Итоговая аттестационная работа МАСТЕР-КЛАСС «РОБОТОТЕХНИКА НА УРОКЕ ИНФОРМАТИКИ»

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

 высшего образования

«Пермский государственный гуманитарно-педагогический университет»

Отдел дополнительного профессионального образования

Итоговая аттестационная работа

МАСТЕР-КЛАСС

«РОБОТОТЕХНИКА НА УРОКЕ ИНФОРМАТИКИ»

	Работа выполнена Слушателем профессиональной подготовки Ощепковым Вячеславом Владимировичем _________________________          (подпись)
	Научный руководитель: кандидат пед. наук, доцент кафедры прикладной информатики, информационных систем и технологий Худякова Анна Владимировна _________________________          (подпись)

ПЕРМЬ

2018

Оглавление

1.	Краткая аннотация мастер-класса…………………………………….	3
2.	Использование образовательных конструкторов Lego Education EV3 на уроках информатики………………………………………….	4
3.	Ход мастер-класса………………………………………………………	14
4.	Дидактические материалы…………………………………………….	16
5.	Список литературы…………………………………………………….	17

1.      КРАТКАЯ АННОТАЦИЯ МАСТЕР-КЛАССА

Цель мастер-класса: представление опыта применения образовательных конструкторов Lego Education EV3 на уроке информатики.

Задачи мастер-класса:

1)    знакомство участников мастер-класса с образовательной робототехникой;

2)    обучение участников мастер-класса элементам программирования с использованием образовательного конструктора;

3)    создание действующей модели «Тележка».

Ожидаемые результаты:

1)    понимание участниками мастер-класса дидактических основ образовательной робототехники;

2)    практическое освоение участниками важнейших навыков в рамках транслируемого опыта;

3)    активизация познавательной деятельности участников мастер-класса;

4)    повышение уровня профессиональной компетентности участников по основным аспектам образовательной робототехники;

5)    рост мотивации участников мастер-класса к формированию собственного стиля творческой педагогической деятельности.

Мастер-класс адресован учителям-предметникам основной школы.

Рассчитан на возраст детей 11-14 лет (5 – 7 класс).

Примерная продолжительность: 15 мин.

Оборудование: компьютер, проектор, экран, ноутбуки, наборы образовательных конструкторов Lego Education EV3.

2.       

3.      ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКТОРОВ LEGO EDUCATION EV3 НА УРОКАХ ИНФОРМАТИКИ

За последние годы успехи в робототехнике и автоматизированных информационных системах изменили личную и деловую сферы нашей жизни. Роботы широко используются в транспорте, хирургии, военной промышленности, исследованиях Земли и космоса, при проведении лабораторных исследований, в сфере безопасности, в массовом производстве промышленных товаров. Интенсивная экспансия искусственных помощников в нашу повседневную жизнь требует, чтобы пользователи обладали современными знаниями в области управления роботами. Развитие робототехники включено в перечень приоритетных направлений технологического развития в сфере информационных технологий, которые определены Правительством в рамках «Стратегии развития отрасли информационных технологий в РФ на 2014–2020 годы и на перспективу до 2025 года». Важным условием успешной подготовки инженерно-технических кадров в рамках обозначенной стратегии развития является внедрение инженерно-технического образования в систему воспитания школьников и даже дошкольников.

Развитие образовательной робототехники в России сегодня идет в двух направлениях: в рамках общей и дополнительной системы образования. Образовательная робототехника позволяет вовлечь в процесс технического творчества детей, начиная с младшего школьного возраста, дает возможность учащимся создавать инновации своими руками, и заложить основы успешного освоения профессии инженера в будущем.

Образовательная робототехника – это междисциплинарное направление обучения школьников, интегрирующее знания о физике, мехатронике, технологии, математике, кибернетике и ИКТ, и позволяющее вовлечь в процесс инновационного научно-технического творчества учащихся разного возраста [11].

Представители системы общего образования подразумевают под робототехникой особый вид образовательного оборудования, которое позволяет вести занятия с детьми школьного возраста на интересном и современном уровне.

Учреждения высшего образования видят робототехнику как отдельную специальность, которая связана с их кафедрами и теми специалистами, которых они готовят.

Рассмотрим подходы к определению понятия «образовательная робототехника».

В.Н. Халамов определяет робототехнику как «универсальный инструмент» для общего образования. По его мнению, «робототехника идеально вписывается и в дополнительное образование, и во внеурочную деятельность, и в преподавание предметов школьной программы, причем в четком соответствии с требованиями ФГОС. Она подходит для всех возрастов – от дошкольников до студентов. А использование робототехнического оборудования на уроках – это и обучение, и техническое творчество одновременно, что способствует воспитанию активных, увлеченных своим делом людей, обладающих инженерно-конструкторским мышлением. Образовательная робототехника дает возможность на ранних шагах выявить технические наклонности учащихся и развивать их в этом направлении» [7].

А. В. Литвин рассматривает образовательную робототехнику как средство формирования проектной компетенции у учащихся. В своей статье он пишет, что образовательная робототехника – это эффективный материал и средство для проектной деятельности учащихся, так как каждый робот уже является мини-проектом. [8]

М. В. Кузьмина считает, что именно образовательная робототехника способна объединить мехатронику, конструирование и программирование, что способствует интеграции STEM-образования, преподавания информатики, математики, физики, черчения, естественных наук с развитием инженерного мышления через техническое творчество.  [7]

Д.П. Кошева, И.О. Ефремова раскрыли понятие образовательная робототехника как «цикл мероприятий в средней школе или образовательных учреждениях дополнительного образования, в котором программирование и конструирование позволяют формировать навыки технического творчества, мотивируют школьников на изучение точных наук и обеспечивают их раннюю профессиональную ориентацию». [8]

Таким образом, становится ясно, что робототехника – это универсальное направление деятельности, которое может быть реализовано как в основном, так и в дополнительном образовании.

Свое мнение о том, что робототехника должна стать обязательным предметом в школьной программе, высказали многие учителя и преподаватели.

С. А. Филиппов считает, что ситуация с робототехникой очень схожа с вопросом о введении информатики как школьного предмета. «Злые языки говорили: «Компьютеры – для инженеров и нечего обычных людей заставлять подвергаться излучению мониторов»». Но всем нам известно, что информатика стала школьным предметом. Робототехника обладает всем необходимым, чтобы считаться наукой, достойной изучения. Причем эта наука практическая и не оторвана от жизни: в ней ребята могут применить знания, полученные на уроках физики, математики, информатики, биологии, химии». [4]

Павел Фролов, директор сети робототехнических кружков «РОББО Клуб», также, как и Сергей Филиппов, сравнивает робототехнику с информатикой: «Без знания основ робототехники ребенок просто не сможет адаптироваться к жизни в будущем. Введение робототехники сейчас равнозначно введению компьютерных классов в школы в 1993 году». [12]

Однако введение предмета робототехники в школы в себе несет не только плюсы, но и некоторые недостатки, основная сложность внедрения робототехники как школьного предмета заключается во временных затратах: «Внедрение роботов в основной образовательный процесс требует очень много временных затрат на подготовку учителей. Также нет достаточного количества учебных пособий для учащихся и методических рекомендаций для учителей». [2]

Образовательные конструкторы, как правило, снабжены базовым набором инструкций для быстрого старта обучающегося. Технология 4С предполагает соединение, сборку, обсуждение, усовершенствование собранной модели, что способствует поэтапному развитию самостоятельности обучающихся.

Количество робототехнических конструкторов на российском рынке с каждым годом становится все больше и больше. Однако наиболее популярными в настоящее время считаются наборы компаний Fischertechnik, HUNA-MRT, Ампрека и Lego Education. Каждая компания имеет серию наборов, предназначенных для разных возрастов, а также отличающихся какой-либо тематикой и углублением в отдельные направления робототехники.

Конструкторы компании Lego являются одними из самых популярных и востребованных робототехнических наборов. К преимуществам конструкторов относятся: высокое качество комплектующих, обеспечивающее идеальное сопряжение деталей; многофункциональность; экологическая безопасность; простота и удобство хранения; длительный срок эксплуатации.

Широкая линейка конструкторов LEGO Education позволяет заниматься робототехникой детям разных возрастов, от дошкольников до подростков. На занятиях с образовательными конструкторами LEGO Education дети строят действующие модели реальных механизмов, живых организмов и машин, проводят естественнонаучные эксперименты, осваивают основы информатики, алгоритмизации и робототехники, попутно укрепляя свои знания по математике и физике и приобретая навыки работы в творческом коллективе.

Наборы серии MINDSTORMS Education [1] предназначены для обучения основам алгоритмизации и программирования, что позволяет использовать их на уроках информатики. С помощью таких наборов можно создавать сложные механизмы с использованием моторов, сервоприводов, сенсоров касания, цветовых и гироскопических сенсоров, а также ультразвуком. Кроме моторов и датчиков, наборы имеют «умный кирпич» — микрокомпьютер с портами ввода-вывода и монохромным ЖК-экраном, к которому и подключаются сенсоры и эффекторы. С развитием конструктора, наибольшие изменения касаются именно микрокомпьютера. Так, на сегодня существуют 3 версии: RCX, NXT и EV3. Все они строятся по принципу обратной совместимости. Например, микрокомпьютер EV3 можно использовать с деталями из предыдущей версии.

Программное обеспечение MINDSTORMS Education представляет графический язык программирования, качественно визуализирует технические процессы и алгоритмы, которые происходят в механизмах, создаваемых школьниками.

Поэтому проведение занятий с использованием конструкторов Lego осуществляется по специальному алгоритму (технология 4C), который способствует развитию наглядного моделирования. [5]

Такая система обучения состоит из 4 этапов, каждый из которых использует определенные методические приемы. Получая новые знания, учащиеся могут применять их как экспериментаторы и исследователи. Они учатся сотрудничать при решении задач, не имеющих заранее известных ответов. Педагог становится ведущим этого увлекательного практико-ориентированного процесса обучения. [5]

Этапы процесса обучения:

1.        Соединение. На данном этапе педагог устанавливает связь с учащимися и подводит их к тому, с чем им предстоит познакомиться на занятии. Здесь учащиеся могут задавать уточняющие вопросы для того, чтобы составить представление о данном им задании на основе имеющихся знаний. Учитель пробуждает детскую любознательность и становится видно, что интерес к учебе возникает у детей не только тогда, когда они видят набор Lego, но и в ходе беседы с педагогом, настраивающего их на увлекательный урок. Главная задача педагога - убедить учеников в том, что изучаемая тема действительно значима для них и, конечно же, показать то, что учащиеся смогут справиться с заданием урока. На этапе соединения, учителя не только знакомят детей с темой урока, но и показывают материалы, которые им понадобятся для работы, а также выясняют, действительно ли обучающиеся понимают, что нужно сделать и готовы ли они к этому.

2.        Сборка. Этот этап подразумевает, непосредственно, работу с конструктором, переход к активной работе, создавая решение какой-либо задачи своими руками. Решая задачи, учащиеся непрерывно формируют новые знания у себя в голове.  Каждое задание подразумевает сборку определённой модели, которая призвана вызвать желание экспериментировать, сотрудничать с другими учениками, задавать дополнительные вопросы и узнавать новые факты об изучаемом материале. Модели могут быть собираемые по инструкции, либо придуманными самими учащимися. Давая ученикам собирать Lego, мы мотивируем их естественную любознательность и желание творить. Именно благодаря тому, что дети сами решают задачи, поставленные педагогом, а не наблюдают за тем, как кто-то другой это делает, полученная информация откладывается в их памяти на долго.

3.   Обсуждение. Этап обсуждения необходим для осмысления полученного опыта. Учащиеся обдумывают свои впечатления и делятся с товарищами своими идеями и выводами. Они могут демонстрировать свои проекты и презентовать решения, которые воплотили в жизнь. Таким образом педагог обязан подготовить и провести урок так, чтобы он был предельно четким и ясным, ведь учащиеся должны быть сосредоточены на достижении поставленной учебной цели. Именно на этом этапе формируются новые знания и закрепляется понимание новых навыков и компетенций. После чего обязательно сработает природная любознательность и учащимся захочется вернуться и попробовать сделать все заново или усовершенствовать свою работу. То есть этапы сборки и обсуждения дополняют друг друга.

4.   Продолжение. В конце каждого задания учеников ждет новое, основанное на только что усвоенном материале. Новое задание способствует закреплению уже изученного материала и дает обучающимся новые цели и возможности узнать нечто новое. Выполняя задания, без заранее известного ответа, ученики научатся применять усвоенные знания и по-настоящему достигать новых высот. Они не только привыкнут учиться и учиться постоянно, но будут усваивать новые факты и получать от этого удовольствие.

Эти этапы являются ступеньками развития, берущего начало в уже имеющихся у ученика знаниях, которые педагог использует как фундамент. Дети решают задачи, учатся вместе и самостоятельно, постоянно обмениваются идеями и привыкают совершенствовать эти идеи. Решая всё новые открытые задания, узнавая разные вещи от разных людей, знакомясь со свойственными только им взглядами и в результате накапливают по-настоящему удивительный набор идей, с которыми можно отправиться в будущее. [5]

Одна из основных проблем освоения школьного курса информатики и в первую очередь программирования заключается в преимущественно теоретическом характере изучения содержания, которое на самом деле теснейшим образом связано с нашей повседневной жизнью. Создание образовательных сред, в которых можно придать процессу обучения интерактивный характер, увязать изучаемый материал с решением практических задач и тем самым мотивировать обучающихся, позволяет существенно повысить эффективность образовательного процесса.

Визуальная среда программирования робототехнических моделей LEGO позволяет не только упростить и сделать понятным и доступным каждому процесс создания алгоритмов, но и соединить его с увлекательным делом конструирования разнообразных автоматизированных устройств и моделей (в том числе роботов). Интеграция робототехники в процесс изучения информатики представляет собой весьма актуальную задачу, поскольку позволяет соединить воедино информационные и материальные технологии, изучаемые чаще всего в отрыве друг от друга.

LEGO Education разработал учебно-методический комплекс по информатике на основе MINDSTORMS Education EV3, чтобы решить целый ряд задач ФГОС: придание личностного смысла процессу учения, формирование регулятивных, познавательных и коммуникативных универсальных учебных действий в процессе изучения информатики, информационных и материальных технологий.

Перечислим основные метапредметные результаты, на формирование которых целенаправленно работает учебно-методический комплекс LEGO Education по информатике:

-         умение развивать мотивы и интересы своей познавательной деятельности – формируется через использование мотивирующей образовательной среды в виде конструктора LEGO - увлекательной, интересной и познавательной игрушки, знакомой с раннего детства каждому ребенку;

-         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 – обеспечивается интерактивностью современного автоматизированного устройства (роботехнической модели): учащиеся получают уникальную возможность видеть сразу же результат своих действий (написанной ими программы), корректировать его по мере необходимости, чтобы достичь намеченной учебной цели;

-         умение устанавливать причинно-следственные связи, строить логическое рассуждение, умозаключение (индуктивное, дедуктивное и по аналогии) и делать выводы – при выполнении задач каждого занятия учащимся приходится решать исследовательские задачи во время отладки программы, чтобы достичь требуемого результата;

-         умение создавать, применять и преобразовывать знаки и символы, модели и схемы для решения учебных и познавательных задач – вся работа с образовательным конструктором построена на освоении и использовании различных представлений (текстовых и пиктографических) алгоритмов, управляющих поведением реального объекта;

-         смысловое чтение – в процессе постоянной самостоятельной работы с разнообразными информационными источниками сети Интернет и интегрированными в информационную среду учебниками;

-         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 – занятия спланированы с использованием групповой формы работы учащихся, совместного решения учебных задач и рефлексивной формы анализа продуктов учебной деятельности;

-         умение осознанно использовать речевые средства в соответствии с задачей коммуникации для выражения своих чувств, мыслей и потребностей; планирования и регуляции своей деятельности; владение устной и письменной речью, монологической контекстной речью – в процессе групповой работы учащиеся не только взаимодействуют друг с другом, но и постоянно делятся друг с другом результатами своей работы и обосновывают выбранные ими способы решения учебных задач;

-         формирование и развитие компетентности в области использования информационно-коммуникационных технологий – благодаря тому, что основным объектом и одновременно средством решения учебных задач являются ИКТ: микрокомпьютер в программируемом ими роботизированном автомобиле и компьютер с информационной оболочкой, служащий для поиска информации, программирования, фиксации и представления результатов.

Таким образом, образовательная робототехника – это не просто сборка модели по инструкции, это решение практических задач, направленных на развитие инженерно-конструкторского мышления и метапредметных образовательных результатов обучающихся.

4.      ХОД МАСТЕР-КЛАССА

№ п/п	Этап мастер-класса	Деятельность педагога	Деятельность участников	Методы и приемы	Результат
1.	Вводно-мотивационный этап	Формулировка проблемы, постановка учебной задачи, планирование деятельности	Обсуждение проблемы	Проблемный метод	Понимание и принятие цели мастер-класса
2.	Презентация педагогического опыта	Рассказ об образовательной робототехнике	Актуализация знаний	Пассивный метод	Понимание и принятие теоретического материала
3.	Имитационный урок со слушателями	Организация работы в группах по конструированию автомобиля будущего с помощью образовательного конструктора Lego Education EV3. Программирование движения автомобиля	Работа в группах с практическими заданиями	Активный метод	Освоение технологии 4C (соединение – сборка – обсуждение – продолжение)
4.	Моделирование	Обсуждение с участниками способов использования образовательных конструкторов на своих уроках	Генерация идей	Групповая работа, мозговой штурм	Повышение мотивации в использовании образовательных конструкторов
5.	Рефлексия	Заключительное слово о результатах мастер-класса	Прием: чемодан – мясорубка – корзина	Интерактивный метод	Положительное отношение

Рефлексия. Предлагаю выбрать, как вы поступите с информацией, полученной на мастер классе.

Чемодан – всё, что пригодится в дальнейшем.

Мясорубка – информацию переработаю.

Корзина – всё выброшу.

5.      СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.         LEGO MINDSTORMS Education EV3// URL: https://education.lego.com/ru-ru/product/mindstorms-ev3(дата обращения: 20.10.2018)

2.         Актуальность изучения робототехники // URL: https://cyberleninka.ru/article/n/aktualnost-obucheniya-robototehnike(дата обращения: 20.10.2018)

3.         Д.Г. Копосов Первый шаг в робототехнику// URL: http://www.cdt-nadym.edusite.ru/DswMedia/43rabochayatetr.pdf (дата обращения: 20.10.2018)

4.         Игра в слова, роботов и творчество. Интервью с Сергеем Филипповым // URL: http://edurobots.ru/2015/09/sergej-filippov-robototexnika/(дата обращения: 20.10.2018)

5.         О LEGO Education// URL: https://education.lego.com/ru-ru/about-us (дата обращения: 20.10.2018)

6.         Образовательная робототехника // URL: https://publications.hse.ru/mirror/pubs/share/folder/s9prft7wke/direct/182480753 (дата обращения: 20.10.2018)

7.         Образовательная робототехника // URL: http://kirovipk.ru/metodika/statya-obrazovatelnaya-robototehnika(дата обращения: 20.10.2018)

8.         Образовательная робототехника как средство формирования алгоритмического мышления // URL: http://journals.altspu.ru/vestnik/article/view/770(дата обращения: 20.06.2018)

9.         Особенности изучения робототехники в школе // URL: http://robot.uni-altai.ru/metodichka/publikacii/osobennosti-izucheniya-robototehniki-v-shkole(дата обращения: 20.10.2018)

10.     Развитие робототехники в школе// URL: https://nauka21veka.ru/articles/pedagogicheskie-nauki/razvitie-robototekhniki-v-shkole-1497852983/(дата обращения: 20.10.2018)

11.     РАОР об ассоциации // URL: http://raor.ru/about/(дата обращения: 20.10.2018)

12.     Робототехника - просто хобби или обязательный школьный предмет// URL: http://edu.robogeek.ru/whats-new/blits-opros-chast-2-29112016/(дата обращения: 20.10.2018)