Главные вкладки

    Легоконструирование и образовательная робототехника
    методическая разработка по информатике и икт по теме

    Саенко Сергей Петрович

    Статья по использованию образовательной робототехники и легоконструирования в урочной и внеурочной деятельности учащихся

    Скачать:

    ВложениеРазмер
    Файл legokonstruirovanie_i_obrazovatelnaya_robototekhnika.docx554.44 КБ

    Предварительный просмотр:

    ОРГАНИЗАЦИЯ ВНЕУРОЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ШКОЛЬНИКОВ ПО ОСНОВАМ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ РОБОТОТЕХНИКИ

    Единственный путь, ведущий к знаниям, - это деятельность. (Б. Шоу)

    СИСТЕМНО-ДЕЯТЕЛЬНОСТНЫЙ ПОДХОД

    К концу 4–началу 5 класса у учащихся часто падает интерес, мотивация к обучению, соответственно, снижается успеваемость и качество обучения.

    Как сделать обучение интересным? Это очень актуальный, значимый вопрос, стоящий как перед современным учителем, школой,  так и перед системой образования в целом.  

    Такую стратегию обучения позволяет реализовать образовательная среда LEGO и новая образовательная область  – робототехника.

    В соответствии с ФГОС второго поколения учащийся не получает знания в готовом виде, а добывает их сам в процессе собственной учебно-познавательной деятельности. Т.е. в основе ФГОС лежит системно-деятельностный подход в обучении. В процессе обучения педагог формирует универсальные учебные действия (УУД): личностные, регулятивные, коммуникативные, предметные.

    В результате внеурочной деятельности по легоконструированию и робототехнике у учащихся формируются следующие универсальные учебные действия (УУД):

    • Определять, различать  и называть детали конструктора
    • Конструировать по условиям, заданным преподавателем, по образцу, по схеме
    • Отличать новое от уже известного.
    • Делать выводы в результате совместной работы всего класса или группы учащихся; сравнивать и группировать предметы  и их образы
    • Умение излагать мысли в четкой логической последовательности, отстаивать свою точку зрения, анализировать ситуацию и самостоятельно находить ответы на вопросы путем логических рассуждений
    • Определять и формулировать цель деятельности на занятии с помощью учителя
    • Умение работать в паре; уметь рассказывать о модели, ее составных частей и принципе работы
    • Умение работать над проектом в команде, распределять обязанности (конструирование  и программирование)
    • Развитие способностей к решению проблемных ситуаций
    • Умение исследовать проблему, анализировать имеющиеся ресурсы, выдвигать идеи, планировать решения и реализовывать их.
    • Расширение технических и математических словарей ученика.

    Предметные результаты:

    • Знание простейших основ механики
    • Виды конструкций, соединение деталей
    • Последовательность изготовления конструкций
    • Целостное представление о мире техники.
    • Умение реализовать творческий замысел

    Реализация курса легоконструирования и робототехники позволяет создавать необходимые условия для высокого качества образования за счет использования  в образовательном процессе новых педагогических подходов и применение новых информационных и коммуникационных технологий.

    На занятиях применяются следующие методы и технологии обучения:

    • Объяснительно-иллюстративный
    • Эвристический
    • Проблемный
    • Проблемно-поисковой
    • Проектная деятельность
    • Исследовательская деятельность
    • Поисковый
    • Репродуктивный
    • Личностно-ориентированное обучение
    • Уровневая дифференциация
    • Информационные и коммуникационные технологии

    Курс направлен также и на профориентацию талантливой молодежи на инженерно-конструкторские специальности.

    При изучении курса робототехники и легоконструирования прослеживается меж предметная и мета предметная связь.  В таблице ниже приведена лишь малая часть примеров заданий, проектов, показывающих связь робототехники с другими образовательными областями.

    Предметы

    Примеры заданий, проектов

    Математика, физика, астрономия

    Проект «Первые исследования»

    Технология, физика

    Проект «Концепт-кары»

    Математика, физика, технология

    Проект «Концепт-кары».

    Учащиеся рассчитывали минимальный радиус поворота робота, используя геометрические построения и законы.

    Технология, физика

    Проект «Тахометр»

    Учащиеся подключали два двигателя друг к другу напрямую соединительным кабелем  и поворачивали колесо на одном из двигателей. Наблюдали что происходит, и делали вывод (модель генератора).

    Физика, математика, информатика

    Проект «Тахометр»

    При программировании использовался блок «Математика».

    Информатика

    Проект «Первая 3 D модель».

    Учащиеся с помощью программы Lego Digital Designer  моделировали на компьютере своего робота. Построение 3 D модели объекта – это связь с информатикой.

    Математика, информатика

    Проект «Квадрат», «Треугольник», «Восьмерка».

    Чтобы робот выполнил точный поворот, необходимо рассчитать количество градусов поворота по известной математической формуле для нахождения углов правильных многоугольников. Эту операцию учащиеся и делали при создании программы для движения робота по квадрату, треугольнику, «восьмерке» и т.д.

    Информатика

    Проект «Коммуникации»

    Учащиеся заполняли следующую  схему приема и передачи информации в случае соединения двух блоков NXT по каналу Bluetooth.

    КАК СТРОИТСЯ ПЛАН ЗАНЯТИЙ ПО РОБОТОТЕХНИКЕ И ЛЕГОКОНСТРУИРОВАНИЮ.

    Основной принцип организации занятий: придумать, построить, запрограммировать, поразмышлять, продолжить.

    Занятия основаны на практическом выходе, при котором ученик активно вовлечен в свой собственный учебный процесс. Вместо простого запоминания чужих работ и достижений, ученики сталкиваются с задачами, которые побуждают их использовать свое воображение, навык решения проблем и работа в команде.

    План проведения занятия для младших группы начальной школы (1-2 классы).

    Каждое занятие с набором LEGO WeDo 9580 состоит из следующих этапов:

    1 этап. Мотивация учащихся. Преподаватель сообщает краткую историческую  и техническую справку о собираемой модели. Здесь рассказывает о назначении этой модели, ее строении. Для каких целей, и в каких областях техники  эта модель или устройство может применяться (или применяется). Рассказ сопровождается мультимедийной презентацией  с фотографиями, видео, аудио материалами.

    2 этап. Конструирование модели. На этом этапе учащиеся  включают компьютер и запускают программную среду Lego WeDo. В этой среде учащиеся открывают инструкцию к соответствующей модели. Следуя инструкции, учащиеся поэтапно строят модель.

    3 этап. Программирование.  После сборки модели учащиеся создают программу по образцу, который представлен для них. Затем испытывают модель.

    4 этап. Конструкция. Учащиеся вместе с преподавателем обсуждают конструктивные особенности данной модели, принцип ее работы.

    5 этап. Учащиеся пробуют изменить элементы конструкции. Далее наблюдают, анализируют и делают вывод об изменениях в работе устройства.

    6 этап. Учащимся дается задание повышенного уровня. Задания могут быть такого типа: изменить конструкцию модели  в целом, или заменить отдельные части устройства; создать более сложную программу для робота и испытать её и т.п.

    Таким образом, роль преподавателя на занятиях сводится к минимуму. Он лишь инициирует пробные действия детей, консультирует, корректирует.

    План проведения занятий со старшей группой начальной школы (3-4  классы).

    Для занятий с детьми с набором LEGO  Mindstorms NXT 9797  нет строгого плана. Каждое занятие индивидуально и проходит по своему сценарию.

    Ниже я привожу  пример одного занятия со старшей группой начальной школы. Данное занятие состоит из 7 этапов.

    Занятие «Парковка в городе».

    1 этап. Преподаватель приводит различные данные исследований, касающихся автомобилей.

    На экран выводятся две таблицы: «рейтинг городов России по плотности автомобильного парка» и «рейтинг стран по плотности автомобильного парка» (таблицу можно найти на сайте: http://rating.rbc.ru).

    Учащиеся просматривают таблицы, анализируют данные. Преподаватель предлагает ответить на такие вопросы:

    1. Почему в рейтинге лидирует город Владивосток?
    2. Почему рейтинг возглавляют города Дальнего Востока, Восточной и Западной Сибири?
    3. Почему самый крупные города России – Москва занимает в рейтинг лишь 7 место, Санкт-Петербург – 17 место?
    4. Почему наш город Калининград занимает в рейтинге 6 место?
    5. Почему рейтинг стран по плотности автомобильного парка возглавляет  Германия, а Россия всего лишь 7 место? Ведь численность населения Германии почти в 2 раза меньше, чем в России.

    Учащиеся высказывают свои мнения по каждому вопросу. Коллективная дискуссия приводит к правильным ответам.

    2 этап. Преподаватель задает наводящий вопрос:

    - Какие проблемы в  городах возникают в связи с ростом количества автомобилей?

    В результате обсуждения этого вопроса учащиеся приходят к выводу, что  рост количества автомобилей приводит к нехватке парковочных и гаражных мест  в любом крупном городе.

    Преподаватель включает видеоматериалы о примерах механизированных автоматических парковок (видеоматериалы здесь: http://www.youtube.com/watch?v=lTaTsIp2GPA)

    В действительности таких парковок очень мало. Почему?

    Учащиеся отвечают: пока нет автомобилей с программами автоматической парковки и с возможностью загрузки программ автоматического управления.

    Учащиеся вспоминают, что рядом с ними роботы, в которые можно загружать программы.

    3 этап. Таким образом, в результате дискуссии учащиеся самостоятельно приходят к проекту «Парковка». Преподаватель рассказывает о проекте «Парковка».

    4 этап. Учащиеся самостоятельно конструируют робота для парковки. Все учащиеся  творчески подходят к этому заданию. В итоге, у каждой пары учащихся получается свой собственный, индивидуальный  робот на трех или четырех колесах.

    5 этап. Преподаватель представляет вниманию учащимся поле проекта, с установленными стенками из кубиков Lego и трех меток: выход 1, гаражный бокс 2 и ремонтный бокс 3.

    6 этап. Это этап программирования. Здесь учащимся предлагается выполнить несколько заданий разного уровня сложности:

    1. Составить программу автоматической парковки робота в гаражный бокс 2 из позиции 1.
    2. Составить программу автоматического выезда робота из гаражного бокса 2 к выходу 1.
    3. Составить программу автоматического заезда автомобиля в ремонтный бокс 3 из гаражного бокса 2.
    4. Составить программу автоматической парковки автомобиля:
    1. Заезд в ремонтный бокс 3
    2. Парковка в гаражный бокс 2.
    3. Ожидание в боксе (10 секунд)
    4. Выезд из гаража в позицию 1.

    По мере составления этих программ и испытания робота на поле, учащиеся выполняют задания исследовательского характера  в рабочей тетради:

    1) заполняют таблицу:

    2) Как изменить окончание алгоритма, чтобы робот заехал в гаражный бокс 2 задним ходом?

    7 этап. В конце занятия устраивается соревнование роботов. Например, какой робот быстрее проедет по траектории 1-3-2-1 с ожиданием в 3 секунды в позиции 2. Учащиеся сами догадываются, что на быстроту движения роботов могут влиять следующие параметры: количество деталей, входящих в конструкцию робота; масса робота; мощность мотора; плавный или быстрый поворот; размер колес робота;  качество поверхности стола, т.е. коэффициент трения стола и колес; особенности блоков движения в программе и т.д. С учетом этих факторов учащиеся перестраивают и корректируют программу для соревнований робота.

    СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ:

    1. Копосов Д.Г. Первый шаг в робототехнику: практикум для 5–6 классов. М: БИНОМ. Лаборатория знаний. — 2012.
    2. Копосов Д.Г. Первый шаг в робототехнику: рабочая тетрадь для 5-6 классов. М: БИНОМ. Лаборатория знаний. — 2012.
    3. Бояркина Ю. А. Образовательная робототехника. Методические рекомендации. Тюмень: ТОГИРРО, 2013
    4. Филиппов С. А. Робототехника для детей  и родителей. СПБ, Наука, 2013
    5. 2009580 LEGO EDUCATION  WeDo. Книга для учителя. CD-диск, 2012
    6. Введение в робототехнику. Руководство для учителя. CD –диск. LEGO, Carnegie Mellon Robotics Academy, 2007
    7. Перворобот NXT. Введение в робототехнику. Книга проектов. CD –диск. LEGO, Carnegie Mellon Robotics Academy, 2007

    По теме: методические разработки, презентации и конспекты

    Рабочая программа "Информатика и ИКТ" 5 класс (с модулем по образовательной робототехнике")

    Материал содержит пояснительную записку и календарно-тематическое планирование курса "Информатика и ИКТ" 5 класс, в которую внедрен модуль по образовательной робототехнике (на основе конструктора Lego...

    Рабочая программа "Информатика и ИКТ" 6 класс (с модулем по образовательной робототехнике")

    Материал содержит пояснительную записку и календарно-тематическое планирование курса "Информатика и ИКТ" 5 класс, в который внедрен модуль по образовательной робототехнике (на основе конструктора Lego...

    Рабочая образовательная общеразвивающая программа «Легоконструирование и робототехника» (основы механики, конструирование, программирование)

    Представленная программа дополнительного образования составлена в соответствии с Законом РФ «Об образовании», а также в соответствии с письмом Министерства образования и науки РФ «О примерных требован...

    Проект: "Развитие инновационной деятельности в школе путем внедрения современных технологий образовательной робототехники и инженерного дизайна в учебный процесс"

    Цель проекта: определить место и роль робототехники в современной школе. Теоретически разработать и экспериментально апробировать пути внедрения робототехники в образовательное пространство школы.Зада...

    Инновационный проект «Образовательная робототехника как средство развития навыков конструкторской, исследовательской и творческой деятельности учащихся в условиях реализации ФГОС».

    Инновационный проект«Образовательная робототехника как средство развития навыков конструкторской, исследовательской и творческой деятельности учащихся в условиях реализации ФГОС»....

    Проект: "Развитие инновационной деятельности в школе путем внедрения современных технологий образовательной робототехники и инженерного дизайна в учебный процесс"

    Цель проекта: определить место и роль робототехники в современной школе. Теоретически разработать и экспериментально апробировать пути внедрения робототехники в образовательное пространство школы...

    Образовательный проект «Создание площадки интеллектуального развития и изучения робототехники"

    Образовательный проект «Создание площадки интеллектуального развития и изучения робототехники   «Робошкола «КВАНТОР»...