Методика составления кейсовых заданий по предмету «технология» (в модуле «Автоматизированные системы») с использованием набора Arduino



В статье рассмотрена методика составления кейсовых заданий для обучающихся по предмету технология в модуле автоматизированные системы. Для формирования навыков применения обучающимися теоретических знаний на практике с использованием среды Arduino.

Ключевые слова: методика составления заданий, Arduino, автоматизированные системы, технология, кейс, электронный конструктор.

В соответствии с концепцией преподавания предметной области «технология» в общеобразовательных организациях Российской Федерации, реализующих основные образовательные программы [1], существует острая потребность в структуризации методики обучения самостоятельному созданию автоматизированных систем обучающимися, содержание которых обусловлено обновленным ФГОС ООО по технологии 2021 [2].

Сам термин автоматизация широко распространен в современном мире, но нас интересует его определение относительного учебной области технология. Автоматизированные системы — это такие системы, суть которых сводится к управлению механизмами, машинами и процессами с помощью средств, которые могут работать по специальной программе, созданной человеком [3].

Данное определение раскрывает содержание этого модуля и подталкивает нас на необходимость изучения посредством создания технических проектов обучающимися. Наиболее удобная платформа для изучения данного модуля — это Arduino, поскольку Arduino позволяет нам эффективно выстраивать широкий, практически безграничный спектр таких систем.

Ардуино — электронный конструктор, платформа, для быстрой разработки электронных устройств. Такие устройства могут получать информацию об окружающей среде посредством различных датчиков. А также могут управлять различными исполнительными устройствами, обрабатывая информацию в режиме реального времени, посредством встроенного микропроцессора [4].

Постановка проблемы.

Анализ литературы [5,6] позволяет констатировать, что существует достаточное количество методических материалов по теме проектирования на базе Arduino, но практически отсутствует информация, как актуализировать знания обучающихся по этой теме. Как сделать так, чтобы учащиеся сами могли видеть проблемы технического характера в окружающем мире, создавать автоматизированные системы и моделировать их посредством электронного конструктора. Это одна из самых сложных и актуальных задач на сегодняшний день.

Решение проблемы.

Чтобы ответить на этот вопрос, мы решили обратиться к перечню современных образовательных технологий. Решать задачи, которые не имеют точного ответа, а часто так и обстоят дела в сложных технических системах, учит кейсовый метод, который по определения представляет метод активного проблемно-ситуационного анализа, основанный на обучении путем решения конкретных практико-ориентированных ситуаций. Следует отметить, что кейс в отличии от проблемной ситуации не подразумевает одного единственного правильного ответа на задание. Таким образом, активизируется непосредственный переход от изучения теории к практике в рамках учебного занятия.

Появляется потребность в создании такого рода заданий и применении их на практике. Руководствуясь принципом системности и используя анализ учебной и методической литературы, мы разработали методику создания кейсовых заданий по модулю автоматизированные системы на базе Arduino. В базовой комплектации набор позволяет создавать и конструировать такие эксперименты, как: мигание светодиода, светофор, бегущая строка, светодиод с кнопкой управления, активный динамик и т. д. Следовательно, область заданий будет определена данными проектами. В ходе решения кейсовых заданий предполагается, что обучающиеся смогут собрать уже ранее изученные проекты.

Из общих рекомендаций, а также учете психологических особенностей младших и старших подростков следует важность учета процесса адаптации кейсового задания под естественные потребности и среду обучающихся, что означает учёт сферы их интересов так, чтобы ситуация кейса накладывалась на личный опыт школьника.

Таким образом, мы выделяем первый этап методики составления кейсового задания, требующий моделирования зоны, в которой будет рассматриваться ситуация, требующая практического решения.

Нами была выделена следующая структурная схема адаптации кейсовых заданий по зонам рис. 1.

1) Зона первичного времяпрепровождения школьника — это то, что окружает его в виде его личных предпочтений и первичного круга социализации.

2) Искусственная зона прямого внимания школьника — это зона, которая создаётся целенаправленным воздействием учителя, для обучения, воспитания и развития, посредством различных форм, методов и средств.

3) В отдельную зону можно выделить образовательную среду.

Рис. 1. Схема адаптации кейсовых заданий

На базе связей обучающегося с любым из элементов, представленных выше, необходимо выстраивать структуру самого задания. Следует понимать, что задание, составленное про проблемы космического центра, не будет вызывать у обучающегося такое же стремление к решению, как задание, составленное про его личную комнату. Этим и обуславливается создание фона для описания проблемы из перечня выше.

После выбора области описания ситуации наша задача сводится к описанию самой ситуации, ее проблемы и взаимосвязи объектов внутри нее, процессов, событий, фактов и т. д. Так мы переходим ко второму этапу методики.

Как показывают исследования, кейс включает в себя 3 основных компонента: вводная часть, основная и завершающая. На основе этого мы разработали шаблон, в процессе заполнения которого, мы получаем начальный вариант кейсового задания (рис. 2).

Рис. 2. Структурная схема заполнения кейсового задания

Следует помнить, что заполнять шаблон необходимо, подразумевая то, что обучающиеся при решении его смогут использовать разобранные ранее проекты на базе Arduino. Это важно, иначе решения будут направлены не на актуализацию полученных знаний по теме автоматизированные системы, тогда предметные цели не будут достигнуты. Для предупреждения такой ситуации, полезно заранее выписать области применения (таблица 1), включающие возможность использования проектов Arduino для решения проблем практико-ориентированного характера.

Таблица 1

Пример области практического применения проектов на базе Arduino

Название проекта	Оборудование	Области применения
Светофор	Плата Arduino уно, 3 светодиода, макетная плата, соединительные провода, 3 резистора номиналом 220 Ом.	Подача световых сигналов на производстве. Световой индикатор интервалов упражнений в тренировочном процессе. Световой регулировщик дорожного движения.
Эффект бегущего диода	LED светодиоды 6 штук, резисторы на 220 Ом 6 штук, макетная плата, плата Arduino и соединительные провода.	Указатели поворотников на велосипеде, автомобиле. Указатели в системе пожарной эвакуации. Указатели конвейерных линий на производстве. Подсветка зданий. Рекламные вывески. Указатели мест в кинотеатре.

Полезным будет, если обучающиеся в ходе изучения проектов заполнят данную таблицу.

На третьем этапе остается соединить предыдущие этапы воедино. Создать внешний вид кейса и структуры задания (сторителлинг).

1. Форма предоставления информации может быть весьма различна:

a) Печатный носитель: документ, график, таблица, схема, чертеж, рисунок, эскиз, мудборд, коллаж;

b) Аудиофайл: запись голоса, интервью, аудио дорожки, записи звуков пространства.

c) Презентация;

d) Инфографика;

e) Выписки из газет, журналы, книги, пособия.

2. Структура подачи информации и логика её изложения предполагает три основных вида:

– Структурированные кейсы (highly structured case) — короткое и точное изложение ситуации с конкретными цифрами и данными.

– Неструктурированные кейсы (unstructured cases) представляют собой материал с большим количеством данных.

– Первооткрывательские кейсы (ground breaking cases) могут быть как очень короткие, так и длинные. Наблюдение за решением такого кейса дает возможность увидеть, способен ли человек мыслить нестандартно, сколько креативных идей он может выдать за отведенное время.

Дополнительно к самой методике составления кейсовых заданий мы систематизировали информацию о практических рекомендациях по решению кейсовых заданий и обучению этому школьников. Так без учительского воздействия на обучающихся последним будет проблематично сразу решить кейс. Поэтому к каждому кейсу предполагается отдельный перечень инструментов его решения и алгоритм решения. Следует заранее продумать логику решения кейса учащимися и форму подачи ответа, что входит в четвертый этап составления кейса. Учащиеся получают памятку по решению кейса, которая включает в себя описание методов активизации технического творчества [7], а также перечень базовых этапов решения кейсовых заданий из области ТРИЗ-педагогики.

Кейс, как и любое задание, по общим рекомендациям, должен иметь приятный внешний вид. Вызывать желание школьника решать его, рассматривать материалы задания с интересом. Поэтому мы решили, что будет полезно разработать дизайн для наших заданий и оформлять кейс в отдельную папку — файл с титульным листом названием, содержащим основную, структурированную по шаблону выше информацию вместе с дополнительными информационными носителями. Это заключительный пятый этап методики составления кейса.

Общая схема методики составления кейсового задания выглядит следующим образом рис. 3.

Рис. 3. Общая схема составления кейсового задания

В заключительной части мы приводим краткий пример, составленного нами кейса по модулю автоматизированные системы на базе Arduino.

Подготовительный этап. Нам необходимо изучить некоторые проекты на базе Arduino. Такие как: первая программа на Arduino, мигание светодиода, затухание светодиода, регулировка мощности потенциометром, мигание трех светодиодов, бегущий светодиод.

Этап 1. Выбранная нами зона «дорога в школу».

Этап 2. Обучающимся дается выдержка из статьи по правонарушениям в области ПДД. Ставится проблема о частых переходах школьников в неположенном месте, вследствие чего, увеличивается число ДТП. Предлагаются данные опроса среди школьников, почему они переходят дорогу в неположенном месте. По результатам опроса, наиболее частые причины, это неудобное расположение светофора, либо его отсутствие. Ставится вопрос, о том, как решить данную задачу и уменьшить количество переходов в неположенном месте.

Этап 3. Добавляем к кейсу ссылку на онлайн-трансляцию с камеры перекрестка, или прилагаем снятое школьниками видео с места, где предполагается установка светофора. К кейсу добавляется историческая справка про возникновение светофора. Также к заданию прилагается базовый набор Arduino, содержащий необходимые элементы для проектирования. Кейс дополнятся мудбордом по правилам дорожного движения.

Этап 4. К общему кейсу прилагается перечень основных методов решения таких задач, раскрывается принцип моделирования и макетирования, подталкивающий обучающихся к решению задачи посредством создания макета из подручных материалов и набора Arduino.

Этап 5. Печатаем, получившееся задание рис. 4.

Рис. 4. Образец фрагментов готового кейса

В заключении, хочется отметить, что сформированная нами методика позволяет эффективным образом организовывать подготовку к учебным занятиям, учесть интересы обучающихся, взять во внимание ту среду, в которой они находятся, выбрать наиболее подходящие формы предоставления информации, активизировать техническое творчество обучающихся, направляет их на практическое применение теоретических знаний по модулю робототехника и автоматизированные системы по предмету «технология».

Литература:

1. Насырова, Э. Ф. К вопросу о перспективе развития предметной области «Технология» / Э. Ф. Насырова, Н. В. Гаврилова. — Текст: непосредственный // Международный научно-исследовательский журнал. — Сургут: Учредители: Индивидуальный предприниматель Соколова Марина Владимировна, 2020. — С. 54–58.
2. Коваль, Т. В. Формирование глобальной компетентности школьников средствами учебных предметов / Т. В. Коваль, С. Е. Дюкова, И. В. Лебедева. — Текст: непосредственный // Отечественная и зарубежная педагогика. — 2023. — № 2.1. — С. 169–183.
3. Гучапшев, Х. М. Игровые автоматизированные обучающие системы как одна из разновидностей инновационных форм обучения / Х. М. Гучапшев, Э. К. Байдаев, А. Я. Чубакова. — Текст: непосредственный // Управление экономическими системами: электронный научный журнал. — 2016. — № 4 (86). — С. 5–10.
4. Калоев, М. А. Использование микрокомпьютеров и микроконтроллеров в обучении / М. А. Калоев, А. А. Титова, А. В. Латаева. — Текст: непосредственный // Новые информационные технологии в автоматизированных системах. — 2016. — № 19. — С. 235–238.
5. Илькевич Борис Владимирович, Илькевич Константин Борисович, Илькевич Татьяна Геннадьевна. // «Формирование творческого инженерного мышления в процессе обучения робототехнике» // Ученые записки университета им. П. Ф. Лесгафта, no. 3 (193), 2021, pp. 150–157.
6. Лободинов В. С., Пан С. Р., Пугачев И. В., Трофименко В. Н., Тузко Я. Н. «Применение аrduino в учебном процессе» // Молодой исследователь Дона, no. 1 (16), 2019, pp. 51–55.
7. Машуков Яков Михайлович, Тесленко Валентина Ивановна // «Политехнический аспект при организации решения технических задач в процессе обучения физике в школе» // Образование и наука в XXI веке: физика, информатика и технология в смарт-мире сборник материалов Всероссийской с международным участием научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых.