Развитие ИКТ-компетентности будущих учителей информатики в процессе изучения робототехники

Полный текст

В условиях развития информационно-коммуникационных технологий учащиеся способны самостоятельно получать знания из различных источников (интернета, средств массовой информации и др.). В связи с этим роль учителя как транслятора знаний во многом заменяется ролью организатора и наставника деятельности обучающихся. Информатизация образования создает дополнительные возможности для становления личности будущего учителя.

Результаты подготовки студентов в вузе в области информационно-коммуникационных технологий характеризуются с помощью ИКТ-компетентности, под которой понимается вид педагогической компетентности, позволяющей эффективно осуществлять профессионально-педагогическую деятельность с использованием информационно-коммуникационных технологий [1, с. 8]. Нормативные требования к профессиональной ИКТ-компетентности учителя представлены в Едином квалификационном справочнике должностей работников образования, ФЗ № 273 «Об образовании в Российской Федерации», федеральных государственных образовательных стандартах общего образования (ФГОС). Общая структура ИКТ-компетентности учителя представлена на рис. 1.

Знания, умения и навыки, входящие в состав ИКТ-компетентности, начинают формироваться в школьном возрасте, а развиваются в процессе обучения в вузе. Совершенствование в данной области происходит на протяжении всей деятельности специалиста за счет приобретения жизненного и профессионального опыта. Рассмотрим особенности формирования основных компонентов ИКТ-компетентности будущих учителей на примере изучения робототехники.

 

Рисунок 1 – Структура ИКТ-компетентности учителя

 

Будущие учителя информатики должны не только уметь работать с робототехническими наборами и уметь программировать их, но и владеть эффективными педагогическими приемами обучения школьников, а также знать место изучения элементов робототехники в школьном курсе информатики. Сочетание научных основ робототехники и методики их преподавания школьникам получило название «образовательная робототехника» [2].

Как правило, образовательная робототехника в педагогических вузах изучается как дисциплина по выбору [3], в связи с чем ее содержание и трудоемкость зависит от структуры учебного плана в данной образовательной организации.

Понятие и общая структура ИКТ-компетентности, представленная на рисунке 1, может быть основой для разработки содержания и методики преподавания образовательной робототехники в вузе. Рассмотрим каждый из компонентов более детально.

Методы и приемы формирования знаний предметной области робототехники

Образовательная робототехника представляет собой интегративную предметную область, то есть для нее характерно соединение нескольких изучаемых студентами дисциплин в единое целое и выделение ведущей дисциплины. Ведущей дисциплиной для изучения образовательной робототехники является информатика [4], также для полноценного изучения робототехники необходимы знания физики и математики. Таким образом, при обучении студентов содержанию образовательной робототехники, целесообразно обеспечивать преемственность знаний, умений и способов деятельности студентов, полученных ими при изучении дисциплин, связанных с робототехникой. Например, на занятиях по информатике вводить элементы теории автоматического управления; по физике – изучение принципа действия простых механизмов; по математике – расчеты и графическое построение траекторий движения автономных объектов и др. В свою очередь, комплексные задания по робототехнике позволяют обобщить и систематизировать полученные знания и умения студентов. Приведем примеры комплексных заданий по робототехнике при работе с образовательным робототехническим набором Lego Mindstorms Education Ev3 и средой программирования Lego Ev3-G.

1. Сконструировать и запрограммировать робота, который сможет объезжать заданную площадь, ограниченную черной линией, и очищать ее, выталкивая предметы за ее границы.
2. Сконструировать и запрограммировать шагающего робота, который сможет автономно передвигаться по комнате.
3. Создать робота-чертежника, который сможет передвигать закрепленный маркер и рисовать заданные графики функций.

Оценивать комплексные задания по робототехнике можно на основе следующих критериев:

1. Эффективность конструкции собранного робота (использование минимально возможного количества деталей).
2. Структурированность и читабельность программы управления роботом.
3. Работоспособность программы управления роботом.

Важнейшим условием успешного формирования знаний в области робототехники является их комплексность и функциональность, предполагающая связь полученных знаний с конкретными видами и задачами профессиональной деятельности и социальной активности выпускника.

Методы и приемы формирования мотивационно-ценностных ориентаций преподавания робототехники

Формированию мотивационно-ценностных ориентаций студентов способствует их включение во внеурочную деятельность: экскурсии в школы города на уроки учителей по робототехнике, посещение соревнований, выставок, участие в форумах по данной тематике, олимпиадах и конкурсах.

Эффективным приемом также является включение в содержание образовательной робототехники обсуждение этических вопросов: проблемы искусственного этикета, взаимоотношение человека и роботизированных систем. На занятиях по образовательной робототехнике нужно знакомить студентов с социально-значимыми, полезными моделями роботов и предлагать их сборку. Это могут быть, например, захватные механизмы для моделирования действия механических рук, подъемные механизмы и их использование в «роботах-помощниках», сенсорные устройства для помощи людям с ограниченными возможностями здоровья.

Для оценки мотивационно-ценностных качеств личности можно использовать методику изучения мотивации успеха студента и методику изучения мотивов учебной деятельности студентов, модифицированную А.А. Реаном, В.А. Якуниным [5]. Анализ результатов прохождения методики позволяет оценить степень внутренней и внешней мотивации. При доминировании внешних мотивов следует внести коррективы в методику преподавания образовательной робототехники, поскольку именно на основе внутренней мотивации происходит становление ответственного отношения к учению, готовности и способности студентов к саморазвитию и самообразованию.

Методы и приемы развития готовности самосовершенствования в области робототехники, в том числе в области методики ее преподавания

Для того чтобы студенты были готовы к самосовершенствованию в данной области, необходимо, чтобы они понимали важность робототехники как науки и учебного предмета. Будущие учителя должны уметь прогнозировать проблемы, которые могут возникнуть у них в будущей деятельности, и быть готовыми к их решению. Для этого необходимо в процесс обучения робототехнике включать такие активные методы обучения как мозговой штурм, деловая игра, дискуссия. Например, проведение дискуссии по теме «За и против роботов-военных» позволит оценить данную проблему с разных точек зрения, изучить дополнительную литературу; включение мозгового штурма по теме «Что будет с робототехникой в XXII веке?» побуждает студентов к выдвижению новых идей.

Для оценки уровня развития способности студентов к самосовершенствованию можно использовать анкету, разработанную на основе методики В.И. Андреева [6]. Сумма баллов, которую получает студент, характеризует уровень его способности к самосовершенствованию и позволяет судить об уровне ИКТ-компетентности специалиста и при необходимости вносить коррективы в методику обучения робототехники.

Методы и приемы формирования умений осуществлять рефлексию педагогической деятельности в области преподавания робототехники

Под рефлексивными умениями мы понимаем такие умения, которые позволяют запустить процесс последовательных действий от затруднения (сомнения) к его обсуждению с самим собой и поиску выхода из него [7].

Для формирования у студентов рефлексивных умений рекомендуется в процесс обучения робототехники в вузе включать задания, моделирующие будущую педагогическую деятельность, например:

– опишите последовательность своих действий при изучении темы «Основные понятия робототехники», «Исполнительные механизмы», «Основы программирования роботов» и др.;

– самостоятельно составьте задачу по конструированию и программированию роботов и определите критерии для оценивания эффективности ее решения;

– сформулируйте наиболее важные и актуальные проблемы в области робототехники;

– сформулируйте тему проекта по робототехнике и опишите этапы его реализации;

– назовите основные трудности, которые могут возникнуть при выполнении заданий, связанных с конструированием роботов, по инструкции, изображению и самостоятельно без использования каких-либо наглядных материалов;

– разработайте анкету для выявления потребностей учащихся в изучении робототехники;

– приведите примеры вопросов, которые позволят оценить уровень знаний по теме «Языки и среды программирования роботов», «Алгоритмы управления движением робота», «Управление сенсорами» и др.;

– опишите план развития робототехники в вашей школе.

Включение подобных заданий позволит студентам выступать в роли учеников и учителей, оценивать учебный процесс с разных точек зрения и тем самым подходить более осмысленно к изучению робототехники.

Для оценки уровня развития рефлексивных умений в данной области на заключительном занятии студентам предлагается заполнить ментальную карту [8, с. 31], в которой показать основные затруднения, которые возникли у них в процессе изучения робототехники в вузе. Кроме того, на ментальной карте необходимо указать, в чем сложность преподавания робототехники (см. рис. 2).

 

Рисунок 2 – Пример ментальной карты для оценки уровня рефлексивных умений студентов в области робототехники

 

Способы приобретения опыта эффективной деятельности в области преподавания робототехники

Как уже было отмечено выше, полученные на занятиях знания, умения и способы деятельности обязательно должны быть апробированы студентами в их профессиональной деятельности. Другими словами, основной из принципов изучения образовательной робототехники в педагогических вузах заключается в том, что первоначально студенты изучают теоретические и практические основы робототехники на учебных примерах и анализируют методические аспекты ее преподавания в общеобразовательных организациях [9]. Затем, после того как у них сформировалось более или менее целостное представление об образовательной робототехнике, студенты проводят уроки и внеурочные мероприятия по данному курсу для обучающихся общеобразовательных организаций.

Внеурочные мероприятия могут быть проведены в форме мастер-классов, информационного лабиринта, квеста и др.

Возможными темами мастер-классов по робототехнике могут являться: «Простые механизмы», «Роботы-шагоходы», «Эффективное управление движением мобильного робота» и др. Информационные лабиринты по робототехнике можно проводить по таким темам: «Устройство колесного робота», «Программирование движения робота вдоль черной линии», «Классификация роботов» и др. В качестве «вознаграждения» за проведенный поиск информации в образовательных квестах [10] по робототехнике могут выступать части инструкции по сборке роботов или части программных кодов для управления роботом.

Как показывает практика, подготовка и проведение студентами разных форм урочных и внеурочных мероприятий с обучающимися способствует интеграции теоретических и практических знаний по робототехнике и оставляет у всех участников положительные эмоции.

Поскольку ИКТ-компетентность является интегральной характеристикой, для итоговой оценки уровня ее развития необходимо учитывать все критерии, представленные выше. Совокупность данных критериев позволит произвести с научных позиций оценку результатов подготовки студентов в области робототехники: базовый уровень (студент овладел всеми необходимыми знаниями и умениями в соответствии с планируемыми результатами и умеет применять средства образовательной робототехники для реализации целей учебно-воспитательного процесса); продвинутый (студент не только овладел всеми необходимыми знаниями и умениями, но и умеет применять и разрабатывать уроки, внеурочные мероприятия и электронные образовательные ресурсы по робототехнике, определять целесообразность их разработки, осуществлять рефлексию собственной деятельности и способен к самосовершенствованию в данной области). Полученные сведения являются необходимым условием для построения индивидуальной траектории развития каждого студента в области робототехники.

Обобщая вышесказанное, следует отметить, что формирование ИКТ-компетентности будущих учителей информатики в процессе изучения робототехники представляет собой целенаправленное, последовательное продвижение от начального уровня знаний и умений к профессиональному. Сформированная ИКТ-компетентность позволит выпускникам стать специалистами высокой квалификации, способными обучать робототехнике с учетом новейших разработок в области информационных технологий.

Об авторах

Надежда Владимировна Бужинская

Нижнетагильский государственный социально-педагогический институт (филиал) Российского государственного профессионально-педагогического университета

Email: nadezhda_v_a@mail.ru

кандидат педагогических наук, доцент кафедры информационных технологий

Россия, Нижний Тагил, Свердловская область

Дарья Михайловна Гребнева

Нижнетагильский государственный социально-педагогический институт (филиал) Российского государственного профессионально-педагогического университета

Автор, ответственный за переписку.
Email: grebdash@gmail.com

кандидат педагогических наук, доцент кафедры информационных технологий

Россия, Нижний Тагил, Свердловская область

Список литературы

Дополнительные файлы