«Развитие технических способностей у детей посредством LEGO-конструирования и робототехники»
статья

«Развитие технических способностей у детей посредством LEGO-конструирования и робототехники»

Ворошнина С.В.

педагог дополнительного образования

МАУДО «Центр детского творчества»

г.п.Федоровский

Значимым стал вопрос: как сделать так, чтобы техническое творчество стало для детей действительно деятельностным, развивающим, современным и интересным?
Эту задачу я решила реализовать через использование в своей педагогической деятельности идей лего-педагогики, робототехники на базе конструктора Перворобот LEGO®WeDo™ (LEGO Education WeDo).

Теоретическое обоснование опыта

В 1990-е гг. в зарубежной педагогической системе сформировалось особое направление — «Лего-педагогика», связанное с новой философией обучения — конструкционизмом. Её автор С. Пейперт (S.Papert) указывал, что средством создания нового знания может  служить конструктор Лего, компьютерные программы или даже песочные замки, если субъект обучения действительно вовлечен в работу с ними. Конструктор Лего идеально «вписывался» в качестве средства обучения в философию конструкционизма и начал активно занимать свою нишу в системе образования. В российских образовательных программах Lеgo-конструирование приобретает все большее значение. За сравнительно небольшое время комплекты Лего-конструкторов обрели широкую популярность у детей и учителей, поскольку их использование позволяет сочетать активную познавательную деятельность с игровыми моментами. Сегодня уже начиная со старших групп детского сада дети изучают робототехнику и успешно участвуют в  соревнованиях.

Основная идея и новизна технологии

Современный этап развития общества характеризуется ускоренными темпами освоения техники и технологий. Непрерывно требуются новые идеи для создания конкурентоспособной продукции, подготовки высококвалифицированных кадров. Становится актуальной задача поиска подходов, методик, технологий для реализации потенциалов, выявления скрытых резервов личности.
Механика является древнейшей естественной наукой, основополагающей научно-технического прогресса на всем протяжении человеческой истории, а современная робототехника - одно из важнейших направлений научно-технического прогресса, в котором проблемы механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта. Стремительное развитие робототехники в мире является закономерным процессом, который вызван принципиально новыми требованиями рынка к показателям качества технологических машин и движущихся систем. 

Основная цель обучения – сформировать личность, способную самостоятельно ставить учебные цели, проектировать пути их реализации, контролировать и оценивать свои достижения, работать с разными источниками информации, оценивать их и на этой основе формулировать собственное мнение, суждение, оценку, заложить основы информационной компетентности личности, помочь обучающемуся овладеть методами сбора и накопления информации, а также технологией ее осмысления, обработки и практического применения.
Объектом исследования  являются интеллектуальные и личностные качества обучающихся, их технические способности, конструкторские умения и навыки.
Предметом – процесс развития логического мышления, развитие  познавательно-исследовательской, конструктивной деятельности и технического творчества посредством легоконструкторов.
Задачи:

•  Развитие интереса к моделированию и конструированию, стимулирование научно-технического творчества.
•  Формирование  пространственного и логического мышления, умения анализировать предмет, выделять его характерные особенности, основные части, устанавливать связь между их назначением и строением.
•  Развитие умения применять свои знания при проектировании и сборке конструкций.
• Формирование   познавательной активности, воображения, фантазии и творческой инициативы.
• Развитие мелкой и крупной моторики, ориентировки в пространстве.
•  Совершенствование коммуникативных навыков обучающихся при работе в паре, коллективе, распределении обязанностей.
• Развитие кругозора и культуры.
• Формирование   предпосылок  учебной деятельности: умения и желания трудиться, выполнять задания в соответствии с инструкцией и  поставленной целью, доводить начатое дело  до конца, планировать будущую работу.

Распределение деятельности между участниками педагогического процесса

Какие способы, методы и приёмы деятельности нам позволяет использовать эта «умная игрушка»?

Работая с этим конструктором индивидуально, парами или в командах, обучающиеся могут учиться,  создавая и программируя модели, проводя исследования, составляя отчёты и обсуждая идеи, возникающие во время работы с этими моделями.

Комплект заданий WeDo позволяет обучающимся работать в качестве юных исследователей, инженеров, математиков и даже писателей, предоставляя им инструкции, инструментарий и задания для межпредметных проектов. 

Обучающиеся собирают и программируют действующие модели, а затем используют их для выполнения задач, по сути, являющихся упражнениями из курсов естественных наук, технологии, математики, развития речи. 

Конструктор позволяет строить модели машин и животных, программировать действия («поведение») изделия. 

Комплект заданий WeDo предоставляет средства для достижения целого комплекса образовательных целей:

• Развитие технических способностей и творческого мышления при создании действующих моделей.
• Развитие словарного запаса и навыков общения при объяснении работы модели.
• Установление причинно-следственных связей.
• Анализ результатов и поиск новых решений.
• Коллективная выработка идей, упорство при реализации некоторых из них.
• Экспериментальное исследование, оценка (измерение) влияния отдельных факторов.
• Проведение систематических наблюдений и измерений.
• Использование таблиц для отображения и анализа данных.
• Построение трехмерных моделей по двухмерным чертежам.
• Логическое мышление и программирование заданного поведения модели.
• Написание и воспроизведение сценария с использованием модели для наглядности и драматургического эффекта

При отсутствии у многих детей практического опыта необходим первый этап обучения, на котором происходит знакомство с различными видами соединения деталей, вырабатывается умение читать технологические карты и взаимодействовать друг с другом в единой команде. В дальнейшем, однако, обучающиеся могут отклоняться от инструкций, «включая» собственную фантазию, которая позволит им создавать совершенно новые модели. Недостаток знаний для изготовления собственной модели при этом компенсируется возрастающей активностью и любознательностью учащегося, что выводит занятия на новый продуктивный уровень.           

Использование терминологии, заложенной в программе Конструктора, это обязательное условие при проговаривании всех действий, планировании и рефлексии деятельности, представлении и защите своих проектов.           

«Первые шаги». Цель данного раздела программы - познакомить обучающихся с основами построения механизмов и программирования.          

На этом этапе обучающиеся осваивают основные механизмы процесса передачи движения и преобразования энергии в машине, включая рычаги, зубчатые и ременные передачи; знакомятся с более сложными типами движения, использующими кулачок, червячное и  коронное зубчатые колеса; наблюдают зависимость повышения и понижения скорости движения, направления вращения; осваивают программное обеспечение Конструктора, а именно, упражняются в составлении и модификации программ, учатся управлять механизмами с помощью составленных программ, конструируют механизмы движения, программируют их работу, испытывают модели в действии, экспериментируют, исследуют и делают выводы.

Освоение механизмов движения и их программирования осуществляется в следующей последовательности:

• Первые шаги.

О сборке и программировании.

• Первые шаги 1-3.

Мотор и зубчатые колёса.

• Первые шаги 4-6.

Повышающие и понижающие зубчатые передачи. Датчик наклона.

• Первые шаги 7-10.

Шкивы.
• Первые шаги 11 и 15

Датчик расстояния и датчик наклона.

• Первые шаги 12, 13 и 14.

Коронное зубчатое колесо, червячное колесо, кулачок.

• Первые шаги 16-20

Цикл, Прибавить к Экрану, Вычесть из Экрана, Начать при получении письма, Маркировка.

При построении занятий используется метод исследований и эксперимента. После конструирования моделей обязательным этапом являлся этап обсуждения, проговаривания механизма движения, развития механизма сборки и программирования, исследования и умозаключений.

Базовый комплект включает 12 заданий – 12 моделей. В каждом задании обучающиеся занимаются технологией, сборкой и программированием. Все задания снабжены анимацией и пошаговыми сборочными инструкциями.            

Работа с каждой из 12-ти моделей LEGO® Education состоит из

4 этапов:

- установление взаимосвязей, 
- конструирование, 
- рефлексия,
- развитие.

Установление взаимосвязей

При установлении взаимосвязей обучающиеся как бы «накладывают» новые знания на те, которыми они уже обладают, расширяя, таким образом, свои познания. К каждому из заданий комплекта в программе Конструктора прилагается анимированная презентация с участием фигурок героев – Маши и Макса. Эти анимации используются, чтобы проиллюстрировать занятие, заинтересовать обучающихся, побудить их к обсуждению темы занятия. 

Конструирование          

Учебный материал лучше всего усваивается тогда, когда мозг и руки «работают вместе». Работа с конструктором Перворобот LEGO®WeDo™ строится на принципе практического обучения: сначала обдумывание, а затем создание моделей, используя пошаговые инструкции. 

Рефлексия        

На данном этапе обучающиеся исследуют, какое влияние на поведение модели оказывает изменение ее конструкции: они заменяют детали, проводят расчеты, измерения, создают отчеты, проводят презентации своих моделей. На этом этапе вновь используется приём проговаривания устройства механизма движения действующей модели. Обучающиеся объясняют, как работает их конструкция, что приводит её в движение. 

Развитие 

В этап «Развитие» для каждого занятия включаются идеи по созданию и программированию моделей с более сложным поведением. Обучающиеся создают свои программы, демонстрируют свои проекты друг другу. 

Результаты деятельности

 Занятия конструированием, программированием, исследованиями, а также общение в процессе работы с конструктором Перворобот LEGO®WeDo™ способствовали интеллектуальному развитию учащихся, позволили во многом реализовать задачи образовательных стандартов. Интегрирование различных школьных предметов во внеурочном курсе ЛЕГО открыло возможность для реализации новых образовательных концепций, овладения новыми навыками и расширения круга интересов:

1. Ребята изучили и освоили процессы передачи движения и преобразования энергии в модели.
2. Научились создавать и программировать модели с целью демонстрации знаний и умения работать с цифровыми инструментами и технологическими схемами; модифицировать поведение модели за счёт изменения её конструкции.
   3. Научились создавать и представлять свои технические проекты лего-моделей Конструктора с использованием соответствующего словаря. 

В своей работе мы использовали 9580, 9585  конструктора ПервоРобот LEGO® WeDo™ (LEGO Education WeDo Construction Set). Используя этот конструктор, ученики строили лего-модели, подключали их к ЛЕГО-коммутатору и управляли ими посредством компьютерных программ.

Литература и оборудование

• ПервоРобот LEGO ® WeDo ™ Книга для учителя – электронный вариант
• Конструктор ПервоРобот LEGO® WeDo™ (LEGO Education WeDo).
• Программное обеспечение LEGO ® EducationWeDo ™