Применение инновационных технологий в проектной деятельности обучающихся

Тлявсин Ильмир Булатович аспирант кафедры педагогики, ФГБОУ ВО «Башкирский государственный университет» 450076, Россия, республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32 Tlyavsin Ilmir Bulatovich Postgraduate student, the department of Pedagogy, Bashkir State University 450076, Russia, respublika Bashkortostan, g. Ufa, ul. Zaki Validi, 32 tlyavsin.ilmir@yandex.ru Другие публикации этого автора

История развития человечества всегда сопровождалось стремлением улучшить общество, быт и открыть новые границы мироздания. Люди никогда не останавливались на достигнутом и стремительно двигались вперед, так было во все времена, но развития последних лет забросило историю человечества так далеко вперед, что прошлое с трудом укладывается в голове - наступил век цифровых технологий, роботизации и автоматизации. Недаром говорят, что 21 век — век информационных технологий.

Развитие инновационных технологий затронуло все аспекты жизни обычного человека и образовательная система не осталась в стороне. Учебная деятельность на всех ступенях (этапах) образовательного процесса интегрировалась с требованиями цивилизованного общества, что ставит перед педагогикой новые задачи.

Современное информационное общество обуславливает заметные изменения в требованиях к образованию. Появление новых технологий, меняет саму модель образования обучаемого. Новое поколение воспринимает информацию и формирует знания иначе, чем предыдущие поколения, и задача современной школы предоставить учащимся новые технологические средства и методы образования. На помощь приходят информационно-коммуникационные технологии (ИКТ) и новые средства обучения (станки ЧПУ, конструкторы для робототехники, программы для трехмерного моделирования и программирования) ^{[1, с. 41]}.

Современная система образования стала неотделимой от информационно-коммуникационных технологий, их распространение глубоко проникло в систему, став ее частью, поэтому их использование носит ключевое и значение на всех уровнях, делая образовательный процесс более эффективным. При этом, при отдельном рассмотрении каждого этапа познавательной деятельности такие технологии становятся не только инструментом познания, но и самим объектом, например, при проведении научных исследований. Следовательно, инновации в ИКТ не только обеспечивают революционное развитие внутри данной отрасли знаний, но и оказывают непосредственное влияние на научно-технический прогресс во всех сферах деятельности общества. Таким образом, информационно-коммуникационные технологии относятся к классу инновационных технологий, обеспечивающих быстрое накопление интеллектуального и экономического потенциала - стратегических ресурсов, гарантирующих устойчивое развитие общества. Их особенность - универсальность, они являются инструментом, который применяется во всех отраслях знаний: гуманитарной, естественнонаучной, социально-экономической. ^{[2, с. 22]}.

Инновационные технологии в сфере образования становятся способом организации процесса обучения. Такая организация отличается собственными принципами, средствами и методами, отличными от традиционно принятых способов организации учебного процесса. Именно применение таких инновационных систем в образовании позволяет получать больший образовательный эффект, а именно:

● значительно увеличивать объем получаемых знаний;

● обеспечивать возможность учащихся проявлять собственную творческую активность;

● добиваться усвоения большего числа необходимых навыков и умений на практике, а не в теории.

Согласно статье 75 Федерального закона от 29.12.2012 N 273-ФЗ (ред. от 07.03.2018) «Об образовании в Российской Федерации» дополнительное образование детей и взрослых направлено на формирование и развитие творческих способностей детей и взрослых, удовлетворение их индивидуальных потребностей в интеллектуальном, нравственном совершенствовании, а также на организацию их свободного времени ^[3].

Современный подход к образованию предполагает развитие творческих начал у детей и молодежи, что обеспечивает не только большую эффективность и результативность образовательного процесса, но и личностный рост самих обучающихся. Именно поэтому сегодня значительно внимание отводится участию обучающихся в различных кружках и секциях, молодежь активно привлекается в социальные объединения и творческие студии для раскрытия своего творческого потенциала и самосовершенствования. Использование информационных технологий в этой связи крайне необходимо все глубже внедрять в процесс получения образования.

Рассматривать весь аспект инновационных технологией является не возможным из-за обширного предмета исследования, поэтому мы рассмотрим только часть, а именно использование инновационных технологий в проектной деятельности.

Обратимся к рассмотрению сущности проектного метода в целом. Данный метод заключается в организации образовательной деятельности, итогом которой становится разработка конкретного конечного продукта или получение определенного результата. При этом в процессе деятельности, направленной на получение этого результата обучающиеся приобретает и усваивает новые знания, а также получает новые навыки. Если же обратиться к содержанию проектного метода при его применении непосредственно в школах, то его сущность можно выразить как образовательную технологию, обеспечивающую получение новых знаний и умений непосредственно в практической деятельности, максимально близкой к реальным жизненным условиям. Характерной чертой данного метода является использование проблемно-ориентированного поиска необходимой информации и разработке на ее основе новых решений. Метод проектов – это такой способ обучения, при котором ученик самым непосредственным образом включен в активный познавательный процесс; он самостоятельно формулирует учебную проблему, осуществляет сбор необходимой информации, планирует варианты решения проблемы, делает выводы, анализирует свою деятельность, формируя «по кирпичикам» новое знание и приобретая новый учебный и жизненный опыт ^[4]. Еще всеми известный немецкий физик-теоретик Альберт Эйнштейн говорил: “Дети любят искать, сами находить. В этом их сила”.

Сегодня проектный метод уже широко используется в системах образования зарубежных стран. Россия же за последние годы так же оценила эффективность такого метода, поэтому на данный момент наша страна находится на этапе его внедрения в свою систему образования. Все это обуславливается такими преимуществами, так:

● приобретение учениками новых знаний и умений не путем получения информации непосредственно от учителей и чтения учебников, а самостоятельная «добыча» этих знаний исходя из решения практических задач;

● умение применения учениками полученных знаний на практике для решения конкретных задач;

● приобретение не только учебных знаний, но и развитие навыков коммуникации, командной работы учащихся, а также исполнение в рамках проектов различных социальных ролей от лидера до исполнителя;

● получение навыков использования базовых методов исследования, таких как сбор и анализ информации, составление гипотез, их доказательство или опровержение, приобретение умений формулировки выводов и заключений.

Иными словами проектная деятельность это создание нового, решения практических задач и проблем и с развитием новых технологий соответственно меняются сами инструменты. В данной статье проектная деятельность рассматривается с точки зрения занятий дополнительного образования технической направленности и предметной области - Технология.

Организация учебного процесса с использованием инновационных технологий кардинально меняет суть подхода к проектной деятельности. Актуальным данную тему делает то, что умения и навыки формируемые у обучающихся на уроках технологии и на занятиях допобразования по классической программе, используемой в большинстве образовательных организаций, становится неэффективным, так как выпускнику негде использовать данные навыки во взрослой жизни и в профессиональной деятельности. В качестве примера может послужить ручная обработка древесины на уроках технологии, хотя существует множество электрических современных инструментов, позволяющих получить наилучший результат с наименьшими усилиями ^[5].

Инновационные технологии, согласно педагогическому терминологическому словарю - это набор методов, средств и мероприятий, обеспечивающих инновационную деятельность.

В данной статье под инновационными технологиями будут пониматься те инструменты и средства которые непосредственно используются в современной промышленности и являются базовыми умениями и навыками при подготовке специалистов инженерно-технической направленности.

Инновационных технологий множество, рассмотрим некоторые из них: станки ЧПУ (числовое программное управление), образовательные конструкторы для робототехники (Lego - один из самых распространенных и его аналоги), использование программ для трехмерного моделирования (Компас 3Д, Автокад), основы программирования для обучающихся начальной школы в онлайн конструкторе Scratch. Мы их условно будем рассматривать по назначению возрастных категорий: начальных классов, основной школы, средней школы.

Отличие дошкольного образования от общего состоит в том, что в нем отсутствуют жесткие и сильно ограничивающие требования. Если общее образование состоит в приобретении базовых знаний школьной программы, то поле деятельности дополнительного образования более широко. Оно направлено на развитие и совершенствование навыков учащихся и расширение их круга знаний.

Один из основателей современных персональных компьютеров, американский учёный в области теории вычислительных систем, говорил, что дети должны начинать овладевать компьютером как можно раньше и в юном возрасте обращаться к изучению процессов моделирования и программирования. Исходя из этого становится целесообразной идея создания подготовительного курса информационных технологий в начальных классах, ведь это поможет школьникам на раннем этапе освоить базовые инструменты необходимые для успешного изучения дальнейшего курса программирования в более старших классах. Безусловно в данном случае необходимо сделать поправку на то, что этот подготовительный курс должен соответствовать возрастным возможностям и способностям учащихся.

При проведении анализа образовательных программ дополнительного образования было выявлено широкое использование педагогами в этих программах такие инструменты, как Lightbot, CodeStudio и ряд дугих. Однако данные инструменты в настоящей статье не будут рассмотрены. Для исследования выбрана более популярная и эффективная среда программирования, которая называется Scratch.

Scratch – это программа, которую создали работники Массачусетского университета специально для обучения детей программированию ^[6]. Данный инструмент позволяет ученику складывать различные блоки с командами, в конечном счете получая полноценную программу. В среде существует исполнитель и блоки с различными командами, складывая которые, ученик получает программу.

Преимущества работы с данной среде программирования заключаются в:

● возможности работы с программой без подключения к интернету, то есть в режиме оффлайн;

● возможности создания собственных проектов в онлайн-версии среды;

● существовании галереи готовых работ, выполненных другими учениками и возможности ознакомления с ними;

● ориентированности среды на работу в ней учащимися различных возрастов: от начальных до старших классов.

Помимо всех вышеуказанных преимуществ Scratch предоставляет возможность внедрения графики в свои проекты, добавлять в них музыку, звуковые эффекты и даже самостоятельно озвучить свой проект. С помощью блоков-команд ученик может реализовать различные алгоритмические структуры. По итогам своей работы ученик может создать собственный мультик, игру, подготовить презентацию или создать открытку с элементами анимации. Все это сохранятся не только в стандартных форматах, но и в формате видео, а поделиться проектом можно даже в интернете при помощи открытия общего доступа к проекту.

Scratch – бесплатный продукт в свободном доступе, поэтому работать с ним можно как в общеобразовательной школе или дополнительном образовании, так и дома. ^[7].

При обучении школьников программированию можно использовать не только Scratch, но и проводить занятия по робототехнике, причем осуществлять это можно даже параллельно. Следует отметить, что сегодня робототехника относится к одним из наиболее востребованных и перспективных направлений информационных технологий, что делает изучение такого направления особенно актуальным. Такая востребованность объясняется широким спектром применения элементов робототехники в сфере автомобилестроения или микроэлектроники. Однако становление специалиста в этих областях – это длинный, сложный путь и если начать его еще со школы, то в конечном счете можно получить гораздо более квалифицированных специалистов. С такой подготовкой школьные дисциплины, в которых косвенным образом закладываются самые базовые знания в области робототехники, уже не справляются.

Физико-математические дисциплины не в силах дать ту необходимую базу знаний. Именно поэтому в современных школах все более значительное внимание следует уделять таким предметам, как технология и информатика, ведь они не менее важны и необходимы. Причем в программу данных дисциплин следует внедрить непосредственно основы робототехники. Это можно реализовать при помощи работы со специальными конструкторами, которые содержат в себе программированные устройства. Самым простым и ярким примером такого средства обучения является конструктор Lego, который интересен как ученикам младших классов, так и ученикам старшей школы, что позволяет обеспечивать необходимую поэтапность процесса обучения.

Обучение робототехники условно можно разделить на три этапа изучения: в начальной, средней, а затем и в старшей школе. Для первого этапа наиболее подходящим инструментом обучения следует выбрать конструктор Lego WeDo 2.0. Он включает в себя как обычные детали конструктора, так и специальные датчики вместе с приводами, которые напрямую подключаются к компьютеру, все это дополняется специальным программным обеспечением, которое позволяет ученику погрузиться в среду программирования, интуитивно ему понятную и весьма простую.

На втором этапе обучение робототехники следует выбрать конструктор Lego Mindstorms Ev3, состоящий из тех же стандартных деталей, но дополненных различными колесами, планками и осями. В комплект так же входят датчики, сервоприводы и программируемого микрокомпьютера Ev3. Весь набор позволяет подобрать необходимые детали для решения многочисленных вариантов задач, а его достоинством является та же простота и гибкость.

Наконец, на последнем этапе изучения робототехники в школе можно обратиться к конструктору TETRIX. Его так же используют на международных соревнованиях FIRST Tech Challenge. Содержание набора весьма похоже с предыдущим конструктором, одно из отличий в том, что детали состоят из металла. Программирование роботов, собранных из данного набора, осуществляется на языке RobotC.

Использование описанных выше наборов является не развлекательным, а носит ряд преимуществ с точки зрения педагогики. Это в первую очередь повышение мотивации учащихся к приобретению новых знаний, так как при работе с конструктором можно увидеть конечный результат своей деятельности и в дальнейшем на практике использовать полученные знания. Так же создание роботов – это непосредственно творческая деятельность, выраженная в решении вариативных и нестандартных учебных задач.

Помимо этого, при работе с конструкторами у учеников возрастает интерес к программированию и технике, что обеспечит рост популярности инженерных и технических профессий, в которых на сегодняшний день наблюдается нехватка высококвалифицированных специалистов. Наконец, такие занятия по робототехнике способствуют развитию логики учащихся и их алгоритмического мышления. Всё вышесказанное свидетельствует о том, что использование наборов Lego Mindstorms, Lego WeDo и TETRIX в процессе обучения позволяет перейти к изучению основ робототехники, а также преодолеть недостатки традиционного подхода в обучении программированию и вывести его на новый уровень ^[8].

Обучение на основе различных конструкторов и программ является наиболее эффективным в определенной возрастной категории, так как обучающиеся могут сконцентрировать внимание (обучение) на тех задачах, на которые направлены занятия. Но с переходом в более старшее звено и с расширением знаний и умений, можно расширить предмет исследования детей, где обучающиеся могут создавать и работать над проектами не на базе конструкторов, а полностью с нуля реализовать свои идеи, обобщая ранее полученные умения и навыки. Для решения данных задач наиболее эффективно использовать станки с числовым программным управлением (ЧПУ). Такие станки представляют собой высокотехнологичное оборудование, в котором исполнительные устройства (приводы) управляются автоматически. Принцип работы станка заключается в управлении приводами на основе определенной программы, которые, в свою очередь приводят в действие рабочий элемент станка.

Оборудование с ЧПУ может иметь несколько различных форматов – это:

● станочный парк (например, специальные станки для обработки металла, древесных материалов или пластмассы)

● приводы асинхронных электродвигателей на векторном управлении;

● система управления современными промышленными роботами;

● периферийные устройства (3D-принтер или сканер).

Неоспоримым преимуществом станков с ЧПУ становится возможность работы с ними без квалифицированного специалиста, то есть станочника, необходимо лишь обучить учителей основам управления программой. Так же такие станки сочетают в себе высокое качество производимых продуктов наравне с не менее высокой производительностью, что позволяет отнести такое оборудование к числу современных. Использование таких станков значительно повышает общий уровень культуры производства ^[9].

Еще одним перспективным направлением проектирования становится трехмерная печать, возможности которой способны заменить стандартные макеты объектов или архитектуры. А 3D-детали можно использовать для создания дизайнерских проектов, элементов искусства, деталей механизмов и машин. Несмотря на то, что трехмерная печать появилась еще в 80-х годах прошлого века, именно сейчас данное направление находится на этапе своего стремительного развития.

Принцип трехмерной печати заключается в создании 3D цифровой модели, которую специальный принтер достаточно быстро изготавливает из пресс-формы по слоям. Применение такой технологии печати в силах составить конкуренцию традиционным формам прототипирования и быть использован для создания, например, запасных деталей или полноценных небольших машин, электроники и что самое главное, такой принцип печати не наносит вред окружающей среде.

Для использования технологии трехмерной печати необходим комплекс знаний в различного спектра дисциплинах, начиная с моделирования и программирования, заканчивая физикой и математикой. В рамках образовательного процесса трехмерная печать может стать эффективным образовательным инструментам, демонстрирующим учащимся возможности самостоятельного творчества вместо использования готовых продуктов.

Внедрение трехмерной печати в образовательный процесс можно сравнить с внедрением обычных компьютеров ведь еще некоторое время назад школы не просто не имели компьютерных классов, в них вовсе не было компьютеров. Закупки начинались с нескольких единиц на всю школу, а уже сегодня компьютеры являются неотъемлемой частью учебного процесса, такую же параллель можно провести и с 3D-принтерами ^[10].

Все рассмотренные выше технологии и инструменты могут стать частью образовательного процесса в обозримом будущем, однако, их применение не принесет должного результата без существования специальных инструментальных сред моделирования и систем автоматизированного проектирования (САПР).

САПР – это целый комплекс технических, алгоритмических, программных и информационных средств, которые способствуют автоматизации и эффективной организации проектной деятельности, что просто необходимо для достижения каких-либо значимых результатов. Неотъемлемая часть САПР – специальное программное обеспечение Computer Aided Design (CAD), наиболее известными средами которого являются программы AutoCAD, Inventor (Autodesk), SolidWorks, КОМПАС (АСКОН). Их сравнение уже производилось неоднократно в различных исследованиях, итогом которых стало заключение о том, что все они включают в себя необходимый набор инструментов для проектирования ^[11].

Исходя из всего сказанного ранее следует сделать вывод о необходимости использования систем проектирования и моделирования в дополнении с технологиями трехмерной печати для обеспечения разнообразия и снижения сложности образовательного процесса, а также достижения целей, поставленных перед обучающимися.

Инновационные технологии в современных условиях играют важную роль не только в профессиональных сферах, но и в образовании, ведь именно они позволят вывести школьную проектную деятельность на принципиально новый уровень, модернизировать систему образования в соответствии с потребностями XXI века и стимулировать обучающихся к получению новых знаний и освоению традиционных дисциплин в новом формате на более высоком уровне, что подготовит их к освоению будущей профессии.

На сегодняшний день информационные технологии хоть и являются неотъемлемой частью многих отраслей, в рамках образовательного инструмента они все еще недооценивается. Несмотря на это современная система образования уже начала оценивать информационные технологии как эффективный инструмент помощи в образовательном процессе, основываясь на том, что практические знания всегда лучше запоминались и легче воспринимались, чем теория. Это может принести пользу практически любой области обучения, позволяя учащимся лучше понять концепции математики, информатики, черчения и физики, путем личного взаимодействия с их собственными реальными проектами.