Программа курса Робоквантум

Дополнительная общеразвивающая программа

технической направленности «Робоквантум»

1. Пояснительная записка

   1. Актуальность программы

Существует множество важных проблем, на которые никто не хочет обращать внимания, до тех пор, пока ситуация не становится катастрофической. Одной из таких проблем в России являются: её недостаточная обеспеченность инженерными кадрами и низкий статус инженерного образования. Сейчас необходимо вести популяризацию профессии инженера. Интенсивное использование роботов в быту, на производстве, чтобы пользователи обладали современными знаниями в области управления роботами, что позволит развивать новые, умные, безопасные и более продвинутые автоматизированные системы. Робототехника – одно из популярных и интересных направлений технического творчества, которое совмещает в себе такие предметные области, как наука, технологии, инжиниринг, искусство и математика.

1. Формирование компетенций

Общеобразовательная общеразвивающая программа «Робоквантум» дополнительного образования детей имеет техническую направленность и может быть предложена школьникам во внеурочное время. Предполагает дополнительное образование детей в области робототехники и мехатроники. Программа «Робоквантум» позволяет создавать благоприятные условия для развития технических способностей школьников.

1.3. Новизна общеразвивающей образовательной программы

В связи с активным внедрением новых технологий в жизнь общества постоянно увеличивается потребность в высококвалифицированных специалистах. Образовательная робототехника - сравнительно новая технология обучения, позволяющая вовлечь в процесс инженерного творчества детей, начиная со среднего школьного возраста. Она позволяет обнаруживать и развивать навыки учащихся в таких направлениях как мехатроника, искусственный интеллект, программирование и других.

Программа «Робоквантум» - это изготовление роботов, которых конструируют и программируют сами обучающиеся. Педагогическая целесообразность программы «Робоквантум» определяется учетом возрастных особенностей обучающихся, широкими возможностями социализации в процессе привития трудовых навыков, пространственного мышления, учет интересов, образовательных планов обучающихся с целью их использования в образовательном процессе.

Отличительные особенности программы «Робоквантум» заключаются в том, что она является одним из механизмов формирования творческой личности, дает навыки овладения начального технического конструирования, развития мелкой моторики, изучения понятий конструкции и ее основных свойств (жесткости, прочности, устойчивости), навыки взаимодействия в группе. Программа «Робоквантум» является базовой и не предполагает наличия у обучаемых навыков в области робототехники и программирования, а также учитывает реальные возможности системы дополнительного образования ХМАО-Югры. Реализация образовательной программы «Робоквантум» осуществляется во взаимодействии с научно-техническим объединением «Робототехника» центра детского технического творчества «Патриот» г.Нижневартовска и кафедры «Информатика и прикладная математика» Нижневартовского государственного университета.

1. Формы занятий

Программа «Робоквантум» включает проведение практикума начинающего робототехника, включающего проведение лабораторно-практических, исследовательских работ и прикладного программирования. В ходе специальных заданий воспитанники приобретают общетрудовые, специальные и профессиональные универсальные учебные действия по сборке готовых роботов, их программированию, закрепляемые в процессе разработки проекта. Содержание практических работ и виды проектов могут уточняться, в зависимости от личностных достижений обучающихся, достигнутых ими с привлечением ресурсов дополнительного образования обучающихся, наличия материалов, средств и др. Учебные занятия предусматривают соблюдение обучающимися правил безопасности труда, противопожарных мероприятий, выполнению экологических требований.

1.4. Способы и формы проверки результатов освоения программы

Предметом диагностики и контроля являются внешние образовательные продукты обучающихся. Оценке подлежит уровень достижения обучающихся минимально необходимых результатов, обозначенных в целях и задачах программы «Робоквантум». Выполненные обучающимися работы включаются в их «портфолио». Итоговый контроль проводится в конце всего курса. Результатом деятельности являются соревнования между собой в сложности выполнения команд роботами.

Микросоревнование - разновидность контрольных мероприятий в игровой форме методики развивающего обучения. Соревнование, имеющее целью усвоению обучающимися отдельных тем (в некотором роде - аналог школьной контрольной работы с обязательным разбором полученных результатов).

Результаты освоения программы определяются по трем уровням:

• высокий - обучающийся освоил практически весь объем знаний, предусмотренных программой за конкретный период, и научился применять полученные знания, умения и навыки на практике,

• средний - усвоил почти все знания, но не всегда может применить их на практике,

• низкий - овладел половиной знаний, но не умеет их правильно применять на практике.

Микросоревнования состоят из 3х частей.

1. Блоки и конструкции языка программирования (контроль изучения базовых конструкция языка программирования).

2. Алгоритмы (например, П, П-Д, П-И-Д регуляторы).

3. Практическая часть (обучающимся предлагается выполнить практическое задание с использование робота).

Итоговая работа

Итоговый контроль обучающихся проводится по результатам выполнения практических заданий и защиты проектов (правила выбора темы и примеры тем проектов представлены в Приложение №1).

Практические задания: Кегельринг. Движение по траектории. Путешествие по комнате. Лабиринт. Удаленное управление. Роботы манипуляторы. Шагающие роботы. Объезд предметов. Задание уровня WRO, JuniorSkills.

2. Общая характеристика учебного предмета

Программа «Робоквантум» рассчитана на 1 год обучения и базируется на основе официального курса компании Lego Education в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта основного общего образования к личностным результатам обучающихся. В основу программы «Робоквантум» положено моделирование роботов, как прогрессивного, наглядного и одновременно практически полезного раздела - робототехники, вобравшего в себя ее передовые достижения. В программе освещены темы, интересные учащимся как теоретически, так и для самостоятельного конструирования и моделирования разнообразных роботов.

В процессе теоретического обучения обучающиеся знакомятся с назначением, структурой и устройством роботов, с технологическими основами сборки и монтажа, основами вычислительной техники, средствами отображения информации. Программа содержит сведения по истории современной электроники, информатики и робототехники, о ведущих ученых и инженерах в этой области и их открытиях с целью воспитания интереса учащихся к профессиональной деятельности, направлениям развития и перспективам робототехники.

Содержание программы реализуется во взаимосвязи с предметами школьного цикла. Теоретические и практические знания по робототехнике значительно углубят знания учащихся по ряду разделов физики, математики и информатики.

1. Цель и задачи программы

Целью программы «Робоквантум» является формирование у обучающихся устойчивых знаний и навыков по таким направлениям, как: робототехника и мехатроника, основы радиоэлектроники и схемотехники, программирование микроконтроллеров, прикладное применение робототехники.

Программа «Робоквантум» направлена на: содействие процессу совершенствования системы профориентации и подготовки квалифицированных инженерно­технических кадров для высокотехнологичных и инновационных отраслей; внедрение в молодежную среду представлений об инженерно-техническом творчестве как о престижной сфере деятельности, способствующей эффективной реализации личностных жизненных стратегий; формирование устойчивого интереса молодежи к инженерно-техническому творчеству; создание условий для мотивации, подготовки и профессиональной ориентации школьников для возможного продолжения учёбы в ВУЗах и последующей работы на предприятиях по специальностям, связанных с робототехникой.

Задачи учебного предмета:

• развитие творческих способностей и логического мышления детей;

• формирование творческой личности с установкой на активное самообразование;

• ранняя ориентация на инновационные технологии и методы организации практической деятельности в сферах общей кибернетики и роботостроения;

• формирование навыков современного организационно - экономического мышления, обеспечивающих социальную адаптацию;

• приобретение навыков коллективного и конкурентного труда;

• организация разработок инженерно-технических проектов;

• формирование умения достаточно самостоятельно решать технические задачи в процессе конструирования моделей;

• стимулирование смекалки детей, находчивости, изобретательности и устойчивого интереса к поисковой творческой деятельности.

1. Описание места учебного предмета в учебном плане

В рамках реализации учебного плана дополнительного образования МБОУ «СШ №34» предусматривает обязательное изучение технологии конструирования в количестве 35 часов (1 час в неделю).

1. Результаты освоения учебного процесса

По окончанию изучения программы «Робоквантум» у обучающихся будут сформированы результаты обучения:

Личностные: проявление познавательных интересов; выражение желания учиться и трудиться в промышленном производстве для удовлетворения текущих и перспективных потребностей; развитие трудолюбия и ответственности за качество своей деятельности; овладение установками, нормами и правилами научной организации умственного и физического труда; самооценка результатов деятельности.

Метапредметные: алгоритмизированное планирование процесса познавательно-трудовой деятельности; комбинирование известных алгоритмов технического и технологического творчества в ситуациях, не предполагающих стандартного применения одного из них; проявление инновационного подхода к решению учебных и практических задач в процессе моделирования изделия или технологического процесса; поиск новых решений возникшей технической или организационной проблемы; коммуникативные умения докладывать о результатах своего исследования, участвовать в дискуссии, кратко и точно отвечать на вопросы, использовать справочную литературу и другие источники информации.

Регулятивные УДД: целеполагание, включая преобразование практической задачи в познавательную; планирование путей достижения целей; применение решений в проблемной ситуации на основе переговоров; адекватное оценивание своих возможностей достижения цели определенной сложности в различных сферах самостоятельной деятельности; самостоятельная постановка новых учебных целей и задач.

Познавательные УДД: основы реализации проектно-исследовательской действительности; проведение наблюдений и экспериментов под руководством учителя; осуществление расширенного поиска информации с использованием ресурсов библиотек и Интернета; установка причинно-следственных связей; объяснение явлений, процессов, связей и отношений, выявляемые в ходе исследования.

Коммуникативные УДД: формулирование собственного мнения и позиции, аргументирование и координирование ее с позиции партнеров в сотрудничестве при выработке общего решения совместной деятельности; адекватно использовать речевые средства для решения различных коммуникативных задач (владеть устной и письменной речью, строить монологическое контекстное высказывание).

Предметные: формирование простейших навыков программирования; умения и навыки применять полученные знания для объяснения принципов действия важнейших технических устройств, решения практических задач повседневной жизни, обеспечения безопасности своей жизни, рационального природопользования и охраны окружающей среды; умение моделировать роботов.

5. Содержание учебного предмета

Раздел: Введение - 3 часа

Темы: Введение в робототехнику. Конструкторы компании ЛЕГО. Знакомство с набором Lego Mindstorms NXT 2.0 версии 9797

Раздел: Конструирование и программирование - 12 часов

Темы: Конструирование простейшего робота. Изучение среды управления и программирования робота. Конструирование колесного робота по инструкции. Программирование колесного робота. Конструирование гусеничного робота по инструкции. Программирование гусеничного робота. Конструирование робота повышенной сложности. Программирование робота повышенной сложности. Тестирование.

Раздел: Управление - 6 часов

Темы: Сбор по инструкции «робот - сумоист». Соревнование "роботов - сумоистов". Анализ конструкции победителей соревнования "роботов - сумоистов". Конструируем робота к международным соревнованиям WRO.

Раздел: Проектно-конструкторская деятельность - 11 часов

Темы: Разработка автоматизированного устройства, програмирование робота. Описательная часть проекта.

Создание действующей модели. Обновление параметров объекта. Программирование запланированных функций. Тестирование. Разработка презентации проекта. Защита проекта. Показательное выступление

Раздел: Свободное моделирование - 3 часа

Темы: Собираем робота высокой сложности. Программирование робота высокой сложности. Показательное выступление.

1. Тематическое планирование с определением основных видов учебной деятельности

1. Описание учебно-методического и материально-технического обеспечения образовательного процесса

Литература для учителя:

1. В.А. Козлова, Робототехника в образовании [электронный дистанционный курс «Конструирование и робототехника» - Белиовская Л.Г., Белиовский А.Е. Программируем микрокомпьютер NXT в LabVIEW. - М.: ДМК, 2015, 278 стр.;

2. ЛЕГО-лаборатория (Control Lab):Справочное пособие, - М.: ИНТ, 1998, 150 стр.

3. Применение учебного оборудования. Видеоматериалы. - М.: ПКГ «РОС», 2012;

4. Программное обеспечение LEGO Education NXT v.2.1.;

5. Рыкова Е. А. LEGO-Лаборатория (LEGO Control Lab). Учебно-методическое пособие. - СПб.

Литература для обучающихся:

1. ЛЕГО-лаборатория (Control Lab):Справочное пособие, - М.: ИНТ, 2016, 150 стр.

2. ПервоРобот NXT 2.0: Руководство пользователя. - Институт новых технологий;

3. Филиппов С.А. «Робототехника для детей и родителей». С-Пб, «Наука», 2014г.

4. Каширин Д.А., Федорова Н.Д. Основы робототехники. г. Курган, 2017г.

Материально-техническое обеспечение:

1. Цифровые компоненты учебно-методического комплекса по основным разделам литературы: тесты, карточки

2. Общепользовательские цифровые инструменты учебной деятельности: текстовый редактор, редактор создания презентаций, система обработки и предоставления массивов числовых данных.

3. МФУ

4. Мультимедия проектор

5. Принтер, сканер.

6. Конструкторы Lego Mindstorms NXT 2.0 версии 9797.

Интернет-ресурсы:

1. http://www.prorobot.ru

2. http://odno-lego.ru

Приложение № 1

Правила выбора темы проекта

Способы решения проблем начинающими исследователями во многом зависят от выбранной темы. Надо помочь детям найти все пути, ведущие к достижению цели, выделить общепринятые, общеизвестные и нестандартные, альтернативные; сделать выбор, оценив эффективность каждого способа.

Правило 1. Тема должна быть интересна ребенку, должна увлекать его. Исследовательская работа эффективна только на добровольной основе. Тема, навязанная ученику, какой бы важной она ни казалась взрослым, не даст должного эффекта.

Правило 2. Тема должна быть выполнима, решение ее должно быть полезно участникам исследования. Натолкнуть ребенка на ту идею, в которой он максимально реализуется как исследователь, раскроет лучшие стороны своего интеллекта, получит новые полезные знания, умения и навыки, - сложная, но необходимая задача для педагога.

Правило 3. Тема должна быть оригинальной с элементами неожиданности, необычности. Оригинальность следует понимать как способность нестандартно смотреть на традиционные предметы и явления.

Правило 4. Тема должна быть такой, чтобы работа могла быть выполнена относительно быстро. Способность долго концентрировать собственное внимание на одном объекте, т. е. долговременно, целеустремленно работать в одном направлении, у школьника ограниченна.

Правило 5. Тема должна быть доступной. Она должна соответствовать возрастным особенностям детей. Это касается не только выбора темы исследования, но и формулировки и отбора материала для ее решения. Одна и та же проблема может решаться разными возрастными группами на различных этапах обучения.

Правило 6. Сочетание желаний и возможностей. Выбирая тему, педагог должен учесть наличие требуемых средств и материалов - исследовательской базы. Ее отсутствие, невозможность собрать необходимые данные обычно приводят к поверхностному решению, порождают "пустословие". Это мешает развитию критического мышления, основанного на доказательном исследовании и надежных знаниях.

Правило 7. С выбором темы не стоит затягивать. Большинство учащихся не имеют постоянных пристрастий, их интересы ситуативны. Поэтому, выбирая тему, действовать следует быстро, пока интерес не угас.

Примеры тем проектов:

1. Сборка робота-погрузчика.

2. Доработка алгоритма движения по линии, путем добавления большего количества датчиков.

3. Ориентирование робота в окружающей среде.

4. Робот для мониторинга территории «Кванториума».

5. Взаимодействие мобильного автономного робота.

6. Позиционирование автономного робота с использованием гео-систем.

7. Робот-судья соревнований.

8. Андроидный робот.

9. Подключение к блоку датчиков сторонних производителей.

10. Проектирование робототехнической системы узкой направленности.