Методика преподавания образовательной внеклассных занятиях младших школьников

2018, том 20 [6]

http://dx.doi.org/10.26787/nydha-2226-7417-2018-20-6-5-10

УДК 372.853:371.68

МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ РОБОТОТЕХНИКИ НА ВНЕКЛАССНЫХ ЗАНЯТИЯХ МЛАДШИХ

ШКОЛЬНИКОВ

Крупский А.В.

МАОУ «Политехнический лицей», г. Хабаровск, Российская Федерация

Аннотация. В связи с необходимостью политехнизации образования в средней школе, в статье представлена методика преподавания образовательной робототехники на внеклассных занятиях младших школьников. Дано определение понятию образовательной робототехники, как инструмента, закладывающего прочные основы системного мышления, интеграции информатики, математики, физики, черчения, естественных наук с развитием инженерного творчества. Обоснована необходимость проведения исследований. Сформулирована цель, направленная на разработку и апробацию методики развития творческих способностей детей младшего школьного возраста на внеклассных занятиях образовательной робототехники. Определены задачи, заключающиеся в проведении аналитического обзора литературных источников по названной проблеме, изучении роли внеклассных занятий в развитии творческих способностей детей и разработке методики преподавания робототехники на внеклассных занятиях младших школьников. Раскрывается роль и значение внедрения технологий образовательной робототехники в учебный процесс, способствующего формированию личностных, регулятивных, коммуникативных и познавательных универсальных учебных действий. Подчеркивается актуальность, научная новизна и практическая значимость исследований.

Изложена авторская программа «Образовательная робототехника в условиях внеклассных занятий», установлены цель, задачи программы и дано ее содержание. Выявлены отличительные особенности, формы и режимы занятий, ожидаемые результаты, способы определения результативности. Представлены учебный и учебно-методический планы.

Ключевые слова: образовательная робототехника, основы программирования, авторская программа, политехнизация, творческое развитие.

Введение. Задачей современной школы является формирование творчески активной и инициативной личности выпускника школы, ориентированного на участие в создании духовных и общественных ценностей, соблюдение нравственных норм

гуманистической морали [1]. Ведущей целью обучения в школе становится формирование потребности учащихся в творческом

саморазвитии как в базисной программе жизни, определяющей ее качественные характеристики и перспективу творческого

самосовершенствования. Наиболее актуальной проблемой становится необходимость построения такого учебно-педагогического процесса, где эффективно реализовывалась бы программа стимулирования мотивации творческого саморазвития учащихся, реализации

~ 5 ~

—--—

принципа политехнизма в обучении. Изменения, происходящие в социальной сфере, расширяют возможности проявления личностного начала каждого творческого человека.

Исследователями доказано, что хороший уровень развития интеллекта учащихся в старших классах напрямую связан с развитием их творческих способностей в младшем звене, поэтому развитие творческих способностей учащихся младшего школьного возраста является одной из важнейших педагогических задач обучения и воспитания для педагогов, занимающихся творческой деятельностью. Большие возможности в развитии творческих способностей младших школьников заключены во внеклассных занятиях. Сегодня человечество практически вплотную подошло к тому моменту, когда роботы будут использоваться во всех сферах жизнедеятельности. Поэтому внеклассные занятия образовательной робототехники и компьютерного программирования необходимо вводить в образовательные учреждения [2, 3]. Применение робототехники в практике учебно-воспитательной работы средней школы - новое направление в теории и методике политехнического образования.

Актуальность исследования определяется возрастанием следующих противоречий:

1) социально-педагогического характера - между требованиями общества модели выпускника начальной школы и реальным уровнем сформированности творческих способностей учащихся;

2) научно-теоретического характера - между включением робототехники в образовательный процесс для приобретения учащимися образовательных результатов, востребованных на рынке труда, и неразработанностью этих вопросов в педагогической науке;

3) научно-методического характера - между большим потенциалом внеклассных занятий робототехники для осуществления деятельностного подхода в образовании, и недостаточностью содержательно-методического обеспечения процесса формирования творческих

способностей учащихся начальной школы в теории и практике.

Из противоречий вытекает проблема: как обеспечить эффективное изучение робототехники и практическое применение младшими школьниками знаний этого курса для разработки и внедрения инноваций в дальнейшей жизни?

Цель исследования - разработка и апробация методики развития творческих способностей детей младшего школьного возраста на внеклассных занятиях образовательной робототехники. Она достигается путем организации его деятельности в процессе интеграции начального инженерно-технического конструирования и основ робототехники.

Объект исследования - развитие творческих способностей детей младшего школьного возраста. Предмет исследования - возможности внеклассных занятий робототехники в развитии творческих способностей детей младшего школьного возраста.

Задачи: 1. Провести аналитический обзор литературных источников по названной проблеме; 2. Рассмотреть внеклассные занятия в развитии творческих способностей детей; 3. Разработать методику преподавания

робототехники на внеклассных занятиях младших школьников.

Теоретическая значимость исследования заключается в:

1) определении места и роли робототехники в образовательном пространстве начальной школы;

2) обосновании технологий, форм и методов обучения основам робототехники;

3) определении тем внеклассных занятий робототехники, направленных на развитие творческих способностей.

Практическая значимость исследования заключается в: 1) разработке структуры авторской программы «Робототехника» в условиях внеклассных занятий для ее внедрения в образовательное пространство школы; 2) разработке методических материалов для внедрения робототехники в образовательное пространство школы, которые могут быть использованы любой школой в работе.

~ 6 ~

—--—

наблюдение;

Разработка и программы внеклассных

Гипотеза. Формирование информационной компетентности учащихся младших классов (9-10 лет) на внеклассных занятиях (в контексте применения образовательной робототехники).

Методы исследования. Теоретические методы: анализ психолого-педагогической и методической литературы; сравнение; обобщение; систематизация.

Эмпирические методы: педагогический эксперимент.

Результаты и обсуждение. апробация авторской

«Робототехника» в условиях занятий. Учебная программа «Образовательная робототехника». Цель: развитие научно-технического и творческого потенциала личности ребенка путем организации его деятельности в процессе интеграции начального инженерно-технического конструирования и основ робототехники. Задачи программы: 1. Формирование навыков алгоритмического мышления; 2. Обучение программированию, конструированию на базе конструктора Lego Mindstorms EV3; 3. Формирование навыков инженерного мышления; 4. Развитие мелкой моторики, внимательности, аккуратности и изобретательности; 5. Развитие креативного мышления и пространственного воображения; 6. Участие в играх, конкурсах и состязаниях по робототехнике в качестве закрепления изучаемого материала и в целях мотивации обучения.

Направленность программы - научно-техническая: учебная программа ориентирована на реализацию интересов детей в сфере конструирования, моделирования, развитие их информационной и технологической культуры. Программа направлена на формирование познавательной мотивации, определяющей установку на продолжение образования и приобретение опыта продуктивной творческой деятельности [4].

Отличительные особенности программы. Реализация программы осуществляется с использованием методических пособий фирмы LEGO для преподавания технического конструирования на основе своих конструкторов. Настоящий курс

предлагает использование образовательных конструкторов MINDSTORMS ЕУ3 как инструмента для обучения школьников конструированию, моделированию и компьютерному управлению на уроках робототехники. Простота в построении модели в сочетании с большими конструктивными возможностями конструктора позволяют детям в конце урока увидеть сделанную своими руками модель, которая выполняет поставленную школьниками задачу. Курс предполагает использование компьютеров и специального программного обеспечения совместно с конструкторами. Важно отметить, что компьютер используется как средство управления моделью; его использование направлено на составление управляющих алгоритмов для собранных моделей. Учащиеся получают представление об особенностях составления программ управления, автоматизации механизмов, моделировании работы систем. Методические особенности реализации программы предполагают сочетание возможности развития индивидуальных творческих способностей и формирование умений взаимодействовать в коллективе, работать в группе [5]. Для обучения алгоритмическому мышлению и основам программирования используется специализированное программное обеспечение «Система «Исполнители»». С помощью виртуального исполнителя «Робот», учащиеся отрабатывают навыки программного управления настоящим роботом.

Программа рассчитана 1 год обучения. Годовая нагрузка на ученика составляет 144 часа (табл. 1). Режим занятий соответствует нормам и требованиям САНПиН: два раза в неделю по два академических часа с десятиминутным перерывом.

Формы и режимы занятий. При проведении занятий используются следующие формы работы (табл. 2): 1) лекционная (получение учащимися нового материала); 2) самостоятельная (ученики выполняют индивидуальные задания в течение части занятия или одного-двух занятий); 3) проектная деятельность (получение новых знаний, реализация личных проектов); 4) соревнования (практическое участие детей в разнообразных мероприятиях по техническому лего-конструирова-нию).

~ 7 ~

—--—

Ожидаемые результаты и способы определения результативности. По окончании программы учащийся должен: 1) знать основы механики, автоматики и программирования в среде MINDSTORMS ЕУ3; 2) уметь собирать модели, используя готовую схему сборки, а также по эскизу; 3) уметь создавать собственные проекты и при необходимости программировать роботизированные модели.

Предъявляемым результатом будет:

1) Осуществление сборки не менее 5 моделей роботов;

2) Создание не менее двух индивидуальных конструкторских проектов;

Таблица 1

Учебный план

№ Разделы программы Теория Практика Всего

1. Введение в робототехнику 4 0 4

2. Основы конструирования 4 6 10

3. Знакомство с Lego Mindstorms EV3 2 4 6

4. Основы программирования 8 12 20

5. Программирование в EV3-G 8 12 20

6. Основы программирования в системе «Исполнители» 18 22 40

7. Управление роботом 16 28 44

Итого: 60 84 144

Таблица 2

Учебно-тематический план

№ Разделы программы Теория Практика Всего Формы контроля

1 Введение в робототехнику 4 0 4 текущий

1.1 Введение в робототехнику 4 0 4 текущий

2 Основы конструирования 4 6 10

2.1 Способы соединения деталей. Жесткие конструкции. 1 1 2 текущий

2.2 Рычаги и их свойства 1 1 2 текущий

2.3 Передачи ременные и зубчатые 2 4 6 текущий

4 Знакомство с Lego Mindstorms EV3 4 2 6

4.1 Технические характеристики 1 0 1 текущий

4.2 Программное обеспечение 2 2 4 текущий

4.3 Разнообразие робототехнических конструкторов 1 0 1 текущий

5 Основы программирования 8 12 20

5.1 Программирование без компьютера 2 2 4 текущий

5.2 Управление моторами 2 3 5 текущий

5.3 Работа с датчиками 2 3 5 текущий

—--—

~ 8 ~

3) Создание коллективного выставочного проекта;

4) Участие в соревнованиях и мероприятиях различного уровня.

Виды и формы контроля:

1) индивидуальные задания;

2) контрольные задания;

3) личные проекты;

4) участие в соревнованиях и мероприятиях различного уровня. Текущий контроль проходит в виде состязаний или выставки роботов, оцениваемых по технологическим картам.

—--—

5.4 Простые структуры 2 4 6 текущий

6 Программирование в EV3-G 8 12 20

6.1 Знакомство с EV3-G 4 6 10 текущий

6.2 Ветвления, циклы, переменные 4 6 10 текущий

7 Основы программирования в системе «Исполнители» 18 22 40

7.1 Основы программирования 4 4 8 текущий

7.2 Знакомство со средой «Исполнители» 4 4 8 текущий

7.3 Линейные, циклические, смешанные алгоритмы 10 16 26 текущий

8 Управление роботом 16 28 44 итоговый

8.1 Регуляторы 8 12 20 текущий

8.2 Управление без обратной связи 4 8 12 итоговый

8.3 Управление с обратной связью 4 8 12 итоговый

Итого: 60 84 144

Содержание авторской программы.

Тема 1. Введение в робототехнику. Что такое робот? Какие бывают роботы. Современные тенденции робототехники. Зарубежные и отечественные разработки. Презентация программы.

Тема 2. Основы конструирования. Название деталей Lego. Способы их соединений. Понятия «конструкция», «механизм». Жесткие и подвижные конструкции. Простые механизмы. Рычаги. Ременные и зубчатые передачи. Техника безопасности при работе с техническими конструкторами.

Лабораторные работы: «Шагающий робот», «Гусеничный робот», «Механический захват».

Контрольное занятие «Создание расчет многоступенчатой передачи».

Тема 3. Знакомство с Lego Mindstorms EV3. Технические характеристики. Память, быстродействие. Порты. Кнопки. Элементы питания. Программные среды. Другие робототехнические конструкторы.

Тема 4. Основы программирования. Программирование средствами EV3. Возможности управления моторами. Датчики. Использование датчиков для управления роботом. Основные структуры программирования.

Лабораторные работы: «Управление моторами», «Управляемая тележка», «Использование датчиков для управления роботом», «Трибот».

Контрольное занятие «Робот-сигвей».

Тема 5. Программирование в EV3-G. Язык программирования EV3-G. Окно программы. Палитра команд. Ветвления. Циклы. Переменные.

Стандартные модели: Манипулятор, Скорпион, Андроид.

Лабораторные работы: Манипулятор, Скорпион, Андроид.

Контрольное занятие «Движение по линии с использованием релейного регулятора».

Тема 6. Основы программирования в системе «Исполнители». Основы программирования. Алгоритмы. Исполнители. Программы. Знакомство с системой «Исполнители». Исполнитель «Робот». Линейные, циклические, смешанные алгоритмы. Лабораторные работы: «Исполнитель Робот». Контрольное занятие «Управление Роботом».

Тема 7. Управление роботом. Управление моторами. Использование датчиков. Регуляторы: релейный, пропорциональный, дифференциальный, интегральный. Движение по линии, Движение вдоль стены. Управление без обратной связи. Управление с обратной связью. Точные перемещения. Защита от застреваний. Объезд препятствий. Фильтрация данных. Удаленное управление. Кодирование передачи данных. Управление в пошаговом режиме. Обмен данными.

Лабораторные работы: «Кегельринг», «Робот-барабанщик», «Объезд препятствий», «Движение вдоль стены», «Обмен данными между роботами». Контрольное занятие «Маленький исследователь».

Заключение. Формирование технических знаний (конкретных, обобщенных) является базовым направлением политехнического образования учащихся на внеклассных занятиях.

—--—

~ 9 ~

—--—

Предложенная в настоящем исследовании методика внедрения образовательной робототехники была успешно апробирована на внеклассных занятиях младших школьников.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

[1] Распоряжение Правительства РФ от 27.02.2010 № 246-р «О реализации национальной образовательной инициативы «Наша новая школа» / Доступ из СПС Консультант Плюс. URL: http ://gimnaz1 .moy .su/rasporjazhenie_pravitelstva.d oc (дата обращения: 28.04.2018).

[2] Бояркина Ю.А. Образовательная робототехника: Методическое пособие // Тюмень: ТОГИРРО, 2013. - 61 с.

[3] Дьякова Н.А. Образовательная робототехника внеурочной деятельности «Основы робототехника» // Педагогическое образование на Алтае. -2013. - № 1. - С. 327-335.

[4] Ромасева Ю.А., Турушев М.И. Роль робототехники в дополнительном образовании младших школьников // Педагогический опыт: теория, методика, практика. - 2015. - №2. - С. 48-50.

[5] Яковлева Е.А. Психология развития творческого потенциала личности школьника. - М.: Фланта, 2012. - 264 с.

METHODS OF TEACHING EDUCATIONAL ROBOTICS AT EXTRA-CURRICULAR CLASSES OF JUNIOR SCHOOL CHILDREN

Krupsky A.V.

Polytechnic Lyceum, Khabarovsk, Russian Federation

Annotation. In connection with the need for polytechnization education in secondary school, the article presents a methodology for teaching educational robotics in extra-curricular classes ofjunior schoolchildren. The definition of the concept of educational robotics as a tool laying firm foundations of system thinking, integration of informatics, mathematics, physics, drawing, natural sciences with the development of engineering creativity is given. The need for research is grounded. The goal is formulated to develop and approbate the methods of developing the creative abilities of children ofprimary school age in extra-curricular classes of educational robotics. The tasks are determined to conduct an analytical review of literary sources on the named problem, to study the role of extracurricular activities in the development of the creative abilities of children and to develop methods for teaching robotics in extra-curricular activities of junior schoolchildren. The role and importance of the introduction of technologies of educational robotics into the educational process that contributes to the formation of personal, regulative, communicative and cognitive universal educational activities is revealed. The urgency, scientific novelty and practical significance of research are emphasized. The author's program "Educational robotics in conditions of extracurricular activities" is stated, the goal, tasks of the program are set and its content is given. Identified features, forms and modes of study, expected results, ways to determine the effectiveness. Teaching and educational-methodical plans are presented.

Key words: educational robotics, fundamentals ofprogramming, author's program, polytechnics, creative development.

REFERENCES

[1] Rasporyazheniye Pravitel'stva RF ot 27.02.2010 № 246-r «O realizatsii natsional'noy obrazovatel'noy in-itsiativy «Nasha novaya shkola» / Dostup iz SPS Konsul'tant Plyus. URL: http://gimnaz1.moy.su/rasporjazhenie_pravitelstva.d oc (дата обращения: 28.04.2018).

[2] Boyarkina Yu.A. Obrazovatel'naya robototekhnika: Metodicheskoye posobiye // Tyumen': TOGIRRO, 2013. - 61 p.

[3] D'yakova N.A. Obrazovatel'naya robototekhnika vneurochnoy deyatel'nosti «Osnovy robototekhnika» // Pedagogicheskoye obrazovaniye na Altaye. - 2013.

- № 1. - p. 327-335.

[4] Romaseva Yu.A., Turushev M.I. Rol' robototekhniki v dopolnitel'nom obrazovanii mladshikh shkol'nikov // Pedagogicheskiy opyt: teoriya, metodika, praktika.

- 2015. - №2. - p. 48-50

[5] Yakovleva Ye.A. Psikhologiya razvitiya tvorcheskogo potentsiala lichnosti shkol'nika. - M.: Flanta, 2012. - 264 p.

~ 10 ~