Дополнительная общеобразовательная общеразвивающая программа технической направленности «Основы робототехники»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Характерная черта нашей жизни – нарастание темпа изменений. Мы живем в мире, который совсем не похож на тот, в котором мы родились. И темп изменений продолжает нарастать.

Сегодняшним школьникам предстоит

• работать по профессиям, которых пока нет,

• использовать технологии, которые еще не созданы,

• решать задачи, о которых мы можем лишь догадываться.

Образование должно соответствовать целям опережающего развития. Для этого должно быть обеспечено:

• изучение не только достижений прошлого, но и технологий, которые пригодятся в будущем,

• обучение, ориентированное как на знаниевый, так и деятельностный аспекты содержания образования.

Таким требованиям отвечает робототехника.

Образовательные конструкторы LEGO Education WeDo 2.0 представляют собой новую, отвечающую требованиям современного ребенка "игрушку". Причем, в процессе игры и обучения ученики собирают своими руками игрушки, представляющие собой предметы, механизмы из окружающего их мира. Таким образом, ребята знакомятся с техникой, открывают тайны механики, прививают соответствующие навыки, учатся работать, иными словами, получают основу для будущих знаний, развивают способность находить оптимальное решение, что несомненно пригодится им в течении всей будущей жизни.

С каждым годом повышаются требования к современным инженерам, техническим специалистам и к обычным пользователям, в части их умений взаимодействовать с автоматизированными системами. Интенсивное внедрение искусственных помощников в нашу повседневную жизнь требует, чтобы пользователи обладали современными знаниями в области управления роботами.

Использование Лего-конструкторов в дополнительном образовании повышает мотивацию обучающихся к обучению, т. к. при этом требуются знания практически из всех учебных дисциплин от искусств и истории до математики и естественных наук. Межпредметные занятия опираются на естественный интерес к разработке и постройке различных механизмов. Одновременно занятия ЛЕГО как нельзя лучше подходят для изучения основ алгоритмизации и программирования, а именно для первоначального знакомства с этим непростым разделом информатики вследствие адаптированности для детей среды программирования.

Программное обеспечение конструктора предназначено для создания программ путём перетаскивания Блоков из Палитры на Рабочее поле и их встраивания в цепочку программы. Для управления моторами, датчиками наклона и расстояния, предусмотрены соответствующие Блоки. Кроме них имеются и Блоки для управления клавиатурой и дисплеем компьютера, микрофоном и громкоговорителем. Программное обеспечение автоматически обнаруживает каждый мотор или датчик, подключенный к портам LEGO®-коммутатора.

Богатый интерактивный обучающий материал действительно полезен детям, таким образом, курс может заинтересовать большой круг любителей Лего, в первую очередь, младших школьников ценителей TECHICS. Он ориентирован на обучающихся  9-11 лет.

В программе «Основы робототехники» включены содержательные линии:

- аудирование - умение слушать и слышать, т. е. адекватно воспринимать инструкции;

- чтение – осознанное самостоятельное чтение языка программирования;

- говорение – умение участвовать в диалоге, отвечать на заданные вопросы, создавать монолог, высказывать свои впечатления;

- пропедевтика – круг понятий для практического освоения детьми с целью ознакомления с первоначальными представлениями о робототехнике и программирование;

- творческая деятельность - конструирование, моделирование, проектирование.

Программа "Основы робототехники" представляет уникальную возможность для детей младшего школьного возраста освоить основы робототехники, создав действующие модели роботов.

Новый конструктор в линейке роботов LEGO, предназначен, в первую очередь, для детей младшего школьного  возраста. Работая индивидуально, парами или в командах, обучающиеся могут учиться, создавая и программируя модели, проводя исследования, составляя отчёты и обсуждая идеи, возникающие во время работы с этими моделями.

Обоснование программы

Применение конструкторов LEGO  позволяет существенно повысить мотивацию обучающихся, организовать их творческую и исследовательскую работу. А также позволяет школьникам в форме познавательной игры узнать многие важные идеи и развивать необходимые в дальнейшей жизни навыки.

Целью использования программы в системе дополнительного образования является овладение навыками начального технического конструирования, развитие мелкой моторики, координацию «глаз-рука», изучение понятий конструкций и ее основных свойствах (жесткости, прочности и устойчивости), навык взаимодействия в группе.

Цель программы:  Развитие у детей интереса к техническому творчеству и обучение их конструирования через создание простейших моделей и управления готовыми моделями с помощью простейших компьютерных программ.

Задачи:

Развивать у обучающихся навыки  конструирования. Развивать  логическое мышление. Мотивировать  на изучение наук естественно – научного цикла: окружающего мира, краеведения, физики, информатики, математики. Познакомить детей со способами взаимодействия при работе над совместным проектом в больших (5-6 человек) и малых (2-3 человека) группах.

Основные принципы обучения с комплектом учебных материалов LEGO WeDo 2.0:

Мотивирует учеников на практическое изучение естественно-научных тем: физических явлений, животной жизни, планеты земля, космического пространства. Развитие инженерных и исследовательских компетенций: ведения научно-исследовательской деятельности, постановки вопросов, анализа, оценки и интерпретации полученных данных, коммуникативных компетенций. Интеграция ИКТ в урочный учебный процесс. Проекты могут быть использованы для работы с учениками любого уровня подготовки. Интегрированные инструменты документирования позволяют вести простые и понятные электронные тетради учеников.

В процессе решения практических задач и поиска оптимальных решений обучающиеся осваивают понятия баланса конструкции, ее оптимальной формы, прочности, устойчивости, жесткости и подвижности, а также передачи движения внутри конструкции. Изучая простые механизмы, дети учатся работать руками (развитие мелких и точных движений), развивают элементарное конструкторское мышление, фантазию.

Обучающая среда позволяет использовать и развивать навыки конкретного познания, строить новые знания на привычном фундаменте. В то же время новым для обучающихся является работа над проектами. В ходе работы над проектами дети начинают учиться работать с дополнительной литературой. Идет активная работа по обучению ребят анализу собранного материала и аргументации в правильности выбора данного материала. В ходе занятий повышается коммуникативная активность каждого ребенка, происходит развитие его творческих способностей. Повышается мотивация к учению. Занятия помогают в усвоении математических и логических задач, связанных с объемом и площадью, а так же в усвоении других математических знаний, так как для создания проектов требуется провести простейшие расчеты и сделать чертежи. У обучающихся, занимающихся конструированием, улучшается память, появляются положительные сдвиги в улучшении почерка (так как работа с мелкими деталями конструктора положительно влияет на мелкую моторику), речь становится более логической.

Образовательная система предлагает такие методики и такие решения, которые помогают становиться творчески мыслящими, обучают работе в команде. Эта система предлагает детям проблемы, дает в руки инструменты, позволяющие им найти своё собственное решение. Благодаря этому учащиеся испытывают удовольствие подлинного достижения.

Настоящая программа  предназначена для обучающихся 9-11 лет. Занятия проводятся в группе (12- 15  человек) 2 раза в неделю по 45  минут.

Курс рассчитан на 144 часа (2 часа в неделю) и состоит из двух модулей:

«Введение в робототехнику» (64 часа). «Конструирование и программирование». (80 часов).

УСЛОВИЯ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОГРАММЫ

Структура и содержание программы

Курс носит сугубо практический характер, поэтому центральное место в программе занимают практические умения и навыки работы на компьютере и с конструктором.

Изучение каждой темы предполагает выполнение небольших проектных заданий (сборка и программирование своих моделей).

Выполнение проектов состоит из трех этапов:

1. Исследование. Ознакомление с научной или инженерной проблемой, определение направления исследований и рассмотрение возможных вариантов решения.

2. Создание. Сборка, программирование и модифицирование моделей. Проекты могут относиться к одному из трех типов: исследование, проектирование и использование роботов.

3. Обмен результатами. Обучающиеся представляют и объясняют свои решения, используя модели LEGO и документ с результатами исследований, созданный с помощью встроенного инструмента документирования.

В каждом проекте используется мотор и один из датчиков.

Планируемые результаты освоения программы

Знания и умения, полученные обучающимися в ходе реализации I модуля:

Знание основных принципов механики; Умение классифицировать материал для создания модели; Умения работать по предложенным инструкциям; Умения творчески подходить к решению задачи;

Знания и умения, полученные обучающимися в ходе реализации II модуля:

Знание основ алгоритмизации и программирования;

Умения довести решение задачи до работающей модели; Умения излагать мысли в четкой логической последовательности, отстаивать свою точку зрения, анализировать ситуацию и самостоятельно находить ответы на вопросы путем логических рассуждений; Умения работать над проектом в команде, эффективно распределять обязанности.

Материально-техническое оснащение образовательного процесса:

СОСТАВ НАБОРА:

Электронные компоненты:

СмартХаб (микрокомпьютер). Это беспроводной соединитель между вашим компьютером или планшетом и датчиками или мотором WeDo, использующий технологию Bluetooth Low Energy. Он получает команды программы от устройства и выполняет их. СмартХаб имеет два порта для подключения датчиков или моторов, индикатор и кнопку питания. Порты имеют новую конфигурацию и не совместимы с моторами и датчиками предыдущей версии. В качестве источника питания используются батарейки типа AA или дополнительная аккумуляторная батарея (приобретается отдельно). Средний мотор. Запускается в обоих направлениях, можно останавливать и переключать на разные скорости, а также активировать на определенное время. Датчик наклона. Для взаимодействия с этим датчиком наклоняйте компонент в разные стороны в соответствии с направлением стрелок. Этот датчик может обнаружить изменения в шести различных позициях. Датчик перемещения. Используется для обнаруживает изменения в расстоянии до объекта тремя способами: объект приближается, объект удаляется, объект изменяет положение.

Детали для сборки моделей.

Кроме стандартных деталей LEGO TECHNIC в наборе есть всевозможные соединительные и крепежные элементы, а также тросы и цепи.

Нормы оснащения детей средствами обучения при проведении обучения по образовательной программе и планируемая интенсивность использования средств обучения при реализации образовательной программы: на каждых двух детей будет предоставлено оборудование: ноутбук, базовый набор Лего –конструктора WeDo 2.0, ресурсный набор Лего – конструктора, учебное пособие. Данные средства обучения будут использоваться на каждом занятии.

Учебно тематический план.

№ занятия	Тема занятия	Общее кол-во часов	в том числе
теория	практика
	I модуль 1 раздел «Введение в робототехнику»
1	Цели и задачи курса. Что такое роботы. Ролики, фотографии и мультимедиа. Рассказ о соревнованиях роботов: Евробот, фестиваль мобильных роботов, олимпиады роботов.	4	2	2
2	Спортивная робототехника. Конструкторы и «самодельные» роботы. Информация об имеющихся конструкторах компании ЛЕГО, их функциональном назначении и отличии.	4	2	2
3.	Изучение программного обеспечения, изучение среды программирования, управления.	10	4	6
4.	Знание понятия алгоритма, исполнителя алгоритма, системы команд исполнителя (СКИ). Общее представление о среде программирования модуля, основных блоках.	10	4	6
5.	Правила техники безопасности при работе с роботами-конструкторами	2	1	1
6.	Что такое робототехника.	4	2	2
7.	Сборка модели по инструкции.	10	2	8
8.	Зубчатые колеса.	2	1	1
9.	Модели с простыми механизмами.	4	2	2
10.	Датчики.	4	2	2
11.	Сборка модели по инструкции.	10	2	8
Итого:	64	24	40
II модуль «Конструирование и программирование»
1.	Обзор программного обеспечение.	4	2	2
2.	Создание программы.	10	2	8
3.	Звуки.	6	2	4
4.	Рычаг Блок «Цикл».	6	2	4
5.	Легозахват.	6	2	4
6.	Карусели с птичками.	6	2	4
7.	Написание других простых программ на выбор обучающихся	14	2	12
8.	Автотехника.	12	2	10
9.	Конструирование собственной модели робота	16	2	14
Итого:	80	18	62

Содержание

Введение в робототехнику (64 ч)

Занятие 1-2.  Цели и задачи курса. Что такое роботы. Ролики, фотографии и мультимедиа. Рассказ о соревнованиях роботов: Евробот, фестиваль мобильных роботов, олимпиады роботов.

Занятие 3-4. Спортивная робототехника. Конструкторы и «самодельные» роботы. Информация об имеющихся конструкторах компании ЛЕГО, их функциональном назначении и отличии.

Занятие 5-9. Изучение программного обеспечения, изучение среды программирования, управления.

Занятие 10-14.  Знание понятия алгоритма, исполнителя алгоритма, системы команд исполнителя (СКИ). Общее представление о среде программирования модуля, основных блоках.

Занятие 15.  Правила техники безопасности при работе с роботами-конструкторами. Правила обращения с роботами. Основные механические детали конструктора и их назначение. Знание составных частей универсального комплекта и их функций.

Занятие 16 -17.Что такое робототехника. Знакомство с деталями  конструктора.

Занятие 18-22.  Сборка модели по инструкции. Программирование движения

Занятие 23.  Зубчатые колеса. Принципиальные и основные модели. Колёса и оси. Рычаги. шкивы. 

Занятие24-25.  Модели с простыми механизмами. Сборка модели по инструкции.

Занятие 26-27.  Датчики. Особенности работы датчика. Собранная модель, выполняющая предполагаемые действия. 

Занятие 28-32. Датчики. Инфракрасный датчик, режим приближения..  Сборка модели по инструкции.

Конструирование и программирование  (80 ч)

Занятие 33-34.  Обзор программного обеспечение. Перечень терминов. Сочетания клавиш.

Занятие 35-40.  Создание программы. Удаление блоков. Выполнение программы. Сохранение и открытие программы. Основное окно. Свойства и структура проекта. Программные блоки и палитры программирования. Инструменты. Устранение неполадок. Перезапуск модуля

Занятие 41-43.  Звуки. Фоны экрана. Маркировка моторов и датчиков. Собранная модель, выполняющая предполагаемые действия.

Занятие 44-46.  Рычаг Блок «Цикл». Блок «Прибавить к экрану», блок «Вычесть из экрана» Собранная модель, выполняющая предполагаемые действия.

Занятие 47-49 Собранная модель, выполняющая предполагаемые действия. Легозахват. Создание  программы. Запуск и отладка программы

Занятие 50-52 Собранная модель, выполняющая предполагаемые действия. Карусели с птичками Создание  программы. Запуск и отладка программы

Занятие 53-59.  Создание  программы. Запуск и отладка программы. Написание других простых программ на выбор учащихся и их самостоятельная отладка.  Собранная модель, выполняющая предполагаемые действия. Механический молоток.

Занятие 60-65. Собранная модель, выполняющая предполагаемые действия. Автотехника. Создание  программы. Запуск и отладка программы

Занятие 66-72.  Конструирование собственной модели робота. Разработка собственных моделей в группах. Программирование и испытание собственной модели робота. Презентация моделей.

Список литературы

Копосов шаг в робототехнику. Практикум для 5 классов\ . – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012 – 292 с. Блог-сообщество любителей роботов Лего с примерами программ [Электронный ресурс] /http://nnxt. blogspot. ru/2010/11/blog-post_21.html Лабораторные практикумы по программированию [Электронный ресурс] http://www. edu. /index. php? option=com_content&view= category&layout=blog&id=72&Itemid=159&lang=ru Образовательная программа «Введение в конструирование роботов» и графический язык программирования роботов [Электронный ресурс] / http://learning.9151394.ru/course/view. php? id=280#program_blocks Примеры конструкторов и программ к ним [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www. /index2.html Программы для робота [Электронный ресурс] / http://service. /en-us/helptopics/?questionid=2655 Учебник по программированию роботов (wiki) [Электронный ресурс] / Материалы сайтов

http://www. prorobot. ru/lego. php

http://nau-ra. ru/catalog/robot
http://www.239.ru/robot

http://www. russianrobotics. ru/actions/actions_92.html

http://habrahabr. ru/company/innopolis_university/blog/210906/STEM-робототехника

http://www. /odezia/2014-39493928
http://www. /odezia/ss-40220681

http://www. /odezia/180914-39396539

http://education. /ni-ru/lego-education-product-database/mindstorms/9797-lego-mindstorms - education-base-set/. LEGOeducation.

http://www. membrana. ru. Люди. Идеи. Технологии.

http://www.3dnews. ru. Ежедневник цифровых технологий. О роботах на русском языке

http://www. all-robots. ru Роботы и робототехника.

http://www. roboclub. ru РобоКлуб. Практическая робототехника.

http://www. robot. ru Портал Robot. Ru Робототехника и Образование.

http://www. intekom. ra/konstn. iktor-pervorobot-NXT. html. Конструктор ПервоРоботМХТ