УДК 372.862

Аннотация: в статье рассматривается методика проведения урока труда (технологии) в 9 классе по теме «Прототип и прототипирование» с интеграцией STEM-подхода. Практическая часть урока построена на работе с конструктором LEGO, что позволяет учащимся пройти полный цикл прототипирования — от идеи до функциональной модели. . создать уникальную образовательную среду, которая способствует развитию инженерного, конструкторского мышления. Представлены структура урока, содержание этапов, критерии оценивания и методические рекомендации

Ключевые слова: STEM-образование; прототипирование; урок труда; LEGO-конструирование; проектная деятельность; инженерное мышление; командная работа; техническое творчество; практико-ориентированное обучение; моделирование

Современное технологическое образование переживает трансформацию: от репродуктивного освоения трудовых операций к формированию инженерного мышления, способности решать комплексные задачи и создавать инновационные продукты. STEM-подход (Science, Technology, Engineering, Mathematics) обеспечивает междисциплинарную интеграцию, превращая урок труда в пространство для подлинного конструирования и проектирования. Одной из проблем в реализации программы труда в 9х класса является нехватка  практико-ориентированных задач.

Отечественные наука и техника нуждаются в специалистах, которые смогут поднять техническое оснащение различных видов производства на уровень, соответствующий современным мировым стандартам, и сократить отставание от передовых стран в технической области, в том числе и в роботостроении. Кроме того, актуальность данной программы возрастает в условиях интенсивного развития Краснодарского края в области промышленности, потребности региона в технических кадрах.

Исследования учёных (в том числе Л. С. Выготского и А. Н. Леонтьева) доказали, что только в детстве могут быть заложены основы творческой личности, сформирован особый склад ума — конструкторский. Эффективным путём развития устойчивого интереса детей и подростков к науке и технике являются занятия на уроках труда, что согласуется с идеями отечественной психологии о ведущей роли деятельности в становлении личности.

Тема «Прототип и прототипирование» занимает особое место в программе 9 класса, поскольку именно здесь учащиеся впервые системно знакомятся с этапами создания продукта — от замысла до испытательного образца. Использование LEGO-конструктора в качестве инструмента прототипирования делает этот процесс наглядным, тактильным и итеративным, что соответствует возрастным особенностям девятиклассников и принципам деятельностного обучения.

В рамках STEM‑подхода реализуется принцип междисциплинарной интеграции, предполагающий синхронное освоение четырёх предметных областей, каждая из которых вносит специфический вклад в формирование инженерного мышления обучающихся.

Научная составляющая (Science) ориентирована на осмысление фундаментальных физических принципов — таких как прочность, устойчивость и распределение нагрузки, — что позволяет учащимся выстраивать причинно‑следственные связи между конструктивными решениями и их функциональными последствиями. Технологический компонент (Technology) обеспечивает освоение базовых трудовых операций: работы с чертежом, приёмов сборки и грамотного использования инструментов, формируя операциональную основу технической деятельности. Инженерная линия (Engineering) реализуется через цикл проектирования, включающий итеративное улучшение и тестирование конструкции, и тем самым развивает способность к системному решению задач и оценке эффективности проектных решений. Математическая составляющая (Mathematics) проявляется в расчёте геометрических параметров — размеров, пропорций, симметрии — а также в количественном учёте элементов конструкции, что способствует развитию точности, формализации замысла и верификации проектных данных.

Прототипирование — итеративный процесс создания, тестирования и доработки прототипа. С позиций концепции развивающего обучения В. В. Давыдова цикличность данного процесса (создание — проверка — корректировка) рассматривается как ключевой механизм освоения сложных видов деятельности: каждая итерация способствует углублению понимания задачи, уточнению критериев качества и развитию способности к рефлексии собственных проектных решений. Такой подход органично встраивается в STEM‑обучение и инженерную педагогику, обеспечивая интеграцию теоретических знаний и практических умений в едином образовательном цикле.

Включает этапы:

- формулировка задачи и требований;

- генерация идей (мозговой штурм, скетчи);

- создание первичной модели (low-fidelity prototype);

- тестирование и анализ;

- доработка и создание улучшенной версии (high-fidelity prototype);

- презентация результата.

LEGO-конструктор (в том числе LEGO Technic, LEGO Education SPIKE или классический LEGO System) отвечает требованиям STEM-урока:

- модульность позволяет быстро собирать и разбирать прототипы;

- стандартизация деталей имитирует реальные производственные допуски;

- возможность создавать подвижные механизмы (шестерни, рычаги, оси);

- низкий «порог входа» — ученик сразу переходит к конструированию;

- наглядность итеративности: ошибку видно и можно исправить за минуты.

Цели и планируемые результаты урока

Цели:

- образовательная: сформировать представления о прототипе, этапах и методах прототипирования; научить создавать функциональный прототип из конструктора LEGO;

- развивающая: развить инженерное мышление, пространственное воображение, навыки командной работы и критического анализа;

- воспитательная: воспитать культуру проектной деятельности, уважение к итеративному процессу, умение принимать конструктивную критику.

Планируемые результаты (по ФГОС):

- предметные: знание терминов «прототип», «прототипирование», «техническое задание»; умение собрать модель по собственному эскизу;

-

Личностные результаты – это сформировавшаяся в образовательном процессе система ценностных отношений учащихся к себе, другим участникам образовательного процесса, самому образовательному процессу, объектам познания, результатам образовательной деятельности. формирование инженерной идентичности, мотивация к созидательной деятельности.

Обучающийся сможет:

• получить представления об информации как важнейшем стратегическом ресурсе развития личности, государства, общества;
• понимать роль информационных процессов в современном мире;
• владеть первичными навыками анализа и критичной оценки получаемой информации;
• ответственно относиться к информации с учетом правовых и этических аспектов ее распространения;
• развить чувство личной ответственности за качество окружающей информационной среды;
• развить способность увязать учебное содержание с собственным жизненным опытом, понять значимость подготовки в области информатики и ИКТ в условиях развития информационного общества;
• быть готовым к повышению своего образовательного уровня и продолжению обучения с использованием средств и методов информатики и ИКТ;
• развивать способность и готовность к общению и сотрудничеству со сверстниками и взрослыми в процессе образовательной, общественно-полезной, учебно-исследовательской, творческой деятельности;
• развивать способность и готовность к принятию ценностей здорового образа жизни за счет знания основных гигиенических, эргономических и технических условий безопасной эксплуатации средств ИКТ.

Метапредметные результаты – освоенные обучающимися на базе одного, нескольких или всех учебных предметов способы деятельности, применимые как в рамках образовательного процесса, так и в других жизненных ситуациях. владение общепредметными  понятиями  «объект»,  «система»,  «модель»,  «алгоритм»,

«исполнитель» и др.;

• владение общепредметными  понятиями  «объект»,  «система»,  «модель»,

«алгоритм», «исполнитель» и др.;

• владение информационно-логическими умениями: определять понятия, создавать обобщения, устанавливать аналогии, классифицировать, самостоятельно выбирать основания и критерии для классификации, устанавливать причинно-следственные связи, строить логическое рассуждение, умозаключение (индуктивное, дедуктивное и по аналогии) и делать выводы;
• владение умениями самостоятельно планировать пути достижения целей; соотносить свои действия с планируемыми результатами, осуществлять контроль своей деятельности, определять способы действий в рамках предложенных условий, корректировать свои действия в соответствии с изменяющейся ситуацией; оценивать правильность выполнения учебной задачи;владение основами самоконтроля, самооценки, принятия решений и осуществления осознанного выбора в учебной и познавательной деятельности; владение основными универсальными умениями информационного характера: постановка и формулирование проблемы; поиск и выделение необходимой информации, применение методов информационного поиска; структурирование и визуализация информации; выбор наиболее эффективных способов решения задач в зависимости от конкретных условий; самостоятельное создание алгоритмов деятельности при решении проблем творческого и поискового характера;
• владение информационным моделированием как основным методом приобретения знаний: умение преобразовывать объект из чувственной формы в пространственно-графическую или знаково-символическую модель; умение строить разнообразные информационные структуры для описания объектов; умение «читать» таблицы, графики, диаграммы, схемы и т.д., самостоятельно перекодировать информацию из одной знаковой системы в другую; умение выбирать

Предметные результаты

Обучающийся научится:

• правилам безопасной работы;
• основным компонентам конструктора LEGO;;
• конструктивным особенностям различных моделей, сооружений и механизмов;
• видам подвижных и неподвижных соединений в конструкторе;
• основным приемам конструирования роботов;
• определять конструктивные особенности различных роботов;
• использованию написанных программ;
• самостоятельному решению технических задач в процессе конструирования роботов (планирование предстоящих действий, самоконтроль, применять полученные знания, приемы и опыт конструирования с использованием специальных элементов, и других объектов и т.д.);
• процессу создания реально действующих моделей роботов при помощи специальных элементов по разработанной схеме, по собственному замыслу;
• создавать программы на компьютере для различных роботов;
• корректировать программы при необходимости;
• демонстрировать технические возможности роботов;

Обучающийся получит возможность научиться:

• работать с литературой, с журналами, с каталогами, в интернете (изучать, анализировать и обрабатывать информацию);
• самостоятельно решать технические задачи в процессе конструирования роботов (планирование предстоящих действий, самоконтроль, применять полученные знания, приемы и опыт конструирования с использованием специальных элементов и т.д.);

создавать действующие модели роботов на основе конструктора LEGO;

• корректировать программы при необходимости;
• демонстрировать технические возможности роботов.
• Иметь общие представления о значение роботов в жизни человека.
• Иметь общее представление о среде программирования модуля, основных блоках.
• Иметь представление о видах соединений и передач.

Материально‑техническое обеспечение занятия включает наборы LEGO Technic / Education (по одному на команду) для сборки прототипов, карточки с техническим заданием — для формулировки задачи, а также листы формата А4, карандаши и линейки, необходимые на этапе эскизирования. Для тестирования конструкций используются грузики, монеты, шарики и фен; результаты испытаний фиксируются в листе испытаний (в печатной форме). Теоретический блок реализуется с помощью проектора и презентации, а мотивационный компонент поддерживается демонстрацией видеоролика о прототипировании. Контроль временных рамок осуществляется посредством секундомера.

Структура урока (90 минут — сдвоенный урок)

Содержание этапов урока

Мотивация (этап 2)

Учитель демонстрирует короткий видеоролик (2–3 мин) о том, как создаются прототипы автомобилей, зданий или гаджетов. Акцент: ни один серийный продукт не появляется без десятков черновых моделей.

Проблемный вопрос: «Можно ли создать работающую модель моста, подъёмного крана или транспортёра за 25 минут, не имея металлических деталей и сварки?»

Учащиеся формулируют гипотезы, учитель подводит к теме урока.

Теоретический блок (этап 3)

Содержание мини-лекции (с презентацией):

Определение прототипа; отличие прототипа от макета и серийного изделия.

Виды прототипов: концептуальный, функциональный, предсерийный.

Итеративная модель прототипирования (цикл «создай → проверь → улучши»).

Примеры из истории: прототипы Леонардо да Винчи, авиационные макеты, 3D-печать сегодня.

Роль прототипирования в профессиях: инженер, архитектор, промышленный дизайнер, робототехник.

Интерактив: ученики приводят собственные примеры прототипов из жизни (черновой рисунок, пробная выпечка, набросок приложения).

Постановка проектной задачи (этап 4)

Каждая команда получает техническое задание (карточка). Варианты заданий на выбор или по жребию:

Таблица 1  Карточки с техническим заданием:

Вариант 1:

Вариант 2

Вариант 3

Вариант 4

.

 На усмотрение учителя отдельно можно добавить следующие критерии к  ТЗ :

• ограничения по количеству деталей (например, не более 120 элементов);
• эстетичность исполнения

Эскизирование (этап 5)

Команды на листах А4 выполняют:

• эскиз будущего прототипа (вид спереди, сбоку);
• перечень необходимых деталей;
• распределение ролей (конструктор, инженер-испытатель, документатор, спикер).

Учитель акцентирует: «Эскиз — это тоже прототип, только графический. Ошибка на бумаге стоит дешевле ошибки в металле».

Сборка прототипа из LEGO (этап 6)

Практическая работа:

Команды получают наборы LEGO (Technic / Education / System — в зависимости от оснащения кабинета).

Сборка ведётся строго по эскизу, но допускается корректировка в процессе (принцип итеративности).

Учитель выступает в роли фасилитатора: задаёт наводящие вопросы, не даёт готовых решений.

STEM-акценты на данном этапе:

S: ученики проверяют, где конструкция испытывает нагрузку на изгиб, где на сжатие;

T: осваивают типы соединений (штыревое, осевое, зубчатое);

E: принимают проектные решения, выбирают между вариантами;

M: считают количество деталей, выдерживают размеры в «модулях» LEGO (1 модуль = 8 мм).

Тестирование и доработка (этап 7)

Каждая команда проводит испытание согласно ТЗ:

Мост → нагружение грузиками.

Кран → подъём груза.

Транспортёр → запуск шарика.

Башня → обдув феном.

Результаты фиксируются в листе испытаний (таблица: параметр / требование / факт / пройдено-не пройдено).

Если прототип не отвечает требованиям — команда вносит изменения (не более 7 минут на доработку). Это ключевой момент: ученики переживают итерацию на практике.

Презентация и защита (этап 8)

Каждая команда за 2–3 минуты:

Показывает прототип.

Кратко объясняет конструкторское решение.

Сообщает результаты испытаний.

Называет, что бы улучшила при наличии дополнительного времени.

Остальные ученики задают вопросы, дают конструктивную обратную связь по модели «2 плюса + 1 предложение».

Рефлексия (этап 9)

Учитель организует короткое обсуждение:

Что оказалось самым сложным: придумать, собрать или переделать?

Чем прототип отличается от готового изделия?

Где в реальной жизни вы сталкиваетесь с прототипированием?

Домашнее задание (на выбор):

Написать мини-эссе «Прототип, который изменит мою жизнь» (10–12 предложений).

Сфотографировать любой бытовой предмет и описать, каким мог быть его первый прототип.

По желанию: собрать дома из любого конструктора улучшенную версию классного прототипа и снять видео на 1 минуту.

Критерии оценивания

Оценивание проводится по 5-балльной шкале с учётом четырёх критериев:

Таблица 2 Критерии оценивания урока.

Итоговая отметка складывается из суммы (максимум 20 баллов → перевод в 5-балльную шкалу). Дополнительно учитывается итеративность: команда, которая внесла осознанные доработки после первого испытания, получает бонусный балл.

Методические рекомендации. Не подменяйте прототип инструкцией. Если ученики собирают строго по схеме LEGO — это воспроизведение, а не прототипирование. Задача учителя — задать требования, но не давать алгоритм сборки.

Легитимизируйте ошибку. На этапе тестирования важно подчеркнуть: неработающий прототип — не провал, а источник данных. Введите формулу: «Прототип не сломался — он показал слабое место».

Дифференциация. Для сильных команд усложняйте ТЗ (добавьте ограничение по массе, введите подвижный элемент). Для команд, испытывающих трудности, предложите упрощённый вариант задания или разрешите использовать подсказку-схему одного узла.

Связь с другими предметами. На этапе расчётов привлекайте знания из физики (рычаг, момент силы) и математики (пропорции, симметрия). Это усиливает STEM-составляющую и показывает прикладную ценность школьных предметов.

Временная дисциплина. Практическая часть склонна «растекаться». Используйте визуальный таймер на проекторе. Чётко обозначьте: 10 минут на эскиз, 25 на сборку, 7 на доработку.

Расширение. При наличии LEGO Education SPIKE Prime или Mindstorms можно добавить этап программирования: прототип транспортёра приводится в действие мотором, а кран управляется датчиком. Это переводит урок на уровень полноценной робототехники.

Пример листа испытаний (раздаточный материал)

ЛИСТ ИСПЫТАНИЙ ПРОТОТИПА

Команда: _______________________________________   Класс: 9 «___»

Задание: ____________________________________________________

Внесённые доработки после 1го испытания__________________________________________________________________________________________

Вывод: ______________________________________________________

Урок труда по теме «Прототип и прототипирование», выстроенный в логике STEM и опирающийся на работу с LEGO-конструктором, превращает абстрактное понятие «прототип» в осязаемый, проживаемый опыт. Девятиклассники не просто узнают, что такое итеративное проектирование, а проходят его «руками»: чертят, собирают, ломают, переделывают, защищают. Именно эта последовательность формирует инженерную культуру, критическое мышление и готовность к проектной деятельности в старшей школе и за её пределами.

LEGO в данном контексте — не игрушка, а полноценный инженерный инструмент быстрого прототипирования, доступный, безопасный и мотивирующий. Его модульная природа идеально моделирует принцип «создай → проверь → улучши», лежащий в основе любого современного производственного цикла.

1. Финляндии и перспективы для России // Вестник образования. — 2022. — № 4. — С. 52–61.
2. Сафронов А. В. Прототипирование в школьном технологическом образовании // Технология. Всё для учителя. — 2024. — № 2. — С. 14–21.
3. Автоматизированные устройства. ПервоРобот. Книга для учителя. К книге прилагается компакт-диск с видеофильмами, открывающими занятия по теме. LEGO Group, перевод ИНТ, - 134 с., илл.
4. Безбородова Т.В. «Первые шаги в геометрии», - М.: «Просвещение», 2009
5. Беспалько В.П. Основы теории педагогических систем. – Воронеж: изд-во воронежского университета, 2002 г.
6. Возобновляемые источники энергии. Книга для учителя. LEGO Group, перевод ИНТ, -122 с., илл.
7. Волкова С.В. «Конструирование», - М: «Просвещение», 2010г.

Перейти к публикациям для педагогов в печатном журнале с получением сертификата 

Список литературы

8. Федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования (обновлённый, 2021).
9. Концепция технологического образования в Российской Федерации. — М., 2020.
10. Копосов Д. Г. STEM-образование: опыт
11. Индустрия развлечений. ПервоРобот. Книга для учителя и сборник проектов. LEGO Group, перевод ИНТ, - 87 с., илл.
12. Комплект методических материалов «Перворобот». Институт новых технологий.
13. Перебаскин А.В. Бахметьев А.А. Маркировка электронных компонентов. М: Додэка-XXI, 2003.
14. Поташник М. М. Управление развитием школы – М.: Знание, 2001 г.
15. Технология и информатика: проекты и задания. ПервоРобот. Книга для учителя. – М:ИНТ. – 80 с.
16. Технология и физика. Книга для учителя. LEGO Educational/ Перевод на русский – ИНТ
17. Тришина С. В. Информационная компетентность как педагогическая категория [Электронный ресурс]. ИНТЕРНЕТ-ЖУРНАЛ «ЭЙДОС»
18. Хуторской А.В. Современная дидактика. – М., 2001
19. Филиппов С.А. Робототехника для детей и родителей. – СПб: Наука, 2010
20. Чехлова А. В., Якушкин П. А. «Конструкторы LEGO DAKTA в курсе информационных технологий. Введение в робототехнику». – М.: ИНТ, 2001 г.