Курсовая с практикой на тему Образовательная робототехника во внеурочной деятельности

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ. 3

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ
РОБОТОТЕХНИКИ.. 6

1.1. Понятие и роль робототехники в образовании. 6

1.2. Организация внеурочной деятельности в
робототехнической подготовке обучающихся. 13

ГЛАВА 2. ПЕДАГОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ КУРСА
«РОБОТОТЕХНИКА» КАК ТВОРЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС.. 18

2.1. Проблемы, появляющиеся при проведении занятий и их возможные
решения  18

2.2. Вовлечение школьников в научно-техническое творчество
во внеурочное время  21

2.3. Конспект занятия: «Введение в образовательную
программу «Робототехника»  25

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 31

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.. 33

Введение:

Актуальность исследования. Одним из ведущих направлений современной прикладной науки является
робототехника, которая занимается созданием и внедрением в жизнь человека
автоматических машин, способных намного облегчить как промышленную сферу жизни,
так и бытовую.

Роботостроение сегодня – довольно развитая отрасль промышленности: огромное
количество роботов выполняют работу на различных предприятиях, изучение
космического пространства или подводных глубин уже не обходится без
использования робототехнических манипуляторов подводных или летательных
аппаратов с высоким уровнем интеллекта.

Робототехника развивается благодаря высоким технологиям в качественно иной
информационной среде, для функционирования которой необходимо заниматься
вопросами подготовки профессионалов в области робототехники, через процессы
обучения, дообучения, переобучения участников всех образовательных уровней. Робототехника
дает возможность каждому ребенку мыслить творчески, уметь анализировать
ситуацию и применять критическое мышление для достижения целей современного
образовательного процесса.

Образовательная
робототехника, как отдельный предмет, является новым междисциплинарным
направлением в обучении, которая включает в себя множество школьных предметов и
не только: физика, технология, математика, мехатроника, информатика.
Робототехника может быть представлена как уникальный вспомогательный инструмент
обучения, для формирования заманчивой и интерактивной учебной среды с
практически значимыми и занимательными мероприятиями.

В настоящее
время образовательная робототехника интенсивно развивается в нашей стране и
осваивается обучающимися на занятиях кружков, элективных курсов в школе и в
специализированных центрах дополнительного образования. На данный момент
происходит быстрое обновление робототехнических конструкторов, а также
образовательных программ по робототехнике. Изучение в рамках внеурочной
деятельности основ робототехники способствует развитию у обучающихся таких
навыков как критическое мышление, а также умение решать практические задачи. Кроме
того, данная образовательная среда является привлекательной и заманчивой как
отдельная отрасль обучения, которая вдохновляет детей к новаторству через
науку, технологию, математику.

Пока
образовательная робототехника распространена в основном в области
дополнительного образования, и потому слабо формализована методически. Такое
образование зачастую не требует строго прописанных учебных программ. Вместе с
тем, классические учебные программы, в условиях дополнительного образования, с
использованием роботов становятся неактуальными, поскольку роль учителя
меняется. Отсюда следует вывод, что основные усилия должны быть приложены к
разработке не столько нового аппаратного или программного обеспечения для
занятий образовательной робототехникой, сколько к разработке учебных материалов
и программ, где была бы грамотно представлена роль преподавателя.

В сети
Интернет можно найти большое количество публикаций об опыте использования
средств робототехники в учебном процессе и внеурочной деятельности. Вместе с
тем, количество методического материала и учебных пособий по теме применения
образовательных конструкторов Lego на уроках информатики, весьма ограниченное.

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

На
сегодняшний день необходимо уметь применять свои навыки для решения проблем,
встречающихся в реальном мире. Занимаясь конструированием, происходит изучение
простых механизмов, развивается мелкая моторика. Данные качества развивают
фантазию ребенка, которая, в свою очередь, формирует элементарное
конструкторское мышление и изучение принципов работы многих механизмов.

Объект исследования – образовательная робототехника.

Предмет исследования – образовательная робототехника во внеурочной деятельности.

Цель исследования – теоретически обосновать, изучить возможности и основы образовательной робототехники
во внеурочной деятельности, а также разработать конспект занятия: «Введение в
образовательную программу «Робототехника».

Задачи исследования:

1. Изучить понятие и роль
робототехники в образовании.

2. Рассмотреть организацию
внеурочной деятельности в робототехнической подготовке обучающихся.

3. Изучить проблемы, появляющиеся
при проведении занятий и их возможные решения.

4. Проанализировать вовлечение
школьников в научно-техническое творчество во внеурочное время.

5. Разработать конспект занятия: «Введение
в образовательную программу «Робототехника».

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, 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. Образовательная робототехника –
это новое междисциплинарное направление образования, которое интегрирует знания
о физике, мехатронике, технологии, математике, кибернетике и информатике, что
позволяет включить в процесс инновационного научно-технического творчества
обучающихся разных возрастов. Образовательная робототехника в первую очередь
направлена на развитие научно-технического творчества и повышение престижности
инженерной профессии среди молодежи, формирование у молодежи навыков
практического решения важных инженерно-технических задач и работы с техникой.

2.
В процессе реализации внеурочной деятельности по робототехнике достигается
взаимосвязь между различными предметными областями, что благоприятно влияет на
расширение предметных знаний по математике, информатике, физике и реализации
пропедевтики инженерной подготовки учащихся. Обобщая все вышесказанное, можно
сделать вывод, что использование конструкторов Lego Mindstorms, Lego WeDo и
TETRIX позволяет изучать основы робототехники в современных российских школах,
а также позволяет формировать у учащихся навыки программирования, стимулировать
интерес к технике и дизайну, способствует развитию логического и
алгоритмического мышления учащихся.

3.
Образовательная программа должна предусматривать многообразные вариации
реализации в соответствии с уровнем подготовки школьников и их интересами, а
также возможность углубленной проработки определенной темы. В процессе
реализации образовательной программы должен быть реализован планомерный переход
от применения конструкторов и готовых аппаратных модулей к самостоятельной
сборке схем, трехмерному моделированию, фрезеровке и иным, современным и
перспективным технологиям.

4.
Робототехническое конструирование в качестве нового, инновационного направления
предоставляет богатые и широкие возможности для проявления учащимися своих конструктивных
и творческих способностей, а кроме того возможность приобщить как можно больше
детей школьного возраста к техническому и инженерному творчеству. Включение в
процесс обучения конструкторов нового поколения может являться основой не
только для развития мелкой моторики, но и достаточно высоким фактором мотивации
для занятий интеллектуальной деятельностью, экспериментированием,
конструированием, техническим творчеством, что является стимулом для
познавательного развития школьника.

5.
Разработан конспект занятия «Введение в образовательную программу
«Робототехника».

Итак,
цель работы достигнута, задачи решены.

Фрагмент текста работы:

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ
АСПЕКТЫ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ РОБОТОТЕХНИКИ 1.1. Понятие и роль робототехники в образовании Сегодня робототехника занимает существенное место в
школьном и высшем образовании в огромном числе стран по всему миру, аналогично
тому, как и информатика в прошлом подвинула остальные школьные предметы.

Образовательная робототехника — это новое
междисциплинарное направление образования, которое интегрирует знания о физике,
мехатронике, технологии, математике, кибернетике и информатике, что позволяет
включить в процесс инновационного научно-технического творчества обучающихся
разных возрастов. Образовательная робототехника в первую очередь направлена на
развитие научно-технического творчества и повышение престижности инженерной
профессии среди молодежи, формирование у молодежи навыков практического решения
важных инженерно-технических задач и работы с техникой.

Образовательная робототехника в России развивается с 90-х годов прошлого
столетия. В свою очередь, многие педагоги, обладающие опытом преподавания
робототехники, стали тиражировать свои работы и методические рекомендации в
книгах и публиковать статьи в научных журналах.

Вопросы,
связанные с рассмотрением образовательной робототехники нашли отражение в
работах таких ученых, как И.Р. Гайсиной [7], В.С. Глухова [8], М.Г. Ершова [12],
и др.

С точки
зрения И.Р. Гайсиной робототехника – это прикладная наука, занимающаяся
разработкой автоматизированных технических систем. Робототехника является одним
из важнейших направлений научно- технического прогресса, в котором проблемы
механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного
интеллекта [7].

По мнению
В.С. Глухова, робототехника вписывается и в дополнительное образование, и во
внеурочную деятельность, и в преподавание предметов школьной программы.
Образовательная робототехника подходит для всех возрастов – от дошкольников до
профобразования. Причем обучение детей с использованием робототехнического
оборудования – это и обучение в процессе игры и техническое творчество
одновременно, что способствует воспитанию активных, увлеченных своим делом,
самодостаточных людей нового поколения [8].

По мнению
В.В. Четиной, образовательная робототехника – это новое междисциплинарное
направление обучения школьников, интегрирующее знания о физике, мехатронике,
технологии, математике, кибернетике и ИКТ, позволяющее вовлечь в процесс
инновационного научно-технического творчества учащихся разного возраста. Она
направлена на популяризацию научно-технического творчества и повышение престижа
инженерных профессий среди молодежи, развитие у молодежи навыков практического
решения актуальных инженерно-технических задач и работы с техникой [30].

Весомый
вклад во введение робототехники в образовательное пространство школы сделал М.
Г. Ершов, учитель физики и математики средней общеобразовательной школы № 135
г. Перми, опубликовавший ряд работ по внедрению в учебный предмет физики основ
робототехники как инструмента и способа повышения качества обучения школьников
[12].

На основании
позиции М.Г. Ершова можно утверждать, что в настоящее время в связи с новыми
требованиями ФГОС имеются огромные возможности для модернизации учебного
пространства с применением робототехнических наборов. Конструирование и
программирование различных моделей сопровождается развитием коммуникации,
установлением творческой атмосферы, высокой степени самостоятельности. У
школьников формируются многие компетенции, которые необходимы современному
человеку. Внедрение технологий образовательной робототехники в учебный процесс
способствует формированию личностных, регулятивных, коммуникативных и
познавательных универсальных учебных действий, являющихся важной составляющей
ФГОС [12]. С точки
зрения Д.С. Шадронова, робототехника – новая технология обучения, позволяющая
вовлечь в процесс инженерного творчества детей. Внедрение робототехники в
школах позволяет решать следующие задачи:

— создание в образовательном учреждении образовательной
среды, основанной на лабораториях инженерной направленности, где учащиеся
изучают информатику в неразрывной связи с вопросами физики и математики;

— обеспечение равного доступа школьников к освоению
передовых технологий, получению практических навыков их применения;

— вовлечение школьников в научно-техническое творчество,
формирование и развитие потребностей технического творчества у обучающихся,
ранняя профориентация;

— создание творческого сообщества увлеченных
робототехникой учащихся [31].

Образовательная
робототехника, с точки зрения Д.Н. Кляченко, представляет собой новую,
отвечающую требованиям времени «игру». Причем, в процессе игры и обучения
ученики собирают своими руками игрушки, представляющие собой предметы,
механизмы из окружающего их мира [16]. Таким образом, появляется интерес,
ребята знакомятся с техникой, открывают тайны механики, прививают
соответствующие навыки, учатся работать, иными словами, получают основу для
будущих знаний, развивают способность находить оптимальное решение, что,
несомненно, пригодится им в течение всей будущей жизни. Д. Н. Кляченко анализирует отличительные особенности различных
робототехнических платформ и их влияние на развитие соответствующих
робототехнических компетенций [16].

Отдельными вопросами для изучения в сфере образовательной робототехники
занимались различные авторы.

Так, И.В. Тузикова, В.В. Тарапата анализировали понятия «робототехника» и
«образовательная робототехника» [25, 26]. 
Исследователь И.В. Тузикова, в работе по изучению робототехники
отмечает, что она направлена на популяризацию научно-технического творчества и
повышение престижа инженерных профессий среди подрастающего поколения, развитие
навыков практического решения актуальных инженерно-технических задач и работы с
техникой [26].

По мнению В.В. Тарапата образовательная робототехника позволяет:

1. Сформировать у обучающихся базовые
представления в сфере инженерной культуры.

2. Развивать интерес обучающихся к
естественным и точным областям науки.

3. Развивать нестандартное мышление, а
также поисковые навыки в решении прикладных задач.

4. Посредством включения
робототехнических решений, доступных для реализации в образовательном
учреждении, в такие предметы, как: математика, информатика, физика, биология,
экология, химия, — развивать познавательный интерес и мотивацию к учению и
выбору инженерных специальностей.

5. Развить творческий потенциал
подростков и юношества в процессе конструирования и программирования роботов [25].

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 [25].

Так, С. А. Филиппов в своей книге «Робототехника для детей и родителей»
рассматривает основы конструирования и программирования роботов с помощью
образовательного набора Lego [27]. Его принципы формирования навыков базируются
на фундаментальном уровне и представляют собой пошаговые действия от простого к
сложному. Рассматриваются теоретические аспекты решения робототехнических
задач, формирующие технические знания и умения [28].

Н.Н. Самылкина 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» [23].
Последнее на сегодняшний день, получило активное распространение как успешная
форма реализации образовательной функции. Э. Д. Шакирьянов, А. X. Даминов, В.
Н. Анохина отмечают значимость соревновательной робототехники при организации
учебной деятельности в детском робототехническом центре [25].

С.Д. Лыткин описывает основные действия по подготовке к робототехническим
соревнованиям на примере соревнований «AutoNet14+» Всероссийского
робототехнического фестиваля «Робофест».

К.С. Поляничко, Г.Б. Черевач делают акцент на психологическую сторону вопроса и
формирование ситуации успеха при подготовке детей младшего школьного возраста к
робототехническим соревнованиям [22].

А.Р. Залаева обосновывает целесообразность применения робототехники в
рамках урочной и внеурочной деятельности и рассматривает возможные варианты
форм обучения программирования с использованием робототехнических устройств
[14].

Н.Н. Самылкина, Н. А. Толстова, Д. А. Бондаренко, К. Ю. Ганьшин анализируют
дидактические особенности использования образовательной робототехники [23].

М. Г. Ершов выделяет достоинства и недостатки использования робототехники в
преподавании физики [12].

А. В. Наумов, С.А. Непокорова посвятили свою работу анализу результатов мониторинга
ожиданий школьников и родителей от освоения программ дополнительного
образования по робототехнике и сравнения их с целевыми установками педагогов
реализующих данные программы.

В связи с появлением Федеральных государственных образовательных стандартов
(ФГОС) нового поколения одним из возможных вариантов изменения форм организации
современного образовательного процесса является интеграция образовательной
робототехники, в различные элементы образовательного процесса:

— урочные формы работы (подготовка демонстрационного
эксперимента, выполнение учебного проектов, экспериментальная установка для
лабораторных работ и работ школьного физического практикума);

— формы внеурочной деятельности (участие в конкурсах и
научно-практических конференциях, в том числе в дистанционной и сетевой формах,
творческие проекты обучающихся);

— работа в системе дополнительного образования (клубная
и кружковая работа) [5].

Немаловажно,
что применение робототехники как инновационной методики на занятиях в обычных
школах и в детских садах, учреждениях дополнительного образования обеспечивает
равный доступ детей всех социальных слоев к современным образовательным
технологиям.

В ходе
изучения робототехники обучающиеся учатся работать руками, изучая при этом
простейшие механизмы. Они развивают элементарное конструкторское мышление,
фантазируют, начинают понимать принципы работы механизмов [4]. Изучая
программирование в графической среде, ребята учатся алгоритмическому мышлению,
анализу результата работы, робота по написанной программе [3]. Благодаря
конструированию развивается пространственное мышление, продумываются действия
наперед и предугадывают ошибки.

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 [5].

К задачам
образовательной робототехники относятся следующие:

— развитие
мотивации личности к познанию и техническому творчеству;

— обеспечение
эмоционального благополучия ребенка;

— развитие
у учащихся творческой инициативы и самостоятельности, конструкторских и
рационализаторских навыков;

— вовлечение
талантливых детей и молодежи в научно-техническое творчество, обеспечение
условия для ранней профориентации;

— обеспечение
возможности детям наиболее полно реализовать свой творческий и личностный
потенциал с помощью системы дополнительного образования;

— развитие
мышления в процессе формирования основных приемов мыслительной деятельности:
анализа, синтеза, сравнения, обобщения, классификации, умение выделять главное;

— развитие
психических познавательных процессов: различных видов памяти, внимания,
зрительного восприятия, воображения;

— развитие
языковой культуры и формирование речевых умений: четко и ясно излагать свои
мысли, давать определения понятиям, строить умозаключения, аргументировано
доказывать свою точку зрения;

— формирование
навыков творческого мышления;

— развитие
познавательной активности и самостоятельной мыслительной деятельности учащихся;

— формирование
и развитие коммуникативных умений: умение общаться и взаимодействовать в
коллективе, работать в парах, группах, уважать мнение других, объективно
оценивать свою работу и деятельность одноклассников;

— формирование
навыков применения полученных знаний и умений в процессе изучения школьных
дисциплин и в практической деятельности;

— формирование
умения действовать в соответствии с инструкциями педагога и передавать
особенности предметов средствами конструктора LEGO [1].

Таким
образом, образовательная робототехника находит свое применение в курсе средней
общеобразовательной школы и направлена на развитие у учеников алгоритмического
мышления, навыков четко излагать свои мысли. Образовательная робототехника –
это новое междисциплинарное направление образования, которое интегрирует знания
о физике, мехатронике, технологии, математике, кибернетике и информатике, что
позволяет включить в процесс инновационного научно-технического творчества
обучающихся разных возрастов. Образовательная робототехника в первую очередь
направлена на развитие научно-технического творчества и повышение престижности
инженерной профессии среди молодежи, формирование у молодежи навыков
практического решения важных инженерно-технических задач и работы с техникой.