ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
В настоящее время автоматизация достигла такого уровня, при котором технические объекты выполняют не только функции по обработке материальных предметов, но и начинают выполнять обслуживание и планирование. Человекоподобные роботы уже выполняют функции секретарей и гидов. Робототехника уже выделена в отдельную отрасль.
Робототехника - это проектирование, конструирование и программирование всевозможных интеллектуальных механизмов - роботов, имеющих модульную структуру и обладающих мощными микропроцессорами.
Сегодня человечество практически вплотную подошло к тому моменту, когда роботы будут использоваться во всех сферах жизнедеятельности. Поэтому курсы робототехники и компьютерного программирования необходимо вводить в образовательные учреждения.
Кружок открывает двери в мир современных роботов. Дети научатся конструировать
яркие «умные» игрушки – автономных роботов, наделять их интеллектом, программировать на ПК, познакомятся с устройством и принципом действия роботов. В ходе совместной работы дети разного возраста научаться сотрудничать, делиться деталями конструктора, договариваться, обсуждать проблемы, принимать чужие идеи, отстаивать свои убеждения.
Актуальность программы определяется востребованностью развития данного направления деятельности современным обществом.
Программа «Робототехника» удовлетворяет творческие, познавательные потребности заказчиков: детей (а именно мальчиков) и их родителей. Досуговые потребности, обусловленные стремлением к содержательной организации свободного времени реализуются в практической деятельности учащихся.
Программа «Робототехника» включает в себя изучение ряда направлений в области конструирования и моделирования, программирования и решения различных технических задач.
Дополнительная образовательная программа «Робототехника» имеет научно-техническую направленность с элементами естественно-научных элементов.
Интенсивное проникновение робототехнических устройств практически во все сферы деятельности человека – новый этап в развитии общества. Очевидно, что он требует своевременного образования, обеспечивающего базу для естественного и осмысленного использования соответствующих устройств и технологий, профессиональной ориентации и обеспечения непрерывного образовательного процесса. Фактически программа призвана решить две взаимосвязанные задачи: профессиональная ориентация ребят в технически сложной сфере робототехники и формирование адекватного способа мышления.
Педагогическая целесообразность заключается не только в развитии технических способностей и возможностей средствами конструктивно-технологического подхода, гармонизации отношений ребенка и окружающего мира, но и в развитии созидательных способностей, устойчивого противостояния любым негативным социальным и социотехническим проявлениям.
В основе предлагаемой программы лежит идея использования в обучении собственной активности учащихся. Готовность к творчеству формируется на основе таких качеств как внимание и наблюдательность, воображение и фантазия, смелость и находчивость, умение ориентироваться в окружающем мире, произвольная память и др. Использование программы позволяет стимулировать способность детей к образному и свободному восприятию окружающего мира (людей, природы, культурных ценностей), его анализу и конструктивному синтезу.
Цель программы: Обучение основам робототехники, развитие научно-технического и творческого потенциала личности ребенка путем организации его деятельности в процессе интеграции начального инженерно-технического конструирования, программирования и робототехники.
Задачи:
Стимулировать мотивацию учащихся к получению знаний, помогать формировать творческую личность ребенка; Способствовать развитию интереса к технике, конструированию, программированию, высоким технологиям, формировать навыки коллективного труда; Ознакомить с основами программирования в компьютерной среде Mindstorms NXT на языках NXT-G и Robolab; Привить навыки программирования через разработку программ в визуальной среде программирования, развивать алгоритмическое мышление; Развивать умения излагать мысли в четкой логической последовательности, отстаивать свою точку зрения, анализировать ситуацию и самостоятельно находить ответы на вопросы путем логических рассуждений.Срок реализации программы – 1 год. Количество часов на 1 группа – 2 часа в неделю (в год 64 часа)
Возраст учащихся: 8-14 лет, которые делятся на 2 группы (младшая и старшая)
Отличительные особенности программы: Реализация программы осуществляется с использованием методических пособий, специально разработанных фирмой "LEGO" для преподавания технического конструирования на основе своих конструкторов. Настоящий курс предлагает использование образовательных конструкторов Lego Mindstorms NXT, как инструмента для обучения школьников конструированию, моделированию и компьютерному управлению на уроках робототехники. Простота в построении модели в сочетании с большими конструктивными возможностями конструктора позволяют детям в конце занятия увидеть сделанную своими руками модель, которая выполняет поставленную ими же самими задачу. При построении модели затрагивается множество проблем из разных областей знания – от теории механики до психологии.
Курс предполагает использование компьютеров совместно с конструкторами. Важно отметить, что компьютер используется как средство управления моделью; его использование направлено на составление управляющих алгоритмов для собранных моделей. Учащиеся получают представление об особенностях составления программ управления, автоматизации механизмов, моделировании работы систем. Методические особенности реализации программы предполагают сочетание возможности развития индивидуальных творческих способностей и формирование умений взаимодействовать в коллективе, работать в группе.
В качестве платформы для создания роботов используется конструктор Lego Mindstorms NXT. Конструктор LEGO Mindstorms позволяет школьникам в форме познавательной игры узнать многие важные идеи и развить необходимые в дальнейшей жизни навыки. Lego-робот поможет в рамках изучения данной темы понять основы робототехники, наглядно реализовать сложные алгоритмы, рассмотреть вопросы, связанные с автоматизацией производственных процессов и процессов управления. Робот рассматривается в рамках концепции исполнителя, которая используется в курсе информатики при изучении программирования. Однако в отличие от множества традиционных учебных исполнителей, которые помогают обучающимся разобраться в довольно сложной теме, Lego-роботы действуют в реальном мире, что не только увеличивает мотивационную составляющую изучаемого материала, но вносит в него исследовательский компонент.
Занятия по программе формируют специальные технические умения, развивают аккуратность, усидчивость, организованность, нацеленность на результат.
Методическое обеспечение дополнительной образовательной программы:
Основные формы занятий
- теоретическая часть занятий;
- практическая часть занятий;
Приемы и методы организации занятий.
I Методы организации и осуществления занятий
1. Перцептивный акцент:
а) словесные методы (рассказ, беседа, инструктаж, чтение справочной литературы);
б) наглядные методы (демонстрации мультимедийных презентаций, фотографии);
в) практические методы (упражнения, задачи).
2. Гностический аспект:
а) иллюстративно - объяснительные методы;
б) репродуктивные методы;
в) проблемные методы (методы проблемного изложения) дается часть готового знания;
г) эвристические (частично-поисковые) большая возможность выбора вариантов;
д) исследовательские – дети сами открывают и исследуют знания.
3. Логический аспект:
а) индуктивные методы, дедуктивные методы, традуктивный;
б) конкретные и абстрактные методы, синтез и анализ, сравнение, обобщение, абстрагирование, классификация, систематизация, т. е. методы как мыслительные операции.
4. Управленческий аспект:
а) методы учебной работы под руководством учителя;
б) методы самостоятельной учебной работы учащихся.
II Методы стимулирования и мотивации деятельности
1. Методы стимулирования мотива интереса к занятиям:
познавательные задачи, учебные дискуссии, опора на неожиданность, создание ситуации новизны, ситуации гарантированного успеха и т. д.
2. Методы стимулирования мотивов долга, сознательности, ответственности, настойчивости: убеждение, требование, приучение, упражнение, поощрение.
Материально-техническое обеспечение:
Компьютеры; Доступ к компьютерный сеть, интернет; Оборудованное рабочее место; Программное обеспечение( ОС Windows 7, Браузер, NXT-G, Robolab); Комплекты роботов LEGO Mindstorms NXT 2.0.Ожидаемые результаты.
У обучающихся должны быть сформированы основы общекультурных, общеучебных и предметных компетенций, которые обеспечат ему комфортное вхождение в образовательную и социальную среду на следующем этапе обучения и жизнедеятельности.
Общекультурные компетенции
Владение культурой мышления, сформированная способность к восприятию, анализу и обобщению информации, постановке цели и выбору путей ее достижения; Готовность к работе в коллективе; Стремление к саморазвитию, самообразованию и самовоспитанию; Критическая оценка собственных достоинств и недостатков, выбор путей и средств развития первых и устранения последних; Осознание социальной значимости своей индивидуальной траектории развития, высокая мотивация к учебной деятельности; Способность работать с информацией в глобальных компьютерных сетях;Учебные компетенции
В учебной деятельности:
Использование базовых научных методов в учебной деятельности; Опыт вхождения в диалог с учителем и обучающимися на основе толерантности в обучении через постановку проблемы и поиск вариантов ее решения; Демонстрация креативности мышления через выдвижение неожиданных, оригинальных гипотез в разрешении проблемных вопросов и ситуаций; Владение базовыми подходами к сбору и анализу фактов в рамках изучаемого предмета с использованием традиционных методов и современных информационных технологий;В научно-исследовательской деятельности:
Применение полученных знаний в области теории и истории изучаемого предмета, основ коммуникации, анализа и интерпретации исходных текстов в собственной научно-исследовательской деятельности; Способность проводить под руководством педагога локальные исследования на основе существующих методик в конкретной (узкой) области знания с формулировкой аргументированных умозаключений и выводов; Владение основами участия в научных дискуссиях, выступления с сообщениями и докладами устного, письменного и виртуального (размещение в информационных сетях) представления материала собственных исследований; Владение основами разработки, реализации и защиты различного типа проектов в предметных сферах; Владение способами организации целеполагания, планирования, анализа, рефлексии, самооценки.Предметные компетенции
Способность и готовность применять необходимые для построения моделей знания принципов действия и математического описания составных частей робототехнических систем; Способность реализовывать модели средствами вычислительной техники; Владение основами разработки алгоритмов и составления программ управления роботом; Умение проводить настройку и отладку конструкции робота; Способность применять контрольно-измерительную аппаратуру для определения характеристик и параметров роботов; Владение основами разработки функциональных схем; Владение навыками проведения предварительных испытаний составных частей опытного робототехнической системы по заданным программам и методикам.УЧЕБНО - ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
№ п/п | Тема занятия | Количество часов | ||
Всего | Теория | Практика | ||
| Введение 1 час | ||||
1.1. | Что такое робототехника. Цели и задачи работы кружка. Знакомство с деталями конструктора. | 1 | 1 | |
| Конструирование 9 часов | ||||
2.1. | Сборка базовой модели по инструкции. | 1 | 1 | |
2.2. | Изучение действия датчиков и использование их для управления роботом. | 2 | 2 | |
2.3. | Способы крепления деталей. Механический манипулятор (хваталка). | 2 | 2 | |
2.4. | Механическая передача. Передаточное отношение. | 2 | 1 | 1 |
2.5. | Механическая передача. Ручной миксер. Редуктор. | 2 | 2 | |
| Первые модели 12 часов | ||||
3.1. | Тележки. История колеса. Одномоторная тележка. | 2 | 1 | 1 |
3.2. | Полноприводная тележка. | 2 | 2 | |
3.3. | Тележка с автономным управлением. | 2 | 2 | |
3.4. | Тележка с изменением передаточного отношения. | 2 | 2 | |
3.5. | Двухмоторная тележка. | 2 | 2 | |
3.6. | Полный привод. | 2 | 2 | |
| Программирование. 12 часов | ||||
4.1. | Знакомство со средой программирования | 2 | 1 | 1 |
4.2. | Типы команд. Команды действия. Базовые команды. | 2 | 1 | 1 |
4.3. | Продвинутое управление моторами. | 2 | 1 | 1 |
4.4. | Команды ожидания. | 2 | 1 | 1 |
4.5. | Управляющие структуры. | 2 | 1 | 1 |
4.6. | Модификаторы. | 2 | 1 | 1 |
5.Задачи для робота – 12 часов | ||||
5.1. | Движение вдоль линии. Один датчик. | 2 | 2 | |
5.2. | Движение вдоль линии. Два датчика. | 2 | 2 | |
5.3. | Робот для прохождения лабиринта | 4 | 4 | |
5.4. | Создание и программирование робота-поисковика | 4 | 1 | 3 |
6.Самостоятельная проектная творческая работа – 18 часов | ||||
6.1. | Творческий проект «роботы облегчают нашу жизнь» | 4 | 1 | 3 |
Защита проекта | 1 | 1 | ||
6.2. | Творческое конструирование собственной модели. Программирование. | 12 | 12 | |
Итоговое занятие. | 1 | 1 | ||
ИТОГО | 64 | 12 | 52 |
Содержание программы:
1. Введение. Что такое робототехника. Цели и задачи работы кружка. Знакомство с деталями конструктора.
2. Конструирование
Сборка базовой модели по инструкции. Изучение действия датчиков и использование их для управления роботом. Способы крепления деталей. Механический манипулятор (хваталка). Механическая передача. Передаточное отношение.
Механическая передача. Ручной миксер. Редуктор.
3. Первые модели. Тележки. История колеса. Одномоторная тележка. Полноприводная тележка. Тележка с автономным управлением. Тележка с изменением передаточного отношения. Двухмоторная тележка. Полный привод. 2
4. Программирование.
Знакомство со средой программирования. Типы команд. Команды действия. Базовые команды. Продвинутое управление моторами. Команды ожидания. Управляющие структуры. Модификаторы.
5. Задачи для робота. Движение вдоль линии. Один датчик. Движение вдоль линии. Два датчика. Робот для прохождения лабиринта. Создание и программирование робота-поисковика
6.Самостоятельная проектная творческая работа. Творческий проект «роботы облегчают нашу жизнь». Защита проекта. Творческое конструирование собственной модели. Программирование.
Сформированные умения и навыки
- работать с литературой, с журналами, с каталогами, в интернете (изучать и обрабатывать информацию); самостоятельно решать технические задачи в процессе конструирования роботов (планирование предстоящих действий, самоконтроль, применять полученные знания, приемы и опыт конструирования с использованием специальных элементов и т. д.); создавать действующие модели роботов на основе конструктора ЛЕГО;
создавать программы на компьютере на основе компьютерной программы Robolab; передавать (загружать) программы в RСX и NXT; корректировать программы при необходимости; демонстрировать технические возможности роботов; излагать логически правильно действие своей модели (проекта).
Формы подведения итогов реализации программы:
Собеседование – введение в программирование; Сборка и программирование робота для разных целей; Соревнования; Выставки. Защита проекта. Выступления на конференциях разного уровня.Использованная литература:
Программа кружка «Робототехника» педагога дополнительного МОБУ ДОД «Дворец детского творчества» образования Гаврильева Семена Анатольевича, г. Якутск. Книжка-инструкция конструктора LEGO Mindstorms NXT 2.0. Интернет-ресурс. , «Первый шаг в робототехнику», практикум для 5-6 классов, Москва, изд. Бином, 2012г..