Данная статья посвящена проблеме освоения современных знаний умений и навыков в области техники и технологии детьми на примере проектирования и разработки роботизированных устройств, согласно возрастной психологии и физиологии учащихся. На данный момент, есть некий основной стержень градации образовательных материалов по данной теме, согласно возрастным особенностям обучаемых. Данных материалов множество и есть огромная вариативность на входе и сужение на выходе. Отсюда вырисовываются две основные проблемы: отсутствие систематизированного и методического подхода, использование одного-двух образовательных технических средств, наиболее понятных для среднестатистического педагога и зачаточное развитие практико-ориентированной проектной технологии. В статье содержится краткое описание проблем и их корень возникновения, а также варианты решения.
Ключевые слова: робот, робототехника, моделирование, программирование, алгоритмы, дополнительное образование, технология, техническое творчество.
This article is devoted tothe development of modern knowledge of skills in the field of technology and technology on the example of the design and development of robotic devices, according to the age psychology and physiology of students. At the moment, there is a core gradation of educational materials on this topic, according to the age characteristics of students. These materials are many and there is a huge variability in the input and output narrowing. Hence, two main problems emerge: the lack of a systematic and methodical approach, the use of one or two educational technical means, the most understandable for the average teacher and the rudimentary development of practice-oriented project technology. The article contains a brief description of the problems and their root causes, as well as solutions.
Keywords: robot, robotics, modeling, programming, algorithms, additional education, technology, technical creativity.
Интерпретация понятия робот:
1.XIX век: Робот это искусственный человек
2. XX век:Робот это автоматизированное устройство (чпу станок, радиоуправляемый танк и многое другое)
3. XXI век: Робот – это автоматизированное устройство как строго выполняющее определённые действия согласно алгоритму, так и обучающееся в ходе работы с обязательным наличием сенсоров для взаимодействия с окружающей средой или это самообучающаяся программа (бот).
Следовательно, роботом называют, любое техническое автоматизированное устройство с наличием датчиков и обработкой данных с них, и также роботом может считаться программы, имитирующее поведение человека. Поэтому машины, на данный момент делятся по таким критериям сложности, как наличие датчиков и мощности контроллеров и микрокомпьютеров, так и по наличию в программе строгого алгоритма действий или алгоритма на самообучение. Универсальных роботов на сегодняшний день никому не удалось создать, поэтому техника и программы делятся по узкой специализации. Начиная с 2000-х годов, робототехника (программируемая для школьников) начинает проникать в образовательные учреждения и приобретает со временем статус «образовательная робототехника»[2, c. 8]. В 2016 году, был проведён анализ образовательных учреждений согласно каталогу на сайте «Занимательная робототехника».На данный момент было зарегистрировано 365 образовательных учреждения, которые указывали, какими образовательными наборами они пользуются для обучения детей робототехнике и программированию. Ниже представлена диаграмма в процентном соотношении использования роботизированных наборов.
Как видно, 70,6% занимают наборы Lego – Lego EV3 и Lego WeDo, 47,2% — это наборы на базе платформ Arduino. Нельзя не отметить, что уже к этому времени уделяется пристальное внимание микрокомпьютерам по типу raspberrypi.
На тот момент, публикациями методической литературы в области обучения детей техническим направлениям, в том числе робототехникой и программированием, занимались 6,7% учреждений. В основном, преобладают частные образовательные учреждения.Учреждения, которые применяют для обучения языки программирования высокого уровня, такие как C++, C#, java, python, html, javascript, составляют 17,8% от общего числа анализируемых. Преобладающая масса образовательных учреждений обучают детей программированию на графико-визуальных языках (подобие lego software) и блочных (Scratch, ardublock, mBlock). К 2019 году ситуация в области изучения программирования улучшилось, с включением в программу нескольких образовательных учреждений языков программирования высокого уровня, но так как количество кружков к этому времени увеличилось и основным движущемся фактором обучения остались lego и графико-визуальный язык программирования, то ситуация по изменению парадигмы обучения, в целом, не изменилась.
Тому есть причины:
1. Робототехника преподносится как элемент общего технического образования. Например, как элемент урока технологии или информатики, или как кружок «начальной робототехники», где вовлечены 90% детей до 13 лет включительно.
2. Уроки технологии, физики и информатики с использованием современной технической аппаратуры, современных на данный момент алгоритмов в области программирования нейросетей, технического зрения и распознавания речи, в области обработки и анализа данных с применением в совокупности с этим, робототехнических устройств, требуют от педагога хороших знаний сразу группы дисциплин на вузовском уровне в области разделов высшей математики, специализацию уровня «младший программист» и специализацию инженера в области механики, электроники, CAD и CAM проектирования в совокупности с основным педагогическим образованием.
3. Трудности в реализации проекта для применения в повседневной жизни. Большое количество детей вплоть до 13 лет задействовано так или иначе по направлениям технического творчества в том числе и робототехники, но затем происходит резкий спад, включённых в данный процесс, детей. Точнее он уже начинается на этапе 12 -13 лет – это следствие тех причин, которые были описаны выше. Не все дети, но и взрослые, способны сразу понять технологию создания устройств, например роботов. Сейчас, очень лёгкий старт в этой области, как раз, дан для младших школьников, начиная с первого класса.
Для того чтобы перейти на более продвинутый уровень необходимо решить вторую причину, а современные решения её на данный момент не обладают «инженерно-педагогическим» дуализмом. Если человек с педагогическим образованием ведёт занятия современных уроков технологии и физики, то в первую очередь делает упор на личность ребёнка, учитывая его возрастные особенности. Поэтому зачастую информация даётся оптимизированной для понимания, но зачастую не отвечающей академической формулировке, следствием которого в дальнейшем будет путаница и недопонимание той информации в научном контексте. Если человек с определённой инженерной специализацией или специализацией программиста начинает вести занятия с детьми, то сразу встаёт стена недопонимания, не то что информации, которую данный учитель излагает ученику, а учителем возможностей и особенностей детей. В результате правильная академическая информация не откладывается в памяти большинства детей. И в первом и во втором случае — это ведёт к разочарованию, как учителя (ученика) в своих силах или в детях (учителях). Как видно, тут применима аналогия с принципом неопределённости Гейзенберга – неопределённость в способах передачи информации подрастающему поколению.
Третья причина играет немало важную роль в спаде интереса детей к техническому творчеству и дальнейшему изучению науки. По результатам анализа проектов на региональных, межрегиональных, всероссийских и международных научно-технических конкурсах огромную роль играет (82%, за период 2014 -2019 год, без учёта основных соревнований по робототехнике, где есть строгий алгоритм выполнения задачи – движение по линии, сумо, робо-футбол и т.д.; задача таких роботов — только участие в соревновании) два основных пункта — наличие красочного оформления и убедительная речь докладчика.
Сами технические проекты не выполняют до конца свои цели даже на примере модели. Это, как мысленные эксперименты Эйнштейна, необходимо представить идеальную картину работы устройства, так как пока есть некоторые проблемы в её реализации. В дальнейшем не до конца доведённый проект заменяется на другой, с такими же или подобными проблемами. В результате, одна цель заменилась на другую – устройство создано для демонстрации концепции, но не для реализации в повседневной жизни. Неверие учителя в данный проект, передаётся в сомнения ученикам, а сомнения могут порождать страх и неуверенность: в свои силы, страх бесполезности данной деятельности. Отсюда идёт неумение справиться с поражением или критикой, неумение доводить всё до конца, не умение правильно бороться (разрабатывать тактику продвижения для практической реализации в области применения).
Со всеми этими проблемами я столкнулся лично и старался и стараюсь их решить. На разных этапах решения проблем родились элементы методики обучения современным урокам технологии, робототехники и программирования, которые на сегодняшний день переросли в полноценный методический кластер. Авторская методика многоступенчатая и взаимозависимая, и готовиться выйти в свет в формате книг и учебников[2, с. 11]. Например, для решения второй причины, я прошёл множество дистанционных курсов в области технического образования и программирования, изучил необходимую литературу и занимаюсь этим и по сей день. Для минимизации третьей причины с детьми реализуются проекты, которые так или иначе можно полностью или частично применять дома. Например:
1. Компактный вентилятор,спасающий в жаркую душную погоду, и подсветка для чтения литературы.
2. Умный дом – модель автоматизированного дома для игры (первый вариант), умный дом для хомячка (второй вариант)
3. Умная теплица – выращивание огородных растений в домашних условиях (на данный момент реализация выращивания укропа, томата, редиса, перца, апельсина, лука и т.д.)
4. Робот – помощник – практика реализации сервисного робота (отработка технического зрения, распознавание голоса, координации движения и перемещения объектов)
5. Автопилотирование – разработка робота–программы для пилотирования транспортных средств.
6. Рой роботов - муравейник.
Данные проекты, как и многие другие разработанные мной являются частью методики обучения детей от 12 до 18 лет. В каждом проекте и над каждым этапом его реализации дети встречают препятствие, которое необходимо преодолеть, конечно, с помощью учителя, но так чтобы последний учил детей задавать правильные вопросы и искать ответы в соответствующей области. Теоретический материал важен, но не в таком виде как его подают в академической литературе или на лекции в университете. Необходим подход дифференциации информации и на более примитивных примерах[4,c.13]. Тогда уже на этапе поступления и обучения в высшее учебное заведение или на начальном этапе работы, многие как теоретические, так и практические вещи будут более понятны и реализуемы.
Список литературы
1. Изучение робототехники с использованием Python/Лентин Джозеф; пер. с анг. А. В. Корягин. – М.: ДМК Пресс, 2019..
2. Образовательная робототехника (LegoWeDo). Сборник методических рекомендаций и практикумов/ А.В. Корягин — М.:ДМК Пресс, 2016.
3. Программирование искусственного интеллектав приложениях/ М. Тим Джонс; пер. с анг. А.И. Осипов – М.:ДМК Пресс , 2018.
4. Python для детей. Самоучитель по программированию/ Джейсон Бриггс; пер. с англ. Станислава Ломакина; [науч. ред. Д. Абрамова]. – М.: Манн, Иванов и Фербер, 2017.
5. Физические эксперименты с Lego EV3. А.В. Корягин - ДМК-Пресс, М. 2019г.
