Алгоритмика и программирование одна из составляющих STEM-технологий направленно на развитие интеллектуальных способностей детей в процессе познавательной деятельности и вовлечения их в научно-техническое творчество, ориентировано на формирование умения применять полученный опыт в практической деятельности.
Неотъемлемой составляющей современного мира становятся высокотехнологичные продукты и инновационные технологии. В связи с этим актуальной проблемой является становление творческой личности, способной самостоятельно пополнять знания, реализовывать собственные цели.
STEM-образование направлено на формирование у ребенка инженерного мышления и технических способностей. Постепенно от познавательно исследовательской деятельности ребенок переходит к техническому творчеству и самостоятельному конструированию и робототехнике.
Формирование инженерного мышления это не создание робота из конструктора, а умение ребенка видеть любой объект как систему. Понимать, что изменение отдельных элементов ведет к изменению системы в целом. Целое состоит из частей.
STEM-образование включает 6 модулей. Тема статьи относится к образовательному модулю «Робототехника».
В данном модуле дети учатся построению и использованию алгоритмов, элементарному программированию мини-роботов.
Алгоритмическое мышление дает возможность думать не стандартно, анализировать, сравнивать, планировать, ориентироваться в окружающей цифровом пространстве. Цель развитие технического творчества и стратегического мышления.
Что же такое алгоритм? Мы привыкли считать этот термин компьютерным, но алгоритмы встречаются в нашей повседневной жизни. В детском саду мы часто используем некоторые алгоритмы, например алгоритм одевания на улицу или накрывания на стол.
лгоритм с помощью отдельных последовательных действий помогает решить задачу и упростить решение задач.
Алгоритм имеет следующие свойства: разбит на последовательные, отдельные шаги, имеет однозначные команды понятные исполнителю, приводит к определенному результату, может применяться несколькими исполнителями или быть применимым к решению нескольких задач.
Нельзя приступить к робототехнике не изучив алгоритмику и программирование.
Изучая алгоритмику, дети развивают умение планировать этапы и время своей деятельности. Развивают умение разбивать одну большую задачу на подзадачи. Дети способны оценивать эффективность своей деятельности. Алгоритмика даёт возможность понять буквально, что такое последовательные действия.
Для полноценного развития дошкольников в нашем ДОУ оборудована цифровая лаборатория. Оборудование полностью мобильно это позволяет нам проводить экспериментирование, как в группе, так и на улице на участке.
STEM-лаборатория является инновационным образовательным решением, сочетающим как творческое развитие ребенка, так и закладку основ инженерного мышления.
STEM-среда – это синтез естественных наук и инженерных технологий, плюс математика и искусство, а не только робототехника.
Лаборатория действует как дополнительное образование, и так же данные технологии применяются в повседневной образовательной деятельности.
Давайте познакомимся с робототехническим модулем MatataLab, «Умной пчелой Bee-Bot» и программной системой «ПиктоМир» помогающих в обучении дошкольников алгоритмике, программированию, робототехнике.
Чем раньше ребенок начнёт осваивать основы работы в информационной среде, тем проще ему будет освоить все тонкости и премудрости информационных средств, что в будущем может стать основой его успешности.
Программируемый робот «Умная пчела Bee-Bot» имеет дружелюбный дизайн напоминающий пчелу со сложенными крыльями. Это программируемый робот, предназначенный для использования детьми от 3 до 7 лет.
Управление у БиБота не сложное. С помощью кнопок дети могут задавать роботу маршрут движения. Он откликается на управляющие команды и может двигаться вперед, назад, поворачиваться направо и налево.
Команды задаются с помощью кнопок, расположенных на корпусе. Единовременно робот помнит более 40 команд. Специальная подставка обеспечивает сохранение и зарядку комплекта роботов.
Подтверждение ввода и выполнения команд осуществляется звуковой и световой индикацией. Выполнение программы, можно остановить на любом этапе, нажатием одной кнопки «ОТМЕНА». Полная очистка памяти происходит так же нажатием одной кнопки.
В процесс обучающих игр дети учатся разрабатывать задания для БиБота и назначают ему программу передвижения и других манипуляций.
Дети осваивают систему знаков и учатся задавать программу для робота. Задают самостоятельно маршрут для пчелы с помощью символов – стрелочек.
«Умная пчела Bee-Bot» является отправной точкой для обучения начальным основам программирования детей дошкольного возраста. В процессе выполнения игровых задач ребенок учится составлять простейшие линейные алгоритмы. Это алгоритмы, в которых все действия выполняются однократно, последовательно, в заданном порядке.
Данное умение является операционной базой всех методов и приемов обработки и использования информации.
Создавая программы для робота, выполняя игровые упражнения, ребенок учится ориентироваться в окружающем его пространстве, только правильно направив его «вперед», «назад», «направо» или «налево» ребёнок достигнет желаемого результата.
Для обыгрывания различных образовательных ситуаций с роботом «Bee-Bot» мы используем игровые поля - специальные тематические коврики.
Обучая детей мы начинаем работать на базовом коврике, самостоятельно изготовленном. Это белый ватман, разделенный на квадратные сектора, стороны из которых равны одному шагу робота длина которого составляет 15 см. На нем нет рисунков, и это расширяет возможности для его применения. Коврик накрывается прозрачной пленкой, которая необходима для фиксирования тематических карточек.
Можно самостоятельно разрабатывать карточки для классификации предметов, а так же карточки с предметными картинками для игр. Карточки размещаются на полях игрового коврика в зависимости от задания.
С помощью тематических карточек у детей систематизируются ранее полученные знания по темам, обогащает активный и пассивный словарь.
Данная работа позволяет решать образовательные задачи, любой тематики и превращает обучение в увлекательное путешествие с роботом. Робот издает звуковые и световые сигналы, привлекая внимание детей и делая игу еще ярче.
Можно «поселить» на плоскости несколько роботов и сделать так, что каждый, из них будет выполнять свою программу. В этом случае в игре могут принимать участие несколько детей. Для работы в группе, каждому ребенку необходимо не только создать свой маршрут, но еще и мысленно пройти маршрут товарища, для того, чтобы знать откуда начинать свой. Конечно, не всегда все получается с первого раза, но мы всегда даем возможность детям исправить ошибку, пройти маршрут снова.
Для того, чтобы игра состоялась, дети взаимодействуют друг с другом, договариваются и решают совместно игровые задачи. Важно не только прописать несколько алгоритмов, но и договориться.
Каждое занятие с роботом «Bee-Bot» содержит теоретическую часть и практическую работу по закреплению материала.
Обучение детей работе с роботом «Bee-Bot» проводится поэтапно.
- На начальном этапе дети знакомятся с роботом через настольные игры, роль пчелки выполняют фишки.
- На следующем этапе дети сами становятся пчелками, но поля расчерчены на полу. Таким образом закрепляется методика и технология использования робота.
- На третьем этапе, дети работают с роботом на коврике.
С помощью роботов можно увлекательно инеобычно организовать не только образовательный процесс, но и свободное от занятий время.
Работу с «Bee-Bot» можно организовать на столе, на ковре или просто на полу, но поверхность, где играют дети, должна быть абсолютно гладкой, без «ям» «бугров» так как изъяны поверхности не дают возможности роботу двигаться свободно.
Занятия с роботам можно сочетать с традиционными формами обучения, стандартным наглядным материалом, реальными объектами, которые стимулируют развитие детей.
Использование робота способствует формированию у детей умения составлять алгоритмы, ориентироваться в пространстве, развивает познавательную активность, логическое мышление, мелкую моторику, речь и коммуникативные навыки.
Робототехнический набор МататаЛаб следующая ступень в освоении алгоритмики и начало программирования. Он предназначен для детей старшего дошкольного возраста 4–9-ти лет, которые уже знакомы с построением алгоритмов.
Робот Matatalab - это маленький робот на колесах со светодиодами вместо глаз, которые расположены спереди под отсоединяемым куполом. Робот в игровой форме учит программированию. При помощи робота дети обучаются и играют в тактильные игры без необходимости использования компьютера. Такой способ обучения удобен тем, что не надо уметь читать.
Педагогическая ценность MatataLab заключается в том, что игра с ним основана на открытой интуитивно понятной системе распознавания изображений, так что каждый сможет понять и взаимодействовать с наборами MatataLab.
MatataLab так же может применяться в различных областях образовательной деятельности с детьми. Для поддержания интереса и мотивации дошкольников на занятиях можно разработать дополнительные дидактические игровые поля разной тематической направленности. Это помогает расширить возможности использования данного набора.
В базовый комплект MatataLab входит:
- программные блоки,
- панель управления,
- управляющая башня
- программируемый робот.
Управляющая башня и робот оснащены встроенным аккумулятором.
Путём расстановки блоков на панели управления, через управляющую башню робот получает сигнал по Bluetooth на осуществление того или иного действия.
Также в комплекте уже есть карта с заданиями разных уровней сложности. Но наши дошкольники любят создавать для робота свои маршруты-задания, отмечая старт красным флажком, а финиш зеленым.
Программные блоки условно можно разделить на несколько групп. Уже в средней группе мы знакомим детей с основными блоками – это блоки движения, они зеленого цвета и задают движение в определенном направлении.
Робот выполнит эти движения в той последовательности, которую мы укажем. Таким образом дети создают свой первый алгоритм.
В старшей группе дети переходят к созданию более сложных алгоритмов. Чтобы дошкольники научились строить алгоритм действий (движения):
- Проговариваем маршрут, используем дидактическое упражнение «Пройди от…до», уточняем условия маршрута – наиболее короткой (длинной) дорогой, не пересекать ручей, мост, лес…
- Затем ребенок согласно заданию, механически, без программирования робота, выбирает путь Мататы, соответствующий всем условиям, на карте.
- Выбранный маршрут зарисовывается и выкладывается на плане-схеме…
- И в соответствии с созданным планом маршрута запускают робота, тем самым проверяя алгоритм.
В дальнейшем дети самостоятельно прокладывают пути для Matata и составляют алгоритмы в соответствии с заданием.
Следующий вид блоков - дополнительные, с ними мы также знакомим детей в старшей группе.
К ним относятся числовые блоки, эти блоки используются для сообщения роботу количества повторов запланированного действия. Например, 3 шага вперед, можно задать используя последовательность из трёх стрелок «вверх», а можно, использовать числовой блок 3, присоединив его к основному.
Блоки функций и циклов отвечают за повтор движений.
И блоки-развлечения – танец, музыка или бег. Дети составляют алгоритм движения до заданного пункта и добавляют блок танца в конце.
В отличии от мини роботов система «ПиктоМир» предполагает работу с использованием компьютеров.
Модуль ПиктоМир для детей от 4-х лет и младшего школьного возраста.
Цель образования в программной системе - развитие творческих способностей детей, логического мышления, умения анализировать, умений и навыков решать алгоритмических задач.
Если дети ранее уже познакомились с алгоритмами и началами программирования им будет легче начать освоение программы ПиктоМир, так как в построении алгоритмов и программировании мини роботов и в данной программе похожая система знаков и приемы составления алгоритмов.
Если ранее детей не знакомили с алгоритмикой и не программировали мини роботов, то работа начинается с отработки построения алгоритмов вне программы «ПиктоМир».
«Бескомпьютерная» часть образования с целью формирования алгоритмических умений у детей проходит без использования электронных средств обучения. Дети знакомятся с понятием – робот, команда, компьютер, программа, программист, с основными видами команд и движениями. Дети в процессе игровой активности учатся отдавать команды-приказы, конструировать из набора команд программы, пошагово выполнять их и находить ошибки, составляя не только устные планы и выполняя задания на бумаге, интерактивных и магнитных досках, но также изображая «Капитанов» и «Роботов» они отдают и выполняют команды, запускают роботов в лабиринте, устраивают соревнования и т.д.
Первый этап посвящен обучению детей на тренировочной площадке робота Двунога. Детям очень нравится превращаться в роботов Двуногов, и Командиров.
В такой игровой форме педагог закрепляет с детьми пространственную ориентировку детей с помощью словесных команд «шаг вперёд», «шаг назад», «повернуться налево», «повернуться направо», «поднять левую ногу», «поднять правую ногу», «опустить ногу». Дети узнают легенды виртуальных роботов (Вертун, Двигун, Тягун, Ползун), изучают команды и приказы, которые умеют выполнять эти роботы, пробуют себя в роли того или иного виртуального робота, выполняя команды на игровом поле. Все это облегчает дальнейший переход на обучение в программе «ПиктоМир».
Для «вживания» в систему научных понятий программирования используются различные методы и приёмы: традиционные раскраски, собирание поля из ковриков, рисование маршрута, и, наконец, «взрослая» работа - составление программ. Дети знакомы с выполнением команд робота от старта до финиша, ориентируясь на «Схему игрового поля».
Обучающая игра, состоит из нескольких уровней-заданий.
В графической бестекстовой форме описаны стартовые условия,
- начальное положение Робота, действующего в данной обстановке,
- цель работы - выбраться из лабиринта или закрасить часть лабиринта и др.
Команды в программе обозначены символами с которыми знакомится ребенок и практикуется устанавливая четкую ассоциативную связь между знаком и его значением. Начинает с прямого управления отдельными действиями робота и осознавая смысл команд, ребенок учится программировать последовательность действий для решения поставленной задачи.
Для выполнения задания необходимо заполнить фиксированный шаблон программы, используя образцы пиктограмм повторителей, команд-приказов и команд-вопросов робота. Структура программы полностью определена шаблоном. Позиции в шаблоне программы и допустимая пиктограмма имеют одинаковые формы, что позволяет избежать синтаксической ошибки при составлении программы ребенком.
Шаблон программы может также содержать готовые заполненные фрагменты, уровни-подсказки, что обеспечивает возможность выравнивания темпа освоения материала детьми с разным уровнем подготовки.
В рамках первого этапа происходит знакомство ребенка с понятиями «алгоритм», «линейный алгоритм», происходит освоение кодов программирования на базовом уровне: «шаг вперед», «поворот направо», «поворот налево».
В качестве подготовительных упражнений к введению понятия «линейный алгоритм» используются игры на выстраивание последовательности событий например составление алгоритмов «Выращиваем цветок», «Собираемся на прогулку».
Детям предлагается расставить цифры под пиктограммами в соответствии с правильной последовательностью действий, либо соединить их линиями.
Для знакомства ребенка с основными кодами программирования (пиктограммы «шаг вперед», «поворот налево», «поворот направо») используются графические упражнения: руководствуясь пиктограммами, нарисовать путь робота на клетчатом поле; раскрасить клетчатое поле в соответствии с заданной программой. Расширить перечень известных команд можно, добавив команду «закрась определенным цветом».
Для закрепления полученных знаний предлагается выполнить алгоритмы либо с пропущенными действиями, либо с нарушенным порядком действий, либо предлагается самостоятельно составить алгоритм.
Второй этап предполагает знакомство дошкольников с разветвленными и циклическими алгоритмами, понятиями «подпрограмма», «кодирование», «декодирование».
Разветвляющиеся алгоритмы - проверка некоторых условий. Если при выполнении последовательности действий условие не выполняется, то применяется другая последовательность. Например игр на отгадывание зашифрованного предмета при помощи вопросов, предполагающих ответ «да» или «нет». Игра с условиями, меняя которые, в зависимости от ответа на вопрос («У тебя длинные волосы?», «Ты в шортах?» и др.), выполняется одно или другое действие.
Циклический алгоритм, в которых определенная последовательность действий повторяется до тех пор, пока заданное условие не будет выполнено. Например построения сериационных рядов и запись алгоритма в виде блок-схемы, обратив внимание детей, что некоторые действия повторяются несколько раз.
После того, как дети усвоят элементарные действия с алгоритмами, вводят дополнительные обозначения:
- «повторители» - точки, обозначающие, сколько раз повторяется цикл
- «подпрограммы» - повторяющиеся циклы обозначаются буквой.
«Компьютерная» часть образования посвящена непосредственной работе в программной системе «ПиктоМир».
Работая на планшетах, дети самостоятельно или в группах составляют программы, управляя роботом в заданной обстановке.
«ПиктоМир» - свободно распространяемая программная система для изучения азов программирования, которая позволяет "собрать" из пиктограмм на экране компьютера несложную программу, управляющую виртуальным исполнителем-роботом.
Для начала работы в программе «ПиктоМир» в детском саду, необходимо, чтобы педагоги прошли повышение квалификации. Только при условии, что педагоги подготовлены и могут вести работу с детьми по алгоритмизации и программированию в цифровой образовательной среде «ПиктоМир», будет достигнут успех в повышении интеллектуального развития детей.
Цель знакомство с одним из языков программирования и основными алгоритмическими структурами; структурирования информации; формировать представление о правилах безопасного поведения при работе с электротехникой
Взаимодействуя в цифровой среде ребенок:
- овладевает основами алгоритмики, проявляет инициативу и самостоятельность в среде программирования, познавательно-исследовательской деятельности и моделировании своей деятельности;
- способен выбирать технические решения,
- обладает установкой положительного отношения к компьютеру.
Итак, программная система «ПиктоМир» позволяет не только организовывать игровую алгоритмическую деятельность дошкольников в соответствии с их возрастными особенностями и интересами, но и целенаправленно формировать алгоритмические умения в деятельности, побуждающей их к открытию «новых знаний», к переносу накопленного алгоритмического опыта в новые жизненные ситуации. Интегрирование приобретенных в среде алгоритмических умений в различные виды детской деятельности, побуждает ребенка к самостоятельной постановке целей, планированию действий, составлению алгоритма с помощью знаково-символьных средств, контролю, рефлексии и оценке результатов деятельности.
Наверное, преждевременно говорить о том, что в детском саду мы можем вырастить будущих инженеров, но мы точно можем развивать у дошкольника логическое мышление, формировать основы элементарного программирования и технического творчества. Используя СТЕМ-технологии, мы можем сделать жизнь ребенка в детском саду интересной и увлекательной, что особенно важно в работе с детьми.