О преподавании роботики

Это не новость, что проникновение инфотехнологий в повседневную жизнь изменило стиль обучения и коммуникаций многих молодых людей. С большой вероятностью ученик уже сейчас получает важную часть информации об изучаемом предмете через различные коммуникационные каналы инфотехнологии. Перед решением какой-либо проблемы часто совершается быстрый поиск информации в интернете, с целью найти решения-образцы. В связи с тем, что ежедневное общение молодёжи происходит в интернете и находящихся там сетях, становится естественным то, что предлагаемая преподавателями учебная методика должна следовать общим трендам и находить путь к ученику через привычный для него канал общения - интернет. Конечно, использование интернета не исключает традиционные методы обучения, но одних их уже не достаточно.

Робототехника и мехатроника - это перспективные области, направленные на будущее, и при их обучении нужно следовать сегодняшним трендам и новым технологиям. В то же время эта сфера является очень практичной и требует для приобретения знаний и навыков практических упражнений и экспериментов. Хотя и существуют виртуальные задания, они не заменят практических действий, выполненных своей рукой.

Далее постараемся представить одно из возможных практических руководств, как провести один из предметов робототехники, где используется подход интеграции различных форм обучения. Методика предполагает, что у учителя есть возможность использовать модульный практический учебный комплект роботики - в данном случае Домашнюю Лабораторию.

Что следует учитывать в начале курса…

1. Размер группы
   

Оптимальное количество учеников для работы с лабораторными комплектами определяется возможностями компьютерного класса. Это значит, что за одним компьютером поместится до 3-х человек так, что все они смогут принимать активное участие в происходящем. При большем количестве учеников, часть из них не видит прописываемый код и им станет скучно, из-за чего заниматься классной работой они перестанут.

1. Практическая работа и отчётность
   

Практическая работа поделена на лабораторные работы, где при каждой лаборатории следует решить задание программно и результат оформить в виде отчёта. Это позволяет поделить работу между учениками. Например, один отвечает за программный код, другой за составление отчёта, третий за соединение аппаратного обеспечения. В отчёте можно потребовать в дополнение к программному коду, описать решение текстом, составить диаграмму, разъясняющую используемый алгоритм, ответов на вопросы по теме и видение учеников плюсов и минусов лабораторной работы. Последнее является хорошей возможностью получить обратную связь от учеников о том, было ли задание слишком сложным или лёгким, насколько практичным и интересным показалось им задание, чего нового они узнали.
Конечно, следует первую лабораторную работу по программированию проработать вместе с учителем, который объясняет и решает задание на экране параллельно с учениками. Весь процесс мог бы быть записан поэтапно, чтобы неуспевающие или отсутствующие могли действовать сами по руководству. Одним из возможных вариантов проведения лабораторной работы является приведённый ниже и поделенный на этапы, которые могут варьироваться в зависимости от ситуации.

• Знакомство с лабораторной работой
  • Учитель объясняет, прежде всего, новую лабораторную работу, проходя весь теоретический материал, и позже изучается пример задания (программный код).
  • Учитель делит материал лабораторной работы на этапы, так что каждый из них состоит из теории и прописывания кода. Т.е. пример прописываемого кода создаётся во время теоретической части.
• Самостоятельное решение задач. Это происходит по инструкции лабораторной работы, где написано задание, требования и форма отчётности. Ученики выполняют работу самостоятельно, имея возможность попросить помощи учителя. Целью является то, чтобы ученики сами получили ответ. Если у учеников есть возможность взять лабораторный комплект с собой домой, то самостоятельная работа не обязательно должна проходить в конкретное время, а может выполняться в подходящее для учеников время.
• Сдача работ. Ученики составляют отчёт о проделанной работе, где дополнительно отвечают на вопросы для повторения, указанные учителем. Отчёт вместе с компилированным решением (hex файл) отправляется учителю в электронном виде в назначенное время.
• Контроль
  • Учитель проверяет, работает ли решение и просит группу защитить работу так, чтобы все участники группы были задействованы и рассказывали разные части.
  • Учитель выставляет оценку, основываясь на присланной работе и отчёте.

1. Управление группами
   

При решении задач всегда может образоваться группа или несколько, которая медленнее других или начала позже. В таком случае проблемой обычно становится внимание учителя, перенесённое на подобную группу, и остальные должны ждать пока отставшая группа не догонит их. Схожая проблема возникает, если в классе есть группа, которая успеет закончить работу раньше других. Для решения обеих проблем существует возможность использовать записанные задания или инстукцию лабораторной работы. Так как весь процесс работы и требуемые части записаны, группы могут работать самостоятельно и у учителя есть возможность помогать тем, кто испытывает трудности. Дополнительно существуют задания с разными степенями сложности, которые можно поделить в зависимости от способностей группы или дать в качестве дополнительного задания тем, кто уже выполнил предыдущие задания.

1. Оценивание
   

Если учитель считает важным, чтобы все умели программировать и понимали программный код, он может потребовать, чтобы ученики менялись местами, и каждый из них мог попробовать программирование. Существует и другая возможность - при оценивании спрашивать объяснение решения программного кода у любого члена группы и его ответ и будет оценкой всей группе. Это заставляет группу работать единым целым и заботиться о том, чтобы все члены группы понимали, как работают отдельные части решения. Если такой подход кажется не справедливым, можно организовать защиту самостоятельной работы так, что группа должна будет решить то количество работ, которое равно числу членов группы. Каждый ученик будет защищать одну работу, но какую будет ясно только в процессе защиты.

1. Поиск ошибки
   

Часто при компилировании программного кода или неправильном использовании аппаратного обеспечения могут возникнуть типичные ошибки. Их важно записать вместе с решениями, так как ошибка, на поиск решения которой ушли часы, может повториться учениками. Решения типичных проблем можно собрать в форуме поддерживающей среды Домашней Лаборатории.

1. Соревнование
   

Одной из возможностей поднять мотивацию и сделать весь учебный процесс интереснее является создание соревновательного момента, когда ученикам требуется найти решение какой/либо проблемы, которое будет протестировано вместе в конце курса. Качество решения должно быть измеряемо (время, скорость, дистанция). Можно создать несколько критериев оценивания: внешний вид, оптимальное решение, самое интересное техническое решение и т.д. Задание можно связать с реальной жизнью (например, сортировщик батареек). Так же есть возможность использовать мобильные платформы, чтобы решать типичные задания в любительской робототехнике.

Далее приведено описание типичной лабораторной работы, которое может быть использовано в практической работе в качестве исходного задания.