Дополнительная общеобразовательная программа «Первые шаги в робототехнику» (основы конструирования)

Дополнительная общеобразовательная программа

«Первые шаги в робототехнику»

(основы конструирования)

«Точка роста»

Направленность: естественнонаучная, технологическая

Возраст учащихся: 14-15 лет

Срок реализации: 1 год

Базовый уровень

Автор-составитель:

Бизюкина Валентина Николаевна

учитель физики и математики

Информационная карта программы

СОДЕРЖАНИЕ

БЛОК №1. «Комплекс основных характеристик программы»

1.1. Пояснительная записка

1.2. Цель и задачи программы

1.3. Учебный план

1.4. Содержание образовательной программы

1.5. Планируемые результаты

БЛОК № 2. «Комплекс организационно-педагогических условий»

2.1. Календарный учебный график

2.2. Условия реализации программы

2.3. Форма аттестации

2.4. Оценочные материалы

2.5. Методическое обеспечение программы

2.6. Список литературы

Блок №1. «Комплекс основных характеристик программы»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Дополнительная общеобразовательная общеразвивающая программа «Первые шаги в робототехнику» относится к естественнонаучной и технологической направленности.

Данная программа способствует развитию и поддержке интереса учащихся к деятельности физико-математического направления, дает возможность расширить и углубить знания и умения, полученные в процессе занятий, создает условия для всестороннего развития личности. Занятия являются источником мотивации деятельности учащихся, формируют такие качества личности, как целеустремленность, настойчивость, развивают эстетические чувства, формируют творческие  способности.

Уровень освоения программы: базовый.

Новизна

В наше время робототехники и компьютеризации ребенка необходимо учить решать задачи с помощью автоматов, которые он сам может спроектировать, защищать свое решение и воплощать его в реальной модели, т. е. непосредственно сконструировать и запрограммировать.

На занятиях дети учатся, играя и играя – учатся! Ребята в игровой форме будут развивать инженерное мышление, получат практические навыки при сборке робота. В ходе сборки школьник научится ориентироваться в чертежах, рационально организовывать свою работу. У учащихся начнут формироваться навыки и приемы решения позиционных задач.

Образовательная программа направлена на обеспечение возможности самореализации учащихся. Современная школа меняется: важна не сумма тех знаний, которые получит ученик, а важен личностный рост. Поэтому содержание программы направлено на создание условий для развития личности ребенка, развития мотивации личности к познанию и творчеству, обеспечения эмоционального благополучия ребенка, приобщения обучающихся к общечеловеческим ценностям и знаниям, интеллектуального и духовного развития личности ребенка.

Актуальность

Актуальность данной программы обусловлена несколькими факторами.

Во-первых, это определяется активным развитием современной России и мира нанотехнологий, электроники, механики и программирования, то есть наличием благодатной почвы для совершенствования компьютерных технологий и робототехники.

За последние годы успехи в робототехнике и автоматизированных системах изменили личную и деловую сферы нашей жизни. 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.

Переход экономики России на новый технологический уклад предполагает широкое использование наукоёмких технологий и оборудования с высоким уровнем автоматизации и роботизации. Робототехника – это сегодняшние и будущие инвестиции и, как следствие, новые рабочие места. Одной из ключевых проблем в России является недостаточная обеспеченность инженерными кадрами в условиях существующего демографического спада, а также низкий статус инженерного образования при выборе будущей профессии выпускниками школ.

Неоднократно на ведущих экономических форумах первыми лицами нашего государства подчеркивалось, что в XXI веке успешность и конкурентоспособность государств будут определять не природные ресурсы, а уровень интеллектуального потенциала, уровень развития самых передовых на сегодняшний день технологий.

Техническое творчество является мощным инструментом синтеза знаний, закладывающим прочные основы системного мышления, а значит, инженерное творчество и лабораторные исследования – та многогранная деятельность, которая должна стать составной частью жизни современной школы.

Во-вторых, программа соответствует действующим нормативным актам и государственным программным документам РФ в области образования и, в частности, технического образования.

В-третьих, так как в современных условиях техническое творчество, образовательная робототехника, вызывают живой интерес детей, приобретают все большую значимость и востребованность, то программа «Инженер будущего» отвечает социальному заказу: запросам родителей и пожеланиям детей. Обучаясь по данной программе, подростки получают возможность учиться, ориентироваться в окружающем мире как сознательные субъекты, адекватно воспринимающие появление нового, готовые непрерывно учиться и создавать современные, интересные, востребованные продукты. Обучающиеся получают важный опыт, который может определить их дальнейший профильный вектор обучения.

Предусмотренные программой формы демонстрации достижений учащихся позволяют развивать творческие способности детей и являются инструментами выявления, поддержки одаренных в техническом плане ребят. Наше время требует нового человека – исследователя проблем, а не простого исполнителя. Сегодня и завтра обществу ценен человек-творец. Образовательная робототехника в школе приобретает все большую значимость и актуальность в настоящее время.

В полном соответствии с требованиями стандартов нового поколения, учебные задания в программе имеют проектно-исследовательский характер, а сборка каждой серии моделей или изготовление моделей превращается в небольшой мини проект и позиционные задачи.

Создана учебная среда, побуждающая ученика взаимодействовать с изучаемым материалом и общаться в ходе решения различных задач с учителем и другими учениками. Она соответствует ожиданиям по обеспечению личностного роста обучающихся, их заинтересованности в получении качественного образования, отвечающего их интеллектуальным способностям, культурным запросам и личным интересам.

Педагогическая целесообразность

Педагогическая целесообразность дополнительной общеобразовательной развивающей программы заключается в создании особой развивающей среды для выявления и развития общих и творческих способностей обучающихся, что может способствовать раскрытию лучших человеческих качеств.

Адресат программы

Программа предназначена для детей 14-15 лет.

Условия набора учащихся

На программу принимаются все желающие.

Количество учащихся

Норма наполнения группы – 10 человек.

Объём и срок освоения программы

Программа рассчитана на 1 год обучения. Объем реализации программы: 68 часов.

Режим занятий

Занятия проводятся 1 раз в неделю, по 1 академическому часу.

Формы организации

- работа в мини-группах (2 человека);

- индивидуальная;

- практические занятия;

- лекции;

- дискуссии;

- соревнования;

- инструктажи.

Формы учебной деятельности:

1. Учебное занятие.

2. Практическое занятие.

3. Деловая игра.

4. Мозговой штурм.

5. Соревнование.

6. Выставка.

Форма обучения: очная.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ПРОГРАММЫ

Цель: создание условий для изучения основ робототехники, развития научно-технического и творческого потенциала личности ребёнка; развитие компетенций школьников в области формирования цифровых навыков по общеобразовательной программе «Первые шаги в робототехнику».

Задачи:

Обучающие:

- дать первоначальные знания о конструкции робототехнических устройств;

- научить приемам сборки и программирования робототехнических устройств;

- сформировать общенаучные и технологические навыки конструирования и проектирования;

- ознакомить с правилами безопасной работы с инструментами.

Развивающие:

- развивать творческие способности обучающихся;

- помочь формированию цифрового, научного и инженерного мышления;

- формировать навыки использования цифровых и инженерных технологий;

- развивать психофизические качества обучающихся: память, воображение, внимание, способность логически мыслить, анализировать, концентрировать внимание на главном;

- развивать способность к самостоятельной деятельности;

- развивать пространственное мышление;

- развивать навыки публичных выступлений;

- формировать креативное и творческое отношение к выполняемой работе, к решению поставленной задачи, а также представление о том, что большинство задач имеют несколько решений;

- развивать умение работать в команде при выполнении проектных работ, эффективно распределять обязанности.

Воспитательные:

- повысить мотивацию школьников в развитии цифровых навыков;

- сформировать условия для профессионального самоопределения школьников;

- сформировать понимание сопричастности к настоящему и будущему своей страны и мира в целом;

- воспитывать бережное отношение к окружающему миру.

УЧЕБНЫЙ ПЛАН

СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ

1. Правила поведения и ТБ в кабинете физики. Инструктаж по технике безопасности при работе с робототехническим модулем VEX IQ. История робототехники.

Теория: Знакомство с лабораторией. Знакомство с порядком и планом работы на учебный год. Правила поведения и ТБ в кабинете физики и при работе с конструкторами. Что такое робот? История робототехники.

2. Основные направления современной робототехники.

Теория: Роль робототехники в современном мире. Виды роботов. Применение роботов в современном мире: от детских игрушек, до серьезных научных исследовательских разработок. Основные направления современной робототехники.

3. Знакомство с образовательным конструктором VEX IQ. Основные детали. Обзор элементной базы.

Теория: Основные детали конструктора VEX IQ. Спецификация конструктора. Знакомство с конструктивным и аппаратным обеспечением платформы VEX IQ. Правила работы с конструктором VEX IQ. Функции джойстика и контроллера.

Практика: Контрольное упражнение на соответствие терминов и изображений деталей. Работа с угломером для правильного определения специальных углов планок 30, 45, 60 и 90 градусов.

4. Сборочные операции в VEX IQ. Способы соединения.

Теория: Виды и способы соединения деталей. Различные виды конструкций и способы их сборки. Правила организации рабочего места и правила безопасной работы.

Практика: Контрольное упражнение. Решение простейших задач конструктивного характера по изменению вида и способа соединения деталей. Различные виды конструкций и способы их сборки в процессе изготовления субъективно нового робота.

5. Мой первый робот. Общие правила создания роботов.

Теория: Общие правила создания роботов и робототехнических систем. Особенности проектной деятельности. Инструкции по сборке робота.

Практика: Сборка базовой модели робота в соответствии с пошаговыми инструкциями. Элементарная проектная деятельность в малых группах.

6. Простые механизмы и движение.

Теория: Простые механизмы, маятники и соответствующая терминология. Принцип работы и область применения простых механизмов и маятников.

Практика: Контрольное упражнение (соответствие между определениями и изображениями) . Элементарная проектная деятельность в малых группах по сборке моделей по инструкции (наклонная плоскость, рычаг, ролик, маятник, клин, колесо, ось).

7. Конструирование и испытание установки «Цепная реакция».

Теория: Устройство с цепной реакцией. Ступень цепной реакции и пусковой механизм.

Практика: Проектирование и сборка устройства с цепной реакцией в соответствии с техническими требованиями таблицы (неприводного, приводного или обоих вариантов) с опорой на инструктивную карту.

8. Ключевые понятия (масса, приложенная сила, трение).

Теория: Ключевые термины механического проектирования (центр тяжести, трение, механическое преимущество, мощность, скорость, крутящий момент).

Практика: Контрольное упражнение (соответствие между терминами и определениями).

9. Механизмы.

Теория: Робототехнические механизмы, их конструкции. Ключевые понятия механического проектирования.

Практика: Контрольное упражнение на передаточное отношение. Построение конструкций по теме.

10. Сборка действующей модели в среде образовательного конструктора.

Практика: Проектирование и сборка телеуправляемого робота.

ПЛАНИРУЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Личностные результаты:

1) формирование основ российской гражданской идентичности, чувства гордости за свою Родину, российский народ и историю России; осознание своей этнической и национальной принадлежности; формирование ценностей многонационального российского общества; 2) формирование целостного, социально ориентированного взгляда на мир в его органичном единстве и разнообразии природы, народов, культур и религий; 3) овладение начальными навыками адаптации в динамично изменяющемся и развивающемся мире; 4) принятие и освоение социальной роли учащегося, развитие мотивов учебной деятельности и формирование личностного смысла учения; 5) развитие самостоятельности и личной ответственности за свои поступки, в том числе в информационной деятельности, на основе представлений о нравственных нормах, социальной справедливости и свободе; 6) формирование эстетических потребностей, ценностей и чувств; 7) развитие этических чувств: доброжелательность и эмоционально - нравственная отзывчивость, понимание и сопереживание чувствам других людей; 8) развитие навыков сотрудничества со взрослыми и сверстниками в разных социальных ситуациях, умения не создавать конфликтов и находить выходы из спорных ситуаций.

Метапредметные результаты.

1) умение самостоятельно определять цели своего обучения, ставить и формулировать для себя новые задачи в учебе и познавательной деятельности, развивать мотивы и интересы своей познавательной деятельности; 2) умение самостоятельно планировать пути достижения целей, в том числе альтернативные, осознанно выбирать наиболее эффективные способы решения учебных и познавательных задач;

3) умение соотносить свои действия с планируемыми результатами, осуществлять контроль своей деятельности в процессе достижения результата, определять способы действий в рамках предложенных условий и требований, корректировать свои действия в соответствии с изменяющейся ситуацией;

4) умение оценивать правильность выполнения учебной задачи, собственные возможности ее решения;

5) умение осуществлять поиск необходимой информации для выполнения учебных заданий с использованием учебной литературы, энциклопедий, справочников (включая электронные, цифровые) в открытом информационном пространстве, в том числе контролируемом пространстве сети Интернет;

6) умение осуществлять запись(фиксацию) выборочной информации об окружающем мире и о себе самом, в том числе с помощью инструментов ИКТ;

7) умение использовать знаково-символические средства, в том числе модели и схемы, для решения задач;

8) умение проявлять познавательную инициативу в учебном сотрудничестве;

9) установление причинно-следственных связей в изучаемом круге явлений; строить рассуждения о форме связи простых суждений об объекте, его строении, свойствах и связях;

10) обобщение, т. е. осуществление и генерализация, и выведение общности для целого ряда или класса единичных объектов, на основе выделения сущностной связи, существенных признаков и их синтеза; установление аналогии;

11) умение адекватно использовать коммуникативные, прежде всего речевые, средства для решения различных коммуникативных задач, строить монологическое высказывание, владеть диалогической формой коммуникации;

12) умение учитывать разные мнения и стремиться к координации различных позиций в сотрудничестве, формулировать собственное мнение и позицию, договариваться и приходить к общему решению в совместной деятельности, в том числе в ситуации столкновения интересов; строить понятные для партнера высказывания, учитывающие, что партнер знает и видит, а что нет; задавать вопросы; контролировать действия партнера; использовать речь для регуляции своего действия.

Предметные результаты

Ученик научится:

1) формировать картины мира материальной и духовной культуры как продукта творческой предметно-преобразующей деятельности человека;

2) развивать знаково-символическое и пространственное мышление, творческое и репродуктивное воображение на основе развития способности обучающегося к моделированию и отображению объекта и процесса его преобразования в форме моделей (рисунков, планов, схем, чертежей); овладение базовыми знаниями;

3) применять полученные знания за пределами школы;

4) искать, анализировать, сопоставлять и оценивать содержащуюся в различных источниках информацию о робототехнике;

5) ориентироваться в мире профессий и их социальном значении, истории их возникновения и развития; подготовиться к предварительному профессиональному самоопределению;

6) владеть инструментами и приспособлениями для выполнения определенной работы;

7) соединять детали VEX IQ;

8) использовать возможности ROBOTC для проведения компьютерного эксперимента с датчиками;

9) создавать основные алгоритмические конструкции;

10) использовать команды для реализации основных алгоритмических конструкций;

11) оформлять и защищать проект в соответствии с требованиями;

12) читать технологические карты и собирать модели по заданной схеме (алгоритму выполнения задания);

13) работать в компьютерной среде ROBOTC (вводить, запускать и корректировать программы);

14) осуществлять связь между компьютером и моделью VEX IQ;

15) оформлять проектную работу;

16) конструировать несложных роботов по фото и видео;

17) создавать роботов, имеющих практическое применение.

Ученик получит:

1) представление о профессии инженера;

2) начальные сведения моделирования и программирования робототехники.

Ученик получит возможность научиться:

1) собирать механизмы с использованием нескольких типов передач;

2) программировать роботов собственной конструкции с заданными параметрами;

3) конструировать несложных роботов по фото и видео.

Блок №2. Комплекс организационно – педагогических условий

Календарный учебный график

Условия реализации программы

Материально-техническое обеспечение программы

Сведения о помещении, в котором проводятся занятия:

Занятия должны проводиться в специализированном помещении, соответствующем требованиям техники безопасности, противопожарной безопасности, санитарным нормам. Кабинет должен хорошо освещаться и периодически проветриваться. Необходимо наличие аптечки с медикаментами для оказания первой медицинской помощи.

Информационное обеспечение: Для успешной реализации учебной программы используется собранный информационный материал интернет источников, периодических изданий и популярной литературы. Образцы готовых изделий, схемы, плакаты, шаблоны, раздаточный материал. При этом могут использоваться следующие материалы: видео мастер-классы, дидактические игры.

Ресурсное обеспечение:

Для реализации программы необходимо наличие робототехнического набора VEX IQ, компьютерного оборудования и программного обеспечения:

- робототехнический конструктор VEX IQ;

- компьютер с установленным ПО (операционная система Windows, офисный пакет, архиватор, браузер);

- среда программирования ROBOTC.

Кроме того, в кабинете для занятий должны быть:

- принтер на рабочем месте учителя;

- проектор на рабочем месте учителя;

- сканер на рабочем месте учителя

- доступ к глобальной сети Интернет для учителя и учащихся.

Формы аттестации

Формы отслеживания образовательных результатов: журнал посещаемости, тестирования, наблюдение за детьми в процессе работы, инди-

видуальные и коллективные проекты.

Формы подведения итогов реализации программы: самостоятельная работа, контрольное занятие, опрос, тестирование, защита творческих работ, коллективный анализ работ, самоанализ, выполнение практических заданий, сборка и презентация своей модели, проведение выставок.

Формы фиксации образовательных результатов: материалы тестирования, фото готовых работ.

Оценочные материалы

Освоение учащимися образовательной программы проходит в безоценочной форме.

Мониторинг осуществляется по двум направлениям:

1. Мониторинг усвоения учащимися теоретической части программы (того, что они должны знать по окончании курса занятий). Для осуществления мониторинга используются творческие мастерские, «мозговой штурм» и т.п. Выполняя различные виды работы, ребята в течение года набирают определенное количество баллов: набранные 50-60 баллов соответствуют оценке «зачтено», 61-80 баллов – «хорошо», свыше 80 баллов – «отлично».

Общее количество баллов складывается из количества баллов, полученных в ходе выполнения обязательных и дополнительных (выбранных самими учащимися) заданий. За выполнение заданий обычной сложности ребята получают от 3 до 5 баллов, повышенной сложности – до 10 баллов. Максимальную оценку (10 баллов) они также получают при успешном прохождении внешней экспертизы (работа, участвовавшая в работе выставки, выступление с докладом в заседании круглого стола).

2. Диагностика исполнительной части (того, что ученики должны уметь по окончании курса занятий). Она основывается на анализе и оценке участия в проводимых конкурсах и активности в работе кружка. Помимо проверки уровня усвоения материала (ЗУН), можно проводить мониторинг уровня личностного развития ребенка (трудолюбие), социальной воспитанности. Заполнение таблицы достижений позволяет проследить участие каждого воспитанника в конкурсной деятельности различного уровня. Итогом мониторинга является диагностическая карта успеваемости воспитанников. Данная методика позволяет повысить эффективность учебной деятельности и предоставляет возможности для более объективной оценки успеваемости. Специфическая особенность – накопительный характер оценки.

Определенным количеством баллов оцениваются следующие показатели:

- Знания (теоретическая подготовка ребенка);

- Умения (практическая подготовка);

- Обладание опытом (конкретным);

- Личностные качества.

Чтобы иметь возможность оценить качество подготовки воспитанника, результаты ранжируются. На каждом уровне определяются критерии оценок и присваиваются баллы.

Методические материалы

Для реализации содержания программы используются педагогические технологии, методы, приемы, формы и средства, способствующие получению технических знаний и умений, формированию системного восприятия материала образовательной программы и соответствующие возрастным особенностям младшего школьного возраста.

Методы обучения: словесный, наглядный, практический, объяснительно-иллюстративный, репродуктивный, частично-поисковый, дискуссионный, исседовательский.

Методы воспитания: убеждение, поощрение, мотивация.

Учебные занятия содержат видеофрагменты, проекты-примеры, мультимедийные презентации, беседы, практические работы.

В работе используются педагогические технологии: технология индивидуализации обучения, технология группового обучения, дифференцированного, разноуровневого, проблемного обучения, здоровьесберегающая технология.

Список литературы

Список литературы для педагога:

1. Ермишин К.В., Кольин М.А., Каргин Д.Н., Панфилов А.О. – Методические рекомендации для преподавателя: Учебно-методическое пособие. – М., 2015.

2. Каширин Д.А. «Основы робототехники VEX IQ. Учебно–наглядное пособие для учителя» /– М.: Изд. «Экзамен», 2016.

3. Мацаль И.И. «Основы робототехники VEX IQ. Учебно–методическое пособие для учителя» /– М.: Изд. «Экзамен», 2016.

4. Занимательная робототехника. Научно-популярный портал [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://edurobots.ru/2017/06/vex-iq-1/

Список литературы для детей:

1. Каширин Д.А. «Основы робототехники VEX IQ. Рабочая тетрадь для ученика» /– М.: Изд. «Экзамен», 2016.

2. Мацаль И.И. Основы робототехники VEX IQ. Учебно-наглядное пособие для ученика. ФГОС/− М.: Издательство «Экзамен», 2016.

3. VEX академия. Образовательный робототехнический проект по изучению основ робототехники на базе робототехнической платформы VEX Robotics [Сайт] [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://vexacademy.ru/index.html.

4. Филиппов С.А. «Робототехника для детей и родителей». / Издание 3-е, дополненное и исправленное. Санкт-Петербург, изд. «Наука», 2013 год.

Интернет ресурсы:

1. Интернет ресурс - http://vex.examen-technolab.ru

2. Интернет ресурс РАОР Роботы Образование Творчество - http://фгос-игра.рф

3. Каталог сайтов по робототехнике - [Электронный ресурс] -http://robotics.ru/.

4. Интернет ресурс Занимательная робототехника - http://edurobots.ru/

5. Интернет ресурс Мой робот - http://myrobot.ru/

6. http://vex.examen-technolab.ru/lessons/