Теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования) | Мир педагогики и психологии №01 (90) Январь 2024

Опыт внедрения дополнительной профессиональной программы «Образовательная робототехника»

Сидоров Александр Валентинович
кандидат физико-математических наук, доцент, ЕГУ им. И.А. Бунина, Елец dirnusir@mail.ru
Кузнецов Денис Владимирович
кандидат физико-математических наук, доцент, ЕГУ им. И.А. Бунина, Елец kuznetcovdv007@mail.ru
Арнаутов Евгений Александрович
старший преподаватель, ЕГУ им. И.А. Бунина, Елец, arnautoff@list.ru

Аннотация: Целью работы является разработка курса ДПО с учетом профессиональных вызовов и вызовов социальной среды. Для этого анализируется текущая ситуация в области образовательной робототехники и ставятся актуальные задачи. Описана внедренная программа дополнительной профессиональной переподготовки. Рассматривается содержание программы, задачи, которые она решает, обоснован выбор среды программирования. В работе уделено внимание апробации полученных компетенций студентами выпускных групп. Обосновывается необходимость участия студентов, обучающихся по УГС 44.00.00 Образование и педагогические науки в программе переподготовки включением образовательной и соревновательной робототехники в дополнительное образование школьников.
Ключевые слова: робототехника, Lego, дополнительное образование, TRIK Studio, визуальное программирование.

Sidorov Alexander Valentinovich
Cand. Sci. (Phys.-Math.), Docent, I.A. Bunin YSU, Yelets
Kuznetsov Denis Vladimirovich
Cand. Sci. (Phys.-Math.), I.A. Bunin YSU, Yelets
Arnautov Evgeny Aleksandrovich
Senior Lecturer, I.A. Bunin YSU, Yelets

Abstract: The purpose of the work is to develop a course of vocational training taking into account professional challenges and challenges of the social environment. To do this, the current situation in the field of educational robotics is analyzed and urgent tasks are set. The implemented program of additional professional retraining is described. The content of the program is considered, the tasks that it solves, and the choice of a programming environment is justified. The work focuses on the testing of the acquired competencies by students of graduate groups. The necessity of participation of students studying in the UGC 44.00.00 Education and pedagogical sciences in the retraining program by including educational and competitive robotics in the additional education of schoolchildren is substantiated.
Keywords: robotics, Lego, additional education, TRIK Studio, visual programming.

На современном этапе развития промышленности робототехника является одной из самых стремительно развивающихся отраслей. Роботы применяются практически во всех областях, начиная с промышленности, заканчивая бытовым применением. В настоящее время робототехника активно включается в образовательную программу. На сегодняшний день можно выделить три основных направления, по которым развивается робототехника в образовании: образовательная, креативная и соревновательная. Образовательная формирует основные знания учащихся в области сборки и программирования роботов Соревновательная или спортивная робототехника является наиболее популярной и предназначена для демонстрации полученных умений и знаний. Креативная – предполагает наличие углубленных знаний в области робототехники и связана с проектной деятельностью.

В различных научных работах неоднократно поднимались вопросы о необходимости организации дополнительных курсов робототехники в высших образовательных учреждениях. Например, в работах [1-3] обсуждаются вопросы низкого уровня подготовки будущих учителей в вузах и педагогических вузах, несоответствие современными требованиям к содержанию образования школьников, а также потенциал образовательной робототехники при формирование креативных способностей обучающихся [4], целесообразность внедрения курса повышения квалификации [5].

Поэтому формирование у студентов знаний и умений по планированию и организации занятий по робототехнике, работы кружка по робототехнике является очень актуальной задачей. В рамках предложенного курса ДПО была реализована возможность обеспечения соответствия его квалификации меняющимся условиям профессиональной деятельности и социальной среды, получения дополнительных компетенций [6], которые не могли быть полноценно сформированы в рамках стандартной образовательной программы 44 укрупненной группы и требовали дополнительной подготовки.

Основной средой программирования роботов для курса ДПО была выбрана среда TRIK Studio, позволяющая решать задачи, как с помощью визуального программирования, так и сложного текстового языка [7]. Отличительной особенностью TRIK Studio является интерактивный режим имитационного моделирования. С TRIK Studio изучение программирования для слушателей становится простым и увлекательным. Чтобы научиться программировать, необязательно иметь конструктор, так как программа позволяет смоделировать поведение робота. TRIK Studio прекрасно подходит как универсальное ПО для преподавания основ программирования — предусмотрен переход от диаграмм к текстовым языкам. В среде также реализовано программирование квадрокоптеров Геоскан Пионер, роботов LEGO Mindsorms NXT 2.0 и EV3 [6].

Описание программы переподготовки

Программа предназначена для получения новой квалификации и выполнения связанных с ней видов профессиональной деятельности, трудовых функций. Программа ориентирована на изучение моделирования, основ сборки, алгоритмизации и программирования с использованием образовательных конструкций Lego [8].

Цель программы – сформировать у студентов представления о конструкциях, принципах действия, параметрах и характеристиках различных робототехнических систем, подготовить студента к пониманию принципа действия современных роботов, повысить уровень подготовки бакалавров в контексте их дальнейшей профессиональной деятельности, формирование готовности к организации эффективного научного, информационного и методического сопровождения внедрения робототехники в школьное образование.

Были поставлены следующие задачи:

• знать основные компоненты конструкторов Lego, конструктивные особенности различных моделей, сооружений и механизмов;

• знать компьютерную среду, включающую в себя графический язык программирования;

• знать виды подвижных и неподвижных соединений в конструкторе, конструктивные особенности различных роботов;

• знать приемы и опыт конструирования с использованием специальных элементов, и других объектов и т.д.;

• знать основные алгоритмические конструкции, этапы решения задач с использованием ПК.

Была выбрана категория обучающихся: лица с высшим профессиональным образованием или осваивающие программы ВО (44 укрупненной группы) в настоящее время. Слушатель, освоивший программу, сможет вести профессиональную деятельность и выполнять трудовые функции в области, связанной с робототехническими системами.

Дисциплины, составляющие содержание дополнительной профессиональной программы:

1. «Введение в робототехнику»

2. «Электропреобразовательные устройства и элементы электромеханики»

3. «Электронные компоненты в робототехнике»

4. «Датчики робототехнических устройств»

5. «Моделирование поведения роботов»

6. «Сборка и программирование роботехнических устройств»

7. «Применение конструкторов Lego в системе начального и среднего образования»

8. «Методика обучения робототехнике»

Весь курс условно можно условно разделить на два блока – теоретический (дисциплины 1-4,8) и практический (5-7). Такое разделение обусловлено тем, что в первую очередь необходимо рассмотреть вопросы, касающиеся основ робототехники, строения и принципов действия роботов. Исходя из этого выбиралось наполнение соответствующих дисциплин. Студенты, освоившие первую часть курса, переходят к практической части, связанной с программированием, сборкой роботов. В этой части курса происходит выполнение поставленных практических заданий.

Апробация курса «Образовательная робототехника» проведена в течение 2021–2023 гг. В апробации приняли участие студенты физико-математического отделения института математики, естествознания и техники Елецкого государственного университета им. И.А. Бунина по направлению 44.03.05 Педагогическое образование (с двумя профилями подготовки). Курс предлагался студентам в конце 5 семестра обучения. Это было обусловлено тем, что в 6 семестре студенты по учебному плану проходят педагогическую практику в школах. Во время прохождения практики студенты могут реализовать полученные компетенции.

В ходе проведения курса у слушателей формируются знания об основных понятиях робототехники, основах алгоритмизации, среде LEGO. Получают умения подключать и задействовать датчики и двигатели, а также умения автономного программирования. Также в ходе проделанной работы, слушателями были сформированы навыки сбора базовой модели робота, составления алгоритмических блок-схем для решения различного рода задач, использования датчиков и двигателей в простых и сложных задачах, программирования роботов LEGO (с помощью программы «TrickStudio»). В конце курса обучающиеся проходят итоговую аттестацию: проектная работа. Дается задание, например, собрать и запрограммировать робота для выполнения поставленной задачи. Слушатели должны самостоятельно пройти все этапы планирования, сборки и программирования робота.

Система дополнительного образования является подструктурой вуза, обладающей свойством оперативного реагирования на изменяющиеся условия на рынке труда, предлагая студентам наиболее востребованные и перспективные программы. Слушатели, прошедшие обучение по дополнительной профессиональной программе «Образовательная робототехника», получили возможность продемонстрировать свои умения и навыки на занятиях со школьниками в рамках педагогической практики и, по окончанию обучения, будут иметь конкурентное преимущество перед другими кандидатами при трудоустройстве.

1. Чупин, Д. Ю. Организационно-содержательные аспекты подготовки будущих учителей технологии к применению образовательной робототехники в профессиональной деятельности / Д. Ю. Чупин, М. Г. Волчек // Мир науки. Педагогика и психология. 2021. Т. 9. № 6.
2. Фаритов А.Т. Формирование инженерной компетенции учащихся общеобразовательных учреждений как педагогическая проблема // Современное образование. 2019. № 4. С. 64-77.
3. Панкратова О.П. Сущность и основные компоненты профессиональной компетентности педагога образовательной робототехники / Ледовская Н.В. // Kant. 2020. № 2 (35). С. 288-292.
4. Шабалин К.В. Возможности образовательной̆ робототехники для формирования креативных способностей̆ обучающихся (на основе анализа российского и зарубежного опыта) // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Философия. Психология. Педагогика. 2019. Т. 19. № 3. С. 349-353.
5. Белышев А.Ю. К вопросу о подготовке учителей физики в области образовательной робототехники // Отечественная и зарубежная педагогика. 2023. Т. 1. № 4 (94). С. 20-31.
Список источников
6. Федеральный закон от 29.12.2012 N 273-ФЗ (ред. от 04.08.2023) "Об образовании в Российской Федерации" .URL: htps://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_140174/18ecc06c654c0f2e1ffdf7fa3f8c1ef137f01615/ (дата обращения 30.11.23).
7. Общество с ограниченной ответственностью «Кибернетические технологии»: [Электронный ресурс]. URL: https://trikset.com/education#university (дата обращения 30.11.23).
8. Компания LEGO: [Электронный ресурс]. URL: https://www.lego.com/ru-ru/themes/mindstorms/about (дата обращения 30.11.23).