Можно ли компоненты курса робототехника встраивать в школьные предметы

Обновлено: 03.07.2024

Если в XXI веке мы решимся выбрать второе, то практико-ориентированные предметы и комплексные знания станут неотъемлемой ее – школы – частью. Робототехника дает возможность отработать профессиональные навыки сразу по 3 направлениям: механике, программированию и теории управления. Более того, дети уже в рамках начального и среднего образования понимают: у них есть возможность решать реальные практические задачи.

Робототехника – это область техники, связанная с разработкой и применением роботов, а также компьютерных систем для управления ими, сенсорной обратной связи и обработки информации.

Зачем вводить предмет в школьную программу? Робототехника позволит вовлечь учащихся в процесс, мотивировать их на учебную деятельность, разнообразить программу, использовать групповые методы обучения, наладить межпредметные связи. К числу плюсов также стоит отнести практическую составляющую предмета и его профориентационное значение.

5 плюсов робототехники в школе

1. Робототехника может стать стартовой площадкой для школьников, "горящих" техническими науками

Сам процесс роботостроения позволяет развить несколько компетенций за раз, более того, применить свои практические навыки сразу в нескольких дисциплинах.
Удивительно наблюдать, как любовь детей к определенному предмету растет благодаря новым возможностям. И даже у тех, кто не горел особыми чувствами к математике или физике.

Некоторые из учеников проявляют интерес к 3D-печати, программированию и даже доходят до любимых занятий юности их родителей и дедушек: разбору и сборке бытовой техники (чей папа в детстве не разбирал радио или часы?). Вы можете наблюдать самостоятельно, как школьники выстраивают собственную траекторию обучения, потому что робототехника – по-сути, предоставляет им открытую платформу для творчества и экспериментов. Что касается педагогов, то учебная программа по робототехнике позволит в полной мере применить тот самый индивидуальный подход и помочь ребенку найти себя.

Если вы уже используете современные образовательные технологии на своих уроках, то рады пригласить к участию во всероссийском конкурсе iУчитель-2018. Прием заявок продлится до 11 февраля.

2. Хорошая учебная программа по робототехнике позволит развивать лидерские качества у учеников

Когда учащиеся взаимодействуют с роботами в классе и заставляют их выполнять различные движения и задачи, они развивают и совершенствуют свои сильные качества и стороны.

Робототехника – это предмет, где требуется слаженная работа в команде, и где каждый ученик сможет взять на себя роль, которая удается ему лучше всего. Кто-то быстро схватывает задачу и хорошо выражает свои идеи на бумаге, есть ученики, которые ведут себя "тише", но отлично кодируют, выполняют технические задачи и даже поддерживают дисциплину в команде, напоминая, что надо сосредоточиться на задаче. Благодаря объединенной работе оба типа учеников развивают свои качества, выражают идеи и создают наилучший конечный результат. Умения понимать в чем твоя сильная сторона, кооперироваться и договариваться будут иметь важное значение в жизни детей, независимо от того, станут ли они художниками, бизнесменами, менеджерами или инженерами.

Что использовать? Большинство школ закупает действительно хорошую конструкторскую базу – Lego Education (тут все зависит от возраста детей и уровня подготовки: WeDo или Mindstorms NXT).

3. Робототехника может научить школьников, как работать на разных технологических и информационных платформах

Социальные медиа стали частью нашей повседневной жизни, и использование их для школьников сегодня так же естественно, как пользоваться ручкой и карандашом. Не буду отрицать: в социальных сетях много полезных и классных ресурсов и вещей, но также много потенциальных опасностей и контента, которого стоило бы избегать.

Рассказывает один европейский учитель: "У нас в классной комнате есть полутораметровый робот по имени Твич. Твич имеет собственную учетную запись в Twitter. Школьники ежедневно обновляют профиль и рассказывают от имени Твича об экспериментах и своей работе. Так что робототехника учит не только изгибать свои "математические мышцы", но и может показать, как "серфить" в Интернете или грамотно вести переписку".

Где использовать? Сегодня робототехнические конструкторы используются для проведения демонстрационных учебных экспериментов по физике, химии, биологии, математике, программированию. Все это позволяет познакомить школьника с законами мира на практике.

Оставайтесь с нами! Зарегистрируйтесь, чтобы узнавать первыми о публикации свежих статей, новостных материалов и об анонсах интересных мероприятий.

4. Робототехника может стать основой для формирования сообщества и мотивацией для роста

Школьное сообщество, по свидетельствам психологов и методистов, имеет многочисленные преимущества: улучшение посещаемости и оценок, формирование комфортной эмоциональной атмосферы – уменьшение количества поведенческих проблем. Самое главное, пожалуй, это формирование позитивной мотивации в отношении образования в целом.

Преподавание робототехники в классе может создать чувство общности, которое расширится до сообщества в его полноценном понимании. В России есть школы, ученики которых уже представляли своих роботов на региональных и международных выставках и конкурсах. Это их "минута славы", их продукт, в который они вложили усилия, так что необходимость ради такого поработать и взять на себя ответственность становится не препятствием, а, наоборот, стимулом.

Благодаря указанным возможностям, школьники начинают рассматривать робототехнику как нечто большее, чем просто проект для оценки, а скорее как инструмент, который может вдохновлять других.

5. Робототехника учит работать в команде

Робототехника учит навыкам командной работы – это факт, причем педагогически полезный. Понятно, что не все ваши ученики собираются пойти работать в Роскосмос или хотя бы пойдут учиться в МГТУ им. Баумана. Тем не менее, навыки командной работы и понятие личной ответственности, возникающее при разделении обязанностей, приобретенные на уроках робототехники, они будут использовать в течение всей жизни.

Когда учащиеся работают в группах над проектом, они быстро видят: технические навыки и кодирование важны. Однако их робот не будет двигаться, если они не знают, как сотрудничать с другими участниками и сообщать свои идеи. На русском языке или на уроке алгебры, увы, довольно трудно научиться выражать себя и учиться слушать других.

Подведем итог: мы живем в XXI веке, и этот факт вносит свои коррективы в современное образование. Нашим детям предстоит занять другие должности, по-другому общаться и уметь делать другие вещи, чем мы с вами. Наша задача: не мешать, а помочь.

Хорошим подспорьем в обучении технологии в 5-9 классах станет рабочая программа линии УМК Е.С.Глозмана, О.А.Кожиной, Ю.Л.Хотунцева, Е.Н.Кудаковой. Доступна к просмотру и бесплатному скачиванию.

В статье излагается возможность внедрения в образовательный процесс элементов робототехники. Представлен анализ использования среды MRDSпри изучении информатики в 7–9 классах на примере программы Л. Л. Босовой.

Ключевые слова: программирование, алгоритмизация, образовательная робототехника, универсальные учебные действия, общеобразовательная школа.

Сегодня человеческая деятельность в технологическом плане меняется очень быстро, на смену существующим технологиям и их конкретным техническим воплощениям быстро приходят новые. В этих условиях велика роль фундаментального образования, обеспечивающего профессиональную мобильность человека, готовность его к освоению новых технологий, в том числе информационных. Поэтому в содержании курса информатики основной школы целесообразно сделать акцент на изучении фундаментальных основ информатики, выработке навыков алгоритмизации.

Содержание основного курса информатики можно представить в виде содержательных линий. Особое внимание в средних классах при изучении информатики уделяется алгоритмической линии. Это объясняется возможностями данной линии развивать у обучающихся алгоритмическое и логическое мышления, интеллектуальные способности и способы деятельности, которые необходимы им для успешной учебной деятельности.

Одним из развивающихся на сегодняшний день направлений программирования является образовательная робототехника.

Робототехника — это прикладная наука, занимающаяся разработкой и эксплуатацией интеллектуальных автоматизированных технических систем для реализации их в различных сферах человеческой деятельности [8].

Образовательная робототехника способствует эффективному овладению обучающимися универсальными учебными действиями, так как объединяет разные способы деятельности при решении конкретной задачи. Использование конструкторов значительно повышает мотивацию к изучению информатики на ступени основного общего образования, способствует развитию коллективного мышления и самоконтроля.

- конструкторы с элементами робототехники дают возможность учащимся манипулировать не только виртуальными, но и реальными объектами. Настройка и обработка информации с помощью датчиков дают школьникам представление о различных вариантах понимания и восприятия мира компьютеризированными системами;

- виртуальные среды позволяют управлять запрограммированными роботами, а также непосредственно создавать окружающие предметы. Всё это позволяет объединять учащихся в группы по интересам и разделять обязанности — кто-то программирует робота, кто-то создает окружающую среду. Коллективная работа позволяет учащимся получать навыки сотрудничества при разработке проекта, что особенно актуально в настоящее время.

Можно сделать вывод о целесообразности введения образовательной робототехники в учебный процесс.

В настоящее время активно осуществляется внедрение образовательной робототехники. Главной задачей остаётся определение оптимальных форм обучения.

В. А. Сластёнин даёт следующую классификацию форм обучения, в зависимости от структуры педагогического процесса [8].

Рис.1. Классификация форм обучения по В. А. Сластёнину

Мы считаем, что оптимальным является сочетание основной и вспомогательной формы обучения, а именно, внедрение элементов робототехники в содержание обязательных школьных предметов, прежде всего информатики и параллельное посещение элективных курсов. С нашей точки зрения, наиболее эффективным является использование элементов робототехники при изучении учебного материала алгоритмической линии. Рассмотрим возможности параллельного изучения программирования и робототехники в 7–9 классах. Введение элементов робототехники при изучении программирования позволит разнообразить учебную деятельность, использовать интерактивные методы обучения, тем самым повысить мотивацию учащихся к изучению предмета.

Анализ примерной программы по информатике Л. Л. Босовой [5] показывает, что на изучение алгоритмической линии отводится 28 часов. Проанализируем изучаемые разделы и целесообразность использования элементов робототехники. Так как большинство российских школ, на данном этапе развития образовательной робототехники, не снабжены комплектами роботов, мы будем рассматривать возможности на примере бесплатной программной среды управления роботами Microsoft Robotics Development Studio.

Аннотация. В данной статье рассматривается вопрос о проблемах внедрения робототехники в школе. В статье рассмотрены вопросы о плюсах внедрения предмета робототехника, о возможностях применения данной дисциплины для школьников, рассматривается возможный образовательный эффект от изучения данного предмета. Так же в статье приводится пример мастер-класса для популяризации предмета робототехники и формирования устойчивого учебного интереса для данного предмета.

Ключевые слова: робототехника, информатизация, образование, мастер-класс.

Сейчас очень остро встал вопрос по каким программам преподавать технологию в школе. Современный мир диктует свои новые тенденции, и внедрение в образование новых технологий. К таким технологиям относится робототехника.

Робототехника – прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем. Робототехника опирается на такие дисциплины, как электроника, механика, программирование [5].

Образовательная робототехника – это новая, актуальная педагогическая технология, которая находится на стыке перспективных областей знания: механика, электроника, автоматика, конструирование, программирование и технический дизайн [2].

В XXI веке робототехника становится одним из наиболее значимых и перспективных направлений научно-технического прогресса, в котором проблема искусственного интеллекта тесно взаимосвязана с разработкой новых технологий. Рассмотрение этого направления в рамках образовательного процесса происходит в области информатики, информационных и коммуникационных технологий, поэтому внедрение роботов в образовательный процесс имеет особое значение. Большую значимость среди образовательных роботов в настоящее время имеют роботы – конструкторы [3].

Молодежный парламент при Государственной Думе РФ рассматривает вопрос о внедрении в российских школах уроков робототехники. Инициативу обсудили на круглом столе, который был посвящен обеспечению цифровой экономики квалифицированными кадрами.

Занятия по робототехнике сегодня разрабатывают во многих школах в качестве внеурочной деятельности или кружков. Так же рассматривается вопрос о введении робототехники как самостоятельной дисциплины.

Принципиально важно сквозное изучение робототехники, потому что она позволит детям приобретать комплексные навыки, от программирования и информатики до дизайна. Кроме того, это сформирует запрос на изучение других дисциплин и дополнительное образование, - говорит Песков [1].

Предмет робототехника в школе — это несомненный плюс, так как реализуется одна из главных задач школы: научить учеников применять приобретенные знания. При работе с робототехникой учащиеся на практике применяют свои знания, которые получили на занятиях по предметам: математика, физика, конструирование, труд, химия, биология, информатика. Робототехника позволяет на практике более широко изучить многие темы по основным предметам, позволяет раскрыть потенциал учащегося и помочь ему в дальнейшем с выбором будущей профессии [4].

Создание проектов, конструирование роботов, проведение научных и исследовательских экспериментов, работа в группах дает ребятам возможность освоить работу в команде, обучает как правильно ставить задачи, как контролировать выполнение решений этих задач, ведению отчётов по выполнению поставленных задач, написанию работ в научном стиле и созданию презентаций, эмоциональному контролю на соревнованиях и конкурсах, публичному выступлению. Также робототехника помогает решать такую задачу как умение работать в команде. Поставленные перед ребятами задачи и возникающие проблемы дают возможность ученикам сплотиться, почувствовать себя частью команды. Решая задачи вместе, ребята анализируют возникающие проблемы, разрабатывают план для её решения, распределяют каждому роль для выполнения подзадач, выполняют поиск ресурсов от информационных до материальных. В процессе обучения обучающимся предоставляется возможность воспитывать в себе лидерские качества, формировать умение проявлять инициативу, развивать творческие способности.

Все эти плюсы внедрения робототехники обращают наш взор, учителей-практиков, вплотную заняться этим вопросом. Но сразу на первом этапе встает вопрос как оформить документацию в школе, чтобы ни у Департамента образования, ни у родителей не возникало вопросов. Если внедрять робототехнику в рамках уроков технологии, то здесь возникает на данный момент достаточно серьезная проблема. Дело в том, что для того, чтобы ввести в школу авторский курс необходим одобренный УМК и наличие учебника в федеральном перечне учебников на соответствующий год. На сегодняшний день есть УМК и учебник по робототехнике, но он не включен в федеральный перечень. Потому перед учителем технологии, желающим внедрять робототехнику стоит дилемма: либо оставлять календарно-тематическое планирование по существующим учебникам технологии, а преподавать робототехнику, но в этом случае получать от родителей обучающихся претензии о наличии оценок не за прописанные в журнале темы, либо загружать календарно-тематическое планирование по робототехнике, но при этом получать замечания от Департамента образования за преподавание предмета без учебников.

Мы понимаем, что процесс создания учебника и включения его в федеральный перечень может затянуться на длительное время.

Мы считаем, что данную проблему можно решить с помощью кружков, мастер-классов, а также проекта Московская Электронная Школа (далее – МЭШ). Сегодня, благодаря проекту МЭШ мы можем изучать предмет по материалам, загруженным в библиотеку МЭШ, без необходимости выдавать обучающимся бумажные носители этих материалов. Следовательно, разрабатывая контент уроков по робототехнике, мы решаем проблему отсутствия учебников и имеем возможность загружать авторское тематическое планирование по предмету.

Так в ГБОУ школа № 2033 периодически проходят научно-практические конференции для учащихся, родителей, педагогов. На данном мероприятии проводятся мастер классы по ознакомлению с конструктором Lego Mindstorms EV3 и программным обеспечением LEGO MINDSTORMS EDUCATION EV3. Например, целью одного из мастер-класса было профориентация обучающихся, пропедевтика навыков программирования, знакомство с программой робототехники в школе и возможностями конструктора, а также демонстрация работ обучающихся, посещающих занятия по робототехнике.

Далее вашему вниманию представлен конспект одного из таких занятий.

Планируемые образовательные результаты:

предметные – развитие умений и навыков работы с конструктором LEGO; умение читать программу для управления роботом Legoо; обнаруживать и исправлять ошибки при работе с конструктором LEGO; формирование умения автоматизировать и решать поставленные задачи, используя компьютер как инструмент;
метапредметные – формировать умение работать в команде (слышать и слушать других членов группы, умение согласованно работать в группе); формировать умение строить речевое высказывание в соответствии с целью; формировать умение оценивать учебные действия в соответствии с поставленной задачей;
личностные – формирование эмоционального отношения к учебной деятельности и общее представление о моральных нормах поведения; развитие навыков сотрудничества в разных ситуациях; развитие умения не создавать конфликтных ситуаций и находить из них выходы; формирование осознания ценностей здорового образа жизни за счет знания основных гигиенических, эргономических и технических условий безопасной эксплуатации средств ИКТ; развитие способностей увязывать учебное содержание с собственным жизненным опытом; разработка мелкой моторики рук.

Решаемые учебные задачи:

на основе демонстрации роботов рассказ о различных вариантах конструкции роботов, возможностей конструктора LEGO MINDSTORMS;
знакомство учеников с приемами работы в виртуальной среде LEGO MINDSTORMS EDUCATION EV3;
закрепление полученных знаний с помощью интерактивных заданий;
формирование устойчивого интереса к предмету.

Добрый день. Ребята, сегодня у нас с вами необычный урок. Тему нашей встречи, я думаю, что вы сможете сообщить мне после некоторой демонстрации. Со мной сегодня работают мои 2 помощника – это ученики 7 класса.

Демонстрация готовых моделей роботов (модели демонстрируют помощники).

Помощники: Сейчас мы вам покажем модель робота сортировщика. Он умеет ездить по черной линии, захватывать кубик, определять цвет кубика и отвозить в специально отведенное для этого цвета место.

Вот еще пример робота, который может видеть препятствия и уходить от них, умеет останавливаться по датчику касания и определять цвета, а также умеет ездить с пульта. Данную модель собрал ученик 4Ю класса.

Данный робот имеет конструкцию шагающего робота.

Учитель: Скажите, кто догадался, о чем сегодня пойдет речь? Вам, ребята, интересно как создаются подобные роботы? Хотели бы научиться их конструировать и программировать?

Тогда давайте попробуем окунуться в этот удивительный, интересный мир.

Сегодня мы с вами познакомимся с основными деталями конструктора Mindstorm EV3 и процессом создания программ. Программы создаются в визуальной среде программирования. Освоить такую среду программирования легче, потому что команды представлены в виде картинок. Вы просто выбираете нужную и соединяете между собой. Ну а теперь все по порядку.

Это кураторы ваших команд (помощники). Они сегодня помогут вам узнать назначение основных деталей конструктора и составлять программы. Давайте разделимся на две команды. Итак, перед вами базовая модель робота. Сейчас ваши кураторы расскажут назначение основных деталей конструкции.

Помощники показывают на роботах, где располагаются большие моторы, средний мотор, как работает захват, датчики (датчик цвета, датчик касания), блок управления.

Учитель: Проведем небольшую викторину. Отвечают команды по очереди. Я приготовила для вас черный ящик. Один представитель от команды вытаскивает из ящика деталь и говорит ее название и назначение.

Детали: большой мотор, средний мотор, датчик касания, датчик цвета, большое колесо, малое колесо, блок управления, шестерня, ось.

Учитель: Ну а сейчас перейдем к практике. Ведь интересно не только собрать робота, но и сделать так, чтобы он сам выполнял какие-либо действия. Для этого используем среду программирования LEGO MINDSTORMS EDUCATION EV3.

Начнем с самого простого. Давайте включим один большой мотор, который передает вращение на колесо у наших роботов. И посмотрим, что из этого получится.

Кураторы, вам слово.

Помощники рассказывают о команде интерфейс ПО и как написать программу для объявленной задачи.

Рис. 1. Движение по кругу. Подключение движения одного колеса

Учитель: Ребята, почему робот ездит по кругу?

Дети (правильный ответ): Потому что один мотор подает вращение только на одно колесо.

Учитель Правильно. Что нужно сделать чтобы робот поехал прямо?

Дети (правильный ответ): Включить второй мотор.

Передаю слово вашим кураторам.

Рис. 2. Движение прямо. Подключение движения второго колеса

Пробуем запускать нашего робота. Теперь он едет прямо!

Учитель: Усложняем задачу. Пусть наш робот будет двигаться прямо до тех пор, пока не встретит препятствие. Как вы думаете какой датчик нам для этого нужен?

Дети (правильный ответ): Датчик касания.

Сейчас кураторы вам помогут модернизировать робота и установить датчик касания. Кураторы показывают, как на базовую модель робота установить датчик касания и подключить его к блоку управления.

Рис. 3. Подключение датчика касания

Проверяем как работает наш робот. Поставим для него препятствие. Отлично, робот остановился.
Учитель: Следующая задача будет еще сложнее. Мы будем учиться использовать датчик цвета. У нас есть поле с черными линиями. Задача научить робота ездить по черной линии. Кураторы, вам слово.

Рис. 4. Включение датчика света

В первом условии мы выключим один мотор, а второй включим и наш робот повернется. Во втором условии сделаем наоборот. Таким образом наш робот будет менять направление если потеряет датчиком черную линию. Программа будет выглядеть так (см. рисунок 5).

Рис. 5. Переключение датчика при потере черной линии

Учитель: Чуть усложняется задача. Как только робот увидит черную линию в виде пересечения, он должен остановиться.

Помощники: Для решения этой задачи нам понадобиться второй датчик цвета. Давайте его установим (помогают устанавливать на робота второй датчик цвета). Теперь наш цикл не должен быть бесконечным. Он должен закончиться, когда второй датчик встретит черную линию.

Программа будет выглядеть так (см. рисунок 6):

Рис. 6. Включение второго датчика цвета

Запускаем робота. Отлично. Все получилось.

Учитель: Вы отлично потрудились. Проверим как вы запомнили основные блоки программы. И опять викторина. Правила теже. Представитель команды подходит и берет лист с изображением и называет что это за программный блок (см. рисунок 7).

Рис. 7. Викторина (переключение блоков программ)

Ну что же, вы молодцы! А теперь немного поиграем с нашими роботами и устроим эстафету. Мои помощники заранее создали прораммы для роботов так, что они превратились в радиоуправлемые машинки. Задача будет такова. Нужно проехать по кругу как можно быстрее и передать пульт следующему игроку. Побеждает та команда, чей робот приедет к финишу первым.

Вам 2 минуты чтобы попрактиковаться с управлением.

На старт, внимание, марш!

Попросим нашего эксперта записать очки выигравшей команде.

Ну как, ваш азарт еще не пропал? Тогда еще одно испытание. Перед вами поле для соревнований по сумо. Задача вытолкнуть с поля противника или перевернуть его. Можно пользоваться захватом, установленном на роботе. Мои помощники покажут вам как им управлять. Играют командиры команд.

Готовы? На старт, внимание, марш!

Lagashina N.I.,
master of the Moscow City University, Moscow
Nazarovo T.V.,
master of the Moscow City University, Moscow

Annotation. This article discusses the problems of introducing robotics in school. The article considers the issues of the advantages of introducing the subject of robotics, the possibilities of applying this discipline for schoolchildren, considers the possible educational effect of studying this subject. The article also gives an example of a master class for popularization of the subject of robotics and formation of a stable educational interest for this subject.
Keywords: robotics, informatization, education, master class.

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

Читайте также: