Можно утверждать, что на протяжении многих веков человечество интересовалось робототехникой. Можно привести примеры даже из античной мифологии и истории, а также достижения мыслителей средних веков.
Однако только в 20-х годах прошлого века в романе Карела Чапека появился настоящий робот, по крайней мере, он был так назван. Слово робот происходит от чешского «robota» и переводится как «тяжелый, каторжный труд». Этим словом был назван искусственно созданный человек, труд которого использовался вместо человеческого. В отличие от простых автоматических устройств робот способен к взаимодействию и адаптации к окружающей среде.
Через десять лет в работах Айзека Азимова появился термин «robotics», переводимый на русский язык как «робототехника». В настоящее время под термином робототехника понимается «прикладная наука, которая занимается разработкой автоматизированных технических систем и является важнейшей технической основой развития производства». По сути, современная робототехника — это симбиоз различных дисциплин: электроники, механики, кибернетики, автоматики, телемеханики, мехатроники, информатики, радиотехники и электротехники, в основе которых находится математика в самом широком смысле этого слова. Необходимо подчеркнуть, что на протяжении всей истории инженерного искусства именно синергия, взаимопроникновение идей из разных наук, определяла развитие понимания робототехники.
Примерно во второй половине двадцатого века появилась возможность реализовать мечты многих поколений. К началу нашего времени произошло широкое проникновение робототехнических систем во все сферы человеческой жизни. Это промышленное производство, сельское хозяйство, быт человека, военное дело и многое, многое другое.
Появляются новые технологии, новые идеи, даже социологические теории поколения людей. В связи с этим возникает проблема адаптации всего человечества, включая поколения X, Y, Z, к новым реалиям, она должна учитывать многие особенности человеческой психики, развития человеческого организма.
Именно по этой причине возникла и набирает популярность робототехника не только как техническая дисциплина, но и как профиль в образовательном направлении. Эта специальность многогранна, ее особенность состоит в том, что учитель должен быть готов не только учить основам робототехники, но и применять робототехнику в сфере образования. Робототехника все больше становится не только предметом, но и средством обучения.
Если рассматривать робототехнику как предмет обучения, то деятельность учителя должна быть направлена на подготовку учащегося и к будущей инженерной профессии, и к реалиям жизни в условиях взаимодействия с робототехническими устройствами. Первая задача ориентирована на специальные инженерные классы, вторая актуальна для всех учителей, работающих со всеми категориями школьников. Это актуализирует изучение различных робототехнических конструкторов, возможности их применения в учебном процессе, интеграции робототехники и других школьных предметов с применением таких конструкторов.
Необходимо акцентировать внимание на различных отечественных разработках, например, «Роббо», «Роботрек», MGBot, «ТРИК», а также других, опыт применения их в учебном процессе показал такие возможности. Для большинства робототехнических конструкторов существуют апробированные методические материалы, предназначенные для учащихся разных возрастов.
Следует отметить и наличие в разных робототехнических конструкторах приложений, ориентированных на изучение смежных с робототехникой дисциплин: электроники, механики, физики, основ нейросетевых технологий, элементов программирования и целого ряда других научных предметов, все они должны быть интегрированы в учебный процесс по подготовке будущих учителей робототехники.
Совершенно очевидно, что эта подготовка должна проводиться с учетом возрастных особенностей учащихся школы таким образом, чтобы она была ориентирована на развитие требуемых физических, психологических, умственных способностей человека будущего.
В настоящее время актуализируется проблема использования робототехники в качестве средства обучения. Это вызвано все более активным проникновением робототехнических устройств во все направления образовательной деятельности. Особо необходимо отметить внедрение антропоморфных роботов в сферу образования. Исследования ряда ученых-психологов установили факт более комфортного взаимодействия учащегося с антропоморфным роботом, чем диалог с компьютером. На основании этих работ в настоящее время выделяются следующие направления применения антропоморфных систем в образовании:
-
взаимодействие с обучаемыми: отработка учебных компетенций посредством работы с робототехническими устройствами, передача учебной информации, имеющей рутинный характер, речевое взаимодействие, ответы на вопросы обучаемых, раздача учебных заданий и иного материала, контроль и модерирование действий учащихся;
-
выполнение совместных действий (чтение, пение, рисование, физические упражнения и т. д.): учитель и робот, обучаемые и робот;
-
работа с отстающими обучаемыми: реализация адаптированных специальных программ, контроль знаний обучаемых;
-
работа с обучаемыми со специальными потребностями здоровья;
-
антропоморфный робот — администратор в образовательном учреждении.
Безусловно, дальнейшее развитие антропоморфных систем позволит расширить спектр направлений их применения в сфере образования.
В основе любого учебного процесса находится понятие методическая система, представляющая собой последовательность целей, содержания, методов и форм обучения. Все компоненты методической системы связаны между собой иерархически. Цели обучения определяют содержание, которое в свою очередь определяет методы изучения, требуемые средства обучения.
Формирование методической системы подготовки учителя в области робототехники предполагается осуществлять на основе применения STEM-технологий. STEM — это аббревиатура английской фразы Science Technology Engineering Mathematics, в переводе означающая «наука, технология, инженерное дело, математика». Овладение студентами — будущими педагогами — STEM-технологиями позволит создать условия для успешной их собственной педагогической деятельности с использованием различных методов, форм и средств. Одна из особенностей применения STEM-технологий состоит в интеграции предметов в рамках отдельной дисциплины. Эта концепция во многом соответствует и подходам, используемым в проектировании робототехнических устройств.
Основной компонентой методической системы является содержание, представляющее собой совокупность нескольких модулей. Содержание этих модулей было обозначено выше. Подготовка учителей в области робототехники осуществляется в рамках магистратуры начиная с 2016 года в Московском городском педагогическом университете. В дальнейшем данный опыт подготовки учителей робототехники показал свою эффективность и был распространен не только в России, но и в ряде других стран.
Экспертные мнения
Ирина Егорова, президент Национального союза предприятий индустрии учебного оборудования и средств обучения и поставщиков образовательных организаций:
«Более 30 компаний занимаются разработкой и/или производством образовательной робототехники. Стоит отметить, что российские разработчики этой продукции создают уникальные наборы, основанные на традициях русской инженерной школы с пониманием навыков, которые необходимы будущим инженерам. По образовательной эффективности они не уступают LEGO EDUCATION, что доказано многочисленными международными премиями и наградами, победами учащихся на международных соревнованиях. По понятным причинам они могут уступать в маркетинге, но общепризнанно, что методики блестящие, поскольку задача, которую ставят наши разработчики, — сформировать мышление инженера-конструктора, а не инженера-сборщика, как у большинства западных производителей конструкторов».
Андрей Лопухин, генеральный директор ООО «Аврора Образование»: «Несмотря на то что образовательная робототехника присутствует в российских школах с середины нулевых, этот инструмент остается все еще весьма нишевым. И хотя российское образование в определенных аспектах добилось грандиозных успехов в применении робототехники (к примеру, в соревнованиях по робототехнике), огромное количество возможностей, с нею связанных, еще не реализовано.
Во многом это объясняется тем, что робототехника очень часто воспринимается, как обособленная предметная область. Мы же в «Аврора Образование» считаем такой подход весьма узким: робототехника — это потрясающий мультифункциональный инструмент познания мира вокруг. Педагоги достигают невероятных результатов, применяя робототехнику не только в рамках технических дисциплин, но и на уроках окружающего мира, физики и даже литературы. Это как компьютер и мобильные гаджеты — без них невозможно представить современный быт и современную школу. Робототехника — еще один удобный инструмент в этом списке.
Почему с таким восприятием робототехники в школах есть трудности? В основном из-за неготовности педагогов использовать новые методы учебной деятельности. Нужны удобные учебные программы, применяющие робототехнические технологии. Курсы повышения квалификации, нацеленные на использование таких инструментов.
Поэтому мы в «Аврора Образование» много внимания уделяем качеству подготовки учебно-методических материалов, прорабатывая возможности их использования не только на уроках технологии и информатики, или в кружках, но и на уроках литературы, физики и т. д. Мы стараемся сделать интеграцию наших материалов как можно более беспроблемной для педагога. Кроме того, наши тренинги по работе с нашими решениями как раз построены вокруг идеи продемонстрировать педагогам возможности робототехники, снять градус недоверия и мотивировать их на использование этих решений в повседневной практике».
Надежда Бабенкова, вице-президент Международной ассоциации детской робототехники IYRA, президент Ассоциации «Нейрообразование», эксперт рынка нейронет (НТИ), генеральный директор ООО «Брейн Девелопмент»: «Ситуация с образовательной робототехникой разная. Адекватно понимают и внедряют в образовательный процесс робототехнику только те образовательные организации, у которых есть мотивированный педагог-инноватор; где руководитель организации понимает важность и необходимость внедрения; когда производитель оказывает системную поддержку и обеспечивает методиками. Но, к сожалению, таких образовательных организаций мало, и у большинства наборы либо стоят нераспечатанными в коробках, либо занятия проводятся формально — дают детям поиграться.
Однозначно нужны системные изменения. Во-первых, абсолютный приоритет в поставках образовательных комплексов по робототехнике должен отдаваться российским производителям, в том числе тем, которые имеют готовые решения-комплексы с наличием методик и системы поддержки педагогов. Комплексы должны проходить апробацию, прежде чем поставляться в образовательные организации. Во-вторых, необходима система подготовки педагогических кадров с привлечением к этому процессу производителей учебного оборудования.
Будущие учителя-наставники уже на этапе обучения должны знакомиться не только с теорией, но и отрабатывать практические навыки на том учебном оборудовании, которое им будет поставлено. Курсы повышения квалификации действующих педагогов тоже должны разрабатываться с привлечением производителей и разработчиков.
В-третьих, мотивация педагогов. Я имею в виду достойную заработную плату, систему премирования, возможность проходить КПК, выезжать на соревнования с командой от ОУ и т. п.
В-четвертых, руководитель ОУ должен иметь свободу выбора образовательных комплексов по робототехнике, прислушиваться к мнению своего педагога, никто не вправе навязывать ему конкретные бренды по инфраструктурным листам и т. д. Выбор комплекта должен определяться задачами и возможностями эффективно организовать обучение.
ООО «Брейн Девелопмент» с 2012 года занимается разработкой и производством образовательных комплексов по робототехнике и цифровым технологиям «Роботрек». Разработаны готовые решения, включающие не только само учебное оборудование, но и учебно-методические комплексы, система обучения и поддержки педагогов. При этом методики и обучение предоставляются для ОУ бесплатно. Выстроена преемственная линейка от детского сада до вуза с изучением робототехники не только на начальном и базовом уровнях, но и в интеграции с технологиями машинного зрения, искусственного интеллекта, нейротехнологий, инженерии.
Компания с 2015 года активно сотрудничает с Международной ассоциацией детской робототехники IYRA, организует и проводит международные соревнования по робототехнике и цифровым технологиям «ДЕТалька». Отдельным направлением является привлечение социального бизнеса к открытию центров «Роботрек» в разных регионах России и СНГ по франшизе. Кроме того, разработаны специальные обучающие программы для детей с ОВЗ. Продукция компании активно экспортируется в другие страны. Наши образовательные комплексы по робототехнике имеют множество всероссийских и международных наград. Учебное оборудование входит в реестр отечественных производителей Минпромторга РФ, а программное обеспечение — в реестр Минцифры РФ».
Алексей Филимонов, руководитель группы «Робототехника» ГК DIGIS: «Развитие школьной робототехники зависит от многих факторов, и оснащенность учебных заведений различными наборами здесь не на первом месте. Главным фактором является наличие заинтересованных педагогов, которые готовы обучаться, развиваться и передавать свои знания детям. Участвовать в соревнованиях, олимпиадах, конкурсах, не ограничиваясь сборкой роботов по схемам (зачастую в рамках одного набора), а развивая творчество, подключая межпредметные знания (физику, математику, биологию), осваивая разные виды прототипирования с помощью современных технологий 3D-печати и лазерной резки.
Именно отсутствие знающих и умеющих преподавателей часто мешает развитию робототехники в школе. Результатом является пылящееся на полках оборудование. К сожалению, такие случаи не единичны. Однако практика показывает, что при появлении грамотного педагога все это начинает работать и развиваться.
Сейчас развитие робототехники в российских школах можно оценить как 50/50. Одни активно развиваются, а другие продолжают жаловаться на отсутствие педагогов и недостаток финансирования. Повернуть движение в нужную сторону возможно, только вырастив педагогические кадры, которые и станут двигателем для развития школьной робототехники.
Тем не менее, оборудование также является неотъемлемой частью образовательного процесса, и его правильный выбор очень важен. На наш взгляд, здесь необходим комплексный подход. Несколько лет напряженной работы позволили нашей компании создать комплексную экосистему, которая позволяет обучать детей с самого раннего возраста (с 3-х лет) и до вуза, последовательно развивая их компетенции от простейшего плоскостного конструирования до создания сложных умных механизмов с искусственным интеллектом, использующим машинное зрение, сетевое взаимодействие и интернет вещей.
Используя эту экосистему, дети имеют возможность участия в таких крупнейших международных соревнованиях как MakeX с финалом в Китае. Наша компания является организатором этих соревнований в России, развивает их, проводит обучения педагогов, осуществляет методическую и техническую поддержку. Необходимо отметить работу нашего сертифицированного учебного центра, который проводит обучения по всем решениям, предлагаемым нашей компанией, давая возможность педагогам совершенствовать свои знания и повышать квалификацию».
Автор: Сергей Григорьев, доктор технических наук, профессор, член-корреспондент РАО, профессор ГАОУ ВО МГПУ г. Москва, член экспертного совета Национального союза предприятий индустрии учебного оборудования и средств обучения и поставщиков образовательных организаций.
Фото: Брейн Девелопмент, ГК DIGIS, Аврора Образование
Статья подготовлена НСППО для журнала «Мир робототехники»
