Использование простых механизмов при обучении робототехнике младших школьников

Потребность рынка в технически грамотных специалистах приводит к необходимости формирования инженерного мышления с младшего школьного возраста.

Широкие возможности для развития творческого, логического и конструктивного мышления у младших школьников предоставляет робототехника.

Однако успешное обучение робототехнике невозможно без глубокого понимания основ механики, а именно — принципов работы простых механизмов.

Простые механизмы — это устройства, предназначенные для преобразования усилия и направления движения. К числу таких механизмов относят рычаг, блок, наклонную плоскость, винт, клин и колесо с осью.

Именно они лежат в основе функционирования большинства робототехнических конструкций, служат базовыми элементами в большинстве технических устройств, включая роботов.

В связи с этим практическое использование простых механизмов в образовательной робототехнике позволяет повысить уровень понимания физических процессов, выбирать оптимальные параметры конструкции,  стимулирует интерес учащихся к техническому творчеству.

При этом трудность заключается в том, что к приступая к изучению робототехники, учащиеся не обладают знаниями о простых механизмах, поскольку знакомятся с ними в курсе физики в 7 классе.

Поэтому возникает объективная необходимость в выделении темы простых механизмов в самостоятельный модуль или даже курс, адаптированный для младшего школьного возраста. Такой подход позволит заложить прочную базу инженерных знаний ещё до формального изучения физики, обеспечить преемственность между начальными этапами технического обучения и последующим углублением знаний в средней школе. Введение отдельного учебного блока, посвящённого простым механизмам, создаёт условия для осознанного конструирования, способствует формированию причинно-следственных связей между приложенным усилием и результатом движения, а также развивает пространственное воображение и навык анализа механических решений. Это не только повысит эффективность изучения робототехники, но и станет важным шагом в формировании инженерной культуры у подрастающего поколения.

Младшие школьники, обладая природной любознательностью и тягой к практическим действиям, активно включаются в процесс конструирования и программирования, если он сопровождается доступными и зримо демонстрируемыми примерами.

Использование простых механизмов в этом случае играет роль связующего звена между абстрактными физическими понятиями и конкретной деятельностью. Например, построение простейшего подъемного крана с использованием рычага и блока позволяет детям на практике увидеть, как изменяется приложенное усилие при изменении плеч рычага или количества блоков. Такой подход способствует не только усвоению физических законов, но и развивает критическое мышление и способность к анализу.

Особенно важным является аспект визуализации и тактильного взаимодействия. Работа с реальными механизмами позволяет младшим школьникам получать непосредственный опыт: они не просто наблюдают, но и активно участвуют в процессе, что значительно повышает эффективность восприятия информации. Тактильная память, взаимодействие с физическими объектами, возможность экспериментировать с различными конструкциями — всё это играет ключевую роль в формировании устойчивых знаний. Благодаря этому ученики лучше усваивают такие фундаментальные понятия, как «плечо рычага», «сила трения», «центр тяжести» и другие, которые нередко вызывают трудности при объяснении в абстрактной форме.

Важным аспектом является и то, что простые механизмы легко интегрируются в стандартные образовательные комплекты робототехники, такие как LEGO Education WeDo, VEX IQ и другие, предназначенные для младшего школьного возраста. Эти наборы содержат детали, из которых можно собирать конструкции, иллюстрирующие действие тех или иных механизмов, а также элементы, позволяющие программировать поведение этих конструкций.

Программирование становится логическим продолжением механической сборки, когда ребёнок сначала строит модель, затем настраивает её поведение с помощью визуальных языков программирования.

Следует отметить, что успешное использование простых механизмов в обучении младших школьников требует от педагога определенной подготовки. Учитель должен обладать знаниями в области механики, педагогики младшего школьного возраста и методики преподавания робототехники. Он должен уметь адаптировать содержание учебного материала под возрастные особенности детей, создавать ситуации успеха и обеспечивать доступность обучения для всех категорий учащихся.

 Методически обоснованное включение простых механизмов в учебный процесс должно предусматривать пошаговое усложнение задач: от простого определения вида механизма до построения сложных систем, включающих несколько типов механизмов, взаимодействующих между собой. Это может быть, например, проект, в котором используется наклонная плоскость для перемещения груза, рычаг для переключения направления движения и блок для подъема. Такие проекты требуют от учащихся не только технических знаний, но и умения работать в команде, распределять обязанности и представлять результаты своей работы.

Немаловажно учитывать и межпредметный характер занятий, в которых используются простые механизмы. Через робототехнику учащиеся осваивают не только физику, но и математику (измерения, пропорции, симметрия), информатику (логика, последовательность команд, циклы), технологию (конструирование, работа с материалами), а также развивают навыки коммуникации и презентации результатов. Такое интегративное обучение обеспечивает более глубокое и прочное усвоение знаний, расширяет кругозор учащихся и способствует формированию целостного восприятия окружающего мира.

Учебные проекты могут быть связаны с природой (например, моделирование механизмов животных), историей техники (построение катапульт, часов, водоподъёмников), социальной сферой (разработка моделей механизмов для помощи людям с ограниченными возможностями).

Таким образом, простые механизмы выполняют в обучении младших школьников робототехнике функцию фундаментальных конструктивных единиц, на которых строится понимание сложных инженерных решений. Их использование позволяет значительно повысить эффективность обучения, сделать его более наглядным, интересным и практикоориентированным.

 Более того, это формирует у детей уверенность в собственных силах, развивает техническое творчество и способствует профессиональному самоопределению. В условиях стремительного развития технологий важно не просто познакомить учащихся с готовыми техническими решениями, но и научить их понимать принципы, лежащие в основе этих решений. Простые механизмы в этом смысле являются идеальным учебным инструментом, который объединяет в себе доступность, наглядность и универсальность. Они позволяют младшим школьникам не только понять, как работает тот или иной элемент конструкции, но и самостоятельно создать функционирующую модель. Это особенно важно в условиях начального технического образования, где основная цель заключается в формировании устойчивого интереса к науке и технике, а также в развитии навыков практической деятельности.

Учитывая возрастные особенности младших школьников, следует использовать игровые и проектные формы обучения. В этом контексте простые механизмы становятся неотъемлемым элементом учебных квестов, инженерных задач и конструкторских соревнований. Учащиеся могут выполнять задания, направленные на сборку устройств с заданными характеристиками, участие в командных состязаниях по робототехнике, проведение собственных экспериментов. Все это способствует не только углублению знаний, но и развитию личностных качеств — инициативности, настойчивости, ответственности. Опыт показывает, что систематическое использование простых механизмов в учебной деятельности младших школьников позволяет значительно повысить мотивацию к изучению технических дисциплин. Это подтверждается как наблюдениями педагогов, так и результатами анкетирования учащихся и их родителей. Многие школьники отмечают, что занятия робототехникой помогают им лучше понимать школьный курс физики, математики и технологии. Родители, в свою очередь, подчеркивают, что дети стали более увлеченными, проявляют интерес к техническому творчеству и самостоятельно ищут информацию, связанную с механизмами и устройствами.

Следует подчеркнуть, что образовательные программы, предусматривающие использование простых механизмов, обладают большим потенциалом к адаптации под инклюзивное образование. Простота конструкций и наглядность принципов действия позволяют включать в учебную деятельность детей с особыми образовательными потребностями. Это способствует социализации, развитию моторики и когнитивных функций. В условиях инклюзии простые механизмы становятся универсальным инструментом для построения равных образовательных возможностей. С учётом этого, педагогическая практика должна включать разнообразные сценарии и индивидуализированные подходы, обеспечивающие поддержку каждому ребёнку на его уровне развития.

В заключение следует подчеркнуть, что интеграция простых механизмов в учебный процесс младших школьников при обучении робототехнике представляет собой мощный инструмент формирования универсальных учебных действий, инженерного мышления и технической грамотности. Это направление заслуживает пристального внимания со стороны образовательных учреждений, педагогов и разработчиков учебных программ. Перспективы его развития связаны с созданием интегративных курсов, междисциплинарных проектов и внедрением новых методик преподавания, которые делают обучение более эффективным, интересным и значимым для учащихся младшего школьного возраста. Современные образовательные стандарты всё чаще ориентированы на компетентностный подход, в рамках которого именно такие методики, основанные на простых, но фундаментальных концепциях, приобретают ключевое значение. Развитие школьной робототехники должно идти не только по пути технологического обновления, но и через глубокое педагогическое осмысление базовых основ инженерного дела, в числе которых простые механизмы занимают одно из центральных мест.

1. Петрова Н. Н., Павлова Е. П. Развитие логического мышления младших школьников в процессе кружковой деятельности по робототехнике // Научно-методический электронный журнал «Концепт». – 2017. – Т. 6. – С. 181–186.
2. Сорокин, С.С. Робототехника для младших школьников / С.С. Сорокин // Начальная школа, 2018. – № 2. – С. 42-45.
3. Сорокин, С.С. Из опыта обучения робототехнике младших школьников /С.С. Сорокин // Образовательная робототехника в дополнительном образовании детей: опыт, проблемы, перспективы : материалы II Всероссийской научнопрактической конференции. – Якутск, 2015. – С. 81-87.
4. Филиппов С.А. Робототехника для детей и родителей. – СПб.: Наука, 2013. 319 с.