Статья посвящена обучению робототехнике при помощи исследовательских и учебных проектов. Рассматриваются этапы работы над проектом и виды проектов. Описываются «ментальные привычки», благодаря которым обучающиеся в будущем смогут решать любые учебные и исследовательские задачи.
Ключевые слова: робототехника, проект, исследовательская деятельность, учебная деятельность, ментальные привычки, робототехнический проект.
За последние несколько десятилетий появилось очень много сфер жизни, в которых были внедрены роботы. Это производство, медицина, военная техника, строительство, транспорт, и бытовые роботы.
С начала 2010-х годов активно начали включать в образовательную программу робототехнику. Робототехника присутствует как в основной образовательной программе, так в дополнительном образовании. Детей начинают обучать примерно с 5–6 лет. Проводятся различные конкурсы для детей, например, на конкурсе «Леонардо» есть секция по робототехнике как для обучающихся начальной школы, так и для средней и старшей школы.
На занятиях (в дополнительном образовании) робототехникой педагог по-разному может строить занятие. Например, на первоначальном этапе обучающиеся собирают конструкцию и механизм по схеме, на втором этапе дети собирают только механизм, а всю остальную конструкцию собирают самостоятельно — подключая творчество. А на третьем этапе обучающимся дается конкретное задание, а сами обучающиеся уже выбирают конкретный механизм и выбирают каким образом собрать свою конструкцию. Но, к сожалению, на данных занятиях не хватает исследовательской деятельности, которая могла дополнить данные занятия.
В своей работе Н. Ю. Пахомова дает следующее определение исследовательской деятельности — «это деятельность, связанная с решением обучающихся творческой, исследовательской задачи c заранее неизвестным решением (в отличие от практического занятия, которое служит для иллюстрации законов природы), которая предполагает:
— наличие основных этапов, характерных для исследования в научной сфере;
— постановка проблемы, изучение теории, подбор методик исследования и практическое овладение ими;
— сбор собственного материала, его анализ и обобщение, научный комментарий, собственные выводы» [3].
«Исследовательская деятельность — это особый вид интеллектуально-творческой деятельности, порождаемый в результате функционирования механизмов поисковой активности и строящийся на базе исследовательского поведения» — А. И. Савенков [2]. Но проведение исследовательской деятельности на уроках крайне затруднительно, т. к. есть ограничение образовательно-культурными традициями: ограниченное время на уроке, содержание основных образовательных программ. А на занятиях в дополнительном образовании есть возможность проводить исследовательскую деятельность, т. к. занятия длятся гораздо дольше, педагог не ограничен в содержании материала, с которым будут работать обучающиеся.
Для обучающихся важно, чтобы у них были сформированы умения, универсальные компетенции, которые они могут применять в разных видах деятельности. Сформировать умения и компетенции можно сформировать при помощи метода проектов. Так, У. Килпатрик понимает метод проектов как «метод планирования целесообразной (целенаправленной) деятельности в связи с решением какого-либо учебного задания в реальной жизненной ситуации» [4].
У. Килпарк выделял четыре вида проектов:
— созидательный (производительный, направленный на создание чего-то нового, ранее существовавшего только в виде мысли/идеи);
— потребительский (создание объектов для потребления);
— проблемный (ориентированный на решение проблем, требующих интеллектуального развития);
— проект-упражнение (кратковременный проект, направленный на развитие конкретных навыков, умений, стиля мышления) [4].
Важным приобретением для обучающихся будет способность к организации своей жизни. Первый крупный эксперимент по внедрению метода проектов в 1917 году провел Э. Коллингс в США в штате Миссури. Э. Коллингс считал, что педагог на занятии должен помочь обучающемуся в выборе деятельности и решить проблемы и вопросы, с которым он сталкивается в процессе той или иной деятельности. Поскольку на занятиях робототехникой в дополнительном образовании обучающийся уже определился с видом деятельности, то педагог принимает на себя роль тьютора (руководителя проекта). Так как обучающиеся 8–11 лет еще достаточно малы для самостоятельной организации проекта, педагог незаметно для них будет управлять проектом. Но все равно обучающиеся должны примерить на себя функции управляющего и исполнителя.
В данной статье проект рассматривается как совокупность практической и исследовательской деятельности, которая значима для исполнителя (обучающегося) и направлена на решение проблемы, а результатом будет практическое или теоретическое решение проблемы. Также проект можно рассматривать как организационную форму обучения, а как следствие он обладает качествами образовательной технологии — это системность, научность, структурированность, логичность, процессуальность, преемственность, управляемость (диагностичность, прогнозируемость, эффективность, оптимальность, воспроизводимость).
Существует несколько направлений робототехники — это образовательная, спортивная и творческая робототехника. В направлении образовательной робототехники целью является достижение образовательных результатов, которые будут получаться в процессе деятельности или в продукте этой деятельности [1].
В направлении соревновательной робототехники целью будут различные фестивали и конкурсы, а достижение этой цели будет в победе.
А третье направление — это творческое, робототехника. Цель — создание нового устройства, конструкции и т. д.
На занятиях в дополнительном образовании можно использовать все три направления в обучении робототехнике. В первую очередь реализуется образовательная робототехника, т. к. необходимо сформировать конструкторские навыки и учить детей первоначальным навыкам программирования. Далее реализуется соревновательное направление, именно так демонстрируется достижения обучающихся в формате фестивалей, выставок, спортивных состязаний роботов. А вот творческое направление для ученика более высокий уровень, для него характерен достаточно продвинутый уровень знаний, и умение сконструировать собственное решение, которое не задается в образовательной и соревновательной робототехнике.
Самые распространённые комплекты конструкторов — это Lego. Для работы на данных конструкторах необходимо занятие разделить на три части:
- Исследовательская деятельность — обучающиеся знакомятся с научной проблемой, обсуждают возможные решения.
- Конструкторская деятельность — создание модели: сборка, программирование и модификация.
- Представление результатов — обучающиеся представляют свои работы, объясняют свои решения, опираясь на свой документ с результатом исследования.
Благодаря проектам по робототехнике у обучающихся формируются универсальные учебные действия, акцент делается на проектные и исследовательские умения, они является важными для инженерного и естественного-научного образования. Также ученики могут достичь результатом как базового, так и высокого уровня в Примерной образовательной программе описывается как «выпускник получит возможность научиться».
Очень важно при обучении на основе проектов является формирование «ментальных привычек» (habits of mind) — это универсальные привычки, благодаря им обучающиеся в будущем смогут эффективно решать любые задачи. Ментальные привычки: системное мышление, оптимизм, творческий подход, этические принципы, совместная работа, обмен информацией.
Перед началом работы необходимо организовать пространство для хранения наборов, подготовить контейнер с измерителями материалами, материалы для сбора данных исследования. Также обучающимся необходимо время по окончанию работы, чтобы можно было разобрать свои модели и разложить части в коробку.
На первом этапе при конструировании обучающиеся должны сконструировать модель максимально соответствовать реальным предметам и явлениям. Желательно не ограничивать в творчестве при конструировании.
На втором этапе обучающиеся планируют и проводят исследование. При активном участии в обучении (при решении учебной проблемы) оно станет более продуктивным. Обучающиеся учатся делать предположения, собирать информацию, проводить эксперименты и по окончанию делать выводы. Также педагогу необходимо обучить детей определять причину и следствие при проведении экспериментов, но важно при этом, чтобы изменялась одна величина.
На третьем этапе обучающиеся должны спроектировать решение проблемы, которое не имеет однозначного решения. В основном это происходит в творческом направлении — обучающиеся могут использовать один механизм, но сочетать разные модели, программы.
При решении задачи у обучающихся не всегда успешно её решить с первого раза или в рамках отведенного времени и, в связи с этим педагог предлагает им обдумать проделанную работу.
При выполнении проектной работе обучающиеся фиксируют результаты своей работы — описывают каждый этап процесса, причем они должны распределить время на выполнение задания, организацию деятельности и заполнение документа.
Также необходимо дать возможность обучающимся понять, что они сделали не так как необходимо, и они должны понять каким образом поправить работу. Предложить обучающимся поделиться результатами.
Обучающиеся знакомятся со следующими видами механизмами — зубчатые передачи, червячная передача, рычаг, шкивы и другие. А для того, чтобы эти механизмы заработали в наборе есть мотор, 2 датчика — перемещения (обнаруживает изменения в расстоянии: приближение, удаление, изменение положения) и наклона (датчик обнаруживает изменения в наклон в одну и другую сторону, вверх и вниз, без наклона и любой наклон).
Специфика робототехнических исследовательских проектов состоит в том, что обучающиеся должны еще программировать. Для того, чтобы запустить модель необходимо создать программные строки. Программная строка — это последовательность программных блоков.
Таким образом, можно сказать, что для обучающихся 8–11 лет обучение робототехнике при помощи исследовательских и учебных проектов происходит примерно также как для старшеклассников, различие только в том что робототехнические наборы менее сложные и теоретический материал, над которым работают соответствуют возрасту.
Литература:
- Столповский, Г. А. Робототехника — основа технологий будущего / Г. А. Столповский, А. Г. Столповский // Шаг в науку. — 2018. — № 3. — С. 84–88. — EDN WSTDRI.
- Савенков, А. И. Исследовательское обучение и проектирование в современном образовании. // Исследовательское работа школьников. — 2004. № 1. — С. 22–32.
- Пахомова, Н. Ю. Проектная и исследовательская деятельность учащихся. Основные определения. / Экспериментальное образовательное пространство города Москвы // Альбом по экспериментальной и инновационной деятельности Департамента образования города Москвы. — М., Пушкинский институт, 2005. — 543с.
- Klipatric, W. H. The Project Method / W. H. Klipatric // Teachers College Record. Vol. XIX. — 1918. — № 4. — P. 319–334.
