Главные вкладки

    Экспериментальная рабочая программа дополнительного образования модульного типа по курсу "Робототехника" образовательной области "Технология" для учащихся 10-12 лет первого года обучения на базе набора Mindstorms EV3
    рабочая программа (5, 6 класс) на тему

    Сыров Евгений Михайлович

    Рабочая программа использует метод учебного проектирования в качестве основной формы организации учебного процесса. Учебный процесс строится как последовательность учебных проектов, в ходе выполнения которых учащиеся изучают те или иные разделы и темы учебного плана. Особенность метода заключается в том, что учебный проект представляет собой законченный технологический цикл от постановки задачи на проектирование (точнее: формулировки проблемной ситуации) до презентации о выполнении проекта с рефлексией степени успешности выполнения проекта и собственного вклада участников в проект. На основании формулировки проблемной ситуации учащиеся самостоятельно или под руководством учителя определяют цели проекта, задачи, разрабатывают план выполнения проекта; проиводят поиск необходимой информации, ее изучение и выполняют другие необходимые действия для достижения цели. Проект обязательно заканчивается практической реализацией. Как правило, это готовая к использованию конструкция робота с разработанной и отлаженной программой, выполненными испытаниями и исследованиями.

    Основной единицей планирования выступает модуль, исчерпывающим образом описывающий проект. Модуль содержит перечень вопросов,  относящихся в 5 основным видам деятельности: учебной деятельности, конструированию, программированию и отладке, исследованиям и испытаниям. Кроме того, в модуле описываются ожидаемые результаты проектирования: личностные, внутрипредметные и надпредметные (общеуниверсальные), а также учебно-методическое обеспечение проекта.

    Длительность проекта, как правило, не выходит за пределы 3-5 учебных часов. Изучение учебных тем, выходящих за пределы этого временного промежутка, производится в рамках метапроекта, объединяющего в себя несколько проектов.

    Изучение учебных вопросов, выходящих за рамки одного проекта, производится во время так называемых уроков развивающего обучения, которые, в свою очередь, объединены в соответствующий метапроект.

    Для разработки модулей рабочей программы предложена специальная форма (шаблон). Все модули программы реализованы в прикладной программной среде MS Excel. С технологической точки зрения, выбор Excel в качестве платформы для разработки модулей программы является вполне оправданным из-за сложного графического рисунка модуля. Попытки реализации модулей в среде MS Word подтвердили удобства использования выбранной программной среды.

    Рабочая программа отвечает требования ФГОС нового поколения, создает предпосылки для дальнейшего продвижения учащихся по траектории STEM-образования, способствует формированию инженерного образа мышления. Ориентация на исследовательскую и проектную деятельность повышает мотивацию учащихся на изучение других предметов: математики, физики, геометрии, знание которых необходимо для реализации проекта.

     

    Скачать:


    Предварительный просмотр:

    Пояснительная записка

    1. Особенности робототехники как учебного предмета

    Робототехника – одно из самых передовых направлений науки и техники, а образовательная робототехника – это новое междисциплинарное направление обучения школьников, интегрирующее знания о физике, мехатронике, технологии, математике, кибернетике и ИКТ и позволяющее вовлечь в процесс инновационного научно-технического творчества учащихся разного возраста. Она направлена на популяризацию научно-технического творчества и повышение престижа инженерных профессий среди молодежи, развитие у молодежи навыков практического решения актуальных инженерно-технических задач и работы с техникой.

    Целями занятий робототехникой являются:

    • Раннее развитие (мелкая моторика, пространственное мышление, конструирование и т.п.)

    • Общее развитие (командная работа, методики реализации проектов и т.п.)

    • Общетехнические навыки (простые механизмы, прочность и т.п.)

    • Специальные технические навыки (алгоритмика, электроника и т.п.)

    Согласно современным представлениям предмет «Робототехника» входит в образовательную область «Технология». С нашей точки зрения это не соответствует истинному значению и содержанию данной предметной дисциплины.

    РОБОТОТЕХНИКА (далее – РТ), или МЕХАТРОНИКА представляет собой синтез нескольких предметных дисциплин и видов деятельности:

    • Теория управления роботизированными устройствами;
    • Основы механики и конструирования: принципы построения механических устройств, выполняющих заданные функции;
    • Основы построения алгоритмов и программ управления роботами; изучение языков программирования роботов;
    • Отладка и испытание программ управления роботами;
    • Выполнение инженерных исследований, включая задачу оптимального подбора параметров;
    • Работа над творческими проектами – создание роботов, которых ещё не было…

    Как видим, большинство из перечисленных дисциплин и видов деятельности к технологии имеют лишь опосредованное отношение.

    Главное отличие РТ от других предметов заключается в том, что в пределах одного учебного занятия по данному предмету может производиться несколько разноплановых видов деятельности, наряду с усвоением учебных тем, например:

    • изучение принципов работы релейного регулятора и построение алгоритма управления роботом на его основе;
    • разработка программы управления роботом, её отладка и испытания;
    • программирование и выполнение исследований по оптимизации подбора параметров программы управления роботом и т.д.

    Это разнообразие занятий создает определенные трудности при планировании учебного процесса РТ. Еще большие трудности возникают при его организации.

    Традиционные формы и методы преподавания предметов не могут быть в полной мере применены при изучении РТ вследствие различий в проявлениях способностей детей и разного уровня их развития, на которые накладываются разные формы взаимосвязанной деятельности в пределах одного занятия.

    Так, если одному ребенку, к примеру, трудно дается конструирование, и он требует постоянного внимания учителя к себе, другой за это время не только успевает собрать модель робота, но и приступить к составлению программы, однако, оказывается, в программировании он не так силен, и ему тоже нужна помощь учителя. А если таких учащихся в группе не 4-5, а не менее 15, как того требует Департамент образования, ясно, что наиболее вероятным результатом урока будет полная бездеятельность класса вследствие физической невозможности учителя оказать помощь всем и сразу.

    Традиционная классно-урочная форма проведения урока опирается на способности «среднего» ученика и задает темп изложения учебного материала, посильный этому ученику. При этом все учащиеся работают по единому плану и решают единые учебные задачи (я называю это «поточно-конвейерным принципом обучения»). Недостатки такого подхода очевидны, а в применении к РТ они становятся надежным тормозом учебного процесса.

    Выход из этого положения видится в переходе к использованию метода учебного проектирования как основной формы организации учебного процесса.

    1. Суть метода учебного проектирования

    Как и в «поточно-конвейерной» системе обучения, весь учебный процесс с использованием учебного проектирования разбивается на отдельные темы, но, в отличие от традиции, тема выступает как целевая установка (проект) создания и исследования робота с конкретными возможностями и функциями. Она охватывает весь цикл работ по созданию и исследованию робота и рассчитана на определенное количество занятий. В пределах времени, отводимого на реализацию проекта, ученик планирует свою деятельность самостоятельно, сообразуясь со своими возможностями.

    Сама формулировка цели проекта осуществляется учителем не прямо, а в виде проблемной ситуации, которую необходимо разрешить.

    Учитель излагает необходимый теоретический материал (при необходимости), обращает внимание на особенности конструирования модели и сообщает другие необходимые сведения, в том числе и где найти справочный материал, описание конструкции и т.д.

    В процессе работы над проектом учащиеся на основе проблемной ситуации формулируют проблему, которую необходимо разрешить, цель создания проекта, определяют перечень задач проектирования и последовательность их реализации, проводят необходимые исследования и испытания и на конечном этапе реализации учебного проекта докладывают о полученных результатах и степени достижения цели (т.е. ставят себе оценку).

    В процессе работы над проектом учащиеся объединяются в группы (бригады). Проект – результат коллективного творчества членов бригады.

    1. Организация учебного процесса

    Занятия проводятся в специально оборудованном классе, рассчитанном на занятия 12 учащихся одновременно.

    Класс РТ состоит из 6 рабочих мест учащихся (одно РМ на двух учащихся – бригаду) и одного РМ учителя. По техническому оснащению оба типа РМ аналогичны и отличаются составом программного обеспечения и возможностями.

    РМ учащегося включает компьютер, работающий в среде Windows, и два набора для конструирования роботов Lego Mindstorms EV3: базовый и ресурсный. Для работы двух групп в одном классе необходимо иметь удвоенное количество наборов EV3.

    В процессе работы над проектом учащиеся могут обращаться к учебно-методическим материалам, разработанным автором программы, справочным материалам, входящим в комплект программной среды EV3, Интернет-ресурсам. Обучение навыкам их использования проводится в рамках уроков развивающего обучения.

    Метод учебного проектирования, являющийся основой организации учебного процесса в рамках настоящей учебной программы, предполагает значительную степень самостоятельности учащихся в проектной деятельности, уверенное владение навыками работы с компьютером, умение пользоваться Интернетом для поиска информации, навыки создания текстовых документов и электронных презентаций в среде Microsoft Office/Open Office. К учащимся предъявляются требования достаточной развитости навыков самостоятельного чтения текстовых документов, их осмысления и использования в работе над проектом.

    Чтобы уменьшить отсев учащихся, не готовых к восприятию курса РТ, перед началом учебного года с будущими роботостроителями проводится собеседование. В ходе собеседования выясняется успеваемость учащегося, степень владения им указанными навыками, его склонности и интересы, опыт работы с конструктором Lego, робототехническими наборами Lego Mindstorms и другими подобными конструкторами, поведение в коллективе и другие необходимые сведения. По результатам собеседования ему может быть рекомендовано повременить с изучением РТ, заняться другим видом внеклассной деятельности и т.п. Тем не менее, отрицательные результаты собеседования не являются основанием для отказа в приеме ребенка в кружок по изучению РТ; выводы собеседования носят рекомендательный характер.

    Мерилом успешности обучения основам РТ являются результаты проектной деятельности бригады, докладываемые по окончании выполнения проекта. В процессе публичной презентации выполненной работы бригада дает собственные оценки успешности выполнения целей проектирования и вклада каждого участника бригады в реализацию проекта.

    Помимо этого, существует ещё одно обязательное условие членства учащегося в кружке РТ: отсутствие у него в классном журнале удовлетворительных оценок по итогам учебной четверти. Имеющий одну или более удовлетворительных оценок теряет право на посещение занятий по РТ до их исправления, т.е., как минимум, на одну четверть. На практике это означает прекращение его занятий робототехникой в текущем учебном году. В виде исключения он может быть допущен к занятиям по письменному заявлению учителя-предметника об исправлении ситуации с учебой данного ученика по предмету. Практика показывает, что столь жесткое условие сохранения права на занятия РТ является действенным стимулом мотивации ученика к успешности учебы по другим предметам.

    При организации занятий в форме проектной деятельности учитывается степень сформированности вышеперечисленных умений и навыков группы к занятиям в этой форме. Поскольку в образовательный комплекс входят несколько подразделений, в силу объективных обстоятельств в той или иной степени отличающихся друг от друга по этому критерию, переход от классно-урочной формы к проектной происходит постепенно, по мере приобретения большинством учащихся необходимых навыков. Этому способствует проведение так называемых уроков развивающего обучения. По своей сути это есть соединение в рамках одного занятия изучения теоретического вопроса с немедленным закреплением полученных знаний на практике. Особенность уроков развивающего обучения заключается в том, что в качестве учебных вопросов на них выносятся темы, затрагивающие не только один конкретный проект, но и выходящие за его рамки. В качестве примера можно привести развивающий урок на тему «Публичная презентация результатов выполнения проекта», в ходе которого учащихся знакомят с требованиями по содержанию доклада, с которым выступает один из членов бригады по завершению работы над проектом; по форме доклада, необходимости использования электронной презентации. Теоретическая часть занятия подкрепляется практической работой, в ходе которой учащиеся выполняют задание по подготовке доклада в формате текстового документа и электронной презентации.

    В ходе работы над проектом учитель контролирует результативность работы группы с помощью программного обеспечения дистанционного контроля. Свои замечания и рекомендации он может выдавать со своего рабочего места на экран монитора любой бригады. Общие замечания и рекомендации он может выносить на экран интерактивной доски.

    Большое значение для формирования навыков самостоятельной работы учащихся над проектом имеет качество подготовки учебно-методических материалов учителем. Информация, содержащаяся в них, должна исчерпывающим образом удовлетворять потребности учащихся в работе над проектом. В необходимых случаях материал может содержать ссылки на информационные ресурсы Интернета, например, ссылку на сайт с картой сборки той или иной конструкции робота. Недостаточное качество подготовки учебно-методических материалов неизбежно сказывается на частоте вопросов, возникающих у учащихся в ходе работы над проектом. Большое количество вопросов приводит к параличу учебного процесса.

    1. Планирование учебного процесса

    Ориентация на использование метода учебного проектирования в качестве основной формы организации учебной деятельности заставила пересмотреть сложившийся стереотип одного из основных элементов рабочей программы – календарно-тематическое планирование учебного процесса. Причина: разнообразие видов учебной деятельности, сменяющих друг друга в процессе реализации учебного проекта. Основой планирования рабочей программы, использующей метод учебного проектирования, естественным образом, становится модуль, описывающий учебные действия, выполняемые при реализации проекта.

    Модуль отличается законченностью решения учебной задачи: от постановки задачи, содержащейся в проблемной ситуации, до её полного решения, включая рефлексию успешности выполнения проекта и вклада каждого члена бригады в общий успех.

    В свою очередь, учет модульного характера учебной программы повлек за собой необходимость разработки формы (шаблона, см. рис. 1) для отображения информации, описывающей проект, в модуле. Сами проекты также выстроились в иерархическую систему: метапроекты, объединяющие несколько проектов с общей целевой задачей; составляющие их учебные проекты и так называемые уроки развивающего обучения, на которых рассматриваются учебные темы общего свойства.

    Примером подобного метапроекта является проект «Танки», учебной целью которого является изучение способов управления роботом в системах управления без обратной связи. Метапроект объединяет 4 проекта продолжительностью два двухчасовых занятия каждый: «Танки, вперед!», «Маневры танков», «Танкодром» и «Танковый биатлон». Для повышения заинтересованности учащихся в реализации этих проектов предлагается воспользоваться естественной тягой мальчишек к военной тематике: разработать проект универсальной движущейся платформы на гусеничном ходу (модель «Сармат»), спроектировать и построить танкодром для её испытаний и провести на нем соревнования по преодолению препятствий, которые придумают и реализуют сами участники биатлона.



    Предварительный просмотр:

     

     

    Модуль

    0

    <название проекта>

     

     

     

    Учебная тема проекта

     

    Форма учебной деятельности: (нужное выделить цветом)

    Урочная

    Проектная

     

     

    Отводимое время (час)

     

     

     

     

     

    Цели проекта:

    1.

    Обучающие

     

     

     

     

    2.

    Развивающие

     

     

     

    3.

    Воспитывающие

     

     

     

     

    Проблемная ситуация:

     

     

    Учебные вопросы (по видам учебной деятельности: У – урочная деятельность; К – конструирование; П – программирование; О – отладка и испытания; И - исследования):

     

    У

    1.

    2.

    К

    1.

    2.

     

    П

    1.

     

    2.

    О

    1.

    2.

    И

    1.

    2.

     

    Ожидаемые результаты: (Личностные результаты, ВК – внутрипредметные компетенции, УД – общеуниверсальные действия)

    ЛР

    1.

    2.

    ВК

    1.

    2.

    УД

    1.

    2.

    Учебно-методическое обеспечение

     

    1.

     

    2.

    3.

     

    Рис. 1. Шаблон модуля



    Предварительный просмотр:

    5. Состав и содержание модулей программы

    Модули учебной программы делятся на следующие категории:

    • Метапроекты;
    • Учебные проекты;
    • Уроки развивающего обучения.

    Каждый модуль имеет имя, условное обозначение (индекс) и учебную тему.

    Система условных обозначений модулей выстраивается следующим образом.

    Индекс учебного проекта складывается из первой буквы имени метапроекта и порядкового номера учебного проекта в составе метапроекта. Пример: модуль второго учебного проекта метапроекта «Танки» имеет индекс Т2.

    Индекс метапроекта состоит из буквы М (признак метапроекта) и первой буквы имени метапроекта. Таким образом, метапроект «Танки» имеет индекс МТ.

    Индексы уроков развивающего обучения состоят из аббревиатуры УРО и порядкового номера урока: УРО1, УРО2 и т.д.

    Структура модульной системы учебной программы приведена в табл.1.

    Таблица 1

    Модульная система учебной программы

    Категория проекта

    Индекс

    Имя проекта/урока развивающего обучения

    Учебные вопросы

    Учебный проект

    П1

    Мой первый проект

    Знакомство с возможностями, режимами работы, интерфейсом контроллера, входным и выходными портами; конструирование полноприводной тележки; испытания по управлению тележкой с помощью клавиш контроллера и пульта дистанционного управления.

    Метапроект

    МТ

    Танки

    Управление роботом в системах без обратной связи

    Учебный проект

    Т1

    Танки, вперед!

    Создание конструкции универсальной гусеничной платформы «Сармат»

    Управление прямолинейным движением робота с помощью вводимых параметров

    Учебный проект

    Т2

    Маневры танков

    Курсовые маневры роботов с помощью вводимых параметров

    Учебный проект

    Т3

    Танкодром

    Проектирование и создание рабочего поля для соревнований роботов

    Учебный проект

    Т4

    Танковый биатлон

    Проведение соревнований роботов

    Метапроект

    МК

    Кегельринг

    Использование датчиков для управления роботом в системах с обратной связью

    Учебный проект

    К1

    Кегельринг классик

    Использование датчиков расстояния и цвета

    Учебный проект

    К2

    Кегельринг супер

    Следование по линии в упражнении Кегельринг

    Метапроект

    МЛ

    Линия

    Алгоритмы следования по линии в системах с обратной связью

    Учебный проект

    Л1

    Циклоп

    Следование по линии с одним датчиком цвета на основе релейного регулятора

    Учебный проект

    Л1с

    Циклоп-С

    Исследование путей совершенствования робота на основе релейного регулятора

    Учебный проект

    Л2

    Двуглазик

    Следование по линии на основе релейного регулятора с двумя датчиками цвета

    Учебный проект

    Л3

    Пропорциональный регулятор

    Следование по линии на основе пропорционального регулятора с двумя датчиками цвета

    Метапроект

    МС

    Соревнования

    Проведение внутришкольных соревнований по регламентам городских/россий-ских/международных

    Учебный проект

    С1

    Пойди туда - не знаю, куда…

    Соревнования «Линия» по регламенту Московской олимпиады школьников 2015

    Учебный проект

    С2

    Выход из лабиринта

    Навигация в лабиринте: поиск выхода. Соревнования по регламенту WRO 2015

    Метапроект

    МЛб

    Лабиринт

    Поиски выхода из лабиринта

    Учебный проект

    Лб1

    Платформа "Тесей": первые шаги

    Доработка платформы "Сармат" для следования в лабиринте (платформа "Тесей"). Движение прямо в лабиринте.

    Лб2

    Развороты

    Разработка модулей программы прохождения лабиринта на основе исследований, выполненных в проекте "Танки"

    Уроки развивающего обучения

    УРО1

    Введение в робототехнику

    Техника безопасности при занятиях робототехникой. Робот, робототехника, наборы Lego Mindstorms EV3: понятия; первое знакомство, этапы создания роботов; триада: компьютер, программа, контроллер.

    УРО2

    Введение в учебное проектирование

    Что такое учебный проект? Технология работы над проектом: этапы, работа с информацией, совместная работа над проектом в бригаде, распределение и планирование работ; проведение испытаний и их протоколирование. Практическая работа по созданию текстового документа и электронной презентации.

    УРО3

    Мотор-датчик!

    Применение мотора в качестве датчика, используемого для задания значений варьируемого параметра

    УРО4

    Робот ищет выход

    Что нужно для того, чтобы найти выход из лабиринта?


    1. Использованные новации и ожидаемые результаты
    1. Новационная сущность предлагаемой учебной программы:
    1. Вместо традиционного деления тематического плана на разделы, темы, занятия с жесткой привязкой учебных тем к сетке часов учебного плана разработана форма, в которой перечисляются модули, их имена, учебные темы модулей и время, отводимое на работу над проектом, в том числе на урочную и проектную формы (см. раздел «Тематическое планирование»). Новая форма планирования позволяет более гибко осуществлять планирование, по ходу разработки плана изменять порядок реализации проектов и производить другие изменения. Новая форма технологически более удобна в разработке и использовании, нежели традиционная;
    2. Для разработки модулей программы создан шаблон, содержащий учебные вопросы и задания по видам деятельности, подлежащие проработке в ходе реализации проекта. Шаблон реализован в среде электронных таблиц MS Excel, что позволяет с легкостью и комфортом модифицировать его, подстраивая его форму под содержание конкретного проекта;
    3. Модуль отличается полнотой и законченностью действий по реализации проекта, начиная от постановки проблемной ситуации и кончая публичной презентацией (докладом) о результатах выполнения проекта и рефлексией вклада каждого члена бригады в проект. Количество часов, отводимых на проект, варьируется в зависимости от его сложности и, как правило, составляет от 2 до 4 часов;
    4. При изучении раздела, объединяющего несколько учебных тем, предлагается объединить проекты, реализующие отдельные учебные темы, в единый метапроект, объединяющий постановки проблемных ситуаций отдельных проектов в единую сверхзадачу.
    5. В ходе проектной деятельности устанавливаются межпредметные связи с различными предметными дисциплинами (физикой, информатикой, математикой, изобразительным искусством и др.). Таким образом, в предлагаемой программе реализуются требования ФГОС нового поколения, а сама программа укладывается в русло модного современного направления развития образования STEM (естественные науки, технология, техническое творчество, математика). Это создает предпосылки для включения нашего образовательного учреждения в систему STEM-образования.

    1. Внутрипредметные компетенции, реализуемые в результате выполнения программы, по видам учебной деятельности:
    1. Урочная:
    • Управление роботизированными устройствами с использованием обратной связи и без обратной связи;
    • Автономные и телеуправляемые роботы; использование инфракрасного маяка в качестве пульта дистанционного управления;
    • Принципы следования по линии с использованием различных алгоритмов управления в системах с обратной связью;
    • Использование датчиков цвета и расстояния в задачах следования по линии, обнаружения препятствий и др.;
    • Основы построения алгоритмов и программ управления роботами.

    1. Конструирование:
    • Сборка типовых конструкций роботов на гусеничной платформе и 3-колесном шасси с двумя ведущими и одним опорным колесом-волокушей по картам сборки и по памяти;
    • Использование механических передач для ускорения движения или увеличения тягового усилия робота.
    1. Алгоритмизация и программирование:
    • Представление алгоритмов в виде словесных описаний и языка блок-схем;
    • Реализация алгоритмов в программной среде EV3 с использованием модульного принципа построения;
    • Отладка программ управления роботами. Использование мотора в качестве датчика для оперативного задания значений варьируемых параметров.
    1. Исследования и испытания:
    • Поиск путей повышения эффективности алгоритма управления роботом;
    • Оптимальный (квазиоптимальный) подбор варьируемых параметров управления роботом по критерию минимального времени выполнения упражнения;
    • Поиск оптимального решения методом мозгового штурма.

    1. Межпредметные и надпредметные (общеуниверсальные) действия
    1. Знакомство, усвоение практических действий и использование метода учебного проектирования в ходе учебного процесса.
    2. Практические навыки использования пакета Microsoft Office (текстового редактора, электронных презентаций, ограниченно – электронных таблиц);
    3. Усвоение отдельных тем информатики (алгоритмизация и программирование), математики (константы и переменные величины, математические выражения), физики (равномерное движение, параметры равномерного движения), геометрии (движение колеса робота по окружности, связь параметров движения с геометрическими величинами, чтение графических изображений геометрических фигур; построение объемных геометрических фигур из картона и бумаги для использования в качестве препятствий), географии (элементы картографии), изобразительного искусства (проектирование танкодрома, нанесение элементов на рабочее поле танкодрома), технологии (монтаж рабочего поля танкодрома).
    4. Навыки поиска информации в Интернете; обработка информации, преобразование информации из одной формы представления в другую (текста и графики – в электронную презентацию).
    5. Рефлексия собственной деятельности и соотнесение её с действиями других членов коллектива.
    6. Умение подчинять свои желания и стремления интересам коллектива.
    7. Умение прислушиваться и воспринимать чужое мнение, умение вести диалог.


    Предварительный просмотр:

    Чтобы пользоваться предварительным просмотром создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

    Предварительный просмотр:

    Чтобы пользоваться предварительным просмотром создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

    Предварительный просмотр:

    Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

    Подписи к слайдам:

    Слайд 1

    Экспериментальная рабочая программа дополнительного образования модульного типа по курсу «РОБОТОТЕХНИКА» ДЛЯ УЧАЩИХСЯ 10-12 ЛЕТ ПЕРВОГО ГОДА ОБУЧЕНИЯ Автор программы: СЫРОВ Е.М., педагог дополнительного образования 1 квалификационной категории, ГБОУ ГИМНАЗИЯ № 1558, г. Москва

    Слайд 2

    Рассматриваемые вопросы 1. Определения 2. Образовательная робототехника: виды деятельности 3. Особенности и недостатки классно-урочного метода организации учебного процесса. Альтернатива: учебное проектирование. Организация учебного процесса с использованием метода учебного проектирования Планирование учебного процесса Шаблон модуля проекта Тематическое планирование (фрагмент) Новационная сущность программы Ожидаемые результаты Межпредметные и надпредметные ( общеуниверсальные ) действия Риски реализации

    Слайд 3

    определения « Робототе́хника (от робот и техника ; англ. robotics ) — прикладная наука , занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем и являющаяся важнейшей технической основой интенсификации производства» Википедия (свободная энциклопедия ) Второе наименование: мехатроника Мехатроника - это область науки и техники, основанная на синергетическом объединении узлов точной механики с электронными, электротехническими и компьютерными компонентами, обеспечивающими проектирование и производство качественно новых модулей, систем, машин и систем с интеллектуальным управлением их функциональными движениями.

    Слайд 4

    Образовательная робототехника: 5 дисциплин (видов деятельности) в 1 предмете Образовательная робототехника Учебная деятельность: Понятие об управлении роботом Разработка алгоритма управления роботом. Создание и отладка программы Образовательная робототехника Разработка конструкции робота Исследования и испытания робота Творческая деятельность: разработка робота, которого ещё не было

    Слайд 5

    Основное отличие РТ от большинства других предметов В пределах одного учебного занятия , наряду с усвоением учебных тем, могут выполняться несколько разноплановых видов деятельности например: изучение принципов работы релейного регулятора и построение алгоритма управления роботом на его основе; разработка программы управления роботом, её отладка и испытания; программирование и выполнение исследований по оптимизации подбора параметров программы управления роботом и т.д . Это разнообразие занятий создает определенные трудности при планировании учебного процесса РТ. Еще большие трудности возникают при его организации.

    Слайд 6

    Классно-урочная форма организации учебного процесса Конвейерный принцип задания темпа учебного процесса и учебных задач → падение мотивации к обучению у сильных и слабых учащихся; Все учащиеся информационно зависимы от учителя: большое количество одновременно задаваемых вопросов приводит к ступору учебного процесса. Предельное количество учащихся в группе не больше 5-6 человек; Сложности тематического планирования, связанные с разнообразием видов учебной деятельности, реализуемой в ходе занятия.

    Слайд 7

    Альтернатива «поточно-конвейерно- му » методу: учебное проектирование Учебная тема выступает как целевая установка (проект) создания и исследования робота с конкретными возможностями и функциями. Формулировка цели проекта – в виде проблемной ситуации, которую необходимо разрешить. Проект охватывает весь цикл работ по созданию и исследованию робота и рассчитан на определенное количество занятий. В пределах этого времени учащиеся самостоятельно планируют свою деятельность, сообразуясь со своими возможностями. Учитель выступает в роли тьютора . Для выполнения проекта учащиеся объединяются в бригады. Основа метода – упор на самостоятельную работу в процессе выполнения проекта → освобождение учителя от «коротких перебежек» между рабочими местами учащихся. Дистанционный контроль хода проектирования с РМ учителя. В качестве основной единицы планирования выступает модуль. Особенность: в потенции - возможность группирования бригад «по силам» и задание отдельным бригадам работы по соответствующим проектам.

    Слайд 8

    Организация учебного процесса Рабочие места учащихся и учителя. Состав, возможности. Дистанционный контроль процесса выполнения проекта. Требования к качеству информационных материалов, доступных учащимся. Подготовка учителя к организации и реализации проекта. Требования к уровню подготовленности учащихся к проектной деятельности и их учет в учебном процессе. Постепенный переход от классно-урочной формы к проектной. Критерии успешности обучения. Рефлексия результатов проектирования и роли каждого члена бригады. Отсев учащихся. Связь между общей успеваемостью и работой в кружке.

    Слайд 9

    Планирование учебного процесса Укрупнение учебных тем : вместо тем типа «Прямозубые шестеренчатые передачи» и «Бесконечные циклы» в качестве тем вводятся темы, реализуемые в учебном проекте, например, « Создание универсальной гусеничной платформы для решения различных задач» как одна из тем более общего раздела «Управление роботом в системах без обратной связи». Основная информационная единица тематического планирования: модуль , реализующий учебную тему. В рамках одного раздела модули , подчинённые решению более общей задачи, могут объединяться в метапроекты . В один раздел могут входить несколько метапроектов . Для прохождения учебных тем, исползуемых в нескольких проектах или в проектной деятельности в целом вводится отдельная категория занятий: «Уроки развивающего обучения». По форме организации они относятся к классно-урочной форме, но отличаются он последней тем, что в пределах одного занятия происходит чередование изложения блоков теоретического материала и их закрепление в виде практической работы.

    Слайд 10

    Шаблон модуля проекта Модуль 0 <название проекта> Учебная тема проекта Форма учебной деятельности: Урочная Проектная (нужное выделить цветом) Отводимое время (час) Цели проекта: 1. Обучающие 2. Развивающие 3. Воспитывающие Проблемная ситуация: Учебные вопросы (по видам учебной деятельности: У – урочная деятельность; К – конструирование; П – программирование; О – отладка и испытания; И - исследования): У 1. 2. К 1. 2. П 1. 2. О 1. 2. И 1. 2. Ожидаемые результаты: 1. 2. Учебно-метод. обеспечение 1. 2.

    Слайд 11

    Тематиче-ское планиро - вание № заня-тия Индекс моду-ля Имя модуля Учебная тема модуля Кол-во часов на проект В том числе: уроч . форма Проект фор- ма 1 УРО1 Введение в РТ Введение в робототехнику 2 2 0 2 П1 Мой первый проект Создание и испыта-ние одномоторной тележки 4 1 3 Раздел 1. Управление роботом в системах без обратной связи ( метапроект Танки) 2-3 Т1 Танки, вперед! Управл . прямолин . движ . робота с пом. параметров 4 2 2 4-5 Т2 Маневры танков Курсовые маневры роботов с помощью параметров 4 1 3 6-7 Т3 Танко-дром Проектирование и создание рабочего поля для соревнова-ний роботов 4 1 3 8-9 Т4 Танковый биатлон Проведение сорев-нований роботов 4 0 4 Раздел 2. Управление роботом в системах с обратной связью ( метапроекты Кегельринг , Линия и Лабиринт) 10 УРО2 Роботы и управление ими Системы упр. роботом с обрат-ной связью 2 0 2 Тема 2.1. Кегельринг 11-12 К1 Кегель-ринг Использование датчиков расстояния и цвета 4 2 2 Тема 2.2. Следование по линии 13-14 Л1 Циклоп Следование по линии с одним датчиком цвета 4 2 2 15-16 Л1с Циклоп-супер Исслед . путей сове- ршенствования ро -бота на основе релейного рег-ра 4 1 3

    Слайд 12

    Новационная сущность программы Вместо традиционного деления тематического плана на разделы, темы, занятия с жесткой привязкой учебных тем к сетке часов учебного плана разработана форма, в которой перечисляются модули, их имена, учебные темы модулей и время, отводимое на работу над проектом, в том числе на урочную и проектную формы (см. раздел «Тематическое планирование»). Новая форма планирования позволяет более гибко осуществлять планирование, по ходу разработки плана изменять порядок реализации проектов и производить другие изменения. Новая форма технологически более удобна в разработке и использовании, нежели традиционная; Для разработки модулей программы создан шаблон, содержащий учебные вопросы и задания по видам деятельности, подлежащие проработке в ходе реализации проекта. Шаблон реализован в среде электронных таблиц MS Excel , что позволяет с легкостью и комфортом модифицировать его, подстраивая его форму под содержание конкретного проекта; Модуль отличается полнотой и законченностью действий по реализации проекта, начиная от постановки проблемной ситуации и кончая публичной презентацией (докладом) о результатах выполнения проекта и рефлексией вклада каждого члена бригады в проект. Количество часов, отводимых на проект, варьируется в зависимости от его сложности и, как правило, составляет от 2 до 4 часов ;

    Слайд 13

    Новационная сущность программы (продолжение) При изучении раздела, объединяющего несколько учебных тем, предлагается объединить проекты, реализующие отдельные учебные темы, в единый метапроект , объединяющий постановки проблемных ситуаций отдельных проектов в единую сверхзадачу. В ходе проектной деятельности устанавливаются межпредметные связи с различными предметными дисциплинами (физикой, информатикой, математикой, изобразительным искусством и др.). Таким образом, в предлагаемой программе реализуются требования ФГОС нового поколения, а сама программа укладывается в русло модного современного направления развития образования STEM (естественные науки, технология, техническое творчество, математика). Это создает предпосылки для включения нашего образовательного учреждения в систему STEM-образования.

    Слайд 14

    Ожидаемые результаты Внутрипредметные компетенции (по видам учебной деятельности) Урочная : Управление роботизированными устройствами с использованием обратной связи и без обратной связи; Автономные и телеуправляемые роботы; использование инфракрасного маяка в качестве пульта дистанционного управления; Принципы следования по линии с использованием различных алгоритмов управления в системах с обратной связью; Использование датчиков цвета и расстояния в задачах следования по линии, обнаружения препятствий и др.; Основы построения алгоритмов и программ управления роботами.

    Слайд 15

    Конструирование: Сборка типовых конструкций роботов на гусеничной платформе и 3-колесном шасси с двумя ведущими и одним опорным колесом-волокушей по картам сборки и по памяти; Использование механических передач для ускорения движения или увеличения тягового усилия робота. Алгоритмизация и программирование: Представление алгоритмов в виде словесных описаний и языка блок-схем; Реализация алгоритмов в программной среде EV 3 с использованием модульного принципа построения; Отладка программ управления роботами. Использование мотора в качестве датчика для оперативного задания значений варьируемых параметров. Исследования и испытания: Поиск путей повышения эффективности алгоритма управления роботом; Оптимальный ( квазиоптимальный ) подбор варьируемых параметров управления роботом по критерию минимального времени выполнения упражнения; Поиск оптимального решения методом мозгового штурма. Ожидаемые результаты

    Слайд 16

    Межпредметные и надпредметные ( общеуниверсальные ) действия Знакомство, усвоение практических действий и использование метода учебного проектирования в ходе учебного процесса. Практические навыки использования пакета Microsoft Office (текстового редактора, электронных презентаций, ограниченно – электронных таблиц); Усвоение отдельных тем информатики (алгоритмизация и программирование), математики (константы и переменные величины, математические выражения), физики (равномерное движение, параметры равномерного движения), геометрии (движение колеса робота по окружности, связь параметров движения с геометрическими величинами, чтение графических изображений геометрических фигур; построение объемных геометрических фигур из картона и бумаги для использования в качестве препятствий), географии (элементы картографии), изобразительного искусства (проектирование танкодрома, нанесение элементов на рабочее поле танкодрома), технологии (монтаж рабочего поля танкодрома).

    Слайд 17

    Навыки поиска информации в Интернете; обработка информации, преобразование информации из одной формы представления в другую (текста и графики – в электронную презентацию). Рефлексия собственной деятельности и соотнесение её с действиями других членов коллектива. Умение подчинять свои желания и стремления интересам коллектива. Умение прислушиваться и воспринимать чужое мнение, умение вести диалог. Межпредметные и надпредметные ( общеуниверсальные ) действия

    Слайд 18

    Риски реализации программы Для реализации программы нужно углубленное знание преподавателем языка программирования среды EV3 и хорошие знания справочной системы и технологии создания методических материалов на базе справочной системы, других разработок в среде MS Office и Интернета → необходимо обучение в курсовой сети. Качество проведения занятий напрямую зависит от качество разработки методических материалов. Необходим кропотливый поиск имеющихся наработок на русском языке и их адаптация к специфике процесса учебного проектирования; это процесс длительный. Сведениями об использовании метода учебного проектирования на занятиях робототехникой, да ещё с возрастной категорией 11-13 лет, да еще и с конструкторами на новой элементной базе, с новым языком программирования и составом группы не 4-6, а 12-15 человек у меня отсутствуют. Эффективность метода ещё предстоит доказать. Поэтому программа носит экспериментальный характер. Самый большой риск лично для меня: несмотря на большой (около 10 лет) опыт занятий в этой области и наличие значительного количества методических наработок они оказались неприменимыми для данной программы. Предстоит режим форсированной разработки материалов занятий, когда они «с колес» идут в дело. Для подготовки к очередному занятию времени максимум 1 неделя, а с учетом длительности реализации проекта – и того меньше. ВЫВОД: для эффективного использования данной программы необходима основательная подготовка к её реализации с затратами времени примерно 1 год.


    По теме: методические разработки, презентации и конспекты

    Рабочая программа по физкультуре по теме: Рабочая программа дополнительного образования детей "Игра в пионербол" для учащихся 2-4 классов

    Особенностью программы является то, что она, основываясь на курсе обучения игре в пионербол, раскрывает обязательный минимум учебного материала для такого рода программ. Курс обучения игре в пионербол...

    Рабочая программа дополнительного образования по проектной деятельности «Робототехника» (для учащихся 8-15 лет)

    Программа «Робототехника» рассчитана на 1 час в неделю на протяжении всего учебного года.     Успешность изучения «Робототехника»    обеспечивает результативно...

    Коррекционная программа дополнительного образования "Говорим правильно" по развитию речи детей 5-7 лет с ОНР

    Данная рабочая программа  нацелена на разностороннее развитие ребенка, его связной речи, фонематического слуха, творческого мышления, координации и мелкой моторики движений, внимания, памяти, лог...

    Рабочая программа дополнительного образования детей «Игра в пионербол» для учащихся 2-4 классов

    Пионербол (по правилам волейбола) - мощное средство агитации и пропаганды физической культуры и спорта в начальной школе. Игровая и тренировочная деятельность оказывает комплексное и разностороннее во...

    Рабочая программа курса внеурочной деятельности «Мир программирования. Объектно-ориентированные языки» 14 -15 лет 1 год обучения

    Рабочая программа по внеурочной деятельности "Мир. Программироваиня. Объектно-ориентированные языки". Включает в себя:Пояснительная записку.Учебно-тематический план.Содержание программы...

    Рабочая программа дополнительного образования спортивно-оздоровительного направления «Кроссфит» для учащихся 5-11 классов. Спортивный клуб «Универсал»

    Рабочая программа разработана в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта основного общего образования на основе программы «Физическая культура» ...