УДК УДК 373.31
Анастасия Александровна Лукьянцева, студент бакалавриата ГАОУ ВО МГПУ,
Ксения Игоревна Экземплярова, студент бакалавриата ГАОУ ВО МГПУ
Статья посвящена теме изучения задач на движение в начальной школе на уроках математики. В ней рассматриваются затруднения, с которыми могут столкнуться обучающиеся по данной тематике, а также возможности использования на уроке элементов робототехники в образовательном процессе при закреплении знаний.
The article is devoted to the topic of studying motion problems in elementary school in math lessons. It examines the difficulties that students may face on this topic, as well as the possibility of using robotics elements in the educational process in the classroom when consolidating knowledge.
На сегодняшний день в современном мире активно используются информационные технологии в самых разнообразных сферах деятельности. Сфера образования не стала исключением. В общеобразовательных учебных учреждениях учителя все чаще используют ИКТ на разных этапах обучения.
Всё чаще в учебных заведениях упоминается STEM-образование. STEM (на англ. science, technology, engineering, math) — одно из самых актуальных направлений в мире современного образования. Образование в модели STEM объединяет науку, технологии, инженерное дело и математику [2, с.11]. Можно ли интегрировать элементы робототехники при изучении задач на движения на занятиях по математики в начальной школе?
Математическая задача помогает ученику вырабатывать правильные математические понятия, глубже выяснять различные стороны взаимосвязей в окружающей его жизни, дает возможность применять изучаемые теоретические положения. В то же время решение задач способствует развитию младших школьников [1, 3].
В начальной школе задачи на движение вводятся в 3 классе, и являются особым типом задач, так как построены на основе функциональной зависимости между тремя величинами: скорость, время, расстояние [1, с.240]. Учащиеся знакомятся с величинами, учатся понимать их взаимосвязь, и, зачастую у многих обучающихся возникают затруднения с осознанием этой взаимосвязи. Для осознанного усвоения зависимости между величинами (скорость, время, расстояние) целесообразно предлагать решение простых задач и на основе сравнения задач и их решений обращать внимание на зависимость между величинами и подводить учащихся к тому или иному выводу. [1, с.166].
Рассмотреть решения различных задач на движение можно с помощью чертежа или таблицы. Такие наглядные интерпретации могут способствовать лучшему усвоению понятий: «скорость», «время», «расстояние». Но есть и те обучающиеся, для кого чертёж, или таблица всё еще могут быть не совсем понятны. Для этого мы и решили воспользоваться элементами робототехники при закреплении знаний по данной тематике и рассмотреть вопрос более досконально.
Мы выделили несколько роботов, которые смогли бы выступить в качестве своеобразного наглядного материала, позволили бы решить задачу практическим путём или даже же смогли бы стать «проверкой» уже решенной задачи: MakeBlock mbot; Botzees; Lego Mindstorms EV3.
Каждый из этих роботов лёгок в управлении и программировании, что заметно упрощает работу педагога, даёт возможность детям выполнить задание самостоятельно [4]. Программирование роботов идентично программированию в Scratch. Любой из перечисленных роботов способен двигаться в выбранном человеком направлении, осуществлять остановки, передвигаться с заданной скоростью и за определённый отрезок времени.
Более подробно мы рассмотрим робота из набора Lego Mindstorms EV3, его функции и возможности и, что немаловажно, недостатки. Данного робота можно собрать самостоятельно. Для этого понадобится одна из инструкций, представленных в приложении к набору или же на сайте в сети Интернет. А чтобы робот смог двигаться и осуществлять все задуманные педагогом (или же обучающимися) движения, необходимо запрограммировать его в программе «Lego. Mindstorms. Education EV3 Classroom».
На занятии учитель использует уже заранее собранного робота и подготовленную программу для того, чтобы он двигался. Перед тем, как обучающиеся начнут взаимодействовать с роботом, педагог должен ознакомить обучающихся с техническим оборудованием, а уже после предоставить возможность решить задачу с помощью робота Lego Mindstorms EV3. Крайне важно заранее, перед занятием проверить заряд батареи у робота, двигается ли он при запуске программы и, при необходимости, подготовить раздаточные материалы: таблицы с величинами (скорость, время, расстояние), отдельные листки бумаги, черновики для решения задач, секундомер, измерительную ленту.
Приведем конкретные примеры разбора задач на движения и рассмотрим более подробно, как робот из набора Lego Mindstorms EV3 может выступить в качестве своеобразного наглядного материала, который позволил бы решить задачу практическим путём.
1 задача. Робот преодолевает расстояние 61 см. Измерьте время, которое потратит робот на преодоление всего пути. Найдите скорость, с которой двигается робот.
2 задача. Робот едет со скоростью 13 см/с. Измерьте расстояние, которое преодолевает робот. Найдите время, затраченное роботом на весь путь.
3 задача. Робот едет 3 секунды. Измерьте расстояние, которое преодолевает робот за это время. Вычислите скорость движения робота.
Обучающиеся совместно с педагогом разбирают условия задач, проговаривают, какие действия должен совершить робот в ходе решения задач. После обучающиеся могут разделиться на группы и решать задачи коллективно. В ходе работы младшие школьники постепенно заполняют таблицы известными данными и полученными измерениями.
В первой задаче обучающиеся никак не могут измерить скорость с помощью робота, но могут её вычислить, измерив время.
При решении второй задачи группа обучающихся запускает робота и засекает на секундомере, сколько времени он двигается.
Для решения третьей задачи школьникам необходимо измерить (линейкой, лентой и пр.), расстояние которое преодолевает робот, с учётом данных задачи.
После того, как каждая группа справится с заданием, проводится обсуждение, разбор решений и конечных результатов. Случается такое, что результаты, полученные в ходе вычислений, могут не совпадать с данными, полученными практическим путем с помощью робота. Педагогу следует побеседовать об этом с обучающимися, выслушать гипотезы школьников и попробовать объяснить возможную разницу между решением задач с получившимися замерами.
Подобный вид работы поможет обучающимся закрепить уже имеющиеся знания или же приобрести новые, если для кого-то темя «задачи на движение» была не понятна.
Мы смогли проверить данный вариант закрепления материала на практике с помощью робота из набора Lego Mindstorms EV3. Нами был проведён STEM-фестиваль на базе ОАНО Школы «НИКА». И в качестве одной из станций фестиваля была разработана станция «Машина с передачей». Робот из набора Lego Mindstorms EV3 был ключевой фигурой станции.
Перед выполнением основного задания был проведён этап актуализации знаний по теме «задачи на движения». Дети вспомнили основные компоненты таких задач, и как их находить. После перед обручающимися стояла задача измерить расстояние, которое проехал робот, время, и уже из этих данных вычислить скорость робота.
В итоге, участники фестиваля, проводили измерения, решали задачи и проверяли полученные результаты практически.
В конечном результате использование элементов робототехники на уроках математики и на школьных мероприятиях способствует развитию у обучающихся логического мышления, умения работать в команде, облегчению процесс изучения школьной дисциплины «Математика».
Но, как стало известно в ходе работы, у робота есть несколько существенных недостатков, ограничивающих радиус его применения в образовательной деятельности:
- Проверить решения с помощью робота можно только у задач, имеющих меры длин, такие, как: миллиметры, сантиметры, дециметры, метры. А также единицы времени: секунды. Робот не позволит проверить задачу, в которой задействованы километры, минуты или часы. Его можно будет запрограммировать на преодоление длительного расстояния, но реализовать это будет крайне затруднительно.
- Важно следить за правильностью соединения всех деталей робота, например, шестерён, отвечающих за движение. Бывают случаи, когда неправильная состыковка деталей негативно сказывалась на работе робота (отказывается работать, траектория движения изменяется).
- Данные, которые выдаёт робот (расстояние, скорость) не всегда подходят для деления нацело, что принципиально в начальной школе. Педагогу приходится округлять получившиеся данные или отбрасывать остаток после вычисления.
- После долгого использования блок питания разряжается. А это в свою очередь сильно сказывается на данных, которые демонстрирует робот (расстояние, которое он проезжает и скорость, с которой двигается). Из-за этого существенного недостатка нельзя с точностью сказать совпадёт ли теоретическое решение задачи с практическим.
Последний недостаток является самым существенным в работе педагога. Сложно свободно оперировать данными с погрешностями.
Таким образом, внедрение элементов робототехники при изучении задач на движение на уроках математики в начальной школе может вызвать у обучающихся интерес к данной теме занятия, к самим роботам и робототехнике в целом, к инженерно-техническим профессиям, а также повысить мотивацию к самому школьному предмету.
Литература:
- Калинченко, А.В. Методика преподавания начального курса математики: учеб. пособие для студ. учреждений сред. проф. образования //А. В. Калинченко, Р. Н.Шикова, Е.Н.Леонович, под ред.А.В. Калинченко. — М.: Издательский центр «Академия», 2013. — 208 с.
- Маринюк, А.А. Серебренникова, Ю. А. Подготовка будущих педагогов начальной школы к использованию ресурсов stem-образования / А. А. Маринюк, Ю. А. Серебренникова // Известия института педагогики и психологии образования. – 2018. – № 1. – С. 11-14.
- Савенков А.И., Романова М.А., Смирнова П.В. Развитие метакогнитивных компетенций студентов в процессе конструирования математических задач для младших школьников // Acta Biomedica Scientifica (East Siberian Biomedical Journal). 2022. Т. 7. № 2. С. 223-232.
- Федосов А.Ю., Ходакова Н.П. Современные проблемы информатизации начального образования: монография. – Ульяновск: Зебра, 2019. – 101 с.
http://izvestia-ippo.ru/lukyanceva-a-a-vozmozhnosti-ispolzova/