Исследовательский проект «Моделирование» с использованием виртуального конструктора Lego Digital Disigner

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования «Алтайский государственный университет» Институт педагогического образования Кафедра радиофизики и теоретической физики Института цифровых технологий, электроники и физики АлтГУ

Тема

Разработка учебного занятия по теме «Моделирование» с использованием виртуального конструктора Lego Digital Disigner

Исследовательский проект Выполнил:

Барнаул 2021

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 3

Глава 1. Образовательная робототехника в современной школе 5

Глава 2.. Методические приёмы, применяемые в преподавании образовательной робототехники 7

Глава 3. Разработка учебного занятия по информатике с использованием виртуального конструктора Lego Digital Disigner 10

Заключение 13

Список литературы 14

Приложение 1 16

Приложение 2 17

Приложение 3 19

ВВЕДЕНИЕ

В современных школах всё больше внимания уделяется изучению робототехники. Это связано с тем, что выпускники школ в будущем попадут в рабочую среду, изобилующую технологиями, и роботы будут неотъемлемой частью этой среды. Даже если дети выбирают профессию, не связанную с кодированием и робототехникой, изучение этих дисциплин в школе обеспечивает их такими важными навыками, как аналитическое мышление, программирование, работа в команде, коллективное мышление, восприятие инноваций и многое другое.

При изучении программирования в школах с помощью традиционного «абстрактного» метода предмет оказывается для большинства детей слишком сложным и скучным. Обучение в игровом стиле, контроль над роботом и понимание того, какой процесс правильный, а какой ошибочный, даёт ученикам непосредственный опыт и понимание управления роботизированными системами. Это интересно и легко для понимания.

В настоящее время робототехника всё ещё находится на ранней стадии развития, потому в качестве школьного предмета она имеет все предпосылки стать ещё популярнее и охватить максимальное количество учеников.

Современная образовательная школа должна формировать целостную систему универсальных знаний, умений, навыков, а также опыт самостоятельной деятельности и личной ответственности обучающихся, то есть ключевые компетенции, определяющие современное качество содержания образования.

Для учителя - это переход от передачи знаний к созданию условий для активного познания и получения детьми практического опыта. Для учащихся - переход от пассивного усвоения информации к активному ее поиску, критическому осмыслению, использованию на практике. Основной проблемой учителя является «поиск средств и методов развития образовательных компетенций учащихся, как условие, обеспечивающее качественное усвоение программы.

Цель работы - разработать план занятия по информатике с использованием виртуального конструктора Lego Digital Disigner. Задачи:

• рассмотреть актуальность внедрения робототехники в образовательное пространство школы;

• изучить методические приёмы, применяемые в преподавании образовательной робототехники;

• разработать занятие по информатике с использованием программы Lego Digital Disigner.

Объект исследования: образовательная робототехника и ее внедрение в современную школу.

Предмет исследования: использование виртуального конструктора Lego Digital Disigner на уроках информатики.

Глава 1

Образовательная робототехника в современной школе

Робототехника - перспективное направление школьного и дополнительного образования в России и во всем мире. Всё чаще в новостных лентах мы встречаем сообщения о роботах-домохозяйках, роботах-музыкантах, роботах-футболистах. Практика показывает, что ребята школьного возраста имеют большой интерес к созданию роботов, их моделированию и программированию. В настоящее время политехническое образование - один из трендов развития экономики. Поэтому, следует активно внедрять и развивать техническую составляющую школьного образования.

Основная цель внедрения образовательной робототехники - это социальный заказ общества: сформировать личность, способную самостоятельно ставить учебные цели, проектировать пути их реализации, контролировать и оценивать свои достижения, работать с разными источниками информации, оценивать их и на этой основе формулировать собственное мнение, суждение, оценку. То есть основная цель - формирование ключевых компетентностей учащихся.

Преимущества внедрения робототехники в образовательное пространство школы:

• повышение интерактивности ИОС (Робототехника вносит в образовательную информационную среду интерактивность, многофункциональность и возможность обеспечения деятельностного подхода с чередованием видов деятельности.)

• многофункциональность и возможность обеспечения деятельностного подхода с чередованием видов деятельности

• повышение гибкости структуры обучения (многоуровневые задания)

• формирование ключевых компетенций обучающихся, заложенных в программе формирования УУД (Использование робототехнических конструкторов позволяет формировать ИКТ-компетентность обучающихся, что является одним из основных компонентов программы формирования универсальных учебных действий: личностных, регулятивных, познавательных и коммуникативных.

Внедрение образовательной робототехники в школах позволяет решать следующие задачи:

1. Вовлечение школьников в научно-техническое творчество, формирование и развитие потребностей технического творчества у обучающихся, ранняя профориентация.

2. Выявление, обучение, сопровождение одаренных детей, обеспечение соответствующих условий для их образования и творческого развития.

3. Организация высоко мотивированной учебной деятельности школьников по пространственному конструированию, моделированию, программированию и автоматическому управлению.

4. Повышение мотивации к изучению наук естественнонаучного цикла: физики, математики, информатики (основ теории управления, кибернетики, искусственного интеллекта, логики, алгоритмизации).

5. Создание системы межпредметного взаимодействия и межпредметных связей информатики, технологии, математики и физики.

Глава 2

Методические приёмы, применяемые в преподавании образовательной робототехники

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.

ЛЕГО-конструирование - одна из самых известных и распространённых сегодня 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 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.

Стратегия модернизации образования предполагает обновление содержания образования на основе «ключевых компетенций», которые в личностном плане проявляются как компетентности. Ученик должен не вообще получать образование, а достигнуть некоторого уровня компетентности в способах жизнедеятельности в человеческом обществе, чтобы оправдать социальные ожидания нашего государства о становлении нового работника, обладающего потребностью творчески решать сложные профессиональные задачи.

Занятия, включающие в себя элементы робототехники, предоставляют возможности для разностороннего развития учащихся и формирования важнейших компетенций, обозначенных в стандартах нового поколения. Среди них:

- навыки проведения экспериментального исследования: выдвижение гипотез, поиск решений, проведение наблюдений и измерений, установление причинноследственных связей, оценка влияния отдельных факторов, обработка

и анализ результатов;

• предметные умения (информатика): принципы моделирования, конструирования, проектирования, алгоритмизации, программирования;

• понимание межпредметных связей: математики, информатики, естествознания, технологии, музыки и других предметов;

• развитие творческого, образного, пространственного, логического, критического мышления;

• развитие коммуникативной компетенции: работа в коллективе (в паре, группе) по выработке и реализации идей, планированию и осуществлению деятельности, развитие словарного запаса и навыков общения.

Основным метод, который используется при изучении робототехники является метод проектов.

Под методом проектов понимают технологию организации образовательных ситуаций, в которых учащихся ставит и решает собственные задачи, и технологию сопровождения самостоятельной деятельности учащегося.

Проектно-ориентированное обучение - это систематический учебный метод, вовлекающий учащихся в процесс приобретения знаний и умений с помощью широкой исследовательской деятельности, базирующейся на комплексных, реальных вопросах и тщательно проработанных заданиях.

Основные этапы разработки Lego-проекта:

1. Обозначение темы проекта.

2. Цель и задачи представляемого проекта.

3. Разработка механизма на основе конструктора Lego.

4. Составление программы для работы механизма в среде Lego.

5. Тестирование модели, устранение дефектов и неисправностей.

При разработке и отладке проектов учащиеся делятся опытом друг с другом, что очень эффективно влияет на развитие познавательных, творческих навыков, а также самостоятельность школьников. Таким образом, можно убедиться в том, что Lego, являясь дополнительным средством при изучении курса информатики, позволяет учащимся принимать решение самостоятельно, применимо к данной ситуации, учитывая окружающие особенности и наличие вспомогательных материалов. И, что немаловажно, - умение согласовывать свои действия с окружающими, т.е. - работать в команде.

Комплекты конструкторов LEGO Education прилагаемые к ним материалы являются незаменимыми для реализации деятельностного подхода в образовании.

Основная особенность деятельностного метода заключается в том, что новые понятия и отношения между ними не даются детям в готовом виде. Дети открывают их сами в процессе самостоятельной исследовательской деятельности, учитель лишь направляет эту деятельность и в завершении подводит итог, даёт точную формулировку установленных алгоритмов действий и знакомит с общепринятой системой обозначений. Это позволяет привить интерес к предмету, повысить качество образования. Ещё одной особенностью является необходимость предварительной подготовки детей в плане развития у них мышления, речи, творческих способностей, познавательных мотивов деятельности.

Ученики получают возможность, играя, вырабатывать необходимые для жизни навыки, которым не всегда уделяется внимание на традиционных уроках. Поэтому для внедрения образовательной робототехники в школе необходимо приобрести конструкторы серии LEGO Education. Для учащихся первой ступени обучения используются образовательные конструкторы LEGO WeDo. Для старших школьников Lego Mindstorms.Командная работа над практическими заданиями способствует глубокому изучению составляющих современных роботов, а визуальная программная среда позволяет легко и эффективно изучить алгоритмизацию и программирование.

Глава 3

Разработка учебного занятия по информатике с использованием виртуального конструктора Lego Digital Disigner

Существуют различные варианты использования элементов робототехники в образовательном процессе.

Так как в нашей школе на сегодняшний момент нет конструкторов LEGO WeDo 2.0 и Lego Mindstorms, то вся работа была построена на знакомстве с интерфейсом программы Lego Digital Disigner и создании учащимися 3Dмоделей в данной среде. Это несет в себе определенные минусы, которые заключаются в том, что в процессе работы ребенок не имеет возможности непосредственно прикасаться к своей детали.

За основу создания учебного занятия была взята тема школьного урока по информатике «Информационное моделирование» 6 класс, практическая работа №8 «Создаём графические модели». В создании данного занятия была использована среда Lego Digital Disigner. Интерфейс программы понятен и прост в работе. Дети сразу ориентируются в программе при первом знакомстве с ней.

Основные принципы обучения:

• Проектирование и сборка;

• Обдумывание и поиск нестандартных решений;

• Навыки общения, совместной работы и обсуждение идей

Обучение с LEGO® Education всегда состоит из 4 этапов: установление взаимосвязей, конструирование, рефлексия и развитие.

Установление взаимосвязей

При установлении взаимосвязей учащиеся как бы «накладывают» новые знания на те, которыми они уже обладают, расширяя, таким образом, свои познания.

Конструирование

Учебный материал лучше всего усваивается тогда, когда мозг и руки «работают вместе». Работа с продуктами LEGO Education базируется на принципе практического обучения: сначала обдумывание, а затем создание моделей. В каждом задании комплекта для этапа «Конструирование» приведены подробные пошаговые инструкции. При желании можно специально отвести время для усовершенствования предложенных моделей, или для создания и программирования своих собственных.

Рефлексия

Обдумывая и осмысливая проделанную работу, учащиеся углубляют понимание предмета. Они укрепляют взаимосвязи между уже имеющимися у них знаниями и вновь приобретённым опытом. В разделе «Рефлексия» учащиеся исследуют, какое влияние на поведение модели оказывает изменение ее конструкции: они заменяют детали, проводят расчеты, измерения, оценки возможностей модели. На этом этапе учитель получает прекрасные возможности для оценки достижений учеников.

Развитие

Процесс обучения всегда более приятен и эффективен, если есть стимулы. Поддержание такой мотивации и удовольствие, получаемое от успешно выполненной работы, естественным образом вдохновляют учащихся на дальнейшую творческую работу. В раздел «Развитие» для каждого занятия включены идеи по созданию моделей с более сложной конструкцией.

Процессы обучения и воспитания развивают человека лишь тогда, когда они имеют деятельностные формы и способствуют формированию тех или иных типов деятельности, поэтому данный прием мы использовали при проектировании своего занятия.

В начале урока (Приложение 3) учитель знакомит учащихся с интерфейсом программы LegoDigitalDisigner, демонстрирует образцы конструкций (Приложение 2), созданных в данной среде, предлагает детям самостоятельно выполнить проект по созданию 3D модели (Приложение 1). Когда сборка закончена, учащиеся формируют схему сборки модели и сохраняют их на компьютере.

Как правило, сбор конструкции происходит довольно быстро. Когда сборка выполнена и конструкция прошла апробацию, дети предлагают свои варианты модификации конструкции, вместе обсуждаем предполагаемые результаты. Затем дети вносят изменения и наблюдают, как изменилось функционирование модели.

Программное обеспечение Lego Digital Disigner рассчитано не только на создание виртуальных 3Dмоделей, она так же помогает учащимся запомнить назначение каждой детали. В данной программе демонстрируется внешний вид элемента, показывается где и как применяется данная деталь. Опыт работы в программе Lego Digital Disigner поможет учащимся в дальнейшем при работе с конструктором Lego WeDo 2.0.

Заключение

Подводя итог проведенной работы можно с уверенностью сказать, что учебные занятия с включением в него робототехники - является «точкой роста» информатизации образования, оно нацелено на подготовку учащихся к жизни в информационном обществе.

На основе проделанной работы можно сделать следующие выводы:

1. Образовательная робототехника имеет большие перспективы развития. Её можно внедрить в такие учебные предметы как физика, технология, окружающий мир в школе;

2. Изучены методические приёмы, применяемые в преподавании образовательной робототехники. Они доступны и просты, что дает педагогу возможность индивидуального подхода к детям, а также сделать урок более интересным. Процесс конструирования, программирования и исследования роботов может сделать структуру обучения достаточно гибкой, будучи выстроен на основе разноуровневых заданий, поэтому позволяет создать ситуацию успешности для учащихся.

3. Разработано занятие по информатике с использованием программы Lego Digital Disigner.

Понимание феномена технологии, знание законов техники, позволит выпускнику школы соответствовать запросам времени и найти своё место в современной жизни.

Список литературы

1. https://edugalaxy.inteLru/?automodule=blog&blogid=9960&showentry=492 6 (Статья «Как «аршином общим» измерить уровень робототехники в своей школе», Козаченко С.В., сайт)

2. http://vhost.fors.ru/wm/news/strateg/1/right.html (Стратегия модернизации образования)

3. Лебедев О.Е. Компетентностный подход в образовании// Школьные технологии. - 2004. - № 5. - С.3-1

4. Иванов Д.А. Компетентности и компетентностный подход в современном образовании. М, 2007.

5. Хуторской А.В. Ключевые компетенции и образовательные стандарты //Доклад на отделении философии образования и теории педагогики РАО 23 апреля 2008. Центр «Эйдос».

6. Фридман Л.М., Кулагин И.Ю. Психологический справочник учителя.- М. Просвещение, 1991.

7. http://www.lin-tech.ru/docum/UMKI_BUKLET.pdf Лаборатория Интеллектуальных Технологий, научно-технический проект образовательной робототехники «Цифровая Лаборатория УМКИ»

8. ООО «Инновационное образование» [Электронный ресурс]. - Режим доступа:http://www.slideshare.net/Innovative_Education/lego-education afterschoolprograms-overview

9. Юревич, Е. И. Основы робототехники — 2-е изд., перераб. и доп. — СПб.: БХВ-Петербург, 2005. — 416 с.

10. Хуторской, А.В. Ключевые компетенции и образовательные стандарты [Электронный ресурс]: Доклад на отделении философии образования и теории педагогики. - Центр «Эйдос». - Режим доступа: http://www.eidos/ru/news/compet.htm

11. Голобородько, Е. Н. Робототехника как ресурс формирования ключевых компетенций обучающихся [Электронный ресурс]. - Режим доступа:

http://robot.unialtai.ru/metodichka/publikacii/robototehnika-kak-resurs- formirovaniya-klyuchevyhkompetenciy-0

1. Голубовская, Е.В. Формирование ключевых компетенций учащихся на основе современных образовательных технологий [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.teacherjournal.ru/shkola/russkij-yazyk-i-literatura/1524- formirovanieklyuchevyx-kompetenczij-uchashhixsya-na-osnove-sovremennyx- obrazovatelnyxtexnologij .html

2. http://www.moluch.ru/conf/ped/archive/65/3123/ Сайт издательства «Молодой ученый»

Приложение 1 Инструкционная карта для обучающихся

1. Открыть программу LEGO Digital Designer.

2. Создать модель по своему замыслу.

3. Для того чтобы создать схему по сборке нажмите кнопку в верхнем

©

правом углу.1

Программа сгенерирует будущую схему. Можно просмотреть все ли устраивает в будущей схеме? Если да, то приступаем к сохранению схемы.

Для того чтобы сохранить схему нажмите на кнопку в верхнем левом

углз

1. В появившемся диалоговом окне нажмите кнопку Новая папка. Программа по умолчанию создаст Новая папка, где в дальнейшем будут сохранятся все схемы (необходимо для удобства переименовать папку). Нажать кнопу ОК.

2. Программа сгенерирует полученную схему и откроет её в новом окне. Теперь можно распечатать готовую схему.

Приложение 2

Простые модели

Сложные модели

Приложение 3

ПЛАН-КОНСПЕКТ УРОКА

«Создание собственной схемы по сборке объекта впрограмме LEGO Digital Designer»

1. Тема «Создание собственной схемы по сборке объекта. Сохранение схемы»

2. Цель урока: создание собственной схемы по сборке объекта в программе LEGO Digital Designer для дальнейшей сборки объекта из реального конструктора.

3. Задачи:

-обучающие: - углубление знаний работы с программой LEGO Digital Designer и умение работать с инструкционными картами

• развивающие: - формирование навыков по самостоятельному созданию схемы для будущей модели

• воспитательные: - развитие интереса к моделированию и конструированию

  1. Тип урока: комбинированный

  2. Формы работы учащихся: усвоение новых знаний, самостоятельная практическая деятельность, рефлексия

  3. Необходимое техническое оборудование: компьютерный класс, установленное программное обеспечение (LEGO Digital Designer), интерактивная доска, методические материалы (инструкционные карты), демонстрационный материал.

  4. План и конспект урока

ПЛАН УРОКА

ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ НА ДАННОМ УРОКЕ ЭОР(учебника,

книги, материала)