Методичка по образовательной робототехнике

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение
дополнительного образования детей

Дом детства и юношества «Факел»

Робототехника

г. Томск

2013 г.

«Робототехника» (образовательный курс для подростков) Методическое пособие, МБОУ ДОД ДДиЮ «Факел» город Томск, Томск – 16с.

Авторы-составители:

Педагог дополнительного образования Лосева Марина Ивановна.

Редакция: Директор МБОУ ДОД ДДиЮ «Факел» Адаскевич Любовь Александровна

Данное методическое пособие предназначено для педагогов дополнительного образования и учителей общеобразовательных школ, работающих в данном направлении.

В пособии описана специфика работы технического кружка (объединения) для того, чтобы возродить интерес к конструированию, изобретательству и инженерному делу у ребят школьного возраста. Развитие творческого мышления, решение интересных технических задач в этом возрасте поможет ребятам в дальнейшем определиться с выбором профессии, а также даст неоспоримое преимущество при поступлении в ВУЗ.

© МБОУ ДОД

Дом детства и юношества «Факел»

Содержание

Введение 4

Цели и задачи курса 8-10

Ожидаемые результаты 10-11

Приложение 12-14

ЛИТЕРАТУРА ……………15

Введение

Уже много лет мы читаем в книгах и газетах, слышим по радио и из телевизора, что скоро нас будут окружать умные, добрые и интересные роботы. Однако, в реальной жизни, роботов все нет и нет… Интенсивное использование роботов в быту, медицине и на производстве требует, чтобы пользователи обладали современными знаниями в области управления роботами, что позволяет развивать новые, умные, безопасные и более продвинутые автоматизированные системы.

Сейчас становится все более актуальным прививать интерес обучающихся к области робототехники и автоматизированных систем, вести популяризацию профессии инженера, начиная со школьного возраста. Именно поэтому сейчас робототехника быстро становится неотъемлемой частью учебного процесса.

Особенно важно не упустить имеющийся у младшего школьника познавательный интерес к окружающим его рукотворным предметам, законам их функционирования, принципам, которые легли в основу их возникновения.

Дети младших классов, изучая робототехнику, играя с конструкторами ЛЕГО, участвуя в соревнованиях. В большинстве случаев, дойдя до старших классов, дети ограничены возможностями таких платформ как ЛЕГО. Любому ребенку необходимо развиваться, творить, для этого необходимо сделать возможным реализацию идеи школьника. Будь то радиоуправляемая, стендовая модель или робот, выполняющий элементарные функции, все они должны быть реальны. Множество существующих в наше время симуляторов не заменит общения ребенка с реальными конструкциями. Для того, чтобы расти профессионально, необходимо использование современных способов проектирования и изготовления, как механических элементов, так и электроники.

Робототехника поощряет детей мыслить творчески, анализировать ситуацию и применять критическое мышление для решения реальных проблем. Работа в команде и сотрудничество укрепляет коллектив, а соперничество на соревнованиях дает стимул к учебе. Возможность делать, и исправлять ошибки в работе самостоятельно заставляет ребенка находить решения без потери уважения среди сверстников. Робот не ставит оценок, и не дает домашних заданий, но заставляет работать умственно и постоянно.

Робототехника приучает детей смотреть на проблемы шире и решать их в комплексе. Созданная модель всегда находит аналог в реальном мире. Задачи, которые обучающиеся ставят роботу, предельно конкретны, но в процессе создания машины обнаруживаются ранее непредсказуемые свойства аппарата или открываются новые возможности его использования.

Главное же, что этот конструктор позволяет легко и с удовольствием научиться собирать различные модели и программировать их на различные действия. Играя с роботами, можно заниматься весело, и процесс усвоения знаний идет быстрее.

Поэтому на базе учреждения дополнительного образования Дома детства и Юношества «Факел» г. Томска в ноябре 2011 году создан класс образовательной «Робототехники» для поддержки научно-технического творчества молодежи и робототехники, оснащенный современными средствами проектирования обучения молодежи этим технологиям.

Образовательная робототехника – одно из инновационных направлений дополнительного образования в России. Изучение курса робототехники позволяет воспитанникам в увлекательной форме за короткий промежуток времени освоить элементы мехатроники, искусственного интеллекта, алгоритмизации и программирования, а также развивать творческий потенциал и навыки работы в команде.

Курс «Робототехника» разработан для учащихся начального и среднего школьного возраста, увлекающихся конструированием и склонных к логическому мышлению. Курс рассчитан на 144 часа (2 занятия по 2 учебных часа в неделю). Основное направление курса – ознакомить обучающихся с элементами конструирования и программирования с помощью набора LEGO Mindstorms NXT 2.0.

Технические требования для проведения занятий курса: компьютерный класс на 5 обучающихся, педагогический компьютер, 7 базовых наборов конструкторов LEGO Mindstorms NXT 2.0, дополнительные датчики HiTechnic к микрокомпьютеру NXT.

Образовательный курс носит практический характер, поэтому центральное место в программе занимают практические умения и навыки работы по сборке механической части конструктора, и программная часть - на компьютере. В связи с этим, в структуре программы выделяются следующие основные разделы - «Конструирование» и «Программирование». Также большое место уделяется подготовке и участию в различных конкурсах и состязаниях по робототехнике.

В процесс освоения курса по робототехнике включены различные содержательные линии:

- умение слушать и слышать, т.е. адекватно воспринимать инструкции;

- осознанное самостоятельное чтение языка программирования;

- умение участвовать в диалоге, отвечать на заданные вопросы, создавать монолог, высказывать свои впечатления.

- творческая деятельность (конструирование, моделирование, проектирование).

Данный курс направлен на то, чтобы положить начало формированию у обучающихся целостного представления о мире техники, устройстве конструкций, механизмов и машин, их месте в окружающем мире. Реализация данного курса позволяет стимулировать интерес и любознательность, развивать способности к решению проблемных ситуаций умению исследовать проблему, анализировать имеющиеся ресурсы, выдвигать идеи, планировать решения и реализовывать их, расширить технический и математический словари воспитанника.

На начальном этапе детям даются представления о различных видах роботов, истории возникновения и развития робототехники и способах программирования.

Изучение каждой темы предполагает выполнение небольших проектных заданий, реализуемых с помощью изучаемых технологий.

Обучающиеся испытывают собранные модели и анализируют предложенные конструкции. Далее они выполняют самостоятельную работу по теме, предложенной педагогом. Помощь педагога, при данной форме работы, сводится к определению основных направлений работы и к консультированию обучающихся.

Самостоятельная работа выполняется обучающимся в форме проектной деятельности, может быть индивидуальной, парной и групповой. Выполнение проектов требует от детей широкого поиска, структурирования и анализирования дополнительной информации по теме.

С помощью программирования на персональном компьютере ребенок наделяет интеллектом свои модели и использует их для решения задач, которые, по сути, являются упражнениями из курсов математики, информатики.

Цель курса — сформировать знания, умения и навыки, необходимые для использования робототехнического комплекта LEGO Mindstorms NXT (язык программирования, среда разработки, микропроцессорный модуль, датчики, приводы, прочие детали) как для самостоятельного творчества, так и для использования комплекта в процессе обучения школьников.

Таким образом, целью курса является формирование знаний, умений и навыков конструирования и программирования мобильных роботов. При прохождении курса решаются следующие педагогические задачи:

Задачи:

1. Обучающие:

• Ознакомление обучающихся с  основами    конструирования    и    моделирования;

• Формирование навыков программирования через разработку  программ в визуальной среде программирования, развитие алгоритмического мышления;

• Обучение основным принципам работы с комплектом Lego Mindstorms NXT 2.0 и визуальной среды программирования для обучения робототехнике LEGO MINDSTORMS Education NXT;

• Развитие общеучебных навыков, связанных с поиском, обработкой информации и представлением результатов своей деятельности;

• Овладение навыками начального технического конструирования и программирования.

.

1. Развивающие:

• Овладение  знаниями  об  основных  особенностях     конструкций,  механизмов и машин;

• Формирование и развитие интереса к робототехнике, конструированию, программированию, необходимых для жизни в современном обществе;

• Развитие творческого мышления и воображения, логического мышления и сообразительности;

• Расширение кругозора в областях знаний, связанных с робототехникой;

• Развитие познавательного интереса, творческого развития и образования;

• Создание навыков поиска закономерностей, рассуждения по аналогии.

3. Воспитательные:

• Формирование коммуникативных способностей учащихся, умения работать в группе, умения аргументировано представлять результаты своей деятельности, отстаивать свою точку зрения;

• Создание завершенных проектов с использованием освоенных инструментальных компьютерных сред;

• Формирование внимания, наблюдательности и усидчивости.

Ожидаемые результаты

В результате прохождения курса, обучающиеся должны знать:

• основные принципы конструирования мобильных роботов;

• назначение и принципы работы центрального управляющего блока;

• назначение и принципы работы датчиков;

• основы разработки алгоритмов для мобильных роботов;

• основы разработки программ для мобильных роботов в автономном;

• о режиме и среде визуального программирования NXT-G.

Обучающиеся должны уметь:

• осуществлять сборку конструкций мобильных роботов с заданными функциональными особенностями;

• создавать алгоритмы и программы для мобильных роботов;

• осуществлять оптимизацию созданных конструкций, алгоритмов и программ.

В процессе формирования групп и команд для прохождения курса следует учитывать:

• уровень подготовленности по общеобразовательным предметам, таким как математика, физика и информатика;

• уровень и характер навыков общения учащегося с окружающими;

• доминирующий интерес к конструированию или программированию;

• рекомендуемое количество смежных занятий 2 часа;

• рекомендуемый максимальный состав группы – 7 человек;

• каждой команде необходимо предоставит по одному набору конструктора;

• рекомендуемый максимальный состав команды – 3 человека.

Приложение №1

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Филиппов С.А. «Робототехника для детей и родителей» – СПб.: Наука, 2011. 263 с.

2. Мацкевич В.В. «Занимательная анатомия роботов» – 2-е изд. – М.: Радио и связь, 1988. 128 с.

3. Егоров Ю.Н., Голубев Н.Л. «Уроки робототехники» – М.: Радио и связь, 1990. 152 с.

4. Бессонов В.В. «Кружок радиоэлектроники: Кн. для руководителей кружков» – М.: Просвещение, 1993. 191 с.

5. Официальный сайт Lego Mindstorms NXT [Электронный ресурс] - адрес доступа:

http://mindstorms.lego.com/

1. Робототехника. Инженерно-технические кадры инновационной России [Электронный ресурс] - адрес доступа http://robosport.ru/

2. Факультативы, элективы, кружки. Сообщество взаимопомощи учителей. [Электронный ресурс] - адрес доступа: http://pedsovet.su/

16