Основы робототехники с методикой её обучения младших школьников

Основы робототехники с методикой её обучения младших школьников 1. Цели и задачи использования робототехнических комплексов в школе. Цель: развитие научно-технического и творческого потенциала личности ребёнка путём организации его деятельности в процессе интеграции начального инженерно-технического конструирования и основ робототехники. Задачи: В обучении: Использовать современные разработки по робототехнике в области образования, организовывать на их основе активную внеурочную деятельность учащихся; знакомить учащихся с комплексом базовых технологий, применяемых при создании роботов; реализовать межпредметные связи с физикой, информатикой и математикой; научить решать обучающихся ряд кибернетических задач, результатом чего будет работающий механизм или робот с автономным управлением. В развитии: Формировать конструирования, у школьников инженерное программирования и мышление, эффективного навыки использования кибернетических систем; развивать мелкую моторику, внимательность, аккуратность и изобретательность; развивать креативное мышление, и пространственное воображение учащихся; обеспечить условия для наиболее полной реализации творческого, профессионального и личностного потенциала талантливой молодежи через предоставление возможности участия в олимпиадах, круглых столах, семинарах. В воспитании: Повышать мотивацию учащихся к изобретательству и созданию собственных роботизированных систем; формировать у учащихся стремление к получению качественного законченного результата; формировать навыки проектного мышления, работы в команде; вовлекать детей и молодежь в научно техническое творчество. Источник: https://clck.ru/MELYP Дополнительно: http://robot.uni-altai.ru/metodichka/publikacii/obrazovatelnaya-programmavneurochnoy-deyatelnosti-osnovy-robototehniki 2. Место образовательной робототехники в учебном процессе для разных возрастных категорий обучающихся в урочной и внеурочной деятельности в соответствии с ФГОС. Новые ФГОС предусматривают появление внеурочной деятельности в учебном плане школы. В основе реализации основной образовательной программы лежит системно - деятельностный подход, который предполагает «воспитание и развитие качеств личности, отвечающих требованиям информационного общества, инновационной экономики». Разработанная основная образовательная образовательным программа учреждением начального общего образования предусматривает: – организацию интеллектуальных и творческих соревнований, научнотехнического творчества и проектно-исследовательской деятельности; – использование в образовательном процессе современных образовательных технологий деятельностного типа. Таким образом, одним из направлений внеурочной деятельности должна стать техническая, проектно- исследовательская. Как сделать так, чтобы техническое творчество стало для детей действительно деятельностным, развивающим, современным и интересным – такая проблема встала перед учителями нашей школы. Реализовать эту задачу мы решили через использование в своей педагогической деятельности идей лего-педагогики, через развитие робототехники. В рамках реализации федеральных государственных образовательных стандартов (ФГОС) в школе введена реализация внеурочной деятельности, часть которых – это кружковые занятия, которые проходят по расписанию. Один из кружков – занятия робототехникой. Великолепные интеллектуальные игрушки ЛЕГО - конструктора позволяют познакомиться учащимся с основами конструирования и моделирования, расширить знания об основных особенностях конструкций, механизмов и машин; развить способности творчески подходить к проблемным ситуациям; развить познавательный интерес и мышление учащихся. Источник: http://xn----8sbhby8arey.xn--p1ai/osnovnoe-i-starshee-obshchee- obrazovanie/na-drugikh-urokakh/2140-robototekhnika-vo-vneurochnojdeyatelnosti Дополнительно: Исяндавлетова Э. Х. Роль робототехники в образовательном процессе //Молодой ученый. — 2018 — №8. — С. 120-122. — URL https://moluch.ru/archive/194/48380/ (дата обращения: 18.02.2020). 3. Общие подходы к формированию содержания учебного курса по робототехнике на разных ступенях общего образования. В разработке основных компонентов содержания образования в период с 1990-х по настоящее время прослеживается два основных подхода: знаниевый и компетентностный. Согласно знаниевому подходу, основой содержания образования являются знания, формируемые в учебном процессе, а в структуре содержания образования выделяются следующие компоненты: – знания – теоретические сведения, отражающие систематизированный и обобщённый опыт, накопленный человечеством; – умения и навыки применения знаний на практике по готовым алгоритмам в стандартных ситуациях (умение – владение осмысливаемым действием, выполняемым под контролем сознания; навык – действие, доведённое до автоматизма); – опыт творческой деятельности – способность личности применять усвоенные знания, умения и навыки (ЗУНы) в новых для себя ситуациях, алгоритм действий в которых заранее не известен; – опыт отношений к различным сторонам окружающего мира, к самому себе, формируемый в результате осмысления и эмоционального переживания приобретаемых личностью знаний и опыта. При компетентностном подходе основой содержания образования являются компетенции – умения и способности личности успешно решать те или иные задачи в учебной деятельности, в личностной и социальной сфере. Компетенции, формируемые в учебном процессе, многочисленны, они относятся к видам человеческой деятельности, к разным сферам социального взаимодействия. В настоящее время в основу конструирования содержания общего образования положена следующая структура компетенций: – личностные компетенции; – метапредметные компетенции; – предметные компетенции. Содержание этих блоков компетенций раскрыто в Федеральных государственных образовательных стандартах общего образования. В начале XXI в. преобладающим становится именно компетентностный подход к конструированию содержания образования на всех его ступенях. Конструирование содержания образования для учащихся разных ступеней обучения основано на идее возрастосообразности педагогического процесса. Ступень начальной школы соответствует младшему школьному возрасту. В этом возрасте на первый план выходит регламентация поведения школьников. Учитель воздействует на детей путём своего включения в сферу их жизнедеятельности. Фактором успешного включения выступает авторитет учителя: ученик младших классов усваивает новую для него позицию школьника, и учитель для него является образцом. В системе мотивации учения в начальных классах первое место занимают чувство долга перед учителем, стремление выполнить его требования. На данном этапе учитель осуществляет диалогическое общение преимущественно в форме прямых субъективных требований (указание, запрещение), косвенных требований (совет), а также посредством системы объективных требований (нормы и правила). Ступень основной школы (5-9 классы) соответствует подростковому возрасту. Особенности этого возраста связаны с появлением нового уровня самосознания, который психологи условно назвали «чувством взрослости», которое выражается в стремлении быть и считаться взрослым. Это абсолютно другая позиция по отношению к окружающему миру и самому себе. Если представления младшего школьника о себе подстраивались под мнения взрослых о нем, и отношения строились на подчинении ребёнка взрослому, то для учащихся подросткового возраста такие отношения неприемлемы. В работе с учащимися-подростками наиболее эффективно педагогическое воздействие посредством информирования и стимулирования. В системе взаимоотношений подростка и окружающих особое место занимают сверстники как более или менее равные партнеры по общению. Предметом активного эмоционального отношения подростков становятся события коллективной жизни. Ступень полной (средней) школы соответствует старшему школьному возрасту. В старших классах несколько смягчаются (но не исчезают полностью) противоречия, свойственные подростковому возрасту, и в большинстве случаев устанавливаются взаимопонимание и ровные отношения с окружающими, с учителями и родителями. На первый план выходит осознание своей фактической жизненной позиции, собственных возможностей, а также замыслов и стремлений. Старший школьник отличается нетерпимостью к нравоучениям, поэтому учителю необходимо сочетать информирование с инструктированием, которое выступает уже не как прямое требование, а как санкционирование (одобрение решения, принятого учеником). Источник: https://si-sv.com/publ/20-1-0-220 4. Метапредметные связи робототехники и предметов естественнонаучного и технологического направления (информатики, физики, технологии и предпринимательства). Наличие предпосылок к интеграционной деятельности позволяет перейти к интеграции внутрипредметной, т.е. рассмотреть возможность встраивания робототехники в содержание различных предметов с общей научной и деятельностной составляющей (технологии, информатики, физики и пр.). В настоящее время серьезный виток в своем развитии делает предмет «Технология», в котором усилились целевой, деятельностный и мировозренческие аспекты. Рассматривая новую концептуальную основу технологического образования, где могут изучаются современные технологические комплексы самого разного назначения, состоящие преимущественно из автоматизированных (робототехнических) систем можно констатировать возможность внутрипредметной интеграции робототехники и технологии. Содержание курса технологии можно рассматривать по общей структуре подачи материала: от крупных промышленно-технологических комплексов различного назначения до роботов-прототипов, являющихся частью технологических комплексов или самостоятельными автоматизированными системами различного назначения, которые можно воспроизвести на сборочных моделях. Деятельностная компонента внутри технологии включает планирование, проектирование, сборку и испытания моделей роботов самого разного назначения. Сборка различных роботов — это тоже ручной труд, имеющий при этом значительную интеллектуальную составляющую. Более того, предметная область «Технология» в современном понимании должна стать проекцией естественнонаучного, математического и информационного образования, формировать у учащихся практические навыки в непосредственном единстве с изучением учебных предметов естественнонаучного цикла, знакомить учащихся с основами современных производств, обеспечивать включение учащихся в разнообразную «пробную деятельность», способствуя, тем самым, их профориентации и комфортному социальному самоопределению. Естественнонаучные предметы связаны с робототехникой единой целевой, вычислительной и аналитической составляющей при проведении испытаний (исследований). Это отражено в планируемых результатах освоения ООП, которые присутствуют во всех естественнонаучных предметах: – умением проводить практические и вычислительные эксперименты с использованием цифровых измерительных приборов (датчиков). Робототехника в предмете «Технология» может быть представлена теорией и практикой в объеме до 50% урочного времени и любым количеством учебного времени на внеурочную, проектно-исследовательскую деятельность. Здесь можно говорить о разных видах интеграции одновременно. Огромным позитивным шагом является то, что в явном виде робототехника представлена в курсе информатики. Отметим, что информатика в 5-6 классе представлена в ООП в вариативной части, а в 7-9 в инвариантной части. Робототехника в ПООП ООО самостоятельный блок, не выходящий на государственную итоговую аттестацию. Он включает следующие темы. Робототехника автоматизированных – наука технических о разработке систем. и использовании Автономные роботы и автоматизированные комплексы. Микроконтроллер. Сигнал. Обратная связь: получение сигналов от цифровых датчиков (касания, расстояния, света, звука и др. Примеры роботизированных систем (система управления движением в транспортной системе, сварочная линия автозавода, автоматизированное управление отопления дома, автономная система управления транспортным средством и т.п.). Автономные движущиеся роботы. Исполнительные устройства, датчики. Система команд робота. Конструирование робота. Моделирование робота парой: исполнитель команд и устройство управления. Ручное и программное управление роботами. Пример учебной среды разработки программ управления движущимися роботами. Алгоритмы управления движущимися роботами. Реализация алгоритмов «движение до препятствия», «следование вдоль линии» и т.п. Анализ алгоритмов действий роботов. Испытание механизма робота, отладка программы управления роботом Влияние ошибок измерений и вычислений на выполнение алгоритмов управления роботом.[2] Планируемые результаты освоения ООП описывают зону ближайшего развития «обучающийся получит возможность»: – познакомиться с тем, как информация (данные) представляется в современных компьютерах и робототехнических системах; – ознакомиться с влиянием ошибок измерений и вычислений на выполнение алгоритмов управления реальными объектами (на примере учебных автономных роботов); – познакомиться с понятием «управление», с примерами того, как компьютер управляет различными системами (роботы, летательные и космические аппараты, станки, оросительные системы, движущиеся модели и др.); – познакомиться с учебной средой составления программ управления автономными роботами и разобрать примеры алгоритмов управления, разработанными в этой среде; – узнать о данных от датчиков, например, датчиков роботизированных устройств; – получить представления о роботизированных устройствах и их использовании на производстве и в научных исследованиях. Сформулированная тематика дана в общем виде. Любые конкретные действия по сборке и программированию роботов подходят под этот блок. В качестве примера учебной среды разработки программ управления движущимися роботами в 5-6 классах лучше рассматривать графические языки (NXT-G, ROBOLAB, LabView) для использующих Lego Mindstorms NXT, для работающих со следующим поколением конструкторов Lego Mindstorms EV3 используется ПО для EV3. Полученный в 5-6 классе практический опыт конструирования и управления различными автономными устройствами (роботами) серьезно повлияет на успешность дальнейшего образования. Именно на практический опыт, согласно теории когнитивного развития удачно накладывается любая теория (кодирование, моделирование, программирование и пр.). При этом создаются условия для мыслительного конструирования содержательных соединений между знаниями. Таким образом, опыт трансформируется в знания, навыки, личностные качества, ценности. В 7-9 классах информатика изучается как инвариантный компонент учебного плана. Раздел по робототехнике не является обязательным для контроля, поскольку выделен курсивом в примерной программе, по этой же причине тема не выходит на итоговую аттестацию. Учителя информатики будут прежде всего ориентироваться на обеспеченность конструкторами (типами платформ), и доступностью сред программирования к ним. Если в школе имеется только один тип конструкторов, например Lego Mindstorms EV3, то робототехника может присутствовать в учебном плане в 5-6 классе (в вариативной части) или обязательно в 7 классе в урочной (инвариантной) и внеурочной (вариативной) части. Если информатика изучается только в 7-9 классах, то весь блок робототехники из примерной программы может быть реализован, таким образом: — на одной платформе в 7 классе; — на нескольких платформах в течение двух (7-8) или трех лет (7-9). При наличии возможности использования помимо Lego Mindstorms EV3 других комплектов (на платформе Ардуино и пр.) виды конструируемых автономных роботов будут усложняться. Усложняются также и программы управления такими роботами. Осуществляется переход на объектноориентированный язык программирования. Нетрудно заметить, что программистская составляющая блока по робототехнике значительно усилена в основной школе. Это происходит не случайно. Существенно усложнились требования ФГОС СОО (старшей школы) в части изучения алгоритмов и программирования. Это, безусловно, требует не только усиления внимания к этим темам в основной школе, но и некоторой коррекции последовательности изучения тем. Поскольку в основной школе программирование считается одной из самых сложных тем курса информатики, акцент делается на прикладное использование программных сред (учебной среды разработки программ управления движущимися роботами). Устоявшееся мнение, что материал по программированию можно изучить одним блоком в каком-либо классе с опорой на язык структурного программирования не позволит успешно разрешить проблему недостаточной программистской подготовки. Как правило, к 9 классу математически более благополучные обучающиеся могут выбрать олимпиадное направление подготовки и серьезно заняться программированием ориентированные (олимпиады специальности), с по информатике инженерным и ИКТ- (конструкторским) мышлением продолжат занятие робототехникой с узко специализированными средами программирования (олимпиады по робототехнике и инженерные специальности) либо это области деятельности не связанные с техникой и ИТтехнологиями. Интегрируя робототехнику в полном объеме в курс информатики основной школы обеспечивается возможность успешного изучения современного углубленного курса информатики в старшей школе (УМК Калинина И.А., Самылкиной Н.Н.) для тех, кто выбрал отрасль информационных технологий или высокотехнологические инженерные специальности как свою будущую профессиональную деятельность. Следовательно, робототехнических можно комплексов утверждать, расширяет что научную использование и практическую составляющую сразу многих школьных предметов, позволяя решать не только учебные, но и проектно-исследовательские задачи межпредметного содержания, тем самым активизирует учебно-познавательную деятельность (одна из задач ФГОС ООО), обеспечиваются как научные основы изучаемых дисциплин, так и прикладная составляющая. Выводы: Исходя из предлагаемого содержания и планируемых результатов освоения основной образовательной можно утверждать следующее.  Робототехника интегрируется с содержанием технологии, физики, информатики в урочной деятельности, за счет близости объектов изучения этих предметов, о преобладании общих эмпирических методов исследования и общности теоретических концепций, лежащих в основе развития этих предметов на ближайшую перспективу.  Новая концептуальная основа технологического образования, ведет к изменению содержание курса технологии. Деятельностная компонента внутри технологии должна включать: планирование, проектирование, сборку и испытания моделей роботов самого разного назначения.  Робототехнические темы встраиваются в темы по информатике, расширяя сферу применения знаний и умений по линиям: информационных процессов в технических системах, моделирования сложных технических систем и управления ими, алгоритмической и программисткой линии в практической реализации.  Поскольку робототехнические темы не могут быть освоены без их практической реализации, ПООП предполагает достаточный мягкий подход. Категория планируемых результатов «обучающийся получит возможность научиться» ориентирована на зону ближайшего развития. При наличии даже минимального оснащения робототехническими комплектами можно планировать переход к результатам данной категории.  Внутрипредметная интеграция робототехники в курс информатики позволяет выстроить целостный линейный курс информатики основной школы.  Именно робототехнический блок в курсе информатики основной школы является основной точкой содержательного роста самого предмета, показывая современные направления развития отрасли информационных технологий и трансформацию инженерных профессий уже в основной школе.  Естественнонаучные предметы связаны с робототехникой единой целевой, вычислительной и аналитической составляющей при проведении испытаний (исследований).  В сотрудничестве с учителями других предметов (педагогическая бригада) может быть реализован выход на комплексные межпредметные исследовательские и проектные работы в режиме интеграции урочной и внеурочной деятельности, тем самым обеспечивая пропедевтику инженерной культуры и профессиональную ориентацию обучающихся. Источник: http://news.scienceland.ru/2016/01/24/577/