Связь робототехники с наукой физика в доу

Обновлено: 05.07.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Муниципальное автономное дошкольное образовательное учреждение города Новосибирска

630073, г. Новосибирск, ул. Блюхера, 75, м/р Горский, 11а,

 (383) 351 44 43; 346 20 12;  / факс : (383) 301 41 40

Чебыкина Алёна Владимировна,

воспитатель 1 квалификационной категории

(Слайд2) В современном мире специалистами любой области знаний ценится умение творчески мыслить, принимать неординарные решения, действовать не по готовому образцу, уметь работать с уже созданными высокими технологиями и создавать новые технические формы. Это по силам только талантливым и уверенным в себе людям. Способность мыслить за пределами рамок, фантазировать закладываются в детстве, через развитие высших психических процессов.

(Слайд3) Дошкольный возраст является уникальным периодом развития личности ребенка, так как в этот период формируются представления ребенка об окружающем мире, происходит его интенсивное физическое и психическое развитие. Одной из граней его развития является формирование познавательных интересов. Основа познавательного процесса – активная мыслительная деятельность. Под ее влиянием ребенок оказывается способен к более деятельной и устойчивой сосредоточенности внимания, проявляет самостоятельность при решении умственной или практической задачи.

(Слайд 6) Робототехника — прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем. Робототехника опирается на такие дисциплины, как электроника, механика, механотроника, информатика, а также радиотехника и электротехника. Конструирование роботов с детьми – это первая ступенька для усвоения элементарных логических действий и навыков моделирования.

(Слайд 9) Кружковая деятельность реализуется по программе, предоставленной разработчиками конструктора, учитывающий возрастные особенности и начальный уровень подготовки детей. (Слайд 10) Предполагая одно занятие в неделю, программа рассчитана на использование робототехнического модуля в течении двух учебных лет. Длительность занятий варьируется от 25 до 40 минут, при условии соблюдения режима двигательной активности и сохранения увлеченности детей. Занятия проводятся на основе практической работы с образовательным робототехничесим конструктором. Ведущей формой организации занятий является подгрупповая работа.

На каждом занятии дополнительно используется игровой материал, позволяющий в полной мере обыграть изобретаемых роботов. Для поддержания высокого уровня мотивации используются разнообразные формы проведения занятия: квесты, экскурсии, выставки, путешествия и т.д.

Основной целью работы стало – формирование основ понимания детьми конструкций предметов, обучение детей определению последовательности операций при изготовлении различных видов роботов.

- формирование представлений о роботе;

- формирование представлений о способах конструирования из деталей конструктора.

Развивающие:

- расширение кругозора, обогащение эмоциональной жизни;

- развитие художественно-эстетического вкуса;

- развитие психических процессов (восприятие, память, воображение, мышление, речь) и приемов умственной деятельности (анализ, синтез, сравнение, классификация и обогащение);

- развитие основ регулятивной структуры деятельности (целеполагание, прогнозирование, планирование, контроль, коррекция и оценка действий, результатов деятельности, в соответствии с поставленной целью);

- развитие сенсомоторных процессов через формирование практических умений;

- создание условий для творческой самореализации и формирования мотивации успеха и достижений на основе предметно-преобразующей деятельности.

Воспитательные:

- формирование представлений о гармоничном единстве мира и о месте в нем человека и его искусственно создаваемой предметной средой.

(Слайд 11) На данный момент мы используем несколько фор организации обучению конструированию, применяя их от простого к сложному. Так например первым этапом обучению роботоконструированию является конструирование по образу. Дети создают робота опираясь на пример образца и способа изготовления. Дети узнают о свойствах деталей строительного материала, овладевают техникой создания робота, учатся определять его основные части, устанавливать их пространственное расположение, выделять детали.

После изучения темы мы обращаемся к Конструированию по условиям. Без образца, рисунков и способов возведения дети должны создать робота по заданным условиям, подчеркивающим ее практическое назначение. Дети легко и прочно усваивают общую зависимость структуры конструкции от ее практического назначения и в дальнейшем самостоятельно определяют конкретные условия, которым должна соответствовать их постройка, высказывают интересные замыслы и воплощают их.

(Слайд 12) В процессе совместной деятельности по роботоконструированию детьми была затронута тема разнообразия видов робототехнических конструкторов. Для поддержания инициативы детей, их познавательного интереса, а также расширения кругозора, была организована экскурсия в детский конструкторский центр.

Накопленный опыт работы по указанному направлению был представлен в нескольких мероприятиях.

С целью повышения уровня профессиональной компетенции педагогов МАДОУ д/с № 298 в декабре 2017 года был проведен мастер-класс по вопросам развития конструктивных навыков старших дошкольников посредством робототехники.

Timeweb - компания, которая размещает проекты клиентов в Интернете, регистрирует адреса сайтов и предоставляет аренду виртуальных и физических серверов. Разместите свой сайт в Сети - расскажите миру о себе!

Виртуальный хостинг

Быстрая загрузка вашего сайта, бесплатное доменное имя, SSL-сертификат и почта. Первоклассная круглосуточная поддержка.

Производительность и масштабируемые ресурсы для вашего проекта. Персональный сервер по цене виртуального хостинга.

Выделенные серверы

Робототехника все чаще применяется в предметах естественно-математического цикла. К ним относятся математика, информатика, физика, химия, биология. Возможно применение элементов робототехники для проведения лабораторных работ и экспериментов по физике. Это позволяет сделать занятия более наглядными и интересными.

Робототехника является универсальным инструментом для обучения.

робототехника и физика

Она гармонично сочетается и с дополнительным образованием, и для внеурочной деятельности, для обучения предметам школьной программы. При этом полностью выполняются требования ФГОС. Робототехника подходит для всех возрастов — от дошкольников до профессионального образования.

Проведение занятий с применением робототехнических конструкторов является обучением в процессе игры и в то же время техническим творчеством. Это позволяет воспитать активных, заинтересованных своим делом, самостоятельных людей.

Использование робототехники как инновационной методики на занятиях в обычных школах, в детских садах, учреждениях дополнительного образования дают возможность равного доступа детей всех социальных слоев к новейшим образовательным технологиям.

Образовательная робототехника предоставляет шанс на раннем этапе выявить техническую предрасположенность учащихся и совершенствовать их в этом направлении.

Где применяется робототехника

Робототехнику можно применять во всех видах образования:

в начальном
в основном общем образовании
в среднем (полном) общем образовании
в начальном профессиональном образовании
в специальном (коррекционном) обучении

Необходимо создать такие условия для обучающихся, при которых формируется интерес к инженерной и информационной отраслям. Очевидно, что робототехника должна интегрироваться в основную образовательную программу как дисциплина дополнительного образования.

книга для учителя

Она не связана с учебными предметами напрямую, но у нее есть свой набор задач, позволяющий развивать творческое мышление и обеспечить опережающее обучение.

Возможности применения робототехники на лабораторных работах по физике

В настоящее время существует множество робототехнических наборов Lego, Arduino, Tetrix, Vex и другие, в которых есть большое количество датчиков. Это датчики света и освещенности, ультразвуковые датчики, инфракрасные датчики, датчики температуры, гироскопические датчики и многие другие.

Lego и Arduino

При помощи каждого из этих датчиков можно проводить физические эксперименты. Есть три основных варианта применения робототехники Лего в физике и лабораторных работах

1.Физические эксперименты

физические эксперименты

К ним относятся:

виды работы и энергии
термодинамика
механика и оптика

Дается учебный план занятий. Проведение экспериментов рассчитаны на занятия 45 или 90 минут. В это время также входит обязательная теоретическая составляющая урока. В экспериментах применены модели Lego EV3 в которых не требуется большое количества времени для сборки конструкции и последующего программирования.

Какое оборудование и материалы нужно использовать

возобновляемые источники энергии

Для каждого базового набора EV3 требуется один набор и один датчик температуры NXT. Программное обеспечение можно бесплатно скачать на официальном сайте Лего. После установки на компьютер по приведенным схемам собирается роботизированная платформа по интересующей теме.

датчик цвета и ультразвуковой датчик Lego

Есть объяснение темы, рабочая программа для загрузки, рекомендации по использованию модели, непосредственно сам опыт с измерениями, анализ, выводы и т.д. Все шаги можно документировать непосредственно в среде программирования LabVIEW.

Всего существует на данный момент 4 темы:

1. Энергия
2. Сила и движение
3. Свет
4. Теплота и температура

выбор темы

Также есть много информации для изучения в виде PDF файлов.

2. Применение блока Lego EV3 и встроенного приложения

Вторым методом является проведение эксперимента с использованием только блока EV3, датчиков и моторов, не прибегая к среде программирования с использованием компьютера. Непосредственно на самом блоке есть встроенная среда программирования, где можно проводить эксперименты и документировать результаты.

интерфейс модуля EV3

Модуль EV3 поставляется с простым в использовании приложением для документирования данных. Это приложение установлено непосредственно на модуле. Открывая это приложение слева можно увидеть область графика.

Подключив к модулю EV3 датчик можно увидеть на графике текущие показания датчика. Если подключить мотор, то это будут показания, поступающие с энкодера (встроенного датчика вращения).

С правой стороны от графика будут отображены значения (начиная сверху):

текущее показание
самое высокое показание
самое низкое показание и среднее показание

Длительность проведения эксперимента будет отображаться, только когда выполняется эксперимент. Более подробно все шаги по настройке и проведению эксперимента описаны в руководстве пользователя, которое также встроено в среду программирования Лего.

3.Применение среды программирования Lego EV3

Третий метод проведения экспериментов использует создание эксперимента в среде программирования Lego EV3. Для этого нужно соединить блок Lego EV3 с компьютером, к блоку подсоединить интересующие нас датчики для измерений. После этого указываем время проведения эксперимента, частоту регистрации данных.

Затем нужно настроить датчики по:

Также можно выбрать цвет линии для графика. Всего можно к блоку EV3 подключить четыре сервомотора (к портам A, B, C, D) и четыре датчика (к портам 1, 2, 3, 4). У моторов можно измерять параметры вращения, у датчиков параметры цвета, освещенности, температуры и т.д.

Если блок Lego EV3 включен, произведено соединение с компьютером и открыта страница аппаратного обеспечения, то параметры датчиков будут автоматически определены.

создание эксперимента

Также большое количество экспериментов можно произвести с применением контроллера Ардуно. Для этого типа контроллеров также существует большое количество датчиков. Но программирование происходит на языке C++ и, как правило, это текстовое программирование.

Программирование в среде Lego EV3 является визуальным с использованием пиктограмм. Поэтому оно более простое для понимания. Также присутствуют встроенные приложения с готовыми программами и справками. Поэтому можно быстро приступить к проведению различных экспериментов.

Применение элементов робототехники значительно наращивает и раздвигает возможности для выполнения лабораторных работ по физике.

В последние годы в Российском образовании всё более популярной становится образовательная робототехника. Сотни школ используют конструкторы нового поколения в дополнительном и основном образовании. Многие практики робототехники рассматривают образовательную робототехнику как новую педагогическую технологию, направленную на приобщение детей и молодёжи к техническому творчеству, развитию навыков конструирования, моделирования и программирования.

Во многих регионах России образовательная робототехника успешно развивается на протяжении уже нескольких лет. Среди таких регионов Московская область, Санкт-Петербург, Архангельск, Челябинск, Екатеринбург, Курган, Нижний Новгород, Новосибирск и многие другие. Робототехника становится сегодня популярным и эффективным средством в изучении информатики, физики, технологии, химии, биологии и других предметов, что позволяет достигать высоких результатов в обучении и мотивации школьников к выбору профессий инженерно-технического профиля.

Мы определяем следующие педагогические цели использования робототехники в преподавании физики:

1) демонстрация возможностей робототехники как одного из ключевых направлений научно-технического прогресса;

2) демонстрация роли физики в проектировании и использовании современной техники;

3) повышение качества образовательной деятельности:

- углубление и расширение предметного знания,

- развитие экспериментальных умений и навыков,

- совершенствование знаний в области прикладной физики,

- формирование умений и навыков в сфере технического проектирования, моделирования и конструирования;

4) развитие у детей мотивации изучения предмета, в том числе познавательного интереса;

5) усиление предпрофильной и профильной подготовки учащихся, их ориентация на профессии инженерно-технического профиля.

В связи с появлением новых возможностей в организации учебного процесса с использованием роботов можно выделить следующие компоненты учебного процесса, в которых появляется робототехника:

2. Элективные курсы, клубная и кружковая формы работы.

3. Исследования, проектная работа, участие в НПК, конкурсах, включая дистанционные и сетевые формы.

При этом, по нашему мнению, школьник 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 (рис. 1).

Рис.1. Уровни знакомства с робототехникой в процессе изучения физики

Для наиболее полного достижения поставленных целей использования робототехники, роботы в школьном курсе физики должны быть представлены не только как средство практической деятельности школьников, но и как объект теоретического изучения. Большинство датчиков робототехнических наборов, а также исполнительных элементов роботов имеют физические принципы действия, которые изучаются в школьном курсе физики, поэтому, например, при изучении соответствующих тем целесообразно акцентировать внимание на практическое использование законов в современной технической области. Таким образом, нами предлагается следующая система использования учебных роботов в предметной области физики:

Робот как объект изучения

Изучение принципа работы элементной базы робота

Датчики, приводы (электропривод, гидропривод, пневмопривод), светоиндикация, механические передачи, параметры электрических цепей робототехнического оборудования и др.

Роль робота в современных научных исследованиях

Космические исследования, исследования глубин, радиационная разведка, исследование микромира и др.

Роль робота в проектировании и использовании современной техники

Промышленные роботы, роботы на транспорте, использование роботов в экстремальных условиях, медицине, сфере услуг.

Робот как средство изучения

Робот как средство измерения

Использование датчиков базового конструктора и совместимых датчиков (Vernier, HiTechnic и др.) Конструктор используются как измерительная система с обработкой и фиксацией результатов в различных видах.

Робот как средство постановки автоматизированного эксперимента

· Сборка демонстрационных и лабораторных установок из робототехнического оборудования

· Интеграция оборудования кабинета физики и робототехнического оборудования

Робот как средство моделирования

· Моделирование промышленных, бытовых, транспортных и других видов устройств;

· моделирование явлений природы.

Робот как средство творческого проектирования

Робот как средство технической модернизации существующих устройств

Совместное использование роботов с другими системами, адаптация робота к новым условиям.

Проектирование новых роботизированных устройств

Проектирование новых видов датчиков и других систем, вымышленных устройств из будущего и др.

В некоторых направлениях представленной системы имеются достаточно интересные методические наработки как у нас в стране, так и за рубежом. В последние годы появилось достаточно много публикаций, знакомящих с опытом внедрения робототехники в учебный процесс. Вместе с тем, ряд учебных пособий по организации курсов и кружков и других видов внеклассной работы также может быть полезен при организации предметной работы по физике.

Первая: раздел «Анатомия промышленного робота имеет подробное описание механических принципов функционирования манипуляторов и движущихся роботов.

Третья: в пособии раскрываются физические принципы работы некоторых видов датчиков, а также система управления учебного робота 90-х годов: электронные элементы и узлы робота от полупроводниковых приборов до микросхем, рассмотрена работа электропривода с ЧПУ для учебного робота.

В заключительной части учебного пособия содержится описание использования промышленных роботов, роботов предназначенных для работы в экстремальных условиях и перспективы развития робототехники.

Первый аспект: раскрываются вопросы инженерной психологии и взаимодействия машины и человека. Описана взаимосвязь работы создателей роботов и биокибернетиков в середине XX века, дан анализ развития теории биологического моделирования (на основе работ Н. А. Умова, Д. А. Гольдгаммера, А. В Немилова).

Третий аспект: описана история развития автоматизации производства с 30-х по 60-е годы XX столетия в нашей стране и в США, а также теория систем регулирования (Г. В. Щипанов). Самые различные примеры автоматизации, возникшие в это время можно встретить в окружающей жизни. Например, рассматриваются разомкнутая и замкнутая системы регулирования (отличаются наличием и отсутствием наблюдателя, участвующего в регулировании). Эти процессы в истории развития автоматики назывались процессами управления и регулирования. Приведён пример работы системы стабилизации температуры в помещении. Рассмотрены автоматические технические устройства до появления робототехники, которые состояли из следующих функциональных элементов: датчика, который выявляет воздействие; логики, сравнивающей регулируемую величину с заданным значением; усилителя и сервопривода. Сервопривод и усилитель активизируют связи и управляют исполнительным устройством. Первые системы автоматизации устанавливались на паровые поршневые машины, затем паровые турбины, двигатели внутреннего сгорания, а впоследствии и электрические машины.

Интенсивное развитие образовательной робототехники началось с появления в 1998 году специализированных робототехнических наборов компании LEGO под названием LEGO Mindstorms с программируемым блоком RCX. В 2006 году начался выпуск второго поколения LEGO Mindstorms с блоком NXT, а в 2013 году третьего поколения с блоком EV3. На сегодняшний день в продаже имеется около десятка различных робототехнических конструкторов различных производителей для различного возраста школьников и студентов.

Сегодня в сети Интернет появляется большое количество педагогических публикаций с опытом использования различных аспектов робототехники в учебном процессе. Интерес детей и учителей к робототехнике растёт, так же как и возможности приобретения оборудования нового поколения.

Подводя итоги, можно отметить, что возможности применения робототехнических конструкторов в учебном процессе достаточно широки и их реализация требует от учителя методической и технической подготовки. Соотнося задачи школьного образования с перспективами автоматизации и роботизации современного производства, необходимо координировать усилия образовательных учреждений, промышленных предприятий, вузов, органов управления образованием для эффективного развития технического мышления школьников, целенаправленного развития способностей инженерно-технического направления.

1. Алексеев А. П. и др. Робототехника: учебное пособии для 8–9 классов средней школы./А. П. Алексеев, А. Н. Богатырев, В. А. Серенко. — М., Просвещение. 1993. — 160с.

2. Боголюбова А. Н. Популярно о робототехнике/ А. Н. Боголюбова, Д. А. Никитина, — Киев: Наук. Думка, 1989. — 200с.

3. Филиппов С. А. Робототехника для детей и родителей./ С. А. Филиппов–3-е изд. — СПб.: Наука, 2013.

5. Копосов Д. Г. Первый шаг в робототехнику: практикум для 5–6 классов. / Д. Г. Копосов, — БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012, — 286с.

6. Белиовская Л. Г. Программируем микрокомпьютер NXT в LabVIEW/ Л. Г. Белиовская, А. Е. Белиовский, — М: ДМК-пресс, 2013 г.

7. Белиовская Л. Г. Самостоятельный физический эксперимент в современном типовом и цифровом кабинетах физики при реализации Федерального государственного образовательного стандарта/ Л. Г. Белиовская // Учительская газета. Независимое педагогическое издание, № 23 (10416) от 5 июня 2012 г.

15. Ершов М. Г. Использование элементов робототехники при изучении физики в общеобразовательной школе. [Текст]// XXI век — время молодых. Материалы четвертой открытой научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых 19 мая 2011г., г. Пермь: ПГПУ, 2011.- С.55- 59.2011

Основные термины (генерируются автоматически): LEGO, учебный процесс, образовательная робототехника, NXT, робототехника, робот, физик, преподавание физики, работа, учебное пособие.

Связь робототехники с наукой физика в доу

Виртуальный хостинг

Выделенные серверы

Где применяется робототехника

Возможности применения робототехники на лабораторных работах по физике

1.Физические эксперименты

Какое оборудование и материалы нужно использовать

2. Применение блока Lego EV3 и встроенного приложения

3.Применение среды программирования Lego EV3

Похожие статьи

Роль робототехники в образовательном процессе

Обзор программируемого комплекта робототехники Lego

Развитие робототехники в школе | Статья в сборнике.

Робототехника: конструирование и программирование

LEGO, робототехника, учебный процесс, набор.

Возможности использования конструктора LEGO в учебном.

Конструкторы lego и робототехника в современном школьном.

Ключевые слова: образовательная робототехника, физика.

Робототехника как инструмент повышения качества освоения.