Рабочая программа по робототехнике

Пояснительная записка

Современный образовательный процесс должен быть направлен не только на передачу определенных знаний, умений и навыков, но и на разноплановое развитие ребенка, раскрытие его творческих возможностей, способностей, таких качеств личности как инициативность, самостоятельность, фантазия, самобытность, то есть всего того, что относится к индивидуальности человека. Практика показывает,  что указанные  требования к образованности человека не могут быть удовлетворены только школьным образованием: формализованное базовое образование все больше нуждается в дополнительном неформальном, которое было и остается одним из определяющих факторов развития склонностей, способностей и интересов человека, его социального и профессионального самоопределения.

Предмет робототехники это создание и применение роботов и других средств робототехники и основанных на них технических систем и комплексов различного назначения. Робототехника – это проектирование и конструирование интеллектуальных механизмов – роботов, имеющих модульную структуру и обладающих мощными микропроцессорами.

На занятиях по робототехнике осуществляется работа с образовательными конструкторами серии Lego Mindstorms. Для создания программы используется специальная среда программирования RoboLab.

Программа «Робототехника» это один из интереснейших способов изучения компьютерных технологий и программирования.

Работа с образовательными конструкторами LEGO позволяет школьникам в форме познавательной игры узнать многие важные идеи и развить необходимые в дальнейшей жизни навыки. При построении модели затрагивается множество проблем из разных областей знания – от теории механики до психологии, – что является вполне естественным.

Очень важным представляется тренировка работы в коллективе и развитие самостоятельного технического творчества. Простота в построении модели в сочетании с большими конструктивными возможностями конструктора позволяют детям в конце урока увидеть сделанную своими руками модель, которая выполняет поставленную ими же самими задачу.

Изучая простые механизмы, ребята учатся работать руками (развитие мелких и точных движений), развивают элементарное конструкторское мышление, фантазию, изучают принципы работы многих механизмов. Одна из задач курса заключается в том, чтобы познакомить обучающихся с профессией инженера.

Важно отметить, что компьютер используется как средство управления моделью; его использование направлено на составление управляющих алгоритмов для собранных моделей. Учащиеся получают представление об особенностях составления программ управления, автоматизации механизмов, моделировании работы систем. Поэтому вторая задача курса состоит в том, чтобы научить ребят грамотно выразить свою идею, спроектировать ее техническое и программное решение, реализовать ее в виде модели, способной к функционированию.

Внедрение разнообразных Лего-конструкторов во внеурочную деятельность детей разного возраста помогает решить проблему занятости детей, а также способствует многостороннему развитию личности ребенка.

Общая характеристика курса внеурочной деятельности

Организация работы с продуктами LEGO Education базируется на принципе практического обучения. Обучающиеся сначала обдумывают, а затем создают различные модели. При этом активизация усвоения учебного материала достигается благодаря тому, что мозг и руки «работают вместе». При сборке моделей, обучающиеся не только выступают в качестве юных исследователей и инженеров, они ещё и вовлечены в игровую деятельность.

Играя с роботом, школьники с лёгкостью усваивают знания из естественных наук, технологии, математики, не боясь совершать ошибки и исправлять их. Ведь робот не может обидеть ребёнка, сделать ему замечание или выставить оценку, но при этом он постоянно побуждает их мыслить и решать возникающие проблемы.

В современном мире нанотехнологии развиваются стремительными темпами, таким образом, в школе должны создаваться условия для изучения компьютерных технологий и робототехники. В процессе конструирования и программирования обучающиеся получат дополнительное образование в области физики, механики, электроники и информатики.

Данная программа является дополнительной образовательной программой, и составлена с учетом тенденций развития современных информационных технологий, что позволяет сохранять актуальность реализации данной программы. По содержанию тем программа находится в едином комплексе с другими программами дисциплин информационно-технологического профиля, являясь базовой площадкой для программ более углубленного изучения роботов и мехатроники.

Творческое, самостоятельное выполнение практических заданий в форме описания поставленной задачи или проблемы, дают возможность обучающемуся независимо и самостоятельно выбирать пути ее решения в отличие от типичных лабораторных заданий, где присутствует готовое указание, требующее лишь повторения заранее предписанных действий.

Основной акцент в освоении данной программы делается на использование проектной деятельности в создании роботов, что позволяет получить полноценные и конкурентоспособные продукты. Проектная деятельность, используемая в процессе обучения, способствует развитию ключевых компетентностей обучающегося, а также обеспечивает связь процесса обучения с практической деятельностью за рамками образовательного процесса.

Цель: развитие творческих способностей и формирование раннего профессионального самоопределения подростков в процессе конструирования и проектирования.

Задачи:

1)      Обучающие:

•      познакомить с правилами безопасной работы с инструментами необходимыми при конструировании робототехнических средств;

•      дать первоначальные знания по устройству роботов;

•      научить основным приемам сборки и программирования робототехнических средств;

•      формировать общенаучные и технологические навыки конструирования и проектирования;

•      научить работать в команде и находить свою роль в коллективной работе.

2)      Развивающие:

•      развитие логического мышления;

•      развитие системного мышления;

•      развитие навыков работы на ПК;

•      формирование творческого отношения к выполняемой работе;

•      формирование умения работать в коллективе;

•      развитие англоязычного словарного запаса;

•      развитие интеллектуальных способностей и познавательных интересов;

•      развитие художественного вкуса и творческой активности.

3)      воспитательные:

•      формирование самостоятельности в принятии поставленной задачи;

•      развитие чувства ответственности за выполнение поставленной задачи;

•      развитие творческой инициативы и самостоятельности;

•      развитие памяти, внимания, способности логически мыслить, анализировать, концентрировать внимание на главном;

•      формирование интереса к предмету.

Цель программы: развитие способностей к творческому самовыражению через овладение навыками конструирования в процессе создания робототехнических систем.

Задачи:

Обучающие:

•         познакомить учащихся с основными терминами и понятиями в области робототехники и научить использовать специальную терминологию;

•         сформировать представление об основных законах робототехники;

•         сформировать первоначальные представления о конструировании роботов;

•         познакомить учащихся с основами разработки алгоритмов при создании робототехнических конструкций;

•         усовершенствовать или привить навыки сборки и отладки простых робототехнических систем;

•         познакомить с основами визуального языка программирования роботов;

•         систематизировать и/или привить навыки разработки проектов простых робототехнических систем;

•         усовершенствовать навыки работы с компьютером и офисными программами и/или обучить использованию прикладных программ для оформления проектов.

Развивающие:

•         стимулировать интерес к смежным областям знаний: математике, геометрии, физике, биологии;

•         способствовать заинтересованности в самостоятельном расширении кругозора в области конструирования робототехнических систем;

•         формировать информационную культуру, умение ориентироваться и работать с разными источниками информации;

•         поддерживать выработку эффективных личных методик использования внимания и памяти, обработки и анализа сведений, конспектирования и наглядного представления информации (подготовки презентаций, в том числе мультимедийных);

•         поощрять стремление к применению своего потенциала в поиске оригинальных идей, обнаружении нестандартных решений, развитию творческих способностей;

•         развивать способности работы индивидуально и в командах разного качественного и количественного состава группы;

•         прививать навыки к анализу и самоанализу при создании робототехнических систем;

•         содействовать саморазвитию в формировании успешных личных стратегий коммуникации и развитию компетенций при участии учеников в командной работе;

Особенности реализации программы

Программа внеурочной деятельности по общеинтеллектуальному направлению в 5, 6, 7 классах подготовлена в соответствии с требованиями ФГОС ООО.

Программа «Робототехника» предназначена для обучающихся в 5-х, 6-х, 7-х классах. Данная программа составлена в соответствии с возрастными особенностями обучающихся и рассчитана на проведение 0,5 часа в неделю в каждом классе, всего 17 часов в год.

Занятия проводятся в кабинете информатики. Организация образовательного процесса предполагает использование следующих форм и методов обучения:

Формы проведения занятий

Первоначальное использование конструкторов Лего требует наличия готовых шаблонов: при отсутствии у многих детей практического опыта необходим первый этап обучения, на котором происходит знакомство с различными видами соединения деталей, вырабатывается умение читать чертежи и взаимодействовать в команде.

В дальнейшем, учащиеся отклоняются от инструкции, включая собственную фантазию, которая позволяет создавать совершенно невероятные модели. Недостаток знаний для производства собственной модели компенсируется возрастающей активностью любознательности учащегося, что выводит обучение на новый продуктивный уровень.

Основные этапы разработки Лего-проекта:

·     Обозначение темы проекта.

·     Цель и задачи представляемого проекта.

·     Разработка механизма на основе конструктора Лего.

·     Составление программы для работы механизма.

Тестирование модели, устранение дефектов и неисправностей.

При разработке и отладке проектов учащиеся делятся опытом друг с другом, что очень эффективно влияет на развитие познавательных, творческих навыков, а также самостоятельность школьников.

Традиционными формами проведения занятий являются: беседа, рассказ, проблемное изложение материала. Основная форма деятельности учащихся – это самостоятельная интеллектуальная и практическая деятельность учащихся, в сочетании с групповой, индивидуальной формой работы школьников

Обучение с LEGO всегда состоит из 4 этапов:

·     установление взаимосвязей,

·     конструирование,

·     рефлексия,

·     развитие.

На каждом из вышеперечисленных этапов учащиеся как бы «накладывают» новые знания на те, которыми они уже обладают, расширяя, таким образом, свои познания.

Формы организации и виды деятельности учащихся
1.	Познавательная деятельность	Конспектирование, чтение, решение учебных задач,
2.	Творческая деятельность	Формы, направленные на самореализацию, самоуправление, самокоррекцию, самоконтроль: конструирование, моделирование, творческая мастерская.
3.	Совместно-распределительная проектная деятельность	Формы, ориентированные на получение социально-значимого продукта: решение учебных проектных задач, учебный проект.
4.	Рефлексивная деятельность	Практическая работа, самооценка участия в работе группы.
5.	Коммуникативная деятельность	Беседа, дискуссия

Межпредметные связи

Выпускник научится:

- планировать и выполнять учебное исследование и учебный проект, используя оборудование, модели, методы и приемы, адекватные исследуемой проблеме;

 - выбирать и использовать методы, релевантные рассматриваемой проблеме;

- использовать такие математические методы и приемы, как абстракция и идеализация, доказательство, индуктивные и дедуктивные рассуждения, построение и исполнение алгоритма;

- использовать такие естественно-научные методы и приемы, как наблюдение, постановка проблемы, выдвижение гипотезы, эксперимент, моделирование, использование математических моделей, теоретическое обоснование, установление границ применимости модели/теории;

- ясно, логично и точно излагать свою точку зрения, использовать языковые средства, адекватные обсуждаемой проблеме;

- видеть и комментировать связь научного знания и ценностных установок, моральных суждений при получении, распространении и применении научного знания.

Выпускник получит возможность научиться:

 - самостоятельно задумывать, планировать и выполнять учебное исследование, учебный и социальный проект;

- использовать догадку, озарение, интуицию;

 - использовать такие математические методы и приемы, как перебор логических возможностей, математическое моделирование;

- использовать такие естественно-научные методы и приемы, как абстрагирование от привходящих факторов, проверка на совместимость с другими известными фактами;

- использовать некоторые приемы художественного познания мира: целостное отображение мира, образность, художественный вымысел, органическое единство общего особенного (типичного) и единичного, оригинальность;

 - целенаправленно и осознанно развивать свои коммуникативные способности, осваивать новые языковые средства;

 - осознавать свою ответственность за достоверность полученных знаний, за качество выполненного проекта.

Основное содержание программы

Первый год обучения

Роботы

Суть термина «робот». Робот-андроид, области применения роботов.

Конструктор EV3, его основные части и их назначение. Способы подключения датчиков, моторов и блока управления. Правила программирования роботов.

Модульный принцип для сборки сложных устройств. Конвейерная автоматизированная сборка. Достоинства применения модульного принципа.

Современные предприятия и культура производства. Исследовать основные элементы конструктора Lego Mindstorms Education EV3 и правила подключения основных частей и элементов робота.

Робототехника

Понятие «робототехника». Три закона робототехники. Современная робототехника: производство и использование роботов.

Программирование, язык программирования. Визуальное программирование в робототехнике. Основные команды. Контекстная справка.

Взаимодействие пользователя с роботом. Достоинство графического интерфейса.

Ошибки  в работе робота и их исправление. Память робота. Исследование структуры окна программы для управления и программирования робота.

Автомобили

Способы поворота робота. Схема и настройки поворота. Вычисление минимального радиуса поворота тележки или автомобиля.

Знакомство с понятиями «Кольцевые автогонки», «Автопробег». Выполнение исследовательского проекта.

Роботы и экология

Понятие об экологической проблеме, моделирование ситуации по решению экологической проблемы. Разработка проекта для робота по решению одной из экологических проблем.

Роботы и эмоции

Социальные функции робота. Способы передачи эмоций роботом на базе платформы EV3.

Суть конкурентной разведки, цель ее работы.

Роботы-саперы, их основные функции, управление роботами-саперами. Создание и проверка работоспособности программы для робота по установке контакта с представителями  внеземной цивилизации.

Планируемые результаты освоения курса внеурочной деятельности

В результате реализации программы у обучающихся будут сформированы УУД.

Личностные результаты:

учащиеся смогут:

·          получить социальный опыт участия в индивидуальных и командных состязаниях;

·          найти свои методы и востребованные навыки для продуктивного участия в командной работе;

·          убедиться в ценности взаимовыручки, поддержания доброжелательной обстановки в коллективе;

·          научиться использовать навыки критического мышления в процессе работы над проектом, отладки и публичном представлении созданных роботов;

·          укрепить и усовершенствовать в себе чувство самоконтроля и ответственности за вверенные ценности;

·          развить внимательное и предупредительное отношение к окружающим людям и оборудованию в процессе работы.

Метапредметными результатами 

изучением курса является формирование следующих универсальных учебных действий (УУД).

Регулятивные УУД:

понимать и принимать учебную задачу, сформулированную учителем;

планировать свои действия на отдельных этапах работы над созданием робота;

осуществлять контроль, коррекцию и оценку результатов своей деятельности;

анализировать причины успеха/неуспеха, осваивать с помощью учителя позитивные установки типа: «У меня всё получится», «Я ещё многое смогу».

Познавательные УУД:

найти практическое применение и связь теоретических знаний, полученных в рамках школьной программы;

понимать и применять полученную информацию при выполнении заданий;

проявлять индивидуальные творческие способности при проектировании и создании новой робототехнической системы;

получить практические навыки планирования своей краткосрочной и долгосрочной деятельности;

выработать стиль работы с ориентацией на достижение запланированных результатов;

использовать творческие навыки и эффективные приемы для решения простых технических задач;

использовать на практике знания об устройствах механизмов и умение составлять алгоритмы решения различных задач;

использовать полученные навыки работы с различными инструментами в учебной и повседневной жизни.

Коммуникативные УУД:

включаться в диалог, в коллективное обсуждение, проявлять инициативу и активность;

работать в группе, учитывать мнения партнёров, отличные от собственных;                                                                                

обращаться за помощью;

формулировать свои затруднения;

предлагать помощь и сотрудничество;

слушать собеседника;

договариваться о распределении функций и ролей в совместной деятельности, приходить к общему решению;

формулировать собственное мнение и позицию;                              осуществлять взаимный контроль;                                              

 адекватно оценивать      собственное поведение и поведение окружающих.

Предметные результаты:

·          будут иметь представление о роли и значении робототехники в жизни;

·          поймут смысл принципов построения робототехнических систем и смогут объяснить их значение;

·          овладеют основными терминами робототехники и смогут использовать их при проектировании и конструировании робототехнических систем;

·          освоят основные принципы и этапы разработки проектов и смогут самостоятельно и/или с помощью учителя создавать проекты;

·          освоят принципы работы механических узлов и смогут понять назначение и принципы работы датчиков различного типа;

·          смогут выполнить алгоритмическое описание действий применительно к решаемым задачам;

·          смогут использовать визуальный язык для программирования простых робототехнических систем;

·          смогут отлаживать созданных роботов самостоятельно и/или с помощью учителя.

Тематическое планирование 

№	Название раздела	Количество часов
1.	Роботы	2
2.	Робототехника	5
3	Автомобили	4
4.	Роботы и экология	2
5.	Роботы и эмоции	3
6.	Заключительное занятие	1
	Итого в год	17

Методическое  обеспечение

 Для успешной реализации данной программы необходимы следующие условия:

- наличие базового набора конструктора Lego Mindstorms Education EV3 (в наличии 3 комплекта);

- компьютеры;

- проектор;

- программное обеспечение – среда программирования Lego Mindstorms Education EV3;

- колонки;

- практическое руководство пользователя;

- инструкции по сборке;

- книга для учителя;

- учебное пособие: Копосов Д. Г. Технология. Робототехника. Бином, 2017;

- рабочая тетрадь: Копосов Д. Г. Первый шаг в робототехнику, Бином, 2017