Образовательная робототехника как средство достижения метапредметного результата обучения

Ушаков А.А. Образовательная робототехника как средство достижения метапредметного результата обучения. // Использование цифровых средств обучения и робототехники в общем и профессиональном образовании: опыт, проблемы, перспективы. Сборник научных статей I Всероссийской научно-практической конференции с международным участием - Барнаул, 2013. с.140-144. ISBN 978-5-7904-1463-3

Образовательная робототехника, как научно-техническое направление деятельности, доступное школьником, появилась в российском образовательном пространстве достаточно давно, в конце 90-х годов, когда был разработан простой в использовании, но достаточно функциональный, конструктор LEGO Mindstorms с программируемым блоком RCX. Основной организационной формой деятельности с этими конструкторами были соревнования и олимпиады по робототехнике, занятия по подготовке к этим соревнованиям, на которых дети, выполняя задания, собирали и программировали различные автоматические механизмы. Однако это были достаточно элитарные соревнования, т.к. очень немногие школы могли позволить покупку необходимого для занятий и соревнований оборудования.

Первые шаги к действительно массовому внедрению образовательной робототехники в учебный процесс общеобразовательных учреждений были сделаны в 2006 году, когда появилось два новых фактора – компания LEGO Group выпустила новое поколение более совершенных конструкторов с цифровым управлением LEGO Mindstorms NXT, и одновременно начался реализовываться Комплексный проект модернизации образования (КПМО) в рамках которого лучшие школы России получали финансирование на улучшение своего материально-технического фонда. Все инновационные школы России получили возможность приобрести ранее недоступное им учебное оборудование. В том числе различные образовательные, развивающие, цифровые, электронные конструкторы.

И тогда выяснилось, что при массовом внедрении образовательная робототехника, в том виде, как она разработана в зарубежном образовании,  не соответствует целям и задачам, которые стоят перед российской общеобразовательной школой. Российская средняя школа не имеет нужного количества специалистов, способных преподавать робототехнику, и главное – перед ней не ставится задача выпуска такого количества инженеров, чтобы оправдать массовое внедрение робототехники в средних общеобразовательных школах. Поэтому нужно признать, что при дословном воспроизведении иностранной методики образовательная робототехника может быть эффективно реализована только в небольшом проценте общеобразовательных учреждений, имеющих физико-математический, политехнический профиль, традицию поддержки технического творчества.  Либо нужно переосмыслить иностранный опыт в свете реальных задач и педагогического опыта российской школы.

В Алтайском крае была сделана именно такая попытка. В 2006 году, когда одна из школ края, Гимназия 42, получила, как лучшая школа в рамках КПМО, финансирование на свое материальное переоснащение, впервые рассматривался вопрос о необходимости внедрения в учебный процесс гимназии образовательной робототехники, как предмета, соответствующего физико-математическому профилю гимназии, ее традиции поддержки олимпиадного программирования. Однако имеющийся в тот момент опыт в данной области отечественных  школ, после подробного изучения, показался недостаточно убедительным. Главное сомнение можно выразить очень кратно – большие финансовые, педагогические, организационные затраты на организацию мероприятий в рамках классической, копирующую иностранную, программы «Образовательная робототехника» приводят к достаточно ограниченным, узкоцелевым результатам.

В иностранной педагогической системе эти мероприятия, их цели и задачи смотрятся гармонично, из-за другой организации образовательного процесса, его практико-ориентированных целей и задач, ориентации на раннюю профессионализацию детей. В то время как при рассмотрении робототехники с позиции российской школы возникли вопросы  естественные вопросы – КТО, КАК (за счет каких учебных часов, и какого школьного предмета) и ЗАЧЕМ должен ее внедрять в каждой конкретной школе? В 2006 году ответы на данные вопросы не были найдены. Варианты, которые предлагались в качестве готовых ответов показались неубедительными. Однако в 2008 году гимназия вернулась к проблеме на новом уровне, с собственной концепцией курса основанной на ориентации на российский образовательный стандарт. Начался практический этап проекта, который на данный момент, в значительно усовершенствованном виде, объединяет десятки краевых школ, участвующих в программе мероприятий, организуемых  под руководством сформировавшейся за эти годы группы специалистов по образовательной робототехнике, представляющих несколько ведущих образовательных учреждений края.

Главная идея – отказ от буквального понимая значения слова «робототехника». Предлагается признать, что ни «роботы», как роботы в изначальном понимании значения этого слова, ни «техника», не могут быть главным смыслом и содержанием образовательной области, которая могла бы претендовать на массовое внедрение в российской школе. Прямой смысл этих понятий может быть интересен менее 5% всех школ края и России. Это достаточно специализированные школы с политехническим, физико-математическим профилем.

Однако если отказаться от прямого значения термина «робототехника», и принять за основу, что речь идет об «элементах» робототехники, робототехники, как повода для образовательной, развивающей, воспитательной, в том числе коррекционной деятельности, мы получаем значительную свободу для реализации  множества целей стоящих перед реальной российской школой.

 В 2008 году базой для «образовательной робототехники» был выбран школьный курс информатики. Уровень инженерной составляющей робототехники был искусственно снижен, акцент был сделан на изучение алгоритмов и программирования. Для этого для каждой собранной из LEGO Mindstorms NXT конструкции детям предлагалось максимальное количество задач позволяющих изучить, понять и закрепить классические понятия информатики – линейный и циклический алгоритм, ветвление, переменная, математическая логика и т.д. Если рассматривать типичные задания ЕГЭ по информатике как ориентир, как некий стандарт знаний, которые должны получить учащиеся в процессе изучения школьного курса информатики, то можно рассчитать  процентный объем материала, который можно изучить в учебном процессе с использованием элементов робототехники.

Темы информатики, которые в разной степени полноты могут быть раскрыты на занятиях с элементами образовательной робототехники: информация и ее кодирование – 17,5% от максимального балла за все задания одного экземпляра КИМ ЕГЭ, алгоритмизация и программирование – 32,5%,  основы логики – 12,5%, моделирование и компьютерный эксперимент – 2,5%, технология программирования – 15%.  Итого до 80% от объема всего учебного материала, знание которого проверяется на едином государственном экзамене по информатике.

 Для поддержания мотивации использовались такие формы как соревнования, школьные олимпиады. Однако в них так же в первую очередь делался акцент на решение логической и алгоритмической стороны задач, программирование. Таким образом, удалось не только найти место для робототехники в школьной программе, но и решить проблему массового охвата школьников проектной, творческой, инновационной деятельностью при ограниченном количестве конструкторов [4].

В тоже время, кроме информатики, была показана возможность использования конструкторов Lego на уроках технологии в начальных классах, организации работы с акцентом на математику, элементы исследовательской деятельности. Роботы использовались на воспитательных мероприятиях, театрализованных представлениях. Во всех случаях речь шла о «робототехнике» в кавычках, робототехнике как  поводе и средстве для организации какой-либо деятельности.

После утверждения в 2009 году федерального государственного образовательного стандарта (ФГОС) начального общего образования, а в 2010 году основного общего образования, стала актуальна такая сторона конструкторов LEGO, как возможность их интеграции с цифровыми лабораториями Vernier.

ФГОС, кроме твердой установки на внедрение в образовательный и воспитательный процесс общеобразовательных учреждений средств ИКТ и других инновационных средств и технологий обучения, ориентирует педагогов на реализацию системно-деятельностного подхода, развитие универсальных учебных действий (УУД), достижение метапредметного результата.

ФГОС, как мера, цель и регламент всей деятельности  общеобразовательного учреждения, позволяет окончательно отказаться от иностранной традиции построения курса образовательной робототехники. Подготовка инженеров и программистов остается важной, но уже не самой приоритетной целью, по сравнению с теми целями, которые могут быть достигнуты в результате деятельности, которая может быть организована на основе конструкторов LEGO Wedo и LEGO NXT.

 

Робототехнические конструкторы должны быть не предметом, а средством обучения. Они позволяют реализовать деятельностный подход к обучению, который предполагает, что учащиеся получают знания не в готовом виде, а добывая их самостоятельно. Причем небольшое количество конструкторов в школе не является однозначным недостатком, т.к. этот дефицит оборудования подталкивает учителя к организации проектной, коллективной учебной деятельности учащихся. Дети, работая над задачей, проектом командой, достигают больших личностных результатов, чем дети, работающие над заданием с индивидуальным экземпляром конструктора. Задания должны строиться так, чтобы обеспечить отработку как можно большего количества УУД: познавательных, коммуникативных, личностных, регулятивных. В начальной школе конструкторы Lego Wedo разумно использовать для организации деятельности, которая научит детей выражать свои мысли, планировать свою деятельность, отстаивать свое мнение перед другими членам команды, самостоятельно искать необходимую для решения задачи или проблемы информацию и т.д. Деятельность с конструкторами может иметь в своей основе программирование и конструирование механизмов и роботов,  однако правильно разработанные задания для учащихся, ориентированные на ФГОС, могут ориентироваться на значительно более широкий круг учебных и воспитательных целей и задач.

 ФГОС начального общего образования требует, чтобы учащийся начальной школы мог проводить эксперименты с использованием учебного лабораторного оборудования, цифрового и традиционного измерения. Цифровое измерение предполагает использование цифровых лабораторий. Оптимально организованный учебный процесс ориентируется на преемственность методов и средств обучения используемых учителем. Это обеспечивается благодаря взаимосвязи и совместимости конструкторов Lego и цифровых лабораторий Vernier. Дети могут плавно переходить от деятельности основанной на конструкторах Lego Wedo к более сложным конструкторам Lego NXT, которые не только могут программироваться десятком различных языков программирования, но и могут использовать датчики от цифровой лаборатории Vernier [1].

Lego NXT можно начинать изучать уже со второго класса, таким образом обеспечивается возможность не только изучения с детьми достаточно сложных алгоритмических конструкций, но и, в игровой форме, через сборку различных роботов и механизмов, начать работу с точными, профессиональными цифровыми датчиками для измерения различных характеристик окружающего мира.

Робот способный по уровню кислотности отличить один вид напитка - газированной воды или сока - от другого, робот, наблюдающий за скисанием молока, или управляющий теплицей, ставящий диагноз «здоров»-«болен» по температуре тела человека – это несколько, из множества, примеров проектов, которые уже реализованы учащимся Алтайского края с помощью данного оборудования. Это проекты, в которых учащиеся, благодаря правильной постановке учебных целей учителем, достигают очевидных и естественных метапредметных результатов [3].

 В старших классах, дети, привыкшие работать с данным оборудованием, могут стать помощниками учителей естественнонаучного профиля, желающих применять цифровые лаборатории в рамках уроков своего предмета, тем самым естественным образом реализуется ФГОС основного общего образования.

Для поддержки внедрения образовательной робототехники и цифровых лабораторий в общеобразовательных организациях Алтайского края инициативная группа специалистов АлтГПА, МБОУ Гимназия №42, при участии КГБОУ АКИПКРО и ряда других образовательных организаций, при поддержке Главного управления образования и молодежной политики Алтайского края проводит открытые мероприятия [2]:

1.     Дистанционная олимпиада по робототехнике (2011, 2012, 2013 год)

2.     Очная краевая олимпиада по робототехнике (2011, 2012, 2013 год)

3.     Летний детский лагерь робототехники (2012, 2013 год)

4.     Множество семинаров и курсов повышения квалификации учителей.

(Рис. Межучрежденческое взаимодействие в рамках общей программы деятельности. На текущий момент становится актуальным включение во взаимодействие учреждений начального профессионального образования)

Так же разрабатываются такие мероприятия как Зимний детский лагерь робототехники и олимпиада по использованию цифровых лабораторий «Современный исследователь».

Все мероприятия ориентированы на реализацию ФГОС с акцентом на достижение максимально возможного спектра целей нового образовательного стандарта, поддержку внедрения внеурочной деятельности инновационного типа во всех общеобразовательных учреждениях края.

Литература:

1.     Образовательный потенциал робототехники. [Электронный ресурс] / А.А.Ушаков. —  Режим доступа: http://support.akipkro.ru/index.php/news/614-vebinar.html

2.     Образовательная робототехника в Алтайском крае. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://robot.uni-altai.ru/

3.     Канал youtube “robotechnika”. [Электронный ресурс] / Е.В.Пузырная. —  Режим доступа: http://www.youtube.com/user/robotechnika

4.     Задачи для факультатива робототехники. / Ушаков А.А. -  Материалы конкурса ИКТО-2009