Крамник Л.М., Удова О.В., Михайлова И.В. Развивающий потенциал образовательной робототехники в дошкольном учреждении

Крамник Лариса Михайловна – заведующая частным дошкольным образовательным учреждением «Детский сад №220 ОАО «РЖД» (Иркутск, Россия)

Удова Ольга Владимировна – доцент кафедры психологии и педагогики дошкольного образования Педагогического института ФГБОУ ВО «Иркутский государственный университет», кандидат психологических наук; заместитель заведующего по инновационной деятельности частного дошкольного образовательного учреждения «Детский сад №220 ОАО «РЖД», (Иркутск, Россия)

Михайлова Ирина Владимировна – педагог дополнительного образования частного дошкольного образовательного учреждения «Детский сад №220 ОАО «РЖД» (Иркутск, Россия)

В статье рассматриваются вопросы, связанные с поэтапными формами организации обучения старших дошкольников конструированию роботов с использованием образовательного робототехнического модуля Технолаб и образовательного конструктора LEGO EDUCATION WEDO 2.0, как юные инженеры осваивают основы конструирования, программирования и механики на этапе дошкольного детства, овладевают навыками конкурентного поведения в условиях соревновательных игр. А также так же делаются выводы о развивающем потенциале образовательной робототехники в дошкольном учреждении.

Ключевые слова: образовательная робототехника, образовательный робототехнический модуль ТЕХНОЛАБ, образовательная конструктор LEGO EDUCATION WEDO 2.0, старшие дошкольники, конструирование, программирование, основы механики, научно-техническое творчество, конкурентное поведение соревновательные игры.

Робототехника все увереннее входит в жизнь современного человека: роботы используются на производстве, в военном сфере, при чрезвычайных ситуациях, в медицине, быту и образовании. Интенсивное развитие науки и техники адекватно отражается и на системе современного дошкольного образования, в которой вводятся новые перспективные направления развития дошкольников, одной из которых является образовательная робототехника. В образовательном процессе она основывается на применении современных средств обучения, способствующих повышению познавательного интереса и мотивации у детей, вовлекающих воспитанников в процесс создания «инноваций» своими руками, закладывающих предпосылки основ успешного освоения профессии инженера в будущем.

Работая со старшими дошкольниками в русле научно-технической направленности, мы ориентируемся на реализацию интересов детей в сфере конструирования и программирования моделей роботов. Заложенные природой задатки конструктора, изобретателя и исследователя у наших дошкольников особенно быстро реализуются и совершенствуются в конструировании, при использовании на занятиях в старшей группе образовательного робототехнического модуля Технолаб (предварительный уровень, для детей 5-8 лет). Данный конструктор не программируется, «оживление» робота происходит благодаря батарейному блоку с мотором. Несмотря на это, дети имеют неограниченную возможность придумывать и создавать своих собственных роботов, проявляя любознательность, сообразительность, смекалку, техническое творчество, используя уникальные крепежные элементы и передачи. Современный образовательный конструктор LEGO EDUCATION WEDO 2.0 предназначенный для создания программируемых роботов, в подготовительной к школе группе позволяет дошкольникам получить навыки конструирования, программирования, помогает изучать основы механики.

Робот Заяц (образовательный робототехнический модуль Технолаб)

Занятия робототехникой в этом возрасте приобщают детей к основам физики, механики, техники, обеспечивают базовую пропедевтическую подготовку детей к освоению сложных школьных дисциплин, развивают способность осуществлять поиск и находить оптимальное решение, воспитывают умение работать в команде, развивают научно-техническое творчество, учат проявлять свои способности в рамках реализации проектной деятельности.

Рассмотрим более подробно, как юные инженеры осваивают азы конструирования, программирования и механики на этапе дошкольного детства.

Поэтапные формы организации обучения старших дошкольников конструированию роботов

При организации занятий по робототехнике со старшими дошкольниками мы используем подгрупповую форму работы. С целью развития детского конструирования как деятельности, в процессе которой развивается ребенок, мы используем разные формы организации обучения, рекомендованные З.И. Лиштван [1], В.Г. Нечаевой, Л.А. Парамоновой [2].

Паровоз (образовательный конструктор LEGO EDUCATION WEDO 2.0)

1. Конструирование по инструкциям по сборке (по наглядным схемам). Характер самой конструктивной деятельности с использованием образовательного робототехнического модуля Технолаб и конструктора LEGO EDUCATION WEDO 2.0 таков, что воссоздаются внешние и отдельные функциональные особенности реальных объектов, предоставляются возможности для развития у старшего дошкольника внутренних форм наглядного моделирования. Эти возможности наиболее успешно реализуются нами при обучении детей сначала пошаговому построению моделей роботов по инструкциям по сборке или наглядным схемам, после чего дети могут не только конструировать по инструкции, но и, наоборот, по наглядной конструкции робота фотографировать инструкцию по сборке той или иной модели.

Конструирование робота по инструкции по сборке (образовательный робототехнический модуль Технолаб)

На начальном этапе мы даем детям пошаговые инструкции достаточно простые. К робототехническому модулю ТЕХНАЛАБ они в печатном варианте, а к образовательному конст­руктору LEGO EDUCATION WEDO 2.0 они представлены в программной среде WEDO 2.0. Кроме того, инструкции по сборке и фотоинструкции интересных и необычных по внешнему виду роботов мы находим во всемирной сети Internet.

Конструирование робота по инструкции по сборке (образовательный конструктор LEGO EDUCATION WEDO 2.0)

В ходе использования инструкций по сборке у старших дошкольников развивается мышление, познавательные способности, формируется умение не только конструировать, но и выбирать верную последовательность действий, доводить начатое дело до конца.
2. Конструирование по образцу. В конструировании по образцу, мы предлагаем детям образец модели робота, показываем на занятии способы ее воспроизведения. В данной форме обучения мы обеспечиваем прямую передачу детям готовых знаний, способов действий, основанную на подражании. Такое конструирование трудно напрямую связывать с развитием творчества.

Как показывают исследования В.Г. Нечаевой, З.В. Лиштван, А.Н. Давидчук, посвященные анализу детского конструирования, использование образцов – это необходимый и важный этап обучения, в ходе которого дети узнают о свойствах деталей, овладевают техникой возведения моделей (учатся выделять пространство для постройки модели робота, аккуратно и крепко соединять детали и т.п.). Правильно организованное обследование образцов помогает нашим дошкольникам овладеть обобщенным способом анализа – умением определить в любом предмете основные части, устанавливать их пространственное расположение, выделять отдельные детали в этих частях и т.д. Такой структурный анализ способствует выявлению существенных отношений и зависимостей между частями модели робота, установлению функционального назначения каждой из них, созданию предпосылок для формирования у детей умения планировать свою практическую деятельность по созданию конструкций робота с учетом их основных функций. На основе их анализа (выделение основных частей, их пространственного расположения, функционального назначения и т.п.) у детей формируются обобщенные представления о конструируемом роботе, которые в дальнейшем позволят старшим дошкольникам при конструировании по модели осуществить более гибкий и осмысленный ее анализ. Это умение, несомненно, оказывает положительное влияние не только на развитие конструирования как деятельности, но и на развитие аналитического и образного мышления детей.

Направляя самостоятельную деятельность старших дошкольников на подбор и целесообразное использование деталей, мы применяем в качестве образца рисунки, фотографии, отображающие общий вид модели робота (Ф.В. Изотова); определенную модель робота, в которой отсутствуют некоторые необходимые детали, их следует заменить имеющимися (А.Н. Давидчук), а также предлагаем детям задания на преобразование образцов с целью получения новых моделей роботов.

Таким образом, в основе конструирования робота по образцу лежит подражательная деятельность, при этом данная форма является важным обучающим этапом, на котором можно решать задачи, обеспечивающие переход детей к самостоятельной поисковой деятельности творческого характера.

3. Конструирование по модели. Детям в качестве образца предъявляем готовую модель робота. Эту модель дети должны воспроизвести из имеющихся у них деталей конструктора ТЕХНОЛАБ или LEGO EDUCATION WEDO 2.0. Таким образом, мы предлагаем детям определенную задачу, но не даем способа ее решения. Постановка таких задач перед старшими дошкольниками является достаточно эффективным средством активизации их мышления, формирования умения мысленно разбирать модель на составляющие ее элементы, для того чтобы воспроизвести ее в своей конструкции робота, умело подобрав и, использовав те или иные детали конструктора.

Конструирование робота по модели (образовательный робототехнический модуль Технолаб)

Такой анализ обеспечивает поиск, направленный на передачу только внешнего сходства с моделью робота без установления зависимости между ее частями, а также функционального назначения, как отдельных частей, так и модели робота в целом, поскольку структурные составляющие от ребенка скрыты. Поэтому для формирования обобщенных представлений о конструируемом роботе сначала мы используем в работе с детьми такую форму организации обучения конструированию как конструирование по образцу.

4. Конструирование по заданным условиям. Не давая детям схем, инструкций по сборке, полного образца модели робота и способов ее возведения, мы определяем лишь условия, которым модель робота должна соответствовать и которые, как правило, подчеркивают практическое ее назначение. Задачи конструирования в данном случае выражаются через условия и носят проблемный характер, поскольку способов их решения не даётся.

В процессе такого конструирования у старших дошкольников формируется умение анализировать условия и на основе этого анализа строить практическую деятельность достаточно сложной структуры. Дети усваивают зависимость структуры модели робота от ее практического назначения и в дальнейшем сами – на основе установления такой зависимости – определяют конкретные условия, которым будет соответствовать их модель робота, создают интересные замыслы и воплощают их, т.е. ставят перед собой задачу.

Робот Сумоист (образовательный конструктор LEGO EDUCATION WEDO 2.0)

Данная форма организации обучения в наибольшей степени способствует развитию творческого конструирования дошкольников. Для этого дети должны иметь:

• обобщенные представления о конструируемых роботах;
• умение анализировать сходные по структуре объекты и свойства, назначение разных деталей и способов их крепления конструктора ТЕХНОЛАБ или LEGO EDUCATION WEDO 2.0;
• знания и навык сборки основных механизмов и видов передач, конструируя из конструктора LEGO EDUCATION WEDO 2.0.

Этот опыт формируется у старших дошкольников в конструировании по образцу и в процессе экспериментирования с разными деталями данных конструкторов.

Конструирование по замыслу. Освоив предыдущие формы, старшие дошкольники конструируют модель робота по собственному замыслу. Они сами определяют тему модели, требования, которым она должна соответствовать, и находить способы её создания.

Данная форма обладает большими возможностями для развертывания творчества детей, для проявления их самостоятельности: они сами решают, что и как будут конструировать. Создание замысла будущей конструкции робота и его «оживление» – иногда не простая задача для старших дошкольников: их замыслы бывают неустойчивы и могут меняться в процессе деятельности. Чтобы эта деятельность протекала как поисковый и творческий процесс, мы стремимся к тому, чтобы дети имели обобщенные представления о конструируемом роботе, владели обобщенными способами конструирования и умели искать новые способы. Эти знания, умения и навыки формируются у наших дошкольников в процессе других форм конструирования – по образцу и по условиям.

Робот Уборщик лампочек.

Робот-художник. Сконструированный робот по замыслу (образовательный конструктор LEGO EDUCATION WEDO 2.0)

Конструирование по замыслу не является средством обучения старших дошкольников, оно лишь позволяет самостоятельно и творчески использовать знания, умения, навыки, полученные на занятиях ранее. У воспитанников развивается не только мышление, но и познавательная самостоятельность, творческая активность, нестандартное мышление, сенсомоторные координации.

Наш опыт работы показывает, что степень самостоятельности и творчества детей зависит от уровня имеющихся знаний, умений и навыков (умение создавать замысел, искать решения не боясь ошибок и т.п.). Модели роботов бывают у старших дошкольников более разнообразными и динамичными, технически сложными и насыщенными.

Конструирование по теме. На основе общей тематики конструкций наши воспитанники самостоятельно воплощают замысел конкретной модели робота, выбирают материал, способ выполнения и его программирования.

Конструирование машины с двумя моторами по теме (образовательный конструктор LEGO EDUCATION WEDO 2.0)

Эта форма конструирования близка по своему характеру конструированию по замыслу, с той лишь разницей, что замысел детей ограничивается определенной темой конструирования. Основная наша цель в ходе конструирования детьми роботов по заданной теме – закреплять их знания, умения и навыки.

Программирование роботов, собранных из образовательного конструктора LEGO EDUCATION WEDO 2.0

Современный образовательный конструктор LEGO EDUCATION WEDO 2.0 предоставляет детям старшего дошкольного возраста возможность ознакомления с инженерно-техническим конструированием, и развивает навыки компьютерной грамотности в ходе программирования, написания программной строки для управления собранной моделью робота.

Программирование робота Квадрокоптер (программная среда WEDO 2.0)

Программирование робота Богомол (программная среда WEDO 2.0)

Программная среда WEDO 2.0 – графическая, в ней используется система drag-and-drop – перемещение в область программирования программных блоков в виде ярких, красочных пиктограмм простым зажатием их пальцем на планшете. В области программирования можно создать несколько программных строк, но каждая из них начинается с блока «Начало» или блока «Начать нажатием клавиши…».

В данной программной среде дети знакомятся и с другими программными блоками, из которых по аналогии с конструкцией робота собирается визуальная конструкция алгоритма – программы управления роботом. Старшие дошкольники учатся правильно называть и использовать различные программные блоки, проявляют инициативу, оригинальный подход, экспериментируя с программной строкой с целью достижения необходимого поведения робота, в результате чего формируется алгоритмическое мышление. В процессе составления программы для робота дети логически рассуждают, ищут подходящие решения, упорядочивают и анализируют полученные данные в программной строке и т.д. Мы поддерживаем стремление детей самостоятельно создавать программу, имитировать, тестировать робота и идеи на планшете, использовать алгоритм программы для определения последовательности действий робота, проверяя свои предположения практическим путем.

Программирование робота Сумоист (программная среда WEDO 2.0)

Программирование робота Велосипед

Программирование робота Балерина (программная среда WEDO 2.0) (программная среда WEDO 2.0)

Это, безусловно, интуитивно понятный формат программирования для старших дошкольников, предоставляющий пространство, хорошо приспособленное для приобретения и оттачивания навыков алгоритмического мышления, где нет никаких массивов и сложной математики, где программирование происходит в форме игры. Например, у мотора в программе робота можно менять направление вращения и мощность, задать издаваемые звуковые сигналы и вывод сообщений на экран.

Дети пишут на планшете программные строки, программируя датчик наклона или датчик расстояния, используют блок «Воспроизвести звук» для реализации различных функций своих роботов. Кроме того, старшие дошкольники, работая в программной среде WEDO 2.0, имеют возможность вводить информацию на планшете используя различные технические средства: фото и видеокамеру, микрофон и т.д., а также такие виды информации как изображение, цифры, создавать, редактировать, сохранять и передавать медиасообщения, сохранять полученную информацию.

Программные строки для робота Марсианин (программная среда WEDO 2.0)

Вышеперечисленное развивает у детей информационную компетентность. Набирая в области программирования небольшие тексты-подсказки в текстовом облачке, у детей развиваются предпосылки грамотности.

Образовательный конструктор LEGO EDUCATION WEDO 2.0 и основы механики

Образовательный конструктор LEGO EDUCATION WEDO 2.0 знакомит старших дошкольников с силой движения и скорости, с процессом использования механизмов и видов передач, которые «оживляют», сконструированные ими, роботов.

В программном обеспечении WEDO 2.0 ребята находят инструкции по сборке механизмов и видов передач.

1 Колебания / Коронная зубчатая передача
2 Езда / Ременная передача (повышение скорости, понижение скорости)
3 Рычаг
4 Ходьба / Зубчатая передача (понижение скорости, повышение скорости)
5 Вращение / Зубчатая передача (понижение скорости, повышение скорости)
6 Изгиб
7 Катушка / Ременная передача (понижение скорости)
8 Подъём / Ременная передача (повышение скорости, понижение скорости)
9 Захват / Ременная передача (понижение скорости)
10 Толчок / Реечная передача, коронная зубчатая передача
11 Поворот / Ременная передача (понижение скорости), червячная передача
12 Рулевой механизм / Зубчатая передача (понижение скорости, повышение скорости)
13 Трал / Ременная передача (перекрестная)
14 Движение
15 Наклон
16 Поворот / Промежуточная зубчатая передача, Коронная зубчатая передача

Сначала на занятиях воспитанники учатся конструировать тот или иной механизм и вид передачи по инструкции по сборке, программировать собранную модель. В дальнейшем мы используем поэтапные формы организации обучения старших дошкольников конструированию роботов. Кроме представленных в программном обеспечении WEDO 2.0 видов передач мы знакомим дошкольников с ременной передачей, в которой используются одинаковые по размеру шкивы и зубчатой передачей с одинаковыми по количеству зубьев (или размеру) зубчатыми колёсами. Хорошо усвоив сборку по конструированию механизма и вида передачи в какой-либо модели, они становятся для детей примером в поиске своих идей и решений в ходе конструирования собственного робота по заданным нами условиям, замыслу или теме. Именно эти формы организации обучения старших дошкольников конструированию роботов способствуют развитию их инженерного потенциала.

Коронная зубчатая передача (образовательный конструктор LEGO EDUCATION WEDO 2.0)

На занятиях со старшими дошкольниками мы также используем представленные в программном обеспечении WEDO 2.0 проекты с открытыми решениями, где необходимо использовать в качестве источника вдохновения примеры сборки основных механизмов и видов передач для того, чтобы ребята могли создать собственного робота в рамках реализации проекта. И, конечно, по аналогии мы разрабатываем свои проекты с открытыми решениями. Подобные проекты развивают не только инженерный потенциал детей, но и их познавательную активность и любознательность.

Овладение навыками конкурентного поведения старшими дошкольниками в условиях соревновательных игр по робототехнике

Дошкольный возраст обладает большим потенциалом для овладения навыками конкурентного поведения [3]. Именно в старшем дошкольном возрасте конкурентная ситуация помогает решать две из четырех различных задач: 1) выиграть; 2) добиться превосходства над другими; 3) испытать себя и получить стимул для совершенствования своих недостаточно отработанных навыков; 4) подтвердить свою самооценку. Третья и четвертая задачи появляются только в конце младшего школьного возраста. Поэтому для поддержания общего интереса старших дошкольников, развития воли к победе и возможности на занятиях по робототехнике овладеть навыками конкурентного поведения, мы организуем соревновательные игры по робототехнике.

Соревновательная игра с роботами Тягачами (образовательный конструктор LEGO EDUCATION WEDO 2.0)

В старшем дошкольном возрасте для детей особую значимость приобретает социальное сравнение, материалом для которого на наших занятиях являются соревновательные игры.

Между тем, наш опыт показывает, что не все старшие дошкольники готовы к подобным играм. Дети, психологически готовые к соревнованию, мотивированы приобретать навыки и компетенции в соревнованиях и максимально продемонстрировать свои способности. Дети, не достаточно готовые к соревнованиям, бывают неуспешными в конкуренции из-за недостатка уверенности и настойчивости, даже если их способности на самом деле позволяют им быть в числе лучших. Между тем, именно участие в конкурентных соревновательных играх по робототехнике на занятиях дает старшим дошкольникам опыт, необходимый для их подготовки к жестко конкурентной среде во взрослой жизни и накоплению навыков продуктивной конкуренции [4].

В соревновательных играх по робототехнике старшие дошкольники усваивают три важных урока: 1) в конкурентной ситуации один выигрывает, а другой проигрывает; 2) желание выиграть должно соотноситься с правилами, которые необходимо соблюдать всем участниками игры; 3) действия участников должны быть рациональны, а не иррациональны: позитивные отношения со сверстником-партнером не означают, что он должен помогать тебе, если вы соревнуетесь друг с другом.

Соревновательная игра «Гонки» (образовательный робототехнический модуль Технолаб и образовательный конструктор LEGO EDUCATION WEDO 2.0)

Если ребенок побеждает, то это дает возможность ему еще дальше активнее развиваться, формируется адекватная самооценка, развивается позитивный образ «Я». Такие занятия влияют не только на участников, но и на болельщиков. Ребята начинают проявлять интерес к достижению таких же успехов, стремятся быть лучше, становятся более активными и заинтересованными.

Соревновательная игра с роботом Вра­тарем (образовательный конструктор LEGO EDUCATION WEDO 2.0)

Обсуждая результаты соревновательных игр, мы хвалим ребят их за удачные моменты, аккуратно акцентируем внимание на промахах, поддерживаем и поощряем.

Такие игры дают возможность нашим воспитанникам проявить свои способности, почувствовать свои силы и возможности, развивают волю к победе.

Соревновательная игра с роботами Сумоистами (образовательный конструктор LEGO EDUCATION WEDO 2.0)

Заключение

Использование в обучении этих современных образовательных конструкторов, позволяет старшим дошкольникам удовлетворять естественное любопытство и любознательность, потребность в игре и в новых впечатлениях, стремление познать мир, свойства предметов и их взаимодействие в статике и динамике, познать мир руками. Дети активно участвуют в исследовательской, экспериментальной, поисково-познавательной деятельности, которая перетекает в игровую и наоборот.

Конструирование роботов из образовательного робототехнического модуля Технолаб и образовательного конструктора LEGO EDUCATION WEDO 2.0 полностью отвечают интересам, способностям и возможностям старших дошкольников. Мелкая моторика рук связана с центрами речи ребенка, у ребят, которые любят конструировать, быстрее развивается речь. Ловкие, точные движения рук дают им возможность быстрее и лучше овладеть техникой письма. Ребята на опыте познают конструктивные свойства деталей, возможности их скрепления, комбинирования, оформления. При этом они как дизайнеры творят, познавая законы гармонии и красоты. Наша педагогическая деятельность показывает, что у детей, которые любят конструировать, отличаются богатой фантазией и воображением, активным стремлением к созидательной деятельности, желанием экспериментировать, изобретать развито пространственное, логическое, математическое, ассоциативное мышление, память, что является основой интеллектуального развития и показателем готовности ребенка к обучению в школе. Создание собственных роботов по заданным условиям, замыслу или теме, а также умение конструировать робота с тем или иным механизмом или видом передачи развивает у детей инженерный потенциал. В ходе программирования у старших дошкольников формируется алгоритмическое мышление, развивается информационная компетентность. Образовательная робототехника способствует развитию сотрудничества между детьми. Работа в паре очень хорошо развивает коммуникативную функцию речи. Дети учатся общению, взаимопомощи. Участвуя в соревновательных играх по робототехнике, дети овладевают навыками конкурентного поведения. Такие игры дают возможность проявить свои способности, почувствовать свои силы и возможности, развивают волю к победе, дают опыт, необходимый для их подготовки к жестко конкурентной среде во взрослой жизни и накоплению навыков продуктивной конкуренции.

Литература

1. Лиштван З.В. Конструирование: Пособие для воспитателей и педагогов. М.: Просвещение, 2011. – 175 с.

2. Парамонова Л.А. Теория и методика творческого конструирования в детском саду: Учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб. Заведений. М.: Издательский центр «Академия», 2002. – 192 с.

3. Поддьяков А.Н. Психология конкуренции в обучении. – М.: ГУ-ВШЭ, 2006. – 231 с.

4. Чеснокова О.Б., Тарасова К.С. Все ли дети готовы к конкуренции? Типы конкурентного поведения старших дошкольников и младших школьников в условиях соревновательной игры // Актуальные проблемы психологии и педагогики, 2016. – С. 46–56.