Программа кружка робототехника

Введение

За последние годы успехи в робототехнике и автоматизированных системах изменили личную и деловую сферы нашей жизни. Сегодня промышленные, обслуживающие и домашние роботы широко используются на благо экономик ведущих мировых держав: выполняют работы более дёшево, с большей точностью и надёжностью, чем люди, используются на вредных для здоровья и опасных для жизни производствах. Роботы широко используются в транспорте, в исследованиях Земли и космоса, в хирургии, в военной промышленности, при проведении лабораторных исследований, в сфере безопасности, в массовом производстве промышленных товаров и товаров народного потребления. Роботы играют всё более важную роль в жизни, служа людям и выполняя каждодневные задачи. Интенсивная экспансия искусственных помощников в нашу повседневную жизнь требует, чтобы пользователи обладали современными знаниями в области управления роботами, что позволит быстро развивать новые, умные, безопасные и более продвинутые автоматизированные и роботизированные системы.

В последнее десятилетие значительно увеличился интерес к образовательной робототехнике. В школы закупаются новое учебное оборудование. Робототехника в образовании — это междисциплинарные занятия, интегрирующие в себе науку, технологию, инженерное дело, математику (Science Technology Engineering Mathematics = STEM), основанные на активном обучении учащихся. Во многих ведущих странах есть национальные программы по развитию именно STEM образования. Робототехника представляет учащимся технологии 21 века, способствует развитию их коммуникативных способностей, развивает навыки взаимодействия, самостоятельности при принятии решений, раскрывает их творческий потенциал. Дети и подростки лучше понимают, когда они что- либо самостоятельно создают или изобретают. Такую стратегию обучения помогает реализовать образовательная среда Лего. Новые ФГОС требуют освоения основ конструкторской и проектно-исследовательской деятельности, и программы по робототехнике полностью удовлетворяют эти требования.

Пояснительная записка

Данный кружок по робототехнике научно-технической направленности, т.к. так как в наше время робототехники и компьютеризации, ребенка необходимо учить решать задачи с помощью автоматов, которые он сам может спроектировать, защищать свое решение и

воплотить его в реальной модели, т.е. непосредственно сконструировать и

запрограммировать.

Актуальность развития этой темы заключается в том, что в настоящий

момент в России развиваются нанотехнологии, электроника, механика и

программирование. Т.е. созревает благодатная почва для развития компьютерных технологий и робототехники. Успехи страны в XXI веке будут определять не природные ресурсы, а уровень интеллектуального потенциала, который определяется уровнем самых передовых на сегодняшний день технологий. Уникальность образовательной робототехники заключается в возможности объединить конструирование и

программирование в одном курсе, что способствует интегрированию преподавания информатики, математики, физики, черчения, естественных

наук с развитием инженерного мышления, через техническое творчество.

Техническое творчество — мощный инструмент синтеза знаний, закладывающий прочные основы системного мышления. Таким образом, инженерное творчество и лабораторные исследования — многогранная деятельность, которая должна стать составной частью повседневной жизни

каждого обучающегося.

Педагогическая целесообразность этой программы заключается в том

что, она является целостной и непрерывной в течении всего процесса обучения, и позволяет школьнику шаг за шагом раскрывать в себе творческие возможности и само реализоваться в с современном мире . В процессе конструирования и программирования дети получат дополнительное образование в области физики, механики, электроники и

информатики.

Использование Лего-конструкторов во внеурочной деятельности повышает мотивацию учащихся к обучению, т.к. при этом требуются знания практически из всех учебных дисциплин от искусств и истории до математики и естественных наук. Межпредметные занятия опираются на естественный интерес к разработке и постройке различных механизмов. Одновременно занятия ЛЕГО как нельзя лучше подходят для изучения основ алгоритмизации и программирования.

Работа с образовательными конструкторами LEGO позволяет школьникам в форме познавательной игры узнать многие важные идеи и развить необходимые в дальнейшей жизни навыки. При построении модели

затрагивается множество проблем из разных областей знания – от теории механики до психологии, – что является вполне естественным.

Очень важным представляется тренировка работы в коллективе и развитие самостоятельного технического творчества.

Изучая простые механизмы, ребята учатся работать руками (развитие

мелких и точных движений), развивают элементарное конструкторское мышление, фантазию, изучают принципы работы многих механизмов.

Преподавание курса предполагает использование компьютеров и специальных интерфейсных блоков совместно с конструкторами. Важно отметить, что компьютер используется как средство управления моделью; его использование направлено на составление управляющих алгоритмов для собранных моделей. Учащиеся получают представление об особенностях составления программ управления, автоматизации механизмов, моделировании работы систем.

Lego позволяет учащимся:

• совместно обучаться в рамках одной бригады;

• распределять обязанности в своей бригаде;

• проявлять повышенное внимание культуре и этике общения;

• проявлять творческий подход к решению поставленной задачи;

• создавать модели реальных объектов и процессов;

• видеть реальный результат своей работы.

Возраст детей, участвующих в реализации данной дополнительной образовательной программы колеблется от 8 до 14 лет. В коллектив могут быть приняты все желающие, не имеющие противопоказаний по здоровью.

Сроки реализации программы 1 год.

Режим работы, в неделю 1 занятие по 1 часу. Часовая нагрузка 70 часов.

Цель: обучение воспитанников основам робототехники, программирования. Развитие творческих способностей в процессе конструирования и проектирования.

Задачи:

Обучающие:

• дать первоначальные знания о конструкции робототехнических устройств;

• научить приемам сборки и программирования робототехнических

устройств;

• сформировать общенаучные и технологические навыки конструирования и проектирования;

• ознакомить с правилами безопасной работы с инструментами.

Воспитывающие:

• формировать творческое отношение к выполняемой работе;

• воспитывать умение работать в коллективе, эффективно распределять

обязанности;

Развивающие:

• развивать творческую инициативу и самостоятельность;

• развивать психофизиологические качества учеников: память, внимание, способность логически мыслить, анализировать, концентрировать внимание на главном.

• развивать умения излагать мысли в четкой логической последовательности, отстаивать свою точку зрения, анализировать ситуацию и самостоятельно находить ответы на вопросы путем логических рассуждений.

Прогнозируемый результат.

По окончанию курса обучения учащиеся должны:

Знать:

• правила безопасной работы;

• основные компоненты конструкторов ЛЕГО;

• конструктивные особенности различных моделей, сооружений и

механизмов;

• компьютерную среду, включающую в себя графический язык программирования;

• виды подвижных и неподвижных соединений в конструкторе; основные приемы конструирования роботов;

• конструктивные особенности различных роботов;

• как передавать программы в RCX;

• порядок создания алгоритма программы, действия робототехнических

средств;

• как использовать созданные программы;

• самостоятельно решать технические задачи в процессе конструирования роботов (планирование предстоящих действий, самоконтроль, применять полученные знания, приемы и опыт конструирования с использованием специальных элементов, и других

объектов и т.д.);

• создавать реально действующие модели роботов при помощи специальных элементов по разработанной схеме, по собственному замыслу;

• создавать программы на компьютере для различных роботов;

• корректировать программы при необходимости.

Уметь:

• принимать или намечать учебную задачу, ее конечную цель;

• проводить сборку робототехнических средств, с применением LEGO

конструкторов;

• создавать программы для робототехнических средств;

• прогнозировать результаты работы;

• планировать ход выполнения задания;

• рационально выполнять задание;

• руководить работой группы или коллектива;

• высказываться устно в виде сообщения или доклада;

• высказываться устно в виде рецензии ответа товарища;

• представлять одну и ту же информацию различными способами.

Механизм отслеживания результатов:

• олимпиады;

• соревнования;

• учебно-исследовательские конференции;

• проекты;

• подготовка рекламных буклетов о проделанной работе;

• отзывы преподавателя и родителей учеников на сайте школы.

Деятельность по реализации Программы.

Основным содержанием организации деятельности работы кружка являются постепенное усложнение занятий от технического моделирования

до сборки и программирования роботов с использованием материалов «Lego-education 9686», руководства по сборке моделей, интернет - ресурса

education.lego.com, рабочих тетрадей и компьютеров.

В работе используются следующие наборы:

• «9686. Технология и физика»;

В наборе «9686. Технология и физика» содержится оборудование, позволяющее ставить перед детьми соответствующие «научные» задачи, так

что они имеют возможность ощутить себя юными учеными, инженерами и

конструкторами. В процессе работы дети задают вопросы «А что если…?»,

делают предположения и выдвигают гипотезы, затем проводят испытания

созданных ими моделей, записывают результаты и представляют свои открытия.

Учебные цели:

• изучение и сборка машин и устройств;

• исследование машин, в которых есть мотор;

• изучение энергии ветра и изготовление устройств для накопления и использования этой энергии;

• изучение зубчатых передач и механизмов.

В работе с этими набором дети учатся:

• творчески подходить к задачам (умение объяснять, как все работает);

• показывать взаимосвязь между причиной и следствием;

• разрабатывать и создавать модели, отвечающие определенным критериям;

• проверять идеи, основываясь на результатах наблюдений и измерений;

• ставить задачи, которые можно решить научными методами;

• размышлять над тем, как найти ответ на вопрос, и придумывать новые возможности развития идей;

• предполагать, что могло бы произойти, и проверять различные

варианты;

• проводить «чистый» эксперимент, меняя отдельные параметры, и наблюдать или измерять результаты;

• производить систематические наблюдения и измерения;

• устранять недоработки.

Этапы проведения занятия:

1. Установление взаимосвязей. Занятие начинается с краткого объяснения предназначения и функций каждой модели.

2. Конструирование. Учащиеся по инструкциям собирают модели, в которых заложены концепции основных разделов обучения. Ребята получают полезные советы и подсказки, как провести испытания модели и

убедиться, что она собрана и работает правильно.

3. Рефлексия. В процессе исследования учащиеся обдумывают, что

они должны сконструировать и каких результатов достичь; при этом углубляется их понимание приобретенного опыта. Они обсуждают проект и

воплощают свои идеи на практике. Перед каждым занятием ребята должны

высказать свои предположения о том, что у них должно получиться.

Предлагаемые учащимся вопросы способствуют тому, чтобы они высказывали свои предположения (давали предварительные оценки), приводили логические обоснования и доводили до конца важные исследования. Эти вопросы должны также наводить учеников на размышления о том, над чем они работали до сих пор и какие новые идеи

можно выдвинуть для решения задачи. Это, в свою очередь, дает учителю

возможность оценивать учебные достижения каждого ученика.

4. Развитие. Предлагаются пути и способы продолжения исследований на основе полученных результатов. Учащиеся будут экспериментировать, разрабатывать модели с новыми возможностями, а также развивать свои идеи применительно к реальным машинам и механизмам.

5. Творческие задания. Цель этих занятий – ориентировать учащихся на разработку своих собственных решений реальных задач, причем решить эти задачи можно разными способами.

Календарно - тематическое планирование (35 часов)

Методическое и материально-техническое обеспечение программы

Для проведения занятий по программе необходимо использовать образовательные конструкторы LEGO Education 9686 «Технология и физика» и дополнительные элементы:

1. Конструктор «Технология и физика» LEGO Education 9686.

Набор из 352 деталей предназначен для изучения основных законов механики и теории магнетизма.

Список литературы

- Технология и физика. Электронная книга для учителя. LEGO Education 9686

- интернет ресурсы.