Дополнительная общеразвивающая программа «Образовательная робототехника»

Образовательная робототехника
Леонова З.Б., учитель информатики
МОУ Удельнинская гимназия
Раменского района Московской области.

Образовательная робототехника - сравнительно новая технология обучения, позволяющая вовлечь в процесс инженерного творчества детей, начиная с младшего школьного возраста.
Образовательная робототехника позволяет обнаруживать и развивать навыки обучающихся в таких направлениях как мехатроника, искусственный интеллект, программирование и другие.
Робототехника в образовании – это интегрированные занятия, объединяющие в себе науку, технологию, инженерное дело, и основанные на методах активного обучения.
Основная цель использования технологий изучения конструирования, алгоритмизации и робототехники - воспитание творческой, технически грамотной, гармонично развитой личности, обладающей логическим мышлением, способной анализировать и решать задачи, связанные с программированием и алгоритмизацией. Занятия с использованием робототехники создают возможность организовать учебный процесс на основе системно - деятельностного подхода, что и требуют сегодня новые образовательные стандарты. Освоение наборов роботоконструкторов – это путь школьников к современным перспективным профессиям и успешной жизни в информационном обществе. Казалось бы это игрушка: в распоряжение детей предоставлены конструкторы, оснащенные микропроцессором и наборами датчиков, с помощью которых школьник может запрограммировать робота - умную машинку на выполнение определенных функций. Занятия по робототехнике знакомят обучающихся с законами окружающего мира, учат применять теоретические знания на практике, развивают мышление.
Программа «Образовательная робототехника», используемая в гимназии, направлена на изучение основ конструирования: знакомство с деталями конструктора, создание простейших конструкций, изучение механических передач и механизмов, содержащих механические передачи, знакомство с датчиками-сенсорами. По мере усложнения сборок, возникает необходимость в использовании языков программирования. Это знакомство начинается со встроенной среды программирования NXT Program. Использование этой среды дает возможность обучающимся «понять логику» программирования роботов, в сравнении с уже известными языками программирования (ЛогоМиры, Scratch). Поняв логику создания программ, обучающиеся безболезненно переходят на более сложные среды программирования. Роботехнические конструкторы дают возможность обучающимся манипулировать не только виртуальными, но и реальными объектами.
Образовательная робототехника позволяет стимулировать интерес и любознательность, развивать способности к решению проблемных ситуаций умению исследовать проблему, анализировать имеющиеся ресурсы, выдвигать идеи, планировать решения и реализовывать их, расширить технический и математический словари ученика.
В настоящее время робототехника является одним из важнейших направлений научно- технического прогресса, в котором проблемы механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта.
Конструирование реальных роботов является интересным для учащихся с точки зрения новизны, способствует развитию алгоритмического мышления, умению применять свои навыки для решения проблем реального мира.
Робототехника это увлекательно! Мы верим, что благодаря этим занятиям, обучающиеся станут активными, наблюдательными, сообразительными, намного лучше смогут учиться по всем предметам. Мир не стоит на месте, и кто знает, может именно наши ученики, внесут свой вклад в развитие науки и техники.
Дополнительная общеразвивающая программа
«Образовательная робототехника»
(стартовая, возраст 11-12 лет, срок реализации:1 год).
Пояснительная записка.
Концепция модернизации российского образования определяет цели общего образования как ориентацию образования не только на усвоение обучающимися определенной суммы знаний, но и на развитие его личности, его познавательных и созидательных способностей. Необходимость полного цикла образования в школьном возрасте обусловлена новыми требованиями к образованности человека, в полной мере заявившими о себе на рубеже веков. Современный образовательный процесс должен быть направлен не только на передачу определенных знаний, умений и навыков, но и на разноплановое развитие ребенка, раскрытие его творческих возможностей, способностей, таких качеств личности как инициативность, самодеятельность, фантазия, самобытность, то есть всего того, что относится к индивидуальности человека.
Практика показывает, что указанные требования к образованности человека не могут быть удовлетворены только школьным образованием: формализованное базовое образование все больше нуждается в дополнительном неформальном, которое было и остается одним из определяющих факторов развития склонностей, способностей и интересов человека, его социального и профессионального самоопределения.
Актуальность программы определяется востребованностью развития данного направления деятельности современным обществом.
Программа «Робототехника» удовлетворяет творческие, познавательные потребности заказчиков: обучающихся (а именно мальчиков) и их родителей. Досуговые потребности, обусловленные стремлением к содержательной организации свободного времени реализуются в практической деятельности обучающихся.Программа «Робототехника» включает в себя изучение ряда направлений в области конструирования и моделирования, программирования и решения различных технических задач.
Дополнительная общеразвивающая программа «Робототехника» имеет техническую направленность с элементами естественно-научных элементов. Программа дает объем технических и естественно - научных компетенций,
которыми вполне может овладеть современный ребенок, ориентированный на научно-техническое и/или технологическое направление дальнейшего образования и сферу профессиональной деятельности. Программа ориентирована в первую очередь на обучающихся, желающих основательно изучить сферу применения роботизированных технологий и получить практические навыки в конструировании и программировании робототехнических устройств.
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 обучающихся. Концепция данной программы - теория развивающего обучения в канве критического мышления. В основе сознательного акта учения в системе развивающего обучения лежит способность к продуктивному творческому воображению и мышлению. Более того, без высокого уровня развития этих процессов вообще невозможно ни успешное обучение, ни самообучение. Именно они определяют развитие творческого потенциала человека. 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.
Программа разработана в соответствии с требованиями ФГОС и с учетом углубления темы «Алгоритмика» в курсе информатики для учащихся 8 классов. Отличительной особенностью стандарта второго поколения (ФГОС) от стандарта первого поколения является его деятельностный характер, ставящий главной целью развитие личности обучающегося. Поэтому программа «Роботототехника» направлена на формирование творческой личности, живущей в современном мире компьютерных технологий. На планете уже существует огромное количество роботов – от пылесосов до космических аппаратов. А какие возможности открываются в этой области для творческих исследований, новых изобретений! В рамках курса обучающиеся узнают о достижениях и направлениях развития мировой робототехники, будут вовлечены в увлекательную, творческую среду самостоятельной работы с Moway-роботами. Итогом курса станут творческие разработки обучающихся, представление и защита созданных моделей.
Программа составлена с учётом требований основных законодательных и нормативных актов Российской федерации и Московской области:
Федеральный Закон «Об образовании в Российской Федерации» от 29.12.2012 № 273-ФЗ,
Концепция развития дополнительного образования детей (утверждена распоряжением Правительства РФ от 04.09.2014 № 1726-р),
Порядок организации и осуществления образовательной деятельности по дополнительным общеразвивающим программам (утвержден приказом Министерства образования и науки РФ от 29.08.2013 № 1008),
Санитарно-эпидемиологические требования к устройству, содержанию и организации режима работы образовательных организаций дополнительного образования детей (утверждено постановлением Главного государственного санитарного врача РФ от 04.07.2014 № 41),
Методические рекомендации по проектированию дополнительных общеразвивающих программ (включая разноуровневые программы) (Приложение к письму Департамента государственной политики в сфере воспитания детей и молодежи Министерства образования и науки РФ от 18.11.2015 № 09-3242),
О внеурочной деятельности и реализации дополнительных общеобразовательных программ (Приложение к письму Департамента государственной политики в сфере воспитания детей и молодежи Министерства образования и науки РФ от 14.12.2015 № 09-3564),
Примерные требования к программам дополнительного образования детей (Приложение к письму Департамента молодежной политики, воспитания и социальной поддержки детей Министерства образования и науки РФ от 11.12. 2006 №06-1844),
Об учете результатов внеучебных достижений обучающихся (Приказ Министерства образования Московской области от 27.11.2009 № 2499),
Об изучении правил дорожного движения в образовательных учреждениях Московской области (Инструктивное письмо Министерства образования Московской области от 26.08.2013 № 10825 – 13 в/07).
Цель: формирование у обучающихся информационной культуры через моделирование, конструирование и компьютерное управление Moway-роботами в соответствии с основными физическими принципами и базовыми техническими решениями, лежащими в основе всех современных конструкций и устройств.

Задачи:
Образовательные
Организовать активную внеурочную деятельность обучающихся на основе знакомства с современными направлениями развития робототехники.
Познакомить обучающихся с профессией инженера, с мировыми трендами в робототехнике.
Реализовать на занятиях межпредметные связи с физикой, информатикой и математикой.
Научиться решать задачи, результатом которых будут программно-управляемые роботы.
Развивающие
Развивать у обучающихся алгоритмическое мышление, навыки конструирования и программирования. Развивать мелкую моторику, внимательность, аккуратность.
Развивать умение наблюдать окружающий мир как сложную систему взаимосвязанных объектов;
Развивать творческое мышление и пространственное воображение обучающихся.
Участвовать в конкурсах и состязаниях роботов городского, краевого и российского уровня в целях мотивации обучения.
Воспитательные
Повышать мотивацию обучающихся к изобретательству и созданию собственных проектов.
Формировать у обучающихся стремления к получению качественного результата.
Формировать навыки работы в команде: распределение между собой обязанностей, освоение культуры и этики общения.
Программа объединения «Робототехника» реализуется в рамках общеинтеллектуального направления дополнительного образования ребят
11-12 лет. Возрастной ценз для данной программы это ребята 11-12 лет, с математическим складом ума, увлеченные, творческие. Занятия робототехникой помогают развивать логическое и системное мышление, а также творческие способности. Опыт конструирования обязательно пригодится обучающимся в другой деятельности, какую бы профессию ребенок не выбрал в будущем.
Срок реализации программы – 1 год. Объём программы – 136 часа в год.
Форма обучения – очная.
Режим занятий - два раза в неделю по 2 часа, 4 часа в неделю.
Планируемые результаты:
Формирование коммуникативной компетентности в общении и сотрудничестве со сверстниками в процессе творческой деятельности.
Формирование способности обучающихся к саморазвитию и самообучению.
Формирование осознанного выбора и построения дальнейшей образовательной траектории на основе профессиональных предпочтений.
Развитие эстетического сознания через изучение правил и приемов дизайна моделей.
Метапредметные результаты
развитие ИКТ-компетентности, т.е. приобретение опыта использования средств и методов информатики: моделирование, формализация и структурирование информации, компьютерный эксперимент;
планирование деятельности, составление плана и анализ промежуточных результатов;
умение соотносить свои действия с планируемыми результатами, осуществлять контроль своей деятельности, корректировать свои действия в соответствии с изменяющейся ситуацией»;
владение основами самоконтроля, самооценки, принятия решений при работе в команде и индивидуально;
умение находить необходимые для работы информационные ресурсы, оценивать полезность, достоверность, объективность найденной информации;
приобретение опыта выполнения индивидуальных и коллективных проектов, таких как моделирование с помощью Moway-робота объекта реального мира, его программирование и исследование;
формирование представления о развитии робототехники, основных видах профессиональной деятельности в этой сфере.
Предметные планируемые результаты изучения учебного предмета.
Обучающийся научится:
называть основные направления робототехники, ее значение в современном мире;
работать с встроенными возможностями робота Moway, расширять их с помощью внешних устройств;
собирать и подключать к компьютеру основные части «умного города Moway»;
анализировать учебную задачу и на основе этого составлять программу для робота;
правильно пользоваться сборкой основных деталей модели;
выполнять инструкции по изготовлению модели;
отбирать информацию для выполнения собственного проекта;
осуществлять организацию и планирование собственной деятельности;
применять приёмы фантазирования для конструирования отдельных моделей.
самостоятельно изготавливать по образцу изделие спецтранспорта;
совмещать некоторые нюансы программирования с характерными особенностями конструкции робота;
анализировать ситуацию и самостоятельно находить ответы на вопросы путем логических рассуждений.
Обучающийся научиться:
описывать признаки предметов и узнавать предметы по их признакам;
выделять существенные признаки предметов;
обобщать, делать несложные выводы;
классифицировать явления, предметы;
определять последовательность;
давать определения тем или иным понятиям;
осуществлять поисково-аналитическую деятельность для практического решения прикладных задач с использованием знаний, полученных при изучении учебных предметов;
формировать первоначальный опыт практической преобразовательной деятельности.
Формы отслеживания и фиксации образовательных результатов
Основание классификации
Характеристики по данному основанию

По уровню контроля
На районном уровне и уровне учреждения,
На уровне коллектива и личностном уровне.

По типу измерений
Количественные
Качественные
интегрированные

По частоте применения
На каждом занятии,
По завершении темы 1 раз в 2 недели
1 раз в полгода, год

По дидактическим задачам
Мониторинг освоения программы и отношения обучающихся к занятиям,
Мотивация к изучению, освоению нового,
педагогическое подкрепление достижений учащихся,
Итоговый контроль знаний, умений.
 Заключительный контроль освоения программы.

По типу взаимодействия субъектов и объектов контроля
Внешние субъекты – детский коллектив,
Внешние субъекты – отдельный учащийся,
Внешние субъекты – продукты творчества обучающихся,
Педагог - детский коллектив,
Педагог – отдельный учащийся,
Педагог – продукты творчества обучающихся,
Малые группы обучающихся – отдельный обучающийся
группы обучающихся – продукт труда
 Взаимоконтроль (Один обучающийся – другой обучающийся), самоконтроль.

По способам организации
Традиционные (похожие на школьные)
Нетрадиционные (демонстрация работы)

По характеру контроля
Объективный
субъективный

По факту использования ТСО, ИКТ
Машинный, безмашинный

По характеру деятельности обучающегося в ходе контроля.
Устный, практический, соревновательный, презентационный.

По времени применения
Предварительный; текущий: начальный, исходный, рубежный, поэтапный; итоговый,  заключительный.

По массовости
Индивидуальный, фронтальный, групповой

По наличию дидактического материала
С дидактическим материалом (раздаточный материал, тесты, контролирующие программы).
Без дидактического материала


Формы предъявления и демонстрации образовательных результатов: конкурс, открытое занятие, готовое изделие, итоговый отчёт.
Основное содержание дополнительного образования детей практико-ориентированное, деятельность: здесь ребенок действует сам в ситуации поиска, получает знания из взаимодействия с объектами труда; создаются ситуации, когда ребенку нужно самому извлечь знания из окружающего мира, формируются жизненно необходимые умения: «умение действовать», «умение быть» и « умение жить». С точки зрения компетентностного подхода, таким образом, система дополнительного образования оказывает содействие в достижении основных целей современного образования(написание программ в среде программирования, управление роботами).
Основное достоинство занятий состоит в том, что они предоставляют возможность объективно всем видеть всех, а также многократно сравнивать полученные результаты. Сравнивая результаты, все участники имеют стимул «поднять планку» - определить свой уровень.
Материально – техническое обеспечение:
Роботы Moway.
Компьютеры.
Интерактивная доска.
Мультимедийный проектор.
Нетбуки.
Два комплекта SmartCity(умный горд).
Информационное обеспечение.
1. Среда программирования Scratch.
Учебно – календарный план.
№ п/п
Тематика урока
Количество часов
Формы аттестации/ контроля



Всего
Теория
Практика


1
Цели изучения курса робототехники.
Содержание курса. Введение.
Техника безопасности и организация рабочего места.
4
2



Раздел I. Работа с роботом Moway

2
Как работать с moway
2
2



3
Блок-схемы. Mowayworld
2

2
Опрос

4
Движение робота

Команды. Датчики.
4
2
2
Написание программы

6
Передвижения с помощью радиоуправления
4
2
2
Программа движения робота

7
Перемещение робота в заданном пространстве
4

4
Программа движения робота

8
Условия. «Препятствие».
2

2
Опрос

9
Световой датчик
2
2

Программа с использованием датчика света

10.
Движение по линии
4
2
2
Опрос

11.
Переменные
2
2

Опрос

12.
Акселерометры. Датчик парковки.

4
2
2
Опрос

13.
Копирование
2
2

Практическая работа

14.
Динамик
2
1



15.
Составление программ
8
2
6
Программа «Защитник/боец»

16.
«Лабиринт»
4

4
Программа

Раздел II. Работа с комплектом SmartCity (96 часов)

17.
Что такое «Smartcity»?
2
1



18.
Среда программирования «Scratch».
4
2
2
Опрос

19.
Составление простейших программ
8
2
6
Практическая работа

20.
Взаимосвязь команд и сенсоров
4
2
2
Опрос

21.
Освещение и шлагбаум
4
2

Программа с использованием фонарей и шлагбаума

22.
Выполнение упражнений по теме «Освещение и шлагбаум»
8

8
Практическая работа

23.
Перемещение робота в заданном пространстве и включение светодиодов
8
2
6
Практическая работа

24
Световой сенсор
2
2

Опрос

25
Выполнение упражнений по теме «Световой сенсор»
8

8
Практическая работа

26
Сенсор присутствия
2
1

Программа с использованием светового сенсора

27
Выполнение упражнений по теме «Сенсор присутствия»
8

8
Практическая работа

28
Предотвращение столкновения
4
1
2
Практическая работа

29
Выполнение упражнений по теме «Предотвращение столкновения»
8

8
Практическая работа

30
Выполнение комбинированных упражнений
4

4
Практическая работа

31
Выполнение комбинированных упражнений
4

4
Практическая работа

32
Выполнение комбинированных упражнений
4

4
Практическая работа

33
Выполнение комбинированных упражнений
4

4
Практическая работа

34
Выполнение итогового проекта
10

10
Презентация проектов

Итого
136
36
100


Содержание
Вводное занятие. Техника безопасности. Что такое робототехника? Эволюция роботов Значение роботов в современном мире. Будущее робототехники. Цели изучения курса робототехники. Содержание курса.Техника безопасности и организация рабочего места.
Раздел I. Работа с роботом Moway (44 часа).
Что такое роботы Moway. Главная цель роботов. Устройство роботов Moway. Основные элементы. Набор датчиков и индикаторов. Датчики линий. Датчики обнаружения препятствий. Датчик света. Система питания робота Moway.
Блок схемы. MowayWorld. Линейные алгоритмы. Алгоритм ветвления. Написание программ в MowayWorld.
Основные движения робота. Составление программ движения робота. Движение робота вдоль черной линии. Ветвление. Работа светового датчика. Составление программ с использованием датчика света.
Что такое переменные. Использование переменных при составлении программ.
Что такое акселерометр. Применение акселерометров в роботе Moway. Копирование. Обмен данными между роботами и ПК. Динамик. Принцип работы динамика. Составление программ с использованием динамика в роботе Moway.
Составление программы «Защитник/боец». Составление программы «Лабиринт».
Раздел II. Работа с комплектом SmartCity (96 часов)
Концепция «умных городов». Применение концепции «умного города» в SmartCity. Возможности MowaySmartCity.
Среда программирования Scratch: история создания, возможности, применение. Взаимосвязь «умного города» и Scratch. Команды, переменные, сенсоры.
Освещение и шлагбаум в «умном городе». Принципы роботы светодиодов. Использование светодиодов в быту и технике. Интенсивность освещения светодиодами в «Умном городе». Команды для работы шлагбаума. Удаленное управление. Декоративный фонарь. Составление программ с использованием фонарей и шлагбаума в SmartCity.
Световой сенсор. Использование световых сенсоров в быту и технике. Активация фонаря световым сенсором. Контролирование фонаря световым сенсором. Энергосбережение при освещении. Отображение сенсора на экране. Составление программ с использование светового сенсора в SmartCity.
Сенсор присутствия. Использование сенсора присутствия в быту и технике. Работа сенсора в «умном городе». Предотвращение столкновения.Автоматические освещение. Автоматический шлагбаум. Составление программ с использованием сенсора присутствия в SmartCity.
Формы организации учебного процесса – групповая, индивидуальная.
Формы организации учебного занятия – защита проектов, наблюдение, практическое занятие, открытое занятие, наблюдение, представление, презентация, тренинг.
Список литературы.
Ресурсы Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов ([ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]);
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] - основной Скретч-сайт, содержащий разнообразные примеры;
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] общенациональный образовательный проект с международным участием, содержащий Скретч-учебный курс;
Проектная деятельность школьника в среде программирования Scratch: учебно-методическое пособие / В. Г. Рындак, В. О. Дженжер, Л. В. Денисова. Оренбург: Оренб. гос. ин-т. менеджмента, 2009. 116 с.: ил.
Поташник М.М. Управление профессиональным ростом учителя в современной школе.– М., 2009
Концепция модернизации российского образования /02.31/t45.htm




15