Робототехника в школе: что это такое и для чего она нужна
Этой статьей мы открываем спецпроект «РобоШкола: оборудование для изучения робототехники в школе и детском саду». Но чтобы начать говорить о том, какое оборудование существует, как применяется и для чего, давайте разберемся, что такое робототехника, откуда она пришла в образование и, главное, что может дать нашим детям.
Разбираемся с терминами и понятиями
Начиная разговор о робототехнике в школе, неплохо было бы определиться, что мы понимаем под терминами «робот», «робототехника» и «образовательная робототехника». Вполне развернутый и подробный ответ на этот вопрос можно найти в стандартах ГОСТ Р ИСО 8373-2014 «Роботы и робототехнические устройства. Термины и определения» или в соответствующем международном стандарте ISO 8373:2012 «Robots and robotic devices — Vocabulary»:
Робот (robot) — приводной механизм, программируемый по двум и более осям, имеющий некоторую степень автономности, движущийся внутри своей рабочей среды и выполняющий задачи по предназначению».
Робототехника (robotics) — наука и практика разработки, производства и применения роботов.
Образовательная робототехника, в свою очередь, – это междисциплинарная учебная среда, основанная на использовании роботов и электронных компонентов в качестве общей составляющей для улучшения развития навыков и компетенций у детей и подростков. Это, прежде всего – дисциплины, именуемые STEAM (science – наука, technology – технология, engineering – инжиниринг, arts and math – искусство и математика), хотя робототехника может также затрагивать и другие области, такие как лингвистика, география и история.
Всех роботов условно можно разделить на два типа – промышленные и обслуживающие (сервисные) устройства. Те, которые используются в школах и колледжах, в большинстве своем, относятся к обслуживающим, но тут стоит обратить внимание на важный нюанс – целью создания таких роботов является не новый продукт или сервис, а именно образование – то есть передача связанных знаний о мире, технике, социальных взаимодействиях или иных навыков посредством конструирования и программирования робота. То есть робот в образовании – это не цель, а только лишь инструмент.
История образовательной робототехники в России
Как в России, так и за рубежом, появление и развитие образовательной робототехники неразрывно связано со знаменитой датской компанией Lego. Именно она разработала первый массовый роботехнический конструктор Lego Mindstorms в уже далеком 1998 году. В том же году первые наборы этого конструктора появились в нескольких пилотных школах Москвы, а еще через пару лет начались массовые поставки, были разработаны первые учебные методические материалы.
В 2002 году в Москве прошли первые соревнования с робототехническими конструкторами «Международные состязания роботов», в которых участвовали 15 школ Москвы и одна из Санкт-Петербурга.
Начиная с 2005 года, робототехнические конструкторы появляются в классах за пределами двух столиц, осенью 2008 года для популяризации направления запускается программа «Робототехника: инженерно-технические кадры инновационной России». Ее цель – обеспечение равного доступа к новейшим технологиям детей и молодежи, вне зависимости от региона проживания.
В дальнейшем робототехническое образование начинает набирать популярность, уже начиная с 2010-х годов, появляются кружки, сайты, региональные программы развития и поддержки, а также первые отечественные производители. Робототехника попадает во ФГОС и становится обязательным элементом школьного образования:
«Материально-техническое оснащение образовательной деятельности должно обеспечивать возможность: …проектирования и конструирования, в том числе моделей с цифровым управлением и обратной связью, с использованием конструкторов; управления объектами; программирования»
ФГОС ООО (Приказ Минобрнауки РФ от 17 декабря 2010 г. № 1897)
В 2014 г. утверждается «Концепция развития дополнительного образования детей», подготовленная рабочей группой под руководством А. Г. Асмолова. Среди прочего Концепция предусматривала «создание в системе дополнительного образования детей сети ресурсных центров для обеспечения технологической подготовки обучающихся, организации научно-технического, художественного творчества и спорта». Концепция оказала наибольшее влияние на развитие отрасли, поскольку в ней напрямую была указана робототехника.
Важным этапом развития робототехники в образовании, связанным с участием государства, стала программа создания детских технопарков «Кванториум». Она стартовала в рамках Федеральной целевой программы развития образования в 2017 г. С 2019 года робототехника включена в состав оборудования для оснащения различных образовательных организаций и центров дополнительного образования по направлениям Нацпроекта Образование.
Как мы видим, буквально за полтора десятка лет робототехника прочно вошла в школу и продолжает развиваться. Но почему же робототехника так важна для современного образования и зачем она приходит уже даже в детские сады? Давайте разберемся.
Для чего ребенку робототехника?
Для начала необходимо уточнить, что отдельного предмета Робототехника в школьной программе, а тем более в программе детского сада, не существует. Эта тематика затрагивается в основном в рамках дополнительного образования, а также на уроках технологии и информатики. Кроме того, практически в каждом городе России существует множество кружков, секций и центров робототехники, как сетевых, охватывающих практически всю страну, так и местных.
Робототехника так привлекательна для педагогов и тренеров, в первую очередь потому, что позволяет охватить очень большой пласт знаний и компетенций, показать ребенку их взаимосвязь, развить принципиально новые навыки. Среди них и критическое мышление, и творческий подход к решению задач, а также работа в команде, креативность, адаптация, кодирование, различные коммуникативные навыки, а также – ответственность, умение систематизировать собственные действия, развитие пространственного восприятия и отношений между объектами и субъектами. Кроме того, конструируя, собирая, программируя робота, ребенку требуются самые различные знания из математики, информатики, физики, инженерии, а иногда даже химии и биологии.
Создание робота в формате образовательной робототехники должно приводить не просто к появлению движущейся машинки или предмета, выполняющего заданный алгоритм действий, а к реализации проекта с заранее запланированным результатом посредством робота. То есть построить прибор, который будет поливать цветы в теплице в зависимости от влажности почвы, конечно, возможно и это тоже будет результат, но намного более значимым проектом станет конструирование подобной теплицы и оснащение ее необходимыми приборами и датчиками, позволяющими получить лучший урожай.
Для создания подобного оборудования ребенку потребуется не просто расставить датчики и подвести привод, но разобраться с особенностями почвы, требованиями к освещенности для различных растений, вегетативным циклами и множеством других вопросов, напрямую с конструированием робота не связанными.
Именно поэтому робототехника считается важным элементом STEAM-образования – модели обучения, предназначенной для совместного изучения естественных наук, математики и технологий, и в которой практика имеет приоритетное значение над теорией.
Также важно заметить, что робототехника неразрывно связана с программированием, а в жизни программирование может быть слишком сложным и утомительным для ребенка, если изучать его с помощью «традиционного» абстрактного метода. Но в случае робототехники ученик имеет возможность управлять физическим роботом и сразу видит, что идет не так, на практике узнает предел возможностей технологий, понимает, что роботы могут и не могут делать.
Кроме всего вышесказанного, робототехника позволяет развить так называемое вычислительное мышление. Проектируя и создавая роботов, мы учимся абстрагироваться от концепций, разделять большую проблему на мелкие части и предлагать решения, которые могут быть представлены в виде последовательности инструкций и алгоритмов.
Роботы с пеленок
Последнее время робототехника становится все более популярным способом для практического знакомства с информатикой даже самых маленьких детей. Наборы робототехники в этом случае выступают как инструменты, с помощью которых дети могут создавать, строить или программировать, повышая технологическую грамотность. Существуют различные наборы, каждый из которых поддерживает разные виды деятельности и стили обучения, в том числе заранее сконструированные роботизированные системы (например, Bee-Bot) и системы, которые дают детям возможность участвовать в создании робота (например, Lego Education WeDo 2.0).
С помощью игры обучающие роботы помогают детям в раннем возрасте развить одну из основных познавательных компетенций математического мышления: вычислительное мышление. То есть они помогают развивать мыслительный процесс, который мы используем для решения различных проблем, посредством упорядоченной последовательности действий – алгоритма.
Конечно, роботы для малышей — это не те конструкторы, которые они встретят в школе, их не нужно долго и кропотливо собирать, они довольно просты в использовании и обычно умеют делать не так много, например, ходить вперед-назад и поворачиваться (как Bee-Bot). Но этого уже достаточно для того, чтобы дети начали понимать принципы алгоритмики и в будущем смогли легко справляться с более сложными задачами.
Робототехника в современном российском образовании
Сейчас в России нет единой политики и стандартов в отношении робототехники в образовании, что обусловливает заметные различия в характере и масштабах ее развития в регионах. Драйверами развития направления зачастую являются педагоги-энтузиасты, частные компании, иногда этим направлением заинтересовываются чиновники от образования, что дает заметный рост в регионе.
Так в Москве наборами робототехники, которые входили в комплектацию инженерных классов, были оснащены большинство образовательных комплексов за счет бюджетных средств.
А, например, в Свердловской области робототехника развивалась усилиями частных компаний и уже позднее в это направление включился Свердловский институт развития образования и государственные структуры.
Иной сценарий был выбран в Пермском крае. В этом регионе Министерство образования обязало директоров в каждой школе создать зоны робототехники, а позже в подобные проекты также были вовлечены и детские сады.
Конечно, в крупных городах и региональных центрах (прежде всего, в Москве и Санкт-Петербурге) вариантов для занятий робототехникой много, и они разнообразны. Программы предлагают как государственные организации (школы, организации дополнительного образования, вузы), так и большое число частных клубов. Содержание программ, продолжительность и цены могут отличаться существенно. Большую долю рынка занимают крупные сетевые кружки, такие как Лига роботов, РОББО, StartJunior.
Основным барьером для развития робототехники в небольших городах и поселках является банальная нехватка денег. Наборы для робототехники дороги, а самостоятельно закупать оборудование школы и детские сады зачастую могут в очень скромных объемах.
Роботы вокруг нас
Мы уже сейчас живем в мире роботов, часто не замечая этого. Автоматические двери супермаркетов, лифты, багажные ленты, автоматы самообслуживания – это все роботы. И если для взрослых роботизированный мир наступал постепенно, то наши дети родились уже в нем. Конечно, понимание законов функционирования этого мира, правил взаимодействия с ним для получения необходимого результата здорово упрощает жизнь. А робототехника дает именно эти необходимые знания, делая мир вокруг понятным и предсказуемым.