Статья Конструкторы модульных станков

В технологии, как в никаком другом предмете, важнейшую роль играет понятие инструмента. Если дать в руки учащемуся подходящий инструмент (и по назначению, и по возрасту) и научить им пользоваться, то тем самым будут достигнуты все основные цели этого предмета. Все остальное - вопрос правильного построения занятий и подбора заданий, дающих простор для реализации детской фантазии.

</</u>

Младшему школьнику с его совершенно не сложившейся сноровкой, как никому другому, нужен подходящий инструмент. Один из авторов хорошо помнит, с каким трудом, будучи ребенком, он выпиливал из фанерки нужную форму с помощью ручного лобзика. А было это классе в 6-м или 5-м. А что стоило высверливание отверстия ручной дрелью?! Одной рукой держишь рукоятку, другой вертишь ручку, рука чувствует тяжесть непослушного инструмента. Хорошо бы еще третью руку, чтобы держать заготовку! И вот ломается тонкое сверло! Знакомая картина?

А теперь представьте, что у вас в руках электрический лобзик или ручная электрическая дрель, а лучше сверлильный станок. Работа идет быстро и легко. Так же легко должно быть ребенку в работе с инструментом. Только никто, конечно, и не подумает дать в руки учащимся начальной школы этот электроинструмент. Понятно почему - он тяжел, опасен, подключен к напряжению 220 В, не приспособлен для детских рук. Вот если бы он был маленьким, безопасным, низковольтным, тогда можно было бы утверждать, что именно такой инструмент и должен быть в детских руках на уроках технологии и не только.

Все, что можно помыслить, можно и создать. Именно такой инструмент поступил в этом году к нам в школы в рамках эксперимента по реализации новых образовательных стандартов. И не один, а сразу целый комплект на класс - 15 наборов. Каждый набор - целый комплект классного электроинструмента: лобзик, дрель, шлифовальная машина и даже токарный станок. Каждый из них миниатюрен - дрель и шлифовальная машинка весят не более 200 граммов; безопасен - работающей пилки лобзика мы спокойно касались пальцем - амплитуда движений пилки (3 мм) учитывает эластичность кожи и не наносит никакого вреда мягкой ткани. Другое дело - фанера, ее пилка режет без труда. Кроме того, станки питаются безопасным напряжением 12 В. Уникальность этого набора дополняется еще и современным конструктивным решением: он состоит из отдельных модулей - узлов миниатюрных станочков (инструментов), собрать из которых работающий инструмент можно за 5-20 минут в зависимости от сложности: дрель и шлиф-машину дети собирали мы за 5 минут, а вот электролобзик - за 20. Чтобы соединить два узла в единое целое, достаточно затянуть всего один болтик. Идея сделать конструктор станков абсолютно гениальна и современна как с технологической, так и с педагогической точки зрения. Сегодня практически все оборудование - от компьютера до мебели - строится по модульному принципу. Вышедшую из строя часть легко заменить, обновить, из одинаковых модулей можно собрать множество различных конфигураций. Вот из нашего набора, к примеру, до 6 различных видов мини-станков.

Как же мы строим занятия с детьми с использованием конструктора модульных станков? Дети первого класса, второе полугодие, в Центре образования №1828 для начальной школы оборудован отдельный кабинет технологии. В этом кабинете мы и разместили конструкторы модульных станков. Здесь же проходило и обучение учителей работе с наборами - благодаря этому мы имели в сборе 15 токарных станочков. Это значительно облегчило работу с детьми, поскольку, как показывает наш опыт, среднему первокласснику довольно сложно орудовать отверткой и разбираться с ходу в технологических картах по сборке станков. Эту тему можно сделать в перспективе отдельным содержанием обучения.

Занятия стартовали с использования собранных конструкций. Первый урок полностью ушел на знакомство со станками: учитель показывал в сборе и работе четыре варианта станков - токарный, сверлильный, шлифовальный и электролобзик. Дети увидели, как включить и выключить станок, как держать в руках резец по дереву при работе на токарном станке, как держать заготовку при работе с лобзиком. Кроме того, конечно же, учитель продемонстрировал классу несколько вариантов готового подсвечника и показал, как можно на листе бумаги сделать свой собственный проект формы. После этого каждый ребенок на листке постарался самостоятельно проектировать форму будущего подсвечника.

На следующих уроках мы приступили к самостоятельной работе с токарными станочками. Все заготовки учитель заранее закрепил на станках, снова показал, как правильно держать резец в руках, как располагать его по отношению к заготовке, обратил внимание на необходимость прижимать резец в процессе работы к подручнику (подставке) пальцами левой руки (это относится и к важным правилам безопасности: одновременная работа обеими руками). После этого за дело взялись дети. Какой это был восторг: ты подносишь резец к детали, а в ней появляется бороздка! Радость и удовольствие детей оттого, что заготовка под твоими руками начинает менять форму, трудно описать. Но приноровиться правильно держать резец и обрабатывать заготовку было вовсе не легко. На работу учащегося с заготовкой уходило около двух уроков. В конце концов при помощи учителя дети прибивали выточенную ими заготовку к основанию, и подсвечник был почти готов.

Еще один урок ушел на расписывание подсвечников. Для этого мы использовали гуашевые краски, в которые добавляли клей ПВА, чтобы придать им стойкость. Мокрую кисть обмакивали сперва в краску, а затем в лужицу с клеем. Какое счастье испытывали первоклассники, унося такой «первоклассный» проект домой! Для помощи учащимся при непосредственном выполнении ими практической работы класс нужно делить пополам. Это была короткая двухнедельная проба, но в следующем году можно будет снова вернуться к токарному станку и выполнить на нем другой проект, например ручку. Тогда уже дети смогут сами собрать станок.

Аналогичный проект выполняется и с электролобзиком. Он больше подходит для второго-третьего класса. Сначала педагог показывает учащимся мобиль - подвешенную в горизонтальном положении палочку, на которой с обеих сторон висят любые два предмета. Затем демонстрирует работу на электролобзике: фанеру нужно плотно прижимать к рабочему столу лобзика и сдвигать ее по направлению к пилке. При необходимости нужно плавно поворачивать фанеру, чтобы получить округлый пропил. Фанерная заготовка должна все время скользить по поверхности рабочего стола лобзика. Ни в коем случае нельзя так давить фанеркой на пилку, что она начинает наклоняться!

После этого ставим детям задачу: «Придумайте, какие предметы вы хотите сделать, нарисуйте их на листе фанеры и вырежьте лобзиком!» Можно работать в паре: каждый делает один предмет, а потом вдвоем закрепляют его на палочке при помощи капроновой нити. После того как предмет готов, лобзик нужно переделать в электродрель, чтобы просверлить сверху отверстие для нити. Если работают двое, хорошо, если один переделает станочек в дрель, а второй - в шлифовальную машину. Тогда можно будет еще и аккуратно зачистить края фанеры.

Каждый ребенок завязывает нить на своем предмете и потом подвязывает ее к своему краю палочки. Желательно, чтобы обе нити были примерно одной длины. После этого педагог ставит еще одну интересную задачу межпредметного типа: «А теперь найдите центр тяжести вашего мобиля!» Для этого нужно обвязать палочку третьей нитью примерно посередине и, перемещая ее вдоль палочки, найти такое положение, при котором обе половины находятся в равновесии. Для реализации этого проекта требуется два урока. При желании можно объединить все детские проекты в один: подвесить все мобили друг на друга, используя вместо одного из предметов второй мобиль. Такой проект можно и сохранить в классе, подвесив его к потолку.

Нужно ли говорить о том, что подобный комплект позволяет в полной мере реализовать требования нового стандарта - «овладение технологическими приемами ручной обработки материалов; использование приобретенных знаний и умений для творческого решения несложных конструкторских, художественно-конструкторских (дизайнерских), технологических и организационных задач; приобретение первоначальных навыков совместной продуктивной деятельности, сотрудничества, взаимопомощи, планирования и организации»? Ответ очевиден. Более того, благодаря модульным станочкам ребенку младших классов становится доступна та область, о которой трудно было даже мечтать: обработка древесины - твердого, неподатливого материала - и, кроме того, знакомство, причем на практике, с серьезным производственным инструментарием - станками. Важно, чтобы станки эти были не игрушечным подобием настоящего инструмента, а реальным миниатюрным инструментом, с помощью которого ребенок может реализовывать свои идеи. Инструмент в детских руках должен резать сам, не требуя серьезных усилий! Только в этом случае работа может доставлять удовольствие и мотивировать к труду.

Какова перспектива обучения детей работе с конструкторами модульных станков? Начнем с того, что это оборудование модульное, а значит, допускает модификацию и дополнение. Например, есть дополнительные модули, допускающие компьютерное управление станком. Безусловно, это задача для старших классов, поскольку она предполагает программирование в G-кодах. Но ведь программированию можно учиться начиная с начальной школы. Нужны только соответствующее возрасту содержание и методика, а еще лучше - детально отработанный УМК с комплектом необходимого оборудования и материалов. Есть ли такие для начальной школы? Есть!

Почти одновременно с новым образовательным стандартом появился инновационный комплект для изучения технологии в начальной школе, сочетающий в себе необходимые для современного учебно-методического комплекса качества:

- деятельностный подход;

- межпредметность, интегративность;

- высокий уровень мотивирования учащихся;

- вариативность и возможность индивидуализации и дифференциации обучения;

- интерактивность;

- простота и доступность при большом диапазоне усложнения;

- групповое взаимодействие и коммуникация;

- наглядность;

- развитие информационной компетентности;

- развитие творческих способностей;

- модульность;

- полнота (комплектность);

- содержательная насыщенность.

Речь идет о программируемом конструкторе LEGO WeDo, доступном, как показывает опыт авторов, даже старшему дошкольнику.

В этом году мы провели несколько занятий с первоклассниками и подготовительной группой детского сада, используя программируемый конструктор LEGO WeDo. Значительную помощь в этом оказало наличие опыта работы детей с компьютером.

Занятия проходили следующим образом: на первом уроке учитель показывал детям имеющуюся в комплекте набора анимацию работы одного из проектов. Эта демонстрация живо заинтересовывала детей. Затем педагог показывал, как пользоваться программой (3 минуты): как выглядит ярлык запуска на рабочем столе; как вызвать инструкцию по сборке выбранного проекта; как перемещаться по шагам инструкции.

После этого дети по двое садились за компьютер, рядом с которым установлена и коробка с деталями для сборки проекта. В основном они работали самостоятельно - электронная инструкция по сборке почти не вызывала трудностей у детей. Учитель по очереди подходил к каждой группе детей и оказывал необходимую помощь. Первым был самый простой проект - «Футболист». За одно занятие дети успели полностью собрать игрушку.

На втором занятии педагог снова продемонстрировал анимацию и показал, как можно собрать программу управления игрушкой. При этом он использовал понятную для детей аналогию кубиков: каждый кубик, из которого складывается программа, - отдельная команда. Например: «запустить двигатель», «остановить двигатель», «подождать несколько секунд». Кроме того, учитель показал, как запустить и как остановить программу управления игрушкой.

После этого дети сели за компьютеры, рядом с которыми были установлены собранные ими на предыдущем занятии игрушки. Они, используя при необходимости индивидуальную помощь, самостоятельно собрали и запустили программу. При этом дети дополнительно скатали шарик из бумаги, выполняющий роль мячика.

На третьем занятии мы добавили к проекту оптический датчик, фиксирующий появление объекта (мяча) в поле зрения. При этом изменения пришлось внести и в программу управления игрушкой. Занятие началось с того, что учитель спросил детей: «Хотите ли вы, чтобы наш футболист сам, автоматически, ударял по мячу, когда он оказывается возле него?» После восторженных криков детей педагог показал, как выглядит и подключается датчик и как нужно изменить программу. После объяснения учитель снова усадил детей за компьютеры, и началась самостоятельная работа. Опорой для самостоятельного выполнения задания была пошаговая инструкция на компьютере.

Каждый раз работа вызывала большой интерес у всей группы - они показывали друг другу результаты и делились впечатлениями. После каждого занятия дети спрашивали, будут ли они еще работать с этим конструктором. Поскольку в набор входят 12 разных проектов, его использование может легко растянуться на четверть и даже полугодие.

Тем самым учащиеся начальной школы легко овладевают простым языком объектного программирования и попутно, множеством технологических навыков: чтение технологических карт, управление устройством с помощью компьютера. При этом прокладывается путь в профильные старшие классы к изучению современной технологии, вплоть до программирования работы на станках с ЧПУ. (У конструктора модульных станков есть соответствующие модули расширения с шаговыми двигателями и контроллером, станок работает под управлением свободно распространяемой программы EMC2. Только учащемуся необязательно писать тысячи строк программы в G-кодах - достаточно просто создать 3D-образ будущего предмета и перевести его в коды при помощи специализированной программы. Такова современная технология: при помощи компьютера за человеком закрепляется задача проектирования, а техническая сторона дела отводится машине.)

После приведенного описания занятий можно подробнее раскрыть достоинства нового комплекта:

Деятельностный подход: комплект целиком и полностью построен на деятельности самих учащихся, не требуя длительных объяснений и рассказов. Функцию помощи и обратной связи в основном выполняет компьютер.

Межпредметность, интегративность: работа с комплектом идет одновременно на уровне конструирования и программирования; формирует и ручные навыки, и информационно-коммуникационную компетентность.

Высокий уровень мотивирования учащихся: набор опирается на игровую деятельность и фантазию детей, их ориентацию на современные технологии и компьютер.

Вариативность и возможность индивидуализации и дифференциации обучения: набор позволяет собирать 12 различных моделей. Учащийся может выбрать, что ему собирать, делать это в своем темпе, поскольку не связан с объяснениями учителя, варьировать программу управления по своему усмотрению, выбирать подходящие звуки, скорость.

Интерактивность: компьютер отрабатывает любое изменение, внесенное детьми в программу, в соответствующее действие материальной модели.

Простота и доступность при большом диапазоне усложнения: процесс программирования сведен к работе с картинками, изображающими каждую команду.

Групповое взаимодействие и коммуникация: с комплектом удобнее работать в паре - один ребенок управляет компьютером, второй ведет сборку. При этом оба контролируют друг друга.

Наглядность: алгоритм работы программы был виден на экране в виде цепочки изображений и, кроме того, отрабатывался в четко наблюдаемой временной последовательности выполняемых игрушкой команд.

Воспитание внимательности и аккуратности: ребенок постоянно должен сравнивать изображение (карту) собираемой модели и реальный объект; ошибка при сборке конструкции неизбежно приводит к невозможности завершения и возвращает учащихся к предыдущим этапам работы с технологической картой.

Развитие информационной компетентности: использование в управлении игрушкой компьютера создает основу для совершенствования навыков пользовательской работы.

Формирование умения точного выполнения необходимой последовательности действий в соответствии с технологической картой.

Развитие творческих способностей - на уровне широкого выбора различных возможностей компоновки управляющих модулей.

Модульность: на уровне конструкции и на уровне программных команд управления моделями.

Полнота: комплект содержит все необходимые материалы (за исключением компьютера), видеофильмы, пошаговые инструкции по сборке, детали.

Содержательная насыщенность: комплект эффективно способствует достижению основных результатов обучения технологии, сформулированных в новом образовательном стандарте.

Если набор идет на ура в 1-м классе, годится ли он в 3-м и 4-м? Безусловно! У нас есть опыт его использования и в этих классах. Мы вводили работу с набором со второго полугодия 3-го класса, после того как учащиеся усвоили принципы работы простых механизмов - рычагов, различных передач. Для этого в первом полугодии учащиеся осваивали это на простых, непрограммируемых LEGO-конструкторах. Они разбирались, как можно увеличить, а как уменьшить скорость, как заставить механизм вращаться в обратном направлении, не меняя направление вращения двигателя.

Только после этого был введен WeDo. Теперь дети уже собирали узлы каждой игрушки с полным пониманием того, как они будут работать. Это помогало им и в программировании работы модели, где нужно было менять и направление вращения двигателя, и его скорость, и время работы. Третьеклассникам одного урока с лихвой хватало на то, чтобы собрать модель и программу, а также вдоволь наиграться с ними, варьируя их возможности. Конечно, самые сложные модели требовали по два урока.

Подводя итог, можно сделать вывод о том, что реализация стандарта сегодня в отношении технологического образования на уровне начальной школы совершенно реалистична. При условии, если новому стандарту сопутствуют инновационное технологическое оснащение и современные учебно-методические комплексы, основополагающий принцип построения которых - реализация деятельностного подхода.