Секция: Методика и результаты обучения в области образовательной и практической робототехники в средней и старшей школе

Курс "Основы робототехники" - образовательное направление в условиях внедрения Федерального государственного образовательного стандарта

Каширин Дмитрий Алексеевич

руководитель Центра развития научно-технического творчества. ГАОУ ДПО ИРОСТ. Курганская Область/Курган 
kashirinda@inbox.ru

Тезисы:

В последнее время наблюдается общее снижение интереса школьников к профессиям технического цикла, хотя специалисты технического направления всегда востребованы обществом. Причинами данной проблемы выступают: низкий уровень знаний обучающихся по таким предметам, как физика, математика, информатика; невысокая популярность профессий технической направленности; отсутствие интереса обучающихся к самостоятельному изучению предметов; поверхностное понимание теоретической, тем более практической стороны содержания образования по предметам естественнонаучного и математических циклов; отсутствие навыков практической деятельности в технической сфере; традиционные формы организации занятий по предметам.
Все это обуславливает низкую политехническую компетенцию школьников. В результате возникает проблема определения совокупности дидактических условий формирования политехнической компетенции обучающихся. Решение данной проблемы может быть найдено в реализации одной из стратегий модернизации – компетентностном подходе, в основе которого положены компетенции – политехнические.
Содержание политехнической компетенции обучающихся в школе включает в себя целостное осмысление физической картины мира; понимание физики технических процессов и явлений природы; осознание логики работы простых механизмов; владение навыками практической деятельности в технической сфере; умение выстраивать алгоритмы работы для решения определенных задач; знание примеров экспериментальной деятельности; личную предрасположенность к дисциплинам политехнического цикла самого обучающегося.
Для формирования политехнической компетенции необходимо провести работу по приобретению школьниками знаний по основам технических дисциплин: технике, механике, электронике, программированию, конструкторской деятельности и др. Данные предметы не входят в школьную программу, хотя первоначальные знания именно по этим предметам помогут обучающимся ориентироваться в программе вуза при обучении на инженерных и технических специальностях.
Школьная программа не в состоянии полноценно решить проблему формирования современной политехнической компетенции обучающихся, выходом может стать курс «Основы робототехники». Данный курс, синтезирующий научно-технические знания, раскрывает способы их применения в различных областях деятельности человека. Важную роль в курсе «Основы робототехники» играет самостоятельная проектно-исследовательская деятельность обучающихся, способствующая их творческому развитию.
«Основы робототехники» при наличии материального, методического и кадрового обеспечения является практикоориентированным курсом в школе, в которой практически реализуются знания, полученные при изучении технологии, математики, информатики и естественнонаучных дисциплин.
Курс «Основы робототехники» – интегрированный курс для обучающихся 5-6 классов, который сочетает в себе элементы механики, электроники, программирования. Курс является инвариантной частью содержания, которую обучающиеся изучают на первых этапах знакомства с роботами и робототехническими системами.
Цель курса: формирование и развитие у обучающихся системы технологических знаний и умений, необходимых для осваивания разнообразных способов и средств работы с образовательными конструкторами для создания роботов и робототехнических систем.
Личностными результатами обучения робототехнике в основной школе являются: формирование познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей обучающихся; формирование целостного мировоззрения, соответствующего современному уровню развития науки и технологий; самостоятельность в приобретении новых знаний и практических умений; готовность к выбору жизненного пути в соответствии с собственными интересами и возможностями; формирование и развитие технического мышления; мотивация образовательной деятельности школьников на основе личностно ориентированного подхода; формирование ценностных отношений друг к другу, учителю, авторам открытий и изобретений, результатам обучения; формирование коммуникативной компетентности в процессе проектной, учебно-исследовательской, игровой деятельности.
Метапредметными результатами обучения робототехнике в основной школе являются: овладение составляющими исследовательской и проектной деятельности: умения видеть проблему, ставить вопросы, выдвигать гипотезы, давать определения понятиям, классифицировать, наблюдать, проводить эксперименты, делать выводы и заключения, структурировать материал, объяснять, доказывать, защищать свои идеи; умение самостоятельно определять цели своего обучения, ставить и формулировать для себя новые задачи в учёбе и познавательной деятельности, развивать мотивы и интересы своей познавательной деятельности; овладение основами самоконтроля, самооценки, принятия решений и осуществления осознанного выбора в учебной и познавательной деятельности; умение создавать, применять и преобразовывать знаки и символы, модели и схемы для решения учебных и познавательных задач; развитие монологической и диалогической речи, умения выражать свои мысли, способности выслушивать собеседника, понимать его точку зрения, признавать право другого человека на иное мнение; формирование умений работать в группе с выполнением различных социальных ролей, представлять и отстаивать свои взгляды и убеждения, вести дискуссию; комбинирование известных алгоритмов технического и технологического творчества в ситуациях, не предполагающих стандартного применения одного из них; поиск новых решений возникшей технической или организационной проблемы; самостоятельная организация и выполнение различных творческих работ по созданию технических изделий; виртуальное и натурное моделирование технических объектов и технологических процессов; проявление инновационного подхода к решению учебных и практических задач в процессе моделирования изделия или технологического процесса; выявление потребностей, проектирование и создание объектов, имеющих потребительную стоимость; формирование и развитие компетентности в области использования информационно-коммуникационных технологий.
Предметными результатами обучения робототехнике в основной школе являются: умение использовать термины области «Робототехника»; умение конструировать механизмы для преобразования движения; умение конструировать модели, использующие механические передачи, редукторы; умение конструировать мобильных роботов, используя различные системы передвижения; умение программировать контролер NXT и сенсорные системы; умение конструировать модели промышленных роботов с различными геометрическими конфигурациями; умение составлять линейные алгоритмы управления исполнителями и записывать их на выбранном языке программирования (NXT-G, RobotC, LabVIEW); умение использовать логические значения, операции и выражения с ними; умение формально выполнять алгоритмы, описанные с использованием конструкций ветвления (условные операторы) и повторения (циклы), вспомогательных алгоритмов, простых и табличных величин; умение создавать и выполнять программы для решения несложных алгоритмических задач в выбранной среде программирования (NXT-G, RobotC, LabVIEW); умение использовать готовые прикладные компьютерные программы и сервисы в выбранной специализации, умение работать с описаниями программ и сервисами; навыки выбора способа представления данных в зависимости от постановленной задачи; рациональное использование учебной и дополнительной технической и технологической информации для проектирования и создания роботов и робототехнических систем; владение алгоритмами и методами решения организационных и технических задач; владение методами чтения и способами графического представления технической, технологической и инструктивной информации; применение общенаучных знаний по предметам естественнонаучного и математического цикла в процессе подготовки и осуществления технологических процессов; владение формами учебно-исследовательской, проектной, игровой деятельности; планирование технологического процесса в процессе создания роботов и робототехнических систем.
Внедрение курса «Основы робототехники» в образовательный процесс в условиях Федерального государственного образовательного стандарта возможно через вариативную часть учебного плана и внеурочную деятельность (см. Таблицу 1).
Таблица 1
Варианты реализации курса «Основы робототехники» в условиях ФГОС ООО в 5-6 классах
№ ФГОС Количество часов, при 6 дневной рабочей недели
5 класс 6 класс
1 Ввести курс через вариативную часть учебного плана 2 часа 2 часа
2 Вести курс через внеурочную деятельность 2 часа 2 часа
Существенное повышение эффективности внедрения курса в образовательный процесс достигается за счет созданного учебно-методического комплекса «Основы робототехники». В учебно-методический комплекс вошли: рабочая программа, пособие, рабочая тетрадь для обучающихся, методические рекомендации для учителя.
В основе рабочей программы заложен федеральный образовательный стандарт высшего профессионального образования по направлению 22100 – мехатроника и робототехника, содержание адаптировано под возрастные особенности усвоения материала обучающихся. В программу входят 6 основных модулей: «Общие представления о робототехнике», «Язык программирования NXT-G», «Контроллер. Сенсорные системы», «Основы конструирования машин и механизмов LEGO Technic», «Системы передвижения роботов (колесные, шагающие)», «Манипуляционные системы».
В ходе апробации программы в образовательных учреждениях Курганской области (МКОУ «Кетовская средняя общеобразовательная школа», МБОУ «Гимназия №47» г. Кургана, МБОУ «Лесниковский лицей им. Тюнина А.В.») появилась потребность в разработке пособия и рабочей тетради «Основы робототехники».
Пособие построено по принципу классического учебника, в котором рассмотрена тема, в конце темы даны вопросы для самоконтроля, описаны задания для конструирования и программирования роботов в виде практических работ (56) и проектов (30). Содержание пособия и рабочей тетради соответствуют модулям рабочей программы.
Рабочая тетрадь – интерактивное средство, которое позволяет проверить знания по усвоению языка программирования NXT-G, предназначена для выполнения практических работ и проектов.
В методические рекомендации для учителя вошли полное описание курса «Робототехника» для 5-9 классов, его место в учебном плане. Описаны основные виды деятельности: проектная, учебно-исследовательская, игровая. Особенности ведения занятий по темам в соответствии модулями рабочей программы.
Важнейшим принципом в процессе разработки учебно-методического комплекса, является плавный переход от изучения азов и базовых принципов к изучению более сложных систем и решению более трудоемких, а главное – практически значимых задач.
Актуальность и практическая значимость применения робототехники в образовательном процессе заключается в том, что данный подход позволяет:
• формировать технологическую и проектную культуру обучающихся;
• развивать междисциплинарные компетенции и интегрировать профильное инженерное образование в научно-техническое творчество молодежи;
• осуществить методическую и организационную поддержку научно-технического творчества и инновационных инициатив школьников;
• реализовать раннюю профильную ориентацию обучающихся, начиная со школьников средней школы, а также повысить качество профильного образования среди учащихся школ.
В статье были представлены возможности использования современных средств обучения в образовательном процессе способствует развитию интереса обучающихся к специальностям технической и естественнонаучной сферы.

Доклад: