ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Утверждаю
проректор по УМР
____________ С. В. Фомин
«____» ___________ 2016 г.
Образовательная программа
дополнительного образования детей
«Основы робототехники»
Срок реализации – 1 год
Всего часов: 72 часа
Возраст слушателей: обучающиеся 3 - 6 классов (9 - 12 лет).
Программа разработана
преподавателем каф. ЭПиАПУ
Мокрушиным Сергеем Александровичем
г. Киров
2016 г.
Содержание
2.Учебно-тематический план образовательной программы
«Основы робототехники» 9
3.Содержание образовательной программы «Основы робототехники» 11
4.Методическое обеспечение дополнительной образовательной программы «Основы робототехники» 12
Список литературы 14
Пояснительная записка
Робототехника - это проектирование и конструирование всевозможных интеллектуальных механизмов - роботов, имеющих модульную структуру и обладающих мощными микропроцессорами. Предмет робототехники - это создание и применение роботов, других средств робототехники и основанных на них технических систем и комплексов различного назначения. На занятиях по робототехнике осуществляется работа с образовательными интеллектуальными конструкторами. Для создания программы, по которой будет действовать модель, используется специальный графический язык программирования. Образовательная программа «Основы робототехники» это один из интереснейших способов изучения компьютерных технологий и программирования. Во время занятий ученики научаться проектировать, создавать и программировать роботов. Командная работа над практическими заданиями способствует глубокому изучению составляющих современных роботов, а визуальная программная среда позволит легко и эффективно изучить алгоритмизацию и программирование. Обучающимся предоставлены интеллектуальные конструкторы, оснащенные специальным микропроцессором, позволяющим создавать программируемые модели роботов. С его помощью обучаемый может запрограммировать робота на выполнение определенных функций. Дополнительным преимуществом изучения робототехники является создание команды единомышленников и ее участие в конкурсах по робототехнике, что значительно усиливает мотивацию учеников к получению знаний. Образовательная программа по робототехнике научно-технической направленности, так как в наше время робототехники и компьютеризации ребенка необходимо учить решать задачи с помощью автоматов, которые он сам может спроектировать, защищать свое решение и воплотить его в реальной модели, т.е. непосредственно сконструировать и запрограммировать.
Направленность программы - научно-техническая. Обучение по данной программе направлено на приобретение учащимися знаний и привлечение их к современным технологиям конструирования, программирования и использования роботизированных устройств, а также проведение исследований, создание и работу над проектами.
Актуальность программы заключается в том, что в настоящий момент в России развиваются нано технологии, электроника, механика и программирование. т.е. созревает благодатная почва для развития компьютерных технологий и робототехники.
Педагогическая целесообразность
В педагогической целесообразности образовательной программы не приходиться сомневаться, т.к. воспитанники научатся объединять реальный мир с виртуальным. В процессе конструирования и программирования кроме этого ученики получат дополнительное образование в области физики, технологии, электроники и информатики.
Создание условий для изучения основ алгоритмизации и программирования с использованием интеллектуального конструктора, развития научно-технического и творческого потенциала личности ребёнка путём организации его деятельности в процессе интеграции начального инженерно-технического конструирования и основ робототехники.
Обучающие
Обучить современным разработкам по робототехнике в области образования;
Обучить учащихся комплексу базовых технологий, применяемых при создании роботов, основным принципам механики;
обучить конструированию роботов на базе интеллектуального робототехнического конструктора;
помочь освоить среду программирования микроконтроллеров;
обучить составлению программы управления интеллектуальными робототехническими устройствами;
Развивающие
развивать творческие способности и логическое мышление обучающихся;
развивать умение выстраивать гипотезу и сопоставлять с полученным результатом;
развивать образное, техническое мышление и умение выразить свой замысел;
развивать умения работать по предложенным инструкциям по сборке моделей;
развивать умения творчески подходить к решению задачи;
развивать применение знаний из различных областей знаний;
развивать умения излагать мысли в четкой логической последовательности, отстаивать свою точку зрения, анализировать
Воспитательные
Повышать мотивацию учащихся к изобретательству и созданию собственных роботизированных систем;
Воспитывать у учащихся стремление к получению качественного законченного результата;
Формировать навыки проектного мышления, работы в команде, эффективно распределять обязанности.
Сроки реализации и возрастные особенности детей
Программа рассчитана на 1 год обучения. Для обучения принимаются дети в возрасте 9 - 11 лет без специального отбора. Формируются группы по 10 человек. Состав группы может быть разновозрастным.
Занятия проводятся 1 раз в неделю по 2 часа (72 часа в год). Основной формой являются групповые занятия.
Методы организации занятий
Создание проблемной ситуации.
Формирование и совершенствование умений и навыков (изучение нового материала, беседа, сообщение-презентация, практика).
Обобщение и систематизация знаний (самостоятельная работа, творческая работа, дискуссия).
Контроль и проверка умений и навыков (опрос, самостоятельная работа, творческие конкурсы).
Комбинированные занятия.
Создание ситуаций творческого поиска.
Игра
Методика проведения занятий
Устанавливая связи между уже имеющимся и новым опытом, полученным в процессе обучения, ребенок приобретает знания. Сам по себе начальный новый опыт позволяет сформировать совершенно новое знание. Использование на занятиях конструкторов помогает детям изучать основы информационных технологий и материального производства, устанавливая взаимосвязи между идеями и подходами, которые применяются при выполнении заданий, представляемых на презентациях, демонстрирующих реально используемые технологии. Педагог дополнительного образования ставит новую техническую задачу, решение которой ищется совместно. Обучение в процессе практической деятельности, предполагает создание моделей и реализацию идей путем конструирования. При необходимости, выполняется эскиз конструкции. Далее учащиеся работают в группах по 2 человека, ассистент преподавателя раздает конструкторы с контроллерами и дополнительными устройствами. Проверив наличие основных деталей, учащиеся приступают к созданию роботов. При необходимости преподаватель раздает методические указания со всеми этапами сборки (или выводит изображение этапов на большой экран с помощью проектора). В зависимости от задач на занятиях используются разные виды конструирования. Свободное, не ограниченное жесткими рамками исследование, в ходе которого дети создают различные модификации простейших моделей, что позволяет им прийти к пониманию определенной совокупности идей. Исследование, проводимое под руководством педагога и предусматривающее пошаговое выполнение инструкций, в результате которого дети строят модель, используемую для обработки данных. Свободное, неограниченное жесткими рамками решение творческих задач, в процессе которого ученики делают модели по собственным проектам и самостоятельные конструкторские разработки. На каждом компьютере обучающегося имеется постоянно дополняющиеся папка с готовыми инструкциями по конструированию моделей и руководство пользования программой. Если для решения требуется программирование, учащиеся самостоятельно составляют программы на компьютерах. На этом этапе возможно разделение ролей на конструктора и программиста. Программа загружается учащимися из компьютера в контроллер готовой модели робота, и проводятся испытания на специально приготовленных полях. После выполнения задания учащиеся делают выводы о наиболее эффективных механизмах и программных ходах, приводящих к решению проблемы. На этапе рефлексии детям дается возможность обдумать то, что они построили, запрограммировали, помогает более глубоко понять идеи, с которыми они сталкиваются в процессе своей деятельности на предыдущих этапах. Размышляя, дети устанавливают связи между полученной и новой информацией и уже знакомыми им идеями, а также предыдущим опытом. На этом этапе в каждом задании детям предлагается некоторый объем вопросов, побуждающих установить взаимосвязи между опытом, который они получают в процессе работы над заданием, и тем, что они знают в реальном мире. При необходимости производится модификация программы и конструкции. На этапе развития детям предлагаются дополнительные творческие задания по конструированию или программированию. Творческие задачи, представляющие собой адекватный вызов способностям ребенка, наилучшим образом способствуют его дальнейшему обучению и развитию.
Для закрепления изученного материала, мотивации дальнейшего обучения и выявления наиболее способных учеников регулярно проводится защита творческих проектов.
Методы достижения результатов:
Движение от простого к сложному: много общих задач для начинающих;
Активное вовлечение детей к участию в фестивалях, конференциях, выставках;
Дополнительные творческие задания;
Поощрение, стимулирование.
Ожидаемые результаты и способы их проверки
Образовательные
Результатом занятий робототехникой будет способность учащихся к самостоятельному решению ряда задач с использованием образовательных робототехнических конструкторов, а также создание творческих проектов. Конкретный результат каждого занятия – это робот или механизм, выполняющий поставленную задачу. Проверка проводится как визуально – путем совместного тестирования роботов, так и путем изучения программ и внутреннего устройства конструкций, созданных учащимися. Навыки самообразования - периодическая оценка своих успехов и собственной работы самими обучающимися. Основной способ итоговой проверки – выполнение практических заданий. В зачет принимается участие в соревновании и итог проекта.
Развивающие
Изменения в развитии мелкой моторики, внимательности, аккуратности и особенностей мышления конструктора-изобретателя проявляется на самостоятельных задачах по механике. Наиболее ярко результат проявляется в успешных выступлениях на внешних состязаниях роботов и при создании защите самостоятельного творческого проекта.
Воспитательные
Воспитательный результат занятий робототехникой можно считать достигнутым, если учащиеся проявляют стремление к самостоятельной работе, усовершенствованию известных моделей и алгоритмов, созданию творческих проектов. Участие в научных конференциях для школьников, открытых состязаниях роботов и просто свободное творчество во многом демонстрируют и закрепляют его. Развитие коммуникативных навыков: сотрудничество и работа в команде, успешное распределение ролей. Кроме того, простым, но важным результатом будет регулярное содержание своего рабочего места и конструктора в порядке.
Ожидаемый результат:
Учащиеся научатся конструировать, строить механизмы с электроприводом, будут знать основы программирования контроллеров.
После завершения заданий по управлению и контролю работы механизмов, проведения исследований с помощью датчиков:
Большинство детей будет записывать простые программы и устанавливать связь между выходными устройствами; модернизировать программу для получения желаемого результата. Научаться выбирать подходящие датчики для контроля параметров и самостоятельно выполнять соответствующие измерения, соблюдая правила безопасности.
Дети не достигшие больших успехов будут создавать простые программы, нуждаясь в помощи при их написании и исправлению ошибок в них. Выполнять измерения только под чьим-нибудь руководством и/или с чьей-либо помощью.
Дети успешно продвигающиеся вперед. Будут: писать более сложные программы. Выполнять все процедуры, объединять их и выявлять ограничения и недостатки в работе системы. Узнают, в каких случаях возможно регистрировать данные посредством компьютера. Будут уметь выбирать соответствующие датчики и самостоятельно проводить измерения, соблюдая правила безопасности. Делать простые заключения на основании полученных данных.
При этом каждый ребенок будет развиваться по своему индивидуальному образовательному маршруту, учитывая индивидуальные и возрастные его особенности.
Учитывая эти особенности, для каждого ребенка будет свой максимум и минимум. Главное, чтобы ему было интересно, т.к. интерес-это мощный стимул к познанию и совершенствованию, соответственно к развитию способностей.
В течение курса предполагаются регулярные зачеты, на которых решение поставленной заранее известной задачи принимается в свободной форме. При этом участие в фестивалях и выставках с презентацией своих проектов также являются методом проверки, и успешное участие в них освобождает от соответствующего зачета.
По окончании программы обучения учащиеся защищают творческий проект, требующий проявить знания и навыки по ключевым темам.
Кроме того, полученные знания и навыки проверяются на открытых конференциях, конкурсах и состязаниях, куда направляются наиболее успешные ученики.
Для учащихся всех возрастов и уровней подготовки возможно участие в региональных и всероссийских состязаниях роботов.
Ведется организация собственных фестивалей, выставок, мастер-классов и открытых состязаний роботов с привлечением участников из других учебных заведений.
-
Учебно-тематический план образовательной программы
«Основы робототехники»
№
|
Разделы программы
|
Количество часов
|
Теория
|
Практика
|
Всего
|
1
|
Введение в робототехнику. Инструктаж по технике безопасности.
|
1
|
-
|
1
|
2
|
Основы конструирования программируемых роботов
|
2
|
14
|
16
|
2.1
|
Знакомство с конструкцией роботов RoboRobo. Знакомство с интерфейсом среды программирования Rogic
|
2
|
-
|
2
|
2.2
|
Сборка и программирование робота-самолёта
|
-
|
2
|
2
|
2.3
|
Сборка и программирование танцующего робота
|
-
|
2
|
2
|
2.4
|
Сборка и программирование робота-клавиатуры
|
-
|
2
|
2
|
2.5
|
Сборка и программирование робота, играющего в кости
|
-
|
2
|
2
|
2.6
|
Сборка и программирование робота-вентилятора
|
-
|
2
|
2
|
2.7
|
Сборка и программирование серворобота
|
-
|
4
|
4
|
3.
|
Основы конструирования интеллектуальных роботов
|
2
|
32
|
34
|
3.1
|
Отличительные черты интеллектуальных роботов. Основные элементы интеллектуальных роботов.
|
2
|
-
|
2
|
3.2
|
Сборка и программирование распознающего робота
|
-
|
4
|
4
|
3.3
|
Сборка и программирование робота-рыбы
|
-
|
4
|
4
|
3.4
|
Сборка и программирование робота-жука
|
-
|
4
|
4
|
3.5
|
Сборка и программирование робота-попугая
|
-
|
4
|
4
|
3.6
|
Сборка и программирование робота-собаки
|
-
|
4
|
4
|
3.7
|
Сборка и программирование робота, играющего в боулинг
|
-
|
4
|
4
|
3.8
|
Сборка и программирование андроидного робота
|
-
|
4
|
4
|
3.9
|
Сборка и программирование робота-боксёра
|
-
|
4
|
4
|
№
|
Разделы программы
|
Количество часов
|
Теория
|
Практика
|
Всего
|
4.
|
Основы конструирования автономных мобильных роботов
|
1
|
8
|
9
|
4.1
|
Отличительные черты мобильного робота. Виды мобильных роботов.
|
1
|
-
|
1
|
4.2
|
Сборка и программирование робота-автогонщика
|
-
|
4
|
4
|
4.3
|
Сборка и программирование гусеничного робота
|
-
|
4
|
4
|
5.
|
Основы конструирования роботов специального назначения
|
1
|
8
|
9
|
5.1
|
Отличительные черты роботов специального назначения. Примеры роботов специального назначения.
|
1
|
-
|
1
|
5.2
|
Сборка и программирование робота-уборщика
|
-
|
4
|
4
|
5.3
|
Сборка и программирование боевого робота
|
-
|
4
|
4
|
6
|
Итоговая аттестация
|
-
|
3
|
3
|
|
Всего:
|
7
|
65
|
72
|
-
Содержание образовательной программы «Основы робототехники»
1. Введение в робототехнику. Инструктаж по технике безопасности.
Теория: Развитие науки робототехника в современном мире. Техника безопасности при работе с конструктором. Техника безопасности при работе с компьютером.
2. Основы конструирования программируемых роботов
Теория: Знакомство с конструктором RoboRobo. Правила сборки компонентов конструктора. Названия и принципы крепления элементов конструктора. Простейшие механизмы на базе интеллектуального конструктора. Среда графического программирования Rogic. Алгоритмические конструкции: следование, ветвление, цикл.
Практика: Решение простейших практических задач. Принципы крепления деталей. Построение простейших робототехнических устройств.
3. Основы конструирования интеллектуальных роботов
Теория: Отличительные черты интеллектуальных роботов. Основные элементы интеллектуальных роботов. Основы конструирования и программирования интеллектуальных роботов.
Практика: Конструирование робототехнических устройств с программным управлением. Программирование и отладка робототехнических устройств. Тестирование.
4. Основы конструирования автономных мобильных роботов
Теория: Виды транспортных средств. Эффективные конструкторские и программные решения классических задач управления мобильными роботами. Эффективные методы программирования.
Практика: Конструирование мобильных роботов. Построение транспортного средства. Программирование и отладка мобильных роботов. Тестирование моделей на трассе.
5. Основы конструирования роботов специального назначения
Теория: Отличительные черты роботов специального назначения.
Практика: Конструирование роботов специального назначения.
6. Итоговая аттестация
Практика: Повторение основ конструирования и программирования. Разработка на основании полученных знаний творческого проекта на заданную тематику. Тестирование проектов. Сдача проектов. Защита проекта. Участие с проектами в различных конкурсах – фестивалях и выставках.
-
Методическое обеспечение дополнительной образовательной программы «Основы робототехники»
№
|
Раздел программы
|
Форма организации занятий
|
Используемые дидактические материалы
|
Приемы и методы организации учебно-воспитательного процесса
|
Форма проведения итогов
|
1
|
Введение в робототехнику. Инструктаж по технике безопасности.
|
Беседа
|
Компьютерная презентация
|
Словесный. объяснительно-иллюстрационный
|
Опрос
|
2
|
Основы конструирования программируемых роботов
|
Сообщение, беседа, практикум
|
Конструкторы RoboRobo, среда разработки программ Rogic, методические пособия, рабочие тетради
|
Практический, словесный, познавательный
объяснительно-иллюстрационный
|
Практическое задание
|
3
|
Основы конструирования интеллектуальных роботов
|
Сообщение, беседа, практикум
|
Конструкторы RoboRobo, среда разработки программ Rogic, методические пособия, рабочие тетради
|
Практический, словесный, познавательный
объяснительно-иллюстрационный, исследовательский
|
Практическое задание
|
4
|
Основы конструирования автономных мобильных роботов
|
Объяснение, практикум, состязания
|
Конструкторы RoboRobo, среда разработки программ Rogic, методические пособия, рабочие тетради, трассы для тестирования
|
Практический, словесный, познавательный
Объяснительно-иллюстрационный, исследовательский
|
Практическое задание, турнир
|
№
|
Раздел программы
|
Форма организации занятий
|
Используемые дидактические материалы
|
Приемы и методы организации учебно-воспитательного процесса
|
Форма проведения итогов
|
5
|
Основы конструирования роботов специального назначения
|
Объяснение, практикум, тренировка
|
Конструкторы RoboRobo, среда разработки программ Rogic, методические пособия, рабочие тетради
|
Объяснительно-иллюстрационный, практический, исследовательский
|
Практическое задание, защита проекта
|
6
|
Итоговая аттестация
|
Индивидуальное задание
|
Конструкторы RoboRobo, среда разработки программ Rogic, трассы для тестирования
|
Практический, словесный, познавательный,
исследовательский
|
Защита проекта
|
Материально-техническое обеспечение:
Набор образовательного интеллектуального конструктора «Robo Kit 1+CD» - 1 штук.
Набор образовательного интеллектуального конструктора «Robo Kit 2+CD» - 1 штук.
Набор образовательного интеллектуального конструктора «Robo Kit 3 +русифицированное ПО (CD)» - 1 штук.
Набор образовательного интеллектуального конструктора «Robo Kit 4+CD» - 1 штук.
Наборы образовательных интеллектуальных конструкторов «Robo Kit 5+CD» - 3 штук.
Среда программирования RoboRobo «Rogic».
Электронное руководство пользователя RoboRobo «Интеллектуальная школа робота».
Полигоны.
Компьютеры (Нетбуки) – 6 штук.
Список литературы
Для педагога:
Образовательная робототехника во внеурочной учебной деятельности: учебно-методическое пособие / Л. П. Перфильева, Т. В. Трапезникова, Е. Л. Шаульская, Ю. А. Выдрина; под рук. В. Н. Халамова; М-во образования и науки Челябинской обл., ОГУ «Обл. центр информ. и материально-технического обеспечения образовательных учреждений, находящихся на территории Челябинской обл.» (РКЦ). — Челябинск: Взгляд, 2011. — 96 с.: ил.
Образовательная робототехника на уроках информатики и физике в средней школе: учебно-методическое пособие / Т. Ф. Мирошина, Л. Е. Соловьева, А. Ю.Могилева, Л. П. Перфильева; под рук. В. Н. Халамова; М-во образования и науки Челябинской обл., ОГУ "Обл. центр информ. и материально-технического обеспечения образовательных учреждений, находящихся на территории Челябинской обл." (РКЦ) —Челябинск: Взгляд, 2011. — 160 с.: ил.
Образовательная робототехника в начальной школе: учебно-методическое пособие /Т. Ф. Мирошина, Л. Е. Соловьева, А. Ю. Могилева, Л. П. Перфильева; под рук. В. Н. Халамова.; М-во образования и науки Челябинской обл., ОГУ «Обл. центр информ. и материально-технического обеспечения образовательных учреждений, находящихся на территории Челябинской обл.» (РКЦ) — Челябинск: Взгляд, 2011. — 152 с.: ил.
Филиппов С. А. Робототехника для детей и родителей. СПб: Наука, 2011.
Для детей и родителей:
Филиппов С. А. Робототехника для детей и родителей. СПб: Наука, 2011.
|
