Математика в робототехнике реферат тема
Обновлено: 02.07.2024
Важнейшей отличительной особенностью стандартов нового поколения является их ориентация на результаты образования, причем они рассматриваются на основе системно-деятельностного подхода.
Деятельность выступает как внешнее условие развития у ученика познавательных процессов. Чтобы ученик развивался, необходимо организовать его деятельность. Значит, образовательная задача состоит в создании условий, которые будут побуждать ученика действовать.
Внедрение робототехники в учебный процесс способствует формированию личностных, регулятивных, коммуникативных и, без сомнения, познавательных универсальных учебных действий, являющихся важной составляющей ФГОС.
Занятия робототехникой вызывают у ребят интерес к научно-техническому творчеству и могут повлиять на выбор профессии инженерной направленности, способствуют привитию определённых трудовых навыков, овладению навыками начального технического конструирования, развитию навыков взаимодействия в группе, умению применять полученные знания в реальных ситуациях, решать проблемы, получать, обрабатывать и передавать информацию, развитию математической грамотности.
Проведя анализ результатов муниципальных диагностических работ на компетентностной основе, результатов ГИА и ЕГЭ, а также рассмотрев результаты международного тестирования PISA, мы выявили у наших учеников дефициты по математике:
МГ – 2013-14 г.
ГИА, ЕГЭ
PISA
– умение анализировать задачу, устанавливать зависимость между величинами, взаимосвязь между условием и вопросом задачи, решать задачи арифметическим способом;
– умение решать задачи на нахождение доли величины и величины по значению ее доли (половина, треть, четверть, пятая, десятая часть);
– умение заполнять несложные готовые таблицы;
– умение решать задачи с процентами (второго уровня сложности);
– умение решать практические расчетные задачи (второго уровня);
– умение решать задачи с числовыми последовательностями;
– умение определять значение функции по значению аргумента при различных способах задания функции, решать обратную задачу;
– умение решать практические задачи, связанные с нахождением геометрических величин.
– неполное или невнимательное чтение условия задачи;
– составление математической модели по данным текстовой задачи;
– простейшие геометрические задания;
– неумение применить теорему к решению задач.
– выполнять задания, в которых нужно применить знания в несколько измененных ситуациях;
– выполнять задания на применение знаний в незнакомых ситуациях, для решения сложных и многошаговых задач;
Благодаря занятиям ученики на практике начинают понимать, как применять формулы для расчёта, например, траектории движения, различные физические законы и процессы для проведения замеров и расчётов. Расхождение между вычислениями и практическими результатами эксперимента учат обучающихся осознавать роль упрощений, разбивать сложные задачи на подзадачи и поэтапно их решать.
На занятиях используется базовый комплект LEGO и программное обеспечение для него.
Задание. (6.1. Извлекать статистическую информацию, представленную в таблицах, на диаграммах, графиках).
Данные исследований утверждают, что в последние годы происходит очень быстрое увеличение количества автомобилей в городах и на трассах. Все чаще возникает опасность застрять в пробке. Посмотрите рейтинг городов России по количеству легковых автомобилей на 1000 жителей (плотность автомобильного парка) и общемировой рейтинг стран по этому показателю (табл.1)
Рейтинг городов России по плотности автомобильного парка
Математика в робототехнике
1 ГБОУ школа № 1409 г.Москвы (Кадетский корпус имени Маршала Советского Союза Георгия Константиновича Жукова)
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Актуальность:
В настоящее время робототехника - одна из самых быстроразвивающихся, перспективных и важных отраслей производства. Робототехника в настоящее время очень актуальна. Мне интересно это направление. Есть несколько видов робототехники: строительная, промышленная, бытовая, медицинская, авиационная и экстремальная (военная, космическая, подводная). В моем проекте я хочу рассказать о применении математики в робототехнике.
Доказать неразрывную связь математики и робототехники. Показать, что без математики не существует робототехники.
Задачи :
Изучить, что такое робототехника и ее связь с математикой.
Изучить историю развития математики и робототехники.
Исследовать, как используется математика в робототехнике.
Показать перспективность робототехники.
Что такое математика и что такое робототехника?
Матема́тика — наука о структурах, порядке и отношениях, исторически сложившаяся на основе операций подсчёта, измерения и описания формы объектов.
Робототе́хника — прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем и являющаяся важнейшей технической основой развития производства.
Робототехника - научно-техническая дисциплина, изучающая теорию, методы расчета и конструирования роботов, а также проблемы комплексной автоматизации производства и научных исследований с применением роботов.
Робототехника - одно из перспективнейших направлений в сфере ИТ-технологий.
Само по себе роботостроение — увлекательное занятие. Вы своими руками создаете электронное устройство, наделенное интеллектом, пусть и искусственным, способным действовать самостоятельно и быть помощником человеку там, где это необходимо.
Робототехника находится в родстве с мехатроникой.
Мехатроника – это дисциплина, посвящённая созданию и эксплуатации машин и систем с программным управлением. Часто мехатроникой называют электромеханику и наоборот.
К мехатронике относятся заводские станки с программным управлением, беспилотные транспортные средства, современная офисная техника и пр. Иными словами, приборы и системы, предназначенные для выполнения какой-то конкретной задачи. Например, задача офисного принтера – печать документов.
История математики:
Возникновение арифметики и геометрии
Развитие математики началось с создания практических искусств счёта и измерения линий, поверхностей и объёмов. Понятие о натуральных числах формировалось постепенно. И счёт долгое время оставался вещественным — использовались пальцы, камешки, пометки и т. п. Позже появилась идея считать не только единицами, но и пакетами единиц, содержащими, например, 10 объектов. Для запоминания результатов счёта использовали зарубки, узелки и т. п. С изобретением письменности стали использовать буквы или особые значки для сокращённого изображения больших чисел.
Математические операции
Когда понятие числа утвердилось, следующей ступенью стали операции с числами. Для счёта нужно иметь математические модели таких событий, как объединение нескольких множеств в одно или наоборот.
Так появились операции сложения и вычитания. Умножение для натуральных чисел появилось в качестве, так сказать, пакетного сложения. Другое практическое действие — разделение на части — со временем превратилось в деление.
Физика и прикладная математика
Есть некоторые люди (чистые математики, например), которые стремятся оперировать математическими понятиями без привязки к реальному миру. Создатели роботов не относятся к такому типу людей. Познания в физике и прикладной математике важны в робототехнике, потому что реальный мир никогда не бывает таким точным, как математика. Возможность решить, когда результат расчета достаточно хорош, чтобы на самом деле работать – это ключевой навык для инженера-робототехника.
История робототехники:
На всех этапах своего развития человечество стремилось создать орудия, механизмы, машины облегчающие жизнь. История робототехники уходит в глубокую древность. Уже в те времена появились идеи создания технических средств, похожих на человека, и были предприняты первые попытки по их созданию. Так, например, статуи богов с подвижными частями тела появились еще в Древнем Египте, Вавилоне, Китае. До нас дошли книги Герона Александрийского, где описаны многие другие автоматы древности. В качестве источника энергии в них использовались вода, пар, гири. В 3 веке до н. э. римский поэт Клавдий упоминал об автомате, изготовленном Архимедом. Он имел форму стеклянного шара с изображением небесного свода, на котором воспроизводилось движение всех известных в то время небесных светил.
В средние века большой популярностью пользовались различного рода автоматы, основанные на использовании часовых механизмов. Были созданы всевозможные часы с движущимися фигурами людей, ангелов и т. п. К этому периоду относятся сведения о создании первых подвижных человекоподобных механических фигур – андроидов. Так, андроид алхимика Альберта Великого представлял собой куклу в рост человека, которая, когда стучали в дверь, открывала и закрывала ее, кланяясь при этом входящему.
Робот — это машина, которую можно обучить, т.е. подобно компьютеру запрограммировать (задать ему набор действий, которые он должен выполнять) делать разнообразные виды движений, реагировать на изменения в окружающем мире и выполнять множество видов работ и заданий.
Создание робота – это то, чем занимается робототехник. Точнее, инженер-робототехник. Он исходит из того, какие задачи робот будет решать, продумывает механику, электронную часть, программирует его действия. Такая работа – не для одиночки-изобретателя, инженеры-робототехники работают в команде.
Как используется математика в робототехнике:
Математика является основой всех точных наук (физики, информатики, и т.п.). Чтобы создать функционирующего робота нужно знать эти точные науки. А, следовательно, чтобы знать все эти науки, нужно знать математику в первую очередь. Так что вы никогда не найдёте робототехника не знающего математику.
Робототехника является частью современного мира, а математика - частью робототехники.
Робототехника в настоящее время одна из самых быстроразвивающихся, перспективных отраслей производства.
Образовательная робототехника — это мощный инструмент синтеза знаний, закладывающий прочные основы системного мышления, объединяющий классические подходы к изучению основ техники современного направления — информационное моделирование, программирование, информационно-коммуникативные технологии.
Основные навыки, необходимые для инженеров – робототехников.
Математика
В робототехнике имеется не так много основополагающих навыков. Одним из таких основных навыков является математика. Вам, вероятно, трудно будет добиться успеха в робототехнике без надлежащего знания, по крайней мере, алгебры, математического анализа и геометрии. Это связано с тем, что на базовом уровне робототехника опирается на способность понимать и оперировать абстрактными понятиями, часто представляемыми в виде функций или уравнений. Геометрия является особенно важной для понимания таких тем, как кинематика и технические чертежи.
В разных направлениях программирования используются разные разделы математики в качестве методов решения задач.
Математика в программировании
Во-первых, математика учит абстрактно мыслить, понимать задачу, ставить задачу, понимать разные действия и операции, анализировать возможные решения, решать задачи.
Во-вторых, потому что само программирование и все связанное с компьютерами работает за счет этой самой математики. Самые простые программы и вообще, вычислительная работа компьютера, работает и основывается на принципах математики, начиная с простейших математических операций и выражений и заканчивая сложными вычислениями.
аналитическая алгебра и геометрия
теория вероятности и математическая статистика
Физика и прикладная математика
Есть некоторые люди (чистые математики, например), которые стремятся оперировать математическими понятиями без привязки к реальному миру. Создатели роботов не относятся к такому типу людей. Познания в физике и прикладной математике важны в робототехнике, потому что реальный мир никогда не бывает таким точным, как математика. Возможность решить, когда результат расчета достаточно хорош, чтобы на самом деле работать – это ключевой навык для инженера-робототехника.
Вывод: почему роботы выгодны для человека?
Важность профессии робототехника, связь с математикой.
Во первых, у роботов есть преимущество перед людьми: они не нуждаются в отдыхе, кислороде и других биологических потребностях.
Во вторых, роботы универсальны: они не боятся жары, холода, радиации, токсинов, всего того, что опасно, а иногда смертельно для человека. Поэтому они могут работать в экстремальных условиях, в том числе и в открытом космосе, ведь роботам, как я уже говорил, не нужен кислород. Так что роботы - это идеальные рабочие, которые могут работать везде.
Поэтому роботов можно использовать практически во всех областях. Они упрощают человеческий труд, освобождая время для саморазвития и отдыха. Именно поэтому я считаю, что робототехника очень перспективная отрасль.
Профессию робототехника можно назвать созидательной, потому что она создает и делает все во благо людей. Но чтобы овладеть этой непростой профессией, необходимы глубокие знания точных наук: математики, геометрии, физики и информатики.
Список литературы:
1. Гололобов В.Н, С чего начинаются роботы?
2. Детская энциклопедия. Техника будущего. М: изд. Литера, 2007 г.
3. Иванов А.А, Основы робототехники.
4. Копосов Д.Г, Первый шаг в робототехнику. Практикум для 5-6 классов.
5. Макаров И. М, Топчеев Ю. И. Робототехника: История и перспективы. — М.: Наука; Изд-во МАИ, 2003.
6. Мамичев Д.И, Роботы своими руками. Игрушечная электроника.
Аннотация. В работе предложено практическое применения результатов моделирования роботов и прямого применения их технических характеристик для решения задач на уроках математики. Целью исследования было выявление возможностей использования робототехники на уроках математики в школе, как нового шага в обучении.
В настоящее время обществу необходима личность, способная самостоятельно ставить учебные цели, проектировать пути их реализации, контролировать и оценивать свои достижения, работать с разными источниками информации, оценивать их и на этой основе формулировать собственное мнение, суждение, делать оценку. Таким требованиям отвечает робототехника. Поэтому проблема моего исследования заключается в поиске точек соприкосновения программирования роботов и математического образования в школе на разных ступенях образования.
Таким образом целью исследования стало выявление возможностей использования робототехники на уроках математики в школе. Для достижения цели поставлены следующие задачи:
Выявить возможности использования робототехники на уроках математики.
Подготовить задания и задачи, позволяющие использовать роботов на уроках математики.
Провести практические занятия для изучения интереса школьников к задачам с роботами.
А какие дальнейшие перспективы могут быть у замечательного направления робототехники? Интересно развивать объединение математики и робототехники, так можно увидеть абстрактную науку в действии на примерах с роботами. Поэтому я собрал робота для проведения экспериментов на уроках и кружках. Он не только умеет двигаться по запрограммированной дорожке в виде треугольника, прямоугольника, квадрата и других геометрических фигур, составляющих его траекторию, но и показывать точные измерения пройденного пути, называть его точную цифру.
Следующим шагом моей работы было придумать задания с использованием роботов на уроках математики. Во время исследования мне понадобилось узнать, в каких классах дети изучают периметр и площадь квадрата, прямоугольника, треугольника, а также длину окружности и площадь круга. Поработал и с учебными пособиями разных классов, чтобы подобрать соответствующие задачи.
Приведу примеры нескольких заданий.
4 класс. Задача о периметре и площади прямоугольника.
Определить вид фигуры, по которой двигается умный робот, найти её периметр и площадь. Описание: робот двигается по прямоугольнику со сторонами 3 дм и 5 дм, называя каждую пройденную точку.
5 класс. Задача о периметре и площади прямоугольного треугольника.
Определить вид фигуры, по которой двигается умный робот, найти её периметр и площадь. Описание: робот двигается по прямоугольному треугольнику со сторонами 6 дм, 8 дм и 10дм, называя каждую пройденную сторону.
6 класс. Задача о длине окружности колеса.
В распоряжении учащихся 3 пары колёс разного диаметра, робот и программное обеспечение на компьютере с открытой программой движения по прямой. Ребятам нужно расчитать длину окружности каждой пары колёс, высчитать количество оборотов, необходимых для преодоления роботом 1 метра. Протестировать работу.
Доказательной базой моей работы стали экспериментальные занятия с учащимися разных классов. На этих занятиях я ознакомил их с роботом, рассказал о его технических характеристиках, провёл практические работы. Ребята с удовольствием подключались к решению задач, вместе с тем повторяя такие понятия, как периметр, площадь, виды различных геометрических фигур.
Выводы. В процессе моего исследования, я попытался выявить возможности использования робототехники на уроках математики в школе. Составленные задачи – это попытка интеграции математики и информатики, несколько точек соприкосновения программирования роботов и математического образования в школе на разных ступенях образования. Работая по данной теме, можно смело утверждать, что применение робототехники на уроках математики – это новый шаг в обучении. Важно не только с точки зрения школьного образования в целом, но и с точки зрения новых современных потребностей общества.
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Описание презентации по отдельным слайдам:
Математика в робототехнике
аКТУАЛЬНОСТЬ: В настоящее время, робототехника - одна из самых быстроразвивающихся, перспективных и необходимых отраслей производства.
ЦЕЛЬ: Доказать неразрывную связь математики и робототехники. Показать, что без математики не существует робототехники.
зАДАЧИ: Изучить, что такое робототехника и ее связь с математикой. Изучить историю развития математики и робототехники. Исследовать, как используется математика в робототехнике. 4. Показать перспективность робототехники.
СОДЕРЖАНИЕ АКТУАЛЬНОСТЬ ЦЕЛЬ ЗАДАЧИ ЧТО ТАКОЕ МАТЕМАТИКА И РОБОТОТЕХНИКА ИСТОРИЯ МАТЕМАТИКИ И РОБОТОТЕХНИКИ ОСНОВНЫЕ НАВЫКИ ИНЖЕНЕРА - РОБОТОТЕХНИКА ПЕРСПЕКТИВНОСТЬ РОБОТОТЕХНИКИ.
Что такое математика и что такое робототехника? Матема́тика — наука о структурах, порядке и отношениях, исторически сложившаяся на основе операций подсчёта, измерения и описания формы объектов Робототе́хника — прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем и являющаяся важнейшей технической основой интенсификации производства.
История математики Возникновение арифметики и геометрии Развитие математики началось с создания практических искусств счёта и измерения линий, поверхностей и объёмов. Понятие о натуральных числах формировалось постепенно. И счёт долгое время оставался вещественным — использовались пальцы, камешки, пометки и т. п. Позже появилась идея считать не только единицами, но и пакетами единиц, содержащими, например, 10 объектов. Для запоминания результатов счёта использовали зарубки, узелки и т. п. С изобретением письменности стали использовать буквы или особые значки для сокращённого изображения больших чисел. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ Когда понятие числа утвердилось, следующей ступенью стали операции с числами. Для счёта нужно иметь математические модели таких событий, как объединение нескольких множеств в одно или, наоборот. Так появились операции сложения и вычитания. Умножение для натуральных чисел появилось в качестве, так сказать, пакетного сложения. Другое практическое действие — разделение на части — со временем превратилось в деление.
ИСТОРИЯ робототехнИКИ На всех этапах своего развития человечество стремилось создать орудия, механизмы, машины облегчающие жизнь. История робототехники уходит в глубокую древность. Уже в те времена появились идеи создания технических средств, похожих на человека, и были предприняты первые попытки по их созданию. Статуи богов с подвижными частями тела появились еще в Древнем Египте, Вавилоне, Китае. До нас дошли книги Герона Александрийского, где описаны многие другие автоматы древности. В качестве источника энергии в них использовались вода, пар, гири. В 3 веке до н. э. римский поэт Клавдий упоминал об автомате, изготовленном Архимедом. Он имел форму стеклянного шара с изображением небесного свода, на котором воспроизводилось движение всех известных в то время небесных светил. В средние века большой популярностью пользовались различного рода автоматы, основанные на использовании часовых механизмов. Были созданы всевозможные часы с движущимися фигурами людей, ангелов и т. п. К этому периоду относятся сведения о создании первых подвижных человекоподобных механических фигур – андроидов. Так, андроид алхимика Альберта Великого представлял собой куклу в рост человека, которая, когда стучали в дверь, открывала и закрывала ее, кланяясь при этом входящему.
Как используется математика в робототехнике Математика является основой всех точных наук (физики, информатики, и т.п.). Чтобы создать функционирующего робота нужно знать эти точные науки. А следовательно чтобы знать все эти науки нужно знать математику в первую очередь. Так что вы никогда не найдёте робототехника не знающего математику.
основные навыки, необходимые для инженеров - робототехников (часть 1) Математика В робототехнике имеется не так много основополагающих навыков. Одним из таких основных навыков является математика. Вам, вероятно, трудно будет добиться успеха в робототехнике без надлежащего знания, по крайней мере, алгебры, математического анализа и геометрии. Это связано с тем, что на базовом уровне робототехника опирается на способность понимать и оперировать абстрактными понятиями, часто представляемыми в виде функций или уравнений. Геометрия является особенно важной для понимания таких тем, как кинематика и технические чертежи.
основные навыки, необходимые для инженеров - робототехников (часть 2) Физика и прикладная математика Есть некоторые люди (чистые математики, например), которые стремятся оперировать математическими понятиями без привязки к реальному миру. Создатели роботов не относятся к такому типу людей. Познания в физике и прикладной математике важны в робототехнике, потому что реальный мир никогда не бывает таким точным, как математика. Возможность решить, когда результат расчета достаточно хорош, чтобы на самом деле работать – это ключевой навык для инженера-робототехника.
Вывод: почему роботы выгодны для человека? Во первых у роботов есть преимущество перед людьми, они не нуждаются в отдыхе, кислороде и других биологических потребностях. Во вторых роботы универсальны. Они не боятся жары, холода, радиации, токсинов, да в общем много чего что опасно, а иногда смертельно для человека. Поэтому они могут работать в экстремальных условиях в том числе и в открытом космосе, ведь роботам как я уже говорил не нужен кислород. Так что роботы это идеальные рабочие которые могут работать везде. Поэтому роботов можно использовать практически во всех областях. Именно поэтому я считаю, что робототехника очень перспективная отрасль.
Читайте также: