Введение
1 Теоретическое обоснование использования комплекта
программируемых роботов при обучении информатике 8
1.1 История развития робототехники 8
1.2 Оборудование комплекта программируемых роботов при
обучении информатики 12
1.3 Использование комплектов программируемых роботов в
образовательной сфере 24
2 Применение конструкторов Lego Mindstorms на уроках
информатики 32
2.1 Содержание понятия «Дидактический материал» в педагогической литературе, классификация и виды дидактических материалов 32
2.2. Анализ учебной и методической литературы по
использованию комплекта программируемых роботов при обучении информатике 39
2.3. Апробация методических материалов по использованию
конструктора Lego Mindstorms «Алгоритмизация и программирование». 42
Заключение 51
Список используемых источников 53
Приложение A 59
Современную жизнь очень сложно представить без использования механических и робототехнических устройств. Интенсивный переход к автоматизации обуславливает все более глубокое внедрение мехатроники и робототехнических технологий в различные области человеческой деятельности: роботы-пылесосы, роботы-мойщики окон, всевозможные радиоуправляемые игрушки, коптеры, «умный дом».
Слово «робот» (от словацкого слова «rabota» - тяжкий труд, каторга, барщина) вышло из-под пера чешского фантаста Карела Чапека, написавшего в 1920 году пьесу «Р. У. Р.» - «Россумские Универсальные Роботы». Пьеса рассказывает о бунте человекоподобных машин - андроидов. Действие происходит на фабрике, изготавливающей «искусственных людей», выращенных не механическим, а химическим способом из тканей и органов. Первым настоящим аграрным роботом стал Unimate (1961 г.) -
роботизированная рука, использовавшаяся корпорацией General Motors при производстве автомобилей. Итак, робот - это механизм, который можно программировать выполнять разнообразные виды движений, реагировать на внешние раздражители и осуществлять всяческие работы и задания. Действиями робота управляет микропроцессор, который запрограммирован в соответствии с поручением, и который можно перепрограммировать на осуществление нового задания [33]. Машины, которые выполняют только одно задание и не могут быть переобучены, настоящими роботами не являются. Такие устройства называют автоматами (примерами служат микроволновые печи, кофеварки и т.д.).
Слово «robotics» (робототехника) было впервые использовано в печати писателем Айзеком Азимовым в научно-фантастическом рассказе «Лжец», опубликованном в 1941 году. Он же в рассказе «Хоровод» (1942) предложил три закона робототехники - правила поведения для роботов:
1. Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинён вред.
2. Робот должен повиноваться всем приказам, которые даёт человек, кроме тех случаев, когда эти приказы противоречат Первому Закону.
3. Робот должен заботиться о своей безопасности в той мере, в которой это не противоречит Первому или Второму Законам.
Робототехника - это область техники, связанная с разработкой и применением роботов и компьютерных систем управления ими. Робототехника опирается на такие дисциплины, как механика, физика, электроника, математика и информатика [37].
Образовательная робототехника - это новое междисциплинарное направление обучения, интегрирующее знания о физике, мехатронике, технологии, математике, информатике. Образовательная робототехника может служить уникальным инструментом обучения, который помогает сформировать заманчивую для детей учебную среду с практически значимыми и занимательными мероприятиями, подкрепляющими интерес обучающихся к изучаемым предметам [39].
Пока образовательная робототехника распространена в основном в области дополнительного образования, и потому слабо формализована методически. Такое образование зачастую не требует строго прописанных учебных программ. Вместе с тем, классические учебные программы, в условиях дополнительного образования, с использованием роботов становятся неактуальными, поскольку роль учителя меняется. Отсюда следует вывод, что основные усилия должны быть приложены к разработке не столько нового аппаратного или программного обеспечения для занятий образовательной робототехникой, сколько к разработке учебных материалов и программ, где была бы грамотно представлена роль преподавателя.
В сети Интернет можно найти большое количество публикаций об опыте использования средств робототехники в учебном процессе и внеурочной деятельности. Вместе с тем, количество методического материала и учебных пособий по теме применения образовательных конструкторов Lego на уроках информатики, весьма ограниченное.
Робототехника в российском образовании осваивается учащимися в школьных кружках, а также на элективных курсах посредством образовательных конструкторов: Lego WeDo, Lego Mindstorms NXT, Lego Mindstorms EV3, Fischertechnic, Arduino, Roborobo, Bioloid и др. При этом конструктор Lego Mindstorms NXT является наиболее распространённым, поскольку позволяет решать широкий класс задач для школьников разных возрастов (от 7 до 18 лет). В настоящее время, с появлением новых летательных роботов, стали появляться занятия по управлению всевозможными коптерами, которые впоследствии помогут развить профессиональные качества обучающихся. Различные занятия направленны на подготовку «операторов», готовых управлять коптером в разных условиях.
Объект исследования: робототехника в учебном процессе.
Предмет исследования: особенности применения комплекта программируемых роботов при обучении информатике.
Цель дипломной работы: Разработать и апробировать электронное приложение по применению комплекта программируемых роботов при обучении информатике.
Объект, предмет и цель исследования определили его ведущие задачи:
1. Проанализировать учебную и методическую литературу по теме выпускной квалификационной работы;
2. Раскрыть историю развития робототехники и ее место в системе наук;
3. Рассмотреть оборудование для изучения образовательной робототехники;
4. Рассмотреть применение комплекта робототехники на уроках информатики;
5. Разработать электронное приложение и методические рекомендации по применению комплекта программируемых роботов Lego Mindstorms при обучении информатике;
6. Провести апробацию электронного приложения с обучающимися МБОУ «Гимназия» г. Лесосибирска.
Для решения задач использованы следующие методы:
1. Изучение научной и учебно-методической литературы по теме исследования;
2. Сбора эмпирических данных: наблюдение.
Работа состоит из введения, 2 глав, заключения, списка использованных источников и электронного приложения.
Современные требования ФГОС хорошо согласуются с базовыми принципами организации деятельности школьников при работе с робототехническими комплексами. Конструирование, моделирование и программирование роботов отличается высокой степенью творчества, самостоятельности, коммуникации в группе. У обучающихся формируются компетенции, необходимые современному школьнику.
В ходе выполненной работы были решены все поставленные задачи, а именно:
1. Проанализирована учебная и методическая литература по теме выпускной квалификационной работы;
2. Раскрыта история развития робототехники и ее место в системе наук;
3. Рассмотрены возможности наиболее распространенных образовательных конструкторов Lego, Tetrix, Matrix, Fischertechnic, Arduino, Roborobo и Bioloid;
4. Рассмотрено применение комплекта робототехники на уроках информатики;
5. Разработан электронный ресурс для уроков информатики с использованием образовательных конструкторов Lego по различным темам раздела «Алгоритмизация и программирование», в том числе по темам: «Математические функции при записи арифметического выражения», «Алгоритмы работы с величинами: типы данных, ввод и вывод данных. Присваивание» и др.;
6. Проведена апробация методических разработок по использованию конструктора Lego Education EV3, Lego Education NXT на уроках информатики по различным темам раздела «Алгоритмизация и программирование».
Анализ результатов апробации показывает, что программируемые образовательные робототехнические устройства целесообразно использовать в средних и старших классах, тогда робот может быть использован на уроках информатики как исполнитель. В таком случае он будет является частью практики. Используя наборы, обучающиеся будут гораздо быстрее усваивать материал, даваемый на предмете информатики, в особенности быстрее разбираться в теме «алгоритмизация и программирование».
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
