Практикой доказано, что современное образование уже не может успешно функционировать в прежних содержательных, организационных и – шире – педагогических формах. Система образования становится все более открытой. Сегодня образование рассматривается не только как важнейший социальный институт, но и как важнейшая социальная деятельность общества.Это означает, что новая школа, образовательная система с необходимостью требуют применения иных способов управления, что предполагает переосмысления базовых условий организации школьной жизни: переформулирование целей, задач, средств, способов оценивания и коммуникации. Не случайно в послании президента, где он говорит о новой образовательной стратегии «Наша новая школа», одним из первых направлений является обновление образовательных стандартов. Президент РФ Дмитрий Медведев сказал: «Уже в школе дети должны получить возможность раскрыть свои способности, подготовиться к жизни в высокотехнологичном конкурентном мире. Этой задаче должно соответствовать обновленное содержание образования».Научно-технические, социально-экономические, экологические и социально-культурные изменения, происходящие в нашей стране, неизбежно влекут за собой радикальные изменения в образовании. В 2010 году была завершена работа над новыми стандартами образования в Российской Федерации. Концепция стандартов третьего поколения базируется на следующих принципах:
- непрерывности образования;
- учета возрастных возможностей ребенка;
- учета его индивидуальных особенностей;
- взаимосвязи с окружающим миром;
- признания ребенка как активного субъекта познания;
- доступности и достаточности;
- психологической адаптации.
В предложенной программе по робототехнике мы постарались учесть все требования, предъявляемые к стандартам третьего поколения, так как уже сейчас можно сказать об их актуальности и своевременности в школе.
Общее образование предлагает и предоставляет детям целый спектр знаний умений и навыков из различных областей: физика, математика, история, литература, искусство и т.д. Это тот минимум, который необходим школьнику, чтобы существовать в современном обществе. В процессе обучения дети начинают осознавать свои способности и определяют для себя тот раздел знания, который им наиболее интересен, что позволяет к 15-17 годам (иногда и раньше) определиться с тем, чем они планируют заниматься в будущем, какую получить профессию. И это – главный итог нашей деятельности.
«Современный человек участвует в разработке, создании и потреблении огромного количества артефактов: материальных, энергетических, информационных. Соответственно, он должен ориентироваться в окружающем мире как сознательный субъект, адекватно воспринимающий появление нового, умеющий ориентироваться в окружающем, постоянно изменяющемся мире, готовый непрерывно учиться. Понимание феномена технологии, знание законов техники, позволит выпускнику школы соответствовать запросам времени и найти своё место в современной жизни. Особенно важно не упустить имеющийся у школьника познавательный интерес к окружающим его рукотворным предметам, законам их функционирования, принципам, которые легли в основу их возникновения.»[2] Многие регионы России уже сейчас пытаются решить эту проблему через реализацию программы «Робототехника». К сожалению, в программе общеобразовательной школы пока нет такого раздела как «Робототехника», хотя это направление будет очень востребовано в будущем, и уже сейчас в современном производстве и промышленности востребованы специалисты, обладающие знаниями в этой области. Начинать готовить таких специалистов нужно уже сейчас и с самого младшего возраста.
В 2008 году в Автозаводском районе Нижнего Новгорода стартовал инновационный образовательный проект «Компьютер для школьника» для начальной школы, организатором которого является Благотворительный фонд «Вольное дело». Нами после подготовительного периода и анализа был составлен макет программного содержания и внедрения пилотного проекта cоздания робототехнического образовательного центра. Разрабатывая программу, мы чётко понимали сложность, даже невозможность реализации ее без поддержки наших партнеров: родителей учащихся, Объединённого инженерного центра ОАО «ГАЗ», Поволжского Центра Аэрокосмических исследований, Нижегородского Института информационных технологий, кафедр робототехники НГТУ, ННГУ, методической службы Автозаводского района.
Мы приняли решение участвовать в конкурсе Федерального агенства по делам молодежи «Создание программы робототехнического образовательного центра»(2009г), победили и стали обладателями робототехнической лаборатории для начальной школы – класса «Lego WeDo».
Первые итоги: [таб.2]
Создание материально-технической базы проекта:
- 2 линейки конструкторов: LEGO Wedo(8 шт.) и кибернетический конструктор для решения большого спектра задач Lego NXT (8 шт.).
- Создание на базе лицея "Робототехнической лаборатории", в которой мы работаем 4 раза в неделю.
- Выступление на областной олимпиаде по робототехнике: 2009г, 2010г - 2 место, 2011г - 1 место.
- Проведение в лицее в марте 2010, 2011г Открытого робототехнического Лего-фестиваля.
- Участие в областном конкурсе 2010г ПоЦАКО "Юные Гагаринцы".
- Участие в Каплановских чтениях в 2010г.
- Экскурсии по теме "Роботы на производстве": на ООО «ГАЗ», на Борский стекольный завод.
- Проведение Открытой «Ярмарки роботов» в 2011г.
Наиболее ярким событием нашей работы в 2010 и 2011г стало выступление команды лицея на 2 и 3 Всероссийском робототехническом фестивале в Москве. На Всероссийский этап Международного турнира роботов в Москву прибыли команды Санкт-Петербурга, Красноярска, Свердловской, Курганской, Тюменской областей, Пермского края, Башкирии. Всероссийский робототехнический фестиваль – одно из крупнейших в России мероприятий в области инновационных технологий, робототехники и мехатроники среди детей и молодежи, которое завершает годичный образовательный цикл программы «Робототехника: инженерно-технические кадры инновационной России». В Фестивале этого года приняло участие 250 команд из 45 регионов России, его площадку в день его работы посетило свыше двух тысяч человек. Мероприятия Фестиваля предоставляют работодателям прозрачный и открытый механизм выявления и отбора наиболее перспективных кадров.
В этом году в сентябре Россия узнала имена подрастающих инноваторов, робототехников и ученых. Юношеским Фестивалем технологий будущего и Соревнованиями Лего-роботов завершила свою работу специализированная смена Федерального агентства по делам молодежи Министерства спорта, туризма и молодежной политики Российской Федерации «Золотой запас» во Всероссийском детском центре «Орленок». 200 представителей из 22 регионов Российской Федерации в возрасте 14-16 лет, отобранные в результате Всероссийского конкурсного отбора, смогли за время смены, при поддержке уже состоявшихся ученых, усовершенствовать или создать новые проекты и модели в сфере высоких технологий, промдизайна, роботостроения, экологии, космоса, энергетики, медицины и образования.
В смене принимала активное участие сборная Российской Федерации по робототехнике, которая 4-8 ноября 2010 года в Филиппинах представляла нашу страну на World Robot Olympiad. Для своих сверстников члены Сборной организовали и провели традиционные для смены «Золотой запас» соревнования Лего-роботов, победителями которых стали: Паньковский Марк и Сомов Иван, учащиеся нашего лицея.
В перспективе:
1.Организация киберфизической и творческой лабораторий сов местно с НГТУ, в которых учащиеся смогут работать без лимита времени.
2. Введение в учебный план лицея в образовательной области «Технология» курса «Робототехника».
3. Приобретение для групп продлённого дня наборов Лего-дупло.
Развитие учащихся средствами робототехники направлено на достижение научных, прикладных и общекультурных целей технологического образования, где общекультурные цели обучения робототехнике в первую очередь предполагают всестороннее развитие мышления детей, и не только вербально-логического, но и практического и наглядно-образного. Однако, программа школьного курса «Технология» не в полной мере учитывает специфику структуры робототехнической деятельности, материал представлен отдельными темами, не структурирован. Такой подход к изучению робототехнического материала не дает возможности целенаправленно подготовить школьников к изучению робототехники в ВУЗе. В разработке программы кружка по робототехнике для учащихся начальной школы и среднего звена, направленной на всестороннее развитие мышления детей, и состоит актуальность предложенного курса.
Новизна программы определена её концепцией.
Теоретическая значимость состоит в обосновании положения (концепции), согласно которому основным механизмом организации робототехнической подготовки учащихся является специально организованная робототехническая деятельность.
Практическая значимость состоит в том, что разработанная программа может быть использована как программа для занятий во внеучебное время, элементы этого курса могут использоваться на уроках технологии, окружающего мира, биологии, математики, физики.
Психолого-педагогические обоснование усвоения робототехнического материала школьниками
Требование учёта возрастных особенностей детей в процессе их обучения и воспитания выдвигали все наиболее известные педагоги прошлого. К.Д.Ушинский указывал на необходимость так строить учебный процесс, чтобы он активно способствовал психическому развитию ребёнка. В школьном возрасте происходит дальнейшее развитие и совершенствование мыслительной деятельности. Мышление – это одна из фундаментальных и исключительно значимых для человека психологических способностей.
Все дети проходят периоды и стадии развития мышления в определённой последовательности. Первый период развития назван Ж. Пиаже сенсомоторным, поскольку в раннем возрасте дети познают окружающий мир только через восприятие предметов и действия с ними. Этому периоду соответствует наглядно-действенный вид мышления, основная характеристика которого – возможность наблюдать реальные объекты и познавать отношения между ними в реальном преобразовании ситуации. Практические познавательные предметные действия являются основой любых более поздних форм мышления.
Следующий большой период - период конкретных операций, ему соответствует возраст 6-11 лет. В этом возрасте у детей, в целом, завершается формирование сенсорных эталонов. Но психологи отмечают, что именно на этапе перехода от конкретных операций к формальным дети часто ограничиваются восприятием какой-либо одной стороны предмета или явления. Это связано с тем, что ребенок воспринимает то, что является для него наиболее впечатляющим, хотя и не всегда характерным. Также для детей этого возраста имеет место такая особенность, как значение первого впечатления, которое накладывает отпечаток на восприятие всего предмета. Все это мы постарались учесть как при отборе содержания, так и при планировании изучаемого материала следующим образом: чтобы и первое впечатление, и восприятие робототехнической формы предмета было наиболее полным и верным, чтобы при этом выделялись важные и существенные свойства изучаемых объектов, знакомим учащихся с основными робототехническими формами до того, как они встречаются с ними при изучении других предметов (физики, технологии). Конечно, такое четкое деление мышления условно. В психологии убедительно показано, что эти три вида мышления сосуществуют у взрослого человека и функционируют при решении различных задач. Но на этапе умственного развития детей 9-10 лет при наличии и сосуществовании всех видов мышления, доминирующая роль, по утверждениям психологов, принадлежит образному мышлению, и это нельзя не учитывать при отборе содержания учебного предмета и организации деятельности учащихся.
Далее возникает вопрос, как развивать мышление? Ответ содержится во многих работах ученых педагогов и психологов. Например, П.Я. Гальперин и Ж. Пиаже утверждают, что «исходным пунктом развития мышления служит действие. Нужно, чтобы ребенок манипулировал, действовал, экспериментировал на реальном материале, на физических объектах, на точках, на поверхностях и т.д.»[1]
Внешняя (предметная) деятельность, обязательна для учения, когда в психике еще не сформированы соответствующие образы, понятия, операции, что соответствует возрасту 9-10 лет. На этом этапе ученик должен «...сталкиваться с самими предметами и явлениями, должен своими руками осуществлять соответствующие действия и операции».[1]
Одна из целей наших занятий с учащимися состоит в том, чтобы, не перегружая их, развить интерес к изучению робототехники; приобщить к конструкторской деятельности через привлечение элементов конструирования, моделирования, игры, то есть таких видов деятельности, которые интересны школьнику.
Итак, психолого-педагогические особенности детей школьного возраста при изучении элементов робототехники будут учтены, если:
- объекты и их свойства изучать на основе предметно-практических и мысленных действий;
- основными формами познания являются наблюдение, эксперимент, конструктивная деятельность (измерение, изображение, конструирование, моделирование);
- одновременное сосуществование элементов наглядно-действенного, образного и вербально логического типов мышления позволяет решать поставленные перед учащимися задачи тем способом, который соответствует уровню его развития;
- при организации учебного процесса использовать репродуктивные, творческие, игровые задания; приобщать к самостоятельному поиску решений, учитывая опыт и потребности практической деятельности детей.
Программа курса «Изучение робототехники на занятиях робототехнического кружка» («Lego WeDo» – 1-4 классы», «Программирование робота Lego NXT» – 5-8 классы)
Пояснительная записка
«Необходимость выделения робототехнического материала в самостоятельную линию объясняется возможностями, которые предоставляет изучение начального робототехнического курса для решения главной цели общего образования - целостного развития и становления личности средствами технологии.» [3] Поэтому основная цель данной программы - создание условий для приобщения учащихся к целостной робототехнической деятельности, в процессе которой учащиеся овладевают в органичном единстве на доступном им уровне всеми компонентами этой деятельности. Достижение этой цели в процессе обучения решает следующие задачи:
- обучающие: развитие познавательного интереса школьников к изучению робототехники и других предметов,
- развивающие: целостное развитие мышления учащихся, как наглядно-образного и практического, так и логического (в том числе креативного); развитие математического языка и речи учащихся; расширение кругозора (в том числе и за счет привлечения исторических сведений);
- воспитывающие: формирование готовности к применению робототехнических знаний в смежных дисциплинах и на практике (прикладная направленность курса); формирование готовности к изучению курса робототехники в ВУЗе.»
Отбор и конструирование содержания материала пропедевтического курса робототехники, составление тематического планирования базируются на следующих основных принципах:
1. Методологической основой отбора и конструирования содержания курса является системный подход.
2. При отборе содержания учитывался ведущий - наглядно-образный способ мышления детей, жизненный опыт учащихся. Весь предложенный для изучения материал исследуется учащимися через знание предметов окружающего мира. Это исследование носит как эмпирический характер – наблюдение объектов и их свойств, так и экспериментальный – конструирование и моделирование, измерение, построение.
3. Линия робототехнического образования должна быть:
- непрерывной, то есть должна соблюдаться идея преемственности изучения робототехнического материала в начальной школе и в 5-8 классах;
- равномерной, то есть без перегрузок на всех этапах;
- разнообразной.
Данная программа предназначена на реализацию в рамках кружка во внеурочное время, так как робототехника в школе не является обязательным для изучения учебным предметом.
Наш курс рассчитан на проведение 68 занятий в год. (На изучение робототехнического материала отводится два часа в неделю).[таб.1]
В основу отбора содержания программы по робототехнике легло несколько причин:
- Материал, который есть в курсе робототехники «Lego WeDo» для начальной школы.
- Материал, который есть в курсе робототехники «Программирование робота Lego NXT» для 5-8 классов.
Такое изучение робототехнического материала сохраняет преемственность в изучении курса в начальном, среднем и старшем звене школы. В результате изучения учебного материала в соответствии с программой кружка учащиеся должны:
Знать/понимать: конструктор LEGО WeDo
- Что входит в состав конструктора LEGО WeDo
- Программное обеспечение LEGО WeDo
- Сочетания клавиш
- Механическая передача
- Понижающая зубчатая передача
- Повышающая зубчатая передача
- Шкивы и ремни . Перекрёстная ременная передача
- Звуки. Фоны экрана.
- Датчик расстояния и датчик наклона, цветовой и ультразвуковой датчики
- Блок «Прибавить к Экрану». Блок «Вычесть из Экрана».
- Робототехнические символы и термины.
Знать/понимать: конструктор Lego NXT
- Как устроен NXT внутри.
- Основной состав набора(названия деталей).
- Способы крепления деталей.
- Передаточное отношение.
- Управление датчиками и моторами.
- Ветвления.
- Циклы.
- События.
- Интерфейс NXT.
- Движение робота по простой программе.
- Стратегии программирования в LabWIEW.
Уметь:
- создавать робота по условным изображениям из деталей конструктора;
- программировать в блочной визуальной среде WeDo;
- программировать в среде LabWIEW;
- выводить информацию на дисплей NXT;
- настраивать датчики и моторы;
- отслеживать показания энкодера мотора и датчика в режиме online;
- использовать радар для определения скорости;
- создавать массивы с помощью цикла ;
- записывать показания датчика в числовой массив .
Решать задачи для робота:
- управление без обратной связи;
- управление с обратной связью;
- кегельринг;
- лабиринт;
- движение вдоль линии;
- объезд предметов;
- роботы-барабанщики;
- роботы-сортировщики;
- удалённое управление.
Материалы программы и последовательность их расположения по занятиям организованы таким образом, что способствуют реализации деятельностного подхода. Ценность такого подхода состоит в том, что умственная деятельность протекает совместно с практическими действиями, благодаря чему изучаемый материал воспринимается более полно и разносторонне. Так же в программе дается примерное распределение материала по разделам и темам. Приведен список основной и дополнительной литературы.
Содержание курса «Робототехника/ LEGO WeDo» 1-4 класс.
Введение. Знакомство с конструктором.
Что входит в состав конструктора? О сборке и программировании.
Программное обеспечение LEGO WeDo.
Раздел 1.Конструирование.
Способы крепления деталей. Механическая передача. Шкивы и ремни. Зубчатые колёса. Промежуточное зубчатое колесо. Понижающая и повышающая передача. Перекрёстная ременная передача.
Раздел 2.Датчики и моторы.
Датчик угла наклона. Датчик расстояния. Работа мотора. Коронное зубчатое колёсо. Червячная зубчатая передача Кулачок. Рычаг.
Раздел 3.Программирование.
Блоки экрана: Блок «Прибавить к Экрану». Блок «Вычесть из Экрана». Блок «Начать при получении письма». Маркировка. Блок «Цикл».
Раздел 4. Первые шаги.
Порхающая птица. Умная вертушка. Танцующие птицы Обезьянка-барабанщица. Голодный аллигатор. Футбол. Нападающий. Вратарь. Ликующие болельщики. Спасение самолёта. Спасение от великана. Непотопляемый парусник.