Бесплатный фрагмент - Играем и моделируем в LigroGame

ПАРЦИАЛЬНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
«Играем и моделируем в LigroGame»

ЦЕЛЕВОЙ РАЗДЕЛ

1.1. Пояснительная записка

В условиях динамично развивающейся цифровизации всех сфер профессиональной деятельности человека особенно актуальными становятся наукоемкие и инженерные специальности, которые должны качественно обеспечивать новыми технологиями и продуктами высокий уровень развития технологичного уклада современной экономики. Надотраслевой технологией для новых видов наукоемких и высокотехнологичных производств являются цифровые технологии. Эта тенденция является общемировой и поддерживает данное направление в образовании так называемый STEM-подход (аббревиатура от Science — естественные науки, Technology — технологии, Engineering — инжиниринг, проектирование, дизайн, Mathematics — математика). Главное место в STEM отводится практике, соединяющей разрозненные естественно-научные знания в единое целое [6]. Интеллектуальный потенциал человека приобретает первостепенное значение для сложного технологического мира, где значимость сырьевых ресурсов снижается в связи с новыми экономичными и экологичными решениями на основе нано и IT-технологий. В этой связи появляется потребность в специалистах с инновационным мышлением и потенциалом, способных решать нестандартные проблемы и предлагать современные инженерные решения на основе своих идей и гипотез. Современные формы инженерной деятельности и других специальностей (архитектура, дизайн) на основе компьютерного 3D проектирования оперируют понятиями, которые основаны на математических способностях и объемно-пространственном мышлении специалиста.

Условия для развития общих интеллектуальных способностей, в том числе специальных способностей, к которым можно отнести объемно-пространственное мышление, важно создать на этапе дошкольного возраста, так как, по мнению многих ученых (Л. А. Венгер, А. И. Савенков), интеллектуальный потенциал человека формируется в период дошкольного детства, когда в специфических формах дошкольной деятельности развиваются общие умственные способности, которые обеспечивают интеллектуальную деятельность взрослого человека [3,4]». Исследования в области дошкольного детства показывают особое значение данного возрастного периода для развития образных форм познания — «восприятия и образного мышления, воображения и фантазии» [1]. Для развития новых форм познавательной деятельности детей актуальной задачей для каждого руководителя образовательной организации становится внедрение и использование информационно-коммуникационных технологий в образовательном процессе, так как информатизация дошкольного образования является одним из условий современной предметно-развивающей среды дошкольного учреждения в соответствии с ФГОС ДО.

Парциальная образовательная программа «Играем и моделируем в LigroGame» реализует ранние формы естественно-математического и научно-технического образования детей дошкольного возраста и начальной школы, включает 3 образовательных модуля, создающих условия для овладения детьми практикой исследовательской и проектной деятельности на основе авторской технологии — игровой технологии компьютерного 3D моделирования в «LigroGame» (автор-разработчик Молоднякова А. В.). Парциальная образовательная программа является модульной программой, направленной на развитие интереса детей к техническому творчеству и предметам естественно-научного цикла, ориентации детей в игровой и познавательной деятельности на новые стандарты в сфере инженерного образования, связанные с концепцией цифрового производства и конвергенции технологий [7].

Термины «конвергентные технологии», «конвергентное образование» описаны в работах Ковальчука М. В., ученого секретаря Совета при Президенте РФ по науке, технологиям и образованию, директора НИЦ «Курчатовский институт», директора Института кристаллографии имени А. В. Шубникова РАН, члена Общественной палаты РФ, инициатора проекта Курчатовский — НБИК — центр, как актуальные, стратегически важные технологии, которые определяют промышленный уклад будущей экономики.

В данной программе технологию компьютерного 3D моделирования как педагогический метод можно рассматривать в аспекте метода наглядного моделирования (Л. А. Венгер), «той формой опосредствования, которой овладевают дошкольники и которая может рассматриваться в качестве основы общих умственных способностей» [3]. По мнению Л. А. Венгера, «моделирование — это вид знаково-символической деятельности, который предлагает исследование не конкретного объекта, а его модели; источником данного процесса служит моделирующий характер детской деятельности» [3]. Для освоения игровой технологии компьютерного 3D моделирования в «LigroGame», кейса игровых признаков, пространственных и геометрических понятий к данной программе разработаны оригинальные дидактические пособия (автор-разработчик Молоднякова А. В., дизайн Ковязин А. В.), которые предлагаются педагогом детям в игровых и познавательных ситуациях в рамках занятия. Данные пособия запатентованы (патент №129432, патент №126541), то есть являются оригинальными авторскими промышленными образцами мирового уровня новизны.

Ключевой особенностью программы является активное использование в каждом модуле технологий электронного обучения (ИКТ-технологии), как современного инструментария детской деятельности на настоящем этапе развития образования. «Концепция развития образовательной робототехники и непрерывного ГГ-образования в РФ (от 01.10.2014г. №172-Р)» подчеркивает важность использования интерактивных технологий и современных средств обучения в целях ранней инженерной профориентации и популяризации научно-технического творчества.

Программой предусмотрена принципиально новая конструкция образовательной среды, составной частью которой является развивающая предметно-пространственная среда, оснащенная средствами электронного обучения детей для реализации модели 1:1 (1 ребёнок — 1 электронное устройство) — «компьютерно-игровой комплекс „LigroGame“» [8]. Комплекс представляет собой многофункциональный набор компонентов, образующих развивающую предметную среду и методологию его использования, которую составляют функциональные зоны с дидактическим наполнением: компьютерная зона, игровая и лаборатория для организации экспериментальной и проектной деятельности детей на компьютерных 3D технологиях.

Компьютерное 3D моделирования в программе ЭВМ «LigroGame» предполагает создание модели объекта на информационных признаках, под которыми подразумеваются цвет, форма, размер, материал, количество и другие признаки, представленные в образовательной технологии как «кейс игровых признаков для 3D моделирования» [7].

Подробное описание функционала «LigroGame» дано в руководстве пользователя. Программа ЭВМ «LigroGame» может использоваться в практике развивающего обучения и научно-технического творчества детей дошкольного возраста и начальной школы.

Оригинальное программное обеспечение «LigroGame» — это инструментальная образовательная среда, данное решение является победителем и участником многих конкурсов по направлению EdTech:

— финалист конкурса Hackathon2025 в разделе «образование» (2018), где были собраны лучшие инновационные IT-решения в рамках концепции города будущего в городе Екатеринбург,

— финалист Акселератора Уральского федерального университета им. Б. Ельцина (2018) и другие образовательные конкурсы по теме цифрового образования.

Парциальная программа включает три образовательных модуля, которые в системе организованных занятий создают предпосылки для развития общих и специфических интеллектуальных способностей, исследовательской и проектной деятельности детей на основе технологии игрового компьютерного 3D моделирования в «LigroGame».

Первый образовательный модуль — «Друзья Лигрёнка. Признаки и их значения», направлен на формирование «у детей представлений о сенсорных эталонах — общепринятых образцах внешних свойств предметов», которые в данной программе осваиваются в рамках модели «элемент мира/объект-имя признака-значение имени признака» на основе кейса игровых признаков для 3D моделирования [9]. Данная модель является базовой в рамках ТРИЗ-подхода (теория решения изобретательских задач) и позволяет ребенку, начиная с младшего дошкольного возраста, рассматривать любой объект как систему обобщенных признаков и частных значений. Компьютерное моделирование в электронной среде «LigroGame» предполагает умение и навык строить «информационные модели», а «строительным материалом для этих моделей являются признаки объектов». Таким образом, в «методе компьютерного моделирования присутствуют все важные элементы развивающего обучения: конструирование, описание, экспериментирование и т. д. В результате добываются знания об исследуемом объекте-оригинале» [17].

Методика программы предлагает педагогу авторский подход — игровую систему описания объекта на ключевых вопросах признаков формы, цвета, величины, материала и других (кейс игровых признаков для 3D моделирования), где дети учатся называть и определять значения сенсорных эталонов в занимательной и подвижной игре с «друзьями Лигрёнка».

Данные представления закладывают у детей основы для овладения методом наглядного моделирования объектов живой или неживой природы в знаково-символической форме на основе схем: морфологической матрицы, чертежа или матрицы морфологического анализа (комплект дидактических материалов «LigroGame», патент №129432), которые ориентируют детей в командах при создании 3D модели в программе ЭВМ «LigroGame». Умение создавать, применять и преобразовывать знаки и символы, модели и схемы для решения учебных и познавательных задач относится к универсальным учебным действиям (познавательные УУД по ФГОС).

Цель моделирования как педагогической практики — «обеспечить успешное усвоение детьми знаний об особенностях объектов окружающего мира и мира природы, их структуре, связях и отношениях существующих между ними, знаний об окружающем мире, сохранение и воспроизведение информации, и, конечно, развитие речи» [3].

Парциальная образовательная программа «Играем и моделируем в LigroGame» ориентирована на внедрение в практику образовательной деятельности радикального новшества — игровой технологии компьютерного 3D моделирования в программе ЭВМ «LigroGame», которая позволяет реализовать STEM-подход в современных практиках на основе ИКТ-технологий и научить детей проектировать свою игровую среду продуктами 3D моделирования согласно этапам жизненного цикла проекта по международным стандартам инженерного образования CDIO.

CDIO — это всемирная инициатива к стандартам инженерного образования (от англ. — придумывай, разрабатывай, внедряй, управляй), «комплексный подход к подготовке инженерных кадров, определяющий стандарты в достижении инженерных компетенций, разработке образовательных программ, их материально-технического и методического обеспечения, подборе и обучении преподавателей» [6].

Стандарт 1. CDIO как общий контекст развития инженерного образования. Принятие принципа, согласно которому развитие и реализация жизненного цикла продуктов, процессов и систем происходит в рамках модели «придумывай-проектируй-реализуй-управляй», которая и является общим контекстом инженерного образования.

Как реализован данный стандарт в рамках проектной деятельности детей дошкольного возраста?

— инициация проблемы или темы педагогом, сбор информации по теме проекта, знаково-символическое моделирование объекта/объектов с помощью схем, разработанных к данной программе (этап «Придумывай»),

— создание 3D модели в электронной среде «LigroGame» на основе схемы объекта в знаково-символической форме (этап «Моделируй»),

— реализация модели средствами 3D печати или технологий виртуальной реальности (этап «Создавай»),

— включение продукта детской деятельности в общую тему проекта, оснащение продуктами детской деятельности предметной среды группы (этап «Играй»).

То есть, в условиях раннего инженерного образования данная модель имеет алгоритм «придумывай-моделируй-создавай-играй», где так называемый этап «эксплуатации изделия» будет на уровне дошкольника реализован в виде включения детского изделия в игровую среду ребенка. Таким образом, дети дошкольного возраста получают уникальный опыт по преобразованию среды детской группы продуктами своих идей и творчества на основе современных 3D технологий.

Первые элементарные 3D модели на геометрических телах дети учатся создавать во втором модуле программы «Мои первые проекты в формах», где каждый проект модели разработан на основе базового геометрического тела. Например, проект модели «гусеница» создан на основе геометрического тела «шар», дети в процессе создания модели изучили свойства данного геометрического тела, команды действий с формой и разработали тематическую модель. В модуле программы «Проектируем и создаем свой Мир!» предлагаются темы, в рамках которой детьми создаются несколько тематических 3D моделей и продуктом проекта становится прикладное решение — тематическая игра или дидактическое пособие для пополнения развивающей и игровой среды детской группы на 3D моделях «LigroGame».

Таким образом, у детей формируются элементарные представления о современных инженерных технологиях, навыки практического решения проблем на основе технических решений, реализованных средствами компьютерного моделирования, дети получают практический результат своей деятельности на 3D технологиях.

Ключевые особенности стандартов CDIO, реализованные в парциальной программе «Играем и моделируем в LigroGame»:

— проектирование состоит из следующих этапов (фаз): постановка проблемы или замысел идеи, начальная фаза проектирования в знаково-символической форме на основе схем (этап «Придумывай»), создание 3D модели в электронной среде «LigroGame» (этап «Моделируй»), реализация модели на 3D принтере (этап «Создавай»), включение продукта детской деятельности в игровую предметно-развивающую среду группы (этап «Играй»);

— в процессе проектной деятельности дети осваивают функциональное значение предметной среды человека, навыки практического решения проблем на основе технических решений, реализованных средствами компьютерного моделирования, дети получают практический результат своей деятельности;

— интерес к процессу создания и реализации проекта на основе современных 3D технологий: 3D моделирование, 3D печать, виртуальные технологии, является основой формирования интереса к техническому творчеству и предметам естественно-научного цикла, что способствует ранней профессиональной ориентации.

Данная программа разработана и составлена на основании нормативных правовых документов, регулирующих деятельность дошкольных образовательных учреждений:

 Конституция РФ;

 Конвенция о правах ребенка;

 Федеральный закон от 29 декабря 2012 года №273–ФЗ Российской Федерации «Об образовании в Российской Федерации»;

 Федеральный государственный образовательный стандарт дошкольного образования (Приказ Минобрнауки России №1155 от 17.10.2013 года);

 Приказ Минобрнауки России от 29.08.2013 N 1008 «Об утверждении Порядка организации и осуществления образовательной деятельности по дополнительным общеобразовательным программам» (Зарегистрировано в Минюсте России 27.11.2013 N 30468);

 СанПиН 2.4.1.3049—13 «Санитарно-эпидемиологические требования к устройству, содержанию и организации режима работы в дошкольных организациях». Постановление Главного государственного санитарного врача РФ от 15.05.2013г. №26 (зарегистрировано министерство юстиции РФ 29.05.2013 г., регистрационный №28564).

Комплексная программа «Развитие образовательной роботехники и непрерывного IT-образования в Российской Федерации», утвержденная распоряжением Автономной некоммерческой организации «Агентство инновационного развития» от 1 октября 2014 г. №172-Р и других.

В содержании для иллюстраций использованы фотографии детской деятельности в условиях дошкольных образовательных учреждений Свердловской области, где была апробирована данная программа в рамках реализации губернаторского проекта «Уральская инженерная школа» (с 2018 г. по настоящее время):

— филиал Муниципального бюджетного дошкольного образовательного учреждения — детского сада комбинированного вида «Надежда» детский сад комбинированного вида №576, городская сетевая инновационная площадка «Развитие инженерного мышления дошкольников посредством использования технологии игрового компьютерного моделирования на веб-платформе LigroGame» (заведующий Рябенко О. С.), г. Екатеринбург;

— Муниципальный ресурсный центр по теме: «Ранняя профориентация детей дошкольного возраста в условиях дошкольного образовательного учреждения» муниципального автономного дошкольного образовательного учреждения детский сад №43 «Малыш» (заведующий Семухина С. В.), г. Сухой Лог;

— Муниципальное бюджетное дошкольное образовательное учреждение детский сад «Голубок» (заведующий Шипицина О. Н.), г. Нижняя Тура;

— Муниципальное автономное дошкольное образовательное учреждение «Детский сад комбинированного вида №25» (заведующий Велецкая О. В.) Асбестовского городского округа, г. Асбест;

— Муниципальное автономное дошкольное образовательное учреждение детский сад №15 комбинированного вида (заведующий Бражкина О. А.), г. Богданович.

1.1.1. Цели и задачи программы

Программа предполагает реализацию образовательной практики развития познавательных способностей и предынженерного мышления дошкольников на основе радикального новшества — использования технологии игрового компьютерного 3D моделирования «LigroGame» на этапе создания объекта и реализации данного объекта на технологиях 3D печати или виртуальной реальности.

Основная цель образовательной программы — развитие общих интеллектуальных способностей, специальных умственных способностей: объемно-пространственного мышления, элементарных форм предынженерного мышления, естественно-математических представлений детей, технологических навыков компьютерного 3D моделирования, навыков исследовательской и проектной деятельности на основе игровой технологии 3D моделирования в «LigroGame».

По определению специалистов, «инженерное мышление — это системное творческое техническое мышление, позволяющее видеть проблему целиком с разных сторон, видеть связи между ее частями» [15].

Для формирования предпосылок данного мышления в первом модуле парциальной образовательной программы «Играем и моделируем в LigroGame» дети осваивают базовую модель, которая «описывает» окружающие ребёнка объекты живой или неживой природы как систему определенных признаков на основе авторского подхода, который включает методические приёмы образовательной технологии и материальные носители в виде оригинальных дидактических пособий. «Все модели, методики и технологии, то есть весь инструментарий ОТСМ-ТРИЗ-РТВ, строится на освоении базовой фундаментальной модели «элемент мира/объект-имя признак-значение имени признака» [9]. Использование данной модели при изучении предметного мира позволяет научить детей точно и полно воспринимать объекты окружающего мира, через восприятие их разнообразных признаков и свойств: цвет, форма, величина, и так далее. Данная модель становится инструментом познания и описания объектов живой и неживой природы, основой овладения методом наглядного моделирования в знаково-символической форме, а также условием для формирования элементарной изобретательской деятельности детей на основе комплекса дидактических материалов «LigroGame».

Задачи программы:

Образовательные:

— развитие сенсорно-перцептивных навыков и общих интеллектуальных способностей в исследовательской и экспериментальной деятельности детей на основе комплекта дидактических материалов «LigroGame»;

— развитие умения определять признаки и значения кейса игровых признаков для 3D моделирования (целое/часть, форма, цвет, материал, размер, количество частей) у объектов живой и неживой природы посредством модели «объект — имя признака -значение признака»;

— развитие математических представлений детей: умение определять и называть основные геометрические фигуры: квадрат, круг, треугольник, прямоугольник, овал; геометрические объемные тела для 3D моделирования: куб, шар, пирамида, конус, цилиндр, труба, тор, капсула, полушар, полуцилиндр, треугольная призма, шестигранная призма; замещать части объекта данными математическими абстракциями;

— овладение знаково-символическими действиями: использование знаков-символов для замещения реальных предметов, умение использовать наглядные модели (схемы, чертежи) для решения познавательных задач и 3D моделирования в «LigroGame»;

— развивать технологические навыки 3D моделирования в электронной среде «LigroGame» на геометрических объемных телах;

— знакомить детей со способами инженерных практик на этапе моделирования объекта и реализации модели средствами 3D печати и технологий виртуальной реальности;

— развивать навыки сотрудничества, командообразования, критического мышления, креативности, применения знаний иными способами;

Развивающие:

— развитие сенсорно-перцептивных процессов восприятия у детей в организованной исследовательской и экспериментальной деятельности детей с объектами живой и неживой природы;

— развитие абстрактных форм мышления и общих интеллектуальных способностей детей с использованием знаково-символических форм наглядного моделирования: схем, чертежей, рисунка, матриц морфологического анализа (комплекс дидактических материалов «LigroGame»);

— развитие математического и пространственного мышления детей в процессе моделирования и конструктивной деятельности с использованием простейших математических абстракций: геометрических фигур и объемных геометрических тел;

— развитие креативности у детей на основе комплекта дидактических материалов «LigroGame» и приёмов ТРИЗ — педагогики;

— способствовать развитию системного мышления: находить причинно-следственные связи, самостоятельно находить способы решения конструктивных задач, переносить приобретенные умения в новые условия, умение анализировать, доказывать свое мнение и свое решение.

Воспитательные:

— воспитывать интерес к познанию окружающего мира посредством восприятия и наблюдения, анализа и фиксации результатов наблюдения в знаково-символической форме;

— развивать интерес детей к проектной деятельности на основе цифровых технологий и технических решений;

— формировать представления детей о современных практиках инженерной деятельности на основе стандартов CDIO, о конечном результате труда инженера, зависимости результата от отношения человека к труду и качества его действий.

— воспитывать стремление к самостоятельному познанию и размышлению, настойчивость в достижении цели;

— воспитывать партнерские, командные, кооперационные отношения в процессе совместной деятельности.

1.1.2. Принципы и подходы к реализации программы

Данная программа ориентирована на реализацию принципов, которые обеспечивают полноценное проживание периода детства в дошкольном возрасте и опираются на психофизиологические особенности дошкольника. Принципы интегрируют научные взгляды об основах организации развивающего обучения Л. С. Выготского: «развивающее обучение есть продуктивная реализация принципа опережающего развития обучения»; теорию деятельностного подхода А. Н. Леонтьева: сознание и деятельность различаются как образ и процесс его формирования, образ при этом является «накопленным движением», свернутыми действиями; личностный подход с точки зрения «развития мотивационной сферы, осмысленности детской деятельности и самодеятельности» Л. И. Божович.

В аспекте метода наглядного моделирования (Л. А. Венгер) в дошкольной педагогике инструментом познания может стать модель. В основе моделирования лежит принцип замещения — реальный предмет может быть замещен в деятельности детей другим знаком, предметом, изображением. Заключается он в том, что мышление ребенка развивают с помощью специальных схем, моделей, которые в наглядной и доступной для него форме воспроизводят скрытые свойства связи того или иного объекта.

Использование ИКТ-технологий в рамках образовательной деятельности с детьми реализует инструментальный подход, где «включение психологического орудия [ИКТ] в процесс поведения (Л. С. Выготский):

— вызывает к деятельности целый ряд новых функций, связанных с использованием данного орудия и с управлением им;

— отменяет и делает ненужным целый ряд естественных процессов, работу которых выполняет орудие;

— видоизменяет протекание и отдельные моменты (интенсивность, длительность, последовательность и т.п.) всех входящих в состав инструментального акта психических процессов, замещает одни функции другими, т. е, пересоздает, перестраивает всю структуру поведения совершенно так же, как техническое орудие пересоздает весь строй трудовых операций» [18].

При составлении дидактических и игровых пособий к программе были учтены «данные исследований [В. Г. Нечаева, 1961; З. В. Лиштван, 1971; и др.], говорящие о том, что на ранних этапах обучения конструктивной деятельности ребенок начинает принимать включенные в него продуктивные и познавательные задачи лишь при условии придания им игровой формы или введения их в контекст сюжетно-ролевой игры» [19].

Ведущие принципы, обеспечивающие решение задач интеллектуального и личностного развития детей дошкольного возраста, определены в ФГОС ДО :