Робототехника в школе

Информатизация предметной деятельности младшего школьника повсеместно нашла свое выражение в компьютерной поддержке формирования традиционной грамоты – письма, счета, рисования, которые могут развиваться по схеме монопредметного интегрирования информационных компьютерных технологий и конструктивистского интегрирования на основе ИКС. Особое внимание уделяется развитию аспекта наглядности в таких обучающих программах информационно-пред-метной направленности. Эксперимент с формой, цветом, размером объекта, его ориентирование на плоскости и в пространстве, эксперимент со звуками и их характеристиками, эксперимент с объектом – словом, числом, природным объектом исследования и наблюдения, поиск, отбор и конструирование ресурсов с помощью компьютерных лабораторий, электронных энциклопедий и медиаколлекций позволяет детям формировать общее представление о принципах визуализации информационной деятельности на компьютере как части их общеучебной деятельности, на которой построено их дальнейшее вхождение в мир обучения средствами «виртуальной реальности» в следующей ступени обучения в основной и старшей школе. Формирование основ визуального восприятия информационной деятельности является очень важным для начального обучения, поскольку создает условия развития у ребенка равновесия между видами мышления, присущему младшему школьному возрасту: от наглядного действенного к образному, от образного к логическому, абстрактному.

Развитие образного мышления средствами компьютерной визуализации позволяет стимулировать логическое мышление, то есть ребенку требуется оценить образную модель по различным характеристикам – количественным (масса, размер) и качественным (цвет, форма) уже мысленно, в режиме прогноза, устанавливая связи между объектами. Принцип наглядности новых средств обучения приобретает ведущее значение и требует формирования у ребенка в начальной школе основ визуального восприятия, как составляющей информационной активности, обеспечивающей графический интерфейс на компьютере – инструмент диалога человека с компьютером через визуальные информационные объекты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Робототехника в школе. Возможности использования конструкторов лего дупло в начальной школ.

2.1 Содержание курса робототехнике в начальных классах

      Современные исследования показывают, что информатизация образования представляет процесс интеллектуализации деятельности обучающего и обучаемого на основе реализации возможностей средств новых информационных технологий, поддерживает интеграционные тенденции процесса познания закономерностей предметных областей и окружающей среды, сочетая их с преимуществами индивидуализации и дифференциации обучения обеспечивая тем самым синергизм педагогического воздействия. Таким образом, наблюдаются главнейшие аспекты информатизации начального обучения. Развивающее обучение становится основным критерием педагогического процесса информационного обучения, оно должно активизировать межпредметные связи, интегрированные способы обучения, строиться на «педагогике сотрудничества». Основные принципы развивающего обучения, исследованные Л.В.Занковым, состоят в повышении трудности деятельности за счет активизации мыслительных процессов, ведущей роли теоретических знаний, что в свою очередь реализуется в обучении быстрыми темпами за счет применения задач ко всем полям деятельности ученика, рефлексии учения, то есть, формирование умений и навыков мышления как процесса, обращенного в себя, а также антиципации (планировании) деятельности.

Робототехника — прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем. Робототехника опирается на такие дисциплины как электроника, механика, программирование.

       Робототехника  является одним из важнейших  направлений научно- технического  прогресса, в котором проблемы  механики и новых технологий  соприкасаются с проблемами искусственного  интеллекта. Человечество  остро  нуждается  в  роботах,  которые могут  без  помощи  оператора тушить  пожары,  самостоятельно  передвигаться  по  заранее  неизвестной,  реальной пересеченной  местности,  выполнять  спасательные  операции  во  время  стихийных бедствий, аварий атомных электростанций, в борьбе с терроризмом. Кроме того, по мере развития  и  совершенствования  робототехнических  устройств  возникла  необходимость  в мобильных  роботах,  предназначенных  для  удовлетворения  каждодневных  потребностей людей:  роботах –  сиделках,  роботах –  нянечках,  роботах –  домработницах,  роботах – всевозможных  детских  и  взрослых  игрушках  и  т.д.  И   уже  сейчас  в  современном производстве  и  промышленности  востребованы  специалисты,  обладающие  знаниями  в этой области. Начинать готовить таких специалистов нужно школе и с самого младшего возраста.  Поэтому,  образовательная  робототехника  в  школе  приобретает  все  большую значимость  и  актуальность  в  настоящее  время.

 Цель  обучения  робототехнике

Основная  цель –  это  социальный  заказ  общества:  сформировать  личность, способную  самостоятельно  ставить  учебные  цели,  проектировать  пути  их  реализации, контролировать  и  оценивать  свои  достижения,  работать  с  разными  источниками информации,  оценивать  их  и  на  этой  основе  формулировать  собственное  мнение, суждение,  оценку.  То  есть  основная  цель -  формирование  ключевых компетентностей учащихся.

Новизна проекта  состоит в том, что:

Наше  время  требует  нового  человека –  исследователя  проблем,  а  не  простого исполнителя. Сегодня  и  завтра  обществу  ценен  человек-творец. Поэтому  задача школы дать  ребёнку  возможность  не  только  получить  готовое,  но  и  открывать  что-то самостоятельно; помочь ребёнку построить научную картину мира.

 Теоретическая значимость проекта заключается в:

1.  Определение места и  роли  робототехники  в  образовательном  пространстве школы;

2.  Обоснование технологий, форм  и методов обучения основам  робототехники;

3.  Определение  тем  курса  информатика  и  ИКТ  для  встраивания  образовательной робототехники.

 Практическая значимость проекта  заключается в:

1.  разработке   структуры  курса «Образовательная  робототехника»  для  ее внедрения в образовательное  пространство школы;

2.  разработка  методических  материалов   для  внедрения  робототехники  в образовательное пространство школы, которые могут быть использованы любой школой в работе.

 Курс «Образовательная  робототехника»  в  образовательном  пространстве 

строится  на  трех формах  организации  учебной  деятельности:  кружок,  элективный  курс, урок.

Эффективность  обучения  основам  робототехники   зависит  и  от  организации

занятий  проводимых  с  применением  следующих  методов:

Объяснительно - иллюстративный - предъявление информации различными способами (объяснение, рассказ, беседа, инструктаж, демонстрация, работа с технологическими картами и др.);

 Эвристический - метод творческой  деятельности (создание творческих  моделей и т.д.)

 Проблемный - постановка проблемы и самостоятельный поиск её решения обучающимися;

 Программированный - набор операций, которые необходимо выполнить  в ходе выполнения практических  работ (форма: компьютерный практикум, проектная деятельность);

 Репродуктивный - воспроизводство знаний и способов деятельности (форма: собирание моделей и конструкций по образцу, беседа, упражнения по аналогу),

 Частично - поисковый - решение  проблемных задач с помощью  педагога;

 Поисковый – самостоятельное  решение проблем;

 Метод проблемного изложения - постановка проблемы педагогам, решение ее самим педагогом, соучастие обучающихся при решении.

И все-таки, главный метод, который используется при изучении робототехники, это метод проектов.

     Под методом проектов  понимают технологию организации  образовательных ситуаций, в которых учащихся ставит и решает собственные задачи, и технологию сопровождения самостоятельной деятельности учащегося.

  Средства обучения:

1.  Цифровое оборудование: проектор, АРМ учителя, компьютерный класс.

2.   Конструктор  Lego «Перворобот»  наборы   № 9797,   № 5847, LEGO

Mindstorms NXT 2.0. с программным обеспечением  к ним.

3.  Цифровые разработки учителя  к урокам (презентации, сайты, тесты  и т.д.).

      Образовательная робототехника в школе приобретает все большую значимость и актуальность в настоящее время. Ученик должен ориентироваться в окружающем мире как сознательный субъект, адекватно воспринимающий появление нового, умеющий ориентироваться в окружающем, постоянно изменяющемся мире, готовый непрерывно учиться. Понимание феномена технологии, знание законов техники, позволит младшему школьнику соответствовать запросам времени и найти своё место в современной жизни.

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.

Курс направления внеурочной деятельности робототехники предназначен для того, чтобы положить начало формированию у учащихся начальной школы 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 ученика.

Кроме этого, реализация этого курса в рамках начальной школы помогает развитию коммуникативных навыков учащихся за счет активного взаимодействия детей в ходе групповой проектной деятельности.

   Современные технологии настолько стремительно входят в нашу повседневную жизнь,  что справиться с компьютером или любой  электронной игрушкой для ребенка не проблема. Смышленый школьник, используя современный конструктор от компании ЛЕГО, может собрать настоящего интеллектуального робота.

          Компания ЛЕГО была основана в 1932 году, создателем компании был датчанин Оле Кирк Кристиансен. Первоначально компания выпускала стремянки, гладильные доски и деревянные игрушки. Слово «LEGO», позже ставшее названием компании, появилось в 1934 году, от выражения «leg godt» — «увлекательная игра».

Lego Mindstorms NXT 2.0 — это интеллектуальный  программируемый робот, который  собирается из деталей, подобно  конструктору, и обладает практически безграничными возможностями.

Современная игрушка для детей, которая может решать любые взрослые задачи, прошла серьезные испытания. В тестах принимали активное участие военные. По большому счету можно сказать, Mindstorms тестировали в реальных военных условиях.

Описание технологии

NXT

 

Lego Mindstorms работает на базе компьютерного  контроллера NXT (СЛАЙД). NXT – это самый  главный элемент в работе MINDSTORMS. Это разумная, контролируемая компьютером  деталь конструктора LEGO , которая может заставить робот MINDSTORMS ожить и исполнять разнообразные действия. На дисплее NXT можно увидеть текстовые и графические сообщения.

Порты моторов

В NXT есть три порта выхода для подключения моторов. Мотор работает тогда, когда он будет подключен к одному из портов A, В или C.

Порты сенсоров

NXT также имеет четыре порта  входа для подключения сенсоров. Сенсоры надо подключить к  портам 1, 2, 3 или 4.

Порт USB

Кабель USB необходимо подключить к порту USB и загрузить программы с компьютера на NXT, также можно передать данные от робота на компьютер. Чтобы загрузить или обменяться той или иной информацией можно применять 6еспроводный канал Bluetooth. Помимо этого, с благодаря Bluetooth можно управлять роботом с помощью мобильного телефона, надо только лишь установить java-приложение.

Громкоговоритель

Можно сделать программу с настоящими звуками, с запуском программы можно будет услышать звуки.

Кнопки NXT

С помощью оранжевой кнопки можно включить или выключить питание, светло-серые стрелки необходимы при перемещении влево - вправо по меню NXT, а темно-серая кнопка удаляет или возвращает пользователя в предыдущее меню.

Опции дисплея NXT

 

NXT – это широкий набор интересных  функциональных возможностей. Ниже  приведены технические характеристики NXT,  

32-битовый микроконтроллер ARM7 256 КБайт FLASH, 64 КБайт RAM 8- битовый микроконтроллер AVR 4 Кбайта FLASH, 512 байт RAM, а также  беспроводный канал Bluetooth Class I I V 2.0;  

скоростной порт USB;  

четыре порта входа, шести проводной кабель для цифровой платформы;  

три порта выхода, шести проводной кабель для цифровой платформы;  

графический жидкокристаллический дисплей;  

громкоговоритель с аудиоканалом с восьмибитовым квантованием и частотой семплирования 2-16 КГц.

Наборы делятся на базовый набор и расширенный.

Блоки

В состав наборов могут входить блоки различных версий.

RCX 

NXT

Сенсоры

Наборы LEGO Mindstorms располагают огромным количеством сенсоров.

Сенсор звука NXT 

Сенсор расстояния NXT (ультразвуковой сенсор) 

Сенсор освещенности NXT 

Сенсор касания NXT 

Двигатель-тахометр NXT

Языки программирования для LEGO Mindstorms бывают графические и текстовые.

Информацию об окружающем их мире робот Lego Mindstorms NXT 2.0 получает от четырех датчиков — звукового, двух контактных и датчика, позволяющего распознавать цвета.

 

Самый простой из них — датчик прикосновения/касания (СЛАЙД), который реагирует на сенсорные воздействия. К примеру, если робот встречает на своем пути груз, датчик дает контроллеру команду и срабатывает захват.