Тема 2. Интеграция робототехники и информатики

Огромным позитивным шагом является то, что в явном виде робототехника представлена в курсе информатики. Отметим, что информатика в 5-6 классах представлена в ООП в вариативной части, а в 7-9 — в инвариантной части. Робототехника в ПООП ООО — самостоятельный блок, пока не выходящий на государственную итоговую аттестацию. Он включает в себя следующие темы.

Робототехника — наука о разработке и использовании автоматизированных технических систем. Автономные роботы и автоматизированные комплексы. Микроконтроллер. Сигнал. Обратная связь: получение сигналов от цифровых датчиков (касания, расстояния, света, звука и др.).

Примеры роботизированных систем (система управления движением в транспортной системе, сварочная линия автозавода, автоматизированное управление отопления дом, автономная система управления транспортным средством и т. п.).

Автономные движущиеся роботы. Исполнительные устройства, датчики. Система команд робота. Конструирование робота. Моделирование робота парой: исполнители команд и устройство управления. Ручное и программное управление роботами.

Пример учебной среды разработки программ управления движущимися роботами. Алгоритмы управления движущимися роботами. Реализация алгоритмов «движение с препятствия», «следование вдоль линии» и т. п.

Анализ алгоритмов действий роботов. Испытание механизма робота, отладка программы управления роботом. Влияние ошибок измерений и вычислений на выполнение алгоритмов управления роботом [ПООП].

Планируемые результаты освоения ООП описывают зону ближайшего развития «обучающийся получит возможность»:

• познакомиться с тем, как информация (данные) представляется в современных компьютерах и робототехнических системах;

• ознакомиться с влиянием ошибок измерений и вычислений на выполнение алгоритмов управления реальными объектами (на примере учебных автономных роботов);

• познакомиться с понятием «управление», с примерами того, как компьютер управляет различными системами (роботы, летательные и космические аппараты, станки, оросительные системы, движущиеся модели и др.);

• познакомиться с учебной средой составления программ управления автономными роботами и разобрать примеры алгоритмов управления, разработанными в этой среде;

• узнать о данных от датчиков, например датчиков роботизированных устройств;

• получить представления о роботизированных устройствах и их использовании на производстве и в научных исследованиях [ПООП].

Сформулированная тематика дана в общем виде. Любые конкретные действия по сборке и программированию роботов подходят под этот блок.

В качестве примера учебной среды разработки программ управления движущимися робота-ми в 5-6 классах лучше рассматривать графические языки (NXT-G, ROBOLAB, Lab VIEW) для учащихся, использующих LEGO® MINDSTORMS® NXT, для работающих со следующим поколением конструкторов LEGO® MINDSTORMS® EV3 применяется ПО для EV3.

Полученный в 5-6 классах практический опыт конструирования и управления различными автономными устройствами (роботами) серьезно повлияет на успешность дальнейшего образования. Именно на практический опыт, согласно теории когнитивного развития, удачно накладывается любая теория (кодирование, моделирование, программирование и пр.).

При этом создаются условия для мысленного конструирования содержательных соединений между знаниями. Таким образом, опыт трансформируется в знания, навыки, личностные качества, ценности.

В 7-9 классах информатика изучается как инвариантный компонент учебного плана. Раздел по робототехнике не является обязательным для контроля, поскольку выделен курсивом в Примерной программе, по этой же причине тема не выходит на итоговую аттестацию.

Учителю информатики прежде всего следует ориентироваться на обеспеченность конструкторами (типами платформ) и доступность сред программирования к ним. Если в школе имеется только один тип конструкторов, например LEGO® MINDSTORMS® EV3, то робототехника может присутствовать в учебном плане в 5-6 классах (в вариативной части) или обязательно в 7 классе — в урочной (инвариантной) и внеурочной (вариативной) частях. Если информатика изучается только в 7-9 классах (нет пропедевтики в 5-6 классах), то весь блок робототехники из Примерной программы может быть реализован таким образом:

• на одной платформе в 7 классе;

• на нескольких платформах в течение двух (7-8 классы) или трех лет (7-9 классы).

При наличии возможности использования, помимо LEGO® MINDSTORMS® EV3, других комплектов (на платформе Ardui.no и пр.) виды конструируемых автономных роботов будут усложняться. Усложняются также и программы управления такими роботами. Осуществляется переход на объектно-ориентированный язык программирования.

 

Нетрудно заметить, что программистская составляющая блока по робототехнике значительно усилена в основной школе. Это происходит не случайно.

Существенно усложнились требования ФГОС СОО (старшей школы) в части изучения алгоритмов и программирования, потому что есть запрос ИТ-отрасли к системе образования на программирующих инженеров.

Это, безусловно, требует не только усиления внимания к этим темам в основной школе, но и некоторой коррекции последовательности изучения тем. Поскольку в основной школе программирование считается одной из самых сложных тем курса информатики, а математика еще запаздывает, акцент делается на прикладное использование программных сред (учебной среды разработки программ управления движущимися роботами).

Устоявшееся мнение, что материал по программированию можно изучить одним блоком в каком-либо классе с опорой на язык структурного программирования, не позволит успешно разрешить проблему недостаточной программистской подготовки.

Итак, самым рациональным подходом является реализация блока робототехники в два приема (5-6 или 7-8 классы, на одной или двух платформах), но при этом содержание информатики должно быть выстроено линейно, обеспечивая возможность управления роботами с самого начала изучения курса.

Далее к 9 классу обучающийся определяется с дальнейшей предпрофильной и профильной траекторией собственного образования. Таким образом, в теории и практике реализуется концентрический принцип, характерный Для внутрипредметной интеграции именно робототехники и курса информатики, но с обеспечением линейности самого курса информатики основной школы.

При этом очевидно, что в сотрудничестве с учителями Других предметов может быть реализован выход на комплексные межпредметные исследовательские и проектные Работы в режиме интеграции урочной и внеурочной деятельностей.

Как правило, к 9 классу математически более благополучные обучающиеся могут выбрать олимпиадное направление подготовки и серьезно заняться программированием (олимпиады по информатике и ИКТ-ориентированные специальности). Обучающиеся с инженерным (конструкторским) мышлением продолжат занятие робототехникой с узкоспециализированными средами программирования (олимпиады по робототехнике и инженерные НТИ олимпиады). Конечно, будут обучающиеся, которые не свяжут свою профессию с техникой и ИТ-технологиями.

Интегрированием робототехники и курса информатики основной школы обеспечивается возможность успешного изучения современного углубленного курса информатики в старшей школе (например, УМК по информатике И. А. Калинина, Н. Н. Самылкиной) для тех, кто выбрал отрасль информационных технологий или высокотехнологические инженерные специальности как свою будущую профессиональную деятельность.

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться: