CC BY
91УДК 004
ИННОВАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ПРЕПОДАВАНИЯ ИНФОРМАТИКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РОБОТОТЕХНИКИ
Шпак А.В.
ФГБОУ ВО Сибирский государственный университет геосистем и технологий
(г. Новосибирск, Россия) Трапезников Е.В., Колыванов К.Ю. КГУ "Корнеевская средняя школа" (Есильский район, Северо-Казахстанская область, Республика Казахстан)
Аннотация. Современные образовательные реалии требуют все более инновационных подходов к образовательному процессу. Информатика как дисциплина в первую очередь должна совершенствоваться за счет использования новых технологий и методов обучения. В статье рассматриваются некоторые методы использования робототехнических платформ на уроках информатики.
Ключевые слова: робототехника, информатика, профессиональная направленность обучения, робототехническая платформа, информационные технологии, образовательный процесс.
Современные образовательные тенденции основываются на том, чтобы привить обучающимся способность к самостоятельному, критическому и креативному мышлению. На уроках информатики такой подход как никогда актуален. В связи с тем, что именно на уроках информатики обучающиеся получают навыки работы с информацией, они начинают все чаще использовать готовые технологические разработки для того, чтобы придумать свои собственные решения каких-либо задач. Так, к примеру, при изучении в школьной программе языка python обучающимся разрешено использовать готовые конструкции кода, но при этом каждый способен построить из готовых блоков кода уникальную программу. Данный подход сводит все к тривиальной концепции «конструирования программного кода» [1].
Точно такая же концепция реализована и в языке программирования для младших классов Scratch. Язык программирования Scratch является графическим языком, который был разработан в массачусетском технологическом университете, как раз с целью обучить основам программирования младших школьников. Стоит отметить, что принцип модульности, используемый при построении программного кода с помощью блоков, зарекомендовал себя довольно хорошо. Языки программирования, которые используют данный подход, оказались довольно успешны в контексте простоты освоения.
Однако при изучении информатики все не сводится только лишь к обучению принципам построения алгоритмов и программирования. Важной частью процесса изучения информатики также является понимание устройства аппаратного обеспечения и его взаимодействия с пользователем посредством программного кода. Конечно, отличным инструментом для обучения является в данном случае обычный персональный компьютер. Но тем не менее в настоящее время, существует огромное многообразие различных видов информационных технологий [2]. Именно поэтому не так давно во многих школах и других учебных заведениях стран запада в качестве вариативного компонента была введена новая дисциплина робототехника. С недавнего времени робототехника получила широкое распространение и в странах СНГ. Но почему именно эта дисциплина, которая стала отличным дополнением к урокам информатики, стала так популярна. Причина этого кроется в том, что мы живем в эпоху всеобщей автоматизации и информатизации, иными словами, во времена четвертой промышленной революции. Заводы, фабрики и прочие отрасли человеческой деятельности все больше становятся зависимы от использования
информационных технологий и автоматических роботов «манипуляторов». Такие роботы выполняют сборку автомобилей и многих других устройств. Именно ввиду актуальности выше сказанного потребность в специалистах в области информационных технологий и робототехники постоянно растет [3]. Возникает ситуация, когда две различные дисциплины, информатика и робототехника, становятся смежными и весьма близкими областями знаний. Следовательно, можно использовать ресурсы и возможности двух этих дисциплин совместно. Так, например, согласно обновленным образовательным программам, групповая работа на уроках, а также проектная деятельность являются центральными элементами современной образовательной концепции. С этими задачами отлично справляется робототехника. Рассмотрим некоторые методы использования робототехнических платформ на уроках информатики [4].
Рассмотрим особенности преподавания информатики в младших классах и старших классах. Под младшими в настоящей статье будем понимать с 3 по 7 классы, под старшими - с 8 по 11. Существует две популярные робототехнические платформы, используемые в образовательных целях, а именно LEGO MINDSTORMS EV3 и Arduino. LEGO MINDSTORMS EV3, на наш взгляд, целесообразно использовать в младших классах, так как для работы с данной робототехнической платформой используется встроенный графический язык программирования. Платформа Arduino подойдет скорее старшим классам, так как поддерживает низкоуровневые языки программирования, а также требует знания физики [5]. Методы, которые можно использовать на уроках информатики с использованием рассмотренных платформ, следующие: проектный метод, метод групповой работы, демонстративно-иллюстративный метод.
Проектный метод на уроках информатики. Рассмотрим изучение понятия «алгоритм» в младших и старших классах. После изучения теоретического материала и темы условных конструкций обучающимся предлагается реализовать условную конструкцию посредством робототехнического комплекта MINDSTORMS EV3. В данном случае предполагается, что на уроках робототехники учащимся было уже знакомо понятие сенсорных систем в робототехнике. На уроке информатики обучающимся предлагается реализовать проект, а именно робота, который использовал бы сенсорные системы (к примеру, ультразвуковой дальномер) для реализации условных конструкций [6]. Проект носит креативный характер, поэтому учувствовать в нем могут как несколько обучающихся, так и один. Самая простая реализация данного проекта - это реализация двухколесного робота с установленным сенсором ультразвукового дальномера. Робот будет продолжать движение до тех пор, пока не «увидит препятствие на своем пути». То есть будет реализована условная конструкция «если впереди препятствие, то нужно остановиться». Каждый обучающийся или группа обучающихся реализует свой собственный подход к решению данной задачи, затем защищает свой проект на уроке.
Метод групповой работы. Данный метод адаптирован для работ в группах и подразумевает прямое взаимодействие с робототехническими платформами на уроке. К примеру, группам дается задание реализовать циклический алгоритм посредством движения робота. Отличия между этим методом и предыдущим (проектным) состоит в том, что в данном случае защиты проекта как такового нет, учащиеся просто учатся совместно работать над реализацией решения определенных задач урока [7].
Демонстративно-иллюстративный метод. Данный метод удобнее всего использовать преподавателю для объяснения новых тем. Имеется заранее подготовленный робот на основе MINDSTORMS EV3 или Arduino, на примере которого преподаватель показывает ученикам, как использовать новые знания на прикладном уровне с помощью робототехники.
Информатика и робототехника в совместном использовании имеет имеют гораздо больший обучающий потенциал, чем в том случае, когда они строго разделены. Имеет смысл использовать ресурсы робототехники на информатике, а знания о информатики проецировать на робототехнику. Но не стоит ограничиваться только двумя дисциплинами. Уже существует несколько успешных попыток, применения комбинированных форм учебных занятий, к примеру, использование математики и физики на уроках информатики для объяснения особенностей конструирования робототехнических конструкций.
В современном бурно развивающемся социуме имеет огромное значение и ценность качественный уровень технического образования. В следствие этого не стоит ограничиваться стандартными, шаблонными методами преподавания информатики. Комбинирование информатики и робототехники, а порой и не скольких смежных дисциплин, способно повысить уровень технического образования, что в целом имеет большие перспективы.
Библиографический список
1. Антопольский, А.Б. Информационные ресурсы: Научно-методическое пособие / А.Б. Антопольский. - М.: Либерия, 2019. - 424 а
2. Антошин, М.К. Преподавание информатики / М.К. Антошин. - М.: Айрис, 2018. - 160 а
3. Божко, В.П. Информатика: данные, технология, маркетинг / В.П. Божко, В.В. Брага, Н.Г. Бубнова. - М.: Финансы и статистика, 2014. - 224 а
4. Бейктал, Дж. Конструируем роботов на А^шпо. Первые шаги / Дж. Бейктал. - М.: Лаборатория знаний, 2016. - 320 а
5. Бербюк, В. Е. Динамика и оптимизация робототехнических систем / В.Е. Бербюк. - М.: Наукова думка, 2018. - 192 а
6. Бройнль, Томас Встраиваемые робототехнические системы. Робототехника в образовании / Томас Бройнль. - Москва: РГГУ, 2019. - 520 а
7. Каляев, И. А. Интеллектуальные роботы в образовании/ И.А. Каляев, А.Р. Гайдук. - М.: Янус-К, 2015. - 280 а
Шпак Андрей Владимирович, кандидат технических наук, академик МАИН, ФГБОУ ВО Сибирский государственный университет геосистем и технологий (Россия, г. Новосибирск)
Трапезников Евгений Владимирович, магистр технических наук, КГУ "Корнеевская средняя школа" (Республика Казахстан, Северо-Казахстанская область, Есильский район).
Колыванов Константин Юрьевич, магистр технических наук, учитель информатики, КГУ "Корнеевская средняя школа" (Республика Казахстан, Северо-Казахстанская область, Есильский район).
e-mail: [email protected]
Дата поступления статьи: 21.09.2020
© Шпак А.В., Трапезников Е.В., Колыванов К.Ю.
