Данная статья посвящена изучению педагогических условий организации элективного курса «Образовательная робототехника» в общеобразовательной школе. Автором рассматривается понятие образовательная робототехника, его актуальность и роль в технологической подготовке младших школьников. Рассмотрены методы и формы преподавания курса образовательной робототехники. Образовательная робототехника позволяет развить у младших школьников интерес к техническим специальностям, а также поднять престиж профессии инженера. Приведено краткое описание каждого блока элективного курса «Образовательная робототехника» в общеобразовательной школе. Автор приходит к выводу, что образовательная робототехника позволяет в игровой форме изучать работу различных механизмов и устройств.
Ключевые слова: образовательная робототехника, обучение младших школьников, внеурочная деятельность, конструировании роботов, ЛЕГО-конструирование, элективный курс.
This article is devoted to the study of the pedagogical conditions for organizing the elective course «Educational Robotics» in a secondary school. The author considers the concept of educational robotics, its relevance and role in the technological and logical training of younger students. The methods and forms of teaching the course of educational robotics are considered. Educational robotics makes it possible to develop an interest in technical specialties among younger students, as well as to raise the prestige of the engineering profession. A brief description of each block of the elective course «Educational Robotics» in a secondary school is given. The author comes to the conclusion that educational robotics makes it possible to study the operation of various mechanisms and devices in a playful way.
Keywords: educational robotics, teaching younger schoolchildren, extracurricular activities, designing robots, LEGO-construction, elective course.
Образовательная робототехника в общеобразовательной школе приобретает все большую значимость и актуальность в настоящее время. Ее задача увеличить популярность и престиж профессии инженера, а также развить у младших школьников интерес к техническим специальностям.
Успешность человека в современном обществе, во многом определяется его способностью выявлять и оценивать перспективы, отыскивать и использовать возможности и ресурсы, строить планы и осуществив их, суметь адекватно оценить результаты. Овладев этими способностями еще в школе, обучающиеся получают больше возможностей в будущем стать высококвалифицированными специалистами в самых различных областях науки и творчества.
Робототехникой называется наука о конструировании роботов и процессе разработки автоматизированных технических систем на базе электроники, механики и программировании. Робототехника с точки зрения В. В. Тарапаты и Н. Н. Самылкиной, это «интенсивно развивающаяся техническая наука, изучающая не только теорию, методы расчета и конструирования роботов, их систем и элементов, но и проблемы комплексной автоматизации производства и научных исследований с применением роботов» [4, с. 54].
На данный момент образовательная робототехника в предметной области технологии зачастую представлена как эксперимент или некий вспомогательный элемент, не входящий в учебный план, что не позволяет в полной мере раскрыть ее потенциал. Исправить это может организация элективного курса «Робототехника», который позволит лучше усваивать и применять на практике учебный материал по предмету технология, а также связать его с такими предметами, как физика, математика, информатика.
Так как образовательная робототехника опирается на такие дисциплины, как электроника, механика, мехатроника и информатика, которые входят в предметную область технологии, она так же является ее частью [1, с. 9].
В рамках внеурочной деятельности образовательная робототехника способствует интеграции знаний, полученных на уроках технологии, информатики физики, черчению. Одним из составных элементов образовательной робототехники является ЛЕГО-конструирование.
ЛЕГО-конструирование рассматривается как вид шаблонной деятельности, ориентированной на знакомство с возможностями конструктора. Основными «принципами ЛЕГО-конструирования являются [5, с. 319]:
– восхождение от простого к сложному;
– учет индивидуальных возможностей детей в освоении коммуникативных и конструктивных навыков;
– активность, созидательность, комплексность;
– использование эффективных методов и целенаправленной деятельности, направленных на развитие творческих способностей детей» [2, с. 186].
При работе с робототехническими конструкторами используются межпредметные связи с информатикой и математикой, технологией, окружающим миром. Они опираются на естественный интерес младших школьников к игре, разработке и постройке различных механизмов [4, с. 19]. Часто в преподавании технологии применяется игровой метод.
«Конструкторы позволяют постигать взаимосвязь между различными областями знаний. Дополнительные элементы, содержащиеся в каждом наборе конструкторов, позволяют обучающимся создавать модели собственного изобретения» [3, с. 45]. Такой элемент образовательной робототехники, как конструирование, является важной частью предметной области технологии.
На уроках технологии конструирование проявляется в том, что дети могут делать различные изделия такие, как табурет или платье, используя различные инструменты. Образовательная робототехника позволяет облегчить процесс конструирования, путем применения различных конструкторов элементы которых соединяются друг с другом без помощи каких-либо приспособлений. Вместе с тем внедрение элементов образовательной робототехники в учебный процесс требует от учителя владения определенными компетенциями. Например:
– «владение формами и методами обучения, в том числе выходящими за рамки учебных занятий: проектная деятельность, лабораторные эксперименты, полевая практика и т. п.;
– разработка (освоение) и применение современных психолого-педагогических технологий, основанных на знании законов развития личности и поведения в реальной и виртуальной среде;
– владение ИКТ-компетентностями: общепользовательская ИКТ-компетентность; общепедагогическая ИКТ-компетентность; предметно-педагогическая ИКТ-компетентность (отражающая профессиональную ИКТ-компетентность соответствующей области человеческой деятельности);
– управление учебными группами с целью вовлечения младших школьников в процесс обучения и воспитания, мотивируя их учебно-познавательную деятельность» [1, с. 10].
Робототехника дает возможность принять участие в разных тематических робомероприятиях, которые позволяют проявить себя в рамках проектной деятельности — это робосоревнования, олимпиады по робототехнике, робовыставки, мастер-классы по программированию роботов.
Тарапата В. В. советует начинающим педагогам вести правильный диалог с детьми, конструктивно обсуждать плюсы и минусы своей работы и находить оптимальные решения для эффективного использования. Главная задача педагога — создание доброжелательного микроклимата в творческом взаимодействии обучающихся. Психологически стабильная атмосфера в группе достигается путем подбадривающих выражений для формирование чувства локтя, доверия, безопасности и поддержки [4, с. 87].
Для решения этих задач актуально использование современных ИТ-разработки. Например, можно собрать конструктор LEGO и запрограммировать устройство, выполняющее функцию защиты здания от нападения или ограбления. Это небольшой творческий проект, который включает в себя теоретическую часть: работу датчиков и навыки программирования. Фактическая часть включает проектирование и сборку оборудования, его экспериментальное исследование. Когда нужно спроектировать модель, имитирующую устройство, либо тренажер, помогающий выработать навыки или работающее в реальном мире. На таких мини-проектах обучающиеся понимают стадии организации проекта, овладевают проектным мышлением, учатся отстаивать свое мнение и любить то изделие, которое сконструировали [6, с. 28]. Результативность курса в значительной мере зависит от организации учебного процесса. При проектировании элективного курса «Образовательная робототехника» важно соблюдать педагогические условия, приведённые на рисунке 1.
Рис. 1. Педагогические условия организации элективного курса «Образовательная робототехника» в общеобразовательной школе
Именно поэтому олимпиадное движение становится главным резервом повышения эффективности к профессиональному самоопределению младших школьников, связанное с инженерно-техническими направлениями. Важной частью элективного курса робототехники являются соревнования роботов.
При составлении каждого занятия используется технология 4С, состоящая из четырех этапов: соединение, сборка, обсуждение и продолжение. Более подробно поговорим о ней в следующей теме. Рассмотрим кратко содержание каждого блока элективного курса «Образовательная робототехника» в общеобразовательной школе.
Первый блок — Введение в робототехнику. Состоит из 2 занятий (4 часа). В этом блоке обучающиеся знакомятся с содержанием курса, с правилами техники безопасности. Дети собирают небольшие конструкции из конструктора LEGO. Нужно ввести первоначальные понятия, что называется роботом, робототехникой [2, с. 187]. Не много рассказать историю робототехники и познакомить с современными роботами. В данном блоке обучающиеся знакомятся также с требованиями по соблюдении дисциплины, аккуратности обращения с дорогостоящей техникой.
Получат информацию в каких видах отрасли они смогут работать, при выборе профессии, связанной с робототехникой.
Второй блок — Основы конструирования. Состоит из 6 занятий (с 3 по 8 занятие, занимает 12 часов). В данном блоке, нужно больше погрузиться с детьми в конструирование, чтобы дети собирали роботов своими руками. Обучающиеся смогут узнать названия деталей, принципы их соединения, принцип жесткости и устойчивости конструкции [4]. Элементарные конструкции: башня, указка, хватательный механизм помогут детям понять способы применения деталей LEGO в реальной жизни, развить интерес и повысить мотивацию. На занятиях обучающиеся смогут собрать простого робота-тележку, познакомится с сервомотором. Основы конструирования также важно хорошо усвоить, как и основы программирования в будущем. Очень познавательно для обучающихся программа для 3D моделирования конструкций LEGO Digital Designer.
Третий блок — Программирование. Данный блок наиболее сложен и труден для освоения обучающимся. К нему нужно подойти наиболее ответственно и серьезно, так как именно в этом виде деятельности, обучающиеся сталкиваются с основными трудностями, с непониманием предмета. Порой сталкиваются с серьезными трудностями и непониманием. Именно здесь обучающиеся опускают руки и не хотят продолжать обучение. Здесь нужно с юмором преподносить уроки, чтобы облегчить задания обучающимся. Начать нужно с основ алгоритмизации. Объяснить из чего состоит каждая программа. Как микроконтроллер понимает ту или иную программу. На каждом уроке достаточно подробно разбираются каждый блок программы, интерфейс и цвет палитры. Принцип работы и программирования каждого датчика. В программе LEGO MINDSTORM Education EV3 уже заложены базовые программы, тренировочные уроки, их нужно постепенно усвоить, протестировать на роботе. В помощь обучающимся есть справочные материалы, к которым может обратиться обучающийся в случае возникшей проблемы [7, с. 75].
Четвертый блок соревнования. Здесь представлены основные виды соревновательных дисциплин: «Кегельринг», «Сумо», «Движение по линии». Соревнования особенно интересны обучающимся, захватывает их эмоциональную сторону, повышают их мотивацию к изучению, но также и опасны. Так как, если обучающимся будет слишком трудно освоить принципы работы программы, и они не смогут выполнить задания, то это вызовет очень много негативных эмоций и может стать причиной того, что дети не захотят дальше продолжать заниматься робототехникой. Поэтому нужно особенно много и тщательно разбирать простейшие программы, решать много примеров и задач, чтобы дети могли легко ориентироваться в сложных программах.
Пятый — блок творческих проектов. В данном блоке детям предлагается самим придумывать модели конструкции роботов по заданиям УМК LEGO MAKER. В них подробно описаны схемы проведения занятия. Выделены три темы: «Проигрыватель», «Устройство безопасности», «Марионетки» [6, с. 27]. Здесь ученики могут потренироваться в выступлении перед публикой, в создании презентации в программе Power Point, распределить роли в защите своих проектов. Полученные навыки они в будущем могут применить и в других образовательных предметах.
В конце каждого блока происходит получение зачёта обучающимся. После первого блока — это мини-выступление на одну из предложенных тем. После второго блока — это демонстрация собранной конструкции и его описание. 3 блок — проверочная работа с решением задач на программирование. 4 блок — проверочная работа на знание правил соревнований. 5 блок — защита творческого проекта с конструкцией, презентацией и рефератом.
Все зачетные работы важно подготовить таким образом, чтобы обучающимся не доставило особого труда в их решении, чтобы положительных оценок было намного больше, чем отрицательных, благодаря такому механизму сохраниться интерес к отрасли и мотивация к продолжению обучения.
При организации элективного курса «Образовательная робототехника» так же не маловажно учитывать специфику возрастного психофизического развития личности. Отбор педагогических средств необходимо производить с учетом возрастных и индивидуальных особенностей, способствующих успешной самореализации детей, так как в группе могут состоят дети разного возраста, и важно организовать свободу выбора помощи и наставничества.
Важнейшим условием является развитие и поддержание мотивации к обучению младших школьников.
Главными материальными условиями курса являются: среды управления роботами, позволяющие управлять как виртуальными, так и реальными, способствующие изучению языков программирования; виртуальные среды позволяющие моделировать и программировать роботов и окружение. Это дает возможность разделять обязанности в группе (графика, дизайн, программирование), так обучающиеся получают опыт коллективной работы при разработке проекта; робототехнические конструкторы, на первых этапах используются не сложные конструкторы позволяющие изучить основы механики такие как LEGO 9686 «Технология и физика» далее обучающиеся переходят к более продвинутым наборам таким как LegoMindstormEV3 позволяющим строить полноценных роботов, способных получать и обрабатывать информацию полученную с датчиков. Для программирования роботов используется язык программирования ПервоРобот.
Предметная область технологии включает в себя элементы технологи робототехника так же является частью этой системы обучение робототехники формирует тех грамотность. Ориентирует на получение инженерных специальностей.
Литература:
- Григорьев, С. Г. Робототехника и образование. Подготовка учителей // Робототехника в обучении: Учебно-методическое пособие / Под редакцией С. Г. Григорьева. -Москва: Московский городской педагогический университет, 2019. 一 С. 8–32.
- Стадольник, А.Ю., Чубаров, С. И. Использование робототехнического конструктора Lego Education WeDo 2.0 на факультативных занятиях по робототехнике в начальной школе / А. Ю. Стадольник, С. И. Чубаров // В сборнике: физико-математичсекое образование: цели, достижения и перспективы. — 2019. — С. 186–187.
- Тарапата, В. В. Учимся вместе со Scratch. Программирование, игры, робототехника / В. В. Тарапата, Б. В. Прокофьев. — М.: Лаборатория знаний, 2019. — 229 c.
- Тарапата В. В. Робототехника в школе: методика, программы, проекты: учебно-методическое пособие / В. В. Тарапата, Н. Н. Самылкина. — 2-е изд. — М.: Лаборатория знаний, 2021. — 112 с.
- «Зерттеушілік құзыреттілік» ұғымының ғылыми конструктісі //Қазақстанның ғылымы мен өмірі (Халықаралық ғылыми журнал). — Астана 2020. — № 5 (3) 2020. — 319–323 б.
- Оқушылардың зерттеушілік түсінігін қалыптастыру. //Қазақстанның ғылымы мен өмірі (Халықаралық ғылыми журнал). — Астана 2019. — № 1 (74) 2019. — 26–30 б.
- Contia D., Cirasab C., Nuovob S. D., Nuovoa A. D. «Robot, tell me a tale!»: A Social Robot as tool for Teachers in Kindergarten // Interaction Studies, January, 2019.
