Основы конструкторской и проектно-исследовательской деятельности в учебных программах по робототехнике
А.
Н. НаталевичБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Наталевич
А.
Н. Основы конструкторской и проектно-исследовательской деятельности в учебных программах по робототехнике // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2014. – Т. 25. – С.
56–60. – URL:
http://e-koncept.ru/2014/55255.htm.
Аннотация. В данной статье рассматривается содержание конструкторской и проектно-исследовательской деятельности в рамках программ по робототехнике и Лего-конструированию, основные этапы разработки Лего-проекта, особенности системы оценки достижения планируемых результатов учебных программ представленной направленности
Ключевые слова:
икт-компетентность, образовательная среда лего, проектно-ориентированное обучение, функциональный робот, интегральное описание результатов выполнения проекта
Текст статьи
Наталевич Анна Николаевна,учитель информатикиМБОУ «Лицей № 2» г. Братска Иркутской областиlyceum2bratsk@yandex.ru
Основы конструкторской и проектноисследовательской деятельности в учебных программах по робототехнике.
Аннотация.В данной статьерассматривается содержаниеконструкторской и проектноисследовательской деятельностив рамках программ по робототехнике и Легоконструированию, основные этапы разработки Легопроекта, особенности системы оценки достижения планируемых результатов учебных программ представленной направленности.
Ключевые слова:образовательная среда Лего, ИКТкомпетентность,проектноориентированное обучение, функциональный робот, интегральное описаниерезультатов выполнения проекта.
За последние годы успехи в робототехникеи автоматизированных системах изменили личную и деловую сферы нашей жизни. Сегодня промышленные, обслуживающие и домашние роботы широко используются на благо экономик ведущих мировых держав: выполняют работы более дёшево, с большей точностью и надёжностью, чем люди, используются на вредных для здоровья и опасных для жизни производствах. Роботы широко используются в транспорте, в исследованиях Земли и космоса, в хирургии, в военной промышленности, при проведении лабораторных исследований, в сфере безопасности, в массовом производстве промышленных товаров и товаров народного потребления. Роботы играют всё более важную роль в жизни, служа людям и выполняя каждодневные задачи.В последнее десятилетие значительно увеличился интерес к образовательной робототехнике. Робототехника в образовании –это междисциплинарные занятия, интегрирующие в себе науку, технологию, инженерное дело, математику, основанные на активном обучении учащихся. Робототехника представляет учащимся технологии 21 века, способствует развитию ихкоммуникативных способностей, развивает навыки взаимодействия, самостоятельности при принятии решений, раскрывает их творческий потенциал. Дети и подростки лучше понимают, когда они чтолибо самостоятельно создают или изобретают. Такую стратегию обучения помогает реализовать образовательная среда Лего.
Новые ФГОС требуют освоения основ конструкторской и проектноисследовательской деятельности, и программы по робототехнике полностью удовлетворяют эти требования.Актуальность таких курсовзаключается в том, что онинаправлен на формирование творческой личности живущей в современном мире. Технологические наборы LEGOMINDSTORMSNXT2.0 ориентированы на изучение основных физических принципов и базовых технических решений, лежащих в основе всех современных конструкций и устройств.Также важна направленность таких программна получение учащимися ИКТ компетентности. ИКТкомпетентность –это способность учащихся использовать информационные и коммуникационные технологии для доступа к информации, для ее поиска, организации, обработки, оценки, а также для продуцирования и передачи/распространения, которая достаточна для того, чтобы успешно жить и трудиться в условиях становящегося информационного общества.Формирование и развитие ИКТ компетентности обучающихся включает в себя становление и развитие учебной (общей и предметной) и общепользовательской ИКТ компетентности, в том числе: способности к сотрудничеству и коммуникации, к самостоятельному приобретению, пополнению и интеграции знаний; способности к решению личностно и социально значимых проблем и воплощению решений в практику с применением средств ИКТ.В ходе реализации программ по робототехникеучащиеся смогут овладеть такими элементами ИКТ компетентности, как: восприятие, понимание и использование сообщений (гипермедиа); коммуникация и социальное взаимодействие;поиск информации;анализ информации, обработка данных;моделирование и проектирование;
Эффективная модель формирования ИКТ компетентности, когда ученики учат других –и в режиме лекции, и в режиме работы в малой группе, и в режиме индивидуального консультирования. В ходе этого достигаются метапредметные и личностные результаты для всех участников. Это достигается благодаря работе над проектами по созданию роботов и принятию участия в соревновании.Одно из главных условий успеха обучения детей и развития их творчества –это индивидуальный подход к каждому ребенку. Важен и принцип обучения и воспитания в коллективе. Он предполагает сочетание коллективных,групповых, индивидуальных форм организации на занятиях. Коллективные задания вводятся в программу с целью формирования опыта общения и чувства коллективизма. И всетаки, главный метод, который используется при изучении робототехники это метод проектов.
Под методом проектовпонимают технологию организации образовательных ситуаций, в которых учащихся ставит и решает собственные задачи, и технологию сопровождения самостоятельной деятельности учащегося.Проектноориентированное 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 Легопроекта: 1.Обозначение темы проекта. 2.Цель и задачи представляемого проекта. 3.Разработка механизма на основе конструктора Лего модели NXT (RCX). 4.Составление программы для работы механизма в среде Lego Mindstorms (RoboLab) или NXTG. 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.Соревнования –ещё один важный этап в освоении практики Легопроекта, состоитобычноиз 2 раундов (попыток) и времени сборки и отладки.Для участия в основных соревнованиях команды представляют функционального робота, собранного по модели, который может выполнить простейшую программу тест «движение вперед, назад, поворот налево, направо».
Перед началом соревнований команды должны поместить робота в инспекционную область для тестирования. После подтверждения судьи, что робот соответствует всем требованиям, соревнования могут быть начаты.По окончании первого раунда будет дано 30 минут на настройку. Участники смогут забрать роботов, чтобы улучшить их работу (внести незначительные изменения в конструкцию) и провести испытания. После окончания времени отладки участники должны поместить робота назад, в инспекционную область. После того, как судья повторно подтвердит, что робот отвечает всем требованиям, робот будетдопущен к участию во втором раунде.Операторы могут настраивать робота только во время сборки и отладки. Организаторы оставляют за собой право вносить в правила состязаний изменения.Контроль и подведение итогов осуществляется судейской коллегией в соответствии с приведенными правилами.Если появляются какието возражения относительно судейства, команда имеет право обжаловать решение судей в Оргкомитет не позднее окончания текущего раунда.Члены команды и руководитель не должны вмешиваться в действия робота своей команды или робота соперника ни физически, ни на расстоянии. Вмешательство ведет к немедленной дисквалификации.Распределение мест будет определяться по самому большому числу очков из двух попыток (не сумма). Если команды имеют одинаковое число очков, то будет приниматься во внимание результат другой попытки каждой команды. Если и в этом случае у команд будет одинаковое количество очков, то будет учитываться время, потребовавшееся команде для завершения попытки.Требования к роботу
Робот должен быть автономными, т.е. не допускается дистанционное управление роботом, а также, если после старта заезда оператор коснется робота, покинувшего место старта без разрешения судьи, робот может быть дисквалифицирован.
Роботы должны быть построены с использованием только деталей конструкторов LEGOMindstorms.
В конструкции робота можно использовать только один микрокомпьютер (RCX или NXT).
Количество двигателей и датчиков не ограничено.
В конструкции роботов нельзя использовать винты, клеи, веревки длязакрепления деталей между собой.
Если на роботе установлен микрокомпьютер NXT, функция Bluetooth должна быть отключена, загружать программы следует через кабель USB.
Робот, не соответствующий требованиям, не будет допущен к участию в соревнованиях, либо результат робота будет аннулирован.Систему оценки достижения планируемых результатов освоения программ по робототехнике составят сводные данные о сформированности проектных умений учащихся.Критерии оценки проектной работы (в нашем случае –конструкцию робота и программу к нему) разрабатываются с учётом целей и задач проектной деятельности на данном этапе образования. Индивидуальный проект целесообразно оценивать по следующим критериям:1.Способность к самостоятельному приобретению знаний и решению проблем, проявляющаяся в умении поставить проблему и выбрать адекватные способы её решения, включая поиск и обработку информации, формулировку выводов и/или обоснование и реализацию/апробацию принятого решения, обоснование и создание модели, прогноза, модели, макета, объекта, творческого решения и т.п. Данный критерий в целом включает оценку сформированности познавательных учебных действий.2.Сформированность предметных знаний и способов действий,проявляющаяся в умении раскрыть содержание работы, грамотно и обоснованно в соответствии с рассматриваемой проблемой/темой использовать имеющиеся знания и способы действий.3.Сформированность регулятивных действий, проявляющаяся в умении самостоятельно планировать и управлять своей познавательной деятельностью во времени, использовать ресурсные возможности для достижения целей, осуществлять выбор конструктивных стратегий в трудных ситуациях.4.Сформированность коммуникативных действий, проявляющаяся в умении ясно изложить и оформить выполненную работу, представить её результаты, аргументированно ответить на вопросы.Результаты выполненного проекта будут описаны на основе интегрального (уровневого) подхода или на основе аналитического подхода.При интегральном описаниирезультатов выполнения проекта вывод об уровне сформированности навыков проектной деятельности делается на основе оценки всей совокупности основных элементов проекта (продукта и пояснительной записки, отзыва, презентации) по каждому из четырёх названных выше критериев.При этом в соответствии с принятой системой оценки целесообразно выделять два уровня сформированности навыков проектной деятельности: базовый иповышенный. Главное отличие выделенных уровней состоит в степени самостоятельностиобучающегося в ходе выполнения проекта, поэтому выявление и фиксация в ходе защиты того, что обучающийся способен выполнять самостоятельно, а что —только с помощью руководителя проекта, являются основной задачей оценочной деятельности.
Список литературы
1.Филлипов С.А. Роботехника для детей и родителей. СПб.: Наука, 2013.2.Справочное пособие к программному обеспечению Robolab3.Юревич Е.И. Основы робототехники. –СПб.: БХВПетербург, 2005
Natalevich Anna Nikolayevna,Information TechnologyTeacher,Municipal Budget Educational Institution "Lyceum No. 2"
Bratsk, Irkutsk Regionlyceum2bratsk@yandex.ru
Fundamentals of design and design research in training programmes in robotics.
Abstract.Thispaperpresents the content of design and project research activities within the programmes in Robotics and Lego design. The main stages of the development of Lego project, the evaluation system features of achievements of the expected outcomes within training programmes in provided subject are focused.
Keywords:Lego educational environment, ICTcompetence, projectoriented learning, a functional robot, integral description of the project results.
Основы конструкторской и проектноисследовательской деятельности в учебных программах по робототехнике.
Аннотация.В данной статьерассматривается содержаниеконструкторской и проектноисследовательской деятельностив рамках программ по робототехнике и Легоконструированию, основные этапы разработки Легопроекта, особенности системы оценки достижения планируемых результатов учебных программ представленной направленности.
Ключевые слова:образовательная среда Лего, ИКТкомпетентность,проектноориентированное обучение, функциональный робот, интегральное описаниерезультатов выполнения проекта.
За последние годы успехи в робототехникеи автоматизированных системах изменили личную и деловую сферы нашей жизни. Сегодня промышленные, обслуживающие и домашние роботы широко используются на благо экономик ведущих мировых держав: выполняют работы более дёшево, с большей точностью и надёжностью, чем люди, используются на вредных для здоровья и опасных для жизни производствах. Роботы широко используются в транспорте, в исследованиях Земли и космоса, в хирургии, в военной промышленности, при проведении лабораторных исследований, в сфере безопасности, в массовом производстве промышленных товаров и товаров народного потребления. Роботы играют всё более важную роль в жизни, служа людям и выполняя каждодневные задачи.В последнее десятилетие значительно увеличился интерес к образовательной робототехнике. Робототехника в образовании –это междисциплинарные занятия, интегрирующие в себе науку, технологию, инженерное дело, математику, основанные на активном обучении учащихся. Робототехника представляет учащимся технологии 21 века, способствует развитию ихкоммуникативных способностей, развивает навыки взаимодействия, самостоятельности при принятии решений, раскрывает их творческий потенциал. Дети и подростки лучше понимают, когда они чтолибо самостоятельно создают или изобретают. Такую стратегию обучения помогает реализовать образовательная среда Лего.
Новые ФГОС требуют освоения основ конструкторской и проектноисследовательской деятельности, и программы по робототехнике полностью удовлетворяют эти требования.Актуальность таких курсовзаключается в том, что онинаправлен на формирование творческой личности живущей в современном мире. Технологические наборы LEGOMINDSTORMSNXT2.0 ориентированы на изучение основных физических принципов и базовых технических решений, лежащих в основе всех современных конструкций и устройств.Также важна направленность таких программна получение учащимися ИКТ компетентности. ИКТкомпетентность –это способность учащихся использовать информационные и коммуникационные технологии для доступа к информации, для ее поиска, организации, обработки, оценки, а также для продуцирования и передачи/распространения, которая достаточна для того, чтобы успешно жить и трудиться в условиях становящегося информационного общества.Формирование и развитие ИКТ компетентности обучающихся включает в себя становление и развитие учебной (общей и предметной) и общепользовательской ИКТ компетентности, в том числе: способности к сотрудничеству и коммуникации, к самостоятельному приобретению, пополнению и интеграции знаний; способности к решению личностно и социально значимых проблем и воплощению решений в практику с применением средств ИКТ.В ходе реализации программ по робототехникеучащиеся смогут овладеть такими элементами ИКТ компетентности, как: восприятие, понимание и использование сообщений (гипермедиа); коммуникация и социальное взаимодействие;поиск информации;анализ информации, обработка данных;моделирование и проектирование;
Эффективная модель формирования ИКТ компетентности, когда ученики учат других –и в режиме лекции, и в режиме работы в малой группе, и в режиме индивидуального консультирования. В ходе этого достигаются метапредметные и личностные результаты для всех участников. Это достигается благодаря работе над проектами по созданию роботов и принятию участия в соревновании.Одно из главных условий успеха обучения детей и развития их творчества –это индивидуальный подход к каждому ребенку. Важен и принцип обучения и воспитания в коллективе. Он предполагает сочетание коллективных,групповых, индивидуальных форм организации на занятиях. Коллективные задания вводятся в программу с целью формирования опыта общения и чувства коллективизма. И всетаки, главный метод, который используется при изучении робототехники это метод проектов.
Под методом проектовпонимают технологию организации образовательных ситуаций, в которых учащихся ставит и решает собственные задачи, и технологию сопровождения самостоятельной деятельности учащегося.Проектноориентированное 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 Легопроекта: 1.Обозначение темы проекта. 2.Цель и задачи представляемого проекта. 3.Разработка механизма на основе конструктора Лего модели NXT (RCX). 4.Составление программы для работы механизма в среде Lego Mindstorms (RoboLab) или NXTG. 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.Соревнования –ещё один важный этап в освоении практики Легопроекта, состоитобычноиз 2 раундов (попыток) и времени сборки и отладки.Для участия в основных соревнованиях команды представляют функционального робота, собранного по модели, который может выполнить простейшую программу тест «движение вперед, назад, поворот налево, направо».
Перед началом соревнований команды должны поместить робота в инспекционную область для тестирования. После подтверждения судьи, что робот соответствует всем требованиям, соревнования могут быть начаты.По окончании первого раунда будет дано 30 минут на настройку. Участники смогут забрать роботов, чтобы улучшить их работу (внести незначительные изменения в конструкцию) и провести испытания. После окончания времени отладки участники должны поместить робота назад, в инспекционную область. После того, как судья повторно подтвердит, что робот отвечает всем требованиям, робот будетдопущен к участию во втором раунде.Операторы могут настраивать робота только во время сборки и отладки. Организаторы оставляют за собой право вносить в правила состязаний изменения.Контроль и подведение итогов осуществляется судейской коллегией в соответствии с приведенными правилами.Если появляются какието возражения относительно судейства, команда имеет право обжаловать решение судей в Оргкомитет не позднее окончания текущего раунда.Члены команды и руководитель не должны вмешиваться в действия робота своей команды или робота соперника ни физически, ни на расстоянии. Вмешательство ведет к немедленной дисквалификации.Распределение мест будет определяться по самому большому числу очков из двух попыток (не сумма). Если команды имеют одинаковое число очков, то будет приниматься во внимание результат другой попытки каждой команды. Если и в этом случае у команд будет одинаковое количество очков, то будет учитываться время, потребовавшееся команде для завершения попытки.Требования к роботу
Робот должен быть автономными, т.е. не допускается дистанционное управление роботом, а также, если после старта заезда оператор коснется робота, покинувшего место старта без разрешения судьи, робот может быть дисквалифицирован.
Роботы должны быть построены с использованием только деталей конструкторов LEGOMindstorms.
В конструкции робота можно использовать только один микрокомпьютер (RCX или NXT).
Количество двигателей и датчиков не ограничено.
В конструкции роботов нельзя использовать винты, клеи, веревки длязакрепления деталей между собой.
Если на роботе установлен микрокомпьютер NXT, функция Bluetooth должна быть отключена, загружать программы следует через кабель USB.
Робот, не соответствующий требованиям, не будет допущен к участию в соревнованиях, либо результат робота будет аннулирован.Систему оценки достижения планируемых результатов освоения программ по робототехнике составят сводные данные о сформированности проектных умений учащихся.Критерии оценки проектной работы (в нашем случае –конструкцию робота и программу к нему) разрабатываются с учётом целей и задач проектной деятельности на данном этапе образования. Индивидуальный проект целесообразно оценивать по следующим критериям:1.Способность к самостоятельному приобретению знаний и решению проблем, проявляющаяся в умении поставить проблему и выбрать адекватные способы её решения, включая поиск и обработку информации, формулировку выводов и/или обоснование и реализацию/апробацию принятого решения, обоснование и создание модели, прогноза, модели, макета, объекта, творческого решения и т.п. Данный критерий в целом включает оценку сформированности познавательных учебных действий.2.Сформированность предметных знаний и способов действий,проявляющаяся в умении раскрыть содержание работы, грамотно и обоснованно в соответствии с рассматриваемой проблемой/темой использовать имеющиеся знания и способы действий.3.Сформированность регулятивных действий, проявляющаяся в умении самостоятельно планировать и управлять своей познавательной деятельностью во времени, использовать ресурсные возможности для достижения целей, осуществлять выбор конструктивных стратегий в трудных ситуациях.4.Сформированность коммуникативных действий, проявляющаяся в умении ясно изложить и оформить выполненную работу, представить её результаты, аргументированно ответить на вопросы.Результаты выполненного проекта будут описаны на основе интегрального (уровневого) подхода или на основе аналитического подхода.При интегральном описаниирезультатов выполнения проекта вывод об уровне сформированности навыков проектной деятельности делается на основе оценки всей совокупности основных элементов проекта (продукта и пояснительной записки, отзыва, презентации) по каждому из четырёх названных выше критериев.При этом в соответствии с принятой системой оценки целесообразно выделять два уровня сформированности навыков проектной деятельности: базовый иповышенный. Главное отличие выделенных уровней состоит в степени самостоятельностиобучающегося в ходе выполнения проекта, поэтому выявление и фиксация в ходе защиты того, что обучающийся способен выполнять самостоятельно, а что —только с помощью руководителя проекта, являются основной задачей оценочной деятельности.
Список литературы
1.Филлипов С.А. Роботехника для детей и родителей. СПб.: Наука, 2013.2.Справочное пособие к программному обеспечению Robolab3.Юревич Е.И. Основы робототехники. –СПб.: БХВПетербург, 2005
Natalevich Anna Nikolayevna,Information TechnologyTeacher,Municipal Budget Educational Institution "Lyceum No. 2"
Bratsk, Irkutsk Regionlyceum2bratsk@yandex.ru
Fundamentals of design and design research in training programmes in robotics.
Abstract.Thispaperpresents the content of design and project research activities within the programmes in Robotics and Lego design. The main stages of the development of Lego project, the evaluation system features of achievements of the expected outcomes within training programmes in provided subject are focused.
Keywords:Lego educational environment, ICTcompetence, projectoriented learning, a functional robot, integral description of the project results.
