В современном мире объем информации возрастает в геометрической прогрессии и в своей повседневной жизни человек оказывается практически полностью погруженным в мир знаков и текстов, часто имеющих очень слабые связи с реальностью. Как подчеркивает С.А. Бешенков, данный факт опасен тем, что в конечном счете “…человек не знает и не понимает окружающего мира, прежде всего физической реальности…” [1].
К примеру, для изучения алгоритмизации в основной школе обычно используются учебные исполнители. Исполнитель понимается как объект или лицо, выполняющий инструкции, предписания алгоритма, программы, последовательности команд [2]. В школьных учебниках по информатике отмечается, что исполнителем алгоритма может быть человек, компьютер, робот, автомат, механическое устройство и др. Для практических работ по алгоритмизации, как правило, используются учебные исполнители. С нашей точки зрения, существенным недостатком работы с виртуальными учебными исполнителями является то, что у учеников складывается достаточно упрощенное представление о самом понятии “исполнитель”. Это связано с тем, что в процессе работы ученики не знакомятся с основными механическими конструкциями современных автоматов, четко не разграничивают работу виртуальных исполнителей в идеальном компьютерном пространстве и в реальном мире. По нашему мнению, решению данной проблемы может способствовать интеграция уроков информатики с уроками физики, биологии, технологии и др. На интегрированном уроке информатики и технологии, к примеру, учащиеся могут сконструировать тот или иной механизм, а также поработать над составлением различных алгоритмов управления. Приведем пример интегрированного урока по изучению захватывающего механизма и составлению алгоритма управления исполнителем.
Конспект урока
Знания и умения учащихся до изучения темы: знать понятие исполнителя, уметь управлять виртуальными исполнителями.
Тип урока: закрепление пройденного материала.
Цель урока: расширить представление учащихся о понятии “исполнитель” средствами практической работы по реализации и управлением захватывающего механизма.
Задачи:
- показать технологию создания захватывающего механизма;
- познакомиться с применением робота-манипулятора в жизненных ситуациях;
- научиться составлять блок-схемы алгоритмов для управления роботом-манипулятором;
Основные понятия: механизм, захватывающий механизм, управление, исполнитель, среда исполнителя, алгоритм, блок-схема.
Необходимые материалы: узкая резинка, трубочка для коктейля, картон, клейкая лента, ножницы, нейлоновый шнур, пустой корпус от ручки, линейка, карандаш, пластиковый или бумажный стаканчик.
Ход работы по созданию захватывающего механизма приведен в презентации.
Для обобщения знаний, полученных в ходе работы, ответьте на вопросы:
- Какие предметы можно захватывать с помощью созданной нами руки робота?
- Что произойдет, если мы добавим “пальцев” руке?
- Какие предметы сложно захватывать созданной рукой и почему?
- Что произойдет, если мы к конструкции добавим “большой палец”?
- Для чего может быть использована рука настоящего робота?
После обсуждения работы, учащимся показывается видео о реальных роботах-манипуляторах.
Таблица 1
Видео ресурсы о роботах-манипуляторах
| Адрес | Описание |
| http://www.youtube.com/watch?v=TshqKlDPzNI | Роботизированная рука, повторяющая движения. |
| http://www.youtube.com/watch?v=LAJqC0L-2zI | Макет робота манипулятора |
| http://www.youtube.com/watch?v=a6adgc-bsPQ&feature=related | Робот-манипулятор в автомобильной промышленности |
Мы познакомились с традиционными действиями робота-манипулятора. Пожалуйста, ответьте на вопрос: “Каким образом можно заставить робота выполнять какие-либо действия?”.
Чтобы заставить робота выполнять какие-либо действия, нужно составить точный алгоритм действия. Данный этап работы над созданием робота называется программированием. Алгоритм, написанный на понятном для робота языке, называется программой. Современные роботы рассчитаны на применение таких языков программирования как С#, визуальных языков программирования (VPL). Технология написания программ средствами визуальных языков программирования имеет много общего с построением блок-схем, поэтому для описания алгоритма работы с созданным нами роботом-манипулятором мы используем именно этот способ.
Представьте ситуацию: созданный вами робот планируется использоваться на складе. Его функция – захватывать крупногабаритный товар и поднимать его на верхние полки. Вас попросили разработать программу в виде блок-схемы, управляющей поведением робота.
Смоделируем данную ситуацию: захватывающий механизм уже готов, управляют рукой робота-манупулятора учащиеся, моделью крупногабаритного товара будет пластиковый или бумажный стакан, полки может смоделировать стопка книг. Чтобы написать программу для робота, давайте определим, какая информация нужна для успешного составления программы.
Опишем среду, в которой работает робот-манипулятор и входные данные.
Начальное положение робота: находится на столе, пальцы разогнуты.
Система команд робота-манипулятора: согнуть пальцы, разогнуть пальцы, переместиться горизонтально вперед на заданное расстояние, переместиться горизонтально назад на заданное расстояние, подняться вертикально вверх на заданное расстояние, опуститься вертикально вниз на заданное расстояние.
Положение груза: напротив робота-манипулятора.
Входные данные: расстояние от груза до робота-манипулятора, высота и ширина груза, высота полки.
Введем переменные для описания входных данных: S – расстояние от груза до робота-манипулятора, H – высота груза, W – ширина груза, L – высота полки.
После того, как мы смоделировали среду и описали входные данные, мы можем описать алгоритм управления поведением робота-манипулятора в виде блок-схемы (рис.).
Вопросы для повторения: что такое исполнитель?
Задание для самостоятельной работы: опишите алгоритм управлением поведения робота в следующих ситуациях:
a) робот наливает воду в стакан;
b) робот вставляет диск СD-Rom.
Список использованной литературы
1. Бешенков С.А., Трубина И.И., Миндзаева Э.В. Курс информатики современной школе: доклад на 7-м заседании семинара “Методологические проблемы наук об информации” – М.: ИНИОН РАН, 21 мая 2012 г.
2. Шелепаева А.Х. Поурочные разработки по информатике. М.: ВАКО, 2011. – 352 с.
3. Планы уроков по робототехнике [Электронный ресурс]: – Режим доступа: www.nasa.gov/audience/foreducators/robotics/lessonplans/index.htm l – Загл. с экрана