"Модель внедрения робототехники в образовательную среду школы"

Саенко С. П., Соловьёва Н. Л.

Модель внедрения робототехники в образовательную среду начальной, средней и старшей школы

Муниципальное автономное образовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 56 г. Калининграда

Преподавание предмета образовательной робототехники основано на системно-деятельностном подходе, что соответствует новому ФГОС.

Элементы образовательной робототехники можно интегрировать практически в любой предмет, причем, на любой ступени образования. Поэтому одна из важных особенностей работы здесь – это последовательный и непрерывный процесс развития технического потенциала, воспитания будущих инженерных кадров, начиная с начальной школы, продолжая в среднем и старшем звене, и вплоть до получения основной профессии.

Начальное звено (начальная школа, 1-4 классы)

Структура модуля «Легоконструирование»

Этот модуль предназначен для учащихся 1-2 классов. Использование образовательного конструктора Перворобот Lego Wedo 9580 и среды программирования Lego Wedo Software предполагает использование персонального компьютера (ПК) для обучения. Причем ПК используется непрерывно, постоянно в процессе занятия (этапы конструирования, программирования модели). Согласно СанПин 2.2.2/2.4.1340-03 (приложение 7) рекомендуемая непрерывная длительность работы за ПК (взор на экран) не более 15 минут для учащихся 1-4 классов начальной школы.

В первой части модуля используется конструктор Lego 9660 «Первые конструкции». Занятия с этим конструктором помогают учащимся понять, как работают базовые инженерные структуры, такие как мосты, башни, стены.

Вторая часть модуля «Первые механизмы» предполагает занятия с конструктором Lego 9656 «Первые механизмы».

В третьей части модуля используется образовательный конструктор Перворобот Lego Wedo и графические среды программирования Lego Wedo Software и Scratch.

Основные цели на данном этапе:

· изучение базовых принципов прототипирования и проектирования.

· изучение базовых операций алгоритмики и программирования.

· пополнение словарного запаса по технической тематике.

· создание проектных работ.

· организация коллективной работы, умения планирования действий и добиваться результатов.

На занятиях дети выполняют мини-проекты на различные тематики (животные, грузовые, легковые, строительные и др. машины, летающая техника и т.д.). Для оживления моделей используется графическая среда Scratch и Wedo Software. Эти среды имеют легкий и понятный графический интерфейс для программирования. Учащиеся с легкостью осваивают его.

К концу 2 класса учащиеся понимают в необходимости создания автономного робототехнического устройства. Поэтому в конце курса «легоконструирование» учащиеся знакомятся с новым конструктором.

Структура модуля «Робототехника: проектирование и программирование автономных машин» (3-4 класс).

Базовые конструкторы: Lego Mindstorms NXT 9797 и Lego 9686 «Технология и физика».

При работе с набором Lego 9686 учащиеся собирают различные модели простейших реальных непрограммируемых машин. Движение таких машин основано как на чисто механическом принципе, так и с помощью электротяги (электромотора).

При работе с набором Lego 9797 учащиеся собирают программируемые модели роботов и машин.

Программное обеспечение: визуальная среда  программирования Lego Mindstorms NXT 2.1.

Рассматриваются и используются основные алгоритмические структуры и блоки, линейные и несложные циклические алгоритмы.

Основные цели обучения робототехники в начальной школе:

· Общенаучная подготовка учащихся.

· Знакомство с графическими средами программирования.

· формирование технического словарного запаса у учащихся.

· развитие навыков проектирования и конструирования.

· Развитие мышления, логики, математических и алгоритмических способностей.

· Формирование умений работать в группе, навыков совместной и групповой работы.

· Формирование навыков исследовательской и творческой деятельности.

· Умение предлагать решения (гипотезы), умение анализировать.

· Развитие познавательного интереса и мотивация на изучение технических направлений.

Основная и средняя школа (5-11 классы)

Модуль «Основы робототехники и программирования» (5-6 классы)

Элементы робототехники внедрены в учебный предмет «Информатика и ИКТ» 5 и 6 класса в размере 5 часов.

В течение одного урока (40-45 минут) физически невозможно спроектировать, сконструировать и запрограммировать автономного робота. Поэтому рассматриваются базовые вопросы робототехники, в частности, конструирование и программирование роботов Lego Mindstorms NXT (или EV3). Формируются основные цели и задачи для конструирования и программирования конкретного проекта робота.

Во внеурочной деятельности (которая является продолжением урочной деятельности) больше времени и возможностей для изучения. Поэтому здесь учащиеся воплощают свои проектные идеи, сформулированные на уроке. Среда программирования: Lego Mindstorms NXT 2.1 (EV3).

Здесь учащиеся рассматривают более сложные алгоритмы (линейные, циклические, алгоритмы с ветвлением и т.д.). Соответственно используются различные датчики, входящие в набор конструктора. Например, проект движение робота по черной линии, движение робота в лабиринте, программируемое сумо-роботов, кегельринг и др.

Кружок «Основы программируемой электроники»

Состав - интегрированная группа учащихся 7-11 классов с выходом на предметные олимпиады и проектно-исследовательские работы.

 Этот курс построен на робототехнических наборах «Матрешка Z» с микроконтроллером Arduino.

Происходит быстрый переход с графического языка программирования на текстовый.

Курс состоит из 4-х блоков.

В первом блоке учащиеся получают теоретические и практические знания в области физики, электричества и схемотехники.

Во втором блоке учащиеся знакомятся с языками программирования. Подробно изучается язык программирования Arduino IDE.

В третьем блоке учащиеся создают мини-проекты по материалам сайта wiki.amperka.ru.

В четвертом блоке учащиеся создают свои собственные проекты. Для этого можно использовать все доступное дополнительное оборудование.

Соревнования и конкурсы по робототехнике

Одним из способов мотивации детей к самостоятельному добыванию знаний, развитию творческих способностей, профориентация на технические специальности является участие в различных конкурсах, чемпионатах, олимпиадах, конференциях по робототехнике различного уровня. Участвуя в соревнованиях, ребята получают огромный запас положительных эмоций, стимул для продолжения занятий. В процессе подготовки формируется командный дух, групповая работа; умение распределять обязанности (конструктор, программист). Анализ конструкции и программы робота позволяет выявить характерные ошибки, которые нужно учесть при подготовке к следующим мероприятиям.

Список литературы

1. http://wiki.tgl.net.ru/index.php/Образовательная_робототехника

2. http://docs.cntd.ru/document/901865498 СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03. «Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы»

3. Каталог Lego Education http://www.le-partners.com/de/lego-education-catalogue-2015-ru/index.html