Дипломная работа Организация проектной деятельности по робототехнике

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГАОУ ВПО Северо-восточный федеральный университет им М.К. Аммосова

Физико-технический институт

Кафедра методики преподавания физики

ОРГАНИЗАЦИЯ ШКОЛЬНЫХ ПРОЕКТОВ ПО РОБОТОТЕХНИКЕ

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

(Специальность: 050203.65 Физика)

Выполнил: студент 5 курса группы ФП-10-2 ФТИ СВФУ Игнатьев Геннадий Юрьевич

Руководитель: учитель физики высшей категории МОБУ «Технический лицей Н.А. Алексеевой»

Тарасова

Надежда Михайловна

Якутск - 2015

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..3

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ ШКОЛЬНЫХ ПРОЕКТОВ………………………………………………………………………..6

1.1. Понятие проект и проектная деятельность………………………………....6

1.2. Организация школьных проектов………………………………………….11

1.3. Теоретические аспекты включения робототехники в образовательное пространство……………………………………………………………………..15

ГЛАВА 2. ПРОЕКТНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА ПО РОБОТОТЕХНИКЕ……………………………………………………………...21

2.1. Методы и формы организации обучения робототехнике………………...21

2.2. Элективный курс "Конструирование и программирование роботов"…...26

2.3. Анализ педагогического эксперимента……………………………………28

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….36

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Ощутимые шаги в раскрытии глубинных закономерностей человеческого обучения, сделанные мировой дидактикой, а также бурный прогресс в области развития автоматизированных технических систем вывели развитие новой прикладной науки - робототехники, которой предстоит сыграть важную роль в преобразовании учебно-воспитательного процесса. Робототехника, снабжена специальными обучающими программами, ее можно эффективно приспособить для решения почти всех дидактических задач.

В развитых странах, где робототехника применяются уже не одно десятилетие, определились главные направления эффективного использования в различных научных сферах. Широко используются для программирования и тестирования роботов, позволяет учащимся с ранних лет ознакомится с программированием прикладной математикой и информатикой, а также с физическими процессами.

Актуальность - Успех в современном мире во многом определяется способностью человека организовать свою жизнь как проект: определить дальнюю и ближайшую перспективу, найти и привлечь необходимые ресурсы, наметить план действий и, осуществив его, оценить, удалось ли достичь поставленных целей. Учёные утверждают, что у ребёнка биологически обусловлена потребность познавать мир, исследовать его. Важнейшие черты поведения ребёнка - это любознательность, стремление к наблюдениям, экспериментам и открытиям, потребность в получении свежих впечатлений, самостоятельная поисковая активность. Именно эта направленность детского поведения порождает потребность в нахождении способов успешной организации такой исследовательской деятельности. С созданием необходимой среды для реализации потребностей в поисковой деятельности отлично справляется проектная деятельность.

Проектная деятельность по робототехнике обусловлена интересами и потребностями учащихся, направлена на познание и преобразование себя и окружающей действительности. Специфику проектной деятельности определяет направленность на достижение личностных, предметных, метапредметных результатов образовательной программы начального общего образования; выступает в качестве одного из основных компонентов социализации школьника.

Образовательная робототехника в школе приобретает все большую значимость и актуальность в настоящее время. Ученик должен ориентироваться в окружающем мире как сознательный субъект, адекватно воспринимающий появление нового, умеющий ориентироваться в окружающем, постоянно изменяющемся мире, готовый непрерывно учиться. Понимание феномена технологии, знание законов техники, позволит младшему школьнику соответствовать запросам времени и найти своё место в современной жизни. Занятия по робототехнике знакомят ребёнка с законами реального мира, учат применять теоретические знания на практике, развивают наблюдательность, мышление, сообразительность, креативность.

Учащиеся различных возрастов вовлечены в процесс создания моделей - роботов и их программирования. Востребованность обучающих программ Lego Education обусловлена несколькими причинами, среди которых необходимость соответствия новым Стандартам среднего общего образования.

В условиях реализации требований ФГОС нового поколения школьники должны научиться работать с приборами обратной связи, освоить основы конструирования, программирования и управления моделями. Именно поэтому робототехника органично вписывается в учебный процесс.

Объект исследования - процесс формирования творческой личности.

Предмет исследования - организация школьных проектов по робототехнике.

Цель исследования: Формирование информационных компетентностей путем организации школьных проектов по робототехнике.

Гипотеза: Организация проектной деятельности по робототехнике будет способствовать формированию информационной компетенции обучающихся, что поможет им овладеть навыки конструирования и программирования.

Задачи:

1. Анализ научно-методической литературы по теме исследования;

2. Раскрыть понятие «проект» и «проектная деятельность».

3. Рассмотреть теоретические аспекты включения робототехники в образовательное пространство школы.

4. Провести анализ педагогического эксперимента

Теоретическая значимость:

1. Определено место и роль робототехники в образовательном пространстве.

2. Обоснованы технологии, формы и методы обучения основам робототехники.

Практическая значимость:

1. Разработана и внедрена в образовательное пространство элективный курс «Конструирование и программирование роботов».

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ ШКОЛЬНЫХ ПРОЕКТОВ

1. Понятие проект и проектная деятельность

Проект - работа, направленная на решение конкретной проблемы, на достижение оптимальным способом заранее запланированного результата. Проект может включать элементы докладов, рефератов, исследований и любых других видов самостоятельной творческой работы учащихся, но только как способов достижения результата проекта.

Проект как метод обучения.

Проектный метод получил в настоящее время очень широкое распространение в обучении. Его можно использовать в любой школьной дисциплине, где решаются большие по объему задачи, желательно для учащихся среднего и старшего звена.

Проектная деятельность направлена на сотрудничество педагога и учащегося, развитие творческих способностей, является формой оценки в процессе непрерывного образования, дает возможность раннего формирования профессионально-значимых умений учащихся. Проектная технология нацелена на развитие личности школьников, их самостоятельности, творчества. Она позволяет сочетать все режимы работы: индивидуальный, парный, групповой, коллективный.

Основной целью проекта является формирование творческого мышления учащихся. Существует множество классификаций методов обучения, но почти в каждой в них присутствует исследовательский метод, когда учащимся дается познавательная задача, которую они решают самостоятельно, подбирал для этого необходимые методы и пользуясь помощью учителя. Проектный метод можно отнести к исследовательскому типу, при котором учащиеся индивидуально занимаются какой-либо поставленной проблемой.

В основе учебного процесса оказывается сотрудничество и продуктивное общение учащихся, направленное на совместное разрешение проблем, формирование способности выделять важное, ставить цели, планировать деятельность, распределять функции и ответственность, критически мыслить, достигать значимые результаты. В российской педагогике этот подход связан с использованием таких методов обучения, как проблемный и проектный. Учебная деятельность в этом случае ориентирована на успешную деятельность в условиях реального общества. Результатом обучения оказывается уже не усвоение знаний, умений и навыков, а формирование ключевых компетентностей, обеспечивающих успех практической деятельности.

В педагогической литературе можно встретить различные определения учебного проекта. В любом случае учебный проект основывается на следующих моментах:

• развитии творческих навыков учащихся, умений самостоятельно искать информацию, развитии критического мышления;
  
  самостоятельной деятельности учащихся: индивидуальной, парной, групповой, которую учащиеся выполняют в течение определенного отрезка времени;

• решении какой-то значимой для учащихся проблемы, моделирующей деятельность специалистов какой-либо предметной области;

• представлении итогов выполненных проектов в "осязаемом" виде (в виде отчета, доклада, стенгазеты или журнала и т.д.), причем в форме конкретных результатов, готовых к внедрению;

• сотрудничестве учащихся между собой и учителем ("педагогика сотрудничества").

Для ученика проект - это возможность максимального раскрытия своего творческого потенциала. Это деятельность, которая позволяет проявить себя индивидуально или в группе, попробовать свои силы, приложить свои знания, принести пользу, показать публично достигнутый результат. Это деятельность, направленная на решение интересной проблемы, сформулированной самими учащимися. Результат этой деятельности - найденный способ решения проблемы - носит практический характер и значим для самих открывателей. А для учителя учебный проект - это интегративное дидактическое средство развития, обучения и воспитания, которое позволяет вырабатывать и развивать специфические умения и навыки проектирования: проблематизация, целеполагание, планирование деятельности, рефлексия и самоанализ, презентация и самопрезентация, а также поиск информации, практическое применение академических знаний, самообучение, исследовательская и творческая деятельность.

При работе с проектом нужно выделить ряд характерных особенностей этого метода обучения. Прежде всего это наличие проблемы, которую предстоит решить в ходе работы над проектом. Причем проблема должна иметь личностно значимый для автора проекта характер, мотивировать его на поиски решения.

Проект обязательно должно иметь ясную, реально достижимую цель. В самом общем смысле целью проекта всегда является решение исходной проблемы, но в каждом конкретном случае это решение имеет собственное неповторимое решение имеет собственное, неповторимое воплощение. Этим воплощением является проектный продукт, который создается автором в ходе его работы и также становится средством решения проблемы проекта.

В работе с проектом есть и еще одно отличие - предварительное планирование работы. Весь путь от исходной проблемы до реализации цели проекта необходимо разбить на отдельные этапы со своими промежуточными задами для каждого из них; определить способы решения этих задач и найти ресурсы.

Осуществление плана работы над проектом, как правило связано с изучение литературы и других источников информации, отбора информации; возможно, с проведением различных опытов, экспериментов, наблюдений, исследований, опросов; с анализом и обобщением полученных данных; с формулированием выводов и формированием на этой основе собственной точки зрения на исходную проблему проекта и способы ее решения.

Непременным условием проекта является его публичная защита, презентация результаты работы. В ходе презентации автор не только рассказывает о ходе работы и показывает ее результаты, но и демонстрирует собственные знания и опыт проблемы проекта, приобретенную компетентность. Элемент самопрезентации - важнейшая сторона работа над проектом, которая предполагает рефлексивную оценку автором всей проделанной им работы и приобретенного ее в ходе опыта.

По своей сути проектный метод обучения близок к проблемному обучению, которое предполагает последовательное и целенаправленное выдвижение перед учащимися познавательных проблем, решая которые они под руководством учителя активно усваивают новые знания. Проблемное обучение обеспечивает прочность знаний и творческое их применение в практической деятельности. Кроме того, проектный метод имеет сходство с развивающим обучением. Развивающее обучение - активно-деятельностный способ обучения, при котором осуществляется целенаправленная учебная деятельность. При этом ученик, являясь полноценным субъектом этой деятельности, сознательно ставит цели и задачи самоизменения и творчески их достигает.

Этапы работы над проектом.

Организуя проектную деятельность учащихся, есть ряд обстоятельств, которые необходимо учитывать при работе. Учащемуся не может быть предложена в качестве проекта, для выполнения которой у него нет никаких знаний умений, при том что эти знания и умения ему негде найти и приобрести. Иными словами, для работы над проектом автор должен иметь определенный исходный (пусть минимальный) уровень готовности. И, конечно, не может быть проектом работа очень знакомая, многократно ранее выполнявшаяся, не требующая поиска новых решений и соответственно не дающая возможности приобрести новые знания и умения. Первым этапом работы над проектом является проблематизация - необходимо оценить имеющиеся обстоятельства и сформулировать проблему. На этом этапе возникает первичный мотив к деятельности, так как наличие проблемы порождает ощущение дисгармонии и вызывает стремление ее преодолеть. Второй этап работы - целеполагание. На этом этапе проблема преобразуется в личностно значимую цель и приобретает образ ожидаемого результата, который в дальнейшем воплотится в проектном продукте. Важнейший этап работы над проектом - это планирование, в результате которого ясные очертания приобретает не только отдаленная цель, но и ближайшие шаги. Когда имеется план работы, в наличии ресурсы (материалы, рабочие руки, время) и понятная цель, можно приступить к работе. Следующий этап проектного цикла - реализация имеющего плана.

По завершении работы необходимо сравнить полученный результат со своим замыслом, если есть возможность, внести исправления. Это этап осмысления, анализа допущенных ошибок, попыток увидеть перспективу работы, оценки своих достижений, чувств и эмоций, возникших в ходе и по окончании работы. Завершающий этап работы - самооценка и рефлексия.

Формулируя цель работы, автор проекта создаёт мысленный образ желаемого результата работы - проектного продукта, который является непременным условием работы. В ходе планирования необходимо определить задачи, которые предстоит решить на отдельных этапах работы и способы, которыми эти задачи будут решаться. Определить порядок и сроки выполнения работы - разработать график. На этапе реализации плана может возникнуть необходимость внести определённые изменения в задачи отдельных этапов и в способы работы, а иногда может измениться представление автора о конечном результате проектном продукте. Завершается проект обычно презентацией созданного им проектного продукта.

Паспорт проекта

• Тема

• Цели (какие приращения должны быть у учеников проекта после его выполнения)

• Задачи (что конкретно должны выполнить участники проекта)

• Время работы над проектом

• Режим работы с отчетными данными

• Материальное обеспечение работы над проектом

Критерии и оценки исследовательского проекта

• Значимость и актуальность

• Корректность методов

• Глубина проникновения в проблему

• Доказательство выводов

• Оформление результатов

В заключении проекта излагаются полученные результаты, определяется их соотношение с общей целью и конкретными задачами, сформулированными во Введении, дается самооценка учащимися проделанной им работы.

2. Организация школьных проектов

Проектная деятельность учащихся - совместная учебно-познавательная, творческая или игровая деятельность учащихся, имеющая общую согласованные методы, способы деятельности, направленная на достижение общего результата деятельности. Непременным условием проектной деятельности является наличие заранее выработанных представлений о конечном продукте деятельности, этапов проектирования (выработка концепции, определение целей и задач проекта, доступных и оптимальных ресурсов деятельности, создание плана, программ и организация деятельности по реализации проекта) и реализации проекта, включая его осмысление и рефлексию результатов деятельности. Метод проектов по своей дидактической сущности нацелен на формирование способностей, обладая которыми, выпускник школы оказывается приспособленным к жизни, умеющим адаптироваться к изменяющимся условиям, ориентироваться в разнообразных ситуациях, работать в различных коллективах, потому что проектная деятельность является культурной формой деятельности, в которой возможно формирование способности к осуществлению ответственного выбора. Под методом проектов в дидактике понимают совокупность учебно-познавательных приемов, которые позволяют учащимся приобретать знания и умения в процессе планирования и самостоятельного выполнения определенных практических заданий с обязательной презентацией результатов.

Проектное обучение активно влияет на формирование мотивации достижения успеха. Под мотивацией достижения успеха понимается мотивация, направленная «...на возможно лучшее выполнение любого вида деятельности, ориентирован​ной на достижение некоторого результата, к которому может быть применен критерий успешности. Мотивация достижения проявляется в стремлении субъекта прилагать усилия и добиваться, возможно, лучших результатов в области, которую он считает важной». Мотивация достижения является относительно независимым видом человеческой мотивации, от нее во многом зависит дальнейшая социальная адаптация личности, в частности переход из начальной школы на вторую ступень обучения. Каждая новая потребность вызывает интерес учащихся, поддерживая общий мотивационный срок обучения на достаточно высоком уровне.

Стадии реализации проекта и функции его участников

Таблица 1

А) Определение источников необходимой информации

Б) Определение способов сбора и анализа информации

В) Определение способа представления результатов (формы проекта)

Г) Установление процедур и критериев оценки результатов проекта.

Д) Распределение задач (обязанностей) между членами группы

Формируют задачи проекта. Вырабатывают план действий. Выбирают и обосновывают свои критерии успеха проектной деятельности.

Предлагает идеи, высказывает предположения, наблюдает за работой учащихся.

Реализация

1. Сбор и уточнение информации (основные инструменты: интервью, опросы, наблюдения, эксперименты и т.п.)

2. Выявление ("мозговой штурм") и обсуждение альтернатив, возникших в ходе выполнения проекта

3. Выбор оптимального варианта хода проекта

4. Поэтапное выполнение исследовательских задач проекта

Поэтапно выполняют задачи проекта

Наблюдает, советует, косвенно руководит деятельностью учащихся

Презентация проекта, рефлексия

Подготовка отчета о ходе выполнения проекта с объяснением полученных результатов (успех и неудач) и причин этого.

Представляют проект, участвуют в его коллективном самоанализе и оценке.

Слушает, задает целесообразные вопросы в роли участника. При необходимости направляет процесс анализа. Оценивает

Таким образом, роль учителя на разных этапах выполнения проекта меняется. На подготовительном этапе она состоит в том, чтобы инициировать идеи проекта или создать условия для появления идеи проекта, а также оказать помощь в первоначальном планировании. На этапе реализации проекта учитель выступает в роли помощника, консультанта по отдельным вопросам, источника дополнительной информации. Существенная роль отводится координации действий между отдельными микро-группами и участниками проекта. На заключительном этапе возрастает роль контрольно-оценочной функции, так как учителю следует принять участие в подведении итогов работы в качестве независимого эксперта.

3. 3. Теоретические аспекты включения робототехники

в образовательное пространство

Робототехника - прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных техническим систем. Робототехника 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. Активное участие и поддержка Российских и международных научно-технических и образовательных проектов в области робототехники и мехатроники позволит ускорить подготовку кадров, развитие новых научно-технических идей, обмен технической информацией и инженерными знаниями, реализацию инновационных разработок в области робототехники в России и по всему миру.

Человечество остро нуждается в роботах, которые могут без помощи оператора тушить пожары, самостоятельно передвигаться по заранее неизвестной, реальной пересеченной местности, выполнять спасательные операции во время стихийных бедствий, аварий атомных электростанций, в борьбе с терроризмом. Кроме того, по мере развития и совершенствования робототехнических устройств возникла необходимость в мобильных роботах, предназначенных для удовлетворения каждодневных потребностей людей: роботах - сиделках, роботах - нянечках, роботах - домработницах, роботах - всевозможных детских и взрослых игрушках и т.д. И уже сейчас в современном производстве и промышленности востребованы специалисты обладающие знаниями в этой области. Начинать готовить таких специалистов нужно школе и с самого младшего возраста. Поэтому, образовательная робототехника в школе приобретает все большую значимость и актуальность в настоящее время. В качестве основного оборудования при обучении детей робототехнике в школах предлагаются LEGO конструкторы Mindstorms.

Общая структура действий по внедрению робототехники в образовательное пространство

Таблица 2Курсы повышении квалификации педагогов

1. Очные

2. Дистанционные

3. Очно-дистанционные в видеорежиме

Выделение часов для занятий

Обучение на курсах квалификации

Создание условий для обучения педагога и участие его и учащихся в соревнованиях (командировки)

Разработка рабочих программ, тематического планирования и конспектов занятий к основным компонентам курса (кружок, элективный курс, уроки курса информатика и ИКТ)

Организация и проведение муниципальных соревнований

Изготовление полей для соревнований

Организация обучения детей

Подготовка и участие команд в соревнованиях различного уровня (муниципального, регионального, всероссийского)

Цель обучения робототехнике

Основная цель - это социальный заказ общества: сформировать личность, способную самостоятельно ставить учебные цели, проектировать пути их реализации, контролировать и оценивать свои достижения, работать с разными источникам информации, оценивать их и на этой основе формулировать собственное мнение, суждение, оценку. То есть основная цель - формирование ключевых компетентностей учащихся.

Компетентностный подход в общем и среднем образовании объективно соответствует и социальным ожиданиям в сфере образования, и интересам участников образовательного процесса. Компетентностный подход - это подход, акцентирующий внимание на результатах образования, причём в качестве результата образования рассматривается не сумма усвоенной информации, а способность действовать в различных проблемных ситуациях.

Главная задача системы общего образования - заложить основы информационной компетентности личности, т.е. помочь обучающемуся овладеть методами сбора и накопления информации, а также технологией ее осмысления, обработки и практического применения.

Система учебных задач по формированию структурных единиц информационной компетентности

Таблица 3Выработать у учащихся умение анализировать поступающую информацию.

Научить учеников формализации, сравнению, обобщению, синтезу полученной информации с имеющимися базами знаний.

Сформировать алгоритм действий по разработке вариантов использования информации и прогнозированию последствий реализации решения проблемной ситуации.

Выработать у учащихся умение генерировать и прогнозировать использование новой информации и взаимодействие ее с имеющимися базами знаний.

Заложить понимание необходимости наиболее рациональной организации хранения и восстановления информации в долгосрочной памяти

Формирование мотивационных побуждений и ценностных ориентаций ученика

Создавать условия, которые способствуют вхождению ученика в мир ценностей, оказывающих помощь при выборе важных ценностных ориентаций.

Понимание принципов работы, возможностей и ограничений технических устройств, предназначенных для автоматизированного поиска и обработки информации

1. Сформировать у учащихся умение классифицировать задачи по типам с последующим решением и выбором определенного технического средства в зависимости от его основных характеристик.

2. Сформировать понимание сущности технологического подхода к реализации деятельности.

3. Ознакомить учеников с особенностями средств информационных технологий по поиску, переработке и хранению информации, а также выявлению, созданию и прогнозированию возможных технологических этапов по переработке информационных потоков.

4. Сформировать у учащихся технологические навыки и умения работы с информационными потоками (в частности, с помощью средств информационных технологий).

Навыки коммуникации и умение общаться

Сформировать у учащихся знание, понимание, выработать навыки применения языков (естественных и формальных) и иных видов знаковых систем, технических средств коммуникаций в процессе передачи информации от одного человека к другому с помощью разнообразных форм и способов общения (вербальных, невербальных).

Способность к анализу собственной деятельности

Сформировать у учащихся способность к осуществлению рефлексии информации, оценки и анализа своей информационной деятельности и ее результатов. Рефлексия информации предполагает раздумья о содержании и структуре информации, перенос их на себя, в сферу личного сознания. Только в этом случае можно говорить о понимании информации, о возможности использования человеком ее содержания в разных ситуациях деятельности и общения.

Воспитательная составляющая в курсе.

Курс «Конструирование и программирование роботов» предполагает работу с детьми в учебное и внеучебное время (дополнительное образование). Согласно М.М.Поташнику, используются три канала воспитания в процессе обучения:

1. Через содержание основ наук (воспитывать мировоззренческие понятия: причинно-следственные связи в окружающем мире; познаваемость окружающего мира и человечества).

2. Через методы обучения (воспитывать у учащихся отношения делового сотрудничества (доброжелательность друг к другу, уважать мнение других, уметь слушать товарищей), воспитывать чувства товарищеской взаимовыручки и этики групповой работы).

3. Через личность учителя.

Таким образом, получили следующие выводы:

1. В настоящее время в системе образования происходят изменения, направленные на создание среды, которая бы мотивировала учащихся самостоятельно добывать, обрабатывать информацию, обмениваться ею, а также быстро и свободно ориентироваться в окружающем информационном пространстве. Метод проектов позволяет решить поставленные задачи.

2. В современной педагогике метод проектов рассматривают как одну из личностно ориентированных технологий обучения, интегрирующую в себе проблемный подход, групповые методы, рефлексивные, презентативные, исследовательские, поисковые и прочие методики. Он используется не вместо систематического предметного обучения, а наряду с ним как компонент системы образования.

3. Метод проектов в литературе изучен недостаточно глубоко и полно, о чем свидетельствуют расхождения ряда ученных на определение проекта, метода проектов, историю его развития. Авторы также не сходятся в едином мнении при рассмотрении того, что лежит в основании проектной деятельности, сущности метода проектов, его достоинствах и недостатках, этапах и фазах протекания проектной деятельности, классификациях и принципах.

4 . Для того чтобы успешно организовать проектную деятельность учителю необходимо в полной мере изучить сущность метода проектов, этапы работы над ним, принципы, знать критерии оценки проектной деятельности и то, какие знания, умения и навыки формируются у участников такой деятельности.

ГЛАВА 2. ПРОЕКТНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

ПО РОБОТОТЕХНИКЕ

1. 1. Методы и формы организации проектной деятельности по робототехнике

Наше время требует нового человека - исследователя проблем, а не простого исполнителя. Сегодня и завтра обществу ценен человек-творец. Поэтому задача школы дать ребёнку возможность не только получить готовое, но и открывать что-то самостоятельно; помочь ребёнку построить научную картину мира.

Проектная деятельность по робототехнике эффективно решает этот вопрос. Для внедрения робототехники в образовательное пространство школы главной задачей ставилось определение оптимальных форм организации учебного процесса.

В. А. Сластенин даёт следующую классификацию форм обучения, в зависимости от структуры педагогического процесса

Классификация форм обучения по В.А. Сластенину.

Достоинством этой классификации является определение места проведения процесса обучения

Курс «Конструирование и программирование роботов» в образовательном пространстве строится как элективный курс.

Эффективность обучения основам робототехники зависит и от организации занятий проводимых с применением следующих методов по способу получения знаний предложенных В.А.Оганесяном.(1980г.), В.П. Беспалько(1995 г.):

1. Объяснительно - иллюстративный - предъявление информации различными способами (объяснение, рассказ, беседа, инструктаж, демонстрация, работа с технологическими картами и др);

2. Эвристический - метод творческой деятельности (создание творческих моделей и т.д.)

3. Проблемный - постановка проблемы и самостоятельный поиск её решения обучающимися;

4. Программированный - набор операций, которые необходимо выполнить в ходе выполнения практических работ (форма: компьютерный практикум, проектная деятельность);

5. Репродуктивный - воспроизводство знаний и способов деятельности (форма: собирание моделей и конструкций по образцу, беседа, упражнения по аналогу);

6. Частично - поисковый - решение проблемных задач с помощью педагога;

7. Поисковый - самостоятельное решение проблем;

8. Метод проблемного изложения - постановка проблемы педагогам, решение ее самим педагогом, соучастие обучающихся при решении.

И все-таки, главный метод, который используется при изучении робототехники это метод проектов.

Под методом проектов понимают технологию организации образовательных ситуаций, в которых учащихся ставит и решает собственные задачи, и технологию сопровождения самостоятельной деятельности учащегося.

Проектно-ориентированное обучение - это систематический учебный метод, вовлекающий учащихся в процесс приобретения знаний и умений с помощью широкой исследовательской деятельности, базирующейся на комплексных, реальных вопросах и тщательно проработанных заданиях.

Основные этапы разработки Лего-проекта:

1. Обозначение темы проекта.

2. Цель и задачи представляемого проекта.

3. Разработка механизма на основе конструктора LEGO модели NXT (RCX) или EV3.

4. Составление программы для работы механизма в среде LEGO Mindstorms.

5. Тестирование модели, устранение дефектов и неисправностей.

При разработке и отладке проектов учащиеся делятся опытом друг с другом, что очень эффективно влияет на развитие познавательных, творческих навыков, а также самостоятельность школьников. Таким образом, можно убедиться в том, что Лего, являясь дополнительным средством при изучении курса информатики, позволяет учащимся принимать решение самостоятельно, применимо к данной ситуации, учитывая окружающие особенности и наличие вспомогательных материалов. И, что немаловажно, - умение согласовывать свои действия с окружающими, т.е. - работать в команде.

Таблица 4Выделение индикативных показателей.

Входной мониторинг сформированности информационной компетентности учащихся

Определение роли и места курса

Планирование

1. Построение системы учебных задач.

2. План работы педагога на учебный год.

3. Разработка рабочих программ кружка, элективного курса.

Организация

1. Выбор наиболее эффективных технологий, методов, форм и средств организации обучения основам робототехники.

2. Участие учеников в робототехнических соревнованиях различного уровня.

3. Создание межпредметных творческих проектов для участия в конкурсах проектов

Контроль

1. Управление процессом усвоения знаний - проведение промежуточных мини-соревнований, выполнение исследовательских практических работ, контрольных срезов, тестов.

2. Воспитание мотивации и формирование познавательного интереса.

3. Промежуточный и итоговой мониторинг сформированности информационной компетентности учащихся.

Коррекция

При необходимости:

1. Коррекция состава индикативны показателей

2. Коррекция самообразования педагога.

3. Коррекция рабочей программы педагога (в частности, тематического планирования)

Таким образом, управление процессом внедрения курса включает следующие управленческие функции: анализ, планирование, организация, контроль, коррекция. Данный вид деятельности необходим, т.к. процесс необходимо анализировать, планировать, организовывать, контролировать и, конечно, корректировать.

1. 2. Элективный курс «Конструирование и программирование роботов»

Пояснительная записка

Актуальность кружковой работы заключается в том, что она направлена на формирование творческой личности, умеющей креативно, нестандартно мыслить. Технологические наборы LEGO MINDSTORMS NXT и EV3 ориентированы на изучение основных физических принципов и базовых технических решений, лежащих в основе всех современных конструкций и устройств.

Данная программа предполагает решение инженерных и конструкторских задач, а также обучение объектно-ориентированному программированию и моделированию с использование конструкторов LEGO MINDSTORMS. Использование конструкторов LEGO MINDSTORMS позволяют решать не только типовые задачи, но и нестандартные ситуации, исследовать датчики и поведение роботов, вести собственные наблюдения. Кроме того, работа в команде способствует формированию умения взаимодействовать с соучениками, формулировать, анализировать, критически оценивать, отстаивать свои идеи. При дальнейшем освоении LEGO становится возможным выполнение серьезных проектов, развитие самостоятельного технического творчества, участие в соревнованиях по робототехнике.

Цель курса - научить использовать средства информационных технологий для решения конструкторских и межпредметных задач, способствовать успешной адаптации при переходе от пропедевтического курса информатики к базовому.

Задачи:

• Знакомство со средой программирования LEGO MINDSTORMS, базовым и ресурсными наборами;

• Усвоение основ объектно-ориентированного программирования;

• Составление простых и сложных алгоритмов;

• Использование и программирование датчиков для исследования окружающей среды и выполнения поставленных задач;

• Проектирование и разработка собственных программ для решения стандартных и нестандартных задач;

• Создание собственных проектов, которые могут быть полезными в реальной жизни;

• Формирование умения работать в группе.

Планируемые результаты освоения программы по робототехнике

Личностные результаты:

- Формирование способностей обучающихся к саморазвитию, самообразованию и самоконтролю на основе мотивации к робототехнической и учебной деятельности;

- Формирование современного мировоззрения соответствующего современному развитию общества и науки;

- Формирование коммуникативной и ИКТ-компетентности для успешной социализации и самореализации в обществе.

Метапредметные результаты:

- Умение ставить и реализовывать поставленные цели;

- Умение самостоятельно планировать свою деятельность;

- Умение выполнять и правильно оценивать результаты собственной деятельности;

- Умение создавать, разрабатывать и реализовывать схемы, планы и модели для решения поставленных задач;

- Умение устанавливать причинно-следственные связи и логически мыслить.

Предметные результаты:

- Овладение простыми методами и формами обработки и анализа данных;

- Формирование ИКТ- компетентности и информационной культуры;

- Формирование умения автоматизировать и решать поставленные задачи, используя компьютер и технические устройства как инструмент.

Также программа обладает профориентационной направленностью. В ходе обучения по данной программе обучающийся сможет определить свои склонности к инженерно-техническому конструированию и моделированию, которые помогут в дальнейшем самоопределении.

Таблица 4

Учебно-тематический план курса34

Проектно-исследовательская работа по робототехнике главным образом направлена на развитие изобразительных, словесных, конструкторских способностей. Все эти направления тесно связаны, и один вид творчества не исключает развитие другого, а вносит разнообразие в творческую деятельность.

Каждый ребенок, участвующий в работе по выполнению предложенного задания, высказывает свое отношение к выполненной работе, рассказывает о ходе выполнения задания, о назначении выполненного проекта, учится работать с коллективом.

Проектная деятельность на занятиях по легоконструированию является саморазвитием и развитием личности каждого ребёнка в процессе освоения мира через его собственную творческую предметную деятельность.

2.3 Анализ педагогического эксперимента

База эксперимента.

ГБОУ Физико-математический форум «Ленский Край», Хангаласский район, с. Чапаево.

В эксперименте участвовали учащиеся с 5 по 8 классов (Списки прилагаются)

Таблица 5

Пояснительная записка

Занятия по робототехнике помогают учащимся в интеллектуальном и личностном развитии, способствует повышению их мотивации к учебе, увлекают интересными проектами. В процессе разработки, программирования и тестирования роботов ученики приобретают важные навыки творческой и исследовательской работы; встречаются с ключевыми понятиями информатики, прикладной математики, физики, знакомятся с процессами исследования, планирования и решения возникающих задач; получают навыки пошагового решения проблем, выработки и проверки гипотез, анализа неожиданных результатов

Организация досуга учащихся во внеурочное время: обучение c увлечением.

ЗАДАЧИ:

• Познавательная задача: развитие познавательного интереса к робототехнике и предметам естественнонаучного цикла - физика, технология, информатика.

• Образовательная задача: формирование умений и навыков конструирования, приобретение первого опыта при решении конструкторских задач по механике, знакомство и освоение программирования в компьютерной среде моделирования - Lego Mindstorms NXT 9797 Education

• Развивающая задача: развитие творческой активности, самостоятельности в принятии оптимальных решений в различных ситуациях, развитие внимания, оперативной памяти, воображения, мышления (логического, комбинаторного, творческого).

• Воспитывающая задача: воспитание ответственности, высокой культуры, дисциплины, коммуникативных способностей.

Таблица 6

Рабочая программа «Конструирование и программирование роботов»

Содержание раздела курса

Форма занятия

Количество часов

Основная тема

Углубление темы

1

Вводная лекция

Что такое робототехника?

Видео-обзоры

Лекция

4

2

LEGO Mindstorms

Детали, датчики

конструирование

Практическая работа

4

3

Программирование на среде NXT-G

Непосредственная работа с компьютером и роботом

Работа в среде NXT-G

Практическая работа

8

4

Сборка моделей для соревнования

Самостоятельная сборка роботов

Практическая работа

4

5

Соревнование по робототехнике

Соревнования по стандартам РобоФест

Урок-игра

2

6

Заключительная лекция

Повторение

Рефлексия

Лекция

2

Ожидаемые результаты

Приобретаемые знания:

• правила безопасной работы;

• основные компоненты конструкторов ЛЕГО;

• конструктивные особенности различных моделей, сооружений и механизмов;

• компьютерную среду, включающую в себя графический язык программирования;

• виды подвижных и неподвижных соединений в конструкторе;

• основные приемы конструирования роботов;

• как передавать программы в NXT;

• как использовать созданные программы;

Курс носит сугубо практический характер, поэтому центральное место в программе занимают практические умения и навыки работы на компьютере и с конструктором. Изучение каждой темы предполагает выполнение небольших проектных заданий (сборка и программирование своих моделей).

Обучение с LEGO® Education всегда состоит из 4 этапов:

• Установление взаимосвязей,

• Конструирование,

• Рефлексия,

• Развитие.

Рассмотрим план курса.

Таблица 724

Самоанализ курса:

При установлении взаимосвязей учащиеся «накладывают» новые знания на те, которыми они уже обладают, расширяя, таким образом, свои познания. В каждой лекции ученикам прилагают видео-обзоры готовых LEGO конструкторов. Использование этих видео-обзоров, позволяет проиллюстрировать занятие, заинтересовать учеников, побудить их к обсуждению темы занятия.

Учебный материал лучше всего усваивается тогда, когда мозг и руки «работают вместе». Работа с продуктами LEGO Education базируется на принципе практического обучения: сначала обдумывание, а затем создание моделей. В каждом задании комплекта для этапа «Конструирование» приведены подробные пошаговые инструкции.

В конце каждого занятия проводил рефлексию. Обдумывал и осмысливая проделанную работу, учащиеся углубляют понимание предмета. Они укрепляют взаимосвязи между уже имеющимися у них знаниями и вновь приобретённым опытом. В разделе «Рефлексия» учащиеся исследуют, какое влияние на поведение модели оказывает изменение ее конструкции: они заменяют детали, проводят расчеты, измерения, оценки возможностей модели, создают отчеты, проводят презентации, придумывают сюжеты, задействуя в них свои модели. На этом этапе учитель получает прекрасные возможности для оценки достижений учеников.

Процесс обучения всегда более приятен и эффективен, если есть стимулы. Поддержание такой мотивации и удовольствие, получаемое от успешно выполненной работы, естественным образом вдохновляют учащихся на дальнейшую творческую работу. В раздел «Развитие» для каждого занятия включены идеи по созданию и программированию моделей с более сложным поведением.

Программное обеспечение конструктора LEGO MINDSTORMS NXT-G предназначено для создания программ путём перетаскивания Блоков из Палитры на Рабочее поле и их встраивания в цепочку программы. Для управления моторами, датчиками наклона и расстояния, предусмотрены соответствующие Блоки. Кроме них имеются и Блоки для управления клавиатурой и дисплеем компьютера, микрофоном и громкоговорителем. Программное обеспечение автоматически обнаруживает каждый мотор или датчик, подключенный к портам LEGO®-коммутатора. Раздел «Самоучитель» программного обеспечения NXT-G знакомит с принципами создания и программирования LEGO-моделей 9797 Education. Комплект содержит 39 заданий. Все задания снабжены анимацией и пошаговыми сборочными инструкциями.

В программе «к и п р» включены содержательные линии:

- аудирование - умение слушать и слышать, т.е. адекватно воспринимать инструкции;

- чтение - осознанное самостоятельное чтение языка программирования;

- говорение - умение участвовать в диалоге, отвечать на заданные вопросы, создавать монолог, высказывать свои впечатления;

- пропедевтика - круг понятий для практического освоения детьми с целью ознакомления с первоначальными представлениями о робототехнике и программирование;

- творческая деятельность - конструирование, моделирование, проектирование.

В конце элективного курса учащиеся защитили свои проекты. Рассмотрим наиболее удавшиеся проекты.

Модель самоходного аппарата «Евроход»

Выполнил ученик 7 класса Габышев Андрей

Цель проекта: создание модели самоходного аппарата (планетохода), способного выполнять научные миссии на спутнике Юпитера Европа.

Задачи проекта:

1. Используя различные источники собрать необходимую информацию о спутнике Юпитера Европа, историю, перспективы ее дальнейшего изучения, подобрать наиболее подходящий тип самоходного аппарата (планетохода) и разработать его миссии для возможного полета на спутник;

2. Собрать модель планетохода при помощи робототехнического конструктора Lego Mindstorms EV3;

3. Разработать компьютерные программы для движения планетохода и выполнения ее научных миссий;

4. Провести испытания, наладку модели и сделать выводы о проделанной работе.

Основные требования к самоходному аппарату:

1. Способность свободно передвигаться по ледяной поверхности с множеством трещин;

2. «Евроход» должен быть легким, не подвержен воздействию сильной радиации, устойчив к температурам, близким к -145 0 С;

3. Наличие атомного плавящего зонда, способного расплавить лед толщиной 15-20 км;

4. Иметь все необходимое оборудование для проведения исследований на поверхности и в подледном океане.

Мобильное устройство по оцифровке пленочных фотокадров

Выполнил: Попов Иннокентий ученик 7 класса

Таким образом, используя навыки конструирования и программирования по робототехнике можно подготовить интересные школьные проекты, которые стимулируют ребят на дальнейшее развитие.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проектная деятельность - прекрасная возможность научить школьников размышлять и находить нужную информацию, решать сложные задачи, принимать решения, организовывать сотрудничество с одноклассниками и учителем. Ребёнок учится создавать идеи и воплощать их в жизнь, презентовать результаты своих исследований. Введение учителем метода проектной деятельности на раннем этапе обучения будет способствовать знакомству учеников с первыми шагами научной деятельности, их творческому и интеллектуальному развитию, научит организовывать и контролировать проект, тем самым развивая их гармонично и в ногу со временем.

Для изменения образовательной ситуации в школе наряду с внесением изменений в содержание, необходимы серьезные изменения образовательной среды. Данные изменения должны касаться форм организации учебной деятельности, форм организации учебного пространства, обеспечения учебного процесса различным видом оборудования. Развитие личностных качеств и способностей школьников опирается на приобретение ими опыта разнообразной деятельности: учебно-познавательной, практической, социальной. Поэтому в стандарте особое место отведено деятельностному, практическому содержанию образования, конкретным способам деятельности, применению приобретенных знаний и умений в реальных жизненных ситуациях. Все это можно воплотить в процессе обучения робототехнике.

Робототехника в школе с использованием конструкторов LEGO представляет учащимся технологии 21 века, способствует развитию их коммуникативных способностей, развивает навыки взаимодействия, самостоятельности при принятии решений, раскрывает их творческий потенциал. Учащиеся лучше понимают, когда они что-либо самостоятельно создают или изобретают. При проведении занятий по робототехнике этот факт не просто учитывается, а реально используется на каждом занятии.

Внедрение робототехники в рамках образовательной среды помогает развитию коммуникативных навыков учащихся за счет активного взаимодействия детей в ходе групповой проектной деятельности.

Робототехника всесторонне развивает личность учащегося:

- развитие навыков конструирования, моделирования, элементарного программирования;

- развитие логического мышления;

- развитие мотивации к изучению наук;

- формирование у учащихся целостного представления об окружающем мире;

- ознакомление учащихся с основами конструирования и моделирования;

- развитие способности творчески подходить к проблемным ситуациям;

- развитие познавательного интереса и мышления учащихся;

-овладение навыками начального технического конструирования и программирования.

Таким образом отмечаем следующие основные выводы:

1) Анализ педагогической литературы показал, что метод проектов позволяет решить, мотивировать учащихся самостоятельно добывать, обрабатывать информацию, обмениваться ею, а также быстро и свободно ориентироваться в окружающем информационном пространстве. Метод проектов рассматривают как одну из личностно ориентированных технологий обучения, интегрирующую в себе проблемный подход, групповые методы, рефлексивные, презентативные, исследовательские, поисковые и прочие методики. Он используется не вместо систематического предметного обучения, а наряду с ним как компонент системы образования. Для того чтобы успешно организовать проектную деятельность учителю необходимо в полной мере изучить сущность метода проектов, этапы работы над ним, принципы, знать критерии оценки проектной деятельности и то, какие знания, умения и навыки формируются у участников такой деятельности.

2) Эффективность обучения основам робототехники зависит от организации занятий проводимых с применением следующих: объяснительно-иллюстративный, эвристический, проблемный, программированный, репродуктивный, поисковый, а также метод проектов. Обучение робототехнике - это проектно-ориентированное обучение, систематический учебный метод, вовлекающий учащихся в процесс приобретения знаний и умений с помощью широкой исследовательской деятельности, базирующейся на комплексных, реальных вопросах и тщательно проработанных заданиях.

3) Для подтверждения гипотезы нами разработана программа элективного курса «Конструирование и программирование роботов», который провел во время педагогической практики в ГБОУ Физико-математический форум «Ленский Край». Всего в эксперименте приняли участие 70 учащихся с разных школ Якутии.

4) В дипломной работе определено место и роль робототехники в образовательном пространстве, обоснованы технологии, формы и методы обучения основам робототехники.

Таким образом, все задачи выполнены, цель достигнута и гипотеза дипломной работы подтверждена.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Беспалько В.П. Основы теории педагогических систем. - Воронеж: изд-во воронежского университета, 1977 г.

2. Балясная Л.К. Воспитание школьников во внеурочное время / - М., 1980.

3. Байкова Л.А, Гребенкина Л.К., Еремкина О.В. Методика воспитательной работы: Учебное пособие./ Под ред. В.А. Сластенина. М.: Академия, 2005.

4. Босова Л.П. Материалы авторской мастерской. - metodist.lbz.ru/avt_masterskaya_BosovaLL.html

5. Лусс Т.В. Формирование навыков конструктивно-игровой деятельности у детей с помощью ЛЕГО / Т.В. Лусс. - М., 2003.

6. Поташник М.М. Управление профессиональным ростом учителя в современной школе. - М., 2009

7. Комплект методических материалов «Перворобот». Институт новых технологий.

8. Овсяницкая, Л.Ю. Курс программирования робота Lego Mindstorms EV3 в среде EV3: основные подходы, практические примеры, секреты мастерства / Д.Н. Овсяницкий, А.Д. Овсяницкий. - Челябинск: ИП Мякотин И.В., 2014.

9. Поташник М. М. Управление развитием школы - М.: Знание, 1987г.

10. Сластенин В.А. Воспитательная деятельность педагога: Учебное пособие /И.А. Колесникова, Н.Б. Борытко, Д. Поляков, Н.Л. Селиванов; Под общ. ред. В.А. Сластенина и И.А. Колесниковой. М.: Издательский центр «Академия», 2005.

11. Тришина С. В. Информационная компетентность как педагогическая категория. ИНТЕРНЕТ-ЖУРНАЛ «ЭЙДОС» -www.eidos.ru.

12. Хуторской А.В. Ключевые компетенции и образовательные стандарты. ИНТЕРНЕТ-ЖУРНАЛ «ЭЙДОС» - www.eidos.ru.

13. Хуторской А.В. Современная дидактика. - М., 2001

14. Чехлова А. В., Якушкин П.А. «Конструкторы LEGO DAKTA в курсе информационных технологий. Введение в робототехнику». - М.: ИНТ, 2001 г.

15. Конструируем, играем и учимся. LEGO WeDo материалы в развивающем обучении дошкольников. М., 2006.

16. Интернет ресурсы

1. lego.rkc-74.ru/

2. www.lego.com/education/

3. www.wroboto.org/

4. learning.9151394.ru

5. www.roboclub.ru/

6. robosport.ru/

7. www.prorobot.ru/

8. www.asahi-net.or.jp/

9. school10.s-edu.ru/

10. festival.1september.ru/

11. vio.uchim.info/

12. web.snauka.ru</</p>

Приложения

Списки учащихсяБСОШ

Горный

6

9

Иванов

Коля

БСОШ

Горный

6

10

Платонов

Денис

БСОШ

Горный

6

11

Николаев

Арсен

ОТЛ

Хангаласский

5

Материально-техническая база проекта

LEGO Mindstorms NXT Education 9797

LEGO® MINDSTORMS® Education - новое поколение образовательной робототехники, позволяющей изучать естественные науки и технологии в процессе увлекательных практических занятий.

Используя образовательную технологию LEGO MINDSTORMS в сочетании с конструкторами LEGO, команды учащихся разрабатывают, конструируют, программируют и испытывают роботов. В совместной работе дети развивают свои креативные способности, коллективно преодолевают творческие проблемы, получают важные фундаментальные и технические знания. Они становятся более коммуникабельными, развивают навыки организации и проведения исследований, что безусловно способствует их успехам в дальнейшем школьном образовании, в будущей работе.

1. Микрокомпьютер NXT

«Мозгом» робота LEGO® MINDSTORMS® Education является микрокомпьютер LEGO® NXT, делающий робота программируемым, интеллектуальным, способным принимать решения.

2. Датчик касания

Датчик касания является переключателем: он может быть либо нажат, либо отпущен.

3. Датчик звука

Датчик звука предназначен для определения уровня громкости звука: тихий он или громкий. Датчик звука определяет как нормативный уровень громкости [дБ], так и скорректированный уровень громкости [дБA]. дБА - это те звуки, которые могут слышать уши человека. дБ - все реальные звуки, включая те, которые не улавливает человеческое ухо, слишком высокие или слишком низкие.

Датчик звука может измерять уровень звукового давления вплоть до 90 дБ - что примерно соответствует шуму, издаваемому газонокосилкой. Показания датчика звука отображаются на экране NXT в процентах [%] от максимального уровня, который датчик может измерить. Для сравнения: 4-5% соответствует уровню шума в тихой жилой комнате; 5-10% - обычная речь, слышимая на среднем расстоянии; 10-30% - нормальный разговор вблизи датчика или музыка, воспроизводимая на нормальном уровне громкости; 30-100% - громкие крики или музыка. Подразумевается, что датчик расположен на расстоянии 1 м от источника звука.

4. Датчик освещенности

Датчик освещённости даёт роботу возможность различать светлое и тёмное, измерять интенсивность света в помещении и яркость разноцветных поверхностей.

5. Датчик расстояния

Ультразвуковой датчик расстояния - это второй датчик, делающий робота «зрячим». Он позволяет роботу «видеть» и различать объекты. Вы можете создать робота, способного избегать препятствий, встречающихся на его пути, измерять расстояния, а также реагировать на движение.

Датчик работает по тому же принципу, что и локатор летучих мышей: он измеряет расстояние путём подсчёта времени, необходимого звуковой волне для того, чтобы достичь объекта и, отразившись от него, вернуться обратно - в точности, как эхо.

Датчик способен измерять расстояние, как в сантиметрах, так и в дюймах - от 0 до 2,5 метров, с точностью +/- 3 см.

Большие объекты с твёрдой поверхностью дают лучшее отражение. Объекты, изготовленные из мягкой ткани, или с криволинейной поверхностью (например, мяч), или очень тонкие или мелкие предметы, ультразвуковой датчик расстояния распознаёт с трудом.

6. Интерактивные сервомоторы

Три интерактивных сервомотора обеспечивают роботу возможность перемещаться.

Встроенный датчик оборотов Каждый мотор оснащён встроенным датчиком оборотов, что позволяет очень точно управлять движениями робота. Датчик производит измерения в градусах или в количестве полных оборотов (точность измерения +/−один градус). Один полный оборот соответствует 360 градусам, следовательно, если вы зададите мотору поворот на 180 градусов, его вал сделает пол оборота.

7. Bluetooth

Bluetooth - это технология беспроводной связи. При помощи функции Bluetooth можно установить беспроводное соединение между микрокомпьютером NXT и другими устройствами, обладающими устройством Bluetooth, например, с другими NXT, с мобильными телефонами или с компьютерами.

Установив соединение Bluetooth, вы можете: • загружать программы с компьютера без кабеля USB; • отправлять программы с других устройств (не с компьютера), в том числе и с вашего NXT; • отправлять программы как на отдельные NXT, так и на их группы. Группа может состоять не более чем из трёх NXT.

8. Программное обеспечение

Программа для настольного компьютера LEGO® MIND- STORMS® Education NXT разработана совместно компаниями LEGO Education и National Instruments. Программное обеспечение имеет интуитивный интерфейс, действующий по принципу «перетащить и оставить», и образную среду программирования, доступную для новичков и в то же время достаточно мощную для продвинутых пользователей. Программное обеспечение LEGO® MINDSTORMS® Education NXT является адаптированной версией NI LabVIEW, которую используют учёные и инженеры во всём мире для разработки, контроля и тестирования таких изделий и систем, как МР3 и DVD плееры, сотовые телефоны и автомобильные системы безопасности, оснащённые воздушными подушками.

Системные требования

WINDOWS

• Процессор Intel® Pentium® или совместимый, с минимальной тактовой частотой 800 МГц. • Операционная система Windows XP Professional или Home Edition с Service Pack 2. • RAM - минимально 256 MБ. • До 300 МБ свободного пространства на жёстком диске. • Разрешение дисплея - XGA (1024x768). • 1 свободный USB порт. • Наличие привода CD-ROM. • Совместимый адаптер Bluetooth (поставляется дополнительно)*.

MACINTOSH

• Процессор PowerPC® G3, G4 или G5 с минимальной тактовой частотой 600 МГц. • Операционная система Apple MacOS X v. 10.3.9 или 10.4. • RAM - минимально 256 MБ. • До 300 МБ свободного пространства на жёстком диске. • Разрешение дисплея - XGA (1024x768). • 1 свободный USB порт. • Наличие привода CD-ROM. • Совместимый адаптер Bluetooth (поставляется дополнительно).

Этот набор позволяет учащимся собирать и программировать модели реальных роботов. В него входят: программируемый блок управления NXT, обеспечивающий программирование и запись информации на блок, три интерактивных сервомотора, датчик расстояния, звука, касания (2 шт.), освещенности, ультразвука, аккумуляторная батарея, соединительные провода, цветная иллюстрированная инструкция. Программное обеспечение (2000080) и зарядное устройство для аккумулятора (9833/8887) продаются отдельно.

Основные принципы обучения:

• Развитие навыков выбора и принятия решений, моделирования, тестирования и оценки;

• Организация мозгового штурма для поиска креативных альтернативных решений;

• Навыки общения, совместного обсуждения идей и работы в группе;

• Практика работы с датчиками, двигателями и интеллектуальными устройствами.

Количество деталей: 431

Возраст: 8+

Артикул LEGO: 9797

Цена: Средняя стоимость - 22800 рб.

LEGO Mindstorms EV3

Благодаря LEGO MINDSTORMS EV3 никогда еще не было так просто построить и запрограммировать собственного робота. Сначала придумайте робота, а затем постройте его. Используйте моторы и датчики, чтобы задать модель поведения и привести робота в движение. Программное обеспечение поможет вам «оживить» вашего робота.

Создание: постройте робота, используя детали, моторы и интеллектуальные датчики LEGO, которые включены в набор.

Команда: запрограммируйте своего робота с помощью интуитивно понятного программного интерфейса, в котором используются пиктограммы. По своему желанию перетаскивайте обозначающие действия пиктограммы в окно программирования и корректируйте их в соответствии с поведением робота.

Модуль EV3

Обзор Экран показывает, что происходит внутри модуля EV3, и позволяет использовать интерфейс модуля. Также он позволяет добавлять текст и числовые или графические ответы в вашу программу или эксперименты. Например, вы можете запрограммировать экран таким образом, чтобы он отображал веселое лицо (или печальное лицо) для сравнительного ответа, или чтобы он отображал число, которое является результатом математических вычислений.

Кнопки управления модулем позволяют перемещаться по интерфейсу модуля EV3. Их также можно использовать в качестве программируемых активаторов. Например, вы можете запрограммировать робота таким образом, чтобы он поднимал руки, когда нажата кнопка «Вверх», или опускал их, когда нажата кнопка «Вниз» (дополнительную информацию см. в разделе «Использование кнопок управления модулем» в меню «Справка» программного обеспечения EV3).

Моторы EV3

Большой мотор - это мощный «умный» мотор. В нем есть встроенный датчик вращения с разрешением 1 градус для точного контроля. Большой мотор оптимизирован для выполнения роли приводной платформы в ваших роботах. Используя программные блоки «Рулевое управление» или «Независимое управление моторами» в программном обеспечении EV3, можно координировать работу двух моторов одновременно.

Средний мотор также имеет встроенный датчик вращения (с разрешением 1 градус), но он меньше и легче, чем большой мотор. Это означает, что он способен реагировать быстрее, чем большой мотор. Средний мотор можно запрограммировать таким образом, чтобы он включался или выключался, контролировал уровень питания, работал в течение определенного времени или выполнял определенное число оборотов.

Сравните два мотора:

+ Большой мотор работает со скоростью 160-170 об/мин, с вращающим моментом при работающем моторе 20 Нсм и с пусковым моментом 40 Нсм (медленнее, но мощнее).

+ Средний мотор работает со скоростью 240-250 об/мин, с вращающим моментом при работающем моторе 8 Нсм и с пусковым моментом 12 Нсм (быстрее, но с меньшей мощностью).

+ Оба мотора поддерживают автоматическую идентификацию.

Датчики EV3

Датчик цвета - это цифровой датчик, который может определять цвет или яркость света, поступающего в небольшое окошко на лицевой стороне датчика. Этот датчик может работать в трех разных режимах: в режиме «Цвет», в режиме «Яркость отраженного света» и в режиме «Яркость внешнего освещения».

В режиме «Цвет» датчик цвета распознает семь цветов: черный, синий, зеленый, желтый, красный, белый и коричневый, а также отсутствие цвета. Эта способность различать цвета означает, что ваш робот может быть запрограммирован таким образом, чтобы он сортировал цветные мячи или кубики, произносил названия обнаруженных им цветов или прекращал действие, увидев красный цвет.

В режиме «Яркость отраженного света» датчик цвета определяет яркость света, отраженного от лампы, излучающей красный свет. Датчик использует шкалу от 0 (очень темный) до 100 (очень светлый). Это означает, что ваш робот может быть запрограммирован таким образом, чтобы он двигался по белой поверхности до тех пор, пока не будет обнаружена черная линия, или чтобы он интерпретировал идентификационную карточку с цветовым кодом.

В режиме «Яркость внешнего освещения» датчик цвета определяет силу света, входящего в окошко из окружающей среды, например солнечного света или луча фонарика. Датчик использует шкалу от 0 (очень темный) до 100 (очень светлый). Это означает, что ваш робот может быть запрограммирован таким образом, чтобы он подавал сигнал утром, когда восходит солнце, или чтобы он прекращал действие, если свет гаснет.

Частота выборки датчика цвета составляет 1 кГц/с.

Для наибольшей точности при выборе режима «Цвет» или «Яркость отраженного света» датчик следует держать под правильным углом, близко к исследуемой поверхности, но не касаясь ее.

Датчик касания - это аналоговый датчик, который может определять, когда красная кнопка датчика нажата, а когда отпущена. Это означает, что датчик касания можно запрограммировать для действия в зависимости от трех условий: нажатие, отпускание и щелчок (нажатие и отпускание).

Используя вводы датчика касания, робота можно запрограммировать таким образом, чтобы он воспринимал мир, как его может воспринимать слепой человек, когда он протягивает руку и реагирует при соприкосновении с чем-либо (нажатие).

Вы можете построить робота с датчиком касания, который прижат к поверхности под ним. Вы можете запрограммировать робота так, чтобы он реагировал (Стоп!), когда он вот-вот скатится с края стола (когда датчик отпущен).

Боевой робот может быть запрограммирован так, чтобы он продолжал двигаться вперед на своего соперника до тех пор, пока соперник не отступит. Эта пара действий - нажатие и затем отпускание - образуют щелчок.

Инфракрасный датчик и удаленный инфракрасный маяк.

Инфракрасный датчик - это цифровой датчик, который может обнаруживать инфракрасный цвет, отраженный от сплошных объектов. Он также может обнаруживать инфракрасные световые сигналы, посланные с удаленного инфракрасного маяка.

Инфракрасный датчик может использоваться в трех разных режимах: в режиме приближения, в режиме маяка и в дистанционном режиме.

Режим приближения

В режиме приближения инфракрасный датчик использует световые волны, отраженные назад от объекта, для определения расстояния между датчиком и этим объектом. Он сообщает расстояние, используя значения от 0 (очень близко) до 100 (далеко), а не конкретное число сантиметров или дюймов. Датчик может обнаруживать объекты на удалении до 70 см, в зависимости от размера и формы объекта.

Режим маяка

Выберите одни из четырех каналов удаленного инфракрасного маяка с помощью красного переключателя каналов. Инфракрасный датчик обнаружит сигнал маяка, соответствующий каналу, который вы укажете в своей программе, на удалении примерно до 200 см в направлении перед ним. После обнаружения датчик может оценить общее направление (курс) и расстояние (приближение) до маяка. Используя эту информацию, вы можете запрограммировать робота так, чтобы он играл в прятки, используя удаленный инфракрасный маяк в качестве искомой цели. Направление будет выражено величиной от -25 до 25, при этом 0 указывает, что маяк находится прямо перед инфракрасным датчиком. Приближение будет выражено величинами от 0 до 100.

Удаленный инфракрасный маяк - это отдельное устройство, которое можно держать в руке или которое может быть встроено в другую модель LEGO®. Для него необходимы две щелочные батареи типа ААА. Для включения удаленного инфракрасного маяка нажмите большую кнопку «Режим маяка», расположенную сверху на устройстве. Загорится зеленый светодиодный индикатор, указывая, что устройство активно и постоянно передает сигналы. При повторном нажатии кнопки «Режим маяка» он выключится (после бездействия маяк выключается автоматически).

Дистанционный режим

Вы также можете использовать удаленный инфракрасный маяк для дистанционного управления своим роботом. Работая в дистанционном режиме, инфракрасный датчик может определять, какая кнопка (или комбинация кнопок) на маяке нажата. Всего есть одиннадцать возможных комбинаций кнопок:

0 = Никакая кнопка (и режим маяка выключен)

1 = Кнопка 1

2 = Кнопка 2

3 = Кнопка 3

4 = Кнопка 4

5 = И кнопка 1, и кнопка 3

6 = И кнопка 1, и кнопка 4

7 = И кнопка 2, и кнопка 3

8 = И кнопка 2, и кнопка 4

9 = Режим маяка включен

10 = И кнопка 1, и кнопка 2

11 = И кнопка 3, и кнопка 4

Подключение датчиков и моторов EV3

Подключение датчиков и моторов

Для того чтобы моторы и датчики работали, они должны быть подключены к модулю EV3. Если вы создаете программы, когда модуль EV3 не подключен к компьютеру, программное обеспечение назначит датчикам порты по умолчанию.

По умолчанию порты будут назначены следующим образом:

+ Порт 1: датчик касания

+ Порт 2: нет датчика

+ Порт 3: датчик цвета

+ Порт 4: инфракрасный датчик

Если во время программирования модуль EV3 подключен к компьютеру, программное обеспечение автоматически определит, какой порт используется для каждого датчика или мотора.

С помощью плоских черных соединительных кабелей подключите моторы к модулю EV3, используя порты вывода A, B, C и D.

Как и в случае с датчиками, если модуль EV3 не подключен в то время, когда вы пишете программу, каждому мотору будет назначен порт по умолчанию. По умолчанию порты будут назначены следующим образом:

+ Порт A: средний мотор

+ Порты B и C: два больших мотора

+ Порт D: большой мотор

Если во время программирования модуль EV3 подключен к компьютеру, программное обеспечение автоматически назначит соответствующий порт в вашей программе.

Подключение модуля EV3 к компьютеру

Подключите модуль EV3 к компьютеру с помощью USB- кабеля или посредством беспроводной связи, используя либо Bluetooth, либо Wi-Fi.

USB-кабель

Возьмите USB-кабель и вставьте конец Mini-USB в порт для подключения к компьютеру модуля EV3 (находящийся рядом с портом D). Подключите разъем USB к компьютеру.

Беспроводное подключение - Bluetooth

Если в вашем компьютере нет встроенного адаптера Bluetooth, вам понадобится USB-адаптер Bluetooth.

Установление подключения Bluetooth на компьютере

Прежде чем вы сможете установить соединение по Bluetooth между модулем EV3 и компьютером, на котором запущено программное обеспечение EV3, необходимо включить Bluetooth на модуле EV3. Соответствующие инструкции приведены на странице 27.

После того как вы включили Bluetooth на модуле EV3, его теперь можно подключить к компьютеру и программному обеспечению EV3.

1. Сначала удостоверьтесь, что модуль EV3 включен.

2. Откройте новую или существующую программу в программном обеспечении EV3

3. Перейдите на страницу аппаратных средств в правой нижней части экрана - разверните окно, если оно свернуто

4. Выберите вкладку «Доступные модули». Если ваш модуль EV3 еще не указан в списке, нажмите кнопку «Обновить» для обнаружения модуля EV3 и установите флажок в появившемся окне Bluetooth.

5. Подтвердите запрос на подключение на модуле EV3 вручную, затем введите ключ доступа и нажмите центральную кнопку (OK). Ключ доступа по умолчанию: 1234. Повторите эти действия в программном обеспечении EV3.

6. Теперь подключение установлено, и в верхней левой части экрана модуля EV3 (рядом с пиктограммой Bluetooth) отображается значок «<>», подтверждающий подключение.

Чтобы отключить модуль EV3 от компьютера, нажмите кнопку «Отключить» рядом с кнопкой «Обновить» на странице аппаратных средств.

Беспроводное подключение - Wi-Fi

Первым шагом для подключения к Wi-Fi является приобретение USB-адаптера Wi-Fi. Список совместимых адаптеров можно получить на официальном веб-сайте LEGO® MINDSTORMS® (www. LEGO.com/mindstorms). Чтобы начать установку, вы должны иметь доступ к беспроводной сети и знать название сети и пароль к ней. Если программное обеспечение EV3 открыто, закройте его и установите адаптер Wi-Fi в модуль EV3, используя USB-порт компьютера.

Различие между NXT и EV3

Комплект конструктора LEGO EV3 изменился. Стало больше шестерёнок, ажурных элементов. Убрали часть не нужных маленьких штифтов. Но самое главное, «мозг» компьютера наконец-то претерпел значительные изменения и обещает стать любопытной игрушкой не только для детей, но и для взрослых робототехников.

Технические характеристики LEGO EV3:

• Процессор - ARM9

• FLASH память - 16 Mегабайт

• Оперативная память - 64 Mегабайт

• Операционная система - Linux

• Слот расширения SD

• USB 2.0

• Bluetooth 2.1

• 4 порта на вход и 3 порта на выход

• Динамик

Общее количество блоков Lego-Technics в комплекте - 594. Изготовитель обещает сохранить обратную совместимость с NXT2.0, то есть будет возможно использовать моторы и сенсоры от предыдущей версии.

Ниже представим таблицу сравнения характеристик блока из набора 9797 / 8547 и блока EV3:

Таблица 24 порта

Одинаковые

Цифровые, скорость передачи данных до 460.8 Кбит/сек. (UART)

Порты для моторов

3, с датчиком оборотов

4, с датчиком оборотов

Скорость соединения USB

до 12 Мбит/сек

до 480 Мбит/сек

USB хост(разветвитель)

нет

Каскадный, последовательный (3 уровня)

Управление через брелок WiFi

USB запоминающее устройство (флэшка)

SD-карта памяти

нет

Micro SD-картридер, поддержка карт до 32 Гб

Управление и связь с устройствами на ОС

Андроид

Apple

Андроид

Интерфейс управления

4 кнопки

6 кнопок с подсветкой, удобных для отладки и отображения статуса

Дисплей

ЖК, матричный, ч/б

100 x 64 Пикселей

ЖК, матричный, ч/б

178 x 128 Пикселей

Управление/соединение

Блютус

USB 2.0

Блютус в. 2.1 DER

USB 2.0 (при соединении с ПК)

USB 1.1 (при соединении последовательно)

Программирование будет осуществляться при помощи специальной графической программы, поставляемой компанией National Instruments (также, как и в предыдущей версии конструктора). Эта программа имеет довольно низкий «порог вхождения», что очень хорошо для обучения детей азам робототехники. Будем надеяться, что и взрослые дети не останутся «за бортом» и NI будет продолжать поставлять библиотеку для LabVIEW. Вообще игрушка обещает быть любопытной из-за наличия линукса на борту - почти наверняка через некоторое время появятся прошивки, расширяющие возможности встроенного компьютера.