Формирование ключевых компетенций учащихся через реализацию проектов во внеурочной деятельности по робототехнике

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Аннотация

Данные рекомендации раскрывают аспекты формирования ключевых компетенций учащихся при выполнении проектов по робототехнике во внеурочной деятельности, рассматриваются противоречия между имеющейся системой формирования знаний учащихся на уроках и необходимым их уровнем для решения задач построения робототехнических моделей, трудности с которыми могут столкнуться преподаватели робототехники. Даются методические рекомендации по использованию знаний, полученных на уроках информатики.

Данные рекомендации могут быть полезны учителям образовательных учреждений, педагогам дополнительного образования, занимающимся обучением детей основам робототехники.

Содержание

Введение. 4

Формирование ключевых компетенций учащихся через реализацию проектов во внеурочной деятельности по робототехнике. 5

Заключение. 12

Список использованной литературы.. 13

Приложение 1. Программа внеурочной деятельности «Основы робототехники». 14

Приложение 2. Сценарий открытия кабинета робототехники. 25

Введение

Ускорение темпов развития общества, объемы информации, растущие в геометрической прогрессии смещают акценты в сфере образования. Одним из главных становится способность человека приобретать и развивать умения, навыки, которые могут использоваться или трансформироваться применительно к целому ряду жизненных ситуаций. Необходимо воспитывать в учениках готовность к переменам, развивая такие качества, как мобильность, конструктивность, умение учиться.

Современная школа должна формировать целостную систему универсальных знаний, умений, навыков, а также опыт самостоятельной деятельности и личной ответственности обучающихся, то есть ключевые компетенции, определяющие современное качество содержания образования.

Традиционные подходы к образовательному процессу не позволяют создавать условия для решения данной задачи. Внимание учителя должно быть направлено на вовлечение каждого школьника в активную познавательную и творческую деятельность. Этого можно добиться, используя новые технологии, обходимые для активной мыслительной деятельности и развития коммуникативности учащихся. Наиболее перспективными являются технологии, связанные с различными формами интерактивного обучения, проектной деятельности, нестандартными уроками.

В настоящее время перспективным направлением являются технологии проектной деятельности в изучении основ робототехники. Наша гимназия с 2015 года занимается внедрением основ робототехники в образовательный процесс. Изучение основ робототехники интегрировано в урочную и во внеурочную деятельность.

Цель методической разработки – обобщить опыт по формированию ключевых компетенций учащихся при выполнении проектов по робототехнике во внеурочной деятельности, выявить противоречия между имеющейся системой формирования знаний учащихся и необходимым их уровнем для решения задач построения робототехнических моделей, трудности с которыми могут столкнуться преподаватели робототехники, обозначить пути решения этих трудностей.

Новизна методической разработки заключается в рассмотрении вопроса формирования ключевых компетенций учащихся при выполнении проектов по робототехнике с опорой на школьный курс информатики. Определены точки соприкосновения виртуальной и реальной составляющей деятельности учащихся. Рассмотрено формирование цикла ключевых компетенций при реализации учебных проектов при подготовке учащихся к соревнованиям.

Практическая значимость методической разработки:

- обозначены пути преодоления противоречий и трудностей при организации внеурочной деятельности по основам робототехники;

- выявлена позитивная динамика личностных результатов (успехи учащихся во всероссийской олимпиаде по информатике, всероссийской робототехнической олимпиаде).

Заключение

Использование компетентностного подхода во внеурочной деятельности по робототехнике позволяет достигнуть ощутимых результатов. Учащиеся гимназии участвуют в олимпиадах по программированию, во всероссийских робототехнических олимпиадах и соревнованиях (Приложение 2). Некоторые учащиеся добиваются успехов и во Всероссийской олимпиаде школьников по информатике и во Всероссийской робототехнической олимпиаде. Появляется дополнительный стимул к изучению одного из перспективных направлений науки и техники и саморазвитию.

Конечно же, внеурочная деятельность по робототехнике не приведет к тому, что все дети станут программистами, инженерами, исследователями и роботостроителями. В первую очередь занятия рассчитаны на общенаучную подготовку школьников, развитие их мышления, логики, математических и алгоритмических способностей, исследовательских навыков. На занятиях робототехникой учащиеся гимназии раскрывают свой творческий потенциал, учатся работать в команде, осваивают передовые технологии и способы поиска информации. Мы не считаем, что занятия смогут помочь определиться с профессией только детям с техническим складом ума. Ребенок, который является абсолютным гуманитарием, сможет придумать главное – цель создания робота. Робототехника – это направление деятельности, которое позволяет получить навыки, которые необходимы в современном мире, позволяет быть творцами, а не потребителями. Наша гимназия создает все условия для формирования из школьников будущих творцов высокотехнологичной науки.

Список использованной литературы

1. Курнешова Л.Е. Методические рекомендации по организации проектной и исследовательской деятельности обучающихся в образовательных учреждениях г. Москвы от 20.11.2003 № 2-34-20 / Департамент образования города Москвы // http://www.c-psy.ru/index.php/teacher/master-class/8919-2011-03-14-15-21-19.

2. Сергеев И.С., Блинов В.И. Как реализовать компетентностный подход на уроке и во внеурочной деятельности: Практическое пособие. – М.: АРКТИ, 2009. – 132 с.

3. Сайт сопровождения соревновательных и образовательных мероприятий под названием «Hello, Robot!» http://russianrobotics.ru/competition/hello-robot/hello-robot-lego/

4. Сайт К. Полякова «Робототехника» http://kpolyakov.spb.ru/school/robotics/robotics.htm.

5. Бермус А. Г. Проблемы и перспективы реализации компетентностного подхода в образовании//На сайте: http://www.eidos.ru/journal/2005/0910-12.htm.

6. Болотов В. А., Сериков В. В. Компетентностная модель: от идеи к образовательной программе//Педагогика. – 2003. - №10.

7. Зимин В. Н. Методы активного обучения как необходимое условие овладения обучающимися ключевыми компетенциями. – Иркутск, 2003.

8. Лебедев О. Е. Компетентностный подход в образовании// Школьные технологии. – 2004. - №5.

9. Хуторской А. В. Ключевые компетенции и образовательные стандарты: Доклад на отделении философии образования и теории педагогики. Центр «Эйдос»//На сайте: http://www.eidos/ru/news/compet.htm.ррррр

10. Иванов Д.А., Митрофанов К.Г., Соколова О.В. Компетентностный подход в образовании. Проблемы, понятия, инструментарий. Учебно – методическое пособие. - М.: 2005.

11. Мелехина С.И. Развитие познавательной активности школьников в процессе учебной проектной деятельности. - Киров, 2006.

Приложение 1

Программа внеурочной деятельности
«Основы робототехники»

Пояснительная записка

Одним из важнейших направлений научно-технического прогресса является робототехника, в которой проблемы механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта. Робототехника – это проектирование, конструирование и программирование всевозможных интеллектуальных механизмов – роботов, имеющих модульную структуру и обладающих мощными микропроцессорами.

За последние годы успехи в робототехнике и автоматизированных системах изменили личную и деловую сферы нашей жизни. Сегодня человечество вплотную подошло к тому моменту, когда роботы будут использоваться во всех сферах жизнедеятельности. Роботы широко используются в транспорте, в исследованиях Земли и космоса, в хирургии, в военной промышленности, при проведении лабораторных исследований, в сфере безопасности, в массовом производстве промышленных товаров и товаров народного потребления.

Робототехника является популярным и эффективным методом для изучения важных областей науки, технологии, конструирования и математики. Для решения поставленной социальной задачи в рамках средней школы необходим «комбинированный» вариант обучения, в котором виртуальная реальность и действительность будут тесно переплетены. Создавая и программируя различные управляемые устройства, ученики получают знания о техниках, которые используются в настоящем мире науки, конструирования и дизайна. Они разрабатывают, строят и программируют полностью функциональные модели, учатся вести себя как молодые ученые, проводя простые исследования, просчитывая и изменяя поведение, записывая и представляя свои результаты.

Наше время требует нового человека – исследователя проблем, а не простого исполнителя. Поэтому задача школы – дать ребёнку возможность не только получить готовое, но и открывать что-то самостоятельно. Ученик должен быть активным участником учебного процесса. Это становится возможным, если создана учебная среда, побуждающая ученика взаимодействовать и общаться в ходе решения различных задач с учителем, изучаемым материалом и другими учениками. Обучающий комплекс по робототехнике позволяет сделать это. С простого запоминания фактов и правил и последующего исполнения рутинных инструкций акцент переносится на способность отыскивать факты, предполагать еще не имеющие прецедента возможности, понимать и изобретать правила, ставить перед собой разнообразные задачи, самостоятельно планировать и выстраивать исполнительные действия.

Задачи :

- активизация познавательной деятельности школьников и стимулирование творческой изобретательности;

- развитие памяти и логического мышления;

- развитие умений практического применения теоретических знаний из различных областей (физика, математика, информатика, технический английский язык);

- усвоение основ программирования, формирование умения составлять алгоритмы для робототехнических устройств;

- формирование умений использовать системы регистрации сигналов датчиков, понимание принципов обратной связи;

- развитие конструкторских способностей, умения проектировать роботов;

- способствовать формированию умения самостоятельно решать технические задачи в процессе конструирования моделей;

- развитие умения отстаивать свою точку зрения, анализировать ситуацию и самостоятельно находить ответы на вопросы путем логических рассуждений;

- ранняя ориентация на инновационные технологии и методы организации практической деятельности в сферах общей кибернетики и роботостроения;

- расширение области знаний о профессиях;

- приобретение навыков коллективного и конкурентного труда;

- формирование ключевых компетенций учащихся.

Оборудование:

- базовый набор для изучения робототехники LEGO Mindstorms EV3 версии 45544 – 12 шт.;

- ресурсный набор LEGO Mindstorms EV3 версии 45560 – 6 шт.;

- программное обеспечение LEGO Mindstorms EV3 (групповая лицензия)

- персональный компьютер – 12 шт.;

- лазерный принтер – 1 шт.;

- мультимедиа проектор – 1 шт.

Метапредметные результаты.

Регулятивные универсальные учебные действия:

- формировать умение ставить цель, планировать достижение этой цели;

- самостоятельно или в сотрудничестве с товарищами и учителем ставить учебные задачи;

- планировать последовательность шагов алгоритма для достижения цели;

- проявлять познавательную инициативу в учебном сотрудничестве;

- осуществлять итоговый и пошаговый контроль по результату;

- адекватно воспринимать оценку товарищей и учителя;

- вносить коррективы в действия в случае расхождения результата решения задачи на основе ее оценки и учета характера сделанных ошибок;

- оценивать получающийся творческий продукт и соотносить его с изначальным замыслом, выполнять по необходимости коррекции либо продукта, либо замысла.

- осваивать способы решения проблем творческого характера в жизненных ситуациях.

Познавательные универсальные учебные действия:

- осуществлять поиск информации в индивидуальных информационных архивах учащегося, информационной среде образовательного учреждения, в федеральных хранилищах информационных образовательных ресурсов;

- использовать средства информационных и коммуникационных технологий для решения коммуникативных, познавательных и творческих задач;

- ориентироваться на разнообразие способов решения задач;

- осуществлять анализ объектов с выделением существенных и несущественных признаков;

- проводить сравнение, классификацию по заданным критериям;

- строить логические рассуждения в форме связи простых суждений об объекте;

- устанавливать аналогии, причинно-следственные связи;

- моделировать, преобразовывать объект из чувственной формы в пространственно-графическую или знаково-символическую;

- синтезировать, составлять целое из частей, в том числе самостоятельное достраивание с восполнением недостающих компонентов;

- выбирать основания и критерии для сравнения, классификации объектов;

Коммуникативные универсальные учебные действия:

- аргументировать свою точку зрения на выбор оснований и критериев при выделении признаков, сравнении и классификации объектов;

- выслушивать собеседника и вести диалог;

- признавать возможность существования различных точек зрения и права каждого иметь свою;

- планировать учебное сотрудничество с учителем и сверстниками — определять цели, функций участников, способов взаимодействия;

- осуществлять постановку вопросов — инициативное сотрудничество в поиске и сборе информации;

- разрешать конфликты – выявление, идентификация проблемы, поиск и оценка альтернативных способов разрешения конфликта, принятие решения и его реализация;

- управлять поведением партнера — контроль, коррекция, оценка его действий;

- уметь с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли в соответствии с задачами и условиями коммуникации;

- владеть монологической и диалогической формами речи.

Предметные результаты

По окончании обучения учащиеся должны

знать:

- правила безопасной работы с механическими устройствами;

- основные компоненты роботизированных программно-управляемых устройств;

- основные компоненты конструкторов LEGO Mindstorms EV3;

- конструктивные особенности различных моделей, сооружений и механизмов;

- компьютерную среду визуального программирования роботов LEGO Mindstorms Education EV3;

- компьютерную среду визуального 3D моделирования Lego Digital Designer;

- виды подвижных и неподвижных соединений в конструкторе;

- основные приемы конструирования роботов и управляемых устройств;

- конструктивные особенности различных роботов;

- приемы и опыт конструирования с использованием специальных элементов, и других объектов и т.д.;

- основные алгоритмические конструкции, этапы решения задач с использованием ЭВМ.

уметь:

- демонстрировать технические возможности роботов;

- конструктивные особенности различных роботов;

- самостоятельно решать технические задачи в процессе конструирования роботов (планирование предстоящих действий, самоконтроль, применять полученные знания, приемы и опыт конструирования с использованием специальных элементов);

- создавать реально действующие модели роботов при помощи специальных элементов по разработанной схеме, по собственному замыслу;

- использовать основные алгоритмические конструкции для решения задач;

- создавать программы на компьютере для различных роботизированных устройств, корректировать программы при необходимости;

- работать с литературой, с журналами, с каталогами, изучать и обрабатывать информацию в Интернете;

- создавать действующие модели роботов на основе конструктора LEGO Mindstorms EV3.

Тематическое планирование

№ п.п.	Тема занятия	Теоретическая часть	Практическая часть	Коли-чество часов
1.	Вводное занятие. Техника безопасности.	Понятие «робот», «робототехника». Применение роботов в различных сферах жизни человека, значение робототехники. Демонстрация готовых моделей роботов.	Знакомство с деталями и интерфейсом конструктора Lego Mindstorms EV3: контроллер, сервоприводы, соединительные кабели, датчики-касания, ультразвуковой, освещения и цвета, порты подключения. Прямое управление роботом.	1
2.	Основы конструирования Lego Mindstorms.	Способы крепления деталей. Механическая передача. Передаточное отношение.	Сборка первого учебного робота	2
3.	Программирование на модуле EV3.	Интерфейс приложения для программирования на EV3.	Знакомство с приложением для программирования на модуле EV3.	1
4.	Ознакомление с визуальной средой программирования.	Понятие «среда программирования», «логические блоки». Демонстрация простейшей программы для робота. Понятие «программа», «алгоритм». Алгоритм движения робота по прямой.	Работа с интерфейсом программы LEGO MINDSTORMS Education EV3. Написание программы для перемещения робота по прямой.	2
5.	Движение по кривой.	Линейные программы. Использование блока «Рулевое управление», понятие мощности.	Использование блока «Рулевое управление» для управления роботом.	1
6.	Независимое управление моторами.	Понятие «независимого управления моторами», принципы его использования.	Использование блока «Независимое управление моторами» для управления роботом.	1
7.	Управление средним мотором.	Блоки управления средними моторами.	Внесение изменений в конструкцию модели робота. Программирование робота на перемещение кубоида.	2
8.	Использование датчика цвета.	Понятие яркости отраженного света. Знакомство с датчиком цвета.	Использование датчика цвета для остановки робота при обнаружении линии.	2
9.	Ориентация робота в пространстве.	Знакомство с гироскопическим датчиком, правила работы с ним, принципы управления.	Использование гироскопического датчика для поворота на заданное количество градусов.	1
10.	Использование ультразвукового датчика расстояния.	Знакомство с ультразвуковым датчиком. Измерение расстояния до препятствия.	Использование ультразвукового датчика для определения приближения к объекту.	2
11.	Воспроизведение звука.	Понятие параллельного программирования. Выбор и подключение звукового файла для воспроизведения.	Использование многозадачности для перемещения робота и воспроизведения звука одновременно.	1
12.	Использование датчика касания.	Знакомство с датчиком касания.	Создание и отладка программы с использованием датчика касания.	1
13.	Циклические алгоритмы.	Понятие «цикл». Использование блока «цикл» в программе.	Создание и отладка программы с использованием блока цикла для повторения последовательности действий.	2
14.	Движение вдоль линии.	Знакомство с алгоритмической структурой «Ветвление». Настройка датчика цвета.	Использование блока «Переключатель» для принятия решений в динамическом процессе на основании информации датчика цвета.	2
15.	Кибернетика – наука об автоматическом управлении.	Алгоритмы управления. Релейный регулятор. Пропорциональный регулятор.	Движение по линии с одним датчиком освещенности.	1
16.	Алгоритмы управления.	Движение по линии с двумя датчиками освещенности.	Программирование робота на движение по линии с двумя датчиками освещенности.	2
17.	Алгоритмы управления.	Движение вдоль стенки. Пропорционально-дифференциальный регулятор.	Программирование робота на движение вдоль стенки.	2
18.	Игры роботов.	Виды робототехнических соревнований.	Соревнования роботов.	6
19.	Управление цветом.	Использование датчика цвета в режиме определения цвета «Измерение – Цвет».	Программирование робота на движение при определении различных цветов.	2
20.	Шины данных.	Понятие шины данных, ее назначение.	Самостоятельный эксперимент с тремя типами шин данных.	2
21.	Случайные числа.	Понятие «генератор случайных чисел». Использование блока «Случайное значение» для управления движением робота.	Использование блока случайной величины для перемещения робота со случайно выбранной скоростью и в случайно выбранном направлении.	2
22.	Использование датчиков для управления мощностью моторов.	Освещенность, использование числового ввода параметров блока движения, измеренных с помощью датчиков.	Использование блоков датчика для управления мощностью моторов робота в динамическом режиме.	2
23.	Измерительный прибор.	Отображение показаний ультразвукового датчика в режиме реального времени и их объединение с текстом.	Самостоятельный эксперимент с измерением угла наклона гироскопа.	2
24.	Робот-преследователь.	Использование ультразвукового датчика для перемещения робота вперед при нахождении кубоида в указанном диапазоне.	Эксперимент с установкой блока диапазона в режим «Вне пределов».	2
25.	Измерение скорости.	Конструирование формулы и расчет по произведенным измерениям.	Использование математического блока для расчета скорости.	1
26.	Использование гироскопического датчика.	Использование гироскопического датчика для вращения.	Эксперимент со скоростью поворота, используя гироскопический датчик.	1
27.	Сравнение величин.	Отношения «больше», «меньше» и «равно».	Использование датчика цвета в режиме «Измерение – Яркость отраженного света». Эксперимент с изменением режима блока «Сравнение» на «Больше чем».	2
28.	Использование переменных.	Понятие переменной. Ввод значения переменной.	Использование переменной для хранения числа оборотов мотора.	2
29.	Калибровка датчика цвета.	Способы калибровки датчика цвета.	Выполнение калибровки датчика цвета в режиме «Освещение».	1
30.	Коммуникация роботов.	Переименование модуля EV3. Блок «Обмен сообщениями».	Установление соединения посредством Bluetooth между двумя модулями. Отправление сообщения от одного модуля EV3 другому.	2
31.	Основы логики.	Логическое умножение. Логическое сложение. Таблицы истинности.	Эксперимент с логическими И/ИЛИ в условии.	2
32.	Математика – дополнительные возможности.	Соотношение углов и сторон прямоугольно треугольника.	Использование принципов тригонометрии для управления движением робота.	2
33.	Математика – дополнительные возможности.	Движение по окружности. Длина окружности.	Использование геометрических представлений для управления движением робота.	2
34.	Математика – дополнительные возможности.	Математические операции в Lego Mindstorms EV3.	Использование математических операций для управления движением робота.	2
35.	Массивы.	Понятие массива. Организация массива в EV3.	Считывание массива при помощи сочетания датчиков цвета и касания.	4
	Защита проекта «Мой собственный уникальный робот»		Создание собственных роботов учащимися и их презентация.	5

Литература для учащихся

1. Руководство пользователя ПервоРобот EV3 Lego mindstorms education.

2. Сайт разработчиков конструктора ПервоРобот EV3 Lego mindstorms education [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.mindstorms.su

3. Филиппов С.А. Робототехника для детей и родителей. С. А. Филиппов. СПб:Наука, 2013.

Литература для педагога

1. Руководство пользователя ПервоРобот EV3 Lego mindstorms education.

3. Овсяницкая Л.Ю. Курс программирования робота Lego Mindstorms EV3 в среде EV3: основные подходы, практические примеры, секреты мастерства / Д.Н. Овсяницкий, А.Д. Овсяницкий. – Челябинск: ИП Мякотин И.В., 2014. – 204 с.

Приложение 2

Выступление ведущего

Ведущий: Основа учебного оборудования — это образовательные наборы LEGO, которые позволяет собирать всевозможные устройства, работающие как автономно, так и в связке с компьютером. Мы используем

- наборы LEGO Education WeDo для младших школьников.

- базовые наборы LEGO Mindstorms EV3 и ресурсные наборы – дополнительные детали для сборки сложных конструкций.

- программное обеспечение к этим наборам, которое установлено на портативных компьютерах RAY Book и моноблоках.

Данное оборудование позволяет нам организовать проектную лабораторию для конструирования различных устройств, выполнения экспериментов и создания программ управления.

Также есть комплект заданий «Инженерные проекты» и «Космические эксперименты», которые ребята будут выполнять после изучения базового курса робототехники.

Это оборудование и программное обеспечение дает нам большие обучающие возможности. Мы разработали программу внеурочной деятельности по направлению робототехники. Есть возможность интеграции с уроками информатики и физики. Можно организовать факультативные и элективные курсы.

Занятия направлены на популяризацию инженерных специальностей, на использование современных образовательных технологий в учебном процессе и позволяют выстраивать фундамент будущей профессиональной деятельности учащихся.

Учащиеся приобретают реальный опыт научно-исследовательской, проектно-конструкторской, организационно-управленческой и эксплуатационной профессиональной деятельности.

Это виды профессиональной деятельности, которые обозначены в государственном стандарте высшего профессионального образования, и они постепенно изучаются в средней школе.

Интеграция робототехники в школьные занятия будет способствовать естественному формированию интереса к ИТ-дисциплинам, к техническому творчеству и в конечном итоге к знаниям у школьников. В итоге, ученик получит отличную базу знаний, которая запросто может быть использована в будущем: для новых проектов и для поступления в технический ВУЗ.

Выступление учащихся

Меня зовут ____________, ученик 3а класса, я только начал ходить на кружок робототехники, но я уже многому научился, и я хочу показать вам, что мы собрали на кружке робототехники из набора LEGO Education WeDo

[На экране слайды набора LEGO Education WeDo ]

1) Карусель. Выполняется из основного и ресурсного набора LEGO Education WeDo . Приводится в движение мотором, управляется датчиком наклона. Движение передается благодаря системе зубчатых колес. При наклоне датчика наклона карусель меняет направление движения. При помощи программы можно менять скорость движения.

2) Подъемный кран. При помощи зубчатых колес и блоков может поднимать и опускать грузы. Управляется мотором и датчиком наклона, который, в свою очередь, управляет направлением вращения мотора. Кран также может поворачиваться вокруг оси. Это возможно благодаря червячному механизму, встроенному в основание крана.

3) Колесо обозрения. Приводится в движение с помощью мотора, датчика расстояния и зубчатых колес. Датчик расстояния передает импульс двигателю каждый раз, когда кабинка с человечками проходит мимо него.

4) Погрузчик. Способен поднимать и перевозить грузы. При помощи датчика наклона можно задавать движение платформы вверх или вниз. В данной модели используется как зубчатая передача, так и ременная передача движения.

Меня зовут __________, ученик 4в класса. Я уже второй год хожу на кружок робототехники, я уже «вырос» из набора LEGO Education WeDo и мы пользуемся наборами LEGO Mindstorms EV 3. Я хочу показать вам, что мы собрали на кружке робототехники из этого набора.

[На экране слайды набора LEGO Mindstorms EV 3]

1) Знап – это маленький симпатичный монстр, который движется и при этом ворчит. Будьте осторожны и держитесь от него подальше! Знап использует ультразвуковой датчик для того, чтобы видеть объекты, приближающиеся к нему.

Конструктор Lego это не игрушка, а прекрасный набор для конструирования, он позволяет собрать множество различных робототехнических моделей, способных «видеть», «слышать», взаимодействовать.

Меня зовут ___________, ученик 7а класса, я только начал ходить на кружок робототехники, но я уже многому научился, и я хочу показать вам, что мы собрали на кружке робототехники из набора LEGO Mindstorms EV3

Слон может ходить, поднимать хобот, брать предметы и кричать как настоящий слон. Слон использует датчик цвета и датчик касания для управления своими движениями.

Меня зовут _________, ученик 8а класса, я увлекаюсь информатикой, программированием, робототехникой и собираюсь получить профессию, связанную с конструированием робототехнических устройств. Вместе с _____________ мы участвовали во втором открытом командном турнире по робототехнике AR ₂ T ₂ (Arkhangelsk Regional Robotics Team Tournament). Я хочу показать вам, что мы собрали на кружке робототехники:

1) Гиробой – это самобалансирующийся робот, он ездит только на двух колесах и с помощью гироскопа получает данные о своем положении в пространстве, им можно управлять с помощью датчика цвета.

1) Лестничный вездеход – это машина, которая может взбираться практически по любой лестнице. Лестничный вездеход использует гироскопический датчик, датчик касания и моторы для управления своими движениями.

Меня зовут ____________, ученик 10 класса, я увлекаюсь информатикой, программированием, робототехникой и собираюсь получить профессию, связанную информационными технологиями. Я хочу представить робота, который двигается по заданной траектории:

Робот может двигаться по траектории, представляющей собой черную линию на белом фоне. Используя датчик освещенности можно составить циклический алгоритм с ветвлением, управляющий двумя двигателями и позволяющий роботу двигаться по линии разграничения черного и белого.

А сейчас мы приглашаем вас на показательные выступления лучших команд города – участников робототехнических олимпиад и соревнований по робототехнике.

Аннотация

Содержание

Введение. 4

Заключение. 12

Список использованной литературы.. 13

Приложение 1. Программа внеурочной деятельности «Основы робототехники». 14

Приложение 2. Сценарий открытия кабинета робототехники. 25

Введение

Практическая значимость методической разработки:

Робототехника активно внедряется в нашу жизнь. Эта область настолько широка в применении, что нужно объединять усилия нескольких дисциплин. Оптимальным является объединение трех предметных областей: математики, физики и информатики. Реализуются различные подходы к включению робототехники в образовательный процесс: на уроках – как элемент изучения дисциплин школьного курса, во внеурочную деятельность – в форме кружков, факультативов, выполнение проектов.

На сегодняшний день робототехника в школе широко представлена в сфере дополнительного образования и во внеурочной деятельности.

Новый Федеральный государственный образовательный стандарт особое внимание уделяет внеурочной деятельности учащихся, определяет ее важное место в образовательном процессе. Основным преимуществом внеурочной деятельности является предоставление учащимся возможности широкого спектра занятий, направленных на их развитие и удовлетворение постоянно изменяющихся индивидуальных социокультурных и образовательных потребностей. Целью внедрения робототехники во внеурочную деятельность школы является создание благоприятных условий для разностороннего развития личности: интеллектуального развития, удовлетворения интересов, способностей и дарований обучающихся, их самообразования, профессионального самоопределения.

Во внеурочной деятельности проектная и исследовательская формы работы являются приоритетными. Главным результатом этой работы является формирование и воспитание личности, владеющей проектной и исследовательской технологией на уровне компетентности. Использование LEGO-технологий в образовательном процессе позволяет организовать творческую и исследовательскую работу обучающихся, создает условия для применения знаний и умений при решении задач реального мира, тем самым, создавая предпосылки для формирования ключевых компетенций, то есть готовности к эффективной деятельности в различных жизненных ситуациях. Под ключевыми компетенциями подразумеваются наиболее универсальные по своему характеру и степени применимости компетенции. До настоящего времени в нашей стране не выработана единая классификация ключевых компетентностей. И.С. Сергеев и В.И. Блинов выделяют четыре элементарные ключевые компетенции: информационная, коммуникативная, кооперативная, проблемная.

Существенную роль при реализации компетентностного подхода играют проекты различной направленности. Существуют научно-исследовательские проекты теоретической направленности, проекты практической направленности: конструкторские, спортивно-технические и др.

Рассмотрим пример одного из учебных проектов, направленных на формирование ключевых компетенций обучающихся. Данный проект используется при подготовке учащихся к соревнованиям «Hello, Robot!»

Пример.

Название проекта: «Траектория-квест»

Задача проекта: создание модели робота, соответствующего условиям соревнованиям «Hello, Robot!» «Траектория-квест».

Компетентностная педагогическая цель: формирование цикла ключевых компетенций (таблица 1).

Практическая значимость проекта: проект «Траектория-квест» представляет собой одну из первых ступеней для подготовки участников соревнований учащихся к соревнованиям «Hello, Robot!» Участники проекта: ученики 5 - 7 классов.

Общая продолжительность: 3 занятия по 75 минут.

Оборудование: конструкторы Lego Mindstorms EV3, компьютеры с установленным программным обеспечением Lego Mindstorms Education EV3, поле для проведения состязания.

Таблица 1. Учебный проект «Траектория-квест»

Ключевая компетенция	Метод формирования компетенции	Пример применения метода формирования компетенции
Информационная	Поиск и сбор информации. Обработка информации. Передача информации	Изучение общих положений Всероссийского робототехнического фестиваля – «РобоФест-2017», условий состязания «Траектория-квест». Разбиение задачи на подзадачи. Выявление условий для каждой подзадачи. Рассмотрение способов решения каждой подзадачи. Подбор технологических решений: выработка конструктивного решения и алгоритма выполнения подзадачи. Подготовка сообщения по возможному способу решения задачи.
Коммуникативная	Устная коммуникация	Подготовка сообщений отдельных учащихся или групп учащихся; коллективное обсуждение общего порядка работы при реализации проекта, коммуникативное взаимодействие групп.
Кооперативная	Групповая работа	Групповая проектная работа, включающая распределение ролей и зоны ответственности каждого участника группы.
Проблемная	Проектная деятельность исследовательского характера	Создание модели по заданным условиям: конструирование и программирование автономного робота, способного наиболее эффективно выполнять задание: двигаясь по линии траектории, за наиболее короткое время добраться от места старта до места финиша, ориентируясь на цветные метки на перекрестках. Демонстрация готовых моделей; проведение состязания между роботами и определение победителей; выявление удачных решений и недостатков конструкций.

Уникальностью проектов на основе робототехнических комплексов является то, что построение моделей устройств позволяет ученику постигать взаимосвязь между различными областями знаний, что способствует интегрированию преподавания информатики, математики, физики, черчения, естественных наук с развитием инженерного мышления через техническое творчество. Таким образом, робототехника, являющаяся одной из наиболее инновационных областей в сфере детского технического творчества, объединяет классические подходы к изучению основ техники и современные направления: информационное моделирование, программирование, информационно-коммуникационные технологии. Встраивание её элементов в образовательное пространство делает обучение эффективным и продуктивным для всех участников процесса.

С точки зрения результативности всего процесса работы над проектом следует отвести особую роль учебно-познавательной компетенции. Ни для кого не секрет, что когнитивный компонент учебно-познавательной компетенции трудно сформировать без участия учителя. Учитель создает условия формирования компетенций, организует усвоение знаний, формирование умений и навыков. Создает условия преодоления противоречий между имеющимся багажом знаний и необходимым их уровнем для решения задачи построения робототехнической модели, удовлетворяющей заданным условиям.

А противоречий на самом деле много. Нет последовательного взаимодействия изучаемого курса программирования в школьном курсе информатики и программирования робототехнических систем. Учащиеся не владеют математическим аппаратом, необходимым для понимания теоретических основ программирования движений робота. Основные противоречия и трудности наблюдаются в следующих моментах:

1) учащиеся школ с гуманитарным направлением не изучали в начальной школе основы алгоритмизации, не знакомы с основными алгоритмическими структурами и способами их реализации.

2) при программировании используются элементы алгебры логики, которые визуализированы графическим представлением теории множеств, эта информация предоставляется учащимся в лучшем случае в 6 классе, а алгебра логики в 8 классе.

3) при теоретическом обосновании программирования поворотов используются формулы длины окружности, десятичные дроби, дробные выражения, выражение величин из формул и другие математические знания и умения, которые приобретаются на уроках математики в 5-6-х классах.

Как следствие – очень часто на начальном этапе слышишь фразу: «Мы собрали робота, осталось только запрограммировать! Дайте нам программу». И на каком-то этапе программирование робота для некоторых учащихся становится непосильной задачей.

Дело в том, что существует много инструкций для сборки сложных роботов с приложением сложных программ для управления этими роботами. Эти модели роботов с подробными инструкциями присутствуют в программном обеспечении Lego Mindstorms Education EV3. Для сборки используются как базовые образовательные наборы Lego Mindstorms EV3, так и ресурсные. Также есть и готовые программы для управления этими роботами. Как правило, для неподготовленного учащегося программы кажутся очень сложными. Ребята успешно справляются со сборкой роботов, но не могут разобраться с программой.

Учащихся все труднее заинтересовать такими вещами как программирование и конструирование. Современный мир перегружен информацией и дети не успевают сосредоточиться на чем-то одном на достаточно длительный срок. Им интересно все. Особенно популярны различные блоги об играх. А программирование, математика, физика требуют полной сосредоточенности и дают результат через большой промежуток времени, иногда даже через годы. В программировании ребенку трудно найти стимул – кажется, что все программы уже написаны.

В 5-6 классах изучение программирования начинается с понятия исполнителя – робота (Кузнечик, Чертежник, Робот и др.). Для развития алгоритмического мышления эта идея проверена временем и практикой. И эти знания необходимо учитывать при проведении занятий по робототехнике. На этих занятиях виртуальный мир ребенка соприкасается с реальным. И конструкторы Lego Mindstorms EV3 позволяют познакомить ребенка с законами реального мира и особенностями функционирования восприятия этого мира кибернетическими механизмами. Уже первые занятия дают ученику понимание разницы между виртуальным и реальным миром.

Изучение курса робототехники позволяет ответить на вопрос: «А зачем же мы, собственно, учим основы алгоритмизации и программирование?» Примеры из учебника про «алгоритм действий школьника, которому перед вечерней прогулкой следует выполнить домашнее задание по математике» уже не впечатляют современного школьника. Им необходимо воплотить теорию в практику. Но опять же эту теорию нужно подать грамотно.

Необходим последовательный подход к изучению применения основных алгоритмических конструкций: следование, полное и неполное ветвление, выбор, цикл с условием, цикл с параметром.

При изучении программирования можно выбрать метод проведения сравнения и аналогии блок-схем основных алгоритмических конструкций и блоков графической программной среды Lego Mindstorms Education EV3.

Например, при изучении простых движений с помощью мотора мы выбираем блок из группы «Действие» и необходимо учителю объяснить учащимся, что из нескольких действий состоит линейный алгоритм, а сама структура называется «Следование».

При изучении повторяющихся действий мы выбираем блок «Цикл» из группы «Управление операторами» и необходимо показать блок-схему цикла.

А при изучении использования блока «Переключатель» имеет смысл рассмотреть блок-схему «Ветвление». А если в качестве условия использовать датчик цвета и добавить несколько вариантов, то имеет смысл вспомнить алгоритмическую структуру «Выбор».

Соответствие блоков графической программной среды Lego Mindstorms Education EV3 и блок-схем, изучаемых в школьном курсе информатики можно представить в виде таблицы (Таблица 2).

Таблица 2. Блок схемы в школьном курсе информатики и блоки
графической программной среды Lego Mindstorms Education EV3

Блок схема в школьном курсе информатики	Блок графической программной среды Lego Mindstorms Education EV3
Следование - алгоритмическая конструкция, отображающая естественный, последовательный порядок действий. Алгоритмы, в которых используется только структура «следование», называются линейными.
Ветвление - алгоритмическая конструкция, в которой в зависимости от результата проверки условия (да или нет) предусмотрен выбор одной из двух последовательностей действий (ветвей). Алгоритмы, в основе которых лежит структура «ветвление», называют разветвляющимися.
Цикл с заданным условием окончания работы (цикл-ДО, цикл с постусловием)

Рис. 1. Блок «Логические операции».

Нередко при использовании блока «Цикл» используют алгоритмическую конструкцию «Цикл с постусловием», где в качестве условия выхода из цикла используется значение логической величины «Истина», который можно получить путем обработки логических значений с нескольких датчиков с помощью блока «Логические операции» (Рис. 1). При этом можно использовать теоретические знания элементов алгебры логики, которые визуализированы графическим представлением теории множеств. Демонстрируется практическое применение изученных логических операций «конъюнкция», «дизъюнкция», «инверсия» и графическое изображение отношения множеств.

Серьёзным стимулом в изучении робототехники являются соревнования. Ради победы в соревнованиях может возникнуть стимул изучить и более сложные темы – такие как логика, или более сложный язык программирования робота. Сами по себе соревнования роботов очень зрелищны и азартны, они хорошо воспринимаются неподготовленными зрителями, поэтому они могут сыграть роль популяризатора занятий, вовлекая в занятия программированием все новых школьников.

Поэтому вопрос «Зачем мы изучаем программирование?» при проведении внеурочных занятий по робототехнике получает естественный ответ.

В работе со старшими учащимися, усвоившими программирование на одном из школьных языков, можно перейти с графических сред программирования на «текстовые» языки: EV3 Basic, RobotC.

Рис. 2. Тренажёр «Управление роботом с тремя датчиками освещенности».

Существуют тренажеры для программирования LEGO-роботов, например тренажеры автора учебников по информатике К. Полякова, в которых для управления роботами используется простой язык программирования SiRoP (Simple Robot Programming) http://kpolyakov.spb.ru/school/robotics/robotics.htm. Данные тренажеры можно использовать при изучении управления движением робота с помощью различных датчиков. Например, тренажёр «Движение с тремя датчиками освещённости» (Рис. 2).

Эти тренажеры могут помочь ребятам при программировании подзадач управления роботом при подготовке к соревнованиям по робототехнике. Если учащиеся составляют программу в графической программной среде Lego Mindstorms Education EV3, то они научатся трансформировать текстовую программу в графическую форму в виде блоков.

Возможно, при интеграции робототехники в школьный курс информатики, и технологии исчезнут противоречия в последовательности изучения теории и практики. А сейчас приходится и во внеурочной деятельности и в сфере дополнительного образования специалисту, ведущему занятия по робототехнике, объяснять воспитанникам теоретические основы математики и информатики, и необходимо это грамотно сделать, соблюдая терминологию, логику изложения и опираться на знания и умения учащихся, полученные в ходе изучения основной общеобразовательной программы по предметам.