Программа дополнительного образования по робототехнике и 3Д - моделированию
рабочая программа (6 класс) на тему

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №4

РАССМОТРЕНО:                                                                    УТВЕРЖДАЮ:                                                  

на заседании МО ПДО  

                                                Директор МБОУ СОШ №4

«_____»________2017г.                                                ___________Н.П. Буркацкая                                                                         «_____» ____________ 2017г.                                                                                        

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ (ОБЩЕРАЗВИВАЮЩАЯ) ПРОГРАММА

Робототехника и 3D моделирование

Возраст обучающихся     11-16 лет

Количество часов в год    114

Педагог, реализующий программу

Дубовик Сергей Викторович

СУРГУТ

2017

ПАСПОРТ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ

 (ОБЩЕРАЗВИВАЮЩЕЙ) ПРОГРАММЫ

Муниципальное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №4

Пояснительная записка

о реализации учебно-тематического плана

на 2017/2018 учебный год

Учебно-тематический план составлен в соответствии с

«Методическими рекомендациями для преподавателя и учащихся.

Образовательный робототехнический модуль. Базовый уровень. 12-15 лет »,

разработанной : К. В.Ермишин, И.И. Мацаль,  А.О.Панфилов.

Москва. Экзамен. Технолаб 2014.

Направленностьпрограммы–  инженерно-техническая

Вид образовательной деятельности -  робототехническое конструирование

Цель:развитие творческих способностей ребенка посредством конструкторской и проектной деятельности при помощи конструкторов нового поколения.

Задачи(для данного года обучения):

Обучающие:

1. Овладение навыками технического конструирования и проектирования роботов и робототехнических устройств.

2. Привитие учащимся базовых основ и культуры проектирования технических устройств.

3. Изучение основ функционирования основных устройств и узлов робототехнических устройств.

Развивающие:

1.  Развитие навыков проектной деятельности.

2. Развитие мелкой моторики рук.

Воспитательные:

1. Приобретение опыта участия в различных робототехнических выставках и соревнованиях.

2. Развития навыков взаимодействия в группах.

Уровень первый «базовый» – познавательный, курс изучения основ робототехники,  применения законов механики и составления базовых программ при конструировании и создании роботов на основе конструктора LEGO Mindstorms

Актуальность программы

        Робототехника является одним из важнейших направлений научно-технического прогресса, в котором проблемы механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта. На современном этапе в условиях внедрения ФГОС возникает необходимость в организации урочной и внеурочной деятельности, направленной на удовлетворение потребностей ребенка, требований социума в тех направлениях, которые способствуют реализации основных задач научно-технического прогресса.

В современном обществе идет внедрение роботов в повседневную жизнь, очень многие процессы заменяются робототехническими системами. Сферы применения роботов различны: медицина, строительство, геодезия, метеорология и др. очень многие процессы в жизни человек уже не мыслит без робототехнических устройств (мобильных роботов): робот для всевозможных детских и взрослых игрушек, робот- сиделка, робот – домработница и т.д.

 Специалисты, обладающие знаниями в области инженерной робототехники, в настоящее время достаточно востребованы. Благодаря этому вопрос внедрения робототехники в учебный процесс, начиная с начальной школы и далее на каждой ступени образования, включая ВУЗы достаточно актуален. Если ребенок интересуется данной сферой с самого младшего возраста, он может открыть для себя много интересного и, что немаловажно, развить те умения, которые ему понадобятся для получения профессии в будущем. Поэтому внедрение робототехники в образовательный процесс приобретает все большую значимость и актуальность.

  Интенсивное использование роботов в быту, на производстве и на поле боя требует, чтобы пользователи обладали современными знаниями в области управления роботами, что позволит развивать новые, умные, безопасные и более продвинутые автоматизированные системы. Необходимо прививать интерес учащихся к области робототехники и автоматизированных систем.

Чтобы достичь высокого уровня творческого и технического мышления, дети должны пройти все этапы конструирования. Необходимо помнить, что такие задачи ставятся, когда учащиеся имеют определённый уровень знаний, опыт работы, умения и навыки.

Юные исследователи, войдя в занимательный мир роботов, погружаются в сложную среду информационных технологий, позволяющих роботам выполнять широчайший круг функций.

Актуальность программы обусловлена ее методологической значимостью, т. к. знания и умения, необходимые для организации учебно-исследовательской деятельности, в будущем станут основой для организации научно-исследовательской деятельности при дальнейшем обучении.

Особенностью данной программы является реализация педагогической идеи формирования у учащихся умения учиться — самостоятельно добывать и систематизировать новые знания.

Применение робототехнических модулей «Технолаб»    

 Внеурочные занятия с использованием конструкторов «Технолаб»   начинаются с 2 класса. Весь курс построен на пропедевтическом и интеграционном принципах.

 Учащиеся начинают изучение с азов: они учат, как правильно называются детали, какие есть крепления, как правильно конструировать модели.

 В процессе активной работы  обучающихся по конструированию, исследованию, постановке вопросов и совместному творчеству не только существенно улучшаются «традиционные» результаты, но и открывается много дополнительных интересных возможностей. Работая в мини-группах, ребята, независимо от их подготовки, могут строить модели и при этом обучаться, получая удовольствие.

Во третьем классе учащиеся начинают работать с  Робототехническим модулем ( начальный уровень): Первые конструкции, Первые механизмы. Конструкторы эти достаточно простые, но уже тогда учащиеся знакомятся с механизмами, которые встречаются в повседневной жизни и в дальнейшем будут изучать на уроках физики, технологии и черчения.

В четвертом и выше классах ребята знакомятся с основами программирования и загрузки в память микропроцессора программ. Учащиеся изучают простейшие алгоритмы программирования и дистанционного управления роботами. Проводится подготовка моделей роботехнических модулей к выставкам и проведение соревнований (бег, прохождение трассы, робото-сумо, кегельринг и др.)

На этом этапе   основное внимание переключается с процесса построения модели на управление ею. На занятиях используется LEGO DigitalDesigner - это программа для создания любых моделей из деталей LEGO на компьютере. Довольно большой набор самых разнообразных деталей позволяет построить всевозможные 3D-объекты в виртуальном пространстве. Как и в обычных 3D-редакторах, рабочая область программы может приближаться/удаляться, разворачиваться под любым углом и свободно перемещаться. LEGO DigitalDesigner обладает простым и удобным интерфейсом, позволяющим разобраться в управлении строительством моделей без особых трудностей.  

Работа проходит в группах по 3 – 5 человек, где учитываются индивидуальные особенности   учеников,   общая последовательность   следующая:

 Формулировка общих принципов простого механизма.

Знакомство учащихся с активной лексикой, например, используя ее при

рассказе об изучаемом простом механизме.

 Сборка и изучение  одной или всех принципиальных моделей.

 Выполнение творческого задания.

При выполнении творческого задания модели создают не по инструкции, а опираясь на полученные знания и свой жизненный опыт.

Сначала ребята продумывают модели, которые они хотят создать, обговаривают технические характеристики и функции.

Затем создают эти модели. Одновременно происходит корректировка первоначального замысла (у некоторых он совершенно меняется).

Следующая ступенька -«оживление» моделей. Придуманные истории, происходившие с их творениями, возможное «место жительства» моделей – все это позволяет представить свои модели на  школьных и муниципальных выставках

Эти занятия позволяют решить также проблемы, связанные с возрастными особенностями учащихся 7-10 лет, обусловленные недостаточным уровнем развития абстрактного мышления, существенным преобладанием образно-визуального восприятия над другими способами получения информации. Преимущество состоит в том, что обучающийся находится не в виртуальном пространстве, а может ощущать физический смысл процессов, которым обучается.  

Выполнение заданий способствует развитию у учащихся знаний, умений и навыков в различных областях: конструирования, основ механики, моделирования, абстракции и логики.

Методы обучения

В рамках школьного урока и дополнительного образования робототехнические комплексы   могут применяться по следующим направлениям:

Демонстрация;

Фронтальные лабораторные работы и опыты;

Исследовательская проектная деятельность.

Эффективность обучения основам робототехники зависит и от организации занятий, проводимых с применением следующих методов:

Объяснительно - иллюстративный - предъявление информации различными способами (объяснение, рассказ, беседа, инструктаж, демонстрация, работа с технологическими картами и др);

Эвристический - метод творческой деятельности (создание творческих моделей и т.д.);

Проблемный - постановка проблемы и самостоятельный поиск её решения обучающимися;

Программированный - набор операций, которые необходимо выполнить в ходе выполнения практических работ (форма: компьютерный практикум, проектная деятельность);

Репродуктивный - воспроизводство знаний и способов деятельности (форма: собирание моделей и конструкций по образцу, беседа, упражнения по аналогу);

Частично - поисковый - решение проблемных задач с помощью педагога;

Поисковый – самостоятельное решение проблем;

Занятия робототехникой помогают учащимся  достичьличностные результаты :

сформированность познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей;

самостоятельность в приобретении новых знаний и практических умений;

мотивация образовательной деятельности школьников на основе личностно ориентированного подхода;

формирование ценностных отношений друг к другу, учителю, авторам открытий и изобретений, результатам обучения.

 Метапредметные результаты  :

овладение навыками самостоятельного приобретения новых знаний, организации учебной деятельности, постановки целей, планирования, самоконтроля и оценки результатов своей деятельности, умениями предвидеть возможные результаты своих действий;

понимание различий между исходными фактами и гипотезами для их объяснения, теоретическими моделями и реальными объектами, овладение универсальными учебными действиями на примерах гипотез для объяснения известных фактов и экспериментальной проверки выдвигаемых гипотез, разработки теоретических моделей процессов или явлений;

приобретение опыта самостоятельного поиска, анализа и отбора информации с использованием новых информационных технологий для решения познавательных задач;

освоение приемов действий в нестандартных ситуациях, овладение эвристическими методами решения проблем;

формирование умений работать в группе.

Описание робототехнических модулей.

Предварительный уровень           (5 – 8 лет)

Начальный уровень                         (9 – 12 лет)

Базовый уровень                              (12 – 15 лет)

Базовый соревновательный      уровень         (8 – 14 лет)

Профессиональный уровень         (14 + лет)

Исследовательский уровень          (14 + лет)

Экспертный уровень                         (14 + лет)

Образовательный робототехнический модуль (предварительный уровень) предназначенный для освоения

-базовых навыков в области проектирования различных объектов,

направлен на

-развитие любознательности и интереса к технике

Преимущества:

1. Возможность конструировать не менее 12 подвижных моделей роботов
2. Использование уникальных крепежных элементов и передач
3. Наличие специализированного инструмента для сборки
4. Наличие уникальных материалов и пособий для преподавателя
5. Наличие наглядных инструкций для учащихся
6. Наличие иллюстрированных материалов, демонстрирующих различные

         физические принципы и основы

7)     Развитие среди учащихся моторики, усидчивости и трудолюбия, а так же тяги к проектной деятельности

Все элементы каждого базового робототехнического набора, входящего

в комплект поставки, конструктивно и электрически совместимы друг с другом.   Робототехнические модули  позволяют учителю самосовершенствоваться, брать новые идеи, привлечь и удержать внимание учащихся, организовать учебную деятельность, применяя различные предметы, и проводить интегрированные занятия. Дополнительные элементы, содержащиеся в каждом наборе конструкторов, позволяют учащимся создавать модели собственного изобретения, конструировать роботов, которые используются в жизни.

Данные конструкторы показывают учащимся взаимосвязь между различными областями знаний, на уроках информатики решать задачи по физике, математике и т.д. Модели конструктора   дают представление о работе механических конструкций, о силе, движении и скорости, помогают производить математические вычисления. Данные наборы помогают изучить разделы информатики: моделирование и программирование.

Начальный уровень            (9 – 12 лет)

Образовательный робототехнический модуль предназначенный для освоения

начальных навыков в области проектирования и программирования простейших роботов и

робототехнических устройств

Преимущества:

1. Возможность конструировать не менее 10 подвижных  программируемых моделей роботов
2. Программирование осуществляется в текстовом

         редакторе с использованием графических элементов

3. Программируемый контроллер содержит 3 ИК-датчика,

         микрофон и динамик

4. Каждый набор содержит джойстик для дистанционного управления роботами
5. Роботы могут применяться в соревнованиях, таких как – соревнования по

         правилам «сумо», бои роботов, гонки вдоль линии и др.

6. Возможность дистанционного управления по интерфейсу Bluetooth

         с помощью смартфонов и планшетных компьютеров на базе ОС Android

7. Возможность разрабатывать программы управления роботами с помощью

         мобильных устройств на базе ОС Android

Комплект заданий WeDo позволяет учащимся работать в качестве юных исследователей,

инженеров, математиков и даже писателей, предоставляя им инструкции, инструментарий и задания для межпредметных проектов.

Учащиеся собирают и программируют действующие модели, а затем используют их для выполнения задач, по сути являющихся упражнениями из курсов естественных наук, технологии, математики, развития речи.

Комплект заданий WeDo предоставляет учителям средства для достижения целогокомплекса образовательных целей:

• Творческое мышление при создании действующих моделей.
• Развитие словарного запаса и навыков общения при объяснении работы модели.
• Установление причинно-следственных связей.
• Анализ результатов и поиск новых решений.
• Коллективная выработка идей, упорство при реализации некоторых из них.
• Экспериментальное исследование, оценка (измерение) влияния отдельных факторов.
• Проведение систематических наблюдений и измерений.
• Использование таблиц для отображения и анализа данных.
• Построение трехмерных моделей по двухмерным чертежам.
• Логическое мышление и программирование заданного поведения модели.
• Написание и воспроизведение сценария с использованием модели для наглядности и

драматургического эффекта.

Комплект содержит 12 заданий. Эти материалы можно загрузить в компьютер и использоватьсовместно с программным обеспечением WeDo. Все задания снабжены анимацией ипошаговыми сборочными инструкциями.

Все 12 заданийразбиты на четыре раздела, по три задания в каждом.В каждом разделе учащиеся занимаются технологией, сборкой и программированием, атакже упражняются во всех четырех предметных областях. Однако каждый раздел имеетсвою основную предметную область, на которой фокусируется деятельность учащихся.

• Забавные механизмы.В разделе «Забавные механизмы» основной предметной областью является физика.
• Звери.В разделе «Звери» основной предметной областью является технология, понимание того,что система должна реагировать на свое окружение.

Футбол.Раздел Футбол сфокусирован на математике.

• Приключения.Раздел «Приключения» сфокусирован на развитии речи, модель используется длядраматургического эффекта.

Основные учебные цели

Естественные науки

Изучение процесса передачи движения и преобразования энергии в машине. Идентификацияпростых механизмов, работающих в модели, включая рычаги, зубчатые и ременные передачи.Ознакомление с более сложными типами движения, использующими кулачок, червячное и коронное зубчатые колеса. Понимание того, что трение влияет на движение модели.

Технология. Проектирование

Создание и программирование действующих моделей. Использование программного обеспечения для обработки информации. Демонстрацияумения работать с цифровыми инструментами и технологическими системами.

Технология. Реализация проекта

Сборка, программирование и испытание моделей. Изменение поведения модели путём модификации её конструкции или посредством обратной связи при помощи датчиков.Организация мозговых штурмов для поиска новых решений. Обучение принципам совместной работы и обмена идеями.

Математика

Связь между диаметром и скоростью вращения. Использование чисел для задания звуков и для задания продолжительности работы мотора. Установление взаимосвязи между расстоянием до объекта и показанием датчика расстояния. Установление взаимосвязи между положением модели и показаниями датчика наклона. Использование чисел при измерениях и при оценке качественных

параметров.

Развитие речи

Общение в устной или в письменной форме с использованием специальных терминов.Подготовка и проведение демонстрации модели.

Обучение с LEGO® Education состоит из 4 этапов: Установление взаимосвязей,Конструирование, Рефлексия и Развитие.

В разделе «Первые шаги» представлены основные приемы сборки и программирования.Этот раздел можно использовать как справочный материал при работе с Комплектомзаданий.

Во начальных  классах программа предусматривает:

• Знакомство с деталями конструктора и организацию работы с ним.
• Знакомствоучащихся с основами построения механизмов в разделе «Первые шаги» для конструированиявыбранноймодели.
• Конструирование моделей раздела Комплекта заданий, следуя пошаговым инструкциям.
• Создание компьютерной программы движения модели.
• Испытание модели и программы к ней.
• Рефлексия действий.
• Создание проектов и защита их.
• Развитие проектов. Экспериментирование и исследование сконструированных моделей и механизмов, преобразование и исследование собранных конструкций, создание и программирование собственных моделей, проведение исследований, составление отчётов и обсуждениеидей, возникающих во время работы с этими моделями.
• Организация выставок проектов и моделей.

Ожидаемые результаты

Естественные науки

В результате деятельности к концу первого года занятий с конструктором ребята усвоят процессы передачи движения и преобразования энергии в машине. Научатся различать и использовать при сборке простые механизмы, работающие в модели, включая рычаги, зубчатые и ременные передачи, кулачок, червячное и коронное зубчатые колеса.Научатсяпониматьи обсуждать критерии испытаний.

Технология. Проектирование

В результате деятельности к концу первого года занятий с конструктором ребята смогут создавать и программироватьдействующие модели, пользуясь технологическими картами, проектировать и создавать свои конструкции.

Научатся использоватьпрограммноеобеспечениедля обработки информации. Получат навык умения работать с цифровыми инструментами и технологическими системами. Смогут отражать свои исследования в таблицах.

Технология. Реализация проекта

Научатся самостоятельно собирать, программироватьи испытыватьмодели, изменять поведение модели путём модификации её конструкции или посредством обратной связи при помощи датчиков. Смогут предлагать новые решения и обмениваться идеями, соблюдая принципы совместной работы.

Математика

Усвоят связь между диаметром и скоростью вращения.Научатся использоватьчисла для задания звуков и для задания продолжительности работы мотора, использоватьчислапри измерениях и при оценке качественных параметров.

Развитие речи

Научатся общению в устной или в письменной форме с использованием специальных терминов.Получат навыки в подготовке и проведении демонстрации модели и коллективного проекта.

        Литература и оборудование

1. ПервоРобот LEGO ® WeDo ™ Книга для учителя – электронный вариант
2. КонструкторПервороботLEGO®WeDo™ (LEGO Education WeDo).

Программное обеспечение LEGO ® EducationWeDo

1. К.В.Ермишин. М.А.Кольин. Методические рекомендации для преподавателя. Предварительный уровень. (5-8 лет) Учебно-методическое пособие. Москва-2014. Экзамен.

2. К.В.Ермишин. М.А.Кольин. Методические рекомендации для  ученика. Предварительный уровень. (5-8 лет) Учебно-методическое пособие. Москва-2014. Экзамен.

3. Технолаб. Образовательные робототехнические модули. (Предварительный уровень). Начальный робототехнический набор.

4. К.В.Ермишин.И.И.Мацаль. Методические рекомендации для преподавателя.  Начальный уровень. (9-11 лет) Учебно-методическое пособие. Москва-2014. Экзамен.

5.   К.В.Ермишин.И.И.Мацаль. Методические рекомендации для  ученика.  Начальный уровень. (9-11 лет) Учебно-методическое пособие. Москва-2014. Экзамен.

 6.   К.В.Ермишин.И.И.Мацаль. Методические рекомендации для  ученика.  Базовый уровень. (12-15 лет) Учебно-методическое пособие. Москва-2014. Экзамен.

7.Технолаб. Образовательные робототехнические модули. ( Базовый уровень). Базовый робототехнический набор.

Учебно – тематическое планирование

Учебно-тематический план^[1]1

на 2016/2017 учебный год

Календарно-тематическое планирование

для группы   1 г.о.