Роман СОЛОВЬЁВ, Мария ТЕЗИНА, Алексей ОВСЯННИКОВ, сотрудники Управления довузовской подготовки университета Иннополис
Алексей ФЕДОСЕЕВ, Ольга КУСКОВА, Андрей АНДРЮШКОВ, сотрудники Ассоциации участников технологических кружков
Какое оборудование и методические пособия нужны сегодня робототехническим кружкам в России? Поиску ответа на этот вопрос посвящен Аналитический отчет Инфраструктурного центра КД и университета Иннополис «Исследование рынка образовательных технологических продуктов: робототехника» (https://journal.kruzhok.org/methodistoffice). Предлагаемая вниманию читателей статья представляет собой краткое популярное изложение основных положений этого отчета
90-е гг. прошлого века и первое десятилетие нынешнего стали для России периодом глубокого кризиса дополнительного образования. Почти полностью распалась созданная в СССР и некогда стройная система научно-технических кружков для детей и молодежи. Некоторый интерес к этой сфере государство начало проявлять только в 2010-х гг. Это вызвало рост (к сожалению, стихийный) числа детских технопарков (в т.ч., «кванториумов»), центров молодежного творчества, частных и государственных кружков и секций. Однако говорить об эффективном функционировании многих из этих площадок не приходится. В первую очередь это связано с отсутствием универсального стандарта средств и методик обучения, которые позволяли бы осуществлять качественную подготовку школьников и растить квалифицированных педагогов и наставников для работы в техническом сегменте дополнительного образования. К счастью, положение должно измениться уже в ближайшее время, что связано с поручением Президента Р Ф от 4 февраля 2020 г. о создании при участии Ассоциации технологических кружков всероссийской сети технологических кружков на базе общеобразовательных учреждений по модели Кружкового движения Национальной технологической инициативы (НТИ). То есть при школах не просто будут создаваться научно-технические кружки, они еще и будут приводиться к единым стандартам. Такая постановка вопроса требует разработки единых методик обучения в кружках и рекомендаций по комплектованию их оборудованием.
Одно из наиболее популярных направлений научно-технического творчества детей и молодежи сегодня — робототехника. Робототехника представляет собой сплав традиционных инженерных направлений (конструирование, электроника, радиосвязь, системы управления) и инновационных, стремительно развивающихся отраслей (программирование, умные устройства и новые беспилотные технологии). В стране организованы ежегодные многоуровневые соревнования по робототехнике, являющиеся составляющими Всероссийской робототехнической олимпиады, а также олимпиады Кружкового движения НТИ, RoboCup Russia, Innopolis Open Robotics, Робофест, Робофинист. Помимо этого, есть и так называемые локальные, разовые робототехнические соревнования, фестивали и конкурсы уровнем ниже. Такое разнообразие соревнований, с одной стороны, предоставляет возможность участникам с разным уровнем подготовки проявить себя, с другой — вызывает у наставников затруднения в выборе инструментария для подготовки к соревнованиям.
Учитывая популярность робототехнических кружков и состязаний, Кружковое движение НТИ и Университет Иннополис запустили совместный проект по разработке единой методики оценки робототехнического оборудования, применяемого в робототехнических кружках. Такая методика позволит проанализировать оснащение кружков и их возможности при подготовке учащихся к различного рода соревнованиям и конкурсам. В дальнейшем на базе этой методики можно будет разработать стандартные комплекты оборудования для робототехнических кружков и методики применения таких наборов в процессе обучения.
В этом году завершился первый этап проекта — мониторинг наличия и использования робототехнического оборудования на площадках дополнительного образования школьников. Исследование производилось путем опроса наставников и преподавателей кружков и секций технического творчества, готовящих школьников к различным соревнованиям по робототехнике. В нем приняли участие 80 респондентов из тринадцати регионов РФ. Вопросы были направлены на получение следующей информации: какое оборудование есть в кружках, какова регулярность работы с ним, какие возникают проблемы и сложности при его использовании, каков контингент учащихся и насколько применимо имеющееся оборудование к подготовке ребят к соревнованиям.
По итогам опроса сложилась интересная картина.
Оказалось, что почти половина кружков (48%) используют оборудование фирмы Lego. Это такие наборы как WeDo, WeDo 2.0, Mindstorms EV3, NXT. В 15% секций имеются Arduino-based наборы, а у 37% - иное робототехническое оборудование (RoboRobo RoboKids, MakeBlock, Trik, Vex и другие).
В 30 кружках и центрах из 80 есть 3D-принтеры. Это свидетельствует о необходимости включения данного вида оборудования в обязательный перечень оснащения робототехнических кружков, так как все большее количество робототехнических соревнований предполагает использование 3D-печати при проектировании устройств.
Три четверти (75%) кружков имеют в своем распоряжении от одного до трех видов робототехнического оборудования. 15% кружков — от четырех до шести различных видов. Только три организации из опрошенных имеют более десяти видов робототехнического оборудования. В 5% опрошенных кружков нет собственного оборудования.
72,9% респондентов указали, что в их кружках есть оборудование, используемое для проведения занятий со школьниками 1−4 классов (6−10 лет).
Стоит отметить, что только около 5% кружков готовы учить младших школьников на Arduino-подобных наборах, некоторые из которых программируются на «скретче» и подходят для младшего школьного возраста. 37,8% респондентов проводят обучение школьников 1−4 классов на наборах Lego Mindstorms EV3, у которых рекомендованный разработчиком возраст пользователей составляет 10+. Получается, что больше трети кружков используют наборы, не соответствующие возрасту обучаемых.
В 5−7 классах сохраняется тенденция превалирования робототехнических наборов Lego (51,7%) над остальным оборудованием, но в то же время заметна динамика увеличения использования на занятиях иных комплектов, в частности, Arduino-based наборов (в 17,5% кружков), «Амперки» (6,2%), VexIQ (5,2%). Большая популярность наборов Lego Mindstorms EV3 обусловлена их использованием на большинстве соревнований, а также наличием методических рекомендаций по использованию данных наборов на занятиях с детьми среднего школьного возраста.
В 8−9 классах более чем наполовину возрастает доля занятий, которые проходят на наборах на основе Arduino: до 26,6% от общего числа.
В три раза увеличивается использование робототехнических наборов TRIK. Выбор этих наборов обусловлен переходом учащихся в более старшую возрастную группу на соревнованиях и возможностью участия в Олимпиаде Кружкового движения НТИ, Олимпиаде Университета Иннополис Innopolis Open и других.
Для занятий в старшей школе (10−11 классы) характерно резкое снижение частоты использования наборов фирмы Lego (до 18,5% от общего числа). В то же время прослеживается тенденция к увеличению доли оборудования на основе Arduino (37%) и «Амперки» (11,1%). В 2,4 раза по сравнению с более младшей возрастной группой увеличивается число занятий на оборудовании TRIK (7,4%), появляются комплекты Robotics Bioloid и другие.
Оценивая результаты опроса, можно заметить, что в сфере дополнительного образования нет единых рекомендаций относительно необходимых средств обучения и подготовки к робототехническим соревнованиям. Соответственно, не обеспечены одинаковые для учащихся кружков возможности в процессе изучения теоретического материала и его последующего применения на практике при подготовке к соревнованиям.
Отсутствие единой методики оценки робототехнического оборудования не позволяет составить перечень оборудования, необходимого для подготовки к соревнованиям детей разных возрастных групп.
Половина всего робототехнического оборудования, используемого в кружках, — это наборы фирмы Lego, которые не обеспечивают достижения всех академических целей робототехники, затрудняют развитие различных видов соревнований в стране, а также ограничивают возможности изучения робототехники в старшей школе.
Две трети опрошенных робототехнических кружков располагают 1−3 видами оборудования, в то время как необходимым считается 4−6 типов комплектов. А есть кружки, в которых преподают робототехнику, вообще не имея робототехнических наборов.
В 37,5% кружков в образовательном процессе используются 3D-принтеры; а 27,5% опрошенных говорят о необходимости их приобретения, что указывает на значимость включения 3D-принтеров в перечень необходимого оборудования для работы кружка.
Значительное количество площадок (37,8%) используют оборудование, по возрастным рекомендациям не подходящее учащимся. Это может говорить как об отсутствии в кружках оборудования для работы с детьми младшего школьного возраста, так и о назревшей необходимости пересмотра возрастных рамок разработчиками.
Стоит принять во внимание тот факт, что респонденты, участвовавшие в опросе — активные участники робототехнических соревнований. Однако существуют кружки, которые не используют соревнования в качестве мотивационных и оценочных мероприятий в своей образовательной деятельности. Основываясь на исследовании, проведенном в Республике Татарстан, мы можем утверждать, что данные организации испытывают большие сложности с реализацией образовательного процесса по направлению «робототехника».
Результаты опроса по Республике Татарстан показывают динамику увеличения числа занимающихся робототехникой и 3D-моделированием. Всего робототехникой и 3D-моделированием занимается приблизительно 3% от всех учеников общеобразовательных учреждений и учреждений дополнительного образования, что составляет 7310 учащихся.
В среднем по Республике на один робототехнический набор приходится 2,31 ребенка, занимающихся робототехникой, что можно считать оптимальным значением. Но наблюдается серьезная неравномерность распределения оборудования по Республике: есть муниципальные районы, где этот показатель превышает 3. Это Алексеевский М Р (4,35), Дрожжановский М Р (3,375), Лаишевский М Р (4,0), Мензелинский М Р (5,73). Превышение этого показателя резко снижает эффективность подготовки учащихся. Таким образом, в целях предоставления равных возможностей всем занимающимся робототехникой в Татарстане есть необходимость увеличения числа робототехнических наборов в муниципальных районах, в которых среднее значение превышает 3.
Наибольшее распространение в Республике получил робототехнический набор Lego Mindstorms EV3 — 40% от общего числа. Доля же различных наборов фирмы Lego, используемых в робототехнических кружках Татарстана, составляет 55%.
Так к каким выводам можно прийти на базе проведенного исследования? Необходима единая рекомендательная система по подбору робототехнического оборудования, которая существенно упростит для руководителя кружка его подбор, а наставникам позволит ориентироваться в соревновательном пространстве и подготовить обучающихся, выстраивая эффективный образовательный процесс от начального до продвинутого уровней.
Для решения этой проблемы нами разработана система оценки робототехнического оборудования, а также составлен список соревнований, отвечающих требованиям воспроизводства многоуровневого образовательного процесса на основе правил и регламентов. Упомянутая методика позволит производителям наборов обратить пристальное внимание на аспекты, требующие корректировки при применении их продукции в образовательном процессе. Стоит отметить, что разработчиков оборудования, его дистрибьюторов и организаторов робототехнических соревнований важно привлекать к процессу создания методических пособий. Отметим также, что наблюдаемая сейчас подмена образовательных методик материалами, используемыми для проведения соревнований, стала причиной проблем с подготовкой педагогических кадров для дополнительного образования по направлению «робототехника».
Логично будет предположить, что в других областях научно-технического творчества молодежи есть схожие проблемы с используемым оборудованием и методическими пособиями, а значит, стоит провести мониторинг оснащения кружков с последующим выходом на подбор комплектов оборудования для них. Такие действия позволят серьезно «подтянуть» систему дополнительного технологического образования до требований сегодняшнего дня. Именно для решения таких задач в 2021 г. на базе Университета Иннополис планируется создать Центр сертификации оборудования для технологических кружков Кружкового движения.