Интеграция робототехники в учебный предмет «Технология»
Интеграция робототехники в учебный предмет «Технология»
(из опыта работы)
Согласно Концепции технологического образования, перед школой стоит задача: повысить интеллектуальный потенциал, образовательный и профессиональный уровень будущих членов общества, способных не только освоить, но и творчески использовать достижения научно-технического прогресса.
Поэтому новизной в первую очередь является то, что внедрение робототехники в образовательный процесс является одним из ключевых средств реализации «Технологического образования», формирующим научно-технологический потенциал, адекватный современным вызовам мирового технологического развития.
Преимуществом внедрения робототехники в образовательное пространство школы является:
• развитие информационной культуры и взаимодействие с миром научно-технического творчества;
• повышение интерактивности информационной образовательной среды (Робототехника вносит в образовательную информационную среду интерактивность, многофункциональность и возможность обеспечения деятельностного подхода с чередованием видов деятельности);
• многофункциональность и возможность обеспечения деятельностного подхода с чередованием видов деятельности;
• повышение гибкости структуры обучения через многоуровневые задания (Процесс конструирования, программирования и исследования роботов может сделать структуру обучения достаточно гибкой, будучи выстроен на основе разноуровневых заданий, поэтому позволяет создать ситуацию успешности для учащихся);
• формирование ключевых компетенций обучающихся, заложенных в программе формирования УУД (Использование робототехнических конструкторов позволяет формировать ИКТ-компетентность обучающихся, что является одним из основных компонентов программы формирования универсальных учебных действий: личностных, регулятивных, познавательных и коммуникативных).
Робототехника – это прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем. Она опирается на такие дисциплины как электроника, механика, программирование. Робототехника является одним из важнейших направлений научно - технического прогресса, в котором проблемы механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта.
Конечно, на начальных этапах совместить «Технологию» и робототехнику было сложно. Однако я видел, что данное направление (робототехника) дает возможность ученикам творить «здесь и сейчас», а главное почти сразу получать результат своей творческой мысли.
Ознакомившись с положениями Концепции и Примерными программами, понял, что внедрение в урочную деятельность элементов робототехники дает доступ мне и детям к проектной деятельности без каких-либо предварительных работ, связанных с этим процессом.
Ведь в Концепции технологического образования на этот вопрос особо обращается внимание: «Ведущей формой учебной деятельности в ходе освоения предметной области «Технология» является проектная деятельность в полном цикле: «от выделения проблемы до внедрения результата».
А каждый роботизированный модуль, который создает ученик, – проект.
На своих уроках по предмету «Технология» использую два типа наборов.
РОБОТЕХНИЧЕСКИЙ НАБОР
LEGO WEDO
Данный набор рассчитан на возраст 7+. Но в зависимости от общей технической подготовки класса, его можно использовать от 5 до 8 классов.
(даже если кто-то из ребят заметит, что он работал с более «крутыми» наборами, можно попросить такого ученика провести мастер-класс или дать индивидуальное задание – выполнить проект какого-либо механизма)
РОБОТЕХНИЧЕСКИЙ НАБОР
LEGO MINDSTROMS EV-3
Этот набор более сложен как в конструировании, так и в программировании, поэтому я использую его реже. В основном для ребят, которые посещают кружок «Робототехника» и которые уже вышли на следующий уровень практики с робототехническими модулями.
Есть еще один тип наборов – АППАРАТНАЯ ПЛАТФОРМА ARDUINO STARTER KIT. Она подходит тем, кто хорошо разбирается в электротехнике, радиоэлектронике. (Ребята, при должном руководстве, очень быстро такое осваивают).
Хочу кратко поделиться своим опытом проведения уроков «Технологии» с помощью указанных наборов.
Все уроки я условно разбиваю на три этапа.
1. Первый этап (1 пара) – у нас обычно спаренные уроки, поэтому говорю «пара». Показываю (знакомлю) ребят с наборами. Рассказываю названия элементов, их взаимодействие и назначение:
В «конструктивную» часть набора входит:
втулки, соединительные штифты и оси различной длинны, балки, перемычки, зубчатые колеса с прямыми и коническими зубьями, червячная передача.
В программируемую часть:
коммутатор, датчики (ультразвуковой, гироскопический), электродвигатель (сервопривод).
Я рассказываю детям, как это соединяется и куда подключается, а также знакомлю их с основными «пользовательскими» принципами действия этих приборов:
ультразвуковой датчик. Так же: датчик движения. Если посмотреть на него, то можно увидеть либо лампочки, либо «глазки». Работает он примерно, как сонар на подводной лодке. Из одного глазика каждую миллисекунду направляется вперед звуковая не слышимая нашими ушами звуковая волна, которая отражается от всех предметов (как эхо в горах). Другим глазиком эта отраженная волна принимается так же каждую миллисекунду. Таким образом датчик «понимает», что перед ним какое-то препятствие.
гироскопический датчик. Он применяется и на кораблях, но очень важен на самолетах как гражданских, так и боевых (особенно). По гироскопу летчик видит, где у него горизонт, и с каким наклоном летит самолет относительно Земли. Так и датчик. В горизонтальном положении он может бездействовать, но как только мы его начинаем наклонять в стороны, он реагирует и выдает сигнал о таком движении.
Эти датчики оправляют свой сигнал на коммутатор, а тот в свою очередь, перекодирует этот сигнал и отправляет его на компьютер в программу. Программа отдает сигнал через коммутатор на сервопривод, который, или начинает работать (вращаться), или останавливается. Весь этот процесс называется передача данных.
В практической части такого урока:
У меня уже прописаны готовые программы с датчиками и есть инструкция по сборке простого механизма с датчиком и мотором. Сначала один датчик, затем другой.
Дети собирают механизм, соединяют с модулем, модуль к компьютеру. Я запускаю программу и ученики видят, что когда датчик наклоняется, то мотор начинает работать (использую датчик наклона). Или подносят руку к датчику и также, мотор вращается (использую ультразвуковой датчик).
2. Второй этап (2-3 пара) – разъясняю, как работать с кнопками программной среды WeDo
В ходе теоретического пояснения:
кнопка ПУСК – желтый квадрат с зеленой стрелочкой (начинает работу программы -запуск робота);
зеленые кнопки в нижней части отвечают за работу электродвигателя (мотора, сервопривода) – вращение по часовой стрелке и против часовой, мощность мотора, выключить мотор, включить мотор на…;
кнопки подключения датчиков. Объясняю, что датчик подключается только к выполнению каких-либо действий (пуск и стоп мотора, вывод данных на монитор и т.д.);
кнопки вывода числовой и текстовой информации. Можно включить в программу модуля вывод на монитор каких-либо чисел или слов;
кнопки вывода данных на соответствующие устройства (динамики, монитор);
кнопки действия программы – СТОП и ЦИКЛ. «Стоп» - останавливает действие блоков программы. «Цикл» - действие программы осуществляется бесконечно – «циклично».
В ходе практических работ, я предлагаю пройти закрепление знаний на практике с помощью обучающих модулей (желтый кубик Лего) в верхней левой части рабочей области.
Ученики включают каждый модуль, в котором есть инструкция по сборке простого механизма, и набор кнопок, которые составляют программу для автономной работы этого механизма. Т.е. они собирают и программируют, как я это называю, «роботизированный модуль».
Когда дети работают, то по неволе им приходится обращаться ко мне с разными вопросами относительно тех или иных деталей (где?, какая?, как собрать?, что это?, и т.д.). Я стараюсь требовать от них правильного названия детали, объяснить, зачем именно она нужна (не потому, что там так показано).
Если что-то не работает, стараюсь направить их работу на самостоятельный поиск ошибок (поверьте, их не всегда нужно заставлять это делать, они сами хотят).
Таким образом, работая в 5-6 классах, ребята начинают применять терминологию, начинают понимать принципы передачи движения, включается логическое мышление технической направленности (не только, как заставить крутиться шестеренку, а еще и какую подобрать шестеренку, чтобы эффект был лучше).
3.Третий этап (4-6 пара) работа над творческими проектами. Разделяю класс на группы не более 3 человек. На первом занятии этого этапа, я предлагаю сделать проект из имеющихся примеров, которые входят в основной программный набор (на дисковом носители к набору их 12 штук) и даю четкое временное ограничение – не более 40 минут.
Конечно, все зависит, как я уже говорил, от общей технической грамотности класса: если это 5-6 классы – даю 1 проект на 40 минут, если 7-8 классы, то 2, а иногда и 3 проекта на 40 минут.
Затем, по мере освоения программирования и сборки модулей, даю творческое задание на выбор детей, но с ограничением по времени: 1 проект – 80 минут (сборка конструкции + составление программы). Иногда это бывают обще групповые проекты.
За несколько лет работы, проектная деятельность состояла из трех направлений:
- «Умный город» - сбор и программирование отдельных элементов города, которые могут объединяться в единую инфраструктуру;
- «Бытовые приборы и механизмы» - индивидуальные проекты любого бытового прибора, а так же механизм, который применяется человеком в жизни;
- «Технологические машины» - индивидуальные и групповые проекты машин, применяемых человеком на транспорте в технологических и логистических процессах.
Кроме этого, иногда ребята сами предлагаю проектные задания. Так появился проект «Аэропорт». Он возник спонтанно в следствие соединения двух проектов – частей «Умного города» и бытовых механизмов – «Вентилятор» и «Эскалатор».
Кроме того, появляются ребята из 9-х и 11-х классов, которые готовы работать по направлению «Роботоехника» в подготовке «индивидуальных творческих проектов».
Так появились проекты «Погрузчик», «Мостоукладчик», «Безопасность движения» и др.
Все проекты в рамках урока «технология» разрабатывались на базе двух робототехнических наборов WeDo и LEGO MINDSTROMS EV-3, учениками 6 и 7 классов.
За несколько лет работы по разделу «Робототехника» на уроках «технологии», мною был сделан следующий вывод. Это направление не может существовать только в рамках предмета технология. Такой раздел необходим и в уроках информатики. Без знаний языка программирования и базовых знаний построения алгоритмов, сложно полноценно преподавать предмет.
Однако, возможности данного раздела на уроках технологии, поистине безграничны. Даже не мотивированные на программирование ученики, охотно пытаются создать программируемую модель.
При проведении таких уроков, с пятого класса у ребят формируется именно технологическое мышление. Как и по каким принципам происходит взаимодействие частей машин и механизмов. Что влияет на их взаимодействие, а самое главное могут сами на это взаимодействие повлиять.
Проект «Аэропорт»,
6 класс
Проект «Погрузчик»
9 класс
Проект «Бытовые приборы.
Вентилятор», 7 класс
