Соавторы: Лагашина Наталья Ивановна, магистрант ГАОУ ВО МГПУ, г. Москва
Код уникальной десятичной классификации: 004

Аннотация. В данной статье рассматривается вопрос о проблемах внедрения робототехники в школе. В статье рассмотрены вопросы о плюсах внедрения предмета робототехника, о возможностях применения данной дисциплины для школьников, рассматривается возможный образовательный эффект от изучения данного предмета. Так же в статье приводится пример мастер-класса для популяризации предмета робототехники и формирования устойчивого учебного интереса для данного предмета.

Ключевые слова: робототехника, информатизация, образование, мастер-класс.

Сейчас очень остро встал вопрос по каким программам преподавать технологию в школе. Современный мир диктует свои новые тенденции, и внедрение в образование новых технологий. К таким технологиям относится робототехника.

Робототехника – прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем. Робототехника опирается на такие дисциплины, как электроника, механика, программирование [5].

Образовательная робототехника – это новая, актуальная педагогическая технология, которая находится на стыке перспективных областей знания: механика, электроника, автоматика, конструирование, программирование и технический дизайн [2].

В XXI веке робототехника становится одним из наиболее значимых и перспективных направлений научно-технического прогресса, в котором проблема искусственного интеллекта тесно взаимосвязана с разработкой новых технологий. Рассмотрение этого направления в рамках образовательного процесса происходит в области информатики, информационных и коммуникационных технологий, поэтому внедрение роботов в образовательный процесс имеет особое значение. Большую значимость среди образовательных роботов в настоящее время имеют роботы – конструкторы [3].

Молодежный парламент при Государственной Думе РФ рассматривает вопрос о внедрении в российских школах уроков робототехники. Инициативу обсудили на круглом столе, который был посвящен обеспечению цифровой экономики квалифицированными кадрами.

Занятия по робототехнике сегодня разрабатывают во многих школах в качестве внеурочной деятельности или кружков. Так же рассматривается вопрос о введении робототехники как самостоятельной дисциплины.

Дмитрий Песков, директор направления «Молодые профессионалы» Агентства стратегических инициатив (АСИ), который возглавил рабочую группу по модернизации уроков технологии, считает, что развитие искусственного интеллекта и технологий работы с большими данными в ближайшие 10-20 лет требует приобретения новых навыков и изменений в работе с подрастающим поколением уже сегодня. По его мнению, изучение робототехники позволит школьникам приобрести новые необходимые компетенции.

Принципиально важно сквозное изучение робототехники, потому что она позволит детям приобретать комплексные навыки, от программирования и информатики до дизайна. Кроме того, это сформирует запрос на изучение других дисциплин и дополнительное образование, - говорит Песков [1].

Предмет робототехника в школе — это несомненный плюс, так как реализуется одна из главных задач школы: научить учеников применять приобретенные знания. При работе с робототехникой учащиеся на практике применяют свои знания, которые получили на занятиях по предметам: математика, физика, конструирование, труд, химия, биология, информатика. Робототехника позволяет на практике более широко изучить многие темы по основным предметам, позволяет раскрыть потенциал учащегося и помочь ему в дальнейшем с выбором будущей профессии [4].

Создание проектов, конструирование роботов, проведение научных и исследовательских экспериментов, работа в группах дает ребятам возможность освоить работу в команде, обучает как правильно ставить задачи, как контролировать выполнение решений этих задач, ведению отчётов по выполнению поставленных задач, написанию работ в научном стиле и созданию презентаций, эмоциональному контролю на соревнованиях и конкурсах, публичному выступлению. Также робототехника помогает решать такую задачу как умение работать в команде. Поставленные перед ребятами задачи и возникающие проблемы дают возможность ученикам сплотиться, почувствовать себя частью команды. Решая задачи вместе, ребята анализируют возникающие проблемы, разрабатывают план для её решения, распределяют каждому роль для выполнения подзадач, выполняют поиск ресурсов от информационных до материальных. В процессе обучения обучающимся предоставляется возможность воспитывать в себе лидерские качества, формировать умение проявлять инициативу, развивать творческие способности.

Все эти плюсы внедрения робототехники обращают наш взор, учителей-практиков, вплотную заняться этим вопросом. Но сразу на первом этапе встает вопрос как оформить документацию в школе, чтобы ни у Департамента образования, ни у родителей не возникало вопросов. Если внедрять робототехнику в рамках уроков технологии, то здесь возникает на данный момент достаточно серьезная проблема. Дело в том, что для того, чтобы ввести в школу авторский курс необходим одобренный УМК и наличие учебника в федеральном перечне учебников на соответствующий год. На сегодняшний день есть УМК и учебник по робототехнике, но он не включен в федеральный перечень. Потому перед учителем технологии, желающим внедрять робототехнику стоит дилемма: либо оставлять календарно-тематическое планирование по существующим учебникам технологии, а преподавать робототехнику, но в этом случае получать от родителей обучающихся претензии о наличии оценок не за прописанные в журнале темы, либо загружать календарно-тематическое планирование по робототехнике, но при этом получать замечания от Департамента образования за преподавание предмета без учебников.

Мы понимаем, что процесс создания учебника и включения его в федеральный перечень может затянуться на длительное время.

Мы считаем, что данную проблему можно решить с помощью кружков, мастер-классов, а также проекта Московская Электронная Школа (далее – МЭШ). Сегодня, благодаря проекту МЭШ мы можем изучать предмет по материалам, загруженным в библиотеку МЭШ, без необходимости выдавать обучающимся бумажные носители этих материалов. Следовательно, разрабатывая контент уроков по робототехнике, мы решаем проблему отсутствия учебников и имеем возможность загружать авторское тематическое планирование по предмету.

Так в ГБОУ школа № 2033 периодически проходят научно-практические конференции для учащихся, родителей, педагогов. На данном мероприятии проводятся мастер классы по ознакомлению с конструктором Lego Mindstorms EV3 и программным обеспечением LEGO MINDSTORMS EDUCATION EV3. Например, целью одного из мастер-класса было профориентация обучающихся, пропедевтика навыков программирования, знакомство с программой робототехники в школе и возможностями конструктора, а также демонстрация работ обучающихся, посещающих занятия по робототехнике.

Уникальность данного мастер-класса в том, что объяснение материала слушателям проводят ученики кружка робототехники. Обучение по программам «Сверстник обучает сверстников» часто практикуется в Великобритании, США и североевропейских странах. В настоящее время проекты обучения сверстников сверстниками расширяются и в Российской Федерации. Это позволяет продемонстрировать слушателям компетентности выступающих, что мотивирует последних на дальнейшее изучение предмета, также слушатели видят, что данный материал доступен и для них, т.к. их одноклассник смог освоить подобный материал. Подобная практика расширяет границы обучения и предоставляемых образовательных возможностей.

Далее вашему вниманию представлен конспект одного из таких занятий.

Планируемые образовательные результаты:

  • предметные – развитие умений и навыков работы с конструктором LEGO; умение читать программу для управления роботом Legoо; обнаруживать и исправлять ошибки при работе с конструктором LEGO; формирование умения автоматизировать и решать поставленные задачи, используя компьютер как инструмент;
  • метапредметные – формировать умение работать в команде (слышать и слушать других членов группы, умение согласованно работать в группе); формировать умение строить речевое высказывание в соответствии с целью; формировать умение оценивать учебные действия в соответствии с поставленной задачей;
  • личностные – формирование эмоционального отношения к учебной деятельности и общее представление о моральных нормах поведения; развитие навыков сотрудничества в разных ситуациях; развитие умения не создавать конфликтных ситуаций и находить из них выходы; формирование осознания ценностей здорового образа жизни за счет знания основных гигиенических, эргономических и технических условий безопасной эксплуатации средств ИКТ; развитие способностей увязывать учебное содержание с собственным жизненным опытом; разработка мелкой моторики рук.

Решаемые учебные задачи:

  • на основе демонстрации роботов рассказ о различных вариантах конструкции роботов, возможностей конструктора LEGO MINDSTORMS;
  • знакомство учеников с приемами работы в виртуальной среде LEGO MINDSTORMS EDUCATION EV3;
  • закрепление полученных знаний с помощью интерактивных заданий;
  • формирование устойчивого интереса к предмету.

Конспект занятия.

Добрый день. Ребята, сегодня у нас с вами необычный урок. Тему нашей встречи, я думаю, что вы сможете сообщить мне после некоторой демонстрации. Со мной сегодня работают мои 2 помощника – это ученики 7 класса.

Демонстрация готовых моделей роботов (модели демонстрируют помощники).

Помощники: Сейчас мы вам покажем модель робота сортировщика. Он умеет ездить по черной линии, захватывать кубик, определять цвет кубика и отвозить в специально отведенное для этого цвета место.

Вот еще пример робота, который может видеть препятствия и уходить от них, умеет останавливаться по датчику касания и определять цвета, а также умеет ездить с пульта. Данную модель собрал ученик 4Ю класса.

Данный робот имеет конструкцию шагающего робота.

Учитель: Скажите, кто догадался, о чем сегодня пойдет речь? Вам, ребята, интересно как создаются подобные роботы? Хотели бы научиться их конструировать и программировать?

Тогда давайте попробуем окунуться в этот удивительный, интересный мир.

Сегодня мы с вами познакомимся с основными деталями конструктора Mindstorm EV3 и процессом создания программ. Программы создаются в визуальной среде программирования. Освоить такую среду программирования легче, потому что команды представлены в виде картинок. Вы просто выбираете нужную и соединяете между собой. Ну а теперь все по порядку.

Это кураторы ваших команд (помощники). Они сегодня помогут вам узнать назначение основных деталей конструктора и составлять программы. Давайте разделимся на две команды. Итак, перед вами базовая модель робота. Сейчас ваши кураторы расскажут назначение основных деталей конструкции.

Помощники показывают на роботах, где располагаются большие моторы, средний мотор, как работает захват, датчики (датчик цвета, датчик касания), блок управления.

Учитель: Проведем небольшую викторину. Отвечают команды по очереди. Я приготовила для вас черный ящик. Один представитель от команды вытаскивает из ящика деталь и говорит ее название и назначение.

Детали: большой мотор, средний мотор, датчик касания, датчик цвета, большое колесо, малое колесо, блок управления, шестерня, ось.

Учитель: Ну а сейчас перейдем к практике. Ведь интересно не только собрать робота, но и сделать так, чтобы он сам выполнял какие-либо действия. Для этого используем среду программирования LEGO MINDSTORMS EDUCATION EV3.

Начнем с самого простого. Давайте включим один большой мотор, который передает вращение на колесо у наших роботов. И посмотрим, что из этого получится.

Кураторы, вам слово.

Помощники рассказывают о команде интерфейс ПО и как написать программу для объявленной задачи.

Помощник: Для программы необходимо начало, обозначает начало блок со стрелкой, далее выбираем блок большого мотора, выставляем порт к которому подключен мотор и выбираем вариант «включить на количество секунд». Установим 5 секунд. Программа будет выглядеть примерно так (см. рисунок 1). Запускаем роботов.

Движение по кругу. Подключение движения одного колеса

Рис. 1. Движение по кругу. Подключение движения одного колеса

Учитель: Ребята, почему робот ездит по кругу?


Дети (правильный ответ): Потому что один мотор подает вращение только на одно колесо.


Учитель Правильно. Что нужно сделать чтобы робот поехал прямо?


Дети (правильный ответ): Включить второй мотор.


Передаю слово вашим кураторам.


Помощники: Можно к предыдущему блоку добавить еще один такой же, только выбрать другой порт подключения мотора, но есть более короткое решение. Берем блок «рулевое управление». Программа уже выглядит следующим образом (см. рисунок 2).

Движение по кругу. Подключение движения одного колеса

Рис. 2. Движение прямо. Подключение движения второго колеса

Пробуем запускать нашего робота. Теперь он едет прямо!


Учитель: Усложняем задачу. Пусть наш робот будет двигаться прямо до тех пор, пока не встретит препятствие. Как вы думаете какой датчик нам для этого нужен?


Дети (правильный ответ): Датчик касания.


Сейчас кураторы вам помогут модернизировать робота и установить датчик касания. Кураторы показывают, как на базовую модель робота установить датчик касания и подключить его к блоку управления.


Помощники: Пишем программный модуль для выполнения данной задачи. К рулевому управлению добавляем ожидание по датчику касания параметр «кнопка нажата» и далее добавляем блок остановки моторов (см. рисунок 3).

Подключение датчика касания<

Рис. 3. Подключение датчика касания

Проверяем как работает наш робот. Поставим для него препятствие. Отлично, робот остановился.
Учитель: Следующая задача будет еще сложнее. Мы будем учиться использовать датчик цвета. У нас есть поле с черными линиями. Задача научить робота ездить по черной линии. Кураторы, вам слово.


Помощники: Чтобы данная программа выполнялась непрерывно необходимо выбрать блок цикл. В цикл мы постави блок переключение, такой блок позволяет при разных условиях выполнять разные действия. В блоке переключения мы выберем параметр «Яркость отраженного света» (см. рисунок 4).

Включение датчика света

Рис. 4. Включение датчика света

В первом условии мы выключим один мотор, а второй включим и наш робот повернется. Во втором условии сделаем наоборот. Таким образом наш робот будет менять направление если потеряет датчиком черную линию. Программа будет выглядеть так (см. рисунок 5).

Переключение датчика при потере черной линии

Рис. 5. Переключение датчика при потере черной линии

Учитель: Чуть усложняется задача. Как только робот увидит черную линию в виде пересечения, он должен остановиться.


Помощники: Для решения этой задачи нам понадобиться второй датчик цвета. Давайте его установим (помогают устанавливать на робота второй датчик цвета). Теперь наш цикл не должен быть бесконечным. Он должен закончиться, когда второй датчик встретит черную линию.

Программа будет выглядеть так (см. рисунок 6):

Включение второго датчика цвета

Рис. 6. Включение второго датчика цвета

Запускаем робота. Отлично. Все получилось.

Учитель: Вы отлично потрудились. Проверим как вы запомнили основные блоки программы. И опять викторина. Правила теже. Представитель команды подходит и берет лист с изображением и называет что это за программный блок (см. рисунок 7).

Викторина (переключение блоков программ)

Рис. 7. Викторина (переключение блоков программ)

Наш независимый эксперт подсчитывает количество правильных ответов команд.

Ну что же, вы молодцы! А теперь немного поиграем с нашими роботами и устроим эстафету. Мои помощники заранее создали прораммы для роботов так, что они превратились в радиоуправлемые машинки. Задача будет такова. Нужно проехать по кругу как можно быстрее и передать пульт следующему игроку. Побеждает та команда, чей робот приедет к финишу первым.

Вам 2 минуты чтобы попрактиковаться с управлением.

На старт, внимание, марш!

Попросим нашего эксперта записать очки выигравшей команде.

Ну как, ваш азарт еще не пропал? Тогда еще одно испытание. Перед вами поле для соревнований по сумо. Задача вытолкнуть с поля противника или перевернуть его. Можно пользоваться захватом, установленном на роботе. Мои помощники покажут вам как им управлять. Играют командиры команд.

Готовы? На старт, внимание, марш!

Попросим нашего эксперта огласить набранные баллы. Сегодня победила команда «…». Но на самом деле выиграли все, ведь вы сегодня много нового узнали. Вы согласны со мной? Расскажите что сегодня было нового для вас и чему вы научились?

Introduction of robotics in school within the subject «Technology»

Lagashina N.I.,
master of the Moscow City University, Moscow
Nazarovo T.V.,
master of the Moscow City University, Moscow

Annotation. This article discusses the problems of introducing robotics in school. The article considers the issues of the advantages of introducing the subject of robotics, the possibilities of applying this discipline for schoolchildren, considers the possible educational effect of studying this subject. The article also gives an example of a master class for popularization of the subject of robotics and formation of a stable educational interest for this subject.
Keywords: robotics, informatization, education, master class.