Из опыта работы учителя информатики МБОУ «СОШ №9» г. Вязники
Шкурина Дмитрия Николаевича
Особая благодарность за наставничество педагогу
дополнительного образования
Терентьеву Александру Сергеевичу г. Хабаровск
Этим сообщением я начал свое первое занятие по робототехнике. По школьному расписанию это был урок в начальной школе. Передо мной за столами, попарно, сидели второклассники - двенадцать мальчишек и девчонок, с горящими любопытством и нетерпением глазами. Желание творить, а проще - немедленно сделать робота, было в их взглядах. Перед каждым учеником лежали закрытые прозрачными крышками пластиковые коробки с рисунками роботов. Загадочные названия на ярлыках наборов "Lego Mindstorms EV3 45544" еще более усиливали желание детей открыть заветные коробочки, и начать работу. Так начался первый год обучения, и знакомство детей с робототехникой в г. Вязники.
Перед этим, первым уроком, был педагогический совет школы, постановка задач на новый учебный год, затем методический семинар по правилам написания современной учебной программы, и далее - работа учителя над самой программой, и поурочным планированием на весь учебный год. Работа творческая, не простая, требующая знаний основополагающих документов - федеральных государственных образовательных стандартов начального общего и основного общего образования.
Учитель, входя в учебный кабинет, должен представлять себе цели и задачи, которые он должен реализовать на этом и последующих уроках. И если в традиционных образовательных областях знаний такие формулировки задач и целей достаточно хорошо освоены и отточены, то в робототехнике, ближе всего расположенной к предмету "Технология", все является новым и непознанным - направление, раскрывающее для педагога широкое поле деятельности, творчества, находок и ошибок.
Образовательная область "Технология" во ФГОС ставит такие задачи: "Формирование опыта как основы обучения и познания, осуществление поисково-аналитической деятельности для практического решения прикладных задач с использованием знаний, полученных при изучении других учебных предметов, формирование первоначального опыта практической преобразовательной".
Этот опыт будет накапливаться от урока к уроку, от новой темы к следующей. Новые стандарты начального образования предусматривают: "Решение конструкторских, художественно-конструкторских и технологических задач заложит развитие основ творческой деятельности, конструкторско-технологического мышления, пространственного воображения, эстетических представлений, формирования внутреннего плана действий, мелкой моторики рук".
Эти установки ФГОС я взял за основу в составлении, как учебной программы, так и поурочного планирования. Получилось на первый взгляд неплохо. Первый, и последующие уроки разрушили все мое стройное планирование. Вместо запланированных мной 30-ти минут на знакомство с комплектом робототехники, дети с увлечением стали греметь всеми 4-мя ящиками с деталями, т.к. каждому обучающемуся был предоставлен как основной - базовый, так и дополнительный - расширенный наборы робототехники. Оторвать их от этого занятия по знакомству с комплектами было невозможно, и я понял, что надо переходить к практике.
Первое задание было следующим: "Найти самые главные детали и блоки в наборах - по внешнему виду!". С этим заданием дети справились успешно - отсортировали, и разложили в пластмассовые поддоны датчики, балки, зубчатые колеса, двигатели и микропроцессорные блоки. У меня осталось время на подведение итогов занятия, краткую рефлексию и наведение порядка на рабочих местах. Более половины запланированного материала я не успел передать детям - так велик был их интерес к увиденным наборам робототехники.
Прозвенел звонок на перемену, и в дверях уже стоял очередной класс, таких же нетерпеливых, жаждущих потрогать руками настоящих роботов, разложенных по частям на столах в белые и красные штампованные поддоны.
Второй и последующие уроки позволили мне "войти в колею", я уже предугадывал поведение детей, и мог своевременно ставить им задачи, вести фронтальный опрос, одновременно знакомя их с оборудованием кабинета робототехники, стендами, полигонами, и классификацией деталей в контейнерах базового и расширенного наборов робототехники.
Успешность освоения учебной программы по робототехнике и технологии зависят от технической оснащенности учебного кабинета и организации рабочего места учителя и детей.
Опыт первых уроков позволил сделать вывод о необходимой организации рабочего места ученика, как одного из элементов технологической культуры будущего конструктора, инженера, техника. Необходимо заменить обычные ученические столы с плоской столешницей на лабораторные, с передней и боковой перегородками - для того, чтобы легкие, скользкие пластмассовые детали из конструктора не разлетались на пол.
Также в класс необходимо приобрести заводской стенд с разнообразными картами-полигонами, который превращает кабинет робототехники в настоящую испытательную лабораторию детского конструкторского бюро.
Особое внимание уделил отбору необходимых деталей на очередной урок, разработке технологических карт и готовых программ управления роботом. Нет необходимости давать ребенку весь набор - лишние компоненты только отвлекают ребенка, и мешают ему найти необходимую деталь для заданной конструкции. Это обстоятельство требует дополнительных временных затрат педагога (для комплектования 6 наборов на конкретный урок уходит 20-30 минут)
Изучение основ программирования роботов практически невозможно без использования интерактивной доски - основного элемента технического средства обучения при изучении нового материала. Обучающиеся 2-го класса с удовольствием работают с этим инструментом, мотивация выхода к доске огромная, поэтому все дети через два месяца обучения в совершенстве осваивают приемы работы с интерактивной доской.
На первом году обучения образцы программ управления роботом желательно раздавать каждому ученику при его работе с программным обеспечением Lego Mindstorms EV3, распечатанные на бумаге в цветном варианте. Этим обеспечивается самостоятельность работы ученика, и эффективность использования учителем времени урока. Можно с уверенностью сказать, что хороший кабинет робототехники - это такой, в котором есть интерактивная доска и цветной лазерный принтер формата А-3.
Далее, в процессе разработки методических материалов к уроку, я понял, что создание настенных плакатов-стендов с образцами классических фрагментов программ управления, показа готовых оригинальных инженерных конструкций, требуется не только принтер формата А-3. Если есть возможность, то печать разработанных учителем настенных схем и программ управления необходимо делать на плоттере. Это повысит информативность окружающего пространства в кабинете робототехники, создаст в нем атмосферу творческого конструкторского бюро.
Завершался декабрь месяц, урок за уроком прибавлял в копилку учителя новые открытия, находки и решения. Дети с удовольствием посещали занятия, в классных журналах отсутствовали символы "Н". Усложнялись задания и темы занятий. Были освоены простейшие конструкции робота: колесные и гусеничные шасси, основы прочности конструкции и инженерного дизайна. Освоены механические редукторы и механические захваты. Датчики цвета стали применяться в более сложных и интересных заданиях (определение цвета объекта, сортировка предметов разного цвета).
Один из сложных роботов, который удалось сконструировать детьми по фотографиям из Интернета на уроках робототехники - робот для поиска, сортировки и транспортировки деталей разного цвета. Созданный робот послужил основой для дальнейших проектных работ.
При сборке моделей на столе все должно находится в сборочном контейнере, которые необходимо специально закупить для практических занятий по сборке роботов. Контейнеры позволят сэкономить площадь рабочего места, и не дадут мелким деталям разлетаться со стола на пол.
Культура сборки, общая инженерно-техническая культура у детей должна вырабатываться с первых уроков, иначе через год или два бесполезно будет заставлять ученика укладывать на столе детали в определенном порядке. Он ответит, что ему удобно, сидя на разбросанных вокруг деталях. Приводил в пример порядок в гаражах родителей учеников, где легко собирать-разбирать автомобили и мотоциклы, имея порядок в инструменте и чистоту рабочего места. Дети с этим соглашались, вспоминая и захламленные гаражи, и наоборот - такие, что похожи на сборочную площадку завода. Очень гордились своими родителями, которых похвалил учитель.
Самым неожиданным откровением для меня стало то, что вся написанная учебная программа на год, разработанная тщательно под руководством методистов, не годилась для исполнения в плане поурочного планирования. Сложных роботов за одно занятие не соберешь, тем более не запрограммируешь и не отладишь программу, а для следующего класса, ученики которого должны зайти в кабинет, необходимы разобранные наборы, из которых они будут собирать свои модели. Этот вопрос пока остается открытым.
По созданному мной натурному образцу дети на уроках стали конструировать робота из школьных наборов Lego Mindstorms EV3. Получалось не у всех, но созданные образцы узлов и механизмов этой модели пригодились в последующих конструкциях роботов - погрузчиков. Особенно ценным узлом оказался механизм захвата для руки робота.
Начальный этап освоения робототехники был достаточно простым - дети собирали простейшие узлы и механизмы, моделируя объекты окружающего и понятного им мира - машинки, тележки, ветряные мельницы, домики. Только после такого этапа, при получении навыков сборки, которые дали улучшение моторики пальцев детей, можно было приступать к сложным конструкциям. Часто проверял изделия детей на прочность щелчком пальца - если детали отлетали от робота, то работу не принимал.
С моей стороны был постоянный контроль над рабочим местом ученика, чтобы ни одной лишней детали, необходимо предоставить набор робототехники в изначальном виде - в варианте заводской поставки, чтобы очередные ученики начали собирать своих роботов "с нуля". А что делать с уже собранными на прошедшем уроке? Разобрать? А когда и кому? Времени одной перемены учителю не хватит, чтобы разобрать в исходное состояние даже два собранных робота.
После первого года преподавания робототехники пришел к выводу, что продолжительность занятий одной группы детей:
Для детей 2-4 классов – 2 часа (это 3 урока!).
Для детей 5 класса и старше – 3 часа.
За летние каникулы пришло еще одно решение данного вопроса. ФГОС направляет нас на то, чтобы выпускник начальной школы смог "понимать особенности проектной деятельности, осуществлять под руководством учителя элементарную проектную деятельность в малых группах".
Таким образом, не обязательно каждому новому ученику давать исходный набор деталей для конструирования своего "личного" робота, а сразу научить его работать в группе, создавая шаг за шагом групповой проект. И этот проект будут создавать обучающиеся разных классов, и даже параллелей. Этим достигается воспитательная задача - умение работать в коллективе, у детей развиваются коммуникативные навыки и способности.
В таком формате будут продолжаться наши занятия. Я буду вести уроки со 2-го по 9-й классы, по расписанию будут приходить вперемешку то второклассники, то пятиклассники, то девятиклассники. И все они будут работать над одним проектом.
Для обучающихся начальной школы будут ставиться простые задания: сборка шасси по подготовленным «старшеклассниками» моделям в программах 3D моделирования.
Девятиклассникам буду давать в этом же проекте более трудные и сложные задания: монтаж кабелей, выбор места крепления и монтаж датчиков. Шестиклассники будут собирать механические захваты и редукторы.
Такое же распределение труда будет и при разработке компьютерных программ для управления роботами.
Набор командных модулей смогут производить пятиклассники, а подбор аргументов к ним (модулям) будут делать семиклассники. Пришедшие на следующее занятие шестиклассники будут проверять целостность программы и логические связи в ее блоках.
После доводки ядра программы до рабочего состояния, будет проводиться практическая проверка модели на полигоне всеми группами обучающихся.
При выявлении недоработки, должны разрабатываться дополнения и усовершенствования конструкции и программы. Результатом должно стать одинаковое поведение роботов при выполнении задач во всех классах. Далее будут даваться задания на самостоятельное усовершенствование разработанной модели робота - свободная тема, или проведение соревнований между группами и отдельными детьми.
Важнейшим элементом подготовки учителя к урокам по робототехнике оказалось наличие в его личной библиотеке методической и справочной литературы по предмету. Такие информационные ресурсы имеются в сети Интернет. После недолгих поисков нашел "Всероссийский учебно-методический центр образовательной робототехники" (http://фгос-игра.рф/). Этот центр предлагает на своем сайте широкий перечень литературы по направлению "Образовательная робототехника":
● введение в робототехнику, освоение конструкторов и программных сред;
● применение робототехники в детском саду;
● использование робототехники на уроках в начальной школе;
● применение робототехники в цикле естественнонаучных дисциплин;
● методика организации дополнительных занятий (кружковая деятельность и подготовка к соревнованиям).
Заказал в этом центре несколько книг:
1. "Пропорциональное управление роботом Lego Mindstorms EV3", изд. "Перо" (Москва). Книга весом в 246 г. и объемом в 187 страниц цена 741 рубль.
2. "Алгоритмы и программы движения по линии робота Lego Mindstorms EV3", изд. "Перо" (Москва), весом 230 г. и объемом в 168 страниц цена 860 руб.
3. "Соревновательная робототехника. Приемы программирования в среде EV3", изд. "Перо" (Москва). Учебное пособие весом 371 г. и объемом 128 страниц, цена 851 руб.
4. Книга идей LEGO MINDSTORMS EV3. 181 удивительный механизм и устройство, цена 956 руб.
Получив по почте эти издания, я стал применять их в своей практике. Простота изложения материала, и особенно его новизна оказались самыми лучшими характеристиками этих пособий. Книги стали моими помощниками при подготовке к урокам. Единственное, что немного расстроило, так это их цена. При оформлении заказа дополнительно, каким то образом возросла цена каждой книги на 5%. Но в них был очень ценный материал для педагога.
Анализ стоимости учебной литературы по робототехнике позволяет сделать вывод о недоступности такой литературы по финансовым возможностям для учителя общеобразовательной школы центрального региона России.
Цена такой литературы в последние годы резко возросла.
За период летних каникул посетил несколько книжных магазинов городов: Москва, Владимир, Нижний Новгород, Ковров. Ни в одном из них не оказалось даже упоминаний о робототехнике в торговом перечне. Поэтому данную литературу приходится приобретать только через интернет магазины.
К проблемам учебной литературы добавляются и проблемы нехватки педагогических кадров в регионах по данному направлению образовательной деятельности. Педагогам необходимо общаться, передавать свой опыт: методику, технологии уроков. Крупных центров робототехники для таких задач мало во всех регионах, а их загруженность не позволяет осуществлять эффективное распространение опыта среди большинства учителей технологии и робототехники.
Робототехника в современной школе трансформируется из отдельного факультативного направления в самостоятельный предмет "Технология", т.к. соединяет образовательные области широкого профиля: физика, информатика, математика, ориентирует обучающихся в плане их профориентации на изучение схемотехники, электроники, мехатроники - как основ промышленного и научного прогресса.
Руководитель Всероссийского учебно-методического центра образовательной робототехники, автор вышеупомянутой брошюры "Робототехника в образовании" Халамов В.Н. высказывается по вопросу предмета "Технология" и элементов робототехники в нем: "Важной особенностью образовательных конструкторов является их межпредметность. Они могут применяться практически на уроках по всем предметам, изучаемым в школе. Применение образовательных конструкторов в учебном процессе позволяет выявить технические способности обучающихся и развивать их в дальнейшем. Кроме того, это способствует формированию политехнических знаний и навыков у школьников, развивает их интерес к науке и технике, к проектно-исследовательской деятельности, а также к техническому творчеству".
Я полностью согласен с Владиславом Николаевичем, т.к. на своих уроках наблюдал за развитием интересов детей в этой области - примитивно шагающие, или просто передвигающиеся (катящиеся) роботы им не столь интересны, как те, что выполняют по заложенной программе сложные задачи поиска, сортировки и ориентации в пространстве, или в групповом поведении.
Такой же интерес проявили они и при конструировании робота для выполнения задачи погрузки и транспортировки груза. Формулировка задачи была из реальной ситуации - моделирование техногенной катастрофы на атомной электростанции: найти и вывезти в безопасное место часть радиоактивного элемента разрушенной реактора АЭС.
Эмоции детей, когда их роботы выполняли поставленные задачи, были непередаваемы! Мотивация детей на последующих уроках зашкаливала - надо было только видеть и наблюдать за их стремлением к созданию своего, первого в жизни робота.
Обучающиеся намного лучше стали воспринимать окружающий мир, с его техносферой и проблемами, которые она в себе таит. Такие результаты я оценивал при анализе тех вопросов, которые мне стали задавать ученики 4-х классов: "Что такое техногенная катастрофа?", "Что такое атомный реактор?", "Что такое радиоактивное излучение?". Таким образом, у детей начинается формирование экологического сознания, экологической культуры на моделируемых ситуациях природных, и техногенных катастроф и явлений. И одновременно - осознание того, что робототехника человеку нужна, полезна, и необходима.
Отмечу одну из особенностей труда учителя технологии и робототехники - трудоемкость процесса подготовки его и кабинета к урокам. Сортировка деталей наборов робототехники, профилактические работы на ученических ЭВМ, написание программ управления роботами, их отладка, тестирование занимают все свободное время не только между уроками, на переменах, но и время домашнее. Приходится нести и робота, и полигоны домой, и там готовиться к урокам - конструировать и программировать. Почти все выходные дни также были посвящены этому занятию - подготовке к урокам. Только такой вариант дает положительные результаты и успешность учителя на уроке. Я приучал себя к мысли о том, что любые вопросы учеников по конструкции робота, или по отказывающейся работать компьютерной программе должны были мною решены за несколько секунд - так дорого было время урока.