Курсовая с практикой на тему Основы робототехники

Содержание:

Введение. 3

Глава
1. Теоретические основы образовательной робототехники. 6

1.1.   Основные сведения об образовательной
робототехнике. 6

1.2.   Подходы к
рассмотрению образовательной робототехники в учебной и научной литературе. 16

Выводы
по главе 1. 27

Глава
2. Практические аспекты изучения образовательной робототехники в рамках
школьного курса информатики и дополнительного образования. 29

2.1.   Особенности изучения образовательной
робототехники в рамках школьного курса информатики. 29

2.2.   Специфика
изучения образовательной робототехники в рамках дополнительного образования. 35

Вывод
по главе 2. 42

Заключение. 44

Список используемых источников  47

Введение:

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. 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 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.

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 – робототехника.

Предмет
исследования – образовательная робототехники.

Цель исследования –
теоретически обосновать, изучить возможности и основы робототехники в области
образования.

Задачи
исследования:

1. Изучить основные
сведения об образовательной робототехнике.

2. Рассмотреть
подходы к рассмотрению образовательной робототехники в учебной и научной
литературе.

3. Изучить
особенности изучения образовательной робототехники в рамках школьного курса
информатики.

4. Проанализировать
специфику изучения образовательной робототехники в рамках дополнительного
образования.

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 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.

2. На
сегодняшний день образовательная робототехника включена в так называемое
STEM-обучение (наука, технология, инженерия и математика). Данная модель
обучения, предназначена для совместного обучения естествознанию, математике и
технологиям, в котором практика обладает весомым приоритетом над теорией. 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.

3. 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.

4. Образовательная робототехника находит свое применение в
курсе средней общеобразовательной школы и направлена на развитие у учеников
алгоритмического мышления, навыков четко излагать свои мысли. В соответствии с
работами современных педагогов можно отметить, что изучение образовательной
робототехники важно для школьного образования на сегодняшний день. В
соответствии с анализом учебников и анализа программ дополнительного
образования наиболее распространенной платформой является – Lego Mindstorms
EV3.

Была рассмотрена специфика изучения образовательной
робототехники в рамках дополнительного образования. Было рассмотрено основное
содержание дополнительных образовательных программ и также проанализированы
некоторые такие программы в рамках обучения робототехнике. В соответствии с
результатами такого анализа можно отметить, что данные программы не ставят
своей целью развить и сформировать у учащихся знания и умения по участию в
соревнованиях. То есть проведения соревнований предусмотрено, но подготовка
учащихся к ним не реализуется. В первую очередь все дополнительные
образовательные программы ориентированы на обучение учащихся сборке роботов и
их программированию. Соревнования и состязания в данных программах предусмотрены
на формальном уровне. Следовательно, в таких программах ясно просматривается
противоречие между тем результатом, который ожидается и самим содержанием.
Можно отметить актуальность разработки дополнительной образовательной программы
в области робототехники с усовершенствованным содержанием по выделенным
направлениям.

Итак, цель работы достигнута, задачи решены.

Фрагмент текста работы:

Глава 1. Теоретические основы образовательной
робототехники

1.1. Основные сведения об образовательной робототехнике 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].