Особенности применения метода проектов при изучении робототехники

Особенности применения метода проектов при изучении робототехники

Киямова С.М., учитель информатики МБОУ Гимназия №175 Советского района г.Казани

Данная статья посвящена аспектам формирования образовательных, а именно предметных результатов, в проектной деятельности в процессе внеурочной деятельности по робототехнике в общеобразовательной школе. Рассмотрено понятие робототехники, актуальность её изучения в рамках внеурочной деятельности. Были сформулированы выводы о важности использования такого метода как проектная деятельность с целью формирования и развития предметных результатов обучающихся.

Ключевые слова: проектная деятельность, робототехника, образовательная робототехника, легоконструирование, информационные технологии

За последние годы достижения в ИКТ, робототехнике и в автоматизированных системах управления (АСУ) затронули все сферы нашей современной жизни. Роботы-помощники широко используются в транспорте, в исследованиях Земли и космоса, в медицине (хирургия), на конвейерном промышленном производстве, при проведении лабораторных исследований в средах повышенной опасности, в сфере безопасности, в массовом производстве промышленных товаров и товаров народного потребления. Многие современные устройства, принимающие решения на основе полученных от сенсоров данных, тоже можно считать роботами – таковы, например, стиральная машина, без которых уже немыслима наша жизнь.

Робототехникой называют «область науки и техники, ориентированную на создание роботов и робототехнических систем, предназначенных для автоматизации сложных технологических процессов и операций, в том числе, выполняемых в недетерминированных условиях, для замены человека при выполнении тяжелых, утомительных и опасных работ…» [10]

В течение последнего десятилетия робототехника привлекает большой интерес со стороны учителей как эффективный инструмент для развития важных социальных и когнитивных навыков, а также для повышения эффективности усвоения учащимися школьных предметов. Таким образом, робототехника вошла в еще одну неотъемлемую часть нашей жизни - в систему образования, став частью учебного процесса, и повлекшее за собой появление такого понятия, как «образовательная робототехника».  

Что касается научной литературы, изучив работы разных авторов, можно выделить следующие трактовки данного понятия. Например, образовательная робототехника рассматривается не как самостоятельная дисциплина, а как раздел, входящий в предмет «технология», мотивируя это тем, что в процессе создания роботов предполагается моделирование и конструирование.

Также некоторые авторы отмечают, что образовательная робототехника предполагает написание программного кода для робота, что требует знаний в области программирования.

Что касается нормативных документов, то ПООП ООО включает в предметную область информатика раздел под названием «Робототехника», включающий в себя блок тем, подразумевающих робототехнику как объект и средство обучения.

В настоящее время образовательная робототехника внедряется на базовом уровне образования во многих странах по всему миру. Можно легко сказать, что одна из лучших областей, которая может быть пересечением современной науки, технологии, инженерии и математики, - это робототехника. От проектирования и программирования до создания механического устройства, которое выполняет команды пользователя, - это то, что требует высокодисциплинарных знаний и заставляет обучающихся выполнять ряд задач, основанных на обучении на практике.

Таким образом, робототехника, включающая программирование и электронику, является неотъемлемой частью STEAM-образования, которая также, как и робототехника, основывается на идее интегрирования  научных областей и решения практических и приближенных к реальным проблемам задач.

Впервые этот термин был использован в 2011 году биологом Джудит А. Рамали, которая, будучи главой Института естественных наук США, отвечала за разработку новых образовательных программ. Аббревиатура STEAM в переводе с английского означает интеграцию 5 учебных дисциплин: естественные науки, технология, инженерное искусство, творчество и математика.

Обучение на основе STEAM включает в себя то, что мы называем эмпирическим обучением, которое заключается в предоставлении возможности учащимся обучаться на собственном опыте, проводить рефлексию и делать выводы относительно собственной деятельности, приходить к новым открытиям и обучаться на своих ошибках. Действительно, в ходе создания робота обучающийся может совершить много ошибок, и их поиск и самостоятельное исправление являются важным аспектом обучения.

Робототехника и STEAM вскоре станут неотъемлемыми частями друг друга благодаря сильному пересечению областей робототехники. В этом быстро развивающемся мире владение технологиями должно быть важным аспектом каждого высококвалифицированного человека.

Такой подход позволит учащимся исследовать идеи, которые прописаны в школьной программе по-новому.

Следовательно, учителям необходимо находить и внедрять формы и методы обучения, которые бы соответствовали требованиям новых реалий.

Одним из таких методов является новый, но «хорошо забытый старый» дидактический метод, разработанный Джоном Дьюи  еще в 20 веке, метод проектов. Рассмотрим его суть. Метод проектов – это совокупность приёмов, действий учащихся в их определённой последовательности для достижения поставленной задачи – решения проблемы, лично значимой для учащихся и оформленной в виде некого конечного продукта. Основное предназначение метода проектов состоит в предоставлении учащимся возможности самостоятельного приобретения знаний в процессе решения практических задач или проблем, требующего интеграции знаний из различных предметных областей. Метод проектов как технология предполагает совокупность творческих по своей сути исследовательских, поисковых, проблемных методов. В ходе разработки проекта учитель играет роль эксперта, консультанта, разработчика, координатора. В основе метода проектов лежит развитие познавательных навыков учащихся, умений самостоятельно конструировать свои знания, ориентироваться в информационном пространстве, развитие критического и творческого мышления. Таким образом, образовательная робототехника с помощью метода проектов предоставляет возможность «обучаться, делая». Ведь в обучении с применением робототехники, в частности, обучающийся сталкивается с конкретными ситуациями, требующими практических решений и теоретической основы, которая приводит его к процессу самообразования.

Необходимо отметить, что все вышеперечисленное соответствует требованиям системно-деятельностного подхода, на котором основывается один из самых основных нормативно-правовых документов образования -  Федеральный государственный образовательный стандарт общего образования (ФГОС ОО). 

В связи с активным внедрением обновленных стандартов образования в качестве образовательных результатов выступают личностные,  метапредметные и предметные результаты. Среди которых предметный -  наиболее достижимый и видимый для педагога.

В процессе работы над созданием роботизированных моделей учащиеся получают возможность осваивать предметные результаты на основе деятельностного подхода через решение учебно-практических задач.

ФГОС ОО требуют освоения основ конструкторской и проектно-исследовательской деятельности и предполагается внедрение робототехники в содержание образовательного процесса в таких предметных областях, как технология и информатика. Все эти предметы изучаются в школе, но в школьной программе не существует такого урока, объединяющего в себе эти дисциплины. Поэтому создание в школах кружков по робототехнике, проведение факультативных занятий по созданию роботов и автоматических механизмов сможет заложить хороший фундамент в решение проблемы, обозначенной выше.

На мировом рынке существуют компании, которые создают специальные наборы образовательной робототехники. Особое положение среди таких организаций занимает компания LEGO.

Каждый конструкторский набор, предназначенный для разных возрастных категорий, представляет собой комплексное образовательное решение, которое соединяет в себе элементы LEGO, умную электронику, простое и интуитивно понятное программное обеспечение, а также разработанные учебно-методические материалы, которые соответствуют всем стандартам ФГОС.

При  разработке проекта с использованием конструктора LEGO, как и при создании любого другого, необходимо следовать этапам:

1.  Выдвинуть тему проекта

2. Обозначить цель и задачи

3. Сконструировать робота на основе конструктора

4. Составить алгоритм и написать программный код функционирования робота

5. Тестирование робота на работоспособность и выполнение необходимых команд и задач, устранение ошибок, отладка программа.

Нужно отметить, что метод проектов является гибкой технологией касаемо организации образовательного процесса, рассмотрим особенности применения данного метода поподробнее:

1. Практическое применение знаний: Метод проектов позволяет учащимся применить теоретические знания на практике. Создавая свои собственные проекты, студенты могут увидеть, как концепции из курса работают в реальной жизни, что делает обучение более осмысленным.

2. Развитие критического мышления: Учащиеся сталкиваются с реальными проблемами, которые необходимо решить. Это развивает критическое мышление и навыки решения проблем, так как они должны анализировать, планировать и реализовывать свои идеи.

3. Командная работа: Обычно проекты выполняются в группах, что способствует развитию коммуникационных навыков, умения работать в команде и управлять временем. Это очень важно в робототехнике, где сложные задачи часто требуют командного подхода.

4. Творчество и инновации: Проекты предполагают открытую структуру, предлагая студентам возможность проявить креативность. Учащиеся могут экспериментировать с различными технологиями и конструкциями, что может привести к инновационным решениям.

5. Интеграция различных дисциплин: Робототехника объединяет механические, электрические и программные аспекты. Метод проектов позволяет интегрировать знания из разных областей – математики, физики, инженерии и информатики, что способствует более полному пониманию предмета.

6. Персонализация обучения: Студенты могут выбирать темы и долгосрочные цели для своих проектов, что позволяет индивидуализировать обучение в соответствии с интересами и уровнями навыков каждого участника.

7. Оценка результатов: Проектная деятельность предоставляет возможность для более прозрачной оценки результатов. Вместо традиционных тестов студенты могут представить свои конечные проекты и объяснить, как они достигли поставленных задач.

8. Проблемная база: Проекты часто начинаются с постановки реальных проблем, которые необходимо решить. Это создает контекст для обучения и позволяет учащимся лучше понимать значимость того, что они изучают.

9. Итеративность процесса: Проектная работа позволяет вносить изменения по ходу выполнения задания. Студенты могут тестировать, анализировать результаты и модифицировать свои конструкции и программы, что способствует более глубокому пониманию естественного процесса инженерной деятельности.

Повышая мотивацию и вовлеченность учащихся, метод проектов в области робототехники способствует полноценному восприятию и глубокому изучению предмета. Таким образом, использование данного метода в изучении робототехники в рамках внеурочной деятельности является перспективным и актуальным направлением в нынешних реалиях. Поскольку образовательная робототехника является мощным инструментом для вовлечения учащихся в решение прикладных задач и проблем, поиск ответа на которых влечет за собой формирование знаний, умений и навыков во многих изучаемых в школе и за её пределами дисциплин.

Литература:

1.                 Проектирование программы развития универсальных учебных действий (на примере 5-го класса): метод. рек. / Ю. А. Скурихина, Г. Ф. Полушкина, А. С. Корзунина, Л. А. Гмызина; под ред. А. А. Пивоварова. - Киров: КОГОАУ ДПО «Институт развития образования Кировской области», 2016. - 56 с.

2.                 Полушкина Г. Ф. Универсальные учебные действия: история и перспективы // Проблемы современной науки и образования. - 2016. - № 19(61). - С. 86-88.

3.                 Alimisis D. Educational robotics: Open questions and new challenges // Themes in Science & Technology Education. -2013. - № 6(1). - Р. 63-71.

4.                 Teachers as Designers: Integrating Robotics in early Childhood education. Information Technology in Childhood Education / M. Bers, I. Ponte, K. Juelich, A. Viera, J. Schenker. - URL: http://makepuppet.org /stem/research/ item1_earlychildhood_designcourse_BersITCE.pdf.

5.                 Александров А. П. Современная робототехника: положение и перспективы // Современные тенденции развития науки и технологий. - 2015. - № 8-2. - С. 9-12.

6.                 Бояркина Ю. А. Образовательная робототехника. - Тюмень: ТОГИРРО, 2013. - 26 с.

7.                 Копосов Д. Образовательная робототехника - методический инструмент педагога // Качество образования. -  2013. - № 9. - С. 53-55.

8.                 Максимов В. В. Организация дополнительного обучения учащихся образовательной робототехнике // Современные информационные технологии и ИТ-образование. - 2011. - № 7. - С. 881-886.

9.                  Образовательная робототехника: учеб.-метод. пособие для работников образования по развитию образовательной робототехники в условиях реализации Федеральных государственных образовательных стандартов / авт.-сост. М. В. Кузьмина. - Киров: ООО «Типография "Старая Вятка"», 2016. - 210 с.

10.              Dictionary.com. URL: http://dictionary.reference.com/browse/Mechatronics?s=t (дата обращения: 19.10.2022).

11.