автор: Новгородская Елена Юрьевна
Воспитатель ГБОУ Школа № 2200
Знакомство дошкольников с образовательным модулем «Робототехника» в парциальной модульной программе «STEM-образование детей дошкольного возраста»
Знакомство с образовательным модулем «Робототехника» в парциальной модульной программе «STEM-образование детей дошкольного возраста»
Робототехника — это техническое творчество, первый шаг к изобретательской и конструкторской деятельности. Важное направление развития, которое охватывает все этапы современного образования, начиная с дошкольного возраста. Робототехника считается одним из важнейших направлений развития современных детей.
Древнегреческий инженер-механик Архит Тарентский разработал уникальную для его века вещь – механического голубя. Создание этого чудо-механизма, в «живом воплощении» датируется — 400г до н.э.
Люди грезили о роботах давно. Прообразами роботов можно назвать механические фигуры, созданные арабским учёным и изобретателем Аль-Джазари (1136—1206). Так, он создал лодку с четырьмя механическими музыкантами, которые играли на бубнах, арфе и флейте.
Слово «робот» придумано чешским писателем Карелом Чапеком и его братом Йозефом. Впервые употреблено в пьесе «Р. У. Р.» («Россумские универсальные роботы», 1920).
Более подробно о робототехнике и ее связи с историей можно прочесть в книге Макарова И.М. и Топчеева Ю.И. «Робототехника: история и перспективы», где подробно и легко рассказывается об истоках современных роботов и о том, что ждёт эту науку в будущем.
Сегодня уже всем очевидно, что мир будущего – это мир роботов и технических систем. На занятиях по робототехнике дети собирают роботов на базе программируемых роботов, конструкторов и устройств. Для собранных механизмов составляется программа, благодаря которой робот «оживает».
В детском саду робототехника является важным аспектом не только развития интеллектуальных способностей, но и пропедевтики дальнейшего изучения школьных предметов и практическое знакомство с такими понятиями как графики, алгоритмы, циклы, многозадачность, скорость, мощность и др.
Занятия робототехникой помогает в решении многих задач развития детей дошкольного возраста, прежде всего, в развитии высших психических функций: внимания, памяти, мышления (логического, пространственного, алгоритмического, эвристического), воображения и творческих способностей, моторики, коммуникативных способностей.
Трудно указать область человеческой деятельности, где не применялось бы конструирование и моделирование, на которых базируются и занятия робототехникой.
Конструирование – процесс создания модели, машины, сооружения, технологии с выполнением проектов и расчётов. Конструировать можно по образцу, по условиям и по замыслу. При конструировании используются чертежи, рисунки, расчеты, схемы.
Моделирование – вид конструирования. В результате процесса конструирования и моделирования получаются готовые объекты – изделия, модели, макеты. Любой объект может быть смоделирован с использованием самых различных материалов и техник.
Образовательный модуль «Робототехника» (Аверин С.А., Теплова А.Б. Бином. Лаборатория знаний, 2019) является одним из шести модулей, структурирующих парциальную модульную программу «STEM-образование детей дошкольного и младшего школьного возраста» (Волосовец Т.В., Маркова В.А., Аверин С.А. Бином. Лаборатория знаний, 2018).
В зависимости от возраста детей происходит постепенное усложнение деятельности как в конструировании, так и в управлении сконструированными роботами. Постепенно дети переходят от простой сборки модели по образцу, дифференциации движения робота для его механического перемещения, освоения азов лого-программирования с помощью простых кубиков в младшем дошкольном возрасте к программируемым системам управления роботами с разнообразными датчиками, которые осуществляют старшие дошкольники с помощью компьютеров или электронных планшетов.
Наборы, представленные в модуле, помогают детям освоить робототехническое конструирование, познакомиться с основами механики и базовыми электронными компонентами, поэкспериментировать с датчиками (движения, расстояния, температуры и т.д.), узнать, что такое «алгоритм» (последовательность выполнения действий как при сборке робота, так и в процессе его «оживления»), получить первый опыт программирования, моделировать собственных роботов.
Задачей образовательного модуля «Робототехника» является не только умственное развитие в процессе робототехнического конструирования, но и познание ребёнком окружающего мира.
Задача взрослых – создание условий для активной познавательно-исследовательской деятельности детей и возникновения у них предпосылок технического творчества.
Апробация парциальной модульной программы «STEM-образование детей дошкольного и младшего школьного возраста» в образовательную практику проходит с 2017 года. В настоящее время Программа внесена в Навигатор образовательных программ дошкольного образования (https://firo.ranepa.ru/obrazovanie/fgos/184-obrazovatelniye-programmi doshkolnogo-obrazovaniya), что позволило образовательным организациям включать ее в основную образовательную программу своей организации.
Существует несколько моделей реализации программы «STEM-образование детей дошкольного и младшего школьного возраста» в педагогическом процессе ДОО. Опыт работы педагогов показал, что образовательный модуль «Робототехника», имеющий свою специфику, тоже может быть реализован в следующих моделях:
В обязательной части ООП ДОО как дополнение к образовательным областям.
Содержание детской деятельности с использованием робототехнических наборов рекомендуется совместить с разделом «конструирование». Можно включить робототехническое конструирование, как дополнение к основным занятиям по конструированию.
В обязательной части ООП ДОО в досуговой деятельности.
Данная модель предполагает посещение STEM-лаборатории или работу с роботами в групповом помещении в досуговое время.
Как платная дополнительная образовательная услуга за рамками ООП.
Образовательный модуль «Робототехника» может быть реализован как программа дополнительного образования, реализуемая за рамками ООП ДОО.
Организационно–педагогический инструментарий освоения образовательного модуля «Робототехника»
| Возрастная группа |
Образовательные задачи | Необходимое
оборудование |
Элементы педагоги-
ческой технологии (организацион- но-методический инструментарий) |
| Младшая группа
(3–4 года) |
– знакомство с понятием «алгоритм»;
– первичное знакомство с символикой (кнопкой, стрелкой, цветной плашкой); –первый опыт линейного программирования; –установление причинно-следственных связей между командой и движениями робота (символ – действие); –развитие способов элементарного планирования и его озвучивания; –развитие воссоздающего воображения; |
-программируемый робот «Bee-Bot», — кубики для визуальной алгоритмизации «Кубо-Бот», -коврики для программируемого робота «Bee-Bot» различного содержания, -насадки для крепления пишущего инструмента к программируемому роботу «Bee-Bot», -Экспресс «Юный программист» Lego Duplo; |
-дидактические
игры, в которых решение дидактической задачи связано с поиском видовых и родовых признаков сходства предметов; -сюжетные игры (по мотивам сказок и знакомых сюжетов); -использование детьми робототехнического оборудования в самостоятельных играх в STEM-лаборатории; -постановка и решение вопросов поискового характера; -наблюдения, эксперименты; -сотрудничество взрослых и детей (вместе изучают робота методом проб и ошибок, действия поочереди, дети «учат» педагога или родителей и др). |
| Средняя
группа (4–5 лет) |
– умение конструировать роботов
по элементарным схемам; – освоение системы пазового крепления деталей со сквозным эффектом; – освоения алгоритмов как в процессе конструирования, так и в процессе оживления робота; – классификация роботов по различным признакам: по принципу оживления, по выполняемым функциям, по способам конструирования; – знакомство с основами механики и базовыми электронными компонентами: пульт управления, датчик, ось, штифт и т.д.; – знакомство с основами цикличного программирования (на базе программируемого робота «PRO-BOT» |
– программируемый
робот «PRO-BOT»; -серия робототехнических конструкторов «My robot time» («Hand», «Sensing 1.2», «Story», «Exiting»); – программируемый робот «Botzees»; |
В дополнение к используемым ранее:
-работа в малой группе; – использование проектного метода с использованием ситуации самостоятельного поиска; -проблемные ситуации; –съемка мультфильмов по сюжетам с со- бранными роботами (как фиксированный результат деятельно- сти |
| Старшая и подготовительная
группа (5–7 лет) |
-развитие способности к практическому и умственному конструированию;
-моделирование (предметно-схематические модели); -работа с алгоритмами: умение выстраивать свой алгоритм в соответсвии с целью, умение «читать» чужой алгоритм и находить ошибки в очередности действий; -создание роботов как на основе предложенных схем, так и самостоятельно на основе собственного замысла; -речевое планирование и речевое комментирование деятельности по созданию и оживлению роботов; -ориентирование и умение пользоваться универсальными знаковыми системами (символами); -умение программировать робота с использование ПК; -развитие творческого воображения; -способность к оригинальности, вариативности, гибкости, готовность к спонтанным решениям, мобильно оперировать известными способами деятельности в новых условиях, выходить за пределы заданной ситуации; -сериация роботов по частным, и классификация по общим признакам (по наличию датчиков системы программирования); – знакомство с искусственным интеллектом (на базе интеллектуальных колонок); – работа в команде: умение устанавливать устойчивые контакты со сверстниками, совершать совместные действия для достижения общей цели; -умение вести свободный диалог со взрослыми и сверстниками, адекватно реагируя на альтернативные точки зрения; -адекватная оценка результатов своей деятельности по сравнению с другими детьми, готовность исправить допущенные ошибки. |
– Мини-робот Blue-Bot «Пчёлка» (с прозрачным корпусом);
– конструктор «ROBOTIS PLAY 300 DINOs» (Динозавры); – конструктор «ROBOTIS PLAY 600 PETs» (Домашние животные); – конструктор «Мое время для робототехники. Brain А» – набор робототехники «Малыш 2» (программные алгоритмы сборки с пультом управления); – базовый набор LEGO Education WeDo 2.0; – интеллектуальный робот «Емеля» – умная колонка (Алиса или Маруся); – электронное устройство (ноутбук, планшет, смартфон). |
В дополнение к используемым ранее:
– в основе работы – проектный метод (создание ситуаций познавательного и художественного поиска), в том числе семейные проекты; – работа в малых группах, в команде, сформированной педагогом и детьми самостоятельно; – расширение тема- тики сюжетных игр с использованием сконструированных и программируемых роботов (космическое путешествие, конструкторское бюро, телестудия и др); -участие в соревнованиях и конкурсах различного уровня; -метод тьюторства: помощь малышам в освоении робототехники; – самостоятельное создание и мультсъемка пошаговых схем сборки авторских роботов и конструкций. |
В образовательном модуле «Робототехника» представлены различные программируемые роботы и робототехнические наборы и конструкторы.
«Bee-Bot» – это программируемый робот, предназначенный для детей от 3 лет. Робот «Bee-Bot» («Пчёлка») популярен и любим детьми за простое управление и симпатичный дизайн. Этот яркий, красочный и дружелюбный маленький робот является замечательным инструментом для игры и освоения начал программирования. Робот «Bee-Bot» не содержит этапа конструирования, в основе оживления робота лежит алгоритм сочетания кнопок – векторов движения робота. Для этого используются игровые поля, расчерченные на клетки 15×15 см (равными шагу робота) с изображением различных предметов и сюжетов. Определение детьми очередности нажатия кнопок представляет собой первые шаги программирования. Набор символов представлен стрелками, указывающими направление движения робота.
Малыши не всегда могут удержать в памяти несколько стрелок, путают их количество и очередность, поэтому мы рекомендуется использовать игровой комплект, в который, кроме «Пчёлок», входят кубики «Кубо-Бот», с нанесёнными на них командами-символами, визуализирующими управление роботами «Bee-Bot». Ребёнок сначала выкладывает путь робота с помощью кубиков, а затем переносит на соответствующие кнопки. Это способствует установлению причинно-следственных связей между командой и движениями робота по принципу «символ – действие – реакция робота».
Следующим робототехническим набором для детей младшей группы является Экспресс «Юный программист» Lego Duplo. В нем тоже нет этапа конструирования робота, но есть этап сборки железной дороги, по которой и передвигается робот-локомотив с вагончиками. Программирование, то есть передвижение и выполнение локомотивом различных функций, осуществляется с помощью символов – цветных плашек. Плашка одного цвета предполагает одно действие, например, плашка белого цвета, поставленная ПЕРЕД поездом на железнодорожные пути, означает, что локомотив должен посигналить фарами, плашка красного цвета означает звуковой сигнал и т.д. Если, играя с «Пчёлкой», дети выстраивали её путь стрелками «одна за другой», то в играх с «Юным программистом» необходимо учитывать игровую ситуацию. Например, синюю плашку, означающую заправку поезда, необходимо устанавливать ПОСЛЕ заправочной станции, чтобы поезд мог к ней подъехать, а плашку, означающую реверсный ход, на развилке, чтобы поезд не двинулся по Компьютерное программирование (процесс создания компьютерных программ) основывается на использовании языков программирования. Самые распространенные языки программирования: С++ (Си-плюс-плюс), Python (Пайтон или Питон), Visual Basic (Вижуал Бейсик) и другие предполагают работу с командами, закодированными в виде различных символов. На основе программируемых роботов «Bee-Bot» и Экспресс «Юный программист» дети младшей группы осваивают два вида команд с различными символами: кнопку со стрелками и цветную плашку, которую робот «читает» на основе датчика цвета.
В средней группе, наряду с усложнением образовательных задач, развивающая среда пополняется робототехническим оборудованием. Так, среди программируемых роботов, которые не содержат этапа конструирования, целесообразно использовать робота «Pro-Bot».
Одной из задач в компьютерном программировании является создание циклов. Основная идея большинства программ – это повторяемость. В качестве примера можно рассмотреть банкомат, где все пользователи систематически повторяют одни и те же операции (вставили карту, ввели пин-код, выбрали операцию, выполнили, завершили ее, забрали карту и т.д.).
Усложнения в программировании робота «Pro-Bot» заключаются в том, что движение робота в виде машинки с отверстием для пишущего инструмента обеспечиваются не последовательным нажатием кнопок со стрелками, как это происходит с «Пчёлкой», а цикличным. Кнопка со стрелкой, указывающей направление движения, нажимается один раз, а количество шагов в данном направлении определяется кнопкой с цифрой.
Именно она регулирует количество шагов робота в указанном направлении. Кнопка со стрелкой, обозначающей другое направление, может иметь другое количество шагов, регулируемых кнопкой с изображением другой цифры. Таким образом, две кнопки – стрелка и цифра – образуют простой цикл в траектории движения робота, которую создает ребёнок самостоятельно Кроме того, весь спектр программирования робота «Pro-Bot- Bot» содержит и циклы, и последовательные команды, и процедуры. Последовательные команды имеют параметры, позволяющие определять, на сколько сантиметров сделать движение вперёд или назад и на какой угол повернуть. Но эти задачи решаются уже старшими дошкольниками.
Образовательный модуль «Лего-конструирование» знакомит детей с пазовой системой крепления деталей. Усложнение в этом возрасте заключается в том, что дети от «глухой» системы пазового крепления линейки Lego Duplo переходят к «сквозной», характерной для робототехнического конструирования.
Одним из первых робототехнических конструкторов является линейка робототехнических конструкторов «My robot time. HUNA». В нее входят конструкторы «Hand», «Sensing 1.2», «Story».
Уникальный робототехнический конструктор HUNA представляет собой линейку наборов, комплектация которых рассчитана на разные уровни подготовки. От простейших наборов с минимумом электроники, до сложных конструкторов, позволяющих изучать и использовать основы программирования и управления роботами. Отличительной особенностью конструкторов HUNA является наличие деталей, которые можно присоединять друг к другу с шести сторон, что расширяет возможности конструирования и позволяет самостоятельно придумывать и собирать ещё больше различных моделей. В начале конструирования роботов акцент делается на процессе сборки: умении «читать» алгоритм сборки по схеме, лучше на бумажном носителе: детям 4–5 лет еще сложно работать по схеме с экрана ПК. Поэтому процесс оживления робота прост – робот двигается в рамках заложенной программы с помощью простого моторчика на аккумуляторных батарейках и контроллера (электронное устройство управления в электронике и вычислительной технике, которое используется, чтобы подключать различные периферийные устройства, например, датчики), приводящего его в движение. Функции
каждого собранного робота заложены в конструкции: утёнок крякает и передвигается
характерным образом, собачка лает и подпрыгивает, паровоз едет и гудит, и т.д. Играя с собранными роботами, дети продолжают знакомство с датчиками. Датчик
цвета, с которым они познакомились в наборе Экспресс «Юный программист», присутствует и в конструкторах «Sensing 1.2», «Story», но здесь добавляется датчик края, который не позволяет роботу падать со стола, если он доехал до края столешницы.
Уникальность наборов HUNA заключается в их универсальности – все конструкторы совместимы между собой, что дает неограниченные возможности в вариативном конструировании,
Со старшими дошкольниками можно использовать модификацию «Пчёлки» – программируемого робота «Blue-Bot» в прозрачном корпусе. Вариант прозрачного корпуса позволяет старшим дошкольникам видеть все происходящее на материнской плате, в частности, работу световых индикаторов. Наблюдение за «внутренностями» робота дает визуальное представление о самой системе процессора (дети говорят «коробочки»), обеспечивающего функции робота.
В этом возрасте активно используются робототехнические конструкторы «ROBOTIS PLAY 300 DINOs» (Динозавры), и «ROBOTIS PLAY 600 PETs» (Домашние животные). Это очень простые конструкторы с заложенной программой управления роботами с помощью контроллера. В старшем дошкольном возрасте линейка конструкторов HUNA усложняется и преимущественно представлена конструктором «Мое время для робототехники. Brain А». Способы конструирования не отличаются от конструкторов этой линейки, с которыми
дети играли в предыдущей возрастной группе, но изменяется система программирования роботов. Она осуществляется с помощью набора магнитных карт, запрограммированных (закодированных) на определенные функции роботов.
Робототехнический комплекс РОБОТРЕК представлен конструктором «Малыш-2» – для занятий с детьми от 5 до 7 лет. Конструкторы позволяют детям получить элементарное представление о науке и технике, осуществлять движение собранных моделей по сложным траекториям. Проектная деятельность с конструкторами РОБОТРЕК формирует необходимые умения, которые станут основой для дальнейшей работы в сфере робототехники в младшей школе.
К окончанию дошкольного возраста проекты с робототехническим конструктором «Малыш-2» могут проходить с использованием обруча «Нейротрек» (нейрообруча). «Нейротрек» содержит электронную схему с датчиками, которые способны регистрировать импульсы головного мозга. Сигналы с датчиков нейрообруча передаются на контроллер «Трекдуино» (управляющую электронную плату «Малыша-2») и далее могут через несложную заранее установленную (предустановленную) программу управлять движением собранных моделей роботов (как это происходит с сигналами с традиционных датчиков движения, света, цвета, звука и т.п.).
Педагоги при использовании нейрообруча «Нейротек» привлекают родителей. Активное взаимодействие с родителями может проявляться в форме семейных проектов, участия в различных конкурсах и соревнованиях, в том числе федерального уровня, таких как «Робофест», «ИКАРенок»,
«Робо-kids» и другие. Эта возможности обусловлены возрастными особенностями старших дошкольников, которые, в отличие от малышей, уже умеют реально оценивать результаты своей деятельности по сравнению с другими детьми и готовы исправлять допущенные ошибки, преобразовывать и совершенствовать созданных роботов.
