Образовательная робототехника — это инструмент, закладывающий прочные основы системного мышления, интеграции информатики, математики, физики, черчения, технологии, естественных наук с научно-техническим творчеством. Эта область становится важным элементом и средством работы по формированию самоопределения учащихся, развития их творческих способностей и обеспечивает формирование информационного, технического и инженерного мышления.
Внедрение технологий образовательной робототехники в учебный процесс способствует формированию личностных, регулятивных, коммуникативных и познавательных универсальных учебных действий, являющихся важной составляющей ФГОС.
Сегодня особая роль отводится робототехнике в деле обеспечения национальной безопасности и обороны. Ведь вооруженные силы, оснащенные перспективными типами и образцами робототехнических комплексов завтрашнего дня, обладают неоспоримым интеллектуально-технологическим превосходством над противником. Эти факты и положения ФГОС дали импульс нашему училищу на развитие дисциплин, связанных с инженерией, программированием, и интеграцию робототехники в учебную и внеурочную деятельность и определили их содержание.
Робототехника в нашем училище ведется в рамках основного и дополнительного образования. Модуль «Робототехника» является частью предмета «Технология» и является обязательным полугодовым курсом (2 часа в неделю) в 6 и 7 классах. Программа модуля «Робототехника» направлена на изучение основ конструирования: знакомство с деталями и электроникой образовательного конструктора, изучение простейших механизмов и механических передач, создание простейших конструкций и роботов по инструкции, программирование роботов с помощью блока управления и среды программирования, изучение основ алгоритмизации и программирования и решения задач на движение и использование датчиков робота и др.
Курс внеурочной деятельности «Школа робототехники» начинается с пятого класса и рассчитан на четыре года обучения, по 68 академических часов в год, при учебной нагрузке два часа в неделю.
Отбор содержания для данного курса мы производим, учитывая следующие принципы:
- Принцип соответствия требованиям ФГОС.
- Принцип соответствия государственным интересам в военно-технической области.
- Принцип научности и актуальности.
- Принцип военно-профессиональной ориентации кадет: опора на ценности воспитательной системы Училища.
- Принцип учета возрастных особенностей обучающихся при подборе видов деятельности, форм и методов обучения.
- Принцип связи теории с практикой.
- Принцип включения кадет в активную познавательно-исследовательскую деятельность на основе высокой мотивации.
- Принцип системности: целенаправленность и последовательность деятельности (от простого к сложному).
- Принцип вариативности.
- Принцип сочетания индивидуальных и групповых форм деятельности.
Выбор и актуальность первых трех принципов мы раскрыли в начале статьи. Обоснования оставшихся принципов рассмотрим на описании собственного педагогического опыта и особенностей преподавания занятий по робототехнике во внеурочной деятельности.
Занятия проводятся в как в мини-группах, так и индивидуально в зависимости от цели деятельности, условий предстоящего конкурса или соревнования ( принцип сочетания индивидуальных и групповых форм деятельности).
Занятия как правило предваряются лекцией по основным моментам темы и переходят в практическую форму. Защиты проектов проходят в форме конференции (принцип связи теории с практикой) .
Принцип учета возрастных особенностей обучающихся при подборе видов деятельности, форм и методов обучения. Учитывая возраст, интересы, творческие способности учащихся подбираются следующие виды деятельности: сборка и программирование с инструкцией и без инструкции, проектирование, моделирование, творческое задание, проектно-исследовательская работа, работа с положением конкурса, соревнование и др. Текущий контроль как правило осуществляется проверкой практической работы. На последних занятиях проводится промежуточный контроль в форме защиты итогового проекта.
Принцип включения кадет в активную познавательно-исследовательскую деятельность на основе высокой мотивации. На внеурочную деятельность по робототехнике приходят ребята в основном по приглашению преподавателя, который заметил на урочных занятиях потенциал и высокую мотивацию в техническом направлении. Такие ребята легко схватывают материал и в течении года уже способны создать конструкцию для конкурсов и соревнований. Есть кадеты, которые не выделяются высоким уровнем знаний в инженерно-технической области, но настолько заинтересованы робототехникой, что просятся в группу и быстро подтягиваются и показывают достойные результаты.
Принцип военно-профессиональной ориентации кадет: опора на ценности воспитательной системы Училища. Учитывая специфику учебного заведения Оренбургского президентского кадетского училища в урочное и внеурочное 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 составляющая находит свое отражение при изучении тем конструирование роботов, где основной упор направлен на рассмотрение и моделирование реальной боевой техники и примеров её механизмов.
Принцип системности (целенаправленность и последовательность деятельности от простого к сложному) и принцип вариативности покажем на основе описания особенностей и опыта организации занятий внеурочной деятельности.
Обучение робототехники для внеурочной деятельности условно разбили на четыре уровня :
- Первый уровень (воспитанники первого года обучения, в основном 5–6 классы);
- Второй уровень (6–7 классы);
- Третий уровень (8–9 классы);
- Четвертый уровень (старшеклассники).
На первом году обучения на внеурочных занятиях изучаются основы робототехники. Отличием от программы обязательного курса является то, что на занятиях внеурочной деятельности углубляем главные темы, на которые нужно сделать акцент, выделяя для них большее количество часов (механизмы, передаточное отношение, одометрия, алгоритмизация и программирование, соревновательная робототехника, проектирование). Основными средствами обучения на данном уровне выступают образовательный робототехнический конструктор Lego Mindstorms Education EV3 и одноименная среда программирования.
Уже 11 лет подряд проводится региональный конкурс ОренБот, организатором которого является наше училище. Он проходит весной и к этому времени многие кадеты первого года обучения на внеурочных занятиях принимают в нем участие. Это дает возможность кадетам с самого начала окунуться в соревновательную деятельность и самостоятельно решать и преодолевать трудности на соревнованиях, так как преподаватели заняты организационными моментами и кадет вынужден сам принимать решения. Это хорошая психологическая закалка и практика.
После первого года обучения робототехники на внеурочные занятия ребята в новом учебном году приходят высокомотивированные, стремящиеся далее совершенствовать свои робототехнические конструкции и соревноваться со своими сверстниками в турнирах по робототехнике. Хотя наблюдается своего рода миграция: кто-то из кадет понимает, что робототехника не его «конек» и меняет род занятия, кто-то, напротив, «созрел» для робототехники и добавляется в группу. И такие ребята, как правило, быстро схватывают и догоняют тех, кто уже отучился в прошлом году и к концу учебного года могут показать достойные результаты. Второй уровень характерен углублённой работой с датчиками, моторами, работой с данными, участием в соревнованиях по робототехнике более высокого уровня, чем региональные.
На третьем уровне наблюдается угасание интереса к конструктору LEGO, можно сказать «вырастают из него». Вместо LEGO предлагаются другие наборы и виды работ, например, можно попробовать собирать и программировать роботов на основе Arduino (электронный конструктор и удобная платформа разработки электронных устройств), конструктора Vex (IQ или V5). Здесь важно увидеть в кадете и учесть мотивацию и предрасположенность к разным направлениям:
- Робототехника на углубленном уровне : фильтрация данных, основные понятия теории автоматического управления, манипуляционные системы, экстремальная робототехника и др. Здесь нет жесткой привязки к конструктору и системе программирования.
- 3D-моделирование и прототипирование . Кадеты учатся создавать собственные детали или модели для распечатки на 3D-принтере и дальнейшего использования их в проекте.
На этом этапе обучения отбор содержания динамичен, изменчив и зависит от требований и положений конкурсов и соревнований различного уровня. И в зависимости этих мероприятий преподавателем и кадетом выбирается направление и ставятся цели деятельности. При этом формируются результаты в соответствии с ФГОС на всех уровнях программы внеурочной деятельности.
Четвертый уровень обучения предполагает создание собственного проекта без привязки к конструктору и системе программирования. С более продвинутыми кадетами в области робототехнике и физике изучается микроэлектроника.
Для проекта детали могут быть созданы в САПР и распечатаны на 3D-принтере или выточены на фрезерном станке. Кадеты могут использовать тот ЯП, который больше всего подойдет для реализации их задумки, например, EV3 Basic, С подобные, Phyton, Java и др.
В результате обучения по программе внеурочной деятельности «Школа робототехники» достигается общая цель: развитие основ информационной и инженерной компетентности личности, алгоритмизации и программирования с использованием образовательного робототехнического конструктора, и средств информационных технологий для практического применения в решении технических задач.
Таким образом мы выделили, раскрыли принципы отбора содержания внеурочной деятельности по робототехнике в Оренбургском ПКУ и рассмотрели особенности преподавания данного курса.
