Проблемы формирования и развития навыков моделирования у учащихся среднего школьного возраста в рамках детского объединения по робототехнике

ПРОБЛЕМЫ ФОРМИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ НАВЫКОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ У УЧАЩИХСЯ СРЕДНЕГО ШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА В РАМКАХ КРУЖКА ПО РОБОТОТЕХНИКЕ На современном этапе развития школы традиционная система образования претерпевает коренные изменения. Меняются не только задачи системы образования в целом, но и подходы к воспитанию подрастающего поколения. В отличие от стандартов второго поколения, реализуемых школой на данный момент, стандарты третьего поколения подразумевают достижение результатов освоения обучающимися основной образовательной программы основного общего образования. Помимо личностных и предметных результатов особое значение отводится метапредметным результатам обучения. Метапредметность результатов обучения, в конечном счете, сводится к освоению различного рода межпредметных понятий и формированию универсальных учебных действий: регулятивных, познавательных и коммуникативных. Данные действия позволят учащимся реализоваться в быстро меняющемся современном мире. Ведь способность получать новые знания, самостоятельно их обрабатывать и, самое важное, применять их на практике, неоспоримо полезна. Одним из таких универсальных учебных действий являются навыки технического и компьютерного моделирования. Концепция моделирования как педагогического инструмента рассматривалась в работах А.П. С.И. Архангельского, В.Г. Афанасьева, A.M. Дахина, В.М. Монахова и др. Бесспорно навыки моделирования применимы практически механике, во всех областях деятельности человека: приборостроении, прогнозировании, анализе, финансах и т.п. Аношкина, авиации, Развитие навыков моделирования у учащихся является на сегодняшний день одной из приоритетных задач современной школы. В рамках решения этой задачи необходимо применять средства и методы обучения, позволяющие заинтересовать детей в учебном материале предмета и развитии творческих навыков школьников. Эффективным средством в таком случае являются конструкторы LEGO образовательной серии. Деятельность компании LEGO Group связана с развитием творческого мышления у детей в процессе игры и обучения. Взяв за основу кубики LEGO, известные во всем мире, сегодня компания предлагает игрушки, игры и обучающие материалы для детей более чем в 130 странах мира. Конструкторы LEGO MINDSTORMS, конструкторы образовательной серии, включают в себя программируемый блок, сервомоторы, датчики и разнообразные детали: балки, оси, шестеренки, штифты, втулки, колеса и т.д. Кроме этого, базовые наборы дополняются ресурсными наборами (без программируемого блока и моторов). Вместе данные наборы позволяют создавать самых разнообразных самые разнообразные приспособления и конструкции. Ученики охотно строят модели по технологически картам, дорабатывая их своими модификациями. Еще охотнее ребята собирают самостоятельно смоделированные конструкции. роботов и При лего-конструировании важное значение является саморегуляция: способность ребенка находить требуемые для его конструкции детали и соединения, способность доводить начатое дело до конца, воплощая свой замысел посредством конструктора LEGO. Так как данные все детали конструктора LEGO образовательной серии являются сопрягаемыми, учащиеся могут строить самые разнообразные конструкции, андроидов, приспособления. Возможности для творчества с такими конструкторами безграничны, а значит, при лего- конструировании познавательная деятельность. Преимущественным методом работы с конструкторами образовательной серии является метод проектов в рамках которого формируются коммуникативные навыки у учащихся, работающих в команде. активизируемся [1], Таким образом, работа с конструкторами LEGO образовательной серии позволяет достигнуть поставленных в ФГОС метапредметных результатов обучения: формировать регулятивные, познавательные и коммуникативные универсальные учебные действия. Следует отметить, что при организации лего-конструирования в школе возникает ряд проблем. Среди основных проблем организации и развития лего-конструирования в школе можно выделить следующие:  нехватка технического оборудования из-за их высокой стоимости: самих наборов LEGO, технологических карт для сборки моделей и полей для работы с роботами;  малое количество учащихся в группах, занимающихся робототехникой;  недостаточный уровень знаний и навыков учащихся в области моделирования и программирования;  разрозненность или методических разработок по лего-конструированию. отсутствие полноценных Существенной проблемой применения лего-технологий в учебном процессе является недостаточное количество комплектов конструкторов. Несколько лет назад в Челябинской области всем школам было выделено определенное количество конструкторов. Однако, редким школам выделяли больше трех наборов. Один набор рассчитан на работу максимум четырех человек. Если в учебном учреждении предусмотрено деление на подгруппы для занятий информатикой, то именно в таких группах минимальное число учеников 10-15 человек. Но даже при работе в таких малых группах возникают проблемы: каждая группа может собирать и модифицировать робота не одно занятие, а это значит, что не полностью собранную одной группой модель другой группе нужно разобрать, чтобы построить собственную конструкцию. Решением этой проблемы является изначальное моделирование конструкции с целью нахождения слабых сторон модели и ее доработки. По созданной технологической карте ученики быстрее построят лего-робота, а значит, успеют его запрограммировать до конца занятия. Тем не менее, для большого количества желающих научиться лего-конструированию выделенных наборов на одну школу недостаточно. Один из вариантов решения данной проблемы – покупка дополнительных наборов Лего. При цене одного комплекта от 10 тысяч рублей и выше, обычная школа не сможет осуществить покупку достаточного количества наборов. На данный момент эта проблема решается только с помощью спонсоров и добровольных пожертвований родителей учеников школы. Другой существенной проблемой является недостаток методических материалов по лего-конструированию в средней школе. Все имеющиеся материалы списка методической литературы требуют адаптации. Конечно, можно пренебречь какими-то этапами в разработке модели. Но тогда некоторые из положительных навыков, способностей и связей, развиваемых работой с конструктором, теряются. В отдельных субъектах РФ проводятся специализированные конкурсы по выявлению наиболее удачных методических разработок по данной теме. Что, несомненно, ведет к появлению новых качественных материалов. К решению данной проблемы приведет и достаточное поощрение специалистов, занимающихся разработкой таких материалов. На уроках физики одно из применений – это учебные демонстрация физических законов и явлений. Детали Лего достаточно малы. Это может затруднить наблюдение и понимание работы конструкции учениками, сидящими на последних партах и страдающими заболеваниями, связными со зрением. Для решения данной проблемы может использоваться увеличенная демонстрация работы конструкции с помощью видео камеры или заранее записанного видео. Не смотря на то, что детали, используемые в конструкторе ЛЕГО очень прочные, и рассчитаны на различные условия эксплуатации, достаточно часто различные устройства приходят в негодность. Чаще всего ломаются электромоторы и датчики освещенности. Немало случаев, когда детали просто теряются. Отремонтировать сломанные детали в большинстве случаев не представляется возможным. Чтобы пополнить недостающие запчасти приходиться покупать новый набор. Решение данной проблемы, скорее всего, состоит в рассмотрении возможности создания региональных центров ремонта и в пополнении элементов конструктора. Огромным преимуществом реализации школьных кружков по робототехнике является возможность сформировать и развивать навыки моделирования у учащихся. Так как азы моделирования, как технического, так и компьютерного, по стандартам второго поколения формируются на уроках информатики, физики, химии, географии и т.п. в средней школе целесообразно проводить кружок по робототехнике в среднем звене. У учащихся средней школы имеются базовые навыки использования персональных компьютеров, что существенно облегчает задачу развития навыков компьютерного моделирования. Решить ряд проблем организации и развития лего- конструирования в средней школе позволит использование в рамках кружка по робототехнике специализированных сред разработки лего—моделей. На сегодняшний день существует большое количество программ компьютерного моделирования лего-конструкций, среди которых LEGO Digital Designer (далее LDD), SR 3D Builder, LeoCad, LDraw и другие. Все эти программы позволяют моделировать лего-конструкции различной сложности, просматривать собранную модель с разных сторон, выбирать различные цвета кубиков LEGO. Каждая среда разработки лего-моделей имеет ряд преимуществ и свои особенности. Отличительной особенностью SR 3D Builder является возможность выбора из огромного количества деталей, возможность точно определять место соединение деталей, дружественный интерфейс [2]. При разработке моделей в этой среде не учитывается ряд физических явлений: эластичность, сила тяжести, вес и т.д. Кроме этого, данная программа постоянно дорабатывается, а следовательно, небольшое количество методических разработок по ее использованию быстро становятся неактуальными. Преимуществом LeoCad является возможность просмотра проекта с 7 различных видов, включая изометрический [3]. А в LDraw можно создавать не только конструкции различной сложности, но и целые миры лего [4]. Несмотря на ряд достоинств этих программ, их использование в рамках кружка по робототехнике в средней школе является проблемным. Имеют место такие проблемы как сложность моделирования, требуемый высокий уровень программирования при создании моделей, затраты на использование лицензионных версий продуктов и т.д. Для использования в образовательных учреждениях целесообразно использовать программу 3D-моделирования лего-конструкций LDD, так как данное приложение распространяется бесплатно и является продуктом компании Lego. Кроме этого, в LDD наборы деталей разбиты по группам для каждого вида конструктора, в том числе и конструкторов образовательной серии, имеющихся в школах. Преимуществом построения трехмерного изображения является возможность просмотра робота со всех сторон для выявления сильных и слабых сторон в конструкции. Кроме этого, построенную виртуальную модель можно использовать в качестве технологической карты для сборки модели из конструктора LEGO образовательной серии Интерфейс LDD, Виртуального конструктора LEGO, для учащихся средней школы интуитивно понятен. Конечно, существует ряд специфических функций в приложении, расширяющих возможности строительства в LDD. Для изучения данной программы на данный момент разработано некоторое количество инструкций и практических работ, как преподавателями по робототехнике, так и конструкторами- любителями [6]. К примеру, в работе Д.Г. Копосова [7, 80-85] предлагается только вводное занятие по изучению данной программы. Для формирования и развития навыков моделирования у учащихся среднего звена в рамках кружка по робототехнике перспективным направлением является использование среды разработки лего-моделей LEGO Digital Designer как для создания технологических карт для последующей сборки роботов из реальных конструкторов, так и для 3D- моделирования лего-конструкций. Курс практических работ с использованием Виртуального конструктора LEGO, встраиваемый в программу дополнительного образования детей в средней школе, позволит сформировать и развить навыки компьютерного и технического моделирования у учащихся среднего звена. Разработка и апробация данной методической разработки на сегодняшний день является актуальной задачей робототехники в школе. В рамках основной школьной программы обучения, предусматривающей разностороннее развитие ребенка, сложно сформировать конкретные навыки в различных областях. Эта задача в большей степени решается благодаря дополнительному образованию детей. Эффективным средством развития различных умений и навыков, в том числе навыков моделирования в средней школе является лего- конструирование. Для создания физических и виртуальных лего-конструкций на данный момент разработано большое количество конструкторов и сред моделирования, предоставляющее большие возможности для обучения и формирования различного рода навыков. Использование этих средств в рамках основного и дополнительного образования детей в средней школе подразумевает создание методических разработок по их изучению и применению. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Библиографический список Бусова С. Ю. Особенности внедрения образовательной робототехники в образовательном учреждении (из опыта работы МОУ СОШ № 54 г. Волгограда) [Текст] / С. Ю. Бусова // Актуальные вопросы современной педагогики: материалы IV междунар. науч. конф. (г. Уфа, ноябрь 2013 г.). — Уфа: Лето, 2013. — С. 218-220 General Description: [Электронный ресурс] // SR 3D Builder. обращения: URL: http://sr3dbuilder.altervista.org/ (Дата 16.06.2014) Welcome to the LeoCAD Home Page: [Электронный ресурс] // URL: http://www.leocad.org/trac (Дата обращения: LeoCAD. 16.06.2014) Home: URL: http://www.ldraw.org/ (Дата обращения: 16.06.2014) [Электронный ресурс] // LDraw. LDD: [Электронный ресурс] // LEGO Digital Designer. URL: http://ldd.lego.com/ (Дата обращения: 16.06.2014) ресурс] Сообщение от MrGutenTag на форуме «LDD для всех»: BRICKER. [Электронный URL: http://bricker.ru/articles/help/ldd-for-all.html (Дата обращения: 16.06.2014) Копосов Д.Г. Первый шаг в робототехнику: практикум для 5-6 классов / Д.Г. Копосов. – М.: Бином. Лаборатория знаний, 2012 г., 286 с. //