Образовательная и соревновательная робототехника в условиях реализации ФГОС для детей 6–7 лет

Кузьмина Маргарита Витальевна
Образовательная и соревновательная робототехника в условиях реализации ФГОС для детей 6–7 лет

Учебно-методическое пособие, 2-е издание, г. Киров

Автор-составитель и научный редактор: Кузьмина М. В., канд. пед. наук, доцент кафедры предметных областей КОГОАУ ДПО «ИРО Кировской области».

Рецензенты: Пивоваров А. А., канд. пед. наук, старший методист ИМЦ КОГОАУ ДПО «ИРО Кировской области», Лежепёкова О. Л., канд. пед. наук, учитель физики МБОУ СОШ № 18 г. Кирова.

Публикация «Образовательная и соревновательная робототехника в условиях реализации ФГОС для детей 6–7 лет» размещена в разделах

• Подготовительная группа
• Роботы и робототехника. Программирование
• ФГОС. Внедрение и реализация
• Темочки

Пособие включает методические рекомендации, дидактические материалы, примеры проектов, описания занятий и технологические карты уроков с применением образовательной робототехники. Материалы пособия разработаны с учетом работы экспериментальной площадки ФГАУ ФИРО по теме «Интеграция робототехники и медиаобразования как ресурс формирования метапредметных компетенций в образовательном кластере «Детский сад – школа – ВУЗ – предприятие», Ресурсного центра

робототехники (РЦР) в ИРО Кировской области, творческой лаборатории

по теме «Образовательная и соревновательная робототехника в условиях

реализации ФГОС».

Оглавление

Введение. 6

Образовательная робототехника в современном обществе, Кузьмина М. В.. 7

Методические рекомендации по организации и проведению в условиях

дошкольного образовательного учреждения занятий по робототехнике с

конструкторами LegoWeDo 9580, Байбородова Н. Л. 30

Алгоритм проведения занятия по робототехнике в условиях дошкольной

образовательной организации, Байбородова Н. Л.. 32

Технологическая карта занятия по робототехнике для детей старшего

дошкольного возраст (6-7 лет, Байбородова Н. Л.. 33

Из опыта работы педагогов МОАУ ЛИнТех № 28 города Кирова с

конструкторами HUNA-MRT, Безденежных Л. П., Кузнецова Е. В. 39

История робототехники, Береснева А. Ю.. 41

Технологическая карта урока «История робототехники», Береснева А. Ю. 43

Методическая разработка для проведения олимпиады по робототехнике среди

учащихся 1-3 классов на базе конструктора Лего WeDo 2.0, Вотинцева М. Л. ,

Ренжина А. А. 46

Технологическая карта урока по робототехнике на тему «Применение зубчатой

и ременной передач при проектировании модели Дракон», Вотинцева М. Л.,

Шалагинова Н. В. 54

Расчет балластного резистора к светодиоду, Гребенкин А. В.. 71

Примерный план рабочей программы для элективного курса по Arduino,

Домнина Л. М., Чиркова А. В.. 79

Варианты использования наборов робототехнических конструкторов ЛАРТ в

образовательном процессе, Зырянова В. В.. 80

Конкурс для юных изобретателей в рамках движения «WorldSkills»,

Киселев А. Г. 82

Методические рекомендации по применению роботов, Лицуков Р. Л. 93

Из опыта преподавания робототехники в МБОУ СОШ № 45 им. А. П. Гайдара,

Нестерова Е. О.. 98

Внедрение курса робототехники в образовательный процесс МБОУ СОШ № 54

города Кирова, Савельева Е. Н. 100

Проект «Домашняя метеостанция», Савельева Е. Н. 107

Особенности работы с детьми дошкольного возраста на занятиях по

робототехнике, Семёнова И. В. 115

Возможности образовательных квестов при изучении информатики,

Скурихина Ю. А. 118

Первые шаги в робототехнику, или Как организовать работу кружка, не имея

конструктора, Слесарева И. В.. 130

Из опыта преподавания робототехники в МКОУ «Центр образования

им. А. Некрасова» г. Кирово-Чепецка, Слободчикова Е. А.. 134

Робототехнический конструктор СкАРТ 3 как современное средство обучения

образовательной робототехнике в школе, Солкин М. 140

Технология взаимного обучения в Лицее как способ повышения эффективности робототехники в условиях реализации ФГОС, Солкин М. С. 147

Методика развития дивергентного мышления, Толстобова Т. П. 151

Бинарный урок информатики и физики: Линейные алгоритмы и колебательные

движения для проектирования движений робожука, Чиркова А. В. 155

Образовательная робототехника в современном медиатизированном

обществе занимает вполне определенное и очень важное место. С одной

стороны, развитие отечественной образовательной робототехники

ориентировано на реализацию потребностей современного информационного

общества, с другой стороны, национальная технологическая инициатива,

направленная на глобальные изменения в обществе, связанные с привлечением внимания молодого поколения к развитию инженерных специальностей, способствует развитию образовательной робототехники.

Нужно понимать, что, рассматривая вопросы развития образовательной

робототехники, обеспечения безопасности новых технологий, организационные и институциональные вопросы реализации научно-промышленной политики, мы в то же время ориентируемся на обеспечение технологического паритета России с другими странами – технологическими лидерами. В ситуации перехода нашей страны от индустриального к постиндустриальному информационному обществу возникают новые вызовы в

системе образования и социализации человека. Актуальными становятся такие изменения в организации образования, которые обеспечивали бы способность человека включаться в общественно важные и экономические процессы. Все острее встает задача общественного понимания необходимости

дополнительного образования как открытого вариативного образования и его

миссии наиболее полного обеспечения права человека на развитие и свободный выбор различных видов деятельности, в которых происходит личностное и профессиональное самоопределение детей и подростов.

Ориентируясь на потребность в развитии новых отечественных

технологий, экономический и индустриальный рост, необходимо

сконцентрироваться на важнейших для мировой индустрии направлениях, в

которых с высокой вероятностью может быть обеспечена глобальная

технологическая конкурентоспособность России.

В числе таких направлений «Стратегия развития отрасли информационных

технологий в РФ на 2014-2020 гг. и на перспективу до 2025 г.», которая

рассматривает робототехнику; квантовые и оптические технологии; машинное

обучение; человеко-машинное взаимодействие; обработку больших данных;

безопасность в информационном обществе; новые алгоритмы и технологии в

машинном обучении, системах поиска, распознавания, машинного перевода;

исследования и разработки в фотонике, нанофотонике, в области

метаматериалов; новые алгоритмы взаимодействия робототехнических

комплексов и человека; новые человеко-машинные интерфейсы, включая новые методы использования жестов, зрения, голосовых интерфейсов для управления компьютерными и робототехническими системами; новые нейрокогнитивные технологии, методы, инфраструктурные решения и программное обеспечение для дополненной реальности; новые программные средства и устройства, повышающие социальную адаптацию людей с ограниченными возможностями; методы роботизации и автоматизации производств, программные технологии поддержки принятия решений в реальном времени с элементами искусственного интеллекта и др. В условиях реализации требований Федеральных государственных образовательных стандартов обозначенные направления задают актуальные векторы развития образовательной робототехники. Сегодня образовательная робототехника активно внедряется в школах, и вопрос «нужна ли она?» уже не стоит. Насущными остаются другие вопросы, которые мы рассмотрели в пособии. Но самая главная задача: показать, что учить и учиться по-новому, – это очень интересно и взрослым, и детям!

Мир, в котором мы живем, меняется просто стремительно. Гигантские

жилые комплексы, супермаркеты, «умные» машины, роботизированные

производства и множество интеллектуальных сервисов стали обычными в нашей жизни. Автоматы и промышленные роботы заменяют человека в сложных технических производствах.

Современный мир составляют системы искусственных технических предметов и сооружений, которые изготавливаются, используются человеком и

преобладают в его окружении. Появился новый термин, который обозначает

такое состояние общества, – техносфера. Человек должен научиться

ориентироваться в составляющих техносферы. Это предопределяет качество его жизни и деятельности. Плюс ко всему, робототехнические решения становятся все более востребованными и распространенными, а области их применения расширяются. Уже сейчас можно выделить следующие категории роботов : промышленные (роботизированные станки, военные (беспилотники, радиоуправляемые боевые машины, саперы, бытовые (капсульные кофемашины, «умные» пылесосы, медицинские, транспортные (автономные роботы на складе Amazon, морские, сервисные (беспилотные морские суда, помощники в аэропортах, экзоскелеты (расширение возможностей человеческого тела, восстановление утраченных функций опорно-двигательного аппарата, человекоподобные (Asimo компании Honda, шагающие, космические (луноходы, марсоходы, зонды). Все достижения современного цифрового века связаны со следующими процессами:

- высокой автоматизацией промышленного производства;

- доступностью сетевых сервисов, информационных продуктов;

- расширением взаимосвязи между технологическими отраслями за счет

использования телекоммуникационных решений;

- появлением «умных» домов, машин, офисных пространств и пр. ;

- значительным уменьшением размеров цифровых устройств при увеличении их возможностей.

Современный школьник воспринимает изменения как обыденные явления,

это его обычный мир, он легко в нем ориентируется, принимает новые форматы взаимодействия естественно. Появился новый тип обучающихся – социально вовлеченных, мотивированных и целеустремленных. Этот факт системе образования надо использовать для всеобщей пользы. Предложить школьникам новый тип взаимоотношений в процессе обучения: сотрудничество, неформальное взаимодействие и исследовательские проекты. Получаемый опыт исследователя является самым ценным личным достижением каждого обучающегося! Каждый обучающийся имеет право на успех!

Когда учителю самому интересно узнавать новое – обучающемуся тоже

будет интересно взаимодействовать с учителем. Не стоит бояться, что не хватит знаний, «нельзя объять необъятное», но попробовать-то можно! Погружение в роботоAVR – семейство восьмибитных микроконтроллеров фирмы Atmel – сильная мотивация для всех. Для этого требуются средства: видеоклипы, презентации, дополненная реальность, репортажи с конкурсов, интервью школьников. В новой информационной образовательной среде меняется все : содержание образования, способ его получения и результат.

Знания робототехники открывают перед сегодняшними школьниками

новые профессии техносферы. Большинство профессий связаны с влиянием

информационных технологий на все сферы деятельности человека. Одно из

популярных направлений ИТ-сферы – это роботизированные технологические

комплексы. Чем раньше обучающийся познакомится и погрузится в новую

деятельность, тем легче ему будет профессионально сориентироваться.

С чего и когда можно начать изучать робототехнику?

Варианты разные: с истории робототехники или с современности,

например, познакомиться с разнообразными новыми изобретениями и даже

создать глоссарий. Автомат – робот, действующий по жестко заданной программе и имеющий возможность задания параметров работы без возможности изменения самой программы. Инженерное мышление – это специальное, профессиональное мышление, направленное на разработку, создание и эксплуатацию новой высокопроизводительной, надёжной, безопасной и эстетической техники, на разработку и внедрение прогрессивной технологии, на повышение качества продукции и уровня организации производства. Инженерное образование – это процесс и результат целенаправленного формирования у выпускника определенных знаний и умений, а также комплексная подготовка специалистов в области техники и технологии к инновационной инженерной деятельности.

Квадрокоптер – летательный аппарат, оснащенный четырьмя несущими

винтами, контролируемый с помощью пульта дистанционного управления.

Кванториум (детский технопарк) – это площадка, оснащенная

высокотехнологичным оборудованием, нацеленная на подготовку новых

высококвалифицированных инженерных кадров, разработку, тестирование и

внедрение инновационных технологий и идей.

Механизм развития инженерного мышления – реализация процессов

мышления нестандартно решать задачи, критически относиться к результатам

своей деятельности, искать новые пути решения проблемы, стремиться к

автоматизации и оптимизации своего труда путем проектирования и

моделирования изучаемых систем.

Робот – автоматическое устройство, выполняющее некоторые операции

по заранее заданной программе, которое может реагировать на внешние

воздействия. Робототехника – это область техники, связанная с разработкой и

применением роботов и компьютерных систем управления.

Образовательная робототехника - качественно новая область робототехники, позволяющая приступить к роботостроению «с нуля» и получить первые результаты очень быстро, что является первостепенно важным для обучающегося. Мы ответим на вопрос «Что такое образовательная

робототехника?». Действительно, робототехнику в школе можно разделить на три вида: образовательная; спортивная (соревновательная); творческая.

Самой развитой в нашей стране сегодня остается спортивная

робототехника. Она решает олимпиадные задачи. Например, классическая

свободная категория всероссийского этапа WRO 4 включает в себя троеборье:

Лабиринт – прохождение автономным роботом произвольного лабиринта.

Манипулятор – сборка робота-манипулятора, способного переставлять и сортировать объекты.

Траектория – езда мобильного робота по заданной траектории. Помимо того, что робот должен решить поставленную задачу, ему необходимо завершить все операции за кратчайшее время.

Спортивная робототехника получила широкое развитие из-за понятного

формата олимпиады и необходимости демонстрации своих достижений теми

обучающимися, которые увлеклись робототехникой в школьных кружках или

домах технического творчества. Однако всем известно, что дети, участвующие в олимпиаде, – это далеко не все дети. А речь идет все же о том, чтобы все обучающиеся могли заниматься робототехникой и применять ее в своей повседневной жизни. Самой развитой в нашей стране сегодня остается спортивная робототехника. Она решает олимпиадные задачи. Например, классическая свободная категория всероссийского этапа Всемирной олимпиады роботов WRO (от англ. World Robot Olympiad) включает в себя троеборье:

Лабиринт – прохождение автономным роботом произвольного лабиринта.

Манипулятор – сборка робота-манипулятора, способного переставлять и сортировать объекты.

Траектория – езда мобильного робота по заданной траектории. Помимо того, что робот должен решить поставленную задачу, ему необходимо завершить все операции за кратчайшее время. Сайт олимпиады https://robolymp.ru.

Всероссийская робототехническая олимпиада (ВРО) – это командная

проектная олимпиада по программированию интеллектуальных

робототехнических систем для школьников и студентов. Организатором ВРО

выступает Университет Иннополис, расположенный в новом IT-городе -

Иннополис. ВРО стремится следовать актуальным трендам и предлагает несколько профилей для участия. Команда участников программирует робота (сделанного самостоятельно) на автономное выполнение задания в различных условиях. Сезон ВРО начинается с объявления заданий и совпадает с учебным годом, а финал проводится в начале лета. Чтобы попасть на финал, команды проходят региональный отбор, который проводится более чем в 45 регионах России. В рамках ВРО организуются соревнования Всемирной олимпиады роботов WRO.

«РобоФест» – крупнейший в Европе и один из крупнейших в мире фестивалей, ежегодно собирающий лучших участников научно-технического творчества в возрасте от 6 до 30 лет, которые представляют свои уникальные разработки. Идея его проведения родилась у Олега Дерипаска в 2007 г. при посещении Североамериканских всемирных соревнований роботов FIRST (For Inspiration and Recognition of Science and Technology – «Развитие и поощрение интереса к науке и технике»). В России в то время не было единой программы поддержки робототехники и инженерных специальностей. При этом наша страна всегда была знаменита своими физиками, математиками, изобретателями, инженерами. Возродить престиж инженерных профессий в России, привить интерес к ним со школьной скамьи – ключевые задачи «РобоФеста».

Роботы работают повсюду : в космосе, военной промышленности, медицине, во всех отраслях производства, в образовании и быту. Для создания механизмов, оживленных компьютерным интеллектом (роботов, необходимо новое поколение инженеров. Один из способов повысить престиж инженерных

профессий и поддержать талантливую молодежь – это и есть Всероссийский

робототехнический фестиваль «РобоФест» https://www.russianrobofest.ru.

Сегодня «РобоФест» – крупнейший робототехнический фестиваль в Европе и один из крупнейших в мире. Это площадка не только для соревнований

по робототехнике, но и для учебной, игровой и развлекательной программ:

презентаций, мастер-классов, интерактивных лекций. В рамках фестиваля

традиционного организуется деловая программа, конкурсы для партнеров и

ресурсных центров программы, проводятся экскурсии для школьников.

С 2018 г. этот масштабный проект называется Всероссийский технологический фестиваль «PROFEST». Ежегодно он проходит в Москве на ВДНХ.

Ежегодный Международный фестиваль робототехники «РобоФинист»

проводится в Санкт-Петербурге. Это является для обучающихся и педагогов

возможностью оценить и повысить свой профессиональный уровень, принять

участие в обучающих мастер-классах, пообщаться со сверстниками из разных

стран и завоевать международное звание Чемпионов https://robofinist.ru.

Спортивная робототехника получила широкое развитие из-за понятного

формата олимпиады и необходимости демонстрации своих достижений теми

обучающимися, которые увлеклись робототехникой в школьных кружках или

домах технического творчества. Однако всем известно, что дети, участвующие в олимпиаде, – это далеко не все дети. А речь идет все же о том, чтобы все обучающиеся могли заниматься робототехникой и применять ее в своей повседневной жизни. Можно сделать вывод, что спортивная робототехника – не панацея, способная решить насущные вопросы образования.

Творческая робототехника – это любые технологические решения в

любой отрасли: от модели автоматического токарного станка до робота,

играющего на шестиструнной гитаре. Следовательно, творческая робототехника – это качественно новый уровень деятельности ребенка, предполагающий наличие базовых и продвинутых знаний в этой области.

Ежегодно в Кировской области проводится межрегиональный фестиваль

по робототехнике и интеллектуальным системам «РоботоБУМ» (БУМ – это

Будущее Умных Машин). Участники из Кировской области и других регионов

России презентуют в Кирове, в Лицее информационных технологий № 28 свои

робототехнические идеи, реализованные с помощью разных робототехнических устройств и конструкторов. Это бытовые, транспортные роботы и другие роботы и устройства. Мероприятие проходит при поддержке министерства образования Кировской области, Ассоциации учителей и преподавателей информатики Кировской области, Лиги юных журналистов Кировской области, Лаборатории интеллектуальных технологий ЛИНТЕХ инновационного центра Сколково и Федерального центра технического творчества обучающихся ФГБОУ ВО МГТУ «СТАНКИН».

Фестиваль является региональным этапом Всероссийской конференции и

фестиваля «РоботоБУМ», финал которых проводится в МДЦ «Артек» или ВДЦ

«Орленок» и региональным этапом Всероссийской научно-технической

олимпиады по радиотехническим дисциплинам и интеллектуальным системам,

которая организует ФЦТТУ ФГБОУ ВО МГТУ «СТАНКИН».

Победители фестиваля могут представить также свои робототехнические

конструкторы и изобретения на Всероссийском фестивале робототехники и

научно-технического творчества «РобоSkарт», учредителем и оператором

которого является Лаборатория Интеллектуальных Технологий ЛИНТЕХ

Инновационного центра Сколково. Финальный этап Фестиваля проводится

ежегодно с октября по ноябрь на базе ВДЦ «Орленок», ВДЦ «Смена», МДЦ

«Артек» во время ежегодной научно-технической смены. Сайт проекта

«РоботоЛАБ» ЛИНТЕХ Сколково https://robotolab.ru

Победители и призеры Фестиваля, который проводится в Кирове, могут

принять участие в Международном научно-техническом, системно-инженерном

конкурсе «НТСИ-SkАРТ». Этот конкурс-акселератор организован резидентом

Инновационного Центра «Сколково» – Лабораторией интеллектуальных

технологий «ЛИНТЕХ», при поддержке Министерства образования и науки РФ,

Фонда содействия инновациям, Агентства стратегических инициатив по

продвижению новых проектов. Партнерами НТСИ-SkАРТ являются более 45

крупнейших вузов и институтов развития. Победители НТСИ-SkАРТ смогут

получить дополнительные баллы по профильным предметам при сдаче Единого государственного экзамена и льготное поступлении в вузы-партнеров проекта. Сайт конкурса https://ntsirf.ru/о-проекте-3/info.

Робототехника представлена школьниками на Всероссийском конкурсе

юношеских исследовательских работ имени В. И. Вернадского. Начиная с 2018 г. школьники Кировской области после победы на региональном этапе успешно

представляют работы на Всероссийском уровне. В прошлом году – результат

первое место. Мы приходим к образовательной робототехнике, отличительными особенностями которой являются: связь с предметами естественнонаучного (информатика, математика, физика, биология, химия) и социально-гуманитарного циклов; умение достигать конкретного результата и понимать смысл обучения; прямая возможность развития универсальных учебных действий. А значит, образовательная робототехника может быть интересной всем обучающимся. Поэтому позиционировать ее нужно в основной школе.

Робототехника – прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем, она опирается на такие дисциплины, как электроника, механика, программирование. Образовательная робототехника помогает педагогу и детям в изучении многих дисциплин: математика, физика, информатика, технология, иностранный язык, русский язык (описание проектов, риторика (умение выступать на защите проектов, естественно-научные дисциплины.

Робототехника является одним из важнейших направлений научно- технического прогресса, в котором проблемы механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта. Активное участие и поддержка Российских и международных научно-технических и образовательных проектов в области робототехники и мехатроники позволит ускорить подготовку кадров, развитие новых научно-технических идей, обмен технической информацией и инженерными знаниями, реализацию инновационных разработок в области робототехники в России и по всему миру.

Современные дети с трудом проникаются интересом к центрам технического творчества дополнительного образования, где преобладает старое оборудование. Необходимо создавать новые условия в сети образовательных учреждений субъектов Российской Федерации, которые позволят внедрять новые образовательные технологии. Одним из таких перспективных направлений является образовательная робототехника.

В настоящее время робототехника и мехатроника пронизывают все без исключения сферы экономики. Высокопрофессиональные специалисты, обладающие знаниями в этой области, чрезвычайно востребованы. Готовить таких специалистов, с учетом постоянного роста объемов информации, необходимо со школьной скамьи. Уникальность образовательной робототехники заключается в возможности объединить конструирование и программирование в одном курсе, что способствует интегрированию преподавания информатики, математики, физики, черчения, естественных наук с развитием инженерного мышления, через техническое творчество. Техническое творчество – мощный инструмент синтеза

знаний, закладывающий прочные основы системного мышления.

Основные цели обучения робототехнике – сформировать личность, способную самостоятельно ставить учебные цели, проектировать пути их реализации,

контролировать и оценивать свои достижения, работать с разными источниками информации, оценивать их и на этой основе формулировать собственное мнение, суждение, оценку, заложить основы информационной компетентности личности, помочь обучающемуся овладеть методами сбора и накопления информации, а также технологией ее осмысления, обработки и практического применения