Дополнительная общеразвивающая программа
«Робототехника»
(наименование программы)
техническая
(направленность)
9-14 лет
(возраст детей)
3 года
(срок реализации)
|
Программу составил (а):
Малинина Екатерина Геннадьевна
Золотухин Константин Геннадьевич
(ФИО)
педагог дополнительного образования
(должность)
|
   
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА.
Общеразвивающая программа дополнительного образования «Робототехника» имеет техническую направленность и ориентирована на научно-техническую подготовку детей и подростков, формирование творческого технического мышления, ранней профессиональной ориентации обучающихся.
Новизна, актуальность, педагогическая целесообразность
Сегодня Россия стоит на пороге эволюционного перехода от индустриальной экономики к инновационной экономике знаний. В связи с этим назрела острая необходимость решения кадровых проблем модернизации страны путем воспитания нового поколения исследователей, разработчиков и рабочих для высокотехнологических отраслей. Важными приоритетами социально- экономической политики сегодня становятся привлечение детей и молодѐжи в научно-техническую сферу профессиональной деятельности и повышение престижа научно-технических профессий – от рабочих до инженеров и от изобретателей до инноваторов.
Формирование знаний, компетенций, навыков и моделей поведения, необходимых для развития инновационного общества и инновационной
экономики, требует развития с самого детства. Только в детстве могут быть
заложены основы творческой личности и особый склад ума – конструкторский.
Система дополнительного образования детей – это именно та среда, где раскрывается талант и дарования ребенка, именно здесь происходит его становление как творческой личности. Занимаясь техническим творчеством в
объединении дополнительного образования, ребенок осваивает азы инженерной науки, приобретает необходимые умения и навыки практической деятельности, учится самостоятельно решать поставленные перед ними конструкторские задачи. Техническое конструирование является одним из важных способов формирования профессиональной ориентации детей, способствует развитию устойчивого интереса к технике и науке, стимулирует рационализаторские и изобретательские способности.
Актуальность программы обусловлена:
1 Привлечением детей с младшего школьного возраста к техническому конструированию, научно-исследовательской и рационализаторской
деятельности.
2 Необходимостью подготовки кадров по техническому профилю;
3 Профилактикой негативного поведения подростков;
4 Необходимостью обеспечения преемственности между ступенями
школьного образования, интеграции общего и дополнительного образования,
развитие профильного обучения в сфере технического творчества детей и
молодежи.
Последние годы одновременно с информатизацией общества лавинообразно расширяется применение микропроцессоров в качестве ключевых компонентов автономных устройств, взаимодействующих с окружающим миром без участия человека. Стремительно растущие коммуникационные возможности таких устройств, равно как и расширение информационных систем, позволяют говорить об изменении среды обитания человека. Авторитетными группами международных экспертов область взаимосвязанных роботизированных систем признана приоритетной, несущей потенциал революционного технологического прорыва и требующей адекватной реакции как в сфере науки, так и в сфере образования.
Робототехника - это прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем, которая вбирает в себя научные знания из электроники, механики и программирования.
На занятиях по робототехнике осуществляется работа с конструкторами серии LEGO Mindstorms, а также робототехническими наборами на базе микроконтроллера Arduino, состоящими из отдельных комплектующих и электронных компонентов, которые требуется собрать и запрограммировать. Используя образовательную технологию LEGO MINDSTORMS в сочетании с конструкторами LEGO, команды учащихся разрабатывают, конструируют, программируют и испытывают роботов. В совместной работе обучающиеся развивают свои креативные способности, коллективно преодолевают творческие проблемы, получают важные фундаментальные и технические знания.
Образовательная программа имеет отличительные особенности от уже существующих аналогов. В содержание программы третьего года обучения включен раздел «Эксперименты с Arduino». В доступной форме дети учатся собирать электронные схемы на макетной плате и программировать их в графической среде Scratch. Этот раздел можно рассматривать как пропедевтический к образовательной программе следующего уровня – «Проектирование электронных устройств на основе микроконтроллерных плат».
Ключевые понятия образовательной программы
В образовательной программе используются следующие термины и понятия:
Общие термины:
Дополнительная общеобразовательная программа – документ, определяющий содержание дополнительного образования. К дополнительным образовательным программам относятся: дополнительные общеразвивающие программы, дополнительные предпрофессиональные программы (Ст.12 п.4 ФЗ-273 «Об образовании в РФ»).
Учебный план – документ, который определяет перечень, последовательность и распределение по периодам обучения учебных предметов, курсов, дисциплин (модулей), практики, иных видов учебной деятельности и, если иное не установлено настоящим Федеральным законом, формы промежуточной аттестации обучающихся.
Рабочая программа – часть образовательной программы, определяющий объем, содержание и порядок реализации дополнительных общеобразовательных программ.
Учащиеся – лица, осваивающие образовательные программы начального общего, основного общего или среднего общего образования, дополнительные общеобразовательные программы;
Средства обучения и воспитания – приборы, оборудование, включая спортивное оборудование и инвентарь, инструменты (в том числе музыкальные), учебно-наглядные пособия, компьютеры, информационно-телекоммуникационные сети, аппаратно-программные и аудиовизуальные средства, печатные и электронные образовательные и информационные ресурсы и иные материальные объекты, необходимые для организации образовательной деятельности
Специальные термины:
Микроконтроллер - Микроконтро́ллер (англ. Micro Controller Unit, MCU) — микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. Отличается от микропроцессора интегрированными в микросхему устройствами ввода-вывода, таймерами и другими периферийными устройствами.
Устройство ввода-вывода - устройство для взаимодействия между обработчиком информации (например, компьютер) и внешним миром, который может представлять как человек, так и любая другая система обработки информации. Ввод — сигнал или данные, полученные системой, а вывод — сигнал или данные, посланные ею (или из неё). Устройства ввода-вывода используются человеком (или другой системой) для взаимодействия с компьютером. Например, клавиатуры и мыши — специально разработанные компьютерные устройства ввода, а мониторы и принтеры — компьютерные устройства вывода. Устройства для взаимодействия между компьютерами, как модемы и сетевые карты, обычно служат устройствами ввода и вывода одновременно.
Алгоритм - набор инструкций, описывающих порядок действий исполнителя для достижения результата решения задачи за конечное число действий, при любом наборе исходных данных.
Система – совокупность элементов, находящихся в отношениях и связях между собой и образующих определенную целостность, единство.
Системное мышление - взгляд на ситуацию, когда при решении учитываются все актуальные влияющие на нее факторы: прошлое и будущее, окружение, задачи близкие и дальние
*Здесь и далее определения даны в соответствии с ГОСТ Р ИСО 8373—2014
(Национальный стандарт Российской Федерации. Роботы и робототехнические устройства)
Робот - приводной механизм, программируемый по двум и более осям, имеющий некоторую степень автономности, движущийся внутри своей рабочей среды и выполняющий задачи по предназначению.
Автономность - способность выполнять задачи по предназначению, основанная на текущем состоянии изделия и особенностях считывания данных без вмешательства человека.
Система управления - набор функций логического управления и силовых
функций, позволяющих проводить мониторинг, управление механической конструкцией робота и осуществлять связь с окружающей средой (оборудованием и пользователями).
Роботизированное устройство - приводной механизм, имеющий характеристики промышленного робота или обслуживающего робота. Может иметь непрограммируемые оси или недостаточную степень автономности.
Мобильный робот - роботы с автономным управлением, которые могут
самостоятельно передвигаться.
Робототехника - наука и практика разработки, производства и применения роботов
Степень свободы - одна из переменных, необходимых для определения движения тела в пространстве.
Программа управления - собственный набор управляющих инструкций,
определяющих возможности, действия и реакции робота или робототехнической системы
Цели и задачи образовательной программы:
Цель: формирование творческой личности, владеющей техническими
знаниями, умениями и навыками в области роботостроения.
Обучающие задачи:
обучить разнообразным видам деятельности в области роботостроения: конструкторским навыкам и основам программирования;
познакомить с основами визуального программирования в среде Mindstorms NXT, Robolab.
сформировать раннюю ориентацию на инновационные технологии и методы организации практической деятельности в сферах общей кибернетики и роботостроения;
сформировать навыки современного организационно-экономического мышления, обеспечивающих социальную адаптацию к современным рыночным отношениям;
Воспитательные задачи:
воспитывать гражданские качества личности, патриотизм;
-
воспитывать доброжелательное отношение к окружающим;
формировать потребность в самоорганизации: аккуратность, трудолюбие, основы самоконтроля, самостоятельность, умение доводить начатое дело до конца.
Развивающие задачи:
развивать системное мышление учащихся;
развивать коммуникативные навыки, умение работать в команде;
развивать умения излагать мысли в четкой логической последовательности, отстаивать свою точку зрения, анализировать ситуацию и самостоятельно находить ответы на вопросы путем логических рассуждений;
формировать умение творчески подходить к решению технической задачи;
формировать умение довести решение задачи до работающей модели;
развивать мелкую моторику, координации «глаз-рука»;
развивать любознательность и интерес к устройству технических объектов, стремление разобраться в их конструкции и желание выполнять модели этих объектов.
Срок реализации программы:
Образовательная программа рассчитана на три года обучения:
1-й год обучения: 144 часа; 2 занятия в неделю по два часа;
2-й год обучения: 144 часа; 2 занятия в неделю по два часа;
3-й год обучения – 144 часа; 2 занятия в неделю по два часа,
Принцип отбора содержания программы
Образовательная программа реализуется в нескольких образовательных организациях Гурьевского городского округа. Содержание программы может быть скорректировано в зависимости от возраста учащихся, материально-технического оснащения объединений «Робототехника» на базе образовательных организаций. При этом цели и задачи, образовательные результаты остаются общими, независимо от путей их достижения.
Примерный учебный план предусматривает на первом году обучения углубленное изучение механики и конструирования, основ программирования в графической среде. На втором году обучения учащиеся знакомятся с более сложными понятиями, углубленно изучают программирование, решают более сложные задачи. На третьем году обучения учащиеся знакомятся с элементами Теории автоматического управления, большое внимание уделяется разработке технических и исследовательских проектов. Предпочтение отдается групповой работе, когда учащиеся разного уровня подготовки и избранных специализаций объединяются работой над общим проектом. На третьем году обучения в содержание программы включен раздел «Эксперименты с Arduino».
Режим занятий
Образовательная деятельность проводятся в течение всего календарного года, с 1 сентября по 31 августа, который делится на учебный период по общеразвивающей программе и летний период.
Учебный период
Начало учебного периода- 1 сентября
Окончание учебного периода – 31 мая
Учебный период состоит из аудиторных и внеаудиторных занятий.
-продолжительность аудиторные занятия – 36 недель
-продолжительность внеаудиторных занятий- 3 недели
Летний период:
Начало летнего периода – 1 июня;
Окончание летнего периода – 31 августа;
Летний период состоит из внеуадиторных занятий и самоподготовки.
-Продолжительность внеаудиторных занятий–7 недель;
-Продолжительность самоподготовки-6 недель
Комплектование в группы производится с 1 июня по 1 сентября текущего года для групп второго и последующих годов обучения,
и до 10 сентября – для первого года обучения.
Формы работы в летний период:
В летний период занятия детей в объединении проводятся в разных формах и видах: экскурсии, поездки, соревнования, конкурсы, участие в работе летнего оздоровительного лагеря, самоподготовка.
Формы организации учебного процесса.
Основной формой обучения является практическая работа, которая выполняется малыми группами (2-3 человека).
Используются также различные методы обучения:
словесный (рассказ, беседа, лекция);
наглядный (показ, демонстрация, экскурсия);
практический (работа над чертежом, эскизом, созданием модели, макета);
исследовательский (самостоятельный поиск эскизов, чертежей для разработки моделей, макетов).
репродуктивный метод (деятельность обучаемых носит алгоритмический характер, т.е. выполняется по инструкциям, предписаниям, правилам в аналогичных, сходных с показанным образцом ситуациях);
объяснительно-иллюстративный метод;
метод проблемного изложения материала;
частично-поисковый.
Возраст детей
Образовательная программа рассчитана на детей в возрасте 9-14 лет. В объединение принимаются все желающие без предварительного отбора.
Результаты освоения программы
Личностными результатами освоения обучающимися содержания программы «Робототехника» являются следующие умения и навыки:
умение активно включаться в общение и взаимодействие со сверстниками на принципах уважения и доброжелательности, умение работать в команде;
умение проявлять положительные качества личности и управлять своими эмоциями в различных (нестандартных) ситуациях и условиях;
умение проявлять дисциплинированность, трудолюбие и упорство в достижении поставленных целей;
умение проявлять гражданские качества личности, патриотизм.
Метапредметными результатами освоения обучающимися содержания программы «Робототехника» являются следующие умения и навыки:
сформированные навыки самостоятельного поиска информации и добывания новых знаний;
сформированные навыки разработки технического проекта: от идеи до конченого результата;
навыки современного организационно-экономического мышления;
умения излагать мысли в четкой логической последовательности, отстаивать свою точку зрения, анализировать ситуацию и самостоятельно находить ответы на вопросы путем логических рассуждений;
Предметными результатами освоения обучающимися содержания программы являются следующие умения и навыки:
сформированный интерес к науке и технике;
сформированные представления о робототехнике как прикладной науке;
умения создавать 3D модели в виртуальном конструкторе;
знание базовых принципов конструирования;
умение решать технические задачи;
знание принципов визуального программирования в среде LEGO Mindstorms, умение собирать конструкции роботов по инструкции и на заданную тему;
умение программировать конструкции роботов исходя из целей и выполняемых задач;
навыки презентации творческого проекта;
знание основ и принципов разработки и оформления технической документации.
Результаты освоения программы. 1-й год обучения
учащиеся будут знать:
что такое алгоритм, основные виды алгоритмов;
что такое компиляция, система команд исполнителю;
основные программные структура: цикл, цикл с предусловием, цикл с постусловием, ветвление, вложенные циклы;
основные понятия из области робототехники;
устройство и принципы работы датчика цвета, расстояния, касания;
учащиеся будут уметь:
использовать основные блоки графической среды программирования для решения поставленных задач;
уметь планировать свою деятельность;
конструировать роботов по инструкции;
использовать различные инструкции для конструирования роботов
Результаты освоения программы. 2-й год обучения
Предметные результаты
По окончанию первого года обучения предполагается что:
учащиеся будут знать:
Перспективные направления развития роботостроения;
Основные этапы развития космонавтики;
Новейшие разработки в области беспилотных транспортных средств;
Приемы и методы создания трехмерных моделей в среде Tinkercad;
Типы данных, логические операторы (И, ИЛИ, НЕ), массивы данных;
учащиеся будут уметь:
уметь использовать знания и умения в области программирования и конструирования для решения поставленных задач;
уметь планировать свою деятельность;
уметь работать с информацией;
Результаты освоения программы. 3-й год обучения
По окончанию 3-го года обучения учащиеся будут знать и уметь:
Знать базовые принципы конструирования;
Уметь пользоваться различными алгоритмическими структурами программирования;
Знать принципы действия различных датчиков;
Уметь собирать программируемые технические устройства с заданными свойствами;
Знать и уметь использовать в работе цифровые и аналоговые датчики, исполнительные устройства;
Уметь программировать в среде NXT-G и С++ роботов с несколькими датчиками;
Уметь самостоятельно находить информацию в сети Интернет, работать в команде.
Механизм оценивания образовательных результатов
Контроль уровня освоения материала учащимися осуществляется по результатам выполнения практических заданий на каждом занятии.
Важным элементом механизма оценивания образовательных результатов является рейтинг творческой активности учащихся в конкурсах, выставках и иных мероприятиях различных уровней.
В качестве формы контроля реализации образовательной программы используется:
• защита творческих проектов;
• практическая работа;
• зачет;
• тестирование;
• соревнования и конкурсы;
КАЛЕНДАРНЫЙ УЧЕБНЫЙ ГРАФИК
Год реализации программы
|
Учебный период
|
Продолжительность учебно-
календарного года
|
сентябрь
|
октябрь
|
ноябрь
|
декабрь
|
январь
|
февраль
|
март
|
апрель
|
май
|
июнь
|
июль
|
август
|
|
I год обучения
|
1,5 нед.
|
2,5 нед
|
4нед.
|
4 нед.
|
5 нед.
|
1,5
нед.
|
3 нед.
|
4 нед.
|
5 нед.
|
4 нед.
|
4,5 нед
|
Про
меж
аттестация
|
4 нед.
4 нед
4 нед
|
3
3
3
|
2
2
2
|
4 нед.
4 нед.
4 нед.
|
52 недели
|
II год обучения
|
4 нед.
|
4нед.
|
4 нед.
|
5 нед.
|
1,5 нед.
|
3 нед.
|
4 нед.
|
5 нед.
|
4 нед.
|
3 нед
|
Про
меж.
аттестация
|
1,5 нед.
|
52 недели
|
III год обучения
|
4 нед.
|
4нед.
|
4 нед.
|
5 нед.
|
1,5 нед.
|
3 нед.
|
4 нед.
|
5 нед.
|
4 нед.
|
3 нед.
|
Итоговая аттестация
|
1,5 нед.
|
52 недели
|
|
Аудиторные занятия по расписанию - 36 недель
|
|
Внеаудиторный период - 10 недель
|
|
Cамоподготовка – 6 недель В конце учебного года проводится промежуточная и итоговая аттестации.
|
|
