Дипломная работа (ВКР) — бакалавр, специалист на тему Разработка и реализация кружка «Лига роботов» для обучающихся 7-9 классов на базе центра образования цифрового и гуманитарного профилей «Точка роста»

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ. 3

Глава 1. Теоретические основы организации обучения
робототехнике обучающихся средних классов. 6

1.1. Образовательная робототехника и особенности ее
изучения в рамках школьного курса информатики и дополнительного образования. 6

1.2. Специфика организации обучения робототехнике
обучающихся средних классов на платформе Lego Mindstorms EV3. 21

Выводы по главе 1. 28

Глава 2. Методические аспекты разработки и реализации
кружка «Лига роботов» для обучающих 7-9 классов на базе центра образования
цифрового и гуманитарного профилей «Точка роста». 29

2.1. Разработка программы кружка «Лига роботов» для
обучающихся 7-9 классов на базе центра образования цифрового и гуманитарного
профилей «Точка роста»  29

2.2. Организация и результат педагогического эксперимента. 42

Выводы по главе 2. 48

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 49

БИБИЛОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.. 51

ПРИЛОЖЕНИЯ.. 59

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. 59

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. 64

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. 87

Введение:

Актуальность
исследования.
В
современном обществе идет активное внедрение роботов в различные сферы
жизнедеятельности, очень многие процессы заменяются функциями роботов. В этих
условиях одной из задач образования является подготовка обучающихся к жизни в
современном информационном обществе, где робот является одним из главных
исполнителей процессов в жизни человека. Умение использовать компьютерные
технологии, различные технические средствапри работе с информацией обучающиеся
получают на уроках информатики. Содержание учебной дисциплины «Информатика»
регламентируется Федеральным государственным образовательным стандартом (ФГОС)
основного общего образования и примерными программами по предмету
«Информатика».

Существует
потребность в применении уже на уровне общего образования новых или актуализированных
образовательных средств. В качестве одного из таких средств все чаще называется
образовательная робототехника. Образовательная робототехника – новое
направление для отечественного образования. Сейчас
образовательная робототехника набирает популярность в школах: организуются
элективные курсы, практикумы, кружки. Дети разного возраста уже могут осваивать
азы робототехники, развивая логическое, алгоритмическое и пространственное
мышление. Разрабатываются специальные учебные робототехнические наборы,
применение которых позволяет научить ребенка основам алгоритмизации и программирования.

В
нашей стране 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 EV3 является наиболее распространённым, поскольку позволяет решать
широкий класс задач для школьников разных возрастов (от 7 до 18 лет).

Вопросам
внедрения образовательной робототехники занимались такие ученые, как И.Р.
Гайсиной [16], В.С. Глухова [18], М.Г. Ершова [24] и др.

Авторы
школьных учебников И.Г. Семакина [48], Н.Д. Угринович [56], Л.Л. Босова [9],
К.Ю. Поляков [43], включили данную тему в программу школьного курса
информатики. Однако изучение данного содержательного элемента носит
рекомендательный характер для общеобразовательных организаций, более того,
практическое освоение робототехники оказывается не всегда возможным, так как в
школах зачастую отсутствует соответствующее оборудование.

Вместе
с тем сейчас активно центры образования
цифрового и гуманитарного профилей «Точка роста», оснащенные, в
том числе комплектами роботов. Отметим, что использование роботов позволит
заинтересовать обучающихся и сделать процесс обучения более эффективным,
направленным на получение практических знаний, умений, навыков в предметной
области информатики.

Однако
анализ существующих программ для данных центров, публикаций исследователей Л.Г.
Белиовской [8], О.Л. Лихоманенко [36], М.Г. Пайгильдина [36], В. В. Тарапата [53],
С.А. Филиппова [58], О.А. Юртаевой [69], образовательной практики,
свидетельствует о недостаточной разработанности методики использования
образовательной робототехники в рамках изучения предметной области
«Информатика».Наличие данного противоречия обусловило проблему исследования – как организовать эффективное изучение основ робототехники
на примере Центра образования цифрового и гуманитарного профилей «Точка роста»?

Цель исследования – теоретически обосновать и
практически реализовать кружок по изучению основ робототехники для обучающихся
7-9 классов (на примере Центра образования цифрового и гуманитарного профилей
«Точка роста»).

Объект
исследования – процесс обучения школьников
образовательной робототехнике.

Предмет
исследования –процесс изучения основ робототехники на
кружке для обучающихся 7-9 классов (на примере Центра образования цифрового и
гуманитарного профилей «Точка роста»).

Исходя
из поставленной цели, объекта и предмета исследования можно сформулировать
следующие задачи исследования:

1. Рассмотреть основные
понятия образовательной робототехники и особенности ее изучения в рамках
школьного курса информатики и дополнительного образования.

2. Выявить специфику организации обучения робототехнике
обучающихся средних классов на платформе LegoMindstorms EV3.

3. Разработать программу
кружка «Лига роботов» для обучающихся 7-9 классов на базе центра образования
цифрового и гуманитарного профилей «Точка роста».

4. Организовать и
провести педагогический эксперимент.

Гипотеза
исследования: если разработать и реализовать кружок по
изучению основ образовательной робототехники на базе Центра образования
цифрового и гуманитарного профилей «Точка роста», то это позволит повысить
предметные умения по информатике обучающихся 7-9 классов.

Методы исследования:

· Теоретические:
изучение и анализ литературы и документальных материалов по проблеме
исследования; изучение и обобщение педагогического опыта.

· Эмпирические:
педагогическое наблюдение за обучающимися; анализ результатов ученической
деятельности; педагогический эксперимент; статистические методы обработки
материалов.

Структура работы. Выпускная
квалификационная работа состоит из введения, двух глав, заключения, библиографического
списка. Библиографический список включает 70 источников.

Заключение:

Итак,
в ходе выполнения работы были получены следующие результаты:

1.
В рамках школьного курса информатики робототехника изучается в авторских
программах С.А.Филиппова, Д.Г. Копосова, Т.В. Шаруевой, К.Ф. Зорькина, О.Л.
Лихоманенко, однако на её изучение отводится мало часов и отсутствует нужное
оборудование для изучения. В соответствии с анализом учебников и анализа
программ дополнительного образования наиболее распространенной платформой
является – Lego
Mindstorms
EV3.
Для робототехнических кружков актуальным является разработка курса, нацеленного
на повышение уровня предметных умений по информатике, связанных с изучением
робототехники за счет реализации соревнований роботов. Актуальным является
развитие умений по информатике, связанных с
робототехникой, так как на уроках это сделать сложно, потому что там нет роботов.
И, следовательно, можно предложить реализовать данное направление в специально
разработанном кружке.

2.
В рассмотренных в данном параграфе образовательных программах детей обучают
робототехнике, при этом на программный курс отводится от 34 до 144 часов в
зависимости от программы, как правило, в таких курсах изучают теорию и практику
в рамках проектной деятельности (Клуб «Let’s Go», курс «PROFI» Центр «Спутник»,
курс «Лего Умники EV3»). Также курсы предполагают обычную сборку робот в
практических занятиях. В некоторых курсах (Центры POLYCENT, курс Lego EV3)
имеется возможность собирать роботов для соревнований, но большинство курсов не
предусматривает соревновательный аспект. Исходя из анализа образовательных
программ, можно отметить, что обучают детей по такому-то принципу «собери
робота».

3.
Разработана программа кружка «Лига роботов» для обучающихся 7-9 классов на базе
центра образования цифрового и гуманитарного профилей «Точка роста».

Цель
программы кружка по основам робототехники для обучающихся 7-9 классов:
повышение уровня предметных умений школьников по информатике в области
робототехники через организацию кружка «Лига роботов» с использованием
комплекта LegoMindstorms EV3.

Кружок
делится на 3 этапа: теоретический, практический и конкурсный. Возраст учащихся:
13-15 лет.

Отличительная
особенность программы кружка – целенаправленное проектирование, сборка и
программирование роботов для проведения соревнований.

4.
Для подтверждения поставленной гипотезы исследования о том, что если
разработать и реализовать кружок по изучению основ образовательной
робототехники на базе Центра образования цифрового и гуманитарного профилей
«Точка роста», то это позволит повысить предметные умения по информатике
обучающихся 7-9 классов, был проведен педагогический эксперимент.

Педагогический
эксперимент проводился на базе МБОУ «Седельниковская СШ № 1» в 2021 году в
ЦОГиЦП «Точка роста» с обучающимися 7-9 классов. Педагогический эксперимент
включал 3 этапа: констатирующий, поисковый, формирующий.

Таким
образом, цель, поставленная в работе, достигнута, задачи решены. Гипотеза
подтвердилась.

Фрагмент текста работы:

Глава 1. Теоретические основы организации обучения
робототехнике обучающихся средних классов

1.1. Образовательная робототехника и особенности ее изучения в рамках школьного
курса информатики и дополнительного образования В настоящее время робототехника активно развивается как
одна из тех наук, которая вышла на первый план в сегодняшних условиях развития
науки и техники. Активно также данная наука используется и в рамках
образования. В соответствии с тем как ранее на первое место с течением времени
выходила информатика, точно также на сегодняшний день выходил на первое место
робототехника.

Важно отметить, что образовательная робототехника
появилась на месте пересечения множества других наук. Так, в частности данная
наука собрала в себе знания о физике, технологии, информатике, математике,
мехатронике и многих других науках. Следовательно, образовательная
робототехника  может быть успешно
включено в процесс вовлечения в техническую деятельность учеников разного
возраста. Главным образом образовательная робототехника ориентирована на
молодежь и подростков, на развитие их первоначальных инженерных навыков, на
активизацию их познавательного интереса и творческой активности на основе
реализации работы с техническими деталями [11].

В соответствии со своим историческим развитием
образовательная робототехника в нашей стране начала зарождаться уже в 1990-ые
года. В это же время стало появляться множество работ и исследований ученых и
учителей в данной сфере [4].

Вопросы,
связанные с рассмотрением образовательной робототехники нашли отражение в
работах таких ученых, как И.Р. Гайсиной [16], В.С. Глухова [18], М.Г. Ершова [24],
и др.

И.Р. Гайсина
изучала и рассматривала понятие робототехники. С точки зрения автора под этим
понятием можно понимать определенную науку, которая построена на основе
знакомства с различными техническими структурами. По мнению автора, данная
отрасль связана с тем прогрессом, который реализуется в технике на сегодняшний
день [16].

По мнению
В.С. Глухова, робототехника является частью системы дополнительного обучения
детей и взрослых. Так, с точки зрения автора, робототехнику можно изучать, как
в рамках школьного образования, так и во внеклассной работе. Автор указывает на
то, что обучение и использование робототехники в образовании в одно и тоже
время обучает детей и также привлекает к научно-техническому творчеству. При
этом такое обучение активизирует познавательный и интерес учащихся, формирует
положительную мотивацию учения, развивает самостоятельность учащихся [18].

Понятие
образовательной робототехники рассматривала в своих работах В.В. Четина. Так,
по мнению автора, под этим понятием можно понимать современную межпредметную
дисциплину в обучении детей школьного возраста. При этом такая дисциплина
совмещает в себе различные направления, такие как мехатронику, технические и
инженерные науки, математику, физику, современные
информационно-коммуникационные технологии и многие другие. Такие направления дают
возможность привлечь каждого ребенка к науке и технике, при этом возраст
ребенка может быть самым различным. Такая деятельность как образовательная
робототехника способствует развитию и распространению научно-технического
прогресса среди подростков и людей молодого возраста [63]. Исследования
в области образовательной робототехники проводил также М.Г. Ершов. Автор
является педагогом, обучает детей физике и математике в школе города Пермь. В
частности, автор указывал на возможности данного направления в области
физических открытий и явлений. Благодаря использованию робототехники, по мнению
автора, можно привлечь учащихся к изучению законов физики [24].

Можно
отметить, что в соответствии с мнением М.Г. Ершова робототехника позволяет
совершенствовать процесс обучения в соответствии с требованиями ФГОС. В
процессе обучения робототехнике учащиеся могут учиться не только
конструированию и сборке основных видов роботов, но и также их
программированию. При этом, несомненно, происходит развитие творческих способностей
учащихся, но и их самостоятельности. В процессе обучение образовательной
робототехнике у учащихся формируются основные образовательные компетенции. В
соответствии с требованиями ФГОС у учащихся происходит развитие всех основных
видов УУД [24]. Образовательную
робототехнику в своих трудах рассматривал Д.С. Шадронов. Так, по мнению автора,
данная наука является современным направлением в образовании [64]. И именно
данное направление способствует активизации интереса учащихся к техническому
творчеству. При этом автор указывает, что образовательная робототехника
способствует решению следующих проблем и расширяет основные функции обучения:

— способствует знакомству учащихся с самыми современными
технологиями и последними достижениями техники, а также развивает практические
навыки их использования;

— способствует организации творческих объединений
учащихся, занимающихся образовательной робототехникой;

— способствует профориентации учащихся на самых ранних
возрастных категориях, а также прививает влечение учащихся к науке и технике;

— способствует формированию в рамках школьных учреждений
условий для преподавания образовательной робототехники, при этом соблюдается
связь робототехники с другими школьными дисциплинами [64].

Образовательная
робототехника, с точки зрения Д.Н. Кляченко, представляет собой новую,
отвечающую требованиям времени «игру». Причем, в игровой деятельности учащиеся
учатся сбору роботов, различных конструкторов и механизмов, которые могут быть
использованы в окружающем мире [30]. Следовательно, у учеников возникает
заинтересованность в технике и науке, ученики получают необходимые практические
навыки обращения с механикой и техникой. У учащихся образуется основа из знаний
и умений для дальнейшего процесса обучения.

Д. Н. Кляченко в своих исследованиях рассматривается ключевые основы
робототехнических утилит, программ и устройств, а также как они воздействуют на
формирование основных образовательных компетенций [30].

Различные иные вопросы образовательной робототехники были рассмотрены в
исследованиях многих педагогов и исследователей.

В исследованиях И.В. Тузиковой, В.В. Тарапата изучались и обобщались
понятие «робототехника», «образовательная робототехника» [53, 55]. Важно
отметить, что в соответствии с мнением И.В. Тузиковой, образовательная робототехника
обладает массой преимуществ в обучении и развитии школьников. В частности,
данное направление популяризует и знакомит учащихся с самого раннего возраста с
профессией инженера и многими иными профессиями, основанными на использовании
современных технологий, механики и техники. В самом раннем возрасте ученики
получают начальные навыки и умений по обращению с техническими устройствами [55].

Так, в исследованиях В.В. Тарапата перечислены ключевые возможности,
которые предоставляет робототехника в образовании:

1. Формирование познавательного
интереса учеников. В частности к естествознанию и ключевым техническим наукам.

2. Формирование базовых концепций об
инженерии.

3. Формирование логического мышления и
креативности учащихся на основе практико-ориентированных заданий.

4. Формирование потребности в изучении
главных школьных наук, необходимых в робототехнике (физика, математика и
другие).