Программа дистанционного образовательного курса «Конструирование, программирование и испытания виртуальных роботов»

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДЕТСКИЙ ТЕХНОПАРК «кВАНТОРИУМ»

Дополнительная общеобразовательная общеразвивающая программа

технической направленности

«Конструирование, программирование и испытания виртуальных роботов»

Для обучающихся: 12-15лет

Срок реализации: 54 учебных часа

Автор-составитель:

Тендит Татьяна Николаевна,

педагог дополнительного образования

МБОУ ДО Кванториум

г. Комсомольск-на-Амуре

2020 г.

Информационная карта программы

Содержание

Пояснительная записка

Интенсивное использование роботов в быту и на производстве, требует, чтобы пользователи обладали современными знаниями в области управления роботами и автоматизированными системами, что позволит развивать новые, умные, безопасные и более продвинутые автоматизированные системы. Робототехника в образовании — это организация междисциплинарных занятий, интегрирующих в себе науку, технологию, инженерное дело, математику, основанные на активном обучении учащихся. Робототехника играет очень важную роль в дополнительном образовании детей, так как оно решает одну из главных проблем в России, это недостаточная обеспеченность инженерными кадрами.

Дополнительная общеразвивающая программа имееттехническую направленность, прививает интерес учащихся к области робототехники и автоматизированных систем, обладает целым рядом возможностей и способствует популяризации профессии инженер.

Актуальностьпрограммы заключается в том, что она направлена на развитие логического и инженерно-технического мышления личности посредством современных технологий и методов обучения.

На Дальнем Востоке расположено много производственных предприятий различных направлений: машиностроительные, фармакологические, сельскохозяйственные, пищевого спектра и др. В настоящее время работа всех предприятий строится на использование автоматизированных систем управления и промышленных роботов. Робототехника — это та часть инженерно-технического образования, которое позволит обучающимся в будущем с легкостью освоить профессию инженера для обслуживания оборудования современных производственных предприятий. Современные робототехнические наборы для изучения образовательной робототехники позволяют изучить основы физических и программных принципов и научится решать технические задачи, которые лежат в основе современных конструкций и устройств.

Новизна данной общеразвивающей программы заключается в том, что работа по ней основана на дистанционных системах обучения. В данной программе используется поэтапный метод обучения. То есть постепенное усложнение занятий от простого конструирования до программирования и испытания роботов с использованием программных средств.

Педагогическая целесообразность обучения по данной образовательной программе заключается в том, что представленные в ней с современные позиции теоретические и практические вопросы, значительно повышают подготовку учащихся к самостоятельному творческому конструированию, различных автоматических устройств.

Цель программы: формирование научно-технического и творческого мышления обучающихся через развитие навыков lego-конструирования и программирования.

Основные задачи:

1. Образовательные:

• знакомство с основными принципами моделирования роботов Lego с помощью программы трехмерного моделирования;

• знакомство с основными принципами программирования и тестирования роботов в виртуальной среде TRIKStudio;

• развитие у учащихся инженерного мышления, навыков конструирования, программирования и эффективного использования автоматизированных систем.

1. Развивающие:

• развитие алгоритмического, логического и инженерно-технологического мышления;

• развитие познавательного интереса, интеллектуальных и творческих способностей, профессионального самоопределения путем освоения робототехнических устройств.

1. Воспитательные:

• воспитание чувства личной ответственности;

• формирование потребности в творческом и познавательном досуге.

Отличительной особенностью данной образовательной программы от уже существующих является то, что работа по программе основана использовании дистанционных технологий.

Адресат программы. Программа рассчитана на обучение детей 12-15 лет (5-8 класс), не имеющих начальные знания, умения и навыков в области робототехники.

Особенности организации образовательного процесса.Набор объединение «Робоквантум» свободный. Социально-педагогическое значение программы заключается в том, что обучение проходят дети с разным уровнем возможностей. Учебные группы формируются из детей указанного возраста, состав группы постоянный.

Форма обучения.Форма обучения заочная.

Количество обучающихся в группе - 8-10 человек.

Объем и срок освоения программы. Программа рассчитана на 54 учебных часа.

Режим занятий, периодичность и продолжительность занятий.

Учебный курс рассчитан на 54 учебных часа, занятия проводятся 4 раза в неделю по 3 учебных часа каждое с перерывом 20 минут.

Учебный план

Содержание учебного плана

I. Знакомство с программой трехмерного моделирования

LegoDigitalDesigner (15 ч)

1. Интерфейс программы. (3 ч.).

Основы робототехники, инструменты создания роботов (1 ч.).

Практическая работа: 1. Конструирование гоночного автомобиля (2 ч).

1. Простые конструкции Lego (3 ч.).

Детали конструктора. Виды подвижных и неподвижных соединений (1 ч.).

Практическая работа: 1. Конструирование мотоцикла (2 ч).

3. Конструирование на основе LegoTechnik (3 ч.).

Виды передаточных механизмов и их технические характеристики (1 ч).

Практическая работа: 1. Конструирование тягача на электромоторе (2 ч).

4. Конструирование на основе LegoMindstormsEV3 (6 ч.).

Детали конструктора LegoMindstormsEV3, гусеничная основа, датчики (1 ч).

Практическая работа: 1. Конструирование базовой тележки. Конструирование робота на гусеничном ходу. Конструирование шлагбаума (5 ч).

II. Знакомство с программой виртуального программирования и тестирования роботов TRIK Studio (30 ч.).

1. Интерфейс программы (3 ч.).

ИнструментарийTRIKStudio. Простые движения робота. Тайминговый контроль (1 ч).

Практическая работа: 1. Простые движения робота (2 ч).

2. Движения робота по энкодерам (3 ч.).

Понятие энкодер, принцип работы.

Практическая работа: 1. Программирование движения робота по зигзагу (2 ч).

3. Разработка программы для робота Чертежника (6 ч).

Знакомство регламентом. Этапы программирования. Свойства командных блоков (1 ч.).

Практическая работа: 1. Программирование и отладка программа для робота (5 ч).

4. Алгоритмические конструкции (9 ч.).

Алгоритмические конструкции: условие, множественный выбор, цикл (2 ч.)

Практическая работа:1. Программа создания фрактала. Программа определения цветов. Движение робота в замкнутом пространстве (7 ч.).

5. Программирование сенсорной системы (9 ч.).

Принципы работы ультразвукового и света. Особенности программирования сенсеров (2 ч.).

Практическая работа:1. Программирование ультразвукового датчика. Программирование датчика света. Движение робота по траектории (7 ч.).

III. Соревновательная робототехника (9 ч.).

1. Разработка конструкции робота (3 ч.).

Знакомство с регламентом. Конструктивные особенности робота (1 ч.).

Практическая работа:1. Конструирование робота (2 ч).

2. Программирование робота (3 ч.).

Практическая работа:1. Программирование робота и отладка программы (3 ч).

3. Соревнования (3 ч.).

Практическая работа:1. Соревнования. Тестирование (3 ч).

Планируемые результаты

Пройдя курс дополнительной общеразвивающей программы «Конструирование, программирование и испытание виртуальных роботов», учащиеся получат начальные знания, связанные с понятиями автоматизация, автоматизированные системы и их программирование.

Дополнительная общеразвивающая программа направлена на достижение обучающимися различных результатов:

знать:

• конструктивные особенности legoроботов;

• основные алгоритмические структуры;

• приемы работы с программами LegoDigitalDesignerи TRIK Studio;

уметь:

• проводить сборку конструкции предложенным инструкциям;

• творчески подходить к решению творческих задач, доводить решение до работающей модели;

• программировать робота;

softкомпетенции:

• принимать и сохранять учебную задачу; 

• планировать учебное сотрудничество с педагогом и сверстниками — определять цели, функций участников, способов взаимодействия;

hardкомпетенции:

• разрабатывать алгоритмы управления роботом;

• осуществлять итоговый и пошаговый контроль по результату;

• воспринимать оценку педагога;

• проявлять инициативу в творческом конструировании.

В учебном процессе сочетаются традиционные методы обучения и педагогические инновации, что значительно повышает эффективность обучения учащихся с разноуровневой подготовкой. На занятиях активно применяются кейс технологии.

Способами определения результатов являются:

• тестирование.

Основнымиформами подведения итогов реализации дополнительной общеразвивающей программы «Конструирование, программирование и испытание виртуальных роботов» являются:

• on-lineсоревнования.

По итогам успешного обучения выдаются свидетельства установленного образца.

Условия реализации программы

Материально-техническое обеспечение

Для осуществления образовательного процесса при реализации дополнительной общеразвивающей необходимо следующееметодическое, ресурсное обеспечение:

1. Программа трёхмерного моделирования LegoDigitalDesigner.

2. Программа виртуального программирования и тестирования роботов TRIKStudio.

3. Ноутбук, колонки.

Методическое обеспечение

Программа «Конструирование, программирование и испытание виртуальных роботов» строится на следующих теоретико-методологических основах:

• теоретические основы образовательной робототехникиавторов: В.Н. Халамов, Т.И. Аленина, Ю.В. Смирнова;

• кейс технологии (Ступина С.Б., Юлдашев З.Ю., Брянский Г.А., Козлова О.В.);

На занятиях используются различные формы и методы организации образовательного процесса:

• фронтальные (лекция, проверочная работа);

• групповые (решение кейсов, соревнования,);

• индивидуальные (инструктаж, разбор ошибок).

Технология индивидуального обучения в содержание программы предусмотрена использованием дистанционных форм обучения. В открытом образовательном пространстве учащийся выстраивает индивидуальную образовательную траекторию. Формы подбора и структурирования содержания дистанционного образования позволяют использовать данные, у которых нет единого информационного источника, что значительно расширяет потенциальную образовательную среду.

В процессе теоретического обучения обучающиеся знакомятся с назначением, структурой и устройством роботов, с технологическими основами сборки и монтажа, основами программирования, средствами отображения информации. В ходе практической работы обучающиеся решают три базисные задачи роботостроения: проектирование, конструирование, программирование.

Алгоритм учебного занятия можно представить в виде последовательности следующих этапов:

1 этап – организационный, задача которого состоит в подготовке обучающихся к работе на занятии: организация начала занятия, создание психологического настроя на учебную деятельность и активизация внимания, целеполагание, формулирование задач;

2 этап – проверочный, задачами которого является определение уровня освоение учебного материала прошлых занятий, выявление пробелов и их коррекция;

3 этап - подготовительный, задачей которого является подготовка к восприятию нового материала;

4 этап - основной, задачами которого являются освоение новых знаний и умений.

5 этап – итоговый, состоит в анализе и оценке успешности достижения цели, а также планирования перспектив последующей работ;

6 этап – рефлексивный, задачей которого является мобилизация детей на самооценку.

Тип взаимодействия обучающихся с педагогом творческий, где ребенок не ищет готовых решений от взрослого, он инициирует сотрудничество, четко ставя теоретические и практические вопросы, в решение которых нужна помощь педагога.

Список литературы для педагога

1. Иванов, А. А. Основы робототехники / А.А. Иванов. - М.: Форум, 2012.

2. Копосов Д. Г. Первый шаг в робототехнику. Практикум для 5-6 классов\ Д. Г. Копосов. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012

3. Овсяницкая Л.Ю., Овсяницкий А.Д., Овсяницкий Д.Н. Курс программирования робота EV3 в среде Lego Mindstorms EV3/ Овсяницкая Л.Ю., Овсяницкий А.Д., Овсяницкий Д.Н- Москва : Издательство «Перо», 2016.

2. Предко, М. 123 эксперимента по робототехнике / М. Предко. - М.: НТ Пресс, 2006.

3. Тарапата В.В., Саылкина Н.Н. Робототехника в школе. Методика, программы, проекты./ Тарапата В.В., Саылкина Н.Н. – Бином. Лаборатория знаний, 2017.

4. Филиппов, С. А. Робототехника для детей и родителей / С.А. Филиппов. - Л.: Наука, 2013.

5. Юревич, Е. И. Основы робототехники (+ CD-ROM) / Е.И. Юревич. - М.: БХВ-Петербург, 2010.

Интернет источники

1. http://nnxt.blogspot.ru/2010/11/blog-post_21.html

2. http://www.edu.holit.ua/index.php?option=com_content&view= category&layout=blog&id=72&Itemid=159〈=ru

3. http://learning.9151394.ru/course/view.php?id=280#program_blocks

4. http://www.nxtprograms.com/index2.html

5. http://service.lego.com/en-us/helptopics/?questionid=2655

6. http://www.prorobot.ru/lego.php

Список литературы для обучающихся и родителей

1. Валуев А.А. Конструируем роботов LegoMindstormsEV3. Робочист спешит на помощь. / Валуев А.А. - Лаборатория знаний, 2017

2. Валуев А.А. Конструируем роботов LegoMindstormsEV3. Робот шпион. / Валуев А.А. - Лаборатория знаний, 2017

3. Зайцева Н.Н. Конструируем роботов LegoMindstormsEV3. Человек – всему мера?/ Зайцева Н.Н. - Лаборатория знаний, 2017

4. Стрехова М.А. Конструируем роботов LegoMindstormsEV3. Секрет ткацкого станка./ Стрехова М.А. - Лаборатория знаний, 2017

5. Тарапата В.В. Конструируем роботов LegoMindstormsEV3. Домашний кассир./ Тарапата В.В. – Лаборатория знаний, 2017

Интернет источники

1. http://nau-ra.ru/catalog/robot

2. http://www.239.ru/robot

3. http://www.russianrobotics.ru/actions/actions_92.html

4. http://habrahabr.ru/company/innopolis_university/blog/210906/

5. http://www.slideshare.net/odezia/2014-39493928

6. http://www.slideshare.net/odezia/ss-40220681

7. http://www.slideshare.net/odezia/180914-39396539

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/446009-programma-distancionnogo-obrazovatelnogo-kurs