Робототехника негіздерін орта мектепте оқыту мәселелері



Мақалада рботтехникасына оқытудың қысқаша тарихы мен қазіргі жағдайы сипатталған. Робот-өндірістік және басқа да операцияларды жүзеге асыруға арналған, алдын ала орнатылған бағдарлама бойынша әрекет ететін автоматты құрылғы. Робототехника — бұл механика, электроника, бағдарламалау технологияларын интеграциялау. Бүгінде балалардың белгілі бір жасына, негізінен мектеп оқушыларына бағытталған алуан түрлі робототехникалық дизайнерлер белгілі. Бұл мақалада мектепте роботтехникасына оқытудың маңыздылығы мен мұғалімдердің ұдайы біліктілігін жетілдірудің мүмкін бағыттары анықталған. Робототехника саласында оқушылармен жүргізілетін даярлау бағыттары нақтыланған және мектеп оқу бағдарламаларында робототехниканы оқытуға бөлінген сағат саны талданған.

Кілт сөздер: робот, роботтехникасы, білім беру, білім берудегі робототехника.

В статье описывается краткая история и современное состояние обучения робототехнике. Робот-автоматическое устройство, действующее по предустановленной программе, предназначенное для осуществления производственных и других операций. Робототехника-это интеграция технологий механики, электроники, программирования. Сегодня известно большое разнообразие робототехнических конструкторов, ориентированных на определенный возраст детей, в основном школьников. В данной статье определены важность обучения робототехнике в школе и возможные направления постоянного повышения квалификации учителей. Уточнены направления подготовки учащихся в области робототехники и проанализировано количество часов, отведенных на обучение робототехнике в школьных учебных программах.

Ключевые слова. робототехника, робототехника, образование, робототехника в образовании.

Робототехниканың қарқынды дамуы 1960 жылдары басталды. Робототехника әлеуеті жоғарылаған сайын роботтардың білім берудегі рөлі жан жақты зерттелуде. Алайда, қолданыстағы зерттеулер негізінен робототехника саласымен тығыз байланысты ұғымдарды үйрету үшін робототехниканы қолдануға бағытталған. 1980 жылы Сеймур Пейперт робототехниканы білім беру ортасына енгізгеннен бері мектептерде проблемаларды шешуге, бағдарламалауға, дизайнға, физикаға, математикаға, тіпті музыка мен өнерге үйрету үшін әртүрлі деңгейлерде қолданылады. 2000 жылдардың аяғынан бастап білім беру саласында робототехниканы қолданудың өсуі байқалды. Робототехника сонымен қатар оқытушыларға нақты әлемдегі қосымшаларда ғылыми және математикалық ұғымдарды нақтылау үшін технологиялық және инженерлік тақырыптарды біріктіруге көмектесті. Робототехника мектептерде оқушылардың шығармашылығын ынталандыру, топтық жұмыс және проблемаларды шешу үшін де қолданылады [1].

Робот бір уақытта орындалатын үш қасиетпен біріктірілген құрылғы:

— sense: құрылғы сенсорларды қолдана отырып, әлемді немесе оның элементтерін сезінеді;

— think: құрылғы сыртқы әлем туралы ақпаратты түсінеді, өңдейді, қоршаған әлем моделін және оның мінез-құлқын қалыптастырады және бейімдейді;

— act: құрылғы қоршаған әлемді өзінің мінез-құлық үлгісіне сәйкес өзгерту арқылы әрекет етеді [2].

Бүгінгі күні білім берудегі робототехника бағытында іргелі зерттеу жұмыстары жүргізіліп, оның контент талдауын нақтылауда түрлі тұжырымдар ұсынылуы әлі де жалғасуда. 2015–2018 жылдары Вена техникалық университеті Ғылыми зерттеулер мен технологияларды дамыту бойынша Еуропалық Одақтың сегізінші негіздемелік бағдарламасы — «Көкжиек 2020" (Horizon 2020) бағдарламасымен қолдау тапқан «Educational Robotics for STEM” («STEM үшін білім беру робототехникасы”) атты ірі ауқымды жобаны іске асырды. Осы бағыт бойынша соңғы 20 жыл ішіндегі жұмыстарды талдай отырып, «Educational Robotics for STEM” жобасының қатысушылары «білім беру робототехникасы” деген нақты анықтама жоқ екенін көрсетеді, бұл ретте робототехниканы көптеген зерттеушілер білім беру үшін айтарлықтай әлеуеті бар технология ретінде атайды, ал «робототехника” және «білім беру” сөздері жарияланымдарда қатар қолданылып, «білім беру робототехникасы” деген сөз тіркестерінің айтылуы да жиі қолданыста кендігі белгілі болды [3].

Білім беру робототехникасы — бұл ғылым мен техниканың қазіргі даму деңгейін көрсететін интегративті пәндік сала. Ол мектеп пәндерінен білімді қамтиды: информатика, физика, математика [4].

Робототехника саласында оқушылармен жүргізілетін даярлау бағыттары:

Қазіргі кезде білім беруде роботтехникасын пайдаланудың келесі бағыттары қалыптасқан:

1. Робот зерттеу нысаны ретінде. Оқу үрдісіндегі Робот, ең алдымен, пәнаралық техникалық объект болып табылады, оның құрылысы мен жұмыс принципі ғылымдардың бүкіл кешенін білуді қолдану саласы болып табылады. Нақты робототехникалық жүйелерді қазіргі заманғы техникалық орта объектілері ретінде зерттеу оқушыларға арнайы оқу ақпаратын дәйекті ұсынумен қатар жүруі керек.

2. Робот таным құралы ретінде (ғылыми, ғылыми-техникалық). Бұл сапада ТТ физика бойынша оқу процесінде екі бағытта: 1) эксперимент жүргізу кезінде; 2) роботтандырылған жүйелерді олардың жаңа түрлерін жасау, қолда барларын жаңғырту, сондай-ақ олардың жұмыс істеуінің тиімді режимдерін жөндеу мақсатында модельдеу кезінде пайдаланылуы мүмкін.

3. Робот оқыту, дамыту және тәрбиелеу құралы ретінде:

а. Робототехниканың оқыту функциялары, ең алдымен, мектеп оқушылары робототехникамен айналысып, қазіргі заманғы техникалық мәдениеттің жаңа және түбегейлі маңызды қабатын игеруден тұрады: олар заманауи политехникалық білім мен дағдыларға ие болады, тиісті техникалық және технологиялық құзыреттерді игереді.

б. Робототехниканың дамытушы және тәрбиелік функциялары. Білім беру робототехникасын пән бойынша оқу процесінде қолдану оқушылардың танымдық үдерістердің барлық кешенінің (қабылдау, ұсыну, қиял, ойлау, есте сақтау, сөйлеу) белсенді дамуын қамтамасыз етеді. Бұл жағдайдың ерекше әсері, әдетте, робототехника сабақтарының жоғары мотивациясымен байланысты. [5].

Робототехника саласында оқушылармен жүргізілетін даярлау бағыттары:

1. Робототехниканың дамуы туралы тарихи мәліметтерді зерттеу, роботтар мен робототехникалық конструкторларды бағдарламалауға арналған бағдарламалық орталарды талдау.

2. Схемалар бойынша роботтарды құрастыру және өз модельдерін құрастыру дағдыларын дамыту; роботтарды бағдарламалаудың әртүрлі орталары мен тілдерін үйрену.

3. Түрлі робототехникалық іс-шараларға: жарыстарға, фестивальдарға, конкурстарға және т. б. қатысуға дайындық [6].

Мектепте роботтехникасы бойынша оқу жұмысын ұйымдастырудың негізгі мәселелер зерттелді:

1-мәселе. Роботтехникасына оқыту үшін мұғалімдердің біліктілігін жтілдірудің жолдары:

Ғылыми ізденіс барысында 2015 жылғы «Үш тілде білім беруді дамытудың 2015–2020 жылдарға арналған Жол картасы» бойынша жаратылыстану математикалық бағыты бойынша ағылшын тілінде оқытылатын пәндердің бірі информатика пәні екендігі назарға алынды. Себебі, 2016–2018 жылдар аралығында мектеп информатика мұғалімдері жоспарлы түрде мемлекет қаржыландыруымен 3 және 8 айлық ағылшын тілін меңгеру курстарынан өтті.

Сондай-ақ, 2016 жылы сабақты ағылшын тілінде беретін мұғалімдерге мемлекеттік тапсырыс көлемі белгіленіп, мұғалімдердің ағылшын тілін университет қабырғасында меңгеріп шығуларына баса назар аударылды. Жоғарыда айтылғандарды негізге алу арқылы Роботтехникасы, Білім берудегі роботтехникасы, Роботтехникасына оқыту әдістемесі бағыттарында ұсынылатын жаппай ашық онлайн курстардың (ЖАОК) ауқымы зерттелді. Бұл үшін ЖАОК агрегатор Class Central (https://www.class-central.com/) платформасы пайдаланылды. Class Central агрегаторы 6655 онлайн курстарды және ЖАОК ұсынатын 38 платформаны қамтиды(кесте 1).

Кесте 1

Роботтехникасы бойынша ұсынылатын ЖАОК курстар ақпараты

Анықтамалық дерек	Роботтехникасы	Білім берудегі роботтехникасы	Роботтехникасын оқыту әдістемесі
Жалпы курс саны	272	84	60
Тегін курстар	191	54	30
Сертификат алуға болатын курстар саны	186	57	44
Тек университеттік курстар	167	48	23

Қазақстандық жаппай ашық онлайн курс ұсынатын платормалардың роботтехникасы бағытында ұсынған курстары да зерттелді (кесте 2).

Кесте 2

Роботтехникасы бойынша отандық ЖАОК ұсыныстары

№	ЖАОК ұсынған ұйым	Курс атауы	Ұйымның электронды адресі
1	Қазақстанның ашық университеті Қазақстан-Британ техникалық университеті	Робототехника	https://openu.kz/kz
2	Ашық білім берудің ұлттық платформасы Солтүстік Қазақстан Мемлекеттік Университеті	Системы искусственного интеллекта	http://moocs.kz/
3	әл-Фараби атындағы Қазақ Ұлттық университеті	Мастер-класс «Робототехника: оптимизированные алгоритмы»	https://www.kaznu.kz/kz/18122/page/

Отандық ЖАОК платформаларында роботтехникасын оқытуға ұсынылған қазақша курстарының саны өте аз екендігі анықталды.

Дегенмен, бұл олқылықтың орнын«Өрлеу» біліктілікті арттыру ұлттық орталығы» ұсынған «Білім беру робот техникасы және электрондық құрылғыларды жобалау», «Робототехника, интернет заттары негіздері (IoT), 3D модельдеу және басып шығару» (https://orleu-edu.kz) тақырыбындағы біліктілікті арттыру курстарын толтырады деп тұжырымдауға болады.

2-мәселе. Мектепте робототехниканы оқытуға бөлінген сағат саны.

«Мектептердегі робототехниканы оқытуды іске асыруда қандай проблемалар бар?» деген сауалнама сұрағына мұғалімдердің 21,2 %-ы робототехниканы оқытуға бөлінген сағат саны жеткіліксіз деп жауап берген. Аталған мәселенің шешімін іздеу барысында орта мектептің білім мазмұнына талдау жүргізілді және төмендегі жағдаяттар анықталды. 2022 жылдың 1 қаңтарынан енгізілген 1-сыныпқа арналған «Цифрлық сауаттылық» оқу пәнінің базалық мазмұнында «Робототехника»: білім беру роботының негізгі моделін құру; роботқа арналған программаны жүктеп алу және іске қосу; роботтың доңғалақ 73 бұрылыстарының белгіленген саны бойынша қозғалысы, роботтың берілген бұрышта қозғалысы (90, 180 градус) тақырыптары қамтылған.

3-сыныпқа арналған «Цифрлық сауаттылық» оқу пәнінің базалық мазмұнында «Робототехника»: орта мотордың жылдамдығы мен айналымның санын күйге келтіру; робот қозғалысын ұйымдастыру үшін циклді қолдану тақырыптары қамтылған.

5–9 сыныптарда өтілетін «Көркем еңбек» пәні бойынша құрастырмалы бөлшектерден роботтарды әзірлеу, роботтардың пайда болу тарихы мен түрлері (өз бетінше зерттеу), робот жасау үшін эскизді әзірлеу, робот жасау үшін материалдарды дайындау, робот жасау, роботтың жылжымалы бөліктерін жасау бойынша эксперимент жұмыстары қамтылған.

10-сыныптың «Алғашқы әскери және технологиялық дайындық» пәнінің базалық мазмұнында «Әскери роботты техникалардың негіздері» бөлімі қамтылған.

Балаларға қосымша білім беруде «... ракета модельдеу, радиотехника және робототехника сияқты техникалық шығармашылық түрлері іске асырылады» [7].

Робототехника негіздерін заманауи білім беру жүйесіне енгізу бірқатар қиындықтарға тап болуда. Айта кету керек, қазіргі заманғы информатика білім беру бағдарламаларында робототехника бөлімі фрагменттік түрде ұсынылған немесе мүлдем жоқ. Бұл стандартты информатика курсы аясында осы бөлімді оқытуды өте қиын етеді. Соған қарамастан, робототехника дамуын жалғастыруда және іс жүзінде мектептер мен балалар шығармашылығы сарайлары негізінде үйірмелер мен клубтар форматында жүзеге асырылуда [8]. Бұл мектеп мұғалімдерінің бірнеше пәндер бойынша бірлескен жүйелі жұмыстарды іске асыруға назар аударулары қажет екендігін көрсетті.

Зерттеу мәселесі бойынша мектеп мұғалімдеріне «Роботтехникасын мектепте оқытудың қазіргі жағдайы» атты сауалнама жүргізілді. Сауалнамаға Түркістан облысы аудан/қала мектептерінен 33 информатика мұғалімі қатысты. Сауалнаманың мақсаты мектепте роботтехникасына оқытуың негізгі мәселелерін анықтау болды. Сауалнама нәтижесі 3-кестеде ұсынылды.

Кесте 3

«Роботтехникасын мектепте оқытудың қазіргі жағдайы» атты сауалнама нәтижелері

№	Сауалнама сұрақтары	Иә		Жоқ
		Саны	%	Саны	%
1	Сіздің мектебіңізде робототехника бойынша оқушыларға арналған оқыту курсы (пән, үйірме, факультативтік сабақ) бар ма?	15	4,5	18	45,5
2	Сіздің мектебіңізде робототехника оқу зертханасы бар ма?	11	36,4	21	63,6
3	Сіз мектепте робототехниканы оқыту әдістемесі бойынша біліктілік жетілдіру курсынан соңғы 5 жылда өттіңіз бе?	16	51,5	17	48,5
5	Робототехника бойынша оқушыларыңыз конкурстар мен жарыстарға қатысқан ба?	10	30,3	23	69,7

Сауалнама нәтижесінде келесі өзекті мәселелер анықталды:

- мектептерді роботтехникасы зертханаларымен жабдықтау;

- робототехника бойынша оқушыларға арналған оқыту курсын (пән, үйірме, факультативтік сабақ) ұйымдастыруды жандандыру;

- роботтехникасы бойынша қазақ тілінде ашық жаппай ашық онлайн курстарды құру мен ұсынуды кеңейту.

Әдебиеттер тізімі:

1. Марьясина Т. Д. М 30 Образовательная робототехника. — М.: Издательство «Спутник +», 2019. — 40 с.
2. Робототехника в России: образовательный ландшафт. Часть 1 / Д. А. Гагарина, А. С. Гагарин; Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики», Институт образования. — М.: НИУ ВШЭ, 2019. — 108 с.
3. Angel-Fernandez J. M, Vincze M. Towards a Formal Definition of Educational Robotics // Proceedings of the Austrian Robotics Workshop 2018. Innsbruck university press, 2018. DOI: 10.15203/3187–22–1-08.
4. 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.
5. Оспенникова Елена Васильевна, and Ершов Михаил Георгиевич. «Образовательная робототехника как инновационная технология реализации политехнической направленности обучения физике в средней школе” Педагогическое образование в России, № 3, 2015, -С.33–40.
6. Кочеткова О. А., Пудовкина Ю. Н., Родионов М. А., Егина В. А. Робототехника как средство обучения учащихся программированию и алгоритмизации // Современные проблемы науки и образования. –2020. –№ 6.;
7. URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=30287 (дата обращения: 28.02.2022)
8. «Қазақстан Республикасының орта білім беру ұйымдарында оқутәрбие процесін ұйымдастырудың 2021–2022 оқу жылындағы ерекшеліктері туралы». Әдістемелік нұсқау хат. — Нұр-Сұлтан: Ы.Алтынсарин атындағы ҰБА, 2021. — 378 б.
9. Федосов А. Ю., Ходакова Н. П. Современные проблемы информатизации начального образования: монография. — Ульяновск: Зебра, 2019. — 101 с.