Формирование метапредметных компетенций во внеурочной деятельности средствами микроконтроллера «Arduino».

Формирование метапредметных компетенций во внеурочной деятельности средствами микроконтроллера «Arduino».

Овсянкина Елена Васильевна

учитель информатики МКОУ «Рождественская средняя общеобразовательная школа имени дважды Героя Советского Союза А.Н. Прохорова».

Овсянкин Павел Игоревич

студент Центрально-Черноземного гос. инженерного университета, 4 курс, кафедра АТП.

«Доводы, до которых человек додумывается сам,

обычно убеждают его больше,

нежели те, которые пришли в голову другим»

(Блез Паскаль)

Одной из приоритетных задач образования во все времена была задача «научить учиться», то есть вооружить детей обобщёнными способами учебной деятельности, что обеспечивало бы каждому ребенку успешный процесс обучения. Установленные стандартом новые требования к результатам обучающихся вызывают необходимость в изменении содержания обучения на основе принципов метапредметности как условия достижения высокого качества образования. Современный учитель должен стать конструктом новых педагогических ситуаций, новых заданий, направленных на использование обобщенных способов деятельности и создание учащимися собственных продуктов в освоении знаний. В настоящее время формирование метаумений становится центральной задачей любого обучения.

Метапредметный подход обеспечивает переход от существующей практики дробления знаний на предметы к целостному образному восприятию мира, к метадеятельности ученика. Метапредметность как принцип интеграции содержания образования, как способ формирования теоретического мышления и универсальных способов деятельности обеспечивает формирования целостной картины мира в сознании ребёнка.[2] Возможности формирования метадеятельности заложены в ряде методик, подходов и технологий: развивающее обучение Эльконина-Давыдова; мыследеятельностная педагогика; коммуникативная дидактика; эвристическое обучение; логико-смыслового моделирования; школа М.Щетинина и др.

Именно на это нацеливают учителей ФГСО нового поколения. В основу ФГОС заложен метапредметный подход, который базируется на понимании того, что главное, чему надо научить и научиться в школе – творческое мышление. Данный подход предполагает, что ученик не только овладевает системой знаний, но и осваивает универсальные (надпредметные) способы действий, и уже с их помощью сможет самостоятельно получать информацию об окружающем мире.

В современной школе учащиеся получают знания с помощью компьютера, находят и выводят на экран красивые фотографии или видеоролики. Ребенок с начальной школы может управлять виртуальными системами с помощью интерактивной доски, исследовать их поведение, получая адекватное представление о взаимосвязях различных элементов этой системы. Но все эти знания носят виртуальный характер. Они приходят со страниц учебников или экрана компьютера, попадают с мобильных носителей информации или по каналам связи.

Чтобы избежать схоластичности знаний предметы естественно-научного цикла, чаще всего используют демонстрационный эксперимент и лабораторные работы. Решением этой проблемы могут послужить конструкторы и цифровые лаборатории. С помощью них реально создавать различные модели, например приборы, которые используются в быту и работают от электричества, солнечную систему, мобильных роботов с датчиком температуры и датчиком для измерения магнитного поля и другие.

Решение задач воспитания и социализации школьников, их всестороннего развития наиболее эффективно в рамках организации внеурочной деятельности, особенно, в условиях системы начального общего образования.

Внеурочная деятельность учащихся общеобразовательных учреждений объединяет все виды деятельности школьников (кроме учебной деятельности), в которых возможно и целесообразно решение задач их воспитания и социализации.

Согласно Базисному учебному плану общеобразовательных учреждений Российской Федерации организация занятий по направлениям внеурочной деятельности является неотъемлемой частью образовательного процесса в школе. Время, отводимое на внеурочную деятельность, используется по желанию учащихся и в формах, отличных от урочной системы обучения. В Базисном учебном плане общеобразовательных учреждений Российской Федерации в числе основных направлений внеурочной деятельности выделено общеинтеллектуальное направление.[4]

Психологи отмечают, что потенциальные творческие способности человека развиваются в раннем возрасте. Замечено, что чем раньше начать их тренировку, тем интенсивнее эти способности смогут развиваться в дальнейшем. Одной из важнейших целей учебно-педагогического процесса и внеурочной деятельности следует считать создание благоприятных условий для развития творческих способностей личности. 
Творчество – это вид высшей нервной деятельности, биологически запрограммированный в человеке, но часто не проявляющийся, ввиду отсутствия условий развития.
Для развития творческих способностей обучающихся необходимо:
- совершенствование содержания учебного процесса;

- повышение уровня его организации;

- внедрение эффективных форм и методов обучения;

- широкого применения в учебном процессе современных средств обучения, в частности учебных пособий.

Технические способности человека являются базовыми ресурсами цивилизации, поэтому их развитие должно стать важнейшей задачей современного образовательного учреждения. Практика показывает, что техническое творчество носит во многом субъективный характер. Изобретения детей, чаще всего, представляют собой повторение того, что уже создано другими, а изготовленное или принятое решение является новым только для его создателя. Однако, педагогическая польза творческого труда несомненна. В результате «открытия» у ребенка, формируется способность анализировать проблемные ситуации, предвидеть их последствия, умение интегрировать и синтезировать полученную информацию, развивается дивергентное мышление (гибкость, беглость, оригинальность), воображение, появляется ощущение удовлетворенности от результатов учебной деятельности.

Дети любят мастерить, они строят игрушки, модели и увлекаются новинками техники. В их попытках "сделать по-своему и самому" обнаруживаются зачатки творчества, наблюдательности и воображения, способности к технически обоснованным суждениям. Если к творческой деятельности "не начать приучать с достаточно раннего возраста, то ребёнку будет нанесён ущерб, трудновосполнимый в последующие годы. Поэтому творчеству надо учить с самого раннего возраста, и этому можно научить". Раннее вовлечение детей в техническое творчество пробуждает тягу к технике и изобретательству, создаёт прочную базу для хорошей учёбы и правильной ориентации в жизни. Ведь природные основы талантливого инженера, как и музыканта, художника, математика и др., проявляются уже в раннем детстве.

С развитием человеческого общества меняется место ребенка в нем, а, следовательно, и меняются и игрушки. Возникнув на определенном этапе развития человеческого общества, игрушки не исчезают вместе с исчезновением тех орудий труда, копиями которых они являются. Действия с такими игрушками превращаются в упражнения для развития определенных качеств. Таким образом, современным детям всегда нужны новые увлекательные игрушки, которые в некоторой степени связаны с жизнью, трудом и деятельностью взрослых членов общества. Робототехнические комплексы и всевозможные по своей сути и является такой «умной игрушкой». Но не любой робототехнический комплекс в полной мере может реализовать эту функцию. Образовательные конструкторы на базе микроконтроллера, как раз и представляют собой ту новую, отвечающую требованиям современного ребенка "игрушку". Причем, в процессе игры и обучения ученики собирают своими руками игрушки, представляющие собой предметы, механизмы из окружающего их мира. Таким образом, ребята знакомятся с техникой, открывают тайны физических явлений, прививают соответствующие навыки, учатся работать, иными словами, получают основу для будущих знаний, развивают способность находить оптимальное решение, что несомненно, пригодится им в течение всей будущей жизни. В этом и состоит особенность самодельных игрушек, они не дают угаснуть духовным силам ребенка, способствуют созиданию творческой личности.

Поэтому и было решено в 2015-2016 году МКОУ «Рождественская СОШ» ввести во внеурочную деятельность учащихся 5 класса новый предмет: интегрированный курс информатики и физики - радиотехническое конструирование «Практическая робототехника для школьников на платформе Arduino».

К началу учебного года был разработан курс «Практическая робототехника для школьников на платформе Arduino». На занятиях учащиеся узнают основы электричества, изучают устройство некоторых электроприборов и их применение. Получают практический опыт по сборке схем различных устройств и приборов, начиная от простейшего выключателя лампочки «Маячок» до цифрового дисплея, получают начальные знания в электричестве и схемотехнике, узнают об устройстве контроллера и его функциях. Приобретают понимание единства информационных принципов строения и функционирования самоуправляемых систем различной природы.

Кружковое объединение учащихся «Практическая робототехника для школьников на платформе Arduino», предлагает различные виды творческой и технической деятельности. Эта платформа позволяет многократно собирать, разбирать, модернизировать предложенную на занятиях схему. У каждого ученика появляется возможность саморазвития, у него появляется возможность выбора, из предложенного набора проектов, он может подобрать себе проект по интересам. У учителя появляется возможность разработать совместно с учеником индивидуальную траекторию обучения. Платформа предоставляет широкую возможность удовлетворения и творческих запросов учащихся. С её помощью можно создавать музыкальные программы, сопровождать их световыми эффектами, собирать модели мобильных и авиа устройств, создавать модели интеллектуального управления бытовыми приборами, находить им применение в быту и технике.

Цели курса: познакомить учащихся с принципами и методами разработки конструирования и программирования, управляемых электронных устройств на базе вычислительной платформы Ардуино. Развить навыки программирования в современной среде программирования углубить знания, повысить мотивацию к обучению путем практического интегрированного применения знаний, полученных в различных образовательных областях (математика, физика, информатика) развить интерес к научно-техническому, инженерно-конструкторскому творчеству, развить творческие способности каждого ученика.

По сложности радиотехническое конструирование занимает одно из первых мест в техническом творчестве, поэтому не все желающие могут освоить этот курс, но в первый год в кружок принимаются все дети, кто проявил интерес. Задача учителя заключается в том, чтобы построить занятия таким образом, чтобы заинтересовать всех ребят, найти каждому из них дело по душе. И здесь очень важно, что каждый из них и те, кто осваивает программу курса быстро и легко, двигается с опережением и те, кто немного отстает, видят результат своего труда, а все вместе получают удовлетворение от совместной деятельности.

Программа кружка направлена на развитие пространственного мышления, расширение базы школьных знаний в области практического конструирования. Она учитывает возрастные и психологические особенности учащихся и составлена по принципу постепенного нарастания степени сложности материала. Учащиеся начинают понимать, что ходом физических процессов можно управлять с помощью программ. Осознают, что в основе любого устройства находится контроллер, который реагирует на изменения одних параметров, путем изменением других. В итоге складывается современный базовый междисциплинарный инженерный курс.

Развитие в каждом ребенке творческого начала — это первоочередная задача школьных педагогов. При реализации программы кружка, это и становится для учителя первоочередной задачей.

Курс базируется на единстве трех составляющих программных сред и продуктов: Arduino - Scratch - Fritzing. Каждая из этих программ необходима для удобства работы обучающихся, наглядности, понимания принципов работы радиоэлементов. Немаловажным фактом является и то, что эти программы бесплатны. А это значит что и общеобразовательное учреждение, и те из учащихся, кто заинтересуется этим видом деятельности, смогут легко и бесплатно установить программы дома и в школе.

Понятие Arduino, не только обозначает микроконтроллер, но и программу управления этим устройством, т.к. это еще и удобная платформа быстрой разработки электронных устройств. Программирование в этой среде осуществляется на специальном языке программирования, который основан на C/C++. Работу созданного алгоритма можно наглядно проверить на физическом устройстве. Платформа Arduino (www.arduino.cc) позволяет не просто собирать всевозможные электронные устройства и их программировать, но и проводить экспериментальные и исследовательские лабораторные работы, стимулирующие познавательную активность учащихся. Это важнейшее условие эффективности образовательного процесса. Написав программу, учащиеся сразу видят результаты своей деятельности. Непонятная последовательность английских слов превращается в алгоритм управления реальным устройством, причём, собранного своими руками. С платформой Arduino можно легко изучать и протестировать различные алгоритмы поведения систем. Но эту возможность можно будет использовать в дальнейшем, а для младших школьников работа пары: Arduino – Scratch будет ещё нагляднее.

Scratch представляет собой систему визуального программирования для младших школьников. Программирование в этой среде осуществляется набором определенных блоков (команд). Интуитивно понятный интерфейс и разноцветные блоки-команды позволяют учащимся управлять работой радиоустройств и моментально получать результат.

Свободное программное обеспечение Fritzing (www.fritzing.org) предназначено для разработки электронных устройств. Устройства можно быстро создать из готовых элементов: плат Arduino, микросхем, сервомоторов, резисторов, конденсаторов, транзисторов, светодиодов, переключателей, датчиков и т. д. Достаточно выбрать их из списка и поместить на схему. Рисовать схему можно в двух режимах: в режиме принципиальной схемы и в режиме макетной платы. Если смоделировать схему в режиме макетной платы, то принципиальная схема построится автоматически. Её можно распечатать и передать учащимся для сборки и запуска электронного устройства.

Создание в школе системы Arduino —Scratch - Fritzing, позволяет ребятам, проявляя свои творческие способности, окунуться в мир интерактивных объектов, проводить опыты, исследования и эксперименты в метапредметной среде, развивая инновационное мышление и формируя качественно новый взгляд на сегодняшний технологический мир. Это будет взгляд инженера и дизайнера, программиста, а не потребителя.

Система Arduino —Scratch- Fritzing», прекрасно подходит для проведения занятий по темам: алгоритмизация, моделирование, информационные системы и основы процессов управления. С помощью этих же программ можно проводить лабораторные и исследовательские работы, моделировать разные процессы и явления, ситуации. Предметом изучения являются принципы и методы разработки, конструирования и программирования управляемых электронных устройств на базе вычислительной платформы (контроллера) Ардуино или её клона. Целесообразность изучения данного курса определяется: востребованностью специалистов в области программируемой микроэлектроники в современном мире возможностью развить и применить на практике знания, полученные на уроках математики, физики, информатики возможностью предоставить ученику образовательную среду, развивающую его творческие способности и амбиции, формирующую интерес к обучению, поддерживающую самостоятельность в поиске и принятии решений.

Основной формой занятий в кружке является практическая работа, которая выполняется малыми (2-3 человека) группами. Для работы необходим персональный компьютер (один на каждую группу), установленное программное обеспечение (может быть установлено с сайта http://arduino.cc/en/Main/Software), контроллер Arduino Uno или его клон (1 на каждую группу), набор деталей Амперка. Большое значение в развитии технического творчества учащихся имеет непрерывный характер творческого процесса во взаимосвязи классных и внеклассных занятий. Эпизодическая организация творческой деятельности учащихся малоэффективна. Она может вызвать интерес к конкретной работе, активизировать познавательную деятельность во время её выполнения, может даже способствовать возникновению проблемной ситуации. Но такая деятельность никогда не приведёт к формированию творческого отношения к труду, стремлению к рационализации и изобретательству.

Литература

1. Концепция федеральных государственных образовательных стандартов общего образования: проект / Рос.акад. образования; под ред. А.М. Кондакова, А.А. Кузнецова. — М.: Просвещение, 2008.

2. Лозинг, В.Р.Основы гуманитарного образования. - Кемерово. МОУ ДПО «НМЦ», 2008.-260с.

3. Федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования. Утвержден приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от «17» декабря 2010 г. № 1897