Ганичева А.Н., Каитов А.П., Львова А.С., Любченко О.А., Маринюк А.А., Серебренникова Ю.А. | ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЕДАГОГАМИ STEM-ТЕХНОЛОГИЙ В ОБУЧЕНИИ ДЕТЕЙ МЛАДШЕГО ШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА

Ганичева А.Н., к.п.н., доцент ИППО ГАОУ ВО МГПУ

 Каитов А.П., к.с.н., доцент ИППО ГАОУ ВО МГПУ

 Львова А.С. к.п.н., доцент ИППО ГАОУ ВО МГПУ

 Любченко О.А., к.п.н., доцент ИППО ГАОУ ВО МГПУ

 Маринюк А.А. д.и.н., профессор ИППО ГАОУ ВО МГПУ

 Серебренникова Ю.А., к.п.н., доцент ИППО ГАОУ ВО МГПУ

Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Ребенок в современном образовательном пространстве мегаполиса»

В настоящее время перед образовательными организациями и досуговыми центрами остро стоит вопрос о путях совершенствования работы по научно-техническому конструированию среди детей младшего школьного возраста с использованием инновационных методов и технологий. Решить данную проблему позволяют действующие на постоянной основе научно-технические ярмарки-лаборатории – STEM-парки, которые в последнее время создаются в целях популяризации науки. Помимо STEM-парков большую роль в развитии робототехнических компетенций детей младшего школьного возраста играют — Нackerspace сообщества, технические клубы, а также кружки научно-технического творчества.

В сложившейся ситуации к педагогам предъявляются дополнительные требования по освоению инновационных технологий и трансляции собственного опыта детям. Одновременно происходит интеграция информационно-телекоммуникационных технологий, робототехники и искусства. Совершенствуются и становятся доступнее средства моделирования и прототипирования, устройства виртуальной реальности. [1]

Подготовка педагогов в современных условиях должна носить комплексный характер. Для обеспечения эффективного учебного процесса в школе педагогам необходимо освоение как современных технологий обучения и воспитания, так качественного оснащения образовательного процесса, которое дает возможность организовать познавательную деятельность обучающихся.

Образование в модели STEM объединяет науку, технологии, инженерное дело и математику. Базовой ступенью подготовки педагогов в новых условиях является приобретение общих знаний в области робототехники – науки, занимающейся разработкой автоматизированных технических систем. Получив активное развитие в промышленности, робототехника плавно перешла в образование. Следуя запросам экономики и вызовам времени, в подготовке учителей начальных классов ощущается нехватка современных образовательных программ, развивающих компетенции в области мехатроники, робототехники, электроники, программирования и других сфер технического творчества. В младшем школьном возрасте продолжает закладывается фундамент психофизического здоровья, создаются основы интеллектуальной и мотивационно-эмоциональной сфер личности. Конструирование роботов из образовательных комплектов – конструкторов, является одним из самых часто встречающихся видов развития мелкой моторики, а также речи, мышления, воображения, внимания, памяти, интеллекта детей.

Создание условий для изучения основ конструирования роботов различных типов и видов, алгоритмизации и программирования с использованием программируемых микроконтроллеров, развития научно-технического и творческого потенциала личности школьника путём организации его деятельности в процессе интеграции инженерно-технического конструирования и основ робототехники является основой познания, научно-технического творчества и залогом успешного обучения в старшей школе.

Достижение поставленной цели возможно при решении следующих задач начального образования:

— оказание содействия в конструировании роботов на базе микроконтроллеров;

— исследование среды программирования микроконтроллеров;

— поддержка в составлении программы управления роботами при использовании кинетического, графического, спрайтового способов программирования;

— развитие творческих способностей и образного, технического, логического мышления ребенка;

— формирование представлений о проектной деятельности и формирование навыков проведения эксперимента;

— развитие умения работать по предложенным инструкциям по сборке моделей роботов и творчески подходить к решению задачи;

— развитие умения отстаивать свою точку зрения, анализировать ситуацию и самостоятельно находить ответы на вопросы путем рассуждений.

Современные подходы интеграции робототехники в образовательный процесс начальной школы заключаются в том, что сложные технологические процессы, методы, подходы и приемы, предстают перед школьником в адаптированном, доступном виде, а навыки робототехники передаются в игровой форме. Младший школьник играет, используя потенциал интерактивных инновационных технологий. В строительных, подвижных, дидактических, сюжетно-ролевых, творческих игр применяются различные типы и виды роботов из базовых робототехнических наборов.

Для обучающихся начальной школы оптимальными условиям развития робототехнических компетенций будет проведение занятий два раза в неделю в течение учебного года. При таком режиме обучения у детей будет сформировано углубленное представление о художественном и техническом конструировании и моделировании роботов и механизмов, типах и видах роботов, их роли в современном обществе, программировании, основах моделирования роботов и организации игры с использованием различных типов роботов и механизмов.

Базовыми знаниями в новых условиях при подготовке педагога является знакомство с робототехническими микроконтроллерами, принципами их работы и основами программирования.  Микроконтроллер или контроллер — это микросхема для управления электронными устройствами. По сути, контроллер является мозгом робота, который получает информацию из внешнего мира с помощью сенсоров и передает управляющие сигналы в актуаторы. Микроконтроллеры является основной частью робототехнического образовательного комплекса или модуля. Существует множество различных микроконтроллеров, различающихся по типу процессора, объему и типу памяти, составу периферийных интерфейсов, и т.п. К наиболее популярным можно отнести Arduino, Raspberry PI, Baikal, Iskra.  Каждый из таких микроконтроллеров-процессоров имеет свои особенности, как конструктивные, так и в области программирования. Объединяет их функциональность и простота работы с ними.

К программным требованиям, умениям и навыкам в результате практической подготовки педагогов в области stem-образования следует отнести следующие умения:

— подбор компонентов роботов для различных задач;

— взаимодействие с роботами и механизмами, используя устройства ввода-вывода информации;

— определение состояния исполнения программы робота и скрипта механизма по индикаторам и шкалам;

— ручное управление роботом или механизмом;

—  воспроизведение записанную кинетическим способом программу робота или механизма;

— использование интерактивных свойств роботов;

— применение роботов и механизмов в различной игровой деятельности.

Большое количество методик работы разработанных STEM-образованием и hackerspace интернет сообществами облегчает приобретение необходимых компетенций в области робототехники. Объединяющей чертой также является большое количество совместимых модулей, робототехнических и информационно – коммуникационных устройств ввода-вывода информации. Основными отличительными характеристиками микроконтроллеров является их программное обеспечение, интерпретаторы и компиляторы, которые в первую очередь, определяют выбор того или иного контроллера для конкретного робототехнического STEM-проекта. Для определенных полупрофессиональных микроконтроллеров, может существовать одновременно несколько технологий программирования, на основных языках программирования, или способов интерпретации, для потребителей, не владеющих языком программирования. В связи с чем, для реализации робототехнического проекта, основополагающим критерием успешной его реализации является выбор подходящей методики. Современные облачные сервисы позволяют STEM-сообществу полноценно работать над образовательными робототехническими проектами. Проводить испытание микропрограммы стало возможно, так же в виртуальной среде и облачных онлайн сервисах, задолго до начала сборки электронных и электромеханических компонентов образовательного робототехнического STEM-проекта. Облачные интерпретаторы при применении соответствующих прогрессивных методик, веб-приложений, мобильных приложений управления микроконтроллером позволяют под руководством педагога организовать успешную работу над робототехническим STEM-проектом старшего дошкольника и ученика начальной школы.

На основании изложенного видна необходимость в формировании у педагогов педагогического направления знаний, умений и навыков об интерактивных информационно-коммуникационных техниках и средствах, овладение технологией программирования, интерпретирования, компилирования микропрограмм различными средствами и методами, организации облачного STEM-пространства для совместной с участниками образовательного процесса он-лайн работы над проектом.

Освоение педагогами самых последних разработок в области STEM-технологий способно решить задачу формирования научно-технических и конструкторских компетенций у детей младшего школьного возраста, повысить качество образования подрастающего поколения, а также решить проблему дефицита учителей, готовых организовать учебный процесс на современном оборудовании и с использованием образовательных технологий, формирующих инженерно-технические компетенции учащихся.

Литература

1. Копосов Д.Г. Начала инженерного образования в школе // В сборнике: Использование цифровых средств обучения и робототехники в общем и профессиональном образовании: опыт, проблемы, перспективы. Сборник научных статей II Международной научно-практической конференции. 2015. С. 93-96.
2. Маринюк А.А., Серебренникова Ю.А. Подготовка будущих педагогов начальной школы к использованию ресурсов stem-образования// Известия института педагогики и психологии образования МГПУ. № 1. 2018. С. 11-14. http://izvestia-ru/marinyuk-a-a-serebrennikova-yu-a-podgot/ [Электронный ресурс]
3. Репин А.О. Преимущества stem-образования как приоритетного направления образовательной политики в российской федерации // В сборнике: Современные проблемы подготовки специалистов для предприятий атомной отрасли. Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. 2017. С. 225-228.
4. White House Offi ce of Science and Technology Policy. Winning the Race to Educate Our Children. Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) Education in the 2012 Budget. http://www.whitehouse.gov/sites/default/ fi les/microsites/ostp/ OSTP–fy12–STEM–fs.pdf. February 14, 2011. [Электронный ресурс]
5. Congress Joint Economic Committee. STEM Education: Preparing for the Jobs of the Future. http://www.jec.senate.gov/public/index.cfm?a= Files.Serve&File_id=6aaa7e1f-9586-47be-82e7-326f47658320. April 2012. [Электронный ресурс]