Изучение элементов робототехники в базовом курсе информатики

Разделы: Информатика, Конкурс «Презентация к уроку»


Презентация к уроку

Загрузить презентацию (403,5 кБ)


Согласно документам, регламентирующим содержание информатики как школьного предмета в средних классах [3,6,7], особое внимание в учебном процессе следует уделять изучению раздела «Основы алгоритмизации и программирования». Это объясняется образовательным потенциалом данного раздела в формировании интеллектуальных способностей, качеств мышления, способов деятельности, которые необходимы учащимся для успешной учебной деятельности не только в программировании, но и в других предметах.

К метапредметным результатам освоения программирования относят:

  • формирование алгоритмического стиля мышления;
  • умение применять методы программирования к решению задач из других областей знания.

Следует отметить, что программирование является одним из самых сложных разделов информатики. Школьная практика показывает, что по сравнению с другими темами при изучении программирования у учащихся резко снижается успеваемость. Это объясняется, в том числе, использованием устаревших сред программирования, отсутствием межпредметных связей, преобладанием вычислительных задач в программировании над другими типами задач и, как следствие, низкой мотивацией учащихся к предмету. Неуспехи учащихся в программировании влекут за собой потерю интереса к информатике как предмету, плохое эмоциональное состояние, интеллектуальную пассивность.

Для того чтобы у ученика формировалась учебная успешность, нужно добиться, прежде всего, чтобы школьник осознавал, что учебная деятельность, которой он занят в данный момент в школе повлечет за собой успех в его дальнейшей деятельности. В связи с этим, содержание школьных учебных предметов должно быть актуальным, соответствовать требованиям современного общества.

Одним из динамично развивающихся направлений программирования является программное управление робототехническими системами. В период развития техники и технологий, когда роботы начинают применяться не только в науке, но и на производстве и быту, актуальной задачей для информатики является ознакомление учащихся с данными инновационными технологиями.

Образовательная робототехника – сравнительно новая технология обучения, позволяющая вовлечь в процесс инженерного творчества детей, начиная с младшего школьного возраста. По мнению многих учителей, руководителей технических кружков образовательная робототехника позволяет обнаруживать и развивать навыки учащихся в таких направлениях как мехатроника, искусственный интеллект, программирование и других. Использование методик этой технологии обучения позволит существенно улучшить навыки учащихся в таких дисциплинах как математика, физика, информатика.

Дидактические особенности курса «Основы робототехники», влияющие на учебную успешность:

  • среды управления роботами (Microsoft Robotics Studio, среды предоставляемые с конкретными роботами, например Parallax Boe-Bot, Lego Mind Strorm) поддерживают популярные языки программирования (С#, Visual Basic), которые имеют практическую значимость для будущей профессиональной деятельности;
  • роботехнические конструкторы дают возможность учащимся манипулировать не только виртуальными, но и реальными объектами. Это имеет немаловажное значение для успешного освоения учебного материала учащимися с разными ведущими каналами восприятия. Обработка информации с помощью датчиков и настройка датчиков дают школьникам представление о различных вариантах понимания и восприятия мира живыми системами;
  • виртуальные среды (например, Visual Simulation Environment) позволяют не только управлять запрограммированными роботами, но и непосредственно создавать окружающие предметы. Таким образом, если в классе учащиеся с разными интересами (компьютерная графика, дизайн, программирование), можно объединять их в группы и разделять обязанности – кто-то программирует робота, кто-то создает окружающую среду. Коллективная работа позволяет учащимся получать навыки сотрудничества при разработке проекта, что особенно актуально в настоящее время.

Заметим, что перечисленные дидактические особенности курса согласуются с положенным в основу образовательных стандартов второго поколения системно-деятельностным подходом, предполагающим переход от:

  • изолированного от жизни изучения системы научных понятий, составляющих содержание учебного предмета, к включению содержания обучения в контекст решения учащимися жизненных задач;
  • индивидуальной формы усвоения знаний к признанию решающей роли учебного сотрудничества в достижении целей обучения [1].

Вышеизложенное доказывает целесообразность введения образовательной робототехники в школу, однако открытым остается вопрос о «встраивании» данного курса в образовательный процесс. Анализ методической литературы позволил сделать вывод, что в настоящее время существуют три организационные формы обучения робототехнике:

  • работа с ограниченной группой обучающихся, имеющих способности и проявляющих интерес к робототехнике в рамках кружков, творческих объединений. Как отмечает Д. Г. Копосов, существенным недостатком при этом является то, что основная масса учащихся не получает качественного и современного образования в области робототехники и, как следствие, возникает нехватка квалифицированных специалистов в данной области.
  • изучение робототехники в рамках элективного курса. С примерами программ элективных курсов по робототехнике можно ознакомиться в работах учителей информатики Д. Г. Копосова и П. А. Игнатьева [2,4]. Основная проблема, связанная с данной формой организации, заключается в недостаточной осведомленности учащихся о направлении «Робототехника» и, как следствие, возникающей сложностью с осознанным выбором данного курса. С данной точки зрения оптимальным является сочетание элективных курсов с внедрением элементов робототехники в содержание обязательных школьных предметов, прежде всего информатики, физики, технологии, окружающего мира. Пример встраивания образовательной робототехники в преподавание информатики, физики и окружающего мира предложен министерством образования и науки Челябинской области [8].

С нашей точки зрения, наиболее эффективным является использование элементов робототехники при изучении учебного материала содержательной линии «Алгоритмы и элементы программирования». Рассмотрим возможности параллельного изучения программирования и робототехники в 7-9 классах. Как отмечалось выше, программирование, во-первых, является объективно сложным предметом, во-вторых, учащиеся слабо мотивированы на изучение программирования. Введение элементов робототехники при изучении программирования позволит заинтересовать учащихся, разнообразить учебную деятельность, использовать групповые активные методы обучения. Следует отметить, что совместное изучение программирования и робототехники на западе приобретает все большую популярность и дает положительные результаты. Разработкой уроков и материалов по программированию и робототехнике занимаются специалисты NASA [5].

Анализ примерной программы по информатике показывает, что на изучение линии «Алгоритмы и элементы программирования» отводится 42 часа. Проанализируем изучаемые разделы и целесообразность использования элементов робототехники. В силу того, что на данном этапе развития образовательной робототехники, комплектами роботов снабжены немногие школы, рассмотрим возможности бесплатной программной среды управления роботами Microsoft Robotics Development Studio, которую свободно можно загрузить с официального сайта компании Microsoft (www.microsoft.com/robotics/).

Раздел программирования Кол-во часов Цель использования MRDS
Базовые понятия (исполнитель, обстановка исполнителя, алгоритм, алгоритмический язык, программа) 7 Знакомство с роботами-симуляторами и программным обеспечением MRDS.
Утверждения. Логические значения. 4 Переключатели в конструкции роботов. Анализ готовых программ управления роботами.
Основные конструкции алгоритмических языков. 12 Линейный алгоритм. Циклический алгоритм. Разветвляющийся алгоритм. Реализация видов алгоритмов при помощи робота-симулятора. Составление программы со сложными условиями для управления роботом.
Решение задач на составление алгоритмов и программ. 19 Составление программ с помощью изучаемого языка программрования и реализация их для роботов-симуляторов. (например, LegoNXT, iRoomboCreate, Boe-Bot).

Особенность предлагаемого подхода изучения робототехники в том, что он может быть реализован в рамках существующих учебных планов. Далее, после знакомства с основами робототехники школьники могут выбрать элективный курс по данному направлению для более глубокого изучения. Пример использования среды MRDS приведен в презентации.

Робототехника является интересной для учащихся с точки зрения новизны, актуальности содержания, способствует развитию алгоритмического мышления, умению применять свои навыки для решения проблем реального мира. Использование элементов робототехники при обучении программированию способствует повышению уровня мотивации учащихся к предмету, более легкому пониманию принципов действия алгоритмических конструкций, содействует развитию умений самостоятельно и творчески думать.

Литература:

  1. Асмолов, А.Г. Формирование универсальных учебных действий в основной школе: от действия к мысли – Москва: Просвещение, 2011. – 159 С.
  2. Игнатьев, П.А. Программа курса «Первые шаги в робототехнику» [Электронный ресурс]: персональный сайт – www.ignatiev.hdd1.ru/informatika/lego.htm – Загл. с экрана
  3. Козлов, В.В., Кондаков, А.М. Фундаментальное ядро содержания общего образования [Текст] – Москва: Просвещение, 2009. – 48 с.
  4. Копосов, Д.Г. Уроки робототехники в школе [Электронный ресурс]: Ито Архангельск 2010: всерос. Научн.-практ. Конф, Архангельск 7-10 декабря, 2010, статья ito.edu.ru/2010/Arkhangelsk/II/II-0-1.html
  5. Планы уроков по робототехнике [Электронный ресурс]: www.nasa.gov/audience/foreducators/robotics/lessonplans/index.htm l– Загл. с экрана
  6. Федеральный образовательный стандарт основного общего образования от 17 декабря 2010 г.
  7. Примерная программа по информатике [Текст] – Москва: Просвещение, 2009. – 32 с.
  8. Халамов, В.Н. Информационно-методическое письмо о встраивании робототехники в образовательный процесс [Электронный ресурс]: сайт отдела информационно-методического объединения Златоустовского городского округа – oimozlat.edusite.ru/p38aa1.html – Загл. с экрана.