Роботехнические проекты по информатике в основной школе

Размещено на http://www.allbest.ru/

РОБОТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОЕКТЫ ПО ИНФОРМАТИКЕ В ОСНОВНОЙ ШКОЛЕ



Содержание

Введение

Глава 1. Проектная деятельность как современная образовательная технология

Теоретические основы проектной деятельности

Основные понятия. Типология проектов

Изменение культуры деятельности. Интеграция проектной и операционной деятельности

Глава 2. Робототехнические проекты по информатике в 5-6 классах

Актуальность использования робототехники в школе

Обзор робототехнических платформ и учебно-методическое обеспечение к ним

Тематическое планирование курса робототехники

Методические особенности развития навыков программирования в 5-6 классах

Рабочие карточки учащихся на занятиях по робототехнике

Апробация внеурочного курса

Заключение

Список литературы

проеткный образовательный робототехнический программирование



Введение

Актуальность: Мир, в котором мы живем, меняется очень быстро. Во всех областях деятельности человека стремительно создается высокотехнологичная профессиональная среда, называемая техносферой. Наряду с отличительным признаком информационного общества, наличием информационных продуктов и услуг в достаточном объеме, можно говорить и о другом ресурсе - человеческом, обеспечивающим развитие общества. Образованные и умные люди, обладающие современными компетенциями нужны любой компании и на производстве.

Поэтому важнейшей государственной задачей является формирование инженерно-технической элиты современного общества, которая обладает лидерскими качествами, прогрессивным высокотехнологичным мышлением и в будущем сформирует основной кадровый корпус российских предприятий.

На новые задачи ориентируется и система образования. Формирование компетенций невозможно без творческой и практической составляющих образовательной деятельности. Важно сформировать личность, способную самостоятельно ставить цели и находить пути их реализации, контролировать и оценивать свои достижения, работать с разными источниками информации, оценивать их и на этой основе формулировать собственное мнение, суждение, оценку, способную разработать и презентовать собственный реальный проект, направленный на улучшение качества жизни.

В новых условиях стали ценными конкретные идеи, которые реализуются в легко проверяемый результат, небольшим количеством людей за разумное время и ограниченные ресурсы. Такой подход в самых разных областях профессиональной деятельности назвали проектным. Не случайно проектный подход стал использоваться в больших и малых компаниях, государственных структурах, производственных отраслях и научной сфере. Проектный подход гарантирует уникальный результат за определенное время с просчитанными ресурсами и технологичными этапами работы ограниченного круга исполнителей. [Н.Н. Самылкина, Проекты, как системный компонент эффективного образования, М., Лаборатория зниний, 2017]

Во всем мире проектный подход в любой профессиональной деятельности является популярным и эффективным инструментом для получения конкретного результата. Учиться основам проектной деятельности надо в школе. Для этого нужно приблизить понимание "проекта" в школе и жизни.

Системно-деятельностная концептуальная основа Федеральных государственных образовательных стандартов общего образования (ФГОС ОО) предполагает активное использование разнообразных педагогических технологий, среди которых многие предпочитают метод проектов. Появились современные инструменты проектной деятельности, в частности - робототехника, влияющая на содержательный компонент многих естественнонаучных предметов.

Таким образом, сложились следующие противоречия:

· между возможностями современных инструментов внеурочной деятельности школьников (проекты и робототехника) и отсутствием необходимых компетенций у педагогов;

· между необходимостью совершенствования компетенции в области проектной деятельности в системе общего образования с использованием робототехники и недостаточным учебно-методическим обеспечением для этого.

Объект исследования: внеурочная деятельность обучающихся в основной школе.

Предмет исследования: использование образовательной робототехники для проектной внеурочной деятельности.

Гипотеза: Овладение необходимыми компетенциями в области проектной деятельности средствами образовательной робототехники возможно, если:

· определить место робототехники в проектной деятельности школьников;

· разработать методику проектной деятельности с использованием робототехнических конструкторов в соответствии со STE(A)M-подходом.

Цель: предложить методику и учебно-методическое обеспечение для эффективного ведения проектной деятельности в основной школе средствами образовательной робототехники.

В соответствии с выдвинутой гипотезой и целью исследования, были поставлены следующие задачи:

1. Выявить истоки и современное состояние исследуемой проблемы на основе анализа философской, психолого-педагогической и методической литературы;

2. Определить место робототехники в проектной деятельности школьников на ступени основного общего образования;

3. Разработать методику проектной деятельности с использованием робототехнических конструкторов в соответствии с STE(A)M-подходом;

Методы исследования подбирались в соответствии с задачами. На теоретическом уровне были использованы:

· анализ научной, психолого-педагогической, научно-методической, учебно-дидактической и специальной литературы по проблематике исследования;

· разбор определений основных понятий;

· поиск практических материалов, учебно-исследовательских проектов;

· изучение и обобщение опыта работы по развитию УУД по материалам учебно-методических комплектов (УМК);

· метод систематизации и теоретическое обобщение.

Теоретико-методологическую основу исследования составили работы, посвященные:

теории проектного в обучении (Д. Дьюи, Е.С. Полат, А.С. Сиденко, А.А. Хромов, С. Хайнес).

· теории содержания общего образования и концепции образовательных стандартов (В.С. Леднев, А.А. Кузнецов, А.М. Кондаков, М.В. Рыжаков);

· теории и методике обучения информатике (А.А. Кузнецов, Л.Л.Босова, Т.Б. Захарова, Н.Н. Самылкина, Е.К. Хеннер);

· теории метапредметного обучения (А.В. Хуторской)

· концепции универсальных учебных действий (А.Г. Асмолов, О.А. Карабанова, И.А. Володарская, Н.Г. Салмина);

· теории учебной деятельности (Д.Б. Эльконин);

· концептуальным основам деятельности (Л.С. Выготский).

Практическая значимость исследования заключается в том, что разработаны учебно-методические материалы по применению средств образовательной робототехники в основной школе в рамках проектной деятельности.

База исследований:

В 2016 году на базе Гимназии №1552 г. Москвы. В апробации приняли участие: 23 учащихся 5 классов. Из них 12 девочек и 11 мальчиков. Возраст участников: от 10 до 12 лет.

Структура работы: данная работа состоит из введения, двух глав, заключения, апробации предлагаемого учебно-методического обеспечения, списка литературы, насчитывающего 38 источников. Общий объем работы составляет 67 страницы.



Глава 1. Проектная деятельность как современная образовательная технология

Теоретические основы проектной деятельности.

Концептуальную основу проектной деятельности составляют идеи прагматистской педагогики - педагогического течения, известные как

“прогрессивизм” (или же “прогрессивное воспитание”), “инструментализм”, “экспериментализм” .

Метод проектов возник во второй половине XIX века в США. В основу проектного метода были положены прагматические идеи американского философа и педагога Д. Дьюи (1859 - 1952). Он отмечал, что обучение должно осуществляться на активной основе, в детях необходимо стимулировать личную заинтересованность в приобретаемых знаниях, которые должны пригодиться в реальной жизни.

Проектная деятельность как обучение в процессе “делания” возник во второй половине 19в. в сельскохозяйственных школах США и явился по существу альтернативой абстрактному, оторванному от жизни школьному обучению, поскольку осуществлял его связь с жизнью.

Ведущие идеи Д. Дьюи можно коротко представить в следующем виде:

– сущность воспитания состоит в постоянном преобразовании

расширяющегося личного опыта ребенка;

– человек, активно приспосабливаясь к окружающей среде, постоянно изменяет ее на основе получаемого практического опыта (воспитание для выживания);

– в основу обучения должен быть положен принцип “обучение в процессе деятельности”, так как он соответствует деятельностной сущности ребенка и обеспечивает связь обучения с жизнью, игрой, трудом;

– главной целью воспитания является самореализация личности на основе удовлетворения ее прагматических интересов;

Последователем школы Д. Дьюи стал американский педагог У.Х. Килпатрик, он разработал и внедрил в процесс обучения методику проектной деятельности учащихся.

У.Х. Килпатрик утверждал, что метод проектной деятельности предоставляет обучающимся абсолютную свободу в выборе проблемы, в решении и воплощении ее, что формирует активную позицию учащихся.

Метод проектов как система обучение получил распространение во многих странах. Например, в Великобритании проектный метод использовался в начальных школах в сочетании с другими методами обучения: дети выполняли конкретные задания, связанные с учебным материалом.

В России идеи Д. Дьюи наиболее полно были реализованы в педагогической практике А.С. Макаренко. Далкко не однозначным было отношение отечественной педагогики к проектной деятельности. Вначале проектная деятельность была признана весьма перспективной, и в 1929-30 гг. разработаны комплексно-проектные программы, в эданных программах систематическое усвоение знаний под руководством учителя подменялось работой по выполнению заданий-проектов, например таких как “Поможем ликвидировать неграмотность”. Современные исследователи отечественной педагогики отмечают, что в ущерб другим обучения методам было чрезмерное увлечение в 20-е годы проектирование. Действительно это последствия были таковы, что резко упало качества обучения по причинам отсутствия квалифицированных педагогических кадров, способных работать с проектами, недостаточной разработанностью методики проектной деятельности и др. В связи с этими причинами через пять лет проектная деятельность была объявлена “легкомысленным прожектерством”, универсализация данного метода признана “вредной”, а использование в обучении запрещено Постановлением ЦК ВКП(б) “О начальной и средней школе” в 1931г.

Переосмысление идей Д. Дьюи и его последователей, а так же возрождение интереса к проектной деятельности в России произошло в 80-е годы XX века. С современной позиций педагогики проектная деятельность обеспечивает:

ь формирование общеучебных умений, навыков и компетенций: исследовательских, рефлексивных и др., непосредственно связанных с опытом их применения в практической деятельности.

ь активную позицию учащихся в учении;

ь развитие познавательного интереса учащихся;

ь связь обучения с жизнью.

Дидактическую ценность проекта можно рассматривать с точки зрения

учителя и с точки зрения учащегося.

С точки зрения учителя (преподавателя) проект это интегративное дидактическое средство развития, обучения и воспитания, которое позволит выработать и развить специфические умения, навыки и компетенции, в числе которых:

ь поиск и критическое осмысление информации (отбор фактического материала, его интерпретация, обобщение, анализ) ;

ь освоение методов исследования;

ь самоанализ и рефлексия;

ь практическое применение знаний, умений и навыков в нестандартных ситуациях и др.

ь Проблематизация (рассмотрение проблемной ситуации, выделение имеющихся противоречий, формулирование проблемы и подпроблем, постановка цели и задач и т.д.);

ь целеполагание и планирование деятельности.

С точки зрения учащегося проект - это возможность:

ь принести пользу;

ь делать самостоятельно что-то интересное в группе или одному;

ь максимально использовать свои возможности;

ь проявить себя, попробовать свои силы, приложить свои знания;

ь публично показать достигнутый результат и т.п.

ь решить интересную проблему, сформулированную самими учащимися в виде цели и задач.

С точки зрения учителя (преподавателя) проект - это интегративное дидактическое средство обучения ,воспитания и развития, которое позволяет выработать и развить специфические навыки, умения, компетнцию, в числе которых:

ь целеполагание и планирование деятельности;

ь проблематизация (рассмотрение проблемной ситуации, выделение имеющихся противоречий, формулирование проблемы и подпроблем, постановка цели и задач и т.д.);

ь практическое применение знаний, умений и навыков в нестандартных ситуациях

ь поиск и критическое осмысление информации (отбор фактического материала, его интерпретация

ь самоанализ и рефлексия и др.

Сформулируем основные требования к использованию проектной деятельности:

Самостоятельная (индивидуальная, парная, групповая) деятельность участников проекта.

1. Наличие значимой в исследовательском творческом плане проблемы.

2. Значимость (теоретическая, позновательная, практическая) предполагаемых результатов.

3 Использование исследовательских методов.

4. Структурирование содержательной части проекта с указанием поэтапных результатов.

5. Использование исследовательских методов.



Основные понятия. Типология проектов

Слово - проект (в переводе с латинского - “брошенный вперед”) в толковом словаре русского словаря С.И. Ожегова, Н.Ю. Швединой определяется как - замысел, план; разработанный план какого-либо сооружения, механизма, устройства. Это толкование получило свое дальнейшее развитие в виде определения проекта как прототипа, прообраза какого-либо объекта, вида деятельности.

Образовательный проект рассматривается как Ї совместная учебно- познавательная, игровая или твоерческая деятельность учащихся, имеющая общую цель, согласованные способы деятельности, методы. Цель направленная на достижение общего результата деятельности.

Проект может рассматриваться как реалистический замысел о желаемом будущем, содержащий в себе конкретный способ практического осуществления и рациональное обоснование. Обобщенное понятие проекта может быть сформулировано следующим образом. Проект - это ограниченная во времени деятельность, представленная в виде мероприятий, направленная на достижение определенной цели и решение социально значимой проблемы, предполагающая получение ожидаемых результатов, путем решения связанных с целью задач, управляемая на основе постоянного мониторинга деятельности и ее результатов с учетом возможных рисков и обеспеченная необходимыми ресурсами.

“Проектирование” - это процесс создания проекта, его фиксация в какой- либо внешне выраженной форме. Термин проектирования имеет техническое звучание, но в настоящее время он также используется для обозначения интеллектуальной деятельности по созданию проектов самых разнообразных типов. Назовем основные этапы проектирования, которые подробно будут рассмотрены в разделе:

ь определение продукта проекта, разработка проекта и его документальное оформление;

ь обоснованный выбор значимой проблемы;

ь макетирование и моделирование;

ь презентация и защита проекта.

ь оценка проекта;

В процессе обучения применяется проектная деятельность как система обучения, при которой учащиеся приобретают знания в процессе выполнения постоянно усложняющихся практических заданий - проектов, а та же планирования данных проектов. Проектную деятельность, рассматривая как дидактическую категорию следует иметь в виду как способ достижения дидактической цели через детальную разработку проблемы, как (технологию), которая должна завершиться реальным практическим результатом, оформленным каким либо способом. Проектная деятельность- это совокупность исследовательских, творческих поисковых, проблемных методов, по своей сути.

Многообразие проектов классифицируем по следующим типологическим признакам:

ь по доминирующей в проекте деятельности. Такой деятельностью может быть исследовательская, поисковая, творческая, ролевая, прикладная (практико-ориентированная), ознакомительно-ориентировочная и пр.;

ь по характеру координации проекта: непосредственный (жесткий, гибкий), скрытый (неявный, имитирующий участника проекта):

ь по предметно-содержательной области: монопроект (в рамках одной области знания);

ь по характеру координации проекта: непосредственный (жесткий, гибкий), скрытый (неявный, имитирующий участника проекта):

ь межпредметный проект;

ь по характеру контактов (среди участников одного учебного заведения, класса, мира); учебной группы, города. Региона, страны, разных стран

Исследуем специфику видов проектов по доминирующей деятельности участников.

Исследовательские проекты. Получение научного знания будет являться Целью данных проектов, обладающего признаками новизны и практический и/или теоретической значимости. Данные проекты полностью подчинены логике исследования и имеют точную и детальную структуру, приближенную или полностью совпадающую с подлинным научным исследованием. Исследовательские проекты включает:

ь формулировку проблемы, определение объекта и предмета исследования; постановку цели и связанных с нею задач;

ь актуальность избранной темы;

ь внешняя оценка.

ь формулировку проблемы, определение объекта и предмета исследования; постановку цели и связанных с нею задач;

ь выдвижение гипотезы решения обозначенной проблемы с последующей ее проверкой;

ь обсуждение и оформление результатов исследования, выводы;

ь описание методов исследования;

ь обозначение новых исследовательских проблем;

Творческие проекты. Целью проектов данного типа является получение творческого продукта - сочинения, газеты, альманаха, видеоролика, экспедиции праздника и т.д. то, что они не требуют детально проработанной структуры совместной деятельности учащихся и педагогов, она только намечается и развивается в соответствии с конечным результатом является Отличительной особенностью творческих проектов является. Творческие проекты требуют продуманности формы и структуры конечного результата: плана сочинения или статьи, сценария праздника, дизайна и рублик газеты и др.

Ролевые и игровые проекты. Особеннсть данных проектов обусловлена их названием: участники проекта играют роль литературных героев, исторических или выдуманных персонажей, а результат проекта лишь намечается, окончательно все становится понятно лишь в конце проекта. Чем завершится судебное заседание? Будет ли разрешен конфликт? Чем закончатся переговоры и будет ли заключен договор?

Ознакомительно-ориентировочные (информационные) проекты. Целью данных проектов является сбор информации о каком-либо объекте, явлении с целью ее анализа, обобщения и представления широкой аудитории в виде публикации в СМИ, Интернет и др есть Целью данных проектов. Эти проекты, как и исследовательские требуют продуманной структуры, содержащей:

ь актуальность проекта и его цель;

ь перечень источников информации (литература, средства СМИ, базы данных, данные опросных методов исследования);

ь объект изучения и предмет информационного поиска;

ь обработку информации (анализ, сопоставление и известными фактами, аргументированные выводы);

ь обсуждение (на конференции, в сети);

ь результат (статья, реферат, доклад, видеоролик или видеофильм); презентацию в виде публикации;

ь внешняя оценка.

Практико-ориентированные (прикладные) проекты. получение результата, ориентированного на социальные интересы самих участников, есть цель данного проекта. Так, на основе полученных исследований в области географии, истории, экологии, физики, химии и др. могут быть разработаны документы такие как: программа действий, направленная на преодоление выявленных проблем; справочный материал; проект закона методические рекомендации; проект виртуального музея, зимнего сада; проект закона и т.д.

Эти проекты требуют детально продуманной структуры с определением поэтапных действий и указанием результатов; определения функций каждого участника, корректирование и координация их деятельности; учет возможных рисков; оценка возможных способов внедрения результатов проекта и пр.

Монопроекты. Данные проекты разрабатываются в рамках одного предмета с выбором, чаще всего, наиболее сложных тем иразделов, хотя не исключается использование информации из других областей знания и деятельности. Руководителями этих проектов, как правило выступают учителя- предметники. Примерами таких проектов могут быть естественно-научные, литературно-творческие, экологические, языковые (лингвистические), географические, исторические, культуроведческие, географические музыкальные и другие проекты. Такие проекты могут разрабатываться в рамках классно-урочной системы.

Межпредметные проекты, в отличие от монопроектов, выполняются во внеурочное время, под руководством нескольких специалистов в различных областях знания. Данные проекты требуют очень квалифицированной помощи со стороны специалистов, а так же слаженной работы многих творческих групп. Межпредметные проекты могут быть как небольшими, затрагивающими два- три предмета, так и направленными на решение достаточно сложных проблем, требующих содержательной интеграции многих областей знания: “Интересы и потребности современных подростков”; “Культура общения в школе” и др.

Классификация проектов по характеру координации подразумевает проекты двух типов:

1. Проекты с открытой, явной координацией. Деятельность в таких проектах организуется, направляется и контролируется лицом из числа участников - координатором.

2. Проекты со скрытой, неявной координацией - это, как правило телекоммуникационные проекты, в которых координатор явно не обнаруживает функции организации и контроля, а выступает полноправным участником проекта, “подсказывающим”, или “помогающим” в решении проблем.

Проекты могут различаться и по характеру контактов между участниками. Они могут быть внутриклассными, внутришкольными, региональными, межрегиональными, международными. Межрегиональные и международные проекты, как правило, являются телекоммуникационными, поскольку требуют использования информационных технологий.

По количеству участников можно выделить индивидуальные проекты (разработчик проекта является его единственным участников) и групповые (два и более участников).

По продолжительности выполнения проекты бывают:

– мини-проекты, укладывающиеся в один урок, или являющиеся фрагментом урока. Такие проекты особенно эффективны на уроках иностранного языка. Пример: проект “Составление рекламного модуля на английском языке”, 11 класс; работа в группах, продолжительность 20 мин. (10 мин. на подготовку, по 2 мин. на презентацию каждой группы).

– краткосрочные проекты, разрабатываемые на 4-6 уроках. При этом уроки используются для координации проектных групп, в то время как основная работа по сбору информации, изготовлению проектного продукта и подготовке презентации осуществляется во внеклассной деятельности. Пример: проект “Элемент ЧЧ века”, химия, 10 класс, работа в группах, продолжительность - 4 урока. 1-й урок: определение состава проектных групп; определение задания проектным группам - сбор информации по “своим” элементам. 2-й урок: отчеты групп по собранной информации, определение продуктов и форм презентации. 3-й и 4-й спаренные уроки: презентация готовых проектов, их обсуждение и оценка .

– Долгосрочные проекты - проекты, реализуемые в течение месяца или нескольких месяцев.



Изменение культуры деятельности. Интеграция проектной и операционной деятельности

“Одним из путей повышения мотивации и эффективности учебной деятельности в основной школе является включение учащихся в исследовательскую и проектную деятельность”

Задачей современной школы является не только обеспечение высокого уровня образования учащихся, но и всестороннее развитие их мышления, умений самостоятельно получать знания. Проектная деятельность в этом плане дает учителю и ученикам самые широкие возможности. "Специфической особенностью проектной деятельности является ее активизирующее влияние на развитие творческой направленности личности и обеспечение творческого характера освоения действительности".

М.П. Воюшина подчеркивала, что при организации проектной деятельности учащийся попадает в ситуацию выбора, т.к. самостоятельно решает принимать или не принимать участие в проекте, какой проект выбрать, с кем работать в группе и т.д. А “поставить школьника в ситуацию выбора чрезвычайно важно для его личностного развития, поскольку там, где есть осознанный выбор, формируется ответственность, рождается интерес” .

Если рассматривать проектную деятельность как педагогическую технологию, то она предполагает взаимодействие проблемных, исследовательских, поисковых, творческих задач.

В процессе проектной деятельности происходит приобретение учеником собственного знания, а не переданных учителем абстрактных научных фактов. Учащийся оказывается в такой ситуации, где они не только получают теоретические знания, но и должны объяснять каким образом они получили данный результат. В данной ситуации активно развивается творческая активность, познавательные навыки, умения конструировать самостоятельно полученные знания.

Проектную деятельность учащихся можно рассматривать как особого рода многоуровневую задачу, требующую для ее решения метапредметных умений. Тем самым, проектная деятельность воплощает в себе приоритетные тенденции современного образования к интеграции предметных дисциплин.

Проектная деятельность в школе осуществляется в двух направлениях: применение метода учебного проекта на уроках и в процессе социально - значимой внеурочной деятельности.

В последнее время в погоне за наградами в многочисленных конкурсах школьных проектов многие учителя школ забывают об основных задачах проектной деятельности и уровне подготовки учащихся. С каждым годом темы и сами работы становятся все сложнее и сложнее, превращаясь в настоящие научные исследования с использованием современных приборов. Практическим осуществлением работы в таких случаях обычно занимаются студенты, аспиранты и научные сотрудники. Учащиеся школ в такой ситуации лишь выступают с чужими результатами исследований.

В действительности основным действующим звеном в проектной деятельности должны быть сами школьники, следовательно, сами темы и задачи должны быть для них посильны. Поэтому проекты должны быть не научными, а носить учебно-познавательный и исследовательский характер. При этом в рамках реализации проектной деятельности можно отметить, что происходит формирование и развитие практически всех видов универсальных учебных действий, прописанных в ФГОСе.

Рассмотрим более подробно, какие же действия формирует и развивает проектная деятельность. Любой проект начинается с определения темы и выявления конкретной проблемы в рамках выбранной темы. Эти два действия позволяют активно формировать и развивать регулятивную (целеполагание; планирование; прогнозирование) и познавательную (выдвижение и формулирование гипотезы, определение направлений и способов поиска информации; критическая оценка информации; систематизация и классификация информации) .

Дальнейшая работа над проектом предполагает переработку и использование полученной информации с целью достижения поставленной в проекте цели. При этом продолжается формирование познавательных умений, среди которых можно выделить:

· анализ;

· синтез;

· обобщение;

· выявление причинно-следственных связей;

· построение логических цепочек умозаключений;

· моделирование;

· аргументирование;

· доказательство и умозаключение.

В рамках регулятивной группы мы развиваем умения:

· планировать процесс проведения исследовательско-проектных работ;

· осуществлять контроль;

· производить коррекцию;

· оценивать полученный результат.

Решение познавательно-практических задач также позволяет сделать востребованными знания, умения и навыки, полученные в процессе всего обучения. Практическое их применение способствует осмыслению процесса обучения учащимися и формирует действия смыслообразования, самоопределения и, в некоторых случаях, нравственно-логического оценивания.

Небольшой размер группы учащихся, работающих над решением познавательно-практической задачи, позволяет более полно, чем в рамках основных уроков формировать коммуникативные умения. Совместная деятельность, как основной вид деятельности в процессе решения проектных задач, способствует преобразованию позиции личности как в отношении к усвоенному содержанию, так и в отношении к собственным взаимодействиям, что выражается в изменении ценностных установок, смысловых ориентиров, целей учения и самих способов взаимодействия и отношений между участниками процесса обучения. В процессе совместной коллективной деятельности с учителем и особенно с одноклассниками у детей преодолевается эгоцентрическая позиция, формируются и развиваются способности строить свои действия с учётом действий партнёра, понимать относительность и субъективность отдельного частного мнения. Коммуникативная деятельность в рамках специально организованного учебного сотрудничества учеников с взрослыми и сверстниками сопровождается яркими эмоциональными переживаниями, ведёт к усложнению эмоциональных оценок за счёт появления интеллектуальных эмоций (заинтересованность, сосредоточенность, раздумье) и в результате способствует формированию эмпатического отношения друг к другу.

Обсуждение работы в группе и с учителем, оформление проекта как литературного произведения, защита его в широкой аудитории позволяет наиболее полно формировать такие коммуникативные умения как:

· умение выражать свои мысли в устной и письменной форме;

· правильно формулировать вопросы и запросы в информационных поисковиках;

· осмысленное прочтение текста;

· владение монологовой, диалоговой, дискуссионной формой речевой коммуникации;

· взаимодействие с партнерами в группе и распределение обязанностей;

· взаимодействие с руководителем, роль которого в проекте выполняет учитель;

· разрешение конфликтов.

Итогами проектной деятельности следует считать не столько предметные результаты, сколько личностное развитие школьников, формирование и развитие умения сотрудничать в коллективе и работать самостоятельно, уяснение специфики творческой исследовательской и проектной работы.

Выводы по первой главе

В первой главе рассматриваются истоки проектной деятельности в зарубежной и отечественной педагогической мысли. Отмечен возрождающийся интерес к использованию проектной деятельности в процессе обучения с учетом изменений, охвативших всю систему российского образования. Использование новой научно-методической основы и развитых информационных ресурсов позволило включить проектную деятельность в круг наиболее востребованных образовательных технологий. В данной главе отмечается, что данный вид деятельности воспринимается как путь повышения мотивации учащихся. Так же проектная деятельность обеспечивает высокий уровень познавательного интереса, интеграцию теоретического знания с практическим опытом и способствует развитию творческой активности. Выделено несколько видов научно-проектной деятельности учащихся и приводится их краткая характеристика.



Глава 2. Робототехнические проекты по информатике 5-6 классов

Актуальность робототехники в образовании 21 века

“Уже в школе дети должны получить возможность раскрыть свои способности, подготовиться к жизни

в высокотехнологичном конкурентном мире” Д. А. Медведев.

Мир, в котором мы живем, меняется просто стремительно. Гигантские жилые комплексы, супермаркеты, "умные" машины, роботизированные производства и множество интеллектуальных сервисов стали обычными в нашей жизни. Автоматы и промышленные роботы заменяют человека в сложных технических производствах.

Современный мир составляют системы искусственных технических предметов и сооружений, которые изготавливаются и используются человеком, и преобладают в его окружении. Появился новый термин, который обозначает данное состояние - техносфера. Человек должен научиться ориентироваться в составляющих техносферы. Это предопределяет качество его жизни и деятельности. Плюс ко всему, робототехнические решения становятся все более востребованными и распространенными, а области их применения расширяются.

Что такое “робот”? Робот - это независимое техническое устройство, выполняющее какие-либо операции с объектами реального мира без непосредственного управления человеком.

Рассмотрим различные семейства роботов.

1) Промышленные (рисунок 1) - это роботы, выполняющие рутинную или тяжёлую работу за людей на производстве. Сегодня трудно представить автомобильный завод или пищевую фабрику без автоматизированных и робототехнических устройств.



Рисунок 1. Роботы на фабрике напитков.

2) Военные (рисунок 2) - роботы, выполняющие боевые задачи разведки, разминирования, ликвидации противника, доставки грузов.

Рисунок 2. Мобильный робототехнический комплекс (МРК) Ижевского радиозавода.

3) Бытовые (рисунок 3) - роботы, доступные каждому и продающиеся в ближайшем магазине электроники: робот-пылесос, мойщик окон, капсульная кофемашина и др.



Рисунок 3. Робот-мойщик.

4) Медицинские (рисунок 4) - роботы, используемые при проведении хирургических операций, реабилитации, диагностики заболеваний.

Рисунок 4. Робот-хирург в работе.

5) Транспортные (рисунок 5) - роботы, обеспечивающие перемещение человека и/или грузов в автоматическом режиме.



Рисунок 5. Роботы-погрузчики на складе.

6) Сервисные (рисунок 6) - роботы, призванные помогать человеку. Обычно они мобильны, оснащены технологией обратной связи, распознавания речи, что делает их похожими на человека.

Рисунок 6. Робот “Леночка” в московском аэропорту Внуково.



7) Экзоскелеты (рисунок 7) - важная отрасль роботостроения, призванная расширить возможности человеческого тела и восполнить утраченные.

Рисунок 7. Экзоскелет восполняет утраченные функции нижних конечностей

Это далеко не полный список классификации роботов, но уже и он даёт понять - роботы в нашей повседневной жизни есть, а их роль и присутствие будет увеличиваться с течением времени.

Робототехника - новые горизонты

От самих роботов перейдём к решению задач их создания, то есть к робототехнике. Стоит отметить, большинство людей даже не подразумевает, что в их собственной квартире или доме есть роботы (или автоматы1), которыми они пользуются изо дня в день, выбирая приготовление капучино в кофемашине или "разморозку" в микроволновой печи.

Точно таким же образом, мы приходим в магазины, где можем увидеть модные гаджеты, которые продаются за немалые деньги.

Оказывается, имея под рукой микроконтроллер (рисунок 8) ( цена которого, кстати говоря, зачастую достаточно мала), инструменты и немного фантазии, - даже ребёнок способен собрать абсолютно любой гаджет, какой ему только захочется!

Рисунок 8. Микроконтроллер семейства AVR2.

Например, секретный замок на двери, открывающийся по определённому стуку; ошейник для собаки или кошки с встроенным GPS, передающий местонахождение любимого питомца прямо на смартфон; или собственный квадрокоптер, оснащённый камерой, позволяющий запечатлеть самые красивые ракурсы в самых живописных местах планеты.

Знания робототехники открывают перед людьми новые горизонты на пути прогресса. Эти знания позволят шагнуть вперёд не только чисто “технологически”, но и в таком социально важном вопросе, как образование.

Тогда возникает вопрос, а как же обучиться такой технологии создания роботов? С чего и когда можно начать?



Образовательная робототехника

Сегодня необходимо заинтересовать и увлечь детей образовательной робототехникой, а также раскрыть перспективы проектной деятельности с применением робототехники, в том числе соревновательной.

В настоящее время обществу необходима личность, способная самостоятельно ставить учебные цели, проектировать пути их реализации, контролировать и оценивать свои достижения, работать с разными источниками информации, оценивать их и на этой основе формулировать собственное мнение, суждение, оценку. Современный человек должен ориентироваться в окружающем мире как сознательный субъект, адекватно воспринимающий появление нового в постоянно изменяющемся мире, готовый непрерывно учиться.

Это качественно новая отрасль робототехники, позволяющая приступить к роботостроению “с нуля” и получить первые результаты очень быстро, что является первостепенно важным для ребёнка.

Действительно, робототехнику в школе можно разделить на три вида:

ь Образовательная;

ь Спортивная (соревновательная);

ь Творческая.

Самой развитой в нашей стране сегодня остаётся спортивная робототехника. Она решает олимпиадные задачи. Например, классическая свободная категория всероссийского этапа WRO 4включает в себя троеборье:

Ш Лабиринт - прохождение автономным роботом произвольного лабиринта.

Ш Манипулятор - сборка робота-манипулятора, способного переставлять и сортировать объекты.

Ш Траектория - езда мобильного робота по заданной траектории.

Помимо того, что робот должен решить поставленную задачу, ему необходимо завершить все операции за кратчайшее время.

Спортивная робототехника получила широкое развитие из-за понятного формата олимпиады и необходимости демонстрации своих достижений тех учеников, которые увлеклись робототехникой в школьных кружках или домах технического творчества.

Однако, всем известно, что дети, участвующие в олимпиаде - это далеко не все дети. А речь идёт всё же о том, чтобы все обучающиеся могли заниматься робототехникой и применять её в своей повседневной жизни.

Значит, можно сделать вывод, что спортивная робототехника - не панацея, способная решить насущные вопросы образования.

Творческая робототехника - это любые технологические решения любой отрасли: от модели автоматического токарного станка до робота, играющего на шестиструнной гитаре. Следовательно, творческая робототехника - это качественно новый уровень деятельности ребёнка, предполагающий наличие базовых и продвинутых знаний в этой области.

Таким образом, мы выходим к образовательной робототехнике, отличительной особенностью которой является:

Ш Последовательность.

Ш Связь с предметами естественнонаучного (информатика, математика, физика, биология, химия) и социально-гуманитарного циклов.

Ш Пря м а я возможность приобретения универсальных учебных

действий.

А значит, она способна быть интересной всем ученикам и мотивировать их к изучению уже не робототехники ради самой робототехники или соревнований, а системно развивать все направления учебной деятельности в школе и за её стенами, становясь универсальным подручным инструментом в исследованиях и проектах.

Основная школа (5-9 классы) является важной ступенью в овладении проектным подходом. Именно в этом возрасте формируются основные навыки работы над проектом. Обучающиеся только учатся видеть проблемную ситуацию и анализировать её, ставить цели, описывать актуальность темы и находить пути решения, планировать работу и оценивать её качество. Проекты, которые следует реализовывать в основной школе, имеют прежде всего обучающее значение, они именно для обучения проектной деятельности. Пока еще самостоятельная деятельность детей в соотвествии с этапами проекта дозируется учителем исходя из возможностей обучающихся.

Например, современное увлечение робототехникой проявляется у всех по-разному. Одни дети любят конструировать , сам процес сборки каждой новой модели приносит удовлетворение ребенку. У него появляются новые идеи, усложняются собираемые конструкции. Другие дети, сначала поддавшись общему интересу собирают из конструктора модели, но быстро теряют интерес к статическим объектам. Их увлекает возможность заставить собранную конструкцию двигаться по своему усмотрению. Такие дети увлекаются впоследствии программированием. Но есть и третья категория детей, которые стремяться сделать то, что никогда никто не сделал.

Именно возможность получения уникального конечного результата запускает процесс и конструирования и программирования и дальнейшее изучение возможностей других платформ. Увлечение робототехникой с одной стороны надо использовать как инструмент интеллектуального развития обучающихся, с другой стороны результаты конструирования (всевозможные модели) - это инструмент проектной деятельности.

Простую сборку и программирование любой робототехнической конструкции по готовым схемам и инструкциям не льзя считать проектом исходя из характеристик проектного подхода. Идея готовой модели несамостоятельная, деятельность тоже по инструкции, результат измеримый, но не уникальный, скорее стандартный. Но для того, чтобы робототехника стала инструментом проектной деятельности в руках детей, этот инструмент надо освоить. Им надо научиться пользоваться (как ножом и вилкой, банкоматом или автомобилем).

По этим причинам автор считает актулаьно и целесообразно первую ступень робототехники проходить в 5 - 6 классах. В которой обучающиеся познакомятся с основами робототехники и научатся проектрировать, программмировать и конструировать роботов.

Обзор робототехнических платформ и модических и учебных пособий

Несмотря на широкую распространенность робототехники в школах, всё растущего внимания к ней образовательных учреждений, - единая методика преподавания, какая-либо централизованная методическая поддержка и общий вектор движения в образовательном процессе - отсутствуют.

Образовательная робототехника в российском образовании осваивается учащимися с помощью наборов:

Ш LEGO Education ;

Ш ScratchDuino.Робоплатформа;

Ш Arduino ;

Ш FischerTechnic;

Ш Bioloid Comprehensive Kit и другие. Познакомимся с представленными наборами:

1. LEGO Education в свою очередь состоит из 3 -х наборов :

· LEGO Education WeDo (рисунок 9) (как входная ступень в начальной школе) ;



Рисунок 9. Набор LEGO Education WeDo

· LEGO Education Mindstorms NXT (рисунок 10) (2-е поколение роботовLego) рис.2;

Рисунок 10. Набор LEGO Education Mindstorms NXT

· LEGO Education Mindstorms EV3 (рисунок 11 и 12) (3-е поколение роботовLego) рис. 3 и 4;



Рисунок 11. Набор LEGO Education Mindstorms EV3(базовый набор)

Рисунок 12. Набор LEGO Education Mindstorms EV3(ресурсный набор)

Акцентируем свое внимание на LEGO Education Mindstorms EV3. Трудно найти ребенка этого возраста, который хоть раз в жизни не держал бы в руках конструктор LEGO. И так как обучающиеся уже знакомы с элементной базой, то и задача конструирования сразу упрощается в соответствии с главным принципом LEGO: “Всё друг другу подходит”.

Довольно мощное программное обеспечение с визуальным языком программирования EV3-G 5на базе LabView 6и готовые интуитивно понятные пособия по сборке обеспечивают максимально удобные условия для совершения первых шагов в робототехнике.

При этом, такой робототехнический блок удобно встраивается в пропедевтический курс информатики и позволяет подготовить обучающихся не только к курсу программирования в более старших классах, но и обеспечить освоение основ естественно-математического цикла наук.

2. ScratchDuino. Р об опл ат ф орм а :

Рисунок 12. ScratchDuino.Робоплатформа.

В процессе работы со ScrtachDuino (рисунок 12) ученики знакомятся с азами более продвинутого робоконструирования и программирования роботов на платформе Arduino с помощью текстового объектно-ориентированного языка программирования.

В отличие от рассмотренного набора Lego Mindstorms Education EV3, акцент здесь ставится не на конструкторскую и элементную базу, а на создание более сложных алгоритмических конструкций и формирование программистской культуры.

Кроме того, открытая архитектура аппаратного и программного обеспечения позволит уже на этом этапе углубиться в более сложные вопросы робоконструирования и программирования для ребят, идущих с опережением образовательной программы.

3. Arduino;



Рисунок 13. Программируемая плата Arduino UNO.

Семейство программируемых плат Arduino (рисунок 13) включает в себя несколько различных моделей таких, как UNO, Mega, Leonardo и другие. Их отличает тип используемого процессора, объём оперативной памяти и прочие параметры.

Ведущим дистрибьютором продукции Arduino в России является компания Амперка7, предоставляющая широкий выбор не только самих программируемых плат, но и готовых наборов, в числе которых имеется образовательный набор “Амперка” (рисунок 14), позволяющий наиболее комфортно познакомить детей с данной платформой.

Рисунок 14. Образовательный набор “Амперка” на базе платы Arduino UNO.

Для программирования Arduino и Arduino-совместимых плат используется программное обеспечение Arduino IDE - свободно распространяемая система программирования с открытым исходным кодом. Сам язык программирования является модифицированным языком C++.

Всё это делает платформу Arduino универсальным инструментом, с которым становится возможным создание практически любого устройства, которое только можно себе вообразить.

4. FischerTechnic ;

Рисунок 15. Образовательный набор TXT Первооткрыватель

Наборы для конструирования FischerTechnik (рисунок 15) выпускает немецкая фирма fischertechnik GmbH.

Надо отметить, что хотя в России марка FischerTechnik не известна так широко, как Lego, в Европе это не только широко распространенная марка детских пластмассовых конструкторов, но и ведущий поставщик учебных конструкторов и моделей для школ и технических училищ. В последнее время линейка конструкторов FischerTechnik расширилась до нескольких десятков моделей разного уровня, для детей начиная от 5 лет.

ROBO TX Учебная лаборатория - набор для конструирования мобильных роботов и автоматических устройств. Состоит из более 310 компонентов, из которых можно собрать 11 различных моделей роботов, например, робота- футболиста, стиральную машину, робота-погрузчика и других.

Как и Lego, FischerTechnik может быть удобен, если у вас уже есть такие конструкторы, и вы будете использовать для строительства моделей старые детали.

Среда программирования: ROBO Pro.

Проект Arduino позволит войти в мир робототехники с минимальными затратами. Единственное “но” - программы для используемых в Arduino микропроцессоров пишутся на ассемблере или с использованием специальных трансляторов с других языков. Это уровень учащихся старших классов и студентов вуза.

· Видеокурс для младших школьников по Arduino

· Мини-проекты с Arduino

· Видеоуроки по Arduino

· Установка и настройка Arduino в ОС Windows (Инструкция)

5. Bioloid Comprehensive Kit

Рисунок 16. Образовательный набор Bioloid Comprehensive Kit

Robotis Bioloid (рисунок 16) -- набор для создания робота, производимый корейской фирмой Robotis . Набор предназначен для образовательных целей, а также для тех, кто увлекается робототехникой. Набор Bioloid включает в себя небольшие сервоприводы , называемые Dynamixels и представляющие собой самостоятельные модули, с помощью которых могут быть собраны роботы различной конструкции, например колёсные или шагающие роботы. Набор Bioloid схож с наборами LEGO Education Mindstorms. Набор используется в Военно-морской академии США как учебное оборудование в курсе машиностроения. Так же набор Bioloid часто используют участники международных соревнований RoboCup.

В комплект Bioloid входят сервоприводы Dynamixels, набор сенсоров, программное обеспечение, включающее в себя среду 3D моделирования и среду программирования на С-подобном языке. Количество приводов достаточно, чтобы изготовить механизм с восемнадцатью степенями свободы.

Проанализировав робототехнические платформы разных стран, автор считает, что начинать изучение робототехники в основной школе логично именно с робототехническим комплексом LEGO Education Mindstorms EV3. Помимо всего прочего, наборы LEGO сегодня являются наиболее распространёнными в российских школах и домах технического творчества, а сама платформа - самой широко используемой не только в образовании, она остаётся единственным допустимым стандартом соревнований и олимпиад всех уровней.

Сегодня мы имеем некоторые авторские методики и пособия, которые неизбежно устаревают, так как они опираются на какие-то конкретные комплекты робототехники. Когда выходит новый набор или появляются новые решения, методика или пособие становятся либо частично подходящими, либо совсем не подходящими. По своей структуре и содержанию они также не являются абсолютно удачными и не реализуют полностью идею образовательного вектора и установки межпредметных связей в явном виде. (книги на основании выбранной платформы)

Вот некоторые из самых популярных изданий:

1. “Первый шаг в робототехнику”, Д.Г. Копосов, БИНОМ. Лаборатория знаний, Москва, 2014. Включает в себя практикум для 5-6 классов и рабочую тетрадь к нему. Практикум представляет собой некий сборник теоретических знаний в области робототехники, заданий и проектов. Основывается он на наборе LEGO Education Mindstorms NXT, который на сегодняшний момент уже является устаревшим. Практикум не может быть полностью адаптирован под новый набор LEGO Education Mindstorms EV3 и его программное обеспечение. Проекты и задания представляют собой краткую постановку проблемы и некоторые содержат фрагмент программы, реализующей функционирование робота. Образовательный компонент снова реализуется косвенно, а сами задания и проекты ориентированы на область

“Прикладная робототехника”, то есть на создание таких функциональных моделей, которые показывают возможное применение робототехнических решений в разных областях жизнедеятельности человека. Через такие задания и проекты происходит изучение основных алгоритмических конструкций, аппаратных и программных решений, функционирование датчиков робота. Таким образом, данное издание подошло бы для предмета “Робототехника”, однако такой предмет отсутствует.