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

Т.В. Кудрявцев для развития технического мышления предлагает использовать проблемный метод. Проблемное обучение заключается в создании перед учащимися проблемных ситуаций, осознании, принятии и разрешении этих ситуаций в процессе совместной деятельности учащихся и учителя при максимальной самостоятельности первых и под общим направляющим руководством последнего. Проблемная ситуация создается тогда, когда обнаруживается несоответствие между имеющимися уже системами знаний у учащихся и новыми требованиями, которые возникают в ходе решения новых учебных задач.

Следующий метод - игровой. Игра - вид деятельности в условиях ситуаций, направленных на воссоздание и усвоение общественного опыта, в котором складывается и совершенствуется самоуправление поведением [13].

Существуют различные классификации игр, используемых в процессе обучения. Во-первых, это дидактическая игра. По определению П.И. Пидкасистого, дидактическая игра - это активная учебная деятельность по имитационному моделированию изучаемых систем, явлений, процессов, разных видов человеческой деятельности [11]. Педагогической ценностью дидактической игры является, что в ней обучающая задача выступает не прямо, а маскируется за игровой задачей, поэтому процесс обучения происходит непреднамеренно.

Во-вторых, в процессе внеурочной деятельности часто используются интеллектуальные игры - игры, направленные на усвоение знаний, научных понятий, терминов из определенной области научного знания.

В-третьих, существуют игры, направленные на воспроизведение каких-либо профессиональных ситуаций и действий. Такие игры называются имитационными обучающими играми, или деловыми играми. Данный вид игр также используется во внеурочной деятельности [19].

Таким образом, игра как форма организации внеурочной деятельности включает методы и приемы организации педагогического процесса в форме различных педагогических игр с четко поставленными целями обучения и соответствующими им педагогическими результатами.

Одной из распространенных в последние годы является такой метод обучения, как метод проектов. Каждый проект обеспечивает реализацию всех направлений развития личности при возможном выделении наиболее важных, актуальных для того или иного направления внеурочной деятельности. Проектная деятельность имеет ряд преимуществ:

- в основе метода проектов заложены задачи по формированию универсальных учебных действий, обозначенных в соответствующем разделе программы школы в соответствии с ФГОС;

- проектная деятельность позволяет интегрировать различные виды внеурочной деятельности: интеллектуально-познавательную, художественно-творческую, трудовую и др;

- в процессе выполнения проектов появляется возможность для удовлетворения интересов учащихся, в применении теоретических знаний, приобретении индивидуального и коллективного опыта решения реальных проблем, имеющих личную или социальную значимость.

Программа внеурочной деятельности по конкретному проекту включает ряд основных стадий разработки и реализации содержания проекта:

- проблематика и разработка проектного задания;

- разработка проекта (планирование и организация деятельности);

- технологическая стадия (осуществление деятельности);

- заключительная стадия (оформление, презентация, оценка и обсуждение результатов деятельности, рефлексия).

В процессе проектирования курса «Образовательная робототехника» условно можно разделить на две большие части.

1. Конструирование - процесс создания модели, машины, сооружения, технологии с выполнением проектов и расчетов. Занимаясь конструированием, ребята изучают простые механизмы, учатся при этом работать руками, они развивают элементарное конструкторское мышление, фантазию, изучают принципы работы многих механизмов.

2. Программирование - процесс составления упорядоченной последовательности действий (программы) для ЭВМ; научная дисциплина, изучающая программы для ЭВМ и способы их составления, проверки и улучшения. На этапе программирования школьники переходят на более высокий уровень: игровая составляющая начинает уступать место серьезному продуманному изучению среды «Образовательной робототехники», что требует вдумчивости и терпения. Во время программирования у школьников формируется логическое мышление.

Характеризуя образовательную робототехнику как интегративный курс для средней школы, можно выделить целевой, содержательный, деятельностный, воспитательный, развивающий аспекты ее преподавания.

Целевой аспект: образовательная робототехника рассматривается как средство реализации ФГОС общего образования [6], проектная деятельность на занятиях по образовательной робототехнике способствует эффективному формированию у школьников всего комплекса универсальных учебных действий (познавательных, регулятивных, личностных, коммуникативных).

Содержательный аспект: в ходе изучения образовательной робототехники у учителя появляется возможность эффективной реализации межпредметных связей по основным школьным предметам «Технология», «Информатика», «Физика», «Математика» [5]. Нельзя не отметить и межпредметные связи образовательной робототехники с биологией. Так, зачастую биологические механизмы сенсорных и двигательных функций живых организмов являются прототипам сенсорных и двигательных систем робота [4].

Проекты роботов, предлагаемых Lego Mindstorms, могут использоваться на уроках школьного курса «Технология» в рамках направления «Технический труд» по темам «Машины и механизмы. Графическое представление и моделирование» (механизмы технологических машин, сборка моделей технологических машин из деталей конструктора по эскизам и чертежам) и «Электротехнические работы» (устройства с элементами автоматики, электропривод, простые электронные устройства) [3].

Деятельностный аспект связан с освоением в рамках курса образовательной робототехники видов деятельности, присущих предметам естественнонаучного цикла: систематическое наблюдение, выдвижение гипотезы, прогнозирование, сбор и интерпретация данных, анализ полученных результатов, формулировка выводов и др. Ведущим методом при обучении школьников образовательной робототехнике является метод проектов, ориентированный на самостоятельную деятельность учащихся - индивидуальную, парную, групповую, которую учащиеся выполняют в течение определенного времени.

Воспитательный аспект образовательной робототехники связан как с профориентационной функцией курса (на занятиях представляются образцы инженерной деятельности), так и с культурологической (знания по робототехнике как «значимые формы социокультурного опыта человечества»). Изучение образовательной робототехники на базовом уровне имеет важное культурологическое значение, поскольку учащиеся должны не только обладать основополагающими знаниями в классических дисциплинах, но и уметь ориентироваться в новых реалиях, одной из которых является тенденция к повсеместному распространению роботов и управляемых встраиваемых систем.

Развивающий аспект образовательной робототехники заключается в том, что синтез конструирования и программирования в одном курсе позволяет решать задачи развития у обучающихся психических познавательных процессов (восприятия, мышления и речи, памяти, воображения), развитие форм мышления (анализ, синтез, сравнение и др.), развитие качеств личности (поведение и поступки, интеллектуальные особенности, организационно-волевые качества, творческий потенциал и др.).

Таким образом, образовательная робототехника как интегративный курс обладает значительным потенциалом в школьном обучении, отвечая требованиям современного производства, способствуя углублению и систематизации знаний учащихся по основным школьным предметам, позволяя сориентироваться в выборе будущей профессии. С помощью многосторонних межпредметных связей образовательной робототехники с базовыми школьными предметами задачи обучения, развития и воспитания учащихся решаются на качественно новом уровне, закладывается фундамент для комплексного подхода в решении сложных проблем реальной действительности. К формам обучения учащихся во внеурочной деятельности по образовательной робототехнике можно отнести занятия (теоретические, практические, комбинированные), к методам - метод проблемного обучения, игровой метод, метод проектов.

1.3 Программа внеурочной деятельности по технологии по образовательной робототехнике

Новые ФГОС требуют освоения основ конструкторской и проектно-исследовательской деятельности, и программа по робототехнике полностью удовлетворяет эти требования.

В соответствии с целью исследования была разработана программа внеурочной деятельности по технологии по образовательной робототехнике, которая представлена в Приложении.

Программа «Образовательная робототехника» имеет техническую направленность, реализуется во внеурочной деятельности и предназначена для учащихся 7-9 классов.

По программе предусмотрено проведение двух занятий в неделю. Для контроля знаний и умений выбраны следующие формы:

- защита проекта,

- участие в соревнованиях,

- выставка моделей,

- участие в конкурсах.

Целью программы является развитие технического мышления учащихся. Этому способствуют различные виды технического творчества, включенные в программу, интегрированный характер занятий (интеграция информатики, математики, физики, черчения, технологии).

В основе программы - творческое, самостоятельное выполнение практических заданий задания в форме описания поставленной задачи или проблемы, дают возможность обучающемуся независимо и самостоятельно выбирать пути ее решения в отличие от типичных лабораторных заданий, где присутствует готовые указание, требующие лишь повторения заранее предписанных действий.

Основной акцент в освоение данной программы делается на использование проектной деятельности в создании роботов, что позволяет получить полноценные и конкурентоспособные продукты. Проектная деятельность, используемая в процессе обучения, способствует развитию ключевых компетентностей обучающегося, а также обеспечивает связь процесса обучения с практической деятельности за рамками образовательного процесса.

Развитию технического мышления также способствует то, что учащиеся знакомятся с основами алгоритмизации и программирования. Учащиеся изучают принципы работы многих механизмов, получают представление об особенностях составления программ управления, автоматизации и механизмов, моделировании работы систем.

Образовательный процесс по программе осуществляется в следующих формах:

- занятие теоретического характера;

- занятие практического характера;

- соревнование.

Развитие технического мышления осуществляется посредством комплекса взаимосвязанных методов обучения:

- метод проектов;

- объяснительно-иллюстративный метод (предъявление информации различными способами - объяснение, рассказ, беседа, инструктаж, демонстрация, работа с технологическими картами и др.);

- эвристический - метод творческой деятельности (создание творческих моделей и т.д.);

- проблемный - постановка проблемы и самостоятельный поиск ее решения обучающимися.

Значительную часть времени по программе занимают занятия практического характера с использованием метода проектов и эвристического метода.

Программа рассчитана на несколько этапов:

- пропедевтический - ознакомление с основами конструирования, умение работать по схемам, составлять простейшие модели; ведущий метод - объяснительно-иллюстративный, метод проектов;

- основной - углубление знаний и практических умений конструировать модели, упор на самостоятельную творческую деятельность учащихся; ведущий метод - эвристический, проблемный, методы проектов.

Учебно-тематический план первого года обучения включает такие темы, как техника безопасности, простые соединения, сборка простых моделей, знакомство с программой, ее интерфейсом, выполнение несложных проектов.

Учебно-тематический план второго года обучения усложняется, включаются темы по сборке роботов, программированию, выполнению проектных работ.

Учебно-тематический план третьего года обучения ориентирован на создание долгосрочных проектов, организацию соревнований, индивидуальную работу с учащимися, участие в конкурсах.

В результате изучения в течение 3 лет содержания программы обучающиеся должны знать/понимать:

- правила техники безопасности при работе в кабинете информатики;

- основные соединения деталей LEGO конструктора;

- конструкцию и функции микрокомпьютера NXT;

- возможные неисправности и способы их устранения;

- особенности языка программирования NXT G;

- основные алгоритмические конструкции и уметь использовать их для построения алгоритмов;

- знать основные типы данных и формы их представления для обработки на компьютере;

- составлять программы на языке программирования NXT G;

- понимать назначение подпрограмм;

- чем отличается ввод и вывод данных;

уметь:

- выдвигать идеи в технологии «мозгового штурма» и обсуждать их;

- создавать действующие модели роботов отвечающих потребностям конкретной задачи;

- использовать в конструировании ременную и зубчатую передачи;

- с помощью датчиков управлять роботами;

- уметь записывать на языке программирования NXT G алгоритм решения учебной задачи и отлаживать ее.

- планировать, тестировать и оценивать работу сделанных ими роботов;

- объяснять сущность алгоритма, его основных свойств, иллюстрировать их на конкретных примерах алгоритмов;

- определять возможность применения исполнителя для решения конкретной задачи по системе его команд;

Для выявления результативности работы можно используются следующие формы деятельности:

- наблюдение в ходе обучения с фиксацией результата;

- проведение контрольных срезов знаний;

- анализ, обобщение и обсуждение результатов обучения;

- участие в проектной деятельности;

- участие в соревнованиях муниципального, зонального и регионального уровней;

- оценка выполненных практических работ, проектов.

Выводы по главе 1

Таким образом, результаты исследования показали, что для половины учащихся характерны средний и низкий уровень технического мышления. На следующем этапе в экспериментальной группе была апробирована программа по образовательной робототехнике.

2.2 Апробация программы по формированию технического мышления учащихся 7-9 классов во внеурочной деятельности по технологии средствами образовательной робототехники

Программа по формированию технического мышления учащихся во внеурочной деятельности по технологии средствами образовательной робототехники была апробирована 7-9 классах ГБУ ДО ДУМ «СМЕНА»г. Челябинска.

В процессе обучения использовались следующие методы:

- объяснительно-иллюстративный - предъявление информации различными способами (объяснение, рассказ, беседа, инструктаж, демонстрация, работа с технологическими картами и др.);

- эвристический - метод творческой деятельности (создание творческих моделей и т.д.);

- проблемный - постановка проблемы и самостоятельный поиск ее решения обучающимися;

- программированный - набор операций, которые необходимо выполнить в ходе выполнения практических работ (форма: компьютерный практикум, проектная деятельность);

- репродуктивный - воспроизводство знаний и способов деятельности (форма: собирание моделей и конструкций по образцу, беседа, упражнения по аналогу);

- частично-поисковый - решение проблемных задач с помощью педагога;

- поисковый - самостоятельное решение проблем;

- метод проблемного изложения - постановка проблемы педагогом, решение ее самим педагогом, соучастие обучающихся при решении.

Дидактическое обеспечение программы представлено разработанными планами, конспектами занятий, презентациями к урокам (Приложение).

Формы организации работы по программе:

- занятия теоретического характера;

- занятия практического характера;

- проведение творческих практических работ;

- работа над проектом;

- соревнования;

- фестивали творческих работ.

В таблице 3 представлено календарно-тематическое планирование занятий.

2.3 Анализ результатов экспериментальной работы

На контрольном этапе экспериментальной работы проведена повторная диагностика сформированности технического мышления учащихся. Результаты представлены в таблице 4 и на рисунке 2.

Результаты диагностики показали, что 40% учащихся ЭГ и 15% учащихся ЭГ имеют высокий уровень технического мышления. Этих учеников отличает творческий подход к решению познавательных задач, самостоятельность, заинтересованность, активность.

Средний уровень технического мышления имеют 50% учащихся ЭГ и 45% учащихся КГ. Их отличает периодическое проявление элементов творчества в различных видах деятельности с преобладанием действий по образцу, недостаточный уровень самостоятельности и оригинальности.

Низкий уровень технического мышления имеют 10% учащихся ЭГ и 40% учащихся КГ. Для них характерно отсутствие творчества в продуктивной деятельности, отсутствие умений объяснить назначение своих поделок, области их применения. Не сформированы умения действовать по собственному замыслу. Творческое воображение сформировано на низком уровне.

Сравнительная динамика результатов констатирующего и контрольного этапов опытно-поисковой работы представлены на рисунках 3, 4.

По сравнению с констатирующим этапом количество учащихся с высоким уровнем технического мышления увеличилось с 15% до 40%. Эти данные свидетельствует о том, что апробированная программа способствовала формированию технического мышления учеников 7-9 классов.

В контрольной группе динамика незначительная (рисунок 4).

Результаты статической обработки результатов исследования технического мышления учащихся на контрольном этапе представлены в таблице 5.

²эмп = 16,7.

²кр при степени свободы составляет 5,99.

Так как ²эмп>²кр, то различия между показателями контрольной и экспериментальной группами существенны (достоверны).

Статистическая обработка результатов исследования показала, что на контрольном этапе выявлены достоверные различия в развитии технического мышления учащихся экспериментальной и контрольной групп. У учащихся экспериментальной группы уровень технического мышления достоверно выше.

Таким образом, результаты проведенного исследования показали, что апробированная программа внеурочной деятельности по образовательной робототехнике способствовала формированию технического мышления учащихся 7-9 классов.

Выводы по главе 2

Результаты исследования показали, что для половины учащихся характерны средний и низкий уровень технического мышления. На следующем этапе в экспериментальной группе была апробирована программа по образовательной робототехнике.

Формы организации работы по программе: занятия теоретического характера; занятия практического характера; проведение творческих практических работ; работа над проектом; соревнования; фестивали творческих работ. Разработано календарно-тематическое планирование занятий.

Результаты диагностики показали, что 40% учащихся ЭГ и 15% учащихся ЭГ имеют высокий уровень технического мышления. Этих учеников отличает творческий подход к решению познавательных задач, самостоятельность, заинтересованность, активность.

Средний уровень технического мышления имеют 50% учащихся ЭГ и 45% учащихся КГ. Их отличает периодическое проявление элементов творчества в различных видах деятельности с преобладанием действий по образцу, недостаточный уровень самостоятельности и оригинальности.

Низкий уровень технического мышления имеют 10% учащихся ЭГ и 40% учащихся КГ. Для них характерно отсутствие творчества в продуктивной деятельности, отсутствие умений объяснить назначение своих поделок, области их применения. Не сформированы умения действовать по собственному замыслу. Творческое воображение сформировано на низком уровне.

По сравнению с констатирующим этапом количество учащихся с высоким уровнем технического мышления увеличилось с 15% до 40%. Эти данные свидетельствует о том, что апробированная программа способствовала формированию технического мышления учеников 7-9 классов. В контрольной группе динамика незначительная.

Таким образом, результаты проведенного исследования показали, что апробированная программа внеурочной деятельности по образовательной робототехнике способствовала формированию технического мышления учащихся 7-9 классов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ научно-методической литературы по проблеме исследования показал, что техническое мышление - это такой уровень мыслительной способности человека, предопределяющий (предвосхищающий) способы и методы преобразования окружающего мира. Одним из средств развития технического мышления учащихся является робототехника.

Исследование уровня сформированности технического мышления учащихся проводилась в 7-9 классах ГБУ ДО ДУМ «СМЕНА»г. Челябинска. Было сформировано две группы учащихся - экспериментальная и контрольная. На констатирующем этап экспериментальной работы была проведена диагностика технического мышления учащихся по тесту Беннета. Данная методика служит для выявления технических способностей личности. Результаты исследования показали, что для половины учащихся характерны средний и низкий уровень технического мышления.

На следующем этапе в экспериментальной группе была апробирована программа по образовательной робототехнике. Программа «Образовательная робототехника» имеет техническую направленность, реализуется во внеурочной деятельности. Категория обучающихся: учащиеся 5-7 классов. Цель программы: развитие технического мышления в процессе обучения основам робототехники.

Формы работы: занятия теоретического характера, занятия практического характера, соревнования. Методы: метод проектов, объяснительно-иллюстративный (предъявление информации различными способами - объяснение, рассказ, беседа, инструктаж, демонстрация, работа с технологическими картами и др.); эвристический - метод творческой деятельности (создание творческих моделей и т.д.), проблемный - постановка проблемы и самостоятельный поиск ее решения обучающимися.

Результаты повторной диагностики показали, что 40% учащихся ЭГ и 15% учащихся ЭГ имеют высокий уровень технического мышления. Этих учеников отличает творческий подход к решению познавательных задач, самостоятельность, заинтересованность, активность.

Средний уровень технического мышления имеют 50% учащихся ЭГ и 45% учащихся КГ. Их отличает периодическое проявление элементов творчества в различных видах деятельности с преобладанием действий по образцу, недостаточный уровень самостоятельности и оригинальности.

Низкий уровень технического мышления имеют 10% учащихся ЭГ и 40% учащихся КГ. Для них характерно отсутствие творчества в продуктивной деятельности, отсутствие умений объяснить назначение своих поделок, области их применения. Не сформированы умения действовать по собственному замыслу. Творческое воображение сформировано на низком уровне.

По сравнению с констатирующим этапом количество учащихся с высоким уровнем технического мышления увеличилось с 15% до 40%. Эти данные свидетельствует о том, что апробированная программа способствовала формированию технического мышления учеников 7-9 классов. В контрольной группе динамика незначительная.

Таким образом, результаты проведенного исследования показали, что апробированная программа внеурочной деятельности по образовательной робототехнике способствовала формированию технического мышления учащихся 7-9 классов. Цель исследования достигнута, поставленные задачи решены, гипотеза исследования доказана.

Размещено на Allbest.ru