«ЖАСАНДЫ ИНТЕЛЛЕКТ АРҚЫЛЫ РОБОТОТЕХНИКАЛЫҚ ЖОБАЛАР ЖАСАУ» әдістемелік құралы

Павлодар облысы білім беру басқармасы, Ертіс ауданы білім беру бөлімінің «№2 Ертіс жалпы орта білім беру мектебі»

коммуналдық мемлекеттік мекемесі

Салыбаева Назия Гасмановна

Информатика пәні мұғалімі

«ЖИ АРҚЫЛЫ РОБОТОТЕХНИКАЛЫҚ ЖОБАЛАР ЖАСАУ»

Әдістемелік көмекші құрал

Ертіс ауылы, 2025 жыл

Түсіндірме жазба

Өзектілігі: Қазіргі білім беру кеңістігінде жасанды интеллект пен робототехника – тек технологиялық даму көрсеткіші емес, қоғамның жаңа сұранысына жауап беретін маңызды құралдар. Цифрландыру, автоматтандыру және интеллектуалдық жүйелердің кең таралуы мектептегі информатика пәнінің мазмұнын қайта қарауды талап етіп отыр. Халықаралық зерттеулер (PISA, ICILS) нәтижелері білім алушылардың ақпаратты қолдану, талдау және технологиялық шешім қабылдау дағдыларында қиындықтар бар екенін көрсетеді. Бұл жағдай информатика сабағында тек теориялық білім берумен шектелудің жеткіліксіз екенін дәлелдейді. Осы тұрғыдан алғанда, робототехника мен жасанды интеллектке негізделген жобалық жұмыстар – білім алушылардың функционалдық және цифрлық сауаттылығын арттырудың тиімді жолы. Ұсынылып отырған әдістемелік құралдың өзектілігі – оның информатика пәнін нақты әрекетке, тәжірибеге және болашаққа бағытталған мазмұнмен толықтыруында. Құрал жаңартылған білім мазмұнының талаптарына толық сәйкес келеді және білім алушыларды XXI ғасыр дағдыларымен қаруландыруға бағытталған.

Ғылыми-әдістемелік деңгейі: Робототехника – баланың абстрактілі кодты нақты әрекетке айналдырып көретін алаңы. Ал жасанды интеллект – сол әрекетке «ойлау» қабатын қосатын құрал. Егер дәстүрлі информатикада оқушы алгоритмді экранда ғана көрсе, робототехникада ол алгоритмнің шынайы әлемде қалай жұмыс істейтінін көреді. Бұл – түсіну деңгейін түбегейлі өзгертетін сәт. Оқушы үшін «егер–онда» шарттары енді жай логикалық құрылым емес, роботтың тоқтауы, бұрылуы, шешім қабылдауы болып көрінеді. Демек, информатика тірі пәнге айналады.

Жаңашылдығы, педагогикалық мақсаттылығы: Әдістемелік құралдың жаңалығы – жасанды интеллект пен робототехниканы мектеп информатикасы аясында біртұтас жүйе ретінде қарастыруында. Көп жағдайда робототехника тек механикалық қозғалысқа, ал жасанды интеллект тек теориялық ұғымдарға негізделіп оқытылады. Бұл құралда ЖИ элементтері роботтың нақты әрекетімен байланыста ұсынылады. [3,32 б.]

Сонымен қатар құралдың жаңалығы келесі аспектілерде көрінеді:
– жасанды интеллект элементтерін қарапайым, мектеп деңгейіне бейімделген форматта енгізу;
– роботтың әрекетін тек орындаушы механизм ретінде емес, шешім қабылдайтын жүйе ретінде қарастыру;
– жобалық жұмыстарды деңгейлеп ұсыну (бастапқы, орта, жоғары деңгей);
– алгоритм, модельдеу және бағдарламалауды бір үдеріс ретінде қарастыру;
– информатика сабағында инженерлік ойлау элементтерін қалыптастыру.

Бұл ерекшеліктер құралды дәстүрлі әдістемелік материалдардан ажыратып, оны практикалық құндылығы жоғары еңбекке айналдырады.

Мақсаттары мен міндеттері: Ұсынылып отырған әдістемелік көмекші құралдың негізгі мақсаты – мектеп информатика курсында робототехника мен жасанды интеллект элементтерін жүйелі түрде кіріктіру арқылы білім алушылардың алгоритмдік, логикалық және зерттеушілік ойлауын дамыту, жобалық қызметке баулу және заманауи цифрлық технологияларды саналы әрі тиімді қолдана алатын тұлға қалыптастыру.

Сонымен қатар құралдың мақсаты информатика сабағын теориялық біліммен шектемей, оны практикалық, өмірмен байланысқан, нәтижеге бағытталған оқу үдерісіне айналдыру болып табылады. Робототехникалық жобалар мен жасанды интеллект элементтері арқылы білім алушылардың өздігінен шешім қабылдау, мәселені талдау, дерекпен жұмыс істеу және технологиялық процестерді модельдеу қабілеттерін қалыптастыру көзделеді.

Теориялық маңыздылығы: Ұсынылып отырған әдістемелік көмекші құралдың маңыздылығы – оның білім беру үдерісін тек ақпарат беруге емес, тұлға қалыптастыруға бағыттауында. Робототехника мен жасанды интеллект арқылы информатика сабағы білім алушыны пассив қабылдаушыдан белсенді жасаушы деңгейіне көтереді. [1,19 б.]

Құрал оқытушы үшін – заманауи технологияларды сабақта тиімді қолданудың нақты әдістемелік нұсқаулығы, ал білім алушы үшін – болашақ әлемге дайындық алаңы. Бұл әдістемелік еңбек мектеп информатикасының мазмұнын жаңғыртып қана қоймай, ұлттық білім беру жүйесінің бәсекеге қабілеттілігін арттыруға өз үлесін қосады.

Практикалық маңыздылығы: Робототехника мен жасанды интеллект мектеп информатикасында сән үшін енгізілетін элемент емес, уақыт талабы. Олар оқушының ойлауын нақтыдан абстрактіге, алгоритмнен шешімге, білімнен әрекетке жетелейді. Мұндай мазмұндағы информатика сабағы баланы тек технологиямен жұмыс істеуге емес, өзгермелі әлемде бағдар табуға үйретеді. Ал дәл осы қабілет – болашақтың басты капиталы. [2,12 б.]

Күтілетін нәтижелер және оларды тексеру тәсілдері: Әдістемелік құралды оқу үдерісінде жүйелі қолдану нәтижесінде келесі нәтижелерге қол жеткізу күтіледі:

– білім алушылар робототехника мен жасанды интеллекттің негізгі ұғымдарын меңгереді;
– алгоритм құру және бағдарламалау дағдылары қалыптасады;
– деректермен жұмыс істеу, талдау және шешім қабылдау қабілеттері дамиды;
– жобалық және зерттеушілік жұмыстарды орындау тәжірибесі жинақталады;
– информатика пәніне қызығушылық артады;
– білім алушылардың функционалдық және цифрлық сауаттылығы күшейеді;
– командалық жұмыс пен өз ойын дәлелді жеткізу дағдылары қалыптасады;
– болашақ кәсіби бағдарға алғашқы қадам жасалады.

Апробация: «ЖИ арқылы робототехникалық жобалар жасау» әдістемелік көмекші құралын апробациялау жылпы білім беретін мектеп жағдайында бір оқу жылы ішінде (34 сағат, 7 сынып) өткізіледі:

Апробация мақсаттары:

1.әдістемелік құралдың күшті және әлсіз жақтарын анықтау үшін;

2.оның оқушыларға қол жетімділігі мен қызығушылық дәрежесін анықтау;

3.мәлімделген мақсаттар мен міндеттердің нақты нәтижелерге сәйкестігін анықтау;

4.мазмұны мен әдістемесін одан әрі жетілдіру бойынша ұсыныстар әзірлеу.

Апробация кезеңдері:

1Дайындық кезеңі. Мұғалімдер мен әкімшілікті әдістемелік құралмен таныстыру, эксперименттік топтарды ұйымдастыру.

2. Практикалық кезең. Ұсынылған күнтізбелік-тақырыптық жоспар бойынша оқу жылы ішінде сабақтар өткізу.

3. Диагностикалық кезең. Әдістемелік құралдың тиімділігін бағалау.

Күнтізбелік-тақырыптық жоспар

Пәні: Информатика
Бөлім: ЖИ арқылы робототехникалық жобалар жасау
Жалпы сағат саны: 34 сағат (аптасына 1 сағат)

№	Тақырып	Сағат саны	Сабақ түрі
			теориялық	практикалық
I бөлім. Робототехника және ЖИ-ге кіріспе (4 сағат)
1	Робототехника және жасанды интеллект ұғымы	1	1
2	Робот түрлері және олардың қолданылу салалары	1	1
3	Робототехникада қауіпсіздік ережелері	1	1
4	Робототехникалық орта мен жабдықтармен танысу	1		1
II бөлім. Алгоритм және бағдарламалау негіздері (6 сағат)
5	Алгоритм және оның қасиеттері	1	1
6	Сызықтық алгоритмдер	1	1
7	Роботқа арналған сызықтық алгоритм құру	1		1
8	Тармақталу алгоритмдері («егер–онда»)	1	1
9	Роботтың шешім қабылдауын бағдарламалау	1		1
10	Қайталау алгоритмдері (циклдер)	1		1
III бөлім. Роботты басқару және модельдеу (8 сағат)
11	Роботтың негізгі қозғалыс элементтері	1	1
12	Роботтың қозғалысын бағдарламалау	1		1
13	Сенсорлар және олардың қызметі	1	1
14	Сенсор арқылы роботты басқару	1		1
15	Робот әрекетін модельдеу	1	1
16	Роботтың ортаға бейімделуі	1		1
17	Роботтың әрекетін талдау және жетілдіру	1		1
18	Аралық бақылау (практикалық тапсырма)	1		1
IV бөлім. Жасанды интеллект элементтері (8 сағат)
19	Жасанды интеллекттің негізгі қағидалары	1	1
20	Дерек және деректерді өңдеу ұғымы	1	1
21	Робот шешіміндегі деректердің рөлі	1		1
22	Шартқа негізделген интеллектуалдық басқару	1		1
23	Қарапайым ЖИ элементтері бар алгоритмдер	1	1
24	Интеллектуалдық робот моделін құру	1		1
25	Роботтың «ақылды» әрекетін жетілдіру	1		1
26	ЖИ элементтері бойынша қорытынды сабақ	1		1
V бөлім. Жобалық жұмыс (8 сағат)
27	Жобалық жұмыстың тақырыбын таңдау	1	1
28	Жобаны жоспарлау және алгоритмін құру	1		1
29	Роботтың құрылымын құрастыру	1		1
30	Роботты бағдарламалау	1		1
31	ЖИ элементтерін жобада қолдану	1		1
32	Жобаны тестілеу және түзету	1		1
33	Жобаны қорғауға дайындау	1		1
34	Жобаларды қорғау және қорытынды бағалау	1		1

Әдістемелік құралдың мазмұны

I бөлім. Робототехника және ЖИ-ге кіріспе (4 сағат)

1. Робототехника және жасанды интеллект ұғымы

2. Робот түрлері және олардың қолданылу салалары

3. Робототехникада қауіпсіздік ережелері

4. Робототехникалық орта мен жабдықтармен танысу

II бөлім. Алгоритм және бағдарламалау негіздері (6 сағат)

1. Алгоритм және оның қасиеттері

2. Сызықтық алгоритмдер

3. Роботқа арналған сызықтық алгоритм құру

4. Тармақталу алгоритмдері («егер–онда»)

5. Роботтың шешім қабылдауын бағдарламалау

6. Қайталау алгоритмдері (циклдер)

III бөлім. Роботты басқару және модельдеу (8 сағат)

1. Роботтың негізгі қозғалыс элементтері

2. Роботтың қозғалысын бағдарламалау

3. Сенсорлар және олардың қызметі

4. Сенсор арқылы роботты басқару

5. Робот әрекетін модельдеу

6. Роботтың ортаға бейімделуі

7. Роботтың әрекетін талдау және жетілдіру

8. Аралық бақылау (практикалық тапсырма)

IV бөлім. Жасанды интеллект элементтері (8 сағат)

1. Жасанды интеллекттің негізгі қағидалары

2. Дерек және деректерді өңдеу ұғымы

3. Робот шешіміндегі деректердің рөлі

4. Шартқа негізделген интеллектуалдық басқару

5. Қарапайым ЖИ элементтері бар алгоритмдер

6. Интеллектуалдық робот моделін құру

7. Роботтың «ақылды» әрекетін жетілдіру

8. ЖИ элементтері бойынша қорытынды сабақ

V бөлім. Жобалық жұмыс (8 сағат)

1. Жобалық жұмыстың тақырыбын таңдау

2. Жобаны жоспарлау және алгоритмін құру

3. Роботтың құрылымын құрастыру

4. Роботты бағдарламалау

5. ЖИ элементтерін жобада қолдану

6. Жобаны тестілеу және түзету

7. Жобаны қорғауға дайындау

8. Жобаларды қорғау және қорытынды бағалау

Әдістемелік қамтамасыз ету

Бағдарламаның ақпараттық-әдістемелік бөлігі оқу үдерісін тиімді ұйымдастыруды, сабақтың мазмұны мен құрылымын жоспарлауды, оқыту формалары мен әдістерін саналы түрде таңдауды, сондай-ақ курстың білім беру және тәрбиелік мақсаттарына қол жеткізуді қамтамасыз етуге бағытталған. Әдістемелік қамтамасыз ету мұғалімге робототехника мен жасанды интеллект элементтерін информатика сабағында жүйелі, бірізді және қолжетімді түрде енгізуге арналған әдістемелік ұсыныстар жиынтығын қамтиды.

1. Теориялық материалдар

Теориялық материалдар робототехника және жасанды интеллекттің негізгі ұғымдарын, принциптері мен қолданылу аясын түсіндіруге бағытталған. Теория қысқа, нақты және мектеп оқушыларының жас ерекшеліктеріне сай беріледі.
Теориялық сабақтарда келесі мәселелер қамтылады:

• робототехника және жасанды интеллект ұғымдары;

• роботтардың түрлері және олардың қызметі;

• алгоритм, модельдеу, бағдарламалау негіздері;

• жасанды интеллекттің қарапайым элементтері (шарт, таңдау, дерекпен жұмыс).

Теориялық материалдар міндетті түрде практикалық әрекетпен байланыста түсіндіріліп, абстрактілі ұғымдар нақты робот әрекеттері арқылы ашылады.

2. Есептеу алгоритмдері мен тәсілдері

Бұл бөлімде білім алушылардың алгоритмдік ойлауын дамытуға бағытталған есептеу алгоритмдері қарастырылады. Алгоритмдер:

• сызықтық;

• тармақталу;

• қайталану (цикл);

• шартқа негізделген шешім қабылдау алгоритмдері түрінде ұсынылады.

Алгоритмдер блок-схема, псевдокод және визуалды бағдарламалау ортасы арқылы түсіндіріліп, роботтың нақты әрекетімен байланыстырылады. Оқушылар алгоритмді тек орындап қана қоймай, оны талдап, өзгертіп, жетілдіруге үйренеді.

3. Практикалық тапсырмалар жүйесі

Практикалық тапсырмалар жүйесі курстың негізгі өзегін құрайды және жобалық-зерттеушілік қызметке бағытталған. Тапсырмалар:

• деңгейлеп (бастапқы, орта, жоғары);

• жеке, жұптық және топтық жұмыс форматында;

• нақты өмірлік жағдаяттарға негізделіп беріледі.

Практикалық жұмыстар барысында білім алушылар:

• роботты құрастырады;

• бағдарламалайды;

• сенсорлармен жұмыс істейді;

• жасанды интеллект элементтері бар әрекеттерді модельдейді;

• жобалық жұмыстар орындайды.

Бұл жүйе оқушыны пассив қабылдаушыдан белсенді әрекет етуші тұлғаға айналдыруға бағытталған.

4. Көрнекіліктер мен құралдар

Оқу үдерісінде келесі көрнекіліктер мен құралдар қолданылады:

• робототехникалық конструкторлар (мектеп мүмкіндігіне сай);

• компьютер, интерактивті тақта;

• бағдарламалау ортасы;

• презентациялар, бейнематериалдар;

• алгоритм блок-схемалары;

• үлгі жобалар мен модельдер.

Көрнекіліктер теориялық материалды нақтылауға, оқушылардың қызығушылығын арттыруға және күрделі ұғымдарды жеңіл қабылдауға мүмкіндік береді.

5. Бағалау және бақылау жүйесі

Бағалау жүйесі қалыптастырушы және жиынтық бағалау қағидаттарына негізделеді. Бағалау барысында:

• практикалық тапсырмалардың орындалуы;

• алгоритмнің дұрыстығы;

• роботтың жұмыс істеу сапасы;

• жобалық жұмыстың мазмұны мен қорғалуы;

• командалық жұмысқа қатысу белсенділігі ескеріледі.

Бақылау түрлері:

• ауызша сұрау;

• практикалық жұмыс;

• жобалық жұмыс;

• өзін-өзі және өзара бағалау.

Бұл бағалау жүйесі оқушының тек нәтижесін емес, оқу үдерісіндегі дамуын да қадағалауға мүмкіндік береді.

6. Оқыту әдістері

Курс барысында келесі оқыту әдістері қолданылады:

• түсіндірмелі-иллюстративті әдіс;

• практикалық әдіс;

• жобалық оқыту;

• проблемалық оқыту;

• зерттеушілік әдіс;

• командалық және бірлескен оқыту.

Оқыту әдістері оқушылардың танымдық белсенділігін арттыруға, өздігінен шешім қабылдауына, шығармашылық және инженерлік ойлауын дамытуға бағытталған.

ҚОРЫТЫНДЫ

Қорыта келгенде, «Жасанды интеллект арқылы робототехникалық жобалар жасау» тақырыбындағы бұл әдістемелік көмекші құрал қазіргі мектеп информатикасының мазмұнын жаңартуға, оны өмірмен, технологиямен және болашақ мамандықтармен тікелей байланыстыруға бағытталған кешенді еңбек болып табылады. Құралдың негізгі идеясы – білім алушыны тек дайын технологияны пайдаланушы емес, ойлайтын, талдайтын, жобалайтын және саналы шешім қабылдай алатын тұлға ретінде қалыптастыру.

Әдістемелік құралда робототехника мен жасанды интеллектті оқыту үдерісі кезең-кезеңімен, логикалық сабақтастықта қарастырылды. Жобаны жоспарлау, алгоритм және модель құру, бағдарламалау, жасанды интеллект элементтерін енгізу, деректермен жұмыс, тестілеу мен талдау сияқты кезеңдер бір-бірінен оқшау емес, біртұтас жүйе ретінде ұсынылды. Бұл тәсіл білім алушыға күрделі технологиялық үдерісті бөлшектеп түсінуге, әр кезеңнің маңызын сезінуге және нәтижеге саналы түрде жетуге мүмкіндік береді.

Құралдың маңызды артықшылығы – теория мен практиканың үйлесімді байланысы. Әрбір теориялық бөлім практикалық тапсырмалармен, алгоритмдік модельдермен, кестелермен және логикалық сызбалармен толықтырылды. Ұсынылған 50 практикалық тапсырма білім алушылардың алгоритмдік ойлауын, логикалық және сыни пайымдауын, функционалдық және цифрлық сауаттылығын жүйелі түрде дамытуға бағытталған. Бұл тапсырмалар тек роботты басқаруға емес, мәселені анықтауға, дерек жинауға, оны талдауға және соның негізінде шешім қабылдауға үйретеді.

Жасанды интеллект элементтерін қарапайым деңгейде енгізу – құралдың тағы бір маңызды ерекшелігі. Мұнда күрделі математикалық модельдерге сүйенбей-ақ, шартты логика, деректерді салыстыру, әрекетті бағалау және қарапайым үйрену механизмдері арқылы ЖИ-дің мәні ашылды. Бұл тәсіл мектеп оқушылары үшін қолжетімді әрі түсінікті, сонымен қатар болашақта күрделі машиналық оқыту және интеллектуалдық жүйелерді меңгеруге берік негіз қалайды.

Педагогикалық тұрғыдан алғанда, бұл әдістемелік құрал жобалық оқыту, STEM/STEAM тәсілдері, зерттеушілік және проблемалық оқыту, командалық жұмыс сияқты заманауи білім беру технологияларымен толық үйлеседі. Құралды қолдану барысында білім алушылардың танымдық белсенділігі артып, оқу мотивациясы күшейеді, өзара қарым-қатынас пен ынтымақтастық мәдениеті қалыптасады. Оқушы роботты ғана емес, өз әрекетін, өз ойлауын және өз шешімін басқаруды үйренеді.

Сонымен қатар бұл құрал оқытушы үшін де әдістемелік тұрғыдан ыңғайлы. Материалдар жүйелі құрылымда ұсынылған, тапсырмалар сабақта, үйірмеде, жобалық жұмыста немесе факультативтік курстарда қолдануға бейімделген. Құрал информатика пәнінің жаңартылған мазмұнына, функционалдық сауаттылық талаптарына және цифрлық білім беру бағытына толық сәйкес келеді.

Жалпы алғанда, «Жасанды интеллект арқылы робототехникалық жобалар жасау» әдістемелік көмекші құралы – мектеп оқушыларын ХХІ ғасыр талаптарына сай даярлауға бағытталған, практикалық құндылығы жоғары, ғылыми-әдістемелік тұрғыдан негізделген еңбек. Бұл құралды қолдану нәтижесінде білім алушылар технологияны тұтынушы деңгейінде ғана емес, оны түсінетін, талдайтын және саналы түрде қолданатын болашақ маман ретінде қалыптасады деп күтіледі.

ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР

1. Асамбаев А.Ж. Жасанды интеллект негіздері : оқу құралы. – Алматы : Қазақ университеті, 2022. – 256 б. https://rmebrk.kz/bilim/association/asambaev-jasandy-intellekt.pdf

2. Жолдығали Б.Қ. Білім берудегі жасанды интеллект: теориясы мен қолданылуы : оқу-әдістемелік құрал. – Астана : Л.Н. Гумилев атындағы ЕҰУ баспасы, 2023. – 184 б.

3. Жұмабаева Л.О., Абдыкеримова Э.А. Цифрлық білім беру және жасанды интеллект : әдістемелік құрал. – Алматы : Білім, 2021. – 168 б.

4. Нұрғалиұлы Б. Робототехника негіздері : жалпы білім беретін мектептерге арналған оқу құралы. – Алматы : Атамұра, 2022. – 144 б.

5. Сәрсенбаев Т.К. Информатика сабағында робототехниканы оқыту әдістемесі. – Шымкент : ОҚМПУ баспасы, 2023. – 152 б.

6. Әбілқасымова А.Е., Құдайбергенова С.К. STEM және STEAM білім беру технологиялары : оқу-әдістемелік құрал. – Алматы : Қазақ университеті, 2021. – 192 б.

7. Қалиев Ж.Т. Алгоритмдік ойлауды қалыптастырудың әдістемелік негіздері. – Тараз : ТарМУ баспасы, 2022. – 136 б.

8. Сейтқазинов М.С. Бағдарламалау негіздері (Python) : мектеп оқушыларына арналған оқу құралы. – Алматы : Арман-ПВ, 2023. – 160 б.

9. Ермеков Н.Д. Функционалдық және цифрлық сауаттылықты дамыту жолдары. – Астана : Ұлттық білім академиясы, 2021. – 120 б.

10. Бекболатов Қ.Е. Информатика пәнін оқытудағы жобалық тәсілдер. – Алматы : Рауан, 2022. – 148 б. https://stud.kz/referat/show/57133

11. Төлегенова А.М. Мектеп информатикасында алгоритм және модельдеу. – Қарағанды : ҚарМУ баспасы, 2023. – 132 б.

12. Ибраева Г.С. Робототехника элементтерін оқыту әдістемесі. – Астана : Фолиант, 2022. – 140 б.

13. Сүлейменов Д.Т. Ақпараттық технологиялар және жасанды интеллект. – Алматы : Экономика, 2021. – 176 б.

14. Қожахметова К.Ж. Құзыреттілікке бағытталған оқыту теориясы мен практикасы. – Алматы : Мектеп, 2022. – 200 б.

15. Қазақстан Республикасы Оқу-ағарту министрлігі. Білім беру жүйесінде жасанды интеллектті қолдану тұжырымдамасы. – Астана, 2022. – 64 б.

16. BilimLand сайтындағы «Білім берудегі жасанды интеллект: цифрлық құралдарды практикалық қолдану» https://cdn.bilimland.kz/uploads/filemanager/67fce3c567528.pdf