Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение Пушкинского муниципального района « Правдинская средняя общеобразовательная школа №1»
Выступление на ШМО
Тема: «Робототехника на уроках физики»
Выступление подготовила:
Бештень Валентина Васильевна.
учитель физики и математики .
Квалификационная категория: высшая.
2016 г.
Робототехника - универсальный инструмент для образования. Вписывается и в дополнительное образование, и во внеурочную деятельность, и в преподавание предметов школьной программы, причем в четком соответствии с требованиями ФГОС. Подходит для всех возрастов - от дошкольников до профобразования. Причем обучение детей с использованием робототехнического оборудования - это и обучение в процессе игры и техническое творчество одновременно, что способствует воспитанию активных, увлеченных своим делом, самодостаточных людей нового типа. Немаловажно, что применение робототехники как инновационной методики на занятиях в обычных школах и в детских садах, учреждениях дополнительного образования обеспечивает равный доступ детей всех социальных слоев к современным образовательным технологиям.
Образовательная робототехника дает возможность на ранних шагах выявить технические наклонности учащихся и развивать их в этом направлении.
Робототехнику можно использовать в начальном, основном общем и среднем (полном) общем образовании, в области начального профессионального образования, а также специального (коррекционного) обучения.
Одной из важных особенностей работы с образовательной робототехникой должно стать создание непрерывной системы - робототехника должна работать на развитие технического творчества, воспитание будущего инженера, начиная с детского сада и до момента получения профессии и даже выхода на производство.
Возникает необходимость интегрировать в учебный процесс такие педагогические технологии, методики и решения, которые помогут создать условия для обучающихся, формирующие, прежде всего, интерес к инженерной и информационной отраслям. Круг изучаемых предметов, непосредственно относящихся к требуемым областям составляет естественно-математический цикл: математика, информатика, физика, химия, биология. Теперь становится понятно, что робототехника не может оставаться за рамками основного образовательной программы, как дисциплина дополнительного образования с набором своих, внутренних, задач, не касающихся учебных предметов напрямую.
Образовательная робототехника позволяет:
1. Сформировать у обучающихся базовые представления в сфере инженерной культуры.
2. Развивать интерес обучающихся к естественным и точным областям науки.
3. Развивать нестандартное мышление, а также поисковые навыки в решении прикладных задач.
4. Посредством включения робототехнических решений, доступных для реализации в образовательном учреждении, в такие предметы, как: математика, информатика, физика, биология, экология, химия, – развивать познавательный интерес и мотивацию к учению и выбору инженерных специальностей.
5. Развить творческий потенциал подростков и юношества в процессе конструирования и программирования роботов.
Из всего этого следует, что образовательная робототехника станет не отдельно отстоящим внеурочным предметом, а интегрированной дисциплиной во все естественно-математические дисциплины. Например, демонстрируемые на физике опыты, которые иллюстрируют некоторые законы, или абстрактные понятия математики и информационные процессы информатики будут иметь возможность изучения не на готовом реквизите или с помощь чисто теоретической базы, а роботизированных механизмов, собранных самими учениками на уроках информатики/технологии
Это позволяет не только подготовить обучающихся к восприятию нового материала, но и развить познавательный интерес к изучаемому предмету, усилить и упростить понимание тех или иных закономерностей и явлений, изучаемых в дисциплине. Ведь куда проще понять изучаемое явление или закон, если своими руками осознанно собрано устройство, демонстрирующее их.
Обучение детей робототехнике в рамках информатики может основываться на использовании специальных конструкторов, содержащих программируемое устройство. Наиболее распространённым на данный момент является семейство конструкторов Lego, позволяющих охватить практически все возрастные группы учащихся, начиная от младших школьников и заканчивая учащимися старших классов.
Для использования новых технологий в учебном процессе компания LEGO производит ряд специализированных наборов по физике и технологии. Известны следующие тематические наборы:
«Технология и физика»,
«Возобновляемые источники энергии»,
«Энергия, работа, мощность»,
«Индустрия развлечений»,
«Пневматика».
Каждый набор сопровождаются соответствующим методическим пособием по использованию конструктора в учебном процессе.
Ещё один производитель, который появился недавно на российском рынке образовательной робототехники, – компания Fischertechnik (Германия). Конструкторы этой компании имеют аналогичные составляющие конструкторов и во многом не уступают конструкторам LEGO.
Кроме вышеназванных, существуют такие конструкторы, как Tetrix (производи- тель Pitsco, США), Robotino (производитель Festo, Германия), роботы на базе конструк- тора для создания мобильных платформ «Профи» (ООО «Техновижн», Москва), роботы на основе микроконтроллера Arduino (Италия) и др.
Для создания программ, «оживляющих» модели конструкторов, используются как текстовые, так и объектно-ориентированные языки программирования, адаптированные для технических систем. Одним из современных языков программирования роботов является Microsoft Robotics Developer Studio. Эта среда позволяет не только управлять роботами, но и просматривать симуляцию поведения роботов в виртуальном режиме.
Наиболее популярными для программирования роботов LEGO являются программные продукты компании National instruments (США).
С педагогической точки зрения, использование конструкторов имеет ряд важных достоинств. Во- первых, это стимулирование мотивации учащихся к получению знаний. При работе с Lego-конструктором учащийся видит плоды своей работы и имеет возможность применить полученные знания на практике. Кроме того, работа по созданию робота предполагает активную творческую деятельность ребёнка. Это реализуется через решение нестандартных для учащегося задач и большое количество вариантов решения. Во- вторых, это развитие интереса учащихся к технике, программированию и конструированию. Использование подобных конструкторов в образовательном процессе ведет к популяризации профессии инженера, а также прививает учащимся интерес к робототехнике. В-третьих, это формирование навыков программирования, развитие логического и алгоритмического мышления. В условиях информатизации образования остро встаёт необходимость поиска новых подходов к развитию алгоритмических умений школьников.
Дети с легкостью осваивают новые компьютерные программы, без инструкций разбираются в настройках сотовых телефонов и других технических устройств.
Но есть и другое - их все труднее заинтересовать такими вещами как программирование и конструирование. Причин этого явления много - современный мир перегружен впечатлениями, событиями, информацией. И дети просто не успевают сосредоточиться на чем-то одном на достаточно длительный срок. Интересно все. А математика, программирование требуют полной сосредоточенности и дают какой-то результат иногда даже не через месяцы занятий, через годы. В том же программировании ребенку трудно найти стимул – кажется, что все программы уже написаны, чем удивить сверстников?
Еще одна проблема – виртуализация жизни детей. Они слишком много времени проводят за компьютером и телевизором, размывая в своем сознании границу между реальным и выдуманным миром. Законы физики они узнают из фильмов и игр.
В настоящее время пока не проводятся специальные исследования по использованию робототехники в учебном процессе, в частности по физике. Вместе с тем в связи с требованиями ФГОС имеются возможности для модернизации преподавания физики с применением робототехнических наборов. Одним из возможных вариантов изменения форм организации современного учебного процесса является встраивание образовательной робототехники, в различные составляющие учебного процесса:
1) урочные формы работы (выполнение учебных проектов, подготовка демонстрационного эксперимента, экспериментальных установок для лабораторных работ и работ школьного физического практикума);
2) формы внеурочной деятельности (творческие проектно-конструкторские работы учащихся, участие в конкурсах и научно-практических конференциях, включая их дистанционные и сетевые формы реализации);
3) работа в системе дополнительного образования (клубная и кружковая работа).
Конструирование, моделирование, программирование роботов в комплексе с использованием ИКТ-технологий, как правило, отличается высокой степенью творчества, самостоятельности, соперничества, коммуникации в группе. У учащихся формируются компетенции, необходимые современному школьнику. Среди них предметные, метапредметные, ИКТ-компетенции, коммуникативные.
На уроках физики робототехнику можно применять для лабораторных, практических работ и опытов, а также для исследовательской проектной деятельности при изучении разделов: «Физика и физические методы изучения природы», «Механические явления», «Тепловые явления», «Электрические и магнитные явления», «Электромагнитные колебания и волны».
Определяют следующие педагогические цели использования робототехники в преподавании физики:
1) демонстрация возможностей робототехники как одного из ключевых направлений научно-технического прогресса;
2) демонстрация роли физики в проектировании и использовании современной техники;
3) повышение качества образовательной деятельности:
- углубление и расширение предметного знания,
- развитие экспериментальных умений и навыков,
- совершенствование знаний в области прикладной физики,
- формирование умений и навыков в сфере технического проектирования, моделирования и конструирования;
4) развитие у детей мотивации изучения предмета, в том числе познавательного интереса;
5) усиление предпрофильной и профильной подготовки учащихся, их ориентация на профессии инженерно-технического профиля.
В связи с появлением новых возможностей в организации учебного процесса с использованием роботов можно выделить следующие компоненты учебного процесса, в которых появляется робототехника:
1. Урочные формы работы: измерения, проектные работы, демонстрационный эксперимент, лабораторные работы, сообщения, практикумы.
2. Элективные курсы, клубная и кружковая формы работы.
3 Исследования, проектная работа, участие в НПК, конкурсах, включая дистанционные и сетевые формы.
Для наиболее полного достижения поставленных целей использования робототехники, роботы в школьном курсе физики должны быть представлены не только как средство практической деятельности школьников, но и как объект теоретического изучения. Большинство датчиков робототехнических наборов, а также исполнительных элементов роботов имеют физические принципы действия, которые изучаются в школьном курсе физики, поэтому, например, при изучении соответствующих тем целесообразно акцентировать внимание на практическое использование законов в современной технической области. Таким образом, можно применить следующая система использования учебных роботов в предметной области физики:
Робот как объект изучения
|
Изучение принципа работы элементной базы робота
|
Датчики, приводы светоиндикация, механические передачи, параметры электрических цепей робототехнического оборудования и др.
|
Роль робота в современных научных исследованиях
|
Космические исследования, исследования глубин, радиационная разведка, исследование микромира и др.
|
Роль робота в проектировании и использовании современной техники
|
Промышленные роботы, роботы на транспорте, использование роботов в экстремальных условиях, медицине, сфере услуг.
|
Робот как средство изучения
|
Робот как средство измерения
|
Использование датчиков базового конструктора и совместимых датчиков (Vernier, HiTechnic и др.) Конструктор используются как измерительная система с обработкой и фиксацией результатов в различных видах.
|
Робот как средство постановки автоматизированного эксперимента
|
Сборка демонстрационных и лабораторных установок из робототехнического оборудования · Интеграция оборудования кабинета физики и робототехнического оборудования
|
Робот как средство моделирования
|
Моделирование промышленных, бытовых, транспортных и других видов устройств; · моделирование явлений природы.
|
Робот как средство творческого проектирования
|
Робот как средство технической модернизации существующих устройств
|
Совместное использование роботов с другими системами, адаптация робота к новым условиям.
|
Проектирование новых роботизированных устройств
|
Проектирование новых видов датчиков и других систем, вымышленных устройств из будущего и др.
|
Можно выделить следующие положительные стороны использования элементов робототехники на уроках, включающих демонстрационный физический эксперимент, а также на лабораторных занятиях по физике:
Обработка результатов измерения физических величин может быть запрограммирована и проведена в автоматическом режиме при выполнении программы.
Исключаются случайные ошибки измерения, связанные с использованием органов чувств человека при измерении: со скоростью реакции человека, глазомером, восприятием событий на слух и т.д.
Непрерывный мониторинг значения физической величины в ходе эксперимента в течение указанного промежутка времени и с регулируемой частотой снятия показаний датчика от единичного измерения за всё время эксперимента до нескольких десятков раз в секунду.
Данные эксперимента выводятся на экран на протяжении всего хода эксперимента в виде численных значений, числовой шкалы с указателем, таблиц значений и графиков функций.
График, полученный в результате эксперимента, а также инструменты для его исследования дают дополнительные возможности для анализа закономерностей физического процесса:
вывод численных данных для любой точки графика;
вывод значений различных интервалов изменения величины за заданный промежуток времени;
определение среднего значения величины за некоторый промежуток времени;
аппроксимация графика;
отображение на координатной плоскости нескольких графиков, полученных в ходе нескольких аналогичных экспериментов.
Кроме названных достоинств можно указать недостатки использования робототехнических комплексов в школьном эксперименте.
Во-первых, экспериментальная установка с применением робота требует предварительной сборки и программирования, что сопровождается затратам времени. Для минимизации временных затрат рекомендуется:
предварительное создание пошаговых инструкций по сборке установки;
создание банка программ, подготовленных для использования на различных установках;
замена некоторых узлов конструкции установки неразборными аналогами;
предварительная сборка установки школьниками до урока (в рамках выполнения индивидуального или группового творческого задания).
Во-вторых, наличие инструментальной погрешности датчиковых систем и необходимость их учёта.
При проведении лабораторных работ с применением робототехники возможен разный уровень сложности выполнения учебных заданий. Данный уровень определяется:
-
степенью участия школьников в сборке и настройке автоматизированного эксперимента:
работа на готовой установке;
самостоятельная сборка и наладка установки, программная настройка датчиков, разработка программы для обработки результатов;
-
уровнем дидактической поддержки учебной работы школьников:
выполнение проекта по инструкции;
выполнение проекта по инструкции с применением конструктивных схем по сборке;
выполнение проекта по инструкции с указаниями по программированию робота;
комбинированный вариант
Возможности применения робототехнических конструкторов в учебном процессе достаточно широки и их реализация требует от учителя методической и технической подготовки. Соотнося задачи школьного образования с перспективами автоматизации и роботизации современного производства, необходимо координировать усилия образовательных учреждений, промышленных предприятий, вузов, органов управления образованием для эффективного развития технического мышления школьников, целенаправленного развития способностей инженерно-технического направления.
Литература:
1.Ершов М. Г. Возможности использования образовательной робототехники в преподавании физики [Текст] / М. Г. Ершов // Проблемы и перспективы развития образования: материалы IV междунар. науч. конф. (г. Пермь, июль 2013 г.). — Пермь: Меркурий, 2013. — С. 81-87.
2.http://informatiki.tgl.net.ru/kopilka/obrazovatelnaja-robototehnika.html
3. Интернет-газета «Лаборатория знаний» издательства БИНОМ. Выпуск 3-4, март-апрель 2015. http://gazeta.lbz.ru/
4. К. А. Вегнер Внедрение основ робототехники в современной школе.
Журнал Вестник Новгородского государственного университета им. Ярослава Мудрого,выпуск№74/том 2/2013
|
