Реферат основные методы обучения робототехнике
Обновлено: 06.07.2024
В данной статье говориться о том, что наряду со стремительным включением робототехники в среднее профессиональное образование отсутствует четкая методика преподавания, которая улучшит подготовку будущих специалистов на рынке труда.
Ключевые слова: робототехника,методика,программирование.
This article says that along with the rapid inclusion of robotics in secondary vocational education, there is no clear teaching methodology that will improve the training of future specialists in the labor market.
Keywords: robotics, methodology, programming.
Цель: Определить наиболее продуктивные методики преподавания робототехники в системе среднего общего образования
-Провести анализ существующих методик
-Теоретически внедрить их в существующую дисциплину
В связи с появлением новых возможностей в организации учебного процесса с использованием роботов можно выделить следующие компоненты учебного процесса, в которых появляется робототехника:
1. Урочные формы работы: лабораторные работы, проектные работы, практикумы, эксперименты.
2.Кружковая форма работы и элективные курсы
3.Исследования, проектная работа, участие в конкурсах, включая дистанционные и сетевые формы.
При этом студент должен иметь возможность самоопределиться в выборе уровня знакомства с робототехникой. Либо ему будет достаточно базового уровня, который предполагает в основном урочные формы работы, либо он будет знакомиться с робототехникой по расширенному или углублённому варианту, выбирая элективные курсы, проекты и другие формы.
Для того чтобы заинтересовать студентов в изучении робототехники, учеников необходимо познакомить с методикой проектной деятельности перспективно- опережающего обучения преподавания, для начального этапа введения робототехники как отдельной дисциплины в среднего профессионального образования, проектная деятельность одна из продуктивных методик именно для данной дисциплины.
Робототехника позволяет расширить возможности обучающихся, способствует развитию коммуникативных способностей, творческого потенциала, принятие самостоятельных решений, брать на себя ответственность за членов команды. Внедрение единой методики преподавания важный этап развития технических навыков и умений обучающихся, способность подготавливать хорошо обученные кадры для рынка труда.
1.Беспалько В.П. Основы теории педагогических систем:учеб.пособие. Воронеж: издательство воронежского университета, 2018.-400 с.
2.Д.Г. Копосов. Первый шаг в робототехнику. Практикум для 5-6 классов:учеб.пособие.М. : Бином, 2005.-352 с.
3.Копытова О.Г.Внедрение робототехники в образовательное пространство школы:учеб.пособие.М.:Трехгорный,2018.-412 с.
Робототехника-прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем. Робототехника опирается на такие дисциплины как электроника, механика, программирование. Она является одним из важнейших направлений научно- технического прогресса, в котором проблемы механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта. Человечество остро нуждается в роботах, которые могут без помощи оператора тушить пожары, самостоятельно передвигаться по заранее неизвестной, реальной пересеченной местности, выполнять спасательные операции во время стихийных бедствий, аварий атомных электростанций, в борьбе с терроризмом. Кроме того, по мере развития и совершенствования робототехнических устройств возникла необходимость в мобильных роботах, предназначенных для удовлетворения каждодневных потребностей людей: роботах – сиделках, роботах – нянечках, роботах – домработницах, роботах – всевозможных детских и взрослых игрушек и т.д. И уже сейчас в современном производстве и промышленности востребованы специалисты, обладающие знаниями в этой области. Начинать готовить таких специалистов нужно школе и с самого младшего возраста. Поэтому, образовательная робототехника в школе приобретает все большую значимость и актуальность в настоящее время. Основная цель обучения робототехнике-это социальный заказ общества: сформировать личность, способную 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, оценку.
21 век требует нового человека – исследователя проблем, а не простого исполнителя. Сегодня и завтра обществу ценен человек-творец. Поэтому задача школы дать ребёнку возможность не только получить готовое, но и открывать что-то самостоятельно; помочь ребёнку построить научную картину мира.
Эффективность обучения основам робототехники зависит и от организации занятий проводимых с применением следующих методов:
1) Объяснительно-иллюстративный - предъявление информации различными способами (объяснение, рассказ, беседа, инструктаж, демонстрация, работа с технологическими картами и др.);
2) Эвристический - метод творческой деятельности (создание творческих моделей и т.д.)
3) Проблемный - постановка проблемы и самостоятельный поиск её решения обучающимися;
4) Программированный - набор операций, которые необходимо выполнить в ходе выполнения практических работ (форма: компьютерный практикум, проектная деятельность);
5) Репродуктивный - воспроизводство знаний и способов деятельности (форма: собирание моделей и конструкций по образцу, беседа, упражнения по аналогу),
6) Поисковый – самостоятельное решение проблем;
И все-таки, главный метод, который используется при изучении робототехники, это метод проектов. Под методом проектов понимают технологию организации образовательных ситуаций, решение собственных задач и технологию сопровождения самостоятельной деятельности учащегося.
Для занятий робототехникой в школе можно воспользоваться следующими техническими средствами:
1) Цифровое оборудование: проектор, компьютерный класс.
2) Конструктор Lego "Перворобот" наборы №9797, №5847, LEGO Mindstorms NXT 2.0. с программным обеспечением к ним.
3) Цифровые разработки учителя к урокам (презентации, сайты, тесты и т.д.).
1) Порты моторов- в NXT есть три порта выхода для подключения моторов. Мотор работает тогда, когда он будет подключен к одному из портов A, В или C.
2) Порты сенсоров- NXT также имеет четыре порта входа для подключения сенсоров. Сенсоры надо подключить к портам 1, 2, 3 или 4.
3) Порт USB- Кабель USB необходимо подключить к порту USB и загрузить программы с компьютера на NXT, также можно передать данные от робота на компьютер. Чтобы загрузить или обменяться той или иной информацией можно применять 6еспроводный канал Bluetooth. Помимо этого, благодаря Bluetooth можно управлять роботом с помощью мобильного телефона, надо только лишь установить java-приложение.
4) Громкоговоритель- можно сделать программу с настоящими звуками, с запуском программы можно будет услышать звуки.
5) Кнопки NXT- с помощью оранжевой кнопки можно включить или выключить питание, светло-серые стрелки необходимы при перемещении влево - вправо по меню NXT, а темно-серая кнопка удаляет или возвращает пользователя в предыдущее меню.
6) Опции дисплея NXT: NXT –это широкий набор интересных функциональных возможностей. Ниже приведены технические характеристики NXT:
четыре порта входа, шести проводной кабель для цифровой платформы;
три порта выхода, шести проводной кабель для цифровой платформы;
графический жидкокристаллический дисплей;громкоговоритель с аудиоканалом с восьмибитовым квантованием и частотой семплирования 2-16 КГц.
Наборы делятся на базовый набор и расширенный.
7) Блоки- в состав наборов могут входить блоки различных версий.
8) Сенсоры- наборы LEGO Mindstorms располагают огромным количеством сенсоров: Сенсор звука NXT;Сенсор расстояния NXT (ультразвуковой сенсор);Сенсор освещенности NXT;Сенсор касания NXT;Двигатель-тахометр NXT.
9) Языки программирования для LEGO Mindstorms бывают графические и текстовые.
10) Информацию об окружающем их мире робот Lego Mindstorms NXT 2.0 получает от четырех датчиков-звукового, двух контактных и датчика, позволяющего распознавать цвета. Самый простой из них — датчик прикосновения/касания, который реагирует на сенсорные воздействия. К примеру, если робот встречает на своем пути груз, датчик дает контроллеру команду и срабатывает захват.
11) Микрофон отзывается на звук определенной громкости. Непростой ультразвуковой дальномер извещает контроллер о расстоянии до ближайшего объекта в сантиметрах.
12) Датчик света– это лампочка и фотоэлемент, помогает роботу распознавать степень освещенности или цвета. В результате получается, что робот может видеть, слышать и осязать.
13) Двигатели (моторы) Mindstorms оснащены встроенным датчиком поворота. С помощью этого датчика контроллер понимает, на какой угол повернулись оси.
Разные наборы конструкторов Mindstorms позволяет конструировать определенные виды моделей роботов, которые могут превосходно двигаться в разные стороны, поворачиваться, пятиться назад и исполнять при этом какую-либо работу. Лучше всего строить рядовые примеры из инструкции, потому что с их помощью можно понять общую логику конструктора, и легко придумывать робота без чьей-либо помощи. Из элементов конструктора Lego Mindstorms NXT 2.0 можно собрать ещё 4 новых модели: новая версия робота "Альфа" Рекс, Robocator (крокодил), Shooter (робот, стреляющий шариками) и робот - сортировщик шариков по цвету. Двуногие роботы – это довольно эффективные создания, однако, они оказались немножко неповоротливыми и прихотливыми к качеству поверхности.
Подводя итоги данной темы стоит отметить,что робототехника быстро становится неотъемлемой частью учебного процесса, потому что она легко вписывается в школьную программу обучения по техническим предметам. Ключевые опыты в физике и математике можно наглядно показать с помощью лего-роботов.Робототехника поощряет детей мыслить творчески, анализировать ситуацию и применять критическое мышление для решения реальных проблем. Работа в команде и сотрудничество укрепляет коллектив, а соперничество на соревнованиях дает стимул к учебе. Возможность делать и исправлять ошибки в работе самостоятельно заставляет школьников находить решения без потери уважения среди сверстников. Робот не ставит оценок и не дает домашних заданий, но заставляет работать умственно и постоянно. Занятия с роботами проходят весело,следовательно,процесс усвоения знаний идет быстрее. Робототехника в школе приучает детей смотреть на проблемы шире и решать их в комплексе. Созданная модель всегда находит аналог в реальном мире. Задачи, которые ученики ставят роботу предельно конкретны, но в процессе создания машины обнаруживаются ранее непредсказуемые свойства аппарата или открываются новые возможности его использования. Различные языки программирования графическими элементами помогают школьникам мыслить логически и рассматривать вариантность действия робота. Обработка информации с помощью датчиков и настройка датчиков дают школьникам представление о различных вариантах понимания и восприятия мира живыми системами.
Для внедрения робототехники в образовательное пространство школы главной моей задачей становилось определить оптимальные формы организации учебного процесса.
В. А. Сластёнин даёт следующую классификацию форм обучения, в зависимости от структуры педагогического процесса.
| формы обучения |
| основная урок домашняя работа |
| дополнительные лекции экскурсии консультации и т. п. |
| вспомогательные Кружки и клубы по интересам факультативы |
| реализуются в формах |
| массовые внеучебная работа утренники школьные вечера клубы праздники конкурсы олимпиады конференции субботники |
| групповые |
| индивидуальные дополнительные занятия, репетиторство |
| учебная урок семинар лекция лабораторно-практическое занятие экскурсия |
| внеучебнаяКружки клубы спортивные секции |
Рис 2. Классификация форм обучения по В. А. Сластенину.
Достоинством этой классификации является определение места проведения процесса обучения
Определяя место своего курса в образовательном пространстве, я остановилась на трех формах организации учебной деятельности: кружок, элективный курс, урок.
Ознакомится с программами и примерами конспектов занятий можно в Приложениях №2-5.
Эффективность обучения основам робототехники зависит и от организации занятий проводимых с применением следующих методов по способу получения знаний предложенных В.А. Оганесяном.(1980г.), В.П. Беспалько(1995 г.):
· Объяснительно - иллюстративный - предъявление информации различными способами (объяснение, рассказ, беседа, инструктаж, демонстрация, работа с технологическими картами и др);
· Эвристический - метод творческой деятельности (создание творческих моделей и т.д.)
· Проблемный - постановка проблемы и самостоятельный поиск её решения обучающимися;
· Программированный - набор операций, которые необходимо выполнить в ходе выполнения практических работ (форма: компьютерный практикум, проектная деятельность);
· Репродуктивный - воспроизводство знаний и способов деятельности (форма: собирание моделей и конструкций по образцу, беседа, упражнения по аналогу),
· Частично - поисковый - решение проблемных задач с помощью педагога;
· Поисковый – самостоятельное решение проблем;
· Метод проблемного изложения - постановка проблемы педагогам, решение ее самим педагогом, соучастие обучающихся при решении.
И все-таки, главный метод, который используется при изучении робототехники это метод проектов.
Под методом проектов понимают технологию организации образовательных ситуаций, в которых учащихся ставит и решает собственные задачи, и технологию сопровождения самостоятельной деятельности учащегося.
Проектно-ориентированное обучение – это систематический учебный метод, вовлекающий учащихся в процесс приобретения знаний и умений с помощью широкой исследовательской деятельности, базирующейся на комплексных, реальных вопросах и тщательно проработанных заданиях.
Основные этапы разработки Лего-проекта:
1. Обозначение темы проекта.
2. Цель и задачи представляемого проекта.
3. Разработка механизма на основе конструктора Лего модели NXT (RCX).
4. Составление программы для работы механизма в среде Lego Mindstorms (RoboLab).
5. 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. Таким образом, можно убедиться в том, что Лего, являясь дополнительным средством при изучении курса информатики, позволяет учащимся принимать решение самостоятельно, применимо к данной ситуации, учитывая окружающие особенности и наличие вспомогательных материалов. И, что немаловажно, – умение согласовывать свои действия с окружающими, т.е. – работать в команде.
Средства обучения:
1. Цифровое оборудование: проектор, АРМ учителя, компьютерный класс.
3. Цифровые разработки учителя к урокам (презентации, сайты, тесты и т.д.).
Для внедрения робототехники в образовательное пространство школы главной задачей ставилось определение оптимальных форм организации учебного процесса. В. А. Сластёнин даёт следующую классификацию форм обучения, в зависимости от структуры педагогического процесса
Достоинством этой классификации является определение места проведения процесса обучения. В основном курсы по робототехнике в образовательном пространстве строится на трех формах организации учебной деятельности: кружок, элективный курс, урок.
Урок - это такая организационная форма обучения, при которой учитель в течение точно установленного времени руководит коллективной познавательной и иной деятельностью постоянной группы учащихся (класса) с учетом особенностей каждого из них, используя средства и методы работы, создающие благоприятные условия для того, чтобы все ученики овладевали основами изучаемого предмета непосредственно в ходе занятия, а также для воспитания и развития познавательных способностей и духовных сил школьников.
Занятия в кружках и клубах по интересам, так же как и факультативные занятия, предполагают определенную программу деятельности. Однако эта программа менее строгая и допускает внесение существенных коррективов в зависимости от пожеланий детей, изменяющихся обстоятельств деятельности и других факторов. Кружковая и клубная работа строится на принципах добровольности, развития инициативы и самодеятельности детей, романтики и игры, учета возрастных и индивидуальных особенностей.
Элективные курсы - новый элемент учебного плана, дополняющие содержание профиля, что позволяет удовлетворять разнообразные познавательные интересы школьников. Элективные курсы могут касаться любой тематики, как лежащей в пределах общеобразовательной программы, так и вне ее.
Эффективность обучения основам робототехники зависит и от организации занятий, проводимых с применением следующих методов по способу получения знаний:
1 Объяснительно - иллюстративный - предъявление информации различными способами (объяснение, рассказ, беседа, инструктаж, демонстрация, работа с технологическими картами и др)
2. Эвристический - метод творческой деятельности (создание творческих моделей и т.д.)
3. Проблемный - постановка проблемы и самостоятельный поиск её решения обучающимися;
4. Программированный - набор операций, которые необходимо выполнить в ходе выполнения практических работ (форма: компьютерный практикум, проектная деятельность);
5. Репродуктивный - воспроизводство знаний и способов деятельности (форма: собирание моделей и конструкций по образцу, беседа, упражнения по аналогу),
6. Частично - поисковый - решение проблемных задач с помощью педагога;
7. Поисковый – самостоятельное решение проблем;
8. Метод проблемного изложения - постановка проблемы педагогам, решение ее самим педагогом, соучастие обучающихся при решении.
И все-таки, целесообразными методами, используемыми в процессе реализации курсов по конструированию и программированию роботов, являются метод проектов, метод портфолио, метод взаимообучения, модульный метод и метод проблемного обучения.
Е. С. Полат трактует метод проектов как способ достижения дидактической цели через детальную разработку проблемы, которая должна завершиться вполне реальным, осязаемым, практическим результатом, оформленным тем или иным образом. Использование метода проектов позволяет развивать познавательные и творческие навыки учащихся при разработке конструкций роботов по заданным функциональным особенностям для решения каких-либо социальных и технических задач.
Самостоятельная работа над техническим проектом дисциплинирует ребят, заставляет мыслить критически и дает возможность каждому учащемуся определить свою роль в команде. Работа над проектом разработки модели робота предполагает два взаимосвязанных направления: конструирование и программирование, таким образом, учащийся осмысливает свои достижения, осознает возможности и формирует собственное отношение к получившимся результатам. Метод портфолио предполагает формирование структурированной папки, в которую помещают уже завершенные и специально оформленные работы. Они позволяют отразить образовательную биографию и уровень достижений ученика или группы учащихся. Этот метод помогает при формировании докладов на конференции школьников, при разработке модели робота для выступления на соревнованиях различного уровня, при разработке плана на учебный период и т. д.
Метод взаимообучения своими истоками уходит в коллективный способ обучения. По мнению В. К. Дьяченко, обучение есть общение обучающих и обучаемых. Вид общения определяет и организационную форму обучения. Исторический анализ показывает, что развитие способов обучения основывалось на применении различных видов общения. На занятиях по конструированию и программированию роботов метод взаимообучения реализуется учениками самостоятельно, иногда даже без участия учителя. Разобравшись в решении какой-либо конструкторской задачи, учащиеся с удовольствием делятся своими знаниями с теми, кто испытывает затруднения при решении подобных задач.
Таким образом, может сложиться ситуация, в которой учащиеся обучают самого учителя, что положительно влияет как на самооценку учеников, так и на отношения с учителем.
П. А. Юцявичене отмечает, что сущность метода модульного обучения состоит в том, что обучающийся самостоятельно может работать с предложенной ему индивидуальной программой, включающей в себя целевой план действий, банк информации и методическое руководство по достижению поставленных дидактических целей. В основе инвариантных программ, являющихся важным компонентом модульного обучения, лежат модули, представляющие собой профессионально значимые действия (учебные элементы). Достоинством модульной системы является гибкость, вариативность, возможность ее адаптации к изменяющимся условиям. Целесообразно содержание курсов по конструированию и программированию роботов разбить на следующие модули:
o основы конструирования;
o решение прикладных задач.
Формирование структуры модулей может иметь циклический характер — тематика модулей повторяется через короткие (от недели до двух
месяцев) или длинные (в пределах учебного года) промежутки времени. В темах конструирования и программирования одного временного периода удобно рассматривать задачи единых проектов, чтобы у учащихся сформировалось целостное представление о реализации той или иной модели робота.
Под проблемным обучением В. Оконь понимает совокупность таких действий, как организация проблемных ситуаций, формулирование проблем, оказание ученикам необходимой помощи в решении проблем, проверка правильности решений и руководство процессом систематизации и закрепления приобретенных знаний.
Метод проблемного обучения основан на создании проблемной мотивации и требует особого конструирования дидактического содержания материала, который должен быть представлен как цепь проблемных ситуаций. Этот метод позволяет активизировать самостоятельную деятельность учащихся, направленную на разрешение проблемной ситуации, в результате чего происходит творческое овладение знаниями, навыками, умениями и развитие мыслительных способностей.
Практически каждую задачу, решаемую в процессе конструирования и программирования роботов, можно представить в качестве проблемной ситуации. Активизируя творческое и критическое мышление, учащиеся способны оптимизировать собственное решение задачи.
На практике в процессе реализации курсов по конструированию и программированию роботов наиболее продуктивным является применение совокупности нескольких методов обучения из вышеописанных
Читайте также: