Авторы-составители:
Бесперстова С.В., методист ТОГБОУ ДО «Центр развития творчества детей и юношества»
Маштак А.А., педагог дополнительного образования ТОГБОУ ДО «Центр развития творчества детей и юношества»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Актуальность программы
Современный этап развития общества характеризуется ускоренными темпами освоения техники и технологий. Непрерывно требуются новые идеи для создания конкурентоспособной продукции, подготовки высококвалифицированных кадров. Внешние условия служат предпосылкой для реализации творческих возможностей личности, имеющей в биологическом отношении безграничный потенциал. Становится актуальной задача поиска подходов, методик, технологий для реализации потенциалов, выявления скрытых резервов личности.
Механика является древнейшей естественной наукой основополагающей научно-технического прогресса на всем протяжении человеческой истории, а современная робототехника – одно из важнейших направлений научно-технического прогресса, в котором проблемы механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта. Стремительное развитие робототехники в мире является закономерным процессом, который вызван принципиально новыми требованиями рынка к показателям качества технологических машин и движущихся систем.
Предмет робототехники – это создание и применение роботов, других средств робототехники и основанных на них технических систем и комплексов различного назначения. Возникнув на основе кибернетики и механики, робототехника, в свою очередь, породила новые направления развития и самих этих наук. В кибернетике это связано, прежде всего, с интеллектуальным направлением и бионикой как источником новых, заимствованных у живой природы идей, а в механике – с многостепенными механизмами типа манипуляторов. Робот можно определить как универсальный автомат для осуществления механических действий, подобных тем, которые производят человек, выполняющий физическую работу. При создании первых роботов и вплоть до наших дней образцом для них служат возможности человека. Именно стремление заменить человека на тяжелых и опасных работах породило идею робота, затем первые попытки реализации и, наконец, возникновение, и развитие современной робототехники и роботостроения.
Новизна программы заключается в изменении подхода к обучению подростков, а именно – внедрению в образовательный процесс новых информационных технологий, сенсорное развитие интеллекта учащихся, который реализуется в телесно-двигательных играх, побуждающих учащихся решать самые разнообразные познавательно-продуктивные, логические, эвристические и манипулятивно-конструкторские проблемы.
Робототехника представляет обучающимся технологии 21 века, способствует развитию их коммуникативных способностей, развивает навыки взаимодействия, самостоятельности при принятии решений, раскрывает их творческий потенциал. Дети и подростки лучше понимают, когда они что-либо самостоятельно создают или изобретают. При проведении занятий по робототехнике этот факт не просто учитывается, а реально используется на каждом занятии.
Отличительной чертой от других программ является использование в образовательном процессе конструкторов Lego MindStorms и аппаратно-программного обеспечения Robolab 2.5.4 как инструмента для обучения детей конструированию, моделированию и компьютерному управлению на занятиях.
Особенность программы в том, что она может быть реализована в рамках существующих учебных планов. Далее, в 6-9-х классах школьники могут выбрать элективный курс «Основы робототехники». В профильных классах (информационно-технологическом и физико-математическом) введѐн элективный учебный предмет «Робототехника». Таким образом, каждый выпускник школы пройдет по направлению «Робототехника» как минимум две ступени обучения.
Данная образовательная программа носит техническую направленность.
Цели и задачи
Цель программы: Способствование развитию творческих способностей и формированию профессионального самоопределения подростков в процессе конструирования и проектирования.
Задачи программы:
- формирование у обучающихся устойчивых теоретических знаний, и практических умений и навыков в области робототехники;
- освоение процесса исследования, планирования и решения возникающих задач и навыков коллективной, творческой, исследовательской деятельности;
- формирование общенаучных и технологических навыков конструирования и проектирования сложных автоматических систем;
- содействие процессу совершенствования системы профориентации и подготовки квалифицированных инженерно-технических кадров для производства;
- внедрение в подростковую среду представлений об инженерно-техническом творчестве как престижной сфере деятельности, способствующей эффективной реализации личностных жизненных стратегий.
Организационные условия реализации программы
Программа предназначена для детей и подростков в возрасте 10-12 лет и рассчитана на 1 год обучения - 144 часа. Периодичность проведения занятий: 2 раза в неделю. Продолжительность одного занятия - 2 часа (каждый час по 45 мин., 10 мин. перерыв). Нормы наполнения групп – 15 детей.
Формы организации образовательного процесса: индивидуальная и групповая.
Реализация данной программы может быть организована за счет свободных часов вариативной части базисного учебного плана или в процессе внеурочной работы в рамках дополнительного образования детей.
Методические условия реализации программы
Использование среда виртуального конструирования Lego роботов - Lego Digital Designer позволяет обучающимся развивать пространственное и логическое мышление, конструкторские способности. В ходе выполнения манипуляций с Lego деталями в виртуальном пространстве осуществляется: сборка робота, исследование движения составных частей робота, что позволяет сделать вывод о работоспособности электромеханической части робота.
Использование робототехнического конструктора Lego MindStorms позволяет обучающимся создавать простейшие автоматические системы для решения игровых и соревновательных задач. После приобретения опыта и соответствующих знаний этот конструктор позволяет создавать достаточно сложные творческие проекты с привлечением дополнительного оборудования, в том числе и самодельного.
Использование язык символического программирования LabView позволяет создавать сложные программы, реализующие алгоритмы поведения робота.
Дифференцированный подход в обучении робототехнике позволяет наиболее полно охватить и реализовать потребности у всех категорий обучающихся, дать необходимую информацию и создать условия для творческого самовыражения личности, и профессионального самоопределения.
Предусматриваются разнообразные формы организации деятельности обучающихся:
- коллективная работа;
- групповая работа;
- индивидуальная работа обучающихся, предполагающая самостоятельный поиск различных ресурсов для решения задач: учебно-методических (обучающие программы, учебные, методические пособия и т.д.); материально-технических (электронные источники информации); социальных (консультации специалистов, общение со старшеклассниками, сверстниками, родителями);
- участие в выставках, конкурсах, соревнованиях различного уровня.
Методы, используемые при реализации программы:
наглядный; исследовательский; практический; объяснительно-иллюстративный; проблемно-поисковый.
В программе применяются приемы: создание проблемной ситуации, построение алгоритма сборки модели, составления программы и т.д.
Среди форм организации учебных занятий в данном курсе выделяются:
- практикум;
- занятия-консультации;
- занятия-ролевые игры;
- занятия-соревнования;
- выставка.
Современные педагогические технологии такие как: технология проектного обучения, технология КСД, ТРИЗ технологии, здоровьесберегающие технологии и другие в сочетании с современными информационными технологиями могут существенно повысить эффективность образовательного процесса, решить стоящие перед педагогом задачи воспитания всесторонне развитой, творчески свободной личности.
Общая характеристика планируемых результатов к освоению программы
Достижение образовательных результатов по данной программе структурированы по ключевым задачам образования, отражающим индивидуальные, общественные и государственные потребности, и включают в себя предметные, метапредметные и личностные результаты.
Личностные результаты:
- формирование целостного мировоззрения, соответствующего современному уровню развития науки и общественной практики; развитие осознанного и ответственного отношения к собственным поступкам;
- формирование коммуникативной компетентности в процессе образовательной, учебно-исследовательской, творческой и других видов деятельности.
Метапредметные результаты:
- умение самостоятельно определять цели своего обучения, ставить и формулировать для себя новые задачи в учебе и познавательной деятельности, развивать мотивы и интересы своей познавательной деятельности;
- владение основами самоконтроля, самооценки, принятия решений и осуществления осознанного выбора в учебной и познавательной деятельности;
- умение определять понятия, создавать обобщения, устанавливать аналогии, классифицировать, самостоятельно выбирать основания и критерии для классификации, устанавливать причинно-следственные связи, строить логическое рассуждение, умозаключение (индуктивное, дедуктивное и по аналогии) и делать выводы;
- умение создавать, применять и преобразовывать знаки и символы, модели и схемы для конструирования и программирования роботов;
- умение осознанно использовать речевые средства в соответствии с задачей коммуникации;
- владение устной и письменной речью; формирование и развитие компетентности в области использования информационно-коммуникационных технологий (далее ИКТ-компетенции).
Предметные результаты:
- умение использовать термины «информация», «сообщение», «данные», «кодирование», «алгоритм», «программа»;
- понимание различий между употреблением этих терминов в обыденной речи и в программировании;
- умение составлять алгоритмы управления роботами и записывать их на выбранном алгоритмическом языке (языке программирования);
- умение использовать логические значения, операции и выражения с ними;
- умение создавать и выполнять программы для роботов в выбранной среде программирования;
- умение использовать готовые прикладные компьютерные программы и сервисы в выбранной специализации, умение работать с описаниями программ и сервисами;
- навыки выбора способа представления данных в зависимости от постановленной задачи.
Способы проверки знаний обучающихся:
педагогическое наблюдение, опрос, тестирование, самостоятельная работа, анализ творческих работ, участие в конкурсах, выставках и др. мероприятиях.
Формы подведения итогов:
презентация творческих работ, защита проектов, соревнования.
Критериями выполнения программы служат:
знания, умения и навыки обучающихся, массовость и активность участия обучающихся в мероприятиях данной направленности.
Условия реализации программы:
обязательное посещение занятий, дополняемых разнообразными формами внеклассной работы с обучающимися. привлечение родителей и специалистов образовательного учреждения. соблюдение санитарно-гигиенических и иных правил безопасности при организации внеурочной работы с детьми в соответствии с планом. максимальное использование наглядности, технических средств и тренировочного оборудования при организации мероприятий по формированию навыков робототехники.
Санитарно-гигиенические требования
Занятия проводятся в кабинете, соответствующем требованиям ТБ, пожарной безопасности, санитарным нормам. Кабинет должен иметь хорошее освещение и периодически проветриваться. В наличии должна быть раздевалка аптечка с медикаментами для оказания первой медицинской помощи.
Техническая поддержка курса
Для занятий необходимо: комплекты Lego MindStorms, совместимых с компьютерами, на которых пишут программы для роботов. Количество конструкторов определяется количеством человек в группах. Зарядное устройство для аккумуляторов роботов. Поля для испытания роботов.
Материально-техническое обеспечение:
- Конструкторы LEGO-Mindstorms.
- Оргтехника (компьютер, ноутбук).
- Соревновательные поля.