Департамент образования и науки Тюменской области

Тюменский областной государственный институт

развития регионального образования

ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ

РОБОТОТЕХНИКА
Методические рекомендации

Составитель:

Бояркина Ю.А., к.п.н., доцент кафедры естественно-математического образования ТОГИРРО

Образовательная робототехника.

Методическое пособие. / Составитель Бояркина Ю.А.-

Тюмень: ТОГИРРО, 2013

Данное пособие является методической помощью специалистам и педагогам образовательных учреждений, ведущим практическую деятельность по реализации образовательных программ в области образовательной робототехники.

В пособии рассматривается круг вопросов, связанных с использованием образовательной робототехники на уроках в начальной школе, основной и старшей школе в условиях введения ФГОС. Пособие содержит апробированные материалы, обобщающие опыт внедрения образовательной робототехники учебными заведениями Тюменской области.

Методическое пособие рекомендуется педагогическим работникам, реализующим программы общего образования в условиях введения ФГОС в образовательном учреждении, методистам, курирующим реализацию направления робототехники, слушателям курсов повышения квалификации, руководителям образовательных учреждений.

ГЛАВА I

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ РОБОТОТЕХНИКИ В ОБРАЗОВАТЕЛЬНОМ ПРОЦЕССЕ ШКОЛЫ

Хороший инженер должен состоять из четырёх частей: на 25% - быть теоретиком; на 25% - художником, на 25% - экспериментатором и на 25% он должен быть изобретателем

П.Л.Капица

Уже в школе дети должны получить возможность
раскрыть свои способности, подготовиться к жизни
в высокотехнологичном конкурентном мире

Д. А. Медведев

1. 
   ВВЕДЕНИЕ

Робототехника - прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем. Робототехника опирается на такие дисциплины, как электроника, механика, программирование.

Робототехника является одним из важнейших направлений научно- технического прогресса, в котором проблемы механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта. На современном этапе в условиях введения ФГОС возникает необходимость в организации урочной и внеурочной деятельности, направленной на удовлетворение потребностей ребенка, требований социума в тех направлениях, которые способствуют реализации основных задач научно-технического прогресса. К таким современным направлениям в школе можно отнести робототехнику и робототехническое конструирование. В настоящий момент во многих образовательных учреждениях России и Тюменской области осуществляется попытка встроить в учебный процесс Lego робототехнику. Проводятся соревнования по робототехнике, учащиеся участвуют в различных конкурсах, в основе которых -использование новых научно-технических идей, обмен технической информацией и инженерными знаниями.

В современном обществе идет внедрение роботов в повседневную жизнь, очень многие процессы заменяются роботами. Сферы применения роботов различны: медицина, строительство, геодезия, метеорология и т.д. Очень многие процессы в жизни человек уже и не мыслит без робототехнических устройств (мобильных роботов): робот для всевозможных детских и взрослых игрушек, робот – сиделка, робот – нянечка, робот – домработница и т.д.

Специалисты, обладающие знаниями в области инженерной робототехники, в настоящее время достаточно востребованы. Благодаря этому вопрос внедрения робототехники в учебный процесс, начиная уже с начальной школы и далее на каждой ступени образования, включая ВУЗы, достаточно актуален. Если ребенок интересуется данной сферой с самого младшего возраста, он может открыть для себя много интересного и, что немаловажно, развить те умения, которые ему понадобятся для получения профессии в будущем. Поэтому внедрение робототехники в учебный процесс и внеурочное время приобретают все большую значимость и актуальность.

Целью использования Лего-конструирования в системе дополнительного образования - явля-ется овладение навыками начального технического конструирования, развитие мелкой моторики, изучение понятий конструкции и основных свойств (жесткости, прочности, устойчивости), навык взаимодействия в группе. В распоряжение детей предоставлены конструкторы, оснащенные микро-процессором и наборами датчиков. С их помощью школьник может запрограммировать робота - умную машинку на выполнение определенных функций.

Новые стандарты обучения обладают отличительной особенностью - ориентацией на резуль-таты образования, которые рассматриваются на основе системно - деятельностного подхода. Такую стратегию обучения помогает реализовать образовательная среда Лего.

Основное оборудование, используемое при обучении детей робототехнике в школах, - это ЛЕГО-конструкторы.

Конструкторы LEGO бывают различных видов, направленные на образование детей с учетом удовлетворения возрастных особенностей и потребностей ребенка.

Рассмотрим классификацию конструкторов , используемых в образовательных учрежде-ниях.

1. 
   WeDo – конструктор, предназначенный для детей от 7 до 11 лет. Позволяет строить модели машин и животных, программировать их действия и поведение.
2. 
   E - lab «Энергия, работа, мощность» - для детей от 8 лет. Знакомит учащихся с различными источниками энергии, способами ее преобразования и сохранения.
3. 
   E - lab «Возобновляемые источники энергии» - для детей от 8 лет. Знакомит учащихся с тремя основными возобновляемыми источниками энергии.
4. 
   «Технология и физика» - для детей от 8 лет. Позволяет изучить основные законы механики и теории магнетизма.
5. 
   «Пневматика» - для детей от 10 лет. Позволяет конструировать системы, в которых используется поток воздуха.
6. 
   LEGO Mindstorms «Индустрия развлечений. Перворобот» (RCX ) - это конструктор (набор сопрягаемых деталей и электронных блоков) для детей от 8 лет. Предназначен для создания программируемых роботизированных устройств.
7. 
   LEGO Mindstorms «Автоматизированные устройства. Перворобот» (RCX ) - для детей от 8 лет. Позволяет создать программируемые роботизированные устройства.
8. 
   LEGO Mindstorms «Перворобот» (NXT ) - для детей от 8 лет. Позволяет создавать как простые, так и достаточно сложные программируемые роботизированные устройства.

Все школьные наборы на основе LEGO ® -конструктора ПервоРобот RCX, NXT предназначены для того, чтобы ученики в основном работали группами. Поэтому учащиеся одновременно приобре-тают навыки сотрудничества и умение справляться с индивидуальными заданиями, составляющими часть общей задачи. В процессе конструирования добиваться того, чтобы созданные модели работа-ли и отвечали тем задачам, которые перед ними ставятся. Учащиеся получают возможность учиться на собственном опыте, проявлять творческий подход при решении поставленной задачи. Задания разной трудности учащиеся осваивают поэтапно. Основной принцип обучения «шаг за шагом», являющийся ключевым для LEGO®, обеспечивает учащемуся возможность работать в собственном темпе.

Конструкторы ПервоРобот NXT позволяют учителю самосовершенствоваться, брать новые идеи, привлечь и удержать внимание учащихся, организовать учебную деятельность, применяя различные предметы, и проводить интегрированные занятия. Дополнительные элементы, содержа-щиеся в каждом наборе конструкторов, позволяют учащимся создавать модели собственного изоб-ретения, конструировать роботов, которые используются в жизни.

Данные конструкторы показывают учащимся взаимосвязь между различными областями зна-ний, на уроках информатики решать задачи по физике, математике и т.д. Модели конструктора ПервоРобота NXT дают представление о работе механических конструкций, о силе, движении и скорости, помогают производить математические вычисления. Данные наборы помогают изучить разделы информатики: моделирование и программирование.

1. 
   МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РОБОТОТЕХНИКИ В ОБРАЗОВАТЕЛЬНОМ ПРОЦЕССЕ

В рамках школьного урока и дополнительного образования робототехнические комплексы Лего могут применяться по следующим направлениям:

• 
  Демонстрация;
• 
  Фронтальные лабораторные работы и опыты;
• 
  Исследовательская проектная деятельность.

Эффективность обучения основам робототехники зависит и от организации занятий, проводимых с применением следующих методов:

• 
  Объяснительно - иллюстративный - предъявление информации различными способами (объяснение, рассказ, беседа, инструктаж, демонстрация, работа с технологическими картами и др);
• 
  Эвристический - метод творческой деятельности (создание творческих моделей и т.д.);
• 
  Проблемный - постановка проблемы и самостоятельный поиск её решения обучающимися;
• 
  Программированный - набор операций, которые необходимо выполнить в ходе выполнения практических работ (форма: компьютерный практикум, проектная деятельность);
• 
  Репродуктивный - воспроизводство знаний и способов деятельности (форма: собирание моделей и конструкций по образцу, беседа, упражнения по аналогу);
• 
  Частично - поисковый - решение проблемных задач с помощью педагога;
• 
  Поисковый – самостоятельное решение проблем;
• 
  Метод проблемного изложения - постановка проблемы педагогом, решение ее самим педагогом, соучастие обучающихся при решении.

Основной метод, который используется при изучении робототехники, - это метод проектов. Под методом проектов понимают технологию организации образовательных ситуаций, в которых учащийся ставит и решает собственные задачи, и технологию сопровождения самостоятельной деятельности учащегося.

Проектно-ориентированное обучение – это систематический учебный метод, вовлекающий учащихся в процесс приобретения знаний и умений с помощью широкой исследовательской деятельности, базирующейся на комплексных, реальных вопросах и тщательно проработанных заданиях.

Основные этапы разработки Лего-проекта:

1. 
   Обозначение темы проекта.
2. 
   Цель и задачи представляемого проекта. Гипотеза.
3. 
   Разработка механизма на основе конструктора Лего-модели NXT (RCX).
4. 
   Составление программы для работы механизма в среде Lego Mindstorms (RoboLab).
5. 
   Тестирование модели, устранение дефектов и неисправностей.

При разработке и отладке проектов учащиеся делятся опытом друг с другом, что очень эффективно влияет на развитие познавательных, творческих навыков, а также самостоятельность школьников. Таким образом, можно убедиться в том, что Лего, являясь дополнительным средством при изучении курса информатики, позволяет учащимся принимать решение самостоятельно, применимо к данной ситуации, учитывая окружающие особенности и наличие вспомогательных материалов. И, что немаловажно, – умение согласовывать свои действия с окружающими, т.е. работать в команде.

Дополнительным преимуществом изучения робототехники является создание команды и в перспективе участие в городских, региональных, общероссийских и международных олимпиадах по робототехнике, что значительно усиливает мотивацию учеников к получению знаний. Основная цель использования робототехники – это социальный заказ общества: сформировать личность, способную самостоятельно ставить учебные цели, проектировать пути их реализации, контролировать и оценивать свои достижения, работать с разными источниками информации, оценивать их и на этой основе формулировать собственное мнение, суждение, оценку. То есть формирование ключевых компетентностей учащихся.

Компетентностный подход в общем и среднем образовании объективно соответствует и социальным ожиданиям в сфере образования, и интересам участников образовательного процесса. Компетентностный подход – это подход, акцентирующий внимание на результатах образования, причём в качестве результата образования рассматривается не сумма усвоенной информации, а способность действовать в различных проблемных ситуациях.

Главная задача системы общего образования – заложить основы информационной компетентности личности, т.е. помочь обучающемуся овладеть методами сбора и накопления информации, а также технологией ее осмысления, обработки и практического применения.

Более подробно возможности включения робототехники в изучение общеобразовательных предметов представлены в таблице 1.

Таблица 1

Возможности использования робототехники в образовательном процессе

НАЧАЛЬНАЯ ШКОЛА	ОСНОВНАЯ ШКОЛА			СТАРШАЯ ШКОЛА
Урочная деятельность
Образовательные конструкторы: Мир вокруг нас Математика Геометрия Простейшие геометрические фигуры Периметр Равные фигуры Площадь, единицы измерения площади Симметрия Логика и комбинаторика Свойства предметов, классификация по признакам Последовательности, цепочки Пары и группы предметов. Одинаковые и разные множества. Мешки Логические и комбинаторные задачи Проекты DUPLO На уроках технологии, развития речи Буквы DUPLO На уроках английского языка ПервоРобот ЛЕГО Урок окружающего мира Раздел «Животный мир» Показ запрограммиро-ванных роботов на уроках окружающего мира, математики (пространственные отношения). Информатика (программирование роботов) Технология: групповая работа с WEDO		ИНФОРМАТИКА http://gaysinasnz.ucoz.ru/index/planirovanie_na_2011_2012_uchebnyj_god/0-35 - эл. портфолио Гайсиной И.Р., учителя информатики, г. Снежинск

Кратко о себе:

Я не являюсь специалистом в области педагогики и образования, к детям отношусь сугубо как личностям в начале жизненного пути, а не к «цветам жизни» и преследую цель заинтересовать их и передать им свой опыт. В робототехнике работаю уже несколько лет и имею неподдельный интерес к этой сфере.

Кружков робототехники в России становится всё больше, однако мало кто из родителей понимает, что именно из себя представляет это направление. Большинство относится к нему скептически, считая что всё завязано на обычном LEGO, в которое можно поиграть и дома или же считают что это оторванный от жизни предмет, на который можно отправить ребенка ради его развлечения и отдыха. С другой стороны, некоторые считают это занятие уделом гениев или ботаников. Ну, или что оно способно сделать гения из их ребенка.

На самом же деле, образовательная робототехника не является ни заумным предметом, ни профессией будущего, ни беззаботным развлечением. А является она базой для серьезного изучения прикладных технических навыков, необходимых для будущего технаря уже сейчас.

Безусловно, это занятие не для всех - многие дети не горят желанием изучать «скучную» теорию вместо того чтобы, условно, порезвиться в спортивной секции. Однако, тех, кто любит всё время что-то создавать своими руками, интересуется компьютерной техникой или просто проявляет интерес к любой технике, образовательная робототехника способна обучить многим навыкам, например:

• Самостоятельному проектированию конструкций
• Пониманию принципов работы различных механизмов
• Основам компьютерной грамотности
• Принципам программирования
• Оптимизации процессов и поисках альтернативных решений
• Применению английского языка (стандарт в технической отрасли)
• Пониманию «для чего нужна математика»
• Взаимодействию программной части с конструкцией
• Работе в составе команды и общей социализации

Конечно, всё это при условии достаточной оснащенности отдельно взятого кружка, профессиональной подготовке преподавателя и живому интересу с его стороны, а также некоторых других индивидуальных факторов.

Самое главное - не стоит нацеливаться на конкретные результаты, вроде занятия призовых мест на различных соревнованиях по робототехнике. Они нужны в первую очередь для социализации, созданию интереса к отрасли и духа соревнования. Это тот самый случай, когда во всех смыслах участие важнее победы. Здесь робототехника ближе к художественной школе с её выставками, где главное - на других посмотреть, да себя показать.

В качестве результата обучения можно рассматривать постепенное увеличение сложности создаваемых проектов (как в кружке, так и дома), однако тут всё индивидуально.

Перейдем к наиболее часто задаваемым вопросам:

Чем мы занимаемся на робототехнике?

Строим роботов, конечно! Интересных и разных. Из LEGO. Изучаем, что такое датчики, шестеренки, гусеницы, для чего это нужно и как это использовать. Воспроизводим некоторые приборы из «взрослого мира», вроде парктроника или охранной системы, а еще строим всякие гусеничные вездеходы.

Для всего этого нам часто приходится использовать математику и банальную интуицию. А логическое мышление - вообще наше всё.

Почему «LEGO»?

Образовательные наборы LEGO Mindstorms EV3 являются международным стандартом для образовательной робототехники, так как ни один другой набор не обладает таким уровнем стандартизации, простоты использования и глубины проработки. Выпущенное в 2013-м году третье поколение образовательного робототехнического набора от LEGO, EV3 (в народе «Ева») обладает поистине необъятной широтой возможностей, заложенных в программное обеспечение и аппаратную составляющую, а совместимость с любыми другими наборами LEGO даже 40-летней давности дает очевидную возможность использовать любые детали для строительства конструкций. Кстати, у LEGO в наборах есть шикарно реализованные механические узлы (дифференциалы, элементы различных типов передач, элементы подвески и тд) и даже внятная пневматика. Ни один другой набор не имеет ничего подобного на том же уровне реализации. Есть еще fischertechnik но он относительно редко мне встречался, а цена та-же.

У скептицизма в сторону LEGO есть две причины:

1. Поверхностное знакомство с этим набором. Многие преподаватели из кружков робототехники (даже ВУЗовских!) грешат тем, что плохо знают то, на чем они работают. Будучи не сильно знакомы с основами конструирования механизмов и программирования, они не в состоянии оценить все возможности инструмента, а тем более задействовать их в образовательных целях.

2. Высоко задранный нос у адептов «старой школы». Это о тех, кто заявляет, что те, кто занимаются на LEGO не знают ни о транзисторах-резисторах, и вообще мы тут из готовых блоков всё делаем и блоками-же программируем. Всё они верно говорят. Не знаем. Только робототехника не про электронику и пайку, а про решение практических задач и автоматизацию. Есть еще вариация с «крутыми программистами», которые сходу занимаются программированием микроконтроллеров и миганием светодиодами, напрочь забывая про механическую часть.

В реальности у LEGO Mindstorms всего 2 существенных минуса:

• Низкая жесткость больших конструкций
• Большой размер и вес главного модуля и двигателей (миниатюрных сервоприводов в наборе нет)

Но для образовательного процесса это редко бывает помехой.

Для какого возраста подходит робототехника?

Примерно от 6-7 и до 67 лет:)

На самом деле всё очень индивидуально. В возрасте 5-6 лет большинство детей еще остаются в фазе «игра - основа обучения». В этом возрасте главное - приобрести навык созидания, то есть научиться собирать из конструктора самостоятельно, без инструкций и подсказок, по своему разумению. Примерно с 5,5 лет я беру детей на занятия, где у них, по сути, проходят «прописи» - мы собираем из кубиков машинки, самосвалы, самолёты и вертолеты, и оснащаем эти постройки двигателями, чтобы у них крутились колёса и винты (занимаемся на LEGO WEDO 2.0). Программирование даю только тем, кто сам тянется узнать «как оно там происходит».

С 7 лет обычно ребёнок достаточно созревает, чтобы осознанно вникать в сложные вещи без потери интереса. В этом возрасте занимаемся уже на «Еве», осваивая такие понятия как «градус угла, процент, десятичная дробь» (ну а как иначе, тут мы уже с датчиками вплотную работаем). Обычно ни у кого особенных проблем с этим не возникает, если есть интерес к познанию. Проблемы возникают только тогда, когда нам уже нужно что-нибудь делить-умножать, а в школе этого еще не проходили.

10-14 лет - самый эффективный возраст для обучения, поскольку отношение к предмету обычно более серьезное, интерес более профессиональный, и нет страха перед математикой уровня шестого класса. К тому же можно рассказать, для чего нужны эти пресловутые синусы-косинусы, прикладной смысл которых в школе остаётся неизученным.

Также, спустя год обучения, можно перейти с LEGO на свободную элементную базу (одноплатные компьютеры и датчики из китая + алюминиевые профили из строительного магазина).

А что, если купить такое LEGO домой и заниматься самим?

Это вполне здравая идея, если:

Вы обладаете хотя бы минимальными знаниями о механизмах и программировании и способны изучить набор в полной мере самостоятельно. У вас есть лишние ~40 т.р. на покупку набора и некоторых дополнительных модулей. Однако даже в этом случае лучше параллельно учиться в кружке, развивая дома те идеи, которые пришли в голову после изучения новой темы.

Почему мы не используем инструкции?

Инструкции - от лукавого:)

Когда ребенок что-то строит по инструкции, он просто повторяет, не вникая в суть того, для чего та или иная деталь или узел нужен. Безусловно, купить дорогой набор LEGO Tehnic с кучей механики, пневматикой, и не построить предлагаемые модели по инструкции хотя бы ради изучения принципа работы - плохая идея. Эти модели очень сложные и интересные для изучения. Однако у нас в кружке главное - реализовать какой-либо принцип. А вот каким путем - уже проблема учащегося, которую он должен решить, используя свою голову. Пусть даже неправильно, с ошибками, но - сам. Инструкции у нас используются только когда мы собираем модель с очень сложной механикой и/или программой для изучения принципа работы.

Если в кружке собирают по инструкциям постоянно - это свидетельство профессиональной некомпетентности преподавателя. Такое часто наблюдается в кружках по франшизе и при школах.

Как происходит процесс программирования?

Для LEGO Mindstorms EV3 есть несколько вариантов:

1. Встроенная среда для программирования прямо в главном модуле. Оттуда можно программировать простые линейные алгоритмы типа «сначала едь вперед до стены, потом поверни ровно налево». С этого мы начинаем. Это позволяет нам отложить изучение программирования с компьютера, и сосредоточиться на основах.
2. Специальное программное обеспечение для компьютеров и планшетов, основанное на «взрослой» системе визуального программирования LabView. Программа собирается из блоков-функций. Это позволяет избежать проблем с изучением синтаксиса и по функционалу ничем не уступает взрослому текстовому программированию. Правда, выглядит громоздко, да. Но зато наглядно. Циклы, условные операторы, переменные, функции и всё вот это вот - в наличии. Это наш основной инструмент.
3. При желании можно использовать Си или другой язык программирования, но если встал такой вопрос, то для этого лучше использовать Arduino и вообще это уже совсем другая история.

На этом я закончу, спасибо за чтение!

Образовательная робототехника

Подлесных Елена Викторовна

учитель информатики

МБОУ СОШ №17

Г. Новый Уренгой

I. Введение.

Современную жизнь очень сложно представить без использования информационных технологий. Интенсивный переход к информатизации общества обуславливает все более глубокое внедрение информационных технологий в различные области человеческой деятельности.

Введение новых государственных стандартов общего образования

предполагает разработку инновационных педагогических технологий. Важнейшей отличительной особенностью стандартов нового поколения является их ориентация на результаты образования, причем они рассматриваются на основе системно-деятельностного подхода. Деятельность выступает как внешнее условие развития у ребенка познавательных процессов. Это означает, что, чтобы ребенок развивался, необходимо организовать его деятельность. Значит, образовательная задача состоит в организации условий, провоцирующих детское действие.

Такую стратегию обучения легко реализовать в образовательной среде ЛЕГО, которая объединяет в себе специально скомпонованные для занятий в группе комплекты ЛЕГО, тщательно продуманную систему заданий для детей и четко сформулированную образовательную концепцию.

В российских образовательных программах робототехника приобретает все большее значение. Учащиеся российских школ вовлечены в проектирование и программирование робототехнических устройств, с применением LEGO-роботов, промышленных роботов, специальных роботов для МЧС России.

II. Актуальность. Человечество остро нуждается в роботах, которые могут без помощи оператора тушить пожары, самостоятельно передвигаться по заранее неизвестной, реальной пересеченной местности, выполнять спасательные операции во время стихийных бедствий, аварий атомных электростанций, в борьбе с терроризмом. Появилась необходимость в мобильных роботах, предназначенных для удовлетворения каждодневных потребностей людей. И уже сейчас в современном производстве и промышленности востребованы специалисты обладающие знаниями в этой области. Поэтому, образовательная робототехника приобретает все большую значимость и актуальность в настоящее время.

III. Проблема.

Передо мной открылась проблема: как обеспечить эффективное изучение курса робототехники и практическое применение в образовательном процессе?

IV. Цели:

1. Привлечение внимания одаренных детей к сфере высоких технологий и инновационной деятельности;
2. Популяризация научно-технического творчества и робототехники;
3. Формирование компетенций в области технического производства с применением робототехнических систем;

V. Задачи:

1. Создание кружка по робототехнике и научно-техническому творчеству.
2. Разработка методики обучения основам робототехники и научно-технического творчества.
3. Разработка образовательно-соревновательной площадки.
4. Внедрение робототехники в уроки образовательной программы.

Конечно же, в своих рабочих программах я обязательно выделяю воспитательный аспект в преподавании курса. Стараюсь при подготовке к каждому занятию продумывать воспитательные задачи.

VI. Новизна.

Новизна концепции состоит в том, что Конструктор и программное обеспечение к нему предоставляет прекрасную возможность учиться ребенку на собственном опыте. Такие знания вызывают у детей желание двигаться по пути открытий и исследований, а любой признанный и оцененный успех добавляет уверенности в себе. Обучение происходит успешно, когда ребенок вовлечен в процесс создания значимого и осмысленного продукта, который представляет для него интерес. Важно, что при этом ребенок сам строит свои знания, а учитель лишь консультирует его.

VII. Теоретические аспекты.

Робототехника – это прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем. Она опирается на такие дисциплины как электроника, механика, программирование.

Робототехника является одним из важнейших направлений научно- технического прогресса, в котором проблемы механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта.

Конструкторы LEGO Mindstorms позволяют организовать учебную деятельность по различным предметам и проводить интегрированные и метапредметные занятия. С помощью этих наборов можно организовать высокомотивированную учебную деятельность по пространственному конструированию, моделированию и автоматическому управлению. А педагог может создать такие условия, чтобы ученику захотелось поставить свой собственный эксперимент.

Большие возможности дают Лего-роботы для проведения уроков информатики по темам, связанным с программированием. Среда программирования Лего позволяет визуальными средствами конструировать программы для роботов, т.е. позволяют ребенку буквально “потрогать руками” абстрактные понятия информатики. Конструирование роботов остается за рамками урока информатики: дети только программируют различное поведение уже собранных роботов, оснащенных необходимыми датчиками и приборами. Это позволяет концентрировать внимание учащихся на проблемах обработки информации программируемыми исполнителями, решаемых в курсе информатики.

VIII. Методы обучения:

В своей работе я применяю объяснительно-иллюстративный, эвристический, проблемный, программированный, репродуктивный, частично-поисковый, поисковый методы обучения, а также метод проблемного изложения.

И все-таки, главным при изучении робототехники - это метод проектов.

Под методом проектов понимают технологию организации образовательных ситуаций, в которых учащиеся ставят и решают собственные задачи, и технологию сопровождения самостоятельной деятельности учащегося.

Основные этапы разработки Лего-проекта:

1. Обозначение темы проекта.
2. Цель и задачи представляемого проекта.
3. Разработка механизма на основе конструктора Лего-модели NXT .
4. Составление программы для работы механизма в среде Lego Mindstorms.
5. Тестирование модели, устранение дефектов и неисправностей.

При разработке и отладке проектов учащиеся делятся опытом друг с другом, что очень эффективно влияет на развитие познавательных, творческих навыков, а также самостоятельность учащихся. Таким образом, можно убедиться в том, что Лего позволяет учащимся принимать решение самостоятельно, учитывая окружающие особенности и наличие вспомогательных материалов. И, что немаловажно, – умение согласовывать свои действия с окружающими, т.е. – работать в команде.

IX. Результаты внедрения курса робототехники в образовательный процесс .

1. Lego позволяет учащимся:

• совместно обучаться в рамках одной бригады;
• распределять обязанности в своей бригаде;
• проявлять повышенное внимание культуре и этике общения;
• проявлять творческий подход к решению поставленной задачи;
• создавать модели реальных объектов и процессов;
• видеть реальный результат своей работы.

1. Создана рабочая программа кружка «Лего-конструирование и основы робототехники Mindstorms NXT» на год обучения. Разрабатывается методическое обеспечение занятий: конспекты занятий и презентации к ним.
2. Определены темы курса «Информатика и ИКТ», на которых возможно включение робототехники в учебный процесс. Скорректировано тематическое планирование тем. Разрабатываются методические материалы для их преподавания.
3. В результате обучения учащиеся смогли показать свои достижения на городском, региональном и всероссийском уровне. Пугач Никита стал призером городской конференции «Шаг в будущее», а Репка Артем ее победителем. Команда Альфа-X (Черникова Ярослава и Пишненко Николай) заняла 1 место в городском конкурсе по робототехнике в номинации «Кегельринг». А команда NXT.exe (Воловатов Роман и Рязанов Владислав) заняли 1 место в номинации «Следование по линии» и 2 место в номинации «Кегельринг». Репка Артем и Пугач Никита стали участниками окружного конкурса юных рационализаторов и изобретателей «От замысла к воплощению». В 2012-2013 учебном году команда NXT.exe (Рязанов Владислав, Татарчук Юрий, Репка Артем, Моргунов Андрей) приняла участие в работе окружной Ассамблеи юных изобретателей в г. Надым. По результатам работы команда NXT.exe получила гранд третьей степени. На всероссийском уровне тоже имеются награды: Репка Артем занял 2 место во всероссийском конкурсе научно-технического творчества «Юные техники – будущее инновационной России». Достигнутые результаты показывают, что ребятам нравится заниматься конструированием, программированием, и они готовы продолжать осваивать столь новое, современное, востребованное направление, как робототехника.
4. Подводя итоги внедрения курса в образовательное пространство школы можно сказать, что повлекло за собой:

• Повышение качества образования и заинтересованности предметом у учащихся;
• Сформированность новых моделей учебной деятельности, использующих ИКТ;
• Сформированность информационной компетентности;
• Новые формы работы с одаренными детьми;
• Инновационное профильное обучение;
• Применение игровых технологий в обучении;
• Современные ИКТ технологии в дополнительном образовании;
• Эффективная форма работы проблемными детьми;
• Развитие творческого потенциала учащихся;
• Популяризация профессии инженер (проектировщик).
• Создание условий, которые позволяют реализовать способности и интересы учащихся;

Заключение.

Привлечение школьников к исследованиям в области робототехники, обмену технической информацией и начальными инженерными знаниями, развитию новых научно-технических идей позволит создать необходимые условия для высокого качества образования, за счет использования в образовательном процессе новых педагогических подходов и применение новых информационных и коммуникационных технологий.

Поводя итог, можно сказать, что направление «Образовательная робототехника» имеет большие перспективы развития.

Сегодня занятия робототехникой становятся очень популярными. Школьникам такие уроки помогают сформировать и развить критическое мышление, научиться творчески подходить к процессу решения задач различного уровня сложности, а также получить навыки работы в команде.

Новое поколение

Современное образование переходит на новый виток своего развития. Многие педагоги и родители ищут возможность заинтересовать детей наукой, привить любовь к обучению и зарядить желанием творить и мыслить неординарно. Традиционные формы изложения материала уже давно утратили свою актуальность. Новое поколение не похоже на своих прародителей. Они хотят учиться живо, интересно, интерактивно. Это поколение легко ориентируется в современных технологиях. Дети хотят развиваться так, чтобы не только идти в ногу со стремительно развивающимися технологиями, но и непосредственно участвовать в этом процессе.

Многие из них интересуются: «Что такое робототехника? Где этому можно учиться?».

Образование и роботы

Эта учебная дисциплина включает в себя такие предметы, как конструирование, программирование, алгоритмику, математику, физику и другие дисциплины, связанные с инженерией. Ежегодно проводится World Robotics Olympiad (всемирная олимпиада по робототехнике - WRO). В образовательной сфере - это массовое соревнование, позволяющее лучше узнать, что такое робототехника для тех, кто впервые сталкивается с подобным предметом. Оно дает возможность попробовать свои силы участникам более чем из 50 стран. На соревнования съезжаются порядка 20 тысяч команд, в состав которых входят дети от 7 до 18 лет.

Основная цель WRO: развитие и популяризация НТТ (научно-технического творчества) и робототехники в молодежной и детской среде. Подобные олимпиады являются современным образовательным инструментом XXI века.

Новые возможности

Чтобы дети лучше понимали, что такое робототехника, на соревнованиях применяются теоретические и практические навыки, полученные на занятиях в рамках клубной работы и школьной программы по изучению естественно-научных предметов и точных наук. Увлеченность робототехнической дисциплиной постепенно перерастает в желание глубже узнать такие науки, как математика, физика, информатика и технологии.

WRO - это уникальная возможность для ее участников и наблюдателей не только узнать глубже что такое робототехника, но и развить в себе навыки творчества и критического мышления, которые так необходимы в XXI веке.

Обучение

Интерес к образовательной дисциплине робототехнического направления растет с каждым днем. Материальная база постоянно улучшается и развивается, многие идеи, еще недавно остававшихся мечтой - сегодня реальность. Изучение предмета «Основы робототехники» стало возможным для большого числа детей. На уроках ребята учатся решать задачи с ограниченными ресурсами, обрабатывать и усваивать информацию, а также использовать ее в правильном русле.

Дети учатся легко. Современное подрастающее поколение, воспитывающееся на различных гаджетах, как правило, не имеет трудностей в освоении дисциплины «Основы робототехники», при условии наличия желания и тяги к новым знаниям.

Нужно что даже взрослых людей сложнее переучивать, чем научить чистые, но жаждущие детские умы. Положительной тенденцией есть колоссальное внимание к популяризации робототехники в молодежной среде со стороны правительственных органов России. И это понятно, так как задача модернизации и привлечения молодых специалистов - это вопрос конкурентоспособности государства на международной арене.

Важность предмета

Сегодня актуальным вопросом Министерства образования стоит введение образовательной робототехники в круг школьных дисциплин. Она считается важным направлением развития. На уроках технологии дети должны получать представления о современной сфере развития техники и конструирования, которые дают им возможность самим придумывать и строить. Не обязательно всем ученикам становиться инженерами, но возможность должна быть у каждого.

Вообще, уроки робототехники крайне интересны детям. Это важно понимать всем - и учителям, и родителям. Такие занятия дают возможность увидеть другие дисциплины в ином свете, понять смысл их изучения. А ведь именно смысл, понимание того, зачем это нужно, движет умами ребят. Его отсутствие сводит на нет все усилия учителей и родителей.

Важным фактором является то, что обучение робототехнике - процесс не напрягающий и всецело поглощающий детей. Это не только развитие личности ученика, но и возможность уйти от улицы, неблагоприятной обстановки, праздного времяпровождения и влекущих за ним последствий.

Происхождение

Само название робототехники происходит от соответствующего английского robotics. Это прикладная наука, которая занимается разработкой технических автоматизированных систем. На производстве она является одной из главных технических основ интенсификации.

Все законы робототехники, как и сама наука, тесно связаны с электроникой, механикой, телемеханикой, механотроникой, информатикой, радиотехникой, электротехникой. Сама робототехника подразделяется на промышленную, строительную, медицинскую, космическую, военную, подводную, авиационную и бытовую.

Понятие «робототехника» впервые в своих рассказах использовал писатель-фантаст Это было в 1941 году (рассказ «Лжец»).

Само слово «робот» придумали в 1920 году чешский писатели и его брат Йозеф. Оно вошло в научно-фантастическую пьесу «Россумские универсальные роботы», которая была поставлена в 1921 году и пользовалась большим зрительским успехом. Сегодня можно наблюдать, как линия, обозначенная в пьесе, получила широкое развитие в свете научно-фантастической кинематографии. Суть сюжета: хозяин завода занимается разработкой и наладкой выпуска большого числа андроидов, способных работать без отдыха. Но эти роботы в итоге восстают против создателей.

Исторические примеры

Интересно, что зачатки робототехники появились ещё в античные времена. Об этом свидетельствуют останки движущихся статуй, которые были изготовлены в I веке до н.э. Гомер писал в «Илиаде» о сотворенных из золота служанок, способных говорить и мыслить. Сегодня разум, которым наделяют роботов, получил название - искусственный интеллект. Кроме того, древнегреческому инженеру-механику Архиту Тарентскому приписывают разработку и создание механического летающего голубя. Это событие датируется приблизительно 400 годом до н.э.

Таких примеров большое множество. Они хорошо раскрыты в книге Макарова И.М. и Топчеева Ю.И. «Робототехника: история и перспективы». В ней в популярной форме рассказано об истоках современных роботов, а также очерчена робототехника будущего и соответствующее развитие человеческой цивилизации.

Типы роботов

На современном этапе важнейшими классами роботов широкого назначения являются мобильные и манипуляционные.

Мобильный — это автоматическая машина с движущимся шасси и управляемыми приводами. Эти роботы могут быть шагающими, колёсными, гусеничными, ползающими, плавающими, летающими.

Манипуляционный — это автоматическая стационарная или передвижная машина, состоящая из манипулятора с несколькими степенями подвижности и программным управлением, выполняющим двигательные и управляющие функции в производстве. Такие роботы бывают в напольном, портальном или подвесном виде. Наибольшее распространение они получили на приборостроительных и машиностроительных производствах.

Способы перемещения

Большое распространение получили колёсные и гусеничные роботы. Перемещение шагающего робота представляет нелегкую задачу динамики. Такие роботы пока не могут иметь устойчивого движения, присущего человеку.

Относительно летающих роботов можно сказать, что большинство современных самолётов как раз ими являются, но управляются они пилотами. В то же время автопилот может контролировать полёт на всех стадиях. К летающим роботам относятся и их подкласс - крылатые ракеты. Такие аппараты имеют небольшой вес и выполняют опасные миссии, вплоть до ведения огня по команде оператора. Кроме того, есть проектные аппараты, способные к самостоятельному ведению огня.

Существуют летающие роботы, использующие методы движения, которые используют пингвины, медузы и скаты. Этот способ перемещения можно увидеть у роботов Air Penguin, Air Ray, Air Jelly. Их производит компания Festo. А вот роботы RoboBee используют методы полёта насекомых.

Среди ползающих роботов есть ряд разработок, подобных по перемещению червям, змеям и слизням. При этом робот использует силы трения на шероховатой поверхности или кривизну поверхности. Подобное перемещение полезно для узких пространств. Такие роботы нужны для поиска людей под обломками разрушенных зданий. Змееподобные роботы способны к перемещению в воде (такие, как ACM-R5 производства Японии).

Перемещающиеся по вертикальной поверхности роботы, используют такие подходы:

• подобные человеку, который взбирается на стену с выступами (Стэнфордский робот Capuchin);
• подобные гекконам, снабжённых вакуумными присосками (Wallbot» и Stickybot).

Среди плавающих роботов существует много разработок, перемещающимся по принципу подражания рыбам. Эффективность такого движения на 80% превосходит эффективность движения с гребным винтом. Подобные конструкции имеют низкий уровень шума и высокую маневренность. Этим они вызывают большой интерес у исследователей подводного пространства. К таким роботам относятся модели Эссекского университета - Robotic Fish и Tuna, разработанный институтом Field Robotics. Они смоделированы по движению, характерному для тунца. Среди роботов, имитирующих движение ската известна разработка фирмы Festo: Aqua Ray. А робот, движущийся как медуза, - это Aqua Jelly от того же разработчика.

Кружковая работа

Большинство кружков по робототехнике ориентированы на начальную и среднюю школу. Но и дети дошкольного возраста не обделены вниманием. Главную роль здесь играет развитие творчества. Дошкольники должны научиться мыслить свободно и воплощать свои идеи в творчестве. Именно поэтому занятия по робототехнике в кружках для детей до 6 лет направлены на активное использование кубиков и простых конструкторов.

Школьная программа, безусловно, усложняется. Она дает возможность познакомится с различными классами роботов, попробовать себя на деле, углубиться в науку. Новые дисциплины раскрывают потенциальные возможности ребенка для получения профессиональных навыков и знаний в выбранной области инженерии.

Робототехнические комплексы

Современное развитие робототехники находится в такой стадии, что, кажется, вот-вот произойдет мощный рывок в робототехнологиях. Это так же, как с видеосвязью и мобильными гаджетами. Еще недавно все это казалось недоступным для массового потребления. А сегодня - это обыденность, переставшая удивлять. Зато каждая выставка робототехники показывает нам фантастические проекты, которые захватывают дух человека от одной только мысли об их внедрении в жизнь общества.

В системе образования позволяют реализовать программу с применением проектной деятельности именно комплексные установки из роботов, среди которых популярны:

Управление

По типу управления системы бывают:

• биотехническими (командные, копирующие, полуавтоматические);
• автоматические (программные, адаптивные, интеллектуальные);
• интерактивные (автоматизированные, супервизорные, диалоговые).

К основным задачам управления роботами относятся:

• планирование движений и положений;
• планирование сил и моментов;
• идентификация динамических и кинематических данных;
• анализ динамической точности.

Большое значение в сфере робототехники имеет развитие методов управления. Это важно для технической кибернетики и теории автоматического управления.

Робототехника - универсальная наука, в которую входит большое количество специализаций, многие из них уже стали частью жизни общества. Роботы имеют связь со смартфонами, а вскоре обзаведутся своими приложениями, экосистемами. Просвещенный в этом мире человек сможет чувствовать себя как рыба в воде.

Больше полезных материалов в разделе " ": кружки, курсы и вузы (робототехника и искусственный интеллект).

Робототехника является прикладной научной отраслью, которая специализируется на создании роботов и автоматизированных технических систем. Отрасль еще называют роботостроением, что подразумевает процесс, аналогичный машиностроению. Сегодня существует промышленная, строительная, авиационная, космическая, подводная и военная робототехника. В последнее время актуальными стали боты-помощники и роботы для игр.

«Сестрой» робототехники является мехатроника - дисциплина, которая изучает создание и эксплуатацию машин, а также систем с программным управлением. Нередко мехатронику считают синонимом электромеханики и наоборот. Профессионалы-мехатроники занимаются заводскими станками, оснащенными программным обеспечением, беспилотными транспортными средствами, современной офисной техникой и пр. В общей сложности, их специализация - приборы, выполняющие конкретную задачу. Робототехника находится в родстве с мехатроникой.

Прямая задача инженера-робототехника - изготовить робота. Ему принадлежит выбрать задачи, для выполнения которых нужен бот, продумать его механику, электронную составляющую, запрограммировать действия. Естественно, одному специалисту не справиться с такой задачей, а поэтому робототехники трудятся в команде.

Но разработка и создание машины - это не все. Устройству необходимо качественное обслуживание - управление, отслеживание «самочувствия», ремонт. Здесь в игру вступает робототехник, который специализируется на обслуживании.

Основа современной робототехники состоит из механики, электроники и программирования. Футурологи прогнозируют, что со временем в ход пойдут био- и нанотехнологии. Это приведет к появлению киборга - кибернетического организма, который будет промежуточным звеном между человеком и роботом. Следовательно, получить образовании в данной сфере - означает иметь большие профессиональные и финансовые перспективы.

Где потом работать?

В специалистах по робототехнике нуждаются конструкторские бюро авиации и космонавтики, такие как НПО им. С.А.Лавочкина, научно-исследовательские центры, специализирующиеся на космической отрасли, медицине, нефтедобыче, компании, занимающиеся роботостроением.

Если Вы хотите посвятить себя робототехнике, то должны интересоваться точными науками, инженерным делом, обладать аналитическим сладом ума, отлично структурированным мышлением «приправленным» богатым воображением.

В итоге, Вам нужно овладеть знаниями в области механики, программирования, теории автоматического управления, проектирования автоматических систем. Также неплохо бы иметь навыки конструирования и «очумелые» ручки - придется работать с паяльником и не только.

Познаем азы еще в школе

Если задуматься серьезно, робототехника является идеальным предметом школьной программы. Она позволяет рисовать увлекательные образы будущего, которые популяризирует кино, литература, игры. Этот мир сегодня еще кажется сказочным, но если вникнуть глубже, то можно заметить, что он намного реальнее, чем нам может показаться.

На российском рынке присутствуют компании, которые предлагают обучающие курсы по робототехнике для школ, а также программы с использованием образовательных конструкторов для дошкольников и школьников.

В их число входят (это лишь небольшой перечень):

• «Роботбаза», «ИнноПарк», семейный досуговый центр «Интерес», Политехнический музей, музей занимательной науки «Экспериментаниум», (Москва).
• Санкт-Петербургский городской Дворец творчества юных робототехников, Санкт-Петербургский центр детского и юношеского технического творчества (Санкт-Петербург).
• Сеть учебно-творческих центров «Гений», центр инновационно-технического развития«Робот Центр», Дворец молодежи (Екатеринбург).
• Кружок робототехники при ННГУ им. Н. И. Лобачевского, Нижегородский Институт Информационных Технологий, Поволжский центр аэрокосмического образования (Нижний Новгород).
• Областной центр технического творчества учащихся, Профессиональный лицей № 3 (Ростов-на-Дону).
• Студия «Роботикс» в рамках университета «Иннополис», инновационный технопарк «Идея», Центр детского технического творчества им. В. П. Чкалова (Казань).
• «Лига Роботов» (франшиза).
• "РОББО Клуб" (франшиза).

Новый, расширенный список кружков по робототехнике для детей смотрите .

Какие навыки это позволит развить?

• Дает понятие профориентации в раннем возрасте.
• Расширяет политехнический кругозор, закрепляет на практике знания, полученные во время изучения основ наук.
• Развивает навыки проектной и конструкторской деятельности и пр.

Где получить высшее образование?

Чтобы связать свою профессиональную деятельность с этой сферой, необходимо получить образование в направлении «мехатроника и робототехника», после чего будет присвоена квалификация «инженер». Тем более что в России общее количество ВУЗов, где обучают «Мехатронике и робототехнике» доходит до 40.

Желающие могут стать студентами:

Факультета специального машиностроения кафедры «специальной робототехники и мехатроники» Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана.

Кафедры «автоматизации и робототехники» Омского Государственного технического университета.

Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения (СГУАП)

Магнитогорского государственного технического Университета.

Южно-Российского Федерального Университета (Новочеркасский ГТУ).

Саратовского государственного технического Университета.

Робототехника является одним из самых перспективных направлений технологического бизнеса. Продажи роботов неустанно увеличиваются, а поэтому есть смысл серьезно задуматься о получении образования в этой сфере.