Возможности робототехнических проектов в развитии познавательной самостоятельности подростков

L.N. Abdullina1,2, ,

Введение. В настоящее время модернизация современного образования направлена на формирование ключевых компетенций, определяющих готовность обучающихся использовать полученные знания и навыки в решении практических задач. Познавательная самостоятельность выступает основой развития других образовательных компетенций. Условия ее формирования определены нормативно-правовыми актами нашего государства. Так, согласно Федеральному закону «Об образовании в Российской Федерации» [12], обучающий процесс должен быть направлен на всестороннее развитие личности ребенка, создание условий для реализации его творческих способностей, инициативности и самостоятельности. В Федеральном государственном образовательном стандарте среднего общего образования (ФГОС ОО) в качестве одного из требований к выпускнику указывается умение самостоятельно определять цели и этапы деятельности, контролировать и корректировать исполнение поставленных задач [13].

По мнению И.В. Ивановой [2, с. 40–52], А.А. Каменкого [3, с. 487–495], О.Д. Клименко [4, с. 194–197], М.С. Саварцовова [9, с. 311–319], N. Ekizoglu [17], P. Dillenbourg [16], особую актуальность проблема формирования познавательной самостоятельности приобретает в подростковом возрасте, так как знания становятся инструментом расширения сознания, а новые способы их приобретения развивают учебную самостоятельность, способствуют самовыражению и саморазвитию. При этом очень часто педагоги, рассматривая формирование познавательной самостоятельности подростка как цель и необходимость образо- вательного процесса, испытывают затруднения в выборе эффективных форм и методов развития данного качества личности.

Одновременно с этим многие отечественные и зарубежные исследователи – Е.А. Челнокова, А.В. Хижная, Д.А. Казначеев [15, с. 297–299], В.Л. Сидуков, Д.С. Малевин [10, с. 104–107], Г.Е. Буронова, М.Б. Каххоро-ва [1, с. 63–65], И.И. Находкина [7], J.S. Kraj-cik, P.C. Blumenfeld [19], M. Sparf, H. Löfgren, S. Kreitz-Sandberg [20] – отмечают большой потенциал образовательной робототехники как средства формирования навыков самостоятельного решения практических задач, развития умения анализировать, планировать этапы работы, формирования нестандартного мышления и креативности.

Одной из форм организации учебного процесса и действенным педагогическим инструментом, способствующим развитию познавательной инициативы, является познавательная самостоятельность. Авторы В.В. Та-рапата [11], Ж.В. Чайкина, Т.А. Корнева, А.И. Семененко, А.И. Торопова [14, с. 118–123] рассматривают проектную деятельность как средство активизации обучающихся к исследованию практических задач, более детальному изучению проблемы, приобретению необходимых навыков и умений.

В этих условиях особый интерес представляют возможности робототехнических проектов в развитии познавательной активности подростков, а также в формировании их способности осуществлять целенаправленную деятельность по приобретению и практическому применению полученных знаний и умений.

Цель исследования: разработать и апробировать педагогическую технологию использования робототехнических проектов в развитии познавательной самостоятельности подростков.

Задачи исследования:

• 1)    выявить состояние вопроса использования робототехнических проектов в развитии познавательной самостоятельности подростков в педагогике и психологии;

• 2)    провести эмпирическое исследование для выявления уровня сформированности познавательной самостоятельности подростков (анкетирование, тестирование);

• 3)    разработать и апробировать технологию использования робототехнических проектов в ходе развития познавательной самостоятельности подростков;

• 4)    на основе результатов исследования определить возможности робототехнических проектов в развитии познавательной самостоятельности подростков.

Обзор литературы. В работах многих исследователей познавательная самостоятельность представлена как комплексный показатель личности, который характеризуется готовностью к активной, осмысленной и инициативной деятельности в познании [4, 7, 9]. Формирование познавательной самостоятельности является одной из ключевых проблем современного образования [2, 6, 8].

Проект – это специально организованная форма деятельности, которая направлена на создание уникального продукта или решение значимой задачи в условиях ограниченного времени. В образовательном процессе проект рассматривается не только как способ усвоения знаний, но и как средство развития личности, формирования ключевых компетенций [14].

Робототехнический проект представляет собой вид проектной деятельности, в ходе которого обучающиеся разрабатывают устройство, которое способно автоматически выполнять различные действия без вмешательства человека. Работа над проектом включает проектирование, конструирование и программирование роботизированных устройств, осуществляющих движения, реакцию на окружающую среду с помощью специальных датчиков и выполняющих определенный алгоритм движений [8, с. 81–84].

Исследователи А.В. Минкин, Н.Н. Костина, Я.А. Хайруллина акцентируют внимание на возможностях робототехнических проектов в развитии навыков исследовательской деятельности, приобретения знаний в области математики, информатики и программирования [6]. В работе С.А. Минеева отмечается значимость робототехнических проектов в развитии ответственности обучающихся, так как каждый этап создания модели закрепляется за определенным человеком. В задачи педагога входит восполнение недостающих знаний подростков, которые необходимы для непосредственного решения поставленной задачи [5, с. 140–141].

Работы известных отечественных ученых Л.С. Выготского, А.Н. Леонтьева, Д.Б. Элько-нина, П.И. Пидкасистого, Г.И. Щукиной указывают на значимость осмысленной деятельности для формирования самостоятельности обучающегося [9, c. 311–319]. Современные исследователи А.А. Каменкий [3, с. 487–495], Д.О. Клименко [4, с. 194–197], М.С. Саварцов [9, с. 311–319] отмечают большой потенциал проектной и исследовательской деятельности для развития познавательной самостоятельности. Авторы С.А. Миннев [5, с. 140–141], А.В. Минкин, Н.Н. Костина, Я.А. Хайруллина [6, с. 45–55], Ж.В. Чайкина [14, с. 118–123] рассматривают робототехнические проекты как средство развития инициативности и самостоятельности подростков. Исследователи В.В. Тарапата [11], Е.А. Челнокова, А.В. Хиж-ная, Д.А. Казначеев [15, с. 297–299], И.И. На-ходкина [7] указывают на необходимость, для эффективного развития познавательной самостоятельности подростков средствами робототехнических проектов, создания специальных педагогических условий, в том числе с использованием интеграции технических и гуманитарных знаний, использования творческих форм работы, обеспечения тьютерского сопровождения, внедрения цифровых технологий и современных методик.

Зарубежные авторы D. Karahocha, A. Kara-hocha, H. Uzunboylu указывают на большой потенциал робототехнических проектов в улучшении учебных навыков подростков, повышении их успеваемости по естественнонаучным дисциплинам. В проектном обучении учащимся предлагается решить определенную проблему. Задание может выполняться индивидуально или в команде, где обучающиеся сотрудничают друг с другом, обмениваются идеями. В ходе проектной деятельности развивается критическое мышление, формиру- ются умения анализировать данные, обобщать и делать выводы [18, с. 1425–1431].

Обзор исследований отечественных и зарубежных ученых свидетельствует о наличии активной дискуссии, касающейся проблемы развития познавательной самостоятельности подростков и представления проектного обучения как действенного инструмента повышения мотивации к самостоятельной работе.

Материалы и методы

В основе технологии использования робототехнических проектов лежали личностноориентированный и проектный подходы. Использовались методы организации деятельности (метод проектов, исследовательский метод, педагогическое сопровождение), методы стимулирования и мотивации, методы контроля и рефлексии.

В исследовании использовались методы теоретического анализа психолого-педагогической и методической литературы по проблематике исследования, метод обобщения опыта изучаемой составляющей исследования. Применение данных методов способствует комплексному подходу к проведению исследования. Теоретический анализ позволяет глубже понять проблему, а обобщение опыта – сделать выводы, которые можно применить на практике. Такой подход направлен на повышение научной и практической значимости работы. Было проанализировано 17 исследований, которые касались как проблем развития познавательной самостоятельности подростков, так и использования робототехнических проектов.

Эмпирическое исследование осуществлялось с использованием диагностических методов (тестирование, анкетирование). В исследовании приняли участие 120 обучающихся Дома детского творчества с. Зилаир Республики Башкортостан. Экспериментальную группу составили 60 чел., посещающие творческое объединение технической направленности «Робототехника». В контрольную группу вошли 60 чел. – члены других творческих объединений данной организации. В ходе эмпирического исследования нами были использованы анкета В.С. Юркевича «Познавательная потребность», а также тест оценки познавательной самостоятельности школьников (по материалам опросников Ч.Д. Спилберге-ра, А.К. Осницкого). Анкета «Познавательная потребность», разработанная В.С. Юркевичем, была выбрана в качестве показателя внутренней мотивации подростка, так как мотивация способствует формированию собственных целей развития и планирования путей ее достижения. Интенсивность познавательной потребности определялась по следующим критериям:17–25 баллов – выраженная; 12–16 баллов – умеренная; меньше 12 баллов – слабо выраженная.

Тест по материалам опросников Ч.Д. Спил-бергера, А.К. Осницкого был направлен на выявление степени проявления познавательной самостоятельности подростков. Выбор теста обусловлен тем, что ядром познавательной самостоятельности является саморегуляция. Тестирование позволяет определить уровень умений планировать, организовывать и оценивать результаты собственной деятельности. В зависимости от количества полученных баллов выявлялся уровень проявления познавательной самостоятельности у подростков: высокий уровень (55–69 баллов) – наличие исследовательских навыков, полная самостоятельность в обучении, способность к генерированию новых идей; средний уровень (39–54 балла) – характеризуется частичнопоисковыми умениями, способностью к самостоятельной деятельности; низкий уровень (23–38 баллов) – низкая степень проявления показателей познавательной самостоятельности, частичная самостоятельность в обучении.

Выбор данного инструментария основывается на его широком использовании в психолого-педагогических исследованиях и четких критериях интерпретации результатов. Анкета и опросники просты в применении и позволяют быстро провести диагностику большого количества респондентов. Они также обладают гибкостью и информативностью, вопросы доступны для понимания подросткам.

Для определения возможностей робототехнических проектов в развитии познавательной самостоятельности подростков использовались методы систематизации и осмысления научно-методической литературы, проанализирован педагогический опыт, выполнен анализ нормативных документов, проведено эмпирическое исследование.

Результаты. Анализ психолого-педагогической литературы по проблеме исследования показал, что робототехнические проекты обладают значительными возможностями в формировании исследовательских навыков подростков, приобретении знаний в различных областях. Отечественные и зарубежные авторы указывают на большой потенциал робототехнических проектов в повышении мотивации к самостоятельной работе.

Таким образом, исследования показывают, что использование робототехнических проектов для развития познавательной самостоятельности подростков требует системной организации проектной деятельности, которая предполагает использование цифровых технологий, учета возрастных особенностей, создания специальных педагогических условий. Применение данного подхода будет способствовать не только формированию технических навыков, но и развитию личностных качеств подростка.

Эмпирическое исследование осуществлялось с использованием диагностических методов тестирования и анкетирования. Выявлено, что в развитии познавательной самостоятельности большую роль играет внутренняя мотивация подростка. Она способствует формированию собственных целей и осуществлению познавательной деятельности без постороннего контроля. С целью выявления мотивационного компонента подростков использовался тест «Познавательная потребность», разработанный В.С. Юркевичем. В качестве материала исследования использовалась стандартизированная анкета, предназначенная преподавателям, которые должны были ее заполнить на основе своих наблюдений и бесед с родителями. Результаты констатирующего исследования показали, что в экспериментальной группе большинство респондентов (34 %) имеют умеренную выраженность познавательной потребности. В контрольной группе таких подростков было выявлено 30 %. Они иногда проявляли инициативу в поиске ответов на предложенную проблему, не часто интересовались дополнительными источниками знания. Сильная выраженная познавательная потребность была отмечена только у 15 % обучающихся в экспериментальной группе и 18 % – в контрольной группе.

Оценка познавательной самостоятельности подростков с помощью опросников Ч.Д. Спилбергера, А.К. Осницкого показала, что в экспериментальной группе большинство исследуемых (25 %) обладали частично-поисковым типом познавательной самостоятельности, который характеризовался частичными умениями самостоятельно приобретать знания и навыки. В контрольной группе таких подростков было 26 % от общего количества.

Исследовательский тип, отличающийся способностью выдвигать новые, оригинальные идеи, был отмечен только у 12 % в экспериментальной группе и 15 % – в контрольной группе подростков.

На основании результатов констатирующего исследования нами была разработана технология применения робототехнических проектов в развитии познавательной самостоятельности подростков. Технология была основана на личностноориентированном подходе, предполагающем создание специальных условий, способствующих развитию личностных характеристик обучающихся. Личностноориентированный подход реализуется через ряд условий и методов. Принципами личностноориентированного подхода являются: субъектность подростка, индивидуализация, рефлексия, поддержка и сопровождение. В рамках данного подхода создавались условия: самостоятельная работа над проектами разной сложности, педагогическое сопровождение образовательной траектории подростка, консультация по сложным вопросам, связь разрабатываемых проектов с личными интересами обучающихся, возможность выбора сложности решаемых задач. Организация развития познавательной деятельности также основывается на использовании проектного подхода, характеризующегося активной, самостоятельной деятельностью подростков по созданию осмысленного продукта. Принципами данного подхода являются: целеполагание, личная значимость, интеграция разных знаний из разных областей, результативность, рефлексивность. Развитию познавательной самостоятельности в рамках данного подхода способствовали следующие условия: включение в учебную программу заданий, требующих самостоятельного поиска решений, использование соревновательных технологий, возможность выбора формы работы (групповая или индивидуальная).

Работа велась на базе программы «Образовательная робототехника» в условиях дополнительного образования. Программа включает теоретические и практические занятия продолжительностью 36 учебных недель по 4 часа в неделю – 144 часа в год. Программа была дополнена робототехническими проектами, которые имели практико-ориентированную направленность.

В качестве оборудования использовался робототехнический конструктор LEGO Mind- storms EV3, который объединял механику, электронику и программирование, позволяя развивать инженерное мышление и навыки решения нестандартных задач.

Технология состояла из трех этапов: мотивационного, информационного и деятельностного. Обучающиеся работали над планированием, созданием и представлением собственных робототехнических проектов. На информационном этапе подростки учились ставить проблемы, определять задачи, планировать свою деятельность, находить и изучать дополнительные источники информации. С этой целью разработка каждого проекта сопровождалась ведением дневника, в котором происходила фиксация направления поиска информации, краткое тезисное содержание найденного материала, записывались варианты решения проблемы и их обоснование. Также в дневнике проекта обучающиеся делали зарисовки робототехнической модели, строили таблицы и чертежи, отмечали этапы выполнения запланированной работы с указанием сроков и ответственных. В качестве методического сопровождения преподавателем предлагался дополнительный учебный материал, ссылки на электронные библиотеки и специализированные сайты технической направленности.

На мотивационном этапе происходило активное вовлечение подростков в самостоятельный познавательный процесс. Организовывались экскурсии в технопарки, музеи и выставки технического творчества, проводились встречи со специалистами технического труда (инженерами, программистами). В ходе обсуждения идей для проектов, их актуальности и задач для достижения поставленной цели, использовались интерактивные формы организации занятий: мозговой штурм, круглые столы, мастер-классы, квест-игры и др. Деятельностный этап технологии развития познавательной самостоятельности предполагал представление робототехнических проектов в конкурсах, научно-технических фестивалях, выставках проектных работ. На данном этапе подростки учились разрабатывать доклад с кратким описанием и функциональными возможностями модели, готовили сопроводительную презентацию. Также происходило обучение использования мультимедийного материала (видео, аудио, изображения). Информация о достижениях подростков систематизировалась с помощью электронных портфолио, где отражались результаты обучения и достижения в конкурсах, конференциях, олимпиадах и др. По мере появления новых достижений портфолио дополнялось и корректировалось, позволяя создать полноценную картину успеха подростка в техническом творчестве.

В заключение нами было прове д ено контрольное исследование с использованием тех же методик, что и на констатирующем этапе исследования. Результаты повторной диагностики представлены на рисунке.

Таким образом, в экспериментальной группе количество подростк о в с выраженной поз н авательной потребностью стало на 30 % больше, с умеренной степенью – на 14 % больше, со слабой выраженностью – на 44 % меньше. В контрольной группе значительных изменений не было отме ч ено.

■ ЭГ конст. ■ ЭГ контр. ■ КГ конст. ■ КГ контр.

Динамика уровня познавательной потребности в экспериментальной и контрольной группах

Повторная оценка познавательной самостоятельности школьников по материалам опросников Ч.Д. Спилбергера, А.К. Осницко-го показала, что в экспериментальной группе подростков с исследовательским типом познавательной самостоятельности стало на 30 % больше, с частично поисковым типом – на 25 % больше, с репродуктивным типом – на 55 % меньше. В контрольной группе данные изменения менее выражены (см. таблицу).

скую деятельность, для этого организовывались экскурсии, встречи, беседы со специалистами, а также использовались интерактивные формы организации занятий. Деятельностный этап технологии предполагал представление робототехнических проектов в конкурсах, научно-технических фестивалях, выставках проектных работ. Достижения обучающих ся фиксировались с помощью электронного портфолио, позволяя увидеть полную картину

Результаты исследования типа познавательной самостоятельности подростков (%)

Тип познавательной самостоятельности	Экспериментальная группа		Контрольная группа
	Констатирующий этап	Контрольный этап	Констатирующий этап	Контрольный этап
Исследовательский	12	42	15	28
Частично-поисковый	25	50	26	41
Репродуктивный	63	8	59	31

Разработанная и апробированная технология показала свою эффективность в формировании познавательной самостоятель-сти подростков. Робототехнические проекты способствуют формированию внутренней мотивации к процессу познания. В ходе проектной деятельности по созданию автоматизи-ванных устройств обучающиеся активно осваивали и закрепляли навыки целеполагания, планирования, самоконтроля и коррекции результатов, так как без этих действий успешное завершение проекта невозможно.

Обсуждение результатов

Познавательная самостоятельность является личностным качеством и лежит в основе развития многих компетенций. Она определяет готовность применять полученные знания, навыки, умения в решении реальных жизненных задач. Анализ исследований отечественных и зарубежных авторов показывает, что работа над робототехническим проектом предстает как средство организации целенаправленной деятельности по приобретению и применению полученных знаний и навыков на практике. Разработанная технология состояла из мотивационного, информационного и деятельностного этапов. Информационный этап был направлен на обучение ставить проблемы, определять задачи, подбирать необходимую литературу. Формированию данных навыков способствовало ведение дневника проекта с подробным описанием этапов работы и вариантов решения поставленных задач. Мотивационный этап сопровождался активным вовлечением подростков в исследователь- успеха каждого подростка. Результаты диагностики показали, что уровень познавательной потребности подростков значительно повысился. Эмпирическое исследование доказало эффективность разработанной технологии использования робототехнических проектов в формировании познавательной самостоятельности подростков.

Преимуществом разработанной технологии развития познавательной самостоятельности с использованием робототехнических проектов, по сравнению с традиционными технологиями, является то, что она воздействует на все ее компоненты. Формируется познавательная потребность, мотивация к исследованиям. Одновременно с этим развиваются операционные навыки целеполагания, планирования, самоконтроля и т. д. Получение видимого результата создает ситуацию успеха, повышает уверенность в своих силах, формирует фундамент для дальнейшей самостоятельной деятельности.

Заключение

Таким образом, разработанная педагогическая технология была направлена на развитие познавательной самостоятельности с помощью робототехнических проектов. Результаты апробации технологии показали, что тип познавательной самостоятельности большинства обучающихся изменился от репродуктивного и частично-поискового к исследовательскому. В качестве ограничения исследования необходимо отметить возможность влияния внешних факторов на результаты исследования. Личная мотивация отдельных подростков, поддержка со стороны взрослых могли оказать влияние, не зависящее от разработанной технологии.

Результаты исследования имеют практическое значение как для системы общего образования (в рамках школьного курса «Технология), так и дополнительного образования (станции юных техников, технопарки, центры технического творчества). Использование робототехнических проектов обладает значительными возможностями в формировании познавательной самостоятельности подростков и требует дальнейшего изучения для развития других компетенций, в частности, инженерных, творческих, командных и др. Также возможна адаптация технологии под другие предметные области, в том числе создание проектов на стыке робототехники и физики, химии, биологии, истории.