CC BY
69
Развитие технических способностей школьников The development of technical abilities of students
Челнокова Е.А.
к.п.н., доцент, Мининский университет Россия, г. Нижний Новгород chelnelens@gmail. com
Chelnokova E.A.
Associate Professor, Candidate of Pedagogical Sciences,
Nizhny Novgorod State Pedagogical University named after Kozma Minin Russia, Nizhny Novgorod [email protected]
Челноков А.С.
магистрант, Мининский университет Россия, г. Нижний Новгород aleksandr. chelnokov@gmail. com
Chelnokov A.S.
undergraduate
Nizhny Novgorod State Pedagogical University named after Kozma Minin Russia, Nizhny Novgorod aleksandr. chelnokov@gmail. com
Новожилова Е.В.
магистрант, Мининский университет Россия, г. Нижний Новгород [email protected]
Novozhilova E. V.
undergraduate
Nizhny Novgorod State Pedagogical University named after Kozma Minin Russia, Nizhny Novgorod [email protected]
Аннотация.
В статье находит отражение вопрос о внедрении робототехники в образовательное пространство школы с целью развития технических способностей. Рассматривается этимология термина «робототехника». Авторы обращаются к рассмотрению истории робототехники: автоматические устройства Древней Греции, Фаросский маяк в Александрии, Изобретение Архимеда в Сиракузах, робот Леонардо да Винчи _ страницы истории, притягивающие любознательных школьников к изучению робототехники и позволяющие понять, что существуют технологии, способные избавить человека от монотонного труда. Это знание способно стимулировать творчество школьников, развивать их познавательный интерес. Положительным моментов в занятиях робототехникой является, по мнению авторов, возможность тренировки метапредметных компетенций и умений применения современных информационных технологий для формирования коммуникативных навыков, способностей к творчеству, для нахождения ответа на познавательные, исследовательские и коммуникативные задачи.
Annotation.
The article reflects the question of the introduction of robotics into the educational space of the school with the aim of forming a sustainable cognitive interest in engineering. The etymology of the term "robotics" is considered. The authors turn to the history of robotics: automatic devices of Ancient Greece, Faros lighthouse in Alexandria, the invention of Archimedes in Syracuse, Leonardo da Vinci's robot _ pages of history that attract curious schoolchildren to study robotics and make it possible to understand that there are technologies that can save a person from monotonous work . This knowledge can stimulate the creativity of students, develop their cognitive interest. The positive aspects in the studies of robotics are, according to the authors, the ability to train meta-subject competencies and the skills of applying modern
information technologies to form communication skills, creativity abilities, and find answers to cognitive, research, and communicative tasks.
Ключевые слова: робототехника, робот, изобретение, занятия робототехникой, школьники, методы организации занятий, познавательный интерес.
Key words: robotics, robot, invention, robotics classes, schoolchildren, methods of organizing classes, cognitive
interest.
«Модернизация и инновационное развитие - единственный путь, который позволит России стать конкурентным обществом в мире 21 -го века, обеспечить достойную жизнь всем нашим гражданам. В условиях решения этих стратегических задач важнейшими качествами личности становятся инициативность, способность творчески мыслить и находить нестандартные решения, умение выбирать профессиональный путь, готовность обучаться в течение всей жизни. Все эти навыки формируются с детства». Так говорится в президентской национальной образовательной инициативе «Наша новая школа» [ ].
Модернизация условий современного производства (использование робототехнических устройств, станков с числовым программным управлением, переход на высокотехнологичное производство, поддержка инновационных идей и многое другое) требует от специалистов применения самого широкого спектра способностей, развития неповторимых индивидуальных физических, интеллектуальных качеств, технического творчества. Развитие таких качеств следует начинать со школьного возраста через использование разнообразных видов внеурочной деятельности.
Жизнь современного общества неотделима от роботов: много процессов уже заменены ими. Своё применение роботы нашли в здравоохранении, строительстве, сельском хозяйстве, животноводстве, космосе. Вся жизнь человека сегодня изобилует разнообразной высокотехнологичной техникой, связана с устройствами робототехники: роботы-игрушки для детей, робот-сиделка, робот-няня, робот-домработница и пр. Поэтому современный рынок труда крайне нуждается в специалистах данного направления. В связи с этим актуальность и важность вопроса о введении робототехники в образовательное пространство не вызывает сомнений. Знание робототехники открывает перед подрастающим поколением много возможностей и делает дальнейшее развитие технологий более стремительным.
Робототехника - важнейшее направление научно-технического прогресса, где происходит соприкосновение проблем механики и инновационных технологий с искусственным разумом. Робототехника в школе - это путь развитию и совершенству технологий, по которому преподаватель поведёт школьников к технологиям будущего. Робототехника является видом деятельности школьников, выбор которой осуществляется в соответствии с интересами и склонностями обучающихся и с процессе занятий которой развиваются технические способности школьников, впоследствии имеющие возможность повлиять на выбор инженерного направления профессиональной деятельности.
Проблема развития способностей нашла отражение в трудах отечественных исследователей Б.Г.Ананьева, Г.С.Васильевой, Н.В.Кузьминой, Н.И.Карасёвой А.А.Леонтьева, Л.М.Митина, С.Л.Рубинштейна, Б.М.Теплова зарубежных учёных: Г.Айзенка, Д.Куксона, А.Мак-Нитта, ДжСтейка, Г.Элисон. Вопросы развития технических рассматривали М.Г.Давлетшин, А.В.Дерячгин, Е.С.Рапацевич, О.Г.Ридецкий, Н.Г.Левитов, В.Ю.Шурыгин.
Технические способности рассматриваются нами как индивидуально-психологические взаимосвязанные и проявляющиеся независимо друг от друга качества личности, которые определяют успешность индивиды к техническим видам деятельности. В.А.Крутецким к указанным качествам отнесены: комбинаторная способность:
техническая наблюдательность, техническое мышление, точность и живость пространственных представлений [Крутецкий В.А. Психология. Учебник для учащихся педагогических училищ. М.: Просвещение. 1980. 352с.].
Развитие технических способностей школьников является динамичным, многоступенчатым, специально организованным педагогическим процессом, имеющим целью развить склонности к технике и техническому творчеству, техническое мышление, пространственное воображение, техническую наблюдательность, зрительную и моторную память, точность глазомера, ловкость рук, техническую активность, обуславливающие легкое и быстрое усвоение человеком системы конструкторско-технологических знаний, умений и навыков. Образовательная робототехника дает возможность на ранних шагах выявить технические наклонности обучающихся и развивать их в этом направлении в дальнейшем.
Главными компонентами технических способностей являются: склонность к технике и техническому творчеству; техническое мышление; пространственное воображение; техническая наблюдательность; ярко выраженная зрительная и моторная память; точность глазомера; ручная умелость (ловкость). Главным компонентом технических способностей выступает техническое мышление, выполняющее регулирующую, объединяющую функцию относительно других компонентов. Техническое мышление можно формировать и развивать. Техническое мышление как важное средство политехнического образования и профессиональной ориентации, способствует формированию у школьников устойчивого интереса к технике, развитию рационализаторских и изобретательских склонностей.
Одним из путей развития технических способностей у учащихся на занятиях основами конструирования и робототехники является включение школьников в проектную деятельность. Цель проектной деятельности -создание продукта, обладающего определенными свойствами, который необходим для конкретного использования и имеет значимость для других.
Занятия робототехникой основываются на ряде подходов:
- обучение проходит в малочисленных группах, что позволяет реализовать индивидуальный подход;
- школьники работают над проектом в небольших командах, что способствует развитию навыков нового поколения - эмпатии, умения сотрудничать, достигать поставленных целей как личных, так и командных, планирования.
Занятия робототехникой выполняют задачу современного образования: создание среды, которая может облегчить школьнику раскрытие личного потенциала. Это способствует свободному действию при познании окружающего мира через эту среду. Педагог выполняет в данном случае роль организатора и создателя этой новой образовательной среды, побуждает школьника к познанию и деятельности, организует создание специальных условий для расширения возможности изобретательства, свершения творческого замысла, проведение опытно-поисковых исследований школьниками, совершенствование способностей одарённых и талантливых детей.
Лего-конструирование - является известной на сегодняшний день и распространённой педагогической системой обучения и развития школьников, масштабно использующей трёхмерные модели реального мира и предметно-игровую среду. Преимущество лего-конструктора в том, что он побуждает работать одновременно и голову, и руки в равной степени. Конструируя, школьники воплощают в жизнь задуманное, строят и фантазируют.
Немаловажно отметить, что дети от природы очень любознательны. Занятия робототехникой могут удовлетворить их жажду познания посредством изучения не только цифровых технологий и программирования, но и окружающего мира, себя самого. Робототехника даёт возможность школьникам увидеть за числами,
словами и понятиями реальные модели, которые можно и трогать, и изменять, то есть абстрактные понятия поддаются постижению благодаря возможности экспериментировать, самостоятельно творить. С помощью такого превращения педагог имеет возможность объяснить практически любую абстрактную и непонятную задачу, формулу, неинтересную тему. Здесь немаловажным является творческая составляющая педагогического опыта.
Положительным моментом данного вида деятельности является возможность тренировки метапредметных компетенций и умений, применения современных информационных технологий для формирования коммуникативных навыков, способностей к творчеству, для нахождения ответа на познавательные, исследовательские и коммуникативные задачи. Метапредметные результаты внедрения робототехники в образовательное школьное пространство выглядят следующим образом: приобретение навыков самостоятельного овладения знаниями, умение организовать собственную учебную деятельность, ставить цель и планировать пути её достижения, навыки самоконтроля и оценки результата деятельности; умение просчитывать последствия своих действий и возможные результаты; умение применять эвристические методы решения задач; навыки командной деятельности; опыт самостоятельного поиска, анализа и систематизации полученной информации.
Ученики приобретают навыки мобильности и становятся белее подготовленными, более грамотными технически, что в будущем поможет им быть готовыми к внедрению инноваций в профессиональной деятельности. Теоретическая подготовка основывается на знаниях школьных дисциплин: математики, физики, информатики, биологии. Робототехника в данном случае является синтезатором этих наук, способным развить технический уровень грамотности школьников при помощи проведения научно-практических исследований и выполнения творческих проектов.
Слово «робот» появилось в языке благодаря произведению известного чешского писателя Карела Чапека. В созданной им фантастической пьесе «Rossuinovi univerzalni roboti» ^^.К) это слово обозначает человека, созданного искусственно с целью выполнения тяжелого и опасного труда, заменив человеческий труд («robota» с чешского языка так и переводится - каторга).
Учёные считают, что именно Древняя Греция является колыбелью робототехники, основывая свои выводы на фактах не только построения здесь многих автоматических устройств, но и обоснования теоретических принципов их создания и работы.
В колыбели наук Древней Греции появились автоматические устройства, которые были созданы для выполнения практических задач и развлечения. В описании Филона Византийского находим упоминание женщины-слуги, наливающей вино из кувшина в стакан, который крепился к её руке. К 5 веку до н.э. относится изобретение деревянного голубя древнегреческим математиком и изобретателем Архитом Таренским. Голубя запускали в небо, используя паровую катапульту. По мнению историков технологий, создание первого робота относится именно к этому моменту.
В Александрии находится знаменитый Фаросский маяк, на котором древние мастера разместили величественные фигуры женщин. Примечательна их возможность указывать направление ветра, движение Солнца и Луны, отмерять временные промежутки и подавать звуковой сигнал морякам в случае опасности при шторме или тумане.
Архимед, великий греческий учёный и изобретатель, прославился тем, что создал автоматические механизмы. Историки именно ему приписывают создание на острове Сицилия в городе Сиракузы устройства «коготь», которое устанавливали на стене крепости и с его помощью захватывали корабли противника,
пытавшегося пробраться в осажденный город. Корабли поднимали в воздух и переворачивали, экипаж оказывался за бортом.
Изобретение первого в истории программируемого аппарата принадлежит гениальному греку Герону Александрийскому. Механизированные марионетки выезжали на сцену в тележке, управляемой при помощи тросиков и колышков. При изменении положения колышков Герону удавалось регулировать намотку тросиков на оси тележки, это задавало её траекторию движения.
Конец 2 тысячелетия до н.э. отмечен изготовлением древнеегипетскими жрецами статуи, которая во время религиозной церемонии могла поднять руку и указать на наследника фараона. Местные китайские мастера этого же периода времени создали первые прототипы роботов, которые приводились в действие силой взрыва пороха. Упоминания механического человека, которого сделали для императора в конце 1 начале 2 века до н.э., встречаем в воспоминаниях Великого мудреца Лао-Цзы.
История робототехники своими корнями уходит в далёкое прошлое, когда приблизительно в 1495 году Леонардом да Винчи была разработана технология человекоподобного механизма. В 1957 году Карло Педрети обнаружил листы, исписанные чертежами конструкции искусственного человека. Записи, сделанные рукой великого Леонардо да Винчи, датируются 1495 или 1496 годом. История не сохранила достоверных подтверждений, удалось ли кому-нибудь увидеть это создание мастера в действии.
Но нашим современникам это удалось. В 1992 году американский инженер-робототехник Марк Рошейм изучил схемы и в 2002 ему удалось продемонстрировать андроида через пять веков со времени разработки чертежей. Тарио Таддеи обратился к реконструкции, оказавшейся ближе к первоначальному замыслу. Созданный робот может вертеть головой, открывает и закрывает рот, двигает руками, садится и встаёт. Его движения весьма естественны. Это является результатом действия системы роликов и тросов. Управляющее механическое устройство древний изобретатель расположил в груди андроида, оно основано на принципе прямого кодирования. Управляются верхние и нижние части робота раздельно: внешняя рукоятка, натягивающая трос, позволяет контролировать управление верхней и нижней частями.
Центр тяжести механизма располагается строго и всегда над ступнями, это позволяет роботу стоять вертикально и не падать. Плечи, бедра и лодыжки находятся в одной плоскости. Каркас робота покрыт греко-римскими доспехами времён Средневековья, под которыми находятся деревянные суставы, сухожилия из проволоки и стальной скелет. Практически всё сделано из дерева, поскольку в те далёкие времена металлообработка была не развита. Челюсть имеет анатомически правильное строение, это результат исследований Леонардо да Винчи в анатомии. При строительстве робота великий Леонардо соблюдал пропорции, известные по Витрувианскому человеку. Великолепные знания устройства человеческих мышц, сухожилий и суставов человека, механики движений живых организмов помогли создать человекоподобный механизм.
Робот-рыцарь, умеющий имитировать движения человека: приподниматься, садится, двигать шеей и руками, может держать предметы в руках. Возможно, что целью проектирования было участие в разнообразных церемониях или представлениях. Используя водяные колёса или кривошипный механизм, Леонардо мог заставить механизм передвигаться без участия человека.
Идею механизма робота применили при движении механического льва, которого создали по заказу Медичи. При занятии троном Франциска I перед ним располагался лев, умеющий отходить от своего места. Упоминание данного автомата, умевшего делать несколько шагов льва, - находим в 1600 году у Микеладжело.
Этот экскурс в историю робототехники поможет педагогу зародить интерес к занятиям у школьников. Занятия робототехникой позволяют понять, что существуют технологии, способные избавить человека от
монотонного труда. Это знание способно стимулировать творчество школьников, развивать их познавательный интерес.
Таким образом, на занятиях по робототехнике учащиеся не только получают знания и умения в области программирования, моделирования и конструирования, но и у них развиваются умения самостоятельно определять цели собственной деятельности, работать в коллективе, выполнять определенные роли. В ходе обучения школьники приобретают опыт решения практико-ориентированных задач, которые способствует развитию у них технического творчества.
Список используемой литературы:
1. Бояренцева А.В. Технология проектирования образовательного пространства в школе. М., 2010. 28 с.
2. Крутецкий В.А. Психология. Учебник для учащихся педагогических училищ. М.: Просвещение. 1980.
352с.].
3. Мухачева Е.В., Зубкова И.Н. Образовательная среда, как способ формирования технического мышления // Сборник материалов I Международной (X Всероссийской) научно-методической конференции «Инновации и наукоемкие технологии в образовании и экономике». 2014. С.12-16.
4. Новикова Н.Н., Калинина Н.Н. Сетевой проект по технологии: изучение современного производства и профессиональное самоопределение школьников // Школа и производство. 2016. № 4. С. 3-9
5. Першина О.П. Особенности развития технических способностей подростков. Азимут научных исследований: педагогика и психология. 2017. Т.6. № 1(18). С. 152-154
6. Трубина И. И. Самостоятельная работа учащихся по информатике - важный элемент внедрения ФГОС. Информатика и образование. 2015 № 6. С. 41-42.
7. Форд М. Роботы наступают. Развитие технологий и будущее без работы: моногр. / Мартин Форд. - М.: Альпина нон-фикшн, 2016. - 430 с.
8. Челнокова Е.А., Казначеева С.Н., Терехина А.Е. Формирование культуры инновационной деятельности у молодого поколения. Проблемы современного педагогического образования. 2018. №52-2. С.287-290
9. Челнокова Е.А., Набиев Р.Б Тьюторская деятельность педагога в условиях профессионального самоопределения школьников. Вестник Мининского университета. 2015. №1(9). С.23
