Тема 2.Роботы в нашей жизни

Тема 2.Роботы в нашей жизни

Мир, в котором мы живем, меняется просто стремительно. Гигантские жилые комплексы, супермаркеты, «умные» машины, роботизированные производства и множество интеллектуальных сервисов стали обычными в нашей жизни. Автоматы и промышленные роботы заменяют человека в сложных технических производствах.

Современный мир составляют системы искусственных технических предметов и сооружений, которые изготавливаются и используются человеком, и преобладают в его окружении. Появился новый термин, который обозначает такое состояние общества, — техносфера. Человек должен научиться ориентироваться в составляющих техносферы. Это предопределяет качество его жизни и деятельности. Плюс ко всему, робототехнические решения становятся все более востребованными и распространенными, а области их применения расширяются. Уже сейчас можно выделить следующие категории роботов: промышленные (роботизированные станки), военные (беспилотники, радиоуправляемые боевые машины, саперы), бытовые (капсульные кофе- машины, «умные» пылесосы), медицинские, транспортные (автономные роботы на складе Amazon), морские, сервисные (беспилотные морские суда, помощники в аэропортах), экзоскелеты (расширение возможностей человеческого тела, восстановление утраченных функций опорно-двигательного аппарата), человекоподобные (Asimo компании Honda), шагающие, космические (луноходы, марсоходы, зонды).

Все достижения современного цифрового века связаны:

- с высокой автоматизацией промышленного производства;

- доступностью сетевых сервисов, информационных продуктов;

- расширением взаимосвязи между технологическими отраслями за счет использования телекоммуникаци­онных решений;

- появлением «умных» домов, машин, офисных про­странств и пр.;

- значительным уменьшением размеров цифровых устройств при увеличении их возможностей.

Современный школьник воспринимает изменения как обыденные явления, это его обычный мир, он легко в нем ориентируется, принимает новые форматы взаимодействия естественно. Появился новый тип обучающихся — социально вовлеченных, мотивированных и целеустремленных. Этот факт системе образования надо использовать для всеобщей пользы. Предложить детям новый тип взаимоотношений в процессе обучения: сотрудничество, неформальное взаимодействие и исследовательские проекты. В результате получаемый опыт исследователя является самым ценным личным достижением каждого ребенка! Каждый ребенок имеет право на успех!

Когда учителю самому интересно узнавать новое — ребенку тоже будет интересно взаимодействовать с учителем. Не стоит бояться, что не хватит знаний, «нельзя объять необъятное», но попробовать-то можно!

Погружение в техническую тему — сильная мотивация для всех. Для этого годится все динамичное: видеоклипы, презентации, дополненная реальность, репортажи с конкурсов, интервью детей. В новой информационной образовательной среде ме­няется все: содержание образования, способ его получения и результат.

Что такое «робот»? Робот — это независимое техническое устройство, выполняющее какие-либо операции с объекта­ми реального мира без непосредственного управления чело­веком.

Рассмотрим различные категории роботов.

Промышленные — это роботы, выполняющие рутин­ную или тяжелую работу за людей на производстве (рисунок 1). Сегод­ня трудно представить автомобильный завод или пищевую фабрику без автоматизированных и робототехнических устройств.

Рисунок 1 – Роботы на фабрике напитков

Военные — роботы, выполняющие боевые задачи раз­ведки, разминирования, ликвидации противника, доставки грузов (рисунок 2).

Рисунок 2 – Мобильный робототехнический комплекс

 

Бытовые — роботы, доступные каждому и продающи­еся в ближайшем магазине электроники: робот-пылесос, мойщик окон, капсульная кофемашина и др. (рисунок 3).

Рисунок 3 – Робот-мойщик

 

Медицинские — роботы, используемые при проведе­нии хирургических операций, реабилитации, диагностики заболеваний (рисунок 4).

Рисунок 4 – Робот-хирург

 

Транспортные — роботы, обеспечивающие перемеще­ние человека и/или грузов в автоматическом режиме (рисунок 5).

Рисунок 5 – Робот-погрузчик

 

Сервисные — роботы, призванные помогать человеку во многих ситуациях: бытовых, в путешествиях, ресторанах, залах регистрации и пр. Обычно они мобильны, оснащены технологией обратной связи, распознавания речи, что делает их похожими на человека (рисунок 6).

Рисунок 6 – Дворецкий в аэропорту

Экзоскелеты — важное технологическое достижение отрасли роботостроения, призванное расширить имеющиеся возможности человеческого тела и восполнить утраченные (рисунок 7).

Рисунок 7 – Экзоскелет восполняет утраченные функции нижних конечностей

Это далеко не полный список классов роботов, но уже и он дает понять — роботы в нашей повседневной жизни есть, а их роль и присутствие будут увеличиваться с течени­ем времени.

Тема 3.Образовательная робототехника

Образовательная робототехника – это новое междисциплинарное направление обучения школьников, интегрирующее знания о физике, мехатронике, технологии, математике, кибернетике и ИКТ, позволяющее вовлечь в процесс инновационного научно-технического творчества учащихся разного возраста.

Она направлена на популяризацию научно-технического творчества и повышение престижа инженерных профессий среди молодежи, развитие у молодежи навыков практического решения актуальных инженерно-технических задач и работы с техникой.

Действительно, робототехнику в школе можно разделить на три вида:

1. Образовательная

2. Спортивная (соревновательная)

3. Творческая

Самой развитой в нашей стране сегодня остается спортивная робототехника. Она решает олимпиадные задачи. Например, классическая свободная категория всероссийского этапа WRО (Международная олимпиада роботов) включает в себя троеборье:

• Лабиринт — прохождение автономным роботом произвольного лабиринта.

• Манипулятор — сборка робота-манипулятора, способного переставлять и сортировать объекты.

• Траектория — езда мобильного робота по заданной траектории.

Помимо того, что робот должен решить поставленную задачу, ему необходимо завершить все операции за кратчайшее время.

Спортивная робототехника получила широкое развитие из-за понятного формата олимпиады и необходимости демонстрации своих достижений теми учениками, которые увлеклись робототехникой в школьных кружках или домах технического творчества.

Однако всем известно, что дети, участвующие в олимпиаде, — это далеко не все дети. А речь идет все же о том, чтобы все обучающиеся могли заниматься робототехникой и применять ее в своей повседневной жизни.

Значит, можно сделать вывод, что спортивная робототехника — не панацея, способная решить насущные вопросы образования.

Творческая робототехника — это любые технологические решения в любой отрасли: от модели автоматического токарного станка до робота, играющего на шестиструнной гитаре. Следовательно, творческая робототехника — это качественно новый уровень деятельности ребенка, предполагающий наличие базовых и продвинутых знаний в этой области.

Таким образом, мы приходим к образовательной робототехнике, отличительными особенностями которой являются:

• Связь с предметами естественнонаучного (информатика, математика, физика, биология, химия) и социально-гуманитарного циклов.

• Умение достигать конкретного результата и понимать смысл обучения.

• Прямая возможность развития универсальных учебных действий.

А значит, образовательная робототехника может быть интересной всем обучающимся. Поэтому позиционировать ее нужно в основной школе.

 

Литература, рекомендованная для изучения.

 

1. Тарапата, В. В. Знакомство с робототехникой - http://xn----8sbhby8arey.xn--p1ai/oborud/video-uroki?layout=edit&id=1544

2. Робототехника: с чего начать изучение, где заниматься и каковы перспективы - https://www.dgl.ru/articles/robototehnika-s-chego-nachat-izuchenie-gde-zanimatsya-i-kakovy-perspektivy_11654.html

3. Государство заинтересовано в развитии робототехники - http://www.iksmedia.ru/news/5079059-Gosudarstvo-zainteresovano-v-razvit.html

 

 

2. Принципы преподавания образовательной робототехники в основной школе

Оглавление

Тема 1. Образовательная робототехника – как средство достижения компетентного подхода к обучению.. 1

Тема 2. Интеграция робототехники и информатики. 6

Тема 3. Интеграция робототехники и технологии. 10

Тема 4. Интеграция робототехники и физики. 13

Тема 5. Вопросы встраивания робототехники во внеурочную деятельность. 13

Литература, рекомендованная для изучения. 18

 

Тема 1. Образовательная робототехника – как средство достижения компетентного подхода к обучению

 

Внедрение компетентностного подхода в практику образования требует поиска особых организационных форм, адекватных для формирования ключевых компетенций.

С каждым годом повышаются требования к современным людям, в части их умений взаимодействовать с автоматизированными системами. А такие составляющие российского образования как естественно-научное и техническое слабо развиты. Целевыми установками для учителя являются компетенции как результат образования, как интегрирующие начала «модели» выпускника школы.

В настоящее время особое внимание уделяется именно сегменту практико – ориентированному обучению, которому отвечает конструирование, в частности – робототехника.

В наше время робототехники и компьютеризации подростков необходимо учить решать задачи с помощью автоматов, которые он сам может спроектировать, защищать свое решение и воплотить его в реальной модели, т.е. непосредственно сконструировать и запрограммировать.

Предмет робототехники – это создание и применение роботов, других средств робототехники и основанных на них технических систем и комплектов различного назначения.

В процесс преподавания робототехники реализуются задачи:

Образовательные:

- использование современных разработок по робототехнике в области образования, организация на их основе активной внеурочной деятельности учащихся

- реализация межпредметных связей с физикой, информатикой и математикой

- решение учащимися ряда кибернетических задач, результатом каждой из которых будет работающий механизм или робот с автономным управлением

Развивающие

- развитие у школьников инженерного мышления, навыков конструирования, программирования и эффективного использования кибернетических систем

- развитие мелкой моторики, внимательности, аккуратности и изобретательности

- развитие креативного мышления и пространственного воображения учащихся

Воспитательные

- повышение мотивации учащихся к изобретательству и созданию собственных роботизированных систем

- формирование у учащихся стремления к получению качественного законченного результата

- формирование навыков проектного мышления, работы в команде

Процесс формирования ключевых компетенций учащихся в курсе робототехники показан в таблице 1.

Таблица 1 - Формирование ключевых компетенций учащихся в курсе робототехники

Ключевая компетенция	Метод формирования компетенции	Пример применения метода формирования компетенции
Учебно - познавательная	Межпредметная связь: математика, физика – при расчётах; информатика – программирование действий робота; черчение - построении чертежей; технология, электроника – конструирование; русский язык, литература – оформление сообщений и творческих проектов.	I уровень: умение пользоваться инструкционной картой; программирование действий робота по образцу; исследовательская работа по моделированию конструкции; оформление и защита работы. II уровень: самостоятельное построение конструкции робота без схем и инструкций; подготовка необходимых формул для расчетов; программирование действий робота в зависимости от поставленной цели; оформление и защита сообщений и творческих проектов.
Информационная	Поиск и сбор информации Обработка информации Передача информации	Поиск информации по роботам в сети Интернет. Изучение найденных образцов моделей и анализ их конструкций. Подготовка сообщения по теме возможной реализации найденных конструкций, внедрения новых элементов.
Коммуникатив ная	Методы, ориентированные на устную коммуникацию	Подготовка сообщений отдельных учеников или групп учеников; коллективное обсуждение общего порядка работы при реализации проекта.
Кооперативная	Методы в рамках групповой работы	Групповая проектная работа, включающая в том числе, распределение ролей ответственности каждого участника группы.
Проблемная	Проектная деятельность исследовательского характера	Создание модели по заданным условиям: конструирование и программирование автономного робота, способного отталкиваться от препятствия, отбивать мяч, передвигающегося по сложной траектории. Демонстрация готовых моделей; корректировка работы датчиков; выявление удачных решений и недостатков конструкций

 

Может ли робототехника сейчас в основной школе интегрироваться с учебными предметами и решать образовательные задачи в полной мере, т. е. без дополнительных часов отдельного предмета?

Прежде всего, нас интересует содержательная интеграция при обучении различным предметам, т. е. существуют ли связи между структурными компонентами содержания образования, позволяющие формировать целостное представление о мире, решающие общие задачи развития и саморазвития ребенка.

Процесс интеграции требует выполнения определенных условий:

• объекты изучения совпадают либо достаточно близки;

• в интегрируемых предметах используются одинаковые или близкие методы исследования;

• содержание интегрируемых предметов строится на общих закономерностях и теоретических концепциях.

Анализируя содержание физики, информатики и технологии, можно сделать вывод о близости объектов изучения этих предметов, о преобладании общих эмпирических методов исследования и общности теоретических концепций, лежащих в основе развития этих предметов на ближайшую перспективу. Остается констатировать, что в настоящее время созданы и нормативные условия для такой интеграции.

ФГОС ООО ориентирован на формирование компетенций средствами всех учебных предметов, содержательная составляющая стандарта не ограничена.

ФГОС ориентирован на достижение требований к результатам освоения основной образовательной программы (ООП), которую каждая образовательная организация составляет и утверждает самостоятельно. Для ориентира приняли ПООП.

Основная образовательная программа состоит из инвариантной и вариативной частей. За счет вариативной части ООП многие школы реализуют самый «мягкий» вариант интеграции, который не требует каких-либо изменений в содержании и последовательности изучения тем по устоявшимся учебным предметам. Часы внеурочной деятельности (1 или 2) выделяют на проектную деятельность или робототехнику. Этот вариант можно считать подготовительным этапом, по которому уже прошли инновационно работающие педагоги и школы. Он позволил раскрыть возможности робототехники и заинтересовать учителей-предметников, администрацию и родителей. В настоящее время в ПООП появился блок робототехники внутри информатики.

Наличие таких предпосылок позволяет перейти к интеграции внутрипредметной, т. е. рассмотреть возможность встраивания робототехники в содержание различных предметов с общей научной и деятельностной составляющими (технологии, информатики, физики и пр.).

Естественнонаучные предметы связаны с робототехникой едиными целевой, вычислительной и аналитической составляющими при проведении испытаний (исследований). Это отражено в планируемых результатах освоения ООП, которые присутствуют во всех естественнонаучных предметах:

• умение проводить практические и вычислительные эксперименты с использованием цифровых измерительных приборов (датчиков).

При этом значительное прикладное расширение получает математический блок, при обработке результатов экспериментов закрепляются вычислительные и аналитические навыки обучающихся. Таким образом, «скучная» математика нужна не потом («в жизни пригодится»), а сейчас: надо посчитать, доедет ли тележка до препятствия, и сколько в метре других единиц измерения.

Тема 5. Вопросы встраивания робототехники во внеурочную деятельность

 

В общеобразовательной школе всегда были популярны разного рода кружки, факультативы, конкурсы, тематические и предметные недели, клубы по интересам, олимпиады.

Педагоги, увлеченные своей профессией, всегда старались поддержать интерес учеников к изучению своего предмета, поэтому наличие в школах вышеперечисленных мероприятий было и по сей день является обязательным компонентом обучения, воспитания и развития личности. Также известно, что внеурочная деятельность позволяет реализовать среду для дифференцированного и вариативного образования детей и маршруты индивидуального развития согласно интересам и потребностям ребенка.

На сегодняшний день статус внеурочной деятельности значительно возрос. Согласно ФГОС нового поколения внеурочная деятельность становится обязательным компонентом ПООП основного общего образования. При этом внеурочная деятельность организуется по векторам развития личности (духовно-нравственное, физкультурно-спортивное, социальное, общеинтеллектуальное, общекультурное).

Образовательное учреждение определяет:

• формы организации внеурочной деятельности;

• принцип чередования урочной и внеурочной деятельностей в рамках реализации ПООП основного общего образования.

Отсюда возникает потребность обеспечения принципиально нового качества образования в рамках не только} урочной, но и внеурочной деятельности. Эта потребность напрямую связывается с созданием новой информационной образовательной среды, которая основывается на системном использовании средств ИКТ.

Помимо прочего, в каждом предметном разделе ФГОС прописана необходимость использования ИК-технологий как инструмента познавательной деятельности учащихся. Так, информационные технологии становятся еще и инструментом установления межпредметных связей и их объединения в учебной деятельности детей.

В условиях перехода образовательных учреждений от ГОС к ФГОС организация внеурочной деятельности должна иметь направленность на освоение и использование средств ИКТ и проектных форм работы по наиболее актуальным и инновационным направлениям.

Таким образом робототехника и вошла во внеурочную деятельность, так как отвечает всем требованиям ФГОС и логично встраивается в ее организационные рамки. Более того, согласно ФГОС, направление внеурочной работы по проектированию и моделированию объектов и процессов должно находить свое отражение в средствах компьютерного моделирования, автоматизации и робототехники.

Однако все больше становится понятна необходимость и проблема внедрения образовательной робототехники в основной образовательный процесс. При этом о вводе нового предмета «Робототехника» пока не говорится.

Поэтому видится возможным включение данного курса в естественнонаучный цикл предметов — технология, информатика, математика, физика, биология, химия — как интегрированного блока, так как вопросы, затрагивающиеся в образовательной робототехнике, напрямую связаны и вытекают из учебных тем данных предметов.

Технология занимает первое место как предмет, динамично изменяющийся в соответствии с реалиями современного мира и социальными запросами, и абсолютно точно будет включать в себя раздел «Технологии автоматизации и Робототехники» на всех ступенях.

В информатике робототехника объединяет целые содержательные линии: «Алгоритмизация и программирование», «Моделирование и формализация», «Информационные технологии».

Самые сложные задачи, решаемые в робототехнике, —это конструкторская и программистская. Таким образом, интернируясь с информатикой, робототехника решит сразу! половину своих собственных задач, но и для информатики! она создаст благодатную почву для изучения алгоритмизации и программирования, упрощения понимания основ алгоритмических конструкций и приемов программирования; своей пропедевтической составляющей позволит подготовить обучающихся к работе с текстовыми языками программирования, излучающимися в старших классах; обеспечит понимание процесса моделирования, создания собственные моделей и формализации поступающей и исходящей информации; а также позволит грамотно использовать средства информационных технологий в учебной деятельности.

Математические модели и методы их построения одна из основ самой робототехники.

Вся деятельность в робототехническом блоке в рамках предметов естественнонаучного цикла после прохождение начального этапа обучения заключается в создании и/или выполнении учебных, соревновательных и творческих проектов, но при этом обеспечивается синергетический эффект по всем предметам.

Говоря о месте робототехники в учебном плане, необходимо помнить о том, что робототехника не должна и ш может занимать собой все учебное время. Поэтому ее место в урочном блоке, например, в 5-6 классах, определяете) практическими, контрольными мероприятиями, резервным временем в рамках предметов: технология, информатика, математика, а во внеурочном — факультативным! часами и в рамках кружков.

Все основные механизмы, конструкторские идеи и приемы программирования, которые необходимы обучающимся для выполнения проектов, должны изучаться и формироваться внутри этих самых проектов или же за счет внеурочной деятельности. Сами же проекты служат в качестве практических, контрольных и, собственно, проектных мероприятий.

Что касается 7-9 классов, то здесь уже расширяются и круг предметов, и возможности элементной базы образовательной робототехники. Именно поэтому робототехнические решения могут занимать время и других естественнонаучных предметов: физики, биологии, химии. Опять же в рамках практических, лабораторных, контрольных работ и внеурочной деятельности.

Таким образом, если смотреть на образовательную робототехнику глобально, то можно увидеть, что данная дисциплина удачно входит во все естественнонаучные предметы и реализует многие принципы ФГОС, главным из которых здесь на первый план выходит реализация межпредметных связей. По факту же робототехника является единственной областью, которая способна успешно интегрироваться с любым математическим или естественнонаучным предметом.

 

Литература, рекомендованная для изучения

 

1. Беспалько В.П. Основы теории педагогических систем. - Воронеж: изд-во Воронежского университета, 1977 г.  - скачать

2. Тришина С. В. Информационная компетентность как педагогическая категория - http://www.eidos.ru/journal/2005/0910-11.htm

3. Хуторской А.В. Ключевые компетенции и образовательные стандарты - http://www.eidos.ru/journal/2002/0423.htm

4. Материалы авторской мастерской Л.П. Босовой - http://lbz.ru/metodist/avt_masterskaya_BosovaLL.html

5. Концепция модернизации российского образования на период до 2020 года - скачать

6.  Институт ЮНЕСКО по информационным технологиям в образовании - https://iite.unesco.org/ru/

7. Роботы и робототехника - http://www.prorobot.ru/

8. Модель внедрения элементов робототехники в образовательный процесс школы - http://docplayer.ru/173747-Model-vnedreniya-elementov-robototehniki-v-obrazovatelnyy-process-shkoly.html

 

3. Методика преподавания образовательной робототехники в основной школе.

Оглавление

Тема 1.Правовое регулирование преподавания робототехнике в школе. 1

Тема 2. Формы и методы организации обучения робототехнике в школе. 7

Тема 3.Виды робототехнических проектов. 12

Литература, рекомендованная для изучения. 13

 

Тема 2.Роботы в нашей жизни

Мир, в котором мы живем, меняется просто стремительно. Гигантские жилые комплексы, супермаркеты, «умные» машины, роботизированные производства и множество интеллектуальных сервисов стали обычными в нашей жизни. Автоматы и промышленные роботы заменяют человека в сложных технических производствах.

Современный мир составляют системы искусственных технических предметов и сооружений, которые изготавливаются и используются человеком, и преобладают в его окружении. Появился новый термин, который обозначает такое состояние общества, — техносфера. Человек должен научиться ориентироваться в составляющих техносферы. Это предопределяет качество его жизни и деятельности. Плюс ко всему, робототехнические решения становятся все более востребованными и распространенными, а области их применения расширяются. Уже сейчас можно выделить следующие категории роботов: промышленные (роботизированные станки), военные (беспилотники, радиоуправляемые боевые машины, саперы), бытовые (капсульные кофе- машины, «умные» пылесосы), медицинские, транспортные (автономные роботы на складе Amazon), морские, сервисные (беспилотные морские суда, помощники в аэропортах), экзоскелеты (расширение возможностей человеческого тела, восстановление утраченных функций опорно-двигательного аппарата), человекоподобные (Asimo компании Honda), шагающие, космические (луноходы, марсоходы, зонды).

Все достижения современного цифрового века связаны:

- с высокой автоматизацией промышленного производства;

- доступностью сетевых сервисов, информационных продуктов;

- расширением взаимосвязи между технологическими отраслями за счет использования телекоммуникаци­онных решений;

- появлением «умных» домов, машин, офисных про­странств и пр.;

- значительным уменьшением размеров цифровых устройств при увеличении их возможностей.

Современный школьник воспринимает изменения как обыденные явления, это его обычный мир, он легко в нем ориентируется, принимает новые форматы взаимодействия естественно. Появился новый тип обучающихся — социально вовлеченных, мотивированных и целеустремленных. Этот факт системе образования надо использовать для всеобщей пользы. Предложить детям новый тип взаимоотношений в процессе обучения: сотрудничество, неформальное взаимодействие и исследовательские проекты. В результате получаемый опыт исследователя является самым ценным личным достижением каждого ребенка! Каждый ребенок имеет право на успех!

Когда учителю самому интересно узнавать новое — ребенку тоже будет интересно взаимодействовать с учителем. Не стоит бояться, что не хватит знаний, «нельзя объять необъятное», но попробовать-то можно!

Погружение в техническую тему — сильная мотивация для всех. Для этого годится все динамичное: видеоклипы, презентации, дополненная реальность, репортажи с конкурсов, интервью детей. В новой информационной образовательной среде ме­няется все: содержание образования, способ его получения и результат.

Что такое «робот»? Робот — это независимое техническое устройство, выполняющее какие-либо операции с объекта­ми реального мира без непосредственного управления чело­веком.

Рассмотрим различные категории роботов.

Промышленные — это роботы, выполняющие рутин­ную или тяжелую работу за людей на производстве (рисунок 1). Сегод­ня трудно представить автомобильный завод или пищевую фабрику без автоматизированных и робототехнических устройств.

Рисунок 1 – Роботы на фабрике напитков

Военные — роботы, выполняющие боевые задачи раз­ведки, разминирования, ликвидации противника, доставки грузов (рисунок 2).

Рисунок 2 – Мобильный робототехнический комплекс

 

Бытовые — роботы, доступные каждому и продающи­еся в ближайшем магазине электроники: робот-пылесос, мойщик окон, капсульная кофемашина и др. (рисунок 3).

Рисунок 3 – Робот-мойщик

 

Медицинские — роботы, используемые при проведе­нии хирургических операций, реабилитации, диагностики заболеваний (рисунок 4).

Рисунок 4 – Робот-хирург

 

Транспортные — роботы, обеспечивающие перемеще­ние человека и/или грузов в автоматическом режиме (рисунок 5).

Рисунок 5 – Робот-погрузчик

 

Сервисные — роботы, призванные помогать человеку во многих ситуациях: бытовых, в путешествиях, ресторанах, залах регистрации и пр. Обычно они мобильны, оснащены технологией обратной связи, распознавания речи, что делает их похожими на человека (рисунок 6).

Рисунок 6 – Дворецкий в аэропорту

Экзоскелеты — важное технологическое достижение отрасли роботостроения, призванное расширить имеющиеся возможности человеческого тела и восполнить утраченные (рисунок 7).

Рисунок 7 – Экзоскелет восполняет утраченные функции нижних конечностей

Это далеко не полный список классов роботов, но уже и он дает понять — роботы в нашей повседневной жизни есть, а их роль и присутствие будут увеличиваться с течени­ем времени.

Тема 3.Образовательная робототехника

Образовательная робототехника – это новое междисциплинарное направление обучения школьников, интегрирующее знания о физике, мехатронике, технологии, математике, кибернетике и ИКТ, позволяющее вовлечь в процесс инновационного научно-технического творчества учащихся разного возраста.

Она направлена на популяризацию научно-технического творчества и повышение престижа инженерных профессий среди молодежи, развитие у молодежи навыков практического решения актуальных инженерно-технических задач и работы с техникой.

Действительно, робототехнику в школе можно разделить на три вида:

1. Образовательная

2. Спортивная (соревновательная)

3. Творческая

Самой развитой в нашей стране сегодня остается спортивная робототехника. Она решает олимпиадные задачи. Например, классическая свободная категория всероссийского этапа WRО (Международная олимпиада роботов) включает в себя троеборье:

• Лабиринт — прохождение автономным роботом произвольного лабиринта.

• Манипулятор — сборка робота-манипулятора, способного переставлять и сортировать объекты.

• Траектория — езда мобильного робота по заданной траектории.

Помимо того, что робот должен решить поставленную задачу, ему необходимо завершить все операции за кратчайшее время.

Спортивная робототехника получила широкое развитие из-за понятного формата олимпиады и необходимости демонстрации своих достижений теми учениками, которые увлеклись робототехникой в школьных кружках или домах технического творчества.

Однако всем известно, что дети, участвующие в олимпиаде, — это далеко не все дети. А речь идет все же о том, чтобы все обучающиеся могли заниматься робототехникой и применять ее в своей повседневной жизни.

Значит, можно сделать вывод, что спортивная робототехника — не панацея, способная решить насущные вопросы образования.

Творческая робототехника — это любые технологические решения в любой отрасли: от модели автоматического токарного станка до робота, играющего на шестиструнной гитаре. Следовательно, творческая робототехника — это качественно новый уровень деятельности ребенка, предполагающий наличие базовых и продвинутых знаний в этой области.

Таким образом, мы приходим к образовательной робототехнике, отличительными особенностями которой являются:

• Связь с предметами естественнонаучного (информатика, математика, физика, биология, химия) и социально-гуманитарного циклов.

• Умение достигать конкретного результата и понимать смысл обучения.

• Прямая возможность развития универсальных учебных действий.

А значит, образовательная робототехника может быть интересной всем обучающимся. Поэтому позиционировать ее нужно в основной школе.

 

Литература, рекомендованная для изучения.

 

1. Тарапата, В. В. Знакомство с робототехникой - http://xn----8sbhby8arey.xn--p1ai/oborud/video-uroki?layout=edit&id=1544

2. Робототехника: с чего начать изучение, где заниматься и каковы перспективы - https://www.dgl.ru/articles/robototehnika-s-chego-nachat-izuchenie-gde-zanimatsya-i-kakovy-perspektivy_11654.html

3. Государство заинтересовано в развитии робототехники - http://www.iksmedia.ru/news/5079059-Gosudarstvo-zainteresovano-v-razvit.html

 

 

2. Принципы преподавания образовательной робототехники в основной школе

Оглавление

Тема 1. Образовательная робототехника – как средство достижения компетентного подхода к обучению.. 1

Тема 2. Интеграция робототехники и информатики. 6

Тема 3. Интеграция робототехники и технологии. 10

Тема 4. Интеграция робототехники и физики. 13

Тема 5. Вопросы встраивания робототехники во внеурочную деятельность. 13

Литература, рекомендованная для изучения. 18

 

Тема 1. Образовательная робототехника – как средство достижения компетентного подхода к обучению

 

Внедрение компетентностного подхода в практику образования требует поиска особых организационных форм, адекватных для формирования ключевых компетенций.

С каждым годом повышаются требования к современным людям, в части их умений взаимодействовать с автоматизированными системами. А такие составляющие российского образования как естественно-научное и техническое слабо развиты. Целевыми установками для учителя являются компетенции как результат образования, как интегрирующие начала «модели» выпускника школы.

В настоящее время особое внимание уделяется именно сегменту практико – ориентированному обучению, которому отвечает конструирование, в частности – робототехника.

В наше время робототехники и компьютеризации подростков необходимо учить решать задачи с помощью автоматов, которые он сам может спроектировать, защищать свое решение и воплотить его в реальной модели, т.е. непосредственно сконструировать и запрограммировать.

Предмет робототехники – это создание и применение роботов, других средств робототехники и основанных на них технических систем и комплектов различного назначения.

В процесс преподавания робототехники реализуются задачи:

Образовательные:

- использование современных разработок по робототехнике в области образования, организация на их основе активной внеурочной деятельности учащихся

- реализация межпредметных связей с физикой, информатикой и математикой

- решение учащимися ряда кибернетических задач, результатом каждой из которых будет работающий механизм или робот с автономным управлением

Развивающие

- развитие у школьников инженерного мышления, навыков конструирования, программирования и эффективного использования кибернетических систем

- развитие мелкой моторики, внимательности, аккуратности и изобретательности

- развитие креативного мышления и пространственного воображения учащихся

Воспитательные

- повышение мотивации учащихся к изобретательству и созданию собственных роботизированных систем

- формирование у учащихся стремления к получению качественного законченного результата

- формирование навыков проектного мышления, работы в команде

Процесс формирования ключевых компетенций учащихся в курсе робототехники показан в таблице 1.

Таблица 1 - Формирование ключевых компетенций учащихся в курсе робототехники

Ключевая компетенция	Метод формирования компетенции	Пример применения метода формирования компетенции
Учебно - познавательная	Межпредметная связь: математика, физика – при расчётах; информатика – программирование действий робота; черчение - построении чертежей; технология, электроника – конструирование; русский язык, литература – оформление сообщений и творческих проектов.	I уровень: умение пользоваться инструкционной картой; программирование действий робота по образцу; исследовательская работа по моделированию конструкции; оформление и защита работы. II уровень: самостоятельное построение конструкции робота без схем и инструкций; подготовка необходимых формул для расчетов; программирование действий робота в зависимости от поставленной цели; оформление и защита сообщений и творческих проектов.
Информационная	Поиск и сбор информации Обработка информации Передача информации	Поиск информации по роботам в сети Интернет. Изучение найденных образцов моделей и анализ их конструкций. Подготовка сообщения по теме возможной реализации найденных конструкций, внедрения новых элементов.
Коммуникатив ная	Методы, ориентированные на устную коммуникацию	Подготовка сообщений отдельных учеников или групп учеников; коллективное обсуждение общего порядка работы при реализации проекта.
Кооперативная	Методы в рамках групповой работы	Групповая проектная работа, включающая в том числе, распределение ролей ответственности каждого участника группы.
Проблемная	Проектная деятельность исследовательского характера	Создание модели по заданным условиям: конструирование и программирование автономного робота, способного отталкиваться от препятствия, отбивать мяч, передвигающегося по сложной траектории. Демонстрация готовых моделей; корректировка работы датчиков; выявление удачных решений и недостатков конструкций

 

Может ли робототехника сейчас в основной школе интегрироваться с учебными предметами и решать образовательные задачи в полной мере, т. е. без дополнительных часов отдельного предмета?

Прежде всего, нас интересует содержательная интеграция при обучении различным предметам, т. е. существуют ли связи между структурными компонентами содержания образования, позволяющие формировать целостное представление о мире, решающие общие задачи развития и саморазвития ребенка.

Процесс интеграции требует выполнения определенных условий:

• объекты изучения совпадают либо достаточно близки;

• в интегрируемых предметах используются одинаковые или близкие методы исследования;

• содержание интегрируемых предметов строится на общих закономерностях и теоретических концепциях.

Анализируя содержание физики, информатики и технологии, можно сделать вывод о близости объектов изучения этих предметов, о преобладании общих эмпирических методов исследования и общности теоретических концепций, лежащих в основе развития этих предметов на ближайшую перспективу. Остается констатировать, что в настоящее время созданы и нормативные условия для такой интеграции.

ФГОС ООО ориентирован на формирование компетенций средствами всех учебных предметов, содержательная составляющая стандарта не ограничена.

ФГОС ориентирован на достижение требований к результатам освоения основной образовательной программы (ООП), которую каждая образовательная организация составляет и утверждает самостоятельно. Для ориентира приняли ПООП.

Основная образовательная программа состоит из инвариантной и вариативной частей. За счет вариативной части ООП многие школы реализуют самый «мягкий» вариант интеграции, который не требует каких-либо изменений в содержании и последовательности изучения тем по устоявшимся учебным предметам. Часы внеурочной деятельности (1 или 2) выделяют на проектную деятельность или робототехнику. Этот вариант можно считать подготовительным этапом, по которому уже прошли инновационно работающие педагоги и школы. Он позволил раскрыть возможности робототехники и заинтересовать учителей-предметников, администрацию и родителей. В настоящее время в ПООП появился блок робототехники внутри информатики.

Наличие таких предпосылок позволяет перейти к интеграции внутрипредметной, т. е. рассмотреть возможность встраивания робототехники в содержание различных предметов с общей научной и деятельностной составляющими (технологии, информатики, физики и пр.).

Естественнонаучные предметы связаны с робототехникой едиными целевой, вычислительной и аналитической составляющими при проведении испытаний (исследований). Это отражено в планируемых результатах освоения ООП, которые присутствуют во всех естественнонаучных предметах:

• умение проводить практические и вычислительные эксперименты с использованием цифровых измерительных приборов (датчиков).

При этом значительное прикладное расширение получает математический блок, при обработке результатов экспериментов закрепляются вычислительные и аналитические навыки обучающихся. Таким образом, «скучная» математика нужна не потом («в жизни пригодится»), а сейчас: надо посчитать, доедет ли тележка до препятствия, и сколько в метре других единиц измерения.

1234567Следующая ⇒

Поделиться: