Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Дидактические аспекты активизации освоения дисциплин естественнонаучного цикла младшими школьниками в учебной деятельности 17
1.1. Проблемы освоения дисциплин естественнонаучного цикла младшими школьниками 17
1.2. Активизация освоения дисциплин естественнонаучного цикла в учебной деятельности младших школьников 30
1.3. Дидактический потенциал начального технического конструирования в освоении дисциплин естественнонаучного цикла 49
Выводы по первой главе 67
Глава II. Методика активизации освоения дисциплин естественнонаучного цикла средствами технического конструирования в учебной деятельности младших школьников 70
2.1. Совокупность знаний и умений по дисциплинам естественнонаучного цикла для занятий начальным техническим конструированием 70
2.2. Методика активизации освоения дисциплин естественнонаучного цикла средствами технического конструирования 88
2.3. Методика исследования уровня активности младших школьников по освоению дисциплин естественнонаучного цикла 114
Выводы по второй главе 122
Глава III. Описание и результаты опытно-экспериментальной работы по реализации методики активизации освоения дисциплин естественнонаучного цикла средствами технического конструирования 124
3.1. Логика, задачи и организация опытно-экспериментальной работы 124
3.2. Описание и результаты формирующего этапа педагогического эксперимента 137
3.3. Результаты контрольного этапа педагогического эксперимента 157
Выводы по третьей главе 168
Заключение 170
Список литературы 173
- Активизация освоения дисциплин естественнонаучного цикла в учебной деятельности младших школьников
- Дидактический потенциал начального технического конструирования в освоении дисциплин естественнонаучного цикла
- Методика активизации освоения дисциплин естественнонаучного цикла средствами технического конструирования
- Описание и результаты формирующего этапа педагогического эксперимента
Введение к работе
Актуальность проблемы исследования. На сегодняшний день в Российской Федерации наблюдается особый недостаток в инженерных кадрах, хотя специалисты технического направления всегда были востребованы обществом. Это отмечают ректоры крупнейших технических университетов, социологи, данный вопрос поднимается регулярно и на правительственном уровне.
Невысокая популярность профессий технической направленности обусловлена рядом факторов, связанных с системой образования, среди которых: низкий уровень знаний обучающихся по таким предметам, как физика, математика и информатика; отсутствие интереса у обучающихся к самостоятельному изучению предметов; поверхностное понимание теоретической и практической стороны содержания образования по предметам естественнонаучного цикла; отсутствие навыков работы в технической сфере; традиционные формы организации занятий по предметам.
В информационном обществе XXI века наряду с имеющимися средствами развития научно-технического творчества для детей появились новые средства обучения на основе компьютерных и цифровых технологий, например, робототехнические образовательные конструкторы, которые создают новые возможности в формировании интереса обучающихся к дисциплинам технической направленности.
Для достижения требований Федерального государственного образовательного стандарта начального общего образования (далее ФГОС НОО) в аспекте овладения младшими школьниками группой универсальных учебных действий (познавательных, личностных, регулятивных, коммуникативных) необходимо использовать в учебном процессе новые технологии, основанные на применении современных средств обучения. Новым перспективным средством обучения являются образовательные конструкторы, которые имеют возможность программирования. Современные конструкторы направлены не только на ознакомление учащихся с начальным техническим конструированием, но и на решение задач образования в естественнонаучном и информационно-коммуникационном направлениях.
Одной из основных целей обучения школьников начальному техническому конструированию является повышение качества освоения образовательных программ естественнонаучного цикла и технических способностей через привлечение интереса к конструкторской деятельности. Занятия техническим конструированием опираются на знания и умения, получаемые младшими школьниками на уроках математики, информатики, окружающего мира и технологии. В процессе работы над моделями из конструктора у учащихся появляется интерес к предметным школьным дисциплинам естественнонаучного цикла, происходит закрепление изучаемого на уроках теоретического материала, повышается уровень его осознанности, создаются условия для развития пространственных представлений и конструкторских умений.
Вопрос поиска путей активизации обучающихся в освоении естественнонаучных дисциплин остается актуальным, о чем свидетельствуют проводимые исследования в области оценки качества образования. Международное исследование по оценке качества математического и естественнонаучного образования TIMS S-2011 показало, что только 13% российских учащихся 4 класса могут решать задачи на применение знаний в нестандартных ситуациях и обосновывать ход своих действий. По итогам экспертизы, проведенной М. Ю. Демидовой, Г. С. Ковалевой, Н. Г. Кошеленко, К. А. Краснянской, были выдвинуты предложения по совершенствованию школьного математического и естественнонаучного образования: пересмотреть исторически сложившееся содержание естествознания в начальной школе в сторону усиления вопросов, связанных с элементами физических знаний; учебно-методические комплекты наполнить заданиями, базирующимися на контексте реальных жизненных ситуаций и требующими для выполнения достаточно сложных видов учебной деятельности, в том числе проектной и учебно-исследовательской.
На современном этапе в учебном процессе младшие школьники могут активно осваивать учебный материал как на уроках, так и в различных направлениях внеурочной деятельности, основанной на добровольном выборе учащихся. Для того чтобы привлечь интерес школьников к познанию естественнонаучного содержания, нужно использовать новые современные технологии обучения и выбирать привлекательные для учащихся средства обучения. В частности, школьники проявляют повышенный интерес к занятиям по робототехнике с использованием современных образовательных конструкторов.
Включение в учебную деятельность младших школьников начального технического конструирования и робототехники на основе современных образовательных конструкторов требует объединения информационных и педагогических технологий, а также учета межпредметных связей дисциплин естественнонаучного цикла и развития конструкторских умений.
Проведенный нами анализ практики организации учебной деятельности младших школьников показал, что предлагаемые кружки, направленные на развитие естественнонаучных знаний и умений, часто не соответствуют интересам школьников, а организация интересных для учащихся форм учебной деятельности с применением современных средств обучения не всегда может быть реализована из-за недостаточной методической поддержки по их использованию.
Степень научной разработанности проблемы. Проблему активизации познавательной деятельности как средства повышения качества освоения учебного материала исследовали М. А. Данилов, П. Ф. Каптерев, Я. А. Коменский, Е. В. Коротаева, Б. Ф. Ломов, К. Д. Ушинский, Т. И. Шамова, Г. И. Щукина, Д. Б. Эльконин. Ю. К. Бабанским разработана теория оптимизации учебно-воспитательного процесса, согласно которой оптимизация обучения рассматривается как вариант активизации обучения. Пути активизации познавательной деятельности учащихся на уроках природоведения и окружающего мира рассматривали Н. Ф. Виноградова, Т. Б. Кропочева, О. А. Рыдзе, а на уроках математики - Н. Б. Истомина, А. А. Попова.
Деятельностный подход как основу реализации принципа активности в результатах своих исследований отразили Д. Н. Богоявленский, Л. С. Выготский, П. Я. Гальперин, В. В. Давыдов, А. А. Леонтьев, А. Н. Леонтьев, Б. Ф. Ломов, Н. А. Менчинская, С. Л. Рубинштейн, Н. Ф. Талызина, Д. Б. Эльконин и др.
Вопросами разработки методики преподавания естествознания в начальной школе занимались Г. Н. Аквилева, Е. В. Григорьева, 3. А. Клепинина, Е. Ф. Козина, Т. Б. Кропочева, А. В. Миронов и др.
Использование образовательных конструкторов на занятиях и их возможности в коррекционно-развивающем обучении изучали авторы диссертационных исследований Т. В. Лусс, Е. А. Суриф. Методику реализации интегрированных занятий по математике и конструированию разрабатывали в своих исследованиях Г. Н. Сидорук (для детей дошкольного возраста), 3. К. Койчуева (для младших школьников). В исследованиях П. А. Расуловой рассматривается методика реализации межпредметных связей математики и технологии в начальной школе. Вопросы организации занятий конструкторской деятельностью на занятиях физико-технического кружка изучал В. Г. Чупашев. Вопросы организации занятий техническим творчеством и их роль в активизации освоения учебного материала школьниками исследовали П. Н. Андриянов, В. А. Горский, Н. И. Гу-дыменко, А. И. Живицкая, В. В. Колотилов, Л. П. Овчинникова, Л. А. Парамонова и др.
Анализ современного состояния образования, психолого-педагогической и методической литературы, практики обучения начальному техническому конструированию в младшем школьном возрасте позволил нам обозначить следующие объективно существующие противоречия:
- на общественно-государственном уровне: между потребностью государства
в вьшускниках школ, ориентированных на технические направления образования, и
недостаточным интересом у школьников к образовательным направлениям, требую
щим знаний и умений в области дисциплин естественнонаучного цикла;
-на научно-педагогическом уровне: между объективной необходимостью в современной педагогической теории и практике организации процесса обучения, способствующего активизации освоения дисциплин естественнонаучного цикла средствами технического конструирования, и недостаточной разработанностью теоретических основ;
- на методическом уровне: между дидактическим потенциалом использования
образовательных конструкторов в учебной деятельности для повышения активности
школьников к освоению дисциплин естественнонаучного цикла и недостаточностью
методических разработок в применении современных средств обучения для активиза
ции их освоения.
Необходимость разрешения указанных противоречий обусловливает актуальность диссертационного исследования, а также определяет его проблему: как использовать техническое конструирование на основе образовательных конструкторов для активизации освоения дисциплин естественнонаучного цикла младшими школьниками?
В рамках решения данной проблемы была определена тема исследования: «Техническое конструирование как средство активизации освоения дисциплин естественнонаучного цикла младшими школьниками».
Объект исследования - процесс освоения дисциплин естественнонаучного цикла в начальной школе.
Предмет исследования - активизация освоения дисциплин естественнонаучного цикла младшими школьниками средствами технического конструирования.
Цель исследования: теоретическое обоснование и разработка методики активизации освоения дисциплин естественнонаучного цикла средствами технического конструирования в процессе учебной деятельности младших школьников.
Гипотеза исследования: активизация освоения дисциплин естественнонаучного цикла младшими школьниками средствами технического конструирования будет успешной, если:
образовательный процесс строится в соответствии с комплексом научно-методологических подходов и дидактических принципов активизации освоения дисциплин естественнонаучного цикла средствами технического конструирования;
включение деятельности по созданию механических и роботизированных моделей в содержание учебной деятельности младших школьников организуется в тесной связи с использованием знаний и умений дисциплин естественнонаучного цикла;
обеспечение комплексного сочетания урочной и внеурочной деятельности при реализации методики активизации освоения дисциплин естественнонаучного цикла в процессе деятельности по техническому конструированию и робототехнике осуществляется на интегрированных уроках окружающего мира и технологии и занятиях по программе курса внеурочной деятельности «Начальное техническое конструирование и робототехника.
Исходя из цели и гипотезы, были определены следующие задачи нашего исследования:
^проанализировать состояние проблемы освоения предметных областей естественнонаучного цикла, определить дидактический потенциал технического конструирования в активизации освоения дисциплин естественнонаучного цикла младшими школьниками;
2) выявить теоретические основания методики активизации освоения дисциплин естественнонаучного цикла младшими школьниками;
-
построить модель активизации освоения дисциплин естественнонаучного цикла средствами технического конструирования;
-
на основе предложенной модели разработать методику активизации освоения дисциплин естественнонаучного цикла средствами технического конструирования в учебной деятельности младших школьников;
-
осуществить педагогический эксперимент по оценке эффективности предложенной методики в активизации освоения дисциплин естественнонаучного цикла младшими школьниками.
Теоретико-методологическую основу исследования составили основные идеи и положения: теории образования и методологии психолого-педагогической науки (Ю. К. Бабанский, Д. Н. Богоявленский, М. А. Данилов, И. А. Зимняя, Н. А. Менчинская, Г. И. Щукина, А. В. Усова и др.); теории деятельности и применения деятельностного подхода в образовании (Л. С. Выготский, П. Я. Гальперин, В. В. Давыдов, А. Н. Леонтьев, Н. Ф. Талызина и др.); теории и методики обучения естествознанию в начальной школе (Г. Н. Аквилёва, Е. Т. Бровкина, Н. Ф. Виноградова, Е. В. Григорьева, Е. Ф. Козина и др.); теории и методики обучения математике в начальной школе (А. В. Белошистая, Н. Я. Виленкиц Н. Б. Истомина, М. И. Моро, А. А. Попова и др.).
В ходе исследования использовались следующие методы:
теоретические методы: литературно-критический анализ и обобщение философской, психолого-педагогической, методической и научно-технической литературы по проблеме исследования; анализ школьных образовательных стандартов, учебных программ, учебников, учебных пособий, методических материалов по курсу окружающего мира, математики и информатики, технологии, робототехники; моделирование, конструирование;
эмпирические методы: педагогическое наблюдение, тестирование учащихся, опрос учителей, методы математической статистики, опыгно-экспериментальная работа.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
определено содержание и разработана методика активизации освоения дисциплин естественнонаучного цикла средствами технического конструирования в учебной деятельности младших школьников;
адаптирована последовательность прохождения этапов формирования у младших школьников умственных и практических действий при использовании образовательных конструкторов в соответствии с целью организации деятельности по освоению дисциплин естественнонаучного цикла;
разработаны модуль «Образовательная робототехника» для включения в интегрированные уроки «Окружающего мира» и «Технологии» и программа внеурочной деятельности для младших школьников «Начальное техническое конструирование и робототехника», содержание которых ориентировано на повышение познавательного интереса и внутренней мотивации к изучению дисциплин естественнонаучного цикла;
определено и теоретически обосновано технологическое обеспечение методики активизации освоения дисциплин естественнонаучного цикла средствами технического конструирования: активизирующие методы, педагогические приемы и средства организации учебной деятельности младших школьников.
Теоретическая значимость исследования заключается в том, что -уточнено содержание понятий «образовательная робототехника» и «техническое конструирование на основе образовательных конструкторов»;
- сформулированы теоретические основы для разработки комплекса научно-
методологических подходов и дидактических принципов активизации освоения учеб
ного материала дисциплин естественнонаучного цикла средствами начального техни
ческого конструирования в учебной деятельности младших школьников;
-построена модель активизации освоения дисциплин естественнонаучного цикла средствами технического конструирования, включающая целевой, содержательный, теоретико-методологический организационно-технологический и результативный компоненты.
Практическая значимость исследования заключается в том, что теоретические результаты доведены до уровня практического применения разработаны и внедрены в учебный процесс:
система интегрированных уроков и внеурочных занятий с использованием работы по созданию механических и роботизированных моделей при привлечении знаний по предметам «Окружающий мир» и «Математика» и умений, формируемых в рамках предмета «Технология» в начальной школе;
методические рекомендации по проведению интегрированных уроков по «Окружающему миру» и «Технологии» и внеурочных занятий по техническому конструированию и робототехнике;
методы и приемы организации интегрированных уроков и внеурочных занятий с включением начального технического конструирования и робототехники, способствующих активизации освоения дисциплин естественнонаучного цикла.
Проведенное исследование позволило вынести на защиту следующие положения:
-
Использование в учебной деятельности младших школьников современных средств обучения - образовательных конструкторов - позволяет повысить уровень учебно-познавательного интереса и самостоятельности к изучению дисциплин естественнонаучного цикла, формировать устойчивую учебную мотивацию и умение применять полученные теоретические знания на практике.
-
Модель активизации освоения дисциплин естественнонаучного цикла средствами технического конструирования, разработанная на основе принципа активности, системно-деятельностного и интегративного подходов, включает: целевой, теоретико-методологический, содержательный, организационно-технологический и результативно-диагностический компоненты.
-
Реализация методики активизации освоения дисциплин естественнонаучного цикла средствами технического конструирования должна осуществляться в процессе последовательного прохождения адаптированных в соответствии с целями исследования этапов формирования у младших школьников умственных и практических действий, таких как: мотивация, планирование деятельности, освоение новых знаний и способов действий (практикум), контроль и самооценка знаний и способов действий, применение новых способов действий учащимися в нестандартных проблемных ситуациях творческого характера, рефлексия.
-
Использование комплекса диагностических методик, включающего критерии активности учащегося в процессе обучения (учебно-познавательный интерес, внутренняя учебная мотивация, целенаправленная деятельность и самостоятельность, применение изученного материала и его творческая переработка) и средства их измерения (шкала выраженности учебно-познавательного интереса, тесты на выявление направленности учебной мотивации, уровня овладения знаниями и умениями по дисциплинам естественнонаучного цикла и технических способностей, карта наблюдения за проявлением внешних факторов активности младших школьников и диагностическая карта освоения программы внеурочной деятельности), позволяет объективно оценить повышение уровня активности в освоении дисциплин естественнонаучного цикла при использовании технического конструирования в учебной деятельности младших школьников.
Обоснованность и достоверность полученных результатов и выводов определяется анализом современных достижений психолого-педагогической науки, применением разнообразных методов теоретико-экспериментального исследования пробле-
мы, личным участием в организации и руководстве научно-методической деятельностью в качестве педагога, целенаправленным анализом педагогической практики и педагогического опыта, выбором теоретических и эмпирических методов с опорой на данные различных наук и психологических и педагогических концепций.
Этапы исследования.
На первом этапе (2009-2010 гг.) изучалась степень разработанности проблемы в отечественной и зарубежной науке, анализировалась философская, педагогическая и психологическая литература; изучался опыт применения образовательных конструкторов в учебном процессе; определялись основные направления развития методической системы обучения техническому конструированию в урочной и внеурочной деятельности младших школьников при изучении естественнонаучных ДИСЦИПЛИН.
На втором этапе (2010-2011 гг.) уточнялись основные теоретические положения использования технического конструирования и начальной робототехники при изучении естественнонаучных дисциплин младшими школьниками, разрабатывались модуль «Образовательная робототехника» в рамках интегрированных уроков «Окружающий мир» и «Технология», программа курса внеурочной деятельности для учащихся начальных классов и методические рекомендации к преподаванию модуля и курса.
На третьем этапе (2011-2014 гг.) была проведена опытно-экспериментальная работа; осуществлялась систематизация и обобщение полученных результатов, оформление работы.
Апробация и внедрение результатов исследования осуществлялись на всех его этапах. Основные практические результаты диссертационного исследования нашли свое отражение в скорректированной программе начального общего образования по «Окружающему миру» и «Технологии» за счет включения модуля «Образовательная робототехника» и программы внеурочной деятельности, реализуемой в «Центре образовательной робототехники» на базе МАОУ лицей № 142 и МАОУ лицей № 35 г. Челябинска. Основные положения диссертации, теоретические и практические результаты опубликованы в печати и представлены на конференциях, семинарах, конкурсах: II Всероссийской научно-практической конференции «Стратегия гуманитарного образования XXI века» (Самара, 30 ноября 2009 г.); Всероссийской научно-методической конференции «Реализация стандартов второго поколения в развивающей образовательной системе «Школа 2100» (Челябинск, 29-30 марта 2010 г.); Всероссийском конкурсе научно-исследовательских работ в области технологий электронного обучения в образовательном процессе (Белгород, 6-10 октября 2010 г.); Восьмой Всероссийской научно-практической конференции «Метамето-дика как перспективное направление развития предметных методик обучения» (Санкт-Петербург, 9-10 декабря 2010 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Теория и практика реализации ФГОС начального общего образования» (Орехово-Зуево, 13-28 ноября 2012 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Мониторинг качества образования в условиях ФГОС НОО: теоретико-методологические и технологические аспекты» (Челябинск, 21 марта 2013 г.); Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Начальное образование: направление развития» (Санкт-Петербург, 5 апреля 2013 г.); Всероссийской конференции «Методика преподавания основ робототехники в основном и дополнительном образовании» (Екатеринбург, 8-9 апреля 2013 г.); Международном семинаре «Инновационная деятельность как фактор развития образовательного учреждения» (г. Челябинск, 21 октября 2013 г.); Областном конкурсе педагогических работников образовательных учреждений, разработавших научно-методические материалы по образовательной робототехнике и современному цифровому оборудованию (Челябинск, 16 октября 2013 г.); Российском научно-методическом семинаре «Технологическое образование школьников в условиях инновационного развития педагогики» (Челябинск, 26-27 марта 2014 г.); II всероссийской конференции «Методика
преподавания основ робототехники школьникам в основном и дополнительном образовании» (Екатеринбург, 28-29 апреля 2014 г.); Всероссийском техническом форуме (Челябинск, 5-6 сентября 2014 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Образовательная робототехника в дополнительном образовании детей: опыт, проблемы, перспективы» (Якутск, 12-15 октября 2014 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Пропедевтика формирования инженерной культуры учащихся в условиях модернизации Российского образования» (Челябинск, 4—5 декабря 2014 г.).
По теме исследования имеется 21 публикация, в том числе 3 - в журналах, включенных в перечень ведущих рецензируемых изданий ВАК МОиН РФ.
Активизация освоения дисциплин естественнонаучного цикла в учебной деятельности младших школьников
Федеральный государственный образовательный стандарт начального общего образования (ФГОС НОО) определяет планируемые результаты освоения предметных программ, которые представляют собой систему обобщенных личностно ориентированных целей образования [82, с. 3]. Для определения эффективных приемов и способов освоения младшими школьниками естественнонаучного содержания обратимся к анализу процесса обучения в рамках предметов, которые представляют собой частные случаи обучения младших школьников в цикле естественнонаучных дисциплин.
Педагогические словари определяют обучение как целенаправленный процесс взаимодействия учителя и учащихся, в ходе которого осуществляется индивидуально-личностное развитие человека [83; 129; 152]. В процессе школьного обучения перед учащимися ставится задача освоить содержание учебного материала, предусмотренного программой начального образования. На современном этапе понятие «освоение» является основным в учебной деятельности на всех ступенях обучения, так как усилия педагогов направлены на управление именно этим процессом.
До 2009 года педагоги говорили об усвоении знаний и умений предметных областей. Знания в педагогике понимаются как результат усвоения школьниками системы понятий, законов, фактов науки, суждений, правил, то есть их понимание, сохранение в памяти и воспроизведение [35; 83; 129]. Владение способами применять усвоенные знания на практике, подготовленность к теоретическим и практическим действиям на основе усвоенных знаний и практического опыта, согласно педагогическим словарям, определяется понятием «умение».
Рассмотрим понятия «усвоение» и «освоение», выделив характерные отличия. Усвоение - многозначное понятие и в педагогике рассматривается с разных позиций: - механизм формирования индивидуального опыта человеком через приобретение социокультурного общественно-исторического опыта как совокупности знаний, обобщенных способов действий; - сложная интеллектуальная деятельность человека, включающая все познавательные процессы, которые обеспечивают прием, смысловую обработку, сохранение и воспроизведение принятого материала; - результат учебной деятельности [70, с. 233].
В.В. Давыдов указывает на то, что усвоение знаний и умений человеком происходит в процессе различных видов деятельности. В младшем школьном возрасте основной и ведущей среди других видов деятельности является учебная. Согласно «Теории учебной деятельности» своеобразие учебной деятельности заключается в том, что в процессе ее осуществления школьник усваивает способы предметных и познавательных действий, обобщенных по форме теоретического знания [55, с. 247].
Понятия «усвоение» и «освоение» в педагогической литературе рассматривают в качестве синонимов, однако в последнее время в современном образовании чаще применяют понятие «освоение». Термин «освоение предметной дисциплины» введен в употребление в связи с реализацией Федерального государственного образовательного стандарта второго поколения. Причина в том, что основным результатом начального образования, согласно ФГОС НОО 2009 г., является развитие личности обучающегося на основе познания и освоения мира в контексте деятельностного подхода, а термин «освоение» применяется, когда речь идет об усвоении деятельностных эле 19 ментов объективного опыта человечества (операций, действий, деятельно-стей) [185].
Из сказанного делаем вывод, что освоение предметной дисциплины -овладение в процессе обучения результатами основной общеобразовательной программы, которые представлены в виде совокупности компетенций в определенной предметной области.
На современном этапе учебный процесс согласно действующему стандарту ориентирован на формирование определенных компетенций, отражающих готовность человека действовать в конкретных ситуациях, где компетенции - совокупности определенных знаний, умений и навыков, в которых человек должен быть осведомлен и иметь практический опыт работы [81]. По мнению Э.Ф. Зеера, опыт является важным компонентом компетенции и предполагает «интеграцию в единое целое усвоенных человеком отдельных действий, способов и приемов решения задач» [67, с.35]. В процессе выполнения разнообразных видов деятельности при решении теоретических и практических задач происходит реализация компетенций.
Освоение результатов предметных дисциплин предусматривает овладение учащимися видами деятельности, с помощью которых осуществляется процесс познания: овладение понятиями, фактами, законами в конкретных областях. Целью современного образования является подготовка человека к будущей деятельности в обществе, а целью содержания образования - освоение общих методов и форм человеческой деятельности. Содержание изучаемых в школе предметов выступает в качестве средства, на котором проходит обучение [24, с. 23; 56, с. 19]. Каждая школьная дисциплина представляет собой тематический набор содержательных линий, то есть того изучаемого материала, который даётся учащимся для выработки у них навыков деятельности. А.В. Боровских, Н.Х. Розов в своей монографии приводят пример: «Когда человека учат колоть дрова, ему дают чурки в качестве предмета, но детальное описание и изучение их формы и размера не обеспечат успешное овладение этим ремеслом» [24, с. 15]. Поэтому для полного освоения дисциплин естественнонаучного цикла младшими школьниками необходимо не только формирование у учащихся знаний, предусмотренных программой начального общего образования, но и выработка умений их применения в ходе различных видов деятельности.
Изучение дисциплин естественнонаучного цикла имеет особое значение благодаря огромному содержательному и познавательному потенциалу.
Естественные науки - совокупность всех наук, занимающихся исследованием природы [157]. К естественным наукам относятся чистые науки о природе, основы которых изучаются на пропедевтическом уровне в начальной школе в рамках предмета «Окружающий мир». Программы «Окружающего мира» для начальной школы построены с опорой на принципе интеграции - объединения знаний различных дисциплин. Содержание курса «Окружающий мир» на начальной ступени школьного образования построено на триединстве содержательных линий: человек - природа - общество. При изучении курса младшие школьники изучают учебный материал из содержания естественных наук на доступном для них уровне, в результате создаётся фундамент для освоения таких дисциплин основной школы как физика, химия, биология, география, история.
Дидактический потенциал начального технического конструирования в освоении дисциплин естественнонаучного цикла
Нами был рассмотрен опыт исследований по проблеме положительного влияния конструкторской деятельности на активизацию освоения учебного материала естественнонаучных дисциплин.
Г.Н. Сидорук в своем исследовании отмечает практическую значимость конструкторской деятельности в старшем дошкольном возрасте при изучении математического содержания, которая способствует формированию познавательных мотивов, интересов и потребностей ребенка в более глубоком осмыслении математических знаний [162, с. 25]. Результаты экспериментальной работы З.К. Койчуевой показывают, что включение моделирующей деятельности на основе занимательных игровых технологий в процесс изучения предметов естественно-математического цикла активизирует творческие способности обучающихся, оказывает серьезное влияние на рост эмоциональности, объема знаний и положительной мотивации [85, с. 169]. В.Г. Чупашев описывает положительный опыт реализации конструкторской деятельности на занятиях физико-технического кружка в общеобразовательной школе, в ходе которых учащиеся разрабатывали новые модели учебного оборудования. Исследователь отмечает, что организация занятий кружка по конструированию приборов позволяет привлекать учащихся к практической стороне предмета и лучше освоить теоретический курс физики [195, с. 23].
Включение конструкторской деятельности в урочную и внеурочную деятельность на разных ступенях образования, согласно результатам исследований, способствует не только развитию технических способностей, но и повышает мотивацию у школьников к изучению дисциплин естественнонаучного цикла и качества освоения содержания их учебного материала.
Анализ учебников образовательной системы «Школа 2100» для учащихся начальных классов по дисциплинам естественнонаучного цикла «Окружающий мир», «Математика», «Технология» позволил выявить знания и умения, которые младшие школьники используют на занятиях начальным техническим конструированием и которые закрепляются ими в новой ситуации во внеурочной деятельности: предметы и их признаки; различение, сравнение, сочетание предметов; понятия, связанные с расположением предметов; живая и неживая природа; тела природные и искусственные; органы чувств; температура и её измерение; энергия; счет предметов; величины и их измерение; геометрические формы и фигуры; доли и дроби; моделирование и конструирование; простейшее проектирование; алгоритмы; практика работы на компьютере.
Для современного технического конструирования необходимы знания из образовательной области информатики, так как в последнее время широкое распространение получила технология образовательной робототехники, предполагающая программирование созданных конструкций по заданным алгоритмам. Изучив литературные и Интернет-источники [71; 80; 92; 96; 122; 126; 184; 189; 207] и сопоставив с собственным опытом реализации направления робототехники в образовании, нами было сформулировано понятие «образовательная робототехника», под которым мы понимаем технологию обучения, основанную на использовании конструкторов, имеющих возможность программирования.
Для внедрения технологий образовательной робототехники в настоящее время используются наборы конструкторов, для которых разработана целостная концепция обучения детей, позволяющая заниматься с учащимися по направлениям конструирования, программирования, моделирования физических процессов и явлений. Наиболее широкое распространение по всему миру для реализации данной технологии получили конструкторы торговой марки ЛЕГО.
В результате изучения литературы по техническому творчеству и робототехнике мы дали толкование понятию «техническое конструирование на основе образовательных конструкторов», в нашей работе - это активная предметная деятельность учащихся, направленная на создание по опреде 58 ленному замыслу конечного технического объекта из системы взаимосвязанных элементов.
Конструкторы ЛЕГО в ряде образовательных учреждений используется на уроках технологии, информатики и при ведении внеурочных занятий, поскольку обладают развивающим потенциалом, а также вызывают интерес у учащихся, который, по мнению В.П. Труднева, является «основным источником побуждения школьника к умственному труду» [175].
Заинтересованность направлением робототехники подтверждает проведенный нами опрос челябинских школьников по выбору привлекательных для них занятий общеинтеллектуального направления внеурочной деятельности, в котором приняли участие 380 человек. Учащимся был предложен перечень кружков для посещения после уроков, из которых можно было выбрать не более трех вариантов. Данные представлены на рисунке 1. о Кур с «Мир моих интересов» % а «Математика н конструирование» о Кружок «Творческая мастерская» о Лего-конструнрованне и робототехника (работа с конструкторами Лето YYeDo,...о Кружок «Наглядная геометрия» о Кружок «Ком пь ютер ная гр а м отность » 0 % 10% 20% 30% 40% 50% 6С % 70 Рис. 1. Опрос учащихся по выбору общеинтеллектуального направления внеурочной деятельности
Предложение нового курса «Мир моих интересов», где основная цель -знакомство с явлениями окружающего мира, разработанного специалистами открытого молодёжного университета г. Томска [88], заинтересовало чуть более двадцати процентов учащихся начальной школы.
Большинство опрошенных школьников проявляют интерес к видам деятельности, которые связаны с компьютерными технологиями и творческим конструированием. Более 60% опрошенных учащихся начальной школы выбрали направление ЛЕГО-конструирования и робототехники.
Использование образовательных конструкторов ЛЕГО на занятиях в дошкольных учреждениях и их возможности в коррекционно-развивающем обучении изучали авторы диссертационных исследований Т.В. Лусс, Е.А. Суриф.
Т.В. Лусс в своей работе рассматривает пропедевтический период обучения конструктивно-игровой деятельности с ЛЕГО ДУПЛО детей старшего дошкольного возраста 6-7 лет как с нормальным интеллектуальным развитием, так и с отклонением в развитии. Элементы ЛЕГО ДУПЛО имеют большие размеры по сравнению с деталями других наборов, предназначенных для учащихся начальной школы. Автор в своем пособии предлагает разработку апробированной методики обучения ЛЕГО-игре, построенную на основе деятельностного подхода. Суть процесса обучения, согласно авторской методике, в чередовании практических и умственных действий участников образовательного процесса, в результате которых создаются модели предметов и объектов окружающего мира. Работа над созданием объемных темати 60 ческих моделей из деталей конструктора способствует лучшему запоминанию образа объекта, активизирует познавательную деятельность, опираясь на непроизвольное внимание детей, совершенствует сенсорно-тактильную и двигательную сферу, развивает коммуникативные функции и интерес к обучению [116, с. 18].
Е.А. Суриф разработала и подтвердила экспериментально эффективность методики организации работы с ЛЕГО ДУПЛО в дошкольном образовательном учреждении для детей с нарушением зрения на основе программы Л.И. Плаксииой, в которую вошли 3 раздела: 1) социальная ориентировка и ознакомление с окружающим миром (различение признаков предметов и формирование представлений о назначении изучаемых объектов и предметов); 2) развитие зрения и зрительного восприятия (умения зрительного обследования предметов); 3) ориентировка в пространстве [170].
Рассмотрим подробнее возможности использования конструктора ЛЕГО в освоении дисциплин естественнонаучного цикла, опираясь на методические материалы, выпускаемые компанией.
Наборы конструкторов ЛЕГО для образования разработаны для учащихся разного возраста и по разным направлениям. Примерами наиболее подходящих конструкторов ЛЕГО для реализации занятий, направленных на формирование естественнонаучных компетенций у младших школьников, являются следующие виды наборов (Таблица 2):
Методика активизации освоения дисциплин естественнонаучного цикла средствами технического конструирования
При организации деятельности учащихся на уроках предлагаем использовать парную либо групповую форму работы для достижения поставленной цели урока в процессе коллективного поиска (использование метода «мозгового штурма»). Группы формируются по 2-3 человека при решении задач уроков в течение года и по 4-6 человек при выполнении итоговой проектной работы. Если какие-то группы справляются с созданием модели быстрее, учитель может дать школьникам творческое задание на усовершенствование модели после испытания или написание собственной программы действий для робота в выбранной среде программирования.
В основе реализации урочной и внеурочной деятельности младших школьников по освоению дисциплин естественнонаучного цикла с включением начального технического конструирования и робототехники лежит теория поэтапного формирования умственных действий, этапы которой были нами адаптированы в соответствии с целями и спецификой использованных средств обучения - образовательных конструкторов.
Все уроки модуля относятся к типу комплексного применения знаний и умений. Основной дидактической целью данного типа уроков является реализация усвоенного теоретического материала в практической конструкторской деятельности учащихся по созданию моделей объектов. Структура уроков выстроена в соответствии с адаптированными этапами поэтапного формирования умственных и практических действий:
Предполагает работу учащихся над творческими проектами по собственному замыслу. Чаще всего программы внеурочной деятельности реализуются в форме подготовки учащихся к соревнованиям по техническому конструированию и робототехнике. Учащиеся, выбравшие направление во внеурочной деятельности по начальному техническому конструированию и робототехнике, на первых занятиях проявляют повышенный интерес, который важно поддерживать тщательно отобранным содержанием и продуманной организацией учебного процесса для стимулирования активности школьников. Большим потенциалом формирования активности освоения учебного материала обладает интегрированное содержание занятий, в нашей работе это взаимосвязь предметных областей начальной школы, относящихся к дисциплинам естественнонаучного цикла: «Окружающий мир», «Математика и информатика», «Технология».
Разработанная нами программа «Начальное техническое конструирование и робототехника» состоит из: 1) пояснительной записки (конкретизация целей курса), 2) общей характеристики курса; 3) тематического планирования курса; 4) содержания изучаемого курса; 5) результатов освоения курса и средств контроля освоения курса; 6) описания материально-технического обеспечения курса; 7) словаря основных понятий курса; 8) списка литературы.
Цель программы: развитие и саморазвитие личности учащихся младших классов в процессе освоения естественнонаучных дисциплин через практическую конструкторскую деятельность по созданию механических и роботизированных моделей во внеурочной деятельности.
В соответствии с целью нашего исследования - активизация освоения дисциплин естественнонаучного цикла младшими школьниками - при составлении программы мы отобрали темы, при изучении которых будет возможность не только формировать навыки начального технического конструирования и робототехники, но и включать задания на развитие естественнонаучных компетенций. Для решения поставленной цели составили тематическое планирование для курса внеурочной деятельности (Приложение 2), фрагмент которого представлен в таблице 6: Таблица 6
При составлении планирования учитывалась специфика внеурочной деятельности, которая является практико-ориентированнои и не должна подразумевать большого количества теоретического материала [14, с. 43]. Поэтому в нашем планировании основное время отведено на практическую работу по конструированию и программированию моделей, теоретический материал составляет примерно треть от всего учебного времени. Темы занятий сгруппированы в большие разделы, среди которых «Транспорт», «Космос», «Животные», «Механизмы», «Энергия», «Мобильные роботы», «Органы чувств робота», «Экогород», «Эксперименты с датчиками», «Инженерные проекты».
Мы предлагаем учащимся на занятиях по начальному техническому конструированию использовать образовательные конструкторы ЛЕГО. Работа с конструктором ЛЕГО у учащихся начальной школы во внеурочной деятельности организована нами в 3 этапа, в зависимости от сложности выполняемой конструкции и вида используемого конструктора. На каждом из этапов представляются возможности для формирования естественнонаучных знаний и умений:
Описание и результаты формирующего этапа педагогического эксперимента
По всем критериям в процессе обучения по авторскому курсу учащиеся от начального уровня «Выполняю с помощью педагога» продвинулись к среднему и высокому уровням «Выполняю действие с минимальной помощью и самостоятельно». Исходя из полученных результатов можно сделать вывод, что процесс обучения по курсу «Начальное техническое конструирование и робототехника» способствует активности младших школьников в освоении дисциплин естественнонаучного цикла, в частности по таким критериям, как целенаправленная деятельность и самостоятельность по освоению изучаемого материала, применение изученного материала и его творческая переработка в процессе конструкторской деятельности.
Формирующий этап опытно-экспериментальной работы позволил зафиксировать следующее: занятия с использованием образовательных конструкторов в процессе технического конструирования и робототехники положительно влияют на процесс формирования активности у младших школьников за счет создания условий для освоения и понимания различных объектов и явлений окружающего мира, увеличения познавательного интереса к изучению материала естественнонаучных дисциплин в процессе моделирующей деятельности.
В предыдущем параграфе настоящего исследования был описан формирующий этап опытно-экспериментальной работы, целью которого являлась проверка гипотезы: активность младших школьников в освоении дисциплин естественнонаучного цикла будет обеспечена, если организовать деятельность по реализации методики активизации освоения дисциплин естественнонаучного цикла средствами технического конструирования. На контрольном этапе, с целью окончательных выводов об эффективности разработанной методики был проведен итоговый срез.
Цель контрольного этапа - итоговый контроль, анализ и оценка результатов формирующего этапа эксперимента. Задачи контрольного этапа: - на основе отобранных диагностик на констатирующем этапе для исследования уровня активности учащихся к освоению дисциплин естественнонаучного цикла провести итоговый контроль: развития мотивации учебной деятельности у учащихся 4 класса в процессе изучения ими предметов «Математика» и «Окружающий мир» и сформированности учебно-познавательного интереса к предметам естественнонаучного цикла, освоения дисциплин естественнонаучного цикла и развития технических способностей выпускников начальной школы; анализа и описания динамики развития активности школьников в освоении дисциплин естественнонаучного цикла по выделенным критериям в экспериментальной и контрольной группах.
Для итоговой диагностики применялись критерии, уровни и методы диагностики, использовавшиеся для определения активности освоения дисциплин естественнонаучного цикла младшими школьниками на констатирующем этапе опытно-экспериментальной работы и описанные в параграфах 2.3 и 3.1 настоящего исследования. Обработка результатов контрольного этапа эксперимента осуществлялась с помощью качественных и количественных методов. Все расчеты выполнялись с помощью программ из пакета Microsoft Office - «Excel» и онлайн версии для выполнения автоматических расчетов статистических критериев.
Активность младших школьников оценивалась по критериям «учебная мотивация» и «познавательный интерес». Как было отмечено в параграфе 3.1, уровень учебно-познавательного интереса оценивался в ходе наблюдения по 5 уровням (несформированный, низкий, удовлетворительный, вые о 159 кий, очень высокий) на основе шкалы, описывающей особенности поведения младших школьников на уроках окружающего мира и математики при выполнении заданий для каждого ученика контрольной и экспериментальной групп. В таблице 18 и на рисунке 21 приведена динамика уровней сформированное учебно-познавательного интереса к предметам естественнонаучного цикла у младших школьников.
Результаты итогового среза показали положительную динамику в развитии учебно-познавательного интереса к предметам естественнонаучного цикла: в обеих группах не выявлено учащихся с несформированным интересом. При сравнении результатов двух групп отмечаем, что в экспериментальной группе находится большее количество учащихся с высоким и очень высоким уровнем учебно-познавательного интереса к предметам естественнонаучного цикла - 50 %; в контрольной группе с таким уровнем количество учащихся на 19 % меньше.
Диагностика уровня внутренней мотивации при изучении предметов «Математика» и «Окружающий мир» проводилась в ходе опроса учащихся 4 классов контрольной и экспериментальной групп, по результатам которого, у большинства учащихся выявлен высокий уровень внутренней мотивации (табл. 19, рис. 22).
Динамика изменения внутренней мотивации при изучении предметов «Математика» и «Окружающий мир» на констатирующем этапе (начальный срез) и контрольном этапе (итоговый срез) опытно-экспериментальной работы
Уровень развития внутренней мотивации учебной деятельности при изучении предметов «Окружающий мир» и «Математика» имеет положительную динамику в двух группах. Прирост у контрольной группы на высоком уровне по сравнению с результатами начального среза составил 23,5 %, тогда как в экспериментальной группе приращение составляет на высоком уровне на 60 %.
Для установления значимости полученных результатов проведен статистический анализ по расчету критерия Фишера (угловое преобразование Фишера): 1) Различие по высокому и очень высокому уровню сформированности учебно-познавательного интереса к предметам естественнонаучного цикла (рис.23).