Робототехника на РСС в образовании

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

Д.А. Медведев

Авторы программы

Авторами программы курса дополнительного образования «УМКИ» (УМКИ - Управляемый Машинный Конструктор Инновационный) являются:

• Воронина Вероника Вадимовна - учитель информатики МОУ СОШ №7 г. Павлово;
• Воронин Игорь Вадимович - начальник отдела информационных технологий Института проблем лазерных и информационных технологий Российской Академии Наук.

Внедрение робототехники в образовательное пространство

На современном этапе экономического и социального развития общества содержание образования должно быть ориентировано на:

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

Современный человек должен быть мобильным, готовым к разработке и внедрению инноваций в жизнь. Поэтому в настоящее время образовательная робототехника приобретает все большую значимость и актуальность. В качестве прикладной науки робототехника может быть интегрирована как в учебный процесс образовательного учреждения, так и в полной мере использована в дополнительном образовании. Опираясь на такие научные дисциплины, как информатика, математика, физика, биология, робототехника активизирует развитие учебно-познавательной компетентности учащихся, помогает развивать техническое творчество детей. Метод обучения школьников через научные исследования и творческие проекты позволяет выявить и отобрать из большого числа учащихся самых увлеченных и работоспособных, создание же необходимых условий и мотивации для овладения ими методологией творческой деятельности позволяет осуществить школьникам научно-технические замыслы.

Курс робототехники является одним из интереснейших способов изучения компьютерных технологий и программирования. Во время занятий ученики собирают и программируют роботов, проектируют и реализуют миссии, осуществляемые роботами – умными машинками (SmartCar). Командная работа при выполнении практических миссий способствует развитию коммуникационных компетенций, а программная среда позволяет легко и эффективно изучать алгоритмизацию и программирование, успешно знакомиться с основами робототехники.

Программа рассчитана на небольшую группу учащихся (8-10 человек), в которой каждый участник активно задействован в процессе изучения теоретического и освоения практического материала. Данная программа подразумевает, что в распоряжение детей предоставлены конструкторы, оснащенные микропроцессором (модулем XBee 2-й серии) и наборами датчиков, позволяющих создавать программируемые модели роботов. С их помощью школьник может запрограммировать робота (SmartCar) на выполнение определенных функций.

Набор конструктора УМКИ

Дополнительным преимуществом изучения робототехники является создание команды и в перспективе участие в региональных, общероссийских и международных олимпиадах по робототехнике, что значительно усиливает мотивацию учеников к получению знаний.

Благодаря датчикам созданные конструкции реагируют на окружающий мир. Специально разработанное для данного курса программное обеспечение (на основе СПО) позволяет организовать отдельные модули в распределенные сети, где SmartCar’ы способны связываться друг с другом, опрашивать и обмениваться данными. С помощью программирования ученики наделяют интеллектом свои модели и используют их для решения задач, которые по сути являются творческими проблемами по курсу математики, информатики, технологии, физики, химии, экологии.

Цель программы

Организация внеурочной деятельности детей, раскрытие их творческого потенциала с использованием возможностей робототехники и практическое применение учениками знаний, полученных в ходе работы по курсу, для разработки и внедрения инноваций в дальнейшей жизни, воспитание информационной, технической и исследовательской культуры.

Задачи программы

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

Ожидаемые результаты работы

SmartCar

Работа с предлагаемыми конструкторами УМКИ (Умные МашинКи Инновационные) (далее для обозначения каждой машинки будем употреблять термин SmartCar) способствует развитию воображения, пространственной ориентации, формированию абстрактного и логического мышления, накоплению полезных знаний, дает возможность по максимуму реализовать творческие способности. Каждый ученик может работать в собственном темпе, переходя от простых задач к более сложным.

Опираясь на такие научные дисциплины, как информатика, математика, физика, биология, робототехника активизирует развитие учебно-познавательных компетенций учащихся, способствует развитию технического творчества детей.

Несложный учебный робот для детей становится вполне конкретной осязаемой вещью. Реальный исполнитель со своей системой команд для учащихся понятнее и интереснее при знакомстве с алгоритмизацией и изучении программирования. При освоении управления таким роботом у ребенка складываются четкие представления о том, что робот является формальным исполнителем, на практике происходит знакомство с системой команд исполнителя алгоритмов; буквально «потрогав руками», ребенок понимает, что такое алгоритм, и сам определяет его свойства:

• система команд робота строго определена;
• программа для робота составляется из отдельных команд;
• робот исполняет предложенную ему программу;
• поведение робота зависит от качества программы, а значит и от опыта самого программиста; если робот делает что-то не так, как задумывалось, необходима коррекция программы;
• информация вводится с помощью датчиков, выводится через линии связи с другими устройствами.

Таким образом, абстрактные понятия информатики наглядно воплощаются в поведении материального объекта. Дети программируют различное поведение подготовленных собственноручно роботов, оснащенных необходимыми датчиками и объединенных в сенсорную сеть, что позволяет концентрировать внимание учащихся на проблемах обработки информации программируемыми исполнителями. Удачный интерфейс программы позволяет уделять большое внимание различным алгоритмам управления. В отличие от существующих на настоящий момент, язык программирования SmartCar для ученика является по сути языком блок-схем, базирующимся на общепринятом стандарте UML. Таким образом, составляемая ребенком программа сразу записывается в классическом алгоритмическом виде, что, несомненно, способствует развитию алгоритмического мышления, воспитывает культуру программирования.

Программа курса позволяет организовать внеучебную деятельность, проводя интегрированные занятия по различным предметам. С помощью конструкторов-роботов можно организовать весьма мотивированную познавательную деятельность по пространственному конструированию, моделированию и автоматическому управлению. К наборам конструкторов прилагаются подробные конспекты занятий, рекомендации для учителя, рабочие материалы для учеников. Задания, предлагаемые ученику, выстроены от простого к сложному, особое внимание уделено наглядности.

В результате работы по программе курса дети получат:

1. умения осуществлять компьютерное моделирование с помощью современных программных средств;
2. навыки коллективного творческого труда, умение работать в команде над решением поставленной задачи;
3. развитие способностей творчески подходить к проблемным ситуациям;
4. расширят знания об основных особенностях конструкций, механизмов и машин.