Рекомендации по проведению кружка по робототехнике

Автор: Миллер А.В., Гимназия № 42, г. Барнаул antomiller@yandex.ru

В настоящее время в образовании происходит ряд изменений, появляются новые стандарты, а как следствие этого новые предметы и новые средства обучения. Одним из таких средств является программируемый робот. С помощью него можно решать задачи, получая информацию из окружающей среды, робота можно сделать «похожим» на человека. Используя данное средство обучения можно улучшить качество образовательного процесса, повысить интерес учащихся к обучению в целом и к отдельным предметам, тесно связанным с робототехникой. В этой статье я хочу рассказать о проведении кружка по робототехнике: о том, кто может стать участником кружка, что можно изучать на занятиях, и какие есть перспективы в изучении данного направления.

Я буду говорить о кружке по робототехнике, подразумевая обучение на данном кружке программированию робота Lego Mindstorms NXT. Конечно, для успешного участия школьников в различных конкурсах и олимпиадах понадобятся и навыки конструирования, но я на этом останавливаться не буду.

Участниками кружка могут стать учащиеся школы всех возрастных категорий. Разница между этими возрастами заключается в представлении материала на кружке, ходе объяснения материала и подборке заданий.

Когда мы говорим о том, что будет работать кружок по робототехнике, то появляется масса желающих, причем большинство этих желающих являются учениками начальных классов  и среднего звена. Почему так?

Учащимся начальной школы очень интересно конструировать, придумывать различные модели, они, в основной массе, даже не подразумевают, что на этих занятиях они приобретут базу для программирования в старшей школе, научатся управлять роботом.  При создании различных конструкций учащиеся реализуют свои творческие способности, тренируют пространственное мышление. Но для того, чтобы конструкция стала функциональной, обладала большим набором полезных «качеств», необходимо научиться управлять ей. На данном этапе у учащихся появляется потребность в программировании, приходит осознание того, что без навыков программирования нельзя управлять роботом. А зная программирование, можно создавать модели, которые являются более интересными, сложными, похожими на настоящие «машины» современного мира и производства.

Для учащихся среднего звена робот интересен уже как исполнитель. Робот воспринимается учащимися не как игрушка, а как управляемая модель конструктора.

Для привлечения учащихся старшего звена необходимо продемонстрировать возможности «серьезного» программирования робота с помощью различных языков. В данном  возрасте учащиеся могут управлять роботом и с помощью текстовых языков программирования, что позволяет значительно сократить код программы, сэкономить память робота и увеличить быстродействие программы. С учащимися этой возрастной категории можно программировать робота на таких языках, как Java, RobotC, NXC.

Хотелось бы обозначить еще одно направление робототехники, которое может быть реализовано в младших классах начальной школы. Это занятия с использованием набора Lego Wedo. Данный робот разработан специально для младших школьников, он также может быть сконструирован и запрограммирован различными способами.

Начиная со старших школьников начальной школы можно заниматься программированием и конструированием робота Lego Mindstorms NXT. На кружке, в зависимости от количества часов в неделю, можно изучать основные особенности робота, заложить основы программирования, познакомиться с олимпиадными заданиями  по робототехнике и дополнительными возможностями робота.

Итак, робототехникой может заниматься школьник любого возраста. Далее я приведу пример тематического планирования для кружка по робототехнике в 3 классе. Данное планирование рассчитано на изучение робототехники один час в неделю.

Календарно-тематическое планирование для 3 класса на 2012 - 2013 учебный год.

№ занятия

Тема занятия

Количество часов

Раздел 1. Основные понятия

1

Информация, информатика, робототехника, автоматы.

1

2-3

Понятие «Робот». Знакомство с набором Lego Minstorms и его комплектующими. Сборка простейшей конструкции робота.

2

Раздел 2. Программирование стартовой конструкции робота

4

Знакомство со средой программирования NXT. Знакомство с понятием линейной программы.

1

5-8

Движение робота по заданной траектории. Использование линейных программ.

4

9

Условие. Реализация условия в среде программирования NXT.

1

10-13

Движение робота по заданной траектории с применением условия.

4

14

Цикл. Реализация цикла в среде программирования NXT.

1

15-18

Движение робота по заданной траектории с применением циклов.

4

Раздел 3. Работа с цветовым сенсором

19

Цветовой сенсор. Установка сенсора на робота и знакомство с принципом работы сенсора цвета.

1

20-23

Решение задач с применением цветового сенсора (линейные задачи и задачи на ветвление).

4

24-29

Цветовой сенсор. Решение задач с применением цветового сенсора (циклические задачи).

6

30-35

Решение и разбор олимпиадных задач.

6

 

Данное планирование не является универсальным, так как, занимаясь робототехникой один час в неделю, можно познакомиться только с некоторыми особенностями робота. Если кружок проводится по два часа в неделю, то к этому планированию можно добавить следующие направления:

№ занятия

Тема занятия

Количество часов

Раздел 4. Работа с сенсором ультразвука

36

Сенсор ультразвука. Установка сенсора на робота и знакомство с принципом работы ультразвукового сенсора

1

37-40

Решение задач с применением ультразвукового сенсора (линейные задачи и задачи на ветвление).

4

41-46

Ультразвуковой сенсор. Решение задач с применением сенсора ультразвука (циклические задачи).

6

47-53

Решение и разбор олимпиадных задач.

7

Раздел 5. Работа с сенсором касания

54

Сенсор касания. Установка сенсора на робота и знакомство с принципом работы сенсора касания.

1

55-58

Решение задач с применением сенсора касания (линейные задачи и задачи на ветвление).

4

59-64

Сенсор касания. Решение задач с применением сенсора касания (циклические задачи).

6

65-70

Решение и разбор олимпиадных задач.

6

 

Если в наборе есть сенсор аудио, то можно построить изучение данного сенсора по такому же принципу. Также можно включить в изучение вывода информации на дисплей робота. Решение данных задач вызывает у школьников большой интерес, но при решении олимпиадных заданий используется редко. Таким образом, проводя кружок по робототехнике хотя бы два часа в неделю, можно достойно подготовить учащихся к соревнованиям по робототехнике на уровне школы, района, края. Если мы говорим о соревнованиях более высокого уровня, то занятия должны проводиться практически каждый день.

Возвращаюсь к кружку по робототехнике, но говорю теперь о старших школьниках. Можно проводить занятия по тому же самому планированию, только программировать робота не с помощью NXT-G, а на текстовых языках программирования, таких как Java, RobotC, NXC. На данных занятиях большее внимание придется уделить особенностям самого языка, так как с особенностями робота учащиеся уже знакомы.

Если мы говорим о перспективах направления робототехника, то мы подразумеваем робота не только как исполнителя при решении различных задач, но и как универсальную систему для сбора данных из окружающей среды. Дело в том, что к роботу Lego Mindstorms NXT можно подключать не только датчики, входящие в стандартный набор. К роботу может подключаться дополнительный набор датчиков, используя который возможности робота значительно увеличиваются. Например, появляется возможность измерять температуру окружающей среды, давление, освещенность, магнитное поле, силу тока, напряжение. Используя такие датчики можно применять робота на таких предметах, как физика, химия, биология. Грамотное применение данных датчиков возможно, если учащиеся понимают принцип работы датчика и могут грамотно запрограммировать робота, чтобы правильно снять показания с датчика. Таким образом, мы снова сталкиваемся с необходимостью обучения учащихся программированию.

Таким образом, педагог, имея необходимое оборудование, может построить непрерывную модель обучения робототехнике в школе. С первоклассниками изучаем особенности работы Lego Wedo, далее Lego Mindstorms NXT и его программирование на языке NXT-G, далее можно программировать на различных текстовых языках и расширять возможности робота с помощью различных датчиков. Таким образом, можно вовлечь в процесс обучения с помощью роботов не только учащихся, но и учителей различных предметов. А выпускники, активно участвующие в различных мероприятиях, связанных с робототехникой, будут иметь большой багаж знаний не только по программированию, но и по физике, конструированию, химии и другим предметам.


http://robot.uni-altai.ru/metodichka/publikacii/rekomendacii-po-provedeniyu-kruzhka-po-robototehnike-0