Должность	учитель физики и информатики
Педагогический стаж	1 год
Учёная степень	нет
Отраслевые награды	нет
Учёное звание	нет
Место работы	МАОУ «СОШ № 76» г. Перми
Почтовый адрес	14107
Телефон	8-912-582-24-80
e-mail	*****@***ru
Страна	Россия

Об опыте использования средств образовательной робототехники на уроках физики

Об опыте использования средств образовательной робототехники на уроках физики

Аннотация: Обсуждается опыт использования робототехнических устройств на базе образовательного конструктора Lego Education EV3 при проведении лабораторных работ по физике в рамках раздела «Механика». Робот – измеритель позволяет качественно изменить порядок проведения физических измерений, сосредоточив основное внимание не на процессе измерений, а на анализе полученных данных. Такой подход к проведению школьного эксперимента может оказаться полезным на уроках физики в старших классах при углубленном изучении уже известных обучающимся физических явлений.

Ключевые слова: образовательная робототехника, робототехнические устройства, лабораторные работы по физике, Lego Education.

Практика показывает, что одно лишь словесное обучение физике неизбежно приводит к формализму и механическому заучиванию. Основные этапы формирования знаний, умений и навыков у обучающихся не могут быть эффективно реализованы без грамотно организованной деятельности по постановке и проведению физических опытов.

Использование эксперимента в учебном процессе позволяет:

·  показать явления, которые изучаются, в педагогически трансформируемом виде и тем самым создать необходимую экспериментальную базу для их изучения;

·  проиллюстрировать установленные в науке законы и закономерности в доступном для учеников виде и сделать их содержание понятным для учеников;

·  повысить наглядность преподавания;

·  ознакомить учеников с экспериментальным методом исследования физических явлений;

·  показать применение физических явлений, которые изучаются, в технике, технологиях и быту;

·  способствовать развитию интереса учеников к изучению физики [4].

Учебный физический эксперимент может быть демонстрационным и лабораторным. В первом случае он выступает как средство реализации наглядных методов обучения, во втором – как метод организации учебной деятельности школьников, направленной на освоение опыта самостоятельного экспериментального исследования физических явлений.

Наряду с традиционными способами организации школьного эксперимента можно использовать инновационные методы, связанные с использованием цифровых измерительных приборов. Тем более, что федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования предполагает применение на уроках физики цифровых приборов [5, с. 17], которые можно объединить в единый измерительный комплекс с роботехническими устройствами.

В рамках существующей в образовательных учреждениях технической базы такие измерительные комплексы можно создавать на основе образовательных конструкторов Lego Education NXT или Lego Education EV3. Конструкторы Lego предоставляют средства для достижения целого комплекса образовательных целей, в том числе:

1. Развитие словарного запаса и навыков общения при объяснении работы модели.

2. Установление причинно-следственных связей.

3. Анализ результатов и поиск новых решений.

4. Коллективная выработка идей, упорство при реализации некоторых из них.

5. Экспериментальное исследование, оценка (измерение) влияния отдельных факторов.

6. Проведение систематических наблюдений и измерений.

7. Использование таблиц для отображения и анализа данных.

8. Логическое мышление и программирование заданного поведения модели.

9. Написание и воспроизведение сценария с использованием модели для наглядности и драматургического эффекта [3].

В течение I четверти 2016 – 17 учебного года была организована и проведена серия лабораторных работ и демонстрационных физических экспериментов по разделу «Механика» с применением робототехнических устройств с обучающимися 10 класса МАОУ «СОШ № 76» г. Перми. При подготовке к проведению лабораторных работ использовались методические рекомендациях, изложенные в пособие «Демонстрационные и лабораторные работы по физике с использованием робототехнических наборов и современного цифрового оборудования. Часть 1. Механика» [1].

С целью выявления особенностей использования робототехнических устройств при проведении физических лабораторных работ рассмотрим тему «Изучение равномерного и равноускоренного движения». При организации подобной лабораторной работы целью эксперимента является демонстрация различных видов движений и измерение кинематических характеристик – координаты, скорости и ускорения тела.

В предложенном варианте лабораторной работе робот используется как средство измерения [2]. Преимуществом робота является способность проводить измерения с высокой частотой и точностью, что играет важную роль при построении графиков движения и сравнении их с теоретическими уравнениями. Кроме того, программное обеспечение робота позволяет построить наилучшую кривую через экспериментальные точки и по ней вычислить кинематические характеристики движения.

На рис. 1 показаны результаты измерения координаты робота при его равномерном движении. Точки на графиках зависимости демонстрируют экспериментальные данные, а отличающиеся по цвету линии соответствуют различной мощности мотора робота, устанавливаемую обучающимся. Графики зависимости отчетливо демонстрирует, что изменение мощности приводит к изменению скорости движения. При этом важно, что зависимость линейный характер зависимости x(t) сохраняется, т. е. движение всегда равномерное.

Рис. 1. Зависимость координаты от времени при равномерном движении

Интересно, что не все экспериментальные точки лежат на проведенным через них средним линиям. Точно так же происходит и в экспериментах, где показания снимают иными, не робототехническими, средствами. Однако при обработке полученных результатов обучающиеся могут очень быстро определить среднюю скорость движения, вычисленную методом наименьших квадратов программным обеспечением робота и при желании сравнить ее со значением, вычисленным самостоятельно по экспериментальным точкам.

Подобный подход к проведению лабораторных работ качественно отличается от традиционного, когда основную часть измерений проводит сам обучающийся. И первый опыт использования роботов в качестве измерителей указывает на то, что такая методика более уместна при работе со старшеклассниками, которые не знакомятся с новыми физическими явлениями, а повторяют и углубляют знания, полученные в 7 – 9 классах. На первых же этапах знакомства с физическими явлениями представляется более уместным использование традиционных приемов обучения, когда обучающиеся большую часть измерений производят самостоятельно.

Литература:

1.  «Демонстрационные и лабораторные работы по физике с использованием робототехнических наборов и современного цифрового оборудования. Часть 1. Механика» – в печати

2.  Ершов использования образовательной робототехники в преподавании физики [Текст] / // Проблемы и перспективы развития образования: материалы IV междунар. науч. конф. (г. Пермь, июль 2013 г.).  — Пермь: Меркурий, 2013. — С. 81-87.

3.  Конспект урока «Слепые солдаты войны» [Электронный ресурс] – URL: http://фгос-игра. рф/nachalnoe-obshchee-obrazovanie/uroki/1697-konspekt-uroka-slepye-soldaty-vojny (дата обращения 17.02.2017)

4.  Методика обучения физике в средней школе [Электронный ресурс] – URL: http://fizmet. org/ru/L6.htm (дата обращения 17.02.2017)

5.  Федеральный государственный образовательный стандарт  основного общего образования от 17 декабря 2010 г. № 000