"Робототехника как средство формирования инженерной культуры". Работа №22518

Робототехника как средство формирования

инженерной культуры

Современные изменения социально-экономического устройства нашей страны неизбежно влекут за собой и предполагают изменения системы образования. В настоящее время наиболее востребованными на рынке труда являются специалисты инженерного профиля с высоким уровнем профессиональной культуры. А в связи с постоянно возрастающей степенью влияния техносферы на природу повышаются и требования к уровню профессиональной подготовки инженерных кадров. Таким образом, роль инженерной деятельности в нашем обществе возрастает.

В связи с всё более актуальной инженерной направленностью современного образования мы всё чаще встречаем такое понятие как «инженерная культура». Так что же следует понимать под этим термином?

Сам термин «инженерная культура» является предметом изучения многих наук, в том числе философии, педагогики, психологии и социологии.

С позиции философии и историко-социального развития общества и личности, инженерная культура рассматривается, прежде всего, как совокупность факторов: технико-технологической оптимизации и понимания социокультурных смыслов использования техники и технологии в обществе. И определяется, главным образом, уровнем общей культуры человека, его опытом и индивидуальными способностями, в которых и проявляется культурное/не культурное отношение к сегодняшней и будущей профессиональной деятельности. Иными словами, инженерная культура – это совокупность тех качеств, знаний и умений, которые позволяют современному человеку комфортно ощущать себя в быстроразвивающемся, высокотехнологичном мире, а также уметь определять перспективные направления развития технического прогресса.

Так уж повелось, что, когда речь идет об инженерной направленности образования, чаще всего имеют ввиду или средне-специальное, или высшее образование. Но, на сегодняшний день, уровень развития и доступности технического прогресса таков, что ребёнок с малых лет становится вовлеченным в него. Начиная от бытовой электроники, современных игрушек-роботов и заканчивая технологиями виртуальной реальности. Мир меняется, и система образования должна своевременно реагировать на эти изменения.

Поэтому и возникает потребность в развитии инженерной культуры и мышления уже на стадии получения ребенком основного общего образования.

Особенно актуален вопрос формирования инженерной культуры для воспитанников ДОО Министерства обороны РФ. Это будущие офицеры, которым предстоит осваивать, а возможно кому-то и разрабатывать высокотехнологичное вооружение. Недаром, словом «инженер» (ingeneator) впервые ещё в античном мире называли людей, изобретавших военные машины и управляющих ими в ходе военных действий.

Как сказал П.Л. Капица: «Хороший инженер должен состоять из четырёх частей: на 25% - быть теоретиком, на 25% - художником, на 25% - экспериментатором, и на 25% - он должен быть изобретателем».

В связи с наметившейся тенденцией, одним из перспективных направлений современного образования является робототехника. Робототехника – как новая педагогическая технология, которая находится на стыке механики, электроники, автоматики, конструирования, программирования и технического дизайна, пожалуй, наиболее полно включает в себя столь важные, по словам величайшего ученого, аспекты формирования хорошего инженера, а значит и человека с развитой инженерной культурой. Кроме того, данное направление очень хорошо вписывается в современную систему образования и соответствует требованиям ФГОС. Робототехника отлично вписывается как в рамки дополнительного образования и внеурочной деятельности, так и в рамки предмета «технология», основного общего образования. Ещё одним, немаловажным плюсом робототехники является возможность преподавания её воспитанникам как младших, так и старших курсов.

Использование робототехнического оборудования (конструкторов) позволяет осуществлять процесс обучения в различных формах и их сочетаниях: игра, соревнование, техническое творчество, что способствует воспитанию активных, целеустремленных и идущих в ногу со временем людей. Образовательная робототехника, прежде всего, позволяет на ранних стадиях обучения выявить способности детей мыслить технически и развивать их в этом направлении. Важным является и то, что внедрение робототехники в организации основного общего образования, позволяет получить равный доступ к современным образовательным технологиям детей, независимо от их социального статуса и благосостояния их родителей.

Робототехника позволяет учащимся познавать окружающий мир не только теоретически, но и практически. Это становится возможным, если использовать робототехнику при изучении, например, физики, что в свою очередь способствует развитию познавательных процессов, мышления, внимания, памяти, воображения, творческих способностей. Так, с помощью конструктора можно наглядно, не нагружая детей сложными формулами и вычислениями, продемонстрировать работу некоторых законов механики. А программирование простейших движений роботов, которое как правило осуществляется в графической среде, является хорошей пропедевтикой более глубокого изучения программирования на уроках информатики.

В Оренбургском президентском кадетском училище изучать робототехнику кадеты начинают уже в 5 классе в рамках занятий дополнительного образования. Как правило, эти занятия направлены на изучение деталей конструктора, способов их крепления, выполнение различных сборок, развитие мелкой моторики, что в свою очередь положительно влияет на внимание, мышление, координацию, воображение и память. Уже на первых занятиях становятся заметны способности некоторых ребят к конструированию. Сборки на первых порах подбираются не сложные, но имеющие практическую значимость или представляющие собой отдельные узлы сложного механизма. Например, на одном из занятий затрагивается тема «Простые механизмы», где кадеты знакомятся с такими понятиями как рычаг, ворот, наклонная плоскость, неподвижный и подвижный блоки. Не прибегая к сложным вычислениям, на примере сборок можно объяснить и наглядно показать кадетам принципы работы таких механизмов. Практика проведения таких занятий показала, что кадеты такого возраста, еще не изучавшие дробей, легко усваивают «золотое правило механики» и на интуитивном уровне понимают в каком случае мы получаем выигрыш в силе и во сколько раз. Полученные знания обязательно подкрепляем практикой в виде выполнения сборок. Например, «Катапульта»: ребятам предлагается собрать катапульту и поэкспериментировать с длинами её плеч - понаблюдать как от их длин будет зависеть траектория и дальность полета снаряда (детали конструктора). Также можно выполнить сборку, демонстрирующую работу рычага второго рода – «Механический пресс», где кадеты могут на практике оценить зависимость создаваемого прессом усилия от длины его рукоятки (рычага).

Несколько занятий отводится на изучение механических передач, их видов и назначения. В качестве примера удобнее всего рассмотреть зубчатую передачу, так как конструктор в своем составе имеет шестерни. Здесь же вводится понятие передаточного отношения как отношения количества зубьев ведомой шестерни к количеству зубьев ведущей. Незнание дробей в этом возрасте не приводит к каким-либо сложностям в восприятии данного материала. Кадеты без труда вычисляют передаточные отношения и понимают, как добиться максимальной тяговой силы, а как – скорости. Рассказываем и о том, как можно комбинировать передаточные отношения. В качестве практической работы предлагаем кадетам используя несколько шестерен на 8, 24 и 40 зубьев собрать последовательно механические передачи с передаточными отношениями равными 9, 27, 45 и 135. Кто-то быстрее, кто-то медленнее, но все ребята справляются с заданием.

В 6 классе кадеты изучают робототехнику в рамках предмета «технология». Здесь, помимо выполнения сборок, ребята начинают программировать. От простого к сложному. Сначала простейшие движения тележек, затем решают более сложные задачи с применением различных датчиков. Несмотря на то, что физика начинается только в 7 классе, общие принципы работы датчиков освещенности, касания, расстояния, звука разбираем на уроках робототехники. Здесь же кадеты разбирают функциональную схему работы робота и на практике, в процессе решения поставленных задач проверяют степень влияния окружающей среды на информационно-управляющую систему робота.

Таким образом, занятия робототехникой позволяют на практике рассмотреть некоторые физические процессы, понять их суть и являются пропедевтикой изучения физики и информатики в старших классах. Формируется инженерное мышление. Кадеты, особенно интересующиеся робототехникой, успешно выступают на робототехнических и инженерных конкурсах и соревнованиях различного уровня. Зачастую это процесс творческий, где кадетам требуется применить все свои знания и умения для создания и программирования оригинальной и функциональной конструкции. А их достижения являются подтверждением необходимости изучения робототехники – как средства формирования инженерной культуры.

Помимо познавательной, инженерно-развивающей функции, организация кружков, секций и внеурочных занятий по робототехнике позволяет решить ряд задач воспитательного характера: организация досуга воспитанников, привлечение детей группы риска, создание ситуации успеха, и условий для самовыражения, выявление одаренных детей и дальнейшее их развитие.

В большинстве стран робототехника занимает существенное место как в общем, так и в профессиональном образовании. В нашей стране, с каждым годом, также возрастает роль робототехники – как мощнейшего инструмента формирования инженерной культуры учащихся. Однако, её внедрение в образовательный процесс является сложной комплексной задачей. Сюда входит и формирование материально-технической базы, и подбор высококвалифицированного преподавательского состава, и обеспечение учебного процесса как в рамках основного общего образования (например, на уроках технологии), так и в рамках дополнительного образования (различные кружки, секции, внеурочные занятия).

Список используемых источников

1. Гершунский, Б. С. Философия образования для XXI века. — М.: Совершенство, 1998. — 608 с.

2. Ершов М.Г. Роль образовательной робототехники в формировании инженерного мышления школьников. URL: http://confer.cschool.perm.ru.

4. Большакова, З. М., Тулькибаева Н. Н. Содержание инженерной культуры // Пропедевтика формирования инженерной культуры учащихся в условиях модернизации российского образования: сборник статей. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015. – С. 19-21.

5. Образовательная робототехника: дайджест актуальных материалов / ГАОУ ДПО «Институт развития образования Свердловской области»; Библиотечно-информационный центр; сост. Т. Г. Попова. — Екатеринбург: ГАОУ ДПО СО «ИРО», 2015. — 70 с.

6. Робототехника в школе: методика, программы, проекты [Электронный ресурс] / В. В. Тарапата, Н. Н. Самылкина. — Эл. изд. — Электрон. текстовые дан. (1 файл pdf: 112 с.). — М.: Лаборатория знаний, 2017.

7. Тузикова, И. В. Изучение робототехники - путь к инженерным специальностям [Текст] / И. В. Тузикова// Школа и производство. - 2013. - №5. - С. 4547.