ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Роботы – часть стремительно надвигающегося будущего высоких технологий. Современные роботы используются во всех отраслях – в освоении космоса, здравоохранении, производстве, общественной безопасности, в оборонной промышленности и многом другом.

Бурное развитие новых технологий, форсированная индустриализация промышленности в Республике Казахстан требуют подготовки поколений высококвалифицированных технических кадров.

В связи с этим АОО «Назарбаев Интеллектуальные школы» разработан курс «Робототехника» 1-го уровня, рассчитанный для учащихся 5-7 классов общеобразовательных школ.

В рамках данного курса учащиеся изучат основы робототехники, инженерного дизайна и различных технологий, интегрируя знания и навыки, полученные на предметах естественнонаучного профиля: математики, физики, информатики и других.

Целью курса является получить знания в области робототехники и проектирования инженерных систем, а также навыки разработки и сборки моделей роботов.

Для реализации цели курса ставятся следующие задачи:

• научить сборке, конструированию, моделированию и программированию роботов для решения различных задач;

• раскрыть творческий потенциал учащихся через практический опыт и реализации собственных идей учащихся;

• воспитывать умение работать в группах и аккуратность при работе с конструктором; привить стремление к самосовершенствованию и интерес к соревнованиям.

Особенностью данного курса является построение по принципу практического выполнения проектов, на которых даются базовые знания и навыки в области робототехники и проектирования инженерных систем. На протяжении курса учащиеся будут осуществлять сборку, конструирование, моделирование и программирование роботов для решения различных задач. Теоретический материал курса привязан к практическим занятиям в классе, где учащимся предлагается работать в группах из двух или трех человек над созданием и тестированием все более сложных роботов. Курс завершается соревнованиями роботов.

На протяжении курса будут использоваться конструкторы LEGO® MINDSTORMS® EV3, которые являются передовой учебной платформой и предоставляют возможность учащимся получить практический опыт, позволяющий им реализовать инженерные, конструкторские, творческие идеи и раскрыть свой потенциал.

Предполагается, что завершившие данный курс учащиеся будут заинтересованы в разработке новых технологий и будут готовы изучать передовые программы в области инженерии и фундаментальных наук на университетском уровне.

Курс подходит и для самостоятельного обучения учащихся.

СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА

Учебная программа курса по кружку «Робототехника» рассчитана на 1 час в неделю, 34 часа в год.

МОДУЛЬ 1. ВВЕДЕНИЕ В КУРС И ОСНОВЫ РАБОТЫ C LEGO® MINDSTORMS® EV3 (10 часов):

Введение в курс Робототехника: основы, области применения, виды; история и перспективы робототехники; знакомство с оборудованием курса: набор LEGO® MINDSTORMS® EV3 Education; Модуль EV3; моделирование образовательного робота в программе LEGO® Digital Designer; знакомство с программой 3D моделирования; создание проекта базового робота EV3; сборка прототипа робота; сборка образовательного робота; моторы и датчики; интерфейс модуля EV3; программирование в программное обеспечении EV3.

МОДУЛЬ 2. ДВИЖЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОТОРОВ (6 часов):

Движение робота; создание первой программы для EV3; движение больших моторов; блок Рулевого Управления; командная работа над заданиями и проектом «Танцующий Робот»; движение руки робота: блок Среднего Мотора; командная работа над заданиями и проектом «Робот убирающий мусор», блок Большого Мотора; знакомство с моделью робота «Щенок» реагирующего на различные команды и использующего датчик Цвета и Касания.

МОДУЛЬ 3. ПОВОРОТЫ (2 часа):

Повороты на месте: блок Независимое Управление Моторами; командная работа над заданиями и проектом «Парковка».

МОДУЛЬ 4: ДАТЧИКИ (11 часов):

Датчик Касания: определение нажатий на кнопку; командная работа над заданиями и проектом «Грузовой робот»; знакомство с моделью робота руки «РобоРука», использующего датчик Цвета и Касания; ультразвуковой датчик. Определение и реакции на препятствия; командная работа над заданиями и проектом «Сигналы»; гироскопический датчик. Определение углового наклона; командная работа над заданиями и проектом «Маневр»; знакомство с моделью робота «Гиробой», использующего Ультразвуковой датчик и датчик Касания; датчик цвета. Определение цвета; командная работа над заданиями и проектом «Светофор»; сборка робота «Цветосортировщик».

МОДУЛЬ 5. СОРЕВНОВАНИЯ В КЛАССЕ (5 часов):

Анонсирование соревнования в классе; презентация идей; проектирование собственных моделей роботов; создание и конструирование собственных моделей роботов; программирование роботов и тестирование; презентация и соревнования роботов.

результаты обучения

По завершению данного курса учащиеся получат следующие знания:

• знание основ и истории развития робототехники;

• знание основных методов, относящихся к восприятию, планированию и реагированию роботов.

По завершению данного курса учащиеся смогут:

• проектировать роботов для разных целей и задач;

• применять датчики и моторы в робототехнических системах;

• управлять простыми роботами;

• описывать и представлять задуманные концепции;

• уметь работать в программе LEGO® MINDSTORMS® Education EV3 и LEGO® Digital Designer;

• применять теоретические знания, полученные на уроках математики, физики, геометрии и информатики в робототехнических системах;

• применять полученные знания во время групповых или проектных упражнений;

• синтезировать информацию, полученную из нескольких источников.

По завершению данного курса учащиеся получат следующие навыки:

• сборки, моделирования и конструирования робота с использованием образовательного конструктора;

• программирования роботов в визуальной графической среде;

• проведения групповых, исследовательских и экспериментальных работ.

По завершению данного курса учащиеся поймут, что:

• сложные системы, такие как роботы, могут быть смоделированы посредством алгоритмов и программирования;

• применение знаний из курса робототехники может иметь ключевое влияние на развитие науки, техники, медицины, образования и культуры;

• навыки вычислительного мышления, приобретенные в курсе робототехники, могут быть использованы при анализе сложных ситуаций в различных контекстах;

• использование навыков конструирования, моделирования, а также программирования позволит создать приложения, которые могут улучшить текущую деятельность человека в разных сферах и будут способствовать появлению новых идей.

ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ

Педагогические подходы включают в себя:

• выслушивание мнения каждого учащегося;

• признание важности применения предварительных знаний и понимания с целью дальнейшего развития;

• стимулирующее и развивающее обучение;

• использование активных методов обучения;

• использование проблемно-ориентированного обучения;

• использование различных стилей обучения для учащихся и их потребностей;

• дифференцированный подход к обучению;

• поддержку обучения учащихся посредством «оценивания для обучения»;

• поощрение активного исследовательского обучения;

• понимание того, каким образом учащиеся сортируют полученную информацию, для оказания помощи в их обучении;

• развитие способностей изобретательского решения проблемы;

• развитие научной логики и прочной научной базы у учащихся;

• предоставление учащимся открытых вопросов и задач;

• определение неправильных суждений учащихся и предоставление им возможности обсуждения и противопоставления идеи, а также помощь учащимся в получении новых знаний;

• развитие у учащихся навыков критического мышления;

• повышение возможности взаимодействия учитель-ученик;

• увеличение уровня комфорта учащихся при изучении новой информации в том темпе, который они могут контролировать;

• развитие перекрестного обучения и целостного подхода к обучению;

• создание соответствующих условий для развития когнитивного интереса у учащихся, их интеллектуальных и творческих способностей, способности самостоятельно применять компоненты программы и пополнять свои знания через содержание учебного курса;

• организация индивидуальной, групповой деятельности учащихся и работы всего класса;

• предоставление ученикам, работающим над проектом, возможности индивидуально или в группе планировать дальнейшую работу, ставить цели, искать необходимую информацию, представлять и доказывать гипотезу, проводить эксперименты, представлять результаты проделанной работы, анализировать и оценивать, а также умело защищать свой проект;

• осуществление организованной и систематической языковой поддержки, включающей использование полезных фраз для диалога/письма, с целью формирования у учащихся богатого академического языка;

• создание среды обучения с одноклассниками, которая будет сфокусирована на готовности к поступлению в высшие учебные заведения или к созданию карьеры;

• повышение вовлеченности родителей в процесс обучения учащихся.

Подходы к оцениванию результатов изучения элективного курса «Робототехника»

Процесс оценивания ожидаемых результатов курса основан на оценке учебных достижений, обучающихся с использованием формативного и суммативного оценивания, которые обеспечивают обратную связь между учителем и учащимися для прогресса обучения.

Формативное и суммативное оценивание нацелены на измерение уровня достижения следующих знаний и навыков, предусмотренных учебной программой курса:

Формативное оценивание проводится непрерывно и позволяет своевременно корректировать учебный процесс.

Суммативное оценивание проводится по завершении учебного курса в виде оценивания презентации и демонстрации проекта по критериям.

Критерии презентации и демонстрации проекта

(роботы, виртуальные роботы)

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Государственная программа развития образования Республики Казахстан на 2016-2019 гг.

2. Ершов М.Г. Использование робототехники в преподавании физики М.Г. Ершов / Информационные компьютерные технологии в образовании. Вестник ПГГПУ. – Вып. 8. – С. 77–85. ].

3. Накано Э. Введение в робототехнику / Э. Накано; пер. с яп. А.И. Логинов, А.М. Филатов. – М.: Мир, 1998. – 334 с.

4. Никитина Т.В. Образовательная робототехника как направление инженерно-технического творчества школьников [Текст]: учебное пособие / Т.В. Никитина. – Челябинск: Изд-во Челяб. гос. пед. ун-та, 2014. – 169 с.

5. Alimisis, D. (2009). Robotic technologies as vehicles of new ways of thinking, about constructivist teaching and learning: the TERECoP Project. [Роботизированные технологии в качестве средств нового способа мышления, о конструктивистском преподавания и обучении: Проект TERECoP]. IEEE Robotics and Automation Magazine, 16(3), 21-23.

6. Detsikas, N., & Alimisis, D. (2011). [Состояние и тенденции в области мирового обучения робототехнике с особым учетом образовательного опыта греческих школ.] In D. Bezakova & I. Kalas (eds.), Proceedings of the International Conference on Informatics in Schools: Situation, Evolution and Perspectives (pp. 1-12). Bratislava: Comenius University.