С началом нового тысячелетия в большинстве стран робототехника стала занимать существенное место в образовании, подобно тому, как информатика появилась в конце прошлого века и потеснила обычные предметы.
По всему миру проводятся конкурсы и состязания роботов для обучающихся: научно-технический фестиваль «Мобильные роботы» им. профессора Е.А. Девянина с 1999 г., игры роботов «Евробот» – с 1998 г., международные состязания роботов в России – с 2002 г., всемирные состязания роботов в странах Азии – с 2004 г., футбол роботов Robocup с 1993 г. и т.д. Лидирующие позиции в области образовательной робототехники на сегодняшний день занимает фирма Lego (подразделение Lego Education) с образовательными конструкторами серии Mindstorms. В некоторых странах (США, Япония, Корея и др.) при изучении робототехники используются и более сложные кибернетические конструкторы.
В настоящее время активное развитие образовательной робототехники наблюдается в Москве в результате целевого финансирования правительства столицы, в Челябинской области и некоторых других регионах России.
Новосибирск существенно отстает по количеству кружков, занимающихся робототехникой, хотя уровень подготовки отдельных преподавателей и учащихся достаточно высокий. Назрела необходимость в некотором движущем центре, способном вовлечь в процесс как детей и педагогов, так и администрации образовательных организаций.
ПЕДАГОГИ
Легостаева Ксения Сергеевна, педагог высшей квалификационной категории, аттестация в 2017 году.
Общий педагогический стаж: 8 лет.
Образование: Новосибирский государственный педагогический университет по специальности учитель физики в 2011 г.
Призёр Окружного конкурса: «Новой школе – современный учитель», 2014 г.
Победитель окружного этапа конкурса профессионального мастерства «Сердце отдаю детям», 2018 г.
Лейман Эдуард Викторович, педагог высшей квалификационной категории, аттестация в 2017 году.
Общий педагогический стаж: 7 лет.
Образование: Новосибирский государственный педагогический университет по специальности учитель физики и информатики в 2010 году.
Призёр конкурса «Всероссийский педагогический конкурс в номинации «Авторский предметный сайт»», 2016 г.
СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ
Содержание программы первого года обучения (144 часа):
*Знакомство с конструктором, основными деталями и принципами крепления.
*Создание простейших механизмов, описание их назначения и принципов работы.
*Создание трехмерных моделей механизмов в среде визуального проектирования.
*Силовые машины.
*Использование встроенных возможностей микроконтроллера: просмотр показаний датчиков, простейшие программы, работа с файлами.
*Знакомство со средой программирования Robolab, базовые команды управления роботом, базовые алгоритмические конструкции.
*Простейшие регуляторы: релейный, пропорциональный.
*Участие в учебных состязаниях.
Содержание программы второго года обучения:
*Использование регуляторов.
*Решение задач с двумя контурами управления или с дополнительным заданием для робота (например, двигаться по линии и объезжать препятствия).
*Программирование виртуальных исполнителей.
*Текстовые среды программирования.
*Более сложные механизмы: рулевое управление, дифференциал, манипулятор и др.
*Двусоставные регуляторы.
*Участие в учебных состязаниях.
Содержание программы третьего года обучения:
*Освоение текстового программирования в среде RobotC.
*Исследовательский подход к решению задач.
*Использование памяти робота для повторения комплексов действий.
*Элементы технического зрения.
*Расширения контроллера для получения дополнительных возможностей робота.
*Работа над творческими проектами.
*Выступления на детских научных конференциях.
*Участие в учебных состязаниях.
*Решение задач на сетевое взаимодействие роботов.
ЦЕЛИ ПРОГРАММЫ
Цель программы – создание условий для мотивации, подготовки и профессиональной ориентации обучающихся для возможного продолжения учебы в ВУЗах и последующей работы на предприятиях по специальностям, связанным с робототехникой.
Задачи программы.
Образовательные:
*Использование современных разработок по робототехнике в области образования, организация на их основе активной внеурочной деятельности учащихся.
*Ознакомление учащихся с комплексом базовых технологий, применяемых при создании роботов.
*Реализация межпредметных связей с физикой, информатикой и математикой.
*Решение учащимися ряда кибернетических задач, результатом каждой из которых будет работающий механизм или робот с автономным управлением.
Развивающие:
*Развитие у обучающихся инженерного мышления, навыков конструирования, программирования и эффективного использования кибернетических систем.
*Развитие мелкой моторики, внимательности, аккуратности и изобретательности.
*Развитие креативного мышления и пространственного воображения учащихся.
*Организация и участие в играх, конкурсах и состязаниях роботов в качестве закрепления изучаемого материала и в целях мотивации обучения.
Воспитательные:
*Повышение мотивации учащихся к изобретательству и созданию собственных роботизированных систем.
*Формирование у учащихся стремления к получению качественного законченного результата.
*Формирование навыков проектного мышления, работы в команде.
*Формирование у учащихся нравственно-патриотического воспитания.
*Повышение чувства гордости за собственную страну.
РЕЗУЛЬТАТ ПРОГРАММЫ
Личностные, метапредметные и предметные результаты изучения курса «Робототехника».
Личностные результаты (к личностным результатам освоения курса можно отнести):
*критическое отношение к информации и избирательность её восприятия;
*осмысление мотивов своих действий при выполнении заданий;
*развитие любознательности, сообразительности при выполнении разнообразных заданий проблемного и эвристического характера;
*развитие внимательности, настойчивости, целеустремленности, умения преодолевать трудности – качеств весьма важных в практической деятельности любого человека;
*развитие самостоятельности суждений, независимости и нестандартности мышления;
*воспитание чувства справедливости, ответственности;
*начало профессионального самоопределения, ознакомление с миром профессий, связанных с робототехникой.
Метапредметные результаты:
Регулятивные универсальные учебные действия:
*принимать и сохранять учебную задачу;
*планировать последовательность шагов алгоритма для достижения цели;
*формировать умения ставить цель – создание творческой работы, планировать достижение этой цели;
*осуществлять итоговый и пошаговый контроль по результату;
*адекватно воспринимать оценку учителя;
*различать способ и результат действия;
*вносить коррективы в действия в случае расхождения результата решения задачи на основе ее оценки и учета характера сделанных ошибок;
*в сотрудничестве с учителем ставить новые учебные задачи;
*проявлять познавательную инициативу в учебном сотрудничестве;
осваивать способы решения проблем творческого характера в жизненных ситуациях;
оценивать получающийся творческий продукт и соотносить его с изначальным замыслом, выполнять по необходимости коррекции либо продукта, либо замысла.
Познавательные универсальные учебные действия:
*осуществлять поиск информации в индивидуальных информационных архивах учащегося, информационной среде образовательного учреждения, в федеральных хранилищах информационных образовательных ресурсов;
*использовать средства информационных и коммуникационных технологий для решения коммуникативных, познавательных и творческих задач;
*ориентироваться на разнообразие способов решения задач;
*осуществлять анализ объектов с выделением существенных и несущественных признаков;
*проводить сравнение, классификацию по заданным критериям;
*строить логические рассуждения в форме связи простых суждений об объекте;
*устанавливать аналогии, причинно-следственные связи;
*моделировать, преобразовывать объект из чувственной формы в модель, где выделены существенные характеристики объекта (пространственно-графическая или знаково-символическая);
*синтезировать, составлять целое из частей, в том числе самостоятельное достраивание с восполнением недостающих компонентов;
*выбирать основания и критерии для сравнения, классификации объектов.
Коммуникативные универсальные учебные действия:
*аргументировать свою точку зрения на выбор оснований и критериев при выделении признаков, сравнении и классификации объектов;
*выслушивать собеседника и вести диалог;
*признавать возможность существования различных точек зрения и права каждого иметь свою;
*планировать учебное сотрудничество с учителем и сверстниками – определять цели, функций участников, способов взаимодействия;
*осуществлять постановку вопросов – инициативное сотрудничество в поиске и сборе информации;
*разрешать конфликты – выявление, идентификация проблемы, поиск и оценка альтернативных способов разрешения конфликта, принятие решения и его реализация;
*управлять поведением партнера – контроль, коррекция, оценка его действий;
*уметь с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли в соответствии с задачами и условиями коммуникации;
владеть монологической и диалогической формами речи.
Предметные результаты:
В результате реализации программы обучающиеся будут 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;
*конструктивные особенности различных роботов;
*как передавать программы NXT;
*как использовать созданные программы;
*приемы и опыт конструирования с использованием специальных элементов, и других объектов и т.д.;
*основные алгоритмические конструкции, этапы решения задач с использованием ЭВМ.
В результате реализации программы обучающиеся будут уметь:
*использовать основные алгоритмические конструкции для решения задач;
*конструировать различные модели; использовать созданные программы;
*применять полученные знания в практической деятельности.
В результате реализации программы обучающиеся будут владеть:
*навыками работы с роботами;
*навыками работы в среде ПервоРобот NXT.
В результате освоения программы обучающиеся научатся строить роботов и управлять ими.
Ожидаемые результаты первого года реализации программы:
Образовательные:
*освоение принципов работы простейших механизмов;
*расчет передаточного отношения;
*понимание принципа устройства робота как кибернетической системы;
*использование простейших регуляторов для управления роботом;
*решение задачи с использованием одного регулятора;
*умение собрать базовые модели роботов и усовершенствовать их для выполнения конкретного задания;
*навыки программирования в графической среде.
Развивающие:
*изменения в развитии мелкой моторики, внимательности, аккуратности и особенностей мышления конструктора-изобретателя проявляется на самостоятельных задачах по механике;
*строительство редуктора с заданным передаточным отношением и более сложных конструкций из множества мелких деталей является регулярной проверкой полученных навыков.
Воспитательные:
*воспитательный результат занятий робототехникой можно считать достигнутым, если учащиеся проявляют стремление к самостоятельной работе, усовершенствованию известных моделей и алгоритмов, созданию творческих проектов;
*участие в научных конференциях для обучающихся, открытых состязаниях роботов и просто свободное творчество во многом демонстрируют и закрепляют его.
Кроме того, простым, но важным результатом будет регулярное содержание своего рабочего места и конструктора в порядке, что само по себе непросто.
Ожидаемые результаты второго года реализации программы:
Образовательные:
*использование регуляторов для управления роботом;
*решение задачи с использованием двух регуляторов или дополнительного задания для робота;
*умение конструировать сложные модели роботов с использованием дополнительных механизмов;
*расширенные возможности графического программирования.
*навыки программирования исполнителей в текстовой среде.
Развивающие:
*изменения в развитии мелкой моторики, внимательности, аккуратности и особенностей мышления конструктора-изобретателя проявляется на самостоятельных задачах по механике;
*новые алгоритмические задачи позволяют научиться выстраивать сложные параллельные процессы и управлять ими.
Воспитательные:
*воспитательный результат занятий робототехникой можно считать достигнутым, если учащиеся проявляют стремление к самостоятельной работе, усовершенствованию известных моделей и алгоритмов, созданию творческих проектов;
*самостоятельная подготовка к состязаниям, стремление к получению высокого результата.
Ожидаемые результаты третьего года реализации программы:
Образовательные:
*Знакомство с языком Си.
*Расширенные возможности текстового программирования.
*Умение составить программу для решения многоуровневой задачи.
*Процедурное программирование.
*Использование нестандартных датчиков и расширений контроллера.
*Умение пользоваться справочной системой и примерами.
Развивающие:
*Способность к постановке задачи и оценке необходимых ресурсов для ее решения.
*Планирование проектной деятельности, оценка результата.
*Исследовательский подход к решению задач, поиск аналогов, анализ существующих решений.
Воспитательные:
*воспитательный результат занятий робототехникой можно считать достигнутым, если учащиеся проявляют стремление к самостоятельной работе, усовершенствованию известных моделей и алгоритмов, созданию творческих проектов;
*участие в научных конференциях для обучающихся, открытых состязаниях роботов и просто свободное творчество во многом демонстрируют и закрепляют его. Способность работать в команде является результатом проектной деятельности.
ОСОБЫЕ УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ
Не предусматриваются.
МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ БАЗА
*Конструктор Lego «Перворобот», наборы № 9786 – 15 шт.
*Конструктор Lego «Перворобот», ресурсные наборы −10 шт.
*LEGO Mindstorms EV3 с программным обеспечением LEGO Mindstorms EV3 – 10 шт.
*LEGO Mindstorms EV3 с программным обеспечением LEGO Mindstorms EV3, ресурсный набор – 10 шт.
*LEGO 9686 Набор технология и физика – 5 шт.
*Электромеханический конструктор LEGO Education WeDo 2.0 45300 Базовый набор — 6 шт.
*Ноутбуки — 16 шт.