Методическая разработка Направление. Модуль «Робототехника» Тема. Формирование функциональной грамотности школьников при моделировании роботов Makeblock Ultimate 2.0

Государственное автономное учреждение дополнительного профессионального образования Ямало-Ненецкого автономного округа «Региональный институт развития образования»

Муниципальное  автономное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 4 с углубленным изучением английского языка»

Методическая разработка

Направление. Модуль «Робототехника»

Тема.  Формирование функциональной грамотности школьников при моделировании роботов Makeblock Ultimate 2.0

Черных Татьяна Викторовна

учитель технологии

высшая квалификационная

категория

г. Новый Уренгой, 2024

Содержание

Введение ……………………………………………………………………3

1.     Образовательная робототехника……………………………………....4

1.1  Формирование функциональной грамотности……………………....5

1.2  Робототехнический конструктор Makeblock Ultimate 2.0…………..6  

2. Практическая часть……………………………………………………..8

2.1 Создание мобильных роботов на базе платформы Arduino…..........9

2.1 Проектная деятельность обучающихся…………………………......10

Заключение………………………………………………………………..13

Приложения

Введение

         Актуальность темы. Робототехника является одним из важнейших направлений научно-технического прогресса, в котором проблемы механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта.

       Обоснование выбранной темы. Необходимо уделять большое внимание функциональной грамотности подрастающего поколения. Функциональная грамотность сегодня – это базовое образование личности. Школьнику важно обладать: готовностью успешно взаимодействовать с изменяющимся окружающим миром; возможностью решать нестандартные учебные и жизненные задачи; способностью строить социальные отношения; совокупностью рефлексивных умений, обеспечивающих оценку своей грамотности, стремление к дальнейшему образованию; важное место должно занимать общение и взаимодействие сверстников. 

      Модуль «Робототехника» в школе позволяет вовлекать учащихся в процесс, мотивировать их на учебную деятельность, включает в себя множество компетенций: проектирование, конструирование и программирование, сотрудничество. Использовать групповые методы обучения, применение межпредметных связей, знакомство с новыми профессиями, проба школьников в области робототехники.

     Поэтому необходимость внедрения в учебный процесс модуля «Робототехники» и таких педагогических технологий, приемов и средств, призванных обеспечить развитие функциональной грамотности.

     Мною выбрана методическая тема «Формирование функциональной грамотности школьников при моделировании роботов Makeblock Ultimate 2.0».  Данная  тема позволит проанализировать и  обобщить опыт  внедрения  робототехники в  образовательный процесс.

        Цель  работы: разработка методических рекомендаций  по созданию мобильных роботов   Makeblock  Ultimate 2.0  ARDUINO для обучающихся  7 и 8 классов.

        Задачи  наставника: создать творческую атмосферу развития навыков конструирования, программирования и формирования функциональной  грамотности. Самореализация обучающихся в изучении прикладных программ и знакомства с профессиями, способствовать формированию самостоятельности, творческого потенциала, коммуникабельности через выполнение практических  и проектных работ. 

       Определение области исследования. В нашей школе на уроках технологии при изучении модуля «Робототехники» я применяю робототехнические конструкторы:

•      для обучающихся 5 - 6 классы   LEGO MINDSTORMS EV3;

•      для обучающихся 7 - 8 классы   Makeblock  Ultimate 2.0  ARDUINO.

     Которые позволяют последовательно изучить основы робототехники и программирования в соответствии с возрастными особенностями школьников. Школьники приобретают знания и умения по робототехнике с помощью конструкторов и вычислительных платформ Lеgo Mindstorms, Scratch, Arduino. Важнейшими задачами модуля являются развитие интереса к конструкторскому творчеству, приобретение технических навыков конструирования и проектирования.

1.     Образовательная робототехника.

Отличительная особенность. Важнейшей отличительной особенностью внедрения на уроках технологии модуля робототехники является системно-деятельностный подход и  развитие функциональнаой грамотности школьников. 

       Одним из методических решений, позволяющим более интенсивно осваивать робототехнику и формировать ключевые компетенции учащихся, является образовательная среда Lеgo Mindstorms EV3 и Makeblock  Ultimate 2.0  ARDUINO.

       Цель робототехники на уроки технологии: научить учащихся самостоятельно мыслить, находить и решать проблемы, привлекая для этого знания из разных областей, уметь прогнозировать результаты и возможные последствия разных вариантов решения.

    Робототехника имеет техническую направленность, в её основу заложены принципы модульности и практической направленности.

Особенность изучения робототехники - это модульное обучение.  В данной методической разработке представлен  вариативный модуль внедрения робототехники.

Пример преподавания модуля Робототехники в 5-9  классах. Таблица 1.

     1.1 Функциональная грамотность. Cспособность человека вступать в отношения с внешней средой, быстро адаптироваться и функционировать в ней называется  функциональная грамотность. При освоении модуля «Робототехника» функциональная грамотность формируется с помощью компьютерной грамотности:

- получение навыков работы в компьютерных приложениях;

- знакомство с новыми компьютерными технологиями;

- умение получать знания из разных источников;

- умение анализировать и критически оценивать, полученную информацию;

-умение применять полученную информацию на практике;

- умение адаптироваться к новым программным продуктам;

- проводить анализ и формулировать выводы на основе имеющихся данных;

- решать прикладные задачи в нестандартных ситуациях;

- видеть алгоритмы в практической деятельности;

- знакомство с профессией IT-специалиста.

Формы и методы обучения.  Формирование функциональной компьютерной грамотности происходит через формы  и методы обучения:

- интерактивные формы обучения  Lego Mindstorms, Mblock, Arduino

- решение кейс-задач    https://disk.yandex.ru/i/DLhMS4IOXHvJow;

- метод взаимообучения (коллективный способ обучения);

- планирование собственных исследований, проведение экспериментов;

- выполнение проектных и творческих работ,

- ведение портфолио «мои достижения по технологии».

Ожидаемые результаты 7-8 классы:

-         формировать проблему, прогнозировать, предлагать пути ее решения,

-         уметь отбирать информацию и использовать ее в жизни,

-         анализировать информацию из различных источников,

-         конструировать и моделировать робототехнические системы,

-         реализовывать полный цикл создания робота,

-         программировать действие мобильного робота,

-         приобретение навыков работы в коллективе,

-         выполнение проектных работ,

-         самоопределение в выборе направления профессии.

1.2 Робототехнический конструктор Makeblock Ultimate 2.0  Arduino

       На уроках технологии  для 7-8 классах   применяем  робототехнический конструктор Makeblock Ultimate 2.0.  

      Преимущество конструктора: можно создавать 10 различных  мобильных роботов: танк с резьбой, балансирующийся двухколесный робот, катапульта Баран, танк с захватным когтем, муравей-робот, робот с сенсором, робот-бармен  и  два робота 3D-захвата, камера Долли (тележка для видео камеры).

А также можно экспериментировать и собирать детали для создания ваших собственных уникальных конструкций.  Для школьников  используем  инструкцию на русском языке  https://disk.yandex.ru/i/54P5p32M8xuU0Q

Соблюдается принцип последовательности в  изучении робототехники: 

1)    Изучение основных сведений, инструкция по сборке.

Ссылка https://disk.yandex.ru/i/54P5p32M8xuU0Q

2)    Графическое программирование Scratch

Ссылка  https://scratch.mit.edu/projects/editor/?tutorial=getStarted

3)    Управление роботом с помощью приложения Makeblock.

Ссылка https://play.google.com/store/apps/details?id=cc.makeblock.makeblock

4)    Программирование в среде mBlock,  ссылка  https://ide.mblock.cc/    

5)    Программирование с Arduino.  

Среда программирования для школьников 7-9 классов.

Scratch и  MBlock – это визуальная событийно-ориентированная среда программирования. Одним из главных достоинств является доступность и понятность. Ссылки  https://scratch.mit.edu/projects/editor/?tutorial=getStarted  и https://ide.mblock.cc/      

Arduino - миниатюрная плата с процессором, которая позволяет собрать множество разных устройств своими руками.  Язык программирования Arduino называется Arduino C.  Онлайн обучение  https://www.arduino.cc/

2.     Практическая часть.

     Для достижения планируемых результатов в своей работе я использую разные методы и способы. 

    На занятиях применяю следующие методические разработки.

- Обучение программированию в программах  Arduino С, 8-9 классы.  

-  Решение кейса,  методическая разработка   https://disk.yandex.ru/i/DLhMS4IOXHvJow 

-  Метод взаимообучения (коллективный способ обучения).

- Устройство микроконтроллера Arduino   https://disk.yandex.ru/i/j-OrehnOxhqVkA  

- Планирование собственных исследований, проведение экспериментов;

- Выполнение проектных работ, ссылка https://disk.yandex.ru/i/EiWx8LbPLoffRw

- Ведение портфолио «мои достижения по технологии».

- План – конспект занятия. Робототехника с помощью программируемого конструктора Makeblock,  https://disk.yandex.ru/i/gt6bArVat9Lx3w

2.1  Создание мобильных роботов на базе платформы Arduino

        Создание роботов начинается с изучением инструкции и деталей составляющие  конструктор.  Затем  изучение принципов работы специальных микросхем, которые называются микроконтроллерами.  Платы Arduino представляют собой наборы, состоящие из готового электронного блока и программного обеспечения.                               Рисунок 1. Контроллер робота. 

Рисунок 2.  Знакомство с интерфейсом контрейлера.

       Знакомство с датчиками (Приложение 1)

       При выполнении работы соблюдаются этапы сборки робота

1) Сборка платформы. Сборка основы робота — подвижная платформа.

2)  Установка платы Arduino и подключение моторов.

3)  Установка и подключение датчиков.

4)  Разработка алгоритма поведения робота на платформе Arduino

      Среда программирования. Разработка приложений на базе плат Arduino осуществляется в специальной среде программирования Arduino IDE. Среда предназначена для написания и загрузки собственных программ в память микроконтроллера. Среда разработки Arduino состоит из редактора программного кода, области сообщений, окна вывода текста, панели инструментов и панели меню. Базовая структура программы для Arduino состоит из двух обязательных частей: функций setup() и loop().

    Перед функцией setup() идет объявление переменных, подключение вспомогательных библиотек. Функция setup() запускается один раз после каждого включения питания или сброса платы. Она используется для инициализации переменных, установки режима работы портов и т. д.

Функция loop() в бесконечном цикле последовательно исполняет описанные команды. Для взаимодействия с различными устройствами, для обеспечения ввода и вывода используются специализированные процедуры и функции.

Использование кейсов  для проверки программирования.

2.2 Проектная деятельность обучающихся.

Одним из ведущих методов организации деятельности учащихся на занятиях является метод проектов. Проектная деятельность и работа формируют у учащихся умения ставить и принимать задачу, планировать последовательность действий и выбирать необходимые средства и способы их выполнения. Самостоятельное осуществление продуктивной проектной деятельности совершенствует умения находить решения в ситуации затруднения, работать в коллективе, нести ответственность за результат.                

Каждый год после изучения модуля «Робототехники» организуем выставку роботов, участвуем в городском конкурсе-выставке проектных работ по технологии, проводим соревнования роботов (Приложение 2). Личностные достижения учеников фиксируются в портфолио. Участие в конкурсах повышает самооценку и положительно влияет на учебную мотивацию.

Фотографии. Выставка роботов 8 класс.

Проектные работы школьников.

      Выводы по теме.  В работе предложены методические рекомендации  по созданию мобильных роботов   Makeblock  Ultimate 2.0  ARDUINO для обучающихся  7 и 8 классов. Создана творческая атмосфера развития навыков конструирования, программирования и формирования функциональной  грамотности.  

Заключение

Образовательная робототехника является мощным инструментом в современной педагогической практике. Она не только способствует развитию технических навыков, но и играет ключевую роль в формировании функциональной грамотности, что особенно важно в условиях постоянно меняющегося технологического мира.

Робототехника позволяет интегрировать знания из различных областей, таких как математика, физика, информатика и инженерия, предоставляя учащимся практический опыт их применения. Это способствует глубокому пониманию предметов и развитию важных навыков, таких как критическое мышление, креативность и способность решать сложные задачи. Образовательная робототехника также способствует развитию социальных, личностных и эмоциональных навыков, таких как работа в команде, коммуникация и умение справляться с трудностями.

В работе предложены методические рекомендации  по созданию мобильных роботов   Makeblock  Ultimate 2.0  ARDUINO для обучающихся  7 и 8 классов. Создана творческая атмосфера развития навыков конструирования, программирования и формирования функциональной  грамотности. 

Описанный опыт учителя технологии является методической помощью педагогам, ведущим практическую деятельность по робототехники. Все методы, приемы в методической работе направлены на развитие познавательной, мыслительной активности, которая в свою очередь направлена на отработку, обогащение знаний каждого школьника, развитие его функциональной грамотности.

Таким образом, использование  активных форм обучения на уроках создаёт необходимые условия для развития умений обучающихся самостоятельно мыслить, анализировать, отбирать материал, ориентироваться в новой ситуации, находить способы деятельности для решения практических задач в жизненном пространстве.

Занятия по робототехнике представляют собой важный элемент современного образовательного процесса. Они подготавливают учащихся к эффективной жизни и работе в технологическом обществе, формируя у них необходимые навыки и компетенции для успешной адаптации к будущим вызовам.

Перспективы развития данной темы.

Внедрения робототехники в образовательное пространство школы:

-  Разработка методической литературы по робототехнике.

-  Обучение учащихся проектной деятельности при изучении робототехники.

-  Участие  в городских конкурсах по направлению робототехника.

-  Выступление на городском методическом объединении для учителей технологии. Опыт работы  учителя «Моделировании роботов Makeblock Ultimate 2.0».

Литература

1.     «Первый шаг в робототехнику», Д.Г. Копосов, БИНОМ. Лаборатория знаний, Москва, 2014.

2.     Аппаратная платформа Arduino Uno. URL: http://arduino.ru/Hardware/ArduinoBoardUno

3.     Страковский Д. А., Симаков Е. Е. Создание робота-гонщика на платформе Arduino // Юный ученый. - 2016. - №3. - С. 120-124. URL: http://yun.moluch.ru/archive/6/412/

4.     Среда  программирования  для  школьников https://scratch.mit.edu/projects/editor/?tutorial=getStarted

https://www.arduino.cc/

Приложение 1.                Знакомство с датчиками

Приложение 2.                Модуль «Робототехника» на уроках технологии.

Робототехника 5-6 классы

Робототехника 7-8 классы

Скачано с www.znanio.ru