CC BY
12Н.В. МАИСТРЕНКО, П.А. ТРОФИМОВ
N.V. MAISTRENKO, Р.А. TROFIMOV
ВИЗУАЛЬНОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ
VISUAL PROGRAMMING
АВТОРСКАЯ ПРОГРАММА КУРСА «ТЕХНОЛОГИЯ» В ОРЕНБУРГСКОМ ПРЕЗИДЕНТСКОМ КАДЕТСКОМ УЧИЛИЩЕ
THE AUTHORS' PROGRAM OF THE TECHNOLOGY COURSE AT THE ORENBURG PRESIDENTIAL CADET SCHOOL
Сведения об авторах: Майстренко Наталья Викторовна - преподаватель отдельной дисциплины (математика, информатика и ИКТ) Федерального государственного казенного общеобразовательного учреждения «Оренбургское президентское кадетское училище», заслуженный учитель Российской Федерации, Почетный работник общего образования Российской Федерации (г. Оренбург);
Трофимов Павел Александрович - преподаватель отдельной дисциплины (математика, информатика и ИКТ) Федерального государственного казенного общеобразовательного учреждения «Оренбургское президентское кадетское училище», кандидат технических наук (г. Оренбург).
Аннотация. В статье рассматривается опыт преподавания разработанной авторской программы по предмету «Технология» в Оренбургском президентском кадетском училище. Программа охватывает обширные области современных технологий, такие, как визуальное программирование, образовательная робототехника, аудиовизуальные технологии и инженерная графика.
Ключевые слова: технология, робототехника, образовательная робототехника, инженерное проектирование, ЭБ-моделирование, Ком-пас-ЭБ, программирование, Scratch, внеурочная деятельность.
Information about the authors: Natalya Maistrenko - teacher of a separate discipline (mathematics, computer science and ICT) of the Federal State Treasury Educational Institution «Orenburg Presidential Cadet School», Honored Teacher of the Russian Federation, Honorary Worker of General Education of the Russian Federation (Orenburg);
Pavel Trofimov - teacher of a separate discipline (mathematics, computer science and ICT) of the Federal State Treasury Educational Institution «Orenburg Presidential Cadet School», Ph.D. (Orenburg).
Summary. The article discusses the experience of teaching the developed authors' program on the subject Technology in the Orenburg Presidential Cadet School. The program covers vast areas of modern technologies, such as visual programming, educational robotics, audiovisual technology and engineering graphics.
Keywords: technology, robotics, educational robotics, engineering design, 3D-modeling, Compass-3D, programming, Scratch, extracurricular activities.
Главным определяющим фактором сегодняшних достижений Оренбургского президентского кадетского училища в области ро-
бототехники и информационных технологий стало проектирование авторской образовательной программы по предмету «Технология»
на самом раннем этапе становления училища.
На традиционных уроках технологии мальчики пилят, стро-
гают, забивают гвозди... Однако в Оренбургском президентском с первых дней взяли курс на развитие информационно-технического направления. Было принято решение обновить содержание учебного предмета «Технология», сделав акцент на информационной составляющей - робототехнике, программировании, аудиовизуальных технологиях.
Базовые идеи касались отбора предметного содержания. Оно должно было:
- опираться на инновационные разработки науки и техники, отражать тенденции развития современного высокотехнологичного производства;
- иметь гендерную основу, учебный материал обязан побуждать к творчеству юношей 10-15 лет, развивать их интерес к предметной деятельности;
- обеспечивать преемственность обучения как при переходе из класса в класс (с 5 по 8), так и при расширении образования за счет системы внеурочной деятельности и дополнительного образования;
- обеспечивать высокий уровень предметной интеграции с точными науками (математикой, физикой, информатикой, естествознанием) за счет применения на практике теоретических знаний при разработке и создании технических проектов;
- нацеливать на дальнейшую профессиональную деятельность в рядах Вооруженных Сил Российской Федерации, обеспечивать профессиональную ориентацию кадет.
Новизна разработанной программы заключается в том, что особое внимание в ней уделено изучению информационно-технического направления. В структуру программы были включены такие образовательные разделы, как «Робототехника», «Аудиовизуальные технологии», «Инженерная компьютерная графика». Образовательная цель - создать для кадет условия для освоения базовой технологической грамотности, кото-
рая обеспечит им возможность не только свободно ориентироваться в сфере современных высоких технологий, но и позволит создавать проекты, которые опираются на эти технологии.
На уровне Министерства просвещения РФ проблема стала обсуждаться лишь с 2016 года.
Несмотря на это, в 2010 году училище внедряло авторскую программу в условиях острого дефицита учебных, методических и дидактических материалов. Постепенно были созданы собственные сборники лаборатор-но-практических заданий, рабочие тетради для организации закрепления пройденного материала, собрана база видеоматериалов для демонстрации достижений в области робототехники.
Свой опыт организации занятий по программированию в среде Scratch с пятиклассниками преподаватель технологии Павел Александрович Трофимов сначала издал в виде методического пособия на уровне училища. Теперь его книгой «Игры в Scratch для детей» могут пользоваться не только педагоги и кадеты Оренбургского президентского училища, но и преподаватели и учащиеся других образовательных учреждений страны.
Авторская программа имеет сквозное обучение самым распространенным технологическим процессам обработки информации и материалов с применением современных инновационных технологий.
Основанием для интеграции знаний является изучение на начальном этапе (в пятом классе) основ работы с персональным компьютером и обучение азам программирования. В шестом классе происходит знакомство с элементами робототехники, сочетающее в себе изучение механики и продолжение линии программирования, но уже для управления роботами. Изучение компьютерной графики и анима-
ции также начинается на базовом уровне в пятом классе, постепенно усложняется за счет введения в образовательный процесс профессиональных компьютерных программ и завершается в восьмом классе изучением курса инженерной графики.
Занятия спроектированы так, чтобы основное время урока кадеты потратили на самостоятельную практическую работу по освоению учебного материала. Описание практической работы для кадет представляет собой пошаговую инструкцию, которая сопровождается теоретическими выкладками и понятиями. Это позволяет организовать учебный процесс в форме индивидуального, индивидуально-группового, группового и коллективного режимов обучения. Педагоги активно используют инновационные педагогические технологии: метод проектов, кейс-технологию, технологию модульного обучения и индивидуального обучения в телекоммуникационной компьютерной образовательной среде.
Если говорить более подробно о содержании предмета, то в первом полугодии пятого класса кадеты углубленно изучают базовое программное обеспечение: текстовый редактор Microsoft Word, графический редактор Paint, программу разработки презентаций Microsoft PowerPoint. Главная образовательная задача данного этапа - формирование базовых информационно-компьютерных компетенций, подготовка кадет к овладению современной технической культурой производства, в рамках которой создаются технические объекты с программным управлением, а значит, от разработчиков требуется не только высокий уровень владения средствами компьютерного интерфейса, но и умение осваивать интерфейс незнакомых программ и разрабатывать системы с программным управлением и интуитивно-понятным интерфейсом.
Учитывая специфику учебного заведения, в урочное время уделяется много внимания процессу формирования ценностно-нравственной основы самоопределения кадет относительно военной деятельности. Военный компонент включен в образовательный процесс как обязательная составляющая каждой тематической главы.
Военная и гендерная составляющие находят свое отражение при изучении большинства тем. При изучении темы «Освоение среды текстового процессора» рассматриваются технологии в сфере военного производства, изучаются правила оформления технологического задания, реферата, инструкции и других документов. В рамках темы «Рисование. Переменные и координаты в Scratch» рассматривается практическое применение системы координат, позиционирования на карте местности.
В 5 классе при изучении визуального программирования в программе Scratch военная и гендерная
составляющие интегрированы во многие учебные проекты.
Большая роль отводится творческому подходу. Кадеты не ограничены строгими рамками выполнения проекта, их задача - реализовать его идею так, чтобы конечный результат соответствовал определенным требованиям (количество персонажей, правила их поведения и т. д.).
Робототехника, как новая педагогическая технология, которая находится на стыке механики, электроники, автоматики, конструирования, программирования и технического дизайна, полнее других дисциплин включает в себя важнейшие аспекты формирования человека с развитой инженерной культурой. Кроме того, данное направление очень хорошо вписывается в современную систему образования и соответствует требованиям ФГОС. Занятия робототехникой позволяют на ранних стадиях обучения выявить у кадет способности мыслить технически и развивать их в этом направлении.
Робототехника отлично вписывается как в рамки дополнительного образования и внеурочной деятельности, так и в рамки предмета «Технология» основного общего образования.
Еще одним немаловажным плюсом робототехники является возможность преподавания ее воспитанникам как младших, так и старших курсов.
Использование робототехниче-ского оборудования (конструкторов) позволяет осуществлять процесс обучения в различных формах и их сочетаниях: игра, соревнование, техническое творчество. Робототехника позволяет учащимся познавать окружающий мир не только теоретически, но и практически. Это становится возможным, если использовать робототехнику при изучении, например, физики, математики, что, в свою очередь, способствует развитию познавательных процессов, мышления, внимания, памяти, воображения, творческих способностей. Так, с помощью конструктора можно наглядно, не
нагружая детей сложными формулами и вычислениями, продемонстрировать работу некоторых законов механики. А программирование простейших движений роботов, которое как правило осуществляется в графической среде, является хорошей пропедевтикой более глубокого изучения программирования на уроках информатики.
Осваивать конструирование кадеты начинают на довольно простых проектах. Но даже на начальном этапе обучения воспитанникам не предлагается готового алгоритма. Свои первые конструкции кадеты создают в результате самостоятельного исследования, методом проб и ошибок.
Первые занятия по робототехнике направлены на изучение деталей конструктора, способов их крепления, выполнение различных сборок, что в свою очередь положительно влияет на внимание, мышление, координацию, воображение и память. Уже на первых занятиях становятся заметны способности некоторых ребят к конструированию. Сборки на первых порах подбираются не сложные, но имеющие практическую значимость или представляющие собой отдельные узлы сложного механизма.
Например, на занятии «Простые механизмы» кадеты знакомятся с понятиями «рычаг», «ворот», «наклонная плоскость», «неподвижный и подвижный блоки». В процессе выполнения первых сборок преподаватель объясняет и наглядно показывает кадетам принципы работы таких механизмов, не прибегая к сложным вычислениям. Практика показала, что кадеты пятого-шестого класса, не изучавшие дробей, легко усваивают «золотое правило механики» и на интуитивном уровне понимают, в каком случае мы получаем выигрыш в силе и во сколько раз. Полученные знания закрепляются в процессе выполнения сборок «Катапульты», «Механического пресса» и других конструкций.
В плане интеграции робототехники и математики показательным будет занятие по одометрии робота - определению его местоположения по пройденному расстоянию. Возможности используемого конструктора позволяют выполнять повороты колес на заданный угол. Благодаря этому можно произвести расчет и запрограммировать точное движение робота. Чтобы кадеты 6 классов могли выполнить такие действия, они должны уметь вычислять длину окружности колеса, а также длину дуги поворота самого робота.
Кадеты на практике экспериментально получают значения числа то. Для этого на занятии они составляют таблицу и заполняют ее данными о разных колесах - длине его окружности, его диаметре и отношению этих двух чисел.
Когда все данные занесены в таблицу, обучаемые замечают, что в последнем столбце вне зависимости от размеров колес отношение длины окружности к диаметру будет примерно одинаковым. Получается, что для любых колес или для любых окружностей при достаточно точных измерениях отношение чисел будет одинаковым. И это число не целое, но за свою уникальность и для удобства использования ему дали название -число то.
Каждое следующее задание становится более сложным. Принципы конструирования с кадетами обсуждаются на основе какой-либо базовой сборки, но на уроке робототехники у самых инициативных и сообразительных всегда есть возможность внести свой вклад в разработку, а можно даже создать собственную конструкцию для решения очередной инженерной задачи.
Полезным занятием для обучающихся являются анализ и создание сложных роботов по заданному алгоритму. В процессе сборки у ребят формируются умения работать с инструкциями, читать схемы и чертежи, сопостав-
лять и анализировать объекты. Получив описание робота, кадет должен в первую очередь выбрать из огромного множества деталей конструктора именно те, которые соответствуют чертежу, а затем понять, каким образом правильно их соединить.
Помимо выполнения сборок кадеты начинают программировать. От простого к сложному. Сначала простейшие движения тележек, затем решают более сложные задачи с применением различных датчиков. Несмотря на то, что физику они начинают изучать только в 7 классе, общие принципы работы датчиков освещенности, касания, расстояния, звука разбираются на уроках робототехники. Здесь же кадеты разбирают функциональную схему работы робота и на практике, в процессе решения поставленных задач проверяют степень влияния окружающей среды на информационно-управляющую систему робота.
Знание основ робототехники позволяет кадетам создавать самые разнообразные конструкции. Вот лишь несколько из них: «Робот-волнорез», «Песочный принтер», «Магнитофон», «Робот-спасатель», «Автомат Калашникова».
Задумывая очередной проект, кадеты предварительно изучают самые разные сферы военной и гражданской жизни, рассматривают возможности применения роботов в решении профессиональных задач, социальных и бытовых проблем. Поиск новых идей сопровождается расширением кругозора. На уроках робототехники работа над проектами выполняется индивидуально и в парах. Результат совместной работы зависит от умения объясниться с партнером, выслушать, убедить, доказать свою точку зрения, объяснить идею, договориться о распределении ролей в команде. Таким образом, помимо привычных способов коммуникации на уроке обязательно присутствует деловое общение между сверстниками.
Завершающим этапом работы над проектом является его защита. На этапе защиты проекта формируется умение выражать свои мысли, грамотно строить речь, отвечать на вопросы педагогов.
Когда базового набора становится мало, возникает необходимость в более сложном конструкторе или переходе к созданию робототехнических конструкций на основе микроконтроллеров. Это уже полупрофессиональный уровень, который осваивается, начиная с 7-8 классов, в рамках дополнительного образования.
К изучению курса «Инженерная компьютерная графика» в 8 классе кадеты приступают, уже имея образовательный опыт. Во-первых, помогают базовые инженерные навыки, приобретенные при изучении робототехники. Во-вторых, обучение опирается на теоретические основы из курса геометрии, черчения, информатики и информационных технологий. В-третьих, кадеты имеют опыт работы с объектами двухмерной графики (векторной и растровой) и свободно ориентируются в сложном интерфейсе профессиональных компьютерных программ Adobe Flash и Adobe PhotoShop, что позволяет им быстро освоить инструменты компьютерной системы Компас-3D.
Изучение инженерной компьютерной графики направлено на формирование у кадет теоретико-практических основ инженерной подготовки будущего военного специалиста, формирование и развитие навыков проектирования, конструирования, моделирования, решения творческих задач в области инженерной графики, необходимых для современного военнослужащего. Выполнение обязанностей по поддержанию в исправном состоянии и боевой готовности вооружения и военной техники предполагает выявление и устранение неисправностей техники, осуществление настройки механизмов, выявле-
ние и устранение дефектов деталей и т.д., а для этого военный специалист инженерно-технического направления должен уметь читать чертежи, знать основы механики, электроники, разбираться в конструктивных особенностях техники.
Курс «Инженерная компьютерная графика» имеет ярко выраженный интегративный характер. Отличительной особенностью разработанной программы является взаимодействие курса «Инженерная компьютерная графика» с курсом «Черчение», который изучается кадетами в седьмом классе и введен в программу внеурочной деятельности училища по запросу родителей. В процессе изучения предмета «Черчение» основное внимание уделяется теоретическим аспектам и традиционным методам построения чертежа. А в восьмом классе первые занятия по инженерной компьютерной графике направлены на закрепление приобретенных ранее знаний при построении двумерного чертежа с компьютерными инструментами, а затем кадеты приступают к освоению современных подходов инженерного проектирования и созданию 3D-моделей средствами информационных технологий.
Кадеты нашего училища в рамках курса инженерной компьютерной графики выполняют проекты разной степени сложности - от элементарного применения базовых операций программы Компас-3D (копирование, выдавливание и проч.) и перевода трехмерной аксонометрической проекции в основные виды чертежа до натурного моделирования вплоть до проектирования собственных домов.
Будущую военную «науку побеждать» кадеты начинают осваивать на уроках, так как процесс защиты проектов зачастую включает мини-соревнование построенных роботов.
Таким образом, обновленный курс технологии, интегрированный с информатикой, физикой и математикой, позволяет на практике рассмотреть некоторые физические процессы, понять их суть, продемонстрировать практическую значимость математики, физики и информатики в старших классах. Такой подход способствует ранней профориентации, расширению технического кругозора, создает предпосылки для осознанного выбора кадетами инженерных военных специальностей. Наиболее заинтересованные кадеты успешно выступают на робототехнических и инженерных конкурсах и соревнованиях различного уровня, получая опыт разработки сложных технических устройств. Зачастую это процесс творческий, где кадетам требуется применить все свои знания и умения для создания и программирования оригинальной и функциональной конструкции. А их достижения являются подтверждением необходимости изучения авторского курса как средства формирования инженерных навыков. ■ -
ЛИТЕРАТУРА
1. Технология. 5 класс: учебник / С.А. Бешенков [и др.]; под ред. С.А. Бешенкова. - М. : БИНОМ. Лаборатория знаний,2016.
2. Технология. 6 класс: учебник / С.А. Бешенков [и др.]; под ред. С.А. Бешенкова. - М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2016.
3. Технология. 7 класс: учебник / С.А. Бешенков [и др.]; под ред. С.А. Бешенкова. - М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2016.
4. Технология. 8 класс: учебник / С.А. Бешенков [и др.]; под ред. С.А. Бешенкова. - М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2016.
7. Устав ФГКОУ «Оренбургское президентское кадетское училище» [Электронный ресурс] // Режим доступа: URL: http://opku.edumil.ru/ images/Document/Normativ_doc/ Ustav.pdf
