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

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.

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