Сегодня занятия робототехникой становятся очень популярными. Школьникам такие уроки помогают сформировать и развить критическое мышление, научиться творчески подходить к процессу решения задач различного уровня сложности, а также получить навыки работы в команде.
Новое поколение
Современное образование переходит на новый виток своего развития. Многие педагоги и родители ищут возможность заинтересовать детей наукой, привить любовь к обучению и зарядить желанием творить и мыслить неординарно. Традиционные формы изложения материала уже давно утратили свою актуальность. Новое поколение не похоже на своих прародителей. Они хотят учиться живо, интересно, интерактивно. Это поколение легко ориентируется в современных технологиях. Дети хотят развиваться так, чтобы не только идти в ногу со стремительно развивающимися технологиями, но и непосредственно участвовать в этом процессе.
Многие из них интересуются: «Что такое робототехника? Где этому можно учиться?».
Образование и роботы
Эта учебная дисциплина включает в себя такие предметы, как конструирование, программирование, алгоритмику, математику, физику и другие дисциплины, связанные с инженерией. Ежегодно проводится World Robotics Olympiad (всемирная олимпиада по робототехнике - WRO). В образовательной сфере - это массовое соревнование, позволяющее лучше узнать, что такое робототехника для тех, кто впервые сталкивается с подобным предметом. Оно дает возможность попробовать свои силы участникам более чем из 50 стран. На соревнования съезжаются порядка 20 тысяч команд, в состав которых входят дети от 7 до 18 лет.
Основная цель WRO: развитие и популяризация НТТ (научно-технического творчества) и робототехники в молодежной и детской среде. Подобные олимпиады являются современным образовательным инструментом XXI века.
Новые возможности
Чтобы дети лучше понимали, что такое робототехника, на соревнованиях применяются теоретические и практические навыки, полученные на занятиях в рамках клубной работы и школьной программы по изучению естественно-научных предметов и точных наук. Увлеченность робототехнической дисциплиной постепенно перерастает в желание глубже узнать такие науки, как математика, физика, информатика и технологии.
WRO - это уникальная возможность для ее участников и наблюдателей не только узнать глубже что такое робототехника, но и развить в себе навыки творчества и критического мышления, которые так необходимы в XXI веке.
Обучение
Интерес к образовательной дисциплине робототехнического направления растет с каждым днем. Материальная база постоянно улучшается и развивается, многие идеи, еще недавно остававшихся мечтой - сегодня реальность. Изучение предмета «Основы робототехники» стало возможным для большого числа детей. На уроках ребята учатся решать задачи с ограниченными ресурсами, обрабатывать и усваивать информацию, а также использовать ее в правильном русле.
Дети учатся легко. Современное подрастающее поколение, воспитывающееся на различных гаджетах, как правило, не имеет трудностей в освоении дисциплины «Основы робототехники», при условии наличия желания и тяги к новым знаниям.
Нужно что даже взрослых людей сложнее переучивать, чем научить чистые, но жаждущие детские умы. Положительной тенденцией есть колоссальное внимание к популяризации робототехники в молодежной среде со стороны правительственных органов России. И это понятно, так как задача модернизации и привлечения молодых специалистов - это вопрос конкурентоспособности государства на международной арене.
Важность предмета
Сегодня актуальным вопросом Министерства образования стоит введение образовательной робототехники в круг школьных дисциплин. Она считается важным направлением развития. На уроках технологии дети должны получать представления о современной сфере развития техники и конструирования, которые дают им возможность самим придумывать и строить. Не обязательно всем ученикам становиться инженерами, но возможность должна быть у каждого.
Вообще, уроки робототехники крайне интересны детям. Это важно понимать всем - и учителям, и родителям. Такие занятия дают возможность увидеть другие дисциплины в ином свете, понять смысл их изучения. А ведь именно смысл, понимание того, зачем это нужно, движет умами ребят. Его отсутствие сводит на нет все усилия учителей и родителей.
Важным фактором является то, что обучение робототехнике - процесс не напрягающий и всецело поглощающий детей. Это не только развитие личности ученика, но и возможность уйти от улицы, неблагоприятной обстановки, праздного времяпровождения и влекущих за ним последствий.
Происхождение
Само название робототехники происходит от соответствующего английского robotics. Это прикладная наука, которая занимается разработкой технических автоматизированных систем. На производстве она является одной из главных технических основ интенсификации.
Все законы робототехники, как и сама наука, тесно связаны с электроникой, механикой, телемеханикой, механотроникой, информатикой, радиотехникой, электротехникой. Сама робототехника подразделяется на промышленную, строительную, медицинскую, космическую, военную, подводную, авиационную и бытовую.
Понятие «робототехника» впервые в своих рассказах использовал писатель-фантаст Это было в 1941 году (рассказ «Лжец»).
Само слово «робот» придумали в 1920 году чешский писатели и его брат Йозеф. Оно вошло в научно-фантастическую пьесу «Россумские универсальные роботы», которая была поставлена в 1921 году и пользовалась большим зрительским успехом. Сегодня можно наблюдать, как линия, обозначенная в пьесе, получила широкое развитие в свете научно-фантастической кинематографии. Суть сюжета: хозяин завода занимается разработкой и наладкой выпуска большого числа андроидов, способных работать без отдыха. Но эти роботы в итоге восстают против создателей.
Исторические примеры
Интересно, что зачатки робототехники появились ещё в античные времена. Об этом свидетельствуют останки движущихся статуй, которые были изготовлены в I веке до н.э. Гомер писал в «Илиаде» о сотворенных из золота служанок, способных говорить и мыслить. Сегодня разум, которым наделяют роботов, получил название - искусственный интеллект. Кроме того, древнегреческому инженеру-механику Архиту Тарентскому приписывают разработку и создание механического летающего голубя. Это событие датируется приблизительно 400 годом до н.э.
Таких примеров большое множество. Они хорошо раскрыты в книге Макарова И.М. и Топчеева Ю.И. «Робототехника: история и перспективы». В ней в популярной форме рассказано об истоках современных роботов, а также очерчена робототехника будущего и соответствующее развитие человеческой цивилизации.
Типы роботов
На современном этапе важнейшими классами роботов широкого назначения являются мобильные и манипуляционные.
Мобильный — это автоматическая машина с движущимся шасси и управляемыми приводами. Эти роботы могут быть шагающими, колёсными, гусеничными, ползающими, плавающими, летающими.
Манипуляционный — это автоматическая стационарная или передвижная машина, состоящая из манипулятора с несколькими степенями подвижности и программным управлением, выполняющим двигательные и управляющие функции в производстве. Такие роботы бывают в напольном, портальном или подвесном виде. Наибольшее распространение они получили на приборостроительных и машиностроительных производствах.
Способы перемещения
Большое распространение получили колёсные и гусеничные роботы. Перемещение шагающего робота представляет нелегкую задачу динамики. Такие роботы пока не могут иметь устойчивого движения, присущего человеку.
Относительно летающих роботов можно сказать, что большинство современных самолётов как раз ими являются, но управляются они пилотами. В то же время автопилот может контролировать полёт на всех стадиях. К летающим роботам относятся и их подкласс - крылатые ракеты. Такие аппараты имеют небольшой вес и выполняют опасные миссии, вплоть до ведения огня по команде оператора. Кроме того, есть проектные аппараты, способные к самостоятельному ведению огня.
Существуют летающие роботы, использующие методы движения, которые используют пингвины, медузы и скаты. Этот способ перемещения можно увидеть у роботов Air Penguin, Air Ray, Air Jelly. Их производит компания Festo. А вот роботы RoboBee используют методы полёта насекомых.
Среди ползающих роботов есть ряд разработок, подобных по перемещению червям, змеям и слизням. При этом робот использует силы трения на шероховатой поверхности или кривизну поверхности. Подобное перемещение полезно для узких пространств. Такие роботы нужны для поиска людей под обломками разрушенных зданий. Змееподобные роботы способны к перемещению в воде (такие, как ACM-R5 производства Японии).
Перемещающиеся по вертикальной поверхности роботы, используют такие подходы:
- подобные человеку, который взбирается на стену с выступами (Стэнфордский робот Capuchin);
- подобные гекконам, снабжённых вакуумными присосками (Wallbot» и Stickybot).
Среди плавающих роботов существует много разработок, перемещающимся по принципу подражания рыбам. Эффективность такого движения на 80% превосходит эффективность движения с гребным винтом. Подобные конструкции имеют низкий уровень шума и высокую маневренность. Этим они вызывают большой интерес у исследователей подводного пространства. К таким роботам относятся модели Эссекского университета - Robotic Fish и Tuna, разработанный институтом Field Robotics. Они смоделированы по движению, характерному для тунца. Среди роботов, имитирующих движение ската известна разработка фирмы Festo: Aqua Ray. А робот, движущийся как медуза, - это Aqua Jelly от того же разработчика.
Кружковая работа
Большинство кружков по робототехнике ориентированы на начальную и среднюю школу. Но и дети дошкольного возраста не обделены вниманием. Главную роль здесь играет развитие творчества. Дошкольники должны научиться мыслить свободно и воплощать свои идеи в творчестве. Именно поэтому занятия по робототехнике в кружках для детей до 6 лет направлены на активное использование кубиков и простых конструкторов.
Школьная программа, безусловно, усложняется. Она дает возможность познакомится с различными классами роботов, попробовать себя на деле, углубиться в науку. Новые дисциплины раскрывают потенциальные возможности ребенка для получения профессиональных навыков и знаний в выбранной области инженерии.
Робототехнические комплексы
Современное развитие робототехники находится в такой стадии, что, кажется, вот-вот произойдет мощный рывок в робототехнологиях. Это так же, как с видеосвязью и мобильными гаджетами. Еще недавно все это казалось недоступным для массового потребления. А сегодня - это обыденность, переставшая удивлять. Зато каждая выставка робототехники показывает нам фантастические проекты, которые захватывают дух человека от одной только мысли об их внедрении в жизнь общества.
В системе образования позволяют реализовать программу с применением проектной деятельности именно комплексные установки из роботов, среди которых популярны:
Управление
По типу управления системы бывают:
- биотехническими (командные, копирующие, полуавтоматические);
- автоматические (программные, адаптивные, интеллектуальные);
- интерактивные (автоматизированные, супервизорные, диалоговые).
К основным задачам управления роботами относятся:
- планирование движений и положений;
- планирование сил и моментов;
- идентификация динамических и кинематических данных;
- анализ динамической точности.
Большое значение в сфере робототехники имеет развитие методов управления. Это важно для технической кибернетики и теории автоматического управления.
Робототехник одновременно является инженером, программистом и кибернетиком, должен иметь знания в области механики, теории проектирования и управления автоматическими системами. Поэтому, чтобы стать квалифицированным специалистом в этой области, нужно иметь колоссальные знания и практические навыки в разных областях.
Самые востребованные специальни будущего, связанных с робототехникой
Инженеры-робототехники занимаются созданием роботов. Исходя из целей проекта, они продумывают электронную начинку, механику движения, программируют машину на определённые действия. Причём работа по созданию робота обычно ведётся целой командой разработчиков.
Однако недостаточно создать инновационную автоматизированную технику, нужно управлять её работой, проводить регулярный осмотр и ремонт. Этим, как правило, занимается обслуживающий персонал.
Кроме того, робототехника постоянно развивается. Начинает процветать кибернетика, которая подразумевает сочетание био- и нанотехнологий. Квалифицированные специалисты этой области регулярно занимаются исследованиями и совершают революционные открытия .
В робототехнике можно выделить 7 востребованных специальностей:
1. Инженер-электроник – разрабатывает робототехнику, ремонтирует оборудование и обеспечивает надёжность электронных элементов управления.
2. Сервисный инженер – занимается техническим обслуживанием и ремонтом робототехники, производит диагностику оборудования, а также проводит обучение и консультации операторов, которые будут управлять роботами.
3. Электротехник – универсальный специалист по электронным приборам, который отвечает за корректное генерирование, преобразование и формирование электрических сигналов, а также обеспечивает проведение многих других процессов. Должен иметь обширные знания в области физики, математики и химии.
4. Программист робототехники – разрабатывает программное обеспечение для роботов, согласно их назначению. Также участвует в сервисном обслуживании, осуществляет запуск и отладку инновационных механизмов.
5. Специалист 3D-моделирования – совмещает в себе навыки визуализатора и модельера. В обязанности специалиста входит разработка трёхмерных моделей робототехники.
6. Разработчик приложений – занимается созданием функциональных приложений для дистанционного управления робототехникой.
7. Педагог специальности «Робототехника» – может заниматься обучением школьников, студентов профильных вузов, преподавать на продвинутых или подготовительных курсах, вести курсы повышения квалификации, участвовать в семинарах и лекциях.
Где обучают робототехнике в России?
Вузы, готовящие специалистов по робототехнике:
1. Московский технологический университет (МИРЭА, МГУПИ, МИТХТ) – www.mirea.ru
2. Московский государственный технологический университет «Станкин» – www.stankin.ru
3. Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана – www.bmstu.ru
4. Национальный исследовательский университет «МЭИ» – mpei.ru
5. Сколковский институт науки и технологий – sk.ru
5. Московский государственный университет путей сообщения Императора Николая II – www.miit.ru
6. Московский государственный университет пищевых производств – www.mgupp.ru
7. Московский государственный университет леса – www.mgul.ac.ru
Дистанционные курсы:
Первый российский вуз, запустивший онлайн-курсы обучения робототехнике. На данный момент студенты и ученики старших классов могут записаться на два потока: «Практическая робототехника» и «Основы робототехники».
2. Просветительский проект «Лекториум» – www.lektorium.tv
Проводит онлайн-курсы по основам робототехники для старшеклассников, студентов и специалистов.
3. Образовательная программа Intel – www.intel.ru
Клубы и кружки для подростков:
Университет Innopolis запустил в трёх регионах России программу обучения школьников.
2. Клуб «РОБОТРЕК» в Саратове – робототехника-саратов.рф
3. «Лига роботов» в Москве – obraz.pro
4. Учебный центр Edu Craft в Москве – www.edu-craft.ru
5. Клубы My Robot в Санкт-Петербурге – hunarobo.ru
6. Академия робототехники в Краснодаре – www.roboticsacademy.ru
7. Лаборатория робототехники Политехнического музея Москвы – www.roboticsacademy.ru
Полный список кружков и клубов во всех городах России можно найти на сайте: edurobots.ru .
Таким образом, люди любого возраста и специальности имеют возможность в кратчайшие сроки освоить навыки создания автоматизированных систем. Практически на всех курсах обучения выдают сертификат, подтверждающий факт приобретения слушателем теоретических и практических знаний по разработке робототехники.
Данный материал написан Халамовым Владиславом Николаевичем, по его просьбе публикую данный пост.
Уважаемые коллеги!
К вам обращается директор учебно-методического центра образовательной робототехники. Наш центр объединяет преподавателей дошкольного, общего, дополнительного, профессионального образования, руководителей ресурсных центров по робототехнике, которые ведут научно-методические разработки в области применения образовательной робототехники в предметной среде.
Как специалист, стоящий у истоков образовательной робототехники в ноябре 2015 года я был приглашен на заседание комиссии по развитию информационного общества в Совет Федерации. Одной из рассматриваемых на заседании тем стало развитие образовательной робототехники. Несмотря на популярность этого направления, оказалось много вопросов, которые еще предстоит решить. В своей статье я сделал попытку рассмотреть их с точки зрения профессионального сообщества педагогов.
С уважением, Владислав Николаевич Халамов
Тел: +79823419526
Что такое образовательная робототехника? Мнения экспертов комиссии Совета Федерации
В СоветеФедераций состоялось заседание комиссии по развитию информационного общества.
На заседание комиссии были приглашены представители регионов, вузов, Министерства образования и науки РФ, Программы «Робототехника» Фонда «Вольное дело», других заинтересованных структур.
На повестку дня были поставлены три вопроса:
Так что же такое «образовательная робототехника»?
Чем она отличается от обычной робототехники?
Этот вопрос полностью раскрыл Аркадий Семенович Ющенко - доктор технических наук, профессор, зав.кафедрой Московского государственного технического университета имени Н.Э. Баумана. Он рассказал, что робототехникой занимается много лет.
Для меня робот состоит из нескольких частей, каждую из которых обслуживают соответствующие специалисты, которых мы готовили всегда. Например, механическую часть – механики, силовую часть – электрики, компьютерную часть – электронщики и программисты. А робототехник – это тот, кто может соединить все эти части (и работу этих специалистов) воедино. Но когда я сталкиваюсь с робототехникой в школе, то для меня это просто вид развивающего учебного оборудования, которое используется для того, чтобы школьнику лучше усвоить знания школьной программы и получить необходимые дополнительные навыки.-
Как специалист, стоящий у истоков образовательной робототехники, знающий этот вопрос изнутри, не могу не согласиться с этой точкой зрения.
От себя хочу отметить, что робототехника – это не некий абстрактный объект из категории «высочайших» технологий, доступный для понимания и освоения лишь избранным, как часто нам пытаются это представить. Напротив, это – универсальный инструмент для общего образования. Робототехника идеально вписывается и в дополнительное образование, и во внеурочную деятельность, и в преподавание предметов школьной программы, причем в четком соответствии с требованиями ФГОС. Она подходит для всех возрастов – от дошкольников до студентов.
А использование робототехнического оборудования на уроках – это и обучение, и техническое творчество одновременно, что способствует воспитанию активных, увлеченных своим делом людей, обладающих инженерно-конструкторским мышлением.
Образовательная робототехника дает возможность на ранних шагах выявить технические наклонности учащихся и развивать их в этом направлении.
Такое понимание робототехники позволяет выстроить модель преемственного обучения для всех возрастов – от воспитанников детского сада до студентов.
Подобная преемственность становится жизненно необходимой в рамках решения задач подготовки инженерных кадров. Ведь по данным педагогов и социологов, ребенок, который не познакомился с основами конструкторской деятельности до 7-8 лет – в большинстве случаев не свяжет свою будущую профессию с техникой.
Однако, реализация модели технологического образования требует соответствующих методик. И каждая из них должна соответствовать своему возрасту.
Мой многолетний опыт практической работы с коллективами профессионалов в области дошкольного, общего, профессионального и дополнительного образования позволил выстроить целостную образовательную систему, базирующуюся на принципах преемственности и развивающего обучения.
Для дошкольников – это пропедевтика, подготовка к школе с учетом требований ФГОС. Это своего рода подготовительный курс к занятиям техническим творчеством в школьном возрасте. Основа любого творчества – детская непосредственность. Взрослые знают, как нельзя, как правильно. С такими установками нет творчества. Для нас важно начинать занятия в том возрасте, в котором ребенку еще не успели объяснить почему так нельзя. Дети ощущают потребность творить гораздо острее взрослых и важно поощрять эту потребность всеми силами. Психологам и педагогам давно известно, что техническое творчество детей улучшает пространственное мышление и очень помогает в дальнейшем при освоении геометрии и инженерного дела. Не говоря уже о том, что на фоне таких интересных занятий видео игры и смартфоны теряют свою привлекательность в детских глазах.
Работа в школе направлена на формирование заинтересованности школьника в исследовании физических свойств предметов, разнообразных явлений окружающего мира, в получении технического образования.
Объединить теорию и практику возможно, если использовать образовательную робототехнику при изучении различных предметов.
В начальных классах образовательную робототехнику с успехом можно применять на уроках окружающего мира, математики, технологии, что, обеспечит существенное воздействие на развитие у учащихся речи и познавательных процессов (сенсорное развитие, развитие мышления, внимания, памяти, воображения), а также эмоциональной сферы и творческих способностей.
В средней и старшей школе учащиеся не только и не столько занимаются робототехникой, сколько используют ее, как некий интерактивный элемент, с помощью которого теоретические знания легко закрепляются на практике. Образовательную робототехнику можно использовать как на уроках математики, информатики, физики и технологии, так и химии, астрономии, биологии, экологии.
Учебно-методическим центром РАОР разработаны лабораторные практикумы по физике, информатике, технологии для учащихся 6-9 классов, которые позволят закрепить пройденный материал по естественным дисциплинам и получить дополнительные знания по определенным темам.
В лабораторный практикум входят сборник практических заданий и методические рекомендации для педагогов.
Переходя на ступень профессионального образования, школьник благодаря образовательной робототехнике, как правило, уже сделал свой профессиональный выбор. Встраивание робототехники в образовательный процесс учреждений профессионального образования помогает подростку не просто развивать в себе технические наклонности, на этом этапе происходит понимание сути выбранной профессии. Робототехника позволяет реализовать уже профессиональные знания через моделирование, конструирование и программирование, примеры подобной практики представлены на портале образовательной робототехники www.фгос-игра.рф .
Для ряда специальностей Учебно-методическим центром РАОР разработаны типовые модули: «Цифровые технологии», «Робототехника», «Радиоэлектроника».
Главной целью на ступени профессионального образования становится обеспечение взаимодействия образования, науки и производства.
Что касается организации внешкольного или, так называемого, неформального образования, то и здесь образовательная робототехника занимает достойное место. Школьники могут заниматься в творческих объединениях, на факультативах, посещать занятия на базе учреждений дополнительного образования. Формы работы могут быть разнообразными: общеразвивающие занятия для ребят начального и среднего звена; проектно-исследовательская деятельность в научных обществах для старшеклассников, и многое другое.
Организация объединений по робототехнике позволяет решить целый спектр задач, в том числе привлечение детей группы риска, создание условий для самовыражения подростка, создание для всех детей ситуации успеха, ведь робототехника - это еще и способ организации досуга детей и подростков с использованием современных информационных технологий.
Кроме того, благодаря использованию образовательных конструкторов мы можем выявить одаренных детей, стимулировать их интерес и развитие навыков практического решения актуальных образовательных задач.
Одним из важных аспектов стимулирования детей к самостоятельному развитию творческой мыслительной деятельности и поддержанию интереса к техническому творчеству является их участие в конкурсах, олимпиадах, конференциях и фестивалях технической направленности.
Существует целая система соревнований по робототехнике разного уровня: региональные, межрегиональные, всероссийские, международные.
Для ориентации детей на реальный сектор экономики, в целях воспитания будущих рабочих кадров, создана уникальная линейка соревнований ИКаР (Инженерные кадры России) для детей и подростков. Самым маленьким участникам соревнований – 4-5 лет.
Такие соревнования отличаются от других конкурсных мероприятий по нескольким параметрам:
Зрелищность: ребенок видит положительную работу своих сверстников, передовые инженерно-технические достижения, новые решения в области робототехники. Причем не достижения вообще, а связанные с конкретным производством.
Состязательность: позволяет выявить наиболее подготовленную команду, способную оперативно решить поставленную тренером (организатором) задачу.
Азартность: стремление детей к лидерству, быстрому решению поставленной задачи как нельзя лучше проявляется во время соревнований по робототехнике.
А самое главное – они не привязаны к конкретному конструктору или производителю. На наших соревнованиях можно использовать роботы, собранные из любых конструкторов или из отдельных деталей.
Заседание комиссии в Совете Федерации подтвердило, что пора ставить новые задачи, позволяющие развивать робототехнику не точечно, а системно. Только так можно воспитать подготовленные инженерные кадры, начиная от знакомства с кубиками «Лего» в детском саду до получения профессии и необходимых компетенций.
Учебно-методический центр образовательной робототехники РАОР имеет большой опыт работы в сфере развития образовательной робототехники. Центром уже сегодня подготовлены уникальные методические пособия, рассчитанные на детей разных возрастов. В них учитывается взаимосвязь детского сада и начальной школы, общего и дополнительного образования, программ средней, старшей школы и среднего и высшего профобразования.
В помощь педагогам разработан комплект учебно-методической литературы, в который вошли: программы, конспекты занятий, раздаточный материал. Педагоги охотно делятся наработанным опытом по внедрению «образовательной робототехники».
Уважаемые коллеги и единомышленники! Все, кому интересна образовательная робототехника, и обсуждаемые на заседании комитета Совета Федерации вопросы - приглашаю к обсуждению и обмену опытом. Моя личная почта.
Оглавление
1. Введение 1
II .Теоретические аспекты включения робототехники в образовательное пространство 2
1.Актуальность введения в школе межпредметного курса «Основы робототехники» 2
2.«Основы робототехники» как межпредметный курс внедрения робототехники в образовательное пространство школы. 5
III .Содержание инновационного педагогического опыта работ 9
1. Анализ исходного состояния деятельности учителя на основе
выявления противоречий. 9
2.Цель опыта. 11
3.Объект опыта. 11
4.Предмет опыта. 11
5.Сущность опыта. 11
6.Конечный практический результат опыта. 12
7.Нормативная база опыта. 12
8.Новизна опыта. 12
9.Теоретическая значимость опыта. 13
10.Практическая значимость опыта. 13
11.Перспектива внедрения опыта. 13
12.Комплекс условий,обеспечивающий распространения опыта. 14
13.Индикаторы опыта. 14
IV .Методические аспекты внедрения робототехники в образовательное пространство школы 14
1. Теоретико-методологическая основа опыта. 14
2. Место робототехники в учебном плане школы 15
3. Формы и методы организации обучения 18
4. Методы обучения 18
5. Формы организации учебных занятий 20
6.Основные этапы разработки Лего- проекта 20
7. Структура образовательной робототехники 21
V .Результаты внедрения и обобщение опыта 22
VI .Заключение 24
VII .Литература 26
VIII .Приложения 27
Введение.
Робототехника - прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем. Робототехника опирается на такие дисциплины как электроника, механика, программирование, физика.
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.
II . Теоретические аспекты включения робототехники в образовательное пространство
Актуальность введения в школе межпредметного курса «Основы робототехники».
«Уже в школе дети должны получить возможность раскрыть свои способности, подготовиться к жизни в высокотехнологичном конкурентном мире»
Д. А. Медведев
Первый человекоподобный рыцарь был предложен Леонардо да Винчи в 1495 г., в 1738 г. французский механик Жак де Вакансон создал первого андроида, а в 1921 году чешский писатель Карел Чапек придумал слово «робот».
Бурными темпами робототехника вошла в мир в середине XX века. Это было одно из самых передовых, престижных, дорогостоящих направлений машиностроения. Основой робототехники были техническая физика, электроника, измерительная техника и многие другие технические и научные дисциплины. В начале XXI века робототехника является одним из приоритетных направлений в сфере экономики, машиностроения, здравоохранения, военного дела и других направлений деятельности человека. На сегодняшний день человек незаметно окунулся в мир автоматики и робототехники. На улицах можно видеть шагающих роботов, технология позволила создать материалы для роботов – андроидов. В быту - сенсорная автоматика и робототехника. Поэтому специалисты, обладающие знаниями в этой области, востребованы. В России существует такая проблема: недостаточная обеспеченность инженерными кадрами и низкий статус инженерного образования. Поэтому необходимо вести популяризацию профессии инженера, ведь использование роботов в быту, на производстве и поле боя требует, чтобы пользователи обладали современными знаниями в области управления роботами. Как этого достичь? С чего начинать? Школа – это первая ступень, где можно закладывать начальные знания и навыки в области робототехники, прививать интерес учащихся к робототехнике и автоматизированным системам.
"Если ученик в школе не научился сам ничего творить,
то и в жизни он всегда будет только подражать, копировать,
так как мало таких, которые бы, научившись копировать,
умели сделать самостоятельное приложение этих сведений"
Л.Н.Толстой.
Несмотря на то, что Лев Толстой сказал эти слова в прошлом веке, они актуальны сегодня. Основная задача современного образования - создать среду, облегчающую ребёнку возможность раскрытия собственного потенциала. Это позволит ему свободно действовать, познавая эту среду, а через неё и окружающий мир. Новая роль педагога состоит в том, чтобы организовать и оборудовать соответствующую образовательную среду и побуждать ребёнка к познанию и к деятельности.
Образовательная среда ЛЕГО, объединяет в себе специально скомпонованные для занятий в группе комплекты ЛЕГО, тщательно продуманную систему заданий для детей и четко сформулированную образовательную концепцию.
Что такое ЛЕГО-конструирование ? Ещё одно веянье моды или требование времени? Лего-педагогика – одна из самых известных и распространённых ныне педагогических систем, широко использующая трёхмерные модели реального мира и предметно-игровую среду обучения и развития ребёнка. «Лего» в переводе с датского языка означает «умная игра». ЛЕГО конструктор побуждает работать, в равной степени, и голову, и руки учащегося. Конструктор помогает детям воплощать в жизнь свои задумки, строить и фантазировать, увлечённо работая и видя конечный результат. Именно ЛЕГО позволяет учиться играя и обучаться в игре. Введение элементов робототехники в школьные предметы позволит заинтересовать учащихся, разнообразить учебную деятельность, использовать групповые активные методы обучения, решать задачи практической направленности. Программирование реального робота поможет увидеть законы математики не на страницах тетради или учебника, а в окружающем мире. Использование конструкторов Lego Mindstorms NXT позволяет взглянуть на школьные предметы по-новому.
В этом мы видим актуальность введения в школе межпредметного курса «Основы робототехники».
Изучение робототехники создает предпосылки для социализации личности учащихся и обеспечивает возможность ее непрерывного технического образования, а освоение с помощью лего- наборов и других роботоконструкторов компьютерных технологий – это путь школьников к современным перспективным профессиям и успешной жизни в информационном обществе. Конечно же, занятия робототехникой не приведут к тому, что все дети захотят стать программистами и роботостроителями, инженерами, исследователями. В первую очередь занятия рассчитаны на общенаучную подготовку школьников, развитие их мышления, логики, математических способностей, исследовательских навыков.
«Основы робототехники» как межпредметный курс внедрения робототехники в образовательное пространство школы.
LEGO® MINDSTORMS® Education – новое поколение образовательной робототехники, позволяющей изучать естественные науки (информатику, физику, химию, математику и др.) а также технологии (научно – технические достижения) в процессе увлекательных практических занятий. Наш курс межпредметный.
1. Физика Использование Лего-технологий в преподавании физики может проходить по следующим направлениям:
1. демонстрации;
2. фронтальные лабораторные работы и опыты;
3. исследовательская проектная деятельность.
Деятельность в данных направлениях отвечает требованиям Примерной программы по физике для основной школы, составленной на основе Фундаментального ядра содержания общего образования и Требований к результатам основного общего образования, представленных в федеральном государственном образовательном стандарте общего образования второго поколения. Внедряя Лего-технологии в обучение, учитель получает возможность достижения следующих целей изучения физики:
развитие интересов и способностей учащихся на основе передачи им знаний и опыта познавательной и творческой деятельности;
понимание учащимися смысла основных научных понятий и законов физики, взаимосвязи между ними.
Достижение этих целей обеспечивается решением следующих задач:
знакомство учащихся с методом научного познания;
приобретение учащимися знаний о физических явлениях и физических величинах, характеризующих эти явления;
формирование у учащихся умений наблюдать природные явления и выполнять опыты, лабораторные работы и экспериментальные исследования с использованием Лего-конструкторов;
овладение учащимися такими общенаучными понятиями, как эмпирически установленный факт, проблема, гипотеза, теоретический вывод, результат экспериментальной проверки.
Личностные результаты обучения физике с использованием Лего-технологий:
сформированность познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей учащихся;
самостоятельность в приобретении новых знаний и практических умений;
мотивация образовательной деятельности школьников на основе личностно ориентированного подхода;
формирование ценностных отношений друг к другу, учителю, авторам открытий и изобретений, результатам обучения.
Метапредметные результаты внедрения Лего-конструирования в обучение физике:
овладение навыками самостоятельного приобретения новых знаний, организации учебной деятельности, постановки целей, планирования, самоконтроля и оценки результатов своей деятельности, умениями предвидеть возможные результаты своих действий;
понимание различий между исходными фактами и гипотезами для их объяснения, теоретическими моделями и реальными объектами, овладение универсальными учебными действиями на примерах гипотез для объяснения известных фактов и экспериментальной проверки выдвигаемых гипотез, разработки теоретических моделей процессов или явлений;
приобретение опыта самостоятельного поиска, анализа и отбора информации с использованием новых информационных технологий для решения познавательных задач;
освоение приемов действий в нестандартных ситуациях, овладение эвристическими методами решения проблем;
формирование умений работать в группе.
Например, на уроке изучения скорости движения тел можно использовать робот Валли или робот- пятиминутка.
2. Информатика. В содержании базовой дисциплины ―Информатика понятийный аппарат информатики предполагается разделить на три концентра:
Понятия, связанные с описанием информационного процесса;
Понятия, раскрывающие суть информационного моделирования;
Понятия, характеризующие применение информатики в различных областях, прежде всего: технологиях, управлении, социально-экономической сфере.
Для учителя информатики помимо содержания и количества часов, выделяемых на предмет, важна информация и о новых подходах в стандартах второго поколения - это деятельностный подход . Для этого подхода главным является вопрос, какие необходимы действия, которыми должен овладеть ученик, чтобы решать любые задачи. Иначе говоря, необходимо выделить универсальные действия, овладение которыми дает возможность
решать в неопределенных жизненных ситуациях разные классы задач. Таким образом, на первый план, наряду с общей грамотностью, выступают такие качества выпускника, как, например, разработка и проверка гипотез, умение работать в проектном режиме, инициативность в принятии решений и т.п. Эти способности востребованы в постиндустриальном обществе. Они и становятся одним из значимых ожидаемых результатов образования и предметом стандартизации. Одним из методических решений , позволяющим более интенсивно осваивать информатику и формировать ключевые компетенции учащихся, является использование конструктора Лего на уроках информатики. Главная идея состоит в том, чтобы через насыщение школьного пространства новыми технологиями изменить содержание учебно-воспитательного процесса, создать новую внутришкольную коммуникационную среду, попадая в которую учащийся и учитель был бы более успешен, более компетентен, более современен. Цель внедрения конструктора Лего на уроках информатики: научить учащихся самостоятельно мыслить, находить и решать проблемы, привлекая для этого знания из разных областей, уметь прогнозировать результаты и возможные последствия разных вариантов решения. Одной из основных задач является осуществление технологической подготовки учащихся. На уроках информатики с применением Лего в основной и старшей школе учащиеся могут разрабатывать проекты по интересующей их тематике, широко используя в своей работе межпредметные связи.
Пример использования робота на уроках информатики:
Раздел информатики: Информационные основы процессов управления -Примеры систем автоматического управления, неавтоматического управления, автоматизированных систем управления на основе конструктора Лего. Например, создать сначала управляемую с помощью вращения двигателя модель машины (автоматическую), а затем автоматизировать процесс при помощи системного блока NXT (RCX).
3.Технология. Использование образовательной робототехники в преподавании Технологии является не столько модным веянием, сколько действительной необходимостью, которая делает современную школу конкурентоспособной, а урок по-настоящему эффективным и продуктивным для всех участников образовательного процесса. Лего позволяет постигать взаимосвязь между различными областями знаний на основе смоделированных руками самого ребенка уменьшенных аналогий различных механических устройств. Интересные и несложные в сборке модели Лего дают ясное представление о работе механических конструкций, о силе, движении и скорости. Принцип обучения «шаг за шагом», являющийся ключевым для Лего, обеспечивает учащемуся возможность работать в собственном темпе.
Кроме того, все школьные наборы Лего предназначены для групповой работы, в результате чего учащиеся одновременно приобретают и навыки сотрудничества, и умение справляться с индивидуальными заданиями, составляющими часть общей задачи. Конструируя и добиваясь того, чтобы созданные модели работали, испытывая полученные конструкции, учащиеся получают возможность учиться на собственном опыте. Наиболее гармонично образовательная робототехника встраивается в такие разделы Технологии как «Машины и механизмы. Графическое представление и моделирование»:
Механизмы технологических машин;
Сборка моделей технологических машин из деталей конструктора по эскизам и чертежам;
Сборка моделей механических устройств автоматики по эскизам и чертежам. Электротехнические работы. - Устройства с элементами автоматики;
Электропривод;
Простые электронные устройства.
И так, наш курс позволит через эти предметы внедрить в образовательное пространство школы основ робототехники и определить роль робототехники в учебно-воспитательном процессе.
Тема «Робототехника и компьютер- это творчество»
апрель,2013
Республиканский конкурс «Лучшая программа компьютерного лагеря»
Тема « Робототехника и компьютер- это творчество»
Диплом 2 степени
Май,2013
Мастер-класс республиканского семинара «Лагерь компьютерных технологий:от идеи до воплощения»
Благодарственное письмо от РЦИ и ОКО
2013
Районная выставка-конференция инновационной деятельности педагогических и руководящих работников.
Тема выступления « Робототехника в школе»
Диплом участника
2014,
январь
Мастер- класс на районной конференции инновационной деятельности педагогических работников «Знание.Опыт.Исследование»
Тема «Робототехника»
Диплом участника конференции
Практико-исследовательская конференция «Ступени творчества-2014» при МКОУ ДО ДДТ.
Секция «Дети и техника»
1 место.( команда в составе Коротаева Никиты и Романова Дениса).
Летний лагерь общешкольный
Грамота за проведение лагеря по робототехнике
Республиканская олимпиада по образовательной робототехнике
3 место (команда в составе Штина Кости и Овчинникова Саши, 6 класс)
Прилагаются копии дипломов, благодарностей учителю(Приложение ).
Подводя итоги внедрения курса в образовательное пространство школы можно сказать, что повлекло за собой:
Повышение заинтересованности предметом.
Сформированность новых моделей учебной деятельности, в том числе Лего – технологию, использующих информационные и коммуникационные технологии.
Сформированность информационной компетентности учащихся и учителя.
Использование проектных и исследовательских методов обучения.
Изученность языков программирования.
Совершенствование системы работы с одаренными детьми на основе использования возможностей новых информационных технологий.
разработка и внедрение курса «Образовательная робототехника» в образовательное пространство школы еще не окончены. Предстоит доработка методических и дидактических материалов элективного курса и для встраивания робототехники в курс информатики и ИКТ, физики, начальной школы.
Создание условий, которые позволяют реализовать способности и интересы учащихся.
Описанные мероприятия способствовали освоению и соблюдению норм общения, поведения, общепринятых ценностей человеческого общества, созданию положительной мотивации и стремления к успеху, творчеству.
Результаты моей работы над курсом «Образовательная робототехника» рассмотрены на школьном, районном, республиканском и федеральном уровне.
VI . Заключение.
Привлечение школьников к исследованиям в области робототехники, обмену технической информацией и начальными инженерными знаниями, развитию новых научно-технических идей позволит создать необходимые условия для высокого качества образования, за счет использования в образовательном процессе новых педагогических подходов и применение новых информационных и коммуникационных технологий. Понимание феномена технологии, знание законов техники, позволит выпускнику школы соответствовать запросам времени и найти своё место в современной жизни. Для того, чтобы сегодня у ученика формировалась учебная успешность, нужно добиться, прежде всего, чтобы школьник осознавал, что учебная деятельность, которой он занят в данный момент в школе повлечет за собой успех в его дальнейшей деятельности. Процессы обучения и воспитания не сами по себе развивают человека, а лишь тогда, когда они имеют деятельностные формы и способствуют формированию тех или иных типов деятельности.
Есть много образовательных технологий развивающих критическое мышление и умение решать задачи, однако существует очень мало привлекательных образовательных сред, вдохновляющих следующее поколение к новаторству через науку, технологию, математику, поощряющих детей думать творчески, анализировать ситуацию, критически мыслить, применять свои навыки для решения проблем реального мира.
Робототехника в школе представляет учащимся технологии 21 века, способствует развитию их коммуникативных способностей, развивает навыки взаимодействия, самостоятельности при принятии решений, раскрывает их творческий потенциал. Ученики лучше понимают, когда они что-либо самостоятельно создают или изобретают. При проведении занятий и мероприятий по робототехнике этот факт не просто учитывается, а реально используется.
Однако данный курс не является чем–то однажды написанным и далее живущим в законченном виде. Он может видоизменяться из года в год, от урока к уроку, корректироваться, дописываться, иногда исчезать целыми фрагментами. Непрерывность модификации материалов этого курса – естественный процесс. Это требования времени, ведь информационные и компьютерные технологии, все, что с ними связано, переживают взрывообразное развитие. Поэтому изменения и дополнения в эти материалы вносятся, и будут вноситься, постоянно.
Тем не менее, данный курс это задуманный, сформированный и отрабатываемый на практике в учебном процессе. Это реальный опыт и его может использовать в своей работе любой преподаватель. Его можно использовать как руководство к собственному действию, опираясь на эти разработки, самостоятельно модифицировать курс под себя, свой инструментарий, свое видение, текущий момент.
В заключении отметим, что внедрение единой системы обучения основам робототехнике в школе будет являться важным этапом развития технических навыков и умений школьников. «Основы робототехники» в школе позволят привить интерес школьников к техническому творчеству, тем самым раскрыть таланты тех учеников, которые в дальнейшем могут стать первоклассными инженерами и технологами. Именно поэтому внедрение образовательной робототехники в школу - большой шаг в сторону начального инженерного образования и начальной профориентации.
VII .Литература:
Беспалько В.П. Основы теории педагогических систем. - Воронеж: изд-во воронежского университета, 1977 г.
Д.Г. Копосов. Первый шаг в робототехнику. Практикум для 5-6 классов.М.Бином, 2012
Д.Г. Копосов. Первый шаг в робототехнику. Рабочая тетрадь по робототехнике. М.Бином,2012
Интернет – ресурс .
Сообщество увлеченных робототехникой.
Интернет – ресурс . Техническая
поддержка для роботов NXT .
Интернет – ресурс . Современные
модели роботов . net . ru , Развитие технологического образования школьников средствами робототехники.
Копытова О.Г.Внедрение робототехники в образовательное пространство школы.Трехгорный,2010
Руководство «ПервоРобот NXT . Введение в робототехнику»
VIII. Приложения.
Фотографии.
Внедрение робототехники в образовательное пространство школы
2014
Ефремов Виктор Петрович- учитель физики, технологии высшей категории
МОУ «Колесурская СОШ
МОУ «Колесурская СОШ»
Как вы оцениваете образовательную робототехн ику в России и что нас ждет в ближайшие 5 лет? Такой вопрос мы задали тренерам, судьям и участникам Всероссийской робототехнической олимпиады. Самые интересные ответы ниже.
Сергей Филиппов, учитель робототехники ФМЛ 239, Санкт-Петербург, тренер команд-победителей российских и международных соревнований:
На уровне школьной робототехники я считаю, что у нас ускоренное развитие и мы входим в мировой уровень. Студенческая — сильно отстает — это не одно десятилетие надо активно работать. И возникнет странная ситуация, когда мотивированные, талантливые и очень опытные школьники придут в вузы. Не всех их смогут обеспечить достаточно интенсивной и интересной учебой и работой.
В прошлом году на ВРО наблюдался стремительный скачок усложнения творческих проектов, и они были очень интересные. В этом году тенденция поддерживается, но немножко устаканивается — нового рывка не было. Хотя предлагаются довольно интересные решения, технологии.
Федеральный тьютор по робототехнике и высоким технологиям в детских технопарках «Кванториум»:
Я думаю, что поколение детей, которое выросло, скажем, с уровня LEGO, перейдет сейчас уже на следующий этап, добавится более сложная электроника, мехатроника и прочее. И я думаю, что будущее за DIY-роботами — сделай своими руками — мейкеры и прочие ребята, которые будут делать роботов как-будто из хлама. Собрали своего робота и вау.
Динара Гагарина, Занимательная робототехника, и Андрей Гурьев, Кванториум
Александр Колотов, Университет Иннополис:
О том, что будет дальше, можно только фантазировать. Если мы посмотрим тренды в сети интернет, какие задачи сейчас решаются ведущими робототехниками, вузами исследовательскими или уже реализуется в коммерческих проектах, то видно, что образовательная робототехника в какой-то момент должна начать соответствовать этому уровню, что должна выстраиваться какая-то определенная ступенька подготовки. Задачи, которые должны ставить перед собой участники, тренеры, которые готовят этих участников, с каждым годом усложняться должны. Потому что, если говорить избитую достаточно фразу из «Алисы в Зазеркалье», что чтобы остаться на месте, нужно быстро бежать, а чтобы попасть куда-то, нужно бежать в два раза быстрее. Также и сейчас, если мы хотим, чтобы наши школьники, которые сейчас занимаются робототехникой, через 5 лет условно пришли в вуз, а через 5 лет после вуза пришли на предприятие, получается через 10 лет, то они должны задачи решать не 30-летней давности, которые потеряли актуальность, а задачи, которые сейчас актуальны, только тогда через 10 лет они смогут выбиваться в тот робототехнический уклад, которые сформируется через 10 лет, а он сформируется мгновенно. Мы знаем, что 10 лет назад облачные технологии, нейроинтерфейсы и нейронные сетки — это все была какая-то фантазия, сейчас инструментарий шагнул далеко вперед и каких-то базовых основ, базовой математики уже достаточно, чтобы начать понимать и с этим знакомиться. Базовая математика у школьников есть. Математика, программирование, физика есть. Соответственно они могут научиться не просто решать задачи позавчерашнего дня, а хотя бы вчерашнего или сегодняшнего дня. Я вижу развитие такое. Это не только в России, но и по всему миру. А у нас, может быть, получится задать тон, какие задачи могут решать школьники.
Нашим школьникам, это не секрет, традиционно нравится решать сложные задачи, которые являются challenge . Мы слабы в доведении до конца, т.е. нам нравится задача, она нас мотивирует, но когда уже более-менее все понятно, как все должно работать, все выстроено…. Плюс, наверное, это российская тоже черта — перфекционизм — это другая проблема, когда хочется все время лучше и лучше. Можно остановиться …
Игорь Лосицкий , Университет ИТМО:
Я хорошо оцениваю состояние, поскольку, если сравнивать с мировой, то у нас неплохие результаты, судя по результатам олимпиады, значит и уровень образовательной робототехники в норме относительно среднемирового. Перспективы … Не знаю… Как-то началось все очень так с каким-то пафосом, с какими-то ожиданиями, а, глядя по сторонам, можно заметить, что занимаются одни и те же люди, больше их не становится, уровень иногда растет, иногда падает. Потому что перспектив у детей, как робототехников, в России очень мало. Они все равно становятся либо инженерами, либо программистами в итоге… , но я пока не знаю, чтобы это было таким же массовым явлением, которое сильно востребовано в России настолько же, например, как программирование.
Максим Васильев, РАОР:
Если сравнивать, например, с другими странами, в том числе близлежащими, то состояние образовательной робототехники в России неплохое. Она достаточно популярна, она поддерживается на очень многих уровнях — государственном, частном, например, частный университет Иннополис проводит серьезную олимпиаду. Много движений, где робототехника, начинает свое место занимать, начиная от допобразования до Кванториумов, робототехника учитывается при поступлении в вузы. Процесс идет сейчас достаточно семимильными шагами. Думаю, что все хорошо, если о перспективах говорить, то будет еще лучше.
Усложнение будет в том смысле, что меняются технологии, добавляются вещи общего технического плана, в том числе опускаются в образовательную робототехнику. LEGO выпустит новый набор по робототехнике, там будут какие-то новые технологии, которых сейчас нет в EV3 (который сейчас самый популярный). Подтянутся другие производители, которые тоже это включат (может быть, это элементы технического зрения). Это все, с одной стороны усложнится, но тем не менее это все равно будет доступно детям.
В школе не нужно заниматься образовательной робототехникой… Не к месту совершенно. У школы есть стандартные образовательные предметы, которые крайне нужны и важны: физика, химия, математика. Лучше бы астрономию вернули, черчение… Учителям это не нужно. Особенно сидеть, собирать этих роботов. Они плохо понимают, это не в их интересах. Учитель информатики учился на информатика, ему механика чужда.
Дмитрий Алексеев, генеральный директор компании DNS, Центр развития робототехники во Владивостоке:
С образовательной робототехникой все хорошо. Нас ждет развитие робототехники самой по себе… Будут усложняться сами роботы. Я думаю, что мы скоро увидим в рамках школьных соревнований задачи на распознавание образов, техническое зрение. Честно говоря, думаю, что следующая версия LEGO будет это поддерживать. Ну, если LEGO не сделает, мы сделаем.
