Теоретические основы интеграции робототехники в дополнительное образование

Главная №31/2024 Новосибирск Методика обучения и воспитания

Быкова Евгения Сергеевна,

методист, МБУДО – ДДТ «Мастер», Новосибирск, Российская Федерация

Evgenia S. Bykova,

methodologist, MBUDO – DDT «Master», Novosibirsk, Russian Federation

Колдин Павел Сергеевич,

педагог дополнительного образования, МБУДО – ДДТ «Мастер», Новосибирск, Российская Федерация,

Pavel S. Koldin,

additional education teacher, MBUDO – DDT «Master», Novosibirsk, Russian Federation

Теоретические основы интеграции робототехники в дополнительное образование

Theoretical basis for the integration of robotics in additional education

В статье рассмотрены теоретические основы интеграции робототехники в систему дополнительного образования. В частности, описаны методы, применение которых в обучении робототехнике позволяет повысить эффективность занятий. Отмечены преимущества интеграции робототехники в дополнительное образование.

Ключевые слова: дополнительное образование, робототехника, методы обучения.

The article discusses the theoretical foundations of the integration of robotics into the system of additional education. In particular, teaching methods are described, the use of which in teaching robotics can increase the effectiveness of classes. The advantages of integrating robotics into additional education are noted.

Keywords: additional education, robotics, teaching methods.

Сегодня в России возрастают требования к системе дополнительного образования детей. Появление в дополнительном образовании направления «робототехника» обусловлено глобальными вызовами времени. Робототехника сегодня очень популярна и пользуется большим спросом у детей и, соответственно, начинает реализовываться не только в школах, но и в учреждениях дополнительного образования. С учетом обозначенных тенденций современное образование не может игнорировать компьютерную (роботизированную) эпоху, поэтому необходимо интегрировать робототехнику в дополнительное образование. Сегодня в большом количестве образовательных учреждений разного вида реализуются занятия по робототехнике, но отмечается нехватка методического и педагогического обеспечения квалифицированного обучения робототехническим навыкам.

Робототехника является прикладной наукой, которая изучает проектирование, создание роботов и управление ими; она опирается на знания в области механики, телемеханики, электроники, программирования и искусственного интеллекта [11]. Работы Д. В. Андреева, О. С. Власовой, К. А. Вегнера, Р. А. Галустова, Л. Н. Гостевой, А. В. Дадонова, А. Н. Дахина и др. посвящены вопросам включения основ робототехники в обучение детей в дополнительном образовании.

Образовательная робототехника – это увлекательный процесс создания роботов и различных установок с последующим программированием робототехнических устройств. Робототехника является частью инженерного и технического образования. Образовательный процесс проходит с увлечением, когда дети участвуют в соревнования и конкурсах по сборке робототехнических устройств. А. Ю. Карпутина отмечает, что самостоятельное конструирование моделей с использованием различных материалов и программирование с компьютерной программной системой, именуемой прототипом или симуляцией, является важным моментом в образовательном процессе робототехники [7].

Н. А. Вознесенская выделяет основные задачи внедрения образовательной робототехники [2]:

– расширение кругозора учащихся и развитие нестандартного мышления;

– вовлечение школьников в систему научно-технического творчества;

– развитие навыков конструирования, проектирования и программирования роботов;

– подготовка педагогов дополнительного образования в сфере робототехники.

Как отмечает Карпутина А. Ю., робототехника является универсальным инструментом для образования, которое можно начинать с любого возраста. Также автор считает, что образовательную робототехнику можно вести как в дополнительном образовании, так и во внеурочной деятельности [7].

Коллектив исследователей в составе С. А. Зайцевой, В. В. Иванова, В. С. Киселева, А. Ф. Зубкова выявляет следующие трудности по интеграции образовательной робототехники в дополнительно образование [4]:

отсутствие сильной материальной базы для организации занятий по робототехнике;
недостаточная квалификация педагогов дополнительного образования для ведения занятий по робототехнике;

отсутствие четкого представления о процессе включения робототехники в учреждения дополнительного образования;
необходимость разработки соответствующих технологий и форм проведения занятий по робототехнике.

Несмотря на большой интерес к робототехнике, педагоги дополнительного образования сталкиваются при ее преподавании с такими сложностями, как отсутствие методических материалов и высокая стоимость робототехнического конструктора и комплектующих к нему [7].

Л. Р. Овсяницкая предлагает в образовательный процесс включать соревновательную деятельность в занимательной форме с использованием программируемых конструкторов WeDo, RCX, NXT в рамках занятий робототехникой [8]. Учебно-методический комплекс по изучению робототехники разработанный Н. Н. Зайцевой, содержит рекомендации по составлению рабочих тетрадей, заданий для самостоятельной работы с иллюстрированным материалом – графическими элементами [3].

И. А. Статейнов отмечает, что организация дополнительных услуг по образовательной робототехнике в дошкольных образовательных учреждениях является действенным механизмом в подготовке детей дошкольного возраста к обучению в школе, осуществлении преемственности в деятельности дошкольного образовательного учреждения и начальных классов образовательных учреждений. У дошкольников вырабатываются навыки, умения обучаться, достигать результатов, обретать новые знания, которые в будущем пригодятся им в школе [11].

Необходимым фактором эффективности любого образовательного процесса, в том числе образовательной робототехники, является соблюдение соответствующих педагогических условий. Педагогические условия – совокупность объективных возможностей содержания, методов, средств, форм и материально-пространственной среды, направленных на решение поставленных задач [2, с.145].

И. А. Статейнов, А. А. Оленев, С. С. Старцев, Е. В. Хорин предлагают в процессе обучения робототехнике, конструированию и программированию использовать следующие методы [9, 11, 12]:

– репродуктивный метод направлен на получение знаний учеником при передаче готовых знаний учителем. Такой процесс обучения не требует от учащегося особой активности, а педагог передает знания в виде, удобном для восприятия и анализа обучающимся. Репродуктивный метод обучения наиболее распространен в образовании. В образовательной робототехнике реализация репродуктивного метода осуществляется через сборку моделей роботов по образцу, алгоритму.

– Эвристический метод обучения требует от ребенка активного участия в образовательном процессе, овладения анализом учебного материала путем самостоятельного нахождения учащимся ответов на поставленные задачи. Роль педагога при данном методе обучения – направлять деятельность ребенка. В образовательной робототехнике реализация эвристического метода обучения осуществляется через самостоятельное выполнение технического задания, направленного на развитие способностей к техническому моделированию.

– Объяснительно-иллюстративный метод обучения позволяет педагогу передавать учащемуся информацию в готовом виде с помощью различных средств обучения. Например, демонстрация работы собранной робототехнической модели. Задача обучающего – фиксировать передаваемую информацию в памяти при соответствующей организации восприятия информации со стороны преподавателя. Пример организации занятия с использованием данного метода обучения – запуск авиационной модели на открытой местности.

– Проблемный метод обучения предполагает эффективное усвоение знаний учащимися через их активную деятельность по решению проблемной ситуации. Проблемная ситуация, поставленная педагогом, позволяет учащемуся овладеть навыками решения проблемы, развивает самоконтроль, поскольку в процессе необходимо корректировать и анализировать свою деятельность. Проблемный метод – средство активизации учения, которое повышает эффективность обучения. Пример организации занятия в рамках проблемной технологии – решение проблемной задачи в процессе конструирования и программирования роботов.

– Исследовательский метод обучения позволяет обучающемуся самому быть исследователем. Ребенок самостоятельно ставит проблему, находит методы ее решения, исследует проблемную ситуацию, делает выводы и обобщения. Данный метод обучения стимулирует учащегося к поисково-творческой деятельности. Пример реализации образовательной робототехники в рамках данной технологии обучения – самостоятельная сборка робота, решение сложных ситуаций по ходу работы, проверка полученных данных. И. А. Сатейнов отмечает, что исследовательский метод при обучении робототехнике в дополнительном образовании положительно зарекомендовал себя во время работы в группах [11].

– Проектный метод обучения (метод проектов) – подход, в котором обучающиеся приобретают знания в рамках выполнения учебного проекта. Итогом выполнения проекта является достижение практического результата, создание конечного продукта. Учащиеся в ходе реализации проекта самостоятельно планируют и разрабатывают решение для какой-либо проблемы и задачи, которую сами определяют. Проект может осуществляться как индивидуально, так и в группе детей. Основной метод при изучении робототехники – это именно метод проектов.

А. В. Петрущенков и С. В. Кузьмин предлагают следующие критерии оценки проектной деятельности учащихся [10]:

1) самостоятельность освоения необходимых знаний для решения проблем при сборке изделия;

2) сформированность умений использования готовых модулей и блоков в соответствии с рассматриваемой проблемой;

3) умение публично представить результаты полученной работы и отвечать на вопросы.

M. Barak с коллегами рассматривают метод проектов как ведущий при освоении робототехники [6].

– Соревновательный метод обучения позволяет использовать соревнования в качестве средства мотивации. В образовательной робототехнике можно проводить тематические соревнования, такие как «Самый быстрый LEGO-транспорт», «Сумо роботов», «Прохождение лабиринта», «Движение по линии» и др. [1]. Участие школьников в робототехнических соревнованиях является дополнительным стимулом освоения основ конструирования и развития навыков самостоятельно создания технических объектов [10].

Вовлечение обучающихся в систему робототехнических соревнований, когда они самостоятельно создают технические объекты и участвуют с ними в соревнованиях, является дополнительным стимулом освоения смежных предметов учебной программы, таких как программирование, обработка материалов, основы микроэлектроники и мехатроники, основы конструирования.

– Кейс-метод обучения является активным методом, который направлен на поиск практического решения уже выполненной задачи. Суть кейс-метода в том, что учебный материал подается ученикам в виде проблемы (кейса), а усвоение знаний – результат активной самостоятельной деятельности учащегося по решению проблемы.

К. В. Шабалин предлагает в работе со школьниками использовать кейс-метод для углубления знаний, в первую очень, в области робототехники и работы с платформой Arduino. Метод кейсов поможет решить сложные робототехнические проблемы, которые могут возникнуть в ходе учебного процесса. Кейсы служат комплексным дидактическим инструментом, включающим в себя как описание реальной ситуации события, так и набор методических приемов, обеспечивающих ее анализ и интерпретацию. Применение кейс-метода на занятиях робототехникой позволяет формировать такие креативные способности учащихся, как творческое мышление и воображение [13].

Таким образом, рассмотрев широкий спектр методов обучения, можно утверждать, что их использование в дополнительном образовании при обучении робототехнике позволяет повысить эффективность и качество преподавания.

Теоретический анализ основ внедрения робототехники в дополнительное образование показал важность этой работы, поскольку образовательная робототехника способствует развитию технических и творческих способностей детей, учит работать в команде, создает дополнительные условия для общего развития.

Занятия робототехникой в дополнительном образовании позволят обучающимся развить те навыки, которые выходят за рамки ФГОС, что расширяет возможности реализации способностей детей.

Можно выделить следующие преимущества интеграции робототехники в дополнительное образование:

повышение наглядности и интерактивности образовательной среды;
развитие информационной культуры детей;
повышение гибкости и многофункциональности структуры обучения за счет использования в образовательном процессе конструирования, программирования и исследования роботов;
формирование ключевых робототехнических навыков обучающихся.

При введении образовательной робототехники важно понимать, что такие занятия должны быть доступны для всех детей, независимо от их возраста, пола и уровня подготовки. Они должны быть интересными и увлекательными, чтобы ученики могли получить максимальную пользу от них.

Робототехника в дополнительном образовании является перспективным направлением, поскольку позволяет развивать навыки программирования, инженерное и творческое мышление. Программирование роботов – довольно сложная задача, которая требует аналитических способностей и логического мышления, а это в последующем помогает ориентироваться в сложном мире и находить нестандартные способы решения различных проблем.