Аннотация
В данной статье рассмотрена особенность внедрения и создания учебной программы и методического пособия по дисциплине робототехника, рассматриваются ключевые моменты разработки методической литературы, рассмотрен пример учебной программы.
В настоящее время в системе образования наблюдается активное и массовое внедрение робототехники в учебный процесс. Во многих странах, в том числе и в Казахстане, робототехника является уже отдельной дисциплиной не только в профильных вузах, но и в школах, и, соответственно, в педагогических вузах.
Востребованность специалистов, обладающих знаниями в этой области, ежегодно растет. Это обусловлено многими объективными факторами, решающим из которых, конечно же, является бурное развитие робототехники.
Сферы применения роботов и робототехники различны: образование, медицина, строительство, геодезия, метеорология и т.д. [1].
Стоит отметить тенденцию интеграции робототехники сдругими науками. В качестве примера приведемуже реализованную робототехническую эмуляцию червя c.Eleganc (рисунок 1).
Ученые - нейробиологи в союзе с программистами и специалистами по нейросетям сумели составить полную математическую модель коннектома этого червя. Следующее, что они сделали, это описали математическую модель с помощью языка программирования C++, использовав для компиляции и исполнения написанного кода две аппаратные платформы - ARDUINOMindstormsH Arduino. В результате были получены два эмулированных червя, с поведением, соответствующим поведению живой особи на 99,8% [2].
Применение возможностей робототехнических комплексов на основе ARDUIN0 в школе в рамках дисциплин математики, информатики и технологии является пропедевтикой отработки профессиональных навыков сразу по нескольким смежным дисциплинам: механика, теория управления, программирование, теория информации. А использование датчиков поможет выстроить межпредметные связи с физикой, биологией и химией.
Востребованность комплексных знаний способствует развитию коммуникативных навыков между творческими командами учащихся. Кроме того, ученики уже в процессе профильной подготовки сталкиваются с необходимостью решать реальные практические задачи [3].
Ввиду того, что внедрение робототехники в образование - явление относительно новое, возникает естественная потребность в создании методик и технологийпреподавания робототехники.
В рамках исследований, проводимых на кафедре «Информационные системы» СКГУ им. М.Козыбаева, разрабатываются методики и технологии преподавания робототехникив школах и педагогических вузах Казахстана.
Разрабатываемая методикадолжна способствовать развитиюличностных качеств, позволяющих творчески и продуктивно решать как производственные, так и повседневные задачи с использованием средств робототехники, что будет в том числеспособствовать успешной социализации личности в современном высокотехнологичном обществе.
В статье предлагается краткое описание методики.
Цель изучения дисциплины «Робототехника» в школе: формирование интереса к техническим видам творчества, развитие конструктивного мышления средствами робототехники.
Задачи:
Образовательные:
- Развивать навыки конструирования.
- Ознакомить с основами программирования робототехнических комплексов на основе ARDUIN0 (может применяться и другая платформа).
Формировать умения работать по предложенным инструкциям.- Формировать умения творчески подходить к решению задачи;
- Обогащать информационный запас обучающихся научными понятиями и законами.
Развивающие:
E Развивать эмоциональную сферу ребенка, моторные навыки, образное мышление, внимание, фантазию, пространственное воображение, творческие способности;
2. Развивать умение довести решение задачи до работающей модели;
3. Развивать умение излагать мысли в четкой логической последовательности, отстаивать свою точку зрения, анализировать ситуацию и самостоятельно находить ответы на вопросы путем логических рассуждений.
Воспитательные:
- Формировать коммуникативную и общекультурную компетенции.
- Формировать культуру общения в группе.
- Формировать умение работать над проектом в команде, эффективно распределять обязанности.
Результативность. План реализации программы дисциплины рассчитан на 1 учебный год. Программа рассчитана на обучение учащихся 6-8 классов.
Режим организации занятий
Общее количество часов в год - 68 часа, в неделю - 2 часа. Занятия проводятся по 1 академическому часу.
После каждого теоретического занятия следует творческая мастерская, предполагающая применение полученных теоретических знаний на практике.
Формы и режим занятий
Групповые или индивидуальные формы занятий в зависимости от типа моделей (авторская модель, базовая модель). Конкретные формы занятий (игра, беседа, соревнования, конференция)
Планируемые личностные и метапредметные результаты освоения обучающимися программы курса.
- Коммуникативные универсальные учебные действия: формировать умения слушать и понимать других; формировать и отрабатывать умения согласованно работать в группах и коллективе; формировать умения строить речевое высказывание в соответствии с поставленными задачами.
- Познавательные универсальные учебные действия: формировать умения извлекать информацию из текста и иллюстрации; формировать умения на основе анализа рисунка-схемы делать выводы.
- Регулятивные универсальные учебные действия: формировать умения оценивать учебные действия в соответствии с поставленной задачей; формировать умения составлять план действия на уроке с помощью учителя; формировать умения мобильно перестраивать свою работу в соответствии с полученными данными.
- Личностные универсальные учебные действия: формировать учебную мотивацию, осознанность учения и личной ответственности, формировать эмоциональное отношение к учебной деятельности и общее представление о моральных нормах поведения.
Ожидаемые предметные результаты реализации программы
Первый уровень
у обучающихся будут сформированы:
- основные понятия робототехники;
- основы алгоритмизации;
- умения автономного программирования;
- знаниясредыАШЭиШО;
- основы программирования на ARDUINO;
- умения подключать и задействовать датчики и двигатели;
- навыки работы со схемами.
Второй уровень
обучающиеся получат возможность научиться:
- собирать базовые модели роботов;
- составлять алгоритмические блок-схемы для решения задач;
- использовать датчики и двигатели в простых задачах.
Третий уровень
обучающиеся получат возможность научиться:
- программировать на ARDUINO;
- использовать датчики и двигатели в сложных задачах, предусматривающих многовариантность решения;
- проходить все этапы проектной деятельности, создавать творческие работы.
Использование робототехники позволяет:
- реализовывать в образовательном процессе системно-деятельностный подход;
- развивать навыки коммуникации и обогащать словарный запас детей путем организации работы детей в группах, а также презентации своих проектов;
- учить детей пространственной ориентации, помогать им осваивать понятия: слева, справа, над, под, за, перед, около и т.д.;
- развивать координацию движений, ручные навыки, мелкую моторику;
- воздействовать на развитие у учащихся познавательных процессов (сенсорное развитие, развитие мышления, внимания, памяти, воображения), а также эмоциональной сферы и творческих способностей.
Содержание программы (разделы).
- Робототехника. Основы конструирования.
Основные определения. Классификация роботов по сферам применения. Детали платформы ARDUINO. Знакомство с блоком ARDUINO, сервомоторами, датчиками (рисунок 2).
- Алгоритмизация. Автономное программирование.
Типы алгоритмов. Создание программ с использованием автономного программирования блока ARDUINO.
- Программирование в среде ARDUINO.
Понятие среды программирования. Среда программирования ARDUINO, основные особенности. Создание программ в среде программирования
ARDUINO. Создание базовых программ, предусматривающих использование различных датчиков, решение задач смешанного типа. Соревнования роботов.
В рамках создания соответствующего методического пособия также разрабатываются специализированные интерфейсы управления роботами на основе Arduino, в том числе и беспроводные интерфейсы, позволяющие взаимодействовать и управлять роботом на расстоянии [4]. Реализация подобных интерфейсов так же основывается на огромном многообразии периферийных датчиков для платформы Arduino. Количество таких датчиков и приборов очень большое, и их функционал по количеству возможностей тоже довольно обширен. Это позволяет сделать данную робототехническую платформу универсальной не только в образовательном плане.
Исходя из вышесказанного, по мнению авторов, ввиду новизны самой предметной области образовательной робототехники, необходимы дальнейшие исследования в области технологий и методик преподавания робототехники в школах и в педагогических вузах.
Литература:
- Ивановский А.В. Начала робототехники: материал технической информации для подготовки методических пособий . Минск: Вышэйш. шк„ 1988. - 219 с.
- Интеллектуальные роботы: учеб, пособие по направлению "Мехатроника и робототехника" И.А.Каляев [и др.]; под общ. ред.Е.И. Юревича. M.: Машиностроение. 2007. - 360 с.
- Соловьёв. А.В. Когнитивная психология и искусственный интеллект: науч, аналит. обзор А.В. Соловьев; Рос. акад, наук, Ин-т науч, информ, по обществ, наукам. M.: [б. и.], 1992.-77 с.
- Конюх, В.Л. Основы робототехники: учеб, пособие для вузов по направлениям подготовки 220300 "Автоматизация технол. процессов и пр-в" и 220400 "Мехатроника и робототехника" н/Д: Феникс. 2008. - 282 с.