Введение

Образовательная робототехника — цикл мероприятий в средней школе или образовательных учреждениях дополнительного образования, в котором программирование и конструирование объединяясь позволяют формировать навыки технического творчества, мотивируют школьников на изучение точных наук и обеспечивают их раннюю профессиональную ориентацию.

В настоящее время образовательная робототехника все больше и больше набирает обороты в России — все больше учебных центров открывается не только в крупных городах центральных регионов, но и в небольших районных центрах.

Но когда образовательный центр выбирает учебную программу, по которой ему предстоит двигаться в ходе работы со школьниками по данному предмету, перед ним встает вопрос — какое направление им выбрать. Серьезные планы Университета Иннополис по привлечению будущих абитуриентов вызвали необходимость у его сотрудников погрузиться в проблематику данного вопроса.

Дело в том, что на текущий момент существует, как минимум, два подхода к обучению школьников робототехнике:
  • робоспорт
  • STEM-робототехника

И отличаются они друг от друга примерно также, как различаются спорт высоких достижений (олимпиадное движение) и физкультура. У них разные цели и разные методики обучения.

РОБОСПОРТ

Задача первого подхода — научить ребят решать олимпиадные задачи, подготавливать конкурсные проекты, выбрать из массы школьников наиболее талантливых, которые могли бы представлять школу, район, область или даже страну на всевозможных соревнованиях и выставках. А соревнований очень много:

Методика обучения в таких случаях сводится к следующим шагам:
  1. познакомить с элементной базой и базовыми конструкциями
  2. познакомить с основными конструкциями языка программирования
  3. научить решать классические задачи: движение по линии, обнаружение препятствий и их объезд, выход из лабиринта (т.е. вводятся понятия регулирования и state-машин)
  4. взять регламенты очередных состязаний и итеративно решать задачу конструирования и программирования робота, для подготовки к данному состязанию



Довольно часто, это довольно эффективные выверенные методики подготовки, которые при правильном подходе преподавателя к обучению дают высокий результат. Школьник, решивший достаточно большой объем данных задач, может уметь комбинировать разные решения вместе, подготавливаясь к соревнованиям более сложного уровня.

Даже подготовка творческих проектов к выставкам происходит по подобной схеме: знания по решению той или иной прикладной задачи уже приобретаются в ходе работы над самим проектом. Эти знания, по природе приобретения, не имеют четкой системы и, довольно часто, направлены на частное использование.

У данного подхода есть, очевидно, и плюсы и минусы. Основным плюсом, является высокая мотивация школьников поскольку они видят результат, получаемый в сравнительно небольшие сроки — робот готовиться к состязаниям, робот побеждает. Также мотивирует и соревновательный эффект — хочется побороться за звание лучшего робототехника школы, области или даже мира. Также, выбирая соревновательную робототехнику, учебное заведение сможет уже в ближайшем будущем показывать какой-то публичный результат — обучающиеся будут участвовать в соревнованиях, директора и тренера будут получать благодарственные письма, методические отделы смогут отчитываться о достигнутых результатах, а значит и об эффективности затраченных средств. Именно благодаря этим плюсам, робототехника с 2002 года в России стала набирать свои обороты — сейчас в спортивном движении в нашей стране, по данным World Robot Olympiad, свыше 3 тысяч команд.

Российская сборная на World Robot Olympiad 2013. Фото Сергея Мустафина

Минусы «спортивной» робототехники вытекают из плюсов: быстрый результат не значит быстрое приобретение качественных знаний, высокая мотивация на победу приводит к тому, что школьники перегорают, если долгое время не занимают никаких призовых мест. Явная направленность на участие в как можно больших состязаниях приводит к тому, у педагога не бывает много времени, чтобы адекватно выстроить учебный процесс, поскольку после участия в одном состязании сразу начинается подготовка к другому. А это, в свою очередь, означает, что учащиеся, в большинстве своем, умеют решать только небольшой набор задач, знания их неглубокие и узко специализированные.

STEM

В противоположность предыдущему подходу в образовательной робототехнике, можно поставить подход STEM — Science Technology Engineering Mathematics (иногда еще называют STEAM, добавляя Art). Данная парадигма пришла к нам с Запада, где занятия по робототехнике давно уже обосновались в школах, курируемые крупными университетами. В ходе этих занятий ребята не только и не столько занимаются робототехникой, сколько используют ее, как некий интерактивный элемент, с помощью которого некие теоретические знания закрепляются на практике. Теоретические знания могут быть, как по точным наукам: математике и физике, так и по естественным: химии, астрономии, биологии, экологии.



Одним из ярких и простых примеров закрепления знаний из школьного курса математики является расчет траектории движения робота. В зависимости от уровня знаний здесь могут использоваться как и обычный метод проб и ошибок, так и научный подход: здесь им могут понадобиться и свойства пропорции (6-7 класс), и знание формулы длины окружности (8-9ый) и даже тригонометрия (10-11 класс).

Большое значение, в занятиях по STEM-робототехнике, уделяется также так называемым soft skills — школьники объединяются в проектные команды, оттачивая свои навыки по совместной работе, коммуникации, презентации и умению давать обратную связь. Весь курс, в таком случае, разбит на серию модулей, в ходе каждого из них происходит создание полноценного проекта: с планированием времени и ведением инженерной тетради, с декомпозицией, с разделением членов команд на роли и даже со сдачей проекта заказчику-педагогу.



Вообще, курс в таких случаях подчинен какой-то общей теме: космосу, сельскому хозяйству, экологии, спорту и т.п. Даже коммерческие компании, активно поддерживающие образовательную робототехнику, поняли необходимость подготовки обучающих материалов для таких программ, и, таким образом, появились образовательные наборы «Green City» и «Space Challange».

Важной частью учебной программы является привязка к реальному миру, за счет чего учитель повышает уровень эрудированности учащихся, рассказывая о явлениях в жизни и исторических событиях, связанных с тем или иным модулем. Ребята рассматривают данные факты с точки зрения науки, с помощью педагога анализируют их, учатся делать выводы.

Да, темп приобретения чисто робототехнических знаний в таких занятиях не очень высокий. Но на лицо, более системный подход и разнообразие форм получения и закрепления знаний. Примечательно, что даже в таком подходе, в конце даже самого базового курса, ребята также могут принять участие в состязаниях. Для программ STEM наиболее подходящими будут состязания FIRST LEGO League и FIRST Technical Challenge — здесь соревнуются не только роботы, но и сами команды: оценивается командный дух, инженерная проработка проекта, умение делать презентацию.

Поскольку STEM-программы нацелены на приобретение и закрепление фундаментальных знаний, на развитие навыков необходимых современному ученому и инженеру, именно они подходят больше всего для интеграции в современную школу. С учетом роста спроса на IT-специалистов данный подход к образовательной робототехнике приобретает все большую популярность — его внедряют в школу не только высшие учебные заведения, но и простые учителя.

Послесловие

Традиционно, ничто вокруг нас не черно-белое. Поэтому и образовательные программы связанные с робототехникой в России тоже редко бывают чисто спортивными или чисто STEM. Как смешивать эти два подхода и в какой пропорции — зависит от того, что мы, как педагоги и директора учебных заведений, хотим достичь!

А что выбрал Университет Иннополис для своих образовательных центров будет описано в следующих статьях.