МОДЕЛЬ ОРГАНИЗАЦИИ ВНЕУРОЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОБУЧАЮЩИХСЯ 5-9-ЫХ КЛАССОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РОБОТОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ И СРЕД ПРОГРАММИРОВАНИЯ

Аннотация: в статье описывается модель внеурочной деятельности с использованием робототехнического оборудования и сред программирования, рекомендуемая к использованию при организации внеурочной деятельности с обучающимися 5-9-ых классов.Ключевые слова: робототехника, внеурочная деятельность, программирование.

Робототехника – относительно новый элемент содержания, обладающий широким спектром образовательных возможностей, с другой стороны – отражающей современные тенденции в технологической сфере, в частности, появление конвергентных технологий. Внедрение робототехники в систему образования во всех существенных чертах напоминает внедрение в образование информационных и коммуникационных технологий в 80 – годах прошлого века. В частности, как и в случае ИКТ, робототехника выступает и как предмет, и как средство обучения.

В настоящее время накоплен значительный опыт освоение робототехники в рамках кружков, конкурсов и пр. Вопросы, связанные с формированием и развитием робототехники, её определения и применения в условиях школьного образования рассмотрены в работах: Л. Л. Босовой, Я. А. Ваграменко, Н.  Н.  Самылкиной, В. В. Тарапаты, Д. Г. Копосова, С. А. Филиппова и др.

Вместе с тем, одной важнейших задач на сегодняшний день является встраивание робототехники в содержание предметных областей, прежде всего в предмет «Информатика». Робототехника включена в Примерную основную образовательную программу основного общего образования [1].

 Обращаем внимание на тот факт, что большинство предметных результатов относится к вариативной части. Вариативная часть ООП может быть реализована через часы внеурочной деятельности, выделяемые на проектную деятельность или робототехнику. Данный вариант один из самых популярных в настоящее время. Он позволяет раскрыть возможности робототехники и заинтересовать всех участников образовательного процесса.

В настоящее время разработан комплект материалов, позволяющих провести интеграцию раздела «Робототехника» в содержание курса информатики: УМК Л. Л. Босовой (5-9 классы), УМК И. А. Калинина и Н. Н.  Самылкиной (10-11 классы. Углубленный уровень), УМК К. Ю. Полякова и Е. А. Еремина (Расширенный вариант программы 7-9).

Внеурочная деятельность является не­отъемлемой частью ­образ­овательн­ог­о процесса и осуществляется в ф­ормах, ­отличных ­от классно-ур­очн­ой системы. При реализации св­оих задач, ­она ­одн­овременн­о направлена на д­остижение планируемых результат­ов ­осв­оения ­осн­овн­ой ­образ­овательн­ой пр­ограммы ­образ­овательн­ог­о учреждения. Внеур­очн­ая деятельность с­оздает дополнительные в­озм­ожн­ости для самореализации и тв­орческ­ог­о развития кажд­ог­о обучающегося.

Согласно концепции ФГОС внеурочная деятельность становится частью учебной деятельности и вместе с обязательными предметами участвует в процеесе обучения и достижения обучающимися образовательных результатов. ФГОС «­отдают» внеур­очн­ой деятельн­ости в начальн­ой шк­оле 20%, в средней — 30%, в старшей — д­о 40% учебн­ог­о плана.

Все это говорит о том, что внеурочную деятельность с использованием робототехники необходимо рассматривать в контекасте целей и задач, которые решаются в общеобразовательном курсе информатики.

На сегодня существует большое количество программ внеурочной деятельности по робототехнике, разработанных учителями образовательных организаций и педагогами дополнительного образования. В ходе анализа нами установлено, что большинство из них построено на основе программы учебного курса по выбору «Первый шаг в робототехнику» М. С. Цветковой и О. Б. Богомоловой [4], учебного пособия С. А. Филиппова «Робототехника для детей и родителей» [5], или на базе методических рекомендаций, созданных разработчиками робототехнических конструкторов.

В настоящее время накоплен интересный и ценный опыт изучения робототехники обучающимися различных возрастных категорий и степени подготовленности. Однако, этот опыт далеко не всегда может быть использован для решения актуальной на сегодняшний день задачи — внедрения робототехники в содержание общеобразовательных предметов, прежде всего предмета «Информатика» [2].

Наш подход к построению методики организации внеурочной деятельности по информатике основан на следующих положениях:

• внеурочная деятельность строится системно, на основе методических подходов, реализуемых при организации внеурочной деятельности в 5-9-ых  классах;
• внеурочная деятельность рассматривается как своеобразный «полигон» отработки методических решений, которые могут быть перенесены в общеобразовательный курс информатики. Это касается, в частности, освоение освоения учащимися полного цикла решения задачи, которое является одной из целей общеобразовательного курса информатики;
• внеурочная деятельность умножает усилия учебного предмета по достижению предметных и метапредметных образовательных результатов, в частности в формировании универсальных учебных действий;
• внеурочная деятельность позволяет отработать межпредметные связи информатики и современного курса технологии.

Разработанная нами модель внеурочной деятельности по информатике с использованием робототехники включает 4 взаимосвязанных компонента:

• целевого компонент модели определяет цели, достигаемые в ходе реализации внеурочной деятельности с применением робототехники;
• содержательного компонент модели определяет деятельность в рамках предметной области информатики;
• методического компонент определяет конкретные методические подходы, направленные на достижение поставленных целей в рамках определенного содержания.
• контрольно – оценочного компонента определяет и конкретизирует этапы, методы, систему проведения контрольных и оценочных мероприятий.

Модель организации внеурочной деятельности с использованием робототехнического оборудования и сред программирования приведена на рисунке №1. При реализации данной модели у обучающихся 5-8-ых происходит дальнейшее развитие универсальных учебных действий (УУД).

Рис. 1. Модель организации внеурочной деятельности с использованием робототехнического оборудования и сред программирования

Согласно А.Г. Асмолову, Г.В. Бурменской, И.А. Володарской, О.А. Карабановой, Н.Г. Салминой УУД трактуется как «умение учиться», т. е. как спос­обн­ость субъекта к сам­оразвитию и сам­ос­овершенств­ованию путем с­ознательн­ого и активн­ог­о присв­оения н­ов­ог­о с­оциальн­ог­о ­опыта. В узк­ом значении эт­от термин ­означает с­ов­окупн­ость сп­ос­об­ов действий учащег­ося, ­обеспечивающих ег­о сп­ос­обн­ости к сам­ост­оятельн­ому усв­оению н­овых знаний и умений. В «Программе развития универсальных учебных действий» выделяется пять видов УУД: личностные, регулятивные, познавательные, знаково-символические и коммуникативные.

В настоящее время существует ряд исследований, посвященных теории и методике формирования УУД на разных ступенях обучения: Э. В.  Миндзаевой, И. В. и др.

В исследованиях Э.В. Миндзаевой показано, что практически все универсальные учебные действия, так или иначе связанны с информационной деятельностью, также определены двенадцать основных универсальных учебных действий, в той или иной форме присущие всем пяти блокам УУД.  Эти действия таковы: выделять, называть, читать, описывать, объяснять, формализовать, моделировать, создавать, оценивать, корректировать, использовать, прогнозировать.

Указанные выше универсальные учебные действия объединим в несколько групп. Необходимость этого обуславливается тем, что УУД у обучающихся развиваются параллельно и комплексно в процессе практико-ориентированной деятельности с использованием робототехники и сред программирования.

В группу №1 войдут УУД, связанные с деятельностью по подготовке к выполнению проекта: выделять, называть, читать, прогнозировать.

Группа №2 будет состоять из УУД, связанных с деятельностью по разработке устройства или программы: формализовать, моделировать, создавать и корректировать.

Группа №3 включает УУД, связанные с анализом выполнения проектной работы: объяснять, описывать, использовать, оценивать.

Текущий уровень сформированности УУД входящих в группы можно определить на основе анализа проектных работ, выполненных обучающимися в рамках реализации предложенной модели.

Согласно модели Программы развития универсальных учебных действий формирование УУД должно осуществляться по следующей схеме:

• выделение предметных дисциплин, наиболее адекватных для формирования конкретных видов универсальных учебных действий;
• определение конкретной формы универсального учебного действия, применительно к предметной дисциплине;
• разработка системы задач, решение которых обеспечит формирование заданных свойств универсальных учебных действий.

Данная схема задает стратегию формирования и развития УУД, в частности в рамках внеурочной деятельности учащихся на основе конструирования, программирования и управления робототехническими устройствами.

При этом задачи должны быть разноплановыми, отражающими различные способы деятельности (интеллектуальной и практической), что позволит подготовить учащихся к самостоятельной постановке задач, принятию решений по их реализации в своей практической деятельности и, в конечном итоге, к выбору личной образовательной траектории [3].

В рамках внеурочной деятельности с использованием робототехники целесообразно использовать следующие типы задач:

• коммуникативно-творческие задач: распределение обязанностей при выполнении учебного проекта;
• задачи на разработку алгоритмических и эвристических предписаний: разработка алгоритма, технологии; выявление наиболее эффективных эвристических предписаний, правил;
• задачи на конкретизацию постановки задачи: уточнение цели, условий, требований и ограничений;
• задачи на управление: планирование деятельности, выбор способа деятельности, нормирование времени деятельности, выбор процедуры контроля деятельности, оценка результата деятельности.

Общей для всех типов заданий является технология их решения, которая состоит из этапов, обозначенных на слайде:

1. Анализ задания и определение этапов реализации.
2. Проектирование и моделирование робототехнического изделия.
3. Конструирование робототехнического изделия (в том числе с помощью конструктора и визуальных средств).
4. Определение начальных данных и конечного результата: что «дано» и что требуется «получить».
5. Разработка алгоритма реализации роботом заданного результата
6. Реализация алгоритма (в том числе с использованием визуальных средств, создание прототипа).
7. Тестирование робототехнического изделия.
8. Отладка и оценка полноты и точности выполнения задания роботом.

Именно умения самостоятельно поставить задачу, найти метод ее решения, построить алгоритм, то есть описать последовательность шагов, приводящих к необходимому результату (или применять уже готовые программные продукты), правильно оценить и использовать полученный результат, делают человека по-настоящему готовым к жизни в современном, быстроменяющемся мире. В процессе решения задач формируется язык, общий для многих научных областей. В процессе освоения этой технологии формируются и развиваются все УУД.

В целом, вся структура, направленная на формирование и развитие заданных видов УУД представлена на рисунке 2.

Рис 2. Граф взаимосвязей формируемых УУД и этапов технологии решения задач с использованием робототехнического оборудования

Содержание обучения построено в соответствии с модульным принципом и разделено на концентры «Робототехника» и «Программирование». При этом соблюдаются следующие требования к построению содержания:

1. Универсальность – модули являются инвариантными к используемому учебно-лабораторному оборудованию и робототехническим конструкторам, а также к общетеоретическому материалу.
2. Совместное изучение робототехники и программирования – обучающиеся не только конструируют робототехническое устройство, но и разбирают алгоритмы их работы. Также предусмотрены модули для изучения визуальных сред программирования и основных алгоритмических конструкций.
3. Возможность построения индивидуальных траекторий для учащегося или группы обучающихся – педагог определяет сам порядок изучения модулей, учитывая индивидуальные особенности обучающихся.
4. Использование проектной деятельности – включение в каждый раздел примерных заданий для проектной деятельности обучающихся.
5. Масштабируемость – возможность расширения объема часов за счет использования педагогом дополнительных материалов (в том числе и для организации проектной деятельности).
6. Открытость – возможность добавления модулей при условии соблюдения принципа единства структуры и учебных целей.

 Сформулированный подход реализуется в модулях организации внеурочной деятельности с применением робототехнического оборудования и сред программирования 5-9-ых классов. Примеры учебных модулей для каждой из ступеней обучения приведены в таблице №1.

Таблица №1
Модули внеурочной деятельности, рекомендуемые к реализации в 5-9-ых классах

При изучении модулей курса внеурочной деятельности «Робототехника шаг за шагом» происходит знакомство с теоретическими основами процесса проектирования, конструирования и программирования на примере полного цикла разработки проектов с использованием робототехнического оборудования; формирование методических и информационно-технологических навыков необходимых для планирования, конструирования и создания робототехнических устройств, построенных на базе различных платформ; практическое конструирование робототехнических устройств.

При освоении модуля с целью формирования у обучающихся универсальных учебных действий целесообразно придерживаться следующих методических подходов.

Все занятия модуля можно разделить на три блока:

• вводное занятие (1-2 академических часа);
• изучение возможностей робототехнического оборудования (от 10 до 28 академических часов);
• разработка и защита индивидуальных проектов или решение творческих задач (2-4 академических часа).

На первом. вводном, занятии обучающиеся знакомятся с основными понятиями и объектами, изучаемыми в модуле, основными возможностями изучаемого программного или аппаратного обеспечения. Необходимо использовать методы эвристической беседы или лекции с элементами проблемного обучения. Это будет способствовать формированию у обучающихся УУД, связанных с объяснением и оценкой, используемых средств ИКТ.

При изучении возможностей робототехнического оборудования и программного обеспечения рекомендуется придерживаться следующей схемы организации и проведения занятия, представленной на слайде. Таким образом, при проведении занятий второго микромодуля у обучающихся формируется комплекс универсальных учебных действий.

Третий блок позволяет подвести итоги изучения модуля и направлен на формирование у обучающихся комплекса УУД на среднем и высоком уровне. Одним из эффективных способов формирования УУД является учебно-исследовательская и проектная деятельности. Таким образом, процесс создания полноценного проекта способствует реализации компетентностного подхода в обучении, способствует формированию универсальных учебных действий.

Основной метод, который используется при изучении робототехники, — это метод проектов. Под методом проектов мы понимаем технологию организации образовательных ситуаций, в которых учащийся ставит и решает собственные задачи, и технологию сопровождения самостоятельной деятельности учащегося.

При организации проектной деятельности целесообразно придерживаться понимания термина «проект», который зафиксирован в ГОСТ (ГОСТ Р 54869–2011. Требования к управлению проектом). Это позволит сформировать культуру проектной деятельности, которая является одной из важнейших задач современного образования.

Согласно современным требованиям к проектной деятельности, проект состоит из уникального набора процессов. Процессы состоят из координируемых и контролируемых работ с датами начала и окончания (сроки), которые выполняются для достижений целей проекта.

Контрольно-оценочный компонент модели определяет формы и методы, используемые проведении входного, текущего и промежуточного контроля, а также порядок оценивания проектных и исследовательских работ обучающихся, выполненных в ходе реализации модулей курса. Используемые формы и методы позволяют провести диагностику уровня сформированности выделенных УУД до и после обучения.

При реализации модели рекомендуем использование в качестве входного контроля анкетирование. Целью анкетирования является выявление интересующих обучающихся направлений.

Основной формой промежуточного и итогового контроля является анализ выполнения обучающимися индивидуальных проектов. Для оценки степени сформированности универсальных учебных действий, можно использовать метод разложения проекта, отчетных работ, аналогичный оцениванию комплексной контрольной работы в школьном образовании. Оценка производится в процессе защиты учащимися проектных работ, а также по итогам анализа подготовленных описаний проектов.

Процесс создания проектов направлен на освоение выделенных групп универсальных учебных действий и посредством этого достижения личностных и метапредметных результатов. В процессе проектирования у обучающихся формируется вся система универсальных учебных действий, сформулированных в ФГОС.

На основании итоговых баллов, полученных учащимися за проект можно определить общий уровень сформированности УУД. Соответствие итоговых баллов и общего уровня сформированности УУД приведено в таблице №2.

Таблица №2
Соответствие итоговых баллов и общего уровня сформированности УУД

Адаптивный уровень сформированности УУД соответствует минимальным входным требованиям. Этот уровень должен быть сформирован у обучающихся 5-ых классов и развиваться в дальнейшем процессе обучения. Будем ассоциировать данный уровень с базовым набором умений обучающихся, которые будут развиваться в дальнейшем.

Эвристический уровень — уровень, обязательный для всех обучающихся, завершивших обучение по курсу «Робототехника шаг за шагом». Соответствует способности обучающегося решать некоторые типовые задачи формируемой деятельности, отдельным способностям ориентироваться в условиях задачи, но, возможно, с неверным выбором или применением методов ее решения.

Творческий уровень сформированности УУД будем характеризовать способностью решать задачи любого уровня сложности разными способами с учетом существующих условий задачи.

Результатом реализации данной модели является изменение уровня развития УУД у обучающихся 5-9-ых классов. Степень развития универсальных учебных действий характеризуется переходом обучающихся от низкого к более высоким уровням сформированности УУД.

Предложенная модель получила практическую реализацию:

• в учебном процессе общеобразовательных организаций Московской области:
• МБОУ Гимназия №11 г. о. Балашиха;
• МБОУ «Лицей №4 г. Дмитрова»;
• МОУ СОШ №15 г.о. Балашиха.
• в курсах повышения квалификации разработанных соискателем совместно с научным руководителем М.И. Шутиковой:

1) Методика применения робототехнического оборудования при организации внеурочной деятельности учащихся 5-9-ых классов в условиях внедрения ФГОС ООО
2) Методика использования робототехнического оборудования Lego при организации внеурочной деятельности учащихся 5-7-ых классов (в форме стажировки)
3) Методика использования робототехнического оборудования Arduino при организации внеурочной деятельности учащихся 8-9-ых классов (в форме стажировки)
4) Методика использования робототехнического оборудования Moway при организации внеурочной деятельности учащихся 5-7-ых классов (в форме стажировки)

ЛИТЕРАТУРА:

1. Примерная основная образовательная программа основного общего образования Электронный ресурс. Режим доступа: http://window.edu.ru/resource/594/75594/files/Programmapdf (02.02.19).
2. Бешенков С.А., Шутикова М.И., Филиппов В.И. Опыт организации обучения с использованием робототехнического оборудования в образовательных системах Европы, США и России / Сибирский учитель. – 2018.- № 2(117) — с. 41-50. — URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=34883734 (дата обращения: 12.04.2019)
3. Бешенков С.А., Шутикова М.И., Лабутин В.Б., Филиппов В.И., Миндзаева Э.В. Конвергенция информатики и технологии как платформа современной интеллектуальной техносферы / Информатика и образование. — 2018. — №5(294). с. 3-6. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=35143846 (дата обращения: 11.04.2019)
4. Цветкова М. С., Богомолова О. Б. Информатика. Математика. Программы внеурочной деятельности для начальной и основной школы: 3–6 классы М.: Бином, 2014 г., 160 с.
5. Филиппов С. А. Робототехника для детей и родителей, СПб.: Наука, 2013. 320 с.