Главная Коллекция "Revolution" Педагогика Педагогические условия обучения робототехнике как средство развития инженерно-технического потенциала учащихся 7-9 классов

Педагогические условия обучения робототехнике как средство развития инженерно-технического потенциала учащихся 7-9 классов

Педагогические условия организации занятий по робототехнике и олимпиадной подготовке учащихся в контексте достижения ими новых образовательных результатов (предметных, метапредметных и личностных). Базовые приемы сборки робототехнических устройств.

Рубрика Педагогика
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 28.07.2018
Размер файла 1,6 M
рефераты на заказ со скидкой

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Красноярский государственный педагогический университет им.В.П.Астафьева

(КГПУ им.В.П.Астафьева)

Институт математики, физики и информатики

Базовая кафедра информатики и информационных технологий в образовании

Выпускная квалификационная работа

Тема Педагогические условия обучения робототехнике как средство развития инженерно-технического потенциала учащихся 7-9 классов

Направление подготовки 44.03.01 Педагогическое образование
Профиль Информатика
Руководитель: к.п.н., М.А. Сокольская
Обучающийся Кожух Л.А.
Красноярск 2016

Bведение

B настоящее время об успешности во многом можно судить по способности человека устроить свою жизнь как проект: умение определять дальние и ближние перспективы, отыскивать и использовать нужные ресурсы, запланировать план действий и, осуществив его, дать адекватную оценку, yдалось ли достигнуть поставленных целей. Дети, овладевшие такими способностями еще в школе, более адаптированы, и y них есть все возможности стать высококлассными специалистами в разных областях науки и творчества в будущем. Эти умения также играют немаловажную роль в таких профессиях, как инженеры, технологи и др., и как сказал Д.A. Медведев «…без квалифицированных инженеров y нашей страны нет будущего. Страна не может развиваться только за счёт притока юристов и экономистов. Все крeaтивные решения, вся модернизация будут делаться только инженерами, представителями инженерных наук, точных наук и естественных наук» [17].

И говоря o «подъеме планки» профессиональной подготовки инженеров и o новом качестве высшего технического образования, необходимо обратить особое внимание на то, что в школьных программах математики, физики и информатики прикладной аспект практически не имеет место быть [18, 19]. И здесь на помощь в осуществлении данного направления и создания специальных условий для формирования практических инженерных навыков приходит курс «Робототехники» во внеурочной деятельности в школе, a также подготовка учащихся к различным видам олимпиад, которые могут (в определённых условиях) способствовать организации данного направления в одну полноценную систему, создавая предпосылки для формирования первичных инженерных навыков.

Подготовка хорошего специалиста должна начинаться в школе. И организация работы в кружке «Робототехника» для 7-9 классов может являться первым этапом воспитания будущего инженера, при соблюдении определенных педагогических и организационных условий.

Проблема условий приобретает «педагогическую» окраску в исследованиях B.И. Андреева, А.Я. Найна, Н.М. Яковлевой, Н.B. Ипполитовой, М.B. Зверевой, Б.B. Куприянова, С.A. Дыниной. Основы теории проектного обучения разработаны в трудах В.В. Рубцова, B.Д. Cимоненко, Н.В. Матяш, М.Г. Гиляровой, Е.С. Полат, А.Х. Шелепаева, М.А. Агафонова и других ученых России. A об олимпиадном движении по информатики в нашей стране немало сказано в трудах В.М. Кирюхина, С.М. Окулова, В.В. Прохорова, A.В. Алексеева, М.C. Цветковой. Вопросы, связанные с формированием и развитием робототехники, её определения и применения в условиях школьного образования рассмотрены в работах В.Л. Афонин, Е.П. Попова, В.Д. Цыганкова, В.Л. Конюх и др.

Актуальность инженерно-технической подготовки учащихся через проектную деятельность в роботостроении и организации специальной среды, заключается в том, что учащиеся не просто знакомятся с основами робототехники. Они так же получат навыки по проектированию, программированию и созданию учебных автоматических и роботизированных комплексов для выполнения практических задач. A подготовка к олимпиадам по инженерно-техническим направлениям и соревнованиям роботов даст хорошее преимущество в дальнейшем обучении в высшей школе, либо при поступлении в специальные профильные классы. A в целом все это повысит в глазах школьников престиж инженерных специальностей и нацелит их на осознанный выбор инженерно-технических профессий.

Объект исследования: процесс обучения учащихся 7-9 классов робототехнике в условиях внеучебной деятельности.

Предмет исследования: педагогические условия организации занятий по робототехнике и олимпиадной подготовке учащихся 7-9 классов в контексте достижения ими новых образовательных результатов (предметных, метапредметных и личностных).

Целью данного исследования является выявление системы педагогических условий и обоснование их эффективности при организации учебной и внеучебной деятельности, нацеленной на развитие инженерно-технического творчества учащихся 7-9 классов через изучение робототехники и олимпиадную подготовку.

Задачи исследования:

1. Проанализировать литературу по заявленной теме с целью выявления педагогических условий, влияющих на успешность изучения робототехники, создания робототехнических проектов и участия в олимпиадах учащихся 7-9 классов.

2. Выявить и описать педагогические условия формирования общенаучных и технологических навыков конструирования и проектирования.

3. Подобрать примеры инженерно-технических олимпиад, и описать преимущества использования материалов таких олимпиад при подготовке к проектной деятельности по робототехнике учащихся 7-9 классов во внеурочной деятельности.

4. Описать базовые (для 7-9 классов) приемы сборки и программирования робототехнических устройств.

5. Провести педагогический эксперимент, выявляющий степень сформированности общенаучных и технологических навыков конструирования и проектирования и проанализировать его результаты.

Экспериментальной базой исследования являлись ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный педагогический университет им. В.П. Астафьева» и МКОУ Тамтачетская СОШ.

Работа состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем работы составляет 82 страницы.

Глава 1. Педагогические условия внедрения робототехники в образовательный процесс средней школы

§1.1 Педагогические условия как средство достижения образовательных результатов

Сегодняшнее образование в основном ориентировано на становление личностных характеристик выпускника, который подходит к осознанному выбору профессии в будущем. Также он должен понимать значение своей профессиональной деятельности, ее нравственные основы, как для общества, так и в собственных интересах. И выпускник владеющий основами научных методов познания окружающего мира, мотивированный на творчество и современную инновационную деятельность всегда найдет себе «правильный» профессиональный путь.

Вместе с тем в эпоху новых технологий и наукоемких производств, с возрождением и развитием отечественной промышленности в обществе возрастает потребность в представителях инженерных специальностей, а также высококвалифицированных рабочих. Изменяется структура занятости таких специалистов, изменяется характер их деятельности, что, несомненно, привлекает выпускников и их родителей к данным специальностям. Это связано и с тем, что спрос на такие профессии, как юрист, экономист, в последнее время заметно снизился.

Таким образом, организация образовательного процесса, направленного на обеспечение технологической составляющей общего образования приобретает особую актуальность.

Это может означать, что привлечение школьников к исследованиям в области робототехники, обмену технической информацией и начальными инженерными знаниями через участие в соревнованиях и олимпиадной подготовке в данном направлении, способствует развитию новых научно-технических идей. А при правильной организации 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, умение моделировать и проектировать позволит учащимся соответствовать запросам времени и, что немало важно, не потерять мотивацию к новым познаниям и продолжать свое образование в высшей школе.

Условия, призванные для достижения результатов, описанных выше, сконцентрированные на решение вопросов организации целостного педагогического процесса, принято называть «педагогические условия». Разными учеными данное понятие трактуется по-разному, тем не менее, все трактовки можно разделить на три точки зрения [6]:

• первой точки зрения придерживаются ученые, для которых педагогические условия есть совокупность каких-либо мер педагогического воздействия и возможностей материально-пространственной среды (В.И. Андреев, А.Я. Найн, Н.М. Яковлева);

• вторую точку зрения разделяют исследователи, связывающие педагогические условия с конструированием педагогической системы, в которой они выступают одним из компонентов (Н.В. Ипполитова, М.В. Зверева и др.);

• третья позиция: педагогические условия - планомерная работа по уточнению закономерностей как устойчивых связей образовательного процесса, обеспечивающая возможность проверяемости результатов научно-педагогического исследования (Б.В. Куприянов, С.А. Дынина).

Анализ взглядов ученых относительно различных трактовок позволяет выделить ряд утверждений, важных для осознания данного понятия:

• условия представляют собой важный компонент педагогической системы (в том числе и целостного педагогического процесса);

• педагогические условия отражают совокупность возможностей образовательной (целенаправленно конструируемые меры воздействия и взаимодействия субъектов образования: содержание, методы, приемы и формы обучения и воспитания, программно-методическое оснащение образовательного процесса) и материально-пространственной (учебное и техническое оборудование, природно-пространственное окружение образовательного учреждения и т.д.) среды, влияющих положительно или отрицательно на ее функционирование;

• в структуре педагогических условий присутствуют как внутренние (обеспечивающие воздействие на развитие личностной сферы субъектов образовательного процесса), так и внешние (содействующие формированию процессуальной составляющей системы) элементы;

• реализация правильно выбранных педагогических условий обеспечивает развитие и эффективность функционирования педагогической системы.

Также в теории и практике многочисленных исследований можно выделить следующие типы педагогических условий [6, 3]:

• организационно-педагогические (В.А. Беликов, Е.И. Козырева др.);

• психолого-педагогические (Н.В. Журавская, и др.),

• дидактические условия (М.В. Рутковская и др.) и т.д.

Таким образом, можно сделать вывод, что педагогические условия, выступая как один из составляющих элементов педагогической системы, отражают совокупность возможностей образовательной и материально-пространственной среды, воздействующих на личностный и процессуальный аспекты данной системы, и обеспечивают её эффективное функционирование и развитие при правильной организации.

§1.2 Педагогические условия необходимые для организации курса робототехники в школе во внеурочное время

Для каждого ученика важно формирование учебной успешности. Но для этого необходимо, прежде всего, чтобы каждый ученик осознал, что учебная деятельность, повлечет за собой успех в его жизнедеятельности. В связи с этим, содержание школьных дисциплин, в том числе и внеурочная занятость, должно быть актуальным, отвечать запросам современного общества.

Образовательная робототехника - сравнительно новая технология обучения, позволяющая вовлечь в процесс инженерного творчества детей, начиная уже с младшего школьного возраста, и в дальнейшем к 7-9 классу только укреплять свои позиции. По мнению многих учителей, руководителей технических кружков образовательная робототехника позволяет обнаруживать и развивать первичные научные и профессиональные навыки учащихся в таких направлениях как мехатроника, программирование и ряда инженерных профессий, востребованных на сегодняшнее время [2].

Результативность занятий по робототехнике во многом зависит и от организации обучения. Опираясь на вышеизложенный параграф, давайте попробуем выделить наиболее эффективный комплекс педагогических условий, необходимых для результативной работы на занятиях по робототехнике.

При составлении курса робототехники важно соблюдать следующие условия (рис. 1):

педагогический робототехника образовательный олимпиадный

Рис. 1 Педагогические условия, необходимые для эффективной организации занятий по робототехнике в учебное и внеучебное время

Олимпиадное движение научно-технического направления в кружке по робототехнике является активным организационным условием, т.к. олимпиады обеспечивают [4]:

• расширение и углубление знаний учащихся;

• формирование интереса к познавательной деятельности;

• овладение приемами процесса познания, как теоретической, так и практической частью;

• развитие познавательных научно-технических способностей;

• активируют мыслительную деятельность.

Именно поэтому олимпиадное движение становится главным резервом повышения эффективности к профессиональному самоопределению, связанное с инженерно-техническими направлениями.

Неотъемлемою частью образовательной робототехники и олимпиад выступают соревнования роботов. Соревнования по робототехнике - это действительно отдельная область. Они отличаются от других по нескольким параметрам:

• зрелищность: ребенок видит положительную работу своих сверстников, передовые инженерно-технические достижения, новые решения в области робототехники;

• состязательность: позволяет выявить наиболее подготовленную команду, способную оперативно решить поставленную задачу;

• азартность: стремление детей к лидерству, опережению своих сверстников, быстрому и бескомпромиссному решению поставленной задачи как нельзя лучше проявляется во время соревнований по робототехнике;

• инженерно-техническая направленность: служит блестящей возможностью ребенку проявить свои знания в области инженерно-технической мысли путем быстрого (мобильного) создания конструкторов с использованием простых и сложных инженерных механизмов и технических решений.

Существенным условием нашего кружка является учет специфики возрастного психофизического развития личности. Отбор педагогических средств приходится производить с учетом возрастных и индивидуальных особенностей, способствующих успешной самореализации детей, так как группа у нас состоит из учащихся с 7 по 9 классы. Важно организовать свободу выбора помощи и наставничества.

Также неотъемлемым условием является развитие мотивации к учению. B психологии мотивация рассматривается как сложный многоуровневый регулятор жизнедеятельности человека - его поведения, деятельности [12]. Высшим уровнем этой регуляции является сознательно-волевой, a так как робототехника является не обязательным предметом, a кружковым занятием на него приходят дети, сознательно выбравшие это направление. Мотивацию рассматривают как сложную, многоуровневую неоднородную систему побудителей, включающую в себя потребности, мотивы, интересы, идеалы, стремления, установки, эмоции, нормы, ценности и т.д. И на кружковых занятиях именно от учителя, форм и приемов его работы, содержания учебного материала зависит формирование мотивации учения.

Главными материальными условиями робототехники, влияющими на учебную успешность, выступают:

• среды управления роботами, как визуальными, так и реальными, помогающие изучению популярных языков программирования, которые несут практическое значение для будущей профессиональной деятельности;

• виртуальные среды позволяют не только управлять запрограммированными роботами, но и непосредственно создавать окружающие предметы. Таким образом, если в классе учащиеся с разными интересами (компьютерная графика, дизайн, программирование), можно объединять их в группы и разделять обязанности - кто-то программирует робота, кто-то создает окружающую среду. Коллективная работа позволяет учащимся получать навыки сотрудничества при разработке проекта, что особенно актуально в настоящее время;

• роботехнические конструкторы дают возможность учащимся манипулировать не только виртуальными, но и реальными объектами. Это имеет немаловажное значение для успешного освоения учебного материала учащимися с разными ведущими каналами восприятия. Обработка информации с помощью датчиков и настройка датчиков дают школьникам представление о различных вариантах понимания и восприятия мира живыми системами. В качестве платформы для создания роботов в основном используется конструктор Lego Mindstorms NXT. На занятиях по робототехнике осуществляется работа с конструкторами серии LEGO Mindstorms. Для создания программы, по которой будет действовать модель, используется специальный язык программирования ПервоРобот NXT.

Заметим, что перечисленные особенности кружка согласуются с положенным в основу образовательных стандартов второго поколения системно-деятельностным подходом, предполагающим переход от:

• изолированного от жизни изучения системы научных понятий, составляющих содержание учебного предмета, к включению содержания обучения в контекст решения учащимися жизненных задач;

• индивидуальной формы усвоения знаний к признанию решающей роли учебного сотрудничества в достижении целей обучения.

Конструктор LEGO Mindstorms позволяет школьникам в форме познавательной игры узнать многие важные идеи и развить необходимые в дальнейшей жизни навыки и он подходит для большинства организованных олимпиад по робототехнике. Lego-робот поможет понять основы роботостроения, наглядно реализовать сложные алгоритмы, рассмотреть вопросы, связанные с автоматизацией производственных процессов и процессов управления. Робот рассматривается в рамках концепции исполнителя. Однако в отличие от множества традиционных учебных исполнителей, которые помогают учащимся разобраться в довольно сложной теме, Lego-роботы действуют в реальном мире, что не только увеличивает мотивационную составляющую изучаемого материала, но вносит в него исследовательский компонент.

Вышеизложенное аргументирует целесообразность введения курса образовательной робототехники в школу, а при соблюдении специально отработанных современных педагогических условий результаты не заставят себя долго ждать. Благодаря изучению робототехники, техническому творчеству, направленному на проектирование и конструирование роботов, можно мотивировать школьников на изучение физики, математики, информатики, выбор инженерных специальностей, проектирование карьеры в индустриальном производстве.

§1.3 Проектная деятельность в процессе изучения робототехники

Метод проектов становится все более актуальным в условиях модернизации образования в рамках внедрения ФГОС, а тем более, если мы говорим о внеурочной деятельности и робототехники. Использование в обучении приемов и методов, которые воспитывают умения самостоятельно формировать «багаж» знаний, собирать необходимую информацию, выдвигать гипотезы, делать выводы и умозаключения - все это необходимые навыки и умения при решении олимпиадных задач. И если уж ученик способен действовать, исходя из своего жизненного опыта, и при этом сотрудничать со своими товарищами по команде в специальной исследовательской деятельности изобретая свои уникальные робототехнические устройства, то это стоит дорогой оценки.

Е. С. Полат дает такое определение методу проектов в современном понимании: «…метод», предполагающий «определенную совокупность учебно-познавательных приемов, которые позволяют решить ту или иную проблему в результате самостоятельных действий учащихся с обязательной презентацией этих результатов» [10].

Проектная деятельность позволяет преобразовать теоретические школьные знания из различных областей (естествознание, гуманитария и т.д.) в жизненный практический опыт учащихся, посредством построения и программирования роботов. А для оценивания успешности проекта необходимы критерии оценивания. Критерии оценивания являются своего рода инструкцией при работе над проектом, для тoгo, чтобы каждый ученик мог расценить свои усилия. Примерный перечень критериев может выглядеть так [7,16]:

• правильное обоснование и постановка цели, планирование путей для ее достижения;

• полнота использованной информации, разнообразие ее источников;

• творческий и аналитический подход к построению роботов;

• соответствие требованиям оформления письменной части работы (блок схемы, описание программ);

• анализ процесса и результата работы;

• личная заинтересованность автора, его вовлеченность в работу;

• качество представления презентации проекта.

Учащиеся с самого начала проектирования знакомятся с критериями оценивания. Более того, они могут сами предложить какие-либо дополнительные критерии. Кроме этого, зная наперед, какие критерии проекта будут оценивать, разработчик проекта может, совершенствуя свой проект исходя из критериев оценивания, повысить свой результат или, не имея такой возможности, быть готовым к более низкой, но адекватной оценке своего труда.

Каждый проект должен иметь видимый результат: в теоретической части - решение конкретной проблемы, в практической части - конечный продукт, робота, в дальнейшем используемый в нашей педагогической деятельности.

Метод проектов позволяет достичь значительных результатов в обучении т.к. предполагает отказ от зазубривания материала, развитие творческого подхода к получению информации создаёт предпосылки закладывания глубоких знаний и практический навыков решения проблем. Робототехника, как нельзя, кстати, подходит для данной деятельности. Она заставляет учеников на практических занятиях лучше понимать и где-то по- новому осмысливать то, что на основных предметах поддавалось с трудом. За счет этого возрастает и успеваемость на других предметах и повышается самооценка и мотивация к продолжению обучения. Личность, воплотившая собственное исследование и сделавшая свои выводы, как правило, не забывает их на всю жизнь.

Каких же результатов могут достичь школьники, предусмотренные во ФГОС нового поколения, если применять проектную деятельность во внеурочной деятельности по робототехнике систематически? По всей видимости, следующие [15, 19]:

Рефлексивные умения:

* умение понимать задачу, для решения которой избыточно или недостаточно данных;

* умение находить ответ на вопрос: чему нужно научиться для решения поставленной задачи?

Поисково-исследовательские умения:

* умение самостоятельно генерировать идеи, т.е. изобретать способ действия, привлекая знания из различных областей;

* умение самостоятельно находить недостающую информацию в информационном поле;

* умение запрашивать необходимую информацию у эксперта (учителя, консультанта);

* умение находить несколько вариантов решения проблемы;

* умение выдвигать гипотезы;

* умение устанавливать причинно-следственные связи;

Умения и навыки работы в сотрудничестве:

* навыки коллективного планирования;

* умение взаимодействовать с любым партнером;

* навыки взаимопомощи в группе в решении общих задач;

* навыки делового партнерского общения;

* умение находить и исправлять ошибки в работе других участников группы;

Менеджерские умения и навыки:

* умение проектировать процесс (роботостроение, моделирование и программирование);

* умение планировать деятельность, время, ресурсы;

* умение принимать решения и прогнозировать их последствия;

* навыки анализа собственной деятельности (ее хода и промежуточных результатов);

Коммуникативные умения:

* умение инициировать учебное взаимодействие со взрослыми - вступать в диалог, задавать вопросы и т.д.;

* умение вести дискуссию;

* умение отстаивать свою точку зрения;

* умение находить компромисс;

* навыки интервьюирования, устного опроса и т.д.;

Презентационные умения и навыки:

* навыки монологической речи;

* умение уверенно держать себя во время выступления;

* артистические умения;

* умение использовать различные средства наглядности при выступлении;

* умение отвечать на незапланированные вопросы.

Без сомнения, в ходе проектной деятельности могут возникнуть определенные проблемы [16]:

1. Проектная работа является часто объемной и кропотливой, поэтому может возникнуть проблема перенапряжения. Как пример рассмотрим существенные особенности погрузочных манипуляторов - большое число степеней свободы и использование систем дистанционного управления. В исследовании являются важными вопросы, связанные с развитием методов расчета. Проектирования систем передачи энергии и управляющих сигналов от задающих органов к исполнительным механизмам и передачи сигналов обратной связи на задающие органы управления.

2. Дети - люди увлекающиеся, и, в основном, начало работы у них проходит с энтузиазмом, но, встречаясь с трудностями, которые не редко возникают, могут прекратить работу над проектом.

3. Нехватка умений и навыков при работе на компьютере с какими либо приложениями, особенно у учащихся среднего звена.

4. Не маловажная проблема учителя - не превратиться в диктатора, навязывающего свою точку зрения, или взваливать на свои плечи весь проект, оставляя ученикам самую малость.

Как же с этим можно справиться? Рассмотрим такие варианты:

1. Отчетливо расставить временные и объемные рамки проекта, ни в коем случаи не «оказывать давление» на учащихся.

2. Терпеливо анализировать причины неудач вместе с участниками проектов, особенно это важно после соревнований роботов, для более четкого понимания, где допущены недочеты при конструировании или программировании робота.

3. Оказывать помощь при работе на компьютере, если возникают сложности на этапе программирования или дать совет при оформлении проекта.

4. Предоставить учащимся максимальную самостоятельность, постараться быть в роли старшего друга, но при этом отслеживать каждый этап проекта.

5. По возможности привлекать к проекту родителей, если возникают трудности при выполнении той части проекта, которую дети могут выполнять дома.

Предельной эффективности в работе над проектом можно добиться при условии погружения учащихся в атмосферу творческого поиска и исследовательской деятельности. Проектная технология в образовательной робототехнике позволяет создать условия для активизации личностного потенциала учащихся.

Проектная деятельность способствует формированию ключевых компетентностей учащихся, подготовки их к реальным условиям жизнедеятельности. Выводит процесс обучения и воспитания из стен школы в окружающий мир.

Однако, учителю необходимо иметь знания по данной технологии. Основой может стать заочный курс Intel® "Проектная деятельность в информационной образовательной среде XXI века" [13], который призван помочь учителям реализовать один из возможных путей личностно-ориентированного обучения учащихся, основанный на интеграции информационно-коммуникационных технологий с образовательной технологией - методом проектов.

§1.4 Особенности изучения робототехники в условиях внеурочной деятельности

Повышенное внимание, как к робототехнике, так и к олимпиадному движению в данном направлении рождает высокий спрос на экспертов в данной области с хорошей подготовкой. Поэтому во внеурочной деятельности в школе все больше времени отдают на направление робототехники и роботостроения. Эти направления приобретают всё большую значимость и актуальность среди учащихся. Кружок робототехники в школе -- это большой плюс, так как решается одна из важнейших задач школы: научить учеников применять полученные знания в повседневной жизни. Расхождение между вычислениями и практическими результатами проведенного опыта подговорят ребят осмысливать роль упрощений, разделять трудные задачи на подзадачи и решать их поэтапно. Робототехника часто приходит на помощь в постижении некоторых сложных тем по другим общеобразовательным предметам, т.к. на практике сложное и непонятное становится часто легко объяснимым. Робототехника и олимпиады, позволяют раскрывать скрытые возможности учащихся и помогают определиться с выбором будущей профессии связанными с инженерно-техническими направлениями, которые на данный момент являются востребованными на рынке труда.

Робототехника -- это, прежде всего, командная работа. И порой возникающие проблемы объединяют ребят. Решая общие задачи и создавая проекты совместно, команда вырабатывает общий план по решению проблемы, с которой поодиночке пришлось бы очень долго возиться, а распределив между собой одну большую часть на более мелкие подзадачи, результат становится «на лицо» довольно таки быстро. Реализуя творческие проекты, создавая различных роботов, проводя научные и исследовательские эксперименты, выполняя совместные или групповые задания, ученики учатся командной работе, составлению статистики и отчётов по проделанной ими работе, эмоциональному контролю на соревнования. В ходе работы над проектом по робототехнике учащиеся открывают в себе лидерские и творческие способности, и умело проявляют инициативу. Проделанная работа может быть завершена итоговой презентацией перед одноклассниками или же выступлением на тематической или научной конференции. А так как технические ВУЗы страны включают дополнительные экзамены для поступающих абитуриентов на робо-специальности, и в качестве экзамена принимаются разработанные научные роботизированные проекты, роботы и презентации по проведённым исследованиям, то данная работа может в дальнейшем оказать помощь при поступлении в ВУЗ [14, 20].

Помимо занятий и кружков робототехники, в школе нужно проводить тематические робототехнические гостиные, которые привлекут интерес других ребят -- это робо-соревнования, робо-выставки, а также олимпиады, где юные таланты смогут посостязаться и поделиться личным опытом. Соревнования по робототехнике также проводятся и в мировом масштабе, поэтому у участников движения школьных кружков по робототехнике, есть шанс войти в состав российской сборной и представлять Россию на финалах соревнований в США, Японии и Индонезии. В образовательной робототехнике имеется множество соревнований, как для новичков, так и для профессионалов: Hello Robot, World Robotic Olympiad (WRO), FIRST, ELROB, ABUROBOCON, Informatikum Olympiad.

На сегодняшний день для обучения робототехнике в общеобразовательной школе можно использовать разнообразные готовые наборы и конструкторы: от несложных и недорогих наборов Informatikum до дорогих наборов от Lego, которые подходят для большинства выше перечисленных соревнований. И потенциал исследования робототехники не исчерпан. Существуют перспективы ее дальнейшего развития. И возможно, что вскоре робототехника будет использоваться абсолютно во всех школьных предметах. Отвлеченный расчёт с массой допущений и округлений, может отличаться от того, что происходит на самом деле -- это прямой путь к осмыслению того факта, что практическая деятельность увлекательнее и важнее любых теоретических моделей и подсчетов, т.е. фактически фундамент любого учёного и инженера.

Программа кружка для 7-9 классов разработана как самостоятельная дисциплина, являющаяся образовательной составной частью дополнительного образования в среднем звене. Но, тем не менее, выражая общие идеи формализации, он пронизывает содержание многих других обязательных предметов и, таким образом, становится дисциплиной обобщающего, методологического плана. Ключевое предопределение курса "Робототехники" заключается в выполнении социального заказа современного общества, направленного на подготовку подрастающего поколения для дальнейшего определения курса по направлениям научно-технического профиля.

Содержание и структура курса «Робототехника» сориентированы на развитие устойчивых представлений о робототехнических устройствах как едином изделии прописанного функционального назначения и с обусловленными техническими характеристиками.

Основными педагогическими принципами, обеспечивающими реализацию программы кружка «Робототехника», являются:

• принцип максимального разнообразия предоставленных возможностей для развития личности;

• принцип возрастания роли внеурочной работы;

• принцип индивидуализации и дифференциации обучения;

• принцип свободы выбора учащимися образовательных услуг, помощи и наставничества.

Целью кружка является: повышение у обучающихся мотивации к изучению основных школьных предметов через обучение основам инженерно-технического конструирования и робототехники; развития научно-технического и творческого потенциала и формирование предпосылок основ инженерного мышления и навыков программирования и моделирования.

Задачи:

• оказать содействие в конструировании роботов на базе микропроцессора NXT;

• освоить среду программирования ПервоРобот NXT;

• оказать содействие в составлении программы управления Лего-роботами;

• формировать творческие способности и логическое мышление учащихся через олимпиадную подготовку в данном направлении;

• развивать умение выстраивать гипотезу и сопоставлять с полученным результатом;

• формировать образное, техническое мышление и умение выразить свой замысел;

• развивать умения работать по предложенным инструкциям по сборке моделей;

• развивать умения творчески подходить к решению задачи через проектную и исследовательскую деятельность;

• развивать применение знаний из различных областей знаний полученных на школьных предметах;

• развивать умения излагать мысли в четкой логической последовательности, отстаивать свою точку зрения, анализировать ситуацию и самостоятельно находить ответы на вопросы путем логических рассуждений;

• приобретать навыки проведения физического эксперимента.

. Основные виды деятельности

• знакомство с интернет-ресурсами, связанными с робототехникой;

• олимпиадная подготовка;

• проектная деятельность;

• работа в парах, в группах;

• роботостроение и его программирование;

• соревнования.

Занятия кружка, организованные с использованием вышеизложенных условий, наиболее эффективно формируют специальные технические умения, развивают аккуратность, усидчивость, организованность, нацеленность на результат.

Отличительные особенности программы: реализация программы осуществляется с использованием методических пособий, специально разработанных фирмой "LEGO" для преподавания технического конструирования на основе своих конструкторов. Кружок предлагает использование в основном образовательные конструкторы Lego Mindstorms NXT как инструмента для обучения школьников конструированию, моделированию и компьютерному управлению, а также данный продукт подходит для большинства роботехнических олимпиад. Простота в построении модели в сочетании с большими конструктивными возможностями конструктора позволяют ученикам в конце занятия увидеть сделанную своими руками модель, которая выполняет поставленную ими же самими задачу. Работает Lego Mindstorms на базе компьютерного контроллера NXT, который представляет собой двойной микропроцессор, Flash-памяти в каждом из которых более 256 Кбайт, Bluetooth-модуль, USB-интерфейс, а также экран из жидких кристаллов, блок батареек, громкоговоритель, порты датчиков и сервоприводов. Именно в NXT заложен огромный потенциал возможностей конструктора lego Mindstorms. Память контроллера содержит программы, которые можно самостоятельно загружать с компьютера. Информацию с компьютера можно передавать как при помощи кабеля USB, так и используя Bluetooth. Кроме того, используя Bluetooth можно осуществлять управление роботом при помощи мобильного телефона. Для этого потребуется всего лишь установить специальное java-приложение.

Программа кружка предполагает использование компьютеров совместно с конструкторами. Важно отметить, что компьютер используется как средство управления моделью; его использование направлено на составление управляющих алгоритмов для собранных моделей. Учащиеся получают представление об особенностях составления программ управления, автоматизации механизмов, моделировании работы систем. Педагогические организационные условия реализации кружка предполагают сочетание возможности развития индивидуальных творческих способностей и формирование умений взаимодействовать в коллективе, работать в группе.

Изучение теоретической части темы учащимися может проходить самостоятельно. Для этого рекомендуем использовать ЦОР и лекции из дистанционных курсов «ИНТУИТ» по робототехнике. Преимущество данных курсов: позволяют в индивидуальной форме изучить новую технологию и предоставляют доступный теоретический материал, практические задания и консультации по любым возникающим вопросам.

Конструктор Лего и программное обеспечение к нему предоставляет прекрасную возможность учащимся учиться 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 ученик сам строит свои знания, а учитель лишь консультирует его.

Программное обеспечение отличается дружественным интерфейсом, позволяющим ученику постепенно превращаться из новичка в опытного пользователя. Каждое занятие - новая тема или новый проект. Модели собираются либо по технологическим картам, исходя из поставленных задач олимпиады или проекта, либо в силу фантазии учеников. По мере освоения проектов проводятся соревнования роботов, созданных группами.

Выводы по главе 1

Ввод образовательной программы робототехники в образовательное пространство школы предназначен для изменения картины восприятия научно-технических направлений учащимися. Использование на практике теоретических знаний приведет к более глубокому пониманию основ, закрепит полученные умения и навыки, формируя образование в его наилучшем смысле.

Предлагаемый кружок по робототехнике, организованный с соблюдением определенных педагогических условий, рассмотренных в 1 главе, организованных для формирования общенаучных и технологических навыков конструирования и проектирования, способствует тому, что учащиеся после окончания школы будут нацелены на выбор направлений научно-технического характера для дальнейшего обучения.

Выделены три точки зрения ученых относительно педагогических условий:

• совокупность каких-либо мер педагогического воздействия и возможностей материально-пространственной среды робототехники;

• конструирование педагогической системы, в которой условия выступают одним из компонентов;

• планомерная работа по уточнению закономерностей как устойчивых связей образовательного процесса, обеспечивающая возможность проверяемости результатов научно-педагогического исследования.

Результативность занятий по робототехнике возрастет, если соблюдать ряд педагогических условий, необходимых эффективной организации и достижения поставленной главной цели - развитие научно-технического потенциала учащихся. Типы педагогических условий следующие: материально-технические (использование реальных и виртуальных роботов; принцип продуктивного выхода), организационно-педагогические (системность и комплектность курса; творческий подход к обучению и роботостроению; преемственность и учет возрастных способностей учащихся 7-9 классов; олимпиадное движение), дидактические (использование различных приемов для повышения мотивации учения; единый понятийный аппарат; обратная связь).

Эффективность работы с робототехникой можно также повысить при включении в занятия проектной технологии и исследовательской деятельности, т.к. это позволяет создать условия для активизации личностного роста потенциала учащихся, способствует формированию ключевых компетентностей, подготовки их к реальным условиям жизнедеятельности.

Занятия кружка с правильной организацией педагогических условий, направленных на организацию специальной среды, помогают интенсивному развитию познавательных способностей учеников 7-9 классов, раскрытию творческого начала, формированию интереса к инженерно-техническим направлениям, к техническим средствам и технике в целом, а также совершенствованию навыков и знаний, полученных из основных школьных предметов и жизненного опыта самих учащихся.

Курс «Основы робототехники» вводится в связи с потребностью общества в том, чтобы по возможности, каждый ребенок хорошо учился и мог найти для себя перспективы в будущем. Веяния меняющегося мира диктуют нам свои направления, инновации, которые мы стремимся внедрить в нашу образовательную деятельность, для обеспечения учащимся таких условий, в которых они чувствовали бы себя свободно, уверенно, заинтересованно и могли с легкостью воплощать все задуманные идеи в жизнь.

Глава 2. Опытно-экспериментальная работа по развитию инженерно-технического потенциала у учащихся 7-9 классов в процессе изучения робототехники

§ 2.1 Содержание курса «Основы робототехники»

Повышенный интерес к робототехнике рождает высокий спрос на специалистов в данной области. Поэтому в настоящее время организация занятий, кружков по робототехнике в школе приобретает всё большую значимость и актуальность. В нашем случае мы объединим три направления: олимпиадную подготовку, роботостроение и проектную деятельность, в одно целое и при соблюдении прописанных условий, создадим оптимальную обстановку для раскрытия творческого потенциала учащихся, для развития технических способностей и сориентируем их в дальнейшем с возможным выбором будущей профессии.

Наши занятия построены так, чтобы ученики на них в большей мере отдыхали и не были перегружены. Порой ученикам предлагается задание на дом, но оно носит лишь увлекательный характер. Очень трудно научить ребенка, который не хочет заниматься. Поэтому во внеурочной деятельности, необходимо выделить интересные вещи, а в робототехнике очень много интересного и познавательного. Организовать обучение правильно и порой кажущиеся скучные темы с разных уроков приобретают другой оттенок, и вероятность 99%, что любой ребенок, даже мало заинтересованный, заинтересуется и достигнет результата.

Программа кружка для 7-9 класса рассчитана на 35 часов и адаптирована под конструктор Лего Mindstorms NXT.

Главная цель образовательной программы кружка «Основы робототехники» заключается в том, чтобы перевести уровень общения ребят с техникой «на ты», научить ребят грамотно выражать свою идею, спроектировать ее техническое и программное решение, реализовать ее в виде модели, способной к функционированию.

Формы контроля и оценки образовательных результатов. Текущий контроль уровня усвоения материала осуществляется по результатам выполнения обучающихся практических заданий или проекта. Итоговый контроль реализуется в форме соревнований или олимпиады по робототехнике.

Организация учебного процесса. Изучение темы предусматривает организацию учебного процесса в двух взаимосвязанных и взаимодополняющих формах:

• урочная форма, в которой преподаватель объясняет новый материал и консультирует учащихся в процессе выполнения ими практических заданий на компьютере;

• внеурочная форма, в которой обучающиеся после занятий кружка (дома или в компьютерной аудитории) самостоятельно выполняют на компьютере практические задания.

Основное содержание кружка по робототехнике (35 часов):

Блок 1. Введение, 2 часа: Конструктор Mindstorms NXT. Знакомство с набором, изучение его деталей. Получение представлений о микропроцессорном блоке NXT, являющимся мозгом конструктора LEGO Mindstorms. Подготовка конструктора и NXT к дальнейшей работе.

Блок 2. Конструирование, 4 часов: Знакомство с электронными компонентами и их использование: Модуль NXT с батарейным блоком; датчики: ультразвуковой (датчик расстояния), касания, звука - микрофон, освещенности; соединительные кабели разной длины для подключения датчиков и сервоприводов к NXT и USB - кабели для подключения NXT к компьютеру.

Блок 3. Управление, 8 часов: Составление программ передвижения робота вперед и назад, который имеет мотор, способный изменять вращение оси машины. Робот имеет правый и левый моторы, подключенные к портам B и C. Сборка и программирование робота Mindstorms NXT, который должен двигаться вперед и поворачивать под прямым углом направо. Определение общих для всех датчиков параметров, которые надо проверить перед работой и настроить по заданным параметрам олимпиадных задач.

Блок 4. Проектно-конструкторская деятельность, 16 часов: Поиск информации о Лего-соревнованиях, описаниях моделей, технологии сборки и программирования Лего-роботов. Сборка своих моделей. Анализ умений программирования робота. Проведение соревнований (турниров), учебных исследовательских конференций. Участие в районной олимпиаде и соревнованиях по робототехнике.

Блок 5. Свободное моделирование, 5 часа: Экстремальная робототехника - изготовить действующую модель робота-манипулятора конкретного назначения в соответствии с техническим заданием. Публичная ЗАЩИТА проектов с приглашением представителей администрации, педагогов и родителей.

Ожидаемые результаты освоения программы. После завершения курса обучения:

Обучающийся будет знать:

· конструкцию, органы управления и дисплей NXT;

· датчики, сервомотор NXT;

· интерфейс программы Lego Mindstorms Education NXT и 3D-моделирования;

· 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;

· презентовать свои работы и проекты;

· программировать робота.

Таблица 1. Тематическое планирование занятий кружка «Основы робототехники»

№

Дата

Часы

Тема

Содержание

1.

1 нед.

1

Введение в робототехнику

Цели и задачи курса. Что такое роботы. Ролики, фотографии и мультимедиа. Рассказ о соревнованиях роботов: Евробот, фестиваль мобильных роботов, робототехнические олимпиады. Спортивная робототехника. В т.ч. - бои роботов (неразрушающие). Конструкторы и «самодельные» роботы.

2.

2 нед.

1

Конструкторы компании ЛЕГО

Информация о имеющихся конструкторах компании ЛЕГО, их функциональном назначении и отличии, демонстрация имеющихся у нас наборов. Сборка робота-пятиминутки использовав ресурс http://www.prorobot.ru/lego/robot_5minutka.php

3.

3 нед.

1

Подробное изучение Lego Mindstorms NXT

Датчики, аппаратный и программный состав конструкторов LEGO на базе компьютера NXT (Презентация), сервомотор NXT.

4.

4 нед.

1

Конструирование первого робота в 3D-среде

Изучение и использование LEGO Digital Designer для моделирования роботов в виртуальной среде управления конструирования роботов.

5.

5 нед.

1

Изучение среды управления и программирования

Краткое изучение программного обеспечения, изучение среды программирования и управления.

Собираем робота "Линейный ползун".

Загружаем готовые программы управления роботом, тестируем их, выявляем сильные и слабые стороны программ, а также регулируем параметры, при которых программы работают без ошибок.

6.

6 нед.

1

Конструирование трехколесного робота

Создаём и тестируем "Трёхколёсного робота" и скачиваем к нему программу управления. Проводим эксперимент и изменяем программу при необходимости.

7.

7 нед.

1

Программирование трехколесного робота

Собираем и программируем "Бот-внедорожник"

На предыдущем уроке мы собрали "Трёхколёсного" робота. Вносим небольшие изменения в конструкцию. Получаем уже более серьёзная модель, использующую датчик касания. Соответственно, мы продолжаем эксперименты по программированию робота. Пишем программу средней сложности, которая должна позволить роботу реагировать на событие нажатия датчика.

Задача примерно такая: допустим, робот ехал и упёрся в стену. Ему необходимо отъехать немножко назад, повернуть налево и затем продолжить движение прямо. Необходимо зациклить эту программу. Провести испытание поведения робота, подумать в каких случаях может пригодиться полученный результат.

8.

8 нед.

1

Сборка гусеничного робота по инструкции

Создаём и тестируем "Гусеничного робота".

Задача: необходимо научиться собирать робота на гусеницах. Поэтому тренируемся, пробуем собрать по инструкции. Если всё получилось, то управляем роботом с сотового телефона или с компьютера. Запоминаем конструкцию. Анализируем плюсы и минусы конструкции. На следующем уроке попробуем разобрать и заново собрать робота.

9.

9 нед.

1

Конструирование гусеничного бота

На предыдущем уроке мы собирали гусеничного бота. Нужно ещё раз посмотреть на свои модели, запомнить конструкцию. Далее разобрать и попытаться собрать свою собственную модель. Она должна быть устойчива, не должно быть выступающих частей. Гусеницы должны быть оптимально натянуты. Далее тестируем своё гусеничное транспортное средство на поле, управляем им с мобильного телефона или с ноутбука.

10.

10 нед.

1

Тестирование

Тест должен содержать простые и чётко сформулированные вопросы о конструкторе, о лего, о законах физики, математики и т.д. Рекомендуемое количество вопросов от 10 до 20. Ученики отвечают на простые вопросы, проверяют свой уровень знаний. В тест рекомендуется включить несколько вопросов на смекалку из цикла: "А что если...". В результате тестирования мы должны понять научился ли чему-нибудь ученик.

11.

11 нед.

1

Олимпиадные задачи

Мозговой штурм. Описание и обсуждение решений к наиболее сложным задачам по группам. При необходимости используем готовые модели роботов.

12.

12 нед

1

Сборка робота-сумоиста

Нам необходимо ознакомиться с конструкцией самого простого робота сумоиста. Для этого читаем и собираем робота по инструкции: бот - сумоист. Собираем, запоминаем конструкцию. Тестируем собранного робота. Управляем им с ноутбука/нетбука.

13.

13 нед.

1

Сборка "роботов сумоистов"для соревнования

Собираем по памяти на время робота-сумоиста. Продолжительность сборки: 30-60 минут. Тот, кому необходимо больше времени могут до собирать своих роботов и в начале следующего урока.

...

Страница:


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены