Научный журнал "Вопросы педагогики"

Зорина Е.М.
Учитель, ГБОУ лицей №445 Курортного района Санкт-Петербурга

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СПИННЕРА В STEM-ПРОЕКТЕ

Аннотация

В статье исследуется возможность использования спиннера в качестве педагогического инструмента при создании STEM-проекта. Дается пошаговое описание проекта. Описывается достигаемый инновационный образовательный эффект.

Ключевые слова: STEM-проект, спиннер, проектная деятельность, образовательный эффект, инновационные педагогические технологии, педагогическая опора, эксперимент.
Keywords: STEM project, spinner, project activity, learning effect, innovative pedagogical technologies, pedagogical cue, experiment.

Инновационная образовательная деятельность в высшей школе является базой для современного научно-образовательного процесса и включает в себя творческое преобразование конкретных результатов различных исследований в новые образовательные продукты, которые способны обеспечить дополнительный эффект. Инновационные технологии обучения выстраиваются в основном в русле личностно ориентированного подхода и опираются на активную познавательную позицию учащегося [4, 244]. Примером такой технологии является контекстное обучение. Как пишет А.А. Вербицкий [там же, 245], это интеграция различных видов деятельности студентов: учебной, исследовательской, практической. По сравнению с традиционными технологиями обучения, в инновационной делается акцент на практическое применение знаний.

Учитывая особенности военного технического вуза, когда мобилизация обучения и использование сети Интернет ограничено, следует искать новые возможности активизации учебного процесса. Безусловно, такими возможностями обладает проектная деятельность, которая может быть как индивидуальной, так и групповой, различной по времени, целям и задачам. Для будущих инженеров на первый план выходят так называемые STEM-проекты, которые обладают метапредметностью и практико-ориентированы.
STEM – это акроним английских слов, обозначающих слияние естественных наук (Science), технологии (Technology), инженерного дела (Engineering) и математики (Math). Если добавляется еще искусство (Arts), то акроним превращается в STEAM.

На начальном этапе обучения, когда основная цель – показать обучающимся, что теоретические знания по разным предметам могут применяться на практике и быть взаимосвязаны, целесообразно проводить несложные, но занимательные STEM-проекты. Примером такого проекта может служить исследования спиннера. Спиннер (fidjet spinner) является разновидностью гироскопа – устройства, имеющего одну ось и сохраняющего свое положение постоянно. Спиннер изначально был придуман как тренажер для развития мелкой моторики, успокоения при долгом ожидании или во время избавления от вредных привычек, а также он помогал сосредоточиться. Но со временем у него открылся и образовательный потенциал, так как им можно заменить любое устройство, ограничивающее время на выполнение задания (часы, секундомер и т.п.), кубики или другое устройство, позволяющее выбрать случайное число, а также он может являться кинестетической и визуальной опорой. Однако следует заметить, что использование спиннера в учебном процессе должно проходить под чутким руководством педагога, чтобы этот инструмент не превратился в бесполезную игрушку. Такие вещи, рассчитанные на кинестетическое восприятие, сопутствуют человеку с древнейших времен, достаточно вспомнить четки или иудейские ханукальные волчки. Можно еще вспомнить, как абакус потеснил калькулятор, развивая мозг с помощью ментальной арифметики. И несмотря на информатизацию образования, механические учебные инструменты будут всегда востребованы.

Одним из таких инструментов является спиннер. Его можно использовать как для проектной учебной деятельности в урочное и внеурочное время, так и в качестве отдельного этапа на любом занятии.

Проектное обучение является моделью обучения, ломающей стереотипы и выходящей за рамки традиционной практики краткосрочного, изолированного, ориентированного на учителя преподавания, – это тщательно спланированная учебная деятельность. Знания, полученные от подобного обучения, являются долгосрочными, так как разные учебные предметы взаимодействуют между собой, а не изучаются отдельно.

При создании проекта необходимо учитывать, что качество приобретаемых знаний, умений и навыков, развитие умственных способностей обучающихся (в том числе и в военных вузах) зависят от правильности создания ориентировочной основы деятельности (ООД) [2, 200], который представляет собой текстуально или графически оформленную модель, порядок выполнения действий и систему условий для его успешного осуществления. Через несколько различных этапов необходимые действия становятся знанием и откладываются в памяти обучающегося. Для этого обязательно должны пройти теоретический, материальный и речевой этапы, на которых сначала исследуется объект, потом создается его модель, а затем все действия проговариваются вслух и про себя. Алгоритмическое мышление не мешает дивергентному и оставляет место для творчества.Рассмотрим подробнее, как использовать спиннер в STEM-проекте.

Во время работы над проектом обучающиеся:

• Наблюдают за спиннерами;
• Разрабатывают техники вращения;
• Исследуют продолжительность вращения;
• Ищут среднее арифметическое;
• Работают над теорией вероятности:
• Изображают цифровые данные в виде диаграмм и гистограмм;
• Сравнивают различные виды данных;
• Узнают о погрешности и вычисляют ее;
• Исследуют вращение и связь с гироскопом;
• Моделируют, создавая чертеж, и по чертежу – реальный объект;
• Повторяют глаголы движения;
• Убеждаются в необходимости четко соблюдать инструкции;
• Исследуют влияние различных материалов и внешнего вида прибора на аэродинамические характеристики;
  Создают видеоролик с замедленной съемкой вращения.

За время работы над проектом обучающиеся проходят от двух до шести этапов.
Первая стадия работы над проектом – стадия вызова, на которой обучающийся должен опираться на собственный опыт. Однако проведение опроса по изучаемой теме обычно не дает нужного эффекта заинтересованности. В современной методике для этого используется вербальная опора, представляющая собой таблицу верных и неверных суждений, первую часть которой обучающиеся заполняют до получения теоретического объема информации по теме (из текста или лекции), а вторую – после изучения материала. Таблица «Верные-неверные утверждения» – универсальный прием технологии развития критического мышления, позволяющий работать с любыми видами текста. Степень заинтересованности зависит и от мастерства преподавателя, составляющего эти утверждения.

 

Утверждение	До	После
	чтения текста
Спиннер – разновидность гироскопа		+
Впервые на практике гироскоп был применён в 1880-х годахинженером Обри для стабилизации курса торпеды		+
Впервые гироскоп использовал Фуко в 1852 г. дляэкспериментальной демонстрации вращения Земли		+
Юла ничем не отличается от гироскопа		—
Поскольку прецизионные гироскопы используются в системах наведения стратегических ракет большой дальности, во время холодной войны информация об исследованиях, проводимых в этойобласти, классифицировалась как секретная		+
Принцип спиннера используется в смартфонах и игровых приставках		+

После заполнения первого столбца таблицы можно раздать обучающимся текст о вращении, где упоминались бы приведенные в таблице факты и рассказывалось бы не только о вращении в природе и окружающем нас мире (в том числе о вращении Земли), но и об использовании гироскопа в военной инженерии, движении часов, тренировке вестибулярного аппарата спортсменов и балерин с помощью естественного и искусственно созданного (с помощью тренажеров) вращения. По окончании чтения предлагается заполнить второй столбец таблицы, закрепляя полученные знания.

Этот этап реализует одно из требований, к современному обучению – «умение воспринимать изучаемый предмет не в застывшем виде, а в развитии во взаимосвязи с другими предметами» [3, 317].

Последующие этапы могут быть использованы полностью или частично в необходимом порядке для решения поставленной педагогической задачи.
Этап «Важность инструкции». Широко известно, что очень много проблем в современном мире происходит из-за того, что люди не любят, не хотят и не умеют читать инструкции. Для будущих инженеров важно вырабатывать это умение. Важно понять различие между «слушать» и «слышать». На этом этапе обучающимся дается возможность сравнить аудиальную и вербальную инструкции.

Каждому обучающемуся выдается обычный лист бумаги. Педагог просит обучающихся взять лист в руки, закрыть глаза и четко следовать устным инструкциям. Далее зачитывается инструкция, которую педагог сам выполняет тоже:

1. Сверните лист пополам.
2. Оторвите правый верхний угол.
3. Еще раз сверните лист пополам.
4. Оторвите левый верхний угол.
5. Сверните лист пополам еще раз.
6. Оторвите правый нижний угол.

Далее предлагается открыть глаза и сравнить результаты. Практически у всех фигуры получатся разные.
Здесь необходимо уделить немного времени на обсуждение. Можно спросить обучающихся, было бы им легче выполнить задание, если бы у них оказалась еще и визуальная опора – с помощью открытых глаз наблюдать за действиями педагога. Что произошло бы, имей они возможность задать уточняющие вопросы до того, как выполнить указание? Важно обратить внимание обучающихся на то, что многие ошибки и проблемы происходят из-за того, что мы можем неправильно интерпретировать сказанное нам, и нас тоже могут неверно понять. Довольно сложно сделать одностороннюю передачу информации эффективной.

Когда обучающиеся убедятся в том, что инструкции необходимо внимательно читать и соблюдать, выполните следующее задание:

Прочитайте инструкцию и решите примеры. После прочтения инструкции запустите спиннер в руке или на столе и постарайтесь решить как можно больше примеров. Инструкция: При решении этих арифметических примеров знак «+» будет означать умножение, знак «:» — сложение, знак «-» деление и знак «х» — вычитание. Приступайте!
пример	ответ	пример	ответ
8+2=		5+6=
9+11=		2х1=
4х3=		10-5=
6:2=		12+2=
9-3=		6:6=
7х4=		8+5=
4+4=		17х2=
8-4=		14:7=
9+11=		14-7=
12х2=		8+3=
20-10=		8х7=
9-1=		10-2=

 

Далее, когда спиннеры остановятся и примеры (или их часть) будут решены, необходимо сверить результаты. Если ответы не совпадут, то имеет смысл предложить перечитать инструкцию и понять источник ошибки. Необходимо проанализировать, что важно сначала оценить обстановку, а потом уже действовать. Педагог может привести аналогию со стрельбищем, где необходимо быстро сориентироваться, прицелиться и выстрелить, так как быстрая, но беспорядочная стрельба не принесет нужного результата.
Кроме умения читать инструкцию, необходимо вырабатывать оптимально успешную стратегию выполнения задания. Для этого следует узнать, как именно обучающиеся решали примеры – по очереди или сначала все на умножение, потом на сложение и так далее. Несомненно, второй вариант решения более успешен. Для демонстрации выигрышной стратегии можно провести сравнительный эксперимент.

Следующий этап – «Обработка результатов измерений при проведении физического эксперимента». На этом этапе необходимо провести физический эксперимент. Это может быть как индивидуальная, так и коллективная (групповая) работа. Кроме спиннера, на этом этапе потребуется секундомер. Каждый спиннер необходимо по 10 раз прокрутить (удобно делать это одновременно в группе) в 3 положениях (как минимум).

Далее следует предложить вычислить среднее значение по каждому из трех вариантов, а потом по всем трем вместе.
По всем результатам необходимо построить столбчатую диаграмму, отмечая высотой количество секунд. Таким образом образуется диапазон, в который попадает измерение от самого короткого запуска спиннера до самого длинного. Теперь надо построить гистограмму [5].

На миллиметровой бумаге по оси абсцисс (ось времени) отложить через равные интервалы значения Х (количество секунд за одно измерение) для всего диапазона. Рекомендуется отмечать Х через интервал 2 секунды, начиная со значения, кратного 2 с. На оси абсцисс следует отметить значения начиная, например, так: 40, 42, 44,… 240 с.
Для построения гистограммы распределения результатов измерения нужно отложить на оси ординат число результатов, попавших в каждый интервал, следующим образом.

Ось ординат разметить так, чтобы одно деление соответствовало одному результату измерения. Взять первое значение измерения спиннера, определить, в какой интервал оси Х оно попадает и построить в этом интервале прямоугольник высотой в одно деление. Затем повторить эту операцию для всех значений.

Распределив таким образом все полученные в опыте значения по интервалам, получим ступенчатую кривую – гистограмму распределения результатов и, следовательно, можем подсчитать, сколько раз результаты измерения попали в каждый интервал. Случаи, когда показание спиннера равно граничному значению между двумя соседними интервалами, распределить поровну между этими интервалами.

Далее следует проанализировать эту гистограмму для определения случайной погрешности. Случайная погрешность – это составляющая погрешности измерения, которая изменяется случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины. Для вычисления средней квадратичной погрешности единичного измерения необходимо произвести вычисление по формуле, в которой х1 – это первый результат измерения, x с чертой – среднее значение всех измерений, а n – количество измерений. Вычислив среднюю квадратичную погрешность находим диапазон, равный прибавлению и вычитанию погрешности к среднему значению. Затем по гистограмме определяем, сколько результатов попало в этот диапазон и делим его на общее количество результатов. Так получаем частоту попаданий. Чем больше измерений, тем точнее результат.
Можно сравнить результаты в команде или во всей группе.

Визуализация полученных математических результатов физического эксперимента позволяет показать метапредметность проекта. Визуальная информация намного лучше воспринимается, сравнивается и запоминается.

Следующий этап – «Теория вероятностей». На этом этапе спиннер будет использоваться как рулетка, для чего необходимо пометить одну из его лопастей (приклеить кусочек бумаги, пометить маркером или корректирующей жидкостью), но так, чтобы не нарушить его аэродинамические свойства. Необходимы листы бумаги с кругами, разделенными на несколько цветных секторов, где на разных листах количество секторов разное и несколько секторов могут быть раскрашены в одинаковый цвет.

Спиннер сначала крутится в центре круга, а затем обучающиеся отвечают на несколько вопросов (количество регулируется педагогом):

1. Какова вероятность того, что выпадет красный цвет?
2. Какова вероятность того, что выпадет сначала красный, а потом синий?
3. Какова вероятность того, что спиннер попадет дважды на один сектор?

Затем предлагается измерить сколько информации (в битах) несут в себе ответы на предыдущие вопросы. Это определяется по формуле Хартли:
I=log2N

Здесь I – количество информации, содержащееся в сообщении об одном из N равновероятностных событий.
Для этого этапа необходимы знания по алгебре и информатике на уровне старшей школы или таблица значений этого логарифмического выражения. Если существует такая потребность, то можно напомнить правила вычисления вероятности в процентах, представив их как в виде небольшой письменной инструкции, так и в виде устного опроса.
Следующий этап – «Моделирование». Обучающимся необходимо нарисовать чертеж имеющегося в наличии спиннера и придумать свой, объяснив, какие особенности необходимо соблюдать, чтобы улучшить аэродинамику.

Если на этапе проведения физического эксперимента были использованы несколько различных по форме или материалу спиннеров, то необходимо провести сравнение их аэродинамических особенностей и наличие или отсутствие утяжелителей на лопастях.
Затем можно продолжить предыдущий этап – раскрасить стандартный спиннер или придумать необычный вид, уже обращая внимание больше на внешний вид, чем на аэродинамические характеристики.

Еще один этап – «Сравнение». Применение этой опоры способствует развитию аналитико- синтезирующего мышления. На листе в двух столбцах записаны глаголы движения на двух языках. Необходимо соотнести слово и перевод за то короткое время, пока будет крутиться спиннер.
Этот этап можно провести как в письменной, так и в устной форме, когда обучающихся зачитывает слово и его перевод.
Если уровень владения иностранным языком позволяет, то модно описать последовательность действий для выполнения какого-либо трюка со спиннером. Возможно сравнение спиннера с юлой или любым другим предметом, что поможет плавно перейти к следующей стадии проекта.

Следующий этап – «Кубик». На этом этапе применяется опора с одноименным названием, помогающая генерировать идеи, смотреть на один и тот же предмет с разных сторон и проводить аналогии, чтобы лучше понять предмет исследования.

Необходимо сравнить и проанализировать спиннер, ветряную мельницу и вертолет. Можно распределить устройства по группам и рассматривать грани мысленного куба одновременно для всех трех объектов.

Обучающимся предлагается мысленно поместить предмет в центр прозрачного куба, как в аквариум, и взглянуть в него с каждой стороны. Граней у куба шесть, и все они представляют разные ракурсы, разные варианты рассмотрения.

Это могут быть следующие шесть действий:

1. Опишите обсуждаемый предмет (что он собой представляет?). Одна группа описывает спиннер, другая вертолет, третья – ветряную мельницу.
2. Сравните его (на что он похож, а на что – нет?). Здесь сравниваем между собой все три предмета.
3. Проанализируйте его (из каких частей он состоит?). Сравниваем материал, из которого сделаны все три объекта, определяем, могут ли спиннер и ветряная мельница взлететь, как вертолет, то есть чем отличаются лопасти.
4. Свяжите его с чем-нибудь (что он вам напоминает? с чем ассоциируется?). Провести ассоциации со всеми тремя предметами.
5. Найдите ему применение (что с ним можно делать? как можно использовать?). Здесь нет смысла спрашивать, как можно использовать вертолет, поэтому все группы находят необычное применение для спиннера.
6. Выступите за или против него (выскажите аргументы, пусть даже нелепые). На этом этапе следует задать вопрос, может ли спиннер повысить интерес к предмету и стоит ли его использовать в учебном процессе. Можно уточнить еще и возраст обучающихся.

На данном этапе возможно использование «мозгового штурма», чтобы систематизировать идеи и подтолкнуть обучающихся к созданию ассоциативного ряда. Активизация воображения создает положительное эмоциональное отношение к объекту (например, спиннеру), что благотворно влияет на учебную мотивацию. Все это повышает вовлеченность обучающихся в проект, в групповую деятельность и помогает полученным знаниям перейти в умения и навыки, что невозможно без самостоятельной аналитико-ассоциативной работы участников проекта.

Следующий этап – «Видеоролик», который требует наличие мобильного телефона, планшета или другого устройства с камерой, чтобы снять видеоролик. Интересной получается именно замедленная съемка, осуществить которую можно с помощью приложения Slow Movie Camera (Камера замедленной съемки), которое предназначено как раз для съемки движущихся объектов.

Этот этап не является обязательным и несет в себе скорее эмоциональную, чем учебную нагрузку. Чтобы привнести в него дополнительный дидактический смысл, можно создать стихотворную ассоциативную опору, частично связанную с предыдущим этапом. Это синквейн.

В переводе с французского слово «синквейн» означает стихотворение из пяти строк, которое пишется по определенным правилам. Составление синквейна требует от обучающегося в кратких выражениях резюмировать учебный материал, информацию, что позволяет рефлексировать по какому-либо поводу. Это форма свободного творчества, но по определенным правилам.

Правила составления синквейна:

1. В первой строке одним словом обозначается тема (именем существительным).
2. Вторая строка – описание темы двумя словами (прилагательные).
3. Третья строка – описание действия в рамках этой темы тремя словами (глаголы, причастия).
4. Четвертая строка – фраза из четырех слов, выражающая отношение к теме (разные части речи).
5. Пятая строка – одно слово, синоним темы.

Можно зачитать полученный синквейн как аудиосопровождение к видеоролику.

Педагоги часто недооценивают возможности применения спиннера в учебном процессе или считают, что у данного устройства есть возрастные ограничения, то есть он подходит только для начальной школы. Описанный выше проект показывает, что спиннер можно применять не только в школе, но и в вузе. Главное, чтобы преподаватель шагал в ногу со временем и умел приспособить современные тенденции и увлечения на благо обучению. Это нехитрое устройство не только помогает сосредоточиться, но и может выступать в качестве счетчика времени и датчика случайных чисел, при этом развивается и мелкая моторика рук, благотворно влияющая на развитие мышления. Спиннер можно воспринимать и как визуально-кинестетический мотиватор.

Одно из основополагающих понятий, использующихся в обучении системному мышлению – временной диапазон [1, 128]. Это интервал времени, в течении которого система демонстрирует всю свою модель поведения. Этот промежуток необходим для того, чтобы выяснить все варианты откликов системы на все виды воздействий, которые только можно произвести. С одной стороны, спиннер выступает таким временным ограничителем, а с другой – системой, которая окликается на внешние воздействия обучающегося.
Также из проекта видно, что очень важны и метапредметные связи и особенности моделирования натурных моделей. Создание чертежа, понимание особенностей аэродинамических характеристик и физических принципов работы гироскопа могут благоприятно повлиять на дальнейший профессиональный рост будущих инженеров, подталкивая их к изобретению новых и совершенствованию старых механизмов и устройств.

Литература:

1. Бут Свини Л., Медоуз Д. Игры для развития системного мышления; пер. с англ. Е.С. Оганесян; под ред. Н.П. Тарасовой. / Свини Л.Бут, Д. Медоуз – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014. – 302 с.
2. Военная педагогика: Учебник для вузов. 2-е изд., испр. и доп. / под ред. О.Ю. Ефремова. – СПб.: Питер, 2017. – 640 с.
3. Меерович М., Шрагина Л. Технология творческого мышления. – 3-е изд., испр. и доп. / М. Меерович, Л. Шрагина – М.: Альпина Паблишер, 2017. – 506 с.
4. Методика преподавания в высшей школе: учеб.-практич. пособие / В.И. Блинов, В.Г. Виненко, И.С. Сергеев. – М.: Издательство Юрайт, 2017. – 315 с.
5. Савельева А.И., Фетисов И.Н. Обработка результатов измерения при проведении физического эксперимента: Методические указания к лабораторной работе М-1 по курсу «Общая физика» / Под ред. С.П. Ерковича. – М.: Изд-во МГТУ, 1990. – 32 с.