Робототехника для детей

В 2012 году наш центр совместно с родителями закупил два лего робота Lego Mindstorms NXT 2.0.  В сентябре открылось объединение  робототехника.

К сравнению:  "в регионах Архангельской области, Краснодарском крае, Нижнем Новгороде, уже несколько лет назад предмет «Робототехника» включен в школьное образование. Обучение проходит с 1 по 11 класс"

В Тольятти только-только начинают развивать научно-техническое направление. К сожалению мы отстаем в развитии по сравнению с другими регионами.

Хочется отметить, что робототехника вызвал огромный интерес среди учащихся. Ребята с удовольствием ходят на занятия. Единственное что вызывает дискомфорт, на класс в объединении всего 2 лего робота.

20.02.2013 наш педагог Епанешникова Н.С представила свой опыт работы на уровне города. 

Вы можете просмотреть презентацию и тезисы к выступлению.

Здравствуйте, уважаемые коллеги. Я руковожу творческим объединением «Начальное техническое моделирование», в котором обучаются мальчики младшего школьного возраста. С этого учебного года веду новое направление – робототехника.


Современные технологии развиваются очень динамично, ежегодно разрабатываются и выпускаются новые технологичные новинки. Информационные и коммуникационные технологии с каждым днем все больше проникают в различные сферы нашей жизни: повседневный быт, производство, промышленность.

Современный человек должен быть мобильным и конкурентоспособным, владеть информационно-коммуникативными знаниями, быть готовым к разработке и внедрению инноваций в жизнь.

На современном этапе экономического и социального развития общества к образованию предъявляются новые требования. Его содержание должно быть ориентировано на:

* формирование у подрастающего поколения адекватной современному уровню знаний картины мира;
* обеспечение самоопределения личности;
* создание условий для самореализации личности;
* формирование человека, интегрированного в современное общество и нацеленного на совершенствование этого общества;

В настоящее время идет становление новой системы образования, ориентированной
на вхождение в мировое образовательное пространство. Этот процесс сопровождается
существенными изменениями в педагогической теории и практике учебно –воспитательного процесса. Происходит смена образовательной парадигмы: предлагаются иное содержание, подходы, отношения, изменяется педагогический менталитет.

Дети быстро осваивают новые тенденции, легко справляясь с технологичными новинками. Мальчики, для которых iPad, iPhone и другие продукты IT-индустриии – реальная жизнь, с трудом проникаются интересом к кружкам технического творчества с оборудованием прошлого века. Поэтому, необходимо создавать новую базу, внедрять новые образовательные технологии для развития детского технического творчества.

Одной из наиболее инновационных областей технического творчества является образовательная робототехника, которая объединяет классические подходы к изучению основ техники и современные направления: информационное моделирование, программирование, информационно-коммуникационные технологии.

Робототехника - это прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем. Во время занятий обучающиеся собирают и программируют роботов и автоматизированные устройства из конструктора LEGO.
В настоящее время образовательная робототехника приобретает все большую значимость и актуальность.

Современная промышленность – это, в первую очередь, автоматизация процессов производства. Поэтому закладывать начальные знания и навыки в области автоматизации, робототехники, а главное, привлекать талантливых детей, формировать у них основы технического мышления, знакомить с приемами технического творчества – вот актуальные направления дополнительного технического образования на современном этапе.
Во многих странах мира широко распространено обучение в школах и колледжах с использованием наборов LEGO.

В России тоже успешно занимаются робототехникой. В регионах Архангельской области, Краснодарском крае, Нижнем Новгороде, уже несколько лет назад предмет «Робототехника» включен в школьное образование. Обучение проходит с 1 по 11 класс. Дети участвуют в конкурсах и соревнованиях. На Всемирной олимпиаде роботов ребята нашей страны занимают призовые места.

Образовательная робототехника - сравнительно новая технология обучения, позволяющая вовлечь в процесс инженерного творчества детей начиная с младшего школьного возраста.
Цель включения робототехники в образование : развитие научно-технического и творческого потенциала личности ребёнка путём организации его деятельности в процессе интеграции начального инженерно-технического конструирования и основ робототехники.

Задачи
1. Развитие интереса к научно-техническому творчеству, технике, высоким технологиям;
2. развитие алгоритмического и логического мышления;
3. развитие способности обучающихся творчески подходить к проблемным ситуациям и самостоятельно находить решения;
4. умение выстраивать гипотезу и сопоставлять ее с полученным результатом;
5. овладение навыками научно-технического конструирования и моделирования;
6. развитие навыков, связанных с поиском, обработкой информации и представлением результатов своей деятельности;
7. формирование навыков коллективного труда;
8. развитие коммуникативных навыков.

При обучении робототехнике используются такие педагогические технологии как
- проектные методы обучения,
- обучение в сотрудничестве,
- игровые методы,
- и информационно-коммуникационные.

Основной формой организации занятий является, как правило, проектная деятельность, что в будущем позволит стать ученикам успешными в любых начинаниях.
Как известно, по новому стандарту второго поколения ребенок должен научиться самостоятельно ставить цели и находить пути решения. А также особое внимание уделяется формированию универсальных учебных действий, лежащих в основе системно-деятельностного подхода.

Робототехника приучает детей анализировать ситуацию и применять критическое мышление для решения реальных проблем, смотреть на них шире и решать их в комплексе.
Доказано, что самым эффективным методом обучения является обучение во время игры, и курс робототехники дает уникальную возможность получить знания из целого ряда сложных технических дисциплин в увлекательной игровой форме.

Изучение основ робототехники помогает детям по-новому взглянуть на базовые школьные дисциплины. На занятиях созданы условия для того, чтобы каждый ребёнок играя смог увидеть и почувствовать ценность знаний по математике и физике, а также применить их на практике.
Уникальность образовательной робототехники заключается в возможности объединить конструирование и программирование в одном курсе, что способствует интегрированию преподавания информатики, математики, физики, естественных наук с развитием инженерного мышления через техническое творчество.

Техническое творчество — мощный инструмент синтеза знаний, закладывающий прочные основы системного мышления. Таким образом, инженерное творчество — многогранная деятельность, которая должна стать составной частью повседневной жизни каждого современного ребенка.
Настоящий курс предлагает использование образовательных конструкторов Lego как инструмента для обучения школьников конструированию, моделированию и компьютерному управлению.

Простота в построении модели, в сочетании с большими конструктивными возможностями конструктора, позволяют детям в конце занятия увидеть сделанную своими руками модель, которая выполняет поставленную задачу.

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. Обучающиеся получают представление об особенностях составления программ управления и автоматизации механизмов.

Несложный учебный робот для детей становится вполне конкретной осязаемой вещью. Реальный исполнитель со своей системой команд для обучающихся понятнее и интереснее при изучении программирования. Буквально «потрогав руками», ребенок понимает, что такое алгоритм, и сам определяет его свойства. Таким образом, абстрактные понятия информатики наглядно воплощаются в поведении материального объекта.

Курс робототехники является одним из интереснейших способов изучения компьютерных технологий и обеспечивает формирование у обучающихся фундаментальной базы знаний в области программирования, алгоритмизации и информатизации.

Образовательная робототехника способствует формированию начальных навыков инженерного мышления.Опираясь на такие научные дисциплины, как информатика, математика, физика, робототехника активизирует развитие учебно-познавательной компетентности учащихся, помогает развивать техническое творчество детей. Работа с предлагаемыми конструкторами способствует развитию воображения, пространственной ориентации, формированию абстрактного и логического мышления, накоплению полезных знаний, дает возможность по максимуму реализовать творческие способности детей.

Ребята учатся работать в группе, приобретают коммуникативные навыки. Работа в команде и сотрудничество укрепляет коллектив, а соперничество на соревнованиях дает стимул к учебе.

Привлечение детей к исследованиям в области робототехники, обмену технической информацией и начальными инженерными знаниями, развитию новых научно-технических идей позволит создать необходимые условия для высокого качества обучения, за счет использования новых педагогических подходов и применение новых информационных и коммуникационных технологий. Понимание технологии, знание законов техники, позволит ребенку в будущем соответствовать запросам времени и найти своё место в современной жизни.


Конструктор лего
На занятиях мы используем конструктор Lego Mindstorms NXT 2.0. Он бывает нескольких видов. У нас версия 8547. Конструкторы LEGO Mindstorms комплектуются набором стандартных деталей LEGO (палки, оси, колеса, шестерни). У многих детей есть такие детали дома.В комплект входит более 600 деталей, благодаря чему можно сконструировать множество образцов самых разнообразных конфигураций.

Основное отличие конструктора LEGO Mindstorms NXT наличие электронных компонентов - это сенсоры, серводвигатели и программируемого блока.

Программируемый блок- это «мозг» робота. В него загружается программы с компьютера, а так же поступает информация с датчиков. NXT работает независимо от настольного компьютера, на котором была написана управляющая программа; получая информацию от различных датчиков и обрабатывая ее, он управляет работой моторов.
Информацию с компьютера можно передавать как при помощи кабеля USB, так и используя Bluetooth. Кроме того, используя Bluetooth можно осуществлять управление роботом при помощи мобильного телефона. Для этого потребуется всего лишь установить специальное java-приложение.
Три сервомотора имеют встроенные датчики вращения, информация с которых поступает в NXT и позволяет контролировать движение с высокой точностью. Длительность движения можно измерять в градусах или оборотах двигателя.

Информацию об окружающем их мире lego Mindstorms nxt роботы получают от четырех датчиков: нажатия, цвета и ультразвуковой. Сенсор цвета различает шесть цветов, интенсивность освещенности помещения и интенсивность цвета предметов. Также этот сенсор можно использовать как цветную подсветку (красную, зеленую или синюю). С помощью сенсора нажатия можно определять расстояние, пройденное роботом и препятствия перед игрушкой. Этим сенсором можно подавать команды роботу, например, двигаться, говорить. Ультразвуковой сенсор заменяет роботу зрение, так как позволяет определять наличие препятствий и расстояния до них. Работает сенсор на принципе отражения ультразвуковых волн от предметов, как локатор у летучей мыши: он определяет расстояние, измеряя время, за которое ультразвуковой импульс доходит до препятствия, отражается и возвращается назад подобно эхо. Поэтому лучше и точнее сенсор определяет большие и твердые объекты, чем мелкие и мягкие.

Для написания программ используется визуальной среда программирования NXT-G.Программа обладает графическим интуитивно-понятным языком. В верхней части главного окна программы расположены панели "Меню" и "Управление".С левой стороны находятся панели блоков программирования, назовем их палитрой программирования. Можно использовать общую или полную палирты.Внизу находится панель для настройки блоков программирования и окно помощи. В центре - пространство для написания программы - рабочая область . Сюда из палитры программирования перетаскиваются программные блоки и устанавливаются на луч последовательности. В правой нижней части рабочей области находится блок загрузки программы в NXT-контроллер.


Работа в кружке.

Занятия проводятся по экспериментальной программе, которая была разработана в 2012 году. Это первый учебный год реализации программы. Поэтому вносятся коррективы и доработки.
Для проведения занятий по робототехнике был переоборудован кабинет: добавлены столы и 4 компьютера, закуплены 2 робота и испытательное поле.
Но роботов и компьютеров не хватает, необходимо на 2-их детей – один робот и компьютер.
Для того, что бы все ребята были заняты, необходимо четкое планирование занятия, продумывание каждой ее части.

Занятие по робототехнике состоит из теоретического блока и практической работы.
Ребята знакомятся с алгоритмом построения программы, основами программирования, такими понятиями, как цикл, блок выбора, переменная и другими. Изучают интерфейс программы NXT-G.

Практическую работу на занятиях обучающиеся выполняют в парах. Поэтому здесь важно договориться друг с другом, распределить обязанности, нести ответственность за свой участок работы и вместе презентовать результат своей деятельности.

Работа на моих занятиях строится следующим образом:
Две пары - это конструкторы. Они собирают робота из деталей конструктора, программируемого блока и датчиков.
На первых занятиях ребята работали по готовым схемам. Это позволило им понять как соединять детали между собой, познакомиться с различными вариантами крепления программируемого блока и датчиков.
Сейчас дети собирают роботов по собственному замыслу. Это сложная задача, т.к. ребята работают в парах и у каждого свое представление робота. Поэтому очень важно договориться и прийти к общему решению. Не у всех это получается.
Две другие команды- программисты, пишут программу, для выполнения определенной задачи.
Остальные ребята работают письменно в тетрадях - составляют блок- схемы программ, отвечают на вопросы тестов.
Затем группы меняются работой.

С большим удовольствием ребята строят из оставшегося конструктора поделки по своему замыслу на заданную тему. С детьми мы выбираем тему: фантастическое животное, машина, вертолет, мотоцикл, катапульта и другие.
Фотографии поделок помещаю в наш блог в Интернете. Для ребят это очень важно, т.к. они могут показать свои работы родителям и друзьям. Они очень внимательно следят за обновлениями в блоге.

В свободное время ребята могут посмотреть видео, которое загружаю с Интернета, о видах роботов, их способностях и функциях. Видео с различных соревнований роботов.

Одним из интересных этапов занятия является проверка работы роботов. Часто проводим соревнования – прохождение трассы на время, чей робот быстрее проедет по черной линии, пройдет лабиринт, играем в бейсбол и футбол