Очекуров Н.В. Основы конструкторской и проектно-исследовательской деятельности школьников на занятиях по робототехнике

Оригинал материала размещен в выпуске № 10 (24) https://f.almanah.su/24.pdf

В настоящее время обществу необходима индивидуальность, способная автономно ставить общеобразовательные цели, конструировать пути их актуализации, контролировать и оценивать свои достижения, использовать разные источники информации, оценивать их и на этой основе формулировать собственное мнение, высказывание, оценку. Совремённый человек должен ориентироваться в окружающем мире как сознательный субъект, адекватно расценивающий появление нового в постоянно изменяющемся мире, готовый беспрерывно учиться.
Информационное общество продолжает развиваться и в свою очередь влияет на развитие образования, а в частности дает новый толчок для общего образования. Модернизация же в образовании необходима для дальнейшего развития, прежде всего технического направления. Современное Российское машиностроение, микроэлектроника, станкостроение, развитие военной промышленности должно быть конкурентно способно на мировом уровне, что достаточно сложно реализовать без использования роботизированных систем. Так же одним из приоритетных направлений Сколково стала робототехника.
Таким образом, при развитии робототехнических систем и робототехники потребуется большое количество высококвалифицированных специалистов в области робототехники. Где взять таких специалистов? К решению данного вопроса следует подходить комплексно, а значит подготавливать детей к профессии инженер по робототехнике нужно со школы. Все это ставит перед школой и системой образования новые задачи. Решать такую задачу следует, опираясь на такие дисциплины, как, информатика, математика, физика.
Робототехника — практическая наука, занимающаяся разработкой роботизированных технических систем. Для обучения детей робототехнике в школах используются конструкторы компании Lego, в которых главным элементом является программируемый модуль. Но самое главное – это, то, что компания Lego выпускает конструкторы практически для всех возрастных групп, т.е. данные наборы можно успешно использовать, как в начальной школе, так и в среднем и старшем звене учащихся, что немаловажно для поэтапности образовательного процесса.
Обучение робототехники в школе следует начинать с начальной школы. Для реализации образовательного процесса можно использовать конструктор Lego WeDo, который включает в себя приводы, подключаемые к USB порту компьютера, набор необходимых датчиков, а так же простые детали Lego для сборки различных моделей. Вместе с конструктором поставляется лазерный CD диск, с программным обеспечением, который дает возможность познакомить детей с двенадцатью проектами и подробным описанием по сборке и программированию моделей, а также очень простая и интересная для детей графическая среда программирования в виде отдельных блоков. Работая с данным конструктором постепенно собирая стандартные модели по инструкциям, ребенок знакомится с интересным миром техники, происходит развитие мелкой моторики. Постепенно дети начальной школы уже в 3-4 классах начинают выполнять собственные проекты исходя из своих идей.
В средней школе используется стандартный и дополнительный наборы компании Lego – это Mindstorms EV-3. Это более серьезный конструктор, который состоит из большого числа различных деталей для сборки роботов (шестерни, площадки, соединительные детали, колеса, оси и т.д.), несколько малых и больших серводвигателей, различные датчики и программируемый блок EV-3. Данный набор позволяет школьникам создавать достаточно сложные модели и решать уже инженерные задачи. Программирование роботов представлено в простой графической среде в виде блок-схем, где уже нужно понимать основные алгоритмические структуры.
Для старшеклассников на занятиях по робототехнике можно использовать конструктор TETRIX, который широко используется на международных соревнованиях FIRST Tech Challenge. Данный конструктор включает в себя уже металлические детали, различные сервоприводы, сенсоры, датчики, а так же программируемый модуль NXT. Программирование в данных конструкторах выполняется на языке RobotC.
С педагогической точки зрения, использование данных конструкторов имеет несколько весьма, положительных моментов: 1. Стимулирование мотивации учащихся к получению знаний. Каждый ученик при создании робота видит свои результаты, оценивает их, а так же свои знания применяет на практике. Все ребята могут легко реализовывать свои творческие способности при сборке роботов, а так же, при усовершенствовании своих моделей. 2. Постепенное вовлечение детей в конструирование и программирование различных моделей роботов повышает их интерес к техническим наукам, а старшеклассники начинают, интересоваться техническими профессиями (инженер конструктор, наладчик роботизированных систем, программист), что помогает учащимся в дальнейшем выбрать профессию. 3. У детей развивается алгоритмическое и логическое мышление, закладываются навыки программирования. Следует сказать, что учащиеся учатся объединять программирование и конструирование в одно целое – в свою модель робота. 4. Коллективная работа в команде учит детей общению, распределять обязанности в своей команде, выявляет лидерские качества. На этой основе формируется команда, которая самостоятельно ставит цели, проектирует пути их решения, оценивает свои результаты, контролирует взаимодействие каждого участника команды.
5. Вовлечение детей в проектную деятельность с применением робототехнических устройств не только в информатике, но и в физике, математике и других предметах школьного курса, а это новые требования ФГОС по освоению основ конструкторской и проектно-исследовательской деятельности в средней школе. Из всей представленной информации можно сделать вывод, что в настоящее время необходимо в школах изучать основы робототехники, а именно с начальной школы. Следует, конечно же, рассмотреть проблемы внедрения основ робототехники в школу, а именно: 1. Техническое оснащение школ оборудованием по робототехнике не в достаточном количестве. 2. Мало желающих учителей вести занятия по робототехнике. 3. Не достаточная подготовка учителей по данному направлению.
На сегодняшний день проводится большое количество соревнований по робототехнике по программе «Робототехника. Инженерно-технические кадры инновационной России», программа реализуется с осени 2008 года Фондом «Вольное Дело» в партнерстве с Федеральным агентством по делам молодежи при поддержке Министерства образования и науки РФ и Агентства стратегических инициатив. С перечнем и правилами соревнований, а так же со временем проведения соревнований, можно в полном объеме познакомиться на сайте www.robofest.ru, некоторые из направлений: Hello Robot! LEGO, Hello Robot! OPEN, РобоКарусель, ЮниорПрофи (JuniorSkills), Инженерный проект и другие. В каждом из соревновательных направлений есть свои строго-определенные правила.
В своей школе я начал вести робототехнику в 2014 году – это был кружок, который посещали дети 6-7 классов. На занятиях использовались конструкторы Lego Minstorms NXT. Уже в начале зимы мы участвовали в соревнованиях First, которые проходили в г. Краснодаре и назывались «Робофест Кубань». Это был наш первый опыт участия в соревнованиях, дети наблюдали за соревнованиями с восторгом, были очень удивлены большим количеством участников, с интересом рассматривали различные конструкции роботов у своих соперников. В 2015 и 2016 годах участвовали в соревнованиях по робототехнике, которые проходили в г. Краснодаре – это «Робофест –Юг». Помимо соревнований роботов, параллельно проходили конкурсы по защите проектов «Роботы для уборки космического мусора», наша команда защищала проект на тему «Уборка космического мусора в Горном Алтае». В 2018-2019 учебном году в кружок по робототехнике были приглашены дети с начальной школы, где конструктором для выполнения проектов по робототехнике стал Lego WeDo. Команда из шести учащихся с увлечением выполнила несколько стандартных проектов, освоив основные возможности данного конструктора, мы стали готовить проект на соревнования по теме «Гелий-3 как источник энергии из Лунного реголита», дети собрали робота добывающего и транспортирующего реголит, из которого нужно было выделить гелий-3, как источник энергии. Учащиеся при подготовке проекта так же готовили небольшую демонстрационную площадку, которая изображала поверхность Луны с кратерами, а так же всей командой склеивали постер в котором описывалась вся совместная работа команды по подготовке проекта. На соревнованиях в г. Краснодаре мы стали победителями по защите проекта.
Подводя итог вышесказанному, обязательно следует выделить три аспекта, почему нужно заниматься с детьми робототехникой:
1. Актуальность данной темы заключается в том, что развитие технических направлений создает почву для развития компьютерных технологий и робототехники. Успехи страны в XXI веке будут определять не природные ресурсы, а уровень интеллектуального потенциала, который определяется уровнем самых передовых на сегодняшний день технологий.
2. Уникальность образовательной робототехники заключается в возможности объединить конструирование и программирование в одном курсе, что способствует интегрированию преподавания информатики, математики, физики с развитием инженерного мышления, через техническое творчество.
3. Педагогическая целесообразность этой программы заключается в том что, она является целостной и непрерывной в течении всего процесса обучения, и позволяет школьнику шаг за шагом раскрывать в себе творческие возможности и само реализоваться в современном мире. В процессе конструирования и программирования дети получат дополнительное образование в области физики, механики, электроники и информатики.

Библиографический список

1.       «Особенности изучения робототехники в школе.», Петракова О.В., АлтГПА, Ракитин Р.Ю., доцент АлтГПА, http://robot.uni-altai.ru/metodichka/publikacii/osobennosti-izucheniya-robototehniki-v-shkole
2.       «Робототехника в средней школе - практика и перспективы», Ушаков А. А., г.Барнаул, http://robot.unialtai.ru/metodichka/publikacii/robototehnika-v-sredney-shkole-praktika-i-perspektivy
3.       «Робототехника в школе», http://semenov.21204s01.edusite.ru/p46aa1.html
4.       «Электронные конструкторы», http://www.dns-shop.ru/