Внедрение робототехники в образовательное пространство школы

Внедрение робототехники в образовательное пространство школы
Сафин Ильдар Маскурович, учитель информатики
"Если ученик в школе не научился сам ничего творить,
то и в жизни он всегда будет только подражать, копировать,
так как мало таких, которые бы, научившись копировать,
умели сделать самостоятельное приложение этих сведений"
Л.Н.Толстой
Несмотря на то, что Лев Толстой сказал эти слова в прошлом веке, они актуальны сегодня. Наше время требует нового человека – исследователя проблем, а не простого исполнителя.
В 2010 году Национальный научный фонд США (совместно с The Computing Research Association и The Computing Community Consortium) опубликовал аналитический отчет в котором подробно описаны, какие образовательные технологии будут максимально эффективны и востребованы до 2030 года:
•UserModeling — мониторинг и моделирование профессиональных качеств и учебных достижений учащихся;
•MobileTools — превращение мобильных устройств в образовательный инструмент;
•NetworkingTools — использование сетевых образовательных технологий;
•SeriousGames — игры, развивающие концептуальные компетенции;
•IntelligentEnvironments — создание интеллектуальных образовательных сред;
•EducationalDataMining — образовательные среды интеллектуального анализа данных;
•Rich Interfaces — богатые интерфейсы взаимодействия с физическим миром.
Первой задачей, которую нам предстоит решить — это создание образовательной среды, отражающей все тенденции и направления развития указанных образовательных технологий. Основным результатом деятельности образовательного учреждения должна стать не система знаний, умений и навыков сама по себе, а набор ключевых компетенций в интеллектуальной, гражданско-правовой, коммуникативной, информационной и иных сферах. Особо следует выделить учебно-познавательную, информационную, социально-трудовую и коммуникативную компетенции, которые определяют успешность функционирования выпускника в будущих условиях жизнедеятельности. Такую компетентностную стратегию образования может реализовать в образовательной среде робототехника. Робототехника в школе представляет обучающимся технологии 21 века, способствует развитию их коммуникативных способностей, развивает навыки взаимодействия, самостоятельности при принятии решений, раскрывает их творческий потенциал. Конечно же, занятия робототехникой не приведет к тому, что все дети захотят стать программистами и роботостроителями, инженерами, исследователями. В первую очередь такая работа направлена на общенаучную подготовку школьников, развитие их мышления, логики, математических и алгоритмических способностей, исследовательских навыков. И как итог – получение знаний основ механики и конструирования, автоматического управления, программирования и многих востребованных на рынке труда компетенций.
Главная задача системы общего образования – заложить основы информационной компетентности личности, т.е. помочь обучающемуся овладеть методами сбора и накопления информации, а также технологией ее осмысления, обработки и практического применения.
В начале работы осуществлялся поиск необходимой информации, приобретения набора LEGOMINDSTORMS 8547, изучалась роль и место курса робототехники.
LEGO Mindstorms — это конструктор (набор сопрягаемых деталей и электронных блоков) для создания программируемого робота. С помощью этих наборов можно организовать высокомотивированную учебную деятельность по пространственному конструированию, моделированию и автоматическому управлению.
Робототехника — прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем. Робототехника опирается на такие дисциплины как электроника, механика, программирование.
Эффективность обучения основам робототехники зависит от организации занятий проводимых с применением следующих методов по способу получения знаний предложенных В.А. Оганесяном.(1980г.), В.П. Беспалько(1995 г.):
Объяснительно - иллюстративный - предъявление информации различными способами (объяснение, рассказ, беседа, инструктаж, демонстрация, работа с технологическими картами и др);
Эвристический - метод творческой деятельности (создание творческих моделей и т.д.)
Проблемный - постановка проблемы и самостоятельный поиск её решения обучающимися;
Программированный - набор операций, которые необходимо выполнить в ходе выполнения практических работ (форма: компьютерный практикум, проектная деятельность);
Репродуктивный - воспроизводство знаний и способов деятельности (форма: собирание моделей и конструкций по образцу, беседа, упражнения по аналогу),
Частично - поисковый - решение проблемных задач с помощью педагога;
Поисковый – самостоятельное решение проблем;
Метод проблемного изложения - постановка проблемы педагогам, решение ее самим педагогом, соучастие обучающихся при решении.
И все-таки, главный метод, который используется при изучении робототехники это метод проектов.
Под методом проектов понимают технологию организации образовательных ситуаций, в которых учащийся ставит и решает собственные задачи, и технологию сопровождения самостоятельной деятельности учащегося.
Проектно-ориентированное обучение – это систематический учебный метод, вовлекающий учащихся в процесс приобретения знаний и умений с помощью широкой исследовательской деятельности, базирующейся на комплексных, реальных вопросах и тщательно проработанных заданиях.
Основные этапы разработки Лего-проекта:
Обозначение темы проекта.
Цель и задачи представляемого проекта.
Разработка механизма на основе конструктора Лего модели NXT (RCX).
Составление программы для работы механизма в среде Lego Mindstorms (RoboLab).
Тестирование модели, устранение дефектов и неисправностей.
При разработке и отладке проектов учащиеся делятся опытом друг с другом, что очень эффективно влияет на развитие познавательных, творческих навыков, а также самостоятельность школьников. Таким образом, можно убедиться в том, что Лего, являясь дополнительным средством при изучении курса информатики, позволяет учащимся принимать решение самостоятельно, применимо к данной ситуации, учитывая окружающие особенности и наличие вспомогательных материалов. И, что немаловажно, – умение согласовывать свои действия с окружающими, т.е. – работать в команде.
На начальном этапе знакомства с технологией конструирования учащимся не хватает практического опыта, и приходится знакомить учащихся с различными видами деталей и их соединений, вырабатывать умение читать чертежи и строить трехмерные модели по двухмерным чертежам, взаимодействовать в команде. На таких уроках ребята работают по специально разработанным карточкам-заданиям, где дается небольшой фрагмент теоретического материала или ссылки, где можно получить необходимую информацию, предлагается описание модели и дается задание создать лего-модель либо по образцу, либо по предложенному описанию. Уже здесь ребята проявляют свою фантазию, создавая неординарные модели.
Иногда на занятиях предлагается решить изобретательскую задачу. При этом осуществляется дифференцированный подход, подразумевающий три уровня сложности. Например, при изучении темы «Подъемник» ребятам предлагается придумать механизм для подъема и переноса груза, заменяющий ручной труд людей и создать его лего-модель (1 уровень сложности). Тем, кто не может справиться с такой задачей и сам придумать такой механизм, предлагается изучить устройство и принцип действия промышленного рычажного механизма для подъема и переноса грузов и создать его лего-модель, предлагается ряд иллюстраций-примеров таких механизмов, используемых на производстве (2 уровень сложности). Тем, кто не справится и с этой задачей, предлагается лего-схема такого устройства и требуется объяснить принцип его действия и воспроизвести по схеме модель (3 уровень сложности).
Лего-технология расширяет систему знаний учащихся об окружающем мире, в том числе по истории техники (например, история создания и модель первого пылесоса, стиральной машинки, самолета), давая возможность проследить эволюцию технических устройств от простейших моделей до современных перепрограммируемых роботизированных устройств. В процессе небольших исследований ребята узнают об особенностях устройства и принципах работы машин и механизмов. Работая над своими проектами (Например, «история и принцип действия нефтяной качалки»), учащиеся сами ищут информацию, создают видеофильмы, показывающие принцип работы устройства, создают и фотографируют лего-модели, оформляют результаты работы в виде презентации. Недостаток знаний компенсируется возрастающей активностью любознательности учащихся, что выводит обучение на новый продуктивный уровень.
Особое удовольствие учащимся доставляет создание действующих моделей, которыми они сами могут управлять с помощью программ. Используя в модели двигатели, цветные лампы, зуммер, учащиеся создают линейные и циклические программы, а внедряя в свою модель различные датчики, ребята пишут более сложные разветвляющиеся программы. Так постепенно от обычных технических устройств и моделей ребята переходят к созданию робототехнических устройств и механизмов.
Все создаваемые учащимися модели и проекты неповторимы, индивидуальны. Особенность образовательной робототехники состоит в том, что учащиеся делают свои модели не по алгоритму, а изначально пребывают в свободном творчестве, сами придумывают комбинации устройств и деталей в зависимости, от тех задач, которые должен решать их робот, а затем сами же и программируют управление этими устройствами. Таким образом, Лего-технология позволяет учащимся принимать решение самостоятельно, применимо к данной ситуации, учитывая окружающие особенности и наличие вспомогательных материалов, вырабатывает умение согласовывать свои действия с окружающими, т.е. – работать в команде.
Кроме того, Лего-технология способствует накоплению опыта творческой и исследовательской деятельности, опыта публичных представлений своих проектов. Учащиеся среднего звена имеют возможность представить свои исследовательские проекты на интеллектуальных мероприятиях различного уровня. Выступление в международной олимпиаде по истории авиации и воздухоплавания им. А.Ф. Можайского в номинации «Современная техника». Решая научно-познавательные и учебно-практические задачи, связанные с конструированием, программированием, робототехникой, учащиеся самостоятельно при поддержке учителя получают новые знания и умения применять эти знания в своей деятельности. Школьники учатся мыслить логически, творчески, обоснованно подходить к решению поставленных задач, создавать свои проекты и проводить небольшие исследования, оформлять и представлять результаты своей работы.
Подводя итоги можно сказать, что внедрение робототехники в образовательное пространство школы повлечет за собой:
Повышение качества образования учащихся, заинтересованности предметом.
Формирование новых моделей учебной деятельности, использующих информационные и коммуникационные технологии.
Формирование информационной компетентности.
Совершенствование системы работы с одаренными детьми на основе использования возможностей новых информационных технологий.
Создание условий, которые позволяют реализовать способности и интересы учащихся.
Создание условий для реализации моделей открытого образования, для вариативности и индивидуализации образования.
Также я понимаю, что направление образовательная робототехника имеет большие перспективы развития. Оно может быть внедрено в такие учебные предметы как физика, технология, окружающий мир в начальной школе. То есть со временем нужен системный подход школы к встраиванию робототехники в образовательное пространство школы.
Привлечение школьников к исследованиям в области робототехники, обмену технической информацией и начальными инженерными знаниями, развитию новых научно-технических идей позволит создать необходимые условия для высокого качества     образования, за счет использования в образовательном процессе новых педагогических подходов и применение новых информационных и коммуникационных технологий. Понимание феномена технологии, знание законов техники, позволит выпускнику школы соответствовать запросам времени и найти своё место в современной жизни.
Литература:
Первый шаг в робототехнику. Д.Г. Копосов. Бином.2012г.
http://rudocs.exdat.comhttp://www.schoolrm.ruhttp://koposov.infohttp://www.atomic-energy.ru/Robotics?year=2014