Формирование временных представлений у дошкольников и младших школьников посредством робототехники

Маркова Надежда Григорьевна доктор педагогических наук профессор; кафедра педагогики им. З.Т. Шарафутдинова; Набережночелнинский государственный педагогический университет 423806, Россия, республика Татарстан, г. Набережные Челны, ул. имени Низаметдинова, 28, оф. 23 Markova Nadezhda Grigor'evna Doctor of Pedagogy Professor; Z.T. Sharafutdinov Department of Pedagogy; Naberezhnye Chelny State Pedagogical University Office 23, Nizametdinov str., 28, Naberezhnye Chelny, 423806, Russia, Republic of Tatarstan lenochka2291@mail.ru

Кудашева Александра Алексеевна магистр; кафедра педагогики им. З.Т. Шарафутдинова; Набережночелнинский государственный педагогический университет 423806, Россия, республика Татарстан, г. Набережные Челны, ул. имени Низаметдинова, 28 Kudasheva Aleksandra Alekseevna Graduate student; Z.T. Sharafutdinov Department of Pedagogy; Naberezhnye Chelny State Pedagogical University Nizametdinov str., 28, Naberezhnye Chelny, Republic of Tatarstan, 423806, Russia anatskevich@gmail.com

Введение

Проблема освоения временных категорий в дошкольном и младшем школьном возрасте представляет собой многоаспектную задачу, обусловленную особенностями когнитивного развития ребенка. Как подчёркивается в современной литературе, соответствующие представления формируются постепенно, переходя от поверхностного восприятия последовательности событий к осознанию причинно-следственных связей и абстрактных понятий (прошлое, настоящее, будущее).

Вместе с тем, традиционные методы педагогического воздействия не всегда оказываются достаточно эффективными. В связи с этим возникает потребность в поиске "инновационных подходов, которые способствовали бы более осмысленному, структурированному освоению категории времени" ^{[18, с.241]}. Одним из решений является применение робототехники. Целью данного исследования является - выявление влияния занятий робототехникой на развитие временных представлений у дошкольников и младших школьников. На основе поставленной цели были определены предмет и объект исследования. Предмет исследования – процесс формирования временных представлений у дошкольников и младших школьников посредством робототехники. Объект исследования - временные представления дошкольников и младших школьников.

Научная новизна исследования заключается в том, что:

1. произведена систематизация вариантов применения робототехнических средств в ходе формирования временных представлений у детей дошкольного и младшего школьного возраста;
2. определена связь между навыком поискового планирования и временными представлениями в дошкольном и младшем школьном возрасте;
3. апробирована авторская программа по образовательной робототехнике "Путешествие на машине времени" на возрастной выборке 5-8 лет.

Практическая значимость исследования:

1. выявлено, что робототехника может использоваться в качестве инструмента развития временных представлений;
2. определено, что занятия робототехникой позволяют учитывать возрастные, индивидуальные особенности детей, создавая конструкт занятий, с оптимальным уровнем сложности для каждого возраста;
3. установлена роль взрослого в процессе развития временных представлений на основе занятий робототехникой, которая заключается в управлении процессов познания через вопросы, провоцирующие рассуждения и помогающие устанавливать связи между действиями робота и реальными временными процессами.

Основная часть

Теоретические подходы к изучению способов развития временных представлений у дошкольников и младших школьников

Отечественными учеными (Е.В. Бочкина, М.И. Васильева, Л.М. Веккер, А.Н. Веракса, Н.Е. Веракса, А.М. Леушина, Э. Р. Минибаева, Т.Д. Рихтерман, А.И. Савенков, Е.В. Щербакова и др.) было отмечено, что развитие временных представлений у дошкольников и младших школьников опирается на сенсомоторный опыт, наглядно-действенное, наглядно-образное мышление. Усвоение происходит через практическую деятельность: занятия по окружающему миру ^[10], анализ художественной литературы ^[4], игры-театрализации, связанные с взаимодействием с внешним миром ^{[2, 8, 11]}. Восприятие временных отношений начинается с субъективного ощущения длительности, смены состояний. Затем ребенок учится распознавать цикличность событий и соотносить их с конкретными единицами измерения (утро, вечер, завтра, вчера). Данный процесс занимает значительно больше времени, т.к., для понимания цикличности событий ребенку нужно распределить все временные отрезки последовательно и упорядочить их в своем мышлении. Е.В. Бочкиной была предложена система развития понимания цикличности временных событий, основанная на связи данных представлений и когнитивного развития ребенка. Она считает, что "понимание связи между прошлым, настоящим и будущим позволяет понять общую временную последовательность и структурировать знания о цикличности событий" ^{[2, с.11]}. Г.Г. Шакирова ^[16] подчеркивает, что весьма значимую роль играет языковое опосредствование: освоение временных маркеров в речи содействует более точному структурированию опыта.

На современном этапе развития детского образования одним из эффективных способов развития временных представлений является робототехника. Задействование робототехники в дошкольном и начальном школьном образовании позволяет превратить понятие времени в наглядное, интерактивное, поддающееся экспериментированию явление. Роботизированные устройства способны воспроизводить запрограммированные последовательности событий, что дает возможность детям наблюдать за процессами в динамике, проводить аналогии с действительными жизненными ситуациями, фиксировать хронологические закономерности. Например, программирование робота на выполнение заданий в определенной последовательности положительным образом сказывается на осознании причинно-следственных связей, понимании таких понятий, как "раньше" и "позже". Постепенное усложнение задач на программирование способствует развитию внутренней временной структуры мышления, помогая дошкольникам и младшим школьникам переходить от простого наблюдения к активному моделированию процессов. Е.А. Зимарева и Е.Н. Скавычева ^[7] определили, что использование конструкторов (LEGO "Первые механизмы", LEGO Education WeDo, UARO) способствует развитию не только технических навыков, но и когнитивных способностей, включая догадливость, сообразительность, находчивость, умение обнаруживать нестандартные решения, а также помогает осознавать временные закономерности.

В публикациях Т.В. Баракиной, Е.Ю. Огурцовой, Р.Н. Фадеевой подчеркивается значимость раннего знакомства детей с основами робототехники, что непосредственно сопряжено с формированием их временных представлений. Авторы делают акцент на том, что формирование интереса к этому направлению должно начинаться с раннего возраста, с постепенным переходом от игровых форм к учебной деятельности. Т.В. Баракиной ^[3] описаны этапы развития конструкторских умений, начиная с освоения простых моделей и постепенного усложнения задач. Значительное внимание уделяется созданию системы, способной поддерживать и развивать мотивацию детей к изучению робототехники, что имеет прямое отношение к формированию временных представлений. Переход от манипулятивных действий к проектной деятельности требует осознания последовательности шагов, прогнозирования результатов, что позитивно отражается на развитии представлений о времени. А.Т. Азнабаева определила, что постепенное прохождение всех этапов развития конструкторских умений в игровой форме способствует овладению методами конструирования, проектирования, сопоставления, пониманию последовательности действий, развитию навыка прогнозирования результатов и пониманию причинно-следственных связей.

Е.В. Кусяковой ^[9] описаны этапы решения задач, в процессе развития конструкторских умений:

- постановка технических задач, планирование работы (дети учатся поэтапно разрабатывать проекты — от идеи к реализации). Это способствует пониманию последовательности действий во времени;

- развитие навыков организации деятельности, распределение ролей. "Работа в команде помогает осознать понятие очередности, длительности, последовательности процессов" ^{[9, с.28]}.

Автор подчеркивает важность соблюдения алгоритма действий, т.к., это способствует развитию правильного восприятия времени и событий, происходящих в определенный временной интервал. Это помогает осознать взаимосвязь событий, понять причины, следствия во временном контексте.

Е.Ю. Огурцовой и Р.Н. Фадеевой была определена важность устного закрепления материала, который дети осваивают в процессе развития конструкторских умений. Ими была рассмотрена технология сторителлинга. Е.Ю. Огурцова предложила использовать получившуюся фигурку или робота в качестве основного персонажа истории, в которой описываются действия сборки данной модели и распределение данных действий во времени. Данный прием в игровой форме стимулирует мышление, "помогая детям применять полученные на занятии знания на практике" ^{[12, с. 23]}. Схожей позиции придерживалась И.В. Суслонова ^[14]. Она подчеркивала, что описание структуры занятий с разными робототехническими устройствами, а также выделение конкретных ситуаций, способствующих развитию совместных действий, имеют большое значение для формирования временных представлений. В ходе работы сообща дети осваивают последовательность шагов, учатся учитывать хронологические рамки выполнения задач, адаптироваться к изменениям условий, согласовывать сроки с партнёрами по конструированию и игре. Это способствует не только закреплению пройденного материала, но и выстраиванию доверительного контакта между всеми детьми.

Обзор отечественных литературных источников показал, что робототехника и роботоконструирование является одним из эффективных способов развития временных представлений в дошкольном и начальном школьном возрасте. Отечественными учеными были определены этапы развития навыков конструирования, основные задачи, решаемые на каждом этапе и дополнительные возможности закрепления пройденного материала на основе сторителлинга или совместной работы.

Анализ исследований зарубежных авторов (F. Alnajjar, F. Carrano, R. Panadés, L. Pirborj, S. Shafigh, O. Yuguero и др.) показал, что робототехника играет весьма значимую роль в формировании временных представлений у дошкольников и младших школьников. Интерактивные роботы помогают детям осваивать понятие времени через сенсорные и моторные взаимодействия, что повышает эффективность обучения. Однако при этом требуется принимать в учёт этические, правовые аспекты применения искусственного интеллекта в образовательных средах. Так, к примеру, изыскание L. Pirborj, F. Alnajjar, S. Shafigh посвящено использованию гуманоидных роботов и сенсорных игр в реабилитации детей. В этой публикации отмечается, что дошкольники и младшие школьники проявляют высокий интерес к роботам, что делает их эффективными инструментами обучения. Они способны помочь освоить временные понятия — последовательность событий, продолжительность. F. Carrano упоминает возможность использования роботов для развития когнитивных навыков, включая временные представления. Ученый подчеркивает, что "интерактивность и обратная связь от роботов помогают ускорять процесс усвоения понятий последовательности, ритмичности у дошкольников и младших школьников" ^{[19, с.5]}. Им подчеркивается значение мониторинга в реальном времени, что особенно полезно для корректировки образовательного процесса. L. Pirborj и F. Alnajjar резюмируют, что "роботизированные системы реально адаптировать для обучения детей концепции времени через игру и взаимодействие, повышая вовлеченность, улучшая когнитивные навыки" ^{[21, с. 107]}.

На основе обобщающего анализа современных публикаций составлена таблица 1, в которой описаны варианты использования робототехники в процессе развития временных представлений.

Таблица 1

Систематизация вариантов применения робототехнических средств в ходе развития временных представлений у детей дошкольного и младшего школьного возраста (составлено на основе ^{[1, 3, 7, 9-14, 19-21]})

Задействование робототехники в дошкольном и начальном школьном образовании позволяет превратить абстрактные понятия времени в наглядные, интерактивные, поддающиеся экспериментированию явления. Роботизированные устройства способны воспроизводить запрограммированные последовательности событий, что дает возможность детям наблюдать за процессами в динамике, проводить аналогии с действительными жизненными ситуациями, фиксировать хронологические закономерности.

Следует отметить, что робототехника открывает множество многообещающих перспектив в обучении дошкольников и младших школьников категориям времени. Благодаря наглядности, интерактивности, возможности экспериментировать с последовательностью событий дети получают уникальный опыт, который содействует осознанию временных закономерностей. Применение роботизированных технологий не только повышает результативность усвоения знаний, но и развивает когнитивные способности, что делает характеризуемый метод очень значимым направлением в психолого-педагогической практике. Важно принимать во внимание, что эффективность его использования зависит от ряда факторов. Прежде всего, необходимо учитывать возрастные, индивидуальные особенности детей (слишком сложные задачи подчас вызывают фрустрацию, а чрезмерно простые не обеспечат достаточного когнитивного вызова). Требуется также организовать образовательное пространство таким образом, чтобы оно стимулировало исследовательскую деятельность, побуждало к поиску новых решений, продуктивно сказывалось на закреплении знаний через практический опыт. Определяющее значение имеет и участие взрослого — педагог или родитель должен направлять процесс познания, задавая вопросы, провоцируя рассуждения, помогая устанавливать связи между действиями робота и реальными временными процессами.

Методы и методология исследования

Методологическая основа исследования:

Культурно-историческая теория Л.С. Выготского.

Теория амплификации детского развития А.В. Запорожца.

Теория формирования прединженерного мышления у детей старшего дошкольного и младшего школьного возраста Е.А. Зимаревой, Е.Н. Скавычевой.

Исследование проводилось в период с сентября 2023 по май 2024 года в ООО «Центр «Снейл», г. Омск. В нем приняли участие 60 детей старшего дошкольного возраста (5-6 лет) и 80 детей младшего школьного возраста. Дети были разделены на 4 группы – 2 контрольные и 2 экспериментальные. В дошкольных группах было по 30 человек, в группах детей младшего школьного возраста по 40 детей в каждой. Занятия длились 2 раза в неделю, длительностью по 35 минут каждое.

В качестве диагностического инструментария были использованы:

Методика А. З. Зака "Диагностика особенностей развития поискового планирования" ^[6].

Методика Е.И. Щербаковой "Диагностика временных представлений ребенка" ^[17].

Выбор данных диагностических методик обоснован тем, что для нас было важно выявить взаимосвязь между уровнем развития временных представлений и основным навыком, необходимым для конструирования – поисковым планированием.

Диагностика проводилась в два этапа – в сентябре 2023 года (в начале исследования) и в мае 2024 года (в конце исследования).

Результаты исследования

Формирующая часть исследования была посвящена работе с детьми, направленной на развитие временных представлений посредством робототехники. Данная работа была проведена согласно тематическому планированию авторской программы по образовательной робототехнике "Путешествие на машине времени", которая направлена на развитие временных представлений на основе инженерно-технических навыков детей старшего дошкольного и младшего школьного возраста. В основу программы положена работа с конструктором для решения задач на развитие инженерно-технических и конструкторских навыков (конструирование по инструкции, по схеме, по образцу, по заданным условиям, по модели и по теме) посредством различных видов деятельности в течение учебного занятия. В игровой форме и с помощью конструктора учащиеся знакомятся с хронологией развития Земли и историческими периодами жизни людей. Дети изучают особенности каждой эпохи, воссоздают объекты окружающего мира и занимаются обустройством каждого из периодов средствами конструктора.

Виды конструкторской деятельности, применяемые на занятиях:

1. конструирование по инструкции (более 20 шагов пространственной инструкции);

2. конструирование по образцу (модель из более 20 деталей совместно с преподавателем);

3. конструирование по модели (модель более 20 деталей);

4. конструирование по заданным условиям;

5. конструирование по схеме (схема-модель и изображение-модель: более 20 деталей);

6. конструирование по теме (строить проекты на основе изображений; по замыслу).

Самое первое занятие программы по образовательной робототехнике "Путешествие на машине времени" посвящено эпохе динозавров. Для него требуется обеспечить детей основными деталями конструктора: кирпичик и пластина, разделитель. Педагогу необходимо соблюдать правило определения размерности деталей. Это необходимо для соблюдения принципа соответствия возрасту, а также для того, чтобы все детали можно было соединить без приложения усилий. Основными целями занятия являются закрепление числового ряда, знакомство с временной лентой и формирование навыка конструирования головы динозавра. Параллельно расширялся словарный запас детей: модель, конструирование, деталь, скрепление, кирпич, пластина, размерность, разделитель, ширина, длина, демонтаж. В середине цикла занятий про древний мир детям предлагается собрать мини-модель про предложенному образцу (см. рисунок 1). Ниже приведен пример первого задания из занятия "Загадки попугая Кванта".

Задание 1. Питомцы потерялись! (среднее время выполнения – 15 минут)

Попугай Квант – настоящий мастер мини-моделей! Он любит работать над ними в своей тайной лаборатории, но, кажется, случайно повторил некоторые детали. Теперь ему нужна твоя помощь!

Среди множества повторных деталей доисторические мальчик и девочка потеряли своих питомцев. Внимательно изучи модели и некоторые виды деталей (1-10) к ним. Найди повторяющиеся виды деталей в обеих моделях. Выбери те из них, которые встречаются не менее 2 и не более 4 раз в каждой из мини-моделей по отдельности.

Рис. 1 Изображение мини-моделей, которые необходимо сконструировать

Рис. 2 Изображение деталей, из которых необходимо собрать модель

Когда ты построишь мини-модель реши мою загадку. У доисторического мальчика питомец не медленный, не голубого цвета. У доисторической девочки питомец не умеет прыгать.

Схожей схемы мы придерживались в процессе проведения всех занятий. После проведения комплекса формирующих занятий мы сравнили результаты, полученные в начале и конце эксперимента.

В дошкольных группах на контрольном этапе эксперимента в экспериментальной группе была выявлена положительная динамика уровня развития временных представлений (методика Е.И. Щербаковой «Диагностика временных представлений ребенка») возрос на 39% относительно их результатов в начале эксперимента (рис. 3). В контрольной группе уровень развития представлений о времени возрос всего на 8%.

Рис. 3 Результаты диагностики временных представлений в ДОУ (методика Е.И. Щербаковой)

В группах, находящихся в начальной школе, мы получили схожие результаты (рис. 4). Единственным различием было то, что изначальный уровень развития временных представлений у них был выше. Это связано с естественным развитием данных представлений в возрасте 7-8 лет.

Рис. 4 Результаты диагностики временных представлений в НОО (методика Е.И. Щербаковой)

Дети экспериментальных групп, не зависимо от возраста, демонстрировали возросший уровень активного словарного запаса, содержащего предлоги и слова временной направленности, появилось умение определять временные промежутки на временной ленте, годовом календаре и часах. В контрольных группах у детей незначительно возрос словарный запас временного содержания (не появились новые предлоги обозначения времени, нет новых слов в активном словарном запасе), определение временных промежутков на временной ленте, часах или годовом календаре затруднено.

На следующем этапе нашего исследования мы провели диагностику особенностей развития поискового планирования с помощью методики А. З. Зака. Важной особенностью данной методики является то, что с ее помощью можно выявить способность детей поэтапно планировать свои действия в процессе решения задачи. Навык поэтапного планирования является основополагающим в процессе роботоконструирования и тесно связан с пониманием временных процессов. Сравнение результатов диагностики показало, что в дошкольных группах на контрольном этапе эксперимента в экспериментальной группе была выявлена положительная динамика уровня развития навыка поискового планирования. Показатель высокого уровня развития возрос на 41% относительно их результатов в начале эксперимента (рис. 5). В контрольной группе уровень развития представлений о времени возрос всего на 12%.

Рис. 5 Результаты диагностики навыка поискового планирования в ДОУ (методика А. З. Зака)

В группах, находящихся в начальной школе, мы получили схожие результаты (рис. 6). Необходимо уточнить, что изначальные результаты детей, учащихся в начальной школе, были лучше, чем у детей из старшей группы ДОУ. Это связано с естественным развитием данных представлений в возрасте 7-8 лет.

Рис. 6 Результаты диагностики навыка поискового планирования в НОО (методика А. З. Зака)

Дети экспериментальных групп, не зависимо от возраста, демонстрировали возросший уровень умения определять последовательность действий при решении диагностических заданий. Отметим, что в ситуации «специальной ошибки», совершенной экспериментатором, они не только замечали ошибку, но и не боялись поправлять взрослого. В контрольных группах у детей данный навык возрос незначительно.

Выводы

В заключении отметим, что робототехника открывает множество многообещающих перспектив в обучении дошкольников и младших школьников категориям времени. Благодаря наглядности, интерактивности, возможности экспериментировать с последовательностью событий дети получают уникальный опыт, который содействует осознанию временных закономерностей. Проведенное эмпирическое исследование показало, что проведение развивающих занятий на основе робототехники положительно влияет на развитие временных представлений и навыка поискового планирования в дошкольном и младшем школьном возрасте. Применение роботизированных технологий не только повышает результативность усвоения знаний, но и развивает когнитивные способности, что делает характеризуемый метод очень значимым направлением в психолого-педагогической практике. Важно принимать во внимание, что эффективность его использования зависит от ряда факторов. Прежде всего, необходимо учитывать возрастные, индивидуальные особенности детей (слишком сложные задачи подчас вызывают фрустрацию, а чрезмерно простые не обеспечат достаточного когнитивного вызова). Требуется также организовать образовательное пространство таким образом, чтобы оно стимулировало исследовательскую деятельность, побуждало к поиску новых решений, продуктивно сказывалось на закреплении знаний через практический опыт. Определяющее значение имеет и участие взрослого — педагог или родитель должен направлять процесс познания, задавая вопросы, провоцируя рассуждения, помогая устанавливать связи между действиями робота и реальными временными процессами.

Перспективой для дальнейших исследований является работа с детьми дошкольного и младшего дошкольного возраста, основанная на программировании роботов и создании моделей с мотором. Целью данной работы будет являться: выявление влияния действий програмирования на пространственные представления детей 5-8 лет.