В настоящее время большую востребованность имеют технические и инженерные специальности. Студенты, чья будущая профессия связана с применением информационных технологий, уже задолго до получения диплома способны создавать готовые к применению, значимые как в социальном, так и в экономическом аспекте, программные продукты [1-5].
Однако для того, чтобы ученик научился применять компьютер как инструмент для получения знаний и мог связать теоретические и практические основы информатики в учебной и внеучебной деятельности, необходимо начинать с организации пропедевтической работы по информатике.
Методические основы обучения информатике на пропедевтическом уровне отражены в работах А.В. Горячева, Н.В. Макаровой, Н.В. Матвеевой, Л.Л. Босовой и др.
Одной из возможных форм организации пропедевтической работы по информатике может являться кружковая работа по робототехнике. Методические разработки по робототехнике и Lego-конструированию отражены в работах [6-11]. Программы предлагаемых курсов можно разделить на два типа:
1) Программы для начальной школы с использованием конструкторов Lego Education WE DO.
В ходе таких занятий предполагается решать следующие задачи:
- Ознакомление с основными принципами механики и Lego-конструированием;
- Ознакомление с основами программирования в компьютерной среде моделирования LEGO Robolab 2.5.4;
- Развитие умения работать по предложенным инструкциям;
- Развитие умения самостоятельно решать поставленные задачи;
- Развитие умения довести решение задачи до работающей модели;
- Развитие умения излагать мысли в четкой логической последовательности, отстаивать свою точку зрения, анализировать ситуацию и самостоятельно находить ответы на вопросы путем логических рассуждений.
- Развитие умения работать над проектом в команде, эффективно распределять обязанности.
- Подготовка к соревнованиям по Лего-конструированию.
Курс считается вводным в программирование и Lego-конструирование. Возможности конструкторов Lego Education WE DO ограниченны, поэтому продолжительность курса составляет 1 год и подразумевает занятия по 1 часу в неделю.
2) Программы для средней и старшей школы с использованием конструкторов LEGO MINDSTORMS NXT и EV3.
Д.Г.Копосов является автором курса и соответствующего учебно-методического комплекса «Первый шаг в робототехнику» [1]. В состав УМК входят практикум и рабочая тетрадь.
Практикум является частью учебно-методического комплекта для средней школы, в который также входит рабочая тетрадь для 5-6 классов. Цель практикума – дать школьникам современное представление о прикладной науке, занимающейся разработкой автоматизированных технических систем, – робототехнике. Его можно использовать как для занятий в классе, так и для самостоятельной подготовки.
Учебные занятия с использованием данного практикума способствуют развитию конструкторских, инженерных и общенаучных навыков, помогают по-другому посмотреть на вопросы, связанные с изучением естественных наук, информационных технологий и математики, обеспечивают вовлечение учащихся в научно-техническое творчество.
Практикум содержит описание актуальных социальных, научных и технических задач и проблем, решение которых еще предстоит найти будущим поколениям, и позволяет учащимся почувствовать себя исследователями, конструкторами и изобретателями технических устройств. Данная программа рассчитана на применение конструкторов LEGO MINDSTORMS NXT.
Существует также авторская рабочая программа учебного курса LEGO MINDSTORMS Education EV3 И.В. Котеговой [2]. Данная программа предполагает обучение решению задач конструкторского характера, а также обучение программированию, моделированию при использовании на уроках конструктора LEGO MINDSTORMS Education EV3 и программного обеспечения LEGO MINDSTORMS EV3 EDU. В данный момент курс проходит апробацию.
На сегодняшний день в сети интернет и методической литературе много различных разработок по робототехнике. Но найти качественную программу кружка по робототехнике с использованием модели конструктора LEGO MINDSTORMS EV3 не удалось.
Поэтому мы разработали авторскую рабочую программу по робототехнике с использованием конструкторов LEGO MINDSTORMS EV3.
Пояснительная записка
Актуальность кружковой работы заключается в том, что она направлена на формирование творческой личности, умеющей креативно, нестандартно мыслить. Технологические наборы LEGO MINDSTORMS EV3 ориентированы на изучение основных физических принципов и базовых технических решений, лежащих в основе всех современных конструкций и устройств.
Данная программа предполагает решение инженерных и конструкторских задач, а также обучение объектно-ориентированному программированию и моделированию с использование конструкторов LEGO MINDSTORMS EV3 и программного обеспечения LEGO MINDSTORMS EV3 EDU. Использование конструкторов LEGO MINDSTORMS EV3 позволяют решать не только типовые задачи, но и нестандартные ситуации, исследовать датчики и поведение роботов, вести собственные наблюдения. Кроме того, работа в команде способствует формированию умения взаимодействовать с соучениками, формулировать, анализировать, критически оценивать, отстаивать свои идеи. При дальнейшем освоении LEGO EV3 становится возможным выполнение серьезных проектов, развитие самостоятельного технического творчества, участие в соревнованиях по робототехнике.
Цель курса – научить использовать средства информационных технологий для решения конструкторских и межпредметных задач, способствовать успешной адаптации при переходе от пропедевтического курса информатики к базовому.
Задачи:
- Знакомство со средой программирования LEGO MINDSTORMS EV3, базовым и ресурсными наборами;
- Усвоение основ объектно-ориентированного программирования;
- Составление простых и сложных алгоритмов;
- Использование и программирование датчиков для исследования окружающей среды и выполнения поставленных задач;
- Проектирование и разработка собственных программ для решения стандартных и нестандартных задач;
- Создание собственных проектов, которые могут быть полезными в реальной жизни;
- Формирование умения работать в группе.
Планируемые результаты освоения программы по робототехнике
Личностные результаты:
- Формирование способностей обучающихся к саморазвитию, самообразованию и самоконтролю на основе мотивации к робототехнической и учебной деятельности;
- Формирование современного мировоззрения соответствующего современному развитию общества и науки;
- Формирование коммуникативной и ИКТ-компетентности для успешной социализации и самореализации в обществе.
Метапредметные результаты:
- Умение ставить и реализовывать поставленные цели;
- Умение самостоятельно планировать свою деятельность;
- Умение выполнять и правильно оценивать результаты собственной деятельности;
- Умение создавать, разрабатывать и реализовывать схемы, планы и модели для решения поставленных задач;
- Умение устанавливать причинно-следственные связи и логически мыслить.
Предметные результаты:
- Овладение простыми методами и формами обработки и анализа данных;
- Формирование ИКТ- компетентности и информационной культуры;
- Формирование умения автоматизировать и решать поставленные задачи, используя компьютер и технические устройства как инструмент.
Также программа обладает профориентационной направленностью. В ходе обучения по данной программе обучающийся сможет определить свои склонности к инженерно-техническому конструированию и моделированию, которые помогут в дальнейшем самоопределении.
Учебно-тематический план курса
| Тема |
Общее количество часов |
Теория |
Практика |
| Знакомство со стартовым набором LEGO MINDSTORMS EV3 и программным обеспечением. |
2 |
1 |
1 |
| Сборка первого робота, исследование работы датчиков и возможностей главного модуля |
8 |
2 |
6 |
| Сборка и программирование роботов с использованием Базового набора 45544 и программного обеспечения LEGO MINDSTORMS EV3 EDU |
15 |
3 |
12 |
| Решение нестандартных задач, творческие проекты |
9 |
2 |
7 |
| Итого: | 34 часа | ||
Материально-техническое обеспечение
1. Компьютер (процессор 2 ГГц или более мощный, оперативная память Гб и более, 2 ГБ свободного места на жестком диске, 1 свободный USB порт)
2. Операционная система (Windows XP (32 бит), Vista (32/64 бит), за исключением StartedEdition, все с последними пакетами обновлений, MacOS X 10.6, 10.7 и 10.8 (только Intel) – с последними пакетами обновлений);
3. Базовый набор LEGO MINDSTORMS EV3 45544;
4. Программное обеспечение LEGO MINDSTORMS EV3 EDU;
5. Проектор;
6. Боксы для хранения собранных и разобранных конструкций;
Библиографический список
- Баженов Р. И., Мохно Д. Е. О разработке информационной системы по учету оценочных средств в университете//Современные научные исследования и инновации. 2014. №5. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/05/34815 (дата обращения: 07.06.2014).
- Баженов Р.И., Никитин А.В. О разработке информационной системы по контролю над пролонгацией страховых договоров//Современные научные исследования и инновации. 2014. №6. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/06/35496 (дата обращения: 07.06.2014).
- Баженов Р. И., Кузнецова Я. И. О разработке информационной системы по учету благотворительной помощи в малой организации//Современная техника и технологии. 2014. №6. URL: http://technology.snauka.ru/2014/06/3961 (дата обращения: 08.06.2014).
- Баженов Р. И., Семёнова Д. М. О разработке информационной системы учета деятельности членов общественной молодежной палаты//Современные научные исследования и инновации. 2014. №6. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/06/35578 (дата обращения: 08.06.2014).
- Баженов Р.И., Кривошеева О.Н. Разработка автоматизированной информационной системы для учета деятельности по обслуживанию и ремонту пожарных и охранных комплексов//Современная техника и технологии. 2014. №6. URL: http://technology.snauka.ru/2014/06/3964 (дата обращения: 27.07.2014).
- Копосов Д.Г. Первый шаг в робототехнику. – БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014. 286 с.
- Котегова И.В. Рабочая программа «Технология применения программируемых робототехнических решений на примере платформы LEGO MINDSTORMS Education EV3» URL: https://edugalaxy.intel.ru/index.php?act=attach&type=blogentry&id=17247
- Нетесова О.С. Особенности преподавания элективного курса «Конструирование и программирование роботов» в общеобразовательной школе // Вестник Томского государственного педагогического университета. 2013. № 9 (137). С. 175-180.
- Устинова Н.Н., Зырянова Е.С. Урок на тему «Линейные алгоритмы. Составление линейных алгоритмов для LEGO-роботов NXT» // Информатика в школе. 2014. № 2 (95). С. 17-22.
- Газизов Т.Т., Нетесова О.С., Стась А.Н. Модель внедрения элементов робототехники в образовательный процесс школы // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. 2013. № 2 (28). С. 180-184.
- Нетесова О.С. Методические особенности реализации элективного курса по робототехнике на базе комплекта LEGO MINDSTORMS NXT 2.0 // Информатика и образование. 2013. № 7 (246). С. 74-76.