В статье обосновывается актуальность формирования инженерного мышления у школьников на материале образовательной робототехники, освещается разница между алгоритмизацией мышления и формированием системного мышления у детей, описывается необходимая для развития мышления на занятиях физикой робототехническая база.
Ключевые слова: образовательная робототехника, физика, инженерное мышление
В последние годы образовательная робототехника переживает стремительный подъем.
Кружки по робототехнике открываются как на базе школ, так и в рамках коммерческих образовательных структур.
Как правило, дети в таких кружках работают с робототехническими конструкторами, абсолютным лидером среди которых является «Лего». Такая популярность обусловлена в первую очередь двумя факторами: относительно низкой ценой по сравнению, например, с разрабатываемым специалистами МИЭТа лабораторным робототехническим комплексом, и развитой структурой методической поддержки на всех этапах обучения, от пошаговых инструкций по проведению занятий до масштабных соревнований. Также играет роль простая и понятная среда программирования, возможность быстрого получения значимого для ребенка результата, единообразие сборки, облегчающее работу педагога в группах, популярность «Лего» как торговой марки, сформированность у детей лояльности к «лего-человечкам», чему способствуют игрушки для детей самого раннего возраста, мультфильмы и книги-виммельбухи (книги с большим количеством действующих лиц, предназначенные для длительного многоразового рассматривания), игры и картинки с героями из «лего-мира».
При всех своих несомненных достоинствах «Лего» имеет существенный недостаток: свобода действий обучающегося сведена к минимуму. Причинами являются работа на закрытой платформе, заманчивая для педагогов возможность пользоваться готовыми методичками на занятиях, а также сама структура конструктора, когда робота возможно собрать из ограниченного числа вариантов базовых блоков, пользуясь определенными способами их скрепления («Лего» имеет запатентованные способы крепления). Фактически на примере конструктора «Лего» можно наблюдать алгоритмизацию образовательного процесса, которая в своем чистом виде оказывает на развитие ребенка определенное отрицательное воздействие.
Н. А. Богачкина, С. Н. Скворцова, Е. Г. Имашева утверждают, что чрезмерная алгоритмизация обучения препятствует формированию продуктивной познавательной деятельности, а применение полученных знаний, умений и навыков успешно в том случае, когда оно проходит творчески, эвристически [5]. З. И. Калмыкова считала приемы алгоритмической умственной деятельности недостаточными для развития творческого мышления детей, так как эти приемы ориентируют на формально-логический анализ проблемы, при этом ее содержательная сторона, проникновение в суть изучаемого явления упускаются [2]. У учащихся средней школы в ходе такой работы формируются стереотипные алгоритмические действия в ущерб развитию образовательного процесса. На выходе мы, таким образом, получаем не творчески настроенного человека с инженерным мышлением, а скорее хорошо натренированного техника, конвейерного работника, имеющего ряд автоматизированных навыков.
В инженерном мышлении главное, как утверждают Г. И. Малых и В. Е. Осипов, — решение конкретных задач и достижение конкретных целей для достижения наиболее эффективного и качественного результата. Результат этот через рационализацию, изобретение и открытие порождает качественно новое в области науки и техники и отличается оригинальностью и уникальностью [4].
Системность, по мнению Г. С. Альтшулера, Э. де Боно, С. М. Василейского, М. М. Зиновкиной, Н. П. Линьковой, В. А. Моляко, Н. М. Пейсахова, К. К. Платонова, Я. А. Пономарева, А. Ф. Эсаулова, является одной из наиболее важных характеристик системного мышления [6]. З. С. Сазонова, Н. В. Чечеткина утверждают, что инженерное мышление в современных условиях — это «...системное мышление, позволяющее ему видеть проблему с разных сторон, «в целом», с учетом многообразных связей между всеми ее составляющими» [6, с. 6]. Мыслящий таким образом человек видит проблему с разных сторон, охватывает связи между ее частями. «Инженерное мышление позволяет видеть одновременно систему, надсистему, подсистему, связи между ними и внутри них, причем для каждой из них — видеть прошлое, настоящее и будущее. Другими словами, инженерное мышление должно быть многоэкранным» [6, с. 26]. Чем больше экранов осознает ребенок, тем больше вариантов решений поставленной задачи он сможет придумать. При этом характерной чертой мышления такого типа является выявление противоречий, поиск путей их преодоления, что ведет к генерации парадоксальных с точки зрения формальной, алгоритмической логики идей.
З. С. Сазонова, Н. В. Чечеткина относят к особенностям инженерного мышления следующие черты:
− способность выявлять техническое и физическое противоречие и осознанно изначально ориентировать ход размышлений на идеальное решение, при котором главная функция объекта будет выполняться как бы сама собой, без затрат средств и энергии;
− ориентация мыслительной деятельности в наиболее перспективном, с точки зрения законов развития технических систем, направлении;
− способность осознанно форсировать творческое воображение, управлять психологическими факторами [6, с. 25–26].
Представляется в связи с вышеизложенным более целесообразным использовать не готовые конструкторы наподобие «Лего», а открытые платформы по типу «Ардуино» с возможностью построения роботов из подручного материала или свободной сборки из выбранных под цели проекта деталей.
Это позволит уйти от недостатков алгоритмизированного обучения при формировании мышления у школьников.
Формирование инженерного мышления возможно посредством различных способов и их комбинаций. В частности, благоприятным материалом для этого являются уроки физики.
Развитие мышления посредством изучения физики представлено в работах М. Л. Варлаковой, Е. Н. Поляковой, Р. И. Малафеева [1] и других ученых.
По словам О. А. Костюниной, на уроках физики успешно можно применять робототехнику как в процессе проектной деятельности, так и при проведении опытов и лабораторных работ. Она предлагает изучать с использованием робототехники такие разделы физики, как «Механические явления», «Тепловые явления», «Физика и физические методы изучения природы», «Электрические и магнитные явления», «Электромагнитные колебания и волны» [3].
Практическая деятельность с возможностью немедленного получения результата является сильно мотивирующей для детей школьного возраста, она создает мощный эмоционально-положительный фон, в значительной степени активизирующий мыслительную деятельность учащихся.
О. А. Костюнина показывает следующие направления использования робототехники в преподавании физики:
− демонстрации;
− фронтальные лабораторные работы и опыты;
− исследовательская проектная деятельность.
Внедряя в обучение образовательную робототехнику, учитель физики достигает таких целей, как:
− развитие способностей и интересов детей на базе передачи им знаний и опыта творческой и познавательной деятельности;
− понимание учащимися смысла законов физики, основных научных понятий взаимосвязи между ними.
Достижение этих целей обеспечивается решением следующих задач:
− ознакомление обучающихся с методом научного познания;
− приобретение знаний о физических явлениях и физических величинах, которые данные явления характеризуют;
− формирование и развитие умений наблюдать природные явления и выполнять экспериментальные исследования с использованием учебных роботов;
− овладение детьми такими общенаучными понятиями, как эмпирически установленный факт, проблема, гипотеза, теоретический вывод, результат экспериментальной проверки.
Использование робототехники при изучении курса физики, по мнению исследователя, сформирует у обучающихся ряд особенностей мышления:
− самостоятельность при выборе решения;
− гибкость в принятии решения с соответствии с конкретной ситуацией;
− умение работать в команде [3].
Обобщая вышеизложенное, можно сделать следующие выводы.
- На фоне бурного роста популярности образовательной робототехники наблюдается тенденция к негативным формам алгоритмизации на занятиях.
- Этому способствует использование робототехнических конструкторов на закрытой платформе, лидером среди которых являются конструкторы «Лего».
- Для решения данной проблемы представляется целесообразным конструировать роботов на основе платформ открытого типа, используя свободную сборку из подбираемых под поставленные задачи деталей.
- У детей предпочтительно формировать системное инженерное мышление, позволяющее глобально решать возникшую проблему.
- Занятия физикой — благоприятная база для развития инженерного мышления.
- Использование робототехники при обучении физике позволяет не только глубже освоить учебный материал, но и оказывает влияние на тип мышления обучающихся.
Таким образом, использование образовательной робототехники в процессе изучения физики для развития у школьников инженерного мышления представляется перспективным направлением в педагогике и требует дальнейшего изучения.
Литература:
- Варлакова М. Л. Развитие критического мышления на уроках физики // ОНВ. 2012. № 2–106. URL: http://cyberleninka.ru/article/n/razvitie-kriticheskogo-myshleniya-na-urokah-fiziki (дата обращения: 31.07.2016).
- Калмыкова З. И. Продуктивное мышление как основа обучаемости. — М.: Педагогика, 1981. — 200 с.
- Костюнина О. А. Образовательная робототехника как технология обучения физике. Материалы VII Всероссийской (с международным участием) научно-практической конференции «Информационные технологии в образовании» «ИТО-Саратов-2015» 2–3 ноября 2015 года, г. Саратов. URL: http://saratov.ito.edu.ru/2015/section/234/95039/(дата обращения 29.07 2016).
- Малых Г. И., Осипов В. Е. История и философия науки и техники: методические указания. — Иркутск: ИрГУПС, 2008. — 91 с.
- Педагогика и психология: учебное пособие / Н. А. Богачкина, С. Н. Скворцова, Е. Г. Имашева. — Москва: Омега-Л, 2009. — 232, [1] с.
- Сазонова З. С., Чечеткина Н. В. Развитие инженерного мышления — основа повышения качества образования: Учебное пособие / МАДИ (ГТУ). — М.: 2007. — 195 с.
