Аттестационная работа (ИАР/ВАР) на тему Развитие методики обучения основам алгоритмизации и программирования на занятиях по робототехнике в начальной школе

Содержание:

Введение 3

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБУЧЕНИЯ ОСНОВАМ АЛГОРИТМИЗАЦИИ И ПРОГРАММИРОВАНИЯ НА ЗАНЯТИЯХ ПО РОБОТОТЕХНИКЕ В НАЧАЛЬНОЙ ШКОЛЕ 7

1.1. Основные характеристики обучения основам алгоритмизации и программирования в начальной школе 7

1.2. Особенности изучения образовательной робототехники в начальной школе 17

1.3. Структура методического обеспечения образовательной робототехники в начальной школе 22

1.4. Роль образовательной робототехники при обучении основам алгоритмизации и программирования в начальной школе 29

1.5. Анализ методического опыта обучения робототехнике в начальной школе 40

Выводы по первой главе 42

ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБУЧЕНИЯ ОСНОВАМ АЛГОРИТМИЗАЦИИ И ПРОГРАММИРОВАНИЯ НА ЗАНЯТИЯХ ПО РОБОТОТЕХНИКЕ В НАЧАЛЬНОЙ ШКОЛЕ 44

2.1. Содержание курса обучения основам алгоритмизации и программирования на занятиях по робототехнике в начальной школе 44

2.2. Разработка методических рекомендаций по проведению занятий по робототехнике в начальной школе при обучении основам алгоритмизации и программирования 57

2.3. Анализ результатов опытно-экспериментальной работы по апробации курса обучения основам алгоритмизации и программирования в начальной школе 78

Выводы по второй главе 84

Заключение 87

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 90

ПРИЛОЖЕНИЕ 98

Введение:

Актуальность исследования. Робототехника постепенно получает статус неотъемлемой части учебного процесса, поскольку она легко вписывается в школьную образовательную программу обучения техническим предметам. Ключевые опыты, которые изучают на уроках физики и математики можно доступно и наглядно продемонстрировать и реализовать в деле с помощью лего-роботов.

Робототехника даёт возможность каждому ребёнку мыслить творчески, уметь анализировать ситуацию и применять критическое мышление для достижения целей с своевременным преодолением полагающих проблем.

Образовательная робототехника, как отдельный предмет, является новым междисциплинарным направлением в обучении, которая включает в себя множество школьных предметов и не только: физика, технология, математика, мехатроника, информатика. Данная робототехника имеет возможность быть представлена как уникальный вспомогательный инструмент обучения, для формирования заманчивой и интерактивной учебной среды с практически значимыми и занимательными мероприятиями. Такого рода мероприятия дополняют в себе интерес обучающихся к изучаемым дисциплинам.

В настоящее время образовательная робототехника интенсивно развивается в нашей стране и осваивается обучающимися на занятиях кружков, элективных курсов в школе и в специализированных центрах дополнительного образования. На данный момент происходит быстрое обновление робототехнических конструкторов, а также образовательных программ по робототехнике.

Изучение в рамках внеурочной деятельности основ робототехники способствует развитию у обучающихся в период начальной школы таких навыков как критическое мышление, а также умение решать практические задачи. Кроме того, данная образовательная среда является привлекательной и заманчивой как отдельная отрасль обучения, которая вдохновляет детей к новаторству через науку, технологию, математику.

В этой среде поощряется творческое мышление, анализирование ситуации, а также критическое мышление. Необходимо уметь применять свои навыки для решения проблем, встречающихся в реальном мире. Занимаясь конструированием, происходит изучение простых механизмов, развивается мелкая моторика. Данные качества развивают фантазию ребёнка, которая, в свою очередь, формирует элементарное конструкторское мышление и изучение принципов работы многих механизмов.

Любой предмет начинается с изучения основ, в нашем случае необходимо использовать знания ряда общеобразовательных предметов. Их изучение проводится не только в рамках предмета технология, а может быть внедрено в такие учебные предметы как информационные технологии, математика. Таким образом формируется системный подход школы к встраиванию робототехники в образовательное пространство школы на уровне начального образования.

Лего-конструирование – популярная во всем мире педагогическая система, повсеместно использующая 3D-модели реального мира и предметно-игровую среду для обучения и развития ребенка. Дети, изучая азы робототехники на базе Лего, учатся создавать, ошибаться, находить ошибки, и, исправляя их, добиваться идеала. Включение робототехники в деятельность начальной школы очень важно, так как ученики могут выполнять работу как самостоятельно, так и коллективно, применяя стандартные алгоритмы и схемы, обучая других обучающихся, раскрывая свою индивидуальность, применяя фантазию и творчество для раскрытия всех возможностей роботов.

Методические материалы Lego Education, разработанные ведущими специалистами по педагогике, соответствуют Федеральным государственным образовательным стандартам (ФГОС) и предлагают множество заданий для учеников начальной школы по различным предметам естественнонаучной и технической направленности.

Именно эти положения обусловили актуальность темы исследования.

Проблема исследования: как следует обучать детей основам алгоритмизации и программирования на занятиях по робототехнике в начальной школе.

Объект исследования – обучение основам алгоритмизации и программирования на занятиях по робототехнике.

Предмет исследования – развитие методики обучения основам алгоритмизации и программирования на занятиях по робототехнике в начальной школе.

Цель исследования – теоретически обосновать, разработать и практически апробировать методику обучения основам алгоритмизации и программирования на занятиях по робототехнике в начальной школе.

Гипотеза исследования: обучение основам алгоритмизации и программирования на занятиях по робототехнике в начальной школе может быть эффективным при использовании специальных конструкторов Lego Education.

Задачи исследования:

1. Изучить основные характеристики обучения основам алгоритмизации и программирования в начальной школе.

2. Рассмотреть особенности изучения образовательной робототехники в начальной школе.

3. Изучить структуру методического обеспечения образовательной робототехники в начальной школе.

4. Рассмотреть роль образовательной робототехники при обучении основам алгоритмизации и программирования в начальной школе .

5. Представить содержание курса обучения основам алгоритмизации и программирования на занятиях по робототехнике в начальной школе.

6. Разработать методические рекомендации по проведению занятий по робототехнике в начальной школе при обучении основам алгоритмизации и программирования.

7. Проанализировать результаты опытно-экспериментальной работы по апробации курса обучения основам алгоритмизации и программирования в начальной школе.

Методы исследования: анализ научно-методической и психолого-педагогической литературы по теме исследования, синтез, систематизация, обобщение, педагогический эксперимент, анализ результатов работы.

Теоретическая значимость исследования заключается в теоретическом обобщении основных характеристик обучения основам алгоритмизации и программирования в начальной школе, а также особенностей изучения образовательной робототехники в начальной школе.

Практическая значимость исследования заключается в том, что материалы, представленные в данной работе, могут быть использованы в образовательном процессе начальной школы при обучении основам алгоритмизации и программирования на занятиях по робототехнике.

Структура работы. Работа состоит из введения, двух глав, выводов по главам, заключения, списка литературы и приложения.

Заключение:

Итак, в ходе выполнения работы были достигнуты следующие результаты.

Были уточнены основные характеристики обучения основам алгоритмизации и программирования в начальной школе, а также особенности изучения образовательной робототехники в начальной школе.

Было выявлено, что образовательная робототехника находит свое применение в курсе начальной школы, она направлена на развитие у учеников алгоритмического мышления, навыков четко излагать свои мыли.

К концу изучения курса «Робототехника» в начальной школе дети свободно работают в команде и имеют знания и опыт работы в сфере робототехники. Одним из средств работы в курсе робототехнике в начальной школе является проектная деятельность.

Обучение учеников начальной школы такому абстрактному предмету, как программирование может оказаться сложной задачей. Программирование часто бывает слишком сложным для большинства учащихся. Робототехника – это более простое и осязаемое введение в программирование. Когда учащиеся программируют физических роботов, им легче увидеть, что идет не так, поскольку они узнают, что роботы могут, а что не могут. Они приобретают навыки, необходимые для составления точных инструкций, и получают удовольствие, извлекая ценные уроки.

На сегодняшний день существует множество сред для обучения программированию и самих языков программирования, предназначенных специально для младших школьников, которые также учитывают их интеллектуальные и психофизические характеристики. В данной работе особое внимание уделяем образовательной робототехнике на базе конструкторов Lego.

Разработан курс, предназначенный для детей 7-10 лет. Курс включает 64 часа учебного времени. Курс образовательной робототехники включает 6 разделов. В соответствии с разработанной программой по образовательной робототехнике можно отметить, что ведение данного курса во внеурочной деятельности начальной школы обеспечивает развитие многих качеств младшего школьника. В первую очередь у учащегося формируются первоначальные навыки обращения с техникой, роботами, формируется логическое и алгоритмическое мышление, учащийся обучается программированию простейших устройств. Соответственно у учащегося формируется те качества, которые необходимы каждому для жизни в современном обществе.

Были представлены основные методические рекомендации по проведению занятий по робототехнике в начальной школе при обучении основам алгоритмизации и программирования.

Педагогическая апробация проводилась с обучающимися начальной школы в возрасте от 7 до 10 лет. В опытно-экспериментальной работе принимало участие 15 обучающихся.

Цель опытно-экспериментальной работы – проверка эффективности курса «Основы робототехники. WeDo» обучения основам алгоритмизации и программирования в начальной школе.

Опытно-экспериментальная работа по апробации курса обучения основам алгоритмизации и программирования в начальной школе включала несколько основных этапов: констатирующий, формирующий, контрольный.

Чтобы определить уровень знаний детей в области алгоритмизации и программирования, в начале эксперимента было предложено выполнить входную контрольную работу.

На основании полученных результатов констатирующего этапа опытно-экспериментальной работы было определено, что среди обучающихся преобладает средний уровень знаний в области алгоритмизации и программирования, что свидетельствует о необходимости проведения формирующей работы в данном направлении.

По результатам констатирующего этапа опытно-экспериментальной работы был проведен формирующий этап работы в соответствии с теоретическим материалом, представленным в данной работе и на основании разработанного курса «Основы робототехники. WeDo» по обучению основам алгоритмизации и программирования в начальной школе.

За период апробации курса «Основы робототехники. WeDo» с детьми пройдены первые 12 тем курса.

По окончанию формирующего этапа опытно-экспериментальной работы был проведен контрольный этап. Чтобы определить уровень знаний детей в области алгоритмизации и программирования, в конце эксперимента было предложено выполнить еще одну контрольную работу.

Результаты контрольной диагностики, которая была проведена после формирующего этапа, продемонстрировали, что у большинства школьников, чей уровень развития знаний в области алгоритмизации и программирования на констатирующем этапе был низким, после применения комплекса заданий стал средним.

Можно сделать вывод о том, что занятия по робототехнике способствовали развитию навыков создания алгоритмов для различных исполнителей, чтения и составления блок-схем, конструирования и программирования.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что обучение основам алгоритмизации и программирования на занятиях по робототехнике в начальной школе с использованием конструкторов Lego WeDo и Lego WeDo 2.0 является эффективным.

Итак, цель работы достигнута, задачи решены. Гипотеза подтверждена.

Фрагмент текста работы:

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБУЧЕНИЯ ОСНОВАМ АЛГОРИТМИЗАЦИИ И ПРОГРАММИРОВАНИЯ НА ЗАНЯТИЯХ ПО РОБОТОТЕХНИКЕ В НАЧАЛЬНОЙ ШКОЛЕ

1.1. Основные характеристики обучения основам алгоритмизации и программирования в начальной школе

В настоящее время в области начального образования особую актуальность приобретает обучение детей азам программирования. На территории нашей страны начинают активно внедряться дополнительные развивающие программы раннего обучения программированию детей младшего школьного возраста.

Активно набирают популярность и известность такие сообщества как «Информатикум», «Кванториум», «Школа юных программистов». Но актуальный уровень развития современных технологий и науки диктует свои требования к обучению детей. Они в свою очередь заключаются в привитии азов программирования уже в раннем возрасте [14].

Образовательный стандарт в настоящее время не регламентирует изучение информатики в начальных классах, информатика преподается лишь в некоторых школах. На данный момент список учителей, уделяющих внимание именно программированию на курсах информатики в начальной школе, довольно скромный и его нужно пополнять.

Программа дошкольного образования за рубежом уже несколько лет включает в себя программу обучения программированию. Так, в Великобритании дети пятилетнего возраста обучаются написанию самых простых программ. В Эстонии, в свою очередь, включена учебная программа по изучению основ программирования в течение всего школьного обучения ребенка. А в Австралии изучаются визуальные языки программирования, причём с 3-го класса [18].

В соответствии с ФГОС НОО в области математики учащиеся должны обладать следующими качествами [50]:

 сформированным логическим мышлением, а также начальным алгоритмическим;

 сформированными навыками построения простейших алгоритмов, а также их исполнения;

 сформированными исследовательскими навыками;

 сформированными умениями в области геометрии;

 сформированными навыками работы с информацией;

 сформированными навыками работы с иллюстрациями, схемами, таблицами.

При преподавании раннего программирования в учебном заведении возникают некоторые проблемные ситуации: например, в начальных классах ученикам сложно запоминать сложные инструкции; которые включают множества строк, и уж тем более заучивать программы, написанные на английском (в большинстве случаев) языке. Главная причина данных проблем – возраст начала изучения иностранного языка.

Для многих курс изучения английского языка начинается в 1 классе, тем самым объём знаний, на момент обучения в начальной школе, скромный.

Для решения данной проблемы, в качестве ключа к успеху необходимо найти такой язык программирования, который будет максимально приближен к уровню развития детей, где будут присутствовать инструкции для работы с предметами, однако также обеспечивать достаточно крепкие знания для будущего обучения.

Самым первым этапом изучения языка программирования является развитие логического мышления и навыков. Логика – это возможности учащегося самому выстраивать определенные логические взаимные связи, выполнять простые операции, строить грамотные и верные предположения.

В 80-х годах прошлого века один из основателей теории искусственного интеллекта, создатели языка логотипов Сеймур Пейперт и Алан Кей, указывали, что существенное изменение в мышлении должно быть доступно для ребенка как можно скорее [1].

В конце 70-х годов XX века А.П. Ершов совместно с коллегами из Сибири одними из первых среди отечественных и зарубежных исследователей смогли доказать актуальность раннего информатического образования.

Под руководством А.П. Ершова почти тридцать лет назад был разработан Курс школьной информатики, получивший название «программистским». Курс получил данное название из-за того, что в его основе лежит изучение алгоритмов и программ.

Считая компьютер «интеллектуальным орудием и партнером практически во всех сферах жизни и деятельности человека», А.П. Ершов отстаивал идею раннего обучения детей программированию [14].

В 1981 году в Лозанне на 3-й Всемирной конференции Международной федерации по обработке информации и ЮНЕСКО по применению ЭВМ в обучении А.П. Ершов принял участие, выступив с докладом, получившим название «Программирование — вторая грамотность». Данное название доклада на долгие годы стало практически лозунгом в дальнейшем развитии программирования.

В нашей стране основоположником реализации исполнителей при обучении программирования среди учеников младшего школьного возраста стал обучения учёный и педагог Г.А. Звенигородский.

Под его руководством в 1975 г. в Новосибирском Академическом городке был создан язык программирования «Робик», который использовал синтаксис, включающий в себя русскую лексику.

В дальнейшем группа учёных совместно со Звенигородским Г.А. создали еще один учебно-производственный язык РАПИРА (Расширенный Адаптированный Поплан-Интерпретатор, Редактор, Архив), который был намного мощнее предшественника, а также представили систему программирования для этих языков – «Школьница».

А.И. Маркушевич, С.И. Шварцбурд, Н.Я. Виленкин внесли весомый вклад в определении должного места для программирования в отечественной школе.