Развитие образовательной робототехники: проблемы и перспективы

Введение. Включение школьников в освоение робототехники может служить результативным методом популяризации технического образования и средством профориентационной работы. Образовательную робототехнику можно рассматривать как средство интеграции науки, технологии, инженерии и математики в контексте школьного обучения, как инструмент формирования у обучающихся гибких навыков. Проблема нехватки и/или некомпетентности педагогических кадров в этой области является сдерживающим фактором на пути развития детского технического творчества.

Цель исследования состоит в том, чтобы на основе анализа развития популярного и перспективного направления детского технического творчества – образовательной робототехники – сравнить тренды её внедрения в различных государствах, выявить проблемы, возникающие на пути интеграции образовательной робототехники в школьное и дополнительное образование, и наметить пути преодоления указанных проблем.

Методология, методы и методики. Методологической основой исследования явились теории профессионального развития будущих педагогов и концепция прогнозирования перспектив в сфере образования.

Выявление проблем и перспектив интеграции робототехники в образование школьников проводилось методом тематического контент-анализа публикаций с глубиной поиска 10 лет, размещенных в базах Web of Science, Scopus, Google Академия и eLibrary.

Выявление потребности в педагогах по робототехнике в школьном и дополнительном образовании осуществлялось на основе обобщения результатов, полученных в ходе анкетирования руководителей и педагогов центров детского технического творчества. В онлайн-анкетировании на базе гугл-форм приняли участие 275 респондентов из 11 регионов России.

Диагностика заинтересованности и готовности к получению дополнительного образования по образовательной робототехнике педагогов проведена на основе анкетирования студентов педагогических направлений подготовки. В исследовании приняли участие 185 студентов – будущих педагогов из 6 вузов России.

Оснащение оборудованием системы школьного и дополнительного образования России, а также доступность соответствующего оборудования для школьников изучались на примере одного из российских регионов. Эмпирические данные получены из ежегодных отчетов образовательных учреждений.

Оценка наличия и качества методической поддержки занятий по робототехнике осуществлялась путём обработки данных онлайн-анкетирования педагогов, в котором приняли участие 98 респондентов.

Результаты. Исследовательские работы по вопросам развития образовательной робототехники были разделены на три основные группы: робототехника как средство интеграции STEM; робототехника как средство формирования soft skills; робототехника как средство формирования профессиональных компетенций у педагогов. Выделены наиболее значимые проблемы интеграции образовательной робототехники в школьное и дополнительное образование: слабая материальная база для организации занятий; отсутствие или низкая квалификация имеющихся педагогов; отсутствие четкого системного плана внедрения робототехники в образование школьников; недостаток учебно-методического обеспечения. В качестве стратегий по обеспечению сферы образования педагогами по образовательной робототехнике предложены: внедрение в практику профессиональной подготовки педагогов в системе высшего образования профиля «Образовательная робототехника»; реализация профессиональной переподготовки по программе «Образовательная робототехника» для учителей информатики, математики, технологии, физики и начального образования; привлечение студентов – будущих педагогов к получению дополнительного образования на этапе обучения в вузе в рамках профессиональной подготовки «Педагогика дополнительного образования: Робототехника».

Научная новизна. Выявлены и описаны проблемы успешной интеграции робототехники в школьное и дополнительное образование, среди которых ведущей является отсутствие или низкая квалификация имеющихся педагогов по образовательной робототехнике. Намечены пути преодоления выделенных трудностей, основанные на взаимовыгодном сотрудничестве вузов, школ и центров дополнительного образования, обозначена системообразующая роль педагогических вузов в данном процессе.

Практическая значимость исследования заключается в возможности использования его результатов для определения перспектив развития образовательной робототехники, а также для выбора оптимальных путей профессиональной подготовки и/или переподготовки педагогических кадров для реализации данного вида деятельности.

1. Fillipov S., Ten N., Shirokolobov I., Fradkov A. Teaching Robotics in Secondary School // IFAC-PapersOnLine. 2017. № 50-1. Р. 12155–12160. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405896317328124 (date of access: 02.04.2021). DOI: 10.1016/j.ifacol.2017.08.2143

2. Назаров В. Л., Жердев Д. В., Авербух Н. В. Шоковая цифровизация образования: восприятие участников образовательного процесса // Образование и наука. 2021. Т. 23. № 1. С. 156–201. DOI: 10.17853/1994-5639-2021-1-156-201

3. Зинченко Ю. П., Дорожкин Е. М., Зеер Э. Ф. Психолого-педагогические основания прогнозирования будущего профессионального образования: векторы развития // Образование и наука. 2020. Т. 22. № 3. С. 11–35. DOI: 10.17853/1994-5639-2020-3-11-35

4. Rubinacci F., Ponticorvo M., Passariello R., Miglino O. Robotics for soft skills // REM – Research on Education and Media. 2017. № 10 (2). Р. 20–25. Available from: https:// www.researchgate.net/publication/327036615_Robotics_for_soft_skills_training (date of access: 08.04.2020). DOI: 10.1515/rem-2017-0010

5. Гейхман Л. К., Титова М. В. Образовательная робототехника в работе с детьми дошкольного и младшего школьного возраста // Вестник ПНИПУ. Проблемы языкознания и педагогики. 2015. № 4. С. 115–126. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/obrazovatelnaya-robototehnika-v-rabote-s-detmi-doshkolnogo-i-mladshego-shkolnogo-vozrasta (дата обращения: 05.04.2021).

6. Benitti F. V. Exploring the educational potential of robotics in schools: A systematic review // Computers & Education. 2012. № 58 (3). P. 978–988.

7. Eguchi A. Bringing Robotics in Classrooms // Khine M. (eds.) Robotics in STEM Education. Springer, Cham. 2017. DOI: 10.1007/978-3-319-57786-9_1

8. Eguchi A. Educational Robotics For Promoting 21st Century Skills // Journal of Automation, Mobile Robotics & Intelligent Systems. 2014. № 8 (1). P. 5–11. Available from: https://www.infona.pl/resource/bwmeta1.element.baztech-2480a09b-edb8-46e3-a1d171caf5703c37 (date of access: 06.04.2021).

9. Tocháčeka D., Lapeš J., Fuglíka V. // Procedia – Social and Behavioral Sciences. 2016. № 217. P. 377–381. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877042816001324 (date of access: 08.04.2021). DOI: 10.1016/j.sbspro.2016.02.107

10. Barak М., Zadok Y. Robotics projects and learning concepts in science, technology and problem solving // International Journal of Technology and Design Education. 2009. № 19. P. 289–307. Available from: https://link.springer.com/article/10.1007/s10798-0079043-3 (date of access: 05.04.2021). DOI: 10.1007/s10798-007-9043-3

11. Alimsis D. Educational robotics: Open questions and new challenges // Themes in Science & Technology Education. 2013. № 6 (1). P. 63–71 Available from: http://earthlab.uoi.gr/theste/index.php/theste/article/view/119 (date of access: 05.04.2021).

12. Blikstein P. Digital fabrication and ‘making’ in education: The democratization of invention // J. Walter-Herrmann & C. Boching (eds.), FabLabs: Of Machines, Makers and Inventors. 2013. P. 1–21. Available from: https://www.researchgate.net/publication/281495128_Digital_Fabrication_and_%27Making%27_in_Education_The_The_Democratization_of_Invention (date of access: 06.04.2021).

13. Ozan Coşkunserçe. Implementing Teacher-Centered Robotics Activities in Science Lessons: The Effect on Motivation, Satisfaction and Science Skills // Journal of Pedagogical Research. 2021. № 5 (1). P. 50–64. DOI: 10.33902/jpr.2021067231

14. Sullivan A. Robotics in the early childhood classroom: learning outcomes from an 8-week robotics curriculum in pre-kindergarten through second grade / Amanda Sullivan, Marina Umaschi Bers // International Journal of technology and Design Education. 2016. № 26. P. 3–20. Available from: http://link.springer.com/article/10.1007/s10798-015-93045?sa_campaign=email/event/articleAuthor/onlineFirst&error=cookies_not_supported&code=73287c8a-d499-448d-aeea-f89efdeb68e6 (date of access: 04.04.2021).

15. Толстова Н. А., Бондаренко Д. А., Ганьшин К. Ю. Образовательная робототехника как составляющая инженерно-технического образования [Электрон. ресурс] // Наука. Инновации. Технологии. 2013. № 3. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/obrazovatelnaya-robototehnika-kak-sostavlyayuschaya-inzhenerno-tehnicheskogoobrazovaniya (дата обращения: 01.04.2021).

16. Altin H., Pedaste M. Learning approaches to applying robotics in science education // Journal of Baltic Science Education. 2013. № 12 (3). P. 365–377. Available from: http://www.scientiasocialis.lt/jbse/files/pdf/vol12/365-377.Altin_JBSE_Vol.12.3.pdf (date of access: 09.04.2021).

17. Galino J. R., Tanaka H. Initiatives and Development of Secondary School Robotics Education in Camarin High School // Journal of Robotics, Networking and Artificial Life. 2021. № 8. Available from: https://explore.openaire.eu/search/publication?pid=10.2991%2Fjrnal.k.210521.014 (date of access: 09.10.2021). DOI: 10.2991/jrnal.k.210521.014

18. Gerald A. Using Robotics to Promote Collaborative and Mathematics Learning in a Middle School Classroom // Middle Grades Research Journal. 2014. № 9 (3). P. 73–88. Available from: http://blogs.ubc.ca/roboted/files/2015/07/using-roboticcs-to-promote-collabora- tion-and-learning-in-middle-school.pdf (date of access: 02.04.2021).

19. Lopez-Caudana E., Ramirez-Montoya M. S., Martínez-Pérez S., Rodríguez-Abitia G. Using Robotics to Enhance Active Learning in Mathematics: A Multi-Scenario Study.// Mathematics. 2020. Available from: https://explore.openaire.eu/search/publication?pid=10.3390%2Fmath8122163 (date of access: 02.04.2021). DOI: 10.3390/math8122163

20. Arís N., Orcos L. Educational Robotics in the Stage of Secondary Education: Empirical Study on Motivation and STEM Skills // Education Sciences. 2019. № 9 (2). P. 73. Available from: https://www.mdpi.com/2227-7102/9/2/73 (date of access: 01.04.2021).

21. D’Amico A., Guastella D., Chella A. A Playful Experiential Learning System With Educational Robotics // Frontiers in Robotics and AI. 2020. №. 7. Available from: https://explore.openaire.eu/search/publication?pid=10.3389%2Ffrobt.2020.00033 (date of access: 01.10.2021). DOI: 10.3389/frobt.2020.00033

22. Kubilinskiene S. Applying Robotics in School Education: a Systematic Review / Kubilinskiene S., Zilinskiene I., Dagiene V., Sinkevicus V. // Baltic Journal of Modern Computing. 2017. № 1 (5). P. 50–69 Available from: //epubl.ktu.edu/object/elaba:23026500/ (date of access: 04.04.2021).

23. Piedade J. Pre-Service and in-Service Teachers’ Interest, Knowledge, and Self-Confidence in Using Educational Robotics in Learning Activities // Educação Formação. 2020. № 6. Available from: https://explore.openaire.eu/search/publication?pid=10.25053%2Fredufor.v6i1.3345 (date of access: 01.10.2021). DOI: 10.25053/redufor.v6i1.3345

24. Leonard J., Mitchell M., Barnes-Johnson J., Unertl A., Outka-Hill J., Robinson R., Hester-Croff C. Preparing Teachers to Engage Rural Students in Computational Thinking Through Robotics, Game Design, and Culturally Responsive Teaching // Journal of Teacher Education. 2017. № 69. P. 386–407. DOI: 10.1177/0022487117732317

25. Cahyono A. N., Asikin M., Zahid M. Z., Laksmiwati P. A., Miftahudin M. The RoboSTE[M] Project: Using Robotics Learning in a STEM Education Model to Help Prospective Mathematics Teachers Promote Students’ 21st-CenturySkills // International Journal of Learning, Teaching and Educational Research. 2021. № 20. P. 85–99. DOI: 10.26803/ijlter.20.7.5

26. Anwar S., Bascou N. A., Menekse M., Kardgar A. A Systematic Review of Studies on Educational Robotics // Journal of Pre-College Engineering Education Research (J-PEER). 2019. № 9 (2). Available from: https://docs.lib.purdue.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1223&context=jpeer (date of access: 10.04.2021).

27. Ходакова Н. П., Давоян И. Л. Робототехника в школе как внеурочная деятельность учащихся [Электрон. ресурс] // Труды Международной научно-практической конференции «Информатизация образования-2018». Москва: СГУ, 2018 С. 201–207. Режим доступа: https://portalsga.ru/data/3397.pdf#page=201 (дата обращения: 10.04.2021).

28. Ечмаева Г. А. Подготовка педагогических кадров в области образовательной робототехники // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 2. С. 7 Режим доступа: https://www.science-education.ru/ru/article/view?id=9099 (дата обращения: 08.04.2021).

29. Власова О. С. Содержательный компонент подготовки учителя начальных классов к внедрению образовательной робототехники // Вестник ЮУрГГПУ. 2013. № 11. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/soderzhatelnyy-komponent-podgotovki-uchitelyanachalnyh-klassov-k-vnedreniyu-obrazovatelnoy-robototehniki (дата обращения: 08.04.2021).

30. El-Hamamsy L., Chessel-Lazzarotto F., Bruno B., Roy D., Cahlikova T., Chevalier M., Parriaux G., Pellet J., Lanarès J., Zufferey J. D. A Computer Science and Robotics Integration Model for Primary School: Evaluation of a Large-Scale in-Service K-4 Teacher-Training Program. HAL CCSD. 2020. Available from: https://explore.openaire.eu/search/publication?pid=10.1007%2Fs10639-020-10355-5 (date of access: 10.10.2021). DOI: 10.1007/s10639020-10355-5

31. Baťko J. Methodical Support for Teachers of Robotics in the Czech Educational System // Centre for Higher Education Studies. 2017. Available from: https://explore.openaire.eu/search/publication?articleId=od______8936:0f57be8f3c83bfdae552654ffba2cd2d (date of access: 10.10.2021).

32. Schina D., Esteve-González V., Usart M. An Overview of Teacher Training Programs in Educational Robotics: Characteristics, Best Practices and Recommendations // Education and Information Technologies. 2020. № 26. P. 2831–52. DOI: 10.1007/s10639-020-10377-z

33. Зайцева С. А., Киселев В. С. Вузовская подготовка многопрофильного педагога [Электрон. ресурс] // Современные проблемы науки и образования. 2021. № 1. C. 18. Режим доступа://www.elibrary.ru/item.asp?id=44831354 (дата обращения: 10.04.2021).