Магистерский диплом (ВКР) на тему Проектирование информационно-методического обеспечения для изучения школьниками основ робототехники на основе применения облачных сервисов

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ 3

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИХ РАЗРАБОТОК И ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ РОБОТОТЕХНИКЕ В ШКОЛЕ 6

1.1 Понятие и особенности облачных технологий и сервисов 6

1.2 Место робототехники в образовательной среде школы 26

1.3 Анализ существующих учебных материалов и программ в области образовательной робототехники 32

ГЛАВА 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ШКОЛЬНИКАМИ ОСНОВ РОБОТОТЕХНИКИ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ ОБЛАЧНЫХ СЕРВИСОВ 40

2.1 Разработка элективного курса по робототехнике для учащихся 40

2.2 Апробация элективного курса по робототехнике 54

2.3 Анализ результатов апробирования элективного курса по робототехнике 55

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 61

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 64

ПРИЛОЖЕНИЯ

 

Введение:

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. В настоящее время 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.

Информационные технологии делают нашу систему образования интересной и эффективной. В последние годы область робототехники резко возросла, и это вызвало множество вопросов о том, как внедрить такие технологии в систему образования.

Робототехника – это использование широкого спектра технологий для облегчения выполнения задач, связанных с робототехникой. Робототехника часто используется в области машиностроения, производства и науки, но становится все более популярной в повседневной жизни. По мере развития технологий растет и область робототехники. Например, медицинские работники используют робототехнику, чтобы помочь в хирургии, а вспомогательные технологии используют робототехнику, чтобы обеспечить лучший доступ для людей с ограниченными возможностями. Кроме того, робототехника используется на предприятиях, где она может оптимизировать операции и процедуры.

Но основы робототехники изучаются в школе. Один из способов привлечь больше учащихся и заинтересовать их в областях проектирования роботов — предоставить практические интерактивные программы обучения робототехнике. Программы по робототехнике могут помочь вдохновить детей на творчество и изобретательность в раннем возрасте, поэтому важно знакомить учащихся с проектным обучением и кодированием как можно раньше, а не позже.

Основное преимущество робототехники заключается в том, что она позволяет учащимся учиться на практических занятиях.

Робототехника — отличный способ вовлечь учащихся, позволяя им опробовать идеи и решения, применяя их в реальных сценариях.

Актуальным вопросом в современной робототехнике является использование облачных вычислений. В системе образования появляется такой термин, как «Облачная робототехника»

Облачная робототехника — это новая дисциплина робототехники, целью которой является использование облачных технологий, таких как облачное хранилище, облачные вычисления и другие интернет-технологии, для предоставления робототехнике преимуществ конвергентной инфраструктуры и общих сервисов. Может дать роботизированным системам значительные возможности благодаря облачным вычислениям, что снижает затраты.

Облачная робототехника применяет ресурсы облачных вычислений для улучшения коллективного обучения роботизированных систем, скорости вычислений, коллективной памяти и взаимосвязи. Облачная робототехника — это категория робототехники, которая стремится помочь робототехнике, используя облачные технологии, включая облачные вычисления, облачное хранилище и другие интернет-технологии. При подключении к облаку роботы могут использовать преимущества надежных вычислительных, хранилищных и различных других ресурсов обработки облачной информации. При этом такая информация может передаваться от одного робота к другому посредством облака.

Объект исследования: процесс проектирования робототехники.

Предмет исследования: проектирование информационно-методического обеспечения для изучения школьниками основ робототехники на основе применения облачных сервисов

Цель исследования: разработать элективный курс изучения основ робототехники с применением облачных технологий.

Заключение:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время облачные технологии и облачные вычисления являются быстро развивающей областью. Данные технологии нашли свое применение в современном образовании. Использование таких технологий может принести пользу не только в процессе изучения информатики, но и других школьных и внешкольных дисциплин. Мы рассматриваем роботов, которые для поддержки своей работы полагаются на данные или код из сети, то есть в которых не все измерения, вычисления и память интегрированы в отдельную систему.

Облачная робототехника – термин, впервые введенный в 2010 году ученым-исследователем Google Джеймсом Каффнером – предоставляет огромные объемы вычислительной мощности и ресурсов хранения для расширения возможностей роботов. Благодаря облачной робототехнике роботы могут разгружать ресурсоемкие задачи, такие как системы распознавания изображений и графического картирования, а также загружать новые навыки и обновления программного обеспечения.

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 занятий актуальным является проектирование информационно-методического обеспечения для изучения школьниками основ робототехники на основе применения облачных сервисов.

В рамках практической части работы была разработана и представлена программа элективного курса по робототехнике для учащихся 7-9 классов «Управление роботами». Данная программа рассчитана на 36 учебных часов и включает в себя несколько разделов: теоретический, практический и конкурсный. Отличительная особенность программы элективного курса – целенаправленное проектирование, сборка и программирование роботов для проведения соревнований. Программа элективного курса по робототехнике разработана с учетом необходимости закрепить и применить на практике полученные знания по информатике, тем самым можно добиться сформированности необходимых предметных умений. В рамках разработанной программы кружка использовались широкие возможности распространенных наборов роботов Lego Mindstorms EV3, которые отлично подходят для детей среднего школьного возраста.

Особенности программы элективного курса заключается в возможности использовать облачную среду программирования Open Roberta. Open Roberta является средством на основе облачных ресурсов и языка Scratch, позволяющим работать пользователь с LEGO Mindstorms EV3 и различными роботами.

В эксперименте приняли участие 12 обучающихся 7-9 классов. Педагогический эксперимент включал 3 этапа: констатирующий, поисковый, формирующий. Для определения уровня предметных умений обучающихся по информатике, связанных с робототехникой, было проведено предварительное тестирование по методике Н.А. Федулеевой и М.В. Матях.

Тестирование включало в себя 20 вопросов с несколькими вариантами ответа и 3 задания с предоставлением полного решения. Исходя из полученных на констатирующем этапе результатов, можно отметить, что было выявлено 8 учащихся с низким уровнем предметных умений (67%), 3 учащихся – со средним уровнем предметных умений (25%), 1 ученик с высоким уровнем (8%).

Формирующий этап эксперимента заключался в проведении кружка по робототехнике в соответствии с календарно-тематическим планом. Было проведено в общей сложности 16 занятий. Было успешно собрано два робота: одна команда собирала на колесной платформе, вторая команда на гусеничной платформе. Команды успешно справились с предложенными ими заданиями.

Фрагмент текста работы:

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИХ РАЗРАБОТОК И ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ РОБОТОТЕХНИКЕ В ШКОЛЕ

1.1 Понятие и особенности облачных технологий и сервисов

Облачные технологии изменили образ жизни людей и выполнение повседневных задач, и теперь облачные технологии пришли в робототехнику.

Облачные технологии – это технологии распределенной обработки цифровых данных, с помощью которых компьютерные ресурсы предоставляются интернет-пользователю как онлайн-сервис.

«Облако» – это термин, используемый для описания программного обеспечения и услуг в глобальной сети, работающих вне Интернета и позволяющих пользователям получать доступ к информации практически на любом устройстве. Серверы предназначены для хранения и управления данными, запуска приложений и доставки контента [14].

В настоящее время в сфере робототехники наблюдается массовый рост этих приложений, поскольку облачная робототехника позволяет использовать облачные вычисления, облачное хранилище и другие технологии, ориентированные на централизованную инфраструктуру и преимущества общих служб.

Возникающая тенденция уже реализуется в мобильной робототехнике в логистике, здравоохранении, горнодобывающей промышленности, сельском хозяйстве, строительстве и др., А также обеспечивает контролируемую автономию и машинное обучение. Облачная робототехника обеспечивает более высокий уровень взаимодействия и обучения между человеком и роботом и способствует цифровой трансформации компаний. Как и в случае с любой другой развивающейся технологией, включение облачных систем вызывает вопросы о безопасности, и компании быстро решают эти проблемы [16].