Робототехника как направление внеурочной деятельности
учителя информатики
учитель информатики, МБОУ города Костромы «Лицей №41»
В 2010 году нашим лицеем был разработан проект перспективного развития под названием «Электронная школа». Так как информатизацией образовательного процесса наш лицей занимается уже достаточно давно, то инициатива использования разновозрастных программируемых конструкторов во внеурочной деятельности вызвала интерес и гармонично вошла в проект.
Мы поставили перед собой следующие цели:
1. Познакомить учащихся с основами роботостроения.
2. Дать начальные знания в области программирования технических устройств.
3. Способствовать раскрытию творческого потенциала.
4. Сформировать устойчивый интерес к техническому творчеству.
5. Способствовать формированию умения работы в команде.
6. Сориентировать на самостоятельное оптимальное решение задач.
Проект «Электронная школа» получил два гранта на городском и областном конкурсах проектов перспективного развития.
Таким образом, появились необходимые средства для покупки конструкторов Lego серии Education и необходимого программного обеспечения.
Для начальной школы мы приобрели конструктор Lego WeDo с маркировкой от 7лет и старше. Конструктор LEGO Education WeDo дает возможность ученикам собрать и запрограммировать простые модели LEGO через приложения в компьютере. В наборе 158 элементов, в том числе двигатель, датчики движения и положения, а также LEGO USB Hub (коммутатор). Совмещая программное обеспечение и учебное пособие, можно выполнить 12 тематических заданий. Его цена сейчас около 7 000 рублей. В дополнительный Ресурсный набор LEGO Education WeDo входят 326 деталей для сборки больших моделей. Его цена около 3 000 рублей. На диске с программным обеспечением находится так же комплект занятий. Его цена – 5 000 рублей. К настоящему времени была организована Федеральная поставка этого набора во все образовательные учреждения города.
Таким образом, открывается перспектива более тесного сотрудничества школ в проведении семинаров, форумов по обмену опыта по данному направлению, а так же организация Lego-фестивалей на городском и региональном уровнях.
Для среднего и старшего звена был приобретен конструктор Lego Mindstorms с программируемым блоком NXT 2.0. В комплект входит 431 деталь. Конструктор имеет маркировку – от 8 лет. Его цена около 17 000 р.
Программируемый блок NXT содержит входные порты для датчиков (4 разъема) и выходные порты для исполнительных устройств (3 разъема) для подключения электромоторов и лампочек. В нем уже встроен динамик для воспроизведения звука.
При покупке данного конструктора НЕОБХОДИМО приобрести программное обеспечение (включающую лицензию на одно рабочее место – около 5000 р.). В случае установки ПО в школе, необходимо купить школьную лицензию (15 000р).
Программировать микрокомпьютер перворобота NXT 2.0 можно 2-мя способами: загрузить программу, созданную на персональном компьютере с помощью программного обеспечения для ПервоРобота NXT, либо используя меню NXT Program, расположенную прямо на блоке микрокомпьютера.
Для соединения ПервоРобота NXT (Mindstorms NXT) с персональным компьютером можно использовать USB порт. Также можно соединиться с ним помощью беспроводного Bluetooth-соединения.
Микропроцессор NXT также может установить беспроводное соединение с другими микрокомпьютерами NXT, мобильными телефонами и компьютерами.
В комплект входят:
- Микрокомпьютер NXT - "Мозг" ПервоРобота
- 3 интерактивных сервомотора. В каждом есть датчики оборотов для управления мощностью мотора. Они измеряют и задают разные скорости вращения для обеспечения высокой точности движения робота
- Датчик света - фиксирует изменение освещённости и цвета поверхности
- Ультразвуковой датчик расстояния. Он измеряет расстояние до окружающих робота предметов, помогает ему огибать препятствия и реагировать на движение объектов вокруг него.
- Датчик звука позволяет роботу реагировать на звуки разной громкости
- 2 датчика касания. С помощью них робот ощущает предметы вокруг него
- Аккумуляторная батарея емкостью 2100 mAh. В аккумуляторе есть специальный разъем для подключения блока питания 220V/10V.
- Соединительные кабели.
- 413 элементов Лего – балки, оси, штифты, зубчатые колеса, кирпичи, пластины и др.
Дополнительно к набору были приобретены блок питания (2000 рублей), датчик цвета (3000 рублей) и ресурсный набор к конструктору Mindstorms NXT – его цена чуть больше 5000 рублей, в комплекте – 817 деталей.
Программное обеспечение работает на базе адаптированной среды LabVIEW по технологии drag-and-drop.
Первые занятия проводились в пришкольном лагере на одном отряде (2-3 класс) в форме кружка для всех желающих - по одному часу каждый день. В группе было 5-6 детей. Увлеченно создавая первые модели по шаблону, тестируя их, придумывая несложные программы, дети постепенно перешли к разработке собственных проектов. Учитывая наличие дополнительных деталей, мы имели возможности реализовать сразу несколько моделей одновременно. Например, пока одна группа создавала автомобиль, который останавливается перед препятствием, другая группа работала над созданием и программированием карусели. В конце занятия мы просто переставили моторчик и запустили подготовленную ими программу.
Наиболее трудным моментом оказался переход от заранее подготовленных заданий с пошаговыми инструкциями к собственным проектам. Эта сложность была преодолена за счет использования проблемной ситуации. Например, при постановке задачи вентилирования кабинета дети сами предложили несколько конструкций вентиляторов, нарисовали проекты и собрали модели.
Так же следует отметить необходимость демонстрации и обсуждения проекта. При представлении собранной модели ребенок объясняет, как именно работает механизм (упоминает использование зубчатых колес, ременных передач, шкивов) объясняет суть программы. Слушатели имеют право задавать вопросы, предлагать оптимальные варианты конструкций и программ. Всё это формирует культуру защиты проекта, развивает речь, способствует формированию критического мышления, способности самоанализа.
Если у малышей занятия больше походили на игру, то у старшеклассников всё уже было серьезно. С ноября по май 2012-2013 учебного года занятия проводились 1 раз в неделю по часу в форме кружка. Можно сказать, что те цели, которые были поставлены в самом начале – это и ориентация на техническое творчество, и самостоятельную работу, были успешно реализованы именно с учениками 10 класса.
Нашим первым достижением стал проект старшеклассников Робот Lego-Raymond. Сначала на кружке ребята построили базовую модель Перворобота, научились создавать несложные программы, изучая принципы работы сервомоторов, различных датчиков, стали использовать включать в программы ветвления и циклы. Затем начали экспериментировать и модифицировать механизм. Работа у них велась не только в школе, но и дома. Часто они приходили даже на переменах между уроками, чтобы проверить свои идеи, внести какие-то коррективы в свои разработки. В результате был создан проект – робот Raymond, который выполнял ряд программ, в том числе по звуковому сигналу мог менять статичную мишень, проходить минное поле, ориентируясь по датчикам. С этим проектом ребята заняли третье место на городском конкурсе «День науки 2013» в секции «Информатика». После этого они сняли обучающий ролик по созданию и программированию робота и получили диплом второй степени в городском конкурсе учебных мультимедийных проектов в номинации «Учебно-методический видеоролик».
Из выше представленного видна значимость внеурочной деятельности учителя информатики с использованием робототехники:
• Обучающиеся, начиная со среднего звена, под руководством учителя информатики могут строить индивидуальный проект, используя актуальные современные программируемые конструкторы (реализуется обучение проектной деятельности).
• Учащиеся приобретают навыки самостоятельного освоения содержания и методов конструирования и программирования, самостоятельно применяют приобретенные знания и способы действий при решении исследовательских задач.
• Реализуется возможность выхода с проектами на конкурсные программы.
