Развитие hard&soft skills юных инженеров на примере изучения основ программирования в ROBBO Scratch
Статья старшего методиста компании РОББО Елены Востриковой на основе ее выступления на конференции «Технологии Индустрии 4.0 на основе открытой аппаратной платформы» 18.11.2021. В статье представлена серия заданий по креативному программированию в ROBBO Scratch в логике развития hard&soft skills юных инженеров. Сложность и содержание заданий рассматриваются в зависимости от организационной культуры кружка: от просветительского, учебного до кружка профессиональной пробы.
ROBBO Scratch — это одна из разновидностей языка Scratch. На нём можно программировать виртуальных исполнителей (спрайты и фоны) и реальных исполнителей – РОББО Платформу, РОББО Лабораторию, плату Arduino, РОББО Отто и других. Программирование на ROBBO Scratch, в зависимости от постановки инженерной задачи, развивает у детей в равной степени алгоритмическое и художественное мышление. Гармоничное развитие навыков логического вывода и творческого поиска в инженерных кружках РОББО происходит в условиях дополнительного образования, где максимально учитываются интересы и способности каждого ребёнка.
В помощь педагогам, методический отдел РОББО разрабатывает условные инженерные задачи и методику их решения на ROBBO Scratch. В зависимости от опыта педагогов, их собственной инженерной и педагогической подготовки, творческой активности и коммуникативных навыков, методические рекомендации используются либо «слово в слово», либо расширяются и адаптируются педагогами в зависимости от собственного видения задачи и уровня детей. Обсуждение в педагогическом кругу задач и методов их решения для наилучшего развития компетенций детей – постоянный процесс улучшения методик РОББО.
1 уровень сложности – просветительские задачи (на примере виртуальных исполнителей). Главная цель таких задач — вызвать интерес у детей к инженерной и технической деятельности. Если начать преподавать робототехнику с решения прикладных задач, в которых много новых и сложных подзадач, то большинство детей, столкнувшись с трудностями, быстро потеряют интерес.
В начале изучения, между задачами программирования реального или виртуального робота, мы выбираем виртуального, чтобы создать ситуацию успеха и вызвать интерес к алгоритмическим конструкциям.
Типы просветительских задач – игры, анимационные истории. На их примере мы изучаем среду программирования. Обобщенные алгоритмы движения, параллельного программирования, управления потоками данных и переменными. На каждом занятии получаем законченный продукт, адаптированный к уровню подготовки каждого ученика.
Детям 8-10 лет предлагается задача о заселении аквариума обитателями моря. Для детей с трудностями в обучении будет успехом запрограммировать движение одной рыбки. Для высокомотивированных детей будет интересно добавить несколько обитателей морских глубин и добавить эффекты анимации.
Прежде чем язык ROBBO Scratch станет средством программирования роботов на короткий промежуток он должен стать целью изучения.
Детям 11-14 лет такой масштабируемой задачей является задача о встрече робота и человека. Для новичков достаточно запрограммировать простое движение спрайтов навстречу друг другу и сочинить обмен сообщениями. Для продвинутых учеников есть возможность использовать списки, движение по координатам и применение эффектов анимации.
Каждая из этих задач дает большой простор для творчества и фантазии, развивает коммуникативные навыки при работе в группе.
2 уровень сложности – учебные задачи (на примере РОББО Лаборатории). Их отличает прикладной характер и изучение расширенных возможностей ROBBO Scratch.
Детям 8-10 лет предлагается задача «о поисках тишины». Используя датчики звука в РОББО Лаборатории, ученики собирают данные об уровне шума в разных локациях, выводят их на экран в среде ROBBO Scratch, сравнивают полученные данные, создают макет «умного дома» и делают выводы о размещении в нём зон комфорта для отдыха, работы и сна.
В методических рекомендациях мы подсказываем педагогу, который ведёт занятия, что важно
обязательно в процессе учебной дискуссии дать возможность высказаться каждому ребенку, дать 30 секунд тишины, чтобы дети, преодолевая внутренние сомнения и стеснение, сомнения, преодолели их и начали общаться между собой по поводу учебной задачи. Так мы формируем навык коммуникации и контроля за своим состоянием.
Ученики 11-14 лет решают задачу мониторинга окружающей среды. Используя датчик температуры, ученики ведут наблюдение за ее изменениями, визуализируют свои наблюдения в виде графика, «читают» динамичный поток данных на языке математики и интерпретируют данные. Решение такой задачи требует использования подпрограмм, списков, использование параллельного программирования и расширенных возможностей графики.
Проектный, поисковый, исследовательский характер учебных задач позволяет развивать критическое мышление и усложнять уровень программирования.
3 уровень сложности – условные инженерные задачи (на примере РОББО Платоформы)
Большинство учебных задач вырастают из реальной производственной практики. Так, например, источниками набора задач распознавания и сортировки объектов, являются автоматизированные склады, в которых реальные роботы непрерывно осуществляют складирование и вывоз товаров. Учебные задачи по проезду перекрестков пришли их области управления беспилотными транспортными средствами. В процессе обработки реальных инженерных задач, они упрощаются, адаптируются под педагогические задачи, имеющееся оборудование, возраст детей. В результате, мы получаем условные инженерные задачи, которые могут использоваться для проведения соревнований, хакатонов и интенсивов по подготовке к ним.
Решение условных инженерных задач позволяет погрузить ребят в мир труда. Познакомить с профессиями индустрии 4.0 настоящего и будущего.
Детям 8-10 лет предлагается задача об автоматическом регулировании потока машин «умным» светофором в зависимости от плотности дорожного движения. Дети должны за ограниченное время создать действующий прототип – макет работы двух устройств, которые обмениваются данными — контрольно-пропускного пункта с поднимающимся шлагбаумом и светофора, который регулирует поток машин. Макет изготавливается из подручных материалов. В контексте задачи, мы рассматриваем реальную проблему городской среды – пробки, которые часто возникают, в том числе. из-за несовершенства регулирования. Дети разрабатывают автоматизированную систему, которая сначала собирает и анализирует данные, а потом меняет режим работы светофора, дополнительно используя возможности КПП для ограничения потока машин. Все этапы задачи могут быть решены на ROBBO Scratch.
Эта задача была предложена в качестве конкурсной на Юниорский трек Олимпиады Национальной технологической инициативы и получила высокую оценку организаторов и участников.
Детям 11-14 лет предлагается задача о создании и программирования шагающего робота-исследователя. Рассматриваются все ограничения передвижения колесных роботов в условиях гористой местности в тоннелях, пещерах при полном отсутствии дорог и невозможности использования квадрокоптеров. Ребятам предстоит разработать прототип, самим выполнить разработку и изготовление шилда, рассчитать схему питания, выполнить разработку и печать корпуса. В результате дети получают навык реального инженерного проектирования, применяют работу в распределенной команде с использованием набора компетенций каждого участника в сферах моделирования, конструирования, схемотехнике, программирования и промышленного дизайна. Отдельные этапы задачи могут быть решены на ROBBO Scratch.
Решение условных инженерных задач способствует профессиональному самоопределению, если в ходе решения дети активно общаются с представителями мира труда и носителями практик будущего, — профессионалами, которые могут оценить и дать обратную связь на каждом этапе решения задач.
О развитии hard&soft skills наших учеников мы получаем сведения в ходе непрерывного оценивания.
Так, еще до начала обучения в РОББО, дети сообщают о своих увлечениях, интересах, мотивах и целях посещения инженерного кружка. На эти же вопросы дети отвечают в конце учебного блока и по характеру ответов мы судим об устойчивости учебного интереса, инженерном кругозоре и эрудиции воспитанников. В ходе обучения мы регулярно проводим интеллектуальные викторины, которые в занимательной форме позволяют получить сведения о прочности полученных знаний и навыков. Важным показателем сформированности hard&soft skills воспитанников является активное участие и победы в конкурсах и олимпиадах инженерной направленности. По итогам каждого учебного года мы проводим подведение итогов в форме выставок творческих работ детей, отмечаем важные навыки, которые могут быть неизвестны даже родителям и школьным учителям: умение оказывать помощь другим ученикам, распределять обязанности, регулировать настроение в команде, помогать находить общий язык, подбадривать тех, у кого трудности и др.
На наш взгляд, в обучении и воспитании детей нет больших и малых достижений. Есть замеченные и незаметные.
В зависимости от готовности педагогов к решению тех или иных задач, мы выделяем в сети РОББО Клубов просветительские, учебные кружки и кружки профессиональной пробы. В каждом их этих кружков мы изучаем ROBBO Scratch и делаем акцент на hard&soft skills наших учеников.
Материал создан в рамках проекта POETA. Проект поддержан Программой приграничного сотрудничества «Россия – Юго-Восточная Финляндия 2014-2020» с совместным финансированием со стороны Евросоюза, России и Финляндии (KS1950, POETA, 2020-2022 гг.)