14.

14 нед.

1

Анализ конструкции победителей

Устраиваем соревнования. Не разбираем конструкцию робота победителя. Необходимо изучить конструкции, выявить плюсы и минусы бота. Проговариваем вслух все плюсы и минусы.

15.

15-17 нед.

3

Самостоятельное конструирование робота к соревнованиям

Задача учеников самостоятельно найти и смастерить конструкцию робота, которая сможет выполнять задания олимпиады. Все задания раскрываем по частям, например, нужно передвигаться из точки А в точку Б - это будет первая задача, нужно определять цвет каждой ячейки - это вторая задача, в зависимости от цвета ячейки нужно выкладывать определённое количество шариков в ячейку - это третья задача.

16.

18-21 нед.

4

Разработка проектов по группам.

Цель: Сформировать задачу на разработку проекта группе учеников.

Шаг 1. Каждая группа сама придумывает себе проект автоматизированного устройства/установки или робота. Задача учителя направить учеников на максимально подробное описание будущих моделей, распределить обязанности по сборке, отладке, программированию будущей модели. Ученики обязаны описать данные решения в виде блок-схем, либо текстом в тетрадях

Шаг 2. При готовности описательной части проекта приступить к созданию действующей модели. Если есть вопросы и проблемы - направляем учеников на поиск самостоятельного решения проблем, выработку коллективных и индивидуальных решений.

Шаг 3. Уточняем параметры проекта. Дополняем его схемами, условными чертежами, добавляем описательную часть. Обновляем параметры объектов.

Шаг 4. При готовности модели начинаем программирование запланированных ранее функций. Цель: Научиться презентавать (представлять) свою деятельность. Продолжаем сборку и программиирование моделей

Шаг 5. Оформляем проект: Окончательно определяемся с названием проекта, разрабатываем презентацию для защиты проекта. Печатаем необходимое название, ФИО авторов, дополнительный материал.

Шаг 6. Определяемся с речью для защиты проекта. Записываем, сохраняем, репитируем.

Цель: Научиться публично представлять свои изобретения.
Публичная ЗАЩИТА проектов с приглашением представителей администрации, педагогов и родителей.

17.

22 нед.

1

Свободный урок. Сбор готовой модели на выбор.

Сбор и исследование одной из моделей роботов на выбор:

Гоночная машина - автобот - автомобиль с возможностью удалённого управления и запрограммирования его для движения по цветным линиям на полу!

Бот с ультразвуковым датчиком - 4-х колёсный робот с интеллектуальной программой, принимающей решение куда ехать при наличии препятствия.

Бот с датчиком касания - 4-х колёсный робот с программой, использующей датчик касания в качестве инструмента для определения препятствий.

Бот с датчиком для следования по линии - робот, программа которого настроена на его движение по чёрной линии.

Бот стрелок - простейший робот, стреляющий в разные стороны шариками.

Цель: Закрепить навыки конструирования по готовым инструкциям или свою модель.

Изучить работу программы, особенности движения, работы с датчиком и т.д. модели робота. Сделать соответствующие выводы.

18.

23 нед.

1

Конструирование 4-х колёсного или гусеничного робота

Цель: собрать по инструкции робота, изучить его возможности и программу.

Необходимо выбрать одного из 9 имеющиеся конструкции МУЛЬТИБОТА по этой ссылке http://www.prorobot.ru/lego/multibot.php

Собираем робота по инструкции, загружаем программу, изучаем его поведение: запускаем, наблюдаем, тестируем. Меняем программу, добиваемся изменения принципа работы робота. Меняем его конструкцию.

19.

24-25 нед.

2

Проект, посвященный Дню Защитникам Отечества

Цель: придумать и собрать робота. Самостоятельно запрограмиировать робота.

Придумываем конструкцию, которую мы бы хотели собрать. Пусть робот перемещается на 4-х колёсах или гусеницах. Пусть он может короткое время (минимум 1 минуту) передвигаться самостоятельно.

Презентируем свои работы на концерте в ДК.

20.

26 нед.

1

Подготовка к выступлениям на районном уровне

Подготовка к Фестивалю по робототехнике среди обучающихся образовательных организаций Тайшетского района.

21.

27-28 нед.

2

Сборка робота-богомола

Собираем и программируем робота-богомола МАНТИ. Инструкция по сборке робота МАНТИ: «безобидный богомол».

22.

29-30 нед.

2

Сборка робота высокой сложности

Собираем робота АЛЬФАРЕКСА (ALFAREX) Инструкция по сборке робота «АЛЬФАРЕКС».

23.

31 нед.

1

Неделя техники, науки и производства

Участие в Недели техники, науки и производства.

24.

32 нед.

1

Показательное выступление

Показательный урок: демонстрируем робота, запускаем программу, показываем возможности движения, соревнуемся на скорость перемещения. Команда-победитель получает призы.

25.

33 нед.

1

Контрольное тестирование

В результате тестирования мы должны понять научился ли чему-нибудь ученик. Проводим анализ полученных результатов. Сравниваем их с теми, что были получены в начале обучения.

26.

34 нед.

1

Свободное моделирование

Собираем любую по желанию модель. Резервный урок.

27.

35 нед.

1

Свободное моделирование

Собираем любую по желанию модель. Резервный урок.

Итого

35

Интегрирование различных школьных предметов в планировании кружка открывает новые возможности для реализации новых образовательных концепций, овладения новыми навыками и расширения круга интересов по нижеперечисленным направлениям.

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

Проектирование. Создание и программирование действующих моделей. Интерпретация двухмерных и трехмерных иллюстраций и моделей. Понимание того, что животные используют различные части своих тел в качестве инструментов. Сравнение природных и искусственных систем. Использование программного обеспечения для обработки информации. Демонстрация умения работать с цифровыми инструментами и технологическими системами.

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

Математика. Измерение времени в секундах с точностью до десятых долей. Оценка и измерение расстояния. Усвоение понятия случайного события. Связь между диаметром и скоростью вращения. Использование чисел для задания звуков и для задания продолжительности работы мотора. Установление взаимосвязи между расстоянием до объекта и показанием датчика расстояния. Установление взаимосвязи между положением модели и показаниями датчика наклона. Использование чисел при измерениях и при оценке качественных параметров.

Развитие речи. Общение в устной или в письменной форме с использованием специальных терминов. Подготовка и проведение демонстрации модели. Использование интервью, чтобы получить информацию и написать рассказ. Написание сценария с диалогами. Описание логической последовательности событий, создание постановки с главными героями и её оформление визуальными и звуковыми эффектами. Применение мультимедийных технологий для генерирования и презентации идей. Участие в групповой работе в качестве «мудреца», к которому обращаются со всеми вопросами.

Ожидаемые результаты и социальный эффект кружка «Основы робототехнике»:

• творчески подходить к задачам - уметь объяснять, как все работает, и показывать взаимосвязь между причиной и следствием;

• проверять идеи, основываясь на очевидных результатах наблюдений и измерений;

• ставить задачи, которые можно решить научными методами, и объяснять, как находить ответы на них;

• предвидеть, сто может произойти, и избегать нежелательных ситуаций;

• проводить объективные тесты, изменяя отдельные параметры, и наблюдать или измерять результаты;

• производить систематические наблюдения и измерения, используя информационные технологии для сохранения полученных данных;

• пользоваться различными методиками анализа и представлять данные в форме диаграмм, чертежей, графиков, блок-схем, таблиц и др.;

• определять, согласуются ли дальнейшие прогнозы;

• при повторении пройденного материала выделять важные моменты и устранять недоработки;

• выбор учащимися профессий инженерно-технического направления.

§2.2 Особенности использования различных методов и приемов обучения на занятиях по робототехнике

Наряду с описанными выше педагогическими условиями немаловажным является использование в работе различных приемов, средств и методов обучения, для более эффективного результата. Рассмотрим некоторые методы, применяемые на занятиях по робототехнике [1, 5, 8].

Объяснительно-иллюстративный - представление информации разнообразными способами (объяснение, рассказ, беседа, инструктаж, демонстрация, работа с технологическими картами и др). На первоначальном этапе учителю очень важно донести информацию до учащихся об основных понятиях робототехники, ее историей и основными направлениями в общественной жизни. Поле чего перейти к визуальному знакомству с конструктором Lego Mindstorms NXT и его программному обеспечению, а также к соблюдению технике безопасности при дальнейшей работе с робототехникой.

Эвристический прием - метод творческой деятельности (создание творческих моделей и т. д. на этапе сборки и программирования по образцу и схемам).

Проблемный - постановка проблемы и самостоятельный поиск её решения учащимися при участии в олимпиадах, эстафет и на этапе соревнований.

Программированный - набор операций, которые необходимо выполнить в ходе выполнения программирования робота, выдается маленькими порциями, для того, чтобы ученики имели возможность концентрации на каждый отдельно взятом шаге, например сперва запрограммировать робота на движение по линии, затем выполнить вычисления по дистанции, чтобы робот вернулся в начальное положение или к примеру мог обнаруживать и объезжать препятствия на его пути.

И все-таки, главный метод, который используется при изучении робототехники это метод проектов [9, 11].

Проектно-ориентированное обучение - это систематический учебный метод, вовлекающий учащихся в процесс приобретения знаний и умений с помощью широкой исследовательской деятельности, базирующейся на комплексных, реальных вопросах и тщательно проработанных заданиях.

Также в работе можно выделить следующие этапы обучения:

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

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

Вот здесь можно начинать следующий этап.

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

ІІІ этап - сложное конструирование. Узнав много нового на этапе обучения, ребята получают возможность применить свои знания и создавать сложные проекты. Благодаря датчикам, моторам и программному обеспечению наш робот оживает. Он может говорить, видеть, двигаться и даже в некотором роде чувствовать.

Круг возможностей их моделей очень расширяется. Вот теперь уместны соревнования и выводы по итогам соревнований - какая модель сильнее и почему. Насколько механизмы, изобретенные человечеством, облегчают нам жизнь.

Таблица 2. Критерии оценивания проектов

Категория	Критерий	Очки
Проект	Общее число очков	20
	Оригинальность замысла и техническое решение	10
	Эффектность	10
Программная часть	Общее число очков	20
	Автоматизация	10
	Логичность	10
Механическая часть	Общее число очков	20
	Техническая грамотность	10
	Работоспособность	5
	Качество изготовления и дизайн	5
Презентация	Общее число очков	25
	Демонстрация проекта	10
	Коммуникация и ответы на вопросы	10
	Наглядные материалы	5
Командная работа	Общее число очков	10
	Командный дух	5
	Артистизм	5
Максимальное число очков	95

Различные способы организации занятий учащихся на разных этапах также отличаются по форме:·индивидуальная;·групповая;·работа в парах.

Особенности организации и создание продуктивной среды данного курса:

• свободные группы, в которых ребята чувствуют себя раскованно, не ощущает подчинения учителю;

• педагогика сотрудничества, сотворчество ученика и учителя;

• использование методик коллективной работы: мозговой штурм, организационно-деятельностная игра;

• мотивация: стремление личности к творчеству, к самовыражению, самоутверждению, самореализации.

Учащиеся начинают свою практическую деятельность в изучении робототехники с небольших исследовательских проектов (проект шаблон). Работа над проектом «по образцу» является подготовкой к более сложным, по своей структуре, проектам. В данной работе учащиеся знакомятся в первую очередь с Lego-конструктором, работая с его основными деталями: балками, шестеренками, датчиками, сервомоторами, блоком NXT. Во-вторую очередь с программным обеспечением, пробуя создавать простейшие программы для своих моделей. Работая в стандартной палитре, на которой расположены наиболее часто используемые блоки (блок движения, блок аудио, блок отображения, блок паузы). Такие модели представлены непосредственно компанией Lego Mindstorms NXT, что позволяет учащимся пройти первый этап знакомства с Lego-конструктором. Здесь происходит овладение навыками начального технического конструирования, развития мелкой моторики, изучение понятий конструкции и ее основных свойств (жесткости, прочности, устойчивости), навык взаимодействия в группе.

Вторым этапом практической деятельности, является проект с элементом исследования. На данном этапе реализуется элемент экспериментально-исследовательская деятельность в области программирования. Примером таких проектов является: «Сани», «Щенок», «Мышеловка» и другие. Здесь учащиеся так же конструируют, обращая внимание на особенности соединения деталей, на возможности данной модели, которые в дальнейшем будут реализовываться при программировании. Если на первом этапе они программировали конструктор используя базовую конструкцию следование, то на данном этапе работают с базовой конструкцией ветвление и цикл. Например, в модели «Сани» учащиеся исследовали работу блока «движения» и сервоприводов, блоков «цикл» и «звук», а так же последовательное и параллельное выполнение этих действий. Таким образом, учащиеся проводили экспериментальное исследование, выдвигая свои идеи, которые в течение занятий подтверждали, либо опровергали. Данная деятельность позволяет им понимать разницу между виртуальным и реальным исполнителем, а так же формировать исследовательские навыки, например формулировку цели, задачи и гипотезы.

Самостоятельно разработанный исследовательский проект «Дуэль» (см. рис. 2) показанный во время празднования 71-й годовщины со Дня Победы в Великой Отечественной войне, где учащиеся сконструировали данную модель и программировали ее, опираясь на предыдущие и новые знания, является наиболее наглядным результатом всему, чему научились за год занятий с робототехникой. На данном этапе были изучены дополнительные блоки в полной палитре, такие как математический блок и логический. Роль учителя на данном этапе является в консультации учащихся по конкретным вопросам или затруднениям.

Рис. 2 Фото модели «Дуэль»

Примеры видов состязаний, в которых команды принимали участие.

Лабиринт: туда и обратно (участникам необходимо подготовить автономного мобильного робота, способного добраться из одного конца лабиринта в другой и вернуться обратно по кратчайшему пути). Как известно из легенды, Тесею удалось найти выход из владений Минотавра с помощью нити, которую он тянул за собой от входа. Сейчас же найти выход из лабиринта для человека не составит особого труда, тем более есть возможность собрать робота, который все сделает сам.

Ученики конструируют мобильного робота из конструктора Lego Mindstorms, способного находить выход из лабиринта. В этом ребятам помогут различные датчики, например, ультразвуковые и инфракрасные дальномеры. В результате выполнения проекта ребята получают базовые навыки конструирования роботов, алгоритмизации и программирования на языке NXT-G. Также в ходе работы ребята используют на практике знания из математики (расчет дистанции, поворота, времени движения), физики (знакомство с понятиями ультразвуковых и инфракрасных волн, законом сохранения импульса) и информатики (построение алгоритмов, преобразование данных).

Манипуляторы (участникам необходимо собрать автономного немобильного робота с манипулятором, который должен собрать из кубиков постройку по образцу). Работая над разработкой и программированием данного робота для данной задачи необходимы знания физики (освоение кинематики твердого тела, кинематики точки), математики (работа с линейной, нелинейной функцией, координатной плоскостью, алгоритмом отыскания координат точки) и информатики (алгоритмизация).

Траектория: карта (участникам необходимо подготовить автономного мобильного робота, который должен перенести три банки в указанное место сбора, стартуя с заранее неизвестной точки поля и перемещаясь только по черной линии). В данном соревновании необходимо решение сразу двух задач: замер расстояния и необходимость двигаться по указанной траектории, а также захват предмета и передвижение с ним на расстояния. Проект включает в себя практическое использование датчиков и сервомоторов, а также создание и отладку программ.

Независимо от подготовки ученики могут строить модели с помощью визуальных сред и LEGО-конструкторов и при этом обучаться, пользуясь взаимопомощью, получая удовольствие. Занятия по робототехнике сталкивают детей с реальными жизненными проблемам, что позволяет ощущать себя настоящими юными учеными. В процессе работы дети задают вопросы «А что если…?», делают предположения или выдвигают гипотезы, испытывают созданные модели, записывают результаты и представляют свои открытия.

§2.3 Результаты внедрения кружка «Основы робототехники» в образовательное пространство средней школы

В исследовании принимали участие ученики 7-9 классов МКОУ Тамтачетской СОШ, Тайшетского района, выбравшие направление кружка робототехники в 2015-2016 учебном году.

Экспериментальная работа проводилась в три этапа.

На первом, поисковом этапе изучена литература по данной теме, проведена презентация кружка и представление рабочей программы на год по робототехнике для учащихся 7-9 классов на педагогическом совете школ северного куста (в куст входят четыре школы Тайшетского района, объединенные по территориальной расположенности, которые взаимодействуют при проведении семинаров, методическими объединениями и т.д.). И с помощью анкетирования выявлен интерес у детей и уровень мотивации к занятиям во внеурочной деятельности.

На втором этапе была организована экспериментальная группа, на которой проводилось исследование по влиянию обучения с соблюдением определенных в главе 1 настоящей работы педагогических условий на повышение мотивации к изучению робототехники и научно-техническое развитие, которое обеспечивает:

• раннюю профессиональную ориентацию на инженерные специальности;

• вооружение учащихся современными методами познания окружающего мира;

• умение ставить физические эксперименты;

• овладение фундаментальными техническими знаниями;

• развитие коммуникативной культуры.

Для определения мотивированности применялось анкетирование.

На третьем этапе анализировали результаты исследования, то есть выявляли динамику повышения качества знаний учащихся через тестирование в начале обучения и в конце учебного года.

До начала работы кружка было проведено входное анкетирование с целью выявления интересующих учащихся направлений. В анкетировании приняли участие 56 учащихся 7-9 классов МКОУ Тамтачетской СОШ. Результаты анкетирования следующие:

Вопрос 1. Дисциплины какого направления вызывают у тебя больший интерес (успеваемость значения не имеет)?

• гуманитарное (русский язык, литература, история, иностранный язык, МХК, обществознание и др.) - 18 учеников

• физико-математическое или техническое (алгебра, геометрия, информатика и ИКТ, физика) - 21 ученик

• естественно-научное (химия, биология, география, астрономия) - 17 учеников



Рис. 3 Диаграмма интересов учащихся

Вопрос 2. Кем ты хочешь быть в будущем?

Предложенные профессии были разбиты на следующие сферы:

• сфера информационных технологий (программисты, инженеры, IT-специалисты) - 20 учеников

• сфера экономики (кредитные эксперты, финансовые аналитики, бухгалтера, менеджеры) - 6 учеников;

• сфера медицинских профессий (терапевт, кардиолог, хирург и др.) - 13 учеников

• сфера сервиса и туризма (администратор, переводчик, гид и т.д) - 4 ученика

• рабочие профессии (сварщик, крановщик, охранник) - 3 ученика

Рис. 4 Диаграмма профориентации учащихся

Вопрос 3. Хотел бы ты прослушать курс по робототехнике?

Да - 28 человек

Нет - 9 человек

Не знаю - 19 человек

Рис. 5 Диаграмма интересов к робототехнике учащихся

Данная анкета показала, что большинство опрошенных учеников понимают, что постоянно развивающиеся информационные технологии вызывают спрос на инженерно-технические профессии и половина учащихся 7-9 классов хотела бы посещать данный кружок.

Для организации педагогического эксперимента были организованы две группы школьников: экспериментальная (с тщательным соблюдением описанных ранее условий при организации занятий) и контрольная (без жесткого соблюдения заявленных условий). В экспериментальной группе состояло 12 человек, в контрольной - 10 человек.

Динамика метапредметных результатов учащихся, посещающих занятия внеурочной деятельности по робототехнике, в сравнении экспериментальной группы с контрольной группой учащихся, где условиям не уделялось столь пристальное внимание, показывает, что учащиеся экспериментальной группы «на голову выше» своих товарищей на конец учебного года, по критериям оценивания проектов и результатам соревнований, а также итоговому тестированию. При этом входное тестирование отражало почти равные результаты в обеих группах, что подтверждает равенство групп до начала эксперимента. Критерии тестирования разбиты на уровни развития: 100-75 % правильных ответов - это высокий уровень (ВУ); 75-50 % - это средний уровень (СУ); менее 50 % - низкий уровень (НУ). Для определения метапредметных результатов были выбраны следующие показатели:

I. Умение самостоятельно планировать пути достижения целей, в том числе альтернативные, осознанно выбирать наиболее эффективные способы решения учебных и познавательных задач. Во входном тестировании вопросы 8-20 (приложение 4), в итоговом 10-20 выявляют данные умения. В данном показателе следующие результаты: входной контроль: контрольная (КГ) - 2 ВУ, 7 СУ и 1 НУ; экспериментальная (ЭГ) - 3 ВУ, 7 СУ, 2 НУ. Итоговый тест: КГ - 3 ВУ, 5 СУ, 2 НУ; ЭГ - 7 ВУ, 5 СУ, 0 НУ (вопросы итогового теста см. приложение 5).

Рис. 6 Показатель I: входной тест



Рис. 7 Показатель I: итоговый тест

На диаграммах (рис. 6-7) хорошо прослеживается результат, того, что в экспериментальной группе, благодаря организации заявленных педагогических условий, многие учащиеся перешли на высокий уровень. Было на начало 3 человека, на конец обучения прибавились еще 4 ученика, итого 7. Также на начало мы видим, на низком уровне было 2 ученика, к концу года в экспериментальной группе на низком уровне не осталось ни одного учащегося. В тоже время в контрольной группе тоже есть положительные результаты на конец года, но куда меньшие, чем в экспериментальной.

II. Умение соотносить свои действия с планируемыми результатами, осуществлять контроль своей деятельности в процессе достижения результата, определять способы действий в рамках предложенных условий и требований, корректировать свои действия в соответствии с изменяющейся ситуацией. Во входном тестировании вопросы 3-7, в итоговом 3-9 выявляют данные умения (вопросы входного и итогового теста - приложения 4 и 5 соответственно).



Pис. 8 Показатель II: входной тест

При входном контроле выявлены следующие уровни учащихся: КГ - 1 ВУ, 6 СУ и 3 НУ; ЭГ - 2 ВУ, 8 СУ, 2 НУ.

Рис. 9 Показатель II итоговый тест

Итоговый тест: КГ - 2 ВУ, 6 СУ, 2 НУ; ЭГ - 6 ВУ, 5 СУ, 1 НУ

Данный показатель (рис. 8-9) также демонстрирует нам положительный эффект от специально организованных нами условий в работе с робототехникой. По итогам года мы видим, что ЭГ 4 ученика перешли на высокий уровень, в то время в КГ - один.

III. Владение основами самоконтроля, самооценки, принятие решений и осуществление осознанного выбора в учебной и познавательной деятельности. Данный показатель также отражен в тестировании на вопросах 8-20 и 10-20 соответственно, но оценивается, то, как учащиеся выполняют тест, какими методами пользуются, а также при наблюдении за учащимися в процессе обучения. Наблюдая, как работают учащиеся обеих групп можно с уверенностью сказать, что экспериментальная группа более осознанно подходит к данным показателям.

IV. Умение создавать, применять и преобразовывать знаки и символы, модели и схемы для решения учебных и познавательных задач. Вопросы первый и второй в обоих тестах, а также в 8-20 и 10-20 вопросах соответственно (приложения с вопросами 4 и 5). Результаты обработки следующие: при входном тестировании: КГ - 0 ВУ, 6 СУ и 4 НУ; ЭГ - 0 ВУ, 7 СУ, 5 НУ. Итоговый тест: КГ - 1 ВУ, 8 СУ, 1 НУ; ЭГ - 5 ВУ, 7 СУ, 0 НУ.

Рис.10 Показатель IV: входной тест

Рис.10 Показатель IV итоговый тест

На диаграмме (рис. 10-11) можно видеть, что после окончания курса в экспериментальной группе 5 учащихся находившиеся на низком уровне перешли на более высокие уровни - 5 на высоком и 7 на среднем уровне. В то же время в контрольной группе один учащийся из 4 человек остался на низком, но также есть небольшие достижения по сравнению с экспериментальной: всего один на высоком и 8 учеников на среднем уровне.

V. Умение организовывать учебное сотрудничество и совместную деятельность с учителем и сверстниками; работать индивидуально и в группе: находить общее решение и разрешать конфликты на основе согласования позиций и учета интересов; формулировать, аргументировать и отстаивать свое мнение. Данные умения также ранжировались при ответах на вопросы 4 и 5 в ходе наблюдения за ребятами, а также при оценивании проектов, олимпиад и соревнований. Экспериментальная группа умело показывала свои достижения и ученики, не смотря на разноуровневую начальную подготовку и возраст, взаимодействовали друг с другом и младшие учащиеся порой обходили в умениях и навыках своих старших товарищей из контрольной группы. А это еще раз доказывает, что правильная организация дополнительных выявленных условий при организации с робототехникой дает наибольший эффект от обучения.

По результатам эксперимента можно утверждать, что, несомненно, организация специально организованных педагогических условий, выявленных и описанных в главе 1, положительно влияет на результаты обучения с робототехникой. Выше рассмотренные показатели, дают нам наглядную положительную динамику по итогам обучения. Если рассматривать среднее количество учащихся по трем уровням, опираясь на результаты всех трех показателей с количественными обработками, то получается среднее количество по уровням. Результаты обработки следующие: при входном тестировании: КГ - 1 ВУ, 6,3 СУ и 2,7 НУ; ЭГ - 1,7 ВУ, 7,3 СУ, 3 НУ. При итоговом тестировании: КГ - 2 ВУ, 6,3 СУ, 1,7 НУ; ЭГ - 6 ВУ, 5,7 СУ, 0,3 НУ.

Рис.11 Уровни развития учащихся при среднем значении трех показателей с количественными обработками, входное тестирование

Рис.12 Уровни развития учащихся при среднем значении трех показателей с количественными обработками, итоговое тестирование

На диаграммах (рис. 11-12) видно что, робототехника увеличила показатели на итог года в обеих группах. Но также видно, что результаты учащихся из экспериментальной группы намного выше, чем в контрольной, при этом равных на начало обучения в кружке. Это позволяет утверждать, что организация обучения, при оптимально подобранных условиях, повысила эффективность работы на кружке «Основы робототехники» и дает надежду на то, что полученные знания, умения и технические навыки работы с робототехникой, подготовка по олимпиадным задачам и участие в соревнованиях, а также проектно-исследовательская деятельность подвигнут ребят на дальнейшее определение и поступление на научно-технические направления, востребованные в современном мире.

Выводы по главе 2

На данный момент можно констатировать стремительное развитие робототехники, она является одним из активно развивающихся направлений современного образования. В настоящее время она является одним из перспективных направлений научно-технического прогресса. Рассмотрение этого направления в рамках образовательного процесса происходит в рамках внеурочной деятельности. В данный момент идет активное внедрение учебных роботов в образовательный процесс школ, а именно внедрение Lego-конструктора. Одним из таких конструкторов является Lego Mindstorms NXT. Данный робототехнический набор нередко рассматривается в рамках концепции исполнителя, которая используется в курсе информатики при изучении программирования, а также может применяться для большинства учебных школьных предметов, как эффективное практическое средство. Однако, в отличие от множества традиционных учебных исполнителей, которые также могут применяться с этой же целью, Lego Mindstorms NXT действует в реальном мире, что не только увеличивает мотивационную составляющую изучаемого материала, но вносит в него исследовательский компонент.

На базе МКОУ Тамтачетской СОШ была проведена опытно-экспериментальная апробация кружка для учащихся 7-9 классов изучения основ робототехники, при соблюдении выявленных педагогических условий и организации различных современных методов, приемов и средств обучения для наилучшего результата по итогам работы.

В рамках исследовательской работы был проведен научно- исследовательский эксперимент в области робототехники. На кружке учащиеся 7-9 классов начали знакомиться с основами робототехники, используя конструктор Lego Mindstorms NXT и виртуальные среды к нему, во внеурочной деятельности. При изучении данного направления в экспериментальной группе, были выделены два основных направления деятельности:

* подготовка учащихся к олимпиаде по робототехнике и соревнованиям роботов;

* проектная деятельность по робототехнике и выставочные работы результатов, публичные выступления.

Выделив данные направления, мы приобщаем школьников к исследовательской деятельности, что создает благоприятные условия для их самообразования и профессиональной ориентации. Активизируя мыслительную деятельность, исследование способствует раскрытию личностных качеств ученика и развитию его эмоциональной сферы.

Результаты экспериментальной работы показали, что экспериментальная группа повысила свои показатели по всем пяти пунктам, выделенных для оценивания знаний, умений и навыков работы. Контрольная группа также повысила эти показатели, но в сравнении с экспериментальной, они на порядок ниже.

В контрольной группе средний уровень показывает одинаковое среднее количество учащихся на начало и конец обучения - 6,3; высокий - повышается с 1 до 2; и низкий уровень был 2,7, стал 1,7.

В экспериментальной группе наибольшее количество высокого уровня по итогам обучения 6 человек, при входном тестировании показатель был 1,7. Низкий показатель снизился почти полностью до 0,3, на начало было 3. В среднем уровне остались 5,7 из 7,3, большинство учащихся этого уровня перешли на высокий результат.

В показателях без численного результата, посредством наблюдения в ходе выполнения тестирования, и работы над олимпиадными заданиями, и подготовке к соревнованиям ученики экспериментальной группы научились подходить более осознано к творческим и тестовым заданиям. Прежде чем ответить на вопросы теста, они сначала пытаются проверить свои выводы и к решению подходят с практической точки зрения и опираясь на свой предыдущий опыт.

Робототехника сама по себе позволяет учащимся повысить мотивацию к обучению, достижению практических навыков по роботостроению и улучшить свои успехи на других предметах, за счет более наглядных и интересных занятий с конструктором, что подтверждается результатами на контрольной группе. Но так, как результаты экспериментальной группы в целом намного выше контрольной, тем самым можно констатировать, что грамотная организация педагогических условий, выделенных в главе 1, приводят результаты работы в кружке по робототехнике на более высокий уровень.

Заключение

Сегодня наблюдаются стремительные изменения во всем обществе, которые требуют от человека новых качеств. Прежде всего, речь идет о способности к творческому мышлению, самостоятельности в принятии решений, инициативности. Задачи по формированию этих качеств, в том числе, возлагаются на образование, а именно на учителей. Учитель теперь должен быть технологом в образовательном процессе, который руководит процессом организации получения знаний учащимися, является при этом исследователем, воспитателем и консультантом для учащихся. Инновационное развитие страны требует, чтобы все учебные программы и методы обучения были обновлены с использованием современных методов, приемов и средств обучения. То есть, акцент делается на внедрение исследовательских и проектных методов, вовлекающих школьников в самостоятельную практическую и научно - исследовательскую деятельность. Но также нужно не забывать об организации педагогического процесса с соблюдением важных педагогических условий, которые в ходе научной работы первой главы были выделены. Если учитель использует как можно эффективнее эти условия, то результаты обучения не заставят себя долго ждать и позволят повысить мотивацию к обучению и обратить учебный процесс, в увлекательное русло.

Робототехника Lego Mindstorms NXT - это один из интереснейших обучающих технологий. Во время занятий школьники проектируют, создают и программируют роботов. Кружок по робототехнике это, то место, где ребенок может проявить себя в качестве изобретателя, исследователя, конструируя собственные самые смелые проекты. Здесь витает особая атмосфера творчества научно-технических идей, креатива.

Основными целями и задачами организации внеурочной деятельности по робототехнике являются:

• популяризация научно-технического творчества среди учащихся основной школы, привлечение внимания к сфере высоких технологий, обеспечение возможности публичной и открытой демонстрации своих профессиональных навыков и личных качеств, с активной жизненной позицией, готовых заниматься исследовательской, проектной работой;

• пропаганда естественных наук, помощь в выборе будущей профессии;

• выявление и развитие интереса к научно-технической деятельности.

Олимпиада по робототехнике -- интеллектуальное соревнование по решению различных задач, в ходе решения которых необходимо придумать и применить какой-либо алгоритм и/или программу. Для решения олимпиадных задач, необходимы также исследовательские навыки. Исследование занимает центральное место в образовании, это возможность осваивать не суммы готовых знаний, а методы овладения новыми знаниями в условиях стремительного увеличения информации и информационных технологий в современном мире. Активизируя мыслительную деятельность, олимпиады и соревнования по робототехнике (в контексте решения олимпиадных задач), способствует наилучшему фону для раскрытия личностных качеств учащихся и развитию его эмоциональной сферы. Приобретая умения и навыки в данной области, ученики будут стремиться к тому, чтобы эти знания применять при дальнейшем обучении. И, что немаловажно, будет способствовать популяризации инженерного образования в школе.

В процессе работы были выявлены, описаны и классифицированы педагогические условия по трем видам: совокупность мер педагогических воздействий и возможности материально-пространственной среды; педагогические условия как компонент педагогической системы; планомерная работа по уточнению закономерностей как связей образовательного процесса, а также проверка полученных результатов. Для эффективной организации занятий, также выделены и описаны условия, важные при работе с робототехникой (рис. 1, глава 1): организационно-педагогические, материально-технические и дидактические.

В ходе разработки кружка по робототехнике на год обучения (35 часов) для 7-9 классов, подобраны и описаны преимущества включения в кружок по робототехнике инженерно-технических олимпиад, базовые приемы сборки робототехнических устройств и этапы обучения, примеры проектной и исследовательской деятельности, а также презентация своих работ и проведение соревнований роботов. Все это позволило экспериментальной группе достичь высоких достижений в эксперименте, показать свои умения и навыки в ходе работы и повысить свой уровень развития, что доказано на обработке результатов в сравнении с контрольной группой, где описанным условиям уделялось незначительное внимание.

По результатам теоретической и экспериментальной работы можно утверждать, что соблюдение выявленных педагогических условий, а также активное использование современных методов, приемов и средств при работе во внеурочной занятости кружка «Основы робототехники» в МКОУ Тамтачетской СОШ для 7-9 классов позволило достичь намеченной цели - развитие научно-технического потенциала учащихся средней школы.

Таким образом, цель работы достигнута, поставленные задачи выполнены в полном объеме.

Список литературы

1. Асмолов А.Г. Формирование универсальных учебных действий в основной школе: от действия к мысли - Москва: Просвещение, 2011 г.

2. Гайсина И. Р. Развитие робототехники в школе [Текст] / И. Р. Гайсина Педагогическое мастерство: материалы II междунар. Науч. Конф. (г. Москва, декабрь 2012 г.). -- М.: Буки-Веди, 2012 г.

3. Дейкина А. Ю. Познавательный интерес: сущность и проблемы изучения - М.: Просвещение, 2008 г.

4. Зайцева Л.А. Использование информационных компьютерных технологий в учебном процессе и проблемы его методического обеспечения М.: Просвещение, 2003 г.

5. Куприянов, Б.В. Современные подходы к определению сущности категории «педагогические условия» / Б.В. Куприянов, С.А. Дынина // Вестник Костромского гос. Ун-та им. Н.А. Некрасова. - 2001 г.

6. Новикова Т. А., Проектные технологии на уроках и во внеурочной деятельности //Народное образование, 2000 г., № 7.

7. Ожегов, С.И. Словарь русского языка: ок. 53000 слов / С.И. Ожегов; под общ. Ред проф. Л.И. Скворцова. - 24-е изд., испр. - М.: ООО «Издательство Оникс»: ООО «Мир и образование», 2007 г.

8. Пахомова Н.Ю. Метод учебного проекта в образовательном учреждении. - М.: АРКТИ, 2009 г.

9. Полат Е.С. Новые педагогические и информационные технологии в системе образования. - М.: 2008 г.

10. Поливанова К.И. Проектная деятельность школьников: пособие для учителя/ К.Н.Поливанова.- 2-е изд.- М.: Просвещение, 2011 г.

11. Полонский, В.М. Словарь по образованию и педагогике / В.М. Полонский. - М.: Высш. Шк. 2004 г.

12. Рекомендации Министерства образования РФ № 14-51-140/13 от 21.05.2004 // Школьный психолог. 2004 г., № 30.

13. Сазонов Б.В. К определению понятия «проектирование» // Методология исследования проектной деятельности. - М.: 2006 г.

14. Сергеев И.С. Как организовать проектную деятельность учащихся: Практическое пособие для работников общеобразовательных учреждений.- М.: АРКТИ, 2004 г.

15. Филлипов С.А. Основы робототехники на базе конструктора LEGO MINDSTORMS NXT\ компьютерные инструменты в школе. №1, 2010 г.

Приложение 1

Анкета опроса учащихся 7-9 классов

Дорогой друг! Прошу ответить тебя на несколько простых вопросов. Обещаю, это не займет у тебя много времени! Твое мнение очень важно для нас. Отметь наиболее близкий тебе ответ.

Вопрос 1. Дисциплины какого направления вызывают у тебя больший интерес (успеваемость значения не имеет)?

• гуманитарное (русский язык, литература, история, иностранный язык, МХК, обществознание и др.);

• физико-математическое или техническое (алгебра, геометрия, информатика и ИКТ, физика);

• естественно-научное (химия, биология, география, астрономия).

Вопрос 2. Кем ты хочешь быть в будущем?

Профессия ________________

Вопрос 3. Хотел бы ты прослушать курс по робототехнике?

· Да.

· Нет.

· Не знаю.

Спасибо за твои ответы!

Приложение 2

Олимпиадные задачи по робототехнике

Задача №1

Исходное состояние:

Робот находится в центре окружности диаметром не менее 40 см. С помощью коротких отрезков окружность разделена на восемь равных частей (см. рис. 13).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис 13 Начальное положение задачи №1

Задание:

Ответить на вопрос - на сколько градусов должен провернуться вал левого двигателя, чтобы робот повернулся вправо на угол в:

а) 45 градусов б) 90 градусов в) 180 градусов?

Провести экспериментальную проверку, написав программы поворота робота на указанные углы.

Запустите программы несколько раз, какова погрешность движения робота? Насколько отличаются углы поворота робота при выполнении одной и той же программы?

Заполните таблицу 3

Таблица 3. Результаты выполнения проверки по задаче №1

Угол поворота корпуса робота	Угол поворота левого колеса робота
450
900
1800
10

Окружность используется в качестве транспортира.

Задача №2

Исходное состояние:

Робот находится в начале отрезка черной линии длиной не менее 60 см. На расстоянии 10, 25, 40 и 60 см от начала отрезка расположены жирные, хорошо заметные черные точки.

Задание:

Ответить на вопрос - на сколько градусов должен повернуться вал левого и правого двигателя, чтобы робот проехал вперед на:

а) 10 см б) 25 см в) 40 см г) 60 см?

Провести экспериментальную проверку, написав программы движения работа на указанные расстояния.

Задача № 3

Исходное состояние:

Робот находится на игровом поле, на котором нарисованы три черные пересекающиеся линии. (см. рис. 14) Толщина каждой линии около 3 см.

Линии являются маршрутами, которые ведут от базы робота (первоначальное положение) к мячику. Мячик находится на подставке собранной согласно инструкции прилагаемой к конструктору Lego Mindstorms. Первоначальное положение робота и мячика неизменны. Форма маршрута, его размеры, известны заранее.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 14 Исходное положение задачи №3

Задание:

Робот должен проехать по любому из трех маршрутов к мячику, взять его, и вернуться назад. При движении на базу он должен использовать другой маршрут. Вернувшись на базу, он должен разжать клешни.

Если при движении оба ведущих колеса робота оказываются по одну сторону линии, задача считается нерешенной. На решение задачи отводится не более 7 минут.

Задача № 4

Исходное состояние:

Игровое поле представляет собой белую поверхность ограниченную прямоугольным контуром размером 2 Х 1,5 м. Контур образован черной линией толщиной 3 см.

В центре поля на расстоянии 30 см друг от друга расположены 4 мячика синего и красного цвета (из состава конструктора). Взаиморасположение мячиков разного цвета известно заранее. Каждый мячик находится в центре круга радиусом 5 см. Круг нанесен на поверхность игрового поля, его цвет совпадает с цветом размещенного внутри его мячика (см. рис.15).

Рис. 15 Начальное положение задачи №4

В каждом углу игрового поля находится треугольная зона красного или синего цвета. Игровое поле не имеет бортиков, мячи являются единственными предметами на поле отражающими сигнал радара робота.

Задание:

Робот должен отнести каждый мячик в угол поля соответствующего цвета - красный мячик в угол красного цвета, синий в угол синего цвета. Для предотвращения выкатывания мячика каждый угол огорожен шкивами из набора деталей конструктора.

Приложение 3

Темы проектов

1. Щенок. Цель проекта: разработать и сконструировать модель робота, которая будет по внешнему облику и повадкам похожа на настоящую собаку. Разработанный проект внешне похож на собаку и демонстрирует её поведение, также написаны три программы «Счет», «Косточка», «Сторож» по разному демонстрирующие поведение собаки.

2. Луноход. Цель проекта: создать модель робота для распознания неких объектов окружающего пространства. Исследователь - Всем хорош "Бот-внедорожник": манёвренный, бронированный, умный. Ему бы ещё ультра-зрение бы добавить... Добавляем! Встречайте: Исследователь - вот вам робот с искусственным интеллектом среднего уровня!

3. Автогонка. Цель проекта: создать модель робота-машину, который будет самостоятельно контролировать управление скоростью, отклонения от желаемого курса, объезжающего предметы-препятствия. Гоночная машина - есть возможность и удалённого управления, и "мозги", позволяющие принимать решения, считывая цветные линии на полу! Если внести в программу изменения можно преобразовать машину в парковщика.

4. Фломик. Цель проекта: конструирование робота, самостоятельно рисующего линии и окружности. Робот с помощью программы передвигает ручку или карандаш, оставляя след на бумаге. Как результат - нарисовать олимпийские круги.

5. Манти - безобидный богомол. Цель проекта: создать модель животного. Это одна из бонусных официальных MINDSTORMS моделей NXT. МАНТИ - застенчивый робот-животное, который ходит и радуется жизни, пока не увидит кулак (а Вы ему покажите). Когда это бедное существо всё-таки увидит кулак, то он сразу опускает голову и отворачивается. Затем снова начинает весело ходить в новом направлении.

6. Альфарекс. Цель проекта: собрать человекоподобного робота, с различным функционалом программ. Еще одна официальная MINDSTORMS NXT базовая модель Робота-гуманоида можно научить: ходить с разной скоростью, танцевать, говорить, избегать препятствия и захватывать объекты и различать их цвет.

Приложение 4

Входное тестирование

1. Антропоморфная, имитирующая человека машина, стремящаяся заменить человека в любой его деятельности. Укажите термин соответствующий данному определению:

Механизм Машина Робот Андроид

2. Непосредственное использование материалов для обеспечения некоторой механической функции; при этом все основано на взаимном сцеплении и сопротивлении тел. Выберете соответствующий данному определению термин:

Механизм Машина Робот Андроид

3. Кто придумал слово «Робот»? Назовите Имя и Фамилию писателя фантаста, автора слова «РОБОТ» __________________

4. Кто сформулировал три закона Робототехники? Назовите Имя и Фамилию писателя фантаста, сформулировавшего три закона робототехники _________

5. Какой древнегреческий бог создавал человекоподобных механических слуг?

ЗЕВС АРЕС ГЕФЕСТ АПОЛОН

6. Совокупность механизмов, заменяющих человека или животное в определенной области; используется она главным образом для автоматизации труда. Укажите соответствующий данному определению термин:

Механизм Машина Робот Андроид

7. Автоматическое устройство, созданное по принципу живого организма. Действуя по заранее заложенной программе и получая информацию о внешнем мире от датчиков, самостоятельно осуществляет производственные и иные операции, обычно выполняемые человеком. Укажите термин соответствующий данному определению:

Механизм Машина Робот Андроид

8. Если левая шестерня поворачивается в указанном стрелкой направлении, то в каком направлении будет поворачиваться правая шестерня?

9. Какая гусеница должна двигаться быстрее, чтобы трактор поворачивался в указанном стрелкой направлении?

10. Если верхнее колесо вращается в направлении, указанном стрелкой то, в каком направлении вращается нижнее колесо?

11. В каком направлении будет двигаться зубчатое колесо, если ручку слева двигать вниз и вверх в направлении пунктирных стрелок?

12. Если на круглый диск, указанный на рисунке, действуют одновременно две одинаковые силы 1 и 2, то в каком направлении будет двигаться диск?

13. В речке, где вода течет в направлении, указанном стрелкой, установлены три турбины. Из труб над ними падает вода. Какая из турбин будет вращаться быстрее?

14. Какая из шестерен вращается в том же направлении, что и ведущая шестерня? А может быть, в этом направлении не вращается ни одна из шестерен?

...