РОБОТОТЕХНИКА В ОБРАЗОВАНИИ

ROBOTICS EDUCATION

Alexander Dolya

Master 's Student, Moscow Pedagogical State University (MPSU),

Russia, Moscow

Deena L. Haricheva

doctor of Technical Sciences, Associate Professor, professor, Moscow Pedagogical State University (MPSU),

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

Статья посвящена изучению теоретических и практических аспектов робототехники в образовании. В работе обозначена актуальность данного института, обоснована степень его значимости для мирового сообщества. Выдвигается и доказывается мнение о наличии противоречия между фрагментарностью практики организации и реализации процесса внедрения робототехники в школьную программу и высоким педагогическим ее потенциалом. Приводится успешный опыт интеграции образовательной робототехники в одну из московских международных школ. Рассматривается педагогический инструментарий – LEGO Mindstorms.

ABSTRACT

The article is devoted to the study of theoretical and practical aspects of robotics in education. The author outlined the relevance of the institution and its importance to the world community. It was also argued that there was a contradiction between the fragmentation of organizational practices and the implementation of the process of introducing robotics into the school curriculum and its high pedagogical potential. Successful experience of integration of educational robotics into one of Moscow international schools is given. Teaching tools - LEGO Midgrounds are available.

Ключевые слова: образование, робототехника, конструирование, учебная мотивация, STEM-грамотность.

Keywords: education, robotics, design, educational motivation, STEM literacy.

В сферу образования, как и в иные сферы человеческой жизнедеятельности стали активно проникать информационные и digital-технологии. Вследствие данной тенденции, новые требования к образовательным результатам и соответствующие изменения в содержании и методологии обучения обусловили переход к новой образовательной среде. Это, в свою очередь, позволило вывести образовательный процесс на качественно новый уровень активного социального творчества, что «расширило потенциальные возможности развития обучающихся и способствует интеграции и переработки различного рода информации в открытой информационно-образовательной среде [4, с. 29]. Более того, адаптация образовательных организаций к тенденциям информатизации и диджитализации, позволяет расширять возможности в развитии учебной программы в целях ее большего соответствия социокультурным и социально-экономическим реалиям современности.

В данном контексте, одним из мировых образовательных трендов последних лет является интеграция в образовательный процесс так называемой образовательной робототехники, что широко обсуждается не только педагогическим, но и экспертным сообществом на международных встречах, конференциях, семинарах, круглых столах и пр. (Вена, Венеция, Прага, Лодзи,  София, Мальта, Афины, Рим и др.). С позиции В.В. Четиной, образовательная робототехника представляет собой «новое междисциплинарное направление обучения школьников, интегрирующее знания о физике, механике, технологии, математике, кибернетике и информационно-коммуникационных технологий, позволяющее вовлечь в процесс инновационного научно-технического творчества учащиеся разного возраста» [9, с. 1]. Таким образом, образовательная робототехника – это, скорее, модель обучения, которая формулируется на стыке естественных наук, технологии, инженерного дела и математики, т.е. является фундаментом STEM-образования (Science, Technology, Engineering and Mathematics) [3]. С.А. Ловягин пишет, что его целью является формирование умения самостоятельного решения различных жизненных задач в современном, быстро меняющимся высокотехнологичном мире, опирающегося на исследовательскую установку, проектный подход, навыки XXI в., а также владение основными научными понятиями и инструментами [2, с. 167]. Как видно, STEM-подход актуализирует положения, представленные в национальном ФГОС начального и основного общего образования.

В Российской Федерации проблемы образовательной робототехники, пусть не в таких объемах, но активно обсуждается на самом высоком уровне. Так, например, начиная с 2011 г. Президентский физико-математический лицей № 239 ежегодно организует конференцию «Современное технологическое обучение: от компьютера к роботу», где обсуждаются вопросы инженерного образования начального образования, связи робототехники с различными школьными дисциплинами, а также проблемы обеспечения современных школ соответствующими педагогическими кадрами. В 2019 г. данное мероприятие было проведено в рамках Петербургского международного образовательного форума. В рамках ежегодного форума Skolkovo Robotics в Москве в 2017-2018 гг. были организованы секции «Образовательная робототехника». Еще один пример – в рамках Всероссийской робототехнической олимпиады в Университете Иннополис в 2019 г. впервые была организована деловая программа «Недетская робототехника. Индустриальный прорыв через изменения в образовательной робототехнике». Говоря о региональных мероприятиях, следует упомянуть г. Пермь, где в 2018 г. прошла конференция «Робототехника и образование: школа, университет, производство» [6, с. 18]. К сожалению, объемы данной статьи не позволяют представить весь перечень мероприятий, посвященных вопросам образовательной робототехники, однако, с позиции экспертов о том, что, несмотря на молодость данного института, отечественное образование по данному направлению отнюдь не уступает зарубежному [5]. Однако, разница все же есть: например, в США и ряде европейских стран уже разработаны базовые подходы для введения образовательной робототехники в школу – это тематический подход, когда области учебной программы объединены вокруг школы, проектный подход, когда ученики работают в группах над изучением и решением конкретной проблемы, и целевой подход, когда школьники участвуют в робототехнических соревнованиях [10]. Добавим, что в американских и европейских школах обучение робототехнике (в рамках тематического подхода) позиционируется непосредственно в контексте STEM-подхода, где робототехника является частью соответствующих предметов [13].

Касаемо России, то в нашей стране до сих пор ведутся дискуссии о том, в каком именно формате интегрировать робототехнику. Так, в 2018 г. научно-популярный портал «Занимательная робототехника» провел исследование о том, как сообщество относится к введению робототехники в школьную программу. По результатам опроса читателей (446 респондентов) выяснилось, что «46% опрошенных считают, что робототехнику целесообразно вводить в рамках основной образовательной программы. Одновременно с этим, как отдельный урок ее хотят видеть 23%, в рамках информатики – 12%, а в рамках технологии – 11%. Позицию о том, что робототехника в школе должна быть факультативом, выразили 41% опрошенных, что каждая школа должна решать сама – 9%, а что она не нужна ни в каком виде – 4%» [8]. Все же, названный аспект – не единственное препятствие в развитии названного института в нашей стране. По мнению экспертов НИУ ВШЭ одной из ключевых барьеров является низкий уровень квалификации педагогических кадров и их подготовка, тогда как спрос на дополнительное обучение детей (внешкольное, т.е. кружки, цифровые лаборатории, академклубы и пр.) повышается, а, следовательно, повышается и спрос на педагогов [7, с. 12]. Следовательно, робототехника в образовании остается в большей «досуговой» сферой.

Данный вывод становится базисом противоречия между фрагментарностью практики организации и реализации процесса внедрения робототехники в школьную программу и ее высоким педагогическим потенциалом. Например, согласно исследованиям А. Игучи [12], образовательная робототехника является уникальным инструментом обучения, который может предложить практические инновационные мероприятия в привлекательной учебной среде, формируя интерес и желание постигать самостоятельно возможности конкретной среды, дополняя встраиваемыми технико-технологически совместимыми компонентами. Д. Алимисис [10] констатирует, что образовательная робототехника – это активно развивающаяся область с высоким потенциалом существенного влияния на характер научно-технического образования на всех уровнях, от детского сада до университета. Теоретики образования, например, С. Паперт [14], полагают, что робототехника имеет колоссальный потенциал для повышения мотивации и улучшения качества преподавания в классе. Подобную позицию высказывают Д. Вильямс и соавт. [16], утверждая, что существует ограниченное эмпирическое доказательство влияния робототехники на учебный план: необходимо проектировать встраивание робототехники в учебную программу, и не заменять содержание основных образовательных дисциплин. На наш взгляд, данный тезис может служить основанием для выхода из ситуации дискуссии по поводу интеграции робототехники в российское образование (в качестве дополнительного или основного).

Доказательством сказанного может служить опыт интеграции образовательной робототехники ГБОУ города Москвы «Школа № 1498 «Московская международная школа», где в целях сохранения предмета «Технология», а также реализации положений ФГОС, было решено ввести данное направление для учащихся средней школы в рамках курса «Моделирование роботов» и кружка «Робототехника» [1]. В качестве базового оборудования используется LEGO Mindstorms, представляющий собой сборочный комплект, содержащий строительные блоки и программируемый блок управления, позволяющий создавать несколько роботов. Среди различных доступных моделей Ev3 специально сконструирован для реализации дидактических и воспитательных задач. Классический набор LEGO Mindstorms также включает в себя четыре датчика, используемые в роботизированных устройствах: звуковые, сенсорные, инфракрасные и световые. Первый представляет собой микрофон, который может быть использован для обнаружения или записи звуков; второй – переключатель для обнаружения контакта или выполнения управляющей программы; третий – измеряет расстояние до объекта и может использоваться для избежания препятствий, следования целям и обнаружения движения; последний – используется для различия света, темноты. Ключевым компонентов в системе LEGO является модуль Ev3, который представляет собой небольших размеров компьютер, который управляет двигателями и датчиками робота, позволяя ему самостоятельно передвигаться. LEGO Mindstorms позволяет пользователям собирать роботов, программировать их движение, интерфейсные двигатели и датчики, не фокусируясь, при этом, на технических деталях. Процесс сборки и работы робота предполагает базовое понимание конструктивных и физических принципов и элементарных навыков программирования. С позиции зарубежных ученых А.М. Брандта и М.Б. Колтона [11], LEGO Mindstorms актуален для использования в образовательных организациях различного уровня, обоснованием чего является соответствие данного инструмента дидактическим задачам системы образования, среди которых многозадачность, образовательная привлекательность, соответствие востребованным социальным компетенциям и пр.

В целом, следует заключить, что робототехника – это перспективная образовательная «платформа», созданная для обучения навыкам XXI в., формулирования исследовательской установки, практико-ориентированного применения проектного подхода, стимулирования обучающихся к формированию и развитию компетенции в области информационных, digital- и роботизированных технологий. Это, по мнению экспертов [15, с. 11], способствует развитию STEM-грамотности, т.е. обеспечению каждого учащегося инструментами инновационного мышления и опытом того, как использовать физику, математику, инженерию и науку для решения разных профессиональных задач, например, развитие логики и мышления, умения ставить и решать задачи, формулирования научного взгляда на мир (умение исследовать, анализировать, доказывать), навыков командной работы, и развития творчества, активизация цифровой грамотности. В России робототехника неявно, но интегрируется в образовательный процесс, именно в этой связи школьники должны, в том числе, самостоятельно, изучать и применять свои знания в области науки, техники, математики и компьютерного программирования, опираясь на единое образовательное метапредметное ядро. В зарубежной же образовательной практике робототехника признана популярным способом заинтересовать маленьких детей наукой, математикой, техникой и технологиями, и данный опыт было бы целесообразно перенять представителям отечественной образовательной экосистемы.

Список литературы:

1. Инновационная деятельность. Робототехника // Официальный сайт ГБОУ г. Москва «Школа № 1498 «Московская международная школа». – ULR: https://sch1498.mskobr.ru/innovacionnaya_deyatel_nost/robototehnika (дата доступа: 29.02.2020)
2. Ловягин С.А. Изучение естественных наук в логике STEM образования: концепция и практика Хорошколы // Научно-практическое образование, исследовательское обучение, STEAM-образование: новые типы образовательных ситуаций: Сб. докладов IX Международной науч.-практ. конф. «Исследовательская деятельность учащихся в современном образовательном пространстве». Т. 1; под ред. А.С. Обухова. М.: МОД «Исследователь»; Журнал «Исследователь/Researcher», 2018. – С. 166-172.
3. Овсянников И. Россия: робототехника увлекает молодежь, но не приживается в экономике (Eurasianet, Украина). – 29.10.2019 // ИноСМИ. – ULR: https://inosmi.ru/science/20191029/246124548.html (дата доступа: 26.02.2020)
4. Пронина Л.А. Открытое информационно-образовательное пространство как компонент современного образования // Гаудеамус. – 2012. – №20. – С.28-30.
5. Робототехника в России: как обучают детей и студентов и насколько наше образование лучше западного. – 23.08.2019 // Портал «Хайтек». – ULR: https://hightech.fm/2019/08/23/robotechnics (дата доступа: 27.02.2020)
6. Робототехника в России: образовательный ландшафт. Часть 1 / Д. А. Гагарина, А. С. Гагарин; Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики», Институт образования. – М.: НИУ ВШЭ, 2019. – 108 с.
7. Робототехника в России: образовательный ландшафт. Часть 2 / Д. А. Гагарина, С.  Г. Косарецкий, А. С. Гагарин, М. Е. Гошин; Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики», Институт образования. – М.: НИУ ВШЭ, 2019. – 96 с.
8. Трескова У.В., Гагарина Д.А. Нужна ли робототехника в школе? Мнение экспертов и читателей. – 08.05.2018 // Занимательная робототехника. – ULR: http://edurobots.ru/2018/05/robototexnika-v-shkole/ (дата доступа: 25.02.2020)
9. Четина В.В. Образовательная робототехника: опыт, проблемы, перспективы // Наука и перспективы. – 2019. – №1. – 6 с.
10. Alimisis D. Educational robotics: Open questions and new challenges // Themes in Science & Technology Education. – 2013. – № 6 (1). – P. 63-71.
11. Brandt A. M., Colton M. B. Toys in the classroom: LEGO Mindstorms as an educational haptics platform // 2008 symposium on haptic interfaces for virtual environment and teleoperator systems. IEEE, – 2008. – P. 389-395
12. Eguchi A. What is educational robotics? Theories behind it and practical implementation //Society for information technology & teacher education international conference. – Association for the Advancement of Computing in Education (AACE), 2010. – С. 4006-4014.
13. Jung S.E., Won E. Systematic Review of Research Trends in Robotics Education for Young Children // Sustainability. – 2018. – № 10 (4), 905. – 24 p.
14. Papert S. Mindstorms: Children, Computers, and Powerful Ideas. – NY, New York: Basic Books, 1993. – 238 с.
15. STEM-подход в образовании: идеи / методы / практика / перспективы. – Минск, 2018. – 32 с.
16. Williams D. C., Ma Y., Prejean L., Ford M. J., Lai G. Acquisition of physics content knowledge and scientific inquiry skills in a robotics summer camp // Journal of research on Technology in Education. – 2007. – Vol. 40. – №. 2. – P. 201-216.