Образовательный проект
проект

Муниципальное казённое учреждение

«Мамская средняя общеобразовательная школа»

Образовательный проект

«Робототехника»

Автор проекта:

Марданшин М.Ю.

учитель информатики

МКОУ «Мамская СОШ»

Мама 2020 год.

Аннотация проекта

Робототехника – прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем.

Робототехника опирается на такие дисциплины как электроника, механика, программирование.

Робототехника является одним из важнейших направлений научно-технического прогресса, в котором проблемы механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта. Активное участие и поддержка Российских и международных научно-технических и образовательных проектов в области робототехники и мехатроники позволит ускорить подготовку кадров, развитие новых научно-технических идей, обмен технической информацией и инженерными знаниями, реализацию инновационных разработок в области робототехники в России и по всему миру.

Человечество остро нуждается в роботах, которые могут без помощи оператора тушить пожары, самостоятельно передвигаться по заранее неизвестной, реальной пересеченной местности, выполнять спасательные операции во время стихийных бедствий, аварий атомных электростанций, в борьбе с терроризмом. Кроме того, по мере развития и совершенствования робототехнических устройств возникла необходимость в мобильных роботах, предназначенных для удовлетворения каждодневных потребностей людей: роботах – сиделках, роботах – домработницах и т.д. Специалисты, обладающие знаниями в этой области, сильно востребованы. Поэтому, внедрение робототехники в учебный процесс и внеурочное время приобретает все большую значимость и актуальность. Основное оборудование используемое при обучении детей робототехнике в школе – это ЛЕГО конструкторы Mindstorms.

LEGO Mindstorms – это конструктор (набор сопрягаемых деталей и электронных блоков) для создания программируемого робота.

Конструкторы LEGO Mindstorms позволяют организовать учебную деятельность по различным предметам и проводить интегрированные занятия. С помощью этих наборов можно организовать высокомотивированную учебную деятельность по пространственному конструированию, моделированию и автоматическому управлению.

Основная задача современного образования – создать среду, облегчающую ребенку возможность раскрытия собственного потенциала. Это позволяет ему свободно действовать, познавая эту среду, а через нее и окружающий мир. Новая роль педагога состоит в том, чтобы организовать и оборудовать соответствующую образовательную среду и побуждать ребенка к познанию и к деятельности.

Новая парадигма образования, реализуемая ФГОС, - это переход от школы информационно-трансляционной к школе деятельностной, формирующей у обучающихся компетенции самостоятельной навигации по освоенным предметным знаниям при решении конкретных личностно значимых задач. Современный человек должен быть мобильным, технически грамотным, готовым к внедрению инновации в жизнь. В перспективе курс робототехники в школе может стать одним из интереснейших способов изучения не только компьютерных технологий и программирования, но и всего окружающего мира.

Изучение «Основ робототехники» создает предпосылки для социализации личности учащихся и обеспечивает возможность ее непрерывного технического образования, а освоение с помощью лего-наборов и других робоконструкторов компьютерных технологий – это путь школьников к современным перспективным профессиям и успешной жизни в информационном обществе. Конечно же, занятия робототехникой не приведут к тому, что все дети захотят стать программистами и роботостроителями, инженерами, исследователями. В первую очередь занятия рассчитаны на общенаучную подготовку школьников, развития их мышления, логики, математических способностей, исследовательских навыков. Робот не ставит оценок и не задает домашних заданий, но заставляет работать умственно и постоянно.

Дети – неутомимые конструкторы, их творческие возможности и технические решения оригинальны. Школьники учатся конструировать «шаг за шагом». Такое обучение позволяет им продвигаться вперед в собственном темпе, стимулирует желание учиться и решать новые, более сложные задачи. Любой признанный и оцененный успех приводит к тому, что ребенок становится более уверенным в себе.

В ходе занятий повышается коммуникативная активность каждого ребенка, формируется умение работать в паре, в группе, происходит развитие творческих способностей.

Робототехника это увлекательно! Мир не стоит на месте, всегда развивается, и кто знает, может именно мои ученики, создадут нанотехнологичный аппарат или нового робота 21 века.

Цель проекта:

• создание условий для изучения основ алгоритмизации и программирования с использованием робота, развитие научно-технического и творческого потенциала личности ученика путем организации его деятельности в процессе интеграции начального инженерно-технического конструирования и основ робототехники.

Задачи проекта:

• освоить среду программирования;
• развивать творческие способности и логическое мышление обучающихся;
• развивать умение выстраивать гипотезу и сопоставлять ее с полученным результатом;
• развивать образное, техническое мышление и умение выразить свой замысел;
• развивать умение работать по предложенным инструкциям по сборке моделей;
• развивать умение творчески подходить к решению задачи;
• развивать умение излагать мысли в четкой логической последовательности, отстаивать свою точку зрения, анализировать ситуацию и самостоятельно находить ответы на вопросы путем логических рассуждений;
• осваивать навыки проведения эксперимента;
• привлекать школьников к сотрудничеству, сотворчеству.

Характеристика охватываемой аудитории

«Порывы, воля, а также желания присущи даже новорожденным детям, между тем как рассудительность и ум появляются у них только с возрастом».

Аристотель

Проект «Робототехника - первый шаг к открытиям» реализуется в 2-9 классах средней общеобразовательной школы (возраст учащихся 8 – 15 лет).

Для того чтобы развить познавательную деятельность учащихся, формировать интерес к процессу познания необходимо учитывать индивидуальные особенности ребенка.

В подростковом возрасте происходят существенные сдвиги в мыслительной деятельности. Этот особый статус возраста связан с изменением социальной ситуации развития подростков – их стремление приобщиться к миру взрослых. В связи с этим характерным для подростка является развитие самосознания и самооценки, интереса к себе как личности, к своим способностям и возможностям.

Внимание подростка характеризуется объемом и специфической избирательностью, становится произвольным и преднамеренным. Ребенок способен сохранять долгое время устойчивость и высокую интенсивность внимания. Внимание становится хорошо управляемым, контролируемым процессом и увлекательной деятельностью.

Объем памяти подростка увеличивается за счет логического осмысливания материала, наращивается полнота, системность и точность воспроизводимого материала, становится допустимым запоминание абстрактного материала.

Важная особенность – формирование активного, самостоятельного мышления. Проявляется способность мыслить дедуктивно, теоретически, формируется система логических высказываний. Подросток способен самостоятельно и творчески мыслить, сравнивать, делать глубокие по содержанию выводы и обобщения. Немалую роль в процессе обучения играют интересы школьника. Интересы, мотивы, потребности подростков динамичны, весьма неустойчивы. Они проявляют готовность овладеть интересующей областью знания. Учебные интересы подростков находятся в стадии развития, становления. Большое значение имеют также личные успехи подростка в изучении того или иного предмета.

Наиболее существенную роль в формировании положительного отношения подростков к учению играют идейно – научная содержательность учебного материала, его связь с жизнь и практикой, проблемный и эмоциональный характер изложения, организация поисковой познавательной деятельности, дающей учащимся возможность переживать радость самостоятельных открытий, вооружение подростков рациональными приемами учебной работы, являющимися предпосылкой для достижения успеха.

Другая форма выражения мотивов учения – наличие учебных интересов. Учебные интересы, как правило, избирательны. Учебный интерес зависит от того, насколько связан материал с внеучебными интересами, насколько ясно и понятно излагает материал учитель, насколько активны и разнообразны методы обучения.

Все эти особенности способствуют целенаправленному восприятию новых, современных средств обучения.

Срок реализации

Проект «Робототехника» рассчитан на 4 год.

Общая характеристика учебного курса

«Истинная цель просвещения не в том, чтобы сообщить людям определенную сумму сведений по различным наукам, а в том, чтобы пробудить в каждом человеке творца, духовно активную личность, - и в этом счастье»

М.В.Ломоносов

Программа рассчитана на 34 часа и адаптирована под Конструктор Mindstorms EV3.

Конструктор Лего предоставляет ученикам возможность приобретать важные знания, умения и навыки в процессе создания, программирования и тестирования роботов. «Мозгом» робота Lego Mindstorms является микрокомпьютер Lego NXT, делающий робота программируемым, интеллектуальным, способным принимать решения. Для связи между компьютером и NXT можно использовать также беспроводное соединение Bluetooth. На NXT имеется три выходных порта для подключения электромоторов или ламп, помеченные буквами А, В и С. С помощью функции NXT Program (Программы NXT) можно осуществлять прямое программирование блока NXT без обращения к компьютеру. Датчики получают информацию от микрокомпьютера NXT.

Конструктор Лего и программное обеспечение к нему предоставляет прекрасную возможность учиться ребенку на собственном опыте. Такие знания вызывают у детей желание двигаться по пути открытий и исследований, а любой признанный и оцененный успех добавляет уверенности в себе. Обучение происходит особенно успешно, когда ребенок вовлечен в процесс создания значимого и осмысленного продукта, который представляет для него интерес. Важно, что при этом ребенок сам строит свои знания, а учитель лишь консультирует его.

В окружающем нас мире очень много роботов: от лифта в вашем доме до производства автомобилей, они повсюду. Конструктор Mindstorms EV3 приглашает ребят войти в увлекательный мир роботов, погрузиться в сложную среду информационных технологий. Программное обеспечение отличается дружественным интерфейсом, позволяющим ребенку постепенно превращаться из новичка в опытного пользователя. Каждый урок - новая тема или новый проект. Модели собираются либо по технологическим картам, либо в силу фантазии детей. По мере освоения проектов проводятся соревнования роботов, созданных группами.

В конце года в творческой лаборатории группы демонстрируют возможности своих роботов.

Можно выделить следующие этапы обучения:

І этап – начальное конструирование и моделирование. Очень полезный этап, дети действуют согласно своим представлениям, и пусть они «изобретают велосипед», это их велосипед, и хорошо бы, чтобы каждый его изобрел.

На этом этапе ребята еще мало что знают из возможностей использования разных методов усовершенствования моделей, они строят так, как их видят. Задача учителя – показать, что существуют способы, позволяющие сделать модели, аналогичные детским, но быстрее, мощнее. В каждом ребенке сидит дух спортсмена, и у него возникает вопрос: «Как сделать, чтобы победила моя модель?»

Вот здесь можно начинать следующий этап.

ІІ этап – обучение. На этом этапе ребята собирают модели по схемам, стараются понять принцип соединений, чтобы в последующем использовать. В схемах представлены очень грамотные решения, которые неплохо бы даже заучить. Модели получаются одинаковые, но творчество детей позволяет отойти от стандартных моделей и при создании программ внести изменения, поэтому соревнования должны сопровождаться обсуждением изменений, внесенных детьми. Дети составляют программы и защищают свои модели. Повторений в защитах быть не должно.

ІІІ этап – практическое конструирование. Узнав много нового на этапе обучения, ребята получают возможность применить свои знания и создавать сложные проекты.

Проект «Робототехника» позволит обучающимся принять участие в соревнованиях по робототехнике. При разработке и отладке проектов учащиеся делятся опытом друг с другом, что очень эффективно влияет на развитие познавательных, творческих навыков, а также самостоятельность школьников. Таким образом, ЛЕГО, являясь дополнительным средством при изучении курса информатики, позволяет учащимся принимать решение самостоятельно, применимо к данной ситуации, учитывая окружающие особенности и наличие вспомогательных материалов. И, что немаловажно, - умение согласовывать свои действия с окружающими, т.е. – работать в команде.

Методы достижения цели

• разработка и реализация программы «Робототехника – первый шаг к открытиям»;
• различные формы организации занятий: семинары-практикумы, лабораторные практикумы, обучающие сессии, конкурсные мероприятия;
• интерактивные методы обучения, способствующие развитию критического мышления и вовлечению учащихся в различные виды деятельности;
• методы активного обучения, направленные на моделирование предметного и социального содержания учебной деятельности;
• лабораторно-практический контроль и самоконтроль;
• создание ситуации успеха.

Смета расходов

Анализ рисков

• несоответствие мотивации обучающихся в использовании роботов образовательным задачам;
• возможное отставание уровня ответственности отдельных учащихся за результаты своего собственного образования по сравнению с предполагаемыми результатами.

Для минимизации данных рисков необходимо правильно активизировать учебно-мотивационную деятельность посредством целенаправленного использования средств информатизации.

Ожидаемые результаты

После завершения курса обучения:

Обучающийся будет знать:

• конструкцию, органы управления и дисплей EV3;
• датчики EV3;
• сервомотор EV3;
• интерфейс программы Lego Mindstorms EV3;
• основы программирования, программные блоки.

Обучающийся будет уметь:

• структурировать поставленную задачу и составлять план ее решения;
• использовать приёмы оптимальной работы на компьютере;
• извлекать информацию из различных источников;
• составлять алгоритмы обработки информации;
• ставить задачу и видеть пути её решения;
• разрабатывать и реализовывать проект;
• проводить монтажные работы, наладку узлов и механизмов;
• собирать робота, используя различные датчики;
• программировать робота.

Все описанное выше должно позволить сформулировать у выпускников школы информационную компетентность, использовать полученные знания при изучении других предметов, создавать в урочной и внеурочной деятельности по информатике развивающую образовательную среду, которая повлечет повышение качества знаний учащихся.

Выводы

Современный курс школьной информатики с включением в него робототехники, информатизации образования, он как ни один другой предмет нацелен на подготовку учащихся к жизни в информационном обществе.

Процессы обучения и воспитания не сами по себе развивают человека, а лишь тогда, когда они имеют деятельностные формы и способствуют формированию тех или иных типов деятельности.

Такую стратегию обучения легко реализовать в образовательной среде ЛЕГО, которая объединяет в себе специально скомпонованные для занятий в группе комплекты ЛЕГО, тщательно продуманную систему знаний для детей и четко сформулированную образовательную концепцию.

Однако курс «Робототехники» не является чем-то однажды написанным и далее живущим в законченном виде. Он может видоизменяться из года в год. Непрерывность модификации материалов этого курса – естественный процесс. Это требование времени, ведь информационные и компьютерные технологии, все, что с ними связано, переживают взрывообразное развитие.

Привлечение школьников к исследованиям в области робототехники, обмену технической информацией и начальными инженерными знаниями, развитию новых научно-технических идей позволит создать необходимые условия для высокого качества образования, за счет использования в образовательном процессе новых педагогических подходов и применение новых информационных и коммуникационных технологий. Понимание феномена технологии, знание законов техники, позволит выпускнику школы соответствовать запросам времени и найти свое место в современной жизни.

Список литературы и интернет – источников

1. Каталог сайтов по робототехнике - полезный, качественный и наиболее полный сборник информации о робототехнике. [Электронный ресурс] — Режим доступа: свободный http://robotics.ru/.
2. Комарова Л. Г. «Строим из LEGO» (моделирование логических отношений и объектов реального мира средствами конструктора LEGO). — М.; «ЛИНКА — ПРЕСС», 2001.
3. ПервоРобот LEGO® WeDoTM - книга для учителя (Электронный ресурс).
4. Бухмастова Е.В., Шевалдина С.Г., Горшков Г.А. Методическое пособие «Использование Лего-технологий в образовательной деятельности» (опыт работы межшкольного методического центраг. Аши) – Челябинск: РКЦ, 2009.-59 с.
5. Григорьев Д.В., Степанов П.В. Внеурочная деятельность школьников. Методический конструктор – М: Просвещение, 2011
6. Филиппов С.А. Робототехника для детей и родителей –СПб.: Наука, 2013. –319с.: ил. ISBN 978-5-02-038-200-8;
7. Халамов В.Н. и др. Образовательная робототехника во внеурочной деятельности: учебно-методическое пособие - Челябинск: Взгляд, 2011. –96с.: ил. SBN 978-5-93946-193-1
8. LegoEducation2009686. Технология и физика. Книга для учителя. Институт новых технологий-220с. ил.;
9. LegoEducation2009687. Технология и физика. Книга для учителя. Институт новых технологий-152с. ил.;
10. LegoMidstorms Education. ПервоРоботNXT. Введение в робототехнику-66с. ил.;
11. http://myrobot.ru/stepbystep/ - «Шаг за шагом в постройке робота»

12. http://www.brickfactory.info/set/index.html -Инструкции по сборке лего-моделей;
13. http://www.membrana.ru -Люди. Идеи. Технологии;
14. http://www.prorobot.ru –Роботы и робототехника;
15. http://education.lego.com/ru -Робототехника и Образование
16. http://russos.livejournal.com/817254.html