Аннотация. В статье описывается интеграция предмета «Робототехника» в учебную программу по информатике 5-6 классов в рамках основного общего образования и рассматривается возможность использования различных робототехнических комплектов и комплекса интегрированных задач по робототехнике для уроков информатики в 5-6 классах.
Ключевые слова: робототехника, интеграция, информатика, основное общее образование.
В век современных технологий объем знаний стремительно растет в каждой предметной области. Скорость изучения дисциплины увеличивается, появляется необходимость получения новых знаний, в этом помогает как образовательный процесс, так и самообучение.
Образовательная робототехника – перспективное направление, быстро набирающее популярность в нашей стране и за рубежом на волне актуальности инженерного образования. Однако, до сих пор однозначно не определено место робототехники в учебном процессе. Данная предметная область включает в себя знания учебных дисциплин такие как: информатика, физика, технология и др [8], [9].
В соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом основного общего образования регламентируются метпапредметные требования к постижению образовательных программ с дальнейшим их использованием в повседневной практике. Реализация указанных метапредметных требований успешно осуществляется путем интеграции содержания различных учебных предметов [6].
Раздел «Робототехника» в общеобразовательной школе может быть интегрирован в учебную программу по информатике или технологии, либо же изучаться в рамках дополнительного образования. Робототехника способствует развитию навыков целеполагания, прогнозирования, действий контроля, коррекции, саморегуляции, способности к оценке.
Образовательная робототехника будет полезна для освоения основ программирования, которое считается довольно непростым разделом информатики. При помощи робототехники можно заинтересовать обучающихся и разнообразить деятельность решением задач метапредметных задач [2].
Робототехника включает в себя: приводы, программирование, анализ и разработку алгоритмов, шаговые двигатели, математическую логику, последовательные и параллельные соединения.
В процессе освоения Робототехники перед преподавателем ставятся следующие задачи, например [5], [8]:
- разработка учебных сценариев, позволяющих внедрять новые технологии;
- создание подходов к решению возникающих проблем, позволяющих создать условия для проб и ошибок;
- использование диалога в качестве эффективного инструмента выражения идей и обмена опыта друг с другом;
- мотивация обучающихся к использованию технологий индивидуального обучения;
- конструкторское мышление, подготовка к проектной деятельности.
В процессе создания различных проектов обучающиеся будут сталкиваться с закономерностями разных наук, которые для них самих покажутся новыми, и их задача будет заключаться в консультации с преподавателем, проведении самостоятельного исследования для устранения возникших ошибок.
Целью освоения образовательной программы по информатике является знакомство с представлением информации в современных ПК и робототехнических системах, а также выполнение алгоритмов управления реальными объектами. Раздел «Робототехника» рассматривается как объект и средство обучения.
Анализ УМК Босовой Л.Л. [3], [4] показал, что тематическое планирование в 5-6 классах не включает в себя раздел «Робототехника». Она присутствует исключительно в начальной школе «Робототехника. 2-4 классы».
Далее был рассмотрен УМК Копосова Д.Г. по Технологии, где встречается робототехника, начиная с 5-го класса [7]. Копосов Д.Г. в примерном тематическом планировании указывает изучение алгоритмов, их свойств и исполнителя алгоритмов. Далее идут практические работы, которые подразумевают в себе использование робототехнических комплектов, например: Механический робот как исполнитель алгоритма, сборка из деталей конструктора модели механизма и т.д. Данный УМК подходит под интеграцию робототехники и информатики.
Робототехника развивается в общеобразовательных учреждениях, особенно во внеурочной деятельности. Как предмет основной программы наиболее развит в школах, лицеях, гимназиях, реализующих инженерно-технологический профиль подготовки обучающихся.
Рассуждая о приемах интеграции робототехники в учебный план, стоит обратить внимание на следующие формы проведения уроков по робототехнике в рамках информатики [1], [9], [10]:
Урок – исследование; урок – лекция с сопровождением мультимедийных средств; урок – практикум; урок – игра; бинарный урок; интегрированный урок; комбинированный урок; урок контроля. Использование различных форм проведения уроков способствует приобретению и развитию межпредметных умений, навыков и компетенций.
На примере ГБОУ города Москвы «Школа №902 «Диалог» можно судить о наличии множества преимуществ интеграции робототехники в информатике. В качестве примера предлагаются два задания.
Задание № 1 «Идеальный квадрат» (5 класс)
Для выполнения задания потребуются следующие компоненты:
- Поле с квадратной фигурой размером 30х30 см;
- Робототехнический комплект «Робоняша»;
- Плата Arduino и ее аналоги;
- Плата Motor Shield для подключения моторов к роботу;
- ПК с ArduBlock и ArduinoIDE;
- Кабель для загрузки скетча на плату Arduino.
Продолжительность выполнения задания: 35 – 40 минут.
Формат работы: индивидуально или в парах:
- Шаг 1. Собрать корпус робота, используя структоры.
- Шаг 2. Открыть среду ArduBlock и составить программу.
- Шаг 3. После установки блоков в среде ArduBlock необходимо скопировать данную программу в среду ArduinoIDE. Загрузить скетч на плату Arduino.
- Шаг 4. Запустить робота по полю с квадратом (если имеются недочеты в движении робота, то следует произвести коррекцию кода и провести шаг 2 и шаг 3 повторно).
Ожидаемые (планируемые) образовательные результаты:
- Предметные результаты – общие представления об основах электроники, робототехники и программирования;
- Метапредметные результаты – осуществление целеполагания, прогнозирования, анализа и формулирования выводов.
- Личностные результаты – общее техническое развитие, конструкторское мышление, закрепление навыков теоретических занятий на практике.
Решаемые учебные задачи:
- закрепить навыки и умения программирования;
- знакомиться с вариативностью программирования;
- сформировать видение сущности программирования;
- освоить навыки конструирования и программирования робототехнического комплекта.
Задание № 2 «Перетягивание каната» (6 класс)
Для выполнения задания потребуются следующие компоненты:
- Базовый набор LEGO WeDo 2.0;
- СмартХаб WeDo 2.0;
- Схема сборки;
- Ученический стол для проведения соревнований.
Продолжительность выполнения задания: 35 – 40 минут.
Формат работы: индивидуально или в парах:
- Шаг 1. Собрать робототехническое устройство, используя робототехнический комплект.
- Шаг 2. Запрограммировать СмартХаб кодом, используя возможные блоки для программирования (Scratch).
- Шаг 3. Испытать робототехническое устройство на качество сборки.
- Шаг 4. Провести соревнования среди обучающихся, проанализировать ошибки.
Ожидаемые (планируемые) образовательные результаты:
- Предметные результаты – общие представления о программировании;
- Метапредметные результаты – осуществление целеполагания, прогнозирования, анализа и формулирования выводов.
- Личностные результаты – общее техническое развитие, конструкторское мышление, закрепление навыков теоретических занятий на практике.
Решаемые учебные задачи:
- закрепление знаний о методах и способах программирования;
- обращение внимания обучающихся на многообразие способов программирования;
- формирование общих представлений о роли программирования;
- практика в конструировании и программировании робототехнического комплекта.
В заключение хотим отметить, что интеграция робототехники в информатику служит способом мотивации обучающихся к изучению робототехники, как во внеурочной деятельности, так и в учебной дисциплине «Информатика».
Сегодня робототехника в российских школах активно развивается, открываются инженерно-технические классы, а это значит, что перед педагогами стоит важная задача – установить высокую планку преподавания нового содержания. Интеграция робототехники и информатики помогает обучающимся открыть для себя новое направление развития.
Integration of the subject «Robotics» into the computer science curriculum (grades 5-6)
Skrylev V.A.,
undergraduate of 2 course of the Moscow Pedagogical State University, teacher Secondary «School №902 «Dialogue», Moscow
Research supervisor:
Chernetsova Natalya Leontyevna,
Associate Professor, Department of Technological and Information Systems, Institute of Physics, Technology and Information Systems of the Moscow Pedagogical State University, Candidate of Pedagogical Sciences, Associate Professor
Annotation: The article describes the integration of the subject «Robotics» into the computer science curriculum of grades 5-6 in the framework of secondary education and considers the possibility of using various robotics kits and a set of integrated robotics tasks for computer science lessons in grades 5-6.
Keywords: robotics, integration, computer science, secondary education
- Башенков С.А. Технология. 5-8 классы: методическое пособие. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2016. 40 с.
- Безрукова В.П. Робототехника один из способов мотивации и развития одаренности в области информатики / В.П. Безрукова, А.Г. Федорова // Информационные технологии в образовании, Саратов, 02-03 ноября 2015 года / Саратовский государственный университет. Саратов: ООО «Издательский центр «Наука», 2015. С. 23-27.
- Босова Л.Л. Информатика. 5-6 классы: методическое пособие / Л.Л. Босова, А.Ю. Босова. 3-е изд., стереотип. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2018. 334 с. : ил.
- Босова Л.Л., Босова А.Ю. Программа для основной школы. 5-6 классы, 7-9 классы. / Л.Л. Босова, А.Ю. Босова. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. 92 с.
- Дегтярева Е.А. Робототехника на уроках информатики / Е.А. Дегтярева, В.В. Малев // Информационные технологии в образовательном процессе вуза и школы: Материалы ХI Региональной научно-практической конференции, Воронеж, 29 марта 2017 года / Редколлегия: В.В. Малев (науч. ред.), А.А. Малева (отв. ред.), С.О. Башарина. Воронеж: Издательско-полиграфический центр «Научная книга», 2017. С. 176-179.
- Приказ Минобрнауки РФ от 17.12.2010 №1897 (в ред. 11 декабря 2020 г.) «Об утверждении федерального государственного образовательного стандарта основного общего образования». (дата обращения: 01.11.2021).
- Копосов Д.Г. Первый шаг в робототехнику. Практикум для 5-6 класcов // М.: БИНOМ. Лабoратoрия знaний, 2012. 286 с.
- Федорова Н.Д. Введение интегрированного курса «Информатика-робототехника» в начальной школе. // Вестник ТОГИРРО. 2015. № 2(32). С. 42.
- Чупин Д.Ю., Ступин А.А., Ступина Е.Е., Классов А.Б. Образовательная робототехника: учебное пособие. Новосибирск: Агентство «Сибпринт», 2019. 114 с.
- Шарова О.М. Разработка факультативного курса по основам робототехники / О.М. Шарова // Информационно-коммуникационные технологии в педагогическом образовании. 2017. № 4(51). С. 64-65.
- Bashenkov S.A. Technology. Grades 5-8: methodical manual. Moscow: BINOM. Laboratory of Knowledge, 2016. 40 pages.
- Bezrukova V. P. Robotics is one of the ways to motivate and develop giftedness in the field of computer science / V.P. Bezrukova, A.G. Fedorova // Information technologies in education, Saratov, 02-03 November 2015 / Saratov State University. Saratov: Publishing Center «Nauka” LLC, 2015. Page: 23-27.
- Bosova L.L. Informatics. Grades 5-6: methodical manual / L.L. Bosova, A.Y. Bosova. 3rd ed., stereotype. Moscow: BINOM. Laboratory of Knowledge, 2018. 334 pages.: ill.
- Bosova L.L., Bosova A.Yu. Program for primary school. Grades 5-6, grades 7-9. / L.L. Bosova, A.Y. Bosova. Moscow: BINOM. Laboratory of knowledge, 2013. 92 pages.
- Degtyareva E.A. Robotics in science lessons / E.A. Degtyarev, V.V. Malev // Information technologies in the educational process of University and school: proceedings of the XI Regional scientific-practical conference, Voronezh, 29 March 2017 / editorial Board: V.V. Malev (nauch. ed.), A.A. Malev (resp. ed.), S.O. Basharina. Voronezh: Publishing and Printing Center “Scientific Book», 2017. Page: 176-179.
- Order of the Ministry of Education and Science of the Russian Federation dated 17.12.2010. № 1897 (as amended. dated 2020 г.) «On approval of the Federal State educational standard of basic general education». (date of the address: 01.11.2021).
- Koposov D.G. The first step in robotics. Practicum for grades 5-6 // Moscow: BINOM. Laboratory of Knowledge, 2012. 286 pages.
- Fedorova N.D. Introduction of the integrated course «Computer science-robotics» in primary school / N.D. Fedorova // Bulletin of TOGIRRO. 2015. № 2(32). Page: 42.
- Chupin D.Yu., Stupin A.A., Stupina E.E., Klassov A.B. Educational robotics: a textbook. Novosibirsk: Sibprint Agency, 2019. 114 pages.
- Sharova O.M. Development of an optional course on the basics of robotics. // Information and communication technologies in pedagogical education. 2017. № 4(51). Page: 64-65.