ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ

РОБОТОТЕХНИКА

Методические рекомендации

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.

Содержание материала, изложенного в методическом пособии, сопровождается календарно-тематическим планом, конспектами занятий, иллюстрациями, схемами, таблицами.

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. [1]

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.

2. 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.[4]

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

gaysinasnz.ucoz.ru/index/planirovanie_na_2011_2012_uchebnyj_god/0-35 - эл. портфолио Гайсиной И.Р., учителя информатики, г. Снежинск

«Программы курса информатики и информационных технологий для 5-7 классов общеобразовательной школы» Л.Л. Босовой

Методические рекомендации по встраиванию робототехники в учебный процесс

1. Автоматизированные устройства. ПервоРобот. Книга для учителя (приложение - компакт-диск с видеофильмами). Lego Group, перевод ИНТ, - 134с., илл.

2. Индустрия развлечений. ПервоРобот. Книга для учителя и сборник проектов. Lego Group, перевод ИНТ, - 87 с., илл.

3. Технология и информатика: проекты и задания. Книга для учителя. -М.: ИНТ, - 80 с.

Анализ методической литературы позволил сделать вывод, что в настоящее время существуют три организационные формы обучения робототехнике:

• работа с ограниченной группой обучающихся,

• изучение робототехники в рамках элективного курса.

Например: «Алгоритмы и элементы программирования». Существует возможность параллельного изучения программирования и робототехники в 7-9 классах (festival.1september.ru/articles/623491/ ). Или в 9 классе - при изучении темы «Алгоритми-зация и программирование» + элективный курс «Основы робототехники».

При изучении темы «Информационное моделирование» tubukschool.narod.ru/p85aa1.html

ФИЗИКА

httpwwwbloggercomprofile179964.blogspot.ru/

В соответствии с УМК О.Ф. Кабардина

docme.ru/doc/55397/robototehnika-na-urokah-fiziki

Наборы образовательной робототехники «Машины и механизмы»:

1. Возобновляемые источники энергии

2. Индустрия развлечений. ПервоРобот

3. Пневматика

4. Технология и физика

5. Энергия, работа, мощность

Разделы:

1. Физика и физические методы изучения природы

2. Механические явления

3. Тепловые явления

4. Электрические и магнитные явления

5. Электромагнитные колебания и волны

Литература:

1. Возобновляемые источники энергии. Книга

для учителя. LEGO Group, перевод ИНТ, -122 с., илл.

2. Индустрия развлечений. ПервоРобот. Книга для

учителя и сборник проектов. LEGO Group, перевод ИНТ, - 87 с., илл.

3. Технология и физика. Книга для учителя. LEGO

Educational/ Перевод на русский - ИНТ

4. Энергия, работа, мощность. Книга для учителя. LEGO Group, перевод ИНТ, - 63 с., илл.

ИНФОРМАТИКА

10-11 класс (профиль «Информационно-технологический») - элективный курс «Робототехника».

10 и 11 класс - при изучении тем «Алгоритмизация и программирование», «Моделирование».

ФИЗИКА

httpwwwbloggercomprofile179964.blogspot.ru/

Целесообразно использовать при демонстрационных экспериментах, фронтальных лабораторных работах.

STEM-образование. strf.ru/material.aspx?CatalogId=221&d_no=40548

ito.edu.ru/2010/Arkhangelsk/II/II-0-1.html

Внеурочная деятельность

1. Lego WeDo - - занятия по моделированию и конструированию в рамках ФГОС

2. Проектная деятельность (Есть такой курс в начальной школе. Его можно построить на основе проектирования разных роботов, защиты и представления результатов)

3. Кружок Робототехника (проектирование и программирование роботов)

4. Кружок «Конструирование» (используя конструктор ЛЕГО)

5. Во внеурочной деятельности можно использовать опыт кружковой работы, по сути это то же самое. Организация развивающей среды для самостоятельности младших школьников

Lego NXT; Tetrix; Знакомство с основами мехатроники и робототехники в рамках факультативов, элективных курсов

Fischertechnik. Arduino -совместимые платформы, UNIMAT CNC - основа для проектной и исследовательской деятельности по научно-техническому направлению

Прикладная математика и информатика (факультативы, элективные курсы)

Дополнительное образование

Lego Wee-Doo; NXT - основа для реализации программ дополнительного образования по начальной робототехнике

Lego NXT; Tetrix; - основа для реализации программ дополнительного образования по робототехнике и мехатронике

Fischertechnik. Arduino -совместимые платформы, UNIMAT CNC - основа для реализации программ дополнительного образования по началам промышленной робототехники, основам автоматизированных систем управления и прикладной математике

Робототехника в школе представляет учащимся технологии 21 века, способствует развитию их коммуникативных способностей, развивает навыки взаимодействия, самостоятельности при принятии решений, раскрывает их творческий потенциал. Дети и подростки лучше понимают, когда они что-либо самостоятельно создают или изобретают. При проведении занятий по робототехнике этот факт не просто учитывается, а реально используется на каждом занятии.

Изучение робототехники достаточно популярно в школах нашей страны, более 2000 школ имеют учебные комплекты для изучения основ робототехники.

Сейчас основная задача - как можно больше молодёжи привлечь к науке и инженерному делу. Ключевая возможность учебных комплектов по робототехнике - простая интеграция с любой образовательной программой.

В приложении 1 приведён фрагмент программы «Первый шаг в робототехнику» для учащихся 5-6 классов, рассчитанной на 68 часов.

Особенность программы в том, что она может быть реализована в рамках существующих учебных планов (См. таблицу 1).

Далее, в 9-х классах школьники могут выбрать элективный курс «Основы робототехники». В профильных классах (информационно-технологическом и физико-математическом) введён элективный учебный предмет «Робототехника». Таким образом, каждый выпускник школы пройдет по направлению «Робототехника» как минимум две ступени обучения. Более того, в школе планируется использование образовательного комплекса Lego WeDo для изучения робототехники и автоматизированных систем в начальной школе, что обеспечит каждому учащемуся трёхуровневое образование по данному направлению.

Текущая образовательная тенденция - проектная деятельность. На каждом занятии дети создают модель автоматизированного устройства, при этом поднимаются вопросы из курса математики, физики, технологии, биологии, обществознания, английского языка и других предметов. Рассматриваются только проблемные вопросы, когда теоретические расчёты с множеством допущений и округлений отличаются от того, что будет происходить на самом деле, - это прямой путь к осознанию того факта, что физический эксперимент интереснее и важнее любых информационных моделей и вычислений - т.е. фактически фундамент любого учёного и инженера. Происходит это без назидания педагога.

Есть много образовательных технологий развивающих критическое мышление и умение решать задачи, однако существует очень мало привлекательных образовательных сред, вдохновляющих следующее поколение к новаторству через науку, технологию, математику, поощряющих детей думать творчески, анализировать ситуацию, критически мыслить, применять свои навыки для решения проблем реального мира.

3. ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА ВСТРАИВАНИЯ «РОБОТОТЕХНИКИ» В ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ПРЕДМЕТЫ

Важнейшей отличительной особенностью стандартов нового поколения является их ориентация на результаты образования, причем они рассматриваются на основе системно-деятельностного подхода.

Процессы обучения и воспитания не сами по себе развивают человека, а лишь тогда, когда они имеют деятельностные формы и способствуют формированию тех или иных типов деятельности.

Деятельность выступает как внешнее условие развития у ребенка познавательных процессов. 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 LEGO (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 процессе активной работы детей по конструированию, исследованию, постановке вопросов и совместному творчеству не только существенно улучшаются «традиционные» результаты, но и открывается много дополнительных интересных возможностей. Работая группами, дети, независимо от их подготовки, могут строить модели и при этом обучаться, получая удовольствие.

В содержании базовой дисциплины "Информатика" понятийный аппарат информатики предполагается разделить на три концентра:

• понятия, связанные с описанием информационного процесса;

• понятия, раскрывающие суть информационного моделирования;

• понятия, характеризующие применение информатики в различных областях, прежде всего: технологиях, управлении, социально-экономической сфере.

Для учителя информатики, помимо содержания и количества часов, выделяемых на пред-мет, важна информация и о новых подходах в стандартах второго поколения - это деятельностный подход. Для этого подхода главным является вопрос, какие необходимы действия, которыми должен овладеть ученик, чтобы решать любые задачи. Иначе говоря, необходимо выделить универсальные действия, овладение которыми дает возможность решать в неопределенных жизненных ситуациях разные классы задач. Таким образом, на первый план, наряду с общей грамотностью, выступают такие качества выпускника, как, например, разработка и проверка гипотез, умение работать в проектном режиме, инициативность в принятии решений и т.п. Эти способности востребованы в постиндустриальном обществе. Они и становятся одним из значимых ожидаемых результатов образования и предметом стандартизации.

Одним из методических решений, позволяющим более интенсивно осваивать информатику и формировать ключевые компетенции учащихся, является использование конструктора Лего на уроках информатики.

Главная идея состоит в том, чтобы через насыщение школьного пространства новыми технологиями изменить содержание учебно-воспитательного процесса, создать новую внутришкольную коммуникационную среду, попадая в которую учащийся и учитель был бы более успешен, более компетентен, более современен.

Цель внедрения конструктора Лего на уроках информатики: научить учащихся самостоятельно мыслить, находить и решать проблемы, привлекая для этого знания из разных областей, уметь прогнозировать результаты и возможные последствия разных вариантов решения.

Также уроки информатики с применением средств Лего являются «первой ступенькой» для качественной подготовки участников турниров Лего-роботов на районных, областных и российских соревнованиях.

Одной из основных задач является осуществление технологической подготовки учащихся. На уроках информатики с применением Лего в основной и старшей школе учащиеся могут разрабатывать проекты по интересующей их тематике, широко используя в своей работе межпредметные связи.

Ниже представлены некоторые разделы из курса изучения образовательной области «Информатика и ИКТ» с включением в процесс обучения Лего-роботов, их элементов, а также примеры проектов. Рабочая программа по информатике для 5-7 классов составлена на основе Федерального компонента государственного стандарта (Приказ Минобразования России «Об утверждении федерального компонента государственных стандартов начального общего, основного общего и среднего (полного) общего образования» от 05.03.2004г №1089), примерной программы основного общего образования по информатике с учётом авторской программы по информатике \ Л. Босова М.: БИНОМ 2009г.

Пример встраивания образовательной робототехники в преподавание информатики

5 класс

Номер урока

Тематика урока

Всего

Теория

Практи-кум

Контроль

ЗУН

Компьютер для начинающих (8 ч).

2

Как устроен компьютер. Объяснение взаимодействия устройств компьютера по прототипу работы ЛЕГО-робота.

1

0,5

0,5

3

Ввод информации в память компьютера. Клавиатура. Группы клавиш.

1

0,5

0,5

4

Основная позиция пальцев на клавиатуре. Ввод информации в память ЛЕГО-робота.

1

0,5

0,5

5

Программы и файлы. Программная среда Lego Mindstorms.

1

0,5

0,5

Информация вокруг нас (14 ч).

10

Действия с информацией. Хранение информации. Хранение информации в микрокомпьютере конструктора ЛЕГО модели NXT (RCX).

1

0,5

0,5

11

Носители информации. Способы сохранения и передачи информации в ЛЕГО.

1

0,5

0,5

12

Передача информации. Передача информации в микрокомпьютере конструктора ЛЕГО модели NXT (RCX).

1

0,5

0,5

13

Кодирование информации. Кодирование информации на примере микрокомпьютера ЛЕГО.

1

0,5

0,5

14

Формы представления информации. Демонстрация работы ЛЕГО-робота.

1

0,5

0,5

6 класс

Номер урока

Тематика урока

Всего

Теория

Практикум

Контроль

ЗУН

Элементы алгоритмизации (10 ч).

26

Что такое алгоритм. Алгоритм движения ЛЕГО-робота.

1

0,5

0,5

27

Исполнители вокруг нас. ЛЕГО-робот, как пример исполнителя. Знакомство со средой программирования Lego Mindstorms.

1

0,5

0,5

28

Формы записи алгоритмов. Запись алгоритма движения ЛЕГО-робота.

1

0,5

0,5

29-30

Линейные алгоритмы. Написание линейного алгоритма движения ЛЕГО-робота. Демонстрация.

2

0,5

0,5

31-32

Алгоритмы с ветвлениями. Написание алгоритма ветвления движения ЛЕГО-робота. Демонстрация.

2

0,5

0,5

33-34

Циклические алгоритмы. Написание циклического алгоритма движения ЛЕГО-робота. Демонстрация.

2

0,5

0,5

35

Контрольная работа по теме «Алгоритмизация»

1

1

7 класс

Номер

урока

Тематика урока

Всего

Теория

Практикум

Контроль

ЗУН

Алгоритмика (7 ч).

27

Алгоритм - модель деятельности исполнителя алгоритмов. Исполнитель Чертежник. Управление Чертежником. Алгоритм действия ЛЕГО-робота.

1

0,5

0,5

28

Исполнитель Чертежник. Использование вспомогательных алгоритмов. Создание вспомогательных алгоритмов в среде Lego Mindstorms

1

0,5

0,5

29

Исполнитель Чертежник. Цикл «повторить n раз». Создание циклических алгоритмов «повторить n раз» в среде Lego Mindstorms

1

0,5

0,5

30

Исполнитель Робот. Управление Роботом. Работа в среде Lego Mindstorms.

1

0,5

0.5

31

Исполнитель Робот. Цикл «пока». Создание циклов «пока» в среде Lego Mindstorms

1

0,5

0,5

32

Исполнитель Робот. Ветвление. Создание циклов ветвления в среде Lego Mindstorms

1

0,5

0,5

33

Контрольная работа по теме «Алгоритмизация

1

1

34-35

Итоговый ЛЕГО-проект.

2

1

1

Рабочая программа по информатике для 8-9 классов составлена на основе Федерального компонента государственного стандарта (Приказ Минобразования России «Об утверждении федерального компонента государственных стандартов начального общего, основного общего и среднего (полного) общего образования» от 05.03.2004г №1089), примерной программы основного общего образования по информатике с учётом авторской программы по информатике Угринович Н.Д.

8 класс

Номер

урока

Тематика урока

Всего

Теория

Практикум

Контроль

ЗУН

Информация и информационные процессы (9 ч).

1

Информация в природе, обществе и технике.

Примеры систем автоматического управления, неавтоматического управления, автоматизированных систем управления на основе конструктора ЛЕГО.

1

1

Компьютер как универсальное устройство обработки информации (7 ч).

10

Программная обработка данных на компьютере. Обработка данных в микрокомпьютере Lego Mindstorms

1

0,5

0,5

11

Устройство компьютера. Объяснение взаимодействия устройств компьютера по прототипу работы ЛЕГО-робота.

1

0,5

0.5

12

Процессор и системная плата. Процессор и системная плата в микрокомпьютере ЛЕГО NXT (RCX).

1

0,5

0,5

13

Устройства ввода информации. Устройства ввода информации в микрокомпьютер Lego Mindstorms

1

0,5

0,5

14

Устройства вывода информации. Устройства вывода информации в микрокомпьютере Lego Mindstorms

1

0,5

0,5

15

Оперативная память. Долговременная память. Виды памяти в в микрокомпьютере Lego Mindstorms

1

0,5

0,5

9 класс

Номер

урока

Тематика урока

Всего

Теория

Практикум

Контроль

ЗУН

Основы алгоритмизации и объектно-ориентированного программирования (30 ч).

35

Алгоритм и его формальное исполнение. Алгоритм действия ЛЕГО-робота.

1

1

36

Свойства алгоритма и его исполнители. Блок-схемы алгоритмов. Выполнение алгоритмов компьютером. Примеры алгоритмов действия ЛЕГО-роботов.

1

1

37

Кодирование основных типов алгоритмических структур на объектно-ориентированных языках и алгоритмическом языке. Среда программирования Lego Mindstorms

1

0,5

0,5

38-39

Линейный алгоритм. Написание линейного алгоритма движения ЛЕГО-робота. Демонстрация.

1

0,5

0,5

40-41

Алгоритмическая структура «ветвление». Написание алгоритма «ветвление» движения ЛЕГО-робота. Демонстрация.

1

0,5

0,5

42-43

Алгоритмическая структура «выбор». Написание алгоритма «выбор» движения ЛЕГО-робота. Демонстрация.

1

0,5

0,5

44-45

Алгоритмическая структура «цикл». Написание алгоритма «цикл» движения ЛЕГО-робота. Демонстрация.

1

0,5

0,5

Первоначальное использование конструкторов Лего требует наличия готовых шаблонов: при отсутствии у многих детей практического опыта необходим первый этап обучения, на котором происходит знакомство с различными видами соединения деталей, вырабатывается умение читать чертежи и взаимодействовать в команде.

В дальнейшем учащиеся отклоняются от инструкции, включая собственную фантазию, ко-торая позволяет создавать совершенно невероятные модели. Недостаток знаний для производства собственной модели компенсируется возрастающей активностью любознательности учащегося, что выводит обучение на новый продуктивный уровень.

ГЛАВА II

ОПЫТ ОРГАНИЗАЦИИ ЗАНЯТИЙ РОБОТОТЕХНИКИ И ЛЕГО-КОНСТРУИРОВАНИЯ В ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УЧРЕЖДЕНИЯХ ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ

1. Методические особенности применения лего технологий в МАОУ СОШ № 88 г. Тюмени

Пуляшкина Светлана Петровна, заместитель директора по УВР МАОУ СОШ №88 г. Тюмени

Горяинова Наталья Анатольевна, учитель информатики, руководитель студии «Лего- конструирование» МАОУ СОШ № 88 г. Тюмени

1. ПОЧЕМУ ЛЕГО?

Это один из самых доступных наборов конструкторов, в котором очень четко прослеживается линейка от наборов для малышей до студентов (программирование преподается на базе LEGO в некоторых зарубежных колледжах). Опыт, полученный ранее, применяется в дальнейших разра-ботках, детали совместимы между множественными наборами.

Очень трудно представить детские игры без игрушек. На сегодняшний день ассортимент игрушек настолько разнообразен, что порой бывает довольно трудно выбрать. Причем, это должно быть интересно, занимательно и в то же время еще и развивать ребенка. Чем же лучше занять ребенка? Какую игрушку ему купить? Ответ достаточно прост - нужен набор «LEGO MINDSTORMS.NXT».

«LEGO MINDSTORMS.NXT» - это конструктор (набор сопрягаемых деталей и электронных блоков) для создания программируемого робота. Впервые представлен компанией LEGO в 1998 году. Через 8 лет (2006) в свет вышла модель «LEGO MINDSTORMS. NXT», а в 2009 - «LEGO MINDSTORMS. NXT 2.0»

Современный набор «LEGO Mindstorms. NXT» - это набор, имеющий 32-х битный процессор, четыре входа, три выхода, Bluetooth связь, динамик и графический 100 х 64 пиксельный ЖК дисплей. Набор NXT включает в себя также три мощных двигателя со встроенными датчиками поворота и разнообразные наборы датчиков (в зависимости от комплектации). Для программирования используется новая графическая платформа NXT-G, которая, в отличие от предшественника, является тоже достаточно простой, но при этом позволяет запрограммировать достаточно многое.

В процессе работы с конструктором учащиеся знакомятся с ключевыми идеями, относя-щимися к информационным технологиям, многое узнают о самом процессе исследования и решения задач, получают представление о возможности разбиения задачи на более мелкие составляющие, о выдвижении гипотез и их проверке, а также о том, как обходиться с неожиданными результатами. Работа в команде является неотъемлемой частью всего процесса.

Собрав модель и подсоединив ее к компьютеру, ребята могут составить программу для управления ею. А специальный LEGO - компьютер NXT позволяет модели функционировать независимо от настольного компьютера, на котором была написана управляющая программа.

Однако мир LEGO не ограничивается этим, есть несметное число книг, посвященное построению и программированию роботов, различные нестандартные датчики, возможность писать ПО на языках C, Java. Мастерство роботостроения оценивается на различных олимпиадах и конкурсах разного масштаба.

Образование и LEGO

Конструкторы Lego являются одними из самых популярных конструкторов у ребят разных возрастов. Lego предлагает наборы для конструирования, ориентированные на детей от 6 месяцев и заканчивая студентами первых курсов ВУЗов.

Учащийся выступает в роли активного участника процесса обучения со своими собственными взглядами и представлениями об окружающем мире, мотивация идет через решение практически значимых проблем.

Использование образовательной робототехники на уроках позволяет сделать современную школу конкурентоспособной. А сам урок по-настоящему эффективным и продуктивным для всех участников образовательного процесса.

Использование образовательных роботов является мощным средством для обучения и самообучения. С помощью графических языков программирования учащиеся создают осязаемые модели и управляют этими моделями, применяют этот арсенал для постановки и решения задач. В арсенале LEGO есть множество механизмов для моделирования и понимания окружающего мира. Конструирование своего собственного понимания окружающего мира является особенностью системно-деятельностного подхода.

Применение роботов как объекта изучения позволяет учащимся определиться в выборе будущей профессии, закрепить физические, математические и ИТ-основы, лежащие в робототехнике, воспитывает коммуникативные навыки.

Интеграция LEGO-технологий в образовательный процесс нашей школы ведет отсчет с 2002 года. За это время накоплен опыт решения педагогических задач на разных ступенях обучения, в разных видах деятельности.

2. LEGO во внеурочной деятельности

Дополнительные занятия с использованием LEGO в нашей школе начинаются с 1 класса. Весь курс построен на пропедевтическом и интеграционном принципах.

Малыши начинают изучение с азов: они учат, как правильно называются детали, какие есть крепления, как правильно конструировать модели.

На занятиях начальной школы предусмотрены самые разные интересы ребят. Это и художественное, и техническое моделирование, и игровое творчество. Кроме стандартных «тех-нических» заданий по строительству мостов и зданий ребята мо-делируют подарки-украшения, мебель для кукольных замков-до-миков, украшения-композиции офисов и квартир.

Кроме того, на занятиях ребята часто воплощают в жизнь те знания, которые они получают на уроках: русского языка - строя буквы, окружающего мира, реализуя проекты "ЛЕГО-город", "Животный мир", "Правила дорожного движения".

В процессе активной работы детей по конструированию, исследованию, постановке вопросов и совместному творчеству не только существенно улучшаются «традиционные» результаты, но и открывается много дополнительных интересных возможностей. Работая в мини-группах, дети, независимо от их подготовки, могут строить модели и при этом обучаться, получая удовольствие.

Во втором классе учащиеся начинают работать с ЛЕГО-наборами: Первые конструкции, Первые механизмы. Конструкторы эти достаточно простые, но уже тогда учащиеся знакомятся с механизмами, которые встречаются в повседневной жизни и в дальнейшем будут изучать на уроках физики, технологии и черчения.

Работа проходит в группах по 3 - 5 человек. Как правило, учителя разрабатывают собственные планы занятий, соответствующие индивидуальным особенностям своих учеников, однако общая последовательность остается следующей:

• Сформулировать общие принципы простого механизма.

• Познакомить учащихся с активной лексикой, например, используя ее при

• рассказе об изучаемом простом механизме.

• Собрать и изучить одну или все принципиальные модели.

• Собрать и изучить основную модель и выполнить задание, но только после

• того, как будут выполнены задания для принципиальной модели.

• Попытаться выполнить творческое задание.

При выполнении творческого задания модели создают не по инструкции, а опираясь на полученные знания и свой жизненный опыт.

• Сначала ребята продумывают модели, которые они хотят создать, обговаривают технические характеристики и функции.

• Затем создают эти модели. Одновременно происходит корректировка первоначального замысла (у некоторых он совершенно меняется).

• Следующая ступенька - «оживление» моделей. Придуманные истории, происходившие с их творениями, возможноае «место жительства» моделей - все это позволяет представить свои модели на защите проекта в рамках ЛЕГО-фестиваля «Планета будущего».

Эти занятия позволяют решить также проблемы, связанные с возрастными особенностями учащихся 7-10 лет, обусловленные недостаточным уровнем развития абстрактного мышления, существенным преобладанием образно-визуального восприятия над другими способами получения информации. Преимущество состоит в том, что обучающийся находится не в виртуальном пространстве, а может ощущать физический смысл процессов, которым обучается. Ребята узнают, почему слетает цепь у велосипеда, как поворачивает папина машина и работает подъемный кран.

Выполнение заданий способствует развитию у учащихся знаний, умений и навыков в различных областях: конструирования, основ механики, моделирования, абстракции и логики.

Занятия робототехникой помогают учащимся достичь такие личностные результаты, как:

• сформированность познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей;

• самостоятельность в приобретении новых знаний и практических умений;

• мотивация образовательной деятельности школьников на основе личностно ориентированного подхода;

• формирование ценностных отношений друг к другу, учителю, авторам открытий и изобретений, результатам обучения.

В среднем звене (5-8 классы) во внеурочной деятельности нашей школы робототехника применяется по следующим направлениям:

• Поддержка учебного процесса по образовательным дисциплинам физико-математического и естественнонаучного циклов (технология, физика, математика, информатика) в рамках реализации базисного учебного плана (демонстрация опытов, выполнение фронтальных лабораторных работ и опытов);

• Создание игровых ситуаций на уроках предметов гуманитарного цикла (литература, история, обществознание, иностранный язык);

• Исследовательская проектная деятельность.

Знакомясь на практике с силами тяжести, сопротивления, изучая равноускоренное движение, законы сохранения энергии, учащиеся разрабатывают модели гидроэлектростанции, ветровой генератор.

Затем ребята изучают основы пневматики и принципы работы пневматических машин. В 7 классе основы пневматики изучаются и в школьном курсе физики, и у школьников есть реальная возможность применить полученные знания на уроках. Однако заинтересовать учеников 7 класса сложнее. Обучение выходит на более высокий уровень: игровая компонента начинает уступать место серьезному продуманному изучению предмета.

• На этом этапе мы переводим основное внимание с процесса построения модели на управление ею. На занятиях используется LEGO Digital Designer - это программа для создания любых моделей из деталей LEGO на компьютере. Довольно большой набор самых разнообразных деталей позволяет построить всевозможные 3D-объекты в виртуальном пространстве. Как и в обычных 3D-редакторах, рабочая область программы может приближаться/удаляться, разворачиваться под любым углом и свободно перемещаться. LEGO Digital Designer обладает простым и удобным интерфейсом, позволяющим разобраться в управлении строительством моделей без особых трудностей. Поэтому занятия можно продолжить и дома при отсутствии ЛЕГО-конструктора.

И конечно, неоценимы во внеурочных занятиях метапредметные результаты внедрения Лего-технологий:

• овладение навыками самостоятельного приобретения новых знаний, организации учебной деятельности, постановки целей, планирования, самоконтроля и оценки результатов своей деятельности, умениями предвидеть возможные результаты своих действий;

• понимание различий между исходными фактами и гипотезами для их объяснения, теоретическими моделями и реальными объектами, овладение универсальными учебными действиями на примерах гипотез для объяснения известных фактов и экспериментальной проверки выдвигаемых гипотез, разработки теоретических моделей процессов или явлений;

• приобретение опыта самостоятельного поиска, анализа и отбора информации с использованием новых информационных технологий для решения познавательных задач;

• освоение приемов действий в нестандартных ситуациях, овладение эвристическими методами решения проблем;

• формирование умений работать в группе.

В 8-10 классе ребята знакомятся с элементами логики и программирования, мы начинаем работу с Робототехникой. Работа на занятиях организуется так: сначала мы определяемся с видом конструктора. Далее учащиеся делятся на тех, кто работает непосредственно с конструктором, собирает и моделирует конструкцию, и тех, кто работает с программным обеспечением, пишет программу.

Надо заметить, что параллельно на уроках информатики учащиеся изучают основы алгоритмизации и программирования на языке Паскаль. И благодаря «практическому преломлению» на занятиях ЛЕГО-конструирова-

ния, основные алгоритмические конструкции - «ветвление» и «цикл» - становятся более понятными.

Программирование для ЛЕГО-роботов несколько отличается от привычных языков программирования, которые учащиеся изучают в школьном курсе информатики, но основные навыки алгоритмизации несомненно нужны. Существует множество языков и сред программирования. Каждый из них обладает своими недостатками и преимуществами

Если говорить о самых известных и используемых, то их можно разделить на графические (NXT-G, ROBOLAB, LabView) и текстовые, основанные на существующих языках программирования (RobotC, leJOS, NXC). Текстовые языки хороши для тех, кто уже владеет искусством программирования достаточно хорошо, да к тому же уже знает эти языки. Графические же хороши для обучения, поскольку позволяют наглядно отображать алгоритм работы программы. В то же время, сложность реализации таких графических сред программирования вносит досадные погрешности в их работу, да к тому же повышает требования к производительности компьютеров, где они будут исполняться.

Возрастных ограничений для изучения языков программирования ЛЕГО-роботов, как пока-зала практика, нет. Но не целесообразно учить текстовым языкам младших школьников, если у них нет основных навыков работы с алгоритмами. Поэтому самое оптимальное решение задач про-граммирования для 4-6 классов - это использование графической среды программирования.

Занятия робототехникой в какой-то мере способствуют и выбору будущей профессии. На определенном этапе ребенок понимает, что ему больше нравится - программировать или конструи-ровать - и он начинает заниматься этим более углубленно.

Таким образом, на занятиях по ЛЕГО-конструированию учащиеся встречаются с ключевыми понятиями информатики, прикладной математики, физики, знакомятся с процессами исследования, планирования и решения возникающих задач; получают навыки пошагового решения проблем, выработки и проверки гипотез, анализа неожиданных результатов.

Методики ЛЕГО разработаны так, чтобы учесть индивидуальные особенности и различия детей. На занятиях ребятам предлагаются темы, которые будят их интерес и основываются на имеющихся у них знаниях, задачи ставятся так, чтобы каждый учащийся нашел своё решение своим способом.

3. С чего начать

Планирование - основной принцип, если Вы хотите получить хороший результат. Исходной точкой должно быть продумывание и определение шагов, которые необходимо предпринять.

Построение проектного занятия по робототехнике должно содержать следующие этапы:

1 этап «Общечеловеческая задача»

2 этап Примеры из жизни

3 этап Формулировка задачи для детей и ее решение. Не забывайте, что любая задача с вовлечением в нее роботов состоит из двух разных, хотя и тесно связанных частей: аппаратной (робот непосредственно) и программной (программа).

Каждая из этих частей обусловливает другую, поэтому в нашем случае использования метода проб и ошибок нужно принимать во внимание обе части:

• Механическая задача

• Алгоритмическая задача

Рассмотрим самую простую задачу - «Въезд машины в гараж».

4. ЗАНЯТИЕ «КУРСЫ ДЛЯ ВОДИТЕЛЕЙ»

Любой из вас сталкивался или будет сталкиваться с этой задачей в жизни, независимо, ездите вы на машине или нет.

1 этап «Общечеловеческая задача»(рис. 1)

Рис.1

2 этап. Представьте, что вы сидите за рулем своего автомобиля, и вашей задачей является заехать в гараж, используя маневр заднего хода. Очень реалистично и доступно в этой задаче будут выполнены упражнения, используемые в автомобильном тренажере. (рис 2)

Рис.2Для того, чтобы ребята с легкостью понимали алгоритм движения робота, лучше всего привести пример из жизни, для этого есть масса других возможностей (видеофильм, анимационная презентация или флеш-графика и т.д.).

3 этап. На этапе формирования механической задачи, ребятам целесообразно рассказать о разных моделях роботов - стандартных и модифицированных (рис.3), так как стандартно мыслящих ребят не бывает. Поэтому большая часть работы над задачей или проектом отводится на реализацию своих конструкторских решений.

Стандартный робот Модифицированный робот

Рис.3

После предложенных механических задумок можно переходить к этапу формирования алгоритмической задачи. При этом очень важно выделить основные подзадачи:

• Придумать 3 варианта алгоритма решения задачи

• Построить блок-схемы

• Понять, как отладить программу за минимальное количество запусков роботов на поле

• Выбрать оптимальный алгоритм и запрограммировать его

Для того чтобы придумать варианты алгоритма, ребята должны ответить на вопросы:

В

С

Что умеет этот робот? (рис 4)

Робот

Мотор В

Мотор С

На моторах есть встроенные датчики угла оборота

Рис.4

• Какие команды робота можно использовать в алгоритме:

• Мотор вперед

• Мотор назад

• Остановить мотор

Гараж (финиш)

Старт

a

Ждать некоторого показания датчика угла поворота колеса

• Придумать оптимальный алгоритм для въезда робота в гараж задним ходом (рис.5):

• Проехать расстояние a прямо

• Повернуть на 90 градусов направо

• Задним ходом проехать расстояние b

Построение блок-схемы

Рис.5Прежде, чем начать комби-нировать блоки когда, составляющие программу, необходимо записать ее на нормальном языке, то есть запи-сать шаги, которые должен сделать робот для выполнения его миссии. Я на своих уроках предлагаю ребятам графически оформлять алгоритм задачи.

Блок-схема алгоритма (рис 6):

Обнуление датчика мотора B

a=…, b=,,,, rotB=,,,

Мотор B вперед

Мотор С вперед

Обнуление датчика мотора B

r2

r2

r2

Обнуление датчика мотора B

Мотор B вперед

Мотор С назад

Мотор B назад

Мотор С назад

да

да

да

нет

нет

Рис.6

Одной из основных особенностей робототехники является воплощение в «движение» задуманных проектов. Для реализации этой задачи в среде LEGO MINDSTORMS (компьютерная программа) составляются алгоритмы, выполняемые ЛЕГО - роботом. (Рис.7)

Параметры:

• Порты моторов (A, B или С)

Рис.7Направление их движения (или направление поворота)

• Мощность моторов

• Продолжительность (в оборотах, секундах или градусах)

Для нашей задачи программа на Mindstorms NXT выглядит так:(Рис.8)

Рис.8

Теперь можно протестировать робота и оценить результаты. Если они не будут соответствовать ожиданиям, то необходимо оценить, нужно ли вносить изменения в конструкцию робота или программу.

Рекомендация! Не делайте одновременно слишком много изменений, поскольку это затрудняет определение ошибочной ветки алгоритма. Если ваш робот после 3-х попыток не выполнил задачу, лучше вернуться к этапу построения алгоритма.

В качестве расширения данного проекта, возможно использование проекта «Парковка» (Первый шаг в робототехнику: практикум для 5-6 классов/Копосов Д. Г. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012.).

Использование проектных методик позволяет строить нашу работу на принципах проблемного и деятельностного подходов в образовании, личностно ориентированного обучения и коллективного взаимодействия.

Рассмотрим проектное занятие в рамках внеурочной деятельности «Роботы - помощники в повседневной жизни человека».

5. Занятие «Роботы - помощники в повседневной жизни человека»

Целью занятия является проектирование технического, программного решения идеи и ее реализации в виде функционирующей модели.

Работу по сборке роботов учащиеся выполняли на предыдущих уроках, и основной задачей на данном занятии является «оживление» моделей.

Ход занятия

Основной идеей разработки занятия являлась всем известная телевизионная программа «Школа ремонта».

Учитель: Сегодня у нас необычное занятие. Мы сегодня с вами участники проекта «Школа ремонта».

Какие эмоции у вас вызывает ремонт? (Ребята дают всевозможные ответы, которые, так или иначе, выражают их эмоции.)

Для большинства семей ремонт - болезненная, но необходимая процедура, и для многих это непосильная работа. Я точно знаю, что для многих из вас результат чаще всего зависит не от затраченных денег, а от вложенной души и фантазии, поэтому ремонт сегодня для нас будет не только искусством, но еще и наукой.

Для того чтобы облегчить нашу работу, чего мы всегда хотим?

Ученик: Чтобы за нас её кто-то сделал. (Ответы ребят)

Учитель: Конечно, чтоб за нас его кто-то или что-то частично помогли сделать ремонт. Попробуйте догадаться какая тема нашего занятия?

(Варианты ответов: «Роботы-ремонтники, роботы-помощники, роботы, которые делают за нас ремонт»).

Учитель: Для того чтобы облегчить ремонтные работы, мы с вами будем в роли инженеров-техников при создании роботов-помощников.

Какие помощники нам с вами нужны, чтобы облегчить ремонт?

Посмотрите на роботов, которых вы уже сделали на прошлом уроке, и скажите, каким видом деятельности будет заниматься ваш робот.

Ученики: Наши помощники будут пилить, красить стены, сверлить, и как же без помощников по уборке - пылесоса и мётел.

Учитель: Когда я сказала слово «РОБОТ», какие образы у вас рождаются в голове?

(Ребята приводят всевозможные образы реальных и нереальных героев сказок, мультфиль-мов и кино.)

Учитель: Понятие «робот» многогранно. Теперь каждая группа составит свое определение. На листочках бумаги у вас написаны слова и словосочетания. Соберите их по порядку, чтобы можно было составить понятие РОБОТ.

Что у вас получилось?

Ученики:

1. Робот - машина-автомат, моделирующая свойства и функции живых организмов и, в частности, имитирующая действия человека при перемещении в пространстве орудий и объектов труда.

2. Робот (чеш. robot, от robota - подневольный труд, rob - раб), машина с антропоморфным (человекоподобным) поведением, которая частично или полностью выполняет функции человека (иногда животного) при взаимодействии с окружающим миром.

3. Робот - электронно-механическое устройство: - способное к целесообразному поведению в условиях изменяющейся внешней обстановки; - выполняющее рабочие операции со сложными пространственными перемещениями.

4. Робот (от чешск. robota) - электромеханическое, пневматическое, гидравлическое устройство или их комбинация, предназначенное для замены человека в промышленности, опасных средах и др.

5. Робот - машина (точнее - "автомат"), поведение которой выглядит разумным.

Учитель: Замечательно, все полученные вами определения соответствуют понятию робот.

Замечание: Дальше на протяжении всего занятия ребята получают дополнительную информацию из разных источников. На этапе разработки роботов -помощников учащиеся уже знакомы с основными понятиями робототехники, в том числе с разными видами механизмов.

Как правило, ученики с удовольствием занимаются сборкой конструкций.

Успешность конструирования зависит от уровня развития мышления и восприятия ребенка. Для того чтобы построить конструкцию, нужно уметь обследовать объект, разделить его на составные части - детали, оценить их размер, пространственное расположение, заменить одни детали другими в случае необходимости. Также для успешности конструирования нужно уметь представлять будущий предмет в целом - со всех сторон, спереди, сбоку; особенно представить невидимые детали.

Учитель: А скажите мне, о каких помощниках вы мечтаете? (Ответы учеников)

Вы хотите ему напоминать, что он должен делать? (Ответы учеников)

Вы хотите, чтоб он был самостоятельным? (Ответы учеников)

Значит, вы хотите, чтобы наши роботы-помощники походили на нас. (рис. 1)

Учитель: У человека есть органы чувств, мозг и сердце.

У робота есть программа, аккумуляторы, датчики: поставьте соответствия.

Программа

Аккумуляторы

Датчики

Рис.1

Порты для подключения датчиков 1, 2, 3, 4

Порты для подключения двигатели A, B, C

Рис.2

Молодцы, вы справились с заданием. Какой вывод мы можем сделать?

Ученик: Наш робот не будет «живым» - без сердца, которому соответствует элемент питания, без органов чувств, которым соответствуют датчики, и без мозга, который соответствует программе.

Учитель: Наша задача теперь - дать нашим помощникам жизнь.

Что же является питанием или сердцем робота?

Обратите внимание на программируемый блок РИСУНОК NXT (рис. 2)

• К нему подключаются двигатели (порты A, B, C) и датчики (1, 2, 3, 4)

• Соединяется с компьютером через USB порт

• Содержит в себе управляющую роботом программу

Органы чувств для наших помощников - это ДАТЧИКИ (рис.3)

Рис.3

Учитель: Следующим этапом для реализации нашего проекта является программа, которая является «мозгом» для наших помощников.

Напишите мне в тетради алгоритм действий для каждого из помощников. Способ записи выберете сами (словесный или графический).

(Ребятам дается 5 мин. на написание алгоритма.)

Чтобы написать программу для наших помощников, воспользуемся программой Mindstorms NXT. Опишите свои алгоритмы с помощью блоков, встроенных в программу.

(Каждая группа учащихся комментирует работу программы.)

Учитель: Расскажите по программе, какую функцию выполняет каждый блок.

Ученик: Для робота - МАЛЯР программа выглядит так (рис.4):

Робот ждет действия по нажатию датчика касания. Как только нажали на кнопку, робот начинает производить действие, напоминающее движение маляра при покраске стен. Потом он передвигается на другое место и снова выполняет движение покраски.

Учитель: Совершенно верно. Тестируйте своего «помощника».

Рис.4

Учитель: Другая группа, расскажите по программе, какие функции выполняет ваш робот.

Ученики: Для робота - ПИЛА программа у нас получилась такая (рис. 5):

В этой программе по нажатию кнопки датчика касания выполняется простое движение ПИЛЫ. И по нажатию кнопки датчика касания происходит остановка движения. Если не нажать, то наш робот будет пилить без остановки, пока не разрядятся аккумуляторы.

Учитель: Совершенно верно. Тестируйте и вы своего «помощника».

Рис.5

Учитель: Обратите внимание на работу этой группы ребят.

Прокомментируйте функции работы каждого вашего блока.

Ученики: Для нашего «помощника» мы использовали датчики звука и датчик расстояния. Каждый датчик выполняет свою функцию. Наш робот выполняет уборку после ремонта. Здесь после запуска программы датчик звука ожидает действия. После хлопка происходит действие, напоминающее действия дворника, который метет территорию. И так как наш робот «метет» везде, то ему необходимо объезжать мебель, углы и разные другие препятствия. Поэтому ориентация его в помещении происходит по датчику расстояния. Для робота - МЕТЛА программа у нас получилась такая (рис.6):

Рис.6

Учитель: У нас осталась еще одна группа, которая хочет продемонстрировать результат программы для робота - ЩЕТКА (пылесос) (рис. 7):

Ученики: У нас очень полезный «помощник» в ремонте, это робот-пылесос. Он делает уборку разного рода мусора, объезжая препятствия используя функции датчика расстояния.

Рис.7

Учитель: Совершенно верно. Тестируйте и вы своего «помощника».

Итак, для помощи в ремонте вашего дома наши роботы-помощники готовы. Теперь про-тестируйте, если нужно, внесите изменения. Включите и посмотрите, как каждый из них работает.

(Учащиеся тестируют роботов, вносят изменения, если требуется.)

Учитель: Я вам даю минуту, чтобы продемонстрировать своих помощников, вы можете дать название своему помощнику и продемонстрировать его работу, расскажите о перспективе развития и модернизации ваших роботов.

Заключение.

Учитывая все особенности работы, можно с уверенностью отметить, что при разработке и отладке проектов учащиеся делятся опытом друг с другом, что очень эффективно влияет на развитие познавательных, творческих навыков, а также самостоятельность ребят.

И, что немаловажно, - умение согласовывать свои действия с окружающими, т.е. работать в команде.

6. LEGO - соревнования

С развитием робототехники стало популярным участие в соревнованиях роботов, где каждое учебное учреждение выставляет свои команды.

В России соревнования по робототехнике стали проводиться примерно с 2000 года. Сначала проходят соревнования в регионах, затем в Москве (МСР - Московские Соревнования Роботов). Финалисты Московского этапа едут в другие страны для участия в соревнованиях на мировом уровне - WRO (World Robot Olympiad - Всемирная Олимпиада Роботов).

Правила проведения соревнований для конструкций из лего продолжают изменяться и совершенствоваться каждый год. Появляются новые виды соревнований и новые конструкторы, которые не учтены в предыдущих конкурсах. Поэтому всегда в методической копилке должны быть собраны общие положения для проведения мероприятия с лего-конструкциями в школе.

Целями и задачами при подготовке к мероприятию являются:

• предоставить возможность детям проявить себя в деятельности по пространственному конструированию, моделированию и автоматическому управлению;

• дать возможность ребятам поделиться своими знаниями, навыками и опытом с друзьями и родителями;

• повысить мотивацию детей к дальнейшему изучению области конструирования и программирования роботов;

• в ходе выполнения проекта-задания при подготовке к состязаниям отработать систему межпредметного взаимодействия и межпредметных связей информатики, технологии, математики и физики;

• продемонстрировать возможность быстрого овладения предлагаемым инструментарием участниками разной начальной подготовки.

Правила соревнований:

• Робот должен быть безопасным для игры и работы.

• Робот должен быть крепким по конструкции и не разваливаться в процессе соревнований. Ремонт и изменение программы робота возможны только в перерывах между турами или раундами.

• Робот не должен портить трассу и оборудование предназначенное для соревнования.

• Участники разбиваются по возрастным категориям.

• Робот должен соответствовать параметрам, предъявляемым к данному виду соревнований. Конструкция робота оговаривается для каждого вида соревнований заранее.

• После старта робот должен работать в автономном режиме, без дополнительного управления.

• Для каждого вида соревнований участникам предоставляются равные условия и оборудование. Замеры проводятся едиными или сверенными инструментами.

Положения для каждого вида соревнований можно посмотреть на сайте wroboto.ru.

Каждые соревнования заранее публикуют более точные правила и предъявляют свои требования к условиям проведения и самому роботу.

2. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЛЕГО-ТЕХНОЛОГИЙ В СЛАДКОВСКОЙ СОШ С. СЛАДКОВО ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ

1. РОБОТОТЕХНИКА ВО ВНЕУРОЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ МЛАДШИХ ШКОЛЬНИКОВ

Цуканова Татьяна Владимировна, учитель начальных классов МАОУ Сладковская СОШ с. Сладково Тюменской области

Новые ФГОС предусматривают появление внеурочной деятельности в учебном плане школы. В основе реализации основной образовательной программы лежит системно-деятельностный подход, который предполагает «воспитание и развитие качеств личности, отвечающих требованиям информационного общества, инновационной экономики».

Разработанная образовательным учреждением основная образовательная программа начального общего образования предусматривает:

• организацию интеллектуальных и творческих соревнований, научно-технического творчества и проектно-исследовательской деятельности;

• использование в образовательном процессе современных образовательных технологий деятельностного типа.

Таким образом, одним из направлений внеурочной деятельности должна стать техническая, проектно-исследовательская.

Как сделать так, чтобы техническое творчество стало для детей действительно деятельностным, развивающим, современным и интересным, - такая проблема встала перед учителями и воспитателями нашей начальной школы.

Реализовать эту задачу мы решили через использование в своей педагогической деятельности идей лего-педагогики, через развитие робототехники на базе конструктора Перворобот LEGO®WeDo™ (LEGO Education WeDo).

В 1990-е гг. в зарубежной педагогической системе сформировалось особое направление - «Лего-педагогика», связанное с новой философией обучения - конструкционизмом. Ее автор, С. Пейперт (S.Papert), указывал, что средством создания нового знания могут служить конструктор Лего, компьютерные программы или даже песочные замки, если субъект обучения действительно вовлечен в работу с ними. Конструктор Лего идеально «вписывался» в качестве средства обучения в философию конструкционизма и начал активно занимать свою нишу в системе образования.

В российских образовательных программах робототехника приобретает все большее значение. На сегодняшний день такие регионы, как Челябинская область, Красноярский край, Москва, Санкт-Петербург, являются показательными по уровню развития образовательной робототехники в школе. За сравнительно небольшое время комплекты Лего-конструкторов обрели широкую популярность у детей и учителей, поскольку их использование позволяет сочетать активную познавательную деятельность с игровыми моментами. Сегодня уже с младших классов дети изучают робототехнику, играя с конструкторами ЛЕГО, участвуя в соревнованиях.

В 2011-2012 учебном году стартовала инновационная площадка по развитию робототехники и в нашей школе. Ещё не прошло и года, а нами уже получены положительные результаты в этом направлении. В данной работе мы представляем свой опыт по внедрению робототехники во внеурочную деятельность младших школьников через использование конструктора ПервороботLEGO®WeDo™ (LEGO Education WeDo).

Какие же способы, методы и приёмы деятельности позволяет использовать нам эта «умная игрушка»?

Работая с этим конструктором индивидуально, парами или в командах, учащиеся 7 - 11 лет могут учиться, создавая и программируя модели, проводя исследования, составляя отчёты и обсуждая идеи, возникающие во время работы с этими моделями.

Комплект заданий WeDo позволяет учащимся работать в качестве юных исследователей, инженеров, математиков и даже писателей, предоставляя им инструкции, инструментарий и задания для межпредметных проектов.

Учащиеся собирают и программируют действующие модели, а затем используют их для выполнения задач, по сути являющихся упражнениями из курсов естественных наук, технологии, математики, развития речи.

Конструктор позволяет строить модели машин и животных, программировать действия («поведение») изделия.

Комплект заданий WeDo предоставляет учителям средства для достижения целого комплекса образовательных целей:

• Развитие творческого мышления при создании действующих моделей.

• Развитие словарного запаса и навыков общения при объяснении работы модели.

• Установление причинно-следственных связей.

• Анализ результатов и поиск новых решений.

• Коллективная выработка идей, упорство при реализации некоторых из них.

• Экспериментальное исследование, оценка (измерение) влияния отдельных факторов.

• Проведение систематических наблюдений и измерений.

• Использование таблиц для отображения и анализа данных.

• Построение трехмерных моделей по двухмерным чертежам.

• Логическое мышление и программирование заданного поведения модели.

• Написание и воспроизведение сценария с использованием модели для наглядности и драматургического эффекта.

Мы видим, как все эти цели тесно перекликаются с основными требованиями новых ФГОС, направленных на развитие личности обучающихся на основе освоения универсальных учебных действий, познания и освоения мира.

Формой внедрения нового для нас направления - робототехники - мы выбрали кружковую деятельность на основе добровольного участия детей. Свой кружок мы назвали «Юный конструктор». На основе «Книги для учителя», предлагаемой авторами конструктора, и его программного обеспечения мы разработали свою Рабочую программу кружка (см. Приложение).

При составлении Программы мы учитывали, что первоначальное освоение лего-конструкторов требует наличия для детей готовых шаблонов. Такими шаблонами конструктора стали технологи-ческие карты, заложенные авторами в программное обеспечение, сопровождающее конструктор.

При отсутствии у многих детей практического опыта необходим первый этап обучения, на котором происходит знакомство с различными видами соединения деталей, вырабатывается умение читать технологические карты и взаимодействовать друг с другом в единой команде. В дальнейшем, однако, учащиеся могут отклоняться от инструкций, «включая» собственную фантазию, которая позволит им создавать совершенно новые модели. Недостаток знаний для изготовления собственной модели при этом компенсируется возрастающей активностью и любознательностью учащегося, что выводит занятия на новый продуктивный уровень.

Для организации занятий кружка нами использовались методические рекомендации «Книги для учителя» (ПервоРобот LEGO ® WeDo™ Книга для учителя - электронный вариант).

Дети работали в парах за ученическими партами. Каждая пара имела свой пронумерованный конструктор. Рабочее место оборудовано специальной коробочкой-контейнером для пересчёта деталей конструктора.

Рабочее место учителя оснащено компьютером с установленной программой ПервоРобот LEGO ® WeDo ™, электрифицированной доской для демонстрации и проектором.

Первое занятие посвятили знакомству с конструктором и его программным обеспечением. Дети с удовольствием пересчитывали детали конструктора, запоминали их названия, учились находить их изображения на картонных картах-перечнях. Учитель демонстрировал детали на доске, используя авторскую презентацию «Перечень элементов LEGO® 9580», разработанную на основе материалов раздела Книги для учителя (см. Приложение).

В дальнейшем использование терминологии, заложенной в программе Конструктора, стало обязательным условием при проговаривании всех действий, планировании и рефлексии деятельности, представлении и защите своих проектов.

Вторую часть занятий с конструктором мы запланировали как подготовительную к конструированию и программированию моделей Комплекта заданий и назвали её «Первые шаги». Цель этого раздела программы: познакомить учащихся с основами построения механизмов и программирования.

На этом этапе дети осваивали основные механизмы процесса передачи движения и преоб-разования энергии в машине, включая рычаги, зубчатые и ременные передачи. Знакомились с бо-лее сложными типами движения, использующими кулачок, червячное и коронное зубчатые колеса. Наблюдали зависимость повышения и понижения скорости движения, направления вращения. Осваивали программное обеспечение Конструктора: упражнялись в составлении и модификации программ, учились управлять механизмами с помощью составленных программ. Конструировали механизмы движения, программировали их работу, испытывали модели в действии, эксперименти-ровали, исследовали и делали выводы. С этой целью использовали раздел программного обеспече-ния программы LEGO EducationWeDo «Первые шаги».

Освоение механизмов движения и их программирование осуществлялось в следующей последовательности:

• Первые шаги.

О сборке и программировании.

• Первые шаги 1-3.

Мотор и зубчатые колёса.

• Первые шаги 4-6.

Повышающие и понижающие зубчатые передачи. Датчик наклона.

• Первые шаги 7-10.

Шкивы.

• Первые шаги 11 и 15.

Датчик расстояния и датчик наклона.

• Первые шаги 12, 13 и 14.

Коронное зубчатое колёсо, червячное колесо, кулачок.

• Первые шаги 16-20.

Цикл, Прибавить к Экрану, Вычесть из Экрана, Начать при получении письма, Маркировка.

При построении занятий использовался метод исследований и эксперимента. После конструирования моделей обязательным этапом являлся этап обсуждения, проговаривания механизма движения, развития механизма сборки и программирования, исследования и умозаключений. Дети учились пользоваться принятой терминологией, объяснять свои действия и работу моделей. Методическим ориентиром построения проблемного диалога на занятиях кружка стали «Рекомендации учителю» из Книги для учителя.

Третий, основной раздел программы кружка, конструирование моделей конструктора на основе изученных механизмов движения. Комплект включает 12 заданий - 12 моделей. В каждом задании учащиеся занимаются технологией, сборкой и программированием. Все задания снабжены анимацией и пошаговыми сборочными инструкциями.

На этом этапе работы с Конструктором мы оборудовали рабочие места детей ноутбуками для индивидуальной работы по сборке моделей. Теперь каждая пара детей могла работать в своём темпе, опираясь на технологические карты по сборке, листая программу компьютера.

Работа с каждой из 12-ти моделей LEGO® Education теперь состояла из 4 этапов: Установление взаимосвязей, Конструирование, Рефлексия и Развитие.

Установление взаимосвязей

При установлении взаимосвязей учащиеся как бы «накладывали» новые знания на те, которыми они уже обладают, расширяя, таким образом, свои познания. К каждому из заданий комплекта в программе Конструктора прилагается анимированная презентация с участием фигурок героев - Маши и Макса. Мы использовали эти анимации, чтобы проиллюстрировать занятие, заинтересовать учеников, побудить их к обсуждению темы занятия.

Конструирование

Учебный материал лучше всего усваивается тогда, когда мозг и руки «работают вместе». Работу с конструктором ПервороботLEGO®WeDo™ мы строили на принципе практического обучения: сначала обдумывание, а затем создание моделей, используя пошаговые инструкции.

Рефлексия

На этапе «Рефлексия» учащиеся исследовали, какое влияние на поведение модели оказывает изменение ее конструкции: они заменяли детали, проводили расчеты, измерения, создавали отчеты, проводили презентации своих моделей. На этом этапе вновь использовали приём проговаривания устройства механизма движения действующей модели. Дети учились объяснять, как работает их конструкция, что приводит её в движение.

Развитие

В этап «Развитие» для каждого занятия включали идеи по созданию и программированию моделей с более сложным поведением. Ребята пытались создавать свои программы, демонстрировали свои проекты друг другу.

Условия формирования опыта.

Наш опыт формировался как инновационный, т. к. в школах района ранее не применялась технология образовательной робототехники. В своей деятельности мы опирались на методическую поддержку РКЦ г. Челябинска, пройдя на его базе обучение по курсу «Образовательная робото-техника». Являемся участниками Сетевого сообщества Лего-педагогов Сладковского района , зарегистрированы на сайте РКЦ г. Челябинска http//do.rkc-74.ru/

Рабочая программа разработана для учащихся 7 - 11 лет, рассчитана на 1 год обучения и представлена в двух вариантах:

• 64 часа (2 часа в неделю)

• 34 часа (1 час в неделю)

Для осуществления Программы имеем оборудование:

• Конструктор ПервоРобот LEGO® WeDo™ (LEGOEducationWeDo). - 10 комплектов + 4 добавочных комплекта;

• Программное обеспечение LEGO ® EducationWeDo™;

• Ноутбуки для индивидуальной работы;

• Рабочее место учителя оснащено компьютером с установленной программой ПервоРобот LEGO ® WeDo ™, электрифицированной доской для демонстрации и проектором.

Границы применения опыта

Опыт применялся и распространялся в рамках района и за его пределами. Представлен на методических объединениях учителей и руководителей школ района, на совещаниях глав сельских администраций района и области, на муниципальных советах глав района. Применялся при обучении учителей Казанского района освоению работы с Конструктором ПервоРобот LEGO® WeDo™. Защищался на школьной научно-практической конференции «Шаг в будущее».

Результаты деятельности

Занятия конструированием, программированием, исследованиями, а также общение в процессе работы с конструктором ПервороботLEGO®WeDo™ способствовали развитию наших учащихся, позволили во многом реализовать задачи новых образовательных стандартов во внеучебной деятельности младших школьников нашей школы.

Интегрирование различных школьных предметов во внеурочном курсе ЛЕГО открыли возможности для реализации новых образовательных концепций, овладения новыми навыками расширения круга интересов.

Ожидаемые результаты оправдались:

1. Ребята изучили и освоили процессы передачи движения и преобразования энергии в модели.

2. Научились создавать и программировать модели с целью демонстрации знаний и умения работать с цифровыми инструментами и технологическими схемами; модифицировать поведение модели за счёт изменения её конструкции.

3. Научились создавать и представлять свои технические проекты лего-моделей Конструктора с использованием соответствующего словаря.

Ребята - участники нашего кружка - стали активными членами школьного научного общества. Приняли участие в школьной научно-практической конференции «Шаг в будущее», где заняли 1-е место, защищая свой коллективный проект.

Подготовили и провели 8 тематических выставок-презентаций для школьников и родителей, где демонстрировали свои творческие проекты.

Приняли участие в организации курсов по внедрению технологий робототехники для учителей Казанского района, рекламируя опыт своей деятельности.

Неоднократно представляли свою работу перед учителями и руководителями района. На занятиях кружка часто присутствовали гости, желающие перенять наш опыт. Участвовали в работе районных методических семинаров, выступали на совещаниях глав сельских администраций района и области, на муниципальных советах глав района.

Занятия детьми робототехникой и результаты нашей деятельности всегда получали высокую оценку со стороны слушателей.

Обобщая свой опыт внедрения технологии образовательной робототехники, мы предлагаем авторскую разработку Программы кружка «Юный конструктор» с использованием 9580 Конструктора ПервоРобот LEGO® WeDo™ (LEGO Education WeDo Construction Set). Используя этот конструктор, ученики строят лего-модели, подключают их к ЛЕГО- коммутатору и управляют ими посредством компьютерных программ.

Ниже прилагается авторская разработка одного из занятий кружка как пример организации деятельности ребят в рамках осуществления Программы, а также в приложении 2 представлен детский коллективный исследовательский проект «ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИЗМОВ ДВИЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ КОНСТРУКТОРА ПервоРобот LEGO WeDо». Обобщение опыта сопровождается презентацией, в которой наглядно представлены его основные аспекты.

Литература и оборудование

1. ПервоРобот LEGO ® WeDo ™ Книга для учителя - электронный вариант

2. Конструктор ПервоРобот LEGO® WeDo™ (LEGO Education WeDo)

3. Программное обеспечение LEGO ® EducationWeDo ™

4. Интернет-сайт РКЦ г. Челябинска http//do.rkc-74.ru/, Сетевое сообщество Лего-педагогов Сладковского района

2. РАБОЧАЯ (МОДИФИЦИРОВАННАЯ) ПРОГРАММА КРУЖКА ЛЕГО-КОНСТРУИРОВАНИЯ «ЮНЫЙ КОНСТРУКТОР» ДЛЯ 2 КЛАССА НАЧАЛЬНОГО ОБЩЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

Пояснительная записка

Занятия конструированием, программированием, исследованиями, написание отчётов, а также общение в процессе работы способствуют разностороннему развитию учащихся. Интегрирование различных школьных предметов в учебном курсе ЛЕГО открывает новые возможности для реализации новых образовательных концепций, овладения новыми навыками и расширения круга интересов.

Программа кружка «Юный конструктор» составлена на основе книги для учителя по работе с конструктором Перворобот LEGO® WeDo™ (LEGO Education WeDo) с использованием 9580 Конструктора ПервоРобот LEGO® WeDo™ (LEGO Education WeDo Construction Set). Используя этот конструктор, ученики строят Лего-модели, подключают их к ЛЕГО- коммутатору и управляют ими посредством компьютерных программ. В набор входят 158 элементов, включая USB ЛЕГО-коммутатор, мотор, датчик наклона и датчик расстояния, позволяющие сделать модель более маневренной и «умной».

Работая индивидуально, парами или в командах, учащиеся любых возрастов могут учиться, создавая и программируя модели, проводя исследования, составляя отчёты и обсуждая идеи, возникающие во время работы с этими моделями.

Программа рассчитана для учащихся начальной школы 2-го класса. В программе представ-лены два варианта планирования материала: на 34 часа из расчёта 1 час в неделю и на 64 часа из расчёта 2 часа в неделю.

Комплект заданий WeDo позволяет учащимся работать в качестве юных исследователей,

инженеров, математиков и даже писателей, предоставляя им инструкции, инструментарий и задания для межпредметных проектов.

Учащиеся собирают и программируют действующие модели, а затем используют их для выполнения задач, по сути являющихся упражнениями из курсов естественных наук, технологии, математики, развития речи.

Комплект заданий WeDo предоставляет учителям средства для достижения целого комплекса образовательных целей:

• Творческое мышление при создании действующих моделей.

• Развитие словарного запаса и навыков общения при объяснении работы модели.

• Установление причинно-следственных связей.

• Анализ результатов и поиск новых решений.

• Коллективная выработка идей, упорство при реализации некоторых из них.

• Экспериментальное исследование, оценка (измерение) влияния отдельных факторов.

• Проведение систематических наблюдений и измерений.

• Использование таблиц для отображения и анализа данных.

• Построение трехмерных моделей по двухмерным чертежам.

• Логическое мышление и программирование заданного поведения модели.

• Написание и воспроизведение сценария с использованием модели для наглядности и

драматургического эффекта.

Комплект содержит 12 заданий. Эти материалы можно загрузить в компьютер и использовать совместно с программным обеспечением WeDo. Все задания снабжены анимацией и пошаговыми сборочными инструкциями.

Все 12 заданий разбиты на четыре раздела, по три задания в каждом. В каждом разделе учащиеся занимаются технологией, сборкой и программированием, а также упражняются во всех четырех предметных областях. Однако каждый раздел имеет свою основную предметную область, на которой фокусируется деятельность учащихся.

• Забавные механизмы. В разделе «Забавные механизмы» основной предметной областью является физика.

• Звери. В разделе «Звери» основной предметной областью является технология, понимание того, что система должна реагировать на свое окружение.

• Футбол. Раздел Футбол сфокусирован на математике.

• Приключения. Раздел «Приключения» сфокусирован на развитии речи, модель используется для драматургического эффекта.

Основные учебные цели

Естественные науки

Изучение процесса передачи движения и преобразования энергии в машине. Идентификация простых механизмов, работающих в модели, включая рычаги, зубчатые и ременные передачи. Ознакомление с более сложными типами движения, использующими кулачок, червячное и коронное зубчатые колеса. Понимание того, что трение влияет на движение модели.

Технология. Проектирование

Создание и программирование действующих моделей. Использование программного обеспечения для обработки информации. Демонстрация умения работать с цифровыми инструментами и технологическими системами.

Технология. Реализация проекта

Сборка, программирование и испытание моделей. Изменение поведения модели путём модификации её конструкции или посредством обратной связи при помощи датчиков. Организация мозговых штурмов для поиска новых решений. Обучение принципам совместной работы и обмена идеями.

Математика

Связь между диаметром и скоростью вращения. Использование чисел для задания звуков и для задания продолжительности работы мотора. Установление взаимосвязи между расстоянием до объекта и показанием датчика расстояния. Установление взаимосвязи между положением модели и показаниями датчика наклона. Использование чисел при измерениях и при оценке качественных

параметров.

Развитие речи

Общение в устной или в письменной форме с использованием специальных терминов. Подготовка и проведение демонстрации модели.

Обучение с LEGO® Education ВСЕГДА состоит из 4 этапов: Установление взаимосвязей, Конструирование, Рефлексия и Развитие.

В разделе «Первые шаги» представлены основные приемы сборки и программирования. Этот раздел можно использовать как справочный материал при работе с Комплектом заданий.

Для организации занятий в программе представлены два способа подачи материала:

• Способ A (ПЛАНИРОВАНИЕ НА 64 ЧАСА): Сначала «Первые шаги», затем задание Комплекта Предварительное знакомство с основными идеями построения и программирования моделей помогает учащимся освоиться с конструктором и программным обеспечением. Затем можно переходить к выполнению задания Комплекта. Программа рассчитана на 64 часа (2 часа в неделю).

Структура занятий согласно этого способа построения имеет следующий вид:

• Способ B: сосредоточиться на заданиях Комплекта при планировании занятий на 34 часа (1 час в неделю).

Структура занятий согласно этого способа построения рассчитана на 3 года обучения и имеет следующий вид:

Во 2 классе программа предусматривает:

• Знакомство с деталями конструктора и организацию работы с ним.

• Просмотр фильмов этапа «Установление взаимосвязей» и обсуждение вопросов.

• Знакомство учащихся с основами построения механизмов в разделе «Первые шаги» для конструирования выбранной модели.

• Конструирование моделей раздела Комплекта заданий, следуя пошаговым инструкциям.

• Создание компьютерной программы движения модели.

• Испытание модели и программы к ней.

• Рефлексия действий.

• Создание проектов и защита их.

• Развитие проектов. Экспериментирование и исследование сконструированных моделей и механизмов, преобразование и исследование собранных конструкций, создание и программирование собственных моделей, проведение исследований, составление отчётов и обсуждение идей, возникающих во время работы с этими моделями.

• Организация выставок проектов и моделей.

Ожидаемые результаты

Естественные науки

В результате деятельности к концу первого года занятий с конструктором ребята усвоят процессы передачи движения и преобразования энергии в машине. Научатся различать и использовать при сборке простые механизмы, работающие в модели, включая рычаги, зубчатые и ременные передачи, кулачок, червячное и коронное зубчатые колеса. Научатся понимать и обсуждать критерии испытаний.

Технология. Проектирование

В результате деятельности к концу первого года занятий с конструктором ребята смогут создавать и программировать действующие модели, пользуясь технологическими картами, проектировать и создавать свои конструкции.

Научатся использовать программное обеспечение для обработки информации. Получат навык

умения работать с цифровыми инструментами и технологическими системами. Смогут отражать свои исследования в таблицах.

Технология. Реализация проекта

Научатся самостоятельно собирать, программировать и испытывать модели, изменять поведение модели путём модификации её конструкции или посредством обратной связи при помощи датчиков. Смогут предлагать новые решения и обмениваться идеями, соблюдая принципы совместной работы.

Математика

Усвоят связь между диаметром и скоростью вращения. Научатся использовать числа для задания звуков и для задания продолжительности работы мотора, использовать числа при измерениях и при оценке качественных параметров.

Развитие речи

Научатся общению в устной или в письменной форме с использованием специальных терминов. Получат навыки в подготовке и проведении демонстрации модели и коллективного проекта.

К программе прилагается перечень ЗУН по каждой образовательной области и варианты Календарно-тематического планирования из расчёта 2 часа в неделю и 1 час в неделю.

Литература и оборудование

1. ПервоРобот LEGO ® WeDo ™ Книга для учителя - электронный вариант

2. Конструктор Перворобот LEGO® WeDo™ (LEGO Education WeDo).

3. Программное обеспечение LEGO ® Education WeDo ™

2.2.3. КАЛЕНДАРНО-ТЕМАТИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ ИЗ РАСЧЁТА 2 ЧАСА В НЕДЕЛЮ

Раздел программы

№ п/п

Тема занятий

Изучаемые основы построения механизмов и программ.

Коли-чест-во часов

Сро-ки

Первые шаги. Знакомство с механиз-мами.

1 - 2.

Введение. Знакомство с конструктором и правилами работы с ним. Программное обеспечение.

Перечень элементов LEGO ® 9580

1

3.

4.

Мотор и ось. Зубчатые колёса.

Что делает мотор. Равномерная зубчатая передача движения. Промежуточное зубчатое колесо. Понижающая и повышающая зубчатая передача. Блоки «Начало», «Мотор по часовой стрелке», «Мотор против часовой стрелки», «Включить мотор на…»

3

5.

6.

Датчик наклона. Датчик расстояния.

Как работает датчик наклона. Блоки «Фон экрана», «Ждать», «Экран». Изменение вида наклона и фона экрана.

2

7.

8.

Шкивы и ремни.

Ременная передача движения. Перекрестная ременная передача. Снижение скорости. Повышение скорости.

Блоки «Мощность мотора», «Звук», «Выключить мотор». Смена звуков и мощности мотора.

2

9.

10.

Коронное зубчатое колесо.

Червячная зубчатая передача

Передача движения под углом. Вход Датчик звука.

Коробка передач. Червячное колесо.Блок «Начать нажатием клавиши». Изменение клавиши запуска.

2

11.

12.

Кулачок. Рычаг.

Колебательное движение. Вход Случайное число - случайная смена скорости движения Блок «Цикл».

Рычаг для смены положения датчика наклона.

2

Первые шаги. Знакомство с механиз-мами.

13.

Блок «Цикл»

Работа блока «Цикл» со входом и без него.

Испытание блока «Цикл» на изученных механизмах. Создаём свои модели и программы.

1

14.

15.

Блоки «Прибавить к экрану» и «Вычесть из экрана»

Отсчёт. Изменение отсчёта. Где можно применить программу счёта.

2

16.

Блок «Начать при получении письма»

Блоки «Отправить сообщение», «Начать при получении письма». Реализация собственных идей.

1

Раздел программы

№ п/п

Тема занятий

Изучаемые основы построения механизмов и программ.

Коли-чество часов

Сро-ки

Забавные механизмы. Фокус: естественные науки

1 -5

«Танцующие птицы». Первые шаги 7, 8, 9, 10

Защита проектов.

7. Шкивы и ремни

8. Перекрестная ременная передача

9. Снижение скорости

10. Увеличение скорости

5

6 - 9

«Умная вертушка». Первые шаги 4, 5

Защита проектов.

4. Понижающая зубчатая передача

5. Повышающая зубчатая передача

4

10 - 13

Обезьянка-барабанщица. Первые шаги 14, 15

Защита проектов.

14. Кулачок

15. Рычаг

4

14-15

Подготовка к выставке работ.

Представление проектов на выставке.

2

Звери Фокус: технология

16 - 18

Голодный аллигатор. Первые шаги 10

10. Увеличение скорости

3

19 - 21

Рычащий лев. Первые шаги 12.

12. Коронное зубчатое колесо

3

22 - 24

Порхающая птица. Первые шаги 15

15. Рычаг

3

25-26

Подготовка к выставке работ.

Представление проектов на выставке.

2

Футбол Фокус: математика

27 - 29

Нападающий. Первые шаги 15

15. Рычаг

3

30 - 32

Вратарь. Первые шаги 16.

16. Блок «Цикл»

3

33 - 35

Ликующие болельщики. Первые шаги 14.

14. Кулачок

3

36 - 37

Подготовка к выставке работ.

Представление проектов на выставке.

2

Приключения

Фокус: развитие речи

38 - 40

Спасение самолёта. Первые шаги 6.

6. Датчик наклона

3

41 - 43

Спасение от великана. Первые шаги 13.

13. Червячная зубчатая передача

3

44 - 46

Непотопляемый парусник. Первые шаги 15.

15. Рычаг

3

47 - 48

Подготовка к выставке работ.

Представление проектов на выставке.

2

Всего 64 часа

4. КАЛЕНДАРНО-ТЕМАТИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ ИЗ РАСЧЁТА 1 ЧАС В НЕДЕЛЮ

Раздел программы

№ п/п

Тема занятий

Изучаемые основы построения механизмов и программ.

Коли-чество часов

Сро-ки

Забавные механизмы. Фокус: естественные науки

1

Введение. Знакомство с конструктором и правилами работы с ним.

Перечень элементов LEGO ® 9580

1

2 -5

«Танцующие птицы». Первые шаги 7, 8, 9, 10

7. Шкивы и ремни

8. Перекрестная ременная передача

9. Снижение скорости

10. Увеличение скорости

4

6 - 9

«Умная вертушка». Первые шаги 4, 5

4. Понижающая зубчатая передача

5. Повышающая зубчатая передача

4

10 - 13

Обезьянка-барабанщица. Первые шаги 14, 15

14. Кулачок

15. Рычаг

4

Звери Фокус: технология

14 - 16

Голодный аллигатор. Первые шаги 10

10. Увеличение скорости

3

17 - 19

Рычащий лев. Первые шаги 12.

12. Коронное зубчатое колесо

3

20 - 22

Порхающая птица. Первые шаги 15

15. Рычаг

3

Футбол Фокус: математика

23 - 24

Нападающий. Первые шаги 15

15. Рычаг

2

25 - 26

Вратарь. Первые шаги 16.

16. Блок «Цикл»

2

27 - 28

Ликующие болельщики. Первые шаги 14.

14. Кулачок

2

Приключе-ния

Фокус: развитие речи

29 - 30

Спасение самолёта. Первые шаги 6.

6. Датчик наклона

2

31 - 32

Спасение от великана. Первые шаги 13.

13. Червячная зубчатая передача

2

33 - 34

Непотопляемый парусник. Первые шаги 15.

15. Рычаг

2

Всего 34 часа

4. КОНСПЕКТ ЗАНЯТИЯ КРУЖКА РОБОТОТЕХНИКИ ВО 2 КЛАССЕ «ЮНЫЙ КОНСТРУКТОР»

Тема: Первые шаги. Шкивы и ремни.

Учебные цели:

Естественные Науки

Изучение процесса передачи движения и преобразования энергии в модели. Знакомство с системой шкивов и ремней (ременных передач), работающих в модели. Анализ влияния смены ремня на направление и скорость движения .

Технология. Проектирование

Создание и программирование моделей с целью демонстрации знаний и умения работать с цифровыми инструментами и технологическими схемами.

Технология. Реализация проекта

Построение, программирование и испытание моделей механизмов движения.

Модификация поведения модели за счёт изменения её конструкции - смены шкивов и ремня для изменения скорости и направления движений модели.

Математика

Понимание того, как изменение диаметра шкивов влияет на скорость движений модели.

Развитие речи

Общение в устной или письменной форме с использованием соответствующего словаря.

Словарь основных терминов

Ремень, шкив, зубчатая передача, понижающая зубчатая передача, повышающая зубчатая передача, ременная передача, перекрёстная ременная передача, снижение скорости, повышение скорости. Блоки: «Мотор по часовой стрелке», «Мотор против часовой стрелки», «Звук», «Цикл», «Начало», «Ждать».

Оборудование: компьютер с установленной программой ПервоРобот LEGO ® WeDo ™, электрифицированная доска для демонстрации с проектором,

конструкторы ПервоРобот LEGO® WeDo™ (LEGOEducationWeDo) для каждой пары детей.

Ход занятия

Этап занятия

Оборудование, интерактивное сопровождение

Деятельность

Повторение изученных механизмов. Подготовка к новому.

• Открыто

Программное обеспечение LEGO ® EducationWeDo ™

на вкладке «Первые шаги»

• Запись на доске:

(для словарной поддержки)

1. Зубчатая передача

2. Понижающая зубчатая передача

3. Повышающая зубчатая передача

4. Ременная передача

5. Перекрёстная ременная передача

6. Снижение скорости

7. Повышение скорости

Учитель: - Наше новое занятие как всегда начнём с языковой разминки. Повторим изученные механизмы.

Работа с электрифицированной доской. Привлечение словарной поддержки.

- Что это за механизм? (Мотор.)

- Что делает мотор? (Мотор включается и вращает ось.)

- А это что за механизм? (Зубчатые колёса)

- Что делают зубчатые колёса? (Они передают движение от одного зубчатого колеса к другому: от ведущего к ведомому)

- Найдите и прочитайте на доске, как называется такая передача движения.

- Как вращаются эти зубчатые колёса: с одинаковой скоростью или разной? В одном направлении или разном? Почему?

- А как заставить их вращаться в одном направлении? (Поставить между ними промежуточное зубчатое колесо)

- А как называется вот такая передача движения: понижающая зубчатая передача или повышающая? Найдите на доске и прочитайте.

- Почему? Поищите ответ на доске.

Знакомство с новым механизмом

• Открыто

Программное обеспечение LEGO ® EducationWeDo ™

на вкладке «Первые шаги»

На этапе сборки выбираем пункт 7.

Постановка новой учебной задачи.

Учитель: - А сегодня мы выберем для знакомства вот этот механизм. Может кто-то догадается, как он называется? Какие детали мы в нём используем? (шкивы и ремни)

- И как называется такая передача движения в механизмах? (ременная)

Конструирование, программирование и испытание нового механизма движенияс опорой на технологическую карту Программы.

- Постройте модель, показанную на картинке.

- Подсоедините к лего-коммутатору

- Составьте предложенную программу

- Прочитайте программу. Расскажите, как будет работать наш механизм.

- Испытайте программу. Проверьте наши предположения.

Рефлексия. Эксперимент.

Запуск программы на рабочем столе с демонстрацией на электрифицированной доске.

Возвращаемся на вкладку «Первые шаги».

Выбираем пункт 8.

Запуск программы на рабочем столе с демонстрацией на электрифицированной доске.

Возвращаемся на вкладку «Первые шаги».

Выбираем пункт 9.

Возвращаемся на вкладку «Первые шаги».

Выбираем пункт 10.

Обсуждение (эвристическая беседа) и экспериментирование.

- Что происходит после включения мотора? (Шкив, надетый на ось мотора, начинает вращаться. Шкив вращает ремень. Ремень вращает второй шкив.)

- Первый шкив - ведущий. Второй - ведомый.

Подумайте, почему они так называются?

- С какой скоростью вращаются шкивы - с одинаковой или разной? Почему?

- В каком направлении вращаются шкивы - в одном и том же или в разных?

- Сможете ли вы запрограммировать мотор, чтобы он вращал ось быстрее? Попытайтесь!

- Сможете ли вы запрограммировать мотор, чтобы он вращал ось медленнее? Попытайтесь!

Проблемная ситуация:

- А как сделать так, чтобы наши шкивы вращались в разные стороны? (Перекрёстная ременная передача)

Конструирование путём модификации, программирование и испытание нового механизма движения.

- Посмотрите на новую модель. Что надо изменить?

- Перестройте модель так, чтобы она выглядела как на технологической карте.

- Составьте программу и испытайте модель.

Обсуждение (эвристическая беседа) и экспериментирование.

- Что происходит после включения мотора? (Шкив, насаженный на ось мотора, вращается. Шкив приводит в движение надетый на него ремень. Ремень вращает второй шкив)

- С какой скоростью вращаются шкивы - с одинаковой или разной? Почему?

- В каком направлении вращаются шкивы - в одном и том же или в разных?

- Какой вывод сделаем? (Перекрещенный ремень меняет направление движения)

Модификация программы.

- Можно ли сделать так, чтобы звук повторялся? Как это сделать? Испытаем.

- Можно ли изменить звук? Как это сделать? Испытаем.

Конструирование путём модификации, программирование и испытание нового механизма движения.

- А как сделать так, чтобы скорость вращения была разной? Посмотрите на доску и догадайтесь.

- Перестройте модель, чтобы она выглядела так. (опора на технологическую карту).

- Прочитайте программу.

- Постройте её.

- Как вы думаете, будет работать наш механизм по той программе?

- Испытайте.

- Измените время движения.

Обсуждение (эвристическая беседа) и экспериментирование.

- Что происходит после включения мотора?(Сначала начинает вращаться маленький шкив от мотора. Этот шкив вращает ремень. А ремень вращает второй - большой шкив)

- С какой скоростью вращаются шкивы - с одинаковой или разной? Почему?

- В каком направлении вращаются шкивы - в одном и том же или в разных?

- А как сделать, чтобы они вращались в разных направлениях?

- Как называется такая передача скорости? Найдите и прочитайте на доске (снижение скорости).

- А как перестроить модель, чтобы произошло увеличение скорости?

- Перестройте модель и программу. Испытайте.

- Продемонстрируйте свою модель и расскажите, как она работает.

Творческая работа.

Индивидуальные карточки для составления программ

Составление и испытание программы по инструкции (карточки)

- Попробуйте составить программу, чтобы наша игрушка вела себя так:

1. Вращалась по часовой стрелке под музыку 2 сек.

2. Затем без остановки вращалась бы против часовой стрелки под другой звук 2 сек.

3. Движение повторяется до тех пор, пока не нажмёшь кнопку «стоп».

Демонстрация своих моделей.

Пример исследовательской работы учащихся начальных классов представлен в приложении 1.

4. КАЛЕНДАРНО-ТЕМАТИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ ВНЕУРОЧНЫХ ЗАНЯТИЙ КРУЖКА «ЛЕГО-КОСТРУИРОВАНИЕ»

Педагог: Федосеенко С. П., МАОУ Сладковская СОШ

Использование Лего-конструкторов во внеурочной деятельности повышает мотивацию учащихся к обучению, т.к. при этом требуются знания практически из всех учебных дисциплин: от искусств и истории до математики и естественных наук. Межпредметные занятия опираются на естественный интерес к разработке и постройке различных механизмов. Одновременно занятия ЛЕГО как нельзя лучше подходят для изучения основ алгоритмизации и программирования, а именно для первоначального знакомства с этим непростым разделом информатики вследствие адаптированности для детей среды программирования Robolab и её графического интерфейса. Разнообразие конструкторов Лего позволяет заниматься с учащимися разного возраста и по разным направлениям (конструирование, программирование, моделирование физических процессов и явлений). Дети с удовольствием посещают занятия, участвуют и побеждают в различных конкурсах. Лего-конструирование - это современное средство обучения детей. Дальнейшее внедрение разнообразных Лего-конструкторов во внеурочную деятельность детей разного возраста поможет решить проблему занятости детей, а также способствует многостороннему развитию личности ребенка и побуждает получать знания дальше.

Кружок по Лего-конструированию может вести учитель не только информатики, но и физики, технологии, а также и совсем не педагог, а обычный инженер. Главное - Лего должно быть интересно самому учителю, тогда и с детьми очень легко и увлекательно работать.

Программа кружка по Лего-конструированию и программированию.

Цель работы кружка:

1. Организация занятости школьников во внеурочное время.

2. Всестороннее развитие личности учащегося:

• развитие навыков конструирования;

• развитие логического мышления;

• мотивация к изучению наук естественнонаучного цикла: физики, в первую очередь, информатики (программирование и автоматизированные системы управления) и математики.

Задачи:

1. Ознакомление с основными принципами механики;

2. Ознакомление с основами программирования в компьютерной среде моделирования LEGO Robolab 2.5.4;

3. Развитие умения работать по предложенным инструкциям;

4. Развитие умения творчески подходить к решению задачи;

5. Развитие умения довести решение задачи до работающей модели;

6. Развитие умения излагать мысли в четкой логической последовательности, отстаивать свою точку зрения, анализировать ситуацию и самостоятельно находить ответы на вопросы путем логических рассуждений.

7. Развитие умения работать над проектом в команде, эффективно распределять обязанности.

8. Подготовка к соревнованиям по Лего-конструированию.

Формы и методы обучения:

1. Формирование и совершенствование умений и навыков (изучение нового материала, практика).

2. Обобщение и систематизация знаний (самостоятельная работа, творческая работа, дискуссия).

1. Контроль и проверка умений и навыков (опрос, тест, самостоятельная работа).

2. Комбинированные занятия.

3. Создание ситуаций творческого поиска.

4. Стимулирование (поощрение, выставление баллов).

Ожидаемый результат (учащиеся должны знать и уметь):

1. Знание основных принципов механики.

1. Знание основ программирования в компьютерной среде, моделирования LEGO Robolab 2.5.4.

2. Умение работать по предложенным инструкциям.

3. Умение творчески подходить к решению задачи.

4. Умение довести решение задачи до работающей модели.

2. Умение излагать мысли в четкой логической последовательности, отстаивать свою точку зрения, анализировать ситуацию и самостоятельно находить ответы на вопросы путем логических рассуждений.

5. Умение работать над проектом в команде, эффективно распределять обязанности.

Содержание программы.

№

Название разделов и тем занятий

Содержание

1

Занятие 1.

Знакомство с творческой средой «ROBOLAB».

1. Три составляющие части среды конструктор «ROBOLAB», язык программирования Lab View, микрокомпьютер RСХ.

2. Демонстрация моделей и возможностей среды RoboLab. Инструктаж по Т/Б

2

Занятие 2.

Знакомство с конструктором Lego.

1. Правила работы с конструктором Lego.

2. Основные детали конструктора Lego. Спецификация конструктора.

3. Сбор непрограммируемой модели.

3

Занятие 3.

Язык программирования Lab View.

1. История создания языка Lab View.

2. Визуальные языки программирования

3. Разделы программы, уровни сложности.

4

Занятие 4.

Раздел Конструирование, уровень 1.

1. Знакомство с командами:

• Запусти мотор вперед;

• Включи лампочку;

• Жди.

2. Знакомство с RCX. Кнопки управления.

3. Инфракрасный передатчик.

4. Передача программы. Запуск программы.

5. Отработка составления простейшей программы по шаблону, передачи и запуска программы. Инструктаж по Т/Б

5

Занятие 5.

Раздел Конструирование, уровень 2.

1. Знакомство с командами:

• Запусти мотор назад

• Стоп

2. Составление программы по шаблону.

3. Сборка модели с использованием мотора. Составление программы, передача, демонстрация.

4. Сборка модели с использование лампочки. Составление программы, передача, демонстрация.

5. Сборка модели с мотором и лампочкой. Составление программы, передача, демонстрация.

6

Занятие 6.

Раздел Конструирование, уровень 3.

1. Параметры мотора и лампочки. Изучение влияния параметров на работу модели.

2. Линейная и циклическая программа.

3. Сборка модели с несколькими моторами и лампочками. Составление программы с использованием параметров, зацикливание программы. Передача и демонстрация.

7

Занятие 7.

Знакомство с датчиками

1. Структура и ход программы. Условие, условный переход.

2. Датчики и их параметры:

• Датчик касания;

• Датчик освещенности.

3. Модель «Выключатель света». Сборка модели. Составление программы с использованием датчика касания, передача, демонстрация.

8

Занятие 8.

Датчик касания.

1. Знакомство с командами:

• Жди нажато;

• Жди отжато.

• Количество нажатий.

2. Сборка модели с использованием мотора, лампочки, датчика касания. Составление программы, передача, демонстрация.

9

Занятие 9.

Датчик освещенности.

1. Датчик освещенности. Влияние предметов разного цвета на показания датчика освещенности.

2. Знакомство с командами:

• Жди темнее;

• Жди светлее.

3. Модель «Уличное освещение». Сборка модели. Составление программы с использованием датчика освещенности, передача, демонстрация. Инструктаж по Т/Б

10

Занятие 10.

Датчик освещенности.

1. Знакомство с командами:

• Жди темноты

• Жди света

2. Сборка модели с использованием датчика освещенности. Составление программы, передача, демонстрация.

11

Занятие 11.

Повторение пройденного.

1. Повторение изученных команд.

2. Разработка и сбор собственных моделей.

3. Конкурс «Кто быстрее?» (модель машины).

12

Занятие 12.

Раздел управление.

1. Знакомство с разделом Управление, уровень Демонстрация возможностей.

2. Знакомство с разделом Управление, уровень Демонстрация возможностей.

3. Знакомство с разделом управление уровень Демонстрация возможностей.

4. Структура интерфейса. Меню, Панели инструментов, окна.

13

Занятие 13.

Команды визуального языка программирования Lab View.

1. Изображение команд в программе и на схеме.

2. Команды визуального языка программирования Lab View

• Запусти мотор вперед;

• Запусти мотор назад;

• Регулирование уровня мощности мотора;

• Поменять направление вращения моторов;

• Включи лампочку;

• Регулирование уровня мощности лампочки.

• Остановить действие.

3. Работа с пиктограммами, соединение команд.

14

Занятие 14.

Команды визуального языка программирования Lab View.

1. Работа с датчиками:

• Датчик касания нажат;

• Датчик касания отжат;

• Жди, когда станет светлее;

• Жди, когда станет темнее.

2. Знакомство с командами:

3. Проиграть звук;

4. Параметры звука;

5. Добавление звуковых эффектов в программу.

6. Сборка модели. Составление программы, передача, демонстрация. Инструктаж по Т/Б

15

Занятие 15.

Изучение Окна инструментов.

1. Знакомство с инструментами.

• Изменение фона рабочего поля.

• Инструмент «Выделение».

• Инструмент «Перемещение».

2. Инструмент «Текст»

• Добавление описания к программе.

16

Занятие 16.

Организация бесконечного цикла.

1. Знакомство с командами:

• Метка;

• Прыжок.

2. Реализация бесконечного цикла.

3. Модель «Елочная гирлянда».

4. Использование нескольких меток в программе.

17

Занятие 17.

Конечный цикл.

1. Знакомство с командами:

• Повтори.

2. Параметры команды.

3. Программа, реализующая конечный и бесконечный цикл для модели «Ёлочная гирлянда».

Инструктаж по Т/Б

18

Занятие 18.

Программы с циклами и датчиками (модель светофора).

1. Сборка модели светофора.

2. Программы, управляющие работой светофора в разных ситуациях:

• Светофор работает в автоматическом режиме:

«зеленый-желтый-красный-желтый-зеленый...»

• Светофор стоит возле перехода там, где не очень много машин. Мигает желтый свет.

3.Сборка модели подвесного светофора без карточки (только по внешнему

виду).

4.Составление программы, передача, демонстрация.

19

Занятие 19.

Программы с циклами и датчиками (модель шлагбаума).

1. Исследование зависимости угла, на который поднимается шлагбаум, от уровня мощности мотора и времени его работы.

Построение графика.

2. Написание программы, управляющей работой шлагбаума в условии максимального уровня мощности мотора.

20

Занятие 20.

Программы с циклами и датчиками (модель шлагбаума).

1. Написание программ, управляющих работой шлагбаума в разных ситуациях.

2. Отладка написанных программ. Испытание моделей.

21

Занятие 21.

Программы с циклами и датчиками (модель уличного фонаря).

1. Написание программы, управляющей работой уличного фонаря.

2. Отладка программы. Испытание модели.

Инструктаж по Т/Б

22

Занятие 22.

Программы с циклами и датчиками (модель уличного фонаря).

1. Исследование показаний датчика освещенности, построение графика.

2. Исследование показаний датчика освещенности, при отражении света от полосок бумаги разного цвета. Построение таблицы.

23

Занятие 23.

Ветвление по датчику

1. Ветвление по датчику касания.

2. Сборка модели «Пост ГАИ»:

• Сборка модели машинки

• Сборка модели шлагбаума

3.Составление программы, передача, демонстрация.

24

Занятие 24.

Ветвление по датчику

1. Ветвление по датчику освещенности.

2. Сборка модели «Пост ГАИ»:

• Сборка модели машинки

• Сборка модели шлагбаума

3. Задача: пропускное устройство по датчику освещенности (шлагбаум открывается, если в турникет вставлена карточка)

4. Задача: автоматическое пропускное устройство. Использование датчиков освещенности и касания.

25

Занятие 25.

Использование цикла и ветвления по датчикам.

1. Автоматическая стоянка машин.

2. Сбор моделей.

3. Составление программы, передача, демонстрация. Инструктаж по Т/Б

26

Занятие 26.

Использование цикла и ветвления по датчикам.

1. Перекресток.

• Сборка модели шлагбаума с двумя лампочками.

• Сборка модели автомобилей.

Написание программы, с помощью которой шлагбаум опускается, когда автомобиль проезжает, а лампочки на шлагбауме мигают. По истечении заданного времени, после проезда автомобиля, шлагбаум открывается. (Движение автомобиля управляется датчиком нажатия)

27

Занятие 27.

Использование цикла и ветвления по датчикам (модель машины с датчиками).

1. Задача: выезд из лабиринта.

2. Составление программы, демонстрация работы модели.

3. Задача: объезд препятствий.

4. Составление программы, демонстрация работы модели.

28

Занятие 28.

Параллельное программирование

1. Деление программы на две независимые части.

2. Сбор модели пожарной машины.

3. Составление программы: сирена и мигалка включаются по датчику касания.

3. Составление программы: сирена и мигалка включаются по датчику касания.

29

Занятие 29.

Работа по теме «Дорожное движение». Моделирование ситуации: «Движение на красный сигнал светофора».

1. Сборка моделей по рисунку (без инструкции)

2. Составление программ, демонстрация.

Инструктаж по Т/Б

30

Занятие 30.

Работа по теме «Дорожное движение». Моделирование ситуации: «Движение на красный сигнал светофора».

1. Разработка собственной модели.

2. Составление программы, демонстрация работы модели.

31

Занятие 31.

Задача на программирование.

1. Задача: после столкновения машинки увеличивают мощность мотора и снова сталкиваются

2. Составление программы, демонстрация модели.

3. Своя задача для модели «Автодром»

4. Отладка программы. Испытание модели.

32

Занятие 32.

Задача на программирование (модель «машина - таран»).

Итоговое занятие.

1.Сборка модели «машина - таран».

2. Задача: машина, снабженная датчиками касания, обнаруживает цель и таранит цель заданное количество раз.

3. Составление программы, демонстрация модели.

Учебно-тематическое планирование

№

Наименование

разделов и тем

Общее кол-во часов.

В том числе:

теоретических

практических

1

Знакомство с конструктором Lego.

6

4

2

1.1

Знакомство с творческой средой «ROBOLAB».

2

2

1.2

Знакомство с конструктором Lego.

2

1

1

1.3

Язык программирования Lab View.

2

1

1

2

Раздел Конструирование.

6

1

5

2.1

Конструирование, уровень 1.

2

1

1

2.2

Конструирование, уровень 2.

2

2

2.3

Конструирование, уровень 3.

2

2

3

Раздел Датчики

10

2

8

3.1

Датчик касания.

4

1

3

3.2

Датчик освещенности.

4

1

3

3.3

Повторение

2

2

4

Раздел управление.

32

11

21

4.1

Команды визуального языка программирования Lab View.

6

3

3

4.2

Изучение Окна инструментов.

2

1

1

4.3

Организация бесконечного цикла.

2

1

1

4.4

Конечный цикл.

2

1

1

4.5

Программы с циклами и датчиками (модель светофора).

2

2

4.6

Программы с циклами и датчиками (модель шлагбаума).

4

1

3

4.7

Программы с циклами и датчиками (модель уличного фонаря

4

1

3

4.8

Ветвление по датчику.

4

1

3

4.9

Использование цикла и ветвления по датчикам.

6

2

4

5

Программирование.

10

2

8

5.1

Параллельное программирование.

2

1

1

5.2

Работа по теме «Дорожное движение». Моделирование ситуации: «Опасность стоящего транспортного средства»

4

1

3

5.3

Задача на программирование

2

2

5.4

Итоговое занятие.

2

2

Итого:

64

20

44

2. Методические особенности применения лего-технологий в МАОУ КАЗАНСКАЯ СОШ КАЗАНСКОГО РАЙОНА ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ

Медведева Нина Сергеевна, учитель начальных классов, руководитель кружка «Лего-конструирование» МАОУ Казанская СОШ Казанского района Тюменской области

ЛЕГО-конструирование - одна из самых известных и распространённых ныне педагогических систем, широко использующая трёхмерные модели реального мира и предметно-игровую среду обучения и развития ребёнка. Лего в переводе с датского языка означает «умная игра». В силу своей педагогической универсальности наборы ЛЕГО оказываются наиболее предпочтительными наглядными пособиями и развивающими игрушками. Причём ЛЕГО-конструктор побуждает работать в равной степени и голову, и руки учащегося.

Конструктор помогает детям воплощать в жизнь свои задумки, строить и фантазировать, увлечённо работая и видя конечный результат.

Именно ЛЕГО позволяет учиться, играя, и обучаться в игре.

Основные задачи:

• научить разбираться в простейших схемах,

• научить конструировать машины и механизмы, проходя при этом путь от постановки задачи до работающей модели,

• научить творчески подходить к решению задачи,

• научить работать в коллективе и находить совместное решение задач,

• научить излагать мысли в четкой логической последовательности, отстаивать свою точку зрения, анализировать ситуацию и самостоятельно находить ответы на вопросы опытным путем.

Когда ребёнок вовлечён в процесс сознания значимого и осмысленного продукта (машины, компьютерной программы), он сам «строит» своё знание, свой интеллект.

Интересные в сборке модели ЛЕГО дают ясное представление о работе механических конструкций, о силе, движении и скорости. Простота в построении модели в сочетании с большими конструктивными возможностями ЛЕГО позволяют детям в конце занятия увидеть сделанную своими руками модель, которая выполняет поставленную ими же самими задачу.

Программу курса условно можно разделить на две большие части: Конструирование и Программирование.

Занимаясь конструированием, ребята изучают простые механизмы, учатся при этом работать руками, они развивают элементарное конструкторское мышление, фантазию, изучают принципы работы многих механизмов.

В нашей школе объединение по интересам «Лего-конструирование» начало действовать с 2012 года, руководитель Медведева Нина Сергеевна.

Занятия проходят в классном кабинете, в котором установлены 10 компьютеров с программным обеспечением для работы с конструктором LEGOWeDo , 10 конструкторов LEGOWeDo. Есть книга для учителя в печатном и электронном варианте.

Для работы составлена программа, включающая 34 учебных часа.

Занимаются в объединении «Лего-конструирование» 16 учащихся 3 «г» класса.

Ребята с увлечением посещают занятия. Им нравится собирать модели конструктора, а потом придумывать к ним разнообразные программы и проверять их в действии.

Дети - неутомимые конструкторы, их творческие возможности и технические решения остроумны, оригинальны. Младшие школьники учатся конструировать «шаг за шагом». Такое обучение позволяет им продвигаться вперёд в собственном темпе, стимулирует желание учиться и решать новые, более сложные задачи. Любой признанный и оценённый успех приводит к тому, что ребёнок становится более уверенным в себе.

В ходе занятий повышается коммуникативная активность каждого ребёнка, формируется умение работать в паре, в группе, происходит развитие творческих способностей. По результатам анкетирования проведенного среди учащихся, занимающихся «Лего-конструированием», мы получили следующие результаты:

1. Всем ребятам нравится заниматься в кружке.

2. Интересно сделать что-то своими руками.

3. 30% учащихся считают, что моделирование им пригодится в будущем.

4. Занятия помогают работать со схемами и графиками.

5. Получать интересную информацию.

6. У учащихся развивается кругозор.

7. Все ребята в дальнейшем хотят продолжить заниматься робототехникой.

Опытом работы по работе с конструктором LEGOWeDo я поделилась с учителями начальных классов района на «пилотной» площадке и родителями на Дне открытых дверей, где они могли сами поработать с конструктором, задать интересующие вопросы. Коллеги и родители сами попытались собрать предложенные модели и радовались, как дети, полученным результатам.

Представим разработанную нами программу кружка дополнительного образования в начальной школе «ЛЕГО-конструирование».

2.3.1. ПРОГРАММА ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ В НАЧАЛЬНОЙ ШКОЛЕ «ЛЕГО-КОНСТРУИРОВАНИЕ»

Пояснительная записка

Программа кружка «Lego-конструирование» предназначена для учащихся начальных классов.

Занятия проводятся 1 час в неделю, всего за год - 34 часа.

Конструктор Лего 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 особенно 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.

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.

Цели и задачи кружка:

*Сформировать умения строить модели по схемам;

* Получить практические навыки конструктивного воображения при разработке индивидуальных или совместных проектов;

* Проектирование технического, программного решения идеи и ее реализации в виде функционирующей модели;

* Развитие умения ориентироваться в пространстве;

* Развитие мелкой моторики;

* Воспитание самостоятельности, аккуратности и внимательности в работе.

Для проведения уроков с использованием Лего необходимо подготовить коробки с конструктором. Каждая коробка должна быть скомплектована таким образом, чтобы обеспечить бесконфликтную работу группы учащихся от 2 до 6 человек. Дети должны иметь возможность создать любую модель.

Конструирование позволяет младшему школьнику познать мир техники, развивать конструкторские способности, расширяет политехнический кругозор, техническое мышление, предоставляет широкие возможности для дифференциации учебно-воспитательной деятельности учащихся. Это проявляется в выборе объектов конструирования, адаптации учебных занятий к индивидуальным возможностям детей.

Дети приобретают навыки культуры труда. Культура труда проявляется в том, как ученик готовит рабочее место, соблюдает ли порядок на рабочем месте в течение всего занятия, умеет ли правильно соединять детали, соблюдает ли меры безопасности, правильно ли распределяет время и силы при изготовлении моделей, способен ли обеспечить высокое качество выполняемой работы, может ли выполнять работу коллективно.

Структура занятия с использованием конструктора выглядит следующим образом:

-Организационный момент. Проверка готовности к уроку (1 минута).

-Постановка цели (2 минуты).

-Беседа с учащимися. Повторение материала по теме урока (5-6 минут).

-Работа с конструктором. Изготовление модели (20-30 минут).

-Представление моделей. Подведение итогов (5-6 минут).

Основные требования к знаниям и умениям учащихся

Учащиеся должны знать:

- название деталей конструктора;

- способы соединения деталей;

- виды подвижных соединений;

- последовательность изготовления несложных моделей.

Учащиеся должны уметь:

- организовать рабочее место и поддерживать порядок во время работы;

- под руководством учителя проводить анализ модели, планировать последовательность ее изготовления и осуществлять контроль результата практической работы по образцу, технологической карте или рисунку;

- работать индивидуально, парами и группой с опорой на готовый план в виде рисунков, технологических карт, осуществлять контроль качества работы друг друга;

- соблюдать правила безопасности работы с конструктором;

- подбирать детали, необходимые для работы;

-проверять модели в действии;

- классифицировать детали по различным признакам;

- выполнять работу в заданное время;

- самостоятельно выполнять работу по инструкции, по своему замыслу;

- осуществлять взаимоконтроль;

- изменять конструкцию модели с заданными условиями;

- сличать промежуточные результаты с образцом;

- эстетично выполнять изделие;

- собирать модели действующих игрушек, транспортных средств и т.д.;

- оказывать посильную помощь напарникам.

Календарно-тематическое планирование

№ п/п

Тема

Общее

Кол-во часов

Дата

1

О сборке и программировании.

1

01.10

2

Мотор и ось.

1

08.10

3

Зубчатые колеса.

1

15.10

4

Повышающая зубчатая передача.

1

22.10

5

Понижающая зубчатая передача.

1

29.10

6

Шкивы и ремни.

1

02.11

7

Датчик наклона.

1

12.11

8

Датчик расстояния.

1

19.11

9

Коронное зубчатое колесо, червячное колесо, кулачок.

1

26.11

10

Цикл. Прибавить к экрану. Вычесть из экрана. Начать при получении письма.

1

03.12

11

Звуки. Фоны экрана.

1

12.12

12

Сочетания клавиш.

1

20.12

Забавные механизмы.

13-14

Танцующие птицы.

2

27.12 03.01

15-16

Умная вертушка.

2

03.01 14.01

17-18

Обезьянка-барабанщица.

2

21.01 30.01

Звери

19-20

Голодный аллигатор.

2

04.02 11.02

21-22

Рычащий лев.

2

18.02 25.02

23-24

Порхающая птица.

2

04.03 11.03

Футбол

25-26

Нападающий.

2

18.03 01.04

27-28

Вратарь.

2

08.04 15.04

29-30

Ликующие болельщики.

2

22.04 29.04

Приключения

31-32

Спасение самолета.

2

06.05 13.05

33

Спасение от великана.

1

20.05

34

Непотопляемый парусник.

1

27.05

ИТОГО:

34 часа

2.3.2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВКЛЮЧЕНИЯ РОБОТОТЕХНИКИ В ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ ПРОСТРАНСТВО

Гребцова Любовь Павловна, учитель физики МАОУ Казанская средняя общеобразовательная школа Казанского района Тюменской области

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

Робототехника является одним из важнейших направлений научно- технического прогресса, в котором проблемы механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта. Активное участие и поддержка российских и международных научно-технических и образовательных проектов в области робототехники и мехатроники позволит ускорить подготовку кадров, развитие новых научно-технических идей, обмен технической информацией и инженерными знаниями, реализацию инновационных разработок в области робототехники в России и по всему миру.

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. Кроме того, по мере развития и совершенствования робототехнических устройств возникла необходимость в мобильных роботах, предназначенных для удовлетворения каждодневных потребностей людей: роботах - сиделках, роботах - нянечках, роботах - домработницах, роботах - всевозможных детских и взрослых игрушках и т.д. И уже сейчас в современном производстве и промышленности востребованы специалисты, обладающие знаниями в этой области. Начинать готовить таких специалистов нужно школе с самого младшего возраста. Поэтому образовательная робототехника в школе приобретает все большую значимость и актуальность в настоящее время. В качестве основного оборудования при обучении детей робототехнике в школах предлагаются ЛЕГО-конструкторы Mindstorms.

LEGO Mindstorms - это конструктор (набор сопрягаемых деталей и электронных блоков) для создания программируемого робота (Приложение №1). Впервые представлен компанией LEGO в 1998 году.

Конструкторы LEGO Mindstorms позволяют организовать учебную деятельность по различным предметам и проводить интегрированные занятия. С помощью этих наборов можно организовать высокомотивированную учебную деятельность по пространственному конструированию, моделированию и автоматическому управлению.

1. Материально-техническая база

Год

Приобретение

Кол-во

Примечание

2012 г.

LEGO Mindstorms NXT 2.0.

№9797

Ресурсный набор LEGO Mindstorms №9695

10

7

Приобретены за счет средств муниципального бюджета

Цели обучения робототехнике

Основная цель - 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 основная цель - 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.

Средства обучения:

1. Цифровое оборудование: проектор, АРМ учителя, компьютерный класс.

2. Конструктор LEGO Mindstorms NXT 2.0.наборы № 9797, № 9695, с программным обеспечением к ним.

3. Разработки учителя к урокам (презентации, сайты, тесты и т.д.).

Результаты внедрения курса

• Определены роль и место курса «Образовательная робототехника» в образовательном пространстве школы. Описана структура курса и его компоненты.

• Создана программа объединения « Робототехника» на один год обучения.

• Определены темы курса «Физика», на которых возможно включение робототехники в учебный процесс. Скорректировано тематическое планирование тем. Разрабатываются методические материалы для их преподавания.

Участие мое как тренера и учащихся, подготовленных мной, изучающих робототехнику, в мероприятиях различного уровня представлены в таблице.

Дата

Мероприятие

участники

Январь 2012г

С. Сладково Сладковская СОШ семинар по робототехнике

Гребцова Л.П.

Апрель

2012г

Районная научно - практическая конференция «Юные исследователи»

Доненко Сергей - 9в

Есиков Роман - 9в

Июнь

2012Г

Первый областной робототехнический фестиваль

«Роболето - Тюмень 2012»

Русаков Степан - 8в

Машинистов Максим- 8в

Мазуров Илья- 9в

сентябрь 2012г.

Региональный учебно - тренировочный сбор в Тюменской области

Гребцова Л.П.

9 - 11 января

Курсы повышения квалификации по робототехнике

Гребцова Л.П.

2февраля

Региональный этап соревнований «Робофест - 2013»

Команда «Квант»

Русаков Степан - 8в

Машинистов Максим- 8в

Суслов Данил - 9в

Категория «Сумо»

22 апреля

2013г

День открытых дверей МАОУ Казанская СОШ

Мастер-класс

Мазуров Илья- 10а

Муканов Данияр 11а

Музалевский Николай 11а

15 мая

2013г

Областная стажировочная площадка по работе с одаренными детьми

Мастер-класс

Гребцова Л.П.

Подводя итоги внедрения курса робототехники в образовательное пространство школы, можно сказать, что повлекло за собой:

• Повышение качества образования учащихся, заинтересованности предметом.

• Сформированность новых моделей учебной деятельности, использующих информационные и коммуникационные технологии.

• Сформированность информационной компетентности.

• Совершенствование системы работы с одаренными детьми на основе использования возможностей новых информационных технологий.

• Создание условий, которые позволяют реализовать способности и интересы учащихся.

• Создание условий для реализации моделей открытого образования, для вариативности и индивидуализации образования.

Все описанное выше позволило сформировать у выпускников школы информационную компетентность, использовать полученные знания при изучении других предметов, создать в урочной и внеурочной деятельности по физике развивающую образовательную среду, которая повлекла повышение качества знаний учащихся. Описанные мероприятия способствовали освоению и соблюдению норм общения, поведения, общепринятых ценностей человеческого общества, созданию положительной мотивации и стремления к успеху, творчеству.

Заключение

Процессы обучения и воспитания не сами по себе развивают человека, а лишь тогда, когда они имеют деятельностные формы и способствуют формированию тех или иных типов деятельности.

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

С целью реализации данной стратегии мной был разработан курс «Образовательная робототехника», определены его роль и место в школьном образовательном пространстве, создана структура курса, прописаны формы, методы и технологии обучения учащихся. Созданы дидактические и методические материалы для ведения курса.

Однако данный курс не является чем-то однажды написанным и далее живущим в законченном виде. Он может видоизменяться из года в год, от урока к уроку, корректироваться, дописываться, иногда исчезать целыми фрагментами. Непрерывность модификации материалов этого курса - естественный процесс. Это требования времени, ведь информационные и компьютерные технологии, все, что с ними связано, переживают взрывообразное развитие. Поэтому изменения и дополнения в эти материалы вносятся и будут вноситься, постоянно.

Индикативные показатели свидетельствуют о том, что учащиеся, занимающиеся робототехникой в кружке, демонстрируют прочные знания и хорошо сформированные навыки практической деятельности как общеучебные, так и специальные. Качество знаний у данных учеников составляет 89% .

Следует отметить, что все ученики, занимающиеся в кружке, выбирают физику в качестве экзамена по выбору на ГИА и ЕГЭ.

Я содействую развитию Лего-движения не только в школе, но и в районе. Мной были подготовлены и проведены муниципальный тур международных состязаний лего-роботов, первый городской робототехнический фестиваль, составлена и распространена среди лего-педагогов города программа работы кружка.

Поводя итог моей работы, можно сказать, что разработка и внедрение курса «Образовательная робототехника» в образовательное пространство школы еще не окончены. Предстоит доработка методических и дидактических материалов для встраивания робототехники в курс физики.

Также я понимаю, что направление образовательная робототехника имеет большие перспективы развития. Оно может быть внедрено в такие учебные предметы, как физика, информатика, технология, окружающий мир в начальной школе. То есть со временем нужен системный подход школы к встраиванию робототехники в образовательное пространство школы.

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 применения новых информационных и коммуникационных технологий. Понимание феномена технологии, знание законов техники, позволит выпускнику школы соответствовать запросам времени и найти своё место в современной жизни.

Ниже представлена программа объединения «Робототехника».

Испытания модели. Наша команда на региональных соревнованиях по робототехнике,

г. Тюмень, февраль 2013.

Участники первого областного робототехнического фестиваля

«Роболето - Тюмень 2012»

2.3.3. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ОБЪЕДИНЕНИЯ «РОБОТОТЕХНИКА»

Гребцовой Л.П., учителя физики

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Направление программы: научно-техническое

ЦЕЛЬ ПРОГРАММЫ: Организация досуга учащихся во внеурочное время: обучение с увлечением.

ЗАДАЧИ ПРОГРАММЫ:

1. Познавательная задача: развитие познавательного интереса к робототехнике и предметам естественнонаучного цикла - физика, технология, информатика.

2. Образовательная задача: формирование умений и навыков конструирования, приобретение первого опыта при решении конструкторских задач по механике, знакомство и освоение программирования в компьютерной среде моделирования LEGO Mindstorms NXT

3. Развивающая задача: развитие творческой активности, самостоятельности в принятии оптимальных решений в различных ситуациях, развитие внимания, оперативной памяти, воображения, мышления (логического, комбинаторного, творческого).

4. Воспитывающая задача: воспитание ответственности, высокой культуры, дисциплины, коммуникативных способностей.

Краткие сведения о группе

9- 11 класс

Состав - мобильный.

Набор - свободный.

Форма занятий - групповая, индивидуальная.

Год обучения - 1.

Количество занятий в год - 34 часа.

Количество занятий в неделю - 1 час.

Ожидаемые результаты и способы их проверки:

• формирование устойчивого интереса к робототехнике и учебным предметам физика, технология, информатика;

• формирование умения работать по предложенным инструкциям;

• формирование умения творчески подходить к решению задачи;

• формирование умения довести решение задачи до работающей модели;

• формирование умения излагать мысли в четкой логической последовательности, отстаивать свою точку зрения, анализировать ситуацию и самостоятельно находить ответы на вопросы путем логических рассуждений.

• формирование умения работать над проектом в команде, эффективно распределять обязанности.

• подготовка к состязаниям по Лего - конструированию.

Данная программа направлена на:

• помощь детям в индивидуальном развитии;

• мотивацию к познанию и творчеству:

• к стимулированию творческой активности;

• развитию способностей к самообразованию;

• приобщение к общечеловеческим ценностям;

• организацию детей во внеучебное время (досуг).

Программа

Модуль 1. Знакомство с конструктором. (3 часа)

• Твой конструктор (состав, возможности)

- Основные детали (название и назначение)

- Датчики (назначение, единицы измерения)

- Двигатели

- Микрокомпьютер NXT

- Аккумулятор (зарядка, использование)

• Как правильно разложить детали в наборе

Модуль 2. Начало работы. (3 часа)

• Включение \ выключение микрокомпьютера (аккумулятор, батареи, включение, выключение)

• Подключение двигателей и датчиков (комплектные элементы, двигатели и датчики NXT).

• Тестирование (Try me)

- Мотор

- Датчик освещенности

- Датчик звука

- Датчик касания

- Ультразвуковой датчик

• Структура меню NXT

• Снятие показаний с датчиков (view)

Модуль 3. Первая модель. (3 часа)

• Сборка модели по технологическим картам.

• Составление простой программы для модели, используя встроенные возможности NXT (программа из ТК + задания на понимание принципов создание программ)

Модуль 4. Модели с датчиками. (3 часа)

• Сборка моделей и составление программ из ТК.

- Датчик звука

- Датчик касания

- Датчик света

- Датчик касания

- Подключение лампочки

• Выполнение дополнительных заданий и составление собственных программ.

• Соренования «СУМО»

Модуль 5. Программное обеспечение NXT (6 часов)

Структура языка программирования NXT

Установка связи с NXT

- Usb

- BT

• Загрузка программы

• Запуск программы на NXT

• Память NXT: просмотр и очистка

• Моя первая программа (составление простых программ на движение)

• Знакомство со средой программирования Mindstorms NXT

Программирование в среде Mindstorms NXT.

Модуль 6 Самостоятельная проектная деятельность. (7часов)

Творческое конструирование собственной модели. Программирование.

Модуль 7 Подготовка к состязаниям роботов. (6часов)

Работа в Интернете. Поиск информации о Лего-состязяниях, описаний моделей, технологии сборки и программирования Лего-роботов.

Подготовка к школьному этапу состязаний.

Школьный этап состязаний.

День показательных соревнований по категориям:

o «СУМО»

o «КЕГЕЛЬРИНГ»

o «ТРАЕКТОРИЯ»

КАЛЕНДАРНО - ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

№ п/п

Тема занятия

Количество часов

дата

Знакомство с конструктором (3часа)

1

Твой конструктор (состав, возможности) Основные детали (название и назначение)

1

7.09

2

Датчики (назначение, единицы измерения)

1

14.09

3

Двигатели. Микрокомпьютер NXT

1

21.09

Начало работы. (3 часа)

4

Включение \ выключение микрокомпьютера (аккумулятор, батареи, включение, выключение). Подключение двигателей и датчиков (комплектные элементы, двигатели и датчики NXT).

1

28.09

5

Тестирование (Try me)

Мотор . Датчик освещенности . Датчик звука. Датчик касания. Ультразвуковой датчик

1

5.10

6

Структура меню NXT. Снятие показаний с датчиков (view)

1

12.10

Первая модель. (3 часа)

7

Сборка модели по технологическим картам.

1

19.10

8

Сборка модели по технологическим картам.

1

26.10

9

Составление простой программы для модели, используя встроенные возможности NXT

1

9.11

Модели с датчиками. (2 часа)

10

Сборка моделей и составление программ из ТК. (Датчик звука. Датчик касания. Датчик света. Датчик касания. Подключение лампочки)

1

16.11

11

Выполнение дополнительных заданий и составление собственных программ.

1

23.11

Программное обеспечение NXT (8 часов)

12

Структура языка программирования NXT

1

30.11

13

Установка связи с NXT ( Usb,BT). Загрузка программы. Запуск программы на NXT.

1

7.12

14

Память NXT: просмотр и очистка. Моя первая программа (составление простых программ на движение)

1

14.12

15

Знакомство со средой программирования Mindstorms NXT

1

21.12

16

Программирование в среде Mindstorms NXT.

1

28.12

17

Программирование в среде Mindstorms NXT.

1

3.01

18

Составление простых программ по линейным и псевдолинейным алгоритмам

1

8.01

19

Составление простых программ по алгоритмам, с использованием ветвлений и циклов»

1

11.01

Самостоятельная проектная деятельность. (6 часов)

20

Творческое конструирование собственной модели. Программирование

1

18.01

21

Творческое конструирование собственной модели. Программирование

1

25.01

22

Творческое конструирование собственной модели. Программирование

1

1.02

23

Творческое конструирование собственной модели. Программирование

1

8.02

24

Творческое конструирование собственной модели. Программирование

1

15.02

25

Творческое конструирование собственной модели. Программирование

1

22.02

Подготовка к состязаниям роботов. (9часов)

26

Работа в Интернете. Поиск информации о Лего-состязяниях, описаний моделей, технологии сборки и программирования Лего-роботов.

1

1.03

27

Подготовка к школьному этапу состязаний.

1

15.03

28

Подготовка к школьному этапу состязаний.

1

22.03

29

Подготовка к школьному этапу состязаний.

1

5.04

30

Подготовка к школьному этапу состязаний.

1

12.04

31

Подготовка к школьному этапу состязаний.

1

19.04

32

Соревнования в категории «Сумо»

1

26.04

33

Соревнования в категории «КЕГЕЛЬРИНГ»

1

17.05

34

Соревнования в категории «ТРАЕКТОРИЯ»

1

24.05

Материальные ресурсы:
1. Наборы Лего - конструкторов:

- Lego Mindstorms NXT 9797 - 7 наборов

- Набор ресурсный средний 9695 - 5 наборов

2. АРМ учителя физики (компьютер, проектор, принтер)

Список литературы:

1. «Новые информационные технологии для образования». Институт ЮНЕСКО по информационным технологиям в образовании. Издательство « Москва». 2000 г.

2. Беспалько В.П. Основы теории педагогических систем. - Воронеж: изд-во Воронежского университета, 1977 г.

3. Индустрия развлечений. ПервоРобот. Книга для учителя и сборник проектов. LEGO Group, перевод ИНТ, - 87 с., илл.

4. Интернет ресурсы

5. Комплект методических материалов «Перворобот». Институт новых технологий.

6. Концепция модернизации российского образования на период до 2010 года [Электронный ресурс]. - ug.ru/02.31/t45.htm

7. Материалы авторской мастерской Л.П. Босовой [Электронный ресурс]. - metodist.lbz.ru/avt_masterskaya_BosovaLL.html

8. Перфильева Л.П. и др. Образовательная робототехника во внеурочной учебной деятельности.- Издательский центр «Взгляд», 2011

9. Поташник М. М. Управление развитием школы - М.: Знание, 1987г. -380 с.

10. Поташник М.М. Управление профессиональным ростом учителя в современной школе.- М., 2009

11. Текст проекта «Наша новая школа»

12. Тришина С. В. Информационная компетентность как педагогическая категория [Электронный ресурс]. ИНТЕРНЕТ-ЖУРНАЛ «ЭЙДОС» -eidos.ru .

13. Филиппов С.А. Робототехника для детей и родителей. - СПб.: Наука, 2010, 195 стр.

14. Хуторской А.В. Ключевые компетенции и образовательные стандарты [Электронный ресурс]. ИНТЕРНЕТ-ЖУРНАЛ «ЭЙДОС» - eidos.ru.

15. Хуторской А.В. Современная дидактика. - М., 2001

16. Чехлова А. В., Якушкин П. А.«Конструкторы LEGO DAKTA в курсе информационных технологий. Введение в робототехнику». - М.: ИНТ, 2001 г.

1. lego.rkc-74.ru/

2. lego.com/education/

3. wroboto.org/

4. learning.9151394.ru

5. roboclub.ru/

6. robosport.ru/

7. prorobot.ru/

8. asahi-net.or.jp

ЛИТЕРАТУРА

1. Hussein B., Nyseth K. A method for learning in project management, "Learning by projects" // 9th International Workshop on Experimental Interactive Learning in Industrial Management, "New Approaches on Learning, Studying and Teaching", Espoo, Helsinki University of Technology SimLab, June 5-7, 2005.

2. Pei-Yin Chung, Chin-Jui Chang. Design, Development and Learning Assessment by Applying NXT Robotics Multi-Media Learning Materials: A Preliminary Study to Explore Students' Learning Motivation // World Academy of Science, Engineering and Technology, Issue 65. 2010. waset.org/journals/waset/.

3. Sergeyev A. Alaraje N. Promoting Robotics Education: Curriculum and State-of-the-Art Robotics Laboratory Development // The Technology Interface Journal. Vol. 10 N3. 2010. technologyinterface.nmsu.edu/Spring10/.

4. Автоматизированные устройства. ПервоРобот. Книга для учителя. К книге прилагается компакт-диск с видеофильмами, открывающими занятия по теме. LEGO Group, перевод ИНТ, - 134 с., илл.

5. Василенко, Н.В. Никитан, КД. Пономарёв, В.П. Смолин, А.Ю. Основы робототехники.- Томск МГП "РАСКО", 1993. 470с.

6. Возобновляемые источники энергии. Книга для учителя. LEGO Group, перевод ИНТ, -122 с., илл.

7. Гайсина И. Р. Развитие робототехники в школе [Текст] / И. Р. Гайсина // Педагогическое мастерство (II): материалы междунар. заоч. науч. конф. (г. Москва, декабрь 2012 г.). - М.: Буки-Веди, 2012. - С. 105-107.

8. Гейтс У. Механическое будущее // В мире науки. Информационные технологии. 2007, № 5.

9. Индустрия развлечений. ПервоРобот. Книга для учителя и сборник проектов. LEGO Group, перевод ИНТ, - 87 с., илл.

10. Комплект методических материалов «Перворобот». Институт новых технологий.

11. Копосов Д.Г. Основы микропроцессорных систем управления - программа для учащихся 9-11-х классов // Информационные технологии в образовании: ресурсы, опыт, тенденции развития: сб. мат. Международной науч.-практ. конф. (30 ноября - 3 декабря 2011 г.). В 2 ч. Ч. 2. - Архангельск: Изд-во АО ИППК РО, 2011. - С.174-181.

12. Копосов Д.Г. Первый шаг в робототехнику: практикум для 5-6 классов. М: БИНОМ. Лаборатория знаний. - 2012. - 250 с

13. Материалы авторской мастерской Л.П. Босовой [Электронный ресурс]. - metodist.lbz.ru/avt_masterskaya_BosovaLL.html

14. Поташник М.М. Управление профессиональным ростом учителя в современной школе.- М., 2009

15. Технология и информатика: проекты и задания. ПервоРобот. Книга для учителя. -М.:ИНТ. - 80 с.

16. Технология и физика. Книга для учителя. LEGO Educational/ Перевод на русский -

17. Хуторской А.В. Ключевые компетенции и образовательные стандарты [Электронный ресурс]. ИНТЕРНЕТ-ЖУРНАЛ «ЭЙДОС» - eidos.ru.

18. Хуторской А.В. Современная дидактика. - М., 2001

19. Энергия, работа, мощность. Книга для учителя. LEGO Group, перевод ИНТ, - 63 с.

20. Юревич, Е. И. Основы робототехники - 2-е изд., перераб. и доп. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 416 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Фрагмент программы «Первый шаг в робототехнику» (68 часов)

5-6 классы

1. Роботы. Что такое робот. Сборочный конвейер. Культура производства.

2. Робототехника. Законы робототехники. Передовые направления в робототехнике. Программа для управления роботом. Графический интерфейс пользователя. Первые ошибки. Как выполнять несколько дел одновременно.

3. Искусственный интеллект. Тест Тьюринга и премия Лёбнера. Интеллектуальные роботы. Справочные системы.

4. Роботы и эмоции. Эмоциональный робот. Экран, звук, режим ожидания. Конкурентная разведка.

5. Имитация. Роботы-симуляторы. Алгоритм и композиция. Свойства алгоритма. Система команд исполнителя.

6. Звуковые имитации. Звуковой редактор и конвертер. Учим робота говорить.

7. Космические исследования. Космонавтика. Роботы в космосе. Исследования Луны. Гравитационный манёвр.

8. Концепт-кары. Что такое концепт-кар. Минимальный радиус поворота. Кольцевые автогонки.

9. Парковка в городе. Плотность автомобильного парка. Проблема парковки в мегаполисе.

10. Моторы для роботов. Сервопривод. Тахометр.

11. Компьютерное моделирование. Модели и моделирование. Цифровой дизайнер Lego.

12. Правильные многоугольники. Углы правильных многоугольников.

13. Пропорция. Метод пропорции.

14. Всё есть число. Итерации. Магия чисел (нумерология).

15. Вспомогательные алгоритмы. Вложенные циклы.

16. Органы чувств робота. Чувственное познание. Датчик звука.

17. Всё в мире относительно. Как измерить звук. Децибелы. Проценты от числа. Измеритель уровня шума. Конкатенация.

18. Военные роботы. Новинки вооружений. Система акустической разведки. Коммуникация.

19. Описание процессов. ВПК и конверсия. Наблюдение процессов во времени. Координаты на плоскости. Координаты на экране. Домашний шумомер.

20. Безопасность дорожного движения. Третье воскресенье ноября.

21. Датчик света. Потребительские свойства товара. Альтернатива. Безопасный автомобиль.

22. Фотометрия. Один люкс. Измеритель освещённости.

23. Нажми на кнопку! Тактильные ощущения. Способы использования датчиков. Система автоматического контроля дверей.

24. Сложные проекты. Как работать над проектом. Система «газ/тормоз».

25. Системы перевода. Язык «Человек - компьютер». Компьютерные переводчики.

26. Научный метод познания. Цвет для робота. Научный метод в исследовании.

27. Симфония цвета. Частота звука. Симфония цвета.

28. Число «Пи». Диаметр и длина окружности. Не верь глазам своим. Ищем взаимосвязь величин. Немного истории.

29. Измеряем расстояние. Курвиметр и одометр. Математическая модель одометра.

30. Время. Секунда. Таймер. Секундомеры.

31. Система спортивного хронометража. Стартовая калитка. Самый простой хронограф.

32. Скорость. Измеряем скорость. Скорость равномерного движения. Скорость неравномерного движения. Спидометр. Зависимость скорости от мощности мотора.

33. Где черпать вдохновение. Бионика. Датчик ультразвука. Дальномер. Соблюдение дистанции на транспорте. Охранная система.

34. Изобретательство. Терменвокс. Умный дом.

35. Система подсчета посетителей. Подсчёт посетителей. Переменные. Счастливый покупатель.

36. Программный продукт. Как из программы сделать программный продукт. Свойства математических действий. Вспомогательная переменная. Сравнение. Управление электромобилем. Баг.

37. Кодирование. Азбука Морзе. Российский телеграф. Код и кодирование. Графы и деревья. Борьба с ошибками при передаче.

38. Механические передачи. Зубчатые передачи. Передаточные отношения. Математическая модель одометра для робота с КПП. Спидометр для робота с КПП. Мгновенная скорость.

39. Золотое правило механики. Перетягивание каната. Грузоподъёмность. Точность сервомотора.

40. Управление. Системы управления. Gamepad. Виды систем управления.

41. Импровизация. Импровизация и робот. Случайное число. Игра в кости. Множественный выбор.

42. Промышленные роботы. Роботы в промышленности. Алгоритм отслеживания границы. Движение по линии. Гараж будущего.

43. Автоматический транспорт. Персональный автоматический транспорт. Кольцевой маршрут.

44. Персональные сети. Cybiko. Personal area network. Управление роботом с мобильного телефона.

45. Профессия - инженер. Данные, информация, знания. Путь к знаниям. Выбор профессии.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ПРИМЕР ПРОЕКТНОЙ РАБОТЫ ПО РОБОТОТЕХНИКЕ НА ТЕМУ: «ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИЗМОВ ДВИЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ КОНСТРУКТОРА ПЕРВОРОБОТ LEGO WEDО»

Автор: участники кружка «Юный конструктор» МАОУ Сладковская СОШ, 2 «А» класс

Научный руководитель: Цуканова Татьяна Владимировна, учитель МАОУ Сладковская СОШ

Краткая аннотация

В данной работе рассмотрены процессы передачи движения и преобразования энергии в машине на основе исследования конструктораПервоРобот LEGO WeDо. В работе описаны простые механизмы движения, применяемые в моделях конструктора, исследованы приёмы изменения скорости и направления движения. Изученные механизмы передачи движения применены при сборке моделей конструктора и представлены на выставке робототехники.

Результаты могут быть использованы на занятиях робототехники с конструктором ПервоРобот LEGO WeDо, а также для презентации опыта по внедрению робототехники во внеурочную деятельность младших школьников.

План работы

Введение

1. «Изучение механизмов движения на основе конструктора

LEGO WeDо»

2. Выставка моделей из конструктора ПервоРобот LEGO WeDo

3. «Мы - исследователи» - фото-коллаж

Вывод

Список литературы и источников

Введение

Одна из любимых детских игрушек - конструктор ЛЕГО. Мы строим из него дома и замки, машины и самолёты, целые лего-города!

Но как сделать так, чтобы наши машинки бежали, самолёты - летели, а игрушки - вращались, двигались, издавали звуки?

Мы решили понять это, изучая механизмы движения на основе конструктора ПервоРобот LEGO WeDо.

Тема нашей исследовательской работы: Изучение механизмов движения на основе конструктора LEGO WeDо.

Заинтересовавшись изучением механизмов передачи движения в нашем конструкторе, мы поставили целью своей работы: изготовление моделей, с помощью которых можно наблюдать и изучать процесс передачи движения и преобразования энергии в машине.

Для достижения цели мы сформулировали следующие задачи:

1. Познакомиться с конструктором LEGO WeDо и его программным обеспечением.

2. Пользуясь технологическими картами конструктора, исследовать, собрать и испытать простейшие механизмы движения: мотор и ось, систему зубчатых колёс, ременную передачу, червячную зубчатую передачу движения.

3. Исследовать способы изменения скорости и направления вращения, а также изменение угла вращения.

4. Собрать, запрограммировать и испытать действующие модели игрушек на основе изученных механизмов движения.

5. Организовать выставку моделей LEGO WeDо.

Предмет исследования - процессы передачи движения.

Объект исследования - механизмы и детали конструктора ПервоРобот LEGO WeDо.

Гипотеза: если мы применим механизмы передачи движения и преобразования энергии к конструируемым моделям, то они придут в движение.

Изучение механизмов движения на основе конструктора LEGO WeDо.

Слайд 1.

Изучение механизмов движения мы начали с самого важного устройства - мотора.

Чтобы мотор приводил в движение предмет, вставим в мотор ось, а на ось наденем наше колесо.

Кабель, идущий от мотора, подсоединим к USB ЛЕГО-коммутатору, который присоединим к USB компьютера с установленным программным обеспечением ПервоРобот LEGOWeDo.

Составим программу, чтобы завести мотор по часовой стрелке. Энергия компьютера передаётся на мотор. Мотор включается и вращает ось, а значит, и колесо на оси. С помощью программы мы можем изменить направление движения мотора. Можем задать ему скорость.

Слайд 2.

Но мотор один, а что если мы захотим заставить вращаться несколько предметов?

Тогда для передачи движения можно использовать систему зубчатых колёс. Для этого установим на оси зубчатые колёса так, чтобы одно цеплялось зубьями за другое. Ведущее зубчатое колесо будет работать от мотора. Ведомое сцеплено с ведущим, которое заставляет его вращаться. А значит, и приводит в движение ось, вставленную в него. Теперь вращаются 2 колеса. Такая передача движения называется зубчатой. Но заметьте: вращаются они в противоположные стороны и с одинаковой скоростью.

Как же заставить их вращаться в одном направлении?

Для этого установим между ними промежуточное зубчатое колесо так, чтобы оно сцеплялось с обоими крайними колёсами. Оно работает как холостое и используется только для изменения направления движения.

Мы можем регулировать скорость движения наших колёс, направление их вращения: по часовой стрелке или против. Теперь большие зубчатые колёса будут вращаться в одном направлении, но с одинаковой скоростью, ведь они одного диаметра.

Слайд 3.

А что же сделать, чтобы заставить наши колёса вращаться с разной скоростью? Как увеличить скорость вращения второго колеса?

Давайте поставим вместо него колесо меньшего размера. Теперь мы видим, что большое зубчатое колесо вращается медленнее - у него 24 зуба, а маленькое - быстрее, ведь у него зубьев всего 8. Значит за один оборот большого колеса маленькое повернётся 3 раза. Скорость увеличилась!

Можно и снизить скорость вращения, поменяв местами большое и малое зубчатые колёса.

Слайд 4.

Вместо зубчатых колёс в наших конструкциях мы попытались использовать шкивы и ремни.

Первый шкив будет вращаться от мотора - он ведущий. Второй шкив, надетый на другую ось, сам вращаться не может.

Соединим их ремнём и включим мотор.

Шкив, насаженный на ось мотора, начинает вращаться. Он вращает ремень. Ремень вращает второй шкив.

Заметьте, вращаются они с одинаковой скоростью, потому что они одинакового диаметра, и в одном направлении.

С помощью программы мы можем менять направление движения по часовой стрелке и против. Можем менять и скорость вращения шкивов, как это было с зубчатыми колёсами.

Такая передача движения называется ременной.

Слайд 5.

Чтобы заставить шкивы вращаться в разных направлениях, надо перекрестить ремень.

Перекрёстная ременная передача заставит наши шкивы врашаться в противоположных направлениях.

Мы можем поставить шкивы разных размеров, и тогда они будут вращаться с разной скоростью. Можем добиться повышения скорости, а можем наоборот - её снижения.

Слайд 6.

Чтобы изменить угол вращения, мы можем использовать коронное зубчатое колесо. Оно ставится под углом 90 градусов к обычному зубчатому колесу и сцепляется с ним для передачи движения.

Рассмотрим ещё один способ передачи движения. Это червячная зубчатая передача.

Если мы захотим собрать движущуюся тележку, то будем использовать именно её.

Конструируем коробку передач: вставляем внутрь прозрачного корпуса червячное и зубчатое колесо так, чтобы они были в зацеплении. Надеваем её на ось мотора. Теперь перпендикулярно вставляем вторую ось и надеваем на неё колёса.

Червячное колесо вращается гораздо быстрее зубчатого. Оно снижает скорость зубчатого колеса и меняет направление оси вращения. Обратите внимание, что оси вращения червячного и зубчатого колеса взаимно перпендикулярны.

Изучив способы передачи движения в механизмах, мы попробовали применить их при конструировании моделей игрушек. У нас получилась выставка, которую мы представляем на страницах нашей работы.

Выставка моделей из конструктора ПервоРобот LEGO WeDo

«Танцующие птицы»

Энергия передается от компьютера на мотор, вращающий маленькое зубчатое колесо. Маленькое зубчатое колесо приводит в движение большое зубчатое колесо, установленное на одной оси со шкивом, который поэтому тоже вращается. Сверху на шкиве закреплена птица. На шкив надет ремень. При вращении шкива ремень движется и вращает другой шкив, на который сверху установлена вторая птица. Скорость вращения птиц можно изменять, переставляя ремень с большего шкива на меньший. Чтобы изменить направление вращения птиц, следует перекрестить ремень.

«Обезьянка-барабанщица»

Энергия передается от компьютера на мотор. От мотора энергия передаётся сначала маленькому зубчатому колесу, затем, с поворотом оси вращения на 90° - коронному зубчатому колесу, насаженному на одну ось с кулачками. Кулачки поворачиваются и нажимают на рычаги, которые поднимают и опускают «руки» модели.

Энергия превращается из электрической (компьютера и мотора) в механическую (вращение зубчатых колёс, кулачков, движение рычагов).

«Рычащий лев»

Энергия передается от компьютера на мотор, вращающий маленькое зубчатое колесо,

которое вращает коронное колесо. Наклонные зубья коронного колеса меняют направление

движения на 90°. Коронное зубчатое колесо насажено на ту же ось, на которой закреплены

и передние лапы льва. При вращении оси в том или другом направлении лев садится или

ложится.

«Ликующие болельщики»

Энергия передается от компьютера на мотор, передающий движение коронному зубчатому

колесу, маленькому зубчатому колесу, двум большим зубчатым колесам, двум кулачкам,

насаженным на одну и ту же ось. Вращаясь, кулачки поднимают и опускают две «головы»,

закреплённые на осях на поворотном основании.

Энергия превращается из электрической (компьютера и мотора) в механическую

(вращение зубчатых колёс, кулачков, движение фигурок футбольных болельщиков,собранных из деталей ЛЕГО)

«Голодный аллигатор»

Энергия передается от компьютера на мотор, вращающий коронное зубчатое колесо,

которое, в свою очередь, приводит в движение другое зубчатое колесо, установленное по

отношению к нему под углом 90°. Это второе зубчатое колесо насажено на одну ось с

маленьким шкивом. На маленький шкив надет ремень, передающий движение на большой

шкив, который открывает и закрывает пасть аллигатора.

Энергия превращается из электрической (компьютера и мотора) в механическую(вращение зубчатых колёс и шкивов, движение ремней и челюстей аллигатора).

«Вратарь»

Наша модель использует мотор для вращения малого шкива и ремня. Ремень вращает большой шкив. Большой шкив поворачивает рычаг руки. Рычаг руки движет вратарём.

«Непотопляемый парусник»

Наша модель использует мотор для вращения малого зубчатого колеса. Малое зубчатое колесо вращает большое. Большое зубчатое колесо двигает рычаг. Рычаг двигает лодку. Лодка укреплена на оси и поэтому качается.

Вывод

В результате исследования механизмов передачи движения мы научились собирать, программировать и испытывать модели ПервоРобота, изменять поведение моделей, изобретать свои конструкции и программы и представлять свои проекты. Нам стало ясно, как электрическая энергия компьютера преобразуется в механическую. Мы предполагали, что наши модели смогут двигаться, и у нас получилось.

Мы организовали выставки для ребят и родителей, чтобы представить результаты своих исследований и продемонстрировать наши игрушки-роботы в действии. Многие ребята тоже, как мы, захотели заниматься робототехникой. Думаем, что наша работа поможет им в освоении конструктора ПервоРобот LEGO WeDо.

СОДЕРЖАНИЕ

ГЛАВА I. Теоретические основы и методические особенности реализации робототехники в образовательном процессе школы

1. Введение.

2. Методические рекомендации использования робототехники в образовательном процессе

3. Особенности процесса встраивания «робототехники» в образовательные предметы

ГЛАВА II. Опыт организации занятий робототехники и лего-конструирования в образовательных учреждениях Тюменской области

2.1. Методические особенности применения лего-технологий в МАОУ СОШ № 88 г. Тюмени (Авторы: Пуляшкина Светлана Петровна, заместитель директора по УВР МАОУ СОШ № 88 г. Тюмени; Горяинова Наталья Анатольевна, учитель информатики, руководитель студии «Лего-конструирование» МАОУ СОШ № 88 г. Тюмени)

2.1.1. Почему Лего?

2.1.2. Lego во внеурочной деятельности

2.1.3. С чего начать

2.1.4. Занятие «курсы для водителей»

2.1.5. Занятие «роботы - помощники в повседневной жизни человека»

2.1.6. Lego-соревнования

2.2. Методические особенности применения лего технологий в Сладковской СОШ с. Сладково Тюменской области

2.2.1. Робототехника во внеурочной деятельности младших школьников. (Автор: Цуканова Татьяна Владимировна, учитель начальных классов МАОУ Сладковская СОШ с. Сладково Тюменской области)

2.2.2. Рабочая (модифицированная) программа кружка лего-конструирования «Юный конструктор» для 2 класса начального общего образования

2.2.3. Календарно-тематическое планирование из расчёта 2 часа в неделю.

2.2.4. Календарно-тематическое планирование из расчёта 1 час в неделю.

2.2.5. Конспект занятия кружка робототехники во 2 классе «Юный конструктор» Тема: Первые шаги. Шкивы и ремни.

2.2.6. Календарно-тематическое планирование внеурочных занятий кружка «Лего-коструирование» (Автор: Федосеенко С. П., МАОУ Сладковская СОШ

2.3. Методические особенности применения лего технологий в МАОУ Казанская СОШ Казанского района Тюменской области (Автор: Медведева Нина Сергеевна, учитель начальных классов, руководитель кружка «Лего-конструирование)

2.3.1. Программа дополнительного образования в начальной школе «ЛЕГО-конструирование»

2.3.2. Теоретические аспекты включения робототехники в образовательное пространство (Автор: Гребцова Любовь Павловна, учитель физики МАОУ Казанская средняя общеобразовательная школа Казанского района Тюменской области)

2.3.3. Рабочая программа объединения «Робототехника» (Автор: Гребцова Л.П., учитель физики)

ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Фрагмент программы «Первый шаг в робототехнику» (68 часов) 5-6 классы

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Пример проектной работы по робототехнике на тему: «Изучение механизмов движения на основе конструктора перворобот LEGO WEDО» (Автор: участники кружка «Юный конструктор» МАОУ Сладковская СОШ, 2 «А» класс; научный руководитель: Цуканова Татьяна Владимировна, учитель МАОУ Сладковская СОШ