CC BY
0
ИНФОРМАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ СРЕДА
А. Ю. Белышев
Отечественная и зарубежная педагогика. 2024. Т. 1, № 3 (99). С. 158-169. Domestic and foreign pedagogy. 2024. Vol. 1, no. 3 (99). P. 158-169.
Научная статья УДК 372.862
doi: 10.24412/2224-0772-2024-99-158-169
О ПЕДАГОГИЧЕСКИХ КОМПЕТЕНЦИЯХ УЧИТЕЛЕЙ, НЕОБХОДИМЫХ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ РОБОТОТЕХНИКИ В ШКОЛЬНОМ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОМ ПРОЦЕССЕ
Андрей Юрьевич Белышев
ФГБОУ ВО «Российский государственный социальный университет», ФГБНУ «Институт стратегии развития образования», Москва, Россия, BelyshevAiu@rgsu.net
Аннотация. В статье показана целесообразность внедрения элементов робототехники в образовательный процесс. Продемонстрировано, что возможности применения робототехниче-ских конструкторов достаточно широки, однако их реализация требует от педагога определенных компетенций, которые классифицированы по таким группам, как теоретическая, практическая, образовательная, методическая, мотивационная. Сформировать эти компетенции можно на курсах повышения квалификации школьных педагогов, и в качестве примера приведен вариант содержания такого курса.
Ключевые слова: робототехника, физика, робо-тотехнические конструкторы, роботизированный учебный эксперимент, педагогические компетенции Для цитирования: Белышев А. Ю. О педагогических компетенциях учителей, необходимых для применения элементов робототехники в школьном образовательном процессе // Отечественная и зарубежная педагогика. 2024. Т. 1, № 3 (99). С. 158-169. аок 10.24412/2224-0772-2024-99-158-169
© Белышев А. Ю., 2024
Original article
ABOUT THE PEDAGOGICAL COMPETENCIES TEACHERS NECESSARY FOR THE APPLICATION OF ROBOTICS ELEMENTS IN THE SCHOOL EDUCATIONAL PROCESS OF THE COURSE
Andrey Yu. Belyshev
Russian State Social University, Institute for Strategy of Education Development, Moscow, Russia, BelyshevAiu@rgsu.net
Abstract. The article shows the feasibility of introducing robotics elements into the educational process. It is demonstrated that the possibilities of using robotic constructors are quite wide, but their implementation requires certain competencies from the teacher, which are classified into such groups as theoretical, practical, educational, methodological, motivational. These competencies can be formed at advanced training courses for school teachers and as an example, a variant of the content of such a course is given.
Keywords: robotics, physics, robotic designers, robotic educational experiment, pedagogical competencies
For citation: Belyshev A. Yu. About the pedagogical competencies teachers necessary for the application of robotics elements in the school educational process of the course. Domestic and Foreign Pedagogy. 2024;1(3): 158-169. (In Russ.). doi: 10.24412/2224-0772-2024-99-158-169
Введение. В настоящее время между развитыми странами существует высокая конкуренция в сфере науки и технологий. Результаты такого соревнования определяют не только уровень обороноспособности страны и ее технологического суверенитета, но и многие политические, экономические и социальные процессы, происходящие в обществе. Одной из особенностей научно-технического прогресса в настоящее время, является активное использование робототехники, которая открывает новые возможности в науке и технике. При этом роботы находят свое место не только в промышленности, но и в образовательном процессе, позволяя совершить конвергенцию педагогической науки и технологий, то есть приближение, схождение, уподобление педагогических и информационных, робототехнических и коммуникативных технологий, а также их влияние друг на друга [10].
Цель статьи. Целью статьи является показать необходимость внедрения элементов робототехнических систем в школьный образовательный процесс и подчеркнуть важность наличия определенных компетенций у педагогов для их эффективного применения в своей профессиональной деятельности.
Методология и методы исследования. Изучены нормативно-правовые документы, регламентирующие требования в области владения отдельными средствами информационных и коммуникационных технологий (ИКТ) в профессиональной деятельности педагогов; проведен анализ данных отечественных исследований, литературы по вопросу применения элементов робототехнических систем в образовательном процессе, а также необходимых для этого педагогических компетенций.
Результаты исследования. Применение элементов робототехнических систем (РС) на уроках в школе может иметь ряд преимуществ [1; 6], которые могут помочь школьникам:
1. Улучшить навыки решения проблем, ведь робототехника требует от ребят решения сложных задач и проблем, что помогает им развивать критическое мышление и умение находить оптимальные решения.
2. Укрепить понимание основных концепций технического образования, так как робототехнические проекты часто включают в себя основы, например, физики, математики, технологии и информатики. Это позволяет школьникам лучше понять и запомнить эти концепции.
3. Развить навыки работы в команде, так как, решая задачи с использованием элементов робототехники, школьники часто объединяются в команды, что способствует развитию социальных навыков, таких как общение, сотрудничество и распределение обязанностей.
4. Стимулировать креативность, потому что разработка и создание роботов требует творческого подхода и способности мыслить нестандартно.
5. Повысить интерес к науке и технологиям, так как использование элементов робототехнических систем может сделать обучение более интересным и привлекательным для ребят, что может привести к повышению их интереса к научным и техническим дисциплинам. При этом робототехника может быть использована не только для изучения отдельно каждого из перечисленных школьных предметов, но и позволяет создать интегрированный подход к обучению, который может быть более эффективным и интересным для школьников.
6. Подготовить ребят к будущей карьере, ведь робототехника является важной областью, которая будет играть все большую роль в будущем.
7. Обучение с использованием элементов робототехнических систем в школе может помочь ребятам лучше подготовиться к требованиям рынка труда и успешно конкурировать на нем.
Поэтому применение элементов робототехники в образовании становятся все более актуальными. Особенно полезным применение РС может быть на уроках естественно-научного направления, где они позволяют сделать обучение для школьников более интересным и доступным. Также это позволит ребятам лучше понять фундаментальные законы природы через практическую работу с использованием робототехнических систем.
Подобные системы можно собрать из разных видов конструкторов:
- материальный — это классический набор (например, Arduino, ТРИК, LEGO Mindstorms и т.д.), состоящий из реальных деталей, с помощью которых потом собирается РС. Представляет собой набор деталей и элементов, из которых можно собрать робота. Он позволяет ученикам понять, как устроен робот, какие элементы составляют его конструкцию, принципы работы робота, такие как движение, управление, питание, а также взаимодействие роботов друг с другом. Такие РС достаточно просты в реализации и наглядны: например, с их помощью можно создавать модели, по которым можно изучать движение объектов в реальном мире под действием различных сил или законов.
- виртуальный (например, Virtual Robotics Toolkit, TRIK Studio, Open Roberta Lab и др.) — это программное обеспечение, которое позволяет создавать и моделировать роботов в компьютерной среде. Ученики могут использовать виртуальный конструктор для создания собственных роботов, а затем тестировать их в симуляции, что позволяет школьникам экспериментировать с различными идеями и концепциями, не рискуя повредить реального робота. С помощью виртуальных РС можно моделировать объекты и явления, которые трудно воспроизводимы в условиях проведения физического опыта в школе, например, опыты по ядерной или квантовой физике, а также специальной теории относительности или изучению прочности материалов в условиях высоких или низких температур, в условиях земной или лунной гравитации и т.д.
- комбинированный (например, VEX IQ, Tinkercad и др.) сочетает в себе элементы первых двух типов. Это позволяет школьникам созда-
вать свои детали в виртуальном пространстве, моделировать их работу или поведение в виртуальной среде, а потом распечатывать детали на 3Э-принтере и собирать из них материальных роботов, чтобы проверить соответствие виртуального эксперимента и реального, например при движении тела по поверхности с разным коэффициентом трения.
Применение робототехнических систем на уроках также позволяет не только проводить фронтальные демонстрации изучаемых объектов, явлений, процессов, но и индивидуализировать обучение. Так, школьники могут работать над воспроизведением опыта или решением поставленной задачи в своем собственном темпе, что позволяет им лучше усваивать материал. Кроме этого, робототехнические системы позволяют выполнять разные типы задач, дифференцируя их по уровню сложности и интересам школьников. Некоторые из них могут быть более актуальны для начинающих, когда перед обучающимися стоит задача выполнить задание с помощью РС, уже собранных под конкретный замысел, тогда как другим школьникам можно предложить задание повышенного уровня сложности, когда, например, требуется самим собрать установку, запрограммировать ее, откалибровать датчики, использовать полученный результат для решения последующих заданий и т.д., чтобы они смогли расширить свои знания, например в области физики и робототехники.
Однако следует отметить, что применение РС в школе имеет свои ограничения. Так, кроме того факта, что данная техника может быть дорогостоящей, стоит учитывать и тот фактор, что для эффективного использования РС от педагога требуется обладать определенной компетентностью для проведения уроков с использованием робототехни-ческих систем.
Используя материалы О. А. Козлова, М. В. Лапенок, Л. И. Мироновой, О. В. Насс, Е. А. Носков, И. В. Роберт и др. будем понимать под компетентностью в какой-либо области совокупность предметных компетенций, формирующих данную компетентность [5]. Тогда под компетентностью педагога в области применения РС в преподавании учебных предметов естественно-научного направления понимается владение компетенциями, которые включают знания в области основных направлений научных и практико-ориентированных исследований развития РС; организации распределенного обучения с использованием соответствующего методического и технологического обеспечения; теоретико-методических подходов к использованию РС в образовательной деятельности и их
использованию для решения профессиональных задач; умения реали-зовывать организационно-методическое обеспечение образовательного процесса при использовании РС на уроках естественно-научного направления, осуществлять педагогическую диагностику учащегося, оценивать его индивидуальный опыт, который позволяет осваивать теоретические знания в области естественно-научного направления с использованием возможностей РС, воспитывать у учащихся активную жизненную позицию и творческое отношение к решению естественно-научных задач, а также опыт реализации вышеозначенных знаний и умений [3].
Таким образом, используя данные [7], можно сделать вывод, что педагог, использующий РС, должен интегрировать знания из разных предметных областей: математики, технологии, физики, информатики, иметь базовые знания по некоторым дисциплинам технических вузов, в частности по теории автоматического управления, программированию, микроэлектроники, и при этом хорошо разбираться в теории и методических основах использования робототехники в преподавании.
Согласно профессиональным стандартам Министерства труда и социальной защиты Российской Федерации от 11.01.2011 в Едином квалификационном справочнике должностей (ЕКСД) для педагогов предусмотрены требования в области владения отдельными средствами информационных и коммуникационных технологий (ИКТ) в профессиональной деятельности. Применение РС в образовательном процессе может быть отнесено к данному направлению. Компетенции профессиональной деятельности учителя определяются перечнем профессиональных педагогических задач, поэтому на основе ЕКСД, а также материалов [2; 4] выделим пять групп задач при обучении педагогов, нацеленных на использование РС в образовательной деятельности.
Первая группа задач — «Теоретическая» — система теоретических знаний, которая имеет особое значение для учителей, использующих РС в своей образовательной деятельности, могут быть отнесены компетенции, определяющие специфику профессиональной деятельности учителя, использующего РС на своих уроках. В этом случае педагог, применяющий РС на своих уроках, должен иметь знания о том, как интегрировать РС в сценарии школьных уроков, а также обладать базовыми знаниями по физике, информатике, технологии и микроэлектронике, учитывая при подготовке к уроку соответствующую комплектацию кабинета.
Вторая группа задач — «Практическая» — практическая готовность
преподавателя использовать РС на своих уроках, связана с компетенциями, которые предполагают, что педагог, применяющий РС на своих уроках, должен уметь:
• анализировать возможность объединения элементов РС и заданий из предметов естественно-научного направления для достижения педагогической цели на своих уроках, а также владеть практическими навыками реализации использования робототехники в своей профессиональной деятельности;
• разрабатывать учебно-методические материалы по применению РС и адаптировать имеющиеся в рамках своей предметной области;
• осваивать методические приемы, которые помогают достичь образовательных результатов с помощью использования возможностей РС и обосновано применять их в своей профессиональной деятельности.
Третью, «Образовательную» группу задач, выходящих из того, что учителю, применяющему РС на своих уроках, нужно работать в ситуации постоянного развития научно-технического прогресса и изучению новых средств в области РС, образуют компетенции:
• обладать навыками использования оборудования РС и соответствующего программного обеспечения;
• понимать принципы работы основных блоков управления РС;
• знать основы алгоритмического программирования и иметь опыт программирования в визуальных средах, применяемых в РС;
• использовать навыки конструирования РС и их программи рования.
Четвертая группа задач — «Методическая» — организация учителем образовательного процесса, связана с компетенциями:
• эффективно выстраивать свою профессиональную деятельность;
• мотивировать школьников на изучение школьных предметов естественно-научного направления и привлекать их к активной познавательной деятельности;
• уметь организовать групповую деятельность, в том числе через реализацию проектной и исследовательской деятельности ребят с использованием возможностей РС.
К пятой группе задач — «Мотивационной» — относятся следующие компетенции учителя, применяющего на своих уроках РС:
• стремление к саморазвитию, профессиональному росту и повышению квалификации;
• умение определять сферу профессиональных интересов, реализуемых с использованием РС при преподавании предметов естественно-научного направления, выявлять проблемы (затруднения) в осуществляемой профессиональной деятельности и определять способы их решения;
• желание поиска творческих подходов для решения профессиональных задач [9].
Эти компетенции согласуются и с условиями введения обновленных ФГОС, требующих организации урочной и внеурочной деятельности, направленной на удовлетворение потребностей ребенка, требований социума в тех направлениях, которые способствуют реализации основных задач научно-технического прогресса [8]. Именно к таким современным направлениям в школе можно отнести робототехнику и робототехни-ческое конструирование.
Чтобы получить необходимые компетенции, у педагога есть несколько вариантов:
• курсы повышения квалификации для учителей по использованию робототехники в образовательном процессе;
• методические рекомендации для учителей по применению робототехники на различных предметных областях;
• мастер-классы и семинары для учителей, на которых они смогут узнать о новых технологиях и методах интеграции своих предметных направлений с возможностями робототехники.
Из перечисленного наиболее предпочтительным можно считать вариант курсов повышения квалификации, так как:
• робототехника является междисциплинарной областью, которая требует от педагогов разнообразных компетенций. Курсы повышения квалификации — это системный подход, который позволяет обеспечить комплексное обучение, учитывающее все аспекты работы с роботами;
• применение робототехники в образовании предполагает постоянное обновление и адаптацию методик и подходов. Выстроенная на сегодняшний день в Российской Федерации система курсов повышения квалификации позволяет педагогам отслеживать новые тенденции и своевременно корректировать свои методы обучения;
• использование робототехники в образовательном процессе может привести к изменениям в привычном для учителя ходе урока. Системная работа над педагогическими компетенциями, выстроенная на курсах повышения квалификации, помогает педагогам адаптироваться к новым условиям и успешно применять инновационные методы обучения;
• системный подход курсов повышения квалификации к формированию и развитию педагогических компетенций обеспечивает непрерывность и долгосрочность процесса обучения. Учителя могут постоянно совершенствоваться и развиваться в области робототехники, что повышает качество их работы и эффективность обучения.
Как пример содержания подобного курса повышения квалификации для педагогов можно предложить следующий вариант из пяти тематических блоков, составляющих структуру содержания курса «Применение преподавателями робототехнических систем в учебном процессе по изучению предметов естественно-научного направления» с возможностью посткурсового сопровождения.
Входной контроль
Введение:
- развитие робототехники: ее особенности и принципы работы;
- актуальность использования робототехнических систем в образовательном процессе.
Модуль 1: Робототехнические системы, применяемые в образовательном процессе:
- понятие робота и его основные компоненты;
- принципы работы робототехнических систем;
- виды робототехнических систем и их назначение.
Модуль 2: Применение робототехнических систем в образовании:
- примеры использования робототехнических систем на уроках естественно-научного направления;
- выполнение заданий с использованием робототехнических систем как фактор развития навыков программирования у школьников;
- преимущества и недостатки использования робототехнических систем в учебном процессе при изучении предметов естественнонаучного направления.
Модуль 3: Системы программирования робототехнических систем, применяемые для решения заданий в области предметов естественно-научного направления:
- инструментальные системы, используемые для применения робототехнических систем;
- среды разработки для робототехнических систем (Scratch, NXT-G, TrikStudio, Arduino);
- создание программ для управления робототехническими системами (централизованные и децентрализованные).
Модуль 4: Подготовка учебного материала для учителя:
- разработка заданий для уроков с использованием робототехни-ческих систем;
- формирование библиотеки методических материалов;
- варианты организации работы с обучающимися разного уровня владения предметными знаниями.
Модуль 5: Самообразование педагогов в области применения робототехнических систем в образовательной деятельности:
- влияние научного прогресса на методы работы с робототехниче-скими системами;
- формы развития профессиональных связей и обмен опытом в рамках педагогических сообществ учителей.
Итоговая аттестация
В дополнительной/справочный раздел можно включить модуль «Обеспечение работы с техническими специалистами»:
- поддержка и ремонт робототехнических систем;
- восстановление работоспособности робототехнических систем после обновления программного обеспечения.
В рамках курса также должны быть предусмотрены практические занятия, где учителя смогут продемонстрировать полученные знания на практике, создать собственные проекты и получить обратную связь от преподавателей в рамках посткурсового сопровождения.
По окончании курсов повышения квалификации педагог, прежде чем применять элементы робототехники на своих уроках, сначала должен проанализировать свою привычную методику преподавания, заполнив полученный на курсах чек-лист. В результате привычная методика преподавания должна включать в себя следующие элементы:
• определение целей и задач методически оправданного применения робототехники на уроках, исходя из учебного плана и возрастных особенностей школьников;
• выбор робототехнического набора, соответствующего целям обучения и возрасту ребят;
• учебно-методический комплект материалов для учителей, преподающих предметы естественно-научного направления и применяющих на своих уроках РС, включающие инструкции по работе с роботами и решению различных предметных задач с их помощью;
• соблюдение норм безопасности при организации занятий, на которых обучающиеся изучают основы робототехники и применяют полученные знания для решения предметных задач;
• оценка результатов обучения и коррекция методики на основе обратной связи от учащихся.
Заключение. Таким образом, использование элементов робототехнических систем в образовательном процессе способствует развитию у школьников навыков решения проблем, укреплению понимания основных технических концепций и развитию навыков работы в команде. Однако для успешного внедрения РС в педагогическую практику требуются высококвалифицированные учителя, обладающие соответствующей компетентностью в этой области. Помочь сформировать данную компетентность могут курсы повышения квалификации, однако на сегодняшний день подобных курсов крайне мало.
Список источников
1. Ершов М. Г., Оспенникова Е. В. Образовательная робототехника как инструмент познания в учебном процессе по физике // Вестник Челябинского государственного педагогического университета. 2015. № 4. С. 122-138.
2. Козлов О. А. Формирование ИКТ-компетентности управленческих и педагогических кадров в условиях сетевого взаимодействия // Вестник Мининского университета. 2016. № 2 (15). С. 6-12.
3. Кузьмина Н. В., Паутова Л. Е., Жаринова Е. Н. Акмеологические основы формирования профессиональной компетентности преподавателя // Известия Саратовского университета. 2020. Т. 9, № 1 (33). С. 4-12.
4. Лукьянова Н. В. Развитие технических способностей учащихся посредством образовательной робототехники // Информатика в школе. 2015. № 2. С. 14-21.
5. Мерецков О. В. Педагогико-технологические подходы к созданию электронных учебных курсов распределенным коллективом разработчиков для поддержки профессиональной деятельности (на примере дополнительного образования): автореф. дис. ... канд. пед. наук. Москва, 2022. 36 с.
6. Морев А. В. Формирование компонентов технической культуры на занятиях по робото-
технике в дополнительном образовании детей // Концепт. 2019. № 6. С. 45-56.
7. Мудракова О. А., Юдина К. Д. Компетентность современного учителя информатики как основа формирования ключевых компетенций обучающихся // Педагогический журнал. 2019. Т. 9, № 3А. С. 143-150.
8. Панкратова О. П., Ледовская Н. В. Проблемы и особенности подготовки педагогических кадров в области образовательной робототехники // Стандарты и мониторинг в образовании. 2019. Т. 7, № 4. С. 39-43.
9. Панкратова О. П., Ледовская Н. В. Сущность и основные компоненты профессиональной компетентности педагога образовательной робототехники // Кант. 2020. № 2 (35). С. 288-293.
10. Роберт И. В. Перспективные направления развития информатизации отечественного образования // Вестник федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский государственный агроинженерный университет им. В. П. Горячкина. 2014. № 4 (64). С. 9-15.
References
1. Ershov M. G., Ospennikova E. V. Obrazovatel'naja robototehnika kak instrument poznanija v ucheb-nom processe po fizike // Vestnik Cheljabinskogo gosudarstvennogo pedagogicheskogo universiteta. 2015. № 4. S. 122-138. [In Rus].
2. Kozlov O. A. Formirovanie IKT-kompetentnosti upravlencheskih i pedagogicheskih kadrov v uslovi-jah setevogo vzaimodejstvija // Vestnik Mininskogo universiteta. 2016. № 2 (15). S. 6-12. [In Rus].
3. Kuz'mina N. V., Pautova L. E., Zharinova E. N. Akmeologicheskie osnovy formirovanija professional'noj kompetentnosti prepodavatelja // Izvestija Saratovskogo universiteta. 2020. T. 9, № 1 (33). S. 4-12. [In Rus].
4. Luk'janova N. V. Razvitie tehnicheskih sposobnostej uchashhihsja posredstvom obrazovatel'noj robo-totehniki // Informatika v shkole. 2015. № 2. S. 14-21. [In Rus].
5. Mereckov O. V. Pedagogiko-tehnologicheskie podhody k sozdaniju jelektronnyh uchebnyh kursov raspredelennym kollektivom razrabotchikov dlja podderzhki professional'noj dejatel'nosti (na pri-mere dopolnitel'nogo obrazovanija): avtoref. dis. ... kand. ped. nauk. Moskva, 2022. 36 c. [In Rus].
6. Morev A. V. Formirovanie komponentov tehnicheskoj kul'tury na zanjatijah po robototehnike v dopolnitel'nom obrazovanii detej // Koncept. 2019. № 6. S. 45-56. [In Rus].
7. Mudrakova O. A., Judina K. D. Kompetentnost' sovremennogo uchitelja informatiki kak osnova formirovanija kljuchevyh kompetencij obuchajushhihsja // Pedagogicheskij zhurnal. 2019. T. 9, № 3A. S. 143-150. [In Rus].
8. Pankratova O. P., Ledovskaja N. V. Problemy i osobennosti podgotovki pedagogicheskih kadrov v oblasti obrazovatel'noj robototehniki // Standarty i monitoring v obrazovanii. 2019. T. 7, № 4. S. 39-43. [In Rus].
9. Pankratova O. P., Ledovskaja N. V. Sushhnost' i osnovnye komponenty professional'noj kompetent-nosti pedagoga obrazovatel'noj robototehniki // Kant. 2020. № 2 (35). S. 288-293. [In Rus].
10. Robert I. V. Perspektivnye napravlenija razvitija informatizacii otechestvennogo obrazovanija // Vestnik federal'nogo gosudarstvennogo obrazovatel'nogo uchrezhdenija vysshego professional'nogo obrazovanija Moskovskij gosudarstvennyj agroinzhenernyj universitet im. V. P. Gorjachkina. 2014. № 4 (64). S. 9-15. [In Rus].
Информация об авторе
А. Ю. Белышев—заместитель руководителя проектов, аспирант
Information about the author
A. Yu. Belyshev — Project Manager, Postgraduate Student
Статья поступила в редакцию 13.02.2024; одобрена после рецензирования 12.03.2024; принята к публикации 23.04.2024. The article was submitted 13.02.2024; approved after reviewing 12.03.2024; accepted for publication 23.04.2024.
