрозуміти те, що упустив, але й запропонувати творчі шляхи до вирішення проблеми, що склалася.

Інноваційні компетенції – здатність розуміти контекст і запропонувати значущі та інноваційні зміни – є одним з найпотужніших здібностей нашого розуму. Для великомасштабних змін в нашому світі, які б могли призвести до збільшення свободи і зменшення насильства, злиднів та екологічних збитків потрібна неабияка концентрація новаторських умів. Більше, ніж будь-коли раніше, новаторів просять взяти на себе лідерські позиції. Більше, ніж будь-коли раніше, нам так необхідні логічні і етичні інноваційні компетенції.