Доклад на тему "Развитие конструкторских способностей учащихся на занятиях по робототехнике"

Государственное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования (повышения квалификации) специалистов «Кузбасский региональный институт повышения квалификации и переподготовки работников образования» Факультет повышения квалификации Структурное подразделение Кафедра проблем воспитания и дополнительного образования Развитие конструкторских способностей учащихся на занятиях по робототехнике Итоговая работа Срок обучения с 09.11.2018 г. по 15.02.2019 г. Исполнитель:  Агеев Евгений Георгиевич, педагог дополнительного образования МБУ   ДО   «Дворец   творчества   детей   и молодежи   им.   Добробабиной   А.   П.   города Белово»  (89505996005)  Консультант:  Варова Татьяна Ивановна,  ст. преподаватель, методист. 2 Кемерово 2019 Содержание 3 Введение ……………………………………………………………………3 1. Образовательная область робототехники как средство развития     конструкторских способностей………………………….… ……….…4          2. Виды современных образовательных конструкторов используемых на  занятиях в доп.образовании ………………………………………….....7 3. Формы и методы формирования конструкторских способностей и  инженерного мышления на занятиях по робототехнике ……………….13 Заключение………………………………………………………………….15 Литература…………………………………………………………………..17 Введение 4 Раскрытие способностей каждого учащегося является одной из приоритетных  задач современного образования. Решению данной задачи уделяется внимание  не только на уроках, но и во внеурочной деятельности. В Федеральном  государственном образовательном стандарте внеурочной деятельности  школьников уделено особое внимание: определено пространство и время в  образовательном процессе – до десяти часов в неделю по интересам и выбору  учащихся. Для успешных занятий техническим конструированием необходимы знания из  разных образовательных областей, чтобы учащиеся в ходе мыслительной и  практической деятельности смогли создать технические модели, которые  несут в себе элементы новизны, не копируя конкретные объекты. Одной из новых технологий, которая активно применяется в учебном  процессе, является образовательная робототехника – это технология  обучения, которая основана на использовании в учебном процессе  конструкторов, имеющих возможность программирования Следовательно, работа с современными конструкторами предоставляет  возможность познакомить учащихся не только с начальным техническим  моделированием и конструированием, но и сформировать навыки  компьютерной грамотности при создании программы для роботизированной  модели. Занятия конструированием и робототехникой с использованием  образовательных наборов фирмы LEGO получили широкое распространение в учебных учреждениях по всему миру. Актуальность применения инновационных педагогических технологий по развитию познавательно­исследовательской и конструктивной деятельности,  технического творчества обучающихся посредством использования LEGO  конструирования и робототехники в образовательный процесс обусловлена   требованиями федерального государственного образовательного стандарта. В 5 основе реализации основной образовательной программы начального общего  образования лежит системно­деятельностный подход, который предполагает  «воспитание и развитие качеств личности, отвечающих требованиям  информационного общества, инновационной экономики». Разработанная образовательным учреждением основная образовательная  программа начального общего образования предусматривает: организацию проектно­исследовательской деятельности и научно­ технического творчества, интеллектуальных и творческих соревнований; использование в образовательном процессе современных  образовательных технологий деятельностного типа. Значимым для учителей школы стал вопрос: как сделать так, чтобы  техническое творчество стало для детей действительно деятельностным,  развивающим, современным и интересным? Эту реализована через использование в своей педагогической деятельности  идей LEGO­педагогики, развитие робототехники на базе конструктора. LEGO (LEGO Education WeDo2.0, LEGO EDUCATION MINDSTORMS EV3).  1. Образовательная область робототехники как средство развития  конструкторских способностей «Уже в школе дети должны получить возможность раскрыть свои  способности, подготовиться к жизни в высокотехнологичном конкурентном  мире»                                                                                             Д.А. Медведев С началом нового тысячелетия в большинстве стран робототехника занимает  существенное место  как в школьном так и в университетском образовании,  подобно тому, как информатика появилась в конце прошлого века и 6 потеснила обычные предметы. По всему миру  проводятся конкурсы и  состязания роботов для школьников и студентов. Лидирующие позиции в  области школьной робототехники на сегодняшний день занимает фирма Lego  (подразделение Lego Education) с образовательными конструкторами серии  Mindstorms, Fischertechnik. В таких странах как США, Япония, Корея и в  некоторых других при изучении робототехники используются и более  сложные кибернетические конструкторы. Образовательная  робототехника это новая, актуальная педагогическая  технология, которая  находится на стыке перспективных областей знания:  механика,  электроника,  автоматика,  конструирование,  программирование и  технический дизайн. Использование LEGO ­ конструкторов     в образовательной деятельности повышает мотивацию обучающихся  к  обучению, т.к. при этом требуются знания практически из всех учебных  дисциплин от искусств и истории до математики и естественных наук.  Педагоги, использующие, в своей практике робототехнику могут достигнуть  целого комплекса образовательных целей: ­ коллективная выработка идей; ­ развитие словарного запаса и навыков общения при объяснении работы  модели; ­ проведение систематических наблюдений и изменений; ­ логическое мышление и программирование заданного поведения модели; ­ установление причинно – следственных связей; ­  написание и воспроизведение сценария с использованием модели для  наглядности и драматургического эффекта; ­ экспериментальное исследование, оценка (измерение) влияния отдельных  факторов; ­ анализ результатов и поиск новых решений. 7 Разнообразие конструкторов LEGO позволяет заниматься с обучающимися  разного возраста и по разным направлениям (конструирование,  программирование, моделирование физических процессов и явлений и т.д.).  Дети с большим удовольствием посещают занятия, участвуют        и  побеждают в различных конкурсах. Если обучающийся интересуется данной сферой с начальной школы, он может открыть для себя много интересного и, что немаловажно, развить те умения,  которые ему понадобятся для получения профессии в его будущем.  Новые стандарты обучения обладают отличительной особенностью ­  ориентацией на результаты образования, которые рассматриваются на основе  системно ­ деятельностного подхода, который применяется в системе  школьного образования. Такую стратегию обучения помогает реализовать  образовательная среда LEGO. Основное оборудование ­ это LEGO ­  конструкторы. В распоряжение детей поступают конструкторы, оснащенные  микропроцессором и наборами датчиков. С их помощью обучающийся  может  запрограммировать робота ­ умную машинку на выполнение определенных  функций. Но, к сожалению, методических материалов по данному направлению на  сегодняшний день не достаточно. Педагогам, как и обучающимся, приходится осваивать новый предмет. Как правило, они  разрабатывают собственные  планы занятий, которые соответствуют индивидуальным особенностям  обучающихся, соблюдая общую последовательность при их составлении: 1. Сформулировать общие принципы простого механизма. 2. Познакомить обучающихся с активной лексикой. 3. Собрать и изучить одну или все принципиальные модели. 4. Собрать и изучить основную модель и выполнить задание, но  только после того, как будут выполнены задания для  принципиальной модели. 5. Попытаться выполнить творческое задание. 8 Также робототехника используется педагогами при решении  коммуникативных проблем обучающихся, так как робототехника — это  командная работа. Проблемы сплачивают ребят. Решая задачи совместно,  команда производит анализ проблемы, составляет план для её решения,  определяет каждому роль для выполнения подзадач, ищет ресурсы от  информационных до материальных. В процессе работы учащиеся имеют  возможность проявить инициативу, реализовать свои лидерские и творческие  способности. Такое взаимодействие обеспечивает условия для организации инновационной  деятельности, развития научно­технического потенциала, стимуляции  социальной активности как в отдельном общеобразовательном учреждении,  так и в масштабах государства. 2. Виды современных образовательных конструкторов  используемых на занятиях в дополнительном образовании . В наши дни конструкторы по робототехнике для детей набирают все большую  популярность среди юных инженеров и их родителей. И это неудивительно,  ведь детская робототехника, а соответственно, и конструкторы, объединяет  целый ряд научных дисциплин – от физики до программирования – и  позволяет в игровой форме погрузиться в данные области знаний. Сейчас на  рынке представлен широкий выбор комплектов, рассчитанных на детей  разных возрастов, с разными интересами и разным уровнем подготовки. Что отличает конструкторы по робототехнике? 9 В первую очередь все образовательные робототехнические конструкторы  объединяет то, что в них заложена функция не только игры, но и обучения –  об этом говорит уже само название таких комплектов. Наборы для  школьников могут сопровождаться учебниками, рабочими тетрадями,  глоссариями, материалами для учителя и т.д. Конструкторы для младших  групп, особенно для дошкольников, как правило, не подразумевают  использование объемных педагогических материалов, но и здесь ребенок не  просто играет, а в доступной форме изучает механизмы, физические  законы т.д. При этом акцент на работе механизмов, датчиков, в целом на физике или  программировании – еще одна черта данных комплектов. Конечно,  конструктор роботов для детей 4­6 лет не предлагает малышу собрать и  запрограммировать человекоподобного андроида. Робототехника на  начальных этапах – это изучение различных моделей, простая работа с  моторами и т.д. В свою очередь, ученику средних классов вполне можно  предложить программируемый конструктор по робототехнике, где надо не  просто собрать модель, но и самому задать ее поведение. Многие конструкторы предполагают, что из одного набора можно собрать  сразу несколько моделей (как правило, они перечислены на коробке или в  описании к комплекту). И это не считая тех, которые придумает сам ребенок. Большая часть образовательных конструкторов подходит для использования  как в классе, так и дома.                   Конструкторы по робототехнике: возрастные группы В целом свой конструктор для изучения робототехники найдут дети от 4­5 до  14­15 лет. Продуманный набор будет соответствовать уровню знаний юного 10 инженера, при этом чем старше ребенок, тем сложнее будут модели.  Большинство производителей предлагает решения для следующих возрастных групп (деление достаточно условное и зависит от конкретного бренда). 4­6 лет. Понятные модели, крупные и яркие детали, увлекательное  содержание – вот основные черты наборов для дошкольников. Как правило,  здесь малышу предлагается собрать различные машинки, самолетики,  животных, понять, что такое механизм, и т.д. Задача таких комплектов,  помимо прочего, развить мелкую моторику, внимательность, усидчивость,  фантазию и креативность, научить работе в команде. 7­9 лет. Конструктор по робототехнике для начинающих учебу в школе  становится более сложным: это касается как собственно моделей, так и  изучаемых тем. Дети подробнее знакомятся с законами и явлениями физики,  изучают работу различных датчиков и т.д. Именно поэтому такие наборы  могут использоваться на уроках физики или окружающего мира в качестве  иллюстративного материала. Многие комплекты предлагают не просто  построить машинку, но и заставить ее двигаться: отъезжать от края стола,  ехать по черной линии и т.д. 10­15 лет. Конструкты для старшей группы подразумевают почти полное  погружение в робототехнику (за исключением моделирования и печати  деталей, хотя один из наборов от Fischertechnik как раз позволяет собрать и  настроить настоящий 3D­принтер). Работа с механизмами в данном случае  сочетается с программированием – конструкторы могут поставляться с  программируемыми и непрограммируемыми платами, чтобы будущий инженер мог посмотреть, как они в принципе функционируют, и попробовать  самостоятельно задать команды. 11 Бренды на рынке конструкторов по робототехнике Среди наиболее популярных брендов в мире детских конструкторов по  робототехнике можно отметить LEGO Education, Engino, Huna, Fischertechnik, Makeblock и другие. Познакомимся поближе с предлагаемыми ими наборами. LEGO Education Один из самых известных в мире брендов конструкторов также является и  одним из лидеров по образовательному направлению. Во многих школах и  кружках на занятиях используются решения именно от LEGO. Немалую роль  здесь сыграли универсальность конструктора, широкий набор материалов для  учителей, наличие рабочих тетрадей и т.д. Производитель предлагает ряд линеек для разных возрастов. Для совсем маленьких хорошим вариантом станут «Первые механизмы» (5+)  или «Простые механизмы» (7+). Игра с этими конструкторами не требует  дополнительных знаний, а сам набор познакомит ребенка с тем, что такое  механизм и как он функционирует. Будущий инженер узнает о принципах  работы рычагов, зубчатых колес и о многом другом. Линейки WeDo и WeDo 2.0 позволят детям 7­10 лет собрать своего первого  настоящего робота. Комплекты включают множество деталей для его тела, а  также различные датчики (движения, наклона и т.д.), специализированное  программное обеспечение, дидактические материалы и т.д. 12    В отдельную группу выделим конструкторы, где подробно разбираются  различные темы, связанные не только с физикой, но и с технологией и  некоторыми другими дисциплинами. Речь идет о таких комплектах, как  «Пневматика», «Возобновляемые источники энергии» и пр.      MINDSTORMS Education EV3 – самые сложные из предлагаемых  производителем конструкторов, и предназначены они для учеников средней  школы. Эти наборы позволяют собрать полноценного программируемого  робота с различными датчиками, который сможет даже взаимодействовать с  другими роботами от LEGO.    Наборы LEGO бывают базовыми, ресурсными (предлагают детали для  сборки новых моделей) и дополнительными (расширяют возможности  базового набора). Fischertechnik Немецкий производитель также подготовил комплекты для детей разных  возрастов. Например, для юных инженеров от 5 лет – это «Набор для  малышей» и «Супернабор для малышей». Каждый такой конструктор  позволит построить по несколько моделей машинок, самолетов, подъемный  кран и другие знакомые и понятные ребенку объекты.    Детям от 7 лет бренд предлагает более сложные задачи. Например,  построить трактор с дистанционным управлением или машину, которая будет  двигаться от солнечных батарей. Также Fischertechnik разработал комплекты  для изучения пневматики, оптических явлений, законов динамики, топливных  элементов и различных типов двигателей. Эти и другие подобные  образовательные конструкторы помогут в игровой форме погрузиться в  различные стороны школьной физики, а главное – применить теоретические  выкладки на практике. 13 Huna Принцип, которым руководствуется Huna при разработке своих  конструкторов: «От простого к сложному». Уже 6­8­летним детям бренд  предлагает собрать несложных роботов с двигателем, звуковым  сопровождением, датчиками, определяющими расстояние или черный цвет. В  основе таких наборов лежат знакомые каждому ребенку модели: герои сказок  (например, персонажи из «Трех поросят» или Паровозик Томас), животные,  машинки и т.д. Каждый комплект сопровождается понятной инструкцией,  которая поможет малышу (возможно, под присмотром родителей или  педагога) собрать интересную движущуюся модель. Для ребят постарше предназначена линейка MRT (My Robot Time), в которой  представлены наборы различной степени сложности. Во все комплекты входят датчики, мотор и другие необходимые составляющие. Одна из особенностей  конструкторов от Huna – детали соединяются по всем 6 сторонам. Благодаря  этому, один комплект позволяет получить множество различных моделей –  как указанных производителем, так и тех, что придумает сам ребенок. Интересное решение от Huna – наборы для групповой работы: дети могут  построить зоопарк, город или порассуждать на темы «Мечты и реальность»,  «Новый год и Рождество». Engino Бренд Engino – это широкий выбор самых разных образовательных  конструкторов: программируемых и непрограммируемых; с мотором и без  него. Отдельные комплекты посвящены сборке автомобилей, мотоциклов,  самолетов, спецтехники и т.д. – такой набор позволит собрать ряд моделей  соответствующей тематики. Также Engino предлагает специальную серию для девочек – с деталями пастельных цветов и моделями, более близкими  прекрасной половине человечества. 14 Makeblock Самые интересные конструкторы от Makeblock – пожалуй, те, которые после  сборки и настройки можно использовать по прямому назначению. Это,  например, «Laserbot гравировщик» или Airblock Drone, позволяющий собрать  дрон или катер на воздушной подушке. Такие наборы поставляются со всем  необходимым для последующей полноценной работы устройства. Скажем,  для гравировщика это, соответственно, лазерная головка, кронштейны,  двигатели, программное обеспечение и многое другое. Однако данные конструкторы относятся к категории сложных и рассчитаны  на учеников средней школы, а если вы ищете набор для более юного инженера, то предложите ему, например, комплект из серии mBot. Такой конструктор  познакомит ребенка от 8 лет с основами программирования, работы с  датчиками и т.д. Управлять роботом можно будет как с пульта, так и с  мобильного телефона (если выбранный вами комплект будет поддерживать  Bluetooth). 3.    Формы и методы формирования конструкторских способностей и  инженерного мышления на занятиях по робототехнике Новые стандарты обучения обладают отличительной особенностью ­   ориентацией на результаты образования, которые рассматриваются на основе 15 системно­деятельностного подхода. Такую стратегию обучения помогает  реализовать образовательная среда LEGO. В  дополнительном образовании детей роботехнические комплексы  LEGO могут применяться по следующим направления:     демонстрация; фронтальные лабораторные работы и опыты; исследовательская проектная деятельность. Формирование ключевых компетенций осуществляется средствами  проектной технологии. Метод проектов ­ это технология организации образовательных  ситуаций, в которых учащийся ставит и решает собственные задачи, и  технология сопровождения самостоятельной деятельности учащегося. Методы и приемы, используемые для реализации технологии: наглядные  (использование ИКТ – технологий, просмотр фрагментов  мультипликационных и учебных фильмов, обучающих презентаций,  рассматривание схем, таблиц, иллюстраций, сбор фотоматериалов,  дидактические игры, организация выставок, личный пример взрослых).  Словесные, практические (игровые ситуации, элементарная поисковая  деятельность (опыты с постройками), обыгрывание постройки, моделирование ситуации, конкурсы. 16 Заключение Зачем нужны занятия по робототехнике на занятиях в доп. образовании? Как правило, желающих посещать занятия первое время достаточно, но как  только обучающиеся встречаются с программированием, желание заниматься  пропадает. Форма проведения занятий выбирается близкая к игровой и в  значительной мере базируется на заинтересованности ребенка в  познавательных играх, носящих соревновательный характер. Проводятся  микро соревнования, соревнования прямого противоборства и соревнования  на выполнение игровой ситуации. Воспитанник получает первый опыт  командной работы и коллективной ответственности за результат.  За время  занятий у обучающиеся развиваются научно­технические способности.  Расширяются знания о науке и технике как способе рационально­   практического освоения окружающего мира. Воспитывается уважительное  отношение к труду. После освоения программы кружка «робототехника»  учащийся получит знания  о науке и технике как способе рационально­ практического освоения окружающего мира; роботах, как об автономных модулях, предназначенных для решения сложных практических задач; истории и перспективах развития робототехники ;  робоспорте,  как одном из направлений технических видов спорта;  физических, математических и логических теориях, положенных в основу  проектирования и управления роботами; философских и культурных  особенностях робототехники, как части общечеловеческой культуры; 17 овладеет –  критическим, конструктивистским и алгоритмическим стилями  мышления; техническими компетенциями в сфере робототехники,  достаточными для получения высшего образования по данному направлению;  набором коммуникативных компетенций, позволяющих безболезненно войти и функционировать без напряжения в команде, собранной для решения  некоторой технической проблемы; разовьет фантазию, зрительно­образную память, рациональное восприятие  действительности; научится решать практические задачи, используя набор  технических и интеллектуальных умений на уровне их свободного  использования; приобретет уважительное отношение к труду как к  обязательному этапу реализации любой интеллектуальной идеи. Поэтому, занятия по робототехнике обязательно нужны в программе  дополнительного образования. Мир не стоит на месте, детям нужно  заниматься в таких кружках, которые в современном обществе несомненно  востребованы  и актуальны. 18 Литература 1. Инструкция по использованию LEGO Digital Designer[Электронный  ресурс] http://www.doublebrick.ru/node/3827 2. Филлипов С.А. Основы робототехники на базе конструктора LEGO  MINDSTORMS NXT\\ компьютерные инструменты в школе. № 1,  2010 г. С. 39­46 3. Асмолов А.Г., Семенов А.Л., Уваров А.Ю. Российская школа и  новые информационные технологии: взгляд в следующее  тысячелетие.­ М.: Изд­во "НексПринт", 2010.­ 84 с 4. Вильямс Д. Программируемые роботы. ­ М.: NT Press, 2006. 5. Индустрия развлечений. ПервоРобот. Книга для учителя и сборник  проектов. LEGO Group, перевод ИНТ, ­ 87 с., илл. 6. Конюх В. Основы робототехники. – М.: Феникс, 2008. 7. Методические аспекты изучения темы «Основы робототехники» с  использованием Lego Mindstorms, Выпускная квалификационная работа Пророковой А.А. 8. Филиппов С.А. Робототехника для детей и родителей. – СПб.:Наука,  2010.