CC BY
4«Лицей инновационных технологий №36» был проведен следующий эксперимент: для учеников третьего класса была разработана специальная система, в ходе которой педагогом осуществлена реализация программы, деятельность которой позволяла отказаться от традиционных методов обучения. Её суть заключалась в следующем: ставится проблема, для решения которой не хватает прежних навыков. Посредством логических умозаключений самих обучающихся при поддержке учителя определяются «слабые» места, обнаруживается своего рода некий «ключ», благодаря которому раскрывается новая тема. В связи с таким методом преподавания успеваемость среди учащихся выросла по сравнению с предыдущими годами на десятки процентов, что говорит о правильности и необходимости распространения именно такого обучения.
Анализируя вышесказанные проблемы, вытекает следующая, основная причина: различие между целями и методами обучения. Федеральный государственный образовательный стандарт о начальном общем образовании (ФГОС НОО) подразумевает под собой развитие способностей в организации деятельности, то есть закладывает развитие самостоятельности, при этом выступает в качестве ограничителя деятельности, базируясь на жесткой правовой основе[10]. Исходя из этого, заключаем, что в первую очередь необходимо рекомендовать учителям начальной школы самостоятельно проработать концепт развития личной свободы, поскольку они на местах более точно смогут определить недостатки существующей программы. Придание ей императивного характера позволит обеспечить самостоятельное усвоение новых знаний и умений и сформировать индивидуальный учебный процесс.
Выводы. Нами были рассмотрены основные проблемы начального школьного образования, его место и роль в общей системе образования, а также предоставлены решения отдельных видов пробелов.
В первую очередь цель начального образования заключается в подготовке квалифицированных кадров для развития страны и социума. Они закладываются за счет успешного развития компетенций, которые необходимо заложить еще в детстве, в период формирования личности, что происходит во время посещения детских общеобразовательных учреждений и ступени начального образования. Однако на пути реализации идеальной программы встают внешние и внутренние проблемы, основные из которых: демографическая деградация, кризис института семьи, недостаточная преемственность между уровнями образования и передача информации в готовом виде. В рамках проблемы передачи знаний была теоретически изложена концепция разделения школьников по складу ума. Практический эксперимент (на данный момент продолжается в связи с продолжительностью) показал, что 62% обучающихся в начальной школе склонны к технической деятельности в будущем, однако для достоверности информации необходимо проанализировать результаты их выбора в будущем.
Литература:
1. Выготский, Л.С. Педагогическая психология / Л.С. Выготский; [под ред. В.В. Давыдова]. - М.: ACT: Астрель, 2010.-539 с.
2. Подласый, И.П. Педагогика: учебник для вузов / И.П. Подласый. - М.: Издательство Юрайт, 2009.
3. Дуров, И.С. Влияние демографической политики государства на функционирование семьи как социального института : автореф. дис. ... канд. социол. наук / И.С. Дуров. - Ростов н/Д., 2008.
4. Булгакова, С.А. Кризис семьи и традиционных устоев в современном обществе / С.А. Булгакова // Инновационная наука. -2016. - № 5-1 (17).
5. Шамова, Т.И. Активизация учения школьников / Т.И. Шамова. - М., Педагогика, 2013.
6. Выготский, Л.С. Проблема возраста / Л.С. Выготский // Собр. соч.: В 6 т. - М.: Педагогика, 1982-1984. - Т. 4.
7. Эльконин, Д.Б. К проблеме периодизации психического развития в детском возрасте / Д.Б. Эльконин // Вопросы психологии, 1971. -№ 4.
8. Корепанова, М.В. Технологии комплексного подхода к социально-личностному развитию дошкольников / М.В. Корепанова, И.А. Сагитова, А.О. Поликарпова, И.А. Небратенко // Начальная школа плюс: До и После. - 2012. - №6.
9. Рыбникова, Н.П. Некоторые аспекты решения проблемы преемственности образовательного процесса / Н.П. Рыбникова // Ментор. - 2004. - № 1.
10. Приказ Минобрнауки России от 06.10.2009 № 373 (ред. от 31.12.2015) «Об утверждении и введении в действие федерального государственного образовательного стандарта начального общего образования» (Зарегистрировано в Минюсте России 22.12.2009 № 15785) // Бюллетень нормативных актов федеральных органов исполнительной власти, № 12, 22.03.2010
Педагогика
УДК 331.108.45
профессор, доктор педагогических наук Петрова Нина Петровна
Южный Федеральный Университет (г. Ростов-на-Дону); соискатель учёной степени Вязьмин Антон Александрович
Южный Федеральный Университет (г. Ростов-на-Дону)
ПРИМЕНЕНИЕ МОДУЛЬНОГО ПОДХОДА В РАЗРАБОТКЕ ПРОГРАММЫ ПОВЫШЕНИЯ КВАЛИФИКАЦИИ
ПО РОБОТОТЕХНИКЕ ДЛЯ УЧИТЕЛЕЙ ШКОЛ
Аннотация. Робототехника прочно укоренилась в жизни современного общества, информатизация и цифровизация ставят новые вызовы перед образованием и подготовкой будущих специалистов. На сегодняшний день, мы имеем актуальную область робототехники, а именно образовательную робототехнику, которая активно применяется в дополнительном образовании детей и взрослых. Так школьный предмет Технология имеет в своём составе элементы и вариативный модуль робототехника, что является несомненным плюсом в обучении школьников, но вместе с эти может создать сложности для неподготовленных педагогов, так как средства образовательной робототехники на сегодняшний день довольно различны. Цель исследования заключается в описании структуры программы повышения квалификации для учителей общих школ, так и педагогов дополнительного образования, планирующих преподавать образовательную робототехнику. При обзоре литературы выявлено обширное количество источников и исследований на основе брендированной робототехники, и малое количество серьёзных исследований в области преподавания и методики организации учебного процесса на базе платформ с открытым исходным кодом, такие как Arduino, Raspberry Pi. Методология исследования (материалы и методы) включает в себя анализ источников по теме исследования за последние пять лет, на базе РИНЦ, Google Shcolar, Springer Link и обобщена практическая деятельность по разработке программы повышения квалификации и внедрения её в образовательный процесс. По результатам исследования предложена программа повышения квалификации по образовательной робототехнике.
Ключевые слова: робототехника, цифровизация образования, учителя, повышение квалификации.
Annotation. Robotics is firmly rooted in the life of modern society, informatization and digitalization pose new challenges to the education and training of future specialists. Today, we have an actual field of robotics, namely educational robotics, which is actively used in additional education of children and adults. So the school subject Technology has elements and a variable robotics module in its composition, which is an undoubted advantage in teaching schoolchildren, but at the same time it can create difficulties for untrained teachers, since the means of educational robotics are quite different today. The purpose of the study is to describe the results of the development of a professional development program for teachers of secondary schools and teachers of additional education in the direction of «Educational robotics». A review of the literature revealed an extensive number of sources and studies based on branded robotics, and a small amount of serious research in the field of teaching and methods of organizing the educational process based on open source platforms, such as Arduino, Raspberry Pi. The research methodology (materials and methods) includes an analysis of sources on the research topic over the past five years, based on the RSCI, Google Shcolar, Springer Link and summarizes practical activities for the development of a professional development program and its implementation in the educational process. Based on the results of the study, a professional development program in educational robotics is proposed.
Key words: robotics, digitalization of education, teachers, professional development.
Введение. Современное развитие информационных технологий не представляется возможным без применения средств робототехники и электроники. Во многом развитие потенциала специалистов электронной промышленности и робототехники будет определять передовое развитие нашей страны. Робототехника в настоящий момент проникала практически во все сферы жизни общества. Так международный стандарт ISO определяет робота как запрограммированный приводной механизм со степенью автономности для выполнения передвижения, манипуляций или позиционирования [18]. На сегодняшний день, существует множество отраслей робототехники различающиеся по целям применения: военная, космическая, промышленная, образовательная и др. Образовательная робототехника, согласно англоязычной трактовке, представляет собой дисциплину, которая учит проектированию, анализу, применению и эксплуатации роботов.
Изложение основного материала статьи. Анализ публикаций издательства Springer Link , позволил выделить наиболее актуальные сборники исследований по направлению образовательная робототехника, среди которых: Foundations of Robotics. A Multidisciplinary Approach with Python and ROS; Elements of Robotics, Robotics in Education. Methods and Applications for Teaching and Learning; Makers at School: Educational Robotics and Innovative Learning Environments. Так сборник Основы робототехники.
Междисциплинарный подход с использованием Python и ROS, включает в себя параграф «Преподавание и обучение робототехнике: Педагогические перспективы» освещающий педагогические подходы лежащие в основе преподавания образовательной робототехники, такие как: конструктивизм, конструкционизм, бихевиоризм, совместное обучение, обучение на основе проектов, геймификация. В сборниках «Элементы робототехники, робототехника в образовании. Методы и приложения для преподавания и обучения; «Создатели в школе: Образовательная робототехника и инновационные среды обучения» приводится передовой опыт исследователей по внедрению и преподаванию образовательной робототехники в различные ступени образования. Общим для данных изданий является описание педагогических теорий и опыта применения образовательной робототехники в образовательном процессе на занятиях с детьми и студентами. Отечественные же исследователи различно трактуют понятие «образовательная робототехника». По мнению исследователей Я.А Ваграменко, Е.Ю. Яламова, О.М. Карпенко образовательная робототехника видится многогранной образовательной технологией, основу которой составляет, творчество обучающихся на интеграции инновационных отраслей знаний, направленной на осуществление поиска, подготовки и методическое содействие обучающимся [2]. Чупин Д.Ю., Ступин А.А., Ступина Е.Е., Классов А.Б. рассматривают образовательную робототехнику как новую, актуальную педагогическую технологию, которая находится на стыке перспективных областей знания: механика, электроника, автоматика, конструирование, программирование, схемотехника и технический дизайн [5]. В.В. Тарапата и Н.Н. Самылкина к отличительным особенностям образовательной робототехники относят связь с предметами естественнонаучного (информатика, математика, физика, биология, химия) и социально-гуманитарного циклов, умение достигать конкретного результата и понимать смысл обучения, прямую возможность развития универсальных учебных действий [3]. Никитина Т.В. определяет образовательную робототехнику как интегративную предметную область, отражающая современный уровень развития науки и техники [1].
Проведя анализ, вышеуказанных примеров, среди общих критериев образовательной робототехнике, можно выделить, междисциплинарность предмета/ технологии образовательной робототехники, опора на современные технологии в преподавании, применение творчества в педагогическом процессе и достижение конкретных результатов.
Предмет образовательной робототехники, в настоящее время, внедрен в общеобразовательные школы. Рекомендованная рабочая программа основного общего образования «Технология» для 5-9 классов содержит элементы и вариативный модуль образовательной робототехники. Так в инвариантный модуль «Производство и технология» включено изучение роботов и робототехнических конструкторов. Вариативный модуль «Робототехника» подразумевает идею сближения информационных технологий и материальных средств. Актуальность модуля обеспечивается, что в нём формированием навыков работы с когнитивной составляющей (действиями, операциями и этапами).
Анализ средств робототехники, позволил выделить наиболее употребляемые робототехнические наборы в школе. Среди них выделены наборы марки Лего, основанные на платформе Ардуино открытые и коммерческие роботы, отечественный бренд ТРИК. Превалирующее большинство учебных пособий и статей посвящено робототехнике на основе бренда компании Лего, тем менее в последние годы активно набирает популярность робототехника на основе открытых платформ и проектов. Этому могут свидетельствовать данные исследования авторов: Antti Martikkala, Joe Davida, Andrey Lobovb, Minna Lanza, Inigo Flores Ituarte. «Trends for Low-Cost and Open-Source IoT Solutions Development for Industry 4.0», также исследования авторов Sokratis Tselegkaridis, Theodosios Sapounidis. «Simulators in Educational Robotics: A Review, Low-cost educational robotics for promoting STEM education»; Z. Abidin, R. Arifudin, W. Hardyanto, I.Akhlis, R. Umer and N. Kurniawan. «Developing Educational Printable Robots to Motivate University Students Using Open Source Technologies»; Ra'ul P'erula-Mart'inez, Juan Miguel Garc'ia-Haro ,Carlos Balaguer, Miguel A. Salichs. «RobotCraft: The first international collective internship for advanced robotics training». Данные исследования связывают применение платформ с открытым исходным кодом. Также симуляторов и программных средств, которые исследователи вводят в учебный процесс школ, колледжей и
Представленное выше разнообразие средств образовательной робототехники, также образует проблему готовности педагога к работе с различными наборами, которые могут радикально различаться, что в свою очередь создаёт проблему готовности педагогов преподавать данный предмет В связи с этим возникла идея создания программы повышения квалификации для педагогов, которая будет формировать необходимые компетенции для работы с большинством робототехнических средств, включая наборы, симуляторы, платформы с открытым исходным кодом. Программа
повышения квалификации «Образовательная робототехника» разработана коллективом авторов Вязьмин A.A., Полянин В.А., Игнатович В.О., Моисеенко И.Е., Шаненко Д.А и утверждена на базе Академии психологии и педагогики Южного Федерального Университета. Программа имеет модульную структуру и имеет характеристики, представленные в таблице 1. В дидактике под модулем принято понимать самостоятельный раздел учебного курса, в котором разбирается одно основное функциональное понятие дисциплин. Модульный принцип конструирования системы обучения является следствием интегративных процессов, происходящих между техникой, технологией, образованием. В модуле также определяют цель, задачи, результаты, необходимые методические, дидактические и оценочные материалы. В данном случае модуль представляет собой раздел курса, связывающий занятия общей целью, задачами и предметными результатами.
Таблица 1
Характеристики программы повышения квалификации по направлению Образовательная робототехника
Элемент программы Описание
Цель программы Совершенствование профессиональных компетенций слушателей в области педагогической деятельности, связанных с использованием средств и методов в преподавании основ робототехники в основной школе и учреждениях дополнительного образования детей.
Задачи программы 1. Ознакомление педагогов с основами современной робототехники. 2. Способствовать развитию креативного мышления у педагогов. 3. Формирование навыков работы по разработке и программированию типовых роботов.
Целевая аудитория Педагоги общего и дополнительного образования, желающие освоить дополнительную профессиональную программу, должны иметь среднее или высшее образование.
Длительность 72 часа
Формы и методы реализации Обучение проводится в очно-заочной форме, с применение дистанционного обучения.
Содержание программы 1. Основные принципы работы электронных устройств. 2. Базовые конструкции С++, Python. 3. Робототехника на платформе Ардуино. 4. Разработка и программирование типовых роботов с использованием различных платформ.
Описание модулей программы. Вышеуказанные четыре модуля являются инвариативными.
Модуль: Основные принципы работы электронных устройств. Цель модуля: ознакомление обучающихся с физическими основами работы электронных приборов, правил расчёта простых устройств.
Задачи:
1. Изучение законов протекания электрического тока в электрических цепях.
2. Расчёт и проектирование простых электрических цепей.
3. Реализация заданий в программах симуляторах.
В учебный план включены лекции, практические занятия и самостоятельные работы в общем объёме 12 академических часов, формой контроля является тест.
Модуль: Базовые конструкции С++, Python. Цель модуля: изучение основ программирования на базе языка С++.
Задачи:
1. Изучение основ программирования и теории алгоритмов.
2. Ознакомление и закрепление навыков программирования базовых конструкций.
3. Работа с элементами и интерфейсом интегрированной среды разработки.
Общий объём модуля составляет 18 академических часов.
Модуль: Робототехника на платформе Ардуино.
Цель: Изучение основ программирования микроконтроллеров и робототехники на базе платформ с открытым исходным кодом. Общий объём модуля составляет 21 академический час.
Задачи:
1. Ознакомление с элементами программирования микронтроллеров, таких как Ардуино, STM32.
2. Программирование и работа периферийных элементов, такие как датчики, экраны, светодиоды и др.
3. Разработка комплексных цифровых устройств.
Модуль: Разработка и программирование типовых роботов с использованием с различных платформ. Общий объём 19 часов. Форма контроля, итоговый зачёт.
Цель: Изучение и проектирование типовых роботов на базе программных средств TRIK, Lego EV3.
Задачи:
1. Изучение элементов прикладной механики и деталей конструктора в программе Ledo digital designer.
2. Конструирование мобильных роботов в программе симуляторе.
3. Программирование мобильных роботов на выполнение базовых задач.
Организация обучения подразумевает применение как дистанционного обучения, так и очных занятий. В ходе занятий предусмотрены индивидуальная и групповая работа с обучающимися. Основные формы занятий лекции и практические занятия. Так лекции планируется проводить в дистанционном формате на базе Microsoft Teams. Для выполнения практических заданий обучающимся будет необходимо ознакомится с программами симуляторами в открытом доступе. Для изучения модулей основные принципы работы электронных устройств, Базовые конструкции С++, Python. Робототехника на платформе Ардуино в рамках программы применяются онлайн приложения Tinkercad, Qucs и Logism. Программы Qucs и
Logism отлично подходят для изучения основ электротехники и электроники. TRIK Studio - симулятор мобильных роботов, позволяющий программировать и моделировать действие роботов на базе наборов ТРИК, Lego Mindstorms в виде 2D. Работая в данной программе, обучающиеся смогут моделировать работу мобильных роботов, также повторить и изучить различные элементы программирования. Основное применение данной программы в рамках курса, будет ориентированно на подготовку к базовым соревновательным задачам: движение по линии, кельгеринг, инверсная линия и т.д.
Ожидается, что после реализации данной программы обучающиеся овладеют следующими профессиональными компетенциями, а именно:
• Знать основы электротехники и электроники, устройство современных роботов.
• Уметь организовывать учебный процесс в соответствии по робототехнике.
• Способны реализовывать проектную деятельность обучающихся с применением робототехнических средств.
• Объяснять устройство и принцип работы роботов.
• Иметь навыками работы с робототехническими симуляторами, проектированием и конструированием роботов.
• Овладеют навыками организации учебного процесса с применением средств электронного обучения.
Выводы. Обобщая сказанное, отметим, следующие положения: образовательная робототехника опирается на современные технологии и включает в свою структуру различные образовательные дисциплины, представляя собой таким образом инновационную технологию/предмет обучения. Развитие технологий приводит к большей конкуренции и появлению многочисленных средств в образовательной робототехники радикально отличающихся друг от друга, о чём свидетельствует наличие вышеуказанных зарубежных и отечественных исследований. Это в свою очередь обозначает проблему подготовки высоко квалицированных специалистов - преподавателей робототехники. Представленная структура модульной программы повышения квалификации «Образовательная робототехника», по мнению авторов, включает в себя необходимые модули, для изучения и преподавания образовательной робототехники. Среди модулей: основные принципы электронных устройств, базовые конструкции С++, Робототехника на платформе Ардуино, Разработка и программирование типовых роботов с использованием различных платформ.
Литература:
1. Никитина, Т.В. Образовательная робототехника как направление инженерно-технического творчества школьников [Текст]: Учебное пособие / Т.В. Никитина. - Челябинск: Изд-во Челяб.гос. пед. ун-та, 2014. - 169 с.
2. Образовательная робототехника как инновационная технология обучения: Монография / Я.А. Ваграменко, О.М. Карпенко, Е.Ю. Яламов, Т.Е. Казиахмедов, Т.Ш. Шихнабиева, Н.В. Борисова, С.В. Сафонова. - М.: Изд-во СГУ, 2019. - 105 с.
3. Тарапата, В.В. Робототехника в школе: методика, программы, проекты [Электронный ресурс] / В.В. Тарапата, Н.Н. Самылкина. - Эл. изд. - Электрон. Текстовые дан. (1 файл pdf: 112 е.). - М.: Лаборатория знаний, 2017. - Систем, требования: Adobe Reader XI; экран 10".
4. Филиппов, С.А. Робототехника для детей и родителей / С.А. Филиппов. - СПб.: Наука, 2013. - 319 с.
5. Чупин, Д.Ю., Ступин А.А., Ступина Е.Е., Классов А.Б. Образовательная робототехника: учебное пособие / Д.Ю. Чупин, А.А. Ступин, Е.Е. Ступина, А.Б. Классов. - Новосибирск: Агентство «Сибпринт», 2019,- 114 с.
6. Шостак, Е.В. Робототехника в stem-образовании в области естественных и инженерных наук. В сборнике: Образовательная робототехника в научно-техническом творчестве школьников и студенческой молодёжи: опыт, проблемы, перспективы / Е.В. Шостак, Р.Э. Ешиянц // Материалы V Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Научный редактор А.Р. Еалустов, отв. редактор Н.В. Зеленко, технический редактор Н.В. Еерлах. - Армавир, 2021. - С. 30-33
7. Antti, Martikkala. Trends for Low-Cost and Open-Source IoT Solutions Development for Industry 4.0 / Antti Martikkala, Joe David, Andrei Lobov, Minna Lanz, Inigo Flores Ituarte 11 Procedia Manufacturing. - Volume 55. - 2021. - Pages 298-305. -9789. -https://doi.Org/10.1016/j.promfg.2021.10.042
8. Blokhin, A.L. Modern education trends and value meanings of teacher education / A.L. Blokhin, O.G. Boldinova, Yu.P. Borzilov, R.E. Gshiyants, A.A. Korchinsky // Opcion. - 2020. - T. 36. - № Special Edition 27,- C. 2099-2117
9. Couseiro, M.S. RobotCraft: The first international collective internship in advanced robotics training. In: Lepushits, V., Merdan, M., Koppensteiner, G., Balog, R., Obdrzalek, D. (ed.) / M.S. Couseiro, A.G. Araujo, K. Tataryan, N.M.F. Ferreira 11 Robotics in Education. - RIE 2018. Advances in Intelligent Systems and Computing. - Volume 829. - Springer, Cham. -https://doi.org/10.1007/978-3-319-97085-l_3
10. Damith, Herath. Foundations of Robotics A Multidisciplinary Approach with Python and ROS / Damith Herath & David St-Onge Eds. - https://doi.org/10.1007/978-981-19-1983-l
11. David, Scaradozzi. Makers at School, Educational Robotics and Innovative / David, Scaradozzi, Lorenzo Guasti,Margherita Di Stasio, Beatrice Miotti, Andrea Monterm ,Paulo Blikstein (ed.) II Learning Environments Research and Experiences from FabLearn Italy 2019, in the Italian Schools and Beyond. - https://doi.org/10.1007/978-3-030-77040-2
12. Mordechai, Ben-Ari Elements of Robotics / Mordechai Ben-Ari, Francesco Mondada. - https://doi.org/10.1007/978-3-319-62533-1
13. Perula-Martinez, R. Development of educational printing robots to motivate university students using open source technologies / R. Perula-Martinez, H.M. Garcia-Aro, K. Balaguer // J Intell Robot Syst. - №81. - P. 25-39. - 2016. -https://doi.org/10.1007/sl0846-015-0205-3
14. Wilfried, Lepuschitz. Robotics in Education / Wilfried Lepuschitz, Munir Merdan, Gottfried Koppensteiner, Richard Balogh, David Obdrzalek 11 Methods and Applications for Teaching and Learning. - https://doi.org/10.1007/978-3-319-97085-l
15. Tselegkaridis, S. Simulators in Educational Robotics / S. Tselegkaridis, T.A. Sapounidis 11 Review Educ. Sci. - 2021. -https://doi.org/10.3390/educscill010011
16. ISO 8373:2021. Robotics. - Vocabulary, https://www.iso.org/standard/75539.html
