Образовательная робототехника как составляющая инженерно-технического образования

ПЕДАГОГИКА И ПСИХОЛОГИЯ

«НАУКА. ИННОВАЦИИ. ТЕХНОЛОГИИ». № 3, 2013

удк 372.862 Н. А. Толстова [N. A. Tolstova]

Д. А. Бондаренко [D. A. Bondarenko] К. Ю. Ганьшин [K. Y. Hanshin]

ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ РОБОТОТЕХНИКА КАК СОСТАВЛЯЮЩАЯ ИНжЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ

The educational robotics as part of the engineering education

В статье освящается проблема подготовки студентов инженерно-тех-ничтского профиля, рассматривается сущность понятия «образовательная робототехника», представлены дидактические особенности использования образовательной робототехники, описывается организация пилотного профориентационного проекта в СКФУ.

Ключевые слова и словосочетания: робототехника, образовательная робототехника, инженерно-техническое образование.

The problem of engineering and technical profile students training, the essence of the «educational robotics» concept are considered in the article. The didactic features of the use of educational robotics is represented. The organization of a pilot project in NCFU is described.

Key words: robotics, educational robotics, engineering and technical education.

В последние годы в развитых индустриальных странах наблюдается весьма успешное техническое перевооружение производства на основе новейших разработок в области наукоемких технологий, что оказывает серьезное влияние на изменение роли инженера в высокотехнологической промышленности и обществе. Все это требует обновления методологии и содержания подготовки студентов инженерно-технического профиля. Современному производству нужны инженерные кадры принципиально нового типа, обладающие трудовой и социальной мобильностью, способные решать конструкторские, технологические, эксплуатационные и управленческие задачи и имеющие глубокие профессиональные знания по ряду смежных профессий. Весьма важным можно считать способность будущих специалистов к саморазвитию и самоопределению и готовность к работе при разных формах организации производства.

Однако система школьной подготовки в настоящее время еще не в полной мере нацелена на формирование креативных выпускников, способных к инновационной деятельности и имеющих интерес и желание к обучению в вузе по программам подготовки инженерно-технического профиля.

В вузах России ведется подготовка бакалавров, специалистов и магистров по многим инженерно-техническим направлениям. Изучение дисциплин данных направлений вызывает у студентов определенные трудности, что сказывается на их успеваемости. Это связано в первую очередь с отсутствием базовых школьных знаний по физике, информатике, биологии и другим смежным предметам.

Учитывая, что одним из приоритетных направлений развития современной науки является кибернетика и, в частности, робототехника, в рамках данной статьи именно образовательную робототехнику мы рассмотрим как составляющую инженерно-технического образования.

В настоящее время робототехника представляет собой интегратив-ное направление научно-технического прогресса, в котором важные проблемы механики и новых технологий взаимосвязаны с проблемами искусственного интеллекта.

Робототехника - прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем [6]. Робототехника находится на стыке перспективных областей знания: механика, электроника, автоматика, конструирование, программирование, схемотехника и технический дизайн. Робототехника охватывает достаточно широкий класс систем: от полностью автоматизированных производств (производственные конвейерные линии, беспилотные космические корабли, автоматические подводные аппараты и т. д.) до бытовых помощников и детских игрушек.

Образовательная робототехника - сравнительно новая технология обучения, позволяющая вовлечь в процесс инженерного творчества детей, начиная с младшего школьного возраста. Образовательную робототехнику можно широко использовать при организации как учебного процесса, так и внеурочной деятельности. Образовательную робототехнику можно также применять на уроках информатики, биологии, физики, технологи и других предметах как ограниченно (демонстрации, наблюдения), так и при изучении отдельных тем по предмету [3].

Отметим, что образовательная робототехника основывается на использовании предметов школьной программы, из чего следует, что для

решения конкретной задачи, а именно разработки, проектирования и создания робота, необходима интеграция в одном процессе когнитивных достижений ряда дисциплин, преподаваемых в учебных заведениях (математика, физика, химия, информатика, технология, философия и др.). Подчеркнем, что при этом формируется четкая связь между вышеуказанными дисциплинами, а именно возникает понимание смысла обучения, формируется умение достигать конкретного результата, возникает понимание конкурентной способности идей и решений.

В работе С. Г. Пронина подчеркивается, что технологии образовательной робототехники способствуют эффективному овладению обучающимися универсальными учебными действиями, так как объединяют разные способы деятельности при решении конкретной задачи. Использование робототехники позволяет значительно повысить мотивацию к изучению отдельных образовательных предметов на ступени основного общего образования, а также способствует развитию коллективного мышления и самоконтроля [5]. Заметим, что аспект интеграции и практической направленности связан со сборкой и программированием самих роботов. Эта деятельность стимулирует изучение современных сред и технологий программирования и в некотором смысле моделирует жизненные ситуации, когда необходимо собрать техническую систему, запрограммировать её и только после этого запустить в эксплуатацию. Таким образом, мы можем подчеркнуть двойственную направленность использования робототехники: образовательную и технологическую.

В работе Д. М. Гребневой представлены дидактические особенности использования образовательной робототехники, влияющие на учебную успешность студентов инженерно-технического профиля:

- среды управления роботами (Microsoft Robotics Studio, среды предоставляемые с конкретными роботами, например Parallax Boe-Bot, Lego Mind Strorm) поддерживают популярные языки программирования (С#, Visual Basic), которые имеют практическую значимость для будущей профессиональной деятельности;

- роботехнические конструкторы дают возможность учащимся манипулировать не только виртуальными, но и реальными объектами. Это имеет немаловажное значение для успешного освоения учебного материала учащимися с разными ведущими каналами восприятия. Об-

работка информации с помощью датчиков и настройка датчиков дают школьникам представление о различных вариантах понимания и восприятия мира живыми системами;

- виртуальные среды (например, Visual Simulation Environment) позволяют не только управлять запрограммированными роботами, но и непосредственно создавать окружающие предметы. Таким образом, если в классе учащиеся с разными интересами (компьютерная графика, дизайн, программирование), можно объединять их в группы и разделять обязанности - кто-то программирует робота, кто-то создает окружающую среду. Коллективная работа позволяет учащимся получать навыки сотрудничества при разработке проекта, что особенно актуально в настоящее время [2].

Заметим, что перечисленные дидактические особенности согласуются с положенным в основу образовательных стандартов второго поколения системно-деятельностным подходом, предполагающим переход:

- от изолированного от жизни изучения системы научных понятий, составляющих содержание учебного предмета, к включению содержания обучения в контекст решения учащимися жизненных задач;

- индивидуальной формы усвоения знаний к признанию решающей роли учебного сотрудничества в достижении целей обучения [1].

Вышеизложенное доказывает целесообразность введения образовательной робототехники в школу, однако открытым остается вопрос о «встраивании» данной технологии в образовательный процесс.

Так изучение обозначенной проблемы позволило заметить, что в последние годы в России, в связи с продвижением Общероссийской программы «Робототехника: инженерно-технические кадры инновационной России», реализуемой с 2008 года по инициативе и под патронатом Федерального агентства по делам молодежи и Фонда поддержки социаль-

ных инноваций «Вольное Дело», достигнуты определенные результаты: организовано более 40 ресурсных центров программы во многих регионах страны; ежегодно проводятся для школьников робототехнические фестивали, соревнования и олимпиады всех уровней; проводятся летние образовательные площадки и т.д. [4]. Однако результаты исследования показывают, что ознакомление школьников с основами робототехники осуществляется преимущественно в рамках дополнительного образования в виде кружков, клубов, секций, факультативных и элективных курсов. Вместе с тем можно отметить положительный результат ряда пилотных регионов страны (Санкт-Петербург, Архангельск, Челябинская обл. и т. д.), где предмет «Образовательная (общая) робототехника» включен в учебный план образовательных учреждений за счет регионального компонента, и как показывает практика, учащиеся этих школ с успехом осваивают данное направление, показывая высокие результаты своих учебных и исследовательских достижений [4, 7].

Анализ методической литературы позволил сделать вывод, что в настоящее время существуют три организационные формы обучения робототехнике:

- работа с ограниченной группой обучающихся, имеющих способности и проявляющих интерес к робототехнике в рамках кружков, творческих объединений;

- изучение робототехники в рамках элективного курса;

- внедрение элементов робототехники в содержание обязательных школьных предметов, прежде всего информатики, физики, технологии, окружающего мира.

В 2014 году в Институте информационных технологий и телекоммуникаций Северо-Кавказского федерального университета был организован пилотный профориентационный проект по привлечению школьников к инженерно-техническому образованию. 37 школьников города Ставрополя в возрасте от 10 до 14 лет прошли обучение по дополнительной развивающей программе «Основы компьютерного мира».

Цель программы заключалась в формировании у ребят интереса к направлениям подготовки инженерно-технического профиля, и, прежде всего, в области инфокоммуникационных технологий и робототехники.

Основными задачами курса являлись:

- вовлечение учащихся в работу с использованием информационных технологий;

- формирование у слушателей основ знаний в области ро-бототехнических систем;

- развитие логического мышления детей и их творческих способностей.

Так за время реализации программы школьники получили навыки программирования андроидных роботов и квадрокоптеров, ремонта компьютеров и обжима кабеля, защиты компьютера от вирусов и пр.

В результате обучения по программе школьники в доступной для них форме посредством использования ИКТ-технологий и робототехники освоили навыки программирования, расширили свои знания в области физики, информатики, инженерии и других смежных дисциплинах.

Таким образом, применение образовательной робототехники дает возможность одновременного освоения, закрепления знаний и отработки навыков сразу по нескольким предметам: информатика, математика, физика, технология, биология, химия и т. д. В свою очередь, формирование комплексных знаний способствует развитию системности мышления, учит комплексно подходить к решению реальных практических задач. Также подчеркнем, что робототехника в силу своей уникальной синтетической природы является мощнейшим средством развития уникальных навыков и способностей ребенка в различных областях технического творчества, а соответственно может служить инструментом для профессиональной ориентации молодежи в области инженерно-технического образования.

ЛИТЕРАТУРА 1. Асмолов А. Г. Формирование универсальных учебных действий в основной школе: от действия к мысли. Москва: Просвещение, 2011. С 159.

2. Гребнева Д. М. Изучение элементов робототехники в базовом курсе информатики [Электронный ресурс]. Режим доступа: http:// festival.1september.ru/articles/623491.

3. Ечмаева Г. А. Подготовка педагогических кадров в области образовательной робототехники // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 2.

4. Копосов Д. Г. Робототехника и микроэлектроника в школе: вопросы подготовки учителей информатики // Всероссийская науч-

но-практическая конференция «Информационные и коммуникационные технологии в науке и образовании» (6-7 апреля 2012 г.): сборник трудов. М.; Чебоксары: Чуваш. гос. пед. ун-т, 2012. С. 4648.

5. Пронин С. Г. Возможность использования образовательной робототехники в обучении учащихся средней школы // Молодой ученый. 2014. № 6. С. 111-113.

6. Робототехника в лицее [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://licei101.ru/index/robototekhnika_v_licee/0-196.

7. Халамов В. Н. Образовательная робототехника на уроках информатики и физики в средней школе: учебно-метод. пособие / под ред. В. Н. Халамова. Челябинск: Взгляд, 2011. 160 с.

ОБ АВТОРАХ Толстова Наталья Александровна, доцтнт кафедры информационной безопасности автоматизированных систем Стверо-Кавказ-ского федерального университета, кандидат педагогических наук. Телефон: 8-962-412-11-62. E-mail: Nett4610@yandex.ru.

Бондаренко Денис Андреевич, ФГАОУ ВПО «Северо-кавказский федеральный университет», студент. Телефон: 8-918-742-12-44. E-mail: Bondarenko@yandex.ru.

Ганьшин Константин Юрьевич, ФГАОУ ВПО «Северо-кавказский федеральный университет», студент. Телефон: 8-918-799-05-50. E-mail: Hanshin@yandex.ru.

Tolstova Natalia, Associate Professor of the Department of information security of automated systems North Caucasus Federal University, PhD. Phone: 8-962-412-11-62. E-mail: Nett4610@yandex.ru.

Bondarenko Denis A., North Caucasian Federal University, student. Phone: 8-918-742-12-44. E-mail: Bondarenko@yandex.ru.

Ganshin Konstantin, North Caucasian Federal University, student. Phone: 8-918-799-05-50. E-mail: Hanshin@yandex.ru.