Development of prospective IT teachers’ ICT competence while studying robotics

Full Text

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.

About the authors

Nadezhda Vladimirovna Buzhinskaya

Nizhny Tagil State Social and Pedagogical Institute (branch) of Russian State Vocational Pedagogical University

Email: nadezhda_v_a@mail.ru

candidate of pedagogical sciences, associate professor of Information Technologies Department

Russian Federation, Nizhny Tagil, Sverdlovsk region

Darya Mikhailovna Grebneva

Nizhny Tagil State Social and Pedagogical Institute (branch) of Russian State Vocational Pedagogical University

Author for correspondence.
Email: grebdash@gmail.com

candidate of pedagogical sciences, associate professor of Information Technologies Department

Russian Federation, Nizhny Tagil, Sverdlovsk region

References

Supplementary files