Формирование технического мышления учащихся 7-9 классов во внеурочной деятельности по технологии средствами образовательной робототехники

Размещено на http://www.allbest.ru

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы исследования. Современный этап развития человечества характеризуется тенденцией создания информационного общества, нацеленного на создание условий для развития технических способностей человека. Техническое мышление является одной из ключевых составля ющих технических способностей, ориентированных на инженерно-техническое восприятие мира. Ведущая роль в этой проблеме отводится образованию, ориентированному на формирование качеств личности, которые отвечают требованиям информационного общества.

Актуальность формирования технического мышления зафиксирована в современных Федеральных государственных образовательных стандартах (ФГОС). Дисциплины естественнонаучного и технического циклов влияют на успешное формирование и развитие технического мышления. Идея развития технического мышления является одной из центральных в школьном курсе «Технология». В содержание технологической подготовки учащихся входит подготовка неординарно мыслящей личности, способной ориентироваться в социуме, «включиться в свободное технологическое пространство», в мир труда и профессий, благодаря технологической грамотности обучающихся.

Содержание учебного предмета «Технология» с его проблемно ориентированными комплексными дисциплинами (экономика, эргономика, информатика, инженерная экология и др.) позволяет выработать у школьников творческий подход к будущей деятельности, научить мыслить творчески, комплексно, системно, продуктивно, уметь находить нужную информацию, решать сложные задачи, все, что обеспечивает постепенный процесс развития технического мышления.

В научной литературе проблема развития технического мышления рассматривается в педагогике, психологии. В работах A.B. Антонова, Б.А. Душкова, Е.А. Климова, Т.В. Кудрявцева, Б.Ф. Ломова, А.Ф. Эсаулова, И.С. Якиманской и других раскрываются экспериментальные и прикладные психологические и педагогические аспекты развития технического мышления учащихся. В работах O.A. Булавенко, М.М. Зиновкиной, М.В. Мухиной, В.Д. Симоненко, П.Ф. Филиппова и других рассматриваются педагогические условия развития технического мышления учащихся и студентов. Отдельные аспекты формирования технического мышления отражены в ТРИЗ - технологии решения изобретательных задач, разработанной Г.С. Альтшуллером.

Одним из средств развития технического мышления учащихся является робототехника. В Федеральном государственном образовательном стандарте к метапредметным результатам освоения основной образовательной программы в части формирования и развития у обучающихся общепользовательской компетентности в области использования новых технологий отнесены «умения рационально использовать широко распространенные инструменты и технические средства». Поэтому робототехника вошла в учебную программу школ.

Применение робототехники в образовательном процессе средней школы - новое направление в теории и методике технологической подготовки школьников образования. Обучение учащихся моделированию и сборке простейших роботов с применением специальных учебных конструкторов связывается в педагогических исследованиях с понятием «образовательная робототехника». В научной литературе данной проблемной занимались А.П. Алексеев, Л.Г. Белиовская, А.Н. Боголюбов, Д.М. Гребнева, Д.А. Каширин, Д.Г. Копосов, А.В. Литвин, А.С. Филиппов, В.Н. Халамов и др. технический мышление учащийся внеурочный робототехника

В большинстве случаев внимание уделяется вопросам организации робототехнического творчества учащихся в дополнительном образовании, на уроках информатики, физики. Задачи включения образовательной робототехники в систему общего образования, в том числе в учебный процесс по технологии, рассматриваются пока лишь в начальной стадии своей постановки и описания отдельных приемов реализации.

Анализ состояния проблемы внедрения образовательной робототехники в учебную и внеурочную деятельность учащихся в средней школе в рамках образовательной области «Технология» позволил выявить следующие противоречия:

- на социально-педагогическом уровне: между потребностью отечественной науки и практики в устойчивом развитии современного роботостроения, подготовкой высококлассных инженеров и специалистов для различных сфер науки и техники и реальным уровнем подготовки учащихся по данному направлению, не обеспечивающим необходимые условия для решения этой задачи;

- на научно-педагогическом уровне: между возможностью усиления политехнической направленности предметных курсов, в том числе технологии, за счет включения в их содержание элементов образовательной робототехники и сложившейся практикой ее преимущественного изучения в системе дополнительного образования, что обусловлено отсутствием в педагогической науке моделей применения робототехники в условиях основного и среднего общего образования, в том числе во внеклассной деятельности;

- на научно-методическом уровне: между необходимостью формирования у учащихся технического мышления, опыта учебной деятельности по робототехнике как востребованной составляющей содержания обучения в курсе технологии и традиционной организацией учебного процесса, для которого не разработана методика применения образовательной робототехники в процессе внеурочной деятельности в образовательной области «Технология».

Важность разрешения данных противоречий определяет актуальность настоящего исследования и позволяет сформулировать его проблему: как организовать процесс формирования технического мышления учащихся во внеурочной деятельности по технологии средствами образовательной робототехники?

В соответствии с указанной проблемой сформулирована тема исследования: «Формирование технического мышления учащихся 7-9 классов во внеурочной деятельности по технологии средствами образовательной робототехники».

Цель исследования: теоретически обосновать, разработать и апробировать программа формирования технического мышления учащихся 7-9 классов во внеурочной деятельности по технологии средствами образовательной робототехники.

Объект исследования: процесс формирования технического мышления учащихся 7-9 классов во внеурочной деятельности по технологии средствами образовательной робототехники.

Предмет исследования: программа формирования технического мышления учащихся 7-9 классов во внеурочной деятельности по технологии средствами образовательной робототехники.

Гипотеза исследования: процесс формирования технического мышления учащихся 7-9 классов во внеурочной деятельности по технологии средствами образовательной робототехники будет эффективным, если:

- разработана программа внеурочной деятельности;

- определены формы обучения учащихся (теоретические и практические занятия, проектная деятельность, соревнование);

- определены методы обучения учащихся.

В соответствии с целью и гипотезой исследования были сформулированы следующие задачи:

1. Проанализировать научно-методическую литературу по проблеме формирования технического мышления учащихся.

2. Рассмотреть формы и методы организации внеурочной деятельности по образовательной робототехнике.

3. Выявить уровень сформированности технического мышления учащихся 7-9 классов.

4. Разработать и реализовать в учебном процессе прогрумму по формированию технического мышления учащихся 7-9 классов во внеурочной деятельности по технологии средствами образовательной робототехники.

5. Доказать в экспериментальной работы результативность предложенной программы.

Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования:

1. Теоретические: изучение научной литературы по проблеме исследования, нормативно-правовых актов, систематизация, анализ, сравнение.

2. Эмпирические: анкетирование, тестирование, педагогический эксперимент.

3. Методы количественной и качественной обработки результатов исследования.

Методологическую основу исследования составляют работы по философии и социологии техники (В.Г. Горохов, А.В. Литвинцева, Н.В. Попкова, М. Хайдеггер), основам теории политехнического обучения (П.Р. Атутов, В.Е. Медведев), развитию технического творчества (С.А. Новоселов, А.И. Половинкин), методологии педагогических исследований (В.И. Загвязинский, В.С. Леднев, Д.И. Фельдштейн) и статистической обработки их результатов (М.И. Грабарь, О.Ю. Ермолаев, К.А. Краснянская, Б.Е. Стариченко).

Теоретическую основу исследования составили работы в области развития технического мышления в процессе обучения (A.B. Антонов, Б.А. Душков, Е.А. Климов, Т.В. Кудрявцев, Б.Ф. Ломов, M.JI. Шубас, А.Ф. Эсаулов, И.С. Якиманская и др.), работы по внедрению образовательной робототехники (А.П. Алексеев, Л.Г. Белиовская, А.Н. Боголюбов, Д.М. Гребнева, Д.А. Каширин, Д.Г. Копосов, А.В. Литвин, А.С. Филиппов, В.Н. Халамов и др.).

Основные этапы исследования.

- на первом этапе (сентябрь, 2016 г.) осуществлялся анализ психолого-педагогической литературы и диссертационных материалов по проблеме исследования, анализ законодательных и нормативно-правовых документов; определялась цель и задачи, гипотеза исследования; создавалась программа опытно-поисковой работы, производился отбор методов исследования.

- на втором этапе (2016-2017 гг.) проводилась опытно-поисковая работа педагогического исследования, анализировались её результаты, осуществлялась корректировка гипотезы. Разрабатывалась программа формирования технического мышления учащихся 7-9 классов во внеурочной деятельности по технологии средствами образовательной робототехники.

- на третьем этапе (2017 г.) проводилось обобщение и интерпретация результатов опытно-поисковой работы. Систематизация, обобщение и описание полученных результатов, формулирование теоретических выводов, анализ данных, полученных в ходе опытно-поисковой работы, оформление диссертации в целом.

Экспериментальная база исследования. Опытно-поисковая работа проводилась на базе ГБУ ДО ДУМ «СМЕНА»г. Челябинска.

Теоретическая значимость работы: обоснованы необходимость и возможность применения в учебном процессе по технологии в средней школе элементов образовательной робототехники как средства развития технического мышления учащихся.

Практическая значимость. Разработанная программа по формированию технического мышления учащихся 7-9 классов во внеурочной деятельности по технологии средствами образовательной робототехники может быть использована в учебной процессе средней общеобразовательной школы.

Структура исследования. Магистерская диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, списка использованных источников.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО МЫШЛЕНИЯ УЧАЩИХСЯ ВО ВНЕУРОЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПО ТЕХНОЛОГИИ СРЕДСТВАМИ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ РОБОТОТЕХНИКИ

1.1 Анализ литературы по проблеме исследования

В современных условиях развития образования актуальной является задача формирования у учащихся умений быстро ориентироваться в новых, нестандартных ситуациях, анализировать имеющиеся источники информации, преобразовывать окружающее пространство. Для этого необходим высокий уровень технического мышления.

Вопросы формирования мышления, свойственного или присущего представителям различных специальностей, в разное время разрабатывались в научных трудах и исследованиях ученых: М.И. Махмутова, Д.В. Вилькеева, А.М. Матюшкина, А.А. Баталова, Е.К. Осиповой и др. Так, С.Л. Рубинштейн отмечал, что «специфические особенности различных видов мышления обусловлены у разных людей прежде всего специфичностью задач, которые им приходится решать, они связаны также с индивидуальными особенностями, которые складываются в связи с характером деятельности».

В современной психологической науке с процессом мышления связывают интеллект, который, с одной стороны, рассматривают как глобальную интегральную биопсихическую особенность человека, характеризующую его возможности в адаптации. Другая трактовка интеллекта, более узкая, объединяет в этом понятии обобщенную характеристику умственных способностей человека [3, С. 309].

Следует отметить, что участие мышления в адаптации не ограничивается лишь формированием базовых понятий. При формировании поведения человек исходит из существующих в обществе моральных ценностей, своих личных интересов и тех задач, которые ему необходимо решить. При этом процессы и действия технического мышления, а также те свойства личности, которые благоприятствуют их протеканию, можно развивать и совершенствовать в процессе воспитания и обучения через решение проблемных технических задач.

Рассматривая особенности предметно специфического вида мышления, можно отметить, что их структура состоит из последовательно укрупняющихся компонентов от простых умственных операций до способов умственных действий, а так же алгоритмов их применения. Поэтому предметно специфические виды мышления в образовании становятся содержанием обучения.

Проблема становления, формирования и принятия термина «техническое мышление» крайне интересна и актуальна в настоящее время. Это связано со стремительным и многогранным развитием науки, постоянным изменением и усложнением технических средств производства, вновь проявляемому интересу к инженерным специальностям, в том числе и на государственном уровне.

Отдельные аспекты проблемы формирования технического мышления являются традиционными для психологии, педагогики и философии начиная со времен античности. В трудах Аристотеля встречаются размышления о том, что есть два вида мышления: теоретическое, направленное на познание всеобщего, и практическое, требующее применения законов всеобщего к частным случаям.

Парнемид, автор правил дедуктивного способа производства умозаключений, полагал, что «ремесленный», или «обыденный» способ мышления не достоин внимания философов.

Платон говорил о том, что созерцательное моральное размышление выше практического, технического мышления, считал производителей орудий личностями низшего интеллекта, так как их техническое мышление ограничено рамками повседневных материальных потребностей, всегда будет связано только с умениями, но не со знанием, которое человек добывает благодаря научному (философскому), теоретическому, созерцательному мышлению.

Подобные взгляды просуществовали достаточно долгий период и начали изменяться только совместно с нарастанием преимущественно машинного способа производства, механистическим взглядом на природные процессы, провозглашенные Г. Галилеем и работами Р. Декарта, в которых противопоставлялось практическое, техническое мышление - мышлению созерцательному, как пустому и бесплодному. Постепенно, практическое техническое мышление стало трактоваться как познавательная деятельность, направленная на изменение окружающего мира, а конструирование и производство материальных составляющих жизнедеятельности как вполне благородное занятие.

Впервые термин «техническое мышление» был введен философом П.К. Энгельмейером в работе «Философия техники», в которой он определяет его «как особый склад ума, который можно назвать техническим» [1].

Термин «техническое мышление» появился в психолого-педагогической литературе не так давно и понимается многими авторами интуитивно. Исследованиями структуры технического мышления занимались Ю.З. Гильбух, В.П. Захаров, Н.Г. Давлетшин, Т.В. Кудрявцев, Н.Д. Левитов, В.Н. Максимова, Э.С. Чугунова, И.С. Якиманская, П.И. Якобсон и др.

Т.В. Кудрявцев, один из первых исследователей данной проблемы, отмечает, что техническое мышление имеет трехкомпонентную структуру как мышление понятийное-образное-практическое, где каждый из компонентов занимает равноправное место, а все вместе они составляют неразрывное единство[1].

Т.В. Кудрявцев, изучив особенности мыслительной деятельности при решении конструктивно-технических задач, выделил специальные операции и умения, присущие техническому мышлению - структурно-функциональный анализ, синтез конструируемых элементов технического устройства, переосмысливание технических объектов, выявление скрытых особенностей объектов и их функций, которые позволяют найти решение проблемы [19].

Большое значение для успешного решения конструктивно-технических задач, по мнению Т.В. Кудрявцева, является опора на восприятие графических изображений (наглядно-технических средств) и умения оперировать динамическими пространственными образами. Возникновение таких представлений существенно облегчает процесс конструирования машин и механизмов. Динамические пространственные представления позволяют увидеть пространственные связи и отношения между частями устройства. Успешное решение разных видов конструктивно-технических задач служит одним из показателей развития технического мышления.

Т.В. Кудрявцев определяет техническое мышление как «тесный сплав мыслительных и практических действий в их взаимозависимостях и взаимопереходах» [19, с. 212.].

К теоретическим действиям относятся:

1) действия, направленные на оперирование уже известными техническими понятиями, лежащими в основе понимания;

2) действия, нацеленные на формирование новых технических понятий в сочетании с ранее усвоенными, на базе которых создается та или иная система знаний;

3) теоретические действия, на основе которых проводится планирование предстоящей деятельности, осуществляется умственный эксперимент, операции по преобразованию имеющейся ситуации.

К практическим действиям отнесены:

1) исполнительские,

2) пробно-поисковые,

3) контрольные и контрольно-регулировочные,

4) действия, имеющие целью получение новых идей.

Исследуя структуру технического мышления, Т. В. Кудрявцев выявил, что оно состоит из трех взаимосвязанных и равноправных компонентов - понятийного, образного и практического, где понятийный (теоретический) компонент обеспечивает формирование технических понятий, образный (наглядный) - способствует возникновению системы образов и умению оперировать ею, а практический (действенный) компонент предполагает обязательную проверку полученных результатов.

Л.В. Занфирова, Ю.А. Судник считают, что техническое мышление осуществляется в процессе решения любых задач в сфере техники (изобретательских, конструкторских, технологических и иных).

Л.А. Хамидуллина определяет техническое мышление как один из видов мышления, которое является высшим познавательным психическим процессом. Суть данного процесса заключается в порождении нового знания на основе творческого отражения и преобразования человеком действительности [3].

Е.В. Кряжева под техническим мышлением понимает «комплексную, по преимуществу мыслительную деятельность, направленную на решение технико-технологических задач».

Н.И. Мокрицкая отмечает, что техническое мышление - это умение видеть пространственные образы, комбинировать ими при решении различных технических и особенно конструкторско-проектировочных задач.

Е.В. Чащин считает, что техническое мышление обладает такими свойствами, как пространственность (соединение конкретных и абстрактных сторон), научность (верифицируемость, фальсифицируемость результатов акта мышления), практичность.

Н.А. Леоновой техническое мышление рассматривается как компонент профессиональной компетентности личности, которая формируется в процессе образования в высшей школе, в процессе профессиональной подготовки. Техническое мышление представляется Н.А. Леоновой как совокупность различных составляющих:

- представления природе, обществе, современных технологиях - все то, что составляет современную научную инженерную картину мира;

- умения и навыки использовать свои знания в области техники в различных практических ситуациях;

- умения получать новые знания, анализировать результаты своей производственной деятельности, корректировать производственный процесс при необходимости.

Техническое мышление рассматривается как важнейший компонент профессиональной подготовки, который формируется в процессе системного, преемственного, непрерывного образования. Техническое мышление - это не только представления об инженерной картине мира, но и умения:

- создавать новые технологии;

- преобразовывать и совершенствовать имеющиеся технологии;

- структурировать информацию для работы системы человек - машина (искусственный интеллект);

- владеть профессиональной коммуникацией;

- стремиться к непрерывному самосовершенствованию.

Л.В. Занфирова, Ю.А. Судник считают, что под техническим мышлением следует понимать процесс отражения в сознании производственно-технических процессов и объектов, также их устройства и принципов работы. Также техническое мышление - это процесс протекания мыслительных процессов в сфере технических образов, оперирование этими образами с помощью приемов умственной деятельности не только в их статическом, но и в динамическом состоянии. «В своих истоках и основах оно является тем же обобщенным и опосредствованным познанием действительности, как и любой другой вид мыслительной деятельности, и также осуществляется через решение проблемных задач. Но постоянное оперирование производственно-техническим материалом накладывает свой отпечаток на психологическую структуру мыслительной деятельности, на особенности ее процесса и вырабатывает определенную направленность мышления» [20].

В научной литературе встречается также понятие «технологическое мышление». Попытки разграничить эти понятия ведутся различными исследователями. Технологическое мышление - это совокупность умений ориентировать свою деятельность в различных производственных ситуациях, представлять комплекс явлений, протекающих в технологических процессах [6].

Технологическое мышление - это способ мышления, при котором целостно воспринимается, осмысливается и осознается целенаправленный процесс сбора, анализа и преобразования информации для оптимального решения технологических задач.

Концепция предметно-специфического вида мышления предполагает наличие определённой иерархии интеллектуальных процессов, завершающейся высшей единицей продуктивного интеллекта - видом мышления: умственная операция; умственное действие; приём умственной деятельности; способ умственной деятельности; вид мышления. Эта концепция очень удобна для организации развития определённого вида предметно-специфического мышления, поскольку позволяет распределить содержание, методы и этапы обучения от простых интеллектуальных операций до видов предметно-специфического мышления.

Умственная операция - из определённого набора таких действий формируются умственные предметно-специфические действия. Обычно эти операции лежат в основе инструкции к операции, например: посмотри, сосредоточься на…, вспомни, различи, сравни, проанализируй и т.д.

Умственное действие - это набор умственных операций, обеспечивающих некоторое логически завершённое действие. Обычно умственное действие отражено в инструкции к действию. Такая инструкция предполагает выполнение нескольких умственных операций одновременно, укрупняя их в действие, например: посчитай сколько…?, Установи, какого размера…?, Опиши из чего состоит…?, Упорядочить по критерию, переместить.

Приём умственной деятельности - это комплекс умственных действий, позволяющий выполнять учебную задачу как промежуточный результат обучения, необходимый для выполнения технологического задания. Приём основан на чёткой последовательности применения включённых в него умственных действий, т.е. жестком алгоритме действий, позволяющих выполнить поставленную инструкцией задачу, например: сопоставь; определи совпадения и различия; объясни смысл…, что является причиной того, что…?, найти общее из предложенного, преобразовать объект одного вида в другой и т.д.

Способ умственной деятельности - это также алгоритмизированный комплекс приёмов умственной деятельности, позволяющий выполнить как сложную учебную задачу, так и технологическое задание. Способ умственной деятельности, как правило, состоит из нескольких приёмов умственной деятельности, применение которых в заданном алгоритме гарантирует успешность выполнения технологического задания. Например: создание модели, оценивание эффективности деятельности, планирование деятельности, выбор оптимального варианта из предложенных, дать прогноз преобразовательной деятельности и т.д.

Вид мышления - в нашем понимании - это продуктивно ориентированная интеллектуальная деятельность, заключающаяся в системе разнообразных способов умственной деятельности, объединённым универсальным алгоритмом применения, позволяющим осмысливать и выполнять сложные виды конкретной специфической деятельности, например математическую деятельность, техническую деятельность, технологическую деятельность и т.д.

В связи с этим, нами выделены основные умения, соответственные технологическому виду мышления:

- умение моделировать (создание информационных моделей технологических процессов и явлений, обоснование их разнообразных вариантов на основе правила получения конечного результата деятельности «рационально-оптимально») технологические процессы;

- умение переносить знания из одной предметной области в другую с целью их применения для целостного описания технологических ситуаций разного вида;

- умение строить причинно-следственные связи, переходить с одного уровня обобщения на другой при решении технологических задач;

- умение находить общие основания для интеграции различных предметных областей и получать обобщённые представления о технологическом мире;

- умения добывать и преобразовывать информацию (пользоваться различного рода источниками информации для решения различных технологических задач);

- умение оценивать собственную деятельность и её результаты на основе рефлексии;

- умение проводить конструкторский анализ и синтез объекта преобразования при решении задачи;

- умение определять уровень готовности человека, общества, природы к преобразовательной деятельности;

- умение принимать технологически обоснованные решения и реализовывать их на практике;

- умение сознательно и творчески выбирать оптимальные способы преобразовательной деятельности из массива альтернативных с учётом их последствий для человека, общества и природы;

- умение планировать преобразовательную деятельность, прогнозировать её результаты, оценивать эффективность этой деятельности с точки зрения экономики, политики, экологии, этики, психологии, педагогики, социальной сферы жизни человека и общества и др., т.е. изменение окружающей действительности в интересах человека, общества, природы с целевой установкой на поиск ответа на вопрос «что преобразовать?» и «как преобразовать?».

Дошкольный период - первый и важный этап в становлении базовой культуры личности, а значит и в формировании мышления, в том числе технического. Практический опыт ребенка, его речевое общение с окружающими приводят к формированию все более усложняющихся знаний, отражающих общие, постоянно повторяющиеся взаимодействия между предметами и явлениями. Через игровую, опытно-экспериментальную деятельность дети знакомятся с объектами и явлениями живой и неживой природы и усваивают достаточно сложные научные понятия.

В школе процесс обучения насыщается личностными знаниями и опытом учащихся, а использование на уроках заданий эвристического типа предоставляет широкие возможности для развития технического мышления. В первую очередь речь идет об использовании метода эвристических приемов как способа поиска новых технических решений.

В вузе процесс развития технического мышления становится основой профессиональной компетентности будущего специалиста технического профиля. Техническое мышление студента включает в себя знание современной картины мира в виде знаний о природе, обществе, культуре и современных производственных технологиях; умение оперировать своими знаниями и навыками с целью получения новых знаний; умение анализировать и корректировать результаты своей личностной и производственной деятельности.

Итак, становится очевидным, что успешность процесса формирования и развития технического мышления личности обусловлена реализацией принципов непрерывности, преемственности и системности в многоуровневом образовательном пространстве.

Таким образом, для успешного преобразования окружающего мира необходим высокий уровень технического мышления. В процессе обучения важно не только формировать у учащихся знания и умения, но и способствовать тому, чтобы учащиеся познакомились с различными способами самостоятельного добывания знаний, то есть продуктивному методу учебной деятельности.

Техническое мышление - это такой уровень «мыслительной способности человека, предопределяющий (предвосхищающий) способы и методы преобразования окружающего мира». Техническое мышление имеет трехкомпонентную структуру как мышление понятийное-образное-практическое, где каждый из компонентов занимает равноправное место, а все вместе они составляют неразрывное единство.

Техническое мышление представляется как совокупность различных составляющих: представления природе, обществе, современных технологиях - все то, что составляет современную научную инженерную картину мира; умения и навыки использовать свои знания в области техники в различных практических ситуациях; умения получать новые знания, анализировать результаты своей производственной деятельности, корректировать производственный процесс при необходимости.

1.2 Формы и методы формирования технического мышления учащихся во внеурочной деятельности по технологии средствами образовательной робототехники

В современных условиях развития образования актуальной является задача формирования у учащихся умений быстро ориентироваться в новых, нестандартных ситуациях, анализировать имеющиеся источники информации, преобразовывать окружающее пространство. Эту задачу сегодня решает образовательная область «Технология».

Под технологией понимается не только способность умело обращаться с элементами материального мира, это способность планировать общественную жизнь, управлять производством на научной основе, а для конкретного человека это способность критически и неординарно мыслить, стремление к обновлению знаний, к высокому качеству жизни.

Идея развития технического мышления является одной из центральных в школьном курсе «Технология». В содержание технологической подготовки учащихся входит подготовка неординарно мыслящей личности, способной ориентироваться в социуме, «включиться в свободное технологическое пространство», в мир труда и профессий, благодаря технологической грамотности обучающихся.

Процесс развития технического мышления включает практическую деятельность учащихся на основе формирования в их сознании технологической картины мира, как важнейшего элемента мировоззрения и развития таких качеств личности, как преобразующее мышление и творческие способности. Развитие таких способностей осуществляется в процессе мыслительной деятельности.

Содержание учебного предмета «Технология» с его проблемно ориентированными комплексными дисциплинами (экономика, эргономика, информатика, инженерная экология и др.) позволяет выработать у школьников творческий подход к будущей деятельности, научить мыслить творчески, комплексно, системно, продуктивно, уметь находить нужную информацию, решать сложные задачи, все, что обеспечивает постепенный процесс развития технического мышления. Одним из средств развития технического мышления учащихся является робототехника [3].

В Федеральном государственном образовательном стандарте к метапредметным результатам освоения основной образовательной программы в части формирования и развития у обучающихся общепользовательской компетентности в области использования новых технологий отнесены «умения рационально использовать широко распространенные инструменты и технические средства». Поэтому робототехника вошла в учебную программу школ и программы дополнительного изучения отдельных регионов России. На данный момент ее уже активно продвигают в школах Краснодарского края, Москвы, Санкт-Петербурга, Челябинска, Екатеринбурга и других городах, и регионах РФ.

Успешному использованию конструкторов Лего в образовательном процессе способствуют такие, характерные для них, особенности как: универсальность: возможность использования в начальном, основном общем и среднем (полном) общем образовании; межпредметность: использование на уроках и внеурочной деятельности естественнонаучного и гуманитарного циклов; нетрадиционность: конструкторы развивают творческие, исследовательские, нешаблонные способы деятельности [1].

В программе предмета «Технология» имеются разделы, связанные с техникой и электроникой. Раздел «Технологии домашнего хозяйства» нагляднее проиллюстрируют принципы работы бытовых приборов, построенных с помощью конструкторов LEGO, а принципы работы электроприборов - конструкторы-платы Arduino. При изучении швейной машины на основе конструктора LEGO WeDo можно показать принцип работы ручного, ножного, электрического приводов. Раздел «Электротехника» наглядно можно рассмотреть используя тот же конструктор на основе Arduino, набор LEGO «Физика и технология», LEGO WeDo.

Создание и программирование реального механизма помогает увидеть законы механики не на страницах тетради или учебника, а в окружающем мире. Программирование механизмов позволяет без усилий организовать межпредметные связи технологии с информатикой, математикой и физикой. Введение элементов робототехники в технологию позволяет заинтересовать учащихся, разнообразить учебную деятельность, использовать групповые активные методы обучения, решать задачи практической направленности [2].

Внедрение робототехники в образовательный процесс способствует развитию технического мышления школьников. Робототехнические задания способствуют развитию конструктивных навыков, коммуникативных способностей, развивают навыки взаимодействия, самостоятельности при принятии решений, раскрывают творческий потенциал ребенка, повышает техническую грамотность.

Образовательная робототехника во внеурочной деятельности по технологии - это средство учебного процесса, которое осуществляет значительное воздействие на развитие у учащихся среднего звена познавательных (развитие памяти, внимания, мышления, воображения, сенсорики), эмоциональных и волевых процессов, а также творческих и коммуникативных способностей. Основные дидактические средства - это робототехнические конструкторы (Lego, Arduino).

Применение образовательного конструктора Lego в робототехнике с целью создания моделей для решения различных технических задач. Внедрение роботов во все процессы жизнедеятельности человека отразилось и на сфере образования. Так, в соответствии с Федеральным проектом «Информатизация системы образования» 2005 г. и Национальным проектом «Образование» 2007 г. в образовательные учреждения Российской Федерации и, в частности, в школы Челябинской области были поставлены образовательные конструкторы и робототехника (Lego, Fischertechnik и др.).

Образовательная робототехника содействует развитию: глубины, оригинальности и гибкости мышления (умению доказывать свою точку зрения; анализировать, сравнивать объекты и конструкции; генерировать идеи и на их основе синтезировать собственные конструкции), психических процессов и речи (увеличение словарного запаса, выработка научного стиля речи), мелкой моторики, рефлексии, пространственной ориентировки; способствует формированию умения находить нестандартные решения; экономить силы и время на решение поставленной задачи, содействуя развитию его творческих и технических способностей.

Образовательный конструктор и робототехнику используют в основном в среднем и старшем звеньях, а в начальной школе дают азы конструирования на уроках технологии, информатики и окружающего мира.

Робототехника на разных ступенях образования имеет различные цели. В зависимости от возраста учащихся необходимо использовать конструкторы разных типов, проводить различные мероприятия, изучать всевозможные темы.

В начальной школе рассматривают конструирование и начальное техническое моделирование. Для этого используются конструк- торы «Лего» в любой модификации и в том числе конструктор «Лего» «WeDo», который дает возможность построить моделей по инструкции для решения задач в разных предметных областях. Данный набор конструктора помимо стандартных строительных кирпичиков имеет мотор, два датчика, коммутатор, программное обеспечение и различные механизмы. Программируя через компьютер, ребенок может «оживлять» свои модели.

В основной школе усложняется как уровень моделирования, так и уровень программирования роботов, предполагающий более сложные языки программирования. В качестве базового оборудования предлагается конструкторы Lego Mindstorms NXT или EV3. В состав данного набора входят различные датчики, которые можно использовать на разных предметах для проведения различных опытов.

В старшей школе углубляется изучение программирования и повышается уровень сложности конструирования робототехнических комплексов. Одним из вариантов комплексного развития робототехники является освоение станков с числовым программным управлением. Примером одного из языков программирования, который способны осваивать старшеклассники, является язык LabVIEW.

Рассмотрим подробнее методику использования робототехники на этапе среднего школьного возраста.

Средний школьный возраст (от 11-12 до 15 лет) - переходный от детства к юности. Он совпадает с обучением в школе (5-9 классы) и характеризуется глубокой перестройкой всего организма [1-4].

Средний школьный возраст - самый благоприятный для творческого развития личности. В этом возрасте учащимся нравится решать проблемные ситуации, находить сходство и различие, определять причину и следствие. Ребятам интересны внеклассные мероприятия, в ходе которых можно высказать свое мнение и суждение. Самому решать проблему, участвовать в дискуссии, отстаивать и доказывать свою правоту.

Для развития технического мышления у учащихся среднего звена самое главное - создать у учащегося установку на творческий поиск. Например, можно предложить учащимся посетить выставку технического творчества и там найти какое-либо устройство, которое можно использовать (прямо или косвенно) в новом решении. Можно рекомендовать просматривать техническую литературу (журналы, книги, определенные сайты), смотреть определенные телепередачи и т. п.

Внедрение образовательной робототехники в учебный процесс может осуществляться во внеурочной деятельности.

В федеральном государственном образовательном стандарте установлено, что внеурочная деятельность - это вид деятельности, который организуется по направлениям развития личности (спортивно-оздоровительное, духовно-нравственное, социальное, общеинтеллектуальное, общекультурное) в таких формах как экскурсии, кружки, секции, круглые столы, конференции, диспуты, школьные научные общества, олимпиады, соревнования, поисковые и научные исследования, общественно полезные практики и т.д.

В педагогической и методической литературе внеурочная деятельность понимается по-разному. Л.Р. Болотина, Д.И. Латышина считают, что внеурочная деятельность - это система совместной внеучебной деятельности школьников, организатором которой является педагог школы [3, с. 31].

Ю.К. Бабанский определяет внеурочную деятельность как специально организуемые занятия, которые способствуют углублению знаний, развитию умений и навыков, удовлетворению и развитию интересов, способностей и обеспечения разумного отдыха учащихся. По мнению Ю.К. Бабанского, можно выделить следующие виды внеурочной деятельности:

- по месту проведения - классная и внеклассная деятельность;

- по времени проведения - урочная и внеурочная деятельность;

- по отношению к решению учебных задач - учебная и внеучебная деятельность [1, с. 247].

Ю.К. Бабанский отмечает, что содержание внеурочной деятельности учащихся включает различные направления воспитательной работы и видов деятельности, которые организуют педагоги школы совместно с учреждениями дополнительного образования, с учреждениями спорта, с учреждениями культуры.

Р.Р. Сулейманов под внеурочной деятельностью понимает внеклассную и внешкольную работу. Если внеклассная деятельность организуется коллективом педагогов школы, то внешкольная деятельность организуется работниками учреждений дополнительного образования [15].

Л.В. Шмелькова, Д.А. Брункин отмечают, что внеурочная деятельность - это составная часть учебно-воспитательного процесса в школе, одна из форм организации свободного времени учащихся [19].

Л.И. Маленкова считает, что внеурочной является деятельность, особенностями которой являются:

- добровольное участие школьников;

- активность, самостоятельность и заинтересованность школьников;

- ориентирование на личностную значимость деятельности, в которой заняты школьники;

- творческая направленность внеурочной деятельности;

- сотрудничество учащихся и педагогов, сотрудничество со сверстниками, с учащимися старших или младших классов;

- осуществление учебно-воспитательного процесса как системы форм, методов и средств воспитания и обучения [9, с. 60].

Занятия, проводимые в рамках внеурочной деятельности, должны проводиться с учетом пожеланий учащихся, их родителей. Для этого можно использовать различные формы, способные заинтересовать школьников. К таким формам относятся экскурсии, кружковая работа, секции, дискуссии, круглый стол, конференция, научное сообщество, олимпиада, соревнование, проектная деятельность, коллективное творческое дело и др. Выбор формы зависит от направления внеурочной деятельности.

Таким образом, изучив требования Федерального государственного образовательного стандарта и проанализировав научно-методическую литературы, мы выяснили, что внеурочная деятельность - это образовательная деятельность, осуществляемая в формах, отличных от классно-урочной, и направленная на достижение планируемых результатов освоения основной образовательной программы общего образования.

Успех и эффективность учебно-воспитательной работы зависит от умелого использования многообразия форм ее организации. Форма (от лат. forma) - наружный вид, внешнее очертание, определенный, установленный порядок.

Б.Т. Лихачев рассматривает форму как «целенаправленную, четко организованную, содержательно насыщенную и методически оснащенную систему познавательного и воспитательного общения, взаимодействия, отношений учителя и учащихся» [8].

Одной из форм внеурочной деятельности является кружковая работа. Задача кружков - углублять знания учащихся, развивать способности, удовлетворять их творческие интересы и склонности, приобщать к общественно-полезному труду, организовывать досуг и отдых. Любой кружок организуется исходя из общих педагогических принципов и условий организации:

- наличие руководителя;

- систематичность внеучебной деятельности;

- тесная взаимосвязь с учебной работой;

- привлечение к кружковой работе всех желающих, независимо от уровня их воспитанности и реальных навыков и учебных возможностей;

- учёт возрастных особенностей и индивидуальных интересов учащихся;

- взаимосвязь теории и практики;

- учебно-методическая база [13].

Внеурочная деятельность в форме кружка определяется программой и разработанным на ее основе перспективно-тематическим планом. Работа кружка включает различные виды деятельности учащихся. Деятельность учащихся носит, как правило, практический характер [15].

Программы в соответствии с требованиями ФГОС должны содержать [32]:

- пояснительную записку, в которой конкретизируются общие цели начального общего образования с учетом специфики учебного предмета, курса;

- общую характеристику учебного предмета, курса;

- описание места учебного предмета, курса в учебном плане;

- описание ценностных ориентиров содержания учебного предмета;

- личностные, метапредметные и предметные результаты освоения конкретного учебного предмета, курса;

- содержание учебного предмета, курса;

- тематическое планирование с определением основных видов учебной деятельности обучающихся;

- описание материально-технического обеспечения образовательного процесса.

Содержание рабочих программ должно соответствовать:

- достижениям мировой культуры, российским традициям, культурно-национальным особенностям регионов;

- определенному уровню образования (начального общего);

- направлениям внеурочной деятельности (общеинтеллектуальному, социальному, спортивно-оздоровительному, общекультурному, духовно-нравственному);

- современным образовательным технологиям, которые отражены в: принципах обучения (индивидуальности, доступности, преемственности, результативности); формах и методах обучения (активных методах обучения, занятиях, конкурсах, соревнованиях, экскурсиях, походах и т.д.); методах контроля и управления образовательным процессом (анализ результатов деятельности детей); средствах обучения (перечне необходимого оборудования, инструментов и материалов).

Во внеурочной деятельности по робототехнике основной формой организации учащихся может быть занятие: теоретическое, практическое и комбинированное.

Рассмотрим методы формирования технического мышления учащихся во внеурочной деятельности по технологии средствами образовательной робототехники.

Очень важной психологической характеристикой развития технического мышления является обучение с применением затрудняющих условий. На занятиях робототехникой можно использовать следующие методы:

- МВО - метод временных ограничений;

- МВШ - метод мозгового штурма;

- МВЗ - метод внезапных запрещений;

- МСЭ - метод скоростного эскизирования;

- МНВ - метод новых вариантов;

- МИН - метод информационной недостаточности;

- МИП - метод информационной перенасыщенности;

- МА - метод абсурда;

- МСД - метод ситуационной драматизации.

Рассмотрим подробнее каждый метод.

МВО - метод временных ограничений.

В основе данного метода лежит идея влияния временного фактора на успешность умственной деятельности. Если время, которое требуется на решение определенной проблемы, не ограничено, то есть возможность длительного обдумывания, определения деталей, разработки плана своих действий и т.д. Если же время ограничено, т.е. существует определенный лимит, то поиск решения упрощается, так как субъект должен ограничиваться теми знаниями, которыми он обладает для решения поставленной задачи. Также в условиях ограниченного времени принятое решение может быть деформировано, по характеру данных деформация можно сделать вывод об общих тенденциях мыслительной деятельности личности. Метод временных ограничений также позволяет определить стиль реагирования испытуемых. Для одних лимит времени - это стимул для активизации мыслительной деятельности, повышения активности, достижения более высоких результатов, более продуктивной деятельности. Для других временные ограничения являются препятствующими факторами для решения поставленных задач, для третьих, тормозящими факторами, которые приводят в замешательство, способствуют развитию паники, что ведет к тому, что испытуемые вообще отказывают искать решение поставленной задачи.

ММШ - метод мозгового штурма.

Суть данного метода - это предоставление учащимся определенной проблемы путем выдвижения различных гипотез, даже самых необычных и абсурдных. После того, как накоплен «банк» различных идей, идет проработка каждой из них, детальный анализ и обсуждение. В процессе данной работы формируется групповое мышление, умение вести дискуссию, участвовать в обсуждении, предлагать варианты решения поставленных задач.

МВЗ - метод внезапных запрещений.

Учащимся на определенном этапе дается запрет на использование или применение какого-либо механизма. Например, если поставлена задача на построение кинематических цепей, то учащимся ставить запрет на использование какой-либо передачи или ее разновидности, например, запрет на использование зубчатой или зубчатой цилиндрической, конической, червячной передачи. Преимущества данного метода заключаются в том, что позволяют разрушить шаблоны, штампы мышления, задействовать творческие механизмы. В конструировании и робототехнике - это возможность найти неизвестное применение известным устройствам, деталям или узлам. Метод позволяет формировать у учащихся умения изменять свою деятельность в зависимости от конкретных складывающихся обстоятельств.

МСЭ - метод скоростного эскизирования.

Данный метод направлен на формирование умений учащихся наглядно представлять себе конструкцию, механизм, инструкцию по сборке. Учащимся предлагается рисовать то, что они мысленно представляют себе в тот или иной момент деятельности. Например, можно предложить учащимся изображать процесс размышления - рисовать все конструкции, которые приходят в голову. Данный метод позволяет определить, насколько сформировано образное мышление, умение трансформировать возникающие образы, представлять мысленно и зрительно образ собираемой конструкции. Для учащихся это дополнительная возможность для формирования навыков целеполагания, планирования, контроля, т.е. регуляции своей деятельности, творческого процесса.

МНВ - метод новых вариантов.

Учащимся предлагается решить задачу другим способом, а может быть даже и не одним. Учитель предлагает найти несколько вариантов решения поставленной задачи. Благодаря данному методу происходит активизация мыслительной деятельности, творческий подход к решению проблемы, определенной познавательной задачи.

МИН - метод информационной недостаточности.

Учащимся ставится задача в условиях недостаточности имеющихся данных, необходимых для решения. В условии задачи могут быть опущены различные функциональные и (или) структурные характеристики объекта, например, скорость вращения, форма, направление движения и т.п. Вариантом данного метода может быть использование различных форм представлений исходных условий задачи.

МИП - метод информационной перенасыщенности.

В отличие от предыдущего метода, в методе информационной перенасыщенности предлагаются заведомо лишние сведения, которые призваны ввести в заблуждение, запутать учащихся. При наличии определенного запаса знаний учащиеся видят данные лишние детали. Разновидности метода - подсказка, содержащая лишние данные. Преподаватель должен решить, говорить ли учащимся о наличии лишних данных, это зависит от уровня подготовленности учеников.

МА - метод абсурда.

Преподаватель предлагает решить учащимся заведомо невыполнимую задачу. Ярким примером данного метода является задача на создание вечного двигателя. Также учащимся можно предложить создать устройство, которое можно применять совершенно с другой целью, чем это требуется по условию).

МСД - метод ситуационной драматизации.

Суть метода заключается в том, что в ход решениям задачи вводятся какие-либо изменения. Их цель - вызвать затруднения у учащихся. Это могут быть вопросы-помехи, которые задает педагог по ходу решения. Данный метод стимулирует формирование критического мышления, умение анализировать имеющуюся информацию, не поддаваться на помехи, выполнять ход решения поставленной задачи.

...