Проект «Научно-техническая работа педагога и школьника по конструированию и программированию робототехнического изделия с возможностью использования методики его создания в образовательном процессе»

Всероссийский конкурс педагогического мастерства

«Инновационные технологии обучения школьным предметам».

«Научно-техническая работа педагога и школьника по конструированию и программированию робототехнического изделия с возможностью использования методики его создания в образовательном процессе».

Валерий Владимирович Павленко, педагог дополнительного образования Муниципального бюджетного учреждения дополнительного образования «Дворец детского (юношеского) творчества».

Г. Лысьва, Пермский край. E-mail: pawlenko.valerij@yandex.ru

МАТЕРИАЛ В ВИДЕ СТАТЬИ ДЛЯ КОНСПЕКТОВ НА ЗАНЯТИЯ В ДОПОЛНИТЕЛЬНОМ ОБРАЗОВАНИИ. ВОЗМОЖНО ПРИМЕНЕНИЕ НА ЗАНЯТИЯХ В ОБЩЕЙ СРЕДНЕЙ ШКОЛЕ ПО МЕТОДИКЕ S.T.E.A.M. ТЕХНОЛОГИИ.

В статье описан опыт работы педагога и школьников по созданию научно-технических работ, которые впоследствии возможно применять в образовательном процессе. Школьник первоначально создает конструкцию в соответствии со своим замыслом в виртуальном режиме, при помощи специализированных компьютерных приложений. Далее выполняется программирование виртуальной конструкции робототехнического изделия. Затем реальная сборка и отладка конструкции и программы, как это происходит на предприятиях. Программировать можно и после реальной сборки. Вся работа отражается кратко на бумажных и электронных плакатах. Это позволяет использовать проекты-методики для обучения учеников других групп и нового набора, в том числе и на внешкольных занятиях в школе и на различных предметах. Появляется возможность мотивировать современных детей к учёбе, познанию нового. Воспитывается интерес к естественнонаучным предметам (математике, информатике, физике, биологии, географии), гуманитарным наукам, искусству, инженерии и технологии.

Ключевые слова: техническое творчество, виртуальная сборка, робототехническое изделие, программный продукт, образовательные проекты-методики, внешкольное образование, дополнительное образование, естественнонаучные предметы.

Статью можно начать с диалога, часто происходящего между учеником новичком и педагогом в коллективе «Робототехника» дворца творчества и на занятиях в средней школе.

- Дайте мне конструктор, я соберу робота.

- Какого робота ты хочешь собрать?

- Пока не знаю.

На занятиях ученик получил первичные знания по конкретным конструкторским наборам и приложениям для программирования и виртуальной сборки. Тем не менее, ученик еще не владеет методиками организованной работы по созданию технических изделий, как это требует современное производство.

И так, ученик должен осознать, что он желает сделать конкретно, исходя из имеющихся конструкторов. Иначе интерес к занятиям быстро пропадет. Далее он выполняет виртуальную сборку своей идеи, которая уже становится его проектом, научно-технической работой. Если работа по конструированию будет выполняться из деталей LEGO Mindstorms NXT или EV3, то для решения этих задач используем современные образовательные решения LEGO® Education, и виртуальная сборка будет проводиться в приложении LEGO Digital Designer (LDD).

Возьмем для рассмотрения конкретный проект: «Научно-техническая работа по конструированию и программированию спортивного робота с возможностью использования методики его создания в образовательном процессе» выполненный учеником седьмого класса.

Фото 1. Реальная сборка робототехнического спортивного изделия.

На первом фото изображено робототехническое изделие, которое практически возможно применять в технических соревнованиях по «СУМО» и «КЕГЕЛЬРИНГ» краевого и российского уровня РОБОФЕСТ, а так же применять в качестве методического пособия на различных уроках естественнонаучного направления в школе. Это изделие представлено как конечный технический продукт. Предшествующие этапы по конструированию и программированию этого изделия представлены ниже.

Фото 2. Виртуальная сборка робототехнического спортивного изделия.

На втором фото представлена виртуальная сборка робототехнического изделия, с которой и началась вся практическая работа. Скриншот взят с рабочего стола компьютера, на котором обучаемый при помощи приложения LDD собрал свое изделие из виртуальных деталей конструктора LEGO Mindstorms NXT 9797, которое позже было собрано из реальных деталей указанного конструкторского набора.

Виртуальная сборка технического изделия позволяет работать над техническим проектом дома, а самое главное в тот момент, когда наличие реальных конструкторских наборов ограничено в классе. Подобная методика позволяет научить обучаемого работать с подобными, и более сложными программами моделирования до поступления в высшее учебное заведение.

Приложение для виртуальной сборки изделия позволяет в ручном режиме или автоматически показывать процесс сборки изделия, что становится важнейшим методическим элементом обучения учеников, в том числе и в школе.

Фото 3. Скриншот программы робототехнического спортивного изделия.

Скриншот, на третьем фото, взят с приложения для программирования в LEGO Mindstorms NXT Education. На нем изображена основная часть созданной программы. Запрограммирована работа двух сервомоторов «В» и «C», которые функционируют под воздействием опять же запрограммированных датчиков расстояния — локатора и датчика освещенности. Локатор действует по принципу излучения ультразвука и приема отраженного сигнала от препятствия, “увидел”— атакует или уходит. Датчик освещения одним светодиодом освещает рабочую поверхность полигона, а фототранзистором воспринимает отраженный свет от темной или светлой поверхности, что позволяет изделию не пересекать, в зависимости от программы, темную или светлую полосы полигона (ринга).

Если ученик работает над своим проектом, используя платформу ARDUINO, то виртуальную сборку он проводит при помощи приложения FRITZING, а программирует в среде разработки Arduino IDE.

И так, рассмотрим второй проект, созданный по той же методике девятиклассником и для тех же целей, но на другой технической и программной платформе.

«Научно-техническая работа по конструированию и программированию блока «Умного дома» “ПОГОДА + ДАТА + ВРЕМЯ” с возможностью использования методики его создания в образовательном процессе».

Фото 4. Виртуальная сборка блока «Умного дома».

Создаем виртуальную сборку своего изделия. Лишь затем собираем схему из реальных деталей. Далее приступаем к программированию.

Фото 5. Реальная сборка схемы блока «Умного дома».

В соответствии с виртуальной сборкой собираем из реальных деталей и блоков реальную схему, что показано на пятом фото.
Внимательно следим за правильностью подключения проводников к пинам,
разъемам, всех электронных плат.
Учитываем полярность электропитания всех плат, электронных блоков и элементов.
По необходимости нужно припаять штыревые гребенки к разъемам электронных плат, блоков и элементов для более жесткого и надежного
соединения.

Фото 6. На скриншоте отражена часть программы созданной в среде разработки Arduino IDE.

Чтобы приступить к программированию изделия, необходимо выполнить ряд следующих действий. Установить необходимые приложения,
библиотечные базы, драйвера и порт.
Соблюдать структуру написания скетча (программы) в соответствии с простыми рекомендациями.
Правильно указывать названия всех датчиков, блоков и электронных плат.
Стараться писать программу так, чтобы ее могли повторить быстро и
правильно ученики младшего возраста.
При большой сложности программ нужно для всех функций писать
комментарии однострочные и многострочные.
В начале освоения программирования применять шаблоны, менять их.

Согласитесь, что при ограниченном техническом оснащении кружков, особенно в провинции, такая методика позволит занять техническим творчеством детей большего количества и проводить занятия по методикам близким к промышленным реалиям.

Мало того, как педагог, так и школьники могут применить эту технологию, используя созданные бумажные и электронные плакаты, в образовательном процессе учеников других групп и учеников групп нового набора и в школе на различных уроках естественнонаучного направления.

Фото 7. Старшеклассник объясняет телевизионной группе свой проект, по которому можно заинтересовать и обучать школьников, в том числе и младшего возраста.

Фото 8. Ученик подробно объясняет саму методику создания и программирования технического изделия из конструктора LEGO Mindstorms EV3.

Работа может проводиться дома, и уже проводиться, учениками после занятий, во время каникул, карантина.

Применение предлагаемых плакатов (как в электронном, так и в бумажном виде) позволяет проводить зашиты своих проектов, на различных образовательных мероприятиях, уроках, защитах проектов, по принципу стендовой (постерной) защиты.

Этот же материал предлагается в качестве раздаточного, в виде листов формата А 3 – А 4, в который входит частично или полностью информация c плакатов.

Практически весь класс становится своеобразным стендом с информационными плакатами для обучаемых.

Фото 9. Часть плаката по созданию спортивного робота.

Фото 10. Часть плаката по созданию блока «Умного дома».

Подводя итоги данной статьи-конспекта можно раскрыть еще, практически не менее важную ее часть. Методику воспитания. С одной стороны, ученик, который готовит проект, сам не замечает, что подвластен воздействию честолюбия в самом хорошем смысле этого слова. Да, он хочет быть первым, ждет похвалы, оценки. Это нормально. С другой стороны, ученик, который пока не сделал подобные работы, задает себе вопрос: «А я чем хуже? Сделаю лучше!». Применяет в своей работе представленный материал и добивается более высоких результатов.

УЧЕНИК ЗАИНТЕРЕСОВАН, ПРОВЕРЕНО НА ПРАКТИКЕ.