1. Автор досвіду – Сурду Костянтин Якобович, учитель інформатики Запорізького ліцею «Логос» Запорізької міської ради Запорізької області

       2. Базова модель досвіду

       2.1. Назва теми: «STEM-навчання – освітній тренд Нової української школи. Робототехніка як один із перспективних напрямків STEM-освіти. Прототип моделі робота підводного човна».
       2.2. Актуальність і перспективність досвіду

       Сучасне життя стрімко змінюється. Воно потребує знань з технологій та аналітичних навичок. Сьогоднішній світ не схожий на вчорашній, а завтрашній не буде схожий на сьогоднішній! Вже зараз зростає дефіцит досвідчених фахівців для роботи у високотехнологічних галузях. На ринку працінайбільший попит мають програмісти, професіонали у сфері високих технологій. Впевнений, що ця тенденція збережеться і в майбутньому.

STEM-навчання поєднує в собі міждисциплінарний та проєктний підходи, основою для яких є інтеграція природничих наук в технології, інженерну творчість, математику. STEM надихає наших дітей проводити дослідження як вчені, моделювати як технологи, конструювати як інженери, мислити як математики.

STEM-орієнтований підхід до навчання формує найважливіші компетенції, а саме:

1). Критичне мислення – здатність мислити ясно і раціонально, приймати зважені рішення. Головна його суть полягає в тому, щоб вчитися активно, а не просто бути пасивними отримувачами інформації.Діти вчаться на реальних прикладах, спираються на факти й перевіряють свої припущення на практиці, що сприяє розвитку логічного мислення.

2). Креативність – здатність вирішувати проблеми цілковито новим неординарним способом, оригінальність і гнучкість мислення, що допомагає успішно знаходити рішення в складних ситуаціях, самовизначитись у суспільстві.

3). Науково-технічну грамотність. Починаючи з простих конструкцій й закінчуючи запрограмованими роботами, діти успішно і з захопленням опановують основами фізики, механіки, програмування, орієнтуються у світі електроніки, знайомляться з основами схемотехніки, комп’ютерного моделювання, отримують мотивацію для зацікавленого розуміння, навчання і проведення наукових досліджень з техніки, природознавства, математики, розвивають творчі та конструкторські здібності.

4). Комунікабельність – уміння знаходити точки зіткнення з найскладніших питань і на їх основі виробляти компроміс. Діти вчаться працювати в команді, кооперуватися і домовлятися, об’єднувати зусилля для розв’язання складних завдань, що в майбутньому матиме важливе значення в їхньому житті незалежно від того, кимвони стануть: художниками, бізнесменами, менеджерамиабо інженерами. Комунікабельність дає можливість і для самореалізації, і для пошуку підтримки ззовні.

       Одним із перспективних напрямків STEM-освіти є освітня робототехніка.

Робототехніка – наукомістка інженерна галузь. Це неймовірно цікавий та визнаний у світі спосіб практичного вивчення точних наук за допомогою конструювання та програмування справжніх роботів. Робототехніка інтенсивно розвивається у всіх країнах, які піклуються про свою технологічну конкурентоспроможність, про здоров’я своїх громадян, безпеку та комфортність їхнього життя. І цілком реально, що вже в недалекому майбутньому робототехніка, тобто роботи, стануть невід’ємною частиною життя всього людства, бо, на відміну від людини, роботи можуть працювати в складних і некомфортних умовах та виконувати роботу, яка для людини є занадто важкою.Основне призначення роботів – зробити наше життя більш комфортним, покращити умови праці, звільнити руки від складних робочих процесів і збільшити продуктивність.

       Сама наука розвивається інтенсивними темпами, з кожним роком з’являються нові технології, які просовують розвиток роботів, і це призводить їх до все більшого покращення і все більшого входу в наше життя.

Робототехніка – наука прогресивна, має чимало перспектив для самореалізації.Діти обирають мету – створення свого корисного і цікавого робота. Сучасному поколінню це дуже цікаво. Можливо, хтось пов’яже з робототехнікою свою професію, адже вона не тільки цікава, а й прибуткова та інноваційна.

     Сучасна робототехніка основана на комп’ютерних технологіях: без комп’ютерів роботи не змогли б і десятої частини того, що можуть. Штучний інтелект і робототехніка тісно пов’язані. Одним із важливих напрямків штучного інтелекту вважається цілеспрямована поведінка роботів, здатних автономно здійснювати операції для досягнення цілей, поставлених людством. Робототехніка дає підростаючому поколінню не тільки IT-освіту, а й формує інженерний спосіб мислення з глибоким розумінням фізичних і логічних процесів сучасної електронної техніки, прищеплює навички перспективних і добре оплачуваних професій, які мають попит на сучасному ринку праці.

       Робототехніка – це сучасний і актуальний напрямок, який цікавий дітям, тому вони стараються, працюють творчо і з захопленням: програмують, створюють!

       Отже,вже в школідіти можуть розвиватись у професії, яка сприятиме вирішенню важливих проблем людства, тому бажано, щоб робототехніка найближчим часом стала окремим предметом у школі, що дасть змогу швидко і якісно адаптувати наших дітей до сучасних умов розвитку інформаційних технологій.

       Сподіваюсь, що мої вихованці після освоєння навичками роботобудування, швидко перейдуть до вирішення складних технічних задач і стануть гідними продовжувачами інженерних професій.

       2.3. Теоретична основа досвіду

       Теоретичною основою досвіду є державні документи України, що орієнтують на запровадження STEM-освіти у закладах середньої та позашкільної освіти, а саме:Закони України «Про освіту», «Про загальну середню освіту», «Про позашкільну освіту», «Про наукову та науково-технічну діяльність», «Про інноваційну діяльність»;Концепції реалізації державної політики у сфері реформування загальної середньої освіти на період до 2029 року «Нова українська школа».Міністерство освіти і науки розробило методичні рекомендації щодо розвитку STEM-освіти в Україні у закладах загальної середньої та позашкільної освіти на 2018/2019 навчальний рік (Лист ІМЗО від 19.07.2018 № 22.1/10-2573), методичні рекомендації щодо розвитку STEM-освіти у закладах загальної середньої та позашкільної освіти у 2019/2020 навчальному році (Лист ІМЗО від 22.08.2019 № 22.1/10-2876).

       Проблемам інноваційного, науково-дослідного мислення учителя та учня як бази STEM-освіти присвятили свої роботи вітчизняні та зарубіжні науковці: Н. В. Морзе, Т. І. Андрущенко, С. М. Буліга, С. М. Бревус, В. Ю. Величко, С. А. Гальченко, Л. С. Глоба, К. Д. Гуляєв, В. В. Камишин, Е. Я. Клімова, О. Б. Комова, О. В. Лісовий, Л. Г. Ніколенко, Р. В. Норчевський, М. А. Попова, В. В. Приходнюк, М. Н. Рибалко, О. Є. Стрижак, І. С. Чернецький.

Корисними, цікавими та актуальними є матеріали дослідженьта рекомендації щодо впровадження STEM-освіти в навчальний процес С. А. Іванова – кандидата технічних наук, доцента кафедри інформатики та інформаційних технологій в освіті КЗ «ЗОІППО» ЗОР.

       Вагомий вклад у розвиток робототехніки як науки внесли багато світових вчених, а саме: Н. Вінер, В. Маккалок, В. Піттс, Ф. Розенблатт, К. Цузе, В. Шикард та вітчизняних: М. Бондаренко, Т. Бровченко, Т. Вінцюк, М. Деркач, О. Карпов, І. Макаров, Е. Нушякін, Ю. Топчєєв та інші.

       2.4. Новизна

       STEM-підхід до навчання вчить комбінувати отримані знання з реальними навичками. Це дозволяє здобувачам освіти не просто мати якісь ідеї, а й використовувати їх у реальності. Адже знання, які можна використовувати в реальності, є по-справжньому цінними.Основною особливістюSTEM-підходу є те, що здобувачі освіти використовують і свій мозок, і свої руки для успішного вивчення багатьох предметів. «Розум дитини знаходиться на кінчиках її пальців»,– писавВ. О. Сухомлинський. В умовах переходу до Нової української школи надзвичайно важливим є і те, що діти вчаться здобувати знання самостійно, а роль вчителя – вміло організовувати та направляти сам процес навчання.STEM-підхід до навчання готує здобувачів освіти до успішного навчання у вищих навчальних закладах та сприяє появі не вузько інформаційних спеціалістів, які вміють робити щось одне, а творчих людей, здібних приймати нестандартні рішення у своїй професійній діяльності. Процес інтеграції впливає на підвищення якості знань, покращує мотивацію та пізнавальну активність, що створює оптимальні умови для розвитку гнучкості розуму і, як наслідок, сприяє гармонії особистості.

Прогресивний підхід до навчання допомагає отримати більше знань, розширює і поглиблює міжпредметні зв’язки,сприяє кращому засвоєнню азів програмування, моделювання та конструювання. Діти вчаться бачити картину в цілому. В майбутньому все це дасть їм можливість створювати та презентувати свій власний унікальний продукт, працюючи в команді. Навички критичного мислення та глибокі наукові знання, отримані за STEM-освіти, дозволять дітям вирости новаторами, винахідниками. STEM-навчання дасть змогу вирішити найактуальніші проблеми майбутнього.

       2.5. Провідна педагогічна ідея досвіду

       Активізувати пізнавальну і творчу діяльність здобувачів освіти, спрямовану на отримання самостійних результатів, сприяти опануванню STEM-технологіями. Розвивати критичне мислення, технічну грамотність, вміння інтегрувати свої знання з різних предметів, розвивати здібності до дослідницької та аналітичної роботи, давати здобувачам освіти більше простору і свободи для експериментів. Сприяти формуванню активної громадянської позиції, виховувати культуру споживання й екологічну культуру, створювати ситуацію успіху, вчити самостійно ставити перед собою задачі, кооперуватися,спільно аналізувати проблеми,визначати кожному члену команди роль для виконання поставлених задач, складати план дій для їх вирішення, працювати в команді згуртовано і відповідально задля досягнення спільної мети. Виховувати успішних, упевнених у собі особистостей, здатних вчитися упродовж усього життя. «Мета навчання дитини полягає в тому, щоб зробити її здатною розвиватися далі без допомоги вчителя» (Е. Хаббард).

       3. Інформаційно-педагогічна модель досвіду

       3.1. Мета і завдання

       З метою якісного адаптування дітей до сучасних умов розвитку інформаційних технологій і надання їм можливостей у майбутньому стати конкурентоспроможними фахівцями в ІТ-індустрії, у Запорізькому ліцеї «Логос» з 2018/2019 навчального року працює гурток з основ робототехніки та комп’ютерного моделювання.

Завдання гуртка:

–       ознайомлення здобувачів освіти з новими технологіямиХХІ століття;

–       розвиток їхніх комунікативних здібностей, навичок взаємодії, самостійності в прийнятті рішень;

–       сприяння розкриттю творчого потенціалу;

–       залучення до досліджень у галузі робототехніки, обміну технічною інформацією і початковими інженерними знаннями;

–       розвиток нових науково-технічних ідей, що дозволяє створити необхідні умови для високої якості освіти.

Заняття в гуртку спрямовані на освоєння в ігровій формі азів фізики, інформатики, математики та програмування; уміння вчитися аналізувати та конструювати, орієнтуватися у світі електроніки та радіотехніки; ознайомлення з основами схемотехніки тамікроелектроніки,комп’ютерного 3D моделювання, будовою та роботою 3D принтера; вивчення основ тривимірної комп’ютерної графіки та 3D друку.Діти займаються розробкою електросхем, програмуванням мікроконтролерів, відпрацьовують навички з написання й редагування коду, дізнаються, як функціонує та програмується сучасна техніка.

Родзинкою навчання в гуртку є те, що знання здобуваються на реальних, а не на книжкових прикладах. Здобувачі освіти створюють і програмують власних іграшкових роботів. Навчання відбувається через дію. Створюючи матеріальні речі, діти одночасно набувають і нових знань, що мотивує і стимулює їх до експериментально-дослідницької та проєктної діяльності.

       4. Технологія реалізації інноваційної роботи

      У зв’язку з тим, що ми є мешканцями одного з найбільших промислових центрів України, то однією із глобальних проблем нашого міста є проблема екології. Здобувачі освіти нашого ліцею виявили бажання щодо здійснення заходів задля покращення екологічного стану річки Дніпра – найголовнішої водної артерії міста Запоріжжя та підтримали пропозицію вчителя щодо участі у хакатоні «Врятуємо Дніпро разом», який було організовано школою робототехніки при кафедрі програмних засобів Запорізької політехніки за підтримки комбінату «Запоріжсталь». Вода в річці Дніпро потребує постійного очищення від промислових відходів та водоростей. В спекотні літні місяці водорості є вибухом токсичних сполук і великої кількості органічних речовин, які створюють живильне середовище для бактерій, в тому числі й патогенних. Вода набуває затхлого неприємного запаху, виникає дефіцит розчинного кисню, що призводить до загибелі риби та інших мешканців річки. Забруднення Дніпра та інших водойм негативно впливає на розвиток економіки не лише нашого міста, а й країни в цілому. І найголовніше – істотно впливає на погіршення стану здоров’я населення. Це і головний біль, і порушення серцево-судинної системи, і хвороби органів травлення, нирок, інфекційні захворювання, швидка втомлюваність. Ми повинні дбати про очищення річки Дніпра та інших водойм нашої країни. Бо здорова нація – успішна країна. Отже, головною метою в цьому напрямку є:

–       привернути увагу якомога більше здобувачів освіти до вирішення екологічних проблем рідного міста;

–       стимулювати інтерес до розробки ІТ-рішень, здатних сприяти покращенню екологічного стану річки Дніпра та інших водойм;

–       розвивати вміння викладати думки в чіткій логічній послідовності;

–       відстоювати власну точку зору, аналізувати ситуацію і самостійно знаходити відповіді на питання шляхом логічних міркувань;

–       розвивати вміння застосовувати знання з різних шкільних предметів;

–       розвивати творче та логічне мислення, навички програмування та конструювання;

–       розвивати науково-технічний та творчий потенціал здобувачів освіти

         шляхом організації їхньої діяльності в процесі інтеграції початкового

         інженерно-технічного конструювання та основ робототехніки.

Поставлена мета зумовила необхідність вирішення наступних завдань:

–       глибше ознайомитись з дослідженнями штучного інтелекту світових та вітчизняних вчених щодо впровадження STEM-освіти;

–       сформувати команду з найбільш зацікавлених здобувачів освіти для роботи над створенням проєкту моделі робота підводного човна, який зможе визначати місця найбільшого забруднення річки Дніпра та інших водойм, а також створювати геолокаційні мітки, які вимагають негайного очищення;

–       розподілити завдання між учасниками команди (збір малюнків, картинок, фото з визначеної теми та інше);

–       проаналізувати зібрану інформацію, зробити висновки, розглянути пропозиції, надати рекомендації;

–       взяти участь у хакатоні «Hack for Dnipro» в Запорізькій політехніці при кафедрі програмних засобів, мета якого – створення інформаційно-технологічних рішень, здатних сприяти вирішенню екологічних проблем головної річки України Дніпра та інших водойм;

–       розробити та захистити проєкт моделі робота підводного човна під час проведення хакатону у Запорізькій політехніці на кафедрі програмних засобів.

Готуючись до хакатону, була проведена наступна робота:

       1). Сформована команда щодо участі у хакатоні «Hack for Dnipro».

       2). Обговорено з учасниками команди питання про вплив води на здоров’я людини, переглянуто і проаналізовано відео «11 цікавих фактів про воду».https://www.youtube.com/watch?v=Y_7pzk9vXeA

       3). Зібрано інформацію про стан забруднення річки Дніпра та головні причини забруднення.

       4). Обговорено проєкт моделі робота підводного човната основні його функції:

–       човен має бути обладнаний ехолотом і системою відстеження за температурою води в річці, що дозволятиме визначати час цвітіння водоростей;

–       за допомогою телеметрії всі дані з човна повинні передаватися на мобільний телефон. Якщо ехолот знайде щось цікаве, то можна опустити човен на дно річки та підключити до нього камеру;

–       датчики дозволять чітко визначати температуру води в річці в будь-який час, що дасть можливість прорахувати, коли розпочнеться сезон цвітіння водоростей, а це допоможе прибрати водорості до моменту їхнього цвітіння та поступово вивести їх або зменшити їхню кількість до такого рівня, що вони не зможуть заважати ані рибам, ані людям. Це суттєво зменшить кількість ротавірусних інфекцій та отруєнь. Внаслідок вчасного знищення водоростей краще почуватиме себе риба, тому що водорості заважають їй дихати – вони поглинають кисень, і тому риба гине.

       5. Результативність

     1). Взяли участь у хакатоні «Hack for Dnipro», який був організований кафедрою програмних засобів Запорізької політехніки за підтримки комбінату «Запоріжсталь».

     2). Готуючись до хакатону, учасники команди нашого ліцею зібрали багато інформації про стан води в річці Дніпро та ознайомились з її впливом на стан здоров’я людей.

     3). На хакатоні розробили та презентували проєкт власної моделі робота підводного човна «TempBoat», здатного захищати річку Дніпро від забруднення та водоростей, викладачам кафедри програмних засобів Запорізької політехніки, екологам, представникам ІТ-компаній. Учасники команди нашого ліцею вразили вимогливу комісію та посіли І місцесеред 12 команд, які брали участь у заході (жовтень, 2018 рік).

     4). За І місце команда отримала грамоту та фінансову підтримку від комбінату «Запоріжсталь». А також усі учасники команди Запорізького ліцею «Логос» запрошені до подальшого навчання у Запорізькій політехніці.

     5). Створили прототип моделі робота підводного човна для очищення річки Дніпра та інших водойм від забруднення та водоростей.

В перспективі планується створити модель робота підводного човна.

       З власного досвіду можу зробити висновок, що у дітей, які відвідують гурток з робототехніки та комп’ютерного моделювання, поглиблюється інтерес до технічних дисциплін, покращується успішність з точних наук, підвищується самооцінка, впевненість у свої сили, розвиваються творчі здібності, уміння приймати нестандартні рішення. Діти навчилися впевнено висловлювати свої думки, чути і аналізувати пропозиції своїх товаришів, фантазувати, експериментувати, злагоджено працювати в команді. У дітей розвивається емоційний інтелект, вміння проводити переговори, стресостійкість. І надзвичайно важливим є те, що у моїх вихованців з’явилась потреба працювати з технічною літературою. У дітей формуються уміння і навички вільно орієнтуватися у світі інформаційних технологій, що стрімко розвиваються. Таким чином, діти швидко зможуть пристосовуватись до змін і нових обставин.

       6. Рекомендації щодо впровадження досвіду

       Досвід має практичну спрямованість. Матеріали досвіду містять документи, що підтверджують результативність та перспективність.Можна використовувати з метою наочної пропаганди на шкільних, районних, обласних педагогічних конкурсах, виставках. Матеріали досвіду особливо корисні для вчителів інформатики, фізики, екології, керівників гуртків та для всіх, кого цікавить робототехніка, 3Dмоделювання та 3Dдрук.