Пояснительная записка
В настоящее время на рынке труда одними из самых востребованных являются инженерные кадры высокого профессионального уровня, поэтому необходимость популяризации профессии инженера очевидна. Быстро растущая потребность создания роботизированных систем, используемых в экстремальных условиях, на производстве и в быту, предполагает, что даже обычные пользователи должны владеть знаниями в области робототехники. Получение таких знаний позволит обучающимся получить опыт познавательной и творческой деятельности; понять смысл основных научных понятий и законов физики, усвоить взаимосвязи между ними. При этом особая роль отводится школьной робототехнике.
Актуальность настоящей программы определяется повышенным спросом на профессии hitech сектора, одновременно связанные с традиционной инженерией и программированием устройств. Роботы являются основой современного массового производства, а умение их строить и программировать постепенно замещает традиционные навыки конструкторов и технологов.
Педагогическая целесообразность данной дополнительной образовательной программы заключается в том, что её курс позволяет в доступной и наглядной форме почувствовать преимущества инновационных технологий, получить реальный опыт построения высокотехнологичных устройств.
Отличительной особенностью данной дополнительной образовательной программы является то, что она нацелена на вовлечение детей и молодежи в техническое творчество, воспитание инженерной культуры, выявление и продвижение перспективных инженернотехнических кадров.
Цель курса: изучение основ конструирования и программирования роботов.
Задачи курса
обучающие:
- дать первоначальные знания о конструкции робототехнических устройств;
- научить приемам сборки и программирования робототехнических устройств;
- сформировать общенаучные и технологические навыки конструирования и проектирования.
воспитательные:
- воспитывать умение работать в коллективе, эффективно распределять обязанности;
- воспитывать творческое отношение к выполняемой работе.
- развивающие:
- развивать творческую инициативу и самостоятельность;
- развивать психофизиологические качества воспитанников: память, внимание, способность логически мыслить, анализировать, концентрировать внимание на главном.
- развивать умения излагать мысли в четкой логической последовательности, отстаивать свою точку зрения, анализировать ситуацию и самостоятельно находить ответы на вопросы путем логических рассуждений.
Курс «Робототехника» технической направленности, рекомендуется для обучающихся 12-13 лет, рассчитан на 1 год (72 ч) по 2 часа в неделю и включает в себя темы: конструирование и моделирование, программирование задач для робота и состязания роботов.
Форма обучения очная с элементами дистанционного обучения.
Группы сформированы из обучающихся одного возраста.
Планируемые результаты
У обучающихся должны быть сформированы основы общекультурных, общеучебных и предметных (инженерных) компетенций, которые обеспечат ему комфортное вхождение в образовательную и социальную среду на следующем этапе обучения и жизнедеятельности.
Требования к знаниям и умениям
Обучающиеся должны знать:
- основы разработки алгоритмов и составления программ управления; основы конструирования роботов.
Обучающиеся должны уметь:
- применять необходимые для построения моделей знания принципов действия и математического описания составных частей мехатронных и робототехнических систем (информационных, электромеханических, электронных элементов и средств вычислительной техники);
- реализовывать модели средствами вычислительной техники;
- проводить настройку и отладку конструкции робота;
- проводить предварительных испытаний составных частей опытного образца мехатронной или робототехнической системы по заданным программам и методикам.
При составлении поурочного планирования на основе данной программы количество часов по темам и разделам, а также последовательность их изложения может варьироваться в зависимости от уровня подготовки обучающихся, форм и методов обучения.
Занятия проводятся в форме лекций, дискуссий, практических работ.
Формы аттестации могут быть следующие:
- при текущем контроле: беседа; индивидуальные задания; самостоятельные и практические работы;
- при промежуточном контроле: тестирование по пройденным темам и выполнение зачетных работ;
- при итоговом контроле: соревнования роботов.
Механизм оценивания образовательных результатов
| Оцениваемые параметры /Оценки |
Низкий |
Средний |
Высокий
|
|
Уровень теоретических знаний |
|||
|
Обучающийся знает |
Обучающийся знает фрагментарно изученный материал Изложение материала сбивчивое, требующее корректировки наводящими вопросами |
Обучающийся знает изученный материал, но для полного раскрытия темы требуется дополнительные вопросы |
Обучающийся знает изученный материал. Может дать логически выдержанный ответ, демонстрирующий полное владение материалом. Уровень практических навыков и умений |
|
Уровень практических навыков и умений |
|||
|
Способность изготовления устройства по образцу |
Не может изготовить устройство по образцу без помощи педагога |
Может изготовить устройство по образцу при подсказке педагога |
Способен изготовить устройство по образцу |
|
Степень самостоятельности изготовления устройства |
Требуется постоянные пояснения педагога при изготовлении устройства |
Нуждается в пояснении последовательности работы, но способен после объяснения к самостоятельным действиям |
Самостоятельно выполняет операции при изготовлении устройства |
|
Степень самостоятельности программирования |
Требуется постоянные пояснения педагога при программировании |
Нуждается в пояснении последовательности работы, но способен после объяснения к самостоятельным действиям |
Самостоятельно выполняет операции при составлении программы и ее отладки |
|
Участие в соревнованиях |
Не допущен |
Участвует |
Побеждает |
Оценка промежуточных результатов по темам и итоговые занятия проводятся в разных формах: выставки, конкурсы, соревнования, защита проектов.
Материально-техническое обеспечение: Помещение площадью не менее 24 м2, оборудованное столом размером 1200х2400 для проведения соревнований роботов, доской и помещением для хранения комплектующих, материалов и готовых роботов.
Оборудование:
- Базовый набор Lego Mindstorms EV3 45544 Образовательная версия
- Ресурсный набор Lego Mindstorms EV3 45560 Образовательная версия
- Mindstorms EV3 ПО + лицензия на образовательное учреждение
- Зарядное устройство
- Комплект заданий "Естественные науки и регистрация данных" Lego
- Базовый набор ПервоРобот NXT
- Набор средний ресурсный ПервоРобот.
- Программное обеспечение версии 2.1 для ПервоРобота NXT LEGO (с записью данных)
- Групповое лицензионное соглашение для ПО NXT
Методическое обеспечение программы
Методы обучения: словесный, наглядный практический; частично-поисковый, исследовательский проблемный; дискуссионный.
Методы воспитания: убеждение, поощрение, стимулирование, мотивация.
Формы организации образовательного процесса: индивидуально-групповая, групповая.
Формы организации учебного занятия: беседа, «мозговой штурм», практическое занятие.
Технологии и методики
Целесообразными методами, используемыми в процессе реализации курса по конструированию и программированию роботов, являются: метод проектов, метод взаимообучения и метод проблемного обучения.
Е.С.Полат трактует метод проектов как способ достижения дидактической цели через детальную разработку проблемы, которая должна завершиться вполне реальным, осязаемым практическим результатом, оформленным тем или иным образом. Использование метода проектов позволяет развивать познавательные и творческие навыки обучающихся при разработке конструкций роботов по заданным функциональным особенностям для решения каких-либо социальных и технических задач. Самостоятельная работа над техническим проектом дисциплинирует обучающихся, заставляет мыслить критически и дает возможность определить обучающемуся свою роль в команде. Работа над проектом разработки модели робота предполагает два взаимосвязанных направления: конструирование и программирование, таким образом, обучающийся имеет возможность самостоятельного выбора сферы деятельности.
Метод взаимообучения своими истоками уходит в коллективный способ обучения. По мнению В.К. Дьяченко, обучение есть общение обучающих и обучаемых. Вид общения определяет и организационную форму обучения. Исторический анализ показывает, что развитие способов обучения основывалось на применении различных видов общения. На занятиях элективного курса по конструированию и программированию роботов метод взаимообучения реализуется воспитанниками самостоятельно, иногда даже без участия педагога. Разобравшись в решении какой-либо конструкторской задачи, обучающиеся с удовольствием делятся своими знаниями с теми, кто испытывает затруднения при решении подобных задач. Таким образом, может сложиться ситуация, в которой обучающиеся обучают самого педагога, что положительно влияет как на самооценку обучающихся, так и на отношения с педагогом.
Под проблемным обучением В.Оконь понимает совокупность таких действий, как организация проблемных ситуаций, формулирование проблем, оказание воспитанникам необходимой помощи в решении проблем, проверка правильности решений и руководство процессом систематизации и закрепления приобретенных знаний. Метод проблемного обучения основан на создании проблемной мотивации и требует особого конструирования дидактического содержания материала, который должен быть представлен как цепь проблемных ситуаций. Этот метод позволяет активизировать самостоятельную деятельность обучающихся, направленную на разрешение проблемной ситуации, в результате чего происходит творческое овладение знаниями, навыками, умениями и развитие мыслительных способностей. Практически каждую задачу, решаемую в процессе конструирования и программирования роботов, можно представить в качестве проблемной ситуации. Активизируя творческое и критическое мышление, обучающиеся способны оптимизировать собственное решение задачи.
Основными принципами обучения являются:
- Научность. Этот принцип предопределяет сообщение обучаемым только достоверных, проверенных практикой сведений, при отборе которых учитываются новейшие достижения науки и техники.
- Доступность. Предусматривает соответствие объема и глубины учебного материала уровню общего развития обучающихся в данный период, благодаря чему, знания и навыки могут быть сознательно и прочно усвоены.
- Связь теории с практикой. Обязывает вести обучение так, чтобы обучаемые могли сознательно применять приобретенные ими знания на практике.
- Воспитательный характер обучения. Процесс обучения является воспитывающим, ребёнок не только приобретает знания и нарабатывает навыки, но и развивает свои способности, умственные и моральные качества.
- Сознательность и активность обучения. В процессе обучения все действия, которые отрабатывает воспитанник, должны быть обоснованы. Нужно учить, обучаемых, критически осмысливать, и оценивать факты, делая выводы, разрешать все сомнения с тем, чтобы процесс усвоения и наработки необходимых навыков происходили сознательно, с полной убежденностью в правильности обучения. Активность в обучении предполагает самостоятельность, которая достигается хорошей теоретической и практической подготовкой и работой педагога.
- Наглядность. Объяснение техники сборки робототехнических средств на конкретных изделиях и программных продукта. Для наглядности применяются существующие видео материалы, а также материалы своего изготовления.
- Систематичность и последовательность. Учебный материал дается по определенной системе и в логической последовательности с целью лучшего его освоения. Как правило этот принцип предусматривает изучение предмета от простого к сложному, от частного к общему.
- Индивидуальный подход в обучении. В процессе обучения педагог исходит из индивидуальных особенностей детей (уравновешенный, неуравновешенный, с хорошей памятью или не очень, с устойчивым вниманием или рассеянный, с хорошей или замедленной реакцией, и т.д.) и опираясь на сильные стороны ребенка, доводит его подготовленность до уровня общих требований или же переходить на новый - более высокий уровень.
Занятия могут проводится в любом компьютерном классе, в разновозрастной группе.
Руководитель может поделить обучающихся на подгруппы с учетом готовности их к практическому освоению сборки роботов и написанию программ.
Список литературы для педагога
- Вильяме Д. Программируемый робот, управляемый с КПК /Д.Вильяме; пер. с англ. А.Ю.
- Карцева. - М.: НТ Пресс, 2006. - 224 с; ил. (Робот - своими руками).
- Комский Д. Кружок технической кибернетики. - М.: Просвещение, 1991.
- Асфаль Р. Роботы и автоматизация производства / Пер. с англ. М.Ю.Евстегнеева и др. -- М.: Машиностроение, 1989. - 448 с: ил.
- Василенко Н.В., Никитин К.Д., Пономарев В.П., Смолин А.Ю. Основы робототехники. - Томск: МГП «РАСКО», 1993.
- Градецкий В.Г., Рачков М.Ю. Роботы вертикального перемещения, М.: Тип. Мин. Образования РФ, 1997. - 223 с.
- Механика промышленных роботов: Учеб. пособие для втузов: В 3 кн. / Под ред. К.В. Фролова, Е.И.Воробьева. Кн. 3: Основы конструирования / Е.И.Воробьев, А.В.Бабич, К.П.Жуков и др. - М.: Высш. шк., 1989. - 383 с: ил.
- Конструирование роботов: Пер. с франц. / Андре П., Кофман Ж.-М., Лот Ф., Тайар Ж.-П. - М.: Мир, 1986. - 360 с, ил.
- Ямпольский Л.С. Промышленная робототехника. - Киев: Техника, 1984.
- Янг Дж.Ф. Робототехника: Пер. с англ. / Ред. М.Б.Игнатьев. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1979. - 300 с, ил.
Список литературы для обучающихся
- Филиппов С.А. Робототехника для детей и родителей. - СПб.: Наука, 2010, 195 стр.
- Мацкевич. Занимательная анатомия роботов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь», 1988. - 128 с; ил. - (Межизд. серия «Научно-популярная библиотека школьника»).
- Хейзерман Д. Как самому сделать робота: Пер. с англ. В.С.Гурфинкеля. - М.: Мир, 1979.