Курсовая с практикой на тему Методика обучения робототехнике в курсе информатики основной школы

Содержание:

Введение. 3

Глава
1. Теоретические аспекты изучения робототехники в курсе информатики основной
школы.. 5

1.1
Основные понятия робототехники и подходы к раскрытию темы в учебной и научной
литературе. 5

1.2 Особенности изучения робототехники в рамках школьного
курса информатики  25

Выводы
по главе 1. 30

Глава
2. Методические аспекты обучения основам робототехники в основной школе  33

2.1.
Разработка программы кружка по основам робототехники для обучающихся 7-9
классов. 33

2.2. Методические приёмы изучения робототехники на
кружковых занятиях  40

Вывод
по главе 2. 47

Заключение. 49

Список используемых источников  50

Введение:

Актуальность
исследования. С каждым годом правительство накладывает все больше
обязанностей перед системой образования. Ставятся все больше задач и требований
к учебным планам. Из-за очевидных ограничений на время и ресурсы, школа далеко
не всегда может увеличивать учебную нагрузку на отдельные предметы. Также
учителю редко предоставляется возможность на практике изучить с учащимися
теорию, освоить сложное оборудование, в связи со строгими ограничениями
учебного плана.

На данный момент робототехника – сфера активно развивающаяся.
Такие профессии, как инженер-робототехник и программист-робототехник
техник-робототехник очень актуальны и будут такими еще долгое время.
Робототехника заполоняет почти все сферы нашей жизни: промышленность,
экономика, сельское хозяйство, аэрокосмическая деятельность и медицина.

Робототехника – это прикладная наука, занимающаяся
разработкой автоматизированных технических систем. Даже само определение
робототехники подразумевает работу с определенными электронно-техническими
устройствами. Обучаться робототехнике непросто: это сложный и трудоёмкий
процесс, в котором необходимо знать основы работы проектирования и
конструивания роботов.

Сейчас образовательная робототехника набирает популярность в
школах: организуются элективные курсы, практикумы, кружки. Дети с 3 лет уже
могут осваивать азы робототехники, развивая логическое, алгоритмическое и
пространственное мышление детей. 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).

Выше изложенное позволяет выделить противоречие между государственной
политикой по формированию интереса к инженерно-техническому обучению у
обучающихся и недостаточностью обеспечения решения данной проблемы программами
обучения.

Объект
исследования – образовательная робототехника.

Предмет
исследования – методика обучения робототехнике в курсе информатики
основной школы.

Цель
исследования – теоретически обосновать и разработать методические
аспекты обучения основам робототехники в основной школе, разработать программу
кружка по основам робототехники для обучающихся 7-9 классов.

Задачи
исследования:

1. Изучить основные
понятия робототехники и подходы к раскрытию темы в учебной и научной
литературе.

2. Рассмотреть
особенности изучения образовательной робототехники в рамках школьного курса
информатики.

3. Разработать
программу кружка по основам робототехники для обучающихся 7-9 классов.

4. Представить
методические приёмы изучения робототехники на кружковых занятиях.

Методы
исследования: анализ
научно-методической и психолого-педагогической литературы по теме исследования,
синтез, систематизация, обобщение, анализ результатов работы.

Структура
работы. Работа
состоит из введения, двух глав, выводов по главам, заключения, списка
литературы.

Заключение:

В ходе выполнения работы были получены следующие результаты:

1. Образовательная
робототехника находит свое применение в курсе средней общеобразовательной школы
и направлена на развитие у учеников алгоритмического мышления, навыков четко
излагать свои мысли. Было выявлено, что образовательной робототехникой можно
назвать учебную дисциплину, предназначенную для интерактивного ознакомления
учащихся и детей с робототехникой и программированием с самого раннего
возраста. Образовательная робототехника включена в так называемое обучение-STEM
(наука, технология, инженерия и математика). Данная модель обучения,
предназначена для совместного обучения естествознанию, математике и
технологиям, в котором практика обладает весомым приоритетом над теорией.
Образовательная робототехника использует различные наборы робототехники, программное
обеспечение для программирования и компьютеры как инструменты практического
обучения. Образовательная робототехника способствует созданию среды обучения,
которая может улучшить взаимодействие и общение между учениками, сформировать
умения по решению проблем, навыки критического мышления и творческие
способности.

В области
образовательных курсов и программ представлено огромное множество различных
направлений. В особенности педагоги уделяют внимание классическому
образовательному процессу по информатике с элементами робототехники, проектной
деятельности в данной области, курсы по соревнованиям и олимпиадам.

При изучении
робототехники преподаватели могут использовать самое разное оборудование,
наборы и комплекты. На сегодняшнем рынке товаров их представлено очень много.
При этом самими популярными являются Lego Mindstorms Nxt, Arduino, Crickets.
Большое количество образовательного материала и методических пособий
разработано для конструкторов и роботов Lego Mindstorms разных конфигураций и
комплектов.

Можно
отметить, что анализ большого объема учебного материала по образовательной
робототехнике, существующего на сегодняшний день, позволяет сделать вывод, что
актуальность образования находится в рамках практико-ориентированного и
проблемного подходов. При этом важно ориентироваться на способности и
возможности учащихся, уровень их развития, степень заинтересованности.

2. Анализ
особенностей изучения робототехники в рамках школьного курса информатики и
дидактического материала по основам робототехники позволяет сделать выводы, что
образовательная робототехника находит свое применение в курсе средней
общеобразовательной школы и направлена на развитие у учеников алгоритмического
мышления, навыков четко излагать свои мысли. Цели обучения образовательной
робототехнике – получение навыков конструирования, развитие мелкой моторики
рук, критического и логического мышления, работа в парах и группах, изучение
основных понятий и механизмов. Также важно отметить, что образовательная
робототехника доступна учащимся и детям разного возраста, в соответствии с этим
можно сказать, что элементы робототехники могут быть включены в образование
дошкольное, школьное и образование последующих уровней. Поэтому на каждом
уровне образования у всех учащихся появляются равные возможности по знакомству
и изучению главных современных технологий и изобретений.

3. Была разработана программа кружка по основам робототехники
для обучающихся 7-9 классов. Цель программы кружка по основам робототехники для
обучающихся 7-9 классов: развитие интереса школьников к технике и техническому
творчеству, основам робототехники, программированию и конструированию с
использованием комплекта Lego Mindstorms EV3. Возраст учащихся: 13-15 лет.  Количество учебных часов: 70 часов. Программа
кружка по робототехнике разработана с учетом необходимости формирования мотивов
учения; развития устойчивых познавательных потребностей и интересов; развития
продуктивных навыков и приемов учебной деятельности, умение учиться; раскрытия
индивидуальных способностей и особенностей; становления адекватной самооценки,
развитие критичности к себе и к окружающим людям; усвоения социальных норм,
нравственное развитие личности; развития навыков общения со сверстниками;
установление прочных дружеских связей. Так же с учетом возрастных особенностей
обучающихся и интеграцией соревновательных мероприятий в образовательный
процесс.

4. Были определены основные методические рекомендации по
реализации программы кружка включающей соревновательные мероприятия для
обучающихся 7-9 классов. Контроль знаний и умений может быть реализован
посредством соревнований, где каждая группа учащихся продемонстрирует
результаты решения поставленной задачи. Здесь может учитываться время и
скорость прохождения устройством дистанции; точность выполняемых действий; точность
калибровки датчиков и многое другое.

Цель работы достигнута. Задачи решены.

Фрагмент текста работы:

Глава 1. Теоретические аспекты изучения
робототехники в курсе информатики основной школы

1.1. Основные понятия робототехники и подходы к
раскрытию темы в учебной и научной литературе

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.

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.

Вопросы,
связанные с рассмотрением образовательной робототехники нашли отражение в
работах таких ученых, как И.Р. Гайсиной [8], В.С. Глухова [9], М.Г. Ершова
[13], 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 [8].

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 [9].

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 [35]. 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 [13].

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 [13]. Образовательную
робототехнику в своих трудах рассматривал Д.С. Шадронов. Так, по мнению автора,
данная наука является современным направлением в образовании. 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 [36].

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 [18]. 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 [18].

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» [30, 31].
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 [31].

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).

5. Формирование и развитие навыков и представлений о конструировании.
Вырабатывание умений программировать [30].

По мнению
В.В. Тарапата, образовательная робототехника дает возможность на ранних шагах
выявить технические наклонности учащихся и развивать их в этом направлении.
Изменение мира в сторону массового развития новых технологий и проникновения
информационной составляющей во все сферы и отрасли жизни человека говорит о
необходимости признания цифровых умений и навыков как базовых для человека
[30].

Возможности
образовательной робототехники в обучении детей изучал С.А. Филиппов. Так, по
мнению автора, такое обучение может проходить успешно в соответствии с
использованием популярных для детей конструкторов Lego [32].
Концепция такого образовательного процесса строится от самых легких
конструктивных заданий к более сложным. 
В рамках работы с робототехническими наборами автор предоставляет
основную теоретическую базу для практической работы [33].

Ю.А. Скурихина утверждает, что «единой сложившейся методики
преподавания робототехники на данный момент не существует, но имеются успешные
практики обучения на занятиях в рамках урочной и внеурочной деятельности, а
также в рамках дополнительного образования и в ходе подготовки к соревнованиям»
[17]. Важно отметить, что в последние несколько лет особенно стала популярна
такая форма обучения робототехнике как соревнования.

Э. Д. Шакирьянов, А.X. Даминов, В.Н. Анохина в своих
исследованиях изучали основы проведения соревнований по робототехнике
[25]. С точки зрения С.Д. Лыткина, подготовка к соревнованиям по
робототехнике требует особой техники приготовления. В частности автор
рассматривает соревнования «AutoNet14+» [8].

Обучение учащихся начальной школы робототехническим навыкам
рассматривали в своих работах К.С. Поляничко, Г.Б.
Черевач. По мнению авторов, требуется особое внимание уделить подготовке детей
младшего возраста к соревнованиям  [27].